KR100281029B1 - 공정챔버 내에 웨이퍼를 자동적으로 위치시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

공정챔버 내에 웨이퍼를 자동적으로 위치시키기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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조셉 제이. 스위니
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Abstract

자동제어시스템, 특히 반도체 웨이퍼와 같은 구동가능한 물체의 중심점을 검출시키고 물체지지대의 위치를 측정시키기 위한 개선된 위치제어수단은 선별된 예정위치에 상대적으로 물체를 정확하게 위치시킬 목적으로 선별된 예정점으로 물체와 지지대의 상대적인 위치를 검출시키기 위하여 물체와 지지대의 구동의 아치형 경로에 가로지르도록 위치된 일련의 센서를 사용한다.

Description

공정챔버 내에 웨이퍼를 자동적으로 위치시키기 위한 시스템 및 방법
제1도는 본 발명의 시스템 조립체의 개략도이다.
제2도는 제1도의 선 2-2를 따라서 취한 반도체 공정 이송챔버의 단면도이다.
제3a도 내지 제 3d도는 본 발명의 기판 중심탐색 특징을 구현하기 위하여 센서 배열의 교차 및 제 1챔버에서 제 2챔버로의 로봇과 기판의 연속적인 이동을 도시한 제1도에 도시된 이송챔버의 평면도들이다.
제4도는 6개의 센서트리거위치와, 기판트리거위치의 좌표위치의 결정에 사용된 회전 참조점의 로봇 중심의 기하학적 관계를 도시한 개략도이다.
제5도는 3개의 센서트리거위치와, 기판의 중심점의 결정에 사용된 기판의 중심 사이의 기하학적 관계를 도시한 개략도이다.
제6a도는 광전센서의 상태변화의 파동형태와 이에 상응하는 개별적인 그리고 결합된 인터럽트 신호를 나타내는 파형도이다.
제6b도는 센서신호의 순서화된 처리를 위한 간단한 회로도이다.
제7도는 본 발명의 중심탐색방법을 수행하기 위하여 사용된 컴퓨터 프로그램 중심탐색 루틴의 흐름도이다.
제8도는 지지 블레이드에 대한 센서빔의 관계를 나타내는 센서 배열체 위의 회수된 위치에 있는 시스템 로봇과 지지 블레이드의 부분 평면도이다.
제9도는 본 발명의 로봇 블레이드의 캘리브레이션을 위하여 요구되는 선택된 센서 위의 회수된 위치에서 연장된 위치(분리 도시)로 블레이드의 이동을 나타내는 이송 블레이드를 포함하는 시스템 로봇의 연속적인 평면도이다.
제10도는 연장 거리로 연장 모터 입력을 평균화하는 비선형 곡선을 도시한 로봇 연장방정식을 나타낸 그래프이다.
제11도는 본 발명의 캘리브레이션 루틴을 도시한 컴퓨터 프로그램 흐름도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
2 : 이송챔버 4 : 로봇
5 : 웨이퍼 6 : 센서 배열체
4a : 지지 블레이드
본 발명은 로봇처리 시스템용 위치제어수단에 관한 것이며, 특히 공정챔버에서 예정된 위치로 기판을 이송시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
집적회로 제작시, 반도체 기판은 공정처리용 자동화 장비를 사용하여 다양한 반응챔버 및 다른 챔버로 이송된다. 이 자동화 장비는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체를 카세트로부터 중앙 이송챔버을 통해서 상기 이송챔버에 연결되고 그 주위에 있는 하나 이상의 공정챔버로 이송시킬 수 있는 로봇(robot)을 포함하도록 설계되고, 이 로봇은 상기 공정챔버 내에 설치된다. 처리되어지는 반도체 기판의 정확한 소요 표면적 위로의 처리 효율을 최대화시키기 위하여, 상기 기판이 장치내의 최적위치에 정확히 위치될 수 있도록 공정챔버에 대한 상기 반도체 기판의 정확한 상대적 위치를 아는 것이 요구된다. 비슷한 방식으로, 참조점으로서 사용되고 기판이 그 위에서 이송되는 기판위치장치는 위치 오조작이 제거될 수는 없다고 하더라도 위치 오조작을 최소화시키도록 규칙적으로 캘리브레이션(Calibration)될 것이 요구된다.
최근에, 반도체 기판의 중심위치를 설정시키기 위한 다양한 방법 및 시스템이 공지되어 있다. 즉, 스펜서 등에게 1989년 5월 30일에 특허허여되고 발명의 명칭이 "환원 공작물을 설정시키고 위치시키기 위한 방법 및 시스템"인 미합중국 특허 제 4,833,790호, 및 1989년 4월 4일에 쳉 등에게 특허허여되고 발명의 명칭이 "집적회로 웨이퍼의 중심점을 검색하기 위한 시스템 및 방법"인 미합중국 특허 제 4,819,167호에 이들이 개시되어 있는데, 이들은 공히 본 발명의 양수인이자 출원인이며 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드에 양도되었다.
스펜서 등에게 특허허여된 특허문헌에서 개시된 방법 및 시스템은, "스핀들"형으로 구성되고 여기에서 웨이퍼는 연속왕복기(shuttle)에 의해서 점증적으로 회전이 이루어지는 스핀들로 이송되고, 웨이퍼의 원주에 대한 회전 중심사이의 거리는 센서 수단에 의해서 선형경로를 따라서 측정되고, 웨이퍼 중심점의 오프셋은 측정치의 기하학적 분석에 의해서 계산되며, 웨이퍼는 상기 연속왕복기에 의해서 상기 스핀들상의 중앙에 위치된다.
전술한 스펜서 등의 스핀들형 방법 및 시스템과 관련된 몇가지 단점이 있다. 먼저, 이것은 공정 시스템과 전적으로 분리된 별개의 장치라는 것이다. 분리형 중심탐색장치가 설치된다는 것은 제조공정시 부가적인 단계를 요구하고 비용 및 복잡성을 추가시키며 상당한 쓰루풋 타임(throughput time)을 감소시킨다는 것이다. 즉, 분리형 중심탐색장치에 의해서 일차적으로 캘리브레이션되지 않고서는 웨이퍼가 웨이퍼 저장카세트로부터 로봇에 의해 직접 하역되어 공정챔버로 이송될 수 없다. 그 결과, 스펜서 등의 스핀들형 시스템 및 방법은 웨이퍼가 웨이퍼 저장카세트로부터 공정챔버로 이송되는 동안에 웨이퍼의 직접적인 이동을 이용하지 못한다. 이에 덧붙여, 스펜서 등의 시스템 연속왕복기는 중심탐색방법이 여전히 정확하게 남아있기를 원한다면 주기적인 캘리브레이션을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 위치설정 방법이 일단 실행되면 웨이퍼는 분리된 웨이퍼 이송 아암으로 이송되고, 이송 아암 역시 정확한 웨이퍼 위치 설정을 유지하기 위하여 주기적인 캘리브레이션을 필요로 할 수 있다.
쳉 등의 특허문헌에 개시된 시스템 및 방법은 "광학센서 배열체"형으로 구성되고, 여기에서 반도체 웨이퍼는 웨이퍼지지 블레이드의 선형경로에 일반적으로 가로로 위치된 센서의 배열을 가로지른 선형 경로를 따라서 이동된다. 이러한 중심탐색 방법은 공정 시스템 로봇에 의해서 웨이퍼를 저장 카세트로부터 공정챔버로 직접 제거함과 동시에 수행되고 또한 공정챔버로의 경오 도중에도 수행된다. 로봇 블레이드(robot blade)와 웨이퍼의 원주모서리는 상기 로봇 블레이드에 대한 웨이퍼의 중심위치 좌표를 계산하기 위한 광학센서에 의해서 별도로 검색된다. XY좌표 시스템은 로봇 아암/블레이드의 이동경로(X)와 광학센서의 중심선(Y)으로 구성된다. Y좌표축의 원점(0)은 중심센서의 위치에 의해서 결정된다. 로봇 블레이드의 검색은 참조점과 XY좌표 시스템의 원점(0,0)을 제공하고, 이 원점으로부터 상기 웨이퍼를 웨이퍼의 목적위치로 이동시킨다. 웨이퍼의 선두모서리 및 말미모서리를 따르는 점들의 검색은 웨이퍼의 이동경로와 일반적으로 평행한 X좌표상의 점들을 제공하며 상기 X좌표상의 점들로부터 웨이퍼의 중심위치는 기하학적으로 결정될 수 있다. 일단 상기 웨이퍼 중심위치가 기하학적으로 결정되면, 상기 웨이퍼는 목적위치로 이동되어서 위치될 수 있다.
