KR101620545B1 - 기판 정렬 장치 및 게이트 밸브 그리고 그것을 갖는 클러스터 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 클러스터 설비를 제공한다. 본 발명의 기판 처리 클러스터 설비는 기판들이 적재된 카세트가 놓여지는 로드 포트들을 갖는 설비 전방 단부 모듈(EFEM); 상기 설비 전방 단부 모듈과는 게이트밸브를 통해 연결되고, 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능한 제1로드락 챔버; 상기 제1로드락 챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되며, 기판 반송을 위한 반송장치가 구비된 트랜스퍼 챔버; 상기 트랜스퍼 챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되고, 기판들이 배치식으로 적재되는 기판 적재 유닛가 구비된 제2로드락 챔버들; 상기 제2로드락 챔버들 각각의 상부에 배치되고 상기 기판 적재 유닛에 적재된 기판들을 공정 처리하는 프로세챔버들; 및 기판이 상기 반송 장치의 엔드 이펙터에 의해 상기 게이트밸브의 기판 이동 통로를 통과할 때 기판의 정렬 유무를 감지하는 센싱부; 상기 센싱부로부터 감지된 센싱값을 통해 기판의 정렬 상태를 판별하는 위치 판별부; 및 기판이 정상적으로 반송되도록 상기 위치 판별부의 결과에 따라 상기 엔드 이펙터의 반송 동작을 보정하는 위치 보정부를 포함한다.

Description

기판 정렬 장치 및 게이트 밸브 그리고 그것을 갖는 클러스터 설비{Substrate aligning device, gate Valve And Cluster Apparatus Including The Same}

본 발명은 기판 제조 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 기판 반송시 기판 정렬 상태를 체크할 수 있는 기판 정렬 장치 및 게이트 밸브 그리고 그것을 갖는 클러스터 설비에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 웨이퍼상에 증착, 식각, 이온주입, 노광, 현상, 그리고 세정 등의 다양한 반도체 공정들을 수행하여 집적회로 칩을 생산하는 공정이다. 반도체 제조 공정이 진행되면, 로봇암(robot arm)과 같은 기판 이송 장치가 상술한 반도체 공정들을 수행하는 공정장치들 상호간에 웨이퍼를 이송하며, 각각의 공정장치들은 웨이퍼를 이송받아 웨이퍼상에 소정의 반도체 공정을 수행한다.

이때, 반도체 제조 설비는 공정을 수행하기 전에 기판이 기설정된 위치에 정렬되었는지를 감지하여야 한다. 기판 이송 장치가 기판을 이송하는 과정에서 기판이 기판 이송 장치에 정상적으로 안착되어 이동되지 않으면, 기판의 이송시 기판이 기판 이송 장치로부터 이탈되어 파손되는 현상이 발생된다.

특히, 반도체 공정을 수행하는 공정 챔버 등과 같은 공정실로 웨이퍼를 이송하는 과정에서 웨이퍼가 기설정된 위치를 벗어나면, 웨이퍼가 주변 설비와 충돌되어 손상되거나 반도체 공정시 웨이퍼 정렬의 불량에 따른 공정 수율이 저하된다.

이를 방지하기 위해, 반도체 제조 설비에는 기판의 위치를 벗어나는지 여부를 감지하는 다양한 감지 수단이 사용된다. 일반적인 감지 수단은 발광 및 수광센서, 또는 발광센서 및 리플렉터를 사용하여 기설정된 위치에 안착된 웨이퍼의 정렬상태를 감지하였다. 그러나, 이러한 감지 수단들은 웨이퍼의 정렬상태를 효과적으로 감지하기 어려웠다. 특히, 일반적인 감지 수단들은 기설정된 위치에 고정위치된 기판 이송 장치가 웨이퍼를 이송하는 과정에서 웨이퍼가 기판 이송 장치에 정상적으로 안착되어 이동되는지 여부를 정밀하게 판단하기 힘들었다.

본 발명은 기판 반송 장치에 의해 이송되는 기판의 정렬 상태를 검출할 수 있는 기판 정렬 장치 및 게이트 밸브 그리고 그것을 갖는 클러스터 설비를 제공하는데 있다.

본 발명은 기판 반송 장치에 의해 이송되는 기판의 정렬 상태를 정밀하게 검출할 수 있고, 그 어긋남을 보정할 수 있는 기판 정렬 장치 및 게이트 밸브 그리고 그것을 갖는 클러스터 설비를 제공하는데 있다.

본 발명은 복수의 기판들이 반송될 때 한번에 기판들의 정렬 상태를 검출하여 그 위치를 보정할 수 있는 기판 정렬 장치 및 게이트 밸브 그리고 그것을 갖는 클러스터 설비를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 반송 장치의 엔드 이펙터에 의해 제 1위치로부터 제2 위치까지 반송되는 기판을 정렬하는 장치는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 제공되고, 상기 엔드 이펙터상에 놓여진 상태로 반송되는 기판을 감지하는 센싱부; 상기 센싱부로부터 감지된 센싱값을 통해 기판의 정렬 상태를 판별하는 위치 판별부; 및 기판이 상기 제2위치에 정상적으로 반송되도록 상기 위치 판별부의 결과에 따라 상기 엔드 이펙터의 반송 동작을 보정하는 위치 보정부를 포함한다.

