KR100850063B1 - 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조용 로드락 챔버(load-lock chamber)의 엘리베이터(elevator) 승강구동장치에 관한 것으로, 스텝모터의 회전 구동에 따라 엘리베이터가 실제로 정확하게 승강되었는지를 검출하여 엘리베이터가 비정상적으로 승강 작동된 경우 바로 이상조치를 취할 수 있게 됨으로써 이후의 엘리베이터상에 놓인 웨이퍼 카세트에 대한 트랜스퍼용 로봇암의 충돌 및 그에 따른 웨이퍼 파손을 미연에 방지할 수 있게 된다.
로드락, 챔버, 엘리베이터, 승강, 스텝모터, 엔코더, 리드스크류, 웨이퍼, 반도체

Description

로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치{ELEVATING DRIVE APPARATUS FOR A ELEVATOR OF THE LOAD-LOCK CHAMBER}
도 1은 종래의 로드락 챔버를 보여주는 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치를 보여주는 개략 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 웨이퍼 카세트 20 : 트랜스퍼용 로봇암
100 : 로드락 챔버 102 : 본체
102a : 도어 104 : 엘리베이터
104a : 스테이지 104b : 승강구동축
104c : 드라이브암 104c-1 : 너트부
106 : 승강구동장치부 106a : 리드스크류
106a-1 : 리드스크류측 풀리 106b : 전동벨트
106c : 스텝모터 106c-1 : 회전축
106c-2 : 모터측 풀리 106d : 엔코더
106e : 선형이동검출수단 106e-1 : 가동부
106e-2 : 실린더부 106e-2-1 : 유체
106e-2-2 : 변형판 106e-2-3 : 변형검출수단
106e-3 : 고정부 106e-4 : 피스톤부
108 : 제어부 w : 웨이퍼
본 발명은 반도체 소자 제조용 로드락 챔버(load-lock chamber)의 엘리베이터(elevator) 승강구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스텝모터의 회전 구동에 따라 엘리베이터가 실제로 정확하게 승강되었는지를 검출하여 엘리베이터가 비정상적으로 승강 작동된 경우 바로 이상조치를 취할 수 있게 됨으로써 이후의 엘리베이터상에 놓인 웨이퍼 카세트에 대한 트랜스퍼용 로봇암의 충돌 및 그에 따른 웨이퍼 파손을 미연에 방지할 수 있게 되는 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 여러 단위 공정장치들은 대부분 밀폐된 가공공간을 형성하기 위하여 공정챔버(chamber)를 구비하게 되며, 해당 공정챔버의 내부는 통상 고진공, 고압, 고온과 같은 특수환경 조건으로 조성되게 된다.
그리고, 특수환경 조건의 공정챔버내로 공정대상물인 웨이퍼(wafer)를 바로 직접적으로 투입하게 되면, 해당 웨이퍼가 급격한 스트레스(stress)를 받아 손상되게 되고, 또한 외부 영향으로 공정챔버내의 환경 조건이 불량해질 수 있게 된다.
따라서, 이러한 문제점들을 방지하고자 웨이퍼가 공정챔버내로 투입되기에 앞서 해당 공정챔버와 내부 환경조건이 근접하는 로드락 챔버(load-lock chamber)내에 우선적으로 웨이퍼를 투입한 다음, 해당 웨이퍼를 다시 공정챔버내로 옮겨 로딩(loading)하게 되며, 즉 로드락 챔버는 일종의 완충 챔버의 역할을 하게 된다.
도 1은 종래의 반도체 소자 제조용 로드락 챔버에 대한 개략 구성도이다.
로드락 챔버(100)는, 다수매의 웨이퍼(w)가 상하로 적재되어 있는 웨이퍼 카세트(cassette)(10)의 출입을 위한 도어(door)(102a)가 일측에 형성되고 그 밀폐되는 내부에는 공정챔버와 근접하는 환경조건이 형성되게 되는 본체(102)와, 본체(102)내에 구비되어 로딩되는 웨이퍼 카세트(10)를 상면상에 안착한 상태에서 승강되게 되는 엘리베이터(elevator)(104)와, 엘리베이터(104)를 승강 구동시키기 위해 외부에 구비되게 되는 승강구동장치부(106)와, 승강구동장치부(106)에 대한 작동 제어를 실시하게 되는 제어부(108)를 포함하게 된다.
