KR101366754B1 - 고속의 기판 정렬기 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 정렬기는 최소한의 기판 운반부의 연장 및 수축 운동을 제공하여 기판 처리의 작업 처리량을 증가시키면서 배면측의 손상 없이 신속하게 기판을 정렬한다. 일 구현예에서, 정렬기는 프레임에 연결된 역전의 척을 가지며, 기판 전달 시스템은 기판을 회전시켜서 재위치시킬 필요 없이 기판을 척으로부터 운반부로 전달할 수 있다. 역전 척은 기판 기준점의 정렬 장애를 제거하며, 전달 시스템과 함께 운반부가 정렬중에 프레임 안에 유지되는 것을 허용한다. 다른 구현예에서, 정렬기는 프레임에 연결된 회전 가능 센서 헤드 및, 정렬 중에 기판을 지지하기 위한 투명한 안착 패드들을 가진 기판 지지부를 가짐으로써, 운반부는 정렬중에 프레임 안에 유지될 수 있다. 기판 정렬은 지지용 패드상의 기준점 배치와 독립적으로 수행된다. 다른 구현예에서, 기판 지지부는 장치 내부의 기판의 버퍼링을 위하여 버퍼 시스템을 채용함으로써 기판의 신속한 교환을 허용한다.

Description

고속의 기판 정렬기 장치{High speed substrate aligner apparatus}
본 발명은 기판 정렬기 장치에 관한 것이다.
집적 회로(IC)들은 반도체 재료의 기판(웨이퍼)으로부터 제조된다. IC 의 제조 동안에 웨이퍼들은 통상적으로 카세트 안에 하우징이되고 처리 스테이션들로 이동하는데, 처리 스테이션에서는 웨이퍼들이 기판 운반부를 통하여 카세트로부터 제거되고 웨이퍼 정렬기내에 배치되어 웨이퍼를 더 처리하리 하기 위하여 소망되는 미리 결정된 배향(orientation)을 이루게 된다.
통상적인 정렬기에서, 기판 운반부는 웨이퍼를 웨이퍼 정렬기상에 배치할 수 있고 다음에 웨이퍼 정렬 과정중에 정렬기로부터 이탈하여 움직인다. 이것은 웨이퍼 정렬 과정 이전과 이후에 기판 운반부의 연장 및 수축으로부터 발생되는 증가된 웨이퍼 정렬 시간을 초래한다. 또한, 웨이퍼의 정렬 특징부 또는 기준점이 정렬 척 안착 패드(alignment chuck rest pad)들과 같은 정렬 특징부 위에 배치되어 웨이퍼 기준점을 정렬기의 기준점 센서로부터 차폐한다면, 이것은 웨이퍼 배치 및 기준점 감지 작용을 재시도하게 되는 결과를 초래하여, 정렬 시간이 더 늘어나게 된다. 웨이퍼 정렬 특징부의 장애 및 정렬 과정 동안의 기판 운반부의 반복적인 운동들은 정렬 과정에서 비효율을 발생시키며, 그에 의하여 웨이퍼 처리 및 생산의 처리량을 감소시킨다.
정렬기상에 웨이퍼를 배치시키는데 있어서의 잠재적인 기판 운반부의 재시도 및 정렬기를 통하여 처리되는 웨이퍼들의 많은 수에 기인하여, 1 회분의 웨이퍼들을 처리를 위하여 정렬시키는데 필요한 시간은 실질적으로 늘어날 수 있다. 다음의 표 1 은 통상적인 기판 정렬부를 가진 통상적인 정렬 과정을 나타낸다.
표 1
통과 번호 설명 평가 시간(초)
1 운반부가 정렬기로 연장된다. 1.0
2 웨이퍼를 정렬기 척 위에 배치한다. 0.8
3 운반부가 부분적으로 수축한다. 0.5
4 정렬기가 기준점에 대하여 360 도로 스캐닝된다. 1.5
5 기준점이 발견되지 않으면(즉, 척 패드에 의해서 덮혀져 있으면) 재시도가 필요하다. -
6 척은 운반부 단부 작동체의 경로를 비워두기 위해 안전 지역으로 간다. 0.4
7 운반부가 연장된다. 0.5
8 운반부가 웨이퍼를 인양한다(단부 작동체 가장자리 파지 작용은 없음). 0.3
9 정렬기는 노취를 덮지 않도록 안전 영역을 향하여 약간 척을 회전시킨다. 0.2
10 운반부는 웨이퍼를 척상에 하강시킨다. 0.3
11 운반부가 부분적으로 수축된다. 0.5
12 정렬부는 기준점에 대하여 360 도 회전하며 사후의 위치(post position)에서 운반부의 집어 올리는 경로가 방해되고 있다는 것을 발견한다 1.5
13 운반부가 연장된다. 0.5
14 운반부가 웨이퍼를 인양한다. 0.3
15 정렬기가 척을 안전 영역으로 이동시킨다. 0.4
16 운반부가 웨이퍼를 척 위에 강하시킨다. 0.3
17 정렬기가 척을 소망하는 사후 위치에 가능한 한 가깝게 이동시키며 척을 안전 영역 안에 이동시킨다. 0.2
18 기준점이 소망하는 사후 위치에 있고 척이 안전 영역내에 있을 때까지 상기 번호 14-17을 반복한다. -
19 운반부는 웨이퍼를 인양하고 파지한다. 0.8
20 운반부는 원위치로 수축된다. 1.0
시간 합계 >11
늘어나는 정렬 시간에 더하여, 웨이퍼를 반복적으로 인양하고 웨이퍼를 정렬 척에 대하여 그리고 그로부터 배치하는 것의 결과로서 웨이퍼의 이동(walking)이 정렬 과정으로 유도될 수 있다. 더욱이, 각각의 부가적인 웨이퍼의 집어올림은 배면의 손상 또는 오염 가능성을 증가시킨다.
종래의 통상적인 정렬기 디자인으로써, 기준점이 척의 상부에 배치되어 있을때는 비임 센서를 통하여 이용되기 때문에 기준점을 신뢰성있게 검출하는 것이 불가능하다. 또한 기판 운반부의 집어 올리는 경로를 방해하지 않으면서 웨이퍼를 임의로 배향시키는 것이나, 2 번 미만으로 기판 운반부의 재시도로써 웨이퍼가 정렬되는 것을 보장하는 것도 불가능하다. 통상적인 정렬기를 가지고 웨이퍼를 적절하게 정렬하는데 필요한 재시도의 회수는 기준점의 사후 위치의 정확성을 위태롭게 한다. 더욱이, 웨이퍼의 정렬은 기판 운반부가 정렬부 아래에 연장되어 있는 상태에서는 수행될 수 없으며, 따라서 각각의 정렬 작동이 수행되는데 기판 운반부에 의한 추가적인 연장/수축 운동을 필요로 한다.
미국 특허 제 6,468,022 B1 호 및 제 6,357,996 B2 호는 통상적인 기판 정렬기의 예를 개시하는데, 이것은 웨이퍼 기준점 검출을 위해서 가장자리의 롤링(rolling) 및 값비싼 가장자리 감지 장치들을 이용하는 것이다.
본 발명의 예시적인 구현예들은 이후에 상세하게 설명되는 바와 같이 통상적인 웨이퍼 정렬기들의 문제점을 극복한다.
본 발명의 예시적인 일 구현예에 따라서 기판 정렬기 장치가 제공되는데, 이것은 프레임, 역전의 척(inverted chuck), 감지 장치 및 기판 전달 메카니즘을 구비한다. 프레임은 기판 운반부가 기판을 정렬기 장치로 그리고 그로부터 운반하는 것을 허용하도록 적합화된다. 역전의 척은 기판을 유지할 수 있으며, 역전의 척을 프레임에 대하여 움직이고 기판의 정렬을 이루도록 역전의 척에 맞물린 척 구동 샤프트에 의해 프레임에 움직일 수 있게 연결된다. 감지 장치는, 기판의 위치 결정 특징부를 검출하도록, 척과, 척 구동샤프트 사이에 위치된다. 기판 전달 메카니즘은 프레임에 움직일 수 있게 연결되고, 기판을 역전 척으로부터 기판 운반부로 움직이도록 역전 척 아래의 프레임 내측에 위치된다.