또한, 상기 센싱부는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 기판이 반송되는 경로상에 제공될 수 있다.

또한, 상기 센싱부는 기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측과 우측중 어느 일측으로 편심되게 배치되며, 상기 센싱부는 빛을 조사하는 발광센서와, 상기 발광센서로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광센서를 포함하고, 상기 위치 판별부는 상기 수광센서로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 상기 센싱 시작 신호로부터 상기 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 산출하고, 상기 검출시간과 기설정값을 비교하여 기판의 좌우 틀어짐을 판별할 수 있다.

또한, 상기 위치 판별부는 상기 검출시간이 상기 기설정값보다 큰 경우 기판이 일측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며, 상기 검출시간이 상기 기설정값보다 작은 경우 기판이 타측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 센싱부는 상기 기판 반송 경로의 중심에서 좌측으로 편심되게 배치되는 제1센싱부; 및 상기 제1센싱부와는 반송경로의 중심을 기준으로 대칭되게 배치되는 제2센싱부를 포함하며, 상기 위치 판별부는 상기 제1,2센싱부 각각으로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 상기 센싱 시작 신호로부터 상기 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 각각 산출하고, 상기 제1센싱부의 검출시간과 상기 제2센싱부의 검출시간이 상이한 경우 검출시간이 큰 쪽으로 기판이 틀어진 상태로 반송되고 있음을 판별할 수 있다.

또한, 상기 위치 판별부는 상기 수광센서를 통해 감지되는 상기 발광센서의 광량을 산출하고, 상기 광량과 기설정값을 비교하여 기판의 좌우 틀어짐을 판별할 수 있다.

또한, 상기 센싱부는 기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측과 우측중 어느 일측으로 편심되게 배치되며, 상기 센싱부는 빛을 조사하는 발광부와, 평면상에서 바라보았을 때 기판의 반송 방향과 직교하는 방향으로 적어도 하나 이상의 열로 배열되어 상기 발광부로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광소자들로 이루어지는 수광부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 위치 판별부는 상기 수광소자에 의해 기판이 상기 센싱부를 통과할 때 기판에 의한 차광량 변화를 제공받아, 상기 차광량 변화에 기초하여 기판의 좌우 틀어짐을 판별할 수 있다.

또한, 상기 위치 판별부는 상기 수광소자에 의해 기판이 상기 센싱부를 통과할 때 기판에 의한 차광량 변화를 제공받아, 상기 차광량 변화가 기설정값보다 큰 경우 기판이 일측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며, 상기 차광량 변화가 상기 기설정값보다 작은 경우 기판이 타측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 위치 판별부는 상기 기판 반송 장치의 엔드 이펙터가 상기 제 1위치에서 상기 센싱부의 최초 센싱 시점까지 기판이 이동되는 시간을 체크하고, 상기 체크된 이동 시간이 기설정된 이동시간보다 작으면 기판이 전방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단하고, 상기 체크된 이동시간이 기설정된 이동시간보다 크면 기판이 후방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 위치 판별부는 상기 기판 반송 장치의 엔드 이펙터의 엔코더 값을 제공받아 상기 센싱부에서 기판을 최초 센싱한 시점에서의 엔코더 값을 체크하여, 상기 체크된 엔코더 값이 기설정된 엔코더 값보다 작으면 기판이 전방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단하고, 상기 체크된 엔코더 값이 기설정된 엔코더 값보다 크면 기판이 후방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 센싱부는 이웃하는 챔버들을 연결하는 게이트 밸브에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 이동 통로를 형성하는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징에 결합되어 상기 기판 이동 통로를 차단하는 블레이드; 상기 블레이드를 구동시키기 위한 구동부; 및 상기 밸브 하우징에 설치되고, 기판이 기판 반송 장치의 엔드 이펙터에 의해 상기 기판 이동 통로를 통과할 때 기판의 정렬 유무를 감지하는 센싱부를 포함하는 게이트 밸브를 제공하고자 한다.

또한, 상기 센싱부는 상기 센싱부는 기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측과 우측중 어느 일측으로 편심되게 배치되며, 상기 센싱부는 기판을 기준으로 상부와 하부중 어느 한쪽에 설치되는 발광부; 및 기판을 기준으로 상기 발광부와 대향되는 다른 한쪽에 위치되어 상기 발광부로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판 반송 장치의 엔드 이펙터는 복수의 기판들을 반송하며, 상기 센싱부는 상기 복수의 기판들을 감지하도록 상기 복수의 기판들 사이 사이에 위치되는 감지바들을 더 포함하고, 상기 감지바들에는 기판을 사이에 두고 상기 발광부와 상기 수광부가 서로 대향되게 설치될 수 있다.

