KR100828972B1 - 웨이퍼 유무 판별 장치 - Google Patents

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KR100828972B1
KR100828972B1 KR1020070002704A KR20070002704A KR100828972B1 KR 100828972 B1 KR100828972 B1 KR 100828972B1 KR 1020070002704 A KR1020070002704 A KR 1020070002704A KR 20070002704 A KR20070002704 A KR 20070002704A KR 100828972 B1 KR100828972 B1 KR 100828972B1
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강명구
박찬민
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Abstract

본 발명은 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치에 관한 것이다. 상기 웨이퍼 유무 판별 장치는 로봇암에 장착된 카메라, 상기 카메라로부터 전송되는 적어도 하나 이상의 영상들을 이용하여 상기 카세트내의 각 슬롯에 웨이퍼가 적재되었는지 여부를 판별하는 중앙 처리부, 특정 파장 대역의 빛을 제공하는 조명부, 및 상기 카메라에 설치되어 특정 파장 대역의 빛에 대한 영상만을 통과시키는 필터를 구비한다. 상기 중앙 처리부는 상기 로봇암을 이동시키면서 다양한 위치와 다양한 각도에서의 상기 카세트에 수납된 웨이퍼에 대한 다수 개의 영상을 획득하고, 상기 영상들을 분석하여 상기 카세트내의 각 슬롯에 웨이퍼가 있는지 여부를 판별하고 판별 결과를 제공하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 중앙 처리부는 상기 카메라로부터 상기 필터를 통과한 영상들을 수신하고, 수신된 영상들을 분석하여 상기 카세트 내의 각 슬롯에 웨이퍼가 존재하는지 여부를 판별한다.
본 발명에 의하여, 다양한 위치와 다양한 각도에서 필요한 영상을 획득할 뿐만 아니라 특정 광원에 의한 영상만을 획득함으로써, 외부의 조명이나 환경에 의한 영향을 최소화시켜 정확한 판별을 수행할 수 있게 된다.
카세트, 웨이퍼, 슬롯, 로봇암, 카메라

Description

웨이퍼 유무 판별 장치{Apparatus for detecting wafers in cassette}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치를 전체적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치에 있어서, 로봇암에 장착된 카메라를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치에 있어서, 웨이퍼가 적재된 카세트에 대한 평면도 및 정면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 웨이퍼 유무 판별 장치
100 : 카메라
110 : 중앙 처리부
120 : 디스플레이부
130 : 메모리
140 : 조명부
150 : 필터
160 : 로봇암
170 : 핸드
본 발명은 카세트 내의 각 슬롯에 수납되어 있는 웨이퍼의 존재 여부를 판별하는 장치에 관한 것으로서, 카메라를 이동부에 설치하고 특정 파장대의 조명을 이용하여 카세트내의 웨이퍼들에 대한 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 이용하여 카세트내의 웨이퍼의 존재 여부를 판별하는 카세트내의 웨이퍼 판별 장치에 관한 것이다.
일반적인 반도체 패키지 제조 공정은 패브리케이션(FAB) 공정 및 테스트 공정으로 구분된다. 상기 패브리케이션 공정에서는 웨이퍼 상태에서 전기적으로 완전하게 동작될 수 있는 웨이퍼 상태의 반제품이 만들어진다. 상기 패브리케이션 공정은 확산 공정, 사진 식각 공정, 식각 공정, 및 박막 공정등의 단위 공정들로 이루어지며, 웨이퍼들은 전술한 단위 공정들을 수차례 거치면서 전기적으로 필요한 조건들을 구비하게 된다.
웨이퍼는 각 단위 공정들을 거치는 동안 카세트와 같은 별도의 수납 용기에 소정의 매수(예: 25매)씩 수납되어서 이동된다. 따라서, 웨이퍼의 단위 공정 전후에 있어서 웨이퍼의 매수가 웨이퍼 매수 검사 장치를 통하여 인식되고, 이를 기본으로 데이터화하여 후속 공정들이 진행된다. 이러한 웨이퍼의 묶음을 로트(LOT)라 하며, 일반적으로 로트는 반도체 제조 공정 중 제품이 이동하는 단위를 의미하게 된다. 웨이퍼를 제조 공정에 최초로 투입하여 최종적으로 박스에 포장되어서 사용자에게 전달될 때 까지 한 묶음으로 취급하게 된다.