전술한 엘리베이터(104)는, 본체(102)내에 구비되어 그 상면상에 웨이퍼 카세트(10)가 안착되게 되는 스테이지(stage)(104a)와, 이 스테이지(104a)의 하부측에 그 상단부가 결합되어 본체(102) 외부로 연장되도록 수직되게 구비되게 되는 승강구동축(104b)과, 일단은 승강구동축(104b)에 고정 결합을 이루고 타단은 후술하는 리드스크류(106a)측과 나사 결합을 이루는 너트부(104c-1)로 형성되어 수평방향으로 구비되게 되는 드라이브암(drive arm)(104c)으로 구성되게 된다.
승강구동장치부(106)는, 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)과 평행하도록 일측에 수직되게 구비되게 되는 리드스크류(lead screw)(106a)와, 제어부(108)의 제어에 따라 작동되어 리드스크류(106a)를 소정량 회전시키게 되는 스텝모터(step motor)(106c)와, 스텝모터(106c)의 회전축(106c-1)상의 모터측 풀리(pully)(106c-2)와 리드스크류(106a)측 풀리(106a-1)간을 전동 연결하도록 구비되게 되는 전동벨트(belt)(106b)와, 스텝모터(106c)의 실제 회전된 양을 측정하여 제어부(108)로 송출함으로써 제어부(108)로 하여금 스텝모터(106c)가 정확하게 작동되었는지를 확인할 수 있도록 하기 위해 스텝모터(106c)의 회전축(106c-1)에 대해 구비되게 되는 엔코더(encoder)(106d)로 이루어지게 된다.
따라서, 외부로부터 웨이퍼 카세트(10)가 이송되어 본체(102)내의 엘리베이터(104)의 스테이지(104a)상에 안착된 상태에서, 제어부(108)의 작동 제어에 따라 스텝모터(106c)가 회전 작동되게 되면, 스텝모터(106c)의 회전 구동력이 전동벨트(106b)를 통해 리드스크류(106a)측으로 전달되어 리드스크류(106a)가 회전되게 되고, 리드스크류(106a)의 회전에 따라 해당 리드스크류(106a)에 대해 일단의 너트부(104c-1)를 통해 나사 결합을 이루고 있는 드라이브암(104c)이 승강되게 되며, 해당 드라이브암(104c)의 승강에 따라 고정 결합을 이루고 있는 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b) 및 스테이지(104a)가 함께 승강되게 된다.
그리고, 이와 같이 엘리베이터(104)가 승강되게 되면, 해당 스테이지(104a)상의 웨이퍼 카세트(10)가 승강되게 되고, 웨이퍼 카세트(10)가 승강됨에 따라 해당 웨이퍼 카세트(10)내에 상하로 적재되어 있는 웨이퍼들(w)의 높이 위치가 변화하게 되므로, 별도로 로드락 챔버(100)와 공정챔버간에 구비되어 있는 트랜스퍼(transfer)용 로봇암(robot arm)(20)이 그와 동일한 높이 위치로 맞추어지게 되 는 웨이퍼 카세트(10)내의 웨이퍼(w)를 한매씩 꺼내어 공정챔버측으로 순차적으로 이송하게 된다.
이때, 엘리베이터(104)가 승강되는 정도는 제어부(108)가 스텝모터(106c)를 작동 제어하는 것에 의해 조정되게 되며, 즉 제어부(108)가 작동신호를 스텝모터(106c)측으로 발신하여 스텝모터(106c)가 적당량 작동되도록 하고, 그에 대해 스텝모터(106c)가 정확하게 작동되었는지를 엔코더(106d)를 이용하여 확인하게 된다.
덧붙여, 주지된 바와 같이, 엔코더(106d)는 스텝모터(106c)의 회전축(106c-1)에 대해 구비되어 스텝모터(106c)와 동기화되어 작용되게 되는 것으로, 스텝모터(106c)의 회전축(106c-1)에 대해 결합되어 있는 패턴원판상에 등간격으로 형성되어 있는 패턴들이 회전시 통과하는 개수를 광검출수단 등으로 검출하여 그 검출 결과를 제어부(108)측으로 송출하여 제어부(108)가 그 결과신호를 통해 스텝모터(106c)의 회전된 정도를 확인할 수 있도록 하게 된다.