또한, 상기 수광부는 평면상에서 바라보았을 때 기판의 반송 방향과 직교하는 방향으로 적어도 하나 이상의 열로 배열되어 상기 발광부로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광소자들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 밸브 하우징은 상기 센싱부가 장착되는 센서 장착부를 더 포함하되; 상기 센서 장착부는 상기 밸브 하우징의 측면으로부터 상기 기판 이동 통로에 위치되는 상기 센싱부를 감싸주는 투명한 소재의 보호 커버를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보호 커버는 상기 밸브 하우징의 내부와는 격리되고 상기 센싱부가 삽입되는 삽입 공간을 갖는 돌출부들과, 상기 돌출부들 사이에 기판이 통과할 수 있도록 슬롯이 형성된 오목부들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서 장착부는 상기 보호커버가 상기 밸브 하우징의 측면에 고정되도록 상기 밸브 하우징의 외측면에 고정되는 고정 플레이트를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판들이 적재된 카세트가 놓여지는 로드 포트들을 갖는 설비 전방 단부 모듈(EFEM); 상기 설비 전방 단부 모듈과는 게이트밸브를 통해 연결되고, 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능한 제1로드락 챔버; 상기 제1로드락 챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되며, 기판 반송을 위한 반송장치가 구비된 트랜스퍼 챔버; 상기 트랜스퍼 챔버와는 게이트밸브를 통해 연결되고, 기판들이 배치식으로 적재되는 기판 적재 유닛가 구비된 제2로드락 챔버들; 상기 제2로드락 챔버들 각각의 상부에 배치되고 상기 기판 적재 유닛에 적재된 기판들을 공정 처리하는 프로세챔버들; 및 기판이 상기 반송 장치의 엔드 이펙터에 의해 상기 게이트밸브의 기판 이동 통로를 통과할 때 기판의 정렬 유무를 감지하는 센싱부; 상기 센싱부로부터 감지된 센싱값을 통해 기판의 정렬 상태를 판별하는 위치 판별부; 및 기판이 정상적으로 반송되도록 상기 위치 판별부의 결과에 따라 상기 엔드 이펙터의 반송 동작을 보정하는 위치 보정부를 포함하는 클러스터 설비를 제공하고자 한다.

또한, 상기 센싱부는 기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측과 우측중 어느 일측으로 편심되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 센싱부는 빛을 조사하는 제1발광센서, 상기 제1발광센서로부터 조사되는 빛을 수광하는 제1수광센서를 포함하고, 상기 위치 판별부는 상기 제1수광센서로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 상기 센싱 시작 신호로부터 상기 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 산출하고, 상기 검출시간이 기설정값보다 큰 경우 기판이 일측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며, 상기 검출시간이 상기 기설정값보다 작은 경우 기판이 타측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 센싱부는 빛을 조사하는 제2발광센서, 평면상에서 바라보았을 때 기판의 반송 방향과 직교하는 방향으로 적어도 하나 이상의 열로 배열되어 상기 제2발광센서로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광소자들로 이루어지는 제2수광센서를 더 포함하고, 상기 위치 판별부는 상기 수광소자들에 의해 기판이 상기 센싱부를 통과할 때 기판에 의한 차광량 변화를 제공받아, 상기 차광량 변화에 기초하여 기판의 좌우 틀어짐을 판별할 수 있다.

또한, 상기 위치 판별부는 상기 차광량 변화가 기설정값보다 큰 경우 기판이 일측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며, 상기 차광량 변화가 상기 기설정값보다 작은 경우 기판이 타측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 센싱부는 상기 기판 반송 경로의 중심에서 좌측으로 편심되게 배치되는 제1센싱부; 및 상기 제1센싱부와는 반송경로의 중심을 기준으로 대칭되게 배치되는 제2센싱부를 포함하며, 상기 위치 판별부는 상기 제1,2센싱부 각각으로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 상기 센싱 시작 신호로부터 상기 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 각각 산출하고, 상기 제1센싱부의 검출시간과 상기 제2센싱부의 검출시간이 상이한 경우 검출시간이 큰 쪽으로 기판이 틀어진 상태로 반송되고 있음을 판별할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 기판 반송 장치에 의해 이송되는 기판의 정렬 상태를 정밀하게 검출한 후 그 어긋남을 보정함으로써 기판이 정확한 위치에 안정적으로 반송될 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 의하면, 복수의 기판들이 반송될 때 한번에 기판들의 정렬 상태를 검출하여 그 위치를 보정할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리용 클러스터 설비를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리를 위한 클러스터 설비를 나타내는 측면도이다.
도 3은 기판 처리용 클러스터 설비의 기판 정렬 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 게이트 밸브를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 게이트 밸브의 측단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 게이트 밸브의 평단면도이다.
도 7은 게이트 밸브에 설치된 센싱부를 정면에서 바라본 도면이다.
도 8은 기판의 정상 조건에서의 반송을 보여주는 도면이다.
도 9 및 도 10은 기판의 이상 조건에서의 반송을 보여주는 도면들이다.
도 11은 기판의 정상 조건에서의 반송을 보여주는 도면이다.
도 12 및 도 13은 기판의 이상 조건에서의 반송을 보여주는 도면들이다.
도 14는 센싱부가 양측에 설치된 예를 보여주는 도면이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리용 클러스터 설비를 나타내는 평면도 및 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리용 클러스터 설비(1)는 설비 전방 단부 모듈(900), 로드락 챔버(200), 트랜스퍼 챔버(300) 및 공정 처리 모듈(400)을 포함한다.