쳉 등의 중심탐색 시스템은 웨이퍼의 중심위치를 결정하기 위하여 분리된 별개의 장치가 요구되지 않는다는 점에서 스펜서 등의 시스템의 단점을 극복하고 있다. 상기 웨이퍼의 중심점을 웨이퍼를 목적위치로 이동시키는 동안 직접 결정된다. 이것은 쳉 등의 특허 문헌에 개시된 바와 같은 단일 로드록 챔버(single loadlock chamber)를 갖춘 다중챔버 공정챔버 내에 알-쎄타형(R-theta type)의 로봇이 설치된 웨이퍼 공정 시스템에서 특히 유익하다.
그러나, 쳉의 중심탐색 시스템에도 단점은 있다. 먼저 가장 중요한 단점으로서, 웨이퍼가 상기 로드록 챔버에 인접하여 위치된 센서의 위치에 대하여 횡방향의 선형경로 내의 센서 위를 반드시 통과하여야 한다는 것이다. 이것은 중심탐색동작이 웨이퍼가 센서의 위치에 인접한 로드 록챔버로부터 적재되거나 하역될 때 발생될 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 공정 시스템이 다중의 로드록 뿐만 아니라 다중의 공정챔버을 갖출 때 명백한 단점이 된다. 웨이퍼가 한 공정챔버에서 다른 공정챔버로 이송될 때마다, 중심탐색방법을 수행시키기 위하여 쳉 등의 특허문헌에 개시된 선형방식으로 상기 웨이퍼가 센서를 통해서 통과될 수 있도록, 웨이퍼는 센서에 인접한 로드록 챔버 쪽으로 먼저 이송되어야 한다. 그 결과로서, 쳉 등의 중심탐색 시스템은 쓰루풋 타임을 감소시킨다는 점에서 다중챔버 웨이퍼 공정 시스템의 형태에 부적당하다. 다중의 센서 배열체가 사용되면, 예를 들면 센서 배열체가 각 로드록 챔버 및 공정챔버에 인접하여 위치되면, 복잡성 및 비용의 증가는 비실용적으로 형태화 된다. 더욱이, 웨이퍼의 중심점을 기하학적으로 결정하기 위하여 사용된 연산은 세 개 이상의 센서를 포함시키기에는 그 확장이 용이하지 않다.
쳉 등의 중심탐색 시스템의 두번째 단점은, 일단 웨이퍼 중앙점이 결정되면 웨이퍼의 위치 설정은 로봇 블레이드로부터 취해진 참조점에 대해 상대적이다. 이것은 상기 참조점이, 로봇 블레이드 상에서 수동으로, 중심위치된 "골든(golden)" 웨이퍼의 위치에 상대적으로 먼저 캘리브레이션된다는 점이다. 로봇 블레이드을 캘리브레이션시키기 위한 이러한 수동조작은 캘리브레이션상의 오조작을 발생시킬 가능성을 증가시킨다. 게다가, 사용된 골든 웨이퍼가 검출되지 않은 결함을 가질 수 있고 또는 완전하게 둥근 형상이 되지 못하며, 이에 의해서 캘리브레이션상의 오조작을 증가시킨다. 마지막으로, 골든 웨이퍼와 같은 분리된 별개의 캘리브레이션 기구를 사용하는 수동조작은 불충분하다.
쳉 등의 중심탐색기의 세번째 단점은, 센서 전자부품이 시스템 이송 챔버 내에 설치된다는 것이다. 상기 센서 전자부품은 웨이퍼의 검출에서 센서오류를 감소시키기 위하여 이송챔버 내에 설치되어야 한다. 이와 같이 전자부품의 요소들이 배치되면, 상기 전자부품의 요소들은 가스를 방출하고, 이에 의해서 웨이퍼를 오염시킨다. 이것은 다수의 센서 배열체들이 이러한 형태의 중심탐색 시스템에 비실용적인 또 다른 이유가 된다. 센서 배열체의 수가 많을수록 오염의 가능성도 증가된다.
쳉 등의 중심탐색기의 부가적인 단점은 로봇 아암이 센서에 의해서 검출되어야 하는 웨이퍼에 알맞도록 연장된 위치에 위치해야 한다는 것이다. 로봇의 스트로크가 확대되면, 캘리브레이션 오류를 증가시키고 중심탐색기 동작의 정확성을 감소시킨다.
그래서, 다중의 로드록 챔버 및 공정챔버 내의 쓰루풋 타임을 증가시키고, 오염의 감소를 위해 이송챔버 외부에 배치되는 센서전자부품을 포함하고, 복수개의 센서 배열체를 수용하도록 확장이 가능하며, 그리고 로봇 아암이 캘리브레이션 오차를 최소화하기 위해 들어간 위치에 있을 때 위치설정 동작이 일어나도록 하는, 반도체 기판 지지대에 대하여 반도체 기판의 위치 설정을 결정하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 요구되게 되었다. 이에 덧붙여, 수동적인 조작없이 캘리브레이션이 가능한 개선된 위치 시스템에 대한 요구, 또는 분리된 별개의 캘리브레이션 수단에 대한 요구가 있다.(?)
본 발명에 따르면, 중앙 기판 이송챔버와, 다수의 원주상의 공정챔버, 및 상기 이송챔버의 원주 주위에 위치되는 다른 챔버와, 그리고 상기 원주상의 공정챔버 로/로부터 기판을 적재, 이동, 및 하역하기 위하여 상기 이송챔버에 설치된 이송수단을 포함하여 이루어지는, 공정 시스템의 선별된 위치("목표위치")에 대하여 반도체 기판과 같은 물체를 정확하게 위치시키기 위한 개선된 위치 제어 시스템이 먼저 제공된다. 상기 물체 이송수단은, 상기 원주상의 공정챔버들 사이에 형성된 아치형 경로를 따라서 상기 이송챔버 내에서 이동되는 물체 지지대를 포함한다. 물체 지지대에 대한 물체의 상대적인 위치를 검색하고, 상기 이송수단이 상기 물체를 상기 원주상의 공정챔버 중 하나의 공정챔버에 정확하게 위치시키기 위하여, 위치제어수단이 제공된다.
개선된 위치제어 시스템은 물체가 로봇 지지대에 의해서 챔버들 사이를 이송되는 동안에 물체의 아치형 경로를 대체로 가로지르는 선을 따라서 위치되는 일련의 광학센서를 포함하고, 이로써 물체의 선두모서리 및 후미모서리 (또는, 캘리브레이션 동안에는 물체 지지대의 검색가능한 속성)가 센서옆을 통과할 때, 센서들이 물체검색신호(그리고 캘리브레이션 동안에는 지지대검색신호)를 발생하기 위하여 트리거되도록 한다. 캘리브레이션 동안에는, 지지대 검색신호에 응답하는 수단이 어떤 선별된 목표위치에 대해 알려진 관계를 가지는 시스템 참조점에 대한 지지대의 상대적인 위치를 결정한다. 그리고 물체를 이송하는 동안에는, 물체검색신호에 응답하는 수단이 지지대에 대한 물체의 상대적인 위치를 결정하고, 상기 지지대를 상응하여 계산된 오프셋 위치로 이동시키고, 이로써 로봇이 물체를 예정된 목표위치에 정확하게 위치시키는 것이 가능하도록 한다.
반도체 웨이퍼와 같은 물체의 이동가능한 웨이퍼 지지대에 대한 상대적 위치를 결정하기 위한 개선된 방법도 또한 제공되는데, 이 방법에서는 상기 물체가 선두모서리 및 후미모서리를 가지고, 그리고 물체를 픽업 위치로 부터 예컨대 공정챔버 내부가 되는 선택된 목표위치로 아치형 경로를 따라서 이동시킬 목적으로 이동가능한 지지대(전형적으로 웨이퍼 지지블레이드) 상에 상기 물체가 위치되며, 상기 지지대의 동적 위치는 알려져 있다. 또한 이러한 개선된 방법은, 아치형 경로를 대체로 가로지르는 선을 따라서 알려진 위치에 배열된 다수의 광전센서를 제공하는 단계와, 상기 센서들이 물체의 선두모서리 및 후미모서리에 의해 트리거되어서 상대적인 출력신호를 발생하도록 센서의 배열체를 지나게 아치형 경로를 따라서 물체지지대를 이동시키는 단계와, 발생된 출력신호로부터 물체의 중심점을 계산하는 단계와, 그리고 상기 물체가 앞서 선별된 위치에, 즉 공정챔버의 중앙에, 위치되도록, 상기 물체지지대를 소정의 위치로 이동시키는 단계를 포함하고 있다.
