KR101579990B1 - 적어도 광 소스를 이용하여 엔드 이펙터 정렬을 교정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 프로세싱 시스템에서 척에 대한 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 엔드 이펙터로부터 상기 척으로 제 1 광 빔을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 제 1 광 빔이 척의 표면을 횡단하도록 미리 결정된 교정 경로를 따라 엔드 이펙터를 이동시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 반사광 신호 세트를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 반사광 신호 세트는 이동 중에 표면이 제 1 광 빔을 반사하는 경우에 적어도 발생된다. 이 방법은 반사광 신호 세트를 분석하여 3 개 이상의 불연속을 식별하는 단계를 포함한다. 이 3 개 이상의 불연속은 제 1 광 빔이 척의 에지에 충돌하는 경우에 발생되는 3 개 이상의 반사광 신호와 관련된다. 이 방법은 3 개 이상의 불연속에 기초하여 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트를 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트는 척의 에지 상의 3 개 이상의 포인트를 나타낸다. 이 방법은 3 개 이상의 데이터 포인트에 기초하여 척의 중심을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

적어도 광 소스를 이용하여 엔드 이펙터 정렬을 교정하는 방법 및 시스템{SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT USING AT LEAST A LIGHT SOURCE}
반도체 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 의 프로세싱에 있어서, 플라즈마가 종종 채용된다. 플라즈마 프로세싱에서, 통상적으로 복수의 프로세싱 모듈을 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템을 이용하여 웨이퍼가 프로세싱된다. 이 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 은 플라즈마 프로세싱 중에 프로세싱 모듈 내의 척 상에 배치된다.
프로세싱 모듈의 안과 밖으로 웨이퍼를 이동시키기 위해, 웨이퍼는 통상적으로 엔드 이펙터 (end effector) 상에 놓이고 척으로 전달된다. 이 엔드 이펙터는 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼를 지지하도록 구성된 구조적 컴포넌트이다. 이 엔드 이펙터는 통상적으로 로봇 암 상에 배치된다. 도 1 은 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼 (104) 를 지지하는 대표적인 종래 기술인 엔드 이펙터 (102) 를 도시한다. 설명을 목적으로, 로봇 암 (106) 의 부분도 도시된다.
일반적으로 말하면, 웨이퍼 전달 시퀀스 중에, 로봇 암은 먼저 엔드 이펙터를 이동시켜 웨이퍼 저장 카세트 또는 스테이션으로부터 웨이퍼를 픽업한다. 일단 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에 위치하면, 로봇 암은 프로세싱 모듈의 도어를 통해 플라즈마 프로세싱 모듈로 웨이퍼를 이동시킨다. 이후, 로봇 암은 척 위에 웨이퍼 및 엔드 이펙터를 위치시킨 후, 웨이퍼를 플라즈마 프로세싱용 척 상에 놓는다.
웨이퍼가 적절히 프로세싱되는 것을 보장하기 위해 (이에 의해 제어가능하고 반복가능한 프로세스 결과를 보장하기 위해), 웨이퍼는 플라즈마 프로세싱 중에 척의 중심에 있을 필요가 있다. 엔드 이펙터가 척에 대해 완벽하게 중심에 있고 웨이퍼가 엔드 이펙터에 대해 완벽하게 중심에 있으면, 로봇 암이 웨이퍼를 척 상에 놓는 경우에 웨이퍼는 척에 대해 완벽하게 중심에 있을 것이다.
로봇 암 제어기의 관점에서, 척의 중심을 알아서, 로봇 암 제어기가 웨이퍼 배치 목적으로 척 위에서 엔드 이펙터를 중심에 둘 수 있게 하는 것이 중요하다. 따라서, 임의의 주어진 플라즈마 프로세싱 모듈에 대해, 로봇 암 제어기는 척의 위치 및 척 중심을 알 필요가 있다. 다시 말해, 로봇 암 제어기는 자체 좌표계에서 척의 정확한 위치 및 척 중심을 확인할 필요가 있는데, 그 이유는 각 척이, 예를 들어, 머시닝 및/또는 제조 및/또는 어셈블리 오차로 인해 각 프로세싱 모듈에서 약간 상이하게 위치될 수도 있기 때문이다.
엔드 이펙터/척 오정렬을 보상하기 위해, 교정 중의 통상적인 전략은, 엔드 이펙터에 의해 정의된 중심 (본 명세서에서는 "엔드 이펙터 중심" 또는 "엔드 이펙터-정의된 중심"으로 지칭) 이 실제로 척의 중심과 정렬되는 위치로 로봇 암을 이동시키는 것을 수반한다. 엔드 이펙터 교정을 완수하기 위해, 동작자가 실제 엔드 이펙터/척 정렬 위치를 확인할 수 있는 것이 필요하다. 종래 기술에서, 척 중심에 대한 엔드 이펙터-정의된 중심의 정렬은, 척의 에지에 맞거나 프로세스 모듈 내부에 부착되는 제조된 기계적 고정장치 (fixture) 를 이용하여 완수된다.
기계적 고정장치는, 엔드 이펙터가 교정 고정장치의 키 피처 (key feature) 에 기대어 바로 놓이게 하는 키 피처 (본질적으로 엔드 이펙터에 대한 센터링 돌출부) 를 가진다. 이 고정장치가 척에 대해 중심에 있기 때문에, 엔드 이펙터가 고정장치의 키 피처에 기대어 놓이는 경우, 엔드 이펙터는 척 상에서 중심에 있게 된다. 통상적으로, 엔드 이펙터가 키 피처에 기대어 놓이도록, 키 피처에 기대어 엔드 이펙터를 위치시키는 것은 동작자가 키 피처에 기대어 엔드 이펙터를 당기거나 미는 것에 의해 완수된다.
동작자가 키 피처에 기대어 엔드 이펙터를 위치시킨 후에, 로봇 제어 시스템이 로봇 제어의 좌표계에서 이러한 실제 엔드 이펙터/척 정렬을 달성하는 로봇 암의 위치를 기록할 수 있도록, 동작자는 로봇 제어 시스템에 로봇 암 위치를 등록한다.
생산 중에, 로봇 암은 이 이펙터/척 정렬 위치와 연관된 좌표로 엔드 이펙터를 이동시킨다. 웨이퍼가 엔드 이펙터에 대해 중심에 있으면, 웨이퍼가 로봇 암에 의해 웨이퍼 프로세싱용 척 상에 놓이는 경우에, 엔드 이펙터-정의된 중심이 이제 실제로 척 중심과 정렬된다는 사실은 웨이퍼가 척에 대해 중심에 있게 한다. 본 발명자에 의해 동일한 날짜에 출원되고 참조로서 여기에 통합되며 공동 출원 계속중인, 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN A PLASMA PROCESSING SYSTEM" 인 특허 출원 (대리인 도켓 넘버 LMRX-P143/P1747) 과 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR DYNAMIC ALIGNMENT BEAM CALIBRATION" 인 특허출원 (대리인 도켓 넘버 LMRX-P144/P1748) 에서, 이러한 엔드 이펙터/척 오정렬을 처리하기 위한 기술이 제안되었다. 전술한 2 개의 특허출원 "SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN A PLASMA PROCESSING SYSTEM" 및 "SYSTEMS AND METHODS FOR DYNAMIC ALIGNMENT BEAM CALIBRATION" 에서 논의된 기술에 속하는 세부사항은 이하의 논의 A 및 논의 B 에서 검토될 수도 있다.
그러나, 교정을 목적으로 척에 대해 엔드 이펙터를 중심에 두는 종래 기술에 단점이 있다. 무엇보다도, 많은 타입의 척 및 프로세싱 모듈이 존재한다. 따라서, 교정을 수행하기 위해 기계적 고정장치 접근법을 이용하기 위해, 많은 상이한 기계적 고정장치가 제작 및 비축되어야 한다.
또한, 척 상에 하나 이상의 하드한 금속 에지 또는 표면을 가질 수도 있는 물리기계적 고정장치를 부착하는 것은 잠재적으로 척을 손상시킬 수도 있다. 추가적으로, (예를 들어, 생산 실행 후에 척에 대해 엔드 이펙터가 중심에 있지 않을 수도 있다는 걱정에 답하여) 프로세싱 모듈에서 몇몇 플라즈마 사이클이 실행된 후에 이 교정이 필드에서 행해지면, 척 상의 물리적 교정 고정장치의 부착은 척 상에 또는 척 가까이의 축적된 입자가 프로세싱 챔버로 플레이크로 떨어지게 할 수도 있다. 후속 프로세싱 사이클 동안에, 이러한 입자는 바람직하지 않은 입자 오염을 구성한다.
추가적으로, 대기압에서 교정이 수행되기 때문에, 종래 기술인 교정 기술은 생산 중에 존재하는 조건을 효과적으로 복제하지 않을 수도 있다. 이는 생산 중에 프로세싱 모듈의 컴포넌트가 진공 하에 놓여서 진공 환경과 주위 대기 사이의 압력차로 인해 하나 이상의 컴포넌트가 시프트될 수도 있기 때문이다. 교정 조건이 충실하게 생산 조건을 복제하지 않으므로, 정확한 교정이 가능하지 않을 수도 있다.
게다가, 엔드 이펙터/척 정렬 위치에 엔드 이펙터를 위치시키는 것은 (예를 들어, 동작자가 기계적 고정장치의 키 피처에 기대어 바로 놓이도록 엔드 이펙터를 당기거나 미는 것을 수반하여) 수동적으로 수행되면, 동작자가 로봇 암을 풀어 움직이게 하고 이 엔드 이펙터/척 정렬 위치를 로봇 암 제어기에 등록하는 경우에 로봇 암 위치의 시프트가 있을 수도 있다. 이 시프트는, 예를 들어, 로봇 모터가 전원이 끊기는 사실을 포함하여, 많은 원인으로 발생할 수도 있다. 로봇 암이 심지어 로봇 동작자가 감지불가능할 수도 있는 소량만큼 당겨지는 경우, 이 시프트는 교정 프로세스의 부정확성을 초래할 수도 있다. 교정 프로세스가 부정확하면, 생산 동안의 부정확한 웨이퍼 배치가 발생하여, 수율이 감소하고 제조된 제품에 대한 폐기율 및/또는 실패율이 증가할 수도 있다.