설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module, EFEM)(900)은 클러스터 설비(1)의 전면에 배치된다. 설비 전방 단부 모듈(900)은 카세트(C)가 로딩 및 언로딩되는 로드 포트(load port)(910)와, 카세트(C)로부터 기판을 인출하는 제 1 기판 이송 로봇(930)이 구비되어 카세트(C)와 로드락 챔버(200) 간에 기판을 이송하도록 하는 인덱스 챔버(920)를 포함한다. 여기서, 제 1 기판 이송 로봇(930)은 ATM(Atmosphere) 로봇이 사용될 수 있다.

본 실시예에서 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 기판은 유리 기판 등과 같이 다른 종류의 기판일 수 있다.

인덱스 챔버(920)는 로드 포트(910)와 로드락 챔버(200) 사이에 위치된다. 인덱스 챔버(920)는 전면 패널(922), 후면 패널(924) 그리고 양측면 패널(926)을 포함하는 직육면체의 형상을 가지며, 그 내부에는 기판을 이송하기 위한 제 1 기판 이송 로봇(930)이 제공된다. 도시하지는 않았지만, 인덱스 챔버(920)는 내부 공간으로 입자 오염물이 유입되는 것을 방지하기 위하여, 벤트들(vents), 층류 시스템(laminar flow system)과 같은 제어된 공기 유동 시스템을 포함할 수 있다.

인덱스 챔버(920)는 로드락 챔버(200)와 접하는 후면 패널(924)에 로드락 챔버(200)와의 웨이퍼 이송을 위한 통로가 게이트 밸브(700-1)에 의해 개폐된다.

로드 포트(910)는 인덱스 챔버(920)의 전면 패널(922) 상에 일렬로 배치된다. 로드 포트(204)에는 카세트(C)가 로딩 및 언로딩된다. 카세트(C)는 전방이 개방된 몸체와 몸체의 전방을 개폐하는 도어를 갖는 전면 개방 일체식 포드(front open unified pod)일 수 있다.

인덱스 챔버(920)의 양측면 패널(926)에는 더미(dummy) 기판 저장부(940)가 제공된다. 더미 기판 저장부(940)는 더미 기판(DW)이 적층 보관되는 더미 기판 보관 용기(942)를 제공한다. 더미 기판 보관 용기(942)에 보관되는 더미 기판(DW)은 공정 처리 모듈(400)에서 기판이 부족할 경우 사용된다.

도시하지는 않았지만, 더미 기판 보관 용기(942)는 인덱스 챔버의 측면이 아닌 다른 챔버로 변경하여 제공될 수 있다. 일 예로, 더미 기판 보관 용기(942)는 트랜스퍼 챔버(300)에 설치될 수도 있다.

로드락 챔버(200)는 게이트 밸브(700-1)를 통해 설비 전방 단부 모듈(900)과 연결된다. 로드락 챔버(200)는 설비 전방 단부 모듈(900)과 트랜스퍼 챔버(300) 사이에 배치된다. 설비 전방 단부 모듈(900)과 트랜스퍼 챔버(300) 사이에는 3 개의 로드락 챔버(200)가 제공될 수 있다. 로드락 챔버(200)는 내부 공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능하다. 로드락 챔버(200)에는 기판이 적재되는 적재 용기(210)가 제공된다.

트랜스퍼 챔버(300)는 게이트 밸브(700-2)를 통해 로드락 챔버(200)와 연결된다. 트랜스퍼 챔버(300)는 로드락 챔버(200)와 공정 처리 모듈(400) 사이에 배치된다. 트랜스퍼 챔버(300)는 직육면체의 박스 형상을 가지며, 그 내부에는 기판을 이송하기 위한 제 2 기판 이송 로봇(330)이 제공된다. 제 2 기판 이송 로봇(330)은 로드락 챔버(200)와 공정 처리 모듈(400)의 처리 모듈용 제2로드락 챔버(410)에 구비된 보트(130) 간에 기판을 이송한다. 제 2 기판 이송 로봇(330)은 1장의 기판 또는 5장의 기판을 반송할 수 있는 앤드 이펙터를 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 기판 이송 로봇(330)은 진공 환경에서 기판을 이송시킬 수 있는 진공 로봇이 사용된다.

트랜스퍼 챔버(300)에는 복수 개의 공정 처리 모듈(400)이 게이트 밸브(700-3)를 통해 연결될 수 있다. 일 예로, 트랜스퍼 챔버(300)에는 3 개의 공정 처리 모듈(400)이 연결될 수 있으며, 그 개수는 이에 제한되지 않는다.

도 2를 참조하면, 클러스터 설비(1)는 진공 배기부(500)와 가스 공급부(600)를 포함한다. 진공 배기부(500)는 로드락 챔버(200), 트랜스퍼 챔버(300), 처리 모듈용 로드락 챔버(410) 그리고 프로세스 챔버(100) 각각에 연결되어 각 챔버에 진공압을 제공하는 진공 라인(510)을 포함한다. 가스 공급부(600)는 로드락 챔버(200), 트랜스퍼 챔버(300), 처리 모듈용 로드락 챔버(410) 그리고 프로세스 챔버(100) 간의 차압 형성을 위해 각각의 챔버에 가스를 공급하는 가스 공급라인(610)을 포함한다.