그리고, 예컨대 이송챔버의 원주 주위에 위치되는 다수의 공정챔버을 가진 이송챔버 내부에 중심을 맞추어서 배치된 로봇의 기판 지지 블레이드와 같은, 알려진 너비를 가진 이동가능한 물체 지지대의 위치를 캘리브레이션하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 지지 블레이드는 공정챔버 사이의 대체로 아치형 의 경로를 따라서 이동가능하게 된다. 이 방법은, 상기 지지 블레이드가 그 옆을 통과하는 것을 검색하고 이에 상응하는 센서 신호를 제공하기 위하여, 이송챔버 내의 예정된 위치에 일련의 센서들을 제공하되, 이들 센서들 중 적어도 하나는 아치형 경로에 대체로 가로지른 축을 따라서 장착되도록 제공하는 단계와, 선택된 센서의 좌표 위치를 결정하는 단계와, 그리고 결정된 센서위치에 대한 이동가능한 물체 지지대의 상대적인 좌표 위치를, 이들간의 상관관계가 후속하는 지지대의 위치 설정에 사용될 수 있도록, 결정하는 단계를 포함한다.
1. 시스템 조립체의 개요
비록 다음 설명은 반도체 웨이퍼의 관점에서 본 발명을 기재하고 있지만, 이것은 단지 예시하기 위한 것이다. 그러므로, 본 발명의 기술분야에 공지된 바와 같이, 미리 정해진 위치로 이송되는 다른 기판 또는 물체가 이것을 대체할 수 있다.
첨부된 도면중 제 1도는 본 발명에 따른 웨이퍼 로봇 중심탐색 및 캘리브레이션 시스템과 방법을 포함하는 다중챔버 반도체 웨이퍼 공정 시스템의 개략도이다. 도면부호 (1)로 표시된 시스템은, 각각 중심에 위치된 최적 위치점(64a 및 65b)을 갖춘 적어도 두개의 부착된 웨이퍼 수용 챔버[3a(즉, 로드록챔버)와 3b(즉, 웨이퍼 공정챔버)]를 가진 이송챔버(2)를 포함한다. 공정처리동안, 상기 웨이퍼는 이러한 위치점(65a 및 65b) 상에 중심이 맞추어 진다. 웨이퍼 지지 블레이드(4a)를 가진 알-쎄타 로봇(4)과 같은 웨이퍼 이송수단이 그 상부의 이송위치에 있는 반도체 웨이퍼(5)와 함께 도시되어 있다. 광전센서 배열체(6)는 바람직하게는 센서 전자 조립체(8)(도면상의 간편함을 위해서 센서 배열체(6)로부터 분리하여 도시됨)에 연결된 4개의 센서들을 포함하고 그리고 전원공급부(9)를 가지면, 상기 조립체(8)는 처리수단(12)내에 수용되도록 결합된 센서 인터페이스 카드(11)와 연결된다. 상기 처리수단(12)은 또한 제 1로봇모터(17a)(제 2도 참조)에 연결된 제 1모터구동장치(16a) 및 제 2로봇모터(17b)(제 2도 참조)에 연결된 제 2모터구동장치(16b)에 로봇모터 제어인터페이스 카드(13)를 연결하는 로봇모터 인테페이스(터미날) 보드(15)에 연결되는 로봇모터 제어인터페이스 카드(13)를 포함하고 있다. 상기 터미널 보드(15)는 또한 로봇모터 인코더(18a 및 18b)에 연결된다. 상기 처리수단(12)은 또한 로봇 "홈" 센서(19a)(도시되어 있지 않음)에 연결된 디지탈 입력/출력 카드(19)를 포함한다.
센서 배열체(6)는 한쌍의 챔버(3a 및 3b) 사이에 바람직하게 위치되어서, 이후에 더욱 자세히 설명될 본 발명의 중심탐색방법이 통상의 웨이퍼 이송작동 동안 수행될 수 있도록 한다. 여분(redundancy)과 정확성을 증가시키기 위하여, 4개의 센서 배열체가 바람직하다. 4개의 센서 배열체를 사용하는 것은, 다중 평면(flat)을 가진 실리콘 웨이퍼를 기판으로서 가공할 때 특히 유익하다. 그러나, 중심탐색 방법은 두 개 정도의 센서로도 수행될 수 있다.
본 발명의 예시목적을 위해서 단지 하나의 배열체가 도시되어 있지만, 이와 다른 구성은 다른 챔버 쌍들 사이에 각각 설치된 다중 배열체를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 웨이퍼의 중심을 결정하는데 사용되는 수학적 알고리즘은 많은 센서 및 배열체를 수용하도록 당업자에 의해서 쉽게 확장가능하다.
예를 들면, 상기 시스템 로봇(4)은 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)의 5500 또는 5200 알-쎄타 로봇으로 구성될 수 있고, 상기 광전센서 배열체(6)는 바너 엔지니어링, 인코포레이드(Banner Engineering, Inc.)에 의해서 제작된 모델번호 SM31RL과 SM31-EL(쌍)으로 구성될 수 있고, 상기 센서 인터페이스 카드(11)는 IBMⓡ/PC 호환성 있는 센서인터페이스 카드로 구성될 수 있고, 상기 처리수단(12)은 IBMⓡ의 호환성 있는 퍼스널 컴퓨터로 구성될 수 있고, 상기 모터 제어인터페이스 카드(13)는 메트라바이트 카운터/인코더 보드 모델번호 5312로 구성될 수 있며, 그리고 상기 디지탈 입력/출력 카드(19)는 오레곤 마이크로 시스템스 스테퍼 콘트롤러 보드 모델 PCX-4E로 구성될 수 있다. C언어로 쓰여진 시스템 조립체 제어 컴퓨터 프로그램은 본 발명의 중심탐색동작 및 캘리브레이션동작을 제어하기 위하여 사용되며, 이들의 논리는 제 7도와 제 11도에 나타나고 이후에 더욱 자세히 설명된다.
제 2도는 제 1도에 표시된 선 2-2를 따라서 취한 이송챔버(2)의 부분 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 챔버(2)는 일체형의 모터 인코더(18a 및 18b)와 함께 듀얼 스테퍼 모터(17a(상부)와 17b(하부)를 가진 알-쎄타 로봇(4)과, 웨이퍼 지지 블레이드(4a)와, 그리고 로봇 아암(4b)을 포함한다. 또한, 제 2도에는 4개의 리시버(receiver) (6a, 6b, 6c 및 6d)와 4개의 에미터(emitter)(20a, 20b, 20c 및 20d)를 포함하고 관련된 전자부품이 대체로 도면 부호 (8a) 및 (8b)로 표시된 광전센서 배열체(6)가 도시되어 있다. 제 1도에 예시된 바와 같이, 에미터-리시버 쌍의 센서 배열체는 웨이퍼(5)가 챔버들 사이를 이동할 때, 웨이퍼(5)가 따라가는 아치형 경로(66)를 가로지르는 선을 따라서 연장하도록 위치된다. 에미터(20a 내지 20d)와 리시버(6a 내지 6d)는 센서 전자부품과 관련된 배출가스에 의한 오염을 제거시키기 위하여, 이송챔버(2)의 외부에 설치된다. 감광빔(30 내지 33)이 상부벽 및 하부벽(2a)에 설치된 수정창(quartz windows)(7)를 통해서 이송챔버(2)를 그리고 이송챔버(2) 밖으로 통과한다.
2. 중심탐색 방법의 개요
제 3a도 내지 제 3d도에는, 시스템 로봇(4)과 웨이퍼(5)가 본 발명의 웨이퍼 중심탐색을 수행하기 위하여 센서 배열체(6)를 가로지르는 동안에 제 1챔버(3a)에서 제 2챔버(3b)로 연속적으로 이동하는 것이 도시되어 있다.
이제, 제 3a도를 참조하면, 로봇(4)은 웨이퍼(5)를 제 1챔버(3a)로부터 회수하기 위하여 완전히 연장된 위치에 있는 것이 도시되어 있다. 일단, 웨이퍼(5)가 지지 블레이드(4a)상에 실려지고, 로봇(4)이 지지 블레이드(4a)를 회수하여 웨이퍼(5)를 화살표(21) 방향의 반경방향으로 이동하는 제 1챔버(3a)로부터 제 3b도에 도시된 바와 같이 완전히 회수되는 위치까지 운반한다. 일단 회수되면, 로봇(4)은 자체 축(4d)의 주위를 화살표(22) 방향으로 회전하여 지지 블레이드(4a)와 웨이퍼(5)가 센서 배열체(6)를 가로지르는 아치형 경로 내에서 제 2 챔버(3b)로 지나가게 된다. 제 3c도는 센서 배열체(6)를 가로지른 이동 후의, 그리고 제 2챔버(3b)로의 반경방향 연장 이전의 로봇(4)과, 지지 블레이드(4a) 및 웨이퍼(5)의 위치를 보여준다.
