KR100490203B1 - 웨이퍼 맵핑 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 맵핑 방법에 관한 것으로, 웨이퍼 반송 로봇에 웨이퍼 감지 센서와 맵핑 상태 판별부를 추가로 장착하여 웨이퍼 맵핑 장치를 구성하고, 이 웨이퍼 맵핑 장치를 이용하여 웨이퍼 맵핑을 수행함으로써 장치가 차지하는 공간을 줄이고, 작업 시간을 단축시키며, 웨이퍼 맵핑 효율을 높이는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법은, 파라미터 입력 단계와 웨이퍼 감지 단계, 웨이퍼 위치 산출 단계, 위치 오차 판별 단계를 포함하여 이루어진다. 맵핑 파라미터 입력 단계에서는 웨이퍼 맵핑을 위한 적어도 하나 이상의 맵핑 파라미터를 입력한다. 웨이퍼 감지 단계에서는 웨이퍼 감지 수단을 이용하여 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 삽입 위치를 감지한다. 웨이퍼 위치 산출 단계에서는 상기 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 예상 위치를 산출하고, 상기 웨이퍼 감지 단계의 감지 결과를 통해 상기 웨이퍼의 실제 위치를 산출한다. 위치 오차 판별 단계에서는 상기 웨이퍼 예상 위치와 상기 웨이퍼 실제 위치의 차 값과 웨이퍼 카세트 형상 오차 편차를 비교하여 웨이퍼의 정렬 상태를 판별한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다. 먼저, 웨이퍼 반송 로봇에 웨이퍼 감지 센서 및 맵핑 결과 판별부를 추가 장착하여 하나의 시스템으로 통합함으로써 맵핑 장치가 차지하는 공간이 줄어든다. 뿐만 아니라 상술한 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 일체화는 웨이퍼 반송 로봇이 웨이퍼 카세트에 접근하는 단계에서 손쉽게 웨이퍼 맵핑 작업을 수행할 수 있어, 맵핑 작업과 반송 작업을 독립적으로 실시하는 것과 비교할 때 작업 시간이 크게 단축되며 맵핑 효율 또한 매우 높다.

Description

웨이퍼 맵핑 방법{Method of wafer mapping}
본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 정렬 상태를 검사하는 웨이퍼 맵핑 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조 공정에서 웨이퍼는 웨이퍼 카세트에 탑재되어 다른 공정으로 이동한다. 이 웨이퍼 카세트에서 웨이퍼를 꺼내어 공정에 투입하거나, 공정이 완료된 웨이퍼를 다시 웨이퍼 카세트에 탑재하는 작업은 웨이퍼 반송 로봇이 수행한다.
웨이퍼 반송 로봇이 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼를 꺼내기 전에 반드시 웨이퍼 맵핑 작업이 선행되어야 한다. 이 웨이퍼 맵핑 작업은 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 정렬상태를 검사하는 것인데, 웨이퍼가 웨이퍼 카세트의 슬롯의 정확한 위치에 삽입되어 있는지를 검사하는 작업이다. 만약 웨이퍼 맵핑을 실시하지 않은 상태에서 웨이퍼 반송 작업을 시도하면 잘못 삽입되어 있는 웨이퍼가 손상될 수 있기 때문이다. 웨이퍼 맵핑은 대개 센서를 이용하여 웨이퍼의 삽입 상태를 감지하고 이를 분석하여 웨이퍼의 삽입 상태가 정상인지를 판별한다.
도 1은 종래의 웨이퍼 맵핑 장치의 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 웨이퍼 맵핑 장치는 웨이퍼 감지 센서(108)가 수평 지지대(110)를 통해 수직 지지대(106)에 장착되어 수직운동이 가능하도록 이루어져 있다. 이 웨이퍼 감지 센서(108)가 수직 지지대(106)를 따라 상하로 이동하면서 웨이퍼 카세트(102)에 삽입된 웨이퍼(104)의 정렬 상태를 판별하게 된다.
