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KR-20260060886-A - Substrate processing system and Substrate processing method

KR20260060886AKR 20260060886 AKR20260060886 AKR 20260060886AKR-20260060886-A

Abstract

본 발명은 기판처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보트의 정위치 이탈 여부를 판단하는 기판처리시스템 및 기판처리방법에 관한 것이다. 본 발명은, 기판처리공간(S)을 형성하는 반응관(10)과; 상하방향으로 적재된 복수의 기판(1)들을 승하강에 의하여 상기 기판처리공간(S)으로 도입하거나 배출하는 기판적재부(20)와; 상기 기판적재부(20)에 대하여 복수의 기판(1)들을 적재하거나 반출하는 이송로봇(30)을 포함하는 기판처리시스템으로서, 상기 기판적재부(20)는, 기판(1)의 가장자리를 지지하는 복수의 기판지지부(111)를 구비하는 복수의 지주부(110)를 가지는 보트(100)와; 상기 보트(100)의 하부에서 상기 보트(100)를 지지하는 캡 플랜지(200)와; 상기 반응관(10)의 하측에 설치되어 상기 캡 플랜지(200)를 상하로 이동시키는 상하이동부(300)를 포함하며, 미리 설정된 m(m은 자연수) 개의 수직높이(Hm)에서 상기 복수의 지주부(110)들 중 적어도 n(n은 2 이상의 자연수) 개의 지주부(110) 각각에 대한 수평위치(Pmn)를 측정하는 측정부(400)와; 미리 설정된 기준수평위치(Qmn) 및 상기 측정부(400)에서 측정된 상기 수평위치(Pmn)를 비교하여, 상기 보트(100)가 미리 설정된 기준자세 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 이상판단부(500)를 포함하는 기판처리시스템을 제시한다.

Inventors

  • 고진영
  • 이찬솔
  • 고동선
  • 오광제
  • 정재권
  • 강주현
  • 송정훈

Assignees

  • 주식회사 원익아이피에스

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (20)

