JP6989980B2 - 半導体工程のための部品整列装置及びこれによる部品整列方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体工程のための部品整列装置及びこれによる部品整列方法に係り、具体的に、部品の交換過程で部品の交換位置が探知されて、部品を所定の位置に整列させる半導体工程のための部品整列装置及びこれによる部品整列方法に関する。

半導体製造過程で使われる部品のうち、消耗性部品に該当するエッジリング（Ｅｄｇｅ Ｒｉｎｇ）のような部品は、周期的に置き換えられる必要がある。エッジリングは、ウェーハの縁部にプラズマまたはガス流れを制限して、工程の均一性または信頼性を高めるために使われる。このようなエッジリングの交替のために、チャンバの内部を大気状態に作り、蓋（Ｌｉｄ）が開放されなければならない。このようなエッジリングの交換が真空状態で真空ロボットによって進行すれば、交替時間または装備のバックアップ時間（Ｂａｃｋｕｐ Ｔｉｍｅ）を減少させて、生産性を向上させうる。特許文献１は、クラスターツールアセンブリーに配されたプロセッサモジュール内で消耗性部品の除去及び交替を可能にするクラスターツールアセンブリーについて開示する。また、特許文献２は、ウェーハ整列装置を含むロードロックチャンバについて開示する。部品の交替過程で半導体工程設備の変化を最小にしながら、交替時間を減少させることが生産性の効率に有利である。半導体工程で精度の向上が要求されながら、部品交換の効率性と共に交換される部品の整列性を向上させる必要がある。しかし、先行技術は、このような技術について開示しない。
本発明は、先行技術の問題点を解決するためのものであって、以下のような目的を有する。

大韓民国特許公開番号１０－２０１７－００５４２４８（ラムリサーチ株式会社、２０１７．０５．１７．公開）プラズマプロセッシングシステムとインターフェーシングするエンドエフェクトを使用した消耗性部品の自動化された交替 大韓民国特許公開番号１０－２０１１－００５６８４１（株式会社テス、２０１１．０５．３１．公開）ウェーハ整列装置及びそれを含むロードロックチャンバ

本発明の目的は、部品の交替過程で部品が配されなければならない位置が探知されて、部品が所定の位置に整列されて置き換えられるようにする半導体工程のための部品整列装置及びこれによる部品整列方法を提供するところにある。

本発明の適切な実施形態によれば、部品整列装置は、移送手段に結合されたフィンガーに位置するように形成されながら部品がローディングされるローディングユニット；ローディングユニットに配される通信手段を有する作動制御ユニット；及び少なくとも１つのビジョンユニット；を含む。
本発明の他の適切な実施形態によれば、部品は、ウェーハに結合されるエッジリングになる。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、ビジョンユニットによって部品の交替位置から互いに異なる少なくとも２つの位置が探知される。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、ビジョンユニットは、一対になり、移動経路に対して垂直になる方向に配される。

本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、半導体工程のための部品を整列させる方法は、交換モジュールを交換位置に投入する段階；部品が交換モジュールに積載されて排出される段階；交換のための部品が交換モジュールに積載される段階；交換モジュールに設けられたビジョンユニットによって固定対象に対する相対的な位置が探知される段階；探知された位置に基づいて交換モジュールの位置が調節される段階；及び部品が交換され、交換モジュールが排出される段階；を含む。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、部品は、エッジリングになり、相対的な位置は、互いに異なる少なくとも２つの地点になる。

本発明による半導体工程のための部品整列装置は、工程チャンバが未開放状態でエッジリングのような消耗性部品の交換が可能である。これにより、部品の交替過程での外部ガスとの接触によって発生する多様な形態の不良原因を除去させながら、装備のダウン時間を減少させうる。本発明による部品整列装置は、部品の交替過程で部品の位置がカメラのようなビジョンユニットによって確認されて、部品交換による工程誤差の発生を防止させる。

本発明による部品整列装置の実施形態を示した図面である。 本発明による部品整列装置が適用される実施形態を示した図面である。 本発明による部品整列装置の他の実施形態を示した図面である。 本発明による部品整列装置のさらに他の実施形態を示した図面である。 本発明による部品整列装置によってエッジリングが交換される過程の実施形態を示した図面である。 本発明による部品整列方法の実施形態を示した図面である。 本発明による部品整列方法の他の実施形態を示した図面である。