그러나 이와 같은 종래의 웨이퍼 맵핑 장치는 별도의 웨이퍼 감지 장치(수직 지지대와 수평 지지대 및 센서)를 이용해야 하므로 장치가 복잡해지고 차지하는 면적도 크다. 또한 웨이퍼 감지 장치를 통해 웨이퍼의 정렬 상태를 판별한 다음 정상적인 경우 웨이퍼 반송 로봇이 접근하여 웨이퍼 반송 작업을 수행해야 하므로 작업 시간이 크게 증가하는 문제를 가지고 있다.
이와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법은 웨이퍼 반송 로봇에 웨이퍼 감지 센서와 맵핑 상태 판별부를 추가로 장착하여 웨이퍼 맵핑 장치를 구성하고, 이 웨이퍼 맵핑 장치를 이용하여 웨이퍼 맵핑을 수행함으로써 장치가 차지하는 공간을 줄이고, 작업 시간을 단축시키며, 웨이퍼 맵핑 효율을 높이는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법은, 파라미터 입력 단계와 웨이퍼 감지 단계, 웨이퍼 위치 산출 단계, 위치 오차 판별 단계를 포함하여 이루어진다.
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맵핑 파라미터 입력 단계에서는 웨이퍼 맵핑을 위한 적어도 하나 이상의 맵핑 파라미터를 입력한다. 웨이퍼 감지 단계에서는 웨이퍼 감지 수단을 이용하여 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 삽입 위치를 감지한다. 웨이퍼 위치 산출 단계에서는 상기 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 예상 위치를 산출하고, 상기 웨이퍼 감지 단계의 감지 결과를 통해 상기 웨이퍼의 실제 위치를 산출한다. 위치 오차 판별 단계에서는 상기 웨이퍼 예상 위치와 상기 웨이퍼 실제 위치의 차 값과 웨이퍼 카세트 형상 오차 편차를 비교하여 웨이퍼의 정렬 상태를 판별한다.
이와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 사시도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 반송 로봇(202)의 상부에는 웨이퍼를 꺼내거나 삽입하기 위한 로봇 암(204)이 장착된다. 도 2에서는 2절 링크의 로봇 암을 나타내었는데, 이 로봇 암(204)의 일단에는 웨이퍼 로딩부(206)가 형성되고, 타단에는 웨이퍼 감지 센서(208)가 장착되어 웨이퍼 반송 로봇(202)과 웨이퍼 감지 센서(208)가 하나의 시스템으로 통합 구성된다. 웨이퍼 로딩부(206)는 웨이퍼 반송 작업시에 실제로 웨이퍼를 취하는(holding) 부분이다. 웨이퍼 감지 센서(208)는 광센서로서 투과형 센서와 반사형 센서 등을 선택적으로 사용하며, 그 밖에도 웨이퍼의 상태를 감지할 수 있는 것이라면 어떠한 센서라도 사용할 수 있다.