웨이퍼 제조 공정에는 일정 개수의 웨이퍼가 하나의 로트를 이루어 공정 스텝별로 가공되며 가공이 종료된 웨이퍼들은 각기 적게는 수십에서 많게는 수만에 이르는 다이(Die)라고 불리는 개별 소자들을 포함하게 되는데, 이러한 다이들은 물리적 형태는 갖추고 있으나 그 전기적 성능이 검증되지 않은 상태이다. 웨이퍼 상의 수많은 다이들 중에는 요구되는 전기적 성능을 지닌 양품과 그렇지 못한 불량품이 무작위로 혼재되어 있는데, 이 중에서 양품과 불량품을 선별하는 공정이 테스트 공정이다. 이렇게 테스트 공정을 거치면서 웨이퍼상의 각 다이에 대해 그 품질의 양, 불량을 미리 선별해 둠으로써 불량으로 판정된 개별 소자에 대해서는 그 이후의 일부 공정을 거치지 않고 제거하게 된다. 그 결과, 시간과 작업량을 줄일 수 있고 아울러 정확한 양품 제조량을 더 빨리 파악할 수 있게 된다.
따라서, 카셋트내에 수납되어진 웨이퍼의 순서는 매우 중요한 의미를 가지므로 그 순서가 뒤바뀌거나 로트가 혼동될 경우 실제로 생산라인에서 큰 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 카세트 내에 수납된 웨이퍼의 존재 여부를 인식하는 다양한 형태의 방법들이 제안되고 있다.
종래에 제안된 방법 중의 하나는 한국 등록 실용신안 제20-0248325호의 "카세트내의 웨이퍼의 유무판별장치"이다. 전술한 등록 실용신안은 카세트의 일측으로부터 카세트 내의 웨이퍼를 향하여 빛을 조사하는 발광부와, 상기 카세트를 사이에 두고 상기 발광부에 대향하여 상기 발광부와 소정의 높이차를 두고 설치되며, 상기 발광부로부터 수광부로의 경로내에 판별 대상 웨이퍼가 존재하는 동시에 상기 발광부로부터의 빛 중 상기 판별 대상 웨이퍼에 인접한 웨이퍼에서 반사된 빛이 도달하지 않는 위치에 배치되는 수광부와, 상기 수광부의 수광 신호에 기초하여 상기 카세트내의 웨이퍼의 유무를 판별하는 판별 수단을 포함하는 웨이퍼 유무 판별 장치를 개시하고 있다.
그러나, 전술한 웨이퍼 유무 판별 장치는 발광부와 수광부가 이동하면서 웨이퍼를 식별함으로써 발광부와 수광부의 각이 어긋나기 쉽고 웨이퍼의 사이즈에 따라 매번 작업자가 발광부와 수광부의 센서의 각을 보정하여야 하므로 다양한 크기의 웨이퍼들에 대한 식별이 어려운 문제점이 있다. 또한, 카세트 내에 웨이퍼가 제대로 수납되지 못하고 부적절하게 수납되었을 경우, 예컨대 비스듬히 수납되었거나 동일 슬롯에 복수 개의 웨이퍼가 수납되는 경우 이를 인지할 수 없다는 문제점이 있다.
한편, 카세트 내의 웨이퍼의 매수 만큼의 수광부와 발광부의 쌍을 직렬로 연결하여 사용하는 방안이 제안되기도 하였으나, 이런 방법들도 여전히 동일한 문제점들을 내포하고 있다.