  1. 기판처리공간(S)을 형성하는 반응관(10)과; 상하방향으로 적재된 복수의 기판(1)들을 승하강에 의하여 상기 기판처리공간(S)으로 도입하거나 배출하는 기판적재부(20)와; 상기 기판적재부(20)에 대하여 복수의 기판(1)들을 적재하거나 반출하는 이송로봇(30)을 포함하는 기판처리시스템으로서, 상기 기판적재부(20)는, 기판(1)의 가장자리를 지지하는 복수의 기판지지부(111)를 구비하는 복수의 지주부(110)를 가지는 보트(100)와; 상기 보트(100)의 하부에서 상기 보트(100)를 지지하는 캡 플랜지(200)와; 상기 반응관(10)의 하측에 설치되어 상기 캡 플랜지(200)를 상하로 이동시키는 상하이동부(300)를 포함하며, 미리 설정된 m(m은 자연수) 개의 수직높이(Hm)에서 상기 복수의 지주부(110)들 중 적어도 n(n은 2 이상의 자연수) 개의 지주부(110) 각각에 대한 수평위치(Pmn)를 측정하는 측정부(400)와; 미리 설정된 기준수평위치(Qmn) 및 상기 측정부(400)에서 측정된 상기 수평위치(Pmn)를 비교하여, 상기 보트(100)가 미리 설정된 기준자세 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 이상판단부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 이상판단부(500)는, 상기 보트(100)의 중심(O)이 상기 중심축(C)으로부터 벗어난 정도인 편심도( ) 및 상기 기판처리공간(S)의 중심축(C)에 대하여 상기 보트(100)의 중심축이 기울어진 정도인 경사도( ) 중 적어도 하나를 판단하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 m 개의 수직높이(Hm) 중 어느 하나는, 상기 보트(100)의 상단부인 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 측정부(400)는, 광을 조사하는 발광부(401) 및 상기 발광부(401)에서 조사된 광을 수광하는 수광부(402)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 측정부(400)는, 상기 이송로봇(30)을 중심으로 간격을 두고 설치되는 한 쌍의 지지부재(410)를 포함하며, 상기 발광부(401) 및 수광부(402)는, 상기 한 쌍의 지지부재(410)에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 한 쌍의 지지부재(410)는, 상기 이송로봇(30)의 양측면에 각각 체결되는 한 쌍의 결합부(411)와, 상기 한 쌍의 결합부(411)에서 각각 상기 보트(100)를 향하여 평행하게 연장되는 한 쌍의 선형부(412)를 포함하며, 상기 선형부(412)는, 상기 한 쌍의 결합부(411)를 지나며 상기 선형부(412)의 연장방향과 수직인 하나의 축을 구동축으로 하여 나란히 회전구동되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 측정부(400)는, 상기 지지부재(410)를 회전구동시키는 구동모터를 포함하며, 상기 수평위치(Pmn)는, 상기 구동모터의 엔코더 값을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 이송로봇(30)은, 기판(1)을 지지하는 기판지지부재(31)와; 상기 기판지지부재(31)를 이동시키는 기판지지부재이동부(32)를 포함하며, 상기 측정부(400)는, 상기 이송로봇(30)의 기판지지부재(31)에 설치된 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 기판지지부재(31)는, 한 쌍의 지지부분을 포함하며, 상기 측정부(400)는, 광을 조사하는 발광부(401) 및 상기 발광부(401)에서 조사된 광을 수광하는 수광부(402)를 포함하며, 상기 발광부(401) 및 수광부(402)는, 상기 한 쌍의 지지부분에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 이송로봇(30)은, 기판(1)을 지지하는 기판지지부재(31)와; 상기 기판지지부재(31)를 이동시키는 기판지지부재이동부(32)를 포함하며, 상기 측정부(400)는, 상기 이송로봇(30)의 기판지지부재이동부(32)에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 측정부(400)는, 상기 기판(1)의 맵핑센서인 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 지주부(110)들은, 설계 기준으로 가상원을 따라 설치되고, 상기 복수의 지주부(110)들 중 서로 인접한 2개의 지주부(110)가 상기 가상원을 기준으로 이루는 원주각(a)은 40°~140°로 설계된 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 보트(100)는, 상기 수평위치(Pmn)를 측정하기 위하여 회전 구동되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  14. 청구항 2에 있어서, 상기 경사도( )는, 다음 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템. , 여기서
  15. 청구항 2에 있어서, 상기 편심도( )는, 상기 수평위치(Pmn) 및 상기 기준수평위치(Qmn)의 편차에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 기준수평위치(Qmn)는, 상기 측정부가 초기 세팅 후 최초로 측정된 수평위치(Pmn)로 정의되는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  17. 청구항 2에 있어서, 상기 이상판단부(500)는, 상기 경사도( ) 및 편심도( ) 중 적어도 하나가 미리 설정한 허용오차범위를 벗어나는 것으로 판단되는 경우 이상이 있는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 이상판단부(500)에서 이상이 있는 것으로 판단되면, 작업자에게 이상이 있는 것으로 알리는 알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.
  19. 청구항 1 내지 18 중 어느 하나의 항에 따른 기판처리시스템을 이용한 기판처리방법으로서, 미리 설정된 m(m은 자연수) 개의 수직높이(Hm)에서 상기 복수의 지주부(110)들 중 적어도 n(n은 2 이상의 자연수)개의 지주부(110) 각각에 대한 수평위치(Pmn)를 측정하는 측정단계와; 상기 보트(100)가 미리 설정된 기준자세 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 이상판단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 이상판단단계는, 미리 설정된 기준수평위치(Qmn)와 상기 측정단계에서 측정된 상기 수평위치(Pmn)를 비교하여, 상기 기판처리공간(S)의 중심축(C)에 대하여 상기 보트(100)의 중심축이 기울어진 정도인 경사도( ) 및 상기 보트(100)의 중심(O)이 상기 중심축(C)으로부터 벗어난 정도인 편심도( ) 중 적어도 하나를 판단하는 것을 특징으로 하는 기판처리시스템.

