KR20230155687A - 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 관한 것이다.
본 발명은 척 몸체, 상기 척 몸체에 결합되어 상기 척 몸체와 함께 회전하는 회전체, 상기 척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 기판의 하면을 지지하는 지지 핀, 상기 척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 기판의 측면을 그립(grip)하는 그립 핀, 상기 척 몸체에 결합된 회전체를 회전시킴으로써 상기 척 몸체를 회전시켜 상기 그립 핀에 의해 그립된 기판을 회전시키는 구동 모터 및 상기 구동 모터가 설정된 RPM으로 회전하도록 제어하되, 상기 구동 모터로부터 실시간 전달받은 토크값을 설정된 토크 임계치와 비교하여 상기 그립 핀에 의해 그립된 상태로 회전하는 기판에 슬립(slip)이 발생하였는지 여부를 판단하는 제어기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 기판에 대한 공정 처리 중에 회전하는 기판에 슬립이 발생하였는지 여부 및 기판 슬립의 지속시간을 실시간으로 정확하게 검출하여 현재 수행되는 공정에 대응함으로써 전체적인 반도체 공정의 수율을 향상시키고, 장비의 안정성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치{SUBSTRATE SLIP DETECTING APPARATUS USING MOTOR TORQUE}
본 발명은 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 기판에 대한 공정 처리 중에 회전하는 기판에 슬립이 발생하였는지 여부 및 기판 슬립의 지속시간을 실시간으로 정확하게 검출하여 현재 수행되는 공정에 대응함으로써 전체적인 반도체 공정의 수율을 향상시키고, 장비의 안정성을 증대시킬 수 있는 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 기판, 실리콘 기판 등을 이용하여 증착, 사진 및 식각 공정 등을 반복 수행함으로써 제조될 수 있다. 공정들을 거치는 동안 기판 상에는 각종 파티클, 금속 불순물, 유기 불순물 등과 같은 오염 물질이 잔존할 수 있다. 오염 물질은 반도체 소자의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에, 반도체 제조 시에는 기판에 잔존하는 오염 물질을 제거하는 세정 공정이 필수적으로 수행된다.
세정 공정에서 사용되는 세정 방식은 크게 건식 세정 방식 및 습식 세정 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중에서 습식 세정 방식은 여러 가지 약액을 이용한 세정 방식으로서, 복수의 기판을 동시에 세정하는 배치식(batch type) 세정 방식과 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식(single wafer type) 세정 방식으로 구분될 수 있다.
배치식 세정 방식은 정조에 복수의 기판을 한꺼번에 침지시켜서 오염원을 제거한다. 그러나, 기존의 배치식 세정 방식은 기판의 대형화 추세에 대한 대응이 용이하지 않고, 세정액 사용량이 많다는 단점이 있다. 또한, 배치식 세정 방식은 세정 공정 중에 기판이 파손될 경우 세정조 내에 있는 기판 전체에 영향을 미치게 되므로 다량의 기판 불량이 발생할 수 있는 위험이 있기 때문에, 최근에는 매엽식 세정 방식이 선호되고 있다.
매엽식 세정 방식은 한장 단위로 기판을 처리하는 방식으로서, 고속으로 회전중인 기판의 표면에 세정액을 분사함으로써, 기판의 회전에 의한 원심력과 세정액의 분사에 따른 압력을 이용하여 오염원을 제거하는 스핀 방식(spinning method)으로 세정이 진행된다.
일반적으로, 매엽식 세정을 수행하는 장치는 기판이 수용되어 세정 공정이 수행되는 챔버와 기판을 고정시킨 상태로 회전하는 스핀 척 및 기판에 약액과 린스액 및 건조가스 등을 포함하는 세정액을 공급하기 위한 노즐 어셈블리를 포함하고, 스핀 척은 척 몸체 및 척 몸체의 상면에 설치되어 기판을 지지하는 복수의 척 핀을 포함하여 구성된다.
또한, 척 핀은 기판의 측면을 지지하는 복수의 그립(grip) 핀과 기판의 하면을 지지하는 복수의 지지 핀으로 구성되며, 복수의 지지 핀이 기판의 하면에 접촉되고 복수의 그립 핀이 기판의 측면을 그립한 상태에서 기판이 고속 회전하면서 세정 과정이 수행된다.
