KR100438459B1 - 자동 처리 장치에서 제품을 검출하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

자동 처리 장치에서 제품을 검출하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동 처리 장치에서 제품의 존재를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이미 공지된 검출 장치는 모든 조건하에서 제품의 존재 여부를 명확하게 구별할 수는 없었다. 따라서, 본 발명은 초음파 발신기, 초음파 수신기 및 검출 수단(제어기)을 구비하는 장치를 제공한다. 처리장치의 홀더내에 제품이 고정되었는지 여부에 대한 검출은 홀더에 초음파를 발산시키는 단계, 반사된 초음파를 수신하는 단계, 그리고 반사된 초음파에 기초하여 검출하는 단계에 의해서 수행된다. 상기 방법은 유리하게도 특히 웨이퍼 연마 머신에서 수행될 수 있으며, 여기서 연마 천은 음향 반사율에 있어서 연마될 웨이퍼와 상당히 구별된다.

Description

자동 처리 장치에서 제품을 검출하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR DETECTING A WORKPIECE IN AN AUTOMATIC PROCESSING DEVICE}
현대의 생산 시스템에서는 자동 처리 장치의 사용이 증가되고 있으며, 제품은 작업자의 개입 없이 처리가 이루어진다. 상부 공정과 연결되는 유니트로부터 처리될 제품을 수용하는 장치의 부품에 있어서는, 전송이 확실하게 수행되어야 한다, 즉 제품은 또한 상기 목적을 위하여 제공되는 홀더내에 실제적으로 위치하여야 한다. 동일한 풀(pool)에서 나온 제품을 자동적으로 집어내는(pick) 처리 장치의 부품에 있어서는, 동일한 작업이 수행된다. 비록 제품이 처리되는 동안 어느 정도까지는, 홀더로부터 제품이 풀리는 등의 이유로 제품이 존재하지 않을 수 있다는 것은 사실이다. 이러한 상태는, 예컨대 작업자에게 정보를 제공하거나 작업을 중지함으로써 처리 공정을 중단하고 적절한 방법으로 대처하기 위하여, 검출되어야 한다.
제품의 존재 여부를 결정하기 위하여, 예컨대 광 검출기 (카메라, 광 배리어) 또는 전기 접촉과 같은 다양한 방법이 개발되어 왔다. 예를 들면, 광학적 방법은 미국특허 제 5,823,853호에 개시되어 있다.
웨이퍼 연마 장치를 예제로 이용하여, 본 발명은 하기의 본문에서 이러한 검출 메카니즘이 종래 기술에서 수행되는 방법을 개시한다.
웨이퍼 연마 장치는 집적회로의 생산에 사용될 수 있는 웨이퍼, 단 결정성의, 평탄한 실리콘 디스크의 연마에 사용된다. 이 경우, 웨이퍼는 연마 천에 위치되며, 연마 툴(연마 헤드, "캐리어")에 의해 고정된다. 연마제("슬러리")가 연마 천에 인가되어, 연마 천과 웨이퍼 사이에 상대 운동이 발생한다.
웨이퍼의 연마 처리공정 동안, 비록 드문 경우지만, 툴 문제, 프로세스 불안정성, 웨이퍼 제공 또는 전송부의 결함 등과 같은 여러가지 불규칙적인 요인에 의하여 소위 연마 플래튼상에서 웨이퍼가 분실되는 경우가 발생한다. 분실된 웨이퍼, 연마 툴, 및 기판에 대한 결과적인 손상을 최소화하기 위하여, 또는 최선의 경우로 이를 완전히 방지하기 위하여, 웨이퍼 분실을 신속히 검출하여 연마 처리공정을 중단하는 것이 중요하다.