발명의 개요
본 발명은, 일 실시형태에서 플라즈마 프로세싱 시스템에서 척에 대한 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 엔드 이펙터로부터 상기 척으로 제 1 광 빔을 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 제 1 광 빔이 척의 표면을 횡단하도록 미리 결정된 교정 경로를 따라 엔드 이펙터를 이동시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 반사광 신호 세트를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 반사광 신호 세트는 이동 중에 표면이 제 1 광 빔을 반사하는 경우에 적어도 발생된다. 이 방법은 반사광 신호 세트를 분석하여 3 개 이상의 불연속을 식별하는 단계를 포함한다. 이 3 개 이상의 불연속은 제 1 광 빔이 척의 에지에 충돌하는 경우에 발생되는 3 개 이상의 반사광 신호와 관련된다. 이 방법은 3 개 이상의 불연속에 기초하여 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트를 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트는 척의 에지 상의 3 개 이상의 포인트를 나타낸다. 이 방법은 3 개 이상의 데이터 포인트에 기초하여 척의 중심을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 개요는 본 명세서에서 개시된 발명의 많은 실시형태 중 오직 하나에 관한 것이고, 본 명세서의 청구범위에 개시된 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 본 발명의 이들 특징 및 다른 특징은 다음의 도면과 관련하여 본 발명의 상세한 설명에서 보다 상세히 후술될 것이다.
본 발명은, 동일한 참조부호가 유사한 엘리먼트를 지칭하는 첨부 도면에서 제한적이 아니라 예시적으로 설명된다.
도 1 은 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼를 지지하는 대표적인 종래 기술인 엔드 이펙터를 도시한다.
도 2a 는 본 발명의 실시형태에 따른, 척 중심에 대해 엔드 이펙터를 교정하는 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 배열의 일부를 도시한다.
도 2b 는 엔드 이펙터의 수직 위치를 인시츄로 교정하는 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 배열의 일부를 도시한다.
도 3a 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 척 중심에 대해 엔드 이펙터를 교정하는 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 방법에 대한 설명적인 흐름도를 도시한다.
도 3b 는 본 발명의 실시형태에 따른, 엔드 이펙터의 수직 위치를 교정하는 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 방법에 대한 설명적인 흐름도를 도시한다.
논의 A 의 도 4 는 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼를 지지하는 대표적인 종래 기술인 엔드 이펙터를 도시한다.
논의 A 의 도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른, 엔드 이펙터를 인시츄로 교정하는 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 시스템의 적어도 일부의 상면도를 도시한 플라즈마 프로세싱 시스템의 개략적 표현을 도시한다.
논의 A 의 도 6 은 본 발명의 실시형태에 따른, 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 방법에 대한 설명적인 흐름도를 도시한다.
논의 B 의 도 7 은 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼를 지지하는 대표적인 종래 기술인 엔드 이펙터를 도시한다.
논의 B 의 도 8 은 본 발명의 실시형태에 따른, DA 빔 교정을 목적으로 정확하게 중심에 있는 웨이퍼/엔드 이펙터 어셈블리의 생성 또는 시뮬레이션을 가능하게 하는 광학 웨이퍼-센터링 시스템의 적어도 일부의 상면도를 도시한 플라즈마 프로세싱 시스템의 개략적 표현을 도시한다.
논의 B 의 도 9 는 본 발명의 실시형태에 따라, DA 빔 교정을 용이하게 하기 위해 광학 웨이퍼-센터링 기술을 이용하는 엔드 이펙터-정의된 중심에 대해 중심에 있는 웨이퍼를 생성 또는 시뮬레이션하는 단계의 설명적인 흐름도를 도시한다.
실시형태의 상세한 설명
이하, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 바와 같이 그 몇몇 실시형태를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 다음의 설명에서, 수많은 구체적인 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 개시된다. 그러나, 당업자에게는, 본 발명이 이러한 구체적인 세부사항 중 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 예에서, 공지된 프로세스 단계 및/또는 구조는 본 발명을 불필요하게 애매하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
방법 및 기술들을 포함하는 다양한 실시형태가 후술된다. 본 발명은 또한 진보성 있는 기술의 실시형태를 수행하기 위한 컴퓨터-판독가능 명령이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 제조물을 커버할 수도 있다는 사실에 유의하여야 한다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 예를 들어, 반도체, 자기, 광자기, 광학, 또는 컴퓨터 판독가능 코드를 저장하기 위한 다른 형태의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 실시형태들을 실시하기 위한 장치들을 또한 커버할 수도 있다. 이러한 장치는 본 발명의 실시형태에 속하는 태스크들을 수행하기 위한 전용 및/또는 프로그래머블 회로를 포함할 수도 있다. 이러한 장치의 예는, 적절하게 프로그래밍된 경우에 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 디바이스를 포함하고, 본 발명의 실시형태에 속하는 다양한 태스크에 적합한 전용/프로그래머블 회로와 컴퓨터/컴퓨팅 디바이스의 조합을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시형태는, 로봇 암 제어기가 로봇 좌표계에서 프로세싱 모듈의 척 중심 및 척의 위치를 확인할 수 있도록 로봇 암 제어기에 척의 중심을 등록하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시형태는 또한 척의 상면에 대해 엔드 이펙터의 수직 위치를 교정하는 인시츄 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에서, 본 발명자들은 로봇 암 제어기가 통상적으로 자체 좌표계에서 로봇 암의 현재 위치를 확인한다는 것을 인지한다. 엔드 이펙터가 로봇 암에 부착되므로, 로봇 암 제어기는 또한 자체 좌표계에서 엔드 이펙터의 현재 위치를 로봇 암 제어기의 자체 좌표계에 관련시킬 것일 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에서, 엔드 이펙터의 현재 위치 (로봇 암 제어기는 그 위치를 자체 좌표계에서 확인할 수 있음) 는 엔드 이펙터 교정을 완수하기 위해 척의 일정한 특징 (feature) 과 상관된다. 하나 이상의 실시형태에서, 광학 엔드 이펙터 정렬 기술이 채용되는데, 여기서 광 소스 (예를 들어, 레이저 빔) 가 엔드 이펙터에 부착되고, 엔드 이펙터 교정을 위한 척에 속하는 데이터 포인트를 획득하기 위해 척 위에서 미리 결정된 교정 경로를 통해 엔드 이펙터가 전송된다.
광 소스로부터의 광 빔이 교정 경로를 따라 척의 외부 둘레를 포함하는 척 위를 가로질러 감에 따라 반사 광을 획득하는데 센서가 채용된다. 광 소스가 척의 외부 에지를 만남에 따라서 반사 광의 변화를 표시하는 불연속에 대해 반사 광은 분석된다. 로봇 암 제어기는 이들 불연속이 발생하는 로봇 암 좌표와 불연속의 발생을 상관한다. (불연속 검출점 및 대응하는 로봇 암 좌표를 포함하는) 3 개 이상의 데이터 포인트가 획득되면, 로봇 암 제어기 좌표에서 척 중심 및/또는 척을 나타내는 원을 외삽하는데 외삽 로직이 채용될 수도 있다. 이 외삽은, 예를 들어, 뉴저지 우드클리프 레이크의 키엔스사로부터 이용가능한 CV-3002 Series Controller CV-H3N 과 이용하기 위한 키엔스 통신 소프트웨어와 같은 표준 기성품 (off-the-shelf) 의 소프트웨어 툴을 이용하여 수행될 수도 있다.
척 중심에 대한 좌표를 알기 때문에, 로봇 암 제어기는 척 중심에 대해 엔드 이펙터를 교정할 수 있다. 제안된 광학 엔드 이펙터 교정 기술로 인해, 척에 대해 엔드 이펙터를 중심에 둘 목적으로 척에 부착된 특수 하드웨어 고정장치의 이용은 더 이상 필요하지 않다. 따라서, 종래 기술인 특수 하드웨어 고정장치 접근법과 연관된 위험 및 단점이 유리하게 제거된다.
또한, 광학 엔드 이펙터 교정을 수행할 목적으로 엔드 이펙터-정의된 중심에서 광 소스 (예를 들어, 레이저 소스) 를 위치시키는 것이 필요하지 않다. 다시 말해, 광 소스는 원한다면 엔드 이펙터-정의된 중심으로부터 오프셋될 수 있다. 엔드 이펙터 상의 광 소스 위치로부터 엔드 이펙터-정의된 중심까지의 오프셋이 알려지는 한, 척의 중심에 대해 엔드 이펙터-중심을 정렬할 목적으로 또는 엔드 이펙터가 척 상에 생산 웨이퍼를 중심에 두게 하도록 로봇 암에 의해 요구된 실제 이동을 계산하기 위해 척 중심 및/또는 척을 나타내는 원을 계산하는 경우에 이 오프셋이 고려될 수도 있다. 게다가 또, 엔드 이펙터 상에 센서를 위치시키는 것이 필요하지 않다. 그 센서가 전술한 불연속을 검출할 목적으로 충분한 반사 광을 획득할 수 있도록 센서가 배치되는 한, 센서는 프로세싱 모듈의 내부 또는 외부의 임의의 원하는 위치에 놓일 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 다음의 도면 및 논의를 참조하여 더 잘 이해될 수도 있다.
도 2a 는 본 발명의 실시형태에 따른, 엔드 이펙터 (204) 의 팁에 장착된 (도 2 의 실시예에서 센서로 집적된) 레이저 소스 (202) 를 포함하는 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 배열의 일부를 도시한다. 언급한 바와 같이, 엔드 이펙터 교정 목적으로, 광 소스와 엔드 이펙터-정의된 중심 사이의 오프셋이 알려져 있는 한, 광 소스는 엔드 이펙터 상의 어느 곳에나 배치될 수도 있다.
플라즈마 프로세싱 시스템의 프로세싱 모듈에 장착된 척을 나타내는 척 (206) 이 또한 도시되어 있다. 교정 중에, 로봇 암 제어기 (미도시) 는 미리 결정된 교정 경로를 따라 로봇 암을 이동시켜 적어도 3 개의 척-에지 데이터 포인트를 발생시킨다. 교정 경로를 따르는 로봇 암의 이동은, 도시된 바와 같이 레이저 소스 (202) 에 의해 제공된 광 빔 (208) 이 경로 (210) 를 따라 횡단하게 한다. 하나 이상의 실시형태에서, 경로 (210) 는 적어도 2 개의 섹션을 포함하는데, 이 2 개의 섹션 각각은 척 (206) 의 둘레 (205) 상의 적어도 2 개의 포인트를 포함한다. 광 빔 (208) 이 경로 (210) 를 따라 이동하는 동안에, 센서는 반사 광을 기록하고 불연속에 대해 반사 광을 분석한다.