한편, 기판 상에 점점 더 많은 기능층들이 적층되면서 육안상으로 확인은 어렵지만, 기판은 평탄한 면이 아닌 구배 형태의 면을 갖게 된다.
이로 인해, 척 핀이 기판을 그립하는 그립 포인트가 줄어들면서 기판이 스핀 척과 함께 회전시에 기판이 척 핀에서 슬립(slip)되는 기판 슬립 현상이 발생하게 되며, 기판 슬립 현상은 반도체 공정상의 여러 결함을 유발할 가능성을 증가시킨다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
스핀 척 회전시에 그립 핀이 기판을 그립하고 있어 스핀 척과 기판은 동일한 회전력을 가지며 하나의 회전 동작을 하게 된다.
이러한 회전 과정에서의 어느 시점에서 그립력이 약화되어 스핀 척의 그립 핀이 기판을 놓치게 되면, 스핀 척과 기판은 서로 다른 회전 및 동작을 하게 되며, 이러한 현상을 기판 슬립 현상이라 한다.
그립력이 약화되는 요인으로는 유막 현상에 의한 기판과 그립 핀 간의 마찰력 감소, 가감속 동작시 일어나는 관성력 등이 있다.
이러한 기판 슬립 현상은 반도체 공정의 수율을 저하시키는 주요한 요인이기 때문에, 슬립 발생 여부를 신속하고 정확하게 감지하여 대처할 수 있는 기술적 수단이 필요하다.
공개특허공보 제10-2011-0013896호(공개일자: 2011년 02월 10일, 명칭: 기판 연마 장치 및 그의 처리 방법)
본 발명의 기술적 과제는 기판에 대한 공정 처리 중에 회전하는 기판에 슬립이 발생하였는지 여부 및 기판 슬립의 지속시간을 실시간으로 정확하게 검출하여 현재 수행되는 공정에 대응함으로써 전체적인 반도체 공정의 수율을 향상시키고, 장비의 안정성을 증대시킬 수 있는 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치는 척 몸체, 상기 척 몸체에 결합되어 상기 척 몸체와 함께 회전하는 회전체, 상기 척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 기판의 하면을 지지하는 지지 핀, 상기 척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 기판의 측면을 그립(grip)하는 그립 핀, 상기 척 몸체에 결합된 회전체를 회전시킴으로써 상기 척 몸체를 회전시켜 상기 그립 핀에 의해 그립된 기판을 회전시키는 구동 모터 및 상기 구동 모터가 설정된 RPM으로 회전하도록 제어하되, 상기 구동 모터로부터 실시간 전달받은 토크값을 설정된 토크 임계치와 비교하여 상기 그립 핀에 의해 그립된 상태로 회전하는 기판에 슬립(slip)이 발생하였는지 여부를 판단하는 제어기를 포함한다.
본 발명에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 있어서, 상기 구동 모터는 상기 제어기에 의해 설정된 RPM으로 회전하도록 토크값을 조절하고, 상기 제어기는 상기 구동 모터로부터 실시간 전달받은 토크값이 상기 토크 임계치 미만인 경우 상기 기판에 슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 기판에 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우, 슬립 지속 시간을 카운트하고, 상기 슬립 지속 시간이 설정된 임계 시간을 초과하는 경우, 상기 기판에 대한 처리 공정을 중단하는 인터락(interlock) 절차가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 있어서, 상기 제어기는 상기 슬립 지속 시간 동안 상기 구동 모터로부터 전달받은 토크값의 시간별 변화 데이터를 상기 기판의 식별정보와 매칭시켜 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 있어서, 상기 그립 핀이 일 방향으로 회전한 오픈(Open) 상태에서 상기 기판을 이송하는 로봇 암이 상기 챔버로 진입하여 상기 기판의 하면이 상기 지지 핀에 접촉된 상태로 지지되도록 상기 기판을 상기 지지 핀에 안착시키고, 상기 기판이 상기 지지 핀에 안착된 상태에서 상기 그립 핀이 상기 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전한 클로즈(Close) 상태로 전환되어 상기 기판의 측면을 그립하고, 상기 그립 핀이 상기 기판의 측면을 그립한 상태에서 상기 지지 핀이 하강하여 상기 기판의 하면과 이격되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 있어서, 상기 지지 핀이 하강하고 상기 로봇 암이 상기 챔버로부터 진출한 상태에서 상기 그립 핀에 의해 그립된 기판이 상기 제어기에 의해 설정된 RPM으로 회전하는 구동 모터에 의해 회전하면서 상기 기판에 대한 처리가 진행되고, 상기 기판에 대한 처리가 진행되는 동안, 상기 구동 모터는 상기 제어기에 의해 설정된 RPM으로 회전하도록 토크값을 조절하고, 상기 제어기는 상기 구동 모터로부터 실시간 전달받은 토크값이 상기 토크 임계치 미만인 경우 상기 기판에 슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치에 있어서, 상기 기판에 대한 처리가 완료된 후 상기 지지 핀이 상승하여 상기 기판의 하면을 지지하고, 상기 기판의 하면이 