특히, 최근 박판(thin) 웨이퍼에 대한 수요가 늘어가고 있는 실정인데, 이러한 박판 웨이퍼는 자중에 의하여 가운데 부분이 아래로 휘어지게 된다. 즉, 웨이퍼의 중심 위치가 발광부와 수광부에 의해 인지되는 위치보다 아래쪽으로 위치하게 되므로, 정확한 위치 정보를 얻을 수 없게 되는 문제점이 발생하게 된다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이미지 스캔 방식을 이용하여 카세트내의 각 슬롯에 웨이퍼가 적재되었는지 여부를 정확하게 판별하는 웨이퍼 유무 판별 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부의 조명에 의한 영향을 최소화시켜 카세트내의 각 슬롯에 웨이퍼가 적재되었는지 여부를 정확하게 판별할 수 있는 웨이퍼 유무 판별 장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 다수의 웨이퍼가 적재된 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치에 관한 것으로서,
영상을 촬상하는 카메라,
상기 카메라로부터 전송되는 적어도 하나 이상의 영상들을 수신하고, 수신된 영상들을 이미지 프로세싱하여 상기 카세트내의 각 슬롯에 웨이퍼가 적재되었는지 여부를 판별하는 중앙 처리부,
특정 파장대역의 빛을 제공하는 조명부, 및
상기 카메라에 설치되어, 상기 조명부에 의해 제공되는 파장 대역의 빛에 대한 영상만을 통과시키는 필터를 구비하고,
상기 카메라는 상기 카세트 내에 적재된 웨이퍼를 이동시키는 로봇암에 장착되어 로봇암의 이동시에 함께 이동하는 것을 특징으로 하며, 상기 중앙 처리부는 상기 로봇암을 이동시키면서 다양한 위치와 다양한 각도에서의 상기 카세트에 대한 다수 개의 영상을 획득하고, 상기 영상들을 분석하여 상기 카세트내의 각 슬롯에 웨이퍼가 적재되었는지 여부를 판별하고 판별 결과를 제공하는 것을 특징으로 하며,
상기 중앙 처리부는 상기 카메라로부터 상기 필터를 통과한 영상들을 수신하고, 수신된 영상들을 분석하여 상기 카세트 내의 각 슬롯에 웨이퍼가 적재되었는지 여부를 판별하고 판별 결과를 제공하는 것을 특징으로 한다.
특히, 전술한 특징을 갖는 웨이퍼 유무 판별 장치는 디스플레이부 및 메모리부를 추가로 더 구비하고, 상기 중앙 처리부는 카메라가 보내주는 영상들에 대한 이미지 프로세싱의 결과 또는 상기 영상들을 분석하여 웨이퍼가 적재되어 있는 슬롯에 대한 정보들을 추출하고, 추출된 정보들을 상기 메모리부에 저장하고 상기 디스플레이부에 출력시키는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치(10)를 전체적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 상기 웨이퍼 유무 판별 장치(10)의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치(10)는 카메라(100), 중앙 처리부(110), 디스플레이부(120), 메모리(130), 조명부(140), 필터(150), 로봇암(160) 및 핸드(170)를 구비한다.
상기 로봇암(160)은 상기 카세트내에 적재된 웨이퍼를 기설정된 다른 위치로 이동시키기 위한 것이면서 동시에 상기 로봇암에 설치된 카메라를 적정한 위치로 자유자재로 이동시킬 수도 있는 것이다. 한편 상기 로봇암은 구동부와 연결되어 평면의 위치 이동을 위한 X, Y 방향과, 회전 이동을 위한 회전각(θ)을 자유롭게 이동할 수 있다. 즉, 상기 구동부는 수 미크론(Micron) 이하의 정밀도를 갖는 X-Y 스테이지 및 엔코더를 구비함으로써, 정확한 위치를 찾아갈 수 있게 되는데, 이러한 특징을 갖는 구동부에 고정 부착된 카메라도 항상 정확한 위치를 찾아갈 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 로봇암의 소정의 위치에 장착되어카세트를 향하도록 설치된 카메라를 도시한 평면도이다.
상기 카메라(100)는 모든 방향으로 자유롭게 이동가능한 로봇암(160)의 소정의 위치에 장착되어, 로봇암의 이동과 함께 자유롭게 이동할 수 있게 된다. 또한, 상기 카메라(100)는 상기 로봇암에 고정 부착됨으로써, 항상 동일한 위치에서 웨이퍼의 정확한 상태를 인식할 수 있게 된다. 따라서, 상기 카메라(100)는 카세트의 개구부에 대한 다수의 영상을 촬영하되, 상기 로봇암을 이동시켜 다양한 위치와 방향에서 카세트내의 웨이퍼에 대한 다수의 영상을 촬영할 수 있게 된다.
상기 중앙 처리부(110)는 상기 로봇암을 이동시키면서 카메라(100)로부터 다양한 위치와 방향에서 촬영된 다수의 영상을 획득하게 되며, 획득된 영상들을 이미 지 프로세싱하여 해당 카세트내의 각 슬롯에 적재된 웨이퍼의 존재유무를 판별하게 된다.