以下、本発明は、添付図面に提示された実施形態を参照して詳細に説明されるが、実施形態は、本発明の明確な理解のためのものであって、本発明は、これに制限されるものではない。下記の説明で、互いに異なる図面で同じ図面符号を有する構成要素は、類似した機能を有するので、発明の理解のために、不要であれば、反復説明はせず、公知の構成要素は、簡略に説明されるか、省略されるが、本発明の実施形態から除外されるものと理解されてはならない。
図１は、本発明による部品整列装置の実施形態を図示したものである。

図１を参照すれば、半導体工程のための部品整列装置は、移送手段１５に結合されたフィンガー１２に位置するように形成されながら部品がローディングされるローディングユニット１１；ローディングユニット１１に配される通信手段を有する作動制御ユニット１３；及び少なくとも１つのビジョンユニット１４；を含む。

部品（ＥＲ）は、例えば、半導体工程過程でウェーハを所定の位置に固定させるエッジリングになりうるが、これに制限されず、多様な消耗性部品またはこれと類似した交換が必要な部品が部品整列装置によって交換される。消耗部品は、使用期限、欠陥またはこれと類似した原因によって交換されなければならない部品になり、交換部品は、消耗部品を代替する新たな部品になる。部品交換装置は、例えば、ロボットアームのような自動移送装置によって工程チャンバに移動することができる。部品整列装置は、移送手段１５に結合されたフィンガー１２のような装置に分離可能になるように結合されるか、フィンガー１２に積載されて固定される構造になるか、フィンガーの一部を形成しうる。例えば、部品整列装置にフィンガー１２と結合される溝、突起、磁性結合部位またはこれと類似した結合手段が形成されうる。例えば、フィンガー１２は、互いに分離されて平行に延びる一対のフィンガーハンド１２ａ、１２ｂからなりうる。四角板状、円板状またはこれと類似した形状を有したローディングユニット１１がフィンガーハンド１２ａ、１２ｂに結合されうる。ローディングユニット１１は、部品（ＥＲ）が積載される多様な構造を有し、提示された形状に制限されるものではない。移送手段１５の作動によって、ローディングユニット１１は多様な位置に移動し、例えば、工程チャンバの内部に配された静電チャック（ＥＳＣ）に移動することができる。ローディングユニット１１に作動制御ユニット１３が配され、作動制御ユニット１３は、マイクロプロセッサを含む電子チップの構造を有し、ローディングユニット１１の作動状態を探知するか、ローディングユニット１１に配された多様な電子部品または電子素子の作動を制御することができる。作動制御ユニット１３は、近距離通信手段を含み、近距離通信手段によって外部作動装置と通信することができる。例えば、作動制御ユニット１３は、部品（ＥＲ）が移動状態または交換状態を探知して通信手段を通じて外部作動装置に伝送しうる。例えば、ビジョンユニット１４によって獲得された位置情報が、作動制御ユニット１３の制御によって通信手段を通じて外部作動装置に伝送することができる。例えば、カメラユニットのようなビジョンユニット１４がローディングユニット１１の前側に設けられる。ビジョンユニット１４は、部品（ＥＲ）がローディングユニット１１に積載された状態で部品（ＥＲ）が固定される既定の地点に対する映像が獲得されるようにローディングユニット１１に配置される。例えば、ビジョンユニット１４は、ローディングユニットの下面に配されて部品（ＥＲ）が固定される位置に対する映像が獲得される。そして、ローディングユニット１１に積載された部品（ＥＲ）の位置が確認され、これにより、交換過程で部品（ＥＲ）が固定される位置が探知されて確認される。このような部品（ＥＲ）の位置確認は、消耗部品を排出させる過程または交換部品を投入させる過程でなされうる。例えば、エッジリングのような部品（ＥＲ）の交換のために静電チャック（ＥＳＣ）に向けて移動することができる。例えば、ローディングユニット１１の移動基準線がＸ軸方向のような第１固定基準線（ＨＬ）に沿って移動し、移動過程で静電チャック（ＥＳＣ）の第１探知点（ＲＰ１）に対する映像が獲得される。また、これと同時に部品（ＥＲ）の位置が確認される。以後、ローディングユニット１１が同じ方向または移動経路の探知が可能な方向に沿って移動し、ビジョンユニット１４によって第２探知点（ＲＰ２）に対する映像が獲得される。そして、第１、２探知点（ＲＰ１、ＲＰ２）に対する映像が作動制御ユニット１３の制御によって通信手段を通じて移送手段１５またはフィンガー１２の移動を制御する移送制御装置に伝送することができる。そして、第１固定基準線（ＨＬ）と第２固定基準線（ＶＬ）との交差点に該当する中心位置（ＣＰ）が確認される。第１、２探知点（ＲＰ１、ＲＰ２）によって確認された部品（ＥＲ）の位置と中心位置（ＣＰ）とを備えて、ローディングユニット１１の位置が調節されて消耗部品が排出されるか、交換部品を位置させる。ビジョンユニット１４による部品（ＥＲ）の位置探知及びそれによるローディングユニット１１の位置制御は、多様な方法でなされ、提示された実施形態に制限されるものではない。
図２は、本発明による部品整列装置が適用される実施形態を図示したものである。