웨이퍼 반송 로봇(202)의 측면 하부에는 로봇 제어부(210)가 장착된다. 이 로봇 제어부(210)는 모션 제어부와 센서신호 감지부, 맵핑 상태 판별부 등으로 구성된다. 웨이퍼 반송 로봇(202)은 웨이퍼 카세트의 측면을 수직으로 이동하면서 세로로 적층되어 있는 웨이퍼를 로봇 암(204)을 이용하여 하나씩 로딩한다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 반사형 센서와 투과형 센서의 동작 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a는 투과형 센서의 경우이고, 도 3b는 반사형 센서의 경우이다. 도 3a에서, 웨이퍼 감지 센서에 발광부(304a)와 수광부(304b)가 각각 형성되며, 발광부(304a)에서 발생한 빛이 수광부(304b)에 의해 감지된다. 만약 발광부(304a)의 빛이 웨이퍼(302)에 의해 차단되어 수광부(304b)에 이르지 못하면 웨이퍼 감지 센서(208)는 이를 감지하여 온/오프 신호를 발생시킨다. 도 3b에 나타낸 반사형 센서(306)는 발광부와 수광부가 일체화되어 발광부에서 발광된 빛이 웨이퍼(302)에 반사되어 돌아오는 것을 수광부가 감지하고, 웨이퍼 감지 센서(208)는 이를 통하여 온/오프 신호를 발생시킨다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 로봇 제어부의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 모터 인코더(404)는 모터의 회전수를 수치 데이터로 변환한 모터 인코딩 데이터(즉, 웨이퍼 반송 로봇의 위치값)를 발생시켜서 모션 제어부(408)에 제공한다. 로봇 제어부(210)는 모션 제어부(408)와 센서신호 감지부(410) 및 맵핑 상태 판별부(412)로 구성된다. 모션 제어부(408)는 기본적으로 웨이퍼 반송 로봇의 움직임을 제어하며, 또 별도의 저장 수단을 구비하여 센서신호 감지부(410)를 통해 웨이퍼 감지 센서(208)의 감지 신호가 입력되는 시점의 웨이퍼 반송 로봇의 위치값을 입력받아 저장한다. 맵핑 상태 판별부(412)는 모션 제어부(408)에 저장되어 있는 모터 인코딩 데이터를 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법에 따라 분석하여 웨이퍼의 삽입 상태와 수량 등을 판별한다.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법을 설명하기 위한 참고 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5와 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 사용자는 맵핑 파라미터를 입력한다(S601). 맵핑 파라미터로는 피치(LS)와 웨이퍼 평균 두께(WR), 맵핑 시작 위치 등이 있다. 피치(LS)는 웨이퍼 카세트(502) 내의 슬롯(웨이퍼를 삽입할 수 있도록 웨이퍼 카세트 내에 구분되어 있는 부분)의 간격이다. 맵핑 시작 위치는 맵핑 작업이 웨이퍼 카세트(502)의 하단부터 시작한다고 할 때, 웨이퍼 카세트(502)의 최하단 슬롯으로부터 여유 거리(D)만큼 아래에 위치하도록 한다. 이 여유 거리(D)의 값은 충분히 크게 해주어야 하는데, 이는 웨이퍼 카세트(502)의 형상 오차 때문에 첫 번째 웨이퍼가 정상적으로 감지되지 않는 것을 막기 위한 것이다. 맵핑 파라미터들이 입력된 상태에서 웨이퍼 반송 로봇이 맵핑 시작 위치에서 고속으로 상향 이동하면서 웨이퍼의 상태를 감지하게 된다.
맵핑 파라미터가 입력된 상태에서 웨이퍼 감지 센서를 통해 웨이퍼의 삽입 상태를 감지하여(S602) 감지 결과가 발생하면 로봇 제어부(210)의 맵핑 상태 판별부(412)는 다음과 같은 순서로 감지 결과를 분석하여 웨이퍼의 정렬 상태를 판별한다.
(1) 웨이퍼의 실제 두께 계산(S603)
모션 제어부(408)에 저장되어 있는 모터 인코딩 데이터(온/오프 간격)를 통해 각 웨이퍼 실제 두께(Wi)를 계산한다(i =1~n, n=웨이퍼 카세트의 슬롯 수).
(2) 웨이퍼의 위치 계산(S604)
웨이퍼 카세트의 피치(LS)값과 여유 거리(D) 값을 이용하여 맵핑 시작 위치에서 각 웨이퍼의 하단까지의 예상 위치(PDi)를 구한다(i =1~n, n=웨이퍼 카세트의 슬롯 수).
모터 인코딩 데이터를 통해 맵핑 시작 위치에서 각 웨이퍼의 하단까지의 실제 위치(PRi)를 구한다(i =1~n, n=웨이퍼 카세트의 슬롯 수).