또한, 인덱스 챔버(920)와 로드락 챔버(200), 로드락 챔버(200)와 트랜스퍼 챔버(300), 그리고 트랜스퍼 챔버(300)와 처리 모듈용 로드락 챔버(410)는 게이트밸브(700-1, 700-2, 700-3)를 통해 연결되어, 각각의 챔버 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.

퍼니스형 반도체 설비인 공정 처리 모듈(400)은 제2로드락 챔버(410)와 프로세스 챔버(100)를 포함한다.

제2로드락 챔버(410)는 게이트 밸브(700-3)를 통해 트랜스퍼 챔버(300)와 연결된다. 제2로드락 챔버(410)에는 기판들이 배치식으로 적재되는 보트(130)를 프로세스 챔버(100)의 공정튜브(110)의 내부공간으로 로딩/언로딩시키기 위한 보트 승강 장치(490)가 제공된다. 일 예로, 보트(130)는 기판들이 25매, 50매씩 적재될 수 있도록 슬롯들을 포함할 수 있다. 제2로드락 챔버(410)의 상부에는 프로세스 챔버(100)가 배치된다.

도 3은 기판 처리용 클러스터 설비의 기판 정렬 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 참고로, 아래에서는 인덱스 챔버(920)와 로드락 챔버(200) 사이에서 반송되는 기판 정렬을 예를 들어 설명한다.

도 3을 참조하면, 기판 정렬 장치(800)는 센싱부(810)와, 위치 판별부(880) 그리고 위치 보정부(890)를 포함할 수 있다.

센싱부(810)는 제 1 기판 이송 로봇(930)의 엔드 이펙터(932)상에 놓여진 상태로 반송되는 기판(W)을 감지한다.

센싱부(810)는 인덱스 챔버(920)와 로드락 챔버(200), 로드락 챔버(200)와 트랜스퍼 챔버(300), 그리고 트랜스퍼 챔버(300)와 처리 모듈용 로드락 챔버(410) 사이에 제공될 수 있다. 일 예로, 센싱부(810)는 게이트 밸브(700-1)에 설치될 수 있다.

센싱부(810)는 기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측과 우측중 어느 일측으로 편심되게 배치될 수 있다.

또한, 도 7에서와 같이, 센싱부(810)는 포인트 검출 방식과, 리니어 검출 방식중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

일 예로, 포인트 검출 방식은 빛을 조사하는 제1발광센서(812)와, 제1발광센서(812)로부터 조사되는 빛을 수광하는 제1수광센서(814)를 포함할 수 있다.

또 다른 예로, 센싱부(810)는 리니어 검출 방식으로 빛을 조사하는 제2발광센서(816), 평면상에서 바라보았을 때 기판의 반송 방향과 직교하는 방향으로 적어도 하나 이상의 열로 배열되어 제2발광센서로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광소자들로 이루어지는 제2수광센서(818)를 포함할 수 있다.

참고로, 리니어 검출 방식의 센싱부는 빔 센서 또는 스폿(spot) 형태의 센서를 이용하여 구축이 가능하다.

위치 판별부(880)는 제1수광센서(814)로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 센싱 시작 신호로부터 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 산출하고, 검출시간과 기설정값을 비교하여 기판의 좌우 틀어짐을 판별한다.

또 다른 예로, 위치 판별부(880)는 제2수광센서(818)들에 의해 기판이 센싱부를 통과할 때 기판에 의한 차광량 변화를 제공받아, 차광량 변화에 기초하여 기판의 좌우 틀어짐을 판별할 수 있다.

위치 보정부(890)는 기판이 정상적인 반송위치로 반송되도록 위치 판별부(880)의 결과에 따라 엔드 이펙터(932)의 반송 동작을 보정할 수 있다.

이 실시예에 있어서, 게이트밸브(700-1, 700-2, 700-3)는 서로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 이하에서는 인덱스 챔버(920)와 로드락 챔버(200)를 연결하는 게이트 밸브(700-1)를 일예로 하여 각 게이트 밸브(700-1, 700-2, 700-3)의 구성에 대해 구체적으로 설명하고, 나머지 게이트 밸브(700-1, 700-2, 700-3)의 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 3은 게이트 밸브를 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 게이트 밸브의 측단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 게이트 밸브의 평단면도이다. 그리고 도 6은 게이트 밸브에 설치된 센싱부를 정면에서 바라본 도면이다.

본 실시예에서 제 1 기판 이송 로봇(930)과 제 2 기판 이송 로봇(330)은 복수의 기판을 동시에 반송할 수 있도록 다단으로 배치된 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 일 예로, 제 1 기판 이송 로봇(930)과 제 2 기판 이송 로봇(330)은 5장의 기판을 반송할 수 있도록 5개의 엔드 이펙터가 제공될 수 있다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 게이트 밸브(700-1)는 기판 이동 통로를 형성하는 밸브 하우징(710)과, 밸브 하우징(710)에 결합되어 기판 이동 통로를 차단하는 블레이드(720), 블레이드(720)를 구동시키기 위한 구동부(730) 그리고 밸브 하우징(710)에 설치되는 센싱부(810)를 포함할 수 있다.

센싱부(810)는 제 1 기판 이송 로봇(930)의 엔드 이펙터(932)가 진입하는 밸브 하우징(710)의 입구쪽에 설치되어 있는 것으로 도시하였으나, 센싱부(810)는 밸브 하우징(710)의 출구쪽에 설치되어도 무방하다.