図２を参照すれば、フィンガー１２にローディングユニット１１が結合されて部品を工程チャンバ２１から排出させるか、工程チャンバ２１に投入することができる。工程チャンバ２１の内部に静電チャックのようなウェーハまたはこれと類似した半導体部品の固定のための固定チャック２２が配置される。工程チャンバ２１にフィンガー１２の出入りのための開閉可能な入口２１１が形成され、部品の排出または投入のために、フィンガー１２が工程チャンバ２１の内部に移動することができる。固定チャック２２にリフトピンのような分離手段２３ａ、２３ｂが設けら、分離手段２３ａ、２３ｂによって部品が固定チャック２２から分離されるか、分離手段２３ａ、２３ｂに位置する部品が固定チャック２２に位置される。フィンガー１２が入口２１１を通じて固定チャック２２に接近しながら、第１探知位置（Ｐ１）に対するイメージがビジョンユニット１４によって獲得される。ビジョンユニット１４は、例えば、ローディングユニット１１の前側部分の下面に設けられて、固定チャック２２の上側に位置する間に第１探知位置（Ｐ１）のイメージが獲得される。第１探知位置（Ｐ１）は、ローディングユニット１１が固定チャック２２に接近しながら、多様な時刻に獲得される固定チャック２２の一側部分の多様な位置にもなり、あらかじめ決定しておく必要はない。以後、図２の下側に示されたように、ローディングユニット１１が固定チャック２２の上側に位置すれば、ビジョンユニット１４によって第２探知位置（Ｐ２）に対するイメージが獲得される。第２探知位置（Ｐ２）は、第１探知位置（Ｐ１）と対向する位置の固定チャック２２の端部になりうる。第１、２探知位置（Ｐ１、Ｐ２）に対するイメージがビジョンユニット１４によって獲得されれば、探知モジュール（ＤＭ）を通じてイメージ情報が交換制御装置に伝送することができる。探知モジュール（ＤＭ）は、図１から説明された作動制御ユニットと同一または類似した機能を有し、例えば、イメージ処理手段、保存手段及び通信手段を含みうる。このように、第１、２探知位置（Ｐ１、Ｐ２）が探知されれば、中心位置（ＣＰ）が探知され、これにより、ローディングユニット１１の現在位置と中心位置（ＣＰ）との相対的な位置関係が確認され、これにより、消耗部品を排出させるか、交換部品を固定させるローディングユニット１１の正確な位置が算出される。そして、これにより、部品交換の位置精度が向上して、工程エラーを減少させる。
ローディングユニット１１の固定チャック２２に対する位置決定のために、多数個の探知位置（Ｐ１、Ｐ２）が探知されることが有利である。
図３は、本発明による部品整列装置の他の実施形態を図示したものである。