본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따라서 기판 정렬기 장치가 제공되는데, 이것은 프레임과 가장자리 파지 척 시스템을 구비한다. 프레임은 가장자리 파지용 기판 운반부가 기판을 정렬기 장치에 대하여 그리고 그로부터 운반하는 것을 허용하도록 적합화된다. 가장자리 파지 척 시스템은 기판을 유지하고 미리 결정된 사후 정렬 기판 배향으로 기판을 위치시키도록 프레임에 연결된다. 척 시스템은 기판 운반부에 독립적으로, 미리 결정된 사후 정렬 기판 배향을 이루도록 구성됨으로써, 운반부에 대하여 미리 결정된 사후 정렬 기판의 배향에 무관하게, 기판의 회전에 의한 재위치 선정 없이 기판을 운반부로 사후 정렬을 위해 전달할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따라서 기판 정렬 장치가 제공되는데, 이것은 프레임, 회전 가능 센서 헤드 및 기판 지지부를 구비하는 것이다. 프레임은 기판 운반부가 기판을 정렬기 장치에 대하여 그리고 그로부터 운반하는 것을 허용하도록 적합화된다. 회전 가능 센서 헤드는 기판의 위치 결정 특징부를 검출하기 위하여 적어도 하나의 감지 장치를 가지며, 프레임에 대하여 회전 가능 센서 헤드를 움직이도록 회전 가능 센서에 맞물린 구동샤프트에 의해 프레임에 움직일 수 있게 연결된다. 기판 지지부는 위치 결정 특징부가 회전 가능 센서 헤드에 의해 검출될 때 기판을 지지하도록 프레임에 장착된다. 기판 지지부는 기판의 주위 가장자리에 접촉하는 지지용 패드들을 가지며, 감지 장치는 지지용 패드들에 대한 위치 결정 특징부의 위치에 독립적으로 위치 결정 특징부를 검출할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따라서 기판 정렬 장치가 제공되는데, 이것은 프레임, 프레임에 연결된 구동 부분, 제 1 기판 인터페이스 및 제 2 기판 인터페이스를 포함한다. 프레임은 기판 운반부가 기판을 정렬기 장치로, 그리고 그로부터 운반하는 것을 허용하도록 적합화된다. 제 1 기판 인터페이스 부분은 기판과 직접적으로 인터페이스되도록 프레임에 움직일 수 있게 연결되고, 프레임에 대한 제 1 기판 인터페이스 부분의 운동을 이루도록 구동 부분에 작동 가능하게 연결된다. 제 2 기판 인터페이스 부분은 기판과 직접적으로 인터페이스되도록 프레임에 움직일 수 있게 연결되고 프레임에 대한 제 2 기판 인터페이스 부분의 운동을 이루도록 구동 부분에 작동 가능하게 연결된다. 제 1 기판 인터페이스 부분은 기판의 위치 결정 특징부의 검출을 이루도록 움직이며, 제 2 기판 인터페이스는 기판의 재위치 설정을 이루도록 움직인다.
본 발명의 상기의 특징들 및 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 특징들을 포함하는 기판 처리 장 치의 개략적인 평면도이다.
도 2a 는 도 1 의 처리 장치의 기판 정렬기 장치에 대한 개략적인 측면도로서 제 1 구성의 정렬기 장치를 나타낸 것이다.
도 2b 는 도 1 의 처리 장치의 기판 정렬기 장치에 대한 다른 개략적인 측면도로서 제 2 구성의 장치를 나타낸 것이다.
도 2c 는 도 1 의 처리 장치의 기판 정렬기 장치의 다른 개략적인 측면도로서 제 3 구성의 장치를 나타낸 것이다.
도 3 은 도 2a 내지 도 2c 의 기판 정렬기 장치의 역전된 척(inverted chuck) 및 기판 전달 메카니즘의 개략적인 저면도이다.
도 4 는 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 정렬기 장치의 개략적인 평면도이다.
도 5 는 도 4 의 기판 정렬기 장치의 측면도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 정렬기 장치의 사시도이다.
도 7 은 도 2a 내지 도 2c 및 도 3 의 정렬기 장치로써 기판을 정렬하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8 은 도 4 및 도 5 의 정렬기 장치로써 기판을 정렬하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9 는 도 6 의 정렬기 장치로써 기판을 정렬하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10a 내지 도 10c 는 3 개의 상이한 위치들에서 다른 구현예에 따른 정렬기 장치를 각각 도시하는 개략적인 정면도이다.
비록 본 발명이 도면에 도시되고 아래에 설명된 예시적인 구현예들을 참조하여 설명되었을지라도, 본 발명은 많은 다른 형태의 구현예들로써 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 더욱이, 구성 요소들의 그 어떤 적절한 크기, 형상 또는 유형 또는 재료들이 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 특징들을 포함하는 반도체 기판 처리 장치(100)의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 도 1 에 도시된 처리 장치는 다수의 기판 처리 챔버(102)들을 가진 예시적인 처리 장치이다. 처리 챔버(102)들중 적어도 하나는 기판 정렬기 장치(105)를 가진다. 전달 챔버(104)에 연결될 수 있는 다수의 기판 처리 챔버(102)에 더하여, 기판 처리 장치(100)는 챔버(104)에 연결되는 기판 카세트 홀더(cassette holder, 101)를 구비할 수 있다. 기판 운반부(103)는 적어도 부분적으로 챔버(104) 안에 위치되며, 반도체 웨이터들과 같은 기판들을 기판 처리 챔버(102)들과 카세트 홀더(101) 사이에 그리고/또는 그들 가운데에서 운반하도록 적합화된다. 기판 운반부(103)는 기판을 유지하기 위한 단부 작동체(기판 홀더)(106)를 가진다. 도 1 에 도시된 기판 운반부(103)는 예시적인 것이며 그 어떤 다른 적절한 장치를 가질 수 있다. 처리 장치(100)에서 이용될 수 있는 기판 운반부의 예들은 미국 특허 제 6,485,250 B2 호, 제 6,231,297 호, 제 5,765,983 호 및 제 5,577,879 호에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 모두 전체적으로 본원에 참조로서 포함된다. 기판 운반부는 스카라 유형(scara type)일 수 있거나, 또는 단부 작동체의 선형 운동을 초래하는 다수의 연동 장치를 가질 수 있다. 기판 운반부(103)는 하나 또는 그 이상의 단부 작동체(106)를 가질 수 있는데, 그 각각은 하나 또는 그 이상의 웨이퍼들을 유지할 수 있다. 단부 작동체(106)는 또한 가장자리 파지형(edge gripping) 또는 진공 파지형 단부 작동체일 수 있다. 대안의 구현예에서, 기판 처리 장치(100)는 그 어떤 소망의 챔버들의 수를 가진 그 어떤 다른 소망의 구성을 가질 수 있다.
그 어떤 적절한 유형의 기판이라도 반도체 처리 장치(100)에서 200 mm 또는 300 mm 의 직경을 가진 반도체 웨이퍼와 같은 정렬기(105)에 의하여 처리될 수 있다. 반도체 웨이퍼들은 일반적으로 미리 정해진 배향에 따라서 웨이퍼를 정렬시키기 위한 기준 마크(reference mark)(기준점)(220) 또는 정렬기를 가진다 (도 3 참조).
집적 회로 제조의 경우에, 집적 회로들은 반도체 재료의 웨이퍼들로부터 제조된다. 웨이퍼들은 하나 또는 그 이상의 근접하게 이격된 슬롯(slot)들을 가진 카세트들 안에 하우징될 수 있는데, 각각의 슬롯은 웨이퍼를 유지할 수 있다. 카세트는 장치(100)에 로딩되거나 언로딩되도록 제 1 기판 카세트 홀더(101)상에 배치될 수 있다. 기판 운반부(103)는 다음에 단부 작동체(106)로 웨이퍼를 파지하여 그것을 기판 정렬기 장치(105)가 포함된 기판 처리 챔버(102)로 운반한다.
일 구현예의 정렬기 장치(105)는 아래에 설명된 바와 같이, 전체적으로 프레임, 척(chuck), 감지 장치 및 기판 전달 메카니즘을 가진다. 단부 작동체(106)는 웨이퍼를 정렬 척 위에 배치하는데, 여기에서 웨이퍼는 감지 장치가 기준점의 위치를 검출할 수 있도록 회전된다. 웨이퍼는 차후의 처리를 위해서 미리 결정된 위치로 정렬된다. 정렬 이후에, 웨이퍼는 기판 운반부의 단부 작동체(106)에 의하여 정렬기로부터 제거되고, 더 이상의 처리를 위하여 다른 기판 처리 챔버(102)들로 운반된다. 기판 정렬기(105)는 정렬기(105)내의 단부 작동체(106) 위치에 독립적으로 그리고 기준점 배향에 독립적으로 기준점의 정렬 및 검출을 이룬다. 일단 웨이퍼가 처리되면, 기판은 다른 기판 카세트 홀더(101)상의 카세트내에 배치될 수 있다.
이제 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 예시적인 제 1 구현예에서, 기판 정렬기 장치(105)는 전체적으로 프레임(205), 역전 척(206), 역전 척 구동 부분(216) 및 구동 시스템(207), 감지 장치(209), 기판 전달 메카니즘(210), 전달 메카니즘 구동 부분(211) 및 구동 시스템(222)을 구비한다. 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 예시적인 구현예에서, 프레임(205)은 개구, 구멍 또는 슬롯(213)을 가질 수 있다. 기판 운반부(103)(도 1 참조)는 (운반부의 단부 작동체(106)에 유지된) 기판(212)을 프레임(205)으로 운반하고 그 밖으로 운반한다. 따라서 개구(213)는 단부 작동체(106)가 기판 정렬기 장치(105)에 접근할 수 있게 한다.