따라서, 종래 기술의 연마 장치는 한편으로는 웨이퍼의 상이한 광반사율을 사용하는 광학 센서, 및 다른 한편으로는 웨이퍼의 손실을 검출할 수 있는 기판(연마천)을 구비한다. 그러나, 웨이퍼의 표면 구성 또는 사용된 연마 천의 색상에 의존하는 이러한 센서는, 웨이퍼와 연마 천을 항상 정확하게 구별할 수는 없기 때문에, 제한된 범위에 있어서만 웨이퍼의 존재 여부에 대한 신뢰성 있는 검출에 적합하다. 따라서, 이러한 센서는 광범위하게 사용될 수 없으며, 때때로 오검출을 야기한다. 더 나아가, 일반적으로 사용되는 많은 연마제들은 연마 천의 착색을 일으켜 반사율을 변화시킨다. 이러한 효과는 금속 연마을 위한 연마제의 경우 특히 잘 일어난다. 이러한 문제 때문에, 연마 장치에서 결함이 없는 웨이퍼의 자동적 처리와는 반대되는 오검출의 비율이 증가한다.WO-A-98/42605 문서에는 재료의 일 표면이 초음파로 조사되어 제품을 검출하는 방법이 개시되어 있다. 이 경우, 반사된 음향에 의해서 재료가 정확하게 위치하는지 아닌지를 결정한다.
종래 기술에서 웨이퍼가 존재하는지 아닌지를 검출하는 또 다른 방법이 제안되었다. 상기 방법에서는 연마 헤드의 공백(vacuum)을 측정하여, 공백의 깊이에 의해서 웨이퍼의 존재를 검출하였다.
비록 연마 헤드에 의해 영향을 받는 웨이퍼 수송을 모니터하는 것은 상기 형태의 검출에서도 가능하지만, 균일한 이동을 위하여 가스 완충물(cushion)이 후측으로부터 웨이퍼와 연마 헤드 사이로 웨이퍼에 인가되어 연마 작업동안 측정가능한 공백이 나타나지 않으므로, 많은 경우 실제 연마 공정동안 검출이 불가능하다.
요약하면, 현재까지는 모든 요구조건을 충족하는, 연마 머신에서 웨이퍼의 존재를 검출할 수 있는 방법이 없었다고 할 수 있다.
전술한 웨이퍼 연마 시스템 외에, 제품을 위한 또 다른 프로세싱 장치에서도 특정의 공지된 검출 방법은 그것이 광범위하게 적용될 수 없는 문제점이 또한 존재한다.
본 발명은 자동 처리 장치에서 제품을 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1a는 제품을 고정하기 위한 그립핑 아암을 구비하는 처리 장치에 있어서 검출 장치를 도시한 것이다.
도 1b는 제품이 제거된 상태의 처리 장치에서 검출 장치를 도시한 것이다.
도 2a는 웨이가 있는 웨이퍼 연마 시스템에서 검출 장치를 도시한 것이다.
도 2b는 웨이퍼가 제거된 상태의 웨이퍼 연마 장치에서 검출 장치를 도시한 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 처리 장치에서 제품의 존재 여부에 대한 검출장치를 제공하는 것인데, 상기 장치는 제품과 홀더 또는 처리 장치를 구별할 수 있는 물리적으로 서로 다른 접근 방식을 이용하여 상이한 물리적 변수에 의하여 서로 구별한다.
본 발명에 따라서, 상기 목적은 청구항 제 1항에 따른 검출 방법 및 청구항 제 12항에 따른 검출 장치에 의해 성취된다. 본 발명에 따른 부가적인 바람직한 개선은 종속항, 발명의 상세한 설명, 그리고 참조 도면으로부터 얻어질 수 있다.
일 측면으로서, 본 발명은 제품의 주변, 예컨대 그립핑 아암이나 기판 등과 비교되는 제품의 음향 반사율 차이를 이용한다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 특히 신뢰성 있게 동작하는 웨이퍼 존재 여부 검출 시스템에 사용된다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 처리될 제품의 존재 여부를 검출하기 위하여 음파를 적용하도록 의도되었다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 매우 평평한 제품에 대하여 정밀한 제품 검출 메카니즘을 제공한다.
따라서, 본 발명은 자동 처리 장치에서 제품의 존재를 검출하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
1) 처리 장치에서 제품을 위한 홀더를 준비하는 단계;
2) 홀더 및/또는 상기 홀더 주변의 적어도 일부에 초음파를 발산하는 단계;
3) 반사된 초음파를 수신하는 단계;
4) 제품이 홀더내에 고정되어 있는지 아니면 홀더 외부에 위치하는지를 검출하기 위하여 반사된 초음파를 이용하는 단계를 포함한다.