광 빔 (206) 이 척 (206) 의 둘레 (250) 를 따라 위치 (212a) 에 충돌함에 따라, 반사 광을 분석하는 로직에 의해 반사 광의 불연속이 확인된다. 불연속 이벤트가 검출되는 경우, 로봇 암 제어기는 자체 좌표계에서의 자신의 로봇 암 위치를 기록한다. 빔이 경로 (210) 를 따라 이동함에 따라, 빔은 척 에지에서의 위치 (212b 및 212c) 에 충돌하고, 2 개의 추가 불연속 이벤트가 확인된다. 다시, 로봇 암 제어기는 확인된 불연속과 동시성의 로봇 좌표를 상관한다. 로봇 암의 이동은 광 빔 (208) 이 경로 (210) 를 따르는 운행을 완료하게 한 후, 그 대응하는 로봇 좌표와 함께 3 개의 불연속 포인트가 획득된다.
이후, 3 개의 불연속 포인트로부터 척 (206) 을 나타내는 원을 외삽하는 로직이 채용될 수도 있다. 불연속 포인트가 로봇 좌표계에 기록되므로, 척 (206) 을 나타내는 원은 로봇 좌표계에서 손쉽게 계산될 수 있다. 또한, 척 (206) 의 중심도 로봇 좌표계에서 손쉽게 계산될 수 있다.
경로 (210) 는, 3 개 이상의 위치에서 척의 둘레를 횡단하여 적어도 3 개의 불연속 포인트를 발생시키도록 구성된 임의의 임시 경로를 나타낼 수도 있다. 일반적으로 말하면, 로봇 동작자는 어디에 척이 위치할지에 관한 미완성의 생각을 가지고, 일 실시형태에서 로봇 암 제어기를 프로그래밍하여, 척 (206) 을 나타내는 원이 정확하게 계산될 수 있도록 보장하기 위해 넓게 이격된 불연속 포인트를 효율적으로 발생시키는 방식으로 로봇 암을 이동시킨다. 이러한 계산을 수행하는 예시적인 툴은 뉴저지 우드클리프 레이크의 키엔스사로부터 이용가능한 CV-3002 Series Controller CV-H3N 과 이용하기 위한 키엔스 통신 소프트웨어일 수도 있다.
도 2b 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 척의 상면에 대하여 엔드 이펙터의 수직 위치를 교정하는 광학 배열을 도시한다. 도 2b 는 프로세싱 모듈의 벽의 윈도우 (234) 를 통해 광 빔 (232)(예를 들어, 레이저 빔) 을 송신하도록 배치된 광 소스 (230)(예를 들어, 레이저 소스) 를 도시한다. 윈도우가 프로세싱 모듈의 멀리 떨어진 벽 (예를 들어, 웨이퍼가 삽입 및 제거되는 도어의 반대편에 있는 벽) 에 배치되어 있는 것으로 도시되더라도, 이러한 위치는 절대적인 요건이 아니다.
광 빔 (232) 의 높이는 일 실시형태에서 웨이퍼 전달 중에 엔드 이펙터 (240) 를 위치시키는 척 (206) 위의 원하는 높이를 나타낼 수도 있다. 센서 (미도시) 는 엔드 이펙터 상에 배치되어, 엔드 이펙터 (240) 가 수직 교정 경로를 따라 (예를 들어, 빔 (232) 을 가로질러 Z 방향으로) 이동함에 따라 광 빔 (232) 이 엔드 이펙터 (240) 에 충돌하는 때를 로봇 제어 시스템이 결정하게 한다.
엔드 이펙터 (240) 의 팁에 배치된 센서에 의해 광 빔 (232) 이 검출되는 경우, 로봇 암 제어기는 로봇 좌표계에서 동시성의 로봇 암 수직 위치를 기록할 수도 있다. 웨이퍼 전달 중에, 엔드 이펙터를 수직으로 위치시키기 위해 로봇 암의 기록된 수직 위치가 채용될 수도 있다.
다른 방법으로서, 광 소스 (230) 가 프로세싱 챔버 (242) 내에 장착될 수도 있고, 윈도우 (234) 가 제거될 수도 있다.
다른 방법으로 또는 추가적으로, 엔드 이펙터의 수직 위치를 교정하기 위해, 광 소스 (232) 로부터 반사된 광을 분석하고 불연속에 대해 분석하는 것이 가능하다. 하나 이상의 실시형태에서, 로봇 암 제어기가 엔드 이펙터 (240) 에게 광 빔 (232) 을 가로지르는 수직 교정 경로를 따라 이동하게 명령함에 따라, 광 소스 (230) 로부터 검출된 광을 획득하는데 센서가 채용될 수도 있다. 광 빔 (232) 이 엔드 이펙터 (240) 에 충돌하는 경우, 반사 광의 불연속이 확인될 수도 있다. 이 불연속은 로봇 암의 현재 좌표와 상관되어, 이에 의해 척 위의 레이저 빔의 수직 높이에 대한 로봇 좌표를 본질적으로 기록할 수도 있다. 반사 광 접근법이 채용되는 경우, 광 소스 (230) 에서 반사된 광을 획득하기 위해, 엔드 이펙터 (240) 에 또는 엔드 이펙터 (240) 가까이에 배치되지 않은 위치를 포함하여, 임의의 적절한 위치에 센서를 장착하는 것이 가능하다.
도 3a 는 본 발명의 실시형태에 따른, 척 중심에 대해 광학 엔드 이펙터 교정을 구현하는 단순화된 흐름도를 도시한다. 단계 302 에서, (레이저 소스와 같은) 광 소스는 엔드 이펙터에 부착된다. 단계 304 에서, 부착된 광 소스와 함께 엔드 이펙터는 척의 상면 위에서 미리 결정된 궤적 경로를 따라 이동한다.
척의 상면 위에서 엔드 이펙터의 이동 중에, 광 소스로부터의 광 빔이 척의 상면으로 향한다. 광 소스로부터 반사된 광이 획득되고 불연속에 대해 분석된다 (단계 306). 불연속이 수신되면 (308 의 경로 "예"), 로봇 암 위치에 대한 로봇 좌표가 기록된다 (310). 프로세스는 미리 결정된 수의 불연속 및 그 대응하는 로봇 암 좌표가 획득될 때까지 또는 궤적 운행이 완료될 때까지 계속된다 (화살표 312).
필요한 연속 포인트가 획득된 후에, 척 둘레, 반경, 및 중심을 확인하는데 외삽 로직이 채용될 수도 있다. 하나 이상의 실시형태에서, 적어도 3 개의 불연속 포인트가 요구되지만, 로봇 암 제어기에 의해 정의된 궤적에 따라, 척 중심에 대한 광학 엔드 이펙터 교정의 목적을 위해 추가 포인트도 획득될 수 있다.
도 3b 는 본 발명의 실시형태에 따른, 척의 상면에 대해 엔드 이펙터의 수직 위치를 교정하는 단순화된 흐름도를 도시한다. 도 3b 의 흐름도에서, (도 2b 의 레이저 빔 (232) 과 같은) 레이저 빔의 수직 위치는 척 상에 웨이퍼를 놓을 준비를 하는 경우 및/또는 웨이퍼 전달 중에 엔드 이펙터를 수직으로 위치시킬 목적으로 확인된다. 단계 370 에서, (레이저 소스와 같은) 광 소스는 도 2b 에 도시된 바와 같이 프로세싱 모듈의 외부 또는 척 위의 원하는 높이에 프로세싱 모듈의 내부 벽 중 어느 곳에 부착된다. 레이저 소스는 엔드 이펙터 수직 위치결정을 위해 원하는 높이에서 척의 상면에 실질적으로 평행하게 레이저 빔을 송신하게 향하고 있다.
단계 372 에서, 레이저 빔을 감지할 수 있는 센서는 엔드 이펙터에 부착되고, 엔드 이펙터가 수직 교정 경로를 따라, 예를 들어, Z 방향으로 (척 쪽으로 아래로 및/또는 척 상면으로부터 멀리 위로) 이동함에 따라 레이저 빔에 의해 센서가 작용하도록 구성된다. 단계 374 에서, 전술한 센서를 포함하는 엔드 이펙터가 레이저 빔을 가로질러 Z 방향으로 이동한다. 레이저 빔이 센서에 의해 감지되면, 로봇 암 위치에 대한 동시간의 로봇 좌표가 기록된다. 이 수직 위치는 웨이퍼 전달 중에 엔드 이펙터를 수직으로 위치시키기 위해 및/또는 척 상의 웨이퍼 배치를 준비하는 때에 로봇 암 제어기에 의해 채용될 수도 있다.
앞서 말한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 로봇 암 제어기가 로봇 좌표계에서 임의의 주어진 프로세싱 모듈에서의 척 중심 및 척의 위치를 확인할 수 있게 한다. 다른 방법으로 또는 추가적으로, 로봇 암 제어기는 또한 요구되면 웨이퍼 전달 중에 로봇 암의 수직 위치에 대응하는 로봇 좌표를 확인할 수 있다.
척에 대해 엔드 이펙터를 중심에 둘 목적으로 척에 부착된 특수 하드웨어 고정장치의 이용이 더 이상 필요하지 않으므로, 종래 기술의 단점을 피할 수도 있다. 예를 들어, 교정을 인시츄로 수행함으로써, 제조 중의 조건은 충실하게 재현되어, 더 정확한 교정 프로세스를 초래한다. 이들 조건은, 예를 들어, 유사한 진공 조건 및 유사한 로봇 서보 파라미터를 포함한다. 기계적 고정장치가 채용되지 않으므로, 상이한 플라즈마 프로세싱 모듈에 대한 상이한 기계적 교정 고정장치의 많은 재고를 유지하고 제조하는 것과 연관된 비용이 제거된다.
게다가, 비접촉식, 비물리적 교정 기술의 이용은 교정과 관련된 척 손상 및 교정과 관련된 입자 오염의 가능성을 제거하여, 챔버 및/또는 제작된 디바이스 손상의 위험 없이 생산 실행의 중간에 및/또는 보다 자주 교정을 수행하는 것을 가능하게 한다.