센서 배열체(6)를 가로질러 웨이퍼(5)를 이동시키는 것은, 지지 블레이드 (4a) 중심의 알려진 위치(4c)에 대해서 웨이퍼(5)의 중심점이 기하학적으로 결정될 수 있도록, 웨이퍼(5)의 선두모서리 및 후미모서리를 따라서 좌표점을 검출하는 것이 가능하도록 한다. 중심점을 결정하기 위한 방법은 제 5도 및 제 6도를 참조하면서 이후에 더욱 자세히 설명된다.
일단 웨이퍼(5)의 중심점이 상기 지지 블레이드(4a)의 중심참조점(4c)(즉, 상기 중심참조점(4c)은 지지 블레이드(4a) 상의 점으로서 이 위에 중심이 적절하게 맞추어지는 웨이퍼(5)의 중심점과 동심이다)에 대해서 결정되면, 어떤 위치 에러도 알 수 있다. 그래서, 웨이퍼(5)의 중심점이 선택된 목표위치(65b)와 일치되도록, 지지 블레이드(4a)는 필요한 만큼 회전되고 그리고 제 2챔버(3b)내에 웨이퍼(5)의 중심이 정확하게 위치되도록 화살표(23) 방향으로 연장된다. 제 2 챔버(3b)내에 웨이퍼(5)를 정확하게 위치시키는 것(제 3d도 참조)은, 지지 블레이드(4a) 상의 웨이퍼(5)에 대하여 측정된 임의의 위치 에러와 크기가 같으나 방향이 반대인 거리 만큼 위치(65b)로부터 오프셋되도록 하는 위치로 지지 블레이드의 중심점(4c)을 이동시킴으로써 수행된다. 이에 의해서 웨이퍼 중심은 제 2 챔버(3b)내의 미리 선택된 위치(65b)에 정확하게 위치하게 된다. 예를 들면, 만일 웨이퍼의 중심이 지지 블레이드 중심점(B)에 대해서 좌표 B+X, B+Y에 위치되도록 결정되면, 지지 블레이드 (4a)의 중심점(B)은 선택된 챔버위치(c)에 대해서 좌표 C-X, C-Y에서 제 2 챔버(3b)내에 위치될 것이고, 따라서 웨이퍼(5)의 중심이 미리 선택된 위치(65b)와 정렬하게 될 것이다.
a. 웨이퍼 중심점의 결정
제 4도 및 제 5도에서, 센서 에미터-리시버의 3쌍의 배열체의 상응하는 출력신호에 의해서 결정된 바와같이 6개의 트리거점(trigger point)(P11,P12,P21,P22,P31 및 P32)들이 표시되어 있다(이미 앞서 개시한 바와 같이 4쌍의 배열체가 바람직하지만, 여기에서는 설명 및 도시의 편의를 위하여 세쌍의 에미터-리시버의 실시예가 설명된다). 로봇(4)이 회전하는 동안에 트리거점의 상대적인 좌표점을 결정하는 방법은 주시스템 콘트롤러 마이크로프로세서(12)에 대한 단일 인터럽터(single interrupt)를 이용하는 것이다.
제 2도 및 제 6도를 참조하면, 트리거점의 상대적인 좌표는 센서(6a 내지 6d와 20a 내지 20d)의 상태에 있어서의 변화로서 먼저 결정된다. 웨이퍼(5)가 각 비임(30 내지 33)을 통과시킬 때, 상태 변화가 에미터-리비서(6a-20a, 6b-20b, 6c-20c 및 6d-20d)의 각쌍의 경우, 즉 먼저 상기 웨이퍼(5)의 선두모서리에서 그런 다음 후미모서리에서 발생한다.
제 6a도는 3개의 센서 배열체의 상태변화의 발생을 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, 처음 3줄은 센서신호(S1,S2 및 S3)의 상태변화(즉 먼저 웨이퍼의 선두모서리 그리고 두번째는 후미모서리에서의 변화)가 도시되어 있다. 예를 들면, 신호형태(S1,S2 및 S3)는 제 2도의 리시버(6a,6c 및 6d)의 상응하는 출력신호를 나타낸다. 두번째의 3줄은 상기 신호(S1 내지 S3)의 선두모서리와 후미모서리에서 발생된 상응하는 인터럽트 펄스(I1,I2 및 I3)를 나타낸다. 마지막 줄은 웨이퍼(5) 상의 6개의 모든 트리거점에 대한 인터럽트 펄스를 나타내는 단일 펄스 체인 또는 인터럽트 라인(I1 내지 I3)을 나타낸다.
각 센서의 상태변화는 디지털 센서 인터페이스 카드(11)(제 1도 참조)의 회로(30)(제 6b도 참조)에 의해서 검출된다. 상태의 각 변화에서, 회로(30)는 처리수단(마이크로프로세서)(12)(제 1도 참조)상의 인터럽트 플립플롭(32)을 "OR"게이트 (31)를 통하여 교대로 세팅하는 펄스(I1,I2 또는 I3)를 발생시킨다. 플립-플롭(32)이 펄스체인(I1 내지 13)중 제 1펄스를 받아들일 때, Q는 하이(high)(0에서 1로)로 세팅되고, 표준 마이크로프로세서 인터럽트 서비스 루틴(standard microprocessor interrupt service routine)이 관련된 트리거점 데이타와 모터(17a 와 17b) 스텝카운터(검출에서 스테퍼 모터의 쎄타 및 알 위치를 나타내는)를 얻도록 실행된다. 일단 데이타가 검색되어서 기록되면, 마이크로프로세서(12)는 체인(I1 내지 I3)에서 다른 펄스를 받아들이기 위하여 플립-플롭을 준비시키도록 플립-플롭을 리셋(1에서 0으로)시킨다. 입력 테이블이 생성되고 센서신호(S1,S2 및 S3)의 상태변화와 로봇 스테퍼모터(17a 및 17b)(제 2도 참조)의 스텝 관점에서 각각의 쎄타 각도 측정치의 디지탈 표시에 상응하여 메모리에 저장된다. 예를 들면, 인터럽트 입력 테이블은 다음과 같다. 즉,
인터럽트 처리 루틴은 어떤 센서가 인터럽트를 유발하였는지를 나타낼 필요가 없고, 단지 센서로부터의 신호 데이터를 저장하기만 하면 된다. 입력 테이블 데이타로부터 여섯개의 트리거점(P11,P12,P21,P22,P31 및 P32)의 극좌표가 로봇(4) 회전의 알려진 중심점(4d)에 대하여 결정될 수 있다.
이제 제 4도를 참조하면, 상기 지지 블레이드(4a)의 중심은 극좌표(γo, θc)에 존재하고, 여기에서 γo는 로봇 회전점(4b)의 중심으로부터 캘리브레이트된 방사상 거리이고, θc는 로봇의 회전점(4b) 주위에 있는 지지 블레이드(4a)의 각 위치이다. 상기 트리거점(P11,P12,P21,P22,P31 및 P32)의 각각의 반경(γ1,γ2,γ3)들은 이후에 설명되는 로봇 캘리브레이션방법의 작용으로서 결정되는 센서 위치와 같은 반경인 것으로 알려져 있다. 로봇(4)의 알려진 홈 위치로부터 트리거점 위치(테이블 1 참조)까지 모터 스텝의 작용으로써 도(degree)단위의 각도 차이(△θ)를 결정함으로써, 극좌표(γ,θ)가 결정될 수 있다.
일단, 여섯개의 트리거점(P11,P12,P21,P22,P31 및 P32)의 극좌표가 결정되면, 이들은 좌표 시스템의 선택된 초기점(0,0)인 로봇의 알려진 회전중심에 대하여 직교좌표(x,y)로 전환된다. 제 5도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 원주상에 있는 적어도 세점을 알게 됨으로써, 중심점은 기하학적으로 계산될 수 있다. 원상에 있는 임의의 두점으로부터 선분이 그려질 수 있다. 이 선분의 중심점을 수직으로 관통하는 선은 원의 중심을 관통한다. 그러므로, 웨이퍼(5)의 원주상에 있는 두 개의 트리거 점을 관통하는 2개의 선분 각각의 수직이등분선들이 상호 교차하는 점의 직교좌표점이 중심점이 된다.
예를 들면, 제 5도에는 웨이퍼(5)의 원주상에 있는 상응하는 직교좌표(X1,Y1) ,(X2,X2), 및 (X3,Y3)를 가진 점들(P11, P21 및 P31)이 표시되어 있다. 선분(25 및 26)이 점(X1,Y1)과 점(X2,Y2)의 연결점과 점(X2,Y2)와 점(X3,Y3)의 연결점으로 표시된다면, 선분(25 및 26)의 중심점에 수직으로 표시된 선(27 및 28)은 웨이퍼(5)의 중심좌표점(29)에서 상호 교차한다. 중심점(29)은 선(27 및 28)의 기울기와 선분(25 및 26)의 중심점으로부터 유도된다.