상기 지지 핀에 의해 지지된 상태에서 상기 그립 핀이 상기 오픈 상태로 전환되어 상기 기판의 측면에 대한 그립이 해제되고, 상기 로봇 암이 상기 챔버로 진입하여 상기 기판을 상기 챔버에서 반출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판에 대한 공정 처리 중에 회전하는 기판에 슬립이 발생하였는지 여부 및 기판 슬립의 지속시간을 실시간으로 정확하게 검출하여 현재 수행되는 공정에 대응함으로써 전체적인 반도체 공정의 수율을 향상시키고, 장비의 안정성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 기판 슬립 발생시 구동 모터의 토크가 변화하는 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 상면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 하면도이고,
도 5는 도 4의 도면부호 A의 부분 확대도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 전체적인 동작을 예시적으로 설명하기 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 오픈(Open) 상태의 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 상면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 오픈(Open) 상태의 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 하면의 일부를 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 클로즈(Close) 상태의 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 상면도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 클로즈(Close) 상태의 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 하면의 일부를 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 기판 슬립 발생시 구동 모터의 토크가 변화하는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 상면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 하면도이고, 도 5는 도 4의 도면부호 A의 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치는 척 몸체(10), 그립 핀(20), 지지 핀(30), 휠 기어(40), 구동 모터(50) 및 제어기(60)를 포함하여 구성된다.
척 몸체(10)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 몸체로서의 기능을 수행하며, 척 몸체(10)의 상면에는 기판(W)을 장착하기 위한 요소들인 복수의 그립 핀(20)과 지지 핀(30)이 돌출된 상태로 구비되어 있다. 척 몸체(10)를 포함한 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 구성요소들은 도시하지 않은 챔버의 내부에 배치된다.
도면 상에는 척 몸체(10)의 상면에 구비된 그립 핀(20)과 지지 핀(30)이 각각 6개인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 그립 핀(20)과 지지 핀(30)의 설치 갯수가 이에 한정되지는 않는다는 점을 밝혀 둔다.
회전체(15)는 척 몸체(10)에 결합되어 있으며, 후술하는 구동 모터(50)가 제공하는 회전 구동력에 의해 척 몸체(10)와 함께 회전하는 구성요소이다.
복수의 그립 핀(20)은 척 몸체(10)의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 있으며 후술하는 과정을 통하여 공정 처리의 대상인 기판(W)을 그립(grip)함으로써, 약액 등을 이용하여 기판(W)을 처리하는 공정에서 고속으로 회전하는 기판(W)이 이탈되지 않도록 안정적으로 고정하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 그립 핀(20)의 상단부에는 기판(W)을 그립하기 위한 그립 돌기(22)가 그립 핀(20)의 중심축, 즉, 그립핀 몸체(21)의 중심축에서 일정 거리 외곽으로 편향된 위치에 형성되어 있으며, 이에 따라, 그립 핀(20)이 중심축을 기준으로 소정 각도 회전하는 경우, 중심축에서 편향된 위치에 구비된 그립 돌기(22)의 회전에 의해 기판(W)이 장착될 수 있도록 그립 돌기(22)와 기판(W) 간의 간격이 벌어지게 된다.
예를 들어, 그립 핀(20)의 하단부에는 후술하는 휠 기어(40)와 기어 결합되는 그립핀 기어(25)가 형성되도록 구성될 수 있다. 그립핀 기어(25)의 구체적인 기능은 이후 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 구체적인 동작을 오픈(Open) 상태, 클로즈(Close) 상태로 구분하여 설명하는 과정에서 설명한다.