논의 A [시작]
반도체 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 의 프로세싱에 있어서, 플라즈마가 종종 채용된다. 플라즈마 프로세싱에서, 통상적으로 복수의 프로세싱 모듈을 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템을 이용하여 웨이퍼가 프로세싱된다. 이 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 은 플라즈마 프로세싱 중에 프로세싱 모듈 내의 척 상에 배치된다.
프로세싱 모듈의 안과 밖으로 웨이퍼를 이동시키기 위해, 웨이퍼는 통상적으로 엔드 이펙터 (end effector) 상에 놓이고 척으로 전달된다. 이 엔드 이펙터는 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼를 지지하도록 구성된 구조적 컴포넌트이다. 이 엔드 이펙터는 통상적으로 로봇 암 상에 배치된다. 도 1 은 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼 (104) 를 지지하는 대표적인 종래 기술인 엔드 이펙터 (102) 를 도시한다. 설명을 목적으로, 로봇 암 (106) 의 부분도 도시된다.
일반적으로 말하면, 웨이퍼 전달 시퀀스 중에, 로봇 암은 먼저 엔드 이펙터를 이동시켜 웨이퍼 저장 카세트 또는 스테이션으로부터 웨이퍼를 픽업한다. 일단 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에 위치하면, 로봇 암은 프로세싱 모듈의 도어를 통해 플라즈마 프로세싱 모듈로 웨이퍼를 이동시킨다. 이후, 로봇 암은 척 위에 웨이퍼 및 엔드 이펙터를 위치시킨 후, 웨이퍼를 플라즈마 프로세싱용 척 상에 놓는다.
웨이퍼가 적절히 프로세싱되는 것을 보장하기 위해 (이에 의해 제어가능하고 반복가능한 프로세스 결과를 보장하기 위해), 웨이퍼는 플라즈마 프로세싱 중에 척의 중심에 있을 필요가 있다. 엔드 이펙터가 척에 대해 완벽하게 중심에 있고 웨이퍼가 엔드 이펙터에 대해 완벽하게 중심에 있으면, 로봇 암이 웨이퍼를 척 상에 놓는 경우에 웨이퍼는 척에 대해 완벽하게 중심에 있을 것이다.
로봇 제어기의 관점에서, 척의 중심을 알아서, 로봇 제어기가 웨이퍼 배치 목적으로 척 위에서 엔드 이펙터를 중심에 둘 수 있게 하는 것이 중요하다. 따라서, 임의의 주어진 플라즈마 프로세싱 모듈에 대해, 로봇 제어기는 척의 위치 및 척 중심을 알 필요가 있다. 다시 말해, 로봇 제어기는 자체 좌표계에서 척의 정확한 위치 및 척 중심을 확인할 필요가 있는데, 그 이유는 각 척이, 예를 들어, 머시닝 및/또는 제조 및/또는 어셈블리 오차로 인해 각 프로세싱 모듈에서 약간 상이하게 위치될 수도 있기 때문이다.
엔드 이펙터/척 오정렬을 보상하기 위해, 교정 중의 통상적인 전략은, 엔드 이펙터에 의해 정의된 중심 (본 명세서에서는 "엔드 이펙터 중심" 또는 "엔드 이펙터-정의된 중심"으로 지칭) 이 실제로 척의 중심과 정렬되는 위치로 로봇 암을 이동시키는 것을 수반한다. 엔드 이펙터 교정을 완수하기 위해, 동작자가 실제 엔드 이펙터/척 정렬 위치를 확인할 수 있는 것이 필요하다. 종래 기술에서, 척 중심에 대한 엔드 이펙터 중심의 정렬은, 척의 에지에 맞거나 프로세스 모듈 내부에 부착되는 제조된 기계적 고정장치 (fixture) 를 이용하여 완수된다. 기계적 고정장치는, 엔드 이펙터가 교정 고정장치의 키 피처 (key feature) 에 기대어 바로 놓이게 하는 키 피처 (본질적으로 엔드 이펙터에 대한 센터링 돌출부) 를 가진다. 이 고정장치가 척에 대해 중심에 있기 때문에, 엔드 이펙터가 고정장치의 키 피처에 기대어 놓이는 경우, 엔드 이펙터 중심은 척 상에서 중심에 있게 된다. 통상적으로, 엔드 이펙터가 키 피처에 기대어 놓이도록, 키 피처에 기대어 엔드 이펙터를 위치시키는 것은 동작자가 키 피처에 기대어 엔드 이펙터를 당기거나 미는 것에 의해 완수된다.
동작자가 키 피처에 기대어 엔드 이펙터를 위치시킨 후에, 로봇 제어 시스템이 로봇 제어의 좌표계에서 이러한 실제 엔드 이펙터/척 정렬을 달성하는 로봇 암의 위치를 기록할 수 있도록, 동작자는 로봇 제어 시스템에 로봇 암 위치를 등록한다.
생산 중에, 로봇 암은 이 이펙터/척 정렬 위치와 연관된 좌표로 엔드 이펙터를 이동시킨다. 웨이퍼가 엔드 이펙터에 대해 중심에 있으면, 웨이퍼가 로봇 암에 의해 웨이퍼 프로세싱용 척 상에 놓이는 경우에, 엔드 이펙터 중심이 이제 실제로 척 중심과 정렬된다는 사실은 웨이퍼가 척에 대해 중심에 있게 한다.
그러나, 교정을 목적으로 척에 대해 엔드 이펙터를 중심에 두는 종래 기술에 단점이 있다. 무엇보다도, 많은 타입의 척 및 프로세싱 모듈이 존재한다. 따라서, 교정을 수행하기 위해 기계적 고정장치 접근법을 이용하기 위해, 많은 상이한 기계적 고정장치가 제작 및 비축되어야 한다. 또한, 척 상에 하나 이상의 하드한 금속 에지 또는 표면을 가질 수도 있는 물리기계적 고정장치를 부착하는 것은 잠재적으로 척을 손상시킬 수도 있다. 추가적으로, (예를 들어, 생산 실행 후에 척에 대해 엔드 이펙터가 중심에 있지 않을 수도 있다는 걱정에 답하여) 프로세싱 모듈에서 몇몇 플라즈마 사이클이 실행된 후에 이 교정이 필드에서 행해지면, 척 상의 물리적 교정 고정장치의 부착은 척 상에 또는 척 가까이의 축적된 입자가 프로세싱 챔버로 플레이크로 떨어지게 할 수도 있다. 후속 프로세싱 사이클 동안에, 이러한 입자는 바람직하지 않은 입자 오염을 구성한다.
추가적으로, 대기압에서 교정이 수행되기 때문에, 종래 기술인 교정 기술은 생산 중에 존재하는 조건을 효과적으로 복제하지 않을 수도 있다. 이는 생산 중에 프로세싱 모듈의 컴포넌트가 진공 하에 놓여서 진공 환경과 주위 대기 사이의 압력차로 인해 하나 이상의 컴포넌트가 시프트될 수도 있기 때문이다. 교정 조건이 충실하게 생산 조건을 복제하지 않으므로, 정확한 교정이 가능하지 않을 수도 있다.
게다가, 엔드 이펙터/척 정렬 위치에 엔드 이펙터를 위치시키는 것은 (예를 들어, 동작자가 기계적 고정장치의 키 피처에 기대어 바로 놓이도록 엔드 이펙터를 당기거나 미는 것을 수반하여) 수동적으로 수행되면, 동작자가 로봇 암을 풀어 움직이게 하고 이 엔드 이펙터/척 정렬 위치를 로봇 제어기에 등록하는 경우에 로봇 암 위치의 시프트가 있을 수도 있다. 이 시프트는, 예를 들어, 로봇 모터가 전원이 끊기는 사실을 포함하여, 많은 원인으로 발생할 수도 있다. 로봇 암이 로봇 동작자가 감지불가능할 수도 있는 소량에 의해서도 움직이는 경우, 이 시프트는 교정 프로세스의 부정확성을 초래할 수도 있다. 교정 프로세스가 부정확하면, 생산 동안의 부정확한 웨이퍼 배치가 발생하여, 수율이 감소하고 제조된 제품에 대한 폐기율 및/또는 실패율이 증가할 수도 있다.
도 4 는 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼를 지지하는 대표적인 종래 기술인 엔드 이펙터를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른, 엔드 이펙터를 인시츄로 교정하기 위한 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 시스템의 적어도 일부의 상면도를 도시한 플라즈마 프로세싱 시스템의 개략적 표현을 도시한다.
도 6 은 본 발명의 실시형태에 따른, 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 방법에 대한 설명적인 흐름도를 도시한다.
본 발명의 실시형태는, 종래 기술인 엔드 이펙터 교정 접근법과 연관된 단점을 경험하지 않거나 기계적 고정장치를 이용하지 않고 엔드 이펙터 교정을 수행하는 인시츄 방법 및 장치에 관한 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 엔드 이펙터 교정을 수행하기 위해, 엔드 이펙터 중심 또는 엔드 이펙터-정의된 중심 (즉, 엔드 이펙터의 질량 중심 또는 기하학적 중심이거나 반드시 이것일 필요는 없는, 엔드 이펙터에 의해 정의/결정된 중심) 은 척 중심과 정렬될 필요가 있다. 실제 엔드 이펙터/척 정렬을 결정하기 위해, 종래 기술은 앞서 논의된 많은 단점을 수반하는 기계적 고정장치를 채용한다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에서, 인시츄 광학 기술은 실제 엔드 이펙터/척 정렬 위치를 결정하는데 채용된다. 이 결정 프로세스는 로봇 제어기가 엔드 이펙터/척 오정렬을 고려하여 생산 중에 필요량만큼 로봇 암을 이동시킬 수 있게 하는 데이터를 발생시킨다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에서, 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 기술은, 엔드 이펙터 및 척이 이론상 엔드 이펙터/척 정렬에 있는 경우에 척 및 엔드 이펙터의 스틸 이미지 (즉, 엔드 이펙터가 척에 대해 이론적으로 중심에 있다고 로봇 제어기가 믿는 경우에 척에 대해 엔드 이펙터가 점유하는 위치) 를 찍는 것을 수반한다. 프로세싱 유닛이 엔드 이펙터-정의된 중심을 찍힌 스틸 이미지로부터 결정할 수 있게 하는 하나 이상의 비쥬얼 표시자가 엔드 이펙터에 제공된다. 척은 유사하게 (척 둘레의 일반적인 원형 아웃라인과 같은) 하나 이상의 비쥬얼 표시자를 가져 프로세싱 유닛이 척의 중심을 결정할 수 있게 한다.