이러한 예시적인 구현예에서, 역전 척(206)은 프레임(205)의 상부(205A)에 근접하게 위치될 수 있다. 기판(212) 및 척(206)의 측면도와 저면도를 각각 도시하는 도 2a 및 도 3 에 나타낸 바와 같이, 척은 스판 부재(span member, 206A) 및 그로부터 달려있는 하방향 연장부(206B)를 가질 수 있다. 도 2a 내지 도 2c 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 스판 부재(206A) 및 하방향 연장부(206B)들은 프레임(205) 안에 위치되었을 때 기판(212) 및 운반부의 단부 작동체(106) 위에서 루프(loop)로 되어 있다. 스판 부재(206A)는 이하에서 설명되는 바와 같이 구동 시스템(207)의 구동 부분(216)에 척(206)을 짝을 이루게(mate) 한다. 스판 부재(206A)는 기판(212)의 상측을 면하는 반면에, 하방향 연장 부재(206B)는 스판 부재(206A)로부터 하방향으로 연장된다. 각각의 하방향 연장 부재(206B)는 척(206)에 의해 유지되었을 때 기판(212)을 지지하기 위한 안착 패드(rest pad, 206c)를 가진다. 척(206)이 기판(212)을 유지하고 있을 때 안착 패드(206c)가 기판(212)의 저부측을 따라서 기판(212)의 주위 가장자리와 접촉하게끔 위치되도록 각각의 연장 부재(206B)는 스판 부재(206A)로부터 충분히 아래로 연장된다. 따라서, 하방향 연장 부재(206B)는 기판의 위로부터, 스판 부재(206A)로부터의 기판(212)의 반대편들 둘레에 도달하여, 기판(212)의 주위 가장자리의 저부 영역과 맞물린다. 따라서 척(206)은 여기에서 역전 척(inverted chuck)으로 지칭된다. 안착 패드(206c)는 수동적인 안착 패드일 수 있거나, 또는 대안으로서, 안착 패드(206c)가 능동적으로 기판(212)을 파지할 수 있다. 대안의 구현예들에서 척은 그 어떤 다른 적절한 구성을 가질 수 있다.
이러한 구현예에서, 역전 척 구동 시스템(207)은 프레임(205)의 상부(205A)에 위치한 회전 구동 시스템이며 구동 부분(216)을 통하여 역전 척(206)과 짝을 이룬다. 구동 시스템(207)에서 이용될 수 있는 모터들의 예는 스테퍼 모터(stepper motor) 및 서보 모터를 포함한다. 모터들은 브러쉬(brush)가 없는 것일 수 있으며, 웨이퍼 기준점(220)의 검출에 대응하는 광학적 센서(209)에 의해 송신되는 신호와 기판(212)의 정렬을 조정하는 엔코더를 가질 수 있다. 척 구동 시스템(207)은 기판 전달 메카니즘 구동 시스템(222)으로부터 독립적이다. 대안의 구현예들에서, 척 구동 시스템(207)은 그 어떤 다른 적절한 구성일 수 있다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 기판 정렬기 장치(105)는 오염 방지부(208)를 가진다. 오염 방지부(208)는, 기판이 척(206)에 의하여 유지될 때의 기판(212)과, 기판 위에 있는 회전 가능한 스판 부분(202A) 사이 뿐만 아니라, 구동 시스템(207)의 구동 부분(216) 사이에 있는 프레임(205)의 상부(205A)에 근접하여 위치된다. 오염 방지부(208)는 전체적으로 평탄한 형상이고, 척(206)이 200 mm 또는 300 mm 기판을 유지하고 있을 때 척(206) 안에 끼워지지만 전체 기판을 감추도록 되어 있는 직경을 가진다. 오염 방지부는 프레임(205)에 대하여 고정될 수 있다. 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 바와 같이, 상기 구현예에서 오염 방지부(208)는 역전 척(206)의 회전과 간섭되지 않도록 프레임에 부착된다. 이러한 구현예에서, 오염 방지부(208)는 척(206)을 구동하는 구동 샤프트(216)를 통하여 동일 중심선상으로 연장된 기둥(221)으로부터 지지될 수 있다. 오염 방지부는 금속이나 플라스틱과 같은 그 어떤 적절한 재료로 제작될 수 있으며 실질적으로 원형과 같은 그 어떤 소망의 평면 도형 형상을 가질 수 있다. 대안의 구현예들에서 오염 방지부(208)는 그 어떤 다른 적절한 구성일 수 있다.
도 2a 내지 도 2c 에 도시된 바와 같이, 정렬기(105)는 기판 기준점(220)을 검출하기 위한 감지 장치(209)를 가진다. 이러한 구현예에서, 감지 장치(209)는 반사 광학 센서이다. 대안의 구현예들에서 센서(209)는 용량성 센서(capacitive sensor) 또는 유도 센서(inductive sensor)를 포함하는 그 어떤 다른 적절한 감지 장치일 수 있다. 이러한 구현예에서, 감지 장치(209)는 오염 방지부(208)상에 장착될 수 있다. 대안의 구현예들에서, 기판이 척(206)에 의하여 유지되었을 때 기판(212)이 센서(209)의 감지장(sensing field) 안에 있도록, 그리고 역전 척(206)이 센서(209)와 그것의 장착부에 의하여 억제되지 않도록, 센서(209)는 그 어떤 다른 적절한 방식으로 장착될 수 있다. 기판(212)의 주위 가장자리 및 그것의 기준점(220)이 센서(209)와 일치하여 배치되도록 그리고 회전 척 구조가 기준점(220)의 감지를 차단하지 않도록, 센서(209)는 척(206)의 회전축의 중심으로부터 반경 방향으로 위치된다. 감지 장치(209)는 프레임(205)에 대한 운동으로부터 고정될 수도 있다. 대안의 구현예들에서, 감지 장치는 그 어떤 다른 소망의 구성을 가질 수 있다.
도 2a 내지 도 2c 및 도 3을 참조하면, 이러한 구현예의 기판 전달 메카니즘(210)은 척으로부터 기판(212)을 집어올리고 기판(212)을 단부 작동체(106)상에 배치하기 위하여 척(206) 아래에 위치된다. 이러한 구현예에서 전달 메카니즘(210)은 다수의 독립적으로 작동되는 인양기(lifter)를 가질 수 있다. 2 개의 인양기(210A,210B)가 도 3 에 도시되어 있다 (도 2a 내지 도 2c에서, 인양기(210A,210B)의 오직 하나만이 예시의 목적을 위해서 도시되어 있다). 대안의 구현예들에서, 전달 메카니즘(210)은 그 어떤 개수의 인양기라도 가질 수 있다. 이러한 구현예에서, 2 개의 인양기들중 각각은 구성이 유사하며 스판 부재(210AS,210BS) 및 인양기 스판 부재(210A,210B)의 반대편 단부들로부터 달려있는 상방향 연장부(210AC,210BC)를 가진다. 스판 부재(210AS,210BS)들은 아래에 설명되 는 바와 같이 인양기(210A,210B)들을 구동 시스템(222)의 기판 전달 메카니즘 구동 부분(211)과 짝을 이룬다. 스판 부재(210AS,210BS)들은 기판(212)이 척(206)에 의해 유지될 때 기판(212)의 저부를 향하는 반면에, 기판(212)이 척(206)에 의해 유지될 때 상방향 연장부(210C)들 각각은 기판(212)의 저부를 향하여 위로 연장된다. 상방향 연장부(210C) 각각은 기판(212)을 지지하기 위한 안착 패드(219)를 가진다. 각각의 안착 패드(219)는 기판(212)의 저부 주위 가장자리와 접촉한다. 대안의 구현예들에서 기판 전달 메카니즘(210)은 그 어떤 다른 적절한 구성을 가질 수 있다.
기판 전달 메카니즘 구동 시스템(222)은 프레임(205)의 저부(205B)에 위치된다. 구동 시스템(222)은 구동 부분(211)을 통하여 전달 메카니즘(210)과 짝을 이룬다. 이러한 예시적인 구현예에서, 구동 시스템(222)은 각각의 인양기(210A,210B)를 독립적으로 구동 축(Z)을 따라서 앞뒤로 움직일 수 있는 선형의 구동 시스템이다 (도 2a 내지 도 2c 참조). 구동 시스템(222)은 예를 들면 볼 스크류 구동부, 로드 선형 액튜에이터(rod linear actuator) 또는 슬라이드 선형 액튜에이터(slide linear actuator)일 수 있다. 대안의 구현예들에서 구동 시스템(222)은 그 어떤 다른 적절한 구성 또는 구동 유형일 수 있다. 구동 시스템(222)의 선형 이동은 기판(212)이 척(206)에 의해 유지되어 있을 때 어느 인양기(210A,210B)이든 척(206)으로부터 기판(212)을 들어올려서 그것을 단부 작동체(106)로 내려놓기에 충분하다.