반도체 웨이퍼의 중심점을 결정함에 있어서, 검출된 트리거점이 웨이퍼 평면상에 떨어진다는 사실이 고려되어져야 한다. 그러므로, 본발명의 중심탐색 알고리즘은, 두개의 점이 웨이퍼 평면상에 떨어지는 것을 가정하면, 적어도 하나의 정확한 중심점이 여섯개의 검출된 트리거점으로부터 결정되는 것을 확신시키는 〈표2〉에 표시되는 것과 같은 전략을 구체화한다.
상기 표 2 중에서 제 1칸은 세개의 센서 배열체에 의해서 검출된 여섯개의 트리거점으로부터 나타나는 인덱스를 표시하며, 어느 한순간에 적어도 두개의 점이 "불량"(bad), 즉, 이들이 웨이퍼 평면 상에 떨어지는 것을 가정하면 웨이퍼의 중심을 결정하기 위하여 사용될 수 있는 여섯 개 점의 15개 조합 가능성(비반복적임)이 있다. 제 2칸은 여섯개의 트리거점으로부터 불량 상태로 되는 두개점의 각조합을 나타낸다. 제 3칸은 웨이퍼의 중심점을 결정할 수 있는 나머지 4개 트리거점의 조합을 나타낸다. 제 4칸, 즉 마지막 칸은 제 5도에 도시된 바와 같은 웨이퍼의 중심점을 결정하기 위하여 사용되는 두점의 두세트의 조합을 나타낸다. 이격된 각도가 가장 큰 두점의 조합이 오차를 최소화시키기 위하여 바람직하다.
서브 루틴이 요구되고 표2의 마지막 칸에서 정보가 각 행번호(1 내지 15)에 대한 웨이퍼의 "후보(candidate)" 중심점의 계산을 위하여 검색된다. 각 행의 경우, 여섯개 트리거점의 각각의 반경이 제 4도에 예시된 바와 같이 계산된다. 그런 다음, 반경들은 서열 순서대로 정렬된다. 가장 큰 4개 반경이 비교되고 지정된 측정 오차 내에 맞아 떨어진다. 나머지 두개 반경은 가장 큰 4개 반경과 (원주상에서) 동일하거나 또는 가장 큰 4개 반경과 (평면상에서) 동일값 이하가 되어야 한다. 이러한 비교시험을 통과하면, "후보" 중심점은 "양호"라고 마킹되고, 중심점이 기록된다. 이러한 비교시험을 통과하지 못하면, 후보 중심점은 "불량"이라고 마킹되고 버려진다. 모든 후보 중심점이 시험된 후, "양호"라고 인식된 중심점은 웨이퍼의 실제 중심점에 알맞은 가장 양호한 판단을 내리기 위하여 평균화된다. 여섯개 트리거점들중 평면 상에 떨어지는 트리거점이 하나도 없으면, 15개의 후보 중심점이 평균화된다. 여섯개 트리거점들중 하나가 평면 상에 떨어진다면, 5개 이상의 후보 중심점들이 평균화된다. 여섯개 트리거점들 중에서 만일 두 개가 평면상에 떨어지면, 하나 이상의 후보 중심점이 평균화된다. 두 개 미만의 "불량" 중심점은 웨이퍼 중심점의 확고한 결정을 제공한다.
로봇 중심점에 가장 가까운 센서가 로봇 블레이드의 선두모서리 및 후미 모서리 만을 탐지하도록 블레이드 단부를 향해 로봇 블레이드의 중심점으로부터 멀리 이격되어 웨이퍼가 있는 경우, 또는 소음때문에 입력 데이타 축적에 오차가 있느 경우가 드물게 일어날 수 있다. 이러한 경우에는, 계산된 반경이 웨이퍼의 알려진 반경과 실질적으로 다르게 결정되는 것에서, 트리거점들이 제거된다. 이와 달리, 자동 회복 루틴이 실행될 수 있고, 이로써 중심탐색방법이 제 2 배열체, 다른 백업 중심탐색 시스템 및/또는 오퍼레이터의 간섭에 의해서 수행될 수 있다.
b. 중심탐색루틴
본 발명의 중심탐색루틴의 논리흐름도(34)가 제 7도에 도시되어 있다. 중심탐색루틴은 시스템 이송 로봇이 웨이퍼 챔버로부터 웨이퍼를 들어 올리도록 명령하는 표준 명령(35)과 더불어서 시작한다. 상기 로봇은 하기되는 본 발명의 캘리브레이션 방법에 의해서 이미 캘리브레이션된 웨이퍼 챔버의 중심점의 위치를 알고 있다.
루틴의 다음 단계(36)는 제 1 웨이퍼 챔버로부터 로봇 블레이드와 웨이퍼를 회수하고, 지정된 제 2 웨이퍼 챔버로 센서 배열체를 가로질러서 로봇 블레이드와 웨이퍼를 회전시킨다. 상기 센서들은 웨이퍼의 트리거점을 검출하고, 표 1의 인터럽트 입력 테이블은 관련된 스텝 카운터를 저장함으로써 생성된다(37). 표 1의 상응하는 스텝 카운터를 결정하고 저장하면, 다음으로 트리거점들이 아래의 식을 이용하여 직교좌표(X,Y)로 전환된다(38).
X = γ * sinθ
Y = γ * cosθ
일단 트리거점들의 직교좌표가 계산되면, 한쌍의 점들을 관통하는 수직 이등분선의 기울기("m")이 다음 식을 이용하여 계산된다(39).
m1 = -(X1-X2)/(Y1-Y2)
수직이등분선의 기울기가 결정된 후, 한쌍의 트리거점들을 관통하는 선들의 중심 좌표는 다음 식을 사용하여 결정된다(40).
Xm1 = (X1+X2)/2, Ym1 = (Y1+Y2)/2
Xm2 = (X2+X3)/2, Ym2 = (Y2+Y3)/2
데이터 점(P)을 통하는 선들의 수직 이등분선(27 및 28)(제 5도 참조)의 기울기 및 이들 선의 중심점(n1과 n2)을 결정하고 나면, 웨이퍼의 후보 중심점(Xc,Yc)은 다음 식에 의해 이등분선(27 및 28)의 교차점을 계산함으로써 결정된다(41).
Xc = {(m1)Xm1-Ym1(m2)Xm2+Ym2}/(m1-m2)
Yc = {(m2)Ym1-m1m2(Xm1)-m1(Ym2) + m1m2(Xm2)}/(m2-m1)
후보 중심점의 이러한 계산이 계속되는데, 다른 모든 점 조합과 후보 중심점이 계산될 때까지 계속적으로 상기 단계(39, 40 및 41)들이 반복된다.
일단 모든 후보 중심점들이 계산되면, 후보 중심점과 트리거점들 사이의 거리(반경)가 계산되고, 가장 큰 4개 반경이 미리 결정된 한계 측정 오차값("△", 즉, 0.004)과 비교된다. (6개의 반경 중 가장 작은 2개는 이들이 웨이퍼 판 상에 존재한다고 자동적으로 가정되기 때문에 비교시 사용되지 않는다). 각 후보 중심점으로부터 트리거점들의 각각까지의 반경은 다음 식에 의해서 계산된다.
여기에서, i=1,2,3,...,6이고, (Xi,Yi)는 검출된 트리거점들의 직교좌표임.
그런 다음, 계산된 반경(즉, r1내지 r6)들은 가장 큰 반경부터 가장 작은 반경까지(즉, ra, rb, rc, rd, re, rf, 여기에서 ra가 가장크고 rf는 가장작다) 일렬로 배열된다. 가장 큰 4개 반경 사이의 차이가 다음의 식, 즉
ra-rd〈 △
을 사용하여 한계 측정 오차(△)보다 작은 것으로 결정되면, 후보 중심점은 "양호"라고 마킹되고 획득된다(45). 상기 차이가 한계 측정 오차(△)보다 큰 것으로 결정되면, 후보 중심점은 "불량"이라고 마킹되고 버려진다(46).
일단 모든 후보 중심점들이 마킹되면, 모든 "양호"중심점은 웨이퍼의 "진짜" 중심점의 양호한 판단을 위하여 평균화 된다(47). 일단 평균화된 양호한 중심점이 얻어지면, 공정처리를 위해 웨이퍼를 위치시킬때의 미래의 참조점으로 저장된다 (48). 이로써 중심탐색 프로그램 루틴이 완료된다(49).
