Loadport
반도체 제조 공정에서 물류 자동화는 생산성 향상과 불량률 감소의 핵심입니다. 특히 300mm 웨이퍼 전공정 장비에서는 EFEM(Equipment Front End Module)이라는 물류 인터페이스가 필수적으로 장착되며, 이 EFEM의 시작 지점이자 물류의 입출입을 담당하는 장치가 바로 **Loadport(로드포트)**입니다.
1. Loadport란 무엇인가?
Loadport는 FOUP(Front Opening Unified Pod)라는 웨이퍼 운반용 캐리어를 반도체 장비에 자동으로 장착하고 해제하는 인터페이스입니다. 쉽게 말해, 물류 자동화 시스템과 EFEM이 만나 시작되는 지점이며, OHT나 AGV 등 외부 자동화 시스템에서 전달된 FOUP을 안전하게 수용하고 장비에 이송하는 첫 단계입니다.
2. Loadport의 하드웨어 구성요소
Loadport는 단순한 입출력 게이트가 아니라, 매우 정교한 하드웨어 구성으로 이루어져 있습니다. 주요 하드웨어 구성은 아래와 같습니다.
| 구성 요소 | 기능 설명 |
| Indicator | Loadport의 상태를 표시하는 시각 신호등으로, 대기 중, 동작 중, 에러 발생 등을 컬러 LED로 알림. 운영자 및 OHT 시스템이 실시간 상태를 확인 가능. |
| Stage | FOUP을 전후로 이동시키는 유닛으로, Present Sensor, Placement Sensor, Clamp, Align Pin 등이 위치해 있음. |
| Present Sensor | FOUP이 Loadport에 올려졌는지 감지하는 센서로, 감지 신호가 있어야만 후속 동작(Clamp, Door Open 등)이 수행됨. 광센서 또는 근접 센서 사용. |
| Placement Sensor | FOUP이 정확한 위치에 놓였는지를 확인하는 센서로, 클램핑 전 위치 오차를 감지하여 Docking 실패를 방지함. |
| Clamp | FOUP을 Loadport에 고정하는 장치. 진동과 위치 오차를 방지하며, DO 및 로봇 동작 시 안정성 확보. 전동 혹은 공압 방식으로 작동. |
| RFID Reader | FOUP에 부착된 RFID 태그를 인식하여 LOT 정보 및 공정 상태를 확인함. MES 연동을 통해 로트 추적 및 공정 관리에 필수적. |
| Door | FOUP의 전면 도어를 분리하여 EFEM 내부로 이동시킴. 로봇이 웨이퍼에 접근할 수 있도록 개방된 상태를 유지함. |
| Suction Pad | FOUP 도어를 개방할 때 흡착하여 안전하게 들어올리는 진공 패드 장치. 도어 손상을 방지하고, 도어 핸들 없이도 접착 가능. |
| Latch Key | FOUP 도어를 잠금/해제하는 기계적 장치로, Loadport 내부 DO 유닛이 이 키를 사용해 도어를 여닫음. SEMI 표준에 따른 구조. |
| Wafer Mapping Sensor | FOUP 내부에 웨이퍼가 몇 장 들어 있는지를 감지하는 센서로, 웨이퍼 유무 및 위치를 자동 판별함. 비전 센서, 초음파, IR 방식 등이 사용됨. |
이 외에도, 내부 진공 차단 장치나 purge gas 공급 장치 등이 추가 장착되는 고사양 Loadport도 존재합니다.
4. Loadport의 동작 순서 (Operation Sequence)
Loadport는 외부 물류 시스템과의 유기적인 통신을 바탕으로 다음과 같은 순서로 동작합니다.
① FOUP 도착
- OHT 또는 AGV가 FOUP을 지정된 Loadport에 전달.
- Present Sensor 감지
- Placement Sensor 감지
② FOUP RFID Read & Clamping
- FOUP RFID Read
- Docking Plate가 FOUP을 정밀 위치에 맞춰 클램핑 수행.
③ FOUP Docking → Door Open → Wafer Mapping
- Door Opener가 작동하여 FOUP의 도어를 분리하고 장비 내부에 수납, 웨이퍼 감지
- ATM Robot 이 웨이퍼를 안전하게 이송할 수 있는 상태로 만듦.
④ 웨이퍼 이송 (ATM Robot 동작)
- FOUP 내부의 웨이퍼가 EFEM의 대기로봇을 통해 이송됨.
⑤ FOUP Wafer Mapping → Door Close → Undocking → Unclamping
- 작업 완료 후, 도어가 다시 닫히고 FOUP은 언클램핑 상태로 전환됨.
⑥ FOUP 이송 완료
- OHT가 다시 FOUP을 수거하여 다음 공정으로 이동시킴.
5. Loadport와 OHT, PIO의 연동 구조
Loadport는 단독으로 동작하지 않고, FAB의 중앙 시스템 및 물류 장비와 밀접하게 연동됩니다. 특히 OHT(Overhead Hoist Transport) 시스템과의 연동이 핵심인데, 이를 위해 **PIO(Parallel I/O)**라는 통신 방식이 사용됩니다.
PIO 신호는 Loadport와 OHT 간에 정해진 프로토콜로 FOUP 입고/출고 상태, 장착 준비 여부, 비정상 상황 알림 등을 교환합니다. Load Ready, FOUP Present, Clamp Complete, Door Open Complete 등의 상태값이 정해진 타이밍에 전달되지 않으면, 전체 자동화 시스템이 멈추게 되므로 고도의 신뢰성이 요구됩니다.
6. Loadport의 역할과 중요성
Loadport는 단순한 입출구 역할을 넘어, 반도체 장비의 생산성과 수율을 좌우하는 핵심 요소입니다. 다음과 같은 기능적 중요성이 있습니다.
- 미세 정렬: 웨이퍼 손상 없이 정확한 위치 제공
- 자동화 연동: OHT 및 MES와의 완벽한 통신을 통한 무인 공정 구현
- 오염 방지: FOUP 내부 청정도 유지를 위한 빠른 클램핑 및 도어 제어
- 효율적 공정 처리: 병렬적 FOUP 처리로 생산성 극대화