상기 검출은 발산 및 수신된 초음파의 비를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다. 제품이 검출되지 않는 경우, 보통 제품의 처리 공정은 시작되지 않는다. 그러나, 프로그래밍 관점에서는 홀더 주위에서 제품의 존재 여부를 결정하는 대신에 상기 방법이 편리하다. 그러나, 홀더에 존재하지 않는다는 것은 그 주위에 존재한다는 것을 의미하므로, 이러한 대안은 결과적 관점에서는 일치한다.
본 발명에 다른 방법은
5) 제품의 존재가 검출 될 경우, 제품을 처리하는 단계를 더 포함한다.
상기 제 2) 내지 제 4) 단계는 제품의 전체 처리공정 동안 반복적으로 수행된다. 상기 홀더에 제품이 존재하지 않는 것이 검출될 경우에는 처리공정이 중단되는 것이 바람직하다.
본 발명은 특히 웨이퍼와 같이 상기 제품이 평평한 경우에도 잘 적용될 수 있다.
본 발명은 또한 자동 처리 장치에서 제품의 존재를 검출하는 장치를 제공하는데, 상기 장치는 처리 장치내 제품 홀더 영역으로 초음파를 발산시키기 위한 초음파 발신기와, 제품의 존재를 검출하기 위한 적어도 하나의 수신기 및 검출 수단을 포함한다.
바람직하게 초음파 수신기는 수신된 초음파의 강도를 전기 신호로 변환하는 수단을 포함한다. 바람직하게 검출 수단은 초음파 수신기에 의해 수신된 초음파의 강도를 결정하는 수단, 상기 강도를 초음파 발신기에 의해 발산된 초음파의 강도와 비교하는 수단, 및 제품의 존재 여부를 결정하는 수단을 포함한다.
검출 수단은 제품의 처리를 시작 및 중단하는 제어 수단을 포함할 수 있다. 하나의 장치내에 다수의 초음파 수신기를 사용할 수도 있다. 마찬가지로, 상기 장치는 초음파 발신기가 직접적인 초음파를 출력할 수 있도록 설비될 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 예컨대 웨이퍼 연마 천 등의 주위환경(background)의 음향 반사율, 또는 그립핑 아암의 홀더 사이에 제품이 존재하지 않을 경우 빈 공간의 음향 반사율과는 항상 상이한 제품의 음향 반사율을 이용한 것이다.
초음파 발신기로부터, 소정 강도의 초음파가 발산되어, (제품이 존재하는 경우) 제품과 충돌하거나 및/또는 연마 천과 같은 제품의 주위환경과 충돌한다. 이에 의해, 초음파의 일부는 반사되어 초음파 수신기에 의해 수신된다. 검출 수단, 즉 프로세스 컴퓨터와 같은 제어기는 홀더 또는 주위환경과 비교되는 제품의 상이한 반사율을 이용하여 적절한 위치에 제품이 있는가 없는가를 결정하는 검출 방법을 수행한다.
상기 목적을 위하여, 발산 및 수신되는 초음파의 강도 비(ratio)는 바람직하게 결정되어야 한다.
만약 제품이 검출될 수 없다면, 처리 단계는 시작되지 않는다. 만약 제품이 검출되었다면, 제어기는 제품의 처리를 시작할 수 있다.
만약, 처리하는 동안 제품의 분실되지 않는다는 것을 보장할 수 없다면, 제품이 존재하는가를 연속적으로 모니터링하는 반복적인 측정이 수행되는 것이 바람직하다.
도 1은 제품(2)을 고정하는 그립핑 아암(1)을 지닌 장치 툴을 구비하는 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 밀링 헤드(4)를 구비하는 스핀들 드라이버(3)가 제품(2)의 처리를 위하여 준비된다. 초음파 발신기(5)는 초음파(화살표로 표시)를 발산하고, 이는 제품에 의해 반사되어 초음파 수신기(6)로 수신된다. 이러한 초음파는 수신기(6)에서 전기 신호로 변환되어, 라인(8)을 통해서 제어기(7)에 수신되고 평가된다. 제품(2)은 이에 충돌하는 초음파의 대부분을 반사하여, 제품이 존재한다는 것을 나타내게 된다.