図３を参照すれば、一対のビジョンユニット１４ａ、１４ｂがローディングユニット１１に設けら、一対のビジョンユニット１４ａ、１４ｂによって固定チャック２２の４つの地点が探知される。前述したように、一対のビジョンユニット１４ａ、１４ｂは、ローディングユニット１１の下面に長手方向の中心線に対して互いに対向する位置に配置される。エッジリングのような部品（ＥＲ）がローディングされた状態でロボットアームのような移送手段１５に結合されたフィンガー１２が移動しながら、ローディングユニット１１が固定チャック２２に向けて移動することができる。ローディングユニット１１は、固定チャック２２の第１固定基準線（ＨＬ）に沿って移動し、ローディングユニット１１の前側部分が固定チャック２２の前側部分に到達されれば、作動制御ユニット１３の作動制御によって、第１、２ビジョンユニット１４ａ、１４ｂによって固定チャック２２の前側部分の探知位置（ＲＰ１１、ＲＰ１２）に対するイメージが獲得される。以後、ローディングユニット１１が固定チャック２２の上側から移動して前側部分が固定チャック２２の他の部分に位置すれば、裏側部分の探知位置（ＲＰ２１、ＲＰ２２）に対するイメージが獲得される。このように、４つの探知位置（ＲＰ１１、ＲＰ１２、ＲＰ２１、ＲＰ２２）に基づいて第１、２基準固定線（ＨＬ、ＶＬ）に対するローディングユニット１１または部品（ＥＲ）の位置が確認される。例えば、部品（ＥＲ）の位置または仮想位置に対する探知位置（ＲＰ１１、ＲＰ１２、ＲＰ２１、ＲＰ２２）の互いに異なる地点の距離（ＲＤ１１、ＲＤ１２、ＲＤ２１、ＲＤ２２）が算出される。そして、このように算出された値に基づいて、部品（ＥＲ）の中心と固定チャック２２の中心とが一致するように移動または回転しなければならないローディングユニット１１の移動値または回転角度が算出される。以後、算出された角度に基づいてローディングユニット１１が移動して整列され、これにより、部品（ＥＲ）が固定チャック２２に正確に位置される。ローディングユニット１１の整列基準は、多様に設定され、提示された実施形態に制限されるものではない。
図４は、本発明による部品整列装置の他の実施形態を図示したものである。

図４を参照すれば、ローディングユニット１１は、多様な電子部品または電子素子が配された電子基板の構造を有し、前述したように、フィンガーに固定される構造を有しうる。ローディングユニット１１は、板状のローディング胴体１１１；ローディング胴体１１１に配された多数個の制御チップ４３ａ、４３ｂ、１４ａ、１４ｂ、４２、４４；及び電力供給のためのバッテリのような電源を含みうる。例えば、ローディングユニット１１の状態を探知するか、ローディングユニット１１の作動条件を調節する探知ユニット４３ａまたは調節ユニット４３ｂがローディング胴体１１１に配され、互いに対向するように配される一対のビジョンユニット１４ａ、１４ｂ及びビジョンユニット１４ａ、１４ｂの作動条件を設定する位置設定ユニット４２がローディング胴体１１１に配置される。また、通信チップ４５がローディング胴体１１１に配され、それぞれの機能ユニットは、マイクロプロセッサのような制御ユニット４４と作動ケーブル（ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４）とによって連結される。ローディングユニット１１は、密閉された構造を有しながら独立して作動する。ビジョンユニット１４ａ、１４ｂは、下側方向に向かって配され、イメージ獲得のための焦点方向または焦点距離が調節される。また、ローディング胴体１１１の上側に密閉蓋が結合され、密閉蓋は、ローディング胴体１１１を密閉させながら上側部分に部品が固定される構造を有しうる。ローディングユニット１１は、部品を固定させて、固定チャックに移送させながら、これと同時に固定チャックの位置探知が可能な多様な構造を有し、提示された実施形態に制限されるものではない。
図５は、本発明による部品整列装置によってエッジリングが交換される過程の実施形態を図示したものである。