다시 도 2a 내지 도 2c 및 도 3을 참조하고 도 7 에 도시된 플로우 차트를 참조하여, 기판 정렬기 장치(105)의 작동이 설명될 것이다. 도 7 의 블록(501)에 표시된 바와 같이, 기판 운반부의 단부 작동체(106)는 프레임(213)의 개구를 통하여 척 안착 패드(206c)의 위로 정렬기에 진입하고 기판을 척(206) 안에 배치한다(도 2a 참조). 단부 작동체는 척(206) 아래로 움직여서 기판(212)을 역전 척 안착 패드(206c)상으로 배치시킨다 (도 7 의 블록(502) 및 도 2b 참조). 소망된다면 단부 작동체(106)는 역전 척(206)과 전달 메카니즘 인양기(210A,210B) 사이에 연장되어 유지될 수 있다. 기판 운반부의 단부 작동체(106)는 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 전달 메카니즘(210) 및 척(206)의 구성에 기인하여 정렬하는 동안에 프레임(205) 안에 유지될 수 있다. 역전 척(206)은 정렬을 위해서 그 위에 위치된 기판(212)을 파지한다. 역전 척(206)은 역전 척 구동 부분(216) 및 구동 시스템(207)을 통하여 회전된다 (도 7 의 블록(503) 참조). 회전하는 동안에, 감지 장치(209)는 기판(212)의 주위 가장자리를 감지하며 기판(212)의 가장자리에서 기판 정렬 특징부(기준점)(220)를 실현될 수 있는 바로서 검출한다. 정렬하는 동안에 오염 방지부(208)는 척(206)과 척 구동 시스템(207)에 의하여 발생된 그 어떤 입자들이라도 기판(212)의 표면을 오염시키는 것을 방지한다.
감지 장치(209)는 척(206)의 파지 패드들에 대한 기판의 배향에 독립적으로 기판의 기준점(220)을 검출할 수 있다. 예를 들면, 척 안착 패드(206c)는 기판의 기준점(220)의 가장자리를 차폐하지 않으면서 기판(212)의 가장자리를 파지하고 따라서 기준점(220)과 웨이퍼 가장자리는 항상 실질적으로 감지 장치(209)에 노출된다. 더욱이, 이전에 주목된 바와 같이, 감지 장치(209)는 기판(212)의 오직 일 측면(예를 들면 상면)으로부터 기준점(220)을 검출할 수 있어서 웨이퍼의 반대편에 있는 방해물이나 덮개등은 센서 성능을 저하시키지 않는다. 척(206) 위에서의 위치에 독립적으로 기판 가장자리와 기준점(220)을 검출하는 것은 척(20)에서 기판 배치를 재시도하게 되는 것을 제거한다.
일단 감지 장치(209)가 기판 기준점(220)을 검출하면, 적절한 지시 신호가 콘트롤러(미도시)에 송신되어 소망되는 기준 프레임에 대한 기판 기준점(220)의 위치를 등록(register)한다. 또한 감지 장치는 적절한 신호를 콘트롤러에 송신하여 소망의 기판 중심 기준 위치에 대한 기판의 편심도를 콘트롤러가 결정할 수 있다. 콘트롤러는 기판(212)의 소망되는 정렬 배향을 달성하는 척의 운동을 계산할 수 있고 운동 명령을 구동부(207)로 보낼 수 있다. 역전 척(206)은 기판(212)을 소망하는 정렬 배향으로 위치시킨다(도 7 의 블록(503) 참조). 적절한 인양 패드(210A,210B)가 선택되어 역전 척(206)으로부터 다음에 정렬된 기판(212)을 들어올린다 (도 7 의 블록(504) 참조). 인양 패드(210A,210B)들은 독립적으로 작동되고, 그들의 구성 때문에 (도 3 참조), 적어도 하나의 인양 패드(210A, 210B)는 척(206)의 배향과 무관하게 단부 작동체 구조 및 척 구조로부터 장애물을 제거할 수 있어서 다음에 위치되는 기판(212)을 척(206)으로부터 집어올리도록 다음의 기판이 위치된다. 따라서, 전달 메카니즘(210)은, 정렬 프레임(205)내 기판 운반부의 단부 작동체(106)의 위치에 독립적으로 척(206) 위에서 기판(212)을 회전시켜서 재위치시키지 않고, 역전 척에 접근할 수 있다. 인양 패드(210A,210B)들은 기판(212)을 역전 척(206)으로부터 들어올리고 역전 척(206)은 그것의 원래 위치(home)로 복귀할 수 있다 (도 7 의 블록(504-505) 참조). 기판 운반부의 단부 작동체(106)는 인양 패드(210A,210B)로부터 기판을 집어올리고, 웨이퍼(기판)(212)를 파지하며 기판(212)이 더 처리되도록 전달한다(도 7 의 블록(506-507) 참조). 주목되는 바로서, 콘트롤러가 단부 작동체(106)를 위치시킴으로써, 인양 패드(210A,210B)로부터 기판을 집어올리는 것이 편심 오정렬(eccentricity mis-alignment)의 교정을 이룰 수 있다. 아래의 표 2 는 위에서 설명된 예시적인 과정(도 7에서 도식화하여 도시됨)을 요약한 것으로서 한눈에도 종래의 정렬기에 비하여 향상된 효율이 제공된다는 점을 나타낸다. 또한 표 2 는 이러한 예시적인 구현예를 이용하여 기판을 정렬시키도록 수행되는 각각의 작동들에 대응하는 예시적인 시간들을 식별한다.
표 2:
통과 수 설명 추정시간(초)
1 운반부가 정렬기로 연장된다. 1.0
2 운반부가 웨이퍼를 척 위에 배치하고 연장된 상태로 유지된다. 0.8
3 정렬기가 웨이퍼를 스캐닝하고 사후 위치를 정한다. 1.5
4 패드들의 적절한 세트(set)가 선택되고 웨이퍼가 들어올려진다. 0.5
5 척은 원래 위치(home)로 움직인다(최악의 경우에 90 도) 0.2
6 운반부는 웨이퍼를 들어올리고 파지한다. 0.8
7 운반부는 원래 위치로 수축된다. 1.0
총 시간 5.8
표 1 에 대한 비교에 의하여 알 수 있는 바로서, 도 2a 내지 도 3 및 도 7 에 도시된 예시적인 구현예의 정렬기(105)는, 상기 발명의 배경에서 설명된 바와 같은 종래 기술의 적어도 11 초인 정렬 시간에 비하여, 기판을 정렬하는 정렬 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제 2 의 예시적인 구현예에서, 기판 정렬기 장치(105')는 전체적으로 프레임(미도시), 적어도 하나의 감지 장치(317)를 가지는 회전 가능 센서 헤드(318) 및, 기판 지지부(319)를 구비한다. 다르게 설명되지 않는다면, 프레임(미도시)은 이전에 설명된 기판 정렬기 장치(105)의 제 1 구현예의 프레임(205)(도 2A 내지 도 2C 참조)과 유사하다. 회전 가능 센서 헤드(318)는 베이스 부재(318A)를 가지는데, 베이스 부재는 단부 작동체(106)가 프레임의 내측에 있을 때 예를 들면 프레임의 저부를 향하여 단부 작동체(106)의 아래에 위치된다. 단부 작동체(106)는 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 개구(213)와 유사한 개구를 통하여 프레임에 접근할 수 있다. 베이스 부재(318A)는 이후에 설명될 바와 같은 센서 헤드 구동 시스템(미도시)의 구동 부분(321)에 연결된다. 베이스 부재(318A)는 도 5 에 도시된 바와 같이 회전 가능한 센서 헤드(318)의 회전축인 축(Z)으로부터 반경 방향으로 연장된다. 베이스 부재(318A)는 이러한 구현예에서 베이스 부재(318A)의 일 측부에서만 그로부터 달려있는 베이스 연장 부재(318B)를 가진다. 베이스 연장 부재(318B)는 기판 지지부(319)에 의해 유지되었을 때 기판(212) 위의 베이스 부재(318A)로부터 프레임의 상부를 향하여 위로 연장된다. 베이스 연장 부재(318B)는 그로부터 달려있는 스판 부재(318C)를 가진다. 스판 부재(318C)는 원호 형상일 수 있으며 기판(212) 위에서 베이스 연장 부재(318B)로부터 반대편으로 연장된다. 도 4 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 스판 부재(318C)의 원호 형상은, 스판 부재(318C)가 기판(212)의 위에 걸리지 않도록 스판 부재(318C)와 기판(212)의 주위 사이에 거리를 둔다. 대안의 구현예들에서 스판 부재(318C)는 그 어떤 다른 소망의 형상을 가질 수 있다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 스판 부재(318C)는 베이스 연장 부재(318B)의 반대편에서 그로부터 달려있는 하방향 연장 부재(318D)를 가진다. 따 라서, 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 베이스 연장 부재(318B), 스판 부재(318C) 및 하방향 연장 부재(318D)는 베이스 부재(318A)로부터 기판(212) 및 기판 지지용 시스템(319) 둘레를 감싼다. 이러한 예시적인 구현예에서, 회전 가능한 센서 헤드(318)는 센서 헤드(318)의 반대편 측부들상에 위치된 기판 지지부(316A,316B)를 가진다. 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(316A)들은 하방향 연장 부재(318D)로부터 달려있는 반면에, 기판 지지부(316B)는 베이스 연장 부재(318B)로부터 달려있다. 이후에 설명될 바와 같이 기판(212)이 센서 헤드(318)에 의해 유지되어 있을 때 기판 지지부(316A,316B)가 기판(212)의 저부 주위 가장자리와 접촉하도록, 기판 지지부(316A,316B)들은 하방향 연장 부재(318D)와 베이스 연장 부재(318B)로부터 기판(212)의 아래쪽 둘레를 감싼다. 기판 지지부(316A,316B)들은 수동형 또는 능동형의 파지(gripping)일 수 있다. 대안의 구현예에서, 회전 가능 센서 헤드(318)는 그 어떤 다른 소망의 구성을 가질 수 있다.