일단 엔드 이펙터 중심 및 척 중심이 프로세싱 유닛에 의해 결정되면, 이들 2 개의 중심 사이의 오프셋 (즉, "델타") 이 계산된다. 이론상 엔드 이펙터/척 정렬 위치로부터 실제 엔드 이펙터/척 정렬 위치로 엔드 이펙터를 이동시키는데 필요한 위치 벡터가 이후 계산된다. 이후, 이 위치 벡터는 로봇 제어기에 제공되어, 로봇 제어기가 엔드 이펙터/척 오정렬을 보상할 수 있게 한다.
하나 이상의 실시형태에서, 인시츄 광학 기술은, 엔드 이펙터 및 척이 생산 조건 하에서 플라즈마 프로세싱 챔버에 놓이는 동안에 척 및 엔드 이펙터의 광학 이미지를 획득할 수 있는 이미지 포착 디바이스 (예를 들어, 카메라 및/또는 렌즈) 를 채용한다. 다시 말해, 엔드 이펙터 교정 프로세스 중에, 플라즈마 프로세싱 챔버는 생산 중에 존재하는 진공 조건과 실질적으로 유사한 진공 조건 하에 놓일 수도 있다. 이 카메라 및/또는 렌즈는 플라즈마 프로세싱 챔버 내부 또는 바람직하게는 플라즈마 프로세싱 챔버 외부에 놓일 수도 있지만, (예를 들어, 대략적으로 설계된 윈도우 또는 개구부를 통해) 전술한 비쥬얼 표시자를 포함하는 척 및 엔드 이펙터의 영역에 대한 광학 액세스를 가진다. 생산 중에 경험하는 조건과 실질적으로 일치하는 조건 하에서 교정을 수행함으로써, 압력차로 인해 생기는 교정 에러가 실질적으로 제거될 수도 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에서, 스크라입 라인 (scribe line) 이 엔드 이펙터에 제공된다. 이 스크라입 라인은 인시츄 광학 교정 동안에 스크라입 라인의 스틸 이미지가 찍힐 수도 있도록 엔드 이펙터 상에 위치한다. 엔드 이펙터 상의 이 스크라입 라인은 일 실시형태에서 원의 호 (이의 중심은 엔드 이펙터-정의된 중심과 일치함) 가 되도록 구성된다. 호 및 원 (그 원의 일부가 스크라입 라인/호임) 의 중심을 확인함으로써, 엔드 이펙터-정의된 중심이 결정될 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태에서는, 엔드 이펙터-정의된 중심을 도출하는데 채용될 수 있는 임의의 다른 참조 마크가 또한 채용될 수도 있다는 것이 예기된다.
게다가, 인시츄 광학 교정 중에, 이미지 포착 장치 (카메라 및/또는 렌즈) 는 또한 비쥬얼 표시자 또는 척 둘레의 전체 또는 일부의 이미지를 찍도록 위치하거나, 척의 중심을 연역하는데 이용될 수 있는 척 상에 위치한다. 엔드 이펙터의 경우에서와 같이, 하나 이상의 비쥬얼 표시자가 척에 제공되어, 프로세싱 유닛이 척의 중심을 확인하게 할 수도 있다. 일 실시형태에서, 척의 외부 둘레는 이러한 원하는 비쥬얼 표시자를 구성한다.
척 비쥬얼 표시자에 의해 묘사되는 원 (예를 들어, 일 실시형태에서 척 원 둘레) 을 확인함으로써, 일 실시형태에서 척의 중심이 결정될 수도 있다. 언급한 바와 같이, 일단 엔드 이펙터 중심 및 척 중심이 결정되면, 차이 ("델타") 가 결정되어, 엔드 이펙터/척 오정렬을 보상하기 위한 보정 팩터로서 로봇 제어 시스템에 제공된다.
본 발명의 특징 및 이점은 다음의 논의 및 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수도 있다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른, 기계적 고정장치의 필요 없이 (예를 들어, 반도체 디바이스 제조 조건 하의 플라즈마 프로세싱 시스템 (A220) 에서) 엔드 이펙터를 인시츄로 교정하는 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 시스템 (A200) 의 적어도 일부의 상면도를 도시한 플라즈마 프로세싱 시스템 (A220) 의 개략적 표현을 도시한다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 시스템 (A200) 은 스크라입 마크 (A204) 를 갖는 엔드 이펙터 (A202) 를 포함한다. 스크라입 마크 (A204) 는 도 5 의 실시예에서, 원의 일부를 나타내는 호이고, 이 중심은 엔드 이펙터 (A202) 에 의해 정의된 중심과 일치한다. 원과 연관된 이 호의 스크라이빙 (scribing) 및 원의 중심의 결정은 당업자의 지식으로 알 수 있다.
도 5 는 프로세싱 모듈 내의 척을 나타내는 척 (A206) 을 도시한다. 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 기술은, 로봇 암 제어 시스템 (A222) 에 대한 필요한 보정 벡터를 발생시키기 위해, 인시츄 광학 방법을 이용하여 척의 중심 및 엔드 이펙터-정의된 중심을 결정하도록 구성된다. 교정 중에, 이미지 포착 디바이스 (A250)(예를 들어, 엔드 이펙터 (A202) 및 척 (A206) 위에 배치된 카메라) 는 스크라입 마크 (A204) 를 포함하여, 엔드 이펙터 (A202) 의 적어도 일부의 적어도 스틸 이미지, 및 척 (A206) 의 적어도 일부의 적어도 스틸 이미지를 찍을 수도 있다. 카메라 및/또는 렌즈 장치로부터 머리 위에서 이미지가 찍히면, 척 (A206) 의 일부는 엔드 이펙터 (A202) 아래에 은닉될 수도 있다는 것을 주의한다.
그럼에도 불구하고, (예를 들어, 로직 모듈 (A210) 에 포함된) 프로세싱 유닛 (A224) 은 척 (A206) 의 원 둘레에 의해 형성된 원을 복원가능할 수도 있을 뿐만 아니라 (척 (A202) 의 중심을 나타내는) 원의 중심을 결정가능할 수도 있다. 마찬가지로, (예를 들어, 로직 모듈 (A210) 에 포함된) 프로세싱 유닛 (A224) 은 원 (그 원의 일부가 스크라입 라인/호 (A204) 임) 을 복원가능할 수도 있을 뿐만 아니라, 그 원의 중심을 결정가능할 수도 있다. 이 원은 점선 원 (A212) 에 의해 도 5 에 나타낸다.
도 5 는 또한 전술한 프로세싱 유닛 (A224) 에 의해 결정된 것과 같은 엔드 이펙터-정의된 중심 (A202) 을 나타내는 엔드 이펙터 중심 (A214) 를 도시한다. 척 중심 (A216) 은 또한 척 (A206) 의 중심을 나타내는 것으로 도시된다. 이후, 엔드 이펙터 중심 (A214) 에서 척 중심 (A216) 까지의 차이 벡터 (A218) 가 생성된다. 엔드 이펙터 중심 (A214) 이 이론상 엔드 이펙터/척 정렬 위치를 나타내고 척 중심 (A216) 이 실제 엔드 이펙터/척 정럴 위치를 나타내므로, 위치 차이 벡터 (A218) 는 척 중심 (A216) 과 엔드 이펙터 중심 (A214) 을 정렬하는데 필요한 보정을 나타낸다. 엔드 이펙터 (A214) 가 척 중심 (A216) 과 정렬되는 경우, 실제 엔드 이펙터/척 정렬이 달성된다. 이 차이 벡터 (A218) 를 로봇 제어 시스템 (A222) 에 제공함으로써, 로봇 제어 시스템 (A222) 은 생산 중에 엔드 이펙터 중심 (A214) 로부터 위치 차이 벡터 (A218) 에 의해 제공된 방향 및 거리만큼 로봇을 이동시킴으로써, 엔드 이펙터/척 오정렬에 대해 효과적으로 보정할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 실시형태에 따른, 인시츄 광학 엔드 이펙터 교정 방법에 대한 설명적인 흐름도를 도시한다. 이 방법은, 예를 들어, 도 5 의 실시예를 참고하여 논의된 컴포넌트 중 하나 이상을 이용함으로써 수행될 수도 있다. 단계 A302 에서, 엔드 이펙터는 로봇 암에 의해 이론상 엔드 이펙터/척 정렬, 즉, 로봇 제어 시스템이 이론적으로 척에 대해 엔드 이펙터를 중심에 두는 위치로 이동한다. 단계 A304 에서, 도 5 와 관련하여 논의된 방식으로 엔드 이펙터, 엔드 이펙터 상의 비주얼 표시자, 및 척의 스틸 이미지가 찍힌다.
단계 A306 에서, 엔드 이펙터 상의 비쥬얼 표시자 (예를 들어, 전술한 스크라입 마크) 를 포착하고, 척의 외부 둘레에 의해 형성된 원을 결정하기 위한 이미지 프로세싱이 착수된다. 프로세싱 유닛을 보조하기 위해, 프로세싱 유닛이 척 중심 및 엔드 이펙터 중심을 결정하기 위해 데이터를 제공하는 비쥬얼 표시자를 포착하는데 광학 주파수, 광 조건, 개구부, 초점, 및/또는 시야 (field-of-view) 등이 최적이 되도록 카메라 및/또는 렌즈가 구성될 수도 있다.
일 실시형태에서, 단계 A308 은 이미지의 콘트라스팅 픽셀을 따라 복수의 데이터 포인트를 발생시키고 커브 피팅 (curve fitting) 을 수행하여 원하는 원을 재생성하는 것을 수반한다. 이미지 프로세싱 기술 및 커브 피팅 기술이 다른 기술분야의 당업자에게 공지되어 있고, 많은 일반 기성품의 프로세싱 유닛 패키지 (예를 들어, 뉴저지 우드클리프 레이크의 키엔스사로부터 이용가능한 CV-3002 Series Controller CV-H3N 과 이용하기 위한 키엔스 통신 소프트웨어) 를 이용하여 달성될 수 있다.
단계 A310 에서, 엔드 이펙터 비쥬얼 표시자 (예를 들어, 스크라입 라인) 로부터 프로세싱 유닛에 의해 재생성된 원으로부터 엔드 이펙터-정의된 중심이 확인된다. 단계 A312 에서, 척의 중심은 척 비쥬얼 표시자 (예를 들어, 척의 외부 둘레) 로부터 프로세싱 유닛에 의해 생성된 원으로부터 확인된다. 단계 A314 에서, 엔드 이펙터 중심에서 척 중심까지의 차이 벡터가 결정된다. 단계 A316 에서, 이 차이 벡터는 로봇 제어 시스템에 제공되어, 로봇 제어 시스템이 생산 동안 로봇 암을 이동시켜 엔드 이펙터/척 오정렬을 보상할 수 있게 한다.