도 1b는 동일한 참조번호를 지닌 동일한 머신 툴을 도시한 것인데, 여기서는 그립핑 아암(1)에 의해 고정된 제품이 현재 존재하지 않는다. 이 경우, 초음파의일부만이 그립핑 아암(1)에 의해 반사되고, 대부분은 홀더를 통과하게 된다. 따라서, 초음파 수신기(6)는 단지 미세한 초음파를 수신하고, 그 결과 제품이 존재하지 않는다는 것이 검출된다.
본 발명은 전술한 웨이퍼와 같이 제품이 평평할 경우에 특히 효과적으로 수행될 수 있다. 전술한 웨이퍼의 경우, 즉 제품이 평평할 경우에는 광 배리어 등에 의한 검출이 어렵다는 부수적인 문제가 발생한다.
웨이퍼는 압축률(탄성력)의 관점에서 이들 웨이퍼와는 상당히 다른 연마 천에서 연마된다. 연마 천의 압축률은 비교적 높으며, 결합(관련)된 음향 흡수계수로 인하여 음파는 웨이퍼의 경우보다는 상당히 낮은 강도로 되돌아 온다. 따라서, 연마 천과 웨이퍼는 명확하게 그리고 간단하게 구별될 수 있다.
도 2a는 주위환경으로서 연마 천(11)을 구비하고 그 위에 웨이퍼(12)가 배치된, 웨이퍼를 위한 연마 시스템을 도시한 것이다. 검출 장치는 도 1a 및 도 1b와 동일한 구조이며, 따라서 동일한 참조번호를 사용하였다. 웨이퍼(12)는 그것에 충돌하는 초음파 방사의 대부분을 반사하여, 초음파 수신기(6)에 수신되는 강도는 높다.
도 2b는 웨이퍼 분실이 일어난 경우 연마 시스템을 도시한 것이다. 연마 천(11)은 초음파를 웨이퍼(12)보다 덜 반사하여, 이에 상응하는 적은 양의 초음파가 초음파 수신기(6)에 수신된다. 공지의 발산 강도가 주어진 경우 반사된 초음파의 강도를 이용하여, 웨이퍼의 존재 여부가 간단한 방법에 의해 처리 공정(예, 연마 페이스트 등) 및 하드웨어와는 독립적으로 신속하게 검출될 수 있다.
상업적으로 사용되는 공지된 웨이퍼 홀더, 캐리어 또는 연마 헤드는 종종 위로부터 웨이퍼를 완전히 덮는다. 그러므로, 모니터링을 목적으로 하는 웨이퍼의 초음파 방사는 불가능하다. 이러한 경우에는, 캐리어의 주변 예컨대 연마 천 등에 방사(발산)하는 것이 유리하다. 만약, 웨이퍼가 캐리어내 홀더로부터 분리되면, 웨이퍼와 주위환경 사이의 마찰로 인하여 웨이퍼가 캐리어로부터 미끄러져 캐리어 외부의 연마 천에 놓이게 된다. 이 경우, 웨이퍼가 위치하는 지점에서 주위환경의 반사율은 변한다. 이러한 차이는 검출될 수 있으며, 평가되는 과정에서 웨이퍼가 없는 것이 판단될 수 있어, 처리 장치가 정지될 수 있다.
제어기(7)는 관찰 위치에 제품이 있는가 없는가를 검출하기 위하여 사용된다. 제어기(7)는 초음파 수신기에 의해 발생되는 전기 신호를 라인(8)을 통해서 수신하는 수단을 구비한다. 또한, 제어기(7)는 제품이 있는가 없는가를 결정하는 수단을 구비한다. 제어기(7)는 또한 초음파 발신기(5)가 초음파를 발산하게 하는 수단을 구비할 수 있다. 이는 제어기(7)와 초음파 발신기(5)를 서로 연결하는 라인(8)을 통해서 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로 발산 및 측정에 있어 동기화가 가능하며, 이는 간섭파의 영향을 감소시킬 수 있다. 더 나아가, 발산 강도 또한 제어되어 명확하게 규정될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제어기는 발산된 초음파 강도를 초음파 수신기에 의해 수신된 초음파 강도와 비교하여, 그 비(ratio)에 의하여 제품의 검출을 수행할 수 있다. 제어를 위해 사용되는 다양한 수단은 예컨대 프로세스 컴퓨터 등에 수용될 수 있다.