이러한 예시적인 구현예에서, 센서 헤드(318)는 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같은 센서 헤드(318)의 반대편 측들에 위치된 2 개의 감지 장치(317A,317B)들을 가질 수 있다. 대안의 구현예에서, 센서 헤드(318)는 2 개보다 많거나 적은 센서들을 가질 수 있다. 감지 장치(317A,317B)들은 반사 광학 센서이거나 또는 통과 비임 광학 센서(through beam optical sensor)일 수 있다. 대안의 구현예에서 감지 장치(317A,317B)들은 용량성 감지 장치이거나 또는 유도 감지 장치일 수 있다. 센서(317A,317B)가 기판(212)의 주위 가장자리를 감지할 수 있도록, 센서(317A,317B)들은 회전축인 축(Z)으로부터 충분한 거리에서 반경 방향으로 위치된다.
센서 헤드 구동 시스템(미도시)는 구동 부분(321)을 통하여 센서 헤드와 짝을 이루며 정렬기(105)에 대하여 이전에 설명된 바와 같은 회전 구동부와 유사하다. 그러나, 이러한 구현예에서 구동 시스템은 프레임의 저부에 위치되며 센서 헤드를 도 5 에 도시된 축(Z)을 중심으로 회전시킨다. 대안의 구현예에서, 구동 시스템은 그 어떤 다른 소망의 구성일 수 있다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 이러한 예시적인 구현예에서 기판 지지용 시스템(319)은 센서 헤드 스판 부재(318C)와 센서 헤드 베이스 부재(318A) 사이에 안착된다. 기판 지지용 시스템은 스판 부재(319A)를 가지는데, 스판 부재의 중심은 실질적으로 축(Z)과 일치하게 위치되며 축(Z)을 따라서 위치된 기판 지지용 구동 부재(322)에 짝을 이룬다. 기판 지지용 구동 부재(322)는 아래에 설명된 바와 같은 기판 지지용 구동 시스템(미도시)의 일부이다. 이러한 구현예에서, 스판 부재(319A)는 그것으로부터 반대편들에 달려있는 상방향 연장 부재(319B)를 가진다. 대안의 구현예들에서, 스판 부재(319A)로부터 달려있는 상방향 연장 부재들이 그 어떤 개수로라도 있을 수 있다. 스판 부재(319A)는 지지부(319)에 의해 유지되었을 때 기판(212)의 저부를 향한다. 상방향 연장 부재(319B)들은 안착 패드(320A,320B)들을 가지는데, 이들은 적어도 부분적으로 센서 헤드(318)의 센서 헤드 장치(317A,317B)들과 겹쳐진다 (도 5 참조). 기판 지지용 안착 패드(320A,320B)들은 기판(212)의 저부 주위 가장자리를 지지하도록 구성된다. 안착 패드(320A,320B)들은 능동적으로나 또는 수동적으로 기판(212)을 파지할 수 있다. 센서 장치(317A,317B) 근처의 안착 패드(320A, 320B) 또는 그것의 적어도 일부는 투명 재 료로 제작될 수 있어서, 안착 패드(320A,320B)상에 안착되었을 때 기판(212)의 가장자리를 검출할 수 있는, 센서(317A,317B)들로부터 방사되는 비임(A,B)은 기판(212)의 가장자리 및 가장자리상의 기준점(220)을 검출할 수 있도록 비임(A,B) 근처의 안착 패드(320A,320B)의 부분을 통하여 센서 수신부(미도시)로 통과된다. 안착 패드(320A,320B)를 위한 재료는 예를 들면, 광 비임에 대하여 광학적으로 투명한 석영이거나, 또는 다른 적절한 재료일 수 있다. 대안의 구현예에서, 반사 센서와 같은 센서가 이용되었을 때, 안착 패드(320A,320B)들은 투명하지 않은 재료일 수 있다. 대안의 구현예에서, 기판 지지용 시스템(319)은 그 어떤 다른 소망의 구성을 가질 수 있다.
기판 지지용 구동 시스템(미도시)은 다르게 설명되지 않는 한 이전에 설명되고 도 2A 내지 도 2C 에 도시된 선형의 구동 시스템(211,222)과 유사하다. 기판 지지용 구동 시스템은 기판 지지용 구동 부재(322)를 통하여 기판 지지용 시스템(319)과 짝을 이룬다. 이러한 구현예에서 기판 지지용 구동 시스템은 축(Z)을 따라서 기판(212)을 앞뒤로 전달한다. 구동 시스템은 지지용 시스템(319)을, 안착 패드(320A,320B)가 센서 헤드 안착 패드(316A,316B)들의 위에 있는 위치로부터, 안착 패드(320A,320B)가 센서 헤드 안착 패드(316A,316B) 아래에 있는 위치로 움직일 수 있다. 이러한 구현예에서 기판 지지용 시스템은 회전할 수 있지만, 대안의 구현예에서 기판 지지용 구동 시스템은 회전 구동부와 조합됨으로써 기판 지지용 시스템이 축(Z)을 따라서 이동할 뿐만 아니라 축(Z)을 중심으로 회전할 수 있다
도 4 및 도 5 와 도 8 에 도시된 플로우 차트를 참조하면, 기판 정렬기 장 치(105')의 작동이 설명될 것이다. 기판 운반부의 단부 작동체(105)는 (도 2a 의 개구(213)와 유사한) 프레임 안의 개구를 통하여 센서 헤드 스판 부재(318C)와 센서 헤드 기판 지지부(316A,316B) 사이의 정렬기로 진입하고 (도 8 의 블록(601) 참조) 기판을 축(Z) 둘레의 지지용 시스템(319)의 지지용 패드(320A,320B)상에 배치한다. 기판 지지용 시스템(319)은 축(Z)을 따라서 도 5 에 도시된 위치로 위로 움직일 수 있어서 단부 작동체(106)가 기판(212)을 기판 지지용 안착 패드(320A,320B)상으로 배치할 수 있게 한다 (도 8 의 블록(602) 참조). 단부 작동체(106)는 축(Z)을 따라서 하방향으로 지지용 패드(320A,320B)의 아래와 지지용 시스템 스판 부재(319A)의 위로 움직일 수 있어서 그것의 위치는 도 5 에 가장 잘 도시된 기판 지지부(319) 내에 있게 된다. 단부 작동체(106)는 기판(212) 아래에 연장되어 유지될 수 있다. 도 8 의 블록(603)에서 주목된 바와 같이, 기판(212)을 스캐닝하기 위하여, 회전 가능 센서 헤드(318)는 (도 4에서 화살표 R 로 표시된 바와 같이) 시계 방향이나 또는 시계 반대 방향으로 180 도 이상을 회전함으로써, 기판(212)의 전체적인 주위 가장자리는 감지 장치(317A,317B)에 의해 스캐닝된다. 이것은 2 개의 감지 장치(317A,317B)들중 어느 하나가 기판의 기준점(220)을 검출할 수 있게 할 것이다 (도 3). 기준점(220)은 기판 지지부(319)의 지지용 패드(320A,320B)에 대한 기준점(220) 위치와는 독립적으로, 감지 장치(317A,317B)에 의해 검출될 수 있다. 예를 들면, 감지 장치(317A,317B)들이 비임 센서들을 통할 때, 기준점(220)은 센서 비임으로부터 차폐되지 않는데, 이는 적어도 비임 근처의 기판 지지부(320A,320B)가 센서 비임에 대하여 투명함으로써 비임이 지지용 패 드(320A,320B)를 통과하는 것을 허용하고 기판 가장자리상에 충돌하는 것을 허용하여 센서(317A,317B)가 기준점을 감지할 수 있다.