지지 핀(30)은 그립 핀(20)에 그립되는 기판(W)의 하면을 지지함으로써 그립 핀(20)이 기판(W)을 그립하여 지지하는 것을 보조하는 기능을 수행한다.
이후 보다 구체적으로 설명하겠지만, 그립 핀(20)을 구성하는 그립 돌기(22)가 기판(W)의 측면을 그립한 클로즈 상태 이후에, 지지 핀(30)은 하강하여 기판(W)의 하면에서 이격되도록 구성될 수 있다. 즉, 클로즈 상태 이후 기판(W)이 고속 회전하기 이전에 지지 핀(30)을 하강시켜 지지 핀(30)이 기판(W)에서 이격되도록 함으로써, 고속 회전하는 기판(W)이 지지 핀(30)에 의한 불필요한 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
휠 기어(40)는 척 몸체(10)의 하면에 회전 가능하게 결합되어 있으며, 도시하지 않은 외부 장치가 제공하는 회전 구동력에 의해 회전하여 복수개의 그립 핀(20)을 미세한 각도로 회전시키는 기능을 수행한다.
구동 모터(50)는 척 몸체(10)에 결합된 회전체(15)를 회전시킴으로써 척 몸체(10)를 회전시켜 그립 핀(20)에 의해 그립된 기판(W)을 회전시키는 구성요소이다.
도 2의 예시를 참조하면, 구동 모터(50)는 설정된 RPM을 유지하기 위해 자체적으로 회전력, 즉, 토크(torque)를 조절하게 되며, 예를 들어, 등속운동을 하는 경우 일정한 토크값이 유지된다.
만약, 구동 모터(50)가 제공하는 회전력에 의해 회전체(15), 척 몸체(10), 그립 핀(20) 및 기판(W)이 일체로 회전하다가, 기판 슬립이 발생하게 된다면, 기판(W)을 그립하고 있는 그립 핀(20)은 기판(W)을 놓치게 되면서 구동 모터(50)의 토크에 순간적인 변화가 발생한다.
즉, 회전체(15), 척 몸체(10), 그립 핀(20) 및 기판(W)이 하나의 회전 구조물로서 회전하다가, 기판 슬립 현상이 발생하여 그립 핀(20)이 기판(W)을 놓치게 되면, 회전 구조물의 중량은 기판(W)의 중량만큼 감소하며, 회전 구조물의 중량 감소는 토크값의 하락으로 이어진다.
본 발명의 일 실시 예는 기판 슬립시 발생하는 토크값의 변화를 실시간 감지하여 기판 슬립을 신속하고 정확하게 감지할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.
제어기(60)는 구동 모터(50)가 설정된 RPM(Rotation Per Minute)으로 회전하도록 제어하되, 구동 모터(50)로부터 실시간 전달받은 토크값을 설정된 토크 임계치와 비교하여 그립 핀(20)에 의해 그립된 상태로 회전하는 기판(W)에 슬립(slip)이 발생하였는지 여부를 판단하는 구성요소이다.
예를 들어, 구동 모터(50)는 제어기(60)에 의해 설정된 RPM으로 회전하도록 토크값을 조절하고, 제어기(60)는 구동 모터(50)로부터 실시간 전달받은 토크값이 토크 임계치 미만인 경우 기판(W)에 슬립이 발생한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제어기(60)는 기판(W)에 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우, 슬립 지속 시간을 카운트하고, 슬립 지속 시간이 설정된 임계 시간을 초과하는 경우, 기판(W)에 대한 처리 공정을 중단하는 인터락 절차(interlock process)가 수행되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어기(60)는 카운트된 슬립 지속 시간 동안 구동 모터(50)로부터 지속적으로 전달받은 토크값의 시간별 변화 데이터를 기판(W)의 식별정보와 매칭시켜 저장하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 1) 그립 핀(20)이 일 방향으로 회전한 오픈(Open) 상태에서 기판(W)을 이송하는 로봇 암이 챔버로 진입하여 기판(W)의 하면이 지지 핀(30)에 접촉된 상태로 지지되도록 기판(W)을 지지 핀(30)에 안착시키고, 2) 기판(W)이 지지 핀(30)에 안착된 상태에서 그립 핀(20)이 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전한 클로즈(Close) 상태로 전환되어 기판(W)의 측면을 그립하고, 3) 그립 핀(20)이 기판(W)의 측면을 그립한 상태에서 지지 핀(30)이 하강하여 기판(W)의 하면과 이격되도록 구성될 수 있다.