3. 로봇 캘리브레이션
본 발명의 웨이퍼 중심탐색방법의 정확성과 그리고 이에 따라 상기된 바와 같이 공정처리를 위하여 웨이퍼를 적절하게 위치시키는 것은, 시스템 로봇의 적절한 캘리브레이션에 의존한다. 본 발명의 지지 블러레이드(4a)의 참조점은 각 공정챔버의 중심점 및 로봇 블레이드 연장곡선을 따라 결정된 점(제 10도 참조)에 대하여 캘리브레이션된다.
a. 로봇 홈 시퀀스를 통한 반복가능한 참조점 설정.
지지 블레이드(4a)를 θ로 캘리브레이션하기 위하여, 종래의 로봇 홈 시퀀스 루틴이 블레이드(4a)의 중심점에 대한 반복가능한 홈 참조점을 결정하기 위하여 1차적으로 실행된다. 로봇 홈 시퀀스 루틴은 용이하게 생성되고 특별한 시스템에 맞추어진다는 것은 잘 이해될 것이고, 따라서 상기 홈 시퀀스 루틴에 대한 설명은 본 명세서에서 자세히 설명되지 않는다. 일단 홈 참조점이 결정되면, 기재된 바와 같은 본 발명의 캘리브레이션 및 중심탐지 방법 동안의 추후 사용을 위하여 저장된다. 상기 홈 시퀀스는 자동적으로 수행되고 단지 시스템 전원을 온시킬 때 수행된다.
b. 로봇에 공정챔버 중심점을 교육함.
각 웨이퍼 수용 챔버의 중심점이 이로부터 위치 수정이 이루어지는 관련점이기 때문에, 로봇 블레이드는 각 챔버의 중심점을 배워야 한다.
로봇(4)는 지지 블레이드(4a)의 중심점 오리피스(4c)를 챔버(3a 또는 3b)의 상응하는 중심점 오리피스(65a 또는 65b)(제 3a-3d도 참조) 위에 위치시킴으로써 각 공정챔버의 중심점을 배운다. 블레이드 오리피스(4c)의 위치 설정은 키보드 또는 리모트 컨트롤 명령에 의해서 수동으로 수행된다. 일단 블레이드 중심 오리피스(4c)가 상응하는 챔버 중심 위치(65a 또는 65b) 위에 위치되면, 2.54/8cm (1/8인치) 페그(peg)가 공정챔버(3a 또는 3b)의 중심점에 있는 로봇 블레이드(4a)의 정확한 위치설정을 검증하기 위하여 로봇 블레이드 오리피스(4c)를 통해서 상응하는 챔버 오리피스(65a 또는 65b)로 수동적으로 삽입된다. 정확한 위치설정이 검증되면, 홈 스퀀스 참조점에 대한 스테퍼 모터(17a 및 17b)의 스텝값(제 2도 참조)이 비휘발성 메모리에 저장된다. 이러한 공정챔버 캘리브레이션 시퀀스는 각 챔버에 대하여 반복되고, 그리고 관련된 스텝값이 웨이퍼를 이송하는 동안의 지지 블레이드 (4a) 위치설정에서 추후 사용되기 위하여 기록된다. 공정챔버 중심점의 교육은, 심지어 시스템 셧 다운(전원 오프)한 후에도 계속적으로 사용하기 위하여 그 위치가 비휘발성 메모리에 저장되기 때문에, 공정 시스템 구성시에 한번만 수행될 필요가 있다는 점에 유의하여야 한다.
c. 센서위치결정.
지지 블레이드(4a)의 캘리브레이션은 로봇 중심(4b)의 알려진 회전축(4d) 및 시스템 로봇(4)의 비선형 연장곡선(제 10도 참조) 상의 알려진 반경의 결정점에 대한 관계에서 결정된다. 이것은 적어도 하나의 센서(6a,6b,6c 또는 6d)(제 2도 참조)의 위치 결정을 필요로 하고, 그리고는 로봇 블레이드(4a)의 연장을 캘리브레이션하기 위하여 위치가 알려진 센서를 사용한다. 시스템(1)의 조립체에서(제 1도 참조), 센서비임(6a,6b,6c 또는 6d)의 절대적인 위치(제 2도 참조)가 로봇 블레이드(4a)의 캘리브레이션 또는 본 발명의 중심탐색 방법의 수행시에 불가결한 것은 아니며, 이는 캘리브레이션 방법이 센서 위치설정과 관계없이 각 센서의 위치를 결정시킬 수 있기 때문이다.
제 8도를 참조하면, 예시적인 광전센서(6d,6c 및 6b)의 위치가 극좌표인 "γ"과 "θ"로 표시된다. "r"은 로봇 회전중심(4d)으로부터 센서까지의 인치단위 거리이다. θc는 알려진 홈 스퀀스 참조선(θo)으로부터 지지 블레이드(4a)의 회전각이다. 예를 들면, 센서(6d)의 θc 위치는 지지 블레이드(4a)의 모서리(50a 및 50b)가 빔(33)을 차단시키는 각(θa 및 θb)을 기록함으로써 결정된다. 지지 블레이드(4a)를 가로지른 센서(6d)의 상대적 경로(52)는 도시된 바와 같다. 두 개의 교차점(50a 및 50b) 사이의 중간점(51)은 센서(6d)를 위치시키는 각(θc)에 상응한다. 로봇 지지 블레이드 중심선(53)은 로봇(4)의 회전중심(4d)으로부터 반경선상에 존재하도록 정렬된다. 그래서, 센서(6d)의 위치(θc)(로봇 홈 위치(θo)로부터 각도)는 로봇 홈 위치(θo)로부터 각 모서리(50a 및 50b)의 검출기 차단에 대한 회전 스텝수를 합산하여 2로 나눔으로써 결정된다. 이러한 과정에 의해서, 센서의 각도 위치가 결정될 수 있다.
로봇 블레이드의 너비 "W"는 알려진 시스템 상수이고 결정된쎄타를 가지고 있는 곳에서, 로봇 회전중심(4d)으로부터 센서의 방사상 거리("γ")를 결정하기 위하여 다음의 계산이 수행된다.
γ = W/2 · sin(θW/2)
여기에서, θW는 제 8도에 도시된 각도이다.
일단, 방사상 거리("γ")가 결정되고 상응하는 각(θc)과 결합되면, 각각센서의 정확한 위치가 알려진다. 그런 다음, 센서 위치의 캘리브레이션값은 비휘발성 메모리로 저장된다. 실제의 경우, 양측면으로부터 센서를 접근시키고 실제 센서위치로서 중간점을 취함으로써 센서 히스테리시스가 제거될 수 있음이 발견되었다.
d. 로봇 블레이드 위치를 로봇 연장곡선에 상관시킴.
이제, 제 9도와 제 10도를 참조하면, 로봇 블레이드(4a)가 로봇의 공 알려진 회전축(4d)에 대하여 R로 캘리브레이션된다. 이것은 제 9도에서 도면부호 A로 도시된 바와 같은 회수된 위치의 지지 블레이드(4a)를 제 10도에 도시된 바와 같은 로봇(4)의 비선형 연장곡선 상에 알려진 반경의 한점에 상관시킴으로써 이루어진다.
웨이퍼(5)가 지지 블레이드(4a)상에 정확하게 중심이 맞추어질 때 웨이퍼(5)의 중심점과 동심상으로 의도된 "중심"위치에 배치된 2.54/8cm 직경의 오리피스 (4c)를 지지 블레이드(4a)상에 위치시키는 것이 바람직하다. 지지 블레이드(4a)의 위치는 블레이드의 중심점(수직축)이 선택된 센서의 각 좌표에 위치되도록(제 9도 참조) 로봇(4)를 1차적으로 회전시킴으로써 결정된다. 그런 다음, 중심점 오리피스(4c)의 선두모서리와 말미모서리(54 및 55)(트리거점)가 검색되도록 지지 블레이드(4a)는 회수된 위치(A)로부터 위치(B1 및 B2)까지 방사상으로 연장되고, 방사상 연장부는 명확함을 위하여 제 9도에 "t"로 확대되어 표시된다. 로봇 홈 위치(A)로부터 트리거점(54 및 55)까지 상대적인 스텝카운트가 기록된다. 이들의 두 개 점에 대한 스텝카운트의 평균은 오리피스(4c)의 중심(그래서 블레이드(4a)의 "중심")을 위치시키고 비휘발성 메모리에 저장된다.