기판 정렬 특징부(220)를 검출할 때, 적절한 표시 신호가 센서로부터 콘트롤러(미도시)로 송신되어 기판 정렬 특징부(22)의 검출을 등록한다. 기판(212)은 기판 지지부(319)에 의해 센서 헤드 기판 안착 패드(316A,316B)상으로 내려져서 기판(222)을 기판 지지부(319)로부터 회전 가능 센서 헤드(318)로 전달한다 (도 8 의 블록 604 참조). 단부 작동체(106)는 센서 헤드 안착 패드(316A,316B)의 아래에 유지될 수 있다. 회전 가능 센서 헤드(318)는 콘트롤러로부터의 명령에 따라서 기판(212)을 소망의 정렬 배향으로 회전시킨다 (도 8 의 블록(605) 참조). 실현될 수 있는 바로서, 도 8 의 블록(603)의 스캐닝 작동중의 센서 헤드(318)의 회전은, 그것이 도 8 의 블록(605)의 기판 배향 작동중에서보다도 현저하게 빠르다. 센서 헤드(318)의 증가된 회전 속도는 예를 들면 센서 헤드 구동 시스템이 다중 속도 스테퍼 모터와 같은 다중 속도 회전 구동부인 경우에 달성된다. 대안의 구현예에서, 그 어떤 적절한 구동 시스템이라도 이용될 수 있다. 기판 운반부의 단부 작동체(106)는 기판(212)을 센서 헤드 안착 패드(316A,316B)로부터 들어올리고, 기판(212)을 파지하고 기판(212)을 더 처리하도록 전달한다 (도 8 의 블록(606) 참조). 기판(212)이 그것의 차후 정렬 위치에서 센서 헤드(318)에 의해 유지되었을 때 센서 헤드 지지용 패드(316A,316B)와 단부 작동체(106) 사이에 간섭이 있어서 단부 작동체(106)가 집어올리는 경로가 방해된다면, 기판 지지용 시스템(319)은 기판(212)을 센서 헤드 지지용 패드(316A,316B)로부터 들어올릴 수 있다. 지지용 시스템(319)은 안착 패드(320A,320B)들을 가지는데, 이들은 센서 헤드 지지용 패드(316A,316B)들이 단부 작동체의 집어올리는 경로(pick path)를 차단하는 경우에 센서 헤드 지지용 패드(316A,316B)를 제거하도록 위치된다. 더욱이, 도 5 에 도시된 바와 같이, 지지용 시스템 안착 패드(320A,320B)들은 축(Z)을 따른 단부 작동체(106)의 운동을 방해하거나 그것과 간섭되지 않도록 위치된다. 따라서, 단부 작동체로의 기판(212)의 전달, 사후 위치 선정은 기판 배향에 독립적으로, 그리고 기판의 회전 위치 재선정 없이 수행될 수 있다. 센서 헤드는 그것의 원래 위치(home)로 움직인다.
이제 도 6을 참조하면, 다른 예시적인 구현예에 따른 기판 정렬기 장치(105")의 사시도가 도시되어 있다. 이러한 구현예에서, 기판 정렬기 장치는 전체적으로 프레임(미도시), 감지 장치(424)를 가진 회전 가능 센서 헤드(423) 및 기판을 버퍼링(buffering)시키기 위한 버퍼 시스템(440)을 가진 회전 가능 척(425)을 구비한다. 이러한 예시적인 구현예의 프레임은 다르게 설명되지 않는 한, 이전에 설명되고 도 2A 내지 도 2C 에 도시된 프레임(205)과 유사하다.
도 6 에 도시된 구현예에서, 회전 가능 센서 헤드(423)는 축(Z)을 중심으로 회전될 수 있다. 센서 헤드(423)는 센서 헤드 구동 부분과 짝을 이루는 베이스 부분(423A)을 가진다 (센서 헤드 구동 부분의 샤프트(430)의 일부만이 도 6 에 도시되어 있다). 센서 헤드 구동 샤프트(430)는 이후에 설명되는 바와 같이 센서 헤드 구동 시스템(미도시)에 연결된다. 이러한 구현예에서, 베이스 부재(423A)는 축(Z)에 배치된 회전축으로부터 반경상으로 연장된 아암(423A,423C)을 가진다. 베이스 부재(423A)는 베이스 부재(423A)의 하나의 아암(423C)으로부터 달려있는 상방향 연 장 부재(423D)를 가진다. 대안의 구현예에서 양쪽 아암들은 그로부터 달려있는 상방향 연장 부재들을 가질 수 있다. 상방향 연장 부재(423D)는 감지 장치(424)를 지지하기 위한 상방향 연장 부재(423D)로부터 달려있는 캔티레버 부재(423E)를 가진다. 이러한 구현예에서, 감지 장치(424)는 예를 들면 캔티레버 부재(423E)상에 비임 송신부 및 비임 검출기를 가지는 통과 비임 광학 센서일 수 있다. 대안의 구현예들에서, 감지 장치는 반사형 센서, 용량성 센서 또는 유도 센서일 수 있다. 감지 장치(424)는 축(Z)으로부터 반경 방향으로 거리를 두고 위치되어, 기판(212)이 기판 버퍼링 시스템(425)에 의해 유지되었을 때 감지 장치(424)가 기판(212)의 주위 가장자리를 스캐닝할 수 있고 기준점을 검출할 수 있다. 이러한 구현예에서, 단지 하나의 감지 장치(424)만이 있지만 대안의 구현예들에서 감지 장치들이 그 어떤 개수로라도 있을 수 있다. 위에서 주목된 바와 같이, 센서 헤드 구동 시스템(미도시)은 구동 샤프트(430)를 통하여 회전 가능 센서 헤드 베이스 부재(423A)와 짝을 이룬다. 센서 헤드 구동 시스템은 이전에 설명된 바와 같이 정렬기(105,105')에 있는 회전 구동 시스템들과 유사할 수 있지만, 동일 축선상의 샤프트(430,431)들의 독립적인 회전을 위하여 모터들을 가진다. 센서 헤드 구동 시스템은 프레임상의 그 어떤 적절한 위치에라도 위치될 수 있으며 축(Z)을 중심으로 하는 회전을 제공한다.
도 6 에 도시된 예시적인 구현예에서, 척(425)은 축(Z)을 중심으로 회전 가능하다. 척(425)은 베이스 부재(425A)를 가지는 것으로서, 베이스 부재는 실질적으로 축(Z)을 중심으로 하고 척 구동부와 짝을 이루며, 척 구동부의 샤프트(431)의 일부만이 도 6 에 도시되어 있다. 구동 샤프트(431)는 샤프트(430)과 동일 축선상 에 있으며 축(Z)을 중심으로 회전한다. 이전에 주목된 바와 같이, 구동 부분은 샤프트(430,431)를 독립적인 회전으로 할 수 있다. 베이스 부재(425A)는 회전 중심인 축(Z)으로부터 반경 방향으로 연장된 아암(425A,425C)들을 가진다. 각각의 아암(425B,425C)은 그로부터 상방향으로 달려있는 안착 패드 시스템(425D)을 가진다. 이러한 구현예에서, 각각의 안착 패드 시스템(425D)은 2 개의 안착 패드 연장 부재(425E,425F)를 가진다. 대안의 구현예에서, 그 어떤 개수의 안착 패드 연장 부재들이라도 있을 수 있다. 각각의 안착 패드 연장 부재(425E,425F)는 안착 패드들을 형성하는 수평 부분(425G,425H)들을 가진 전체적으로 계단화된 형상을 가진다. 안착 패드(425G)들중 하나의 세트는 스캐닝되고 있는 기판(212)을 위한 지지부를 형성하는 반면에, 안착 패드(425H)들중 다른 세트는 버퍼(buffer, 440)를 형성한다. 대안의 구현예들에서, 그 어떤 개수의 버퍼들이라도 이용될 수 있다. 안착 패드(425G,425H)들은 능동의 파지(active gripping) 또는 수동의 파지(passive gripping)일 수 있으며, 도 5 에 도시된 패드(320A,320B)들과 관련하여 이전에 설명된 바와 같이 이용되는 감지 장치에 따라서 투명하거나 또는 불투명의 재료일 수 있다. 이러한 구현예에서, 예를 들면, 안착 패드(425G,425H)들은 센서(424)에 의해 발생되는 광 비임(L)에 대하여 투명한 석영이나 또는 다른 적절한 재료로 제작될 수 있다. 안착 패드(425G,425H)들은 축(Z)으로부터 반경 방향의 거리를 두고 있는데, 이는 그것의 저부 주위 가장자리상에 기판(212)을 유지하기에 충분하고, 동시에 기판(212)의 가장자리 감지 장치(424)에 의해 스캐닝될 것을 허용한다. 기판을 집어 올리거나 안착 패드들상에 배치하기 위하여 안착 패드(425G,425H)들과 센서 헤드의 캔티레버 부재(423E)들은 수직으로 이격되어 기판 운반부 단부 작동체(106)가 안착 패드(425G)에 접근하는 것을 허용한다. 안착 패드 연장 부재(425D)들은 캔티레버 부재(423E)와 회전상으로 간섭되지 않는다. 안착 패드(425G)들은 캔티레버 부재(423E) 사이를 통과하도록 위치된다. 안착 패드(425H)는 가장 하부의 캔티레버 부재(423E) 아래를 통과하도록 위치된다.
도 6과 도 9 의 플로우 차트를 참조하면, 기판 정렬기 장치(105")의 예시적인 작동 방법이 설명될 것이다. 전체적인 내용이 본원에 참조로서 포함되는 미국 특허 제 5,765,983 호 및 제 5,577,879 호에 설명된 것과 같은 단일 단부 작동체를 가진 기판 운반부가 이러한 구현예에서 이용될 수 있다. 기판 운반부 단부 작동체(106)(도 1)는 (도 2a 에 도시된 개구(213)와 유사한) 프레임 개구를 통하여 버퍼 시스템 안착 패드(425G) 또는 척 위의 정렬기에 진입하고, 기판(212)과 유사한 제 1 기판을 안착 패드(425G)상으로 배치한다 (도 9 의 블록(701,702) 참조). 비어 있는 단부 작동체/기판 운반부는 정렬기의 밖으로 수축될 수 있다. 비어 있는 단부 작동체의 움직임은 기판을 유지할 때보다 빠른 속도로 수행될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 소망된다면, 단부 작동체/기판 운반부는 정렬을 위해서 제 2 기판을 회수할 수 있다 (도 9 의 블록(705) 참조). 이러한 구현예에서 상부 안착 패드(425G)들은 스캐닝 안착 패드들을 형성하는 반면에, 하부 안착 패드(425G)는 버퍼 안착 패드들을 형성한다. 소망된다면, 제 2 기판을 회수하는 운반부와 병행하여, 도 9 의 블록(703)에서와 같이 회전 가능 센서 헤드(423)가 센서 헤드 구동 샤프트(430)에 의해 회전되어, 상부 패드(435G)상에 배치된 제 1 기판의 기준점을 감 지 장치(424)가 감지할 수 있게 한다.