앞서 말한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 종래 기술인 기계적 고정장치 교정 접근법과 연관된 단점이 실질적으로 없는 방식으로 엔드 이펙터 교정을 달성한다. 교정을 인시츄로 수행함으로써, 생산 중의 조건이 충실하게 재현되어, 더 많은 정확한 교정 프로세스를 초래한다. 이들 조건은, 예를 들어, 유사한 진공 조건 및 유사한 로봇 서보 파라미터를 포함한다. 기계적 고정장치가 채용되지 않으므로, 상이한 플라즈마 프로세싱 모듈에 대한 상이한 기계적 교정 고정장치의 많은 재고를 유지하고 제조하는 것과 연관된 비용이 제거된다. 게다가, 비접촉식, 비물리적 교정 기술의 이용은 교정과 관련된 척 손상 및 교정과 관련된 입자 오염의 가능성을 제거하여, 챔버 및/또는 제작된 디바이스 손상의 위험 없이 생산 실행의 중간에 및/또는 보다 자주 교정을 수행하는 것을 가능하게 한다.
논의 A [끝]
논의 B [시작]
반도체 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 의 프로세싱에 있어서, 플라즈마가 종종 채용된다. 플라즈마 프로세싱에서, 통상적으로 복수의 프로세싱 모듈을 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템을 이용하여 웨이퍼가 프로세싱된다. 이 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 은 플라즈마 프로세싱 중에 프로세싱 모듈 내의 척 상에 배치된다.
프로세싱 모듈의 안과 밖으로 웨이퍼를 이동시키기 위해, 웨이퍼는 통상적으로 엔드 이펙터 (end effector) 상에 놓이고 척으로 전달된다. 이 엔드 이펙터는 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼를 지지하도록 구성된 구조적 컴포넌트이다. 이 엔드 이펙터는 통상적으로 로봇 암 상에 배치된다. 도 7 은 웨이퍼 전달 중에 웨이퍼 (B104) 를 지지하는 대표적인 종래 기술인 엔드 이펙터 (B102) 를 도시한다. 설명을 목적으로, 로봇 암 (B106) 의 부분도 도시된다.
일반적으로 말하면, 웨이퍼 전달 시퀀스 중에, 로봇 암은 먼저 엔드 이펙터를 이동시켜 웨이퍼 저장 카세트 또는 스테이션으로부터 웨이퍼를 픽업한다. 일단 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에 위치하면, 로봇 암은 프로세싱 모듈의 도어를 통해 플라즈마 프로세싱 모듈로 웨이퍼를 이동시킨다. 이후, 로봇 암은 척 위에 웨이퍼 및 엔드 이펙터를 위치시킨 후, 웨이퍼를 플라즈마 프로세싱용 척 상에 놓는다.
웨이퍼가 적절히 프로세싱되는 것을 보장하기 위해 (이에 의해 제어가능하고 반복가능한 프로세스 결과를 보장하기 위해), 웨이퍼는 플라즈마 프로세싱 중에 척의 중심에 있을 필요가 있다. 엔드 이펙터가 척에 대해 완벽하게 중심에 있고 웨이퍼가 엔드 이펙터에 대해 완벽하게 중심에 있으면, 로봇 암이 웨이퍼를 척 상에 놓는 경우에 웨이퍼는 척에 대해 완벽하게 중심에 있을 것이다. 그러나, 많은 이유 (이 중 일부는 후술함) 로, 이 이상적인 시나리오인 경우는 거의 없다.
프로세싱 챔버의 다양한 컴포넌트들 사이의 머시닝 및/또는 제조 오차로 인해, 엔드 이펙터에 의해 정의된 중심 (본 명세서에서는 "엔드 이펙터 중심" 또는 "엔드 이펙터-정의된 중심"으로 지칭) 은 주어진 프로세싱 모듈에서 척의 중심에 대해 약간 오프셋되는 것이 가능하다. 그 결과, 엔드 이펙터에 의해 정의된 중심은, 로봇 제어기가 웨이퍼 배치를 위한 정확한 위치라고 생각하는 로봇 암 위치에서 척의 중심과 정확하게 정렬되지 않을 수도 있다는 것이 가능하다. 이 엔드 이펙터/척 오정렬이 제조 중에 보상되지 않으면, 웨이퍼는 웨이퍼 프로세싱 중에 척 중심에 대해 부정확하게 놓일 수도 있다. 본 발명자에 의해 동일한 날짜에 출원되고 참조로서 여기에 통합되며 공동 출원 계속중인, 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR CALIBRATING END EFFECTOR ALIGNMENT IN A PLASMA PROCESSING SYSTEM" 인 특허 출원 (대리인 도켓 넘버 LMRX-P143/P1747) 에서, 이 엔드 이펙터/척 오정렬을 처리하는 기술이 제안되었다.
그러나, 엔드 이펙터 중심이 척 중심과 정확하게 정렬되더라도 (또는 정확한 정렬의 효과를 달성하도록 이루어질 수 있더라도), 제조 중에 웨이퍼/척 오정렬을 초래할 수도 있는 다른 잠재적인 에러 소스가 존재한다. 즉, 상이한 생산 웨이퍼는 엔드 이펙터 상에 상이하게 위치할 수도 있다. 엔드 이펙터 중심이 웨이퍼의 중심과 정확하지 않게 또는 일관되지 않게 정렬되면, 생산 중에 웨이퍼/척 정렬은 여전히 발생할 수도 있다. 이 경우에, 엔드 이펙터 중심이 척 중심과 정확하게 정렬되면, 프로세싱을 위해 엔드 이펙터가 척 상에 웨이퍼를 두는 경우에 웨이퍼/엔드 이펙터 오정렬은 웨이퍼가 척에 대해 오프셋되게 할 것이다.
오정렬 에러가 챔버 컴포넌트 오차 및 로봇 교정 문제로부터 발생하기 때문에, 주어진 프로세싱 모듈에서 모든 웨이퍼에 대해 일관된 에러가 되는 경향이 있는 엔드 이펙터/척 오정렬 문제와 달리, 웨이퍼/엔드 이펙터 오정렬은 각 생산 웨이퍼마다 달라질 수도 있다. 다시 말해, 각 생산 웨이퍼는 엔드 이펙터 상에 상이하게 위치되어, 오정렬의 차이를 초래할 수도 있다. 따라서, 이러한 엔드 이펙터/웨이퍼 오정렬을 처리하는 해결책은 동적 접근법, 즉 생산 중에 엔드 이펙터에 대해서 각 개별적인 생산 웨이퍼의 에러에 대해 조절할 수 있는 동적 접근법을 요구한다.
종래 기술에서, 엔드 이펙터/웨이퍼 오정렬은 동적 정렬 빔 접근법을 이용하여 처리된다. 동적 정렬 (DA) 빔 검출 시스템은 통상적으로 플라즈마 프로세싱 모듈 도어의 입구에 위치한 2 개의 빔 (즉, 레이저 빔) 을 채용한다. 웨이퍼가 DA 빔 (이 빔은 웨이퍼 이동면에 직교함) 을 통해 이동함에 따라, 웨이퍼가 빔을 지날 때 DA 빔은 깨지고, 이후 웨이퍼가 더 이상 존재하지 않는 포인트에서 재개된다. 이 빔 신호의 깨진 후 발생 (break-then-make) 패턴은 생산 DA 빔 패턴을 발생시킨다.
동적 정렬 빔 접근법에서, 참조 DA 빔 패턴, 즉, 엔드 이펙터 상에서 정확히 중심에 있는 웨이퍼가 DA 빔을 통해 이동하는 경우에 발생되는 DA 빔 패턴을 획득하는 것이 필요하다. 생산 DA 빔 패턴 (즉, 생산 웨이퍼에 대해 획득된 빔 패턴) 과 참조 DA 빔 패턴을 비교함으로써, 에러 벡터가 획득될 수도 있다. 로봇 제어기는 생산 중에 엔드 이펙터/웨이퍼 오정렬을 보정하기 위한 필요량만큼 로봇 암을 이동시킬 수 있다. 동적 정렬 빔에 관한 추가 정보가, 예를 들어, 공개된 미국 특허번호 6,502,054 및 6,629,053 (참조로서 본 명세서에 통합됨) 에서 발견될 수도 있다.
참조 DA 빔 패턴을 획득하는 프로세스는 본 명세서에서 DA 빔 교정으로 지칭된다. DA 빔을 교정하기 위해, 엔드 이펙터 상에 정확히 중심을 둔 웨이퍼를 포함하는 DA 빔 교정 어셈블리를 획득 또는 포착하고, DA 빔을 통해 그 DA 빔 교정 어셈블리를 이동시키는 것이 필요하여서, 참조 DA 빔 패턴이 포착될 수 있다.
종래 기술에서, DA 빔 교정 어셈블리는, 웨이퍼를 시뮬레이션하는 제작된 디스크를 이용하여 획득된다. 이 디스크는 (도 7 의 엔드 이펙터 (B102) 의 노치 (B110) 와 같이) 엔드 이펙터의 노치에 맞는 하향 돌출된 플랜지를 가진다. 일단 디스크가 엔드 이펙터의 노치에 맞으면, 이 조합은 엔드 이펙터에 대해 정확히 중심에 있는 웨이퍼를 시뮬레이션한다. 이후, 이 시뮬레이션된 웨이퍼/엔드 이펙터의 조합은 참조 DA 빔 패턴을 획득하기 위해 DA 빔을 통해 척 쪽으로 직선 궤적 경로에서 프로세싱 모듈로 로봇 암에 의해 이동한다.
그러나, 참조 DA 빔 패턴을 획득할 목적으로 교정 어셈블리를 생성하기 위해 웨이퍼-시뮬레이션 디스크를 이용하는 종래 기술에는 단점이 있다. 무엇보다도, 엔드 이펙터 상에서 (웨이퍼-시뮬레이션 디스크와 같은) 물리기계적 고정장치를 부착하는 것은 잠재적으로 엔드 이펙터를 손상시킬 수도 있다.