그러나, 이상과 같은 종래에 있어서는 제어부(108)의 작동 제어에 의해 스텝모터(106c)가 정확하게 회전 작동되어 엔코더(106d)를 통해서는 스텝모터(106c)가 정확하게 작동된 것으로 확인되더라도, 실제로는 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)이 그에 상응하도록 승강되지 못하는 경우가 발생되고 있다.
이는, 스텝모터(106c)측으로부터 리드스크류(106a)측으로의 구동력 전달에 있어서의 이상에 의해 주로 발생되는 것으로 확인되고 있으며, 즉 장시간 사용에 따라 풀리(106a-1, 106c-2) 및 전동벨트(106b)에 마모가 발생되고, 또한 전동벨트(106b)의 장력이 느슨해지게 됨으로써, 회전시 전동벨트(106b)가 겉돌게 되는 이 상이 발생되게 되어, 그에 따라 결국 리드스크류(106a)가 비정상적인 양만큼만 회전되어 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)이 충분히 승강되지 못하게 된다.
이와 같이, 엘리베이터(104)가 정확하게 승강되지 못하게 되면, 이후 트랜스퍼용 로봇암(20)이 잘못된 높이 위치에 있게 되는 웨이퍼 카세트(10)나 엘리베이터(104)에 대해 충돌하게 됨으로써, 웨이퍼(w) 파손과 같은 심각한 사고를 유발하게 되어, 생산수율을 저하시키고 또한 원활한 공정수행을 방해하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 엘리베이터의 승강구동축이 실제로 승강된 정도를 검출하여 제어부로 송출할 수 있는 선형이동검출수단을 추가로 구비함으로써 엔코더를 통해서는 정상적인 작동이 확인되더라도 선형이동검출수단을 통해 비정상적인 작동이 확인되는 경우 공정진행 중지와 같은 이상조치를 즉시 발생시켜 이후의 트랜스퍼용 로봇암의 충돌 및 그에 따른 웨이퍼 파손을 방지할 수 있게 되는 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치는, 로드락 챔버의 엘리베이터를 승강시키기 위해 상기 엘리베이터의 승강구동축측이 나사 결합을 이루어 그 회전에 따라 상기 엘리베이터가 승강되도록 하게 되는 리드스크류와, 상기 리드스크류를 회전시키기 위한 스텝모터와, 상기 스텝모터의 회전 정도를 측정하게 되는 엔코더와, 상기 스텝모터에 대한 작동 제어를 실시하고 상기 엔코더를 통해 상기 스텝모터가 정확히 작동되었는지를 확인하게 되는 제어부를 구비하는 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치에 있어서, 상기 엘리베이터의 실제 승강된 정도를 측정하여 상기 제어부로 송출함으로써 상기 제어부가 상기 엔코더로부터 전송되는 상기 스텝모터의 회전된 정도값과 대비하여 상기 엘리베이터가 목표량 만큼 정확하게 승강되었는지를 확인하도록 하게 되는 선형이동검출수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치를 보여주는 개략 구성도이다.
설명에 앞서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부기하고, 그에 대한 상세한 설명을 일부 생략함을 밝힌다.
본 발명에 따르면, 리드스크류(106a)에 대해 나사 결합을 이루어 리드스크류(106a)의 회전에 따라 승강되게 되는 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)의 실제적인 승강 정도를 검출할 수 있는 선형이동검출수단(106e)이 추가적으로 구비되게 되며, 이 선형이동검출수단(106e)은 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)의 실제 승강된 정도를 측정하여 제어부(108)로 송출하게 된다.
즉, 제어부(108)의 작동 제어에 의해 스텝모터(106c)가 적당량 회전 구동되어 엘리베이터(104)가 승강됨에 있어서, 스텝모터(106c)에 대해 구비되어 있는 엔코더(106d)로부터 스텝모터(106c)가 회전 작동된 정도가 측정되어 제어부(108)로 송출되게 됨과 아울러, 선형이동검출수단(106e)으로부터 엘리베이터(104)가 실제 승강 이동된 정도가 측정되어 또한 제어부(108)로 송출되게 되며, 따라서 제어부(108)는 스텝모터(106c)가 실제 회전 작동된 정도와 엘리베이터(104)가 실제 승강 이동된 정도를 대비하여 확인함으로써, 스텝모터(106c)의 회전된 정도에 비례하여 엘리베이터(104)가 승강 이동되지 못한 것으로 확인되는 경우에는 즉시 이상조치를 발생시키게 된다.