선별된 센서의 방사상 거리에 로봇 블레이드 중심점 오리피스(4c)를 위치시키는데 소요되는 필요한 스텝의 수를 결정함으로써, 로봇 연장곡선 상의 하나로 추론점(제 10도 참조)이 결정될 수 있다. 예를 들면, 비선형의 로봇 연장방정식에 선택된 센서의 방사상 거리를 인치 단위로 집어넣음으로써 (제 10도 참조), 지지 블레이드(4a)를 회수된 위치로부터 센서의 방사상선과 정렬된 중심점을 가진 위치까지 이동시키는데 소요되는 스텝퍼 모터(17a)의 각 회전(제 2도 참조)을 결정할 수 있다. 로봇(4)의 완전 회전(2π 라디안)에 대하여 200,000 스텝이 있다는 것이 알려져 있기 때문에, 선별된 센서의 방사상선으로부터 어떤 선택된 점까지 연장 또는 회수는 로봇 연장방정식을 사용함으로써 계산될 수 있다. 이러한 정보가 상술한 웨이퍼 중심탐색 시스템과 방법에 결합될때, 웨이퍼(5)는 임의의 선별된 위치에 정확하게 위치될 수 있다.
e. 캘리브레이션 루틴
본 발명의 캘리브레이션 루틴(56)의 흐름도가 제 11도에 도시된다. 캘리브레이션 루틴은 로봇(4)의 모터(17a 및 17b)(제 2도 참조)를 그것의 홈으로부터, 즉 블레이드를 회수시킨 위치로부터 이동시키고, 그리고 장치를 웨이퍼 지지 블레이드(4a)가 블레이드의 각 평행측면의 모서리(제 8도에 도시된 바와 같은 50a 및 50b의 점)의 검색을 위하여 선택된 센서의 비임을 통과하는 위치로 회전시키는 표준 명령으로 시작한다(57).
그런 다음, 이 루틴은 선택된 센서가 블레이드(4a)의 선두모서리 및 말미모서리점(50a 및 50b)을 검색하는 모터 스텝값을 기록한다(58). 그런 다음, 상기 기록된 스텝값은 로봇이 센서에 블레이드 축(65)(제 9도 참조)의 중심을 맞추기 위하여 회전하여야 하는 각(θc)(제 8도 참조)을 결정하기 위하여 평균화된다(59). 그런 다음, 이러한 각 θc의 값은 저장된다.
그런 다음, 선택된 센서의 반경이 결정된 θc(로봇 홈 위치(θo)로부터의 각도) 및 알려진 블레이드 너비(W)를 사용하여 다음의 식을 이용함으로써 계산된다(60).
γ = W/(2sin(θc/2)
여기에서, θc = 360{(# 스텝 선두모서리)­(# 스텝 후미모서리)}/200,000; 그리고 W = 알려진 블레이드 너비(상수)(인치)가 사용된다.
로봇 연장곡선(제 10도 참조)을 따른 위치로 지지 블레이드(4a)의 중심점(4c)의 추론 위치좌표를 결정하기 위하여, 로봇 블레이드(4a)의 중심선(65)이 선택된 센서의 각 위치와 정렬되도록 로봇(4)을 회전시키는 명령(61)이 다음으로 제공된다. 그런 다음, 지지 블레이드(4a)는 블레이드 오리피스(4c)가 선택된 센서비임을 관통하도록 연장된다(62). 센서는 중심점 오리피스(4c)의 선두모서리와 후미모서리 (54 및 55)(제 9도 참조)를 검색하고, 그 다음으로 상대적인 스텝값이 평균화되고 상기 평균화된 값이 비휘발성 메모리에 저장된다(63).
그런 다음, 블레이드 오리피스(4c) 중심점의 평균 스텝값에 상응하는 로봇 연장곡선 상의 관련된 쎄타가 로봇 연장방정식을 이용하여 계산된다.
여기에서, F와 G는 제 9도에 도시된 바와 같은 로봇 레그의 차원상수이고, H와 I는 제 9도에 도시된 바와 같은 로봇 블레이드 차원상수이며, 그리고,인데, 여기에서, L은 로봇의 회전중심(4d)으로부터 선택된 센서의 방사상 거리(인치 단위)이다.
상응하는 θ를 앎으로써, 캘리브레이션 과정이 완료된다. 즉, 이로부터 로봇 블레이드의 모든 이동이 로봇 연장방정식을 사용하여 계산될 수 있는 제 10도의 비선형의 로봇 연장곡선 상에 캘리브레이션 참조점이 결정된다. 캘리브레이션 참조점이 비휘발성의 메모리에 저장되기 때문에, 캘리브레이션 루틴은 시스템 구성 및 초기 전원 공급 후에 오직 한번만 수행되면 된다는 점에 유의하여야 한다.
본 발명은 바람직한 실시예를 특별히 나타내고 예시하였지만, 당업자라면 본 발명의 요지를 변경시킴 없이 다양한 수정과 변환이 가능하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 본 발명의 요지를 기재한 특허청구범위는 이러한 변경과 수정도 포함한다.

Claims (17)

  1. 물체를 미리 선택된 위치에 정확하게 위치시키기 위한 장치로서,
    a) 제 1 위치와 선별된 제2위치 사이의 예정된 아치형 경로를 따라서 물체를 이송시키는 이동가능한 지지체를 포함하는 물체 이송수단,
    b) 상기 아치형 경로를 가로지른 축을 따라서 센서들 중에서 두 개 이상이 배치되는 센서 배열체, 및
    c) 상기 예정될 위치에 물체를 위치시키기 위하여 작동되고 신호에 응답하는 수단을 포함하며, 그리고 상기 이동가능한 지지체의 위치는 항상 탐지되어 있고, 상기 이동가능한 지지체에 대한 상기 물체의 위치는 초기에는 탐지되어 있지 않고, 상기 이동가능한 지지대의 알려진 위치에 대한 상기 물체의 상대적인 위치를 결정하는 신호를 생성하기 위하여, 상기 물체가 상기 아치형 경로를 따라서 상기 이동가능한 지지대에 의해 이송되어 상기 센서를 통하도록 이동되는 동안에, 상기 센서가 상기 물체의 원주상의 다수의 위치를 검출하도록 작동하는 물체를 미리 선택된 위치에 정확하게 위치시키기 위한 장치.
  2. 중앙이송챔버와, 상기 중앙이송챔버의 원주를 따라서 설치된 다수의 원주상의 챔버와 상기 이송챔버 내에 배치되고 선두모서리와 말미모서리를 갖춘 물체를 상기 원주상의 챔버로 및 챔버로부터 적재하고, 이동시키며, 하역하기 위한 물체지지대를 가진 이동가능한 물체 이송수단을 가지며, 상기 물체지지대는 상기 원주상의 챔버들 사이에 형성된 아치형 경로를 따라 상기 중앙이송챔버 내에서 이동되는 물체 처리 장치에 있어서, 상기 지지대에 상대적으로 물체의 위치를 검색하고, 상기 원주상의 챔버 중 하나의 물체를 정확하게 위치시키도록 상기 이송수단을 작동시키기 위하여 개선된 위치제어수단으로서, 상기 위치제어수단이
    a) 물체지지 참조점의 위치를 나타내는 물체지지 참조신호를 제공하기 위한 수단,
    b) 상기 아치형 경로를 가로지른 축을 따라서 장착된 두 개 이상의 센서를 포함하고, 상기 센서가 물체가 이를 통과할때 이동되는 물체의 선두모서리 말미모서리에 의해서 트리거되고 물체위치 참조점이 결정될 수 있는 상응하는 물체 위치신호를 전개시키는 센서배열체, 및
    c) 상기 물체지지 참조신호와 상기 물체위치신호에 대해서 응답하고, 상기 물체지지대에 대해 상대적인 물체위치를 계산하기 위하여 작동하며, 그리고 더 나아가 상기 원주상의 챔버중 하나에 있는 선별된 위치에 상기 물체를 위치시키기 위하여 상기 선별된 위치에 대한 상응하는 오프셋 위치로 상기 물체지지대를 이동시키도록 작동하는 수단을 포함하는 위치제어수단.
  3. 제2항에 있어서, 상기 물체는 일반적으로 원형인 반도체 웨이퍼를 포함하고, 상기 웨이퍼의 중심점은 상기 웨이퍼가 완전하게 상기 물체지지대 상에 위치될 때 상기 물체지지 중심점과 동심이 되는 위치제어수단.
  4. 제2항에 있어서, 상기 물체위치신호와 상기 물체지지신호에 응답하는 수단이 챔버로부터 챔버까지의 상기 웨이퍼의 이송을 제어하기 위하여 프로그램화된 컴퓨터 시스템을 포함하는 위치제어수단.
  5. 제4항에 있어서, 상기 물체지지 참조신호를 제공하는 상기 수단이 상기 물체지지 참조신호를 보유하도록 미리 기록된 기억장치를 포함하는 위치제어수단.