추가적으로, 프로세싱 모듈에서 몇몇 플라즈마 사이클이 실행된 후에 그 필드에서 이 교정이 행해지면, 엔드 이펙터 상의 물리적 교정 고정장치의 부착은 엔드 이펙터 상에 또는 엔드 이펙터 가까이의 축적된 입자가 프로세싱 모듈로 플레이크로 떨어지게 할 수도 있다. 후속 프로세싱 사이클 동안에, 이러한 입자는 바람직하지 않은 입자 오염을 구성한다.
추가적으로, 대기압에서 교정이 수행되기 때문에, 종래 기술인 교정 기술은 생산 중에 존재하는 조건을 효과적으로 복제하지 않을 수도 있다. 이는 생산 중에 프로세싱 모듈의 컴포넌트가 진공 하에 놓여서 진공 환경과 주위 대기 사이의 압력차로 인해 하나 이상의 컴포넌트가 시프트될 수도 있기 때문이다. 교정 조건이 충실하게 생산 조건을 복제하지 않으므로, 정확한 교정이 가능하지 않을 수도 있다. 교정 프로세스가 부정확하면, 생산 동안의 부정확한 웨이퍼 배치가 발생하여, 수율이 감소하고 제조된 제품에 대한 폐기율 및/또는 실패율이 증가할 수도 있다.
본 발명의 실시형태는 DA (동적 정렬) 빔을 교정할 목적으로 DA 빔 교정 어셈블리를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 일 실시형태에서, DA 빔 교정 어셈블리의 (엔드 이펙터에 대한 교정 웨이퍼의) 웨이퍼-센터링 요건은 로봇 암 이동을 이용하여 시뮬레이션되어, 엔드 이펙터 상에 부정확하게 중심을 둔 교정 웨이퍼를 보상한다. 부정확한 엔드 이펙터/웨이퍼 정렬을 보상하기 위해 로봇 암에 의해 요구되는 보정량을 결정하는데 광학 웨이퍼-센터링 방법이 채용된다. 로봇 암 이동을 이용하여 부정확한 엔드 이펙터/웨이퍼 정렬을 보상함으로써, 시뮬레이션을 통해 엔드 이펙터 상에 정확하게 중심을 둔 웨이퍼의 효과가 달성된다.
일단 로봇 암이 필요량만큼 이동하여 (전술한 광학 웨이퍼-센터링 방법을 통해 획득된 보상 데이터를 이용하여) 부정확한 엔드 이펙터/웨이퍼 정렬을 보상하면, 결과적인 DA 빔 교정 어셈블리는 DA 빔을 통해 이동하여, 원하는 참조 DA 빔 패턴을 획득할 수도 있다. 유리하게는, 본 발명의 실시형태는 종래 기술인 DA 빔 교정 접근법과 연관된 단점을 경험하지 않거나 기계적 고정장치 (예를 들어, 웨이퍼-시뮬레이션 디스크) 의 필요 없이 DA 빔 교정을 달성한다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에서, 엔드 이펙터-정의된 중심에 대해 교정 웨이퍼 (즉, DA 빔 교정에 채용되는 웨이퍼) 의 위치를 결정하는데 광학 웨이퍼-센터링 기술이 채용된다. 교정 웨이퍼는 생산에 이용되는 웨이퍼와 실질적으로 유사한 임의의 웨이퍼 또는 웨이퍼 블랭크를 나타낼 수도 있다는 것을 주의한다. 이 광학 웨이퍼-센터링 프로세스는, 로봇 제어기가 교정 웨이퍼 중심과 엔드 이펙터 중심 사이의 임의의 오프셋을 조절하는데 필요량만큼 로봇 암을 이동시킬 수 있게 하는 데이터를 생산한다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에서, 교정 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에 배치되는 경우에 엔드 이펙터의 적어도 일부 및 교정 웨이퍼의 적어도 일부의 적어도 스틸 이미지가 찍힌다. 찍힌 스틸 이미지로부터, 프로세싱 유닛이 엔드 이펙터-정의된 중심을 결정할 수 있게 하는 하나 이상의 비쥬얼 표시자가 엔드 이펙터에 제공된다. 본 발명의 하나 이상의 실시형태에서, 스크라입 라인 (또는 원의 호를 형성하는 임의의 참조 마크) 이 엔드 이펙터에 제공된다. 이 스크라입 라인은, 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에 배치되더라도 스크라입 라인의 스틸 이미지가 찍힐 수도 있도록 엔드 이펙터 상에 위치한다. 엔드 이펙터 상의 스크라입 라인은 일 실시형태에서 원의 호 (이의 중심은 엔드 이펙터-정의된 중심과 일치함) 가 되도록 구성된다. 호 및 원 (그 원의 일부가 스크라입 라인임) 의 중심을 확인함으로써, 엔드 이펙터-정의된 중심이 결정될 수도 있다.
웨이퍼는 유사하게 (웨이퍼 둘레의 일반적인 원형 아웃라인과 같은) 하나 이상의 비쥬얼 표시자를 가져 프로세싱 유닛이 웨이퍼의 중심을 결정할 수 있게 한다. 엔드 이펙터의 경우에서와 같이, 다른 방법으로 또는 추가적으로, 교정 웨이퍼에 하나 이상의 비쥬얼 표시자가 제공되어, 프로세싱 유닛이 웨이퍼의 중심을 보다 효율적으로 확인하게 할 수도 있다. 그러나, 바람직한 실시형태에서, 웨이퍼의 외부 둘레는 이러한 원하는 비쥬얼 표시자를 구성한다. 일단 웨이퍼 중심 및 엔드 이펙터 중심이 프로세싱 유닛에 의해 결정되면, 이들 2 개의 중심 사이의 오프셋 (즉, "델타") 이 계산된다.
일반적으로 말하면, 웨이퍼/엔드 이펙터 오정렬을 보정하는 적어도 2 개의 기술이 있다. 첫번째 기술은 물리적 보정이다. 물리적 보정은 엔드 이펙터 및 웨이퍼를 홀딩 스테이션으로 이동시킴으로써 달성된다. 이후, 웨이퍼는 홀딩 스테이션 상에 놓인 후, 로봇 암은 거리 "델타"만큼 엔드 이펙터를 이동시켜 광학 웨이퍼-센터링 방법에 의해 발견된 오프셋을 보정한다. 이후, 엔드 이펙터는 광학 분석을 위해 다시 웨이퍼를 픽업한다. 사실상, 엔드 이펙터 상에 웨이퍼를 물리적으로 재위치시키는 것이 수행된다. 이 프로세스는 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에 만족스럽게 중심에 있는 것이 발견될 때까지 반복적으로 수행될 수도 있다.
웨이퍼/엔드 이펙터 오정렬을 보정하는 두번째 기술은, 엔드 이펙터 및 웨이퍼 어셈블리를 효과적으로 이동시키는 로봇 암을 광학 웨이퍼-센터링 프로세스에 의해 결정된 데이터에 기초하여 에러 보정 벡터만큼 이동시키는 것이다. 이 이동은, 교정 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에 정확하게 중심을 두면 교정 웨이퍼가 점유하는 웨이퍼 위치를 DA 빔에 따라 시뮬레이션한다. 이러한 보정 후에, 엔드 이펙터/웨이퍼 어셈블리는 DA 빔을 통해 (바람직하게는 직선으로) 이동하여, 원하는 참조 DA 빔을 획득할 수도 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 다음의 논의 및 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수도 있다.
도 8 은 본 발명의 실시형태에 따른, DA 빔 교정 목적으로 정확히 중심에 있는 웨이퍼/엔드 이펙터 어셈블리의 생성 또는 시뮬레이션을 가능하게 하는 광학 웨이퍼-센터링 시스템의 적어도 일부의 상면도를 도시한 플라즈마 프로세싱 시스템 (B220) 의 개략적 표현을 도시한다. 도 8 에서 보는 바와 같이, 광학 웨이퍼-센터링 시스템은 스크라입 마크 (B204) 를 갖는 엔드 이펙터 (B202) 를 포함한다. 스크라입 마크 (B204) 는 도 8 의 실시예에서 원의 일부를 나타내는 호이며, 그 중심은 엔드 이펙터-정의된 중심과 일치한다.
도 8 은 참조 DA 빔 패턴을 생성하는데 채용되는 교정 웨이퍼를 나타낸 웨이퍼 (B206) 를 도시한다. 광학 웨이퍼-센터링 시스템은, DA 빔 교정 목적으로 엔드 이펙터 상에서 웨이퍼의 실제 센터링을 수행하거나 엔드 이펙터 상에 정확하게 중심에 있는 웨이퍼를 시뮬레이션하기 위해 웨이퍼의 중심 및 엔드 이펙터-정의된 중심을 광학 방법을 이용하여 결정하도록 구성된다.
광학 웨이퍼 센터링 중에, 이미지 포착 디바이스 (B250)(예를 들어, 엔드 이펙터 (B202) 및 웨이퍼 (B206) 위에 배치된 카메라) 는 스크라입 마크 (B204) 를 포함하여, 웨이퍼 (B206) 의 엔드 이펙터 (B202) 의 적어도 스틸 이미지를 찍을 수도 있다. 카메라 및/또는 렌즈 장치로부터 머리 위에서 스틸 이미지가 찍히면, 엔드 이펙터 (B202) 의 일부는 웨이퍼 (B206) 아래에 은닉될 수도 있다는 것을 주의한다. 이와 상관없이, 스틸 이미지에서 스크라입 마크 (B204) 의 일부 또는 전부가 캡처되는 것이 중요하다.
(예를 들어, 로직 모듈 (B208) 에 포함된) 프로세싱 유닛 (B224) 은 웨이퍼 (B206) 의 원 둘레에 의해 형성된 원을 복원가능할 수도 있을 뿐만 아니라 (웨이퍼 (B206) 의 중심 (B210) 을 나타내는) 원의 중심을 결정가능할 수도 있다. 마찬가지로, (예를 들어, 로직 모듈 (B208) 에 포함된) 프로세싱 유닛 (B224) 은 원 (그 원의 일부가 스크라입 라인 (B204) 임) 을 복원가능할 수도 있을 뿐만 아니라 그 원의 중심을 결정가능할 수도 있다. 이 원은 점선 원 (B212) 에 의해 도 8 에 나타낸다.