(3) 에러 범위의 결정(S605)
각각의 웨이퍼 카세트는 약간의 형상 오차가 있고, 각각의 웨이퍼의 두께도 실제로는 조금씩 다르다. 따라서 웨이퍼 정렬 상태의 정상/비정상 여부를 판단하기 위해서는 어느 정도의 오차 범위를 인정해야 한다. 오차 허용 범위는 웨이퍼의 두께 편차(We)와 웨이퍼 카세트의 형상 오차 편차(Pe)를 고려하여 결정한다.
(4) 두께 오차 판별(S606)
정상 : ABS(Wi-Wr) < We
비정상 : ABS(Wi-Wr) ≥ We
두께 오차 판별은, 웨이퍼 실제 두께(Wi)에서 웨이퍼 평균 두께(Wr)를 뺀 값의 절대값을 취한 다음, 이 절대값이 두께 편차(We)보다 작으면 정상으로 판정하고 크거나 같으면 비정상으로 판정하여 에러를 출력한다(S609). 비정상 판정은 하나의 슬롯에 두 개 이상의 웨이퍼가 중복 삽입되어 있음을 의미한다.
(5) 위치 오차 판별(S607)
웨이퍼 삽입 : ABS(PDi-PRi) < Pe (i = 1~n)
웨이퍼 삽입(위치 비정상) : Pe ≤ ABS(PDi-PRi) ≤ Ls (i = 1~n)
빈 슬롯 : ABS(PDi-PRi) ≥ Ls (i = 1~n)
위치 오차 판별은 웨이퍼가 슬롯에 삽입되어 있거나 삽입되어 있지 않은 경우(빈 슬롯), 또 웨이퍼가 삽입되어 있으나 정확한 위치에 삽입되어 있지 않은 경우의 세 가지로 나누어진다.
즉, 웨이퍼 예상 위치(PDi)에서 웨이퍼 실제 위치(PRi)를 뺀 값의 절대값을 취하고, 이 절대값이 형상 오차 편차(Pe)보다 작으면 웨이퍼가 정상적으로 슬롯에 삽입되어 있는 경우이다. 그러나 이 절대값이 형상 오차 편차(Pe)보다 크거나 같고 피치(Ls)보다 작거나 같으면 웨이퍼가 슬롯에 비정상적으로 삽입되어 있는 경우이다. 또 이 절대값이 피치(Ls)보다 크거나 같으면 빈 슬롯임을 의미한다. 비정상적으로 삽입되어 있거나 빈 슬롯의 경우 에러를 출력한다(S609).
모든 웨이퍼의 정렬 상태가 정상으로 판정되면 웨이퍼 반송 작업을 진행한다(S608).
이를 표로 정리하면 다음과 같다.
웨이퍼 두께 웨이퍼 위치 맵핑 결과
- 무 무 웨이퍼 없음
정상 유 정상 정상적으로 삽입됨
이상 유 비정상 둘 이상 중복 삽입
정상 이상 비정상 삽입 위치 불량
이상 이상 비정상 중복 삽입 및 위치 불량
표 본 발명에 따른 맵핑 결과 분석
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다. 먼저, 웨이퍼 반송 로봇에 웨이퍼 감지 센서 및 맵핑 결과 판별부를 추가 장착하여 하나의 시스템으로 통합함으로써 맵핑 장치가 차지하는 공간이 줄어든다. 뿐만 아니라 상술한 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 일체화는 웨이퍼 반송 로봇이 웨이퍼 카세트에 접근하는 단계에서 손쉽게 웨이퍼 맵핑 작업을 수행할 수 있어, 맵핑 작업과 반송 작업을 독립적으로 실시하는 것과 비교할 때 작업 시간이 크게 단축되며 맵핑 효율 또한 매우 높다.
도 1은 종래의 웨이퍼 맵핑 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 반사형 센서와 투과형 센서의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 장치의 로봇 제어부의 구성을 나타낸 블록 다이어그램.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법을 설명하기 위한 참고 도면.