또한, 예를 들어, 4) 지지 핀(30)이 하강하고 로봇 암이 챔버로부터 진출한 상태에서 그립 핀(20)에 의해 그립된 기판(W)이 제어기(60)에 의해 설정된 RPM으로 회전하는 구동 모터(50)에 의해 회전하면서 기판(W)에 대한 처리가 진행되고, 5) 기판(W)에 대한 처리가 진행되는 동안, 구동 모터(50)는 제어기(60)에 의해 설정된 RPM으로 회전하도록 토크값을 조절하고, 제어기(60)는 구동 모터(50)로부터 실시간 전달받은 토크값이 토크 임계치 미만인 경우 기판(W)에 슬립이 발생한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
또한, 예를 들어, 6) 기판(W)에 대한 프로세스가 완료된 후 지지 핀(30)이 상승하여 기판(W)의 하면을 지지하고, 7) 기판(W)의 하면이 지지 핀(30)에 의해 지지된 상태에서 그립 핀(20)이 오픈 상태로 전환되어 기판(W)의 측면에 대한 그립이 해제되고, 8) 로봇 암이 챔버로 진입하여 기판(W)을 챔버에서 반출하도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 10을 추가로 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치의 전체적인 동작을 예시적으로 설명한다.
단계 S10에서는, 그립 핀(20)이 일 방향으로 회전한 오픈(Open) 상태가 되고, 기판(W)을 이송하는 로봇 암이 챔버로 진입하여 기판(W)을 챔버로 반입하고, 로봇 암이 기판(W)의 하면이 지지 핀(30)에 접촉된 상태로 지지되도록 기판(W)을 지지 핀(30)에 안착시키는 과정이 수행된다.
예를 들어, 도 7 및 도 8을 참조하면, 오픈(Open) 상태는 기판(W)을 장착하기 위한 준비 상태, 즉, 복수의 그립 핀(20)에 구비되어 있는 그립 돌기(22)를 척 몸체(10)의 외곽 방향으로 미세하게 이동시켜 그립 돌기(22) 간의 간격을 미세하게 벌리는 과정이다.
이러한 오픈(Open) 상태에서는, 외부에서 제공되는 회전 구동력에 의해 휠 기어(40)가 일 방향으로 회전함에 따라 휠 기어(40)와 맞물린 그립핀 기어(25)가 회전하고, 그립핀 기어(25)의 회전에 따라 그립핀 몸체(21)의 상단부에 그립핀 몸체(21)의 중심축에서 편향된 지점에 위치하도록 그립 돌기(22)가 회전하여 기판(W)의 측면에서 이격될 수 있는 이격공간을 제공함으로써 기판(W)을 지지 핀(30)에 장착하기 위한 오픈 상태가 된다.
구체적으로, 그립 핀(20)은 그립핀 몸체(21)의 중심축을 기준으로 회전하나, 그립 돌기(22)는 이 중심축에서 외곽으로 편향된 위치에 구비되어 있기 때문에, 복수의 그립 돌기(22)가 척 몸체(10)의 외곽 방향으로 미세하게 이동하고, 결과적으로는 복수의 그립 돌기(22) 간의 간격이 미세하게 벌어져 기판(W)을 복수의 지지 핀(30)에 안착할 수 있는 상태가 된다.
단계 S20에서는, 기판(W)이 지지 핀(30)에 안착된 상태에서 그립 핀(20)이 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전한 클로즈(Close) 상태로 전환되어 기판(W)의 측면을 그립하고, 그립 핀(20)이 기판(W)의 측면을 그립한 상태에서 지지 핀(30)이 하강하여 기판(W)의 하면과 이격되고, 지지 핀(30)이 하강된 상태에서 로봇 암이 챔버로부터 외부로 진출한 후, 챔버가 밀폐되어 기판(W)에 대한 프로세스 진행을 위한 준비가 완료된다.