센싱부(810)는 기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측으로 편심되게 배치될 수 있다. 센싱부(810)는 5장의 기판들을 감지하도록 기판들 사이 사이에 위치되는 감지바(811)들을 포함하고, 감지바(811)들에는 기판을 사이에 두고 제1발광센서(812)와 제2수광센서(814)가 서로 대향되게 설치된다.

기판(W)들이 제 1 기판 이송 로봇의 엔드 이펙터(932)에 의해 게이트 밸브(700-1)를 통과할 때 센싱부(810)가 기판들을 감지한다.

센싱부(810)에서 감지된 신호는 기판 정렬 장치(800)의 위치 판별부(880)로 제공된다.

도 8은 기판의 정상 조건에서의 반송을 보여주는 도면이고, 도 9 및 도 10은 기판의 이상 조건에서의 반송을 보여주는 도면들이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 위치 판별부(880)는 제1수광센서(814)로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 센싱 시작 신호로부터 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 산출한다. 이때, 도 8에서와 같이, 기판의 정상 조건에서의 반송시 검출시간을 T1이라고 가정하고, 도 9에서와 같이 기판이 좌측으로 틀어진(shift) 이상 조건에서의 반송시 검출 시간이 T2이라고 하면, T2 > T1으로 비교될 수 있다. 그리고, 도 10에서와 같이 기판이 우측으로 틀어진(shift) 이상 조건에서의 반송시 검출 시간이 T3이라고 하면, T3 < T1으로 비교될 수 있다.

이처럼, 위치 판별부(880)는 검출시간(T2,T3)이 기설정값(T1)보다 큰 경우 기판이 좌측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며, 검출시간(T2,T3)이 기설정값(T1)보다 작은 경우 기판이 우측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단한다.

그리고, 검출시간(T2,T3)과 기설정값(T1)의 차감을 보상하여 이를 토대로 기판이 정상 위치에서 어느정도 이동되었는지 산출하고, 위치 보정부(890)는 기판이 정상적인 반송위치(최종 목표 지점)로 반송되도록 위치 판별부(880)의 결과에 따라 엔드 이펙터(932)의 반송 동작을 보정한다.

한편, 위치 판별부(880)는 기판의 전후 틀어짐(shift) 판별은 다음과 같으며, 이때 기판은 동일한 속도로 반송되는 것을 전제로 한다.

첫번째 방법은, 위치 판별부(880)는 기판 반송 장치의 엔드 이펙터(932)가 기판을 최초 로딩하는 위치(이하, 제1위치라고 함)에서 기판의 언로딩 위치(제2위치)로 이동하는 과정에서, 제1위치의 이동 시작부터 센싱부(810)의 최초 센싱 시점까지 기판이 이동되는 시간을 체크하고, 체크된 이동 시간이 기설정된 이동시간보다 작으면 기판이 전방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단하고, 상기 체크된 이동시간이 기설정된 이동시간보다 크면 기판이 후방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단한다.

두번째 방법은, 위치 판별부(880)가 기판 반송 장치(930)로부터 엔코더 값을 제공받아 센싱부(810)에서 기판을 최초 센싱한 시점에서의 엔코더 값을 체크하여, 체크된 엔코더 값이 기설정된 엔코더 값보다 작으면 기판이 후방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단하고, 체크된 엔코더 값이 기설정된 엔코더 값보다 크면 기판이 전방으로 쉬프트(shift)되어 반송되는 것으로 판단한다. 예를 들어, 기판 반송 장치(930)가 기판을 정상 위치에 안착한 상태에서 반송될때 센싱부(810)에서의 기판 센싱 시점의 엔코더 값이 100이라고 가정하고, 기판이 전방으로 쉬프트된 상태에서 반송될 경우 센싱부(810)에서 센싱된 시점의 엔코더값은 기준 엔코더값보다 클수밖에 없기 때문이다.

도 11 내지 도 13은 리니어 검출 방식으로 기판을 감지하는 센싱부에 대한 설명이다.

도 11은 기판의 정상 조건에서의 반송을 보여주는 도면이고, 도 12 및 도 13은 기판의 이상 조건에서의 반송을 보여주는 도면들이다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 위치 판별부(880)는 제2수광센서(818)로부터 기판이 센싱부(810)를 통과할 때 기판에 의한 차광량을 산출한다.

이때, 도 10에서와 같이, 기판의 정상 조건에서의 반송시 차광량이 A1이라고 가정하고, 도 11에서와 같이 기판이 좌측으로 틀어진(shift) 이상 조건에서의 반송시 차광량이 A2이라고 하면, A2 > A1으로 비교될 수 있다. 그리고, 도 13에서와 같이 기판이 우측으로 틀어진(shift) 이상 조건에서의 반송시 차광량이 A3이라고 하면, A3 < A1으로 비교될 수 있다.

이처럼, 위치 판별부(880)는 차광량(A2,A3)이 기설정값(A1)보다 큰 경우 기판이 좌측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며, 차광량(A2,A3)이 기설정값(A1)보다 작은 경우 기판이 우측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단한다.