Description

기판처리시스템 및 기판처리방법{Substrate processing system and Substrate processing method} 본 발명은 기판처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보트의 정위치 이탈 여부를 판단하는 기판처리시스템 및 기판처리방법에 관한 것이다. 반도체 제조 공정에서 기판처리시스템은 기판을 다양한 화학적, 물리적 처리 공정에 노출시키기 위한 핵심 장비로 사용된다. 기판처리시스템의 방식은 일반적으로 매엽식(single wafer)과 배치식(batch)으로 구분되며, 각 방식에 따라 처리 용량과 공정 제어의 정밀도가 달라진다. 배치식 기판처리시스템은 다수의 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있어 생산성이 높지만, 공정 제어의 정밀도를 유지하기 위해 반응관 내의 설계가 매우 중요하다. 배치식 기판처리시스템에서, 가스가 유입되는 다수의 프로세스 튜브가 반응관 내벽을 두르는 형태로 배치되고, 다수의 기판이 적재된 보트가 상하이동에 의하여 반응관 내부를 드나들며 기판처리를 수행하게 된다. 최근에는 반응관 내 공간 효율성을 높이고 공정 가스의 균일한 공급을 위해 프로세스 튜브의 체적을 줄이는 추세이다. 프로세스 튜브의 체적이 줄어들면 장비의 풋프린트(footprint)가 줄어들어 경제적이고, 보다 다양한 종류의 가스 설정이 가능하기 때문에 인시투(in-situ) 공정에 유리한 장점이 있다. 그러나 이와 동시에 반응관과 보트 사이의 간격이 좁아져, 보트가 기울어지거나 편심된 상태로 반응관 내로 투입될 경우, 보트가 반응관 벽면에 충돌할 위험이 커지는 문제가 있다. (특허문헌 1) KR 10-2024-0054782 A (특허문헌 2) KR 10-2022-0090342 A 도 1은, 본 발명에 따른 기판처리시스템의 일예를 보여주는 단면도이다. 도 2는, 본 발명의 보트의 상태에 따른 반응관과 보트의 위치관계를 보여주는 단면도이다. 구체적으로, (a)는 보트가 정상상태인 경우, (b)는 보트가 경사진 경우 및 (c)는 보트가 편심된 경우에 각각 반응관에 대한 보트의 충돌가능성이 달라지는 모습을 보여준다. 도 3은, 보트의 일예를 보여주는 사시도이다. 도 4는, 본 발명에 따른 기판처리시스템을 이용하여 보트의 지주부를 측정하는 일예를 보여주는 측면도이다. 도 5는, 도 4에 따른 이송로봇에 설치된 지지부재를 이용하여 지주부를 측정하는 과정을 보여주는 평면도이다. 구체적으로, 기판을 반입 또는 반출하기 위한 보트의 방향을 기준으로 각각 (a)는 시계방향으로 90°만큼 회전한 상태에서, (b)는 180°만큼 회전한 상태에서 센싱되는 지주를 측정하는 일예이다. 도 6은, 본 발명에 따른 기판처리시스템을 이용하여 보트의 지주부를 측정하는 다른 예를 보여주는 평면도이다. 도 7은, 본 발명에 따른 기판처리시스템 및 기판처리방법에 따라 측정된 제1수평위치 및 제2수평위치를 이용하여 보트의 편심도를 판단하는 일예를 간략히 나타낸 평면도이다. 실선은 편심된 보트를 과장하여 표현한 것이며, 점선은 정상상태의 보트를 나타낸 것이다. 도 8은, 본 발명에 따른 기판처리시스템 및 기판처리방법에 따라 측정된 제1수평위치 및 제2수평위치를 이용하여 보트의 경사도를 판단하는 일예를 간략히 나타낸 단면도이다. 실선은 경사진 보트를 과장하여 표현한 것이며, 점선은 정상상태의 보트를 나타낸 것이다. 