상기 조명부(140)는 특정 파장대역의 빛을 제공하는 광원으로서, 상기 카메라와 인접된 위치에 배치시켜 카메라의 촬영시에 카세트로 특정 파장 대역의 빛을 제공한다. 또한, 상기 조명부는 상기 카세트내에 적재된 웨이퍼의 두께면(측면)으로 다량의 빛을 제공할 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 카메라(100)에는 조명부에 의해 제공되는 특정 파장 대역의 빛만을 통과시키는 필터(150)를 구비하여, 상기 카메라가 특정 파장 대역의 영상만을 촬영할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치의 카메라(100)에 설치되는 필터(150)는 상기 조명부에 의해 제공되는 특정 대역의 빛을 통과시키는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
실제로 웨이퍼는 그 크기가 다소 상이하며 그 두께도 다양하지만, 대략 700 ~ 800 Micron 정도이다. 따라서, 이미지 스캔 방법을 통해 웨이퍼의 존재 유무를 판단하는 경우, 웨이퍼의 두께면으로부터 반사되는 빛을 인지하여 카세트내의 해당 슬롯에 웨이퍼가 존재하는지 여부를 판단하게 되는 것이다. 도 4는 웨이퍼가 각 슬롯에 적재된 카세트를 도시한 평면도 및 정면도이다. 물리적으로 완성된 다이를 가진 웨이퍼를 전기적으로 테스트하기 위해 해당 웨이퍼들이 수납된 카세트를 테스트 장비에 로딩하면, 웨이퍼가 수납된 카세트는 장비의 외부에 부착된 형태가 되므로 장비의 내부에 설치된 카메라가 카세트를 스캐닝할 때 카세트가 배치된 외부의 환경의 영향을 받게 된다. 특히, 카메라가 웨이퍼를 시각적으로 인지하는 경 우, 그 배경으로 원하지 않는 외부의 환경이 동일 프레임에 잡히게 되고, 대부분의 경우 이러한 배경은 이미지 프로세싱시에 필요없는 노이즈로 인식된다. 또한, 두께면에서의 필요한 반사광을 얻기 위해 카메라쪽에서 추가의 조명을 사용하기도 하는데, 이 경우 웨이퍼의 두께면으로부터 반사되는 반사광보다 더 강력한 외부광이 카메라로 입사되어 웨이퍼의 존재 유무를 정확히 파악하기 어렵게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치는 외부 조명의 영향을 최소화시키고 웨이퍼의 두께면으로부터 반사되는 반사광의 양을 증가시키기 위하여, 전술한 조명부와 필터를 사용하게 된다. 즉, 전술한 특정 파장대역의 빛을 제공하는 조명부와 상기 조명부로부터 제공되는 빛만을 통과시키는 필터를 카메라에 설치함으로써, 외부 환경의 영향을 최소화시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 유무 판별 장치의 중앙 처리부는 카메라로부터 획득된 영상들을 분석하여 카세트의 특정 슬롯에 웨이퍼가 적재되었는지 여부를 판별하고, 그 결과를 디스플레이부로 출력하거나 메모리부에 저장 및 관리한다. 또한, 상기 웨이퍼 유무 판별 장치(10)는 LED 또는 부저와 같은 경고 알림부를 더 구비하고, 카세트내의 슬롯에 웨이퍼가 비정상적으로 적재되어 있는 경우 상기 경고 알림부를 동작시켜 운용자에게 비상 상태를 알려줄 수 있도록 한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이 상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 조명부에 의해 제공되는 빛의 파장 대역이나 필터부의 통과 대역 등은 웨이퍼 식별 성능을 향상시키기 위하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하여, 웨이퍼를 이동시키기 위한 구동부의 로봇암에 카메라를 설치함으로써, 카메라의 위치를 다양하게 이동시킬 수 있게 되며, 그 결과 다양한 위치와 다양한 각도에서 원하는 웨이퍼의 영상들을 획득할 수 있게 된다. 이렇게 획득된 영상들을 이미지 프로세싱한 후 분석함으로써, 정확한 판별을 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하여, 빛의 반사가 심한 웨이퍼의 두께면으로 특정 파장 대역의 조명을 제공하고, 해당 파장 대역의 영상만을 촬상함으로써, 외부 조명에 의한 영향을 최소화시킬 수 있게 된다.