図５を参照すれば、消耗部品に該当する消耗エッジリングのような部品（ＥＲ）が静電チャック５１に固定された状態に保持され、静電チャック５１に配されたリフトピンのような分離手段２３ａ、２３ｂによって部品（ＥＲ）が上側に上昇しうる。入口２１１を通じて工程チャンバ２１の内部に投入されたローディングユニット１１に配されたビジョンユニット１４によって、静電チャック５１に対するローディングユニット１１の相対的な位置が確認される。そして、分離手段２３ａ、２３ｂによって上側に上昇した部品（ＥＲ）の下側に位置するローディングユニット１１に部品（ＥＲ）がローディングされて、消耗部品が工程チャンバ２１の外部に排出される。消耗部品が静電チャック５１から除去された以後、交換部品を静電チャック５１に位置させるために、部品（ＥＲ）が積載されたローディングユニット１１の入口２１１を通じて工程チャンバ２１の内部に投入される。提示された実施形態において、ローディングユニット１１は、全体として円状になり、部品（ＥＲ）は、エッジリングになりうる。ローディングユニット１１の下側に配された一対のビジョンユニット１４ａ、１４ｂによって部品（ＥＲ）がローディングされたローディングユニット１１の静電チャック５１に対する相対的な位置が確認される。例えば、静電チャック５１の前側及び裏側の２つの位置が探知されるか、前側及び裏側の４つの位置が探知される。そして、静電チャック５１に対する部品（ＥＲ）の相対的な位置が決定され、部品（ＥＲ）の中心位置が静電チャック５１の中心位置と一致するようにローディングユニット１１が移動することができる。ローディングユニット１１が所定の位置に移動すれば、リフトピンのような分離手段２３ａ、２３ｂが上昇し、ローディングユニット１１が下側に移動することができる。以後、部品（ＥＲ）が分離手段２３ａ、２３ｂに位置すれば、ローディングユニット１１が下側に移動した以後、入口２１１を通じて工程チャンバ２１の外部に排出される。以後、分離手段２３ａ、２３ｂが下側に移動し、これにより、部品（ＥＲ）が静電チャック５１の所定の位置に固定される。ローディングユニット１１によって多様な部品（ＥＲ）が所定の位置に移動して固定され、提示された実施形態に制限されるものではない。
図６は、本発明による部品整列方法の実施形態を図示したものである。

図６を参照すれば、半導体工程のための部品を整列させる方法は、交換モジュールを交換位置に投入する段階（Ｐ６１）；部品が交換モジュールに積載されて排出される段階（Ｐ６３）；交換のための部品が交換モジュールに積載される段階（Ｐ６４）；交換モジュールに設けられたビジョンユニットによって固定対象に対する相対的な位置が探知される段階（Ｐ６５）；探知された位置に基づいて交換モジュールの位置が調節される段階（Ｐ６６）；及び部品が交換され、交換モジュールが排出される段階（Ｐ６７）；を含む。

交換モジュールは、前述したローディングユニットのようなものになり、交換モジュールに前述したようなビジョンユニットまたは通信手段を含めた多様な制御チップを含みうる。交換モジュールが工程チャンバに投入され（Ｐ６１）、エッジリングのような部品を排出することができる基準位置が探知される（Ｐ６２）。探知された基準位置に交換モジュールが移動し、消耗部品が交換モジュールにローディングされて排出される（Ｐ６３）。消耗部品が排出されれば（Ｐ６３）、交換部品が交換モジュールにローディングされて部品が固定される静電チャックのような固定対象に移動することができる（Ｐ６４）。交換モジュールによって固定対象に対する交換部品の相対的な位置が探知される（Ｐ６５）。探知された位置に基づいて交換モジュールの位置が調節され（Ｐ６６）、交換モジュールが所定の位置に移動することができる。以後、交換モジュールによって部品が固定対象に固定され、以後、交換モジュールが、例えば、固定チャンバのような部品が固定される固定対象が配された所から排出される。

部品がローディングされた状態で固定対象に対する部品の相対的な位置の探知が難しいか、探知情報に対する伝送が難しい。このような場合、交換部品が固定チャックのような固定対象に固定された以後、位置が探知される。
図７は、本発明による部品整列方法の他の実施形態を図示したものである。

図７を参照すれば、半導体用部品の整列方法は、部品が交換モジュールに固定された以後、交換モジュールによって固定対象に対する部品の相対的な位置が探知される段階をさらに含む。