예를 들어, 도 9 및 도 10을 참조하면, 클로즈(Close) 상태는 기판(W)이 지지 핀(30)에 장착된 이후에, 복수의 그립 돌기(22)가 기판(W)을 그립하는 상태, 달리 말해 복수의 그립 돌기(22)가 기판(W)을 조여 고정하는 상태이다.
이러한 클로즈(Close) 상태에서는, 휠 기어(40)에 공급되는 회전 구동력이 차단되거나 휠 기어(40)로 오픈 상태와 반대 방향의 회전 구동력이 공급됨으로써 휠 기어(40)가 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전함에 따라 휠 기어(40)와 맞물린 그립핀 기어(25)가 회전하고, 그립핀 기어(25)의 회전에 따라 그립 돌기(22)가 회전하여 지지 핀(30)에 장착된 기판(W)의 측면을 그립하는 클로즈 상태가 된다.
단계 S30에서는, 지지 핀(30)이 하강하고 로봇 암이 챔버로부터 진출한 상태에서 구동 모터(50)가 제어기(60)에 의해 설정된 RPM을 충족하도록 자신의 토크를 조절하면서 회전하는 과정이 수행된다.
단계 S40에서는, 구동 모터(50)로부터 회전 구동력을 직접 전달받는 회전체(15), 이 회전체(15)에 결합된 척 몸체(10) 및 척 몸체(10)의 상면에 구비된 복수의 그립 핀(20)이 회전하고, 이 복수의 그립 핀(20)에 의해 측면이 그립된 기판(W)이 회전되면서 기판(W)에 대한 프로세스가 진행된다. 예를 들어, 프로세스는 고속으로 회전하는 기판(W)에 약액(chemical) 등의 유체를 공급하여 기판(W)을 처리하는 반도체 제조 과정에서의 특정 절차일 수 있다.
단계 S50에서는, 회전하는 기판(W)에 대한 공정 처리 중에, 구동 모터(50)가 제어기(60)에 의해 설정된 RPM을 충족하도록 조절된 토크값을 제어기(60)로 실시간 전달하는 과정이 수행된다.
단계 S60에서는, 제어기(60)가 구동 모터(50)로부터 실시간 전달받은 토크값을 설정된 토크 임계치와 비교하여 그립 핀(20)에 의해 그립된 상태로 회전하는 기판(W)에 슬립(slip)이 발생하였는지 여부를 판단하는 과정이 수행된다.
예를 들어, 단계 S60에서, 제어기(60)는 구동 모터(50)로부터 실시간 전달받은 토크값이 토크 임계치 미만인 경우 기판(W)에 슬립이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 단계 S60에서의 판단 결과, 기판(W)에 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우 단계 S70으로 전환되어, 제어기(60)가 슬립 지속 시간을 카운트하는 과정이 수행되고, 그렇지 않은 경우 단계 S100으로 전환되어 정상 공정 절차가 수행될 수 있다.
단계 S80에서는, 제어기(60)가 카운트된 슬립 지속 시간을 설정된 임계 시간과 비교하는 과정이 수행된다.
단계 S80에서의 비교 결과, 슬립 지속 시간이 설정된 임계 시간을 초과하는 경우, 단계 S90으로 전환되어, 제어기(60)가 기판(W)에 대한 처리 공정을 중단하는 인터락 절차가 수행되도록 제어하고, 슬립 지속 시간 동안 구동 모터(50)로부터 전달받은 토크값을 기판(W)의 식별정보와 매칭시켜 저장하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 단계 S80에서의 비교 결과, 슬립 지속 시간이 설정된 임계 시간을 초과하지 않는 경우, 단계 S100으로 전환되어 정상 공정 절차가 수행될 수 있다.