본 발명은 특정 로트의 작업이 끝나고 새로운 로트의 웨이퍼가 수납된 카세트가 장비에 로딩 될 때마다 한번의 웨이퍼 스캔(Scan) 과정을 거치게 되고 스캔시 획득된 다수개의 영상을 제어부에 유선 또는 무선통신을 통하여 전달되어져 이미지 프로세싱에 의해 웨이퍼의 존재유무를 식별할 수 있는데, 이는 카메라가 카세트에 수납된 웨이퍼의 형상을 스캔함에 있어서 전체 카세트를 한번에 스캔 하는것이 아니라 적은 면적으로 나누어 여러번에 걸쳐 스캔하기 때문에 카세트 내부에 수납되 어진 웨이퍼의 정확한 위치와 그 형상까지 인식할 수 있게 된다. 즉 로봇암에 부착하여 상하좌우로 이동 가능한 카메라에 의하여 웨이퍼의 이미지 상태를 식별해 내며 이로 인해 불량적재된 웨이퍼 즉, 비스듬하게 잘못 수납된 웨이퍼나 동일 슬롯에 수납된 복수개의 웨이퍼에 대해서도 정확한 인식이 가능하다.
또한 박판(Thin) 웨이퍼에 대해서도 수납 상황뿐 아니라 자중에 의한 휘어짐의 정도까지 파악이 가능하여 어떤 경우라도 웨이퍼의 손상없이 정확한 이송 동작이 가능하게 된다.
실제로 전체 카세트의 형상을 1회 스캔한 화면에 대하여 이미지 프로세싱을 적용해서 카세트 내부에 수납된 20여매의 웨이퍼를 인식한다는것은 현재의 카메라 해상도나 이미지 프로세싱 기술로는 그 구현이 무척 어려우며 더우기 비스듬하게 수납된 웨이퍼나 동일 슬롯에 수납된 복수개의 웨이퍼를 정확하게 인식한다는 것은 더더욱 어렵다. 본 발명에 있어서는 웨이퍼 유무의 인식을 로봇암에 달린 카메라에서 제공받은 이미지 데이터에 전적으로 의존하므로 상기 로봇암의 정확한 위치 선정이 매우 중요하게 된다. 이 로봇암은 상하 방향으로 이동하는 상하 이동축, 전후 방향으로 이동하는 전후 이동축이 서로 교차하는 구조로 배치되고 전후 이동축의 일측에 웨이프를 이동시키는 핸드와 카메라 그리고 조명부가 일체형으로 고정된 회전 이동축이 부착된다. 각각의 이동축에 부착된 동력원인 모터에는 적정 정밀도를 갖는 엔코더가 부착되어 있어서 상기 중앙 처리부에서의 명령에 따라 이동축을 이동 시킨후에는 반드시 엔코더를 통하여 정확한 위치로의 이동 여부를 확인하게 된다.

Claims (4)

  1. 다수의 웨이퍼가 적재된 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치에 있어서,
    특정 파장대역의 빛을 제공하는 조명부;
    상기 조명부에 의해 제공되는 파장 대역의 빛에 대한 영상만을 통과시키는 필터가 장착되어 있는 카메라; 및
    상기 카메라로부터 상기 필터를 통과한 영상을 수신하고, 수신된 영상을 이미지 프로세싱한 후 분석하여 상기 카세트내의 슬롯들중에서 웨이퍼가 적재되어있는 슬롯들을 판별하는 중앙 처리부를 구비하고,
    상기 카메라는 상기 카세트 내에 적재된 웨이퍼를 이동시키는 로봇암에 장착되어 로봇암의 이동에 의해 이동하는 것을 특징으로 하며,
    상기 중앙 처리부는 상기 로봇암을 이동시키면서 다양한 위치와 다양한 각도에서의 상기 카세트의 개구부에 대한 다수 개의 영상을 획득하고, 상기 영상들을 분석하여 상기 카세트내의 슬롯들 중에서 웨이퍼가 적재되어 있는 슬롯들을 판별하고 판별 결과를 제공하는 것을 특징으로 하는 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 유무 판별 장치는 디스플레이부를 더 구비하고, 상기 중앙 처리부는 상기 영상들을 분석하여 웨이퍼가 적재되어 있는 슬롯에 대한 정보들을 추출하고, 추출된 정보들을 상기 디스플레이부에 출력시키는 것을 특징으로 하는 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 유무 판별 장치는 메모리부를 더 구비하고, 상기 중앙 처리부는 상기 영상들을 분석하여 웨이퍼가 적재되어 있는 슬롯에 대한 정보들을 추출하고, 추출된 정보들을 상기 메모리부에 저장시키는 것을 특징으로 하는 카세트 내의 웨이퍼 유무 판별 장치.
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