図６から説明されたように、交換部品の固定される固定チャックに対する位置があらかじめ探知され、これに基づいて交換部品が固定チャックに固定される。これに比べて、交換部品が固定チャックに位置された以後、交換部品と固定チャックの相対的な位置が探知される。具体的に、半導体用部品の整列方法は、消耗部品が分離されて工程チャンバから排出されて除去された以後、交換部品が固定チャックに位置される段階（Ｐ７１）；交換モジュールによって固定対象に対する交換部品の相対的な位置が探知される段階（Ｐ７３）；交換部品が定められた誤差範囲以内の正確度を有しながら固定されているか否かが判断される段階（Ｐ７４）；判断の結果によって、交換部品が再び交換モジュールにローディングされる段階（Ｐ７５）；固定対象に固定されなければならない位置が補正される段階（Ｐ７６）；及び交換モジュールによって交換部品が固定対象に再び固定される段階（Ｐ７８）；を含む。

交換部品が固定対象に固定されれば（Ｐ７１）、同一または他の交換モジュールが工程チャンバに進入されて（Ｐ７２）、固定対象に対する交換部品の位置が探知される（Ｐ７３）。交換部品の位置は、前述したように、２つのビジョンユニットによって４つの探知地点に対する２つのイメージによって確認される（Ｐ７４）。もし、交換部品が既定の誤差範囲内にあれば（ＹＥＳ）、交換モジュールが工程チャンバの外部に排出される（Ｐ７９）。これに比べて、既定の誤差範囲を外れれば（ＮＯ）、リフティングピンが上昇しながら交換部品が上昇し、交換部品が交換モジュールに積載される（Ｐ７５）。以後、固定対象に対して固定位置が補正され（Ｐ７６）、現在交換モジュールの位置から交換部品を再び補正された位置に固定するために、交換モジュールの相対的な位置が探知される（Ｐ７７）。そして、補正位置及び探知位置に基づいて、再び交換部品が固定対象に固定される（Ｐ７８）。以後、交換モジュールが工程チャンバから排出される（Ｐ７９）。そして、必要に応じて、再び固定対象に対する交換部品の位置が探知され、位置補正がなされうる。このように、交換部品が固定対象に固定された状態で固定対象に対する位置が探知されて、交換部品の位置正確度が向上する。交換部品の位置再設定は、多様な方法でなされ、提示された実施形態に制限されるものではない。

以上、本発明は、提示された実施形態を参照して詳細に説明されたが、当業者は、提示された実施形態を参照して、本発明の技術的思想を外れない範囲で多様な変形及び修正発明を作ることができる。本発明は、このような変形及び修正発明によって制限されず、但し、下記に添付の特許請求の範囲によって制限される。

１１：ローディングユニット
１２：フィンガー
１３：作動制御ユニット
１４：ビジョンユニット
１５：移送手段
２１：固定チャンバ
２２：固定チャック
２３ａ、２３ｂ：分離手段
４１：電源
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ：制御チップ
２１１：入口

Claims (3)

1. ウェーハに結合されるエッジリングである部品に用いられる装置であって、
   移送手段（１５）に結合されたフィンガー（１２）に位置するように形成されながら部品がローディングされるローディングユニット（１１）と、
   ローディングユニット（１１）に配される通信手段を有する作動制御ユニット（１３）と、
   少なくとも１つのビジョンユニット（１４）と、
   部品を固定する固定チャック（２２）と
   を含み、
   ビジョンユニット（１４）は、ローディングユニット（１１）の前側部分の下面に配置し、ローディングユニット（１１）が固定チャック（２２）の上方にローディングする時に、部品がローディングユニット（１１）に積載された状態で部品が固定される所定の地点に対する映像を獲得して作動制御ユニット（１３）に通知する
   ことを特徴とする半導体工程のための部品整列装置。
2. ビジョンユニット（１４）によって部品の交替位置から互いに異なる少なくとも２つの位置が探知されることを特徴とする請求項１に記載の半導体工程のための部品整列装置。
3. ビジョンユニット（１４）は、一対になり、移動経路に対して垂直になる方向に配されることを特徴とする請求項１に記載の半導体工程のための部品整列装置。
   

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