감지 장치(424)는 척 패드(425G)상의 배치와 독립적으로 기준점을 검출할 수 있다. 예를 들면, 기준점이 안착 패드(425G)들중 하나 위에 안착되었을지라도, 비임을 통하는 센서 근처에 있는 안착 패드들의 투명 재료는 기준점을 차단하지 않거나 또는 센서(424)의 비임을 감지할 수 있다. 또한, 안착 패드(425G)들은 기판의 상부 표면을 노출시키면서 기판의 가장자리에서 기판을 파지하여, 센서가 반사성, 용량성 또는 유도 센서인 구현예에서 척(425)의 구조로부터 그 어떤 방해도 없이 기준점의 검출을 허용한다.
감지 장치(424)가 기판 정렬 특징부를 검출했을 때, 적절한 지시 신호가 콘트롤러(미도시)로 송신되어 기판 정렬 특징부의 검출을 등록(register)한다. 다음에 척(425)은 기판을 소망의 정렬 배향으로 회전시킨다 (도 9 의 블록(704) 참조). 실현되는 바로서, 기판을 스캐닝하고 기준점을 검출하도록 센서 헤드(423)를 회전시키는 것은 기판을 위치시키도록 척을 회전하는 것보다 훨씬 빠른 속도로 수행될 수 있다. 소망된다면, 기판 운반부/단부 작동체(106)는 안착 패드(425H)상의 제 2 기판을 버퍼링시키도록 버퍼 안착 패드(425H) 위의 위치에서 상기와 설명된 것과 같은 방식으로 프레임에 진입할 수 있다 (도 9 의 블록(705) 참조). 운반부는 기판들이 척(425)에 유지되어 있을 때 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 위치까지 (버퍼링된 제 2 기판을 가진 같은 단부 작동체 또는 다른 비어 있는 단부 작동체와 같을 수 있는) 비어 있는 단부 작동체를 움직일 수 있다. 단부 작동체는 패드(425G)상에 유지된 제 1 기판 아래의 위치로 움직여서 그곳에 위치된 기판을 더 이상의 처리를 위하여 패드(425G)로부터 집어올린다 (도 9 의 블록(706) 참조). 도 9 의 블록(707)에서, 소망된다면, 버퍼 패드(425H)상의 기판 또는 새로운 기판은 척(425)의 상부 패드(425G)상에 배치될 수 있다. 대안의 구현예에서, 안착 패드 연장 부재(425D)들은, 단부 작동체가 부분적으로 정렬기의 밖으로 수축되지 않으면서 버퍼링된 기판을 상부 안착 패드들로 전달할 때 단부 작동체의 수직 운동을 허여하도록 움직일 수 있다. 패드(425G)상으로 제 2 기판을 배치한 이후에, 블록(703-704)의 과정이 반복된다. 실현될 수 있는 바로서, 척(425) 위의 버퍼는 정렬기를 로딩(loading)하는 전달 시간을 최소화시킴으로써 정렬기의 효율을 향상시킨다.
이제 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 다른 기판 정렬기 장치(1105)가 도시되어 있다. 정렬기 장치(1105)는 도 10A 내지 도 10C에서 3 개의 다른 위치들에 각각 도시되어 있다. 이러한 예시적인 구현예에서 정렬기 장치(1105)는 다르게 설명되는 것을 제외하고, 도 2a 내지 도 2c 에 도시되고 이전에 설명된 정렬기 장치(105)와 전체적으로 유사하다. 정렬기 장치(1105)는 가동 척(1206), 감지 장치(1209) 및 기판 전달 시스템(1210)을 가진다. 정렬기(1105)는 또한 가동 척(1206)의 움직임에 힘을 제공하는 구동 시스템(1207)을 가진다. 전달 시스템(1210)은 정렬기 내측의 고정 위치에 기판(2112)을 유지하도록 구성된다. 이러한 구현예에서, 기판 전달 시스템(1210)은 그 어떤 적절한 방식 또는 위치에서 정렬기 프레임(1205)에 고정된 부재(1210A)를 가진다. 전달 시스템 부재(1210A)들은 그 어떤 적절한 구성을 가질 수 있으며, (도 3 에 도시된 안착 패드(219)와 유사한) 기판 안착 패드(1219)가 제공된다. 안착 패드(1219)들은 이러 한 구현예에서 움직일 수 없지만, 이후에 설명되는 바와 같이 감지 장치(1209)로 기판을 스캐닝할 때 이용되는 기판 배치 위치를 제공할 수 있다. 가동 척(1206)은 (도 2A 내지 도 2C 에 도시된 것과 유사한) 일반적인 역전 척 구성을 가진다. 이러한 구현예에서, 척(1206)은 수직 방향 양쪽으로 (도 10b에서 화살표(Z)로 표시된 방향) 움직일 수 있고 축 또는 회전부(θ)를 중심으로 회전할 수 있다. 이러한 구현예에서, 구동 시스템(207)은 도 10a 에 도시된 바와 같이 전달 부재(1207T)에 의해 연결된 회전 가능한 구동 부분(1216)과 선형 구동 부분(1222)을 가진다. 선형 구동 부분(1222)은 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 선형 구동부(222)와 유사하게 전달 부재(1207T)에 작동 가능하게 결합되고, 정렬기 프레임에 대하여 Z 방향에서 전달 부재(120T)를 가로지를 수 있다. 전달 부재(1207T)는 그 어떤 적절한 형상을 가질 수 있으며(도 10a 내지 도 10c 에 도시된 형상은 단지 예시적인 것이다) 그 어떤 소망의 방식으로라도 정렬기 프레임(1205)에 움직일 수 있게 장착되어 전달 부재와 프레임 사이에서 Z 방향으로 상대적인 운동을 허용한다. 도 10a 에 도시된 바와 같이, 가동 척(1206)은 전달 부재(1207T)에 장착되며, 따라서 전달 부재와 조화되어 수직으로 (프레임(1205)에 대하여) 움직인다. 척은 (적절한 회전 가능 베어링 또는 부싱 시스템에 의하여) 전달 부재(1207T)에 대하여 회전 가능하게 장착됨으로써, 척(1206)이 전달 부재 및 정렬기 프레임에 대하여 축(θ)을 중심으로 회전할 수 있다. 회전 가능 척(1206)은, 적절한 회전 가능 구동 전달 시스템(예를 들면, 회전 구동 샤프트)에 의하여, 척(1206)에 결합된 회전 구동 부분(1216)으로부터의 힘 하에서 축(θ)을 중심으로 회전된다. 이러한 구현예에서, 회전 구동 부분(1216)은 또 한 가동 전달 부재(1207T)에 의해 유지될 수도 있다. 대안의 구현예들에서, 회전 구동부는 정렬기 프레임에 장착될 수 있고 적절한 전동부(transmission)에 의해 회전 가능 척에 결합될 있는데, 상기 전동부는 회전을 척에 전동시킬 수 있고 정렬기 프레임에 대한 척의 선형 운동을 수용할 수 있는 것이다. 이러한 구현예에서, 도 2a 내지 도 2c 에 도시된 감지 장치(209)와 유사한 감지 장치(1209)는 도 10a 에 도시된 것과 같은 척(1206)에 장착된다. 기판(212)이 전달 시스템(1210)의 안착 패드(1219)상에 안착되었을 때, 감지 장치(1209)는 기판(212)의 주위 가장자리 및 그것의 기준점을 감지하도록 위치된다. 감지 장치(1219)는 전달 시스템(1210)의 그 어떤 다른 구조 또는 안착 패드(1219)들에 대한 기준점의 위치 및 기판(212)의 배향에 독립적으로 기판의 기준점(220)을 검출할 수 있다(도 3 참조).