이하 본 발명에 따른 기판처리시스템 및 기판처리방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 기판처리시스템은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 기판처리공간(S)을 형성하는 반응관(10)과; 상하방향으로 적재된 복수의 기판(1)들을 승하강에 의하여 상기 기판처리공간(S)으로 도입하거나 배출하는 기판적재부(20)와; 상기 기판적재부(20)에 대하여 복수의 기판(1)들을 적재하거나 반출하는 이송로봇(30)을 포함하는 기판처리시스템으로서, 상기 기판적재부(20)는, 기판(1)의 가장자리를 지지하는 복수의 기판지지부(111)를 구비하는 복수의 지주부(110)를 가지는 보트(100)와; 상기 보트(100)의 하부에서 상기 보트(100)를 지지하는 캡 플랜지(200)와; 상기 반응관(10)의 하측에 설치되어 상기 캡 플랜지(200)를 상하로 이동시키는 상하이동부(300)를 포함하며, 미리 설정된 m(m은 자연수) 개의 수직높이(Hm)에서 상기 복수의 지주부(110)들 중 적어도 n(n은 2 이상의 자연수)개의 지주부(110) 각각에 대한 수평위치(Pmn)를 측정하는 측정부(400)와; 미리 설정된 기준수평위치(Qmn) 및 상기 측정부(400)에서 측정된 상기 수평위치(Pmn)를 비교하여, 상기 보트(100)가 미리 설정된 기준자세 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 이상판단부(500)를 포함한다. 상기 반응관(10)은, 기판처리공간(S)을 형성하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다. 상기 기판적재부(20)는, 상하방향으로 적재된 복수의 기판(1)들을 승하강에 의하여 상기 기판처리공간(S)으로 도입하거나 배출하는 구성으로서, 기판(1)의 가장자리를 지지하는 복수의 기판지지부(111)를 구비하는 복수의 지주부(110)를 가지는 보트(100)와; 상기 보트(100)의 하부에서 상기 보트(100)를 지지하는 캡 플랜지(200)와; 상기 반응관(10)의 하측에 설치되어 상기 캡 플랜지(200)를 상하로 이동시키는 상하이동부(300)를 포함할 수 있다. 상기 보트(100)는, 기판(1)의 가장자리를 지지하는 복수의 기판지지부(111)를 구비하는 복수의 지주부(110)를 가지는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다. 상기 보트(100)는, 열손실을 방지하기 위해 상기 지주부(110)의 하측에 단열가 구비될 수 있다. 상기 기판지지부(111)는, 기판(1)의 가장자리를 지지하기 위한 구성으로서, 기판의 가장자리와 직접 접촉되는 부분은 평평한 판상으로 이루어지며, 판상의 평면 형상은 필요에 따라 원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 지주부(110)는, 상기 기판지지부(111)를 구비하는 구성으로서, 실질적으로 로드(rod) 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 지주부(110)는, 상기 기판지지부(111)가 구비된 부분이 상기 보트(100)의 중심을 향하여 설치됨으로써 기판(1)을 지지할 수 있는 공간이 마련된다. 상기 보트(100)에 복수의 기판(1)이 상하로 적층될 수 있도록, 상기 복수의 기판지지부(111)는 상기 지주부(110)에 일정 간격을 가지고 구비된다. 예로서, 상기 복수의 지주부(110)들은, 설계 기준으로 가상원을 따라 설치되고, 상기 복수의 지주부(110)들 중 서로 인접한 2개의 지주부(110)가 상기 가상원을 기준으로 이루는 원주각(a)은 40°~140°로 설계될 수 있다. 