  6. 제5항에 있어서, 상기 미리 기록된 물체지지 참조신호가 상기 물체지지대를 홈 위치에서 상기 센서들중에서 하나와 정렬된 위치로 구동시키고 그리고 상기 물체지지 참조신호를 계산하기 위하여 상응하는 구동정보를 사용함으로써 얻어지는 위치제어수단.
  7. 제2항에 있어서, 상기 물체지지대는 상기 센서에 의해서 검색가능한 특성을 가진 장방형의 블레이드를 포함하는 위치제어수단.
  8. 제7항에 있어서, 상기 물체지지대의 상기 검색가능한 특성이 상기 센서에 의해서 검색가능한 모서리를 가진 상기 블레이드 내에 제공되며 중심이 맞추어져 배치되는 오리피스를 포함하는 위치제어수단.
  9. 제7항에 있어서, 상기 미리 선택된 위치가 원주상의 챔버들중 하나의 챔버 내의 웨이퍼 위치를 인식하는 위치제어수단.
  10. 제2항에 있어서, 상기 센서들이 상기 중앙이송챔버의 외부에 위치되는 위치제어수단.
  11. 제4항에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템이 웨이퍼 및 물체지지 참조점을 결정하고, 상기 물체지지대에 대한 상기 웨이퍼의 상대적인 위치를 계산하기 위하여 작동하는 제어논리수단과, 물체지지대의 이동을 제어하기 위한 수단과, 그리고 상기 제어논리수단 및 상기 센서배열체를 인터페이스시키기 위한 수단을 포함하는 위치제어수단.
  12. 중심점을 가진 물체를 제 1위치로부터 미리 선택된 알려진 제 2위치로 정확하게 위치시키기 위한 방법으로서, 상기 물체가 그 위에 지지되고 상기 제 1위치와 상기 제 2위치 사이에 있는 아치형 경로를 따라서 이동가능한 물체지지대에 대한 상기 물체의 상대적인 위치를 검출함으로써 이루어지고, 상기 이동가능한 물체지지대의 위치는 항상 알려져 있고, 상기 이동가능한 물체지지대에 대한 상기 물체의 위치는 초기에는 알려져 있지 않은 상기 방법이, 아치형 경로를 가로지른 축을 따라서 설치된 두 개 이상의 센서를 포함하는 일련의 센서들을 제공하는 단계와, 상기 물체의 위치가 상기 이동가능한 물체지지대의 알려진 위치에 상대적으로 결정되도록 할 수 있는 물체신호를 발생하도록 상기 센서들을 트리거시키기 위하여, 상기 아치형 경로를 따라서 상기 이동가능한 물체지지대를 이동시킴으로써 상기 물체의 원주를 따라 원주상의 점들을 검출하는 단계와, 상기 물체신호로부터 상기 이동가능한 물체지지대의 알려진 위치에 대하여 상대적인 상기 물체 위치를 계산하는 단계와, 그리고 상기 물체의 중심점이 상기 미리 선택된 제 2위치와 일치하도록, 상기 이동가능한 물체 지지대 및 그 위에 지지되는 상기 물체를 상기 미리 선택된 제 2위치로 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 물체 위치를 계산하는 상기 단계는,
    a) 상기 이동가능한 물체지지대의 알려진 위치와 상기 물체위치신호로부터 상기 물체의 세 개 이상의 극좌표점을 결정하는 단계와,
    b) 상기 극좌표점들을 직교좌표점으로 변환하는 단계와,
    c) 두쌍 이상의 상기 직교좌표점을 연결하는 가상선에 대한 가상의 수직이등분선의 기울기를 계산하는 단계와,
    d) 상기 직교좌표점들의 상기 쌍을 연결하는 상기 가상선의 중간점을 계산하는 단계와,
    e) 계산된 상기 기울기와 상기 중간점으로부터 상기 수직이등분선의 교차점을 계산하는 단계와,
    f) 상기 직교좌표점들의 모든 쌍에 대하여 상기 c)단계, d)단계 및 e)단계를 반복적으로 수행하는 단계와,
    g) 계산된 상기 교차점을 특정 수치범위에 비교하는 단계와, 그리고
    h) 상기 특정 수치범위 내에 떨어지는 상기 교차점의 평균값을 계산하는 단계로 이루어지는 방법.
  14. 알려진 너비와, 검출가능한 특성과, 공정 시스템 내의 알려진 위치에 상대적인 홈 참조위치를 가지는 이동가능한 물체지지대의 위치를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 이동가능한 지지대가 이송챔버의 원주를 따라서 배치되는 다수의 챔버를 가진 상기 이송챔버 내에 설치되고 또한 방사상 축을 교차시키는 아치형 경로를 따라서 상기 공정챔버들 사이에 이동가능한 상기 방법이, 센서신호를 제공하기 위하여 상기 중앙이송챔버 내에 상기 방사상 축을 따른 점에 배치되는 하나 이상의 센서를 제공하고, 상기 센서는 상기 아치형 경로를 따라서 장착되는 단계와, 센서위치신호를 발생시키기 위하여 상기 센서들중 하나 이상의 위치를 검출하는 단계와, 물체지지 위치신호를 발생시키기 위하여 상기 이동가능한 물체지지대의 위치를 검출하는 단계와, 그리고 상기 센서위치신호와 상기 물체지지 위치신호로부터 상기 알려진 위치에 대해 상대적인 상기 물체지지대의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 센서들중 하나 이상의 센서의 위치를 검출하는 상기 단계가, 상기 검출된 선두모서리와 말미모서리의 점 위치를 표시하는 신호를 발생시키도록 센서를 트리거하도록, 아치형 경로를 따라 상기 이동가능한 물체지지대를 이동시킴으로써 상기 이동가능한 물체지지대의 선두모서리와 말미모서리를 검출하는 단계와, 상기 점 위치를 값의 형태로 기록하는 단계와, 상기 센서 위치의 회전각을 제공하도록 작동하는 상기 값들의 평균을 계산하는 단계와, 그리고 상기 계산된 회전각과 상기 이동가능한 물체지지대의 알려진 너비로부터 센서위치의 반경을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 이동가능한 물체지지대의 위치를 검출하는 상기 단계는 상기 이동가능한 물체지지대의 위치가 센서위치의 방사상축과 같은 방향이 되도록 상기 이동가능한 물체지지대를 회전시키는 단계와, 상기 센서가 상기 이동가능한 물체지지대의 상기 검출가능한 특성의 선두모서리와 말미모서리를 검출하여 관련된 위치신호를 발생하도록 작동하게 하며, 센서의 방사상축을 따라서 상기 이동가능한 물체지지대를 연장시키는 단계와, 상기 위치신호를 값의 형태로 기록하는 단계와, 그리고 상기 선택된 위치에 대해 상기 물체지지대를 이동시키기 위한 상대적인 위치 값으로서의 상기 값과 동일한 상기 지지대의 상기 아치형 경로를 따른 점을 계산하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 미리 선택된 위치에 물체를 정확하게 위치시키기 위한 방법으로서,
    a) 상기 물체가 그 위에 지지되는 이동가능한 물체지지대에 대한 상기 물체의 상대적인 위치를 검출하는 단계로서, 상기 물체지지대는 제 1 위치와 상기 미리 선택된 위치 사이의 아치형 경로를 따라서 이동가능하며, 상기 이동가능한 물체지지대의 위치는 초기에는 미지이고, 상기 이동가능한 물체지지대에 대한 상기 물체의 상대적인 초기위치도 미지인 단계를 포함하며, 상기 단계가,
    b) 상기 아치형 경로를 가로지른 축을 따라서 장착되는 두개 이상의 센서들의 배열체를 제공하는 단계,
    c) 센서신호를 발생시키도록 상기 센서의 위치를 검출하는 단계,
    d) 상기 이동가능한 물체지지대의 위치를 검출하는 단계,
    e) 상기 센서신호 및 상기 물체지지신호로부터 미리 선택된 위치에 대한 상기 이동가능한 물체지지대의 상대적인 위치를 계산하는 단계,
    f) 물체위치점이 상기 이동가능한 물체지지대에 대하여 계산될 수 있는 물체신호를 발생시도록 센서를 트리거하기 위하여, 상기 아치형 경로를 따라 상기 이동가능한 물체지지대를 이동시킴으로써 상기 물체의 원주를 따라 원주점들을 검출하는 단계,
    g) 상기 물체신호 및 상기 물체지지신호로부터 상기 이동가능한 물체지지대의 위치에 대한 상기 물체위치점을 계산하는 단계를 포함하며, 그리고
    h) 상기 물체의 물체위치점이 상기 미리 선택된 위치와 일치하도록 미리 선택된 위치로 상기 이동가능한 물체지지대 및 그 위의 상기 물체를 이동시키도록 작동하는 수단을 포함하는 방법.
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