이때, 제어부(108)가 이상조치로서 발생시킬 수 있는 것으로는 이후의 공정진행을 전반적으로 정지시켜 즉, 트랜스퍼용 로봇암(20)의 작동을 정지시켜 해당 트랜스퍼용 로봇암(20)이 잘못된 높이에 위치되어 있는 웨이퍼 카세트(10)에 대해 충돌하는 것이 방지되도록 하면서, 외부로 이상 상황을 알리는 알람(alarm)을 발생시켜 작업자 등이 인식할 수 있도록 하는 방식 등으로 실시될 수 있다.
바람직하게, 전술한 선형이동검출수단(106e)은, 승강되는 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)이나 그 승강구동축(104b)에 대해 고정 결합을 이루고 있는 드라이브암(104c)에 대해 고정되도록 결합을 이루어 승강구동축(104b)의 승강에 따라 함께 선형 이동되게 되는 가동부(106e-1)와, 이 가동부(106e-1)에 대해 이격되어 대향되도록 고정되게 구비되게 되는 고정부(106e-3)와, 전술한 가동부(106e-1) 또는 고정부(106e-3)의 어느 하나에 대해 결합되도록 구비되게 되는 피스톤부(106e- 4)와, 이 피스톤부(106e-4)가 일부 삽입되도록 가동부(106e-1) 또는 고정부(106e-3)의 다른 하나에 대해 결합되도록 구비되며 그 내부에는 오일과 같은 유체가 충진되게 되고 삽입된 피스톤부(106e-4)에 의해 가해지는 압력에 의해 내부 유체(106e-2-1)가 변형됨에 따라 변형되게 되는 변형판(106e-2-2)과 이 변형판(106e-2-2)의 변형을 감지하기 위한 스트레인 게이지(strain gauge)와 같은 변형검출수단(106e-2-3)을 구비하게 되는 실린더부(106e-2)로 이루어질 수 있다.
여기서, 실린더부(106e-2)내에 내장되는 변형판(106e-2-2)은 두께가 매우 얇은 탄성체 판으로 형성될 수 있고, 해당 변형판(106e-2-2)의 가장자리부는 실린더부(106e-2)의 내측벽측에 대해 고정될 수 있으며, 변형판(106e-2-2)의 일측, 즉 피스톤부(106e-4)가 위치한 측의 실린더부(106e-2)내에는 전술한 유체(106e-2-1)가 채워지게 되고, 변형판(106e-2-2)의 타측면상에는 변형검출수단(106e-2-3)이 부착되어 구비될 수 있다.
따라서, 스텝모터(106c)가 회전 작동되어 리드스크류(106a)가 회전함에 따라 승강되게 되는 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b) 및 드라이브암(104c)측에 대해 고정되도록 결합되어 있는 가동부(106e-1)가 대향되는 고정부(106e-3)에 대해 상대적으로 선형 이동하게 되면, 피스톤부(106e-4)가 실린더부(106e-2)내로 삽입되는 정도가 변화하게 되고, 이에 따라 피스톤부(106e-4)에 의해 실린더부(106e-2)내의 유체(106e-2-1)가 가압되는 정도가 변경되게 되어 해당 유체(106e-2-1)를 매개로 민감하게 변형판(106e-2-2)이 형상 변화를 하게 되며, 이 형상 변화를 변형검출수단(106e-2-3)이 검출하여 제어부(108)측으로 송출하게 됨으로써, 제어부(108)가 엘 리베이터(104)의 실제 승강된 정도를 확인할 수 있게 된다.
이로써, 제어부(108)는 엔코더(106d)로부터는 스텝모터(106c)가 실제 회전 작동된 정도값을 송출받게 되고, 또한 변형검출수단(106e-2-3)으로부터는 엘리베이터(104)가 실제로 승강된 정도값을 송출받게 되므로, 전송되는 두 값의 비례성 여부를 확인하는 것에 의해 엘리베이터(104)가 정확하게 승강되었는지를 확인할 수 있게 된다.
이상에서, 선형이동검출수단(106e)의 가동부(106e-1)가 바람직하게 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)이나 드라이브암(104c)측에 대해 고정 결합되도록 구비되는 것으로 나타내었으나, 해당 가동부(106e-1)는 직접 리드스크류(106a)에 대해 나사 결합되는 너트부를 갖어 리드스크류(106a)의 회전시 또한 독립적으로 승강되도록 구비될 수도 있을 것이다.