상기 보트(100)에 대하여 복수의 기판(1)을 안정적으로 반입 또는 반출하기 위하여 상기 복수의 지주부(110)는 상기 보트(100)의 가장자리에 일정 간격을 가지고 설치된다. 이 때 상기 지주부(110)는 3개 이상의 지주가 설치되는 것이 바람직하다. 필요에 따라 기판지지부가 형성되지 않은 보조지주부가 보트에 추가적으로 설치될 수도 있다. 한편, 상기 이송로봇(30)은, 상기 기판적재부(20)에 대하여 복수의 기판(1)들을 적재하거나 반출하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다. 상기 이송로봇(30)은, 기판(1)을 지지하는 기판지지부재(31)와; 상기 기판지지부재(31)를 이동시키는 기판지지부재이동부(32)를 포함할 수 있으며, 후술하는 측정부(400)는, 상기 이송로봇(30)의 기판지지부재(31)에 설치될 수 있다. 상기 기판지지부재(31)는, 기판(1)을 지지하는 구성으로서, 적어도 한 쌍의 지지부분을 포함할 수 있으며, 후술하는 측정부(400)는, 상기 이송로봇(30)의 기판지지부재(31) 또는 기판지지부재이동부(32)에 후술하는 측정부(400)가 설치될 수 있다. 상기 기판지지부재(31)는, 이를테면, 엔드 이펙터(end effector)일 수 있다. 상기 측정부(400)는, 미리 설정된 제1수직높이(H1) 및 상기 제1수직높이(H1)와 다른 수직높이로 설정된 제2수직높이(H2)에서 상기 복수의 지주부(110)들 중 적어도 n(n은 2 이상의 자연수)개의 지주부(110) 각각에 대한 n개의 제1수평위치(Pn)들 및 n개의 제2수평위치(Qn)들을 측정하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다. 상기 측정부(400)는, 상기 지주부(110)에 대한 위치를 측정할 수 있는 구성이라면 어느 것이든 가능하나, 광센서, 초음파센서, 레이저센서 등의 비접촉 센서를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 측정부(400)는, 광을 조사하는 발광부(401) 및 상기 발광부(401)에서 조사된 광을 수광하는 수광부(402)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 발광부(401) 및 수광부(402)는, 상기 이송로봇(30)의 기판지지부재(31)의 상기 한 쌍의 지지부분에 각각 설치될 수 잇다. 다른 예로서, 상기 측정부(400)는, 상기 이송로봇(30)에 설치되는 하나 이상의 측정부재를 포함하며, 상기 발광부(401) 및 수광부(402)는, 상기 측정부재에 설치될 수 있다. 상기 측정부재는, 수평방향으로 선형 구동할 수 있으며, 구체적으로, 상기 보트(100)를 향하여 전진하거나 후퇴함으로써 지주부(110)를 센싱할 수 있다. 또는, 상기 측정부재는, 상기 이송로봇(30)에 수평방향으로 간격을 두고 설치되는 한 쌍의 지지부재(410)를 포함하며, 상기 발광부(401) 및 수광부(402)는, 상기 한쌍의 지지부재(410)에 각각 설치될 수 있다. 이 때 상기 한 쌍의 지지부재(410)는, 상기 이송로봇(30)의 양측면에 각각 체결되는 한 쌍의 결합부(411)와, 상기 한 쌍의 결합부(411)에서 각각 상기 보트(100)를 향하여 평행하게 연장되는 한 쌍의 선형부(412)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 선형부(412)는, 상기 한 쌍의 결합부(411)를 지나며 상기 선형부(412)의 연장방향과 수직인 하나의 축을 구동축으로 하여 나란히 회전구동되거나 선형구동될 수 있다. 상기 측정부재를 구동시키는 구동모터의 엔코더값을 이용하여 상기 제1수평위치(Pn) 및 제2수평위치(Qn)를 측정할 수 있다. 한편