그리고, 차광량(A2,A3)과 기설정값(A1)의 차감을 보상하여 이를 토대로 기판이 정상 위치에서 어느정도 이동되었는지 산출하고, 위치 보정부(890)는 기판이 정상적인 반송위치로 반송되도록 위치 판별부(880)의 결과에 따라 엔드 이펙터(932)의 반송 동작을 보정한다.

도 14는 센싱부가 양측에 설치된 예를 보여주는 도면이다.

도 14에서와 같이, 센싱부는 기판 반송 경로의 중심에서 좌측으로 편심되게 배치되는 제1센싱부(810a)와, 제1센싱부(810a)와는 반송경로의 중심을 기준으로 대칭되게 배치되는 제2센싱부(810b)를 포함할 수 있다.

위치 판별부(880)는 제1,2센싱부(810a,810b) 각각의 수광센서로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 센싱 시작 신호로부터 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 각각 산출하고, 제1센싱부(810a)의 검출시간과 제2센싱부(810b)의 검출시간이 상이한 경우 검출시간이 큰 쪽으로 기판이 틀어진 상태로 반송되고 있음을 판별할 수 있다.

게이트 밸브(700-1)는 기판 이동 통로를 형성하는 밸브 하우징(710)과, 밸브 하우징(710)에 결합되어 기판 이동 통로를 차단하는 블레이드(720), 블레이드(720)를 구동시키기 위한 구동부(730) 그리고 밸브 하우징(710)에 설치되는 센싱부(810)를 포함할 수 있다.

도 15는 게이트 밸브의 센서 장착부를 보여주는 도면이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 게이트 밸브(700-1)는 유지 보수시 작업성을 향상시키기 위해 밸브 하우징(710)의 외부에서 센싱부(810)의 유지 보수가 가능하도록 센서 장착부(840)를 제공할 수 있다.

일 예로, 센서 장착부(840)는 보호커버(750) 및 고정 플레이트(760)를 포함한다.

보호 커버(750)는 밸브 하우징(710)의 측면으로부터 기판 이동 통로(밸브 하우징 내부공간)에 위치되는 센싱부(810)를 감싸주는 투명한 소재(센서 빛이 투과되는 소재)로 제공될 수 있다.

보호 커버(750)는 밸브 하우징(710)의 내부와는 격리되고 센싱부(810)가 삽입되는 삽입 공간을 갖는 돌출부(752)들과, 돌출부(752)들 사이에 기판이 통과할 수 있도록 슬롯이 형성된 오목부(754)들을 포함할 수 있다. 보호 커버(750)의 테두리(756)에는 밸브 하우징(710)의 밀폐를 위해 오링이 설치된다.

고정 플레이트(760)는 보호커버(750)가 밸브 하우징(710)의 측면에 고정되도록 밸브 하우징(710)의 외측면에 고정된다. 고정 플레이트(760)에는 센싱부(810)가 삽입될 수 있는 홀이 형성되어 있으며, 이 홀은 돌출부(752)와 동일선상에 제공된다. 센싱부(810)는 홀을 통해 보호 커버(750)의 돌출부(752)에 삽입 고정되며, 센서 각도 조정이 가능하도록 상기 고정 플레이트(760)에 장착된다.

상술한 바와 같이, 게이트 밸브(700-1)는 센싱부(810)의 유지 보수 또는 교체가 필요한 경우 밸브 하우징(710) 내부의 진공 상태를 유지한 상태에서 외부에서 센싱부(810)를 탈부착하는 것이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