또한, 이상에서 선형이동검출수단(106e)이 실린더 형태인 것에 대하여 예시적으로 설명하였으나, 그 외의 다른 구성으로는 가동부(106e-1) 또는 고정부(106e-3)의 어느 하나측에는 일직선상에 등간격씩 다수개의 패턴이 형성되고 다른 하나측에는 가동부(106e-1)의 선형 이동에 따라 통과되는 해당 패턴의 개수를 인식할 수 있는 센서 등이 구비되는 것으로 이루어질 수도 있는 등, 기타 여러 다양한 수단이 채택될 수 있음은 물론이다.
이로써, 본 발명에 의하면, 스텝모터(106c)가 정상적으로 작동되었더라도 실제로는 엘리베이터(104)가 적절히 승강되지 못한 경우를 바로 검출하여 이상조치를 취할 수 있게 되므로, 이후의 웨이퍼 카세트(10)에 대한 트랜스퍼용 로봇암(20)의 충돌을 차단하여 웨이퍼(w)가 파손되는 것을 방지할 수 있게 됨으로써, 생산수율 향상 및 안정적인 공정수행이 가능하도록 할 수 있게 된다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
본 발명에 따르면, 엘리베이터가 정확한 높이 위치로 승강 작동되지 않은 경우를 검출하여 바로 이상조치를 취할 수 있게 되므로, 엘리베이터상에 놓인 웨이퍼 카세트에 대한 트랜스퍼용 로봇암의 충돌 및 그에 따른 웨이퍼 파손을 미연에 방지할 수 있게 되어, 생산수율 향상 및 안정적인 공정수행이 가능하도록 할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (3)

  1. 로드락 챔버(100)의 엘리베이터(104)를 승강시키기 위해 상기 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)측이 나사 결합을 이루어 그 회전에 따라 상기 엘리베이터(104)가 승강되도록 하게 되는 리드스크류(106a)와, 상기 리드스크류(106a)를 회전시키기 위한 스텝모터(106c)와, 상기 스텝모터(106c)의 회전 정도를 측정하게 되는 엔코더(106d)와, 상기 스텝모터(106c)에 대한 작동 제어를 실시하고 상기 엔코더(106d)를 통해 상기 스텝모터(106c)가 정확히 작동되었는지를 확인하게 되는 제어부(108)를 구비하는 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치에 있어서,
    상기 엘리베이터(104)의 실제 승강된 정도를 측정하여 상기 제어부(108)로 송출함으로써 상기 제어부(108)가 상기 엔코더(106d)로부터 전송되는 상기 스텝모터(106c)의 회전된 정도값과 대비하여 상기 엘리베이터(104)가 목표량 만큼 정확하게 승강되었는지를 확인하도록 하게 되는 선형이동검출수단(106e)을 포함하되,
    상기 선형이동검출수단(106e)은,
    상기 엘리베이터(104)의 승강구동축(104b)측에 대해 고정 결합되거나 상기 리드스크류(106a)에 대해 나사 결합을 이루어 상기 리드스크류(106a)의 회전에 따라 승강되도록 구비되게 되는 가동부(106e-1)와,
    상기 가동부(106e-1)에 대해 이격되어 대향되도록 고정되게 구비되게 되는 고정부(106e-3)와,
    상기 가동부(106e-1) 또는 상기 고정부(106e-3)의 어느 하나에 대해 결합되도록 구비되게 되는 피스톤부(106e-4)와,
    상기 피스톤부(106e-4)가 일부 삽입되도록 상기 가동부(106e-1) 또는 상기 고정부(106e-3)의 다른 하나에 대해 결합되도록 구비되며 상기 피스톤부(106e-4)에 의해 가압됨에 따라 내부에 충진되어 있는 유체(106e-2-1)의 변형에 따라 변형되게 되는 변형판(106e-2-2)과 상기 변형판(106e-2-2)의 변형을 검출하여 상기 제어부(108)측으로 송출하게 되는 변형검출수단(106e-2-3)을 구비하게 되는 실린더부(106e-2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(108)는,
    상기 엔코더(106d)로부터 전송되는 값과 상기 선형이동검출수단(106e)으로부터 전송되는 값의 비례성을 확인하는 것에 의해 상기 엘리베이터(104)가 정확한 거리 이동되었는지를 확인하고 비정상적으로 이동된 경우 이상조치를 취하게 되는 것을 특징으로 하는 로드락 챔버의 엘리베이터 승강구동장치.
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