도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼 맵핑 방법을 나타낸 순서도.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
102, 502 : 웨이퍼 카세트 104 : 웨이퍼
106 : 지지대 108, 208 : 웨이퍼 감지 센서
202 : 웨이퍼 반송 로봇 204 : 로봇 암(arm)
206 : 웨이퍼 로딩부 210 : 로봇 제어부
302, 504 : 웨이퍼 304 : 투과형 센서
306 : 반사형 센서 404 : 모터 인코더
408 : 모션 제어부 410 : 센서신호 감지부
412 : 맵핑 상태 판별부 LS : 피치(슬롯 간격)
WR : 웨이퍼 평균 두께 Wi : 웨이퍼 실제 두께
PDi : 웨이퍼 예상 위치 PRi : 웨이퍼 실제 위치
We : 웨이퍼 두께 편차 Pe : 웨이퍼 카세트 형상 오차 편차

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  6. 웨이퍼 맵핑을 위해 웨이퍼 카세트 내의 슬롯 간격인 피치와 웨이퍼 평균 두께, 상기 웨이퍼 카세트의 최하단 슬롯으로부터 웨이퍼 카세트 형상 오차 이상 아래쪽에 위치하는 맵핑 시작 위치 가운데 적어도 하나의 맵핑 파라미터를 입력하는 맵핑 파라미터 입력 단계와;
    웨이퍼 감지 수단을 이용하여 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 삽입 위치를 감지하는 웨이퍼 감지 단계와;
    상기 웨이퍼 카세트의 웨이퍼 예상 위치를 산출하고, 상기 웨이퍼 감지 단계의 감지 결과를 통해 상기 웨이퍼의 실제 위치를 산출하는 웨이퍼 위치 산출 단계와;
    상기 웨이퍼 예상 위치와 상기 웨이퍼 실제 위치의 차 값과 웨이퍼 카세트 형상 오차 편차를 비교하여 웨이퍼의 정렬 상태를 판별하는 위치 오차 판별 단계를 포함하여 이루어지는 웨이퍼 맵핑 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 웨이퍼 예상 위치와 상기 웨이퍼 실제 위치의 차 값의 절대값을 제 1 절대값으로 할 때 상기 위치 오차 판별 단계는,
    상기 제 1 절대값이 상기 웨이퍼 카세트 형상 오차 편차보다 작으면 상기 웨이퍼의 삽입 위치가 정상인 것으로 판정하고, 상기 제 1 절대값이 상기 웨이퍼 카세트 형상 오차 편자보다 크거나 같고 상기 피치보다 작거나 같으면 상기 웨이퍼의 삽입 위치가 비정상인 것으로 판정하며, 상기 제 1 절대값이 상기 피치보다 크거나 같으면 빈 슬롯으로 판정하도록 이루어지는 것이 특징인 웨이퍼 맵핑 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 웨이퍼 맵핑 방법은,
    상기 웨이퍼 감지 수단의 감지 결과를 통해 상기 웨이퍼의 실제 두께를 산출하는 웨이퍼 두께 산출 단계와;
    상기 웨이퍼 실제 두께와 상기 웨이퍼 평균 두께의 차 값의 절대값을 취하여 제 2 절대값으로 할 때, 상기 제 2 절대값과 웨이퍼 두께 편차를 비교하여 웨이퍼 중복 삽입 상태를 판별하는 두께 오차 판별 단계를 더 포함하여 이루어지는 것이 특징인 웨이퍼 맵핑 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 두께 오차 판별 단계는,
    상기 제 2 절대값이 상기 웨이퍼 두께 편차보다 작으면 하나의 슬롯에 하나의 웨이퍼가 삽입된 것으로 판정하고, 상기 제 2 절대값이 상기 웨이퍼 두께 편차보다 크거나 같으면 하나의 슬롯에 복수개의 웨이퍼가 중복 삽입된 것으로 판정하도록 이루어지는 것이 특징인 웨이퍼 맵핑 방법.
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