700-1 : 게이트 밸브 710 : 밸브 하우징
800: 기판 정렬 장치 810 : 센싱부
880 : 위치 판별부 890 : 위치 보정부

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13. 게이트 밸브에 있어서:
    기판 이동 통로를 형성하는 밸브 하우징;
    상기 밸브 하우징에 결합되어 상기 기판 이동 통로를 차단하는 블레이드;
    상기 블레이드를 구동시키기 위한 구동부; 및
    상기 밸브 하우징에 설치되고, 기판이 기판 반송 장치의 엔드 이펙터에 의해 상기 기판 이동 통로를 통과할 때 기판의 정렬 유무를 감지하는 센싱부를 포함하되;
    상기 밸브 하우징은
    상기 밸브 하우징의 측면으로부터 상기 기판 이동 통로에 위치되는 상기 센싱부를 감싸주는 투명한 소재의 보호 커버를 갖는 센서 장착부를 포함하고,
    상기 보호 커버는 상기 밸브 하우징의 내부와는 격리되고 상기 센싱부가 삽입되는 삽입 공간을 갖는 돌출부들과, 상기 돌출부들 사이에 기판이 통과할 수 있도록 슬롯이 형성된 오목부들을 포함하는 게이트 밸브.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센싱부는
    기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측과 우측중 어느 일측으로 편심되게 배치되며,
    상기 센싱부는
    기판을 기준으로 상부와 하부중 어느 한쪽에 설치되는 발광부; 및
    기판을 기준으로 상기 발광부와 대향되는 다른 한쪽에 위치되어 상기 발광부로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광부를 포함하는 게이트 밸브.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판 반송 장치의 엔드 이펙터는 복수의 기판들을 반송하며,
    상기 센싱부는
    상기 복수의 기판들을 감지하도록 상기 복수의 기판들 사이 사이에 위치되는 감지바들을 더 포함하고,
    상기 감지바들에는 기판을 사이에 두고 상기 발광부와 상기 수광부가 서로 대향되게 설치되는 게이트 밸브.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 수광부는
    평면상에서 바라보았을 때 기판의 반송 방향과 직교하는 방향으로 적어도 하나 이상의 열로 배열되어 상기 발광부로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광소자들을 포함하는 게이트 밸브.
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19. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서 장착부는
    상기 보호커버가 상기 밸브 하우징의 측면에 고정되도록 상기 밸브 하우징의 외측면에 고정되는 고정 플레이트를 더 포함하는 게이트 밸브.
20. 기판을 처리하는 클러스터 설비에 있어서:
    기판들이 적재된 카세트가 놓여지는 로드 포트들을 갖는 설비 전방 단부 모듈(EFEM);
    상기 설비 전방 단부 모듈과는 게이트밸브를 통해 연결되고, 내부공간이 대기압와 진공압으로 선택적 전환이 가능한 제1로드락 챔버;
    상기 제1로드락 챔버와는 제1게이트밸브를 통해 연결되며, 기판 반송을 위한 반송장치가 구비된 트랜스퍼 챔버;
    상기 트랜스퍼 챔버와는 제2게이트밸브를 통해 연결되고, 기판들이 배치식으로 적재되는 기판 적재 유닛이 구비된 제2로드락 챔버들;
    상기 제2로드락 챔버들 각각의 상부에 배치되고 상기 기판 적재 유닛에 적재된 기판들을 공정 처리하는 프로세스챔버들; 및
    상기 제1게이트 밸브와 상기 제2게이트 밸브에 각각 설치되고, 기판이 상기 반송 장치의 엔드 이펙터에 의해 상기 제1게이트 밸브와 상기 제2게이트 밸브의 기판 이동 통로를 통과할 때 기판의 정렬 유무를 감지하는 센싱부;
    상기 센싱부로부터 감지된 센싱값을 통해 기판의 정렬 상태를 판별하는 위치 판별부; 및
    기판이 정상적으로 반송되도록 상기 위치 판별부의 결과에 따라 상기 엔드 이펙터의 반송 동작을 보정하는 위치 보정부를 포함하되;
    상기 제1게이트 밸브와 상기 제2게이트 밸브 각각은
    기판 이동 통로를 형성하는 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징의 측면으로부터 상기 기판 이동 통로에 위치되는 상기 센싱부를 감싸주는 투명한 소재의 보호 커버를 갖는 센서 장착부를 포함하며,
    상기 보호 커버는 상기 밸브 하우징의 내부와는 격리되고 상기 센싱부가 삽입되는 삽입 공간을 갖는 돌출부들과, 상기 돌출부들 사이에 기판이 통과할 수 있도록 슬롯이 형성된 오목부들을 포함하는 클러스터 설비.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 센싱부는 기판이 반송되는 경로의 중심에서 좌측과 우측중 어느 일측으로 편심되게 배치되는 클러스터 설비.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 센싱부는
    빛을 조사하는 제1발광센서, 상기 제1발광센서로부터 조사되는 빛을 수광하는 제1수광센서를 포함하고,
    상기 위치 판별부는
    상기 제1수광센서로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 상기 센싱 시작 신호로부터 상기 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 산출하고, 상기 검출시간이 기설정값보다 큰 경우 기판이 일측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며, 상기 검출시간이 상기 기설정값보다 작은 경우 기판이 타측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하는 클러스터 설비.
23. 제 21 항에 있어서,
    상기 센싱부는
    빛을 조사하는 제2발광센서, 평면상에서 바라보았을 때 기판의 반송 방향과 직교하는 방향으로 적어도 하나 이상의 열로 배열되어 상기 제2발광센서로부터 조사되는 빛을 수광하는 수광소자들로 이루어지는 제2수광센서를 더 포함하고,
    상기 위치 판별부는
    상기 수광소자들에 의해 기판이 상기 센싱부를 통과할 때 기판에 의한 차광량 변화를 제공받아, 상기 차광량 변화에 기초하여 기판의 좌우 틀어짐을 판별하는 클러스터 설비.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 위치 판별부는
    상기 차광량 변화가 기설정값보다 큰 경우 기판이 일측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하며,
    상기 차광량 변화가 상기 기설정값보다 작은 경우 기판이 타측으로 틀어져 반송되는 것으로 판단하는 클러스터 설비.
25. 제 20 항에 있어서,
    상기 센싱부는
    상기 기판 이동 통로의 중심에서 좌측으로 편심되게 배치되는 제1센싱부; 및
    상기 제1센싱부와는 반송경로의 중심을 기준으로 대칭되게 배치되는 제2센싱부를 포함하며,
    상기 위치 판별부는
    상기 제1,2센싱부 각각으로부터 기판의 센싱 시작 신호와 센싱 종료 신호를 제공받아 상기 센싱 시작 신호로부터 상기 센싱 종료 신호까지 소요된 검출시간을 각각 산출하고,
    상기 제1센싱부의 검출시간과 상기 제2센싱부의 검출시간이 상이한 경우 검출시간이 큰 쪽으로 기판이 틀어진 상태로 반송되고 있음을 판별하는 클러스터 설비.

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