마지막으로, 단계 S110에서는, 기판(W)에 대한 프로세스가 완료된 후 지지 핀(30)이 상승하여 기판(W)의 하면을 지지하고, 기판(W)의 하면이 지지 핀(30)에 의해 지지된 상태에서 그립 핀(20)이 오픈 상태로 전환되어 기판(W)의 측면에 대한 그립이 해제되고, 로봇 암이 챔버로 진입하여 프로세스가 완료된 기판(W)을 챔버에서 외부로 반출하는 과정이 수행된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판에 대한 공정 처리 중에 회전하는 기판에 슬립이 발생하였는지 여부 및 기판 슬립의 지속시간을 실시간으로 정확하게 검출하여 현재 수행되는 공정에 대응함으로써 전체적인 반도체 공정의 수율을 향상시키고, 장비의 안정성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
10: 척 몸체(chuck body)
15: 회전체
20: 그립 핀(grip pin)
21: 그립핀 몸체
22: 그립 돌기
25: 그립핀 기어
30: 지지 핀(support pin)
40: 휠 기어(wheel gear)
50: 구동 모터
60: 제어기
W: 기판

Claims (7)

  1. 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치로서,
    척 몸체;
    상기 척 몸체에 결합되어 상기 척 몸체와 함께 회전하는 회전체;
    상기 척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 기판의 하면을 지지하는 지지 핀;
    상기 척 몸체의 상면의 가장자리를 따라 복수개로 구비되어 기판의 측면을 그립(grip)하는 그립 핀;
    상기 척 몸체에 결합된 회전체를 회전시킴으로써 상기 척 몸체를 회전시켜 상기 그립 핀에 의해 그립된 기판을 회전시키는 구동 모터;
    상기 구동 모터가 설정된 RPM으로 회전하도록 제어하되, 상기 구동 모터로부터 실시간 전달받은 토크값을 설정된 토크 임계치와 비교하여 상기 그립 핀에 의해 그립된 상태로 회전하는 기판에 슬립(slip)이 발생하였는지 여부를 판단하는 제어기를 포함하는, 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모터는 상기 제어기에 의해 설정된 RPM으로 회전하도록 토크값을 조절하고,
    상기 제어기는,
    상기 구동 모터로부터 실시간 전달받은 토크값이 상기 토크 임계치 미만인 경우 상기 기판에 슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 기판에 슬립이 발생한 것으로 판단된 경우, 슬립 지속 시간을 카운트하고, 상기 슬립 지속 시간이 설정된 임계 시간을 초과하는 경우, 상기 기판에 대한 처리 공정을 중단하는 인터락 절차가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 슬립 지속 시간 동안 상기 구동 모터로부터 전달받은 토크값의 시간별 변화 데이터를 상기 기판의 식별정보와 매칭시켜 저장하는 것을 특징으로 하는, 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그립 핀이 일 방향으로 회전한 오픈(Open) 상태에서 상기 기판을 이송하는 로봇 암이 상기 챔버로 진입하여 상기 기판의 하면이 상기 지지 핀에 접촉된 상태로 지지되도록 상기 기판을 상기 지지 핀에 안착시키고,
    상기 기판이 상기 지지 핀에 안착된 상태에서 상기 그립 핀이 상기 일 방향과 반대인 타 방향으로 회전한 클로즈(Close) 상태로 전환되어 상기 기판의 측면을 그립하고,
    상기 그립 핀이 상기 기판의 측면을 그립한 상태에서 상기 지지 핀이 하강하여 상기 기판의 하면과 이격되는 것을 특징으로 하는, 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지 핀이 하강하고 상기 로봇 암이 상기 챔버로부터 진출한 상태에서 상기 그립 핀에 의해 그립된 기판이 상기 제어기에 의해 설정된 RPM으로 회전하는 구동 모터에 의해 회전하면서 상기 기판에 대한 처리가 진행되고,
    상기 기판에 대한 처리가 진행되는 동안, 상기 구동 모터는 상기 제어기에 의해 설정된 RPM으로 회전하도록 토크값을 조절하고, 상기 제어기는 상기 구동 모터로부터 실시간 전달받은 토크값이 상기 토크 임계치 미만인 경우 상기 기판에 슬립이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판에 대한 처리가 완료된 후 상기 지지 핀이 상승하여 상기 기판의 하면을 지지하고,
    상기 기판의 하면이 상기 지지 핀에 의해 지지된 상태에서 상기 그립 핀이 상기 오픈 상태로 전환되어 상기 기판의 측면에 대한 그립이 해제되고,
    상기 로봇 암이 상기 챔버로 진입하여 상기 기판을 상기 챔버에서 반출하는 것을 특징으로 하는, 모터 토크를 이용한 기판 슬립 감지 장치.
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