제어기는 처리 공정을 시작하고 만약 필요하다면 이를 중단함으로써 유리하게도 제품의 처리 공정에 직접 개입될 수 있다. 이는 제어기(7)와 처리 장치(3, 4) 사이에 종래의 제어 라인을 통해서 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 하나의 수신기 대신에 다수의 초음파 수신기를 사용하는 것도 가능하다. 이는 복잡한 형상의 제품이나, 또는 예컨대 동시에 처리되어야 할 웨이퍼가 다수인 경우와 같이 제품이 다수인 경우에 유리하다.
또한, 제품이 있는지 없는지를 더욱 정확하게 구별하기 위하여 직접적으로 초음파를 동작시키는 것도 가능하다. 정밀하게 조준된 초음파 발신기에서 발산된 직접적인 초음파는 장치내에서 제품이 발견될 수 있는 반향 위치를 더욱 정밀하게 한다. 이러한 방식으로, 처리 장치내 다른 소자들의 영향을 최소화하여, 제어기의 결정 프로세스의 정확도를 향상시킨다.

Claims (17)

  1. 자동 연마 장치에서 웨이퍼의 존재를 검출하는 방법으로서,
    1) 상기 연마 장치에 연마 헤드 및 연마 천(11)을 포함하는 상기 웨이퍼(12)를 위한 홀더를 제공하는 단계;
    2) 상기 연마 헤드를 둘러싸는 상기 연마 천(11)의 적어도 일부에 초음파를 발산하는 단계;
    3) 반사된 초음파를 수신하는 단계;
    4) 상기 초음파를 사용하여 상기 웨이퍼가 상기 연마 헤드에 의해 고정되거나 또는 상기 웨이퍼가 상기 연마 헤드로부터 이탈하였는지를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출은 발산된 초음파 및 수신된 초음파의 비를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼(12)가 검출되지 않는 경우, 상기 웨이퍼(12) 처리 공정을 시작하지 않는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    5) 상기 웨이퍼(12) 존재가 검출될 경우, 상기 웨이퍼(12)를 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2) 내지 제 4) 단계는 상기 웨이퍼(12)의 전체 처리공정 동안 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홀더에 상기 웨이퍼가(12)가 존재하지 않는 것으로 검출될 경우, 처리공정을 중단되는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼(12)는 평탄한 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 홀더는 지지 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 홀더는 그립핑 아암(1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  12. 자동 연마 장치에서 웨이퍼의 존재를 검출하는 장치로서,
    상기 웨이퍼를 보유하기 위한 연마 헤드 주변에 있는 연마 천(11) 위로 초음파를 발산시키기 위한 초음파 발신기(5),
    적어도 하나의 초음파 수신기(6) 및 상기 연마 천을 둘러싸는 상기 연마 천(11)의 적어도 일부의 방사에 의해 웨이퍼의 존재를 검출하기 위한 검출장치(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 초음파 수신기(6)는 수신된 초음파의 강도를 전기 신호로 변환하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 검출 장치(7)는 상기 초음파 수신기(6)에 의해 수신된 초음파의 강도를 결정하는 수단,
    상기 수신된 초음파 강도를 초음파 발신기(5)에 의해 발산된 초음파의 강도와 비교하는 수단, 및
    상기 웨이퍼(12)의 존재를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 검출 수단(7)은 상기 웨이퍼의 처리를 시작 및 중단하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    다수의 초음파 수신기를 사용하는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 초음파 발신기(5)는 직접적인 초음파를 출력할 수 있는 것을 특징으로 하는 검출 장치.
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