이러한 구현예에서, 기판 정렬기는 다음의 예시적인 방식으로 작동된다. 단부 작동체(106)로써 정렬기(1105) 안으로 도입된 기판(212)은 정지 상태인 전달 시스템 안착 패드(1219)상으로 위치될 수 있다 (도 10a 내지 도 10b 참조). 소망된다면 편심 측정 뿐만 아니라 기준점 측정을 위한 기판(212)의 스캐닝도 척(1206)을 (축(θ)을 중심으로) 회전시킴으로써 수행될 수 있으며, 그에 의하여 정지 상태 기판에 대하여 센서 장치(1209)를 회전시키고 기판의 전체 주위를 스캐닝한다. 기준점(220)의 위치가 식별된 이후에, 예를 들면 위에서 설명된 바와 같이 센서(1209)에 의한 검출로써 기판의 정렬이 가동 척(1206)으로 이루어진 이후에, (이전에 설명된 기판 안착 패드(206C)와 유사한) 척 기판 안착 패드(1206C)가 기판(212)을 지지하는 전달 시스템(1210)의 안착 패드(1219) 아래에 위치되도록, 도 10b 에 도시 된 바와 같은 상기의 위치에서 (즉, 스캐닝 위치에서), 가동 척(1206)은 수직의 위치를 가진다. 기판(212)이 척 안착 패드(1206)상에 안착된 상태로 척(1206)은 Z 방향으로 움직여서 기판을 (전달 시스템 안착 패드로부터) 집어올리고, 전달 시스템의 안착 패드(219) 위에 위치되며(도 10c), 척은 축(θ)을 중심으로 회전하여 기판을 소망되는 정렬 상태로 배치한다. 단부 작동체(106)는 척(1206)의 안착 패드(1206C)로부터 정렬된 기판을 집어올릴 수 있다. 척 안착 패드(1206C)의 사후 정렬 위치가 척(1206)으로부터 단부 작동체로 직접 기판을 집어올리는 것에 간섭이 발생되는 경우에, 척(1206)은 (도 10b 에 도시된 위치와 유사한) 전달 시스템(1210)의 안착 패드(1219)상에 기판을 배치할 수 있도록 움직일 수 있고 단부 작동체는 기판(212)을 전달 시스템(1210)으로부터 집어올린다. 따라서 단부 작동체로 사후 정렬의 기판(post alignment substrate)을 전달하는 것은 기판을 회전시켜서 재위치시키지 않으면서 수행될 수 있다. 도 10a 내지 도 10c 에 도시된 바와 같이, 단부 작동체는 정렬 과정을 통하여 연장된 상태로 유지될 수 있다.
정렬기(105,105',105" 및 1105)에 대하여 이전에 설명된 예시적인 구현예들은 종래 기술의 정렬기에 비하여 많은 장점들을 가지고 있다. 정렬기(105,105',105" 및 1105)들의 장점들중 일부는 다음과 같은 것을 포함하지만 그에 제한되는 것은 아니다: 웨이퍼를 정렬기에 배치하는데 있어서 로봇의 재시도(re-tries)를 제거한다. 척이 로봇 단부 작동체의 집어올리는 경로(pick path)상에 계속 있을 필요 없이 웨이퍼는 단부 작동체에 대하여 임의로 배향될 수 있다. 웨이퍼는 기준점이 정렬기 척 패드들의 상부에 놓여있을 때의 경우에서조차도, 로 봇의 재시도 없이 적절하게 정렬될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 본 발명의 정렬 시간은 종래 정렬기의 정렬 시간보다 현저하게 짧다. 웨이퍼는 항상 척에 대한 구름 또는 미끄러짐 없이 가장자리 접촉에 의하여 움직일 수 있으며, 따라서 입자 발생은 최소로 이루어진다. 전체적인 웨이퍼 정렬 과정 동안에 로봇 단부 작동체는 정렬 과정중의 그 어떤 기계적인 간섭 없이 정렬기와 기판 아래에 위치되어 머물 수 있다. 이것이 의미하는 것은 로봇 단부 작동체가 하나는 연장되고 하나는 정렬기 스테이션으로부터 수축 운동하면서 웨이퍼가 로봇 단부 작동체상에 정렬되고 배치될 수 있다는 것이다. 더욱이, 웨이퍼가 소망되는 사후 위치 배향으로 집어올려지는 것을 허용하기 위하여 단지 하나의 웨이퍼 인양기만이 채용된다. 다수의 수직 이동들은 제거된다. 이것은 최소의 웨이퍼 이동 및 최적의 정렬기 작업 처리량을 이루게 한다.
상기의 설명은 오직 본 발명의 예시적인 것이라는 점이 이해되어야 한다. 다양한 대안 및 수정들이 본 발명의 범위로부터 이탈함이 없이 당업자들에 의해서 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위에 속하는 모든 그러한 대안, 수정 및 변형들을 포괄하도록 의도된다.
본 발명은 웨이퍼를 이용하여 집적 회로를 가공 처리하는데 이용될 수 있다.

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  12. 가장자리 파지용 기판 운반부가 기판을 정렬기 장치로, 그리고 정렬기 장치로부터 운반하는 것을 허용하는 개구를 구비한, 프레임; 및
    프레임에 연결된 가장자리 파지용 척 시스템(edge gripping chuck system);을 구비하는 기판 정렬기 장치로서,
    가장자리 파지용 척 시스템은:
    회전 가능의 가장자리 파지용 척에 위치된 적어도 하나의 센서 및 기판을 안정되게 유지하기 위한 기판 지지부들을 구비한 회전 가능의 가장자리 파지용 척으로서, 적어도 하나의 센서는 기판의 위치 결정 특징부를 검출하도록 구성되고, 적어도 하나의 센서 및 기판 지지부들을 구비하는 회전 가능의 가장자리 파지용 척은 공통의 회전축상에서 하나의 단위체로서 회전될 수 있는, 회전 가능의 가장자리 파지용 척; 및,
    회전이 고정된 가장자리 파지용 전달 시스템;을 구비하고,
    가장자리 파지용 척 시스템은 기판을 유지하고 또한 기판을 미리 결정된 사후 정렬의 기판 배향(predetermined post alignment substrate orientation)으로 회전상 위치시킴으로써, 가장자리 파지용 척 시스템이 가장자리 파지용 기판 운반부에 대하여 대응하는 사후 정렬의 위치(corresponding post alignment position)를 가지는 결과가 되고,
    가장자리 파지용 척 시스템은 상기 운반부와는 독립적으로 미리 결정된 사후 정렬의 기판 배향을 이루게끔 구성됨으로써,
    상기 운반부에 대하여 미리 결정된 사후 정렬의 기판 배향 및, 결과적으로 사후 정렬된 가장자리 파지용 척 시스템의 위치에 무관하게, 상기 운반부로의 기판의 사후 정렬 전달은 기판의 회전에 의한 위치 재선정의 필요 없이 이루어질 수 있는, 기판 정렬기 장치.
  13. 기판 운반부가 기판을 정렬기 장치로 그리고 정렬기 장치로부터 운반하는 것을 허용하는 개구를 구비한, 프레임;
    회전 가능 센서 헤드에 위치된 적어도 하나의 감지 장치 및 기판을 안정되게 유지하기 위한 기판 지지부들을 가지는 회전 가능 센서 헤드로서, 적어도 하나의 감지 장치는 기판의 위치 결정 특징부를 검출하기 위한 것이고, 기판 지지부들 및 적어도 하나의 감지 장치를 구비하는 회전 가능 센서 헤드를 프레임에 대하여 공통의 회전축상에서 하나의 단위체로서 움직이도록, 회전 가능 센서 헤드는 회전 가능 센서 헤드에 맞물린 구동샤프트에 의해 프레임에 움직일 수 있게 연결되는, 회전 가능 센서 헤드; 및,
    위치 결정 특징부가 회전 가능 센서 헤드에 의해 검출되었을 때 기판을 지지하도록 프레임에 장착되고 회전이 고정된, 기판 지지부;를 포함하고,
    기판 지지부는 기판의 주위 가장자리에 접촉하는 지지용 패드를 가지고, 감지 장치는 지지용 패드들에 대한 위치 결정 특징부의 위치와는 독립적으로 위치 결정 특징부를 검출할 수 있는, 기판 정렬기 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    회전 가능 센서 헤드는 기판 운반부가 기판의 정렬중에 프레임안에 유지되는 것을 허용하도록 구성되는, 기판 정렬기 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    회전 가능 센서 헤드는 기판 안착 패드들을 구비하는, 기판 정렬기 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    기판 안착 패드들은 기판의 가장자리와 접촉하도록 위치되는, 기판 정렬기 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    적어도 하나의 감지 장치는 제 1 감지 장치 및 제 2 감지 장치를 포함하고, 제 1 감지 장치는 제 2 감지 장치로부터 센서 헤드의 반대측상에 위치되는, 기판 정렬기 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    제 1 감지 장치 및 제 2 감지 장치는 반사 광학 센서를 포함하는, 기판 정렬기 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    제 1 감지 장치 및 제 2 감지 장치는 통과 비임 광학 센서들을 포함하고, 상기 통과 비임 광학 센서들 각각은 송신부 및 수신부를 가지는, 기판 정렬기 장치.
  20. 제 13 항에 있어서,
    기판 지지부는 프레임에 움직일 수 있게 장착되고, 회전 가능 센서 헤드의 회전축과 일치하는 운동의 축을 따라서 회전 가능 센서 헤드에 대하여 움직일수 있는, 기판 정렬기 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    지지용 패드들은 투명한, 기판 정렬기 장치.
  22. 제 13 항에 있어서,
    기판 지지부가 프레임에 대하여 공통의 회전축을 중심으로 회전 가능 센서 헤드와 함께 회전 가능하도록, 기판 지지부가 프레임에 움직일 수 있게 장착되는, 기판 정렬기 장치.
  23. 제 12 항에 있어서,
    가장자리 파지용 척 시스템은 가장자리 파지용 기판 운반부가 프레임 안에 위치되었을 때 기판의 회전 위치를 정하도록 구성되는, 기판 정렬기 장치.
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