도 8 은 또한 전술한 프로세싱 유닛에 의해 결정된 것과 같은 엔드 이펙터-정의된 중심 (B202) 을 나타내는 엔드 이펙터 중심 (B214) 을 도시한다. 이후, 델타 (B216)(즉, 웨이퍼 중심 (B210) 에서 엔드 이펙터 중심 (B214) 까지의 계산된 차이) 가 발생한다. 이 델타 (B216) 는 (엔드 이펙터에 대해 부정확하게 중심에 있는) 현재 위치에서 정확하게 중심에 있는 교정 웨이퍼가 점유한 위치까지 교정 웨이퍼를 이동시키기 위해 로봇 암에 의해 채용된 보정 팩터를 나타낸다.
다시 말해, 일단 로봇 암에 의해 이 보정이 이루어지면, 엔드 이펙터 상에 배치된 웨이퍼는 엔드 이펙터 상에 정확히 중심을 둔 웨이퍼가 보이는 것과 동일한 방식으로 DA 빔에 대해 보일 것이다. DA 빔의 깨진 후 발생 패턴을 기록함으로써, 참조 DA 빔 패턴이 획득될 수도 있다. 논의된 바와 같이, 이 참조 DA 빔 패턴은 생산 DA 빔 패턴 (즉, 생산 웨이퍼로 이루어지는 DA 빔 패턴) 과 비교하여 생산 중에 그 생산 웨이퍼에 필요한 로봇 암 보정량을 결정하는데 생산 중에 이용될 수도 있다.
다른 방법으로는, 앞에서 논의한 바와 같이, 로봇 암은 홀딩 스테이션 또는 홀딩 지그로 교정 웨이퍼를 이동시킬 수도 있다. 일단 교정 웨이퍼가 홀딩 스테이션 또는 홀딩 지그 상에 배치되면, 로봇 암은 (광학 웨이퍼-센터링 프로세스 동안에 획득된) 위치 보정 벡터만큼 엔드 이펙터를 이동시켜, 교정 웨이퍼에 대해 엔드 이펙터를 재위치시킬 수도 있다. 이미징, 오프셋을 분석, 및 엔드 이펙터 상에서 웨이퍼를 재위치시키는 프로세스는 웨이퍼가 엔드 이펙터 상에서 만족스럽게 중심에 있게 될 때까지 반복적으로 수행될 수도 있다. 결과적인 교정 고정장치 (즉, 엔드 이펙터 상에 정확하게 중심에 있는 웨이퍼) 는 이후 앞에서 논의된 방식으로 참조 DA 빔 패턴을 획득하는데 채용된다.
일 실시형태에서, 광학 웨이퍼-센터링 시스템은 인시츄로 (예를 들어, 웨이퍼 및 엔드 이펙터가 프로세싱 모듈 내부에 배치되는 동안에 스틸 이미지를 획득할 수 있는 카메라 및/또는 렌즈 장치를 이용하여) 수행될 수도 있다. 동일하거나 다른 실시형태에서, 프로세싱 모듈은 생산 조건과 실질적으로 근접한 조건 하에 놓인다. 절대적으로 필요한 것은 아니지만, 인시츄 광학 웨이퍼 센터링 및/또는 인시츄 DA 빔 교정은 유리하게는 센터링 및/또는 교정이 생산 조건과 실질적으로 유사한 조건에서 수행되게 함으로써, 이에 의해 센터링-관련 에러 및/또는 교정-관련 에러를 감소시킨다.
일단 스틸 이미지가 인시츄로 찍히면, 교정 웨이퍼 및 엔드 이펙터를 포함하는 어셈블리는 프로세싱 모듈로부터 제거된다. 이후, 엔드 이펙터/웨이퍼 오정렬을 고려하여 임의의 원하는 보정이 이루어질 수도 있다. 보정이 이루어진 후에, 교정 웨이퍼 및 엔드 이펙터를 포함하는 어셈블리는 DA 빔을 통해 다시 프로세싱 모듈로 도입되어, 원하는 참조 DA 빔 패턴을 생산한다.
다른 실시형태에서, 광학 웨이퍼-센터링 기술은 프로세싱 모듈의 외부에서 수행될 수도 있다. 일단 스틸 이미지가 찍히고 분석되며 임의의 필요한 보정이 이루어지면, 교정 웨이퍼 및 엔드 이펙터를 포함하는 교정 어셈블리는 DA 빔을 통해 다시 프로세싱 모듈로 도입되어, 원하는 DA 빔 패턴을 생산한다.
도 9 는 본 발명의 실시형태에 따라, DA 빔 교정을 용이하게 하기 위해 광학 웨이퍼-센터링 기술을 이용하여 엔드 이펙터-정의된 중심에 대해 중심에 있는 웨이퍼를 생성 또는 시뮬레이션하는 단계의 설명적인 흐름도를 도시한다. 이 방법은, 예를 들어, 도 8 의 실시예를 참조하여 논의된 컴포넌트 중 하나 이상을 이용하여 수행될 수도 있다. 단계 B302 에서, 웨이퍼의 하나 이상의 비쥬얼 표시자 및 엔드 이펙터 상의 하나 이상의 비쥬얼 표시자를 포함하는 스틸 이미지가 찍힐 수 있도록 엔드 이펙터 상에 웨이퍼가 놓인다.
단계 B304 에서, 도 8 과 관련하여 논의된 방식으로 엔드 이펙터, 엔드 이펙터 상의 하나 이상의 비쥬얼 표시자, 및 웨이퍼의 스틸 이미지가 찍힌다.
단계 B306 에서, 엔드 이펙터 상의 하나 이상의 비쥬얼 표시자 (예를 들어, 전술한 스크라입 라인) 를 결정하고, 웨이퍼의 외부 둘레에 의해 형성된 원을 결정하기 위한 이미지 프로세싱이 착수된다. 일 실시형태에서, 콘트라스트에 대해 스틸 이미지가 분석된다. 프로세싱 유닛을 보조하기 위해, 콘트라스트를 결정하여, 프로세싱 유닛이 웨이퍼 중심 및 엔드 이펙터 중심을 결정하기 위해 데이터를 제공하는 비쥬얼 표시자를 포착하는데 광학 주파수, 광 조건, 개구부, 초점, 및/또는 시야 (field-of-view) 등이 최적이 되도록 카메라 및/또는 렌즈가 구성될 수도 있다. 당업자는 이미지의 콘트라스트를 개선하고/하거나 이미지 프로세싱을 보다 정확하게 하도록 이들 파라미터 및 조건뿐만 아니라, 다른 이미지-관련 파라미터의 제어가 착수될 수도 있다는 것을 앞서 말한 바로부터 손쉽게 알 것이다.
일 실시형태에서, 단계 B308 은 스틸 이미지의 콘트라스팅 픽셀을 따라 복수의 데이터 포인트를 발생시키고 커브 피팅 (curve fitting) 을 수행하여 원하는 원을 재생성하는 것을 수반한다. 이러한 이미지 프로세싱 기술 및 커브 피팅 기술이 다른 기술분야의 당업자에게 공지되어 있고, 많은 일반 기성품의 프로세싱 유닛 패키지 (예를 들어, 뉴저지 우드클리프 레이크의 키엔스사로부터 이용가능한 CV-3002 Series Controller CV-H3N 과 이용하기 위한 키엔스 통신 소프트웨어) 를 이용하여 달성될 수 있다.
단계 B310 에서, 엔드 이펙터 비쥬얼 표시자 (예를 들어, 스크라입 라인) 로부터 프로세싱 유닛에 의해 재생성된 원으로부터 엔드 이펙터-정의된 중심이 확인된다.
단계 B312 에서, 웨이퍼 비쥬얼 표시자 (예를 들어, 웨이퍼의 외부 둘레) 로부터 프로세싱 유닛에 의해 재생성된 원으로부터 웨이퍼의 중심이 확인된다.
단계 B314 에서, 이후, 2 개의 중심 사이의 차이 (즉, 웨이퍼 중심으로부터 엔드 이펙터 중심까지의 계산된 차이) 가 발생한다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 그 중심 (및 그 웨이퍼 중심들 사이의 차이) 을 확인하기 위해 2 개의 웨이퍼 (예를 들어, 생산 웨이퍼 및 교정 웨이퍼) 를 나타내는 2 개의 원을 복원하는데 DA 빔 패턴이 채용된다. 이후, 로봇 암을 이동시켜, 엔드 이펙터에 대해 부정확하게 중심에 있는 웨이퍼가 엔드 이펙터에 대해 그 웨이퍼가 정확하게 중심에 있는 것처럼 DA 빔에 보이는데 필요한 위치 보정 벡터를 결정하기 위해 알고리즘이 채용된다.
단계 B316 에서, 이 에러 벡터가 로봇 제어기에 제공되어, 로봇 제어기가 보상을 수행하게 한다. 일단 엔드 이펙터/웨이퍼 오정렬이 보상되면, 교정 웨이퍼 및 엔드 이펙터를 포함하는 교정 고정장치는 DA 빔을 따라, 바람직하게는, 직선 방식으로 이동하여, 전술한 참조 DA 빔 패턴을 획득한다.
앞서 말한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 종래 기술인 기계적 고정장치 접근법과 연관된 단점이 없는 방식으로 참조 DA 빔 패턴의 획득을 용이하게 한다. 게다가, 정확히 중심에 있는 웨이퍼를 시뮬레이션하기 위해 특별하게 구성된 디스크를 이용할 필요의 제거는 플라즈마 프로세싱 모듈로의 익숙하지 못한 하드웨어의 도입을 제거함으로써, 이에 의해 교정-관련된 엔드 이펙터 손상 및 교정-관련된 입자 오염의 가능성을 감소시킨다.
본 발명은 수개의 바람직한 실시형태의 관점에서 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는 변경, 치환, 및 균등물이 있다. 본 명세서에서 다양한 실시예가 제공되었지만, 이들 실시예는 본 발명에 관해 제한적이 아니라 설명적인 것으로 의도된다. 예를 들어, 본 명세서의 실시예의 비쥬얼 표시자는 호이지만, 프로세싱 유닛이 엔드 이펙터 중심 및/또는 웨이퍼 중심을 생산할 수 있게 하는 임의의 다른 비쥬얼 마킹이 채용될 수도 있다.
논의 B [끝]
본 명세서에서 다양한 실시예가 제공되었지만, 이들 실시예는 본 발명에 관해 제한적이 아니라 설명적인 것으로 의도된다. 또한, 편의를 위해 명칭 및 개요가 제공되었지만, 본 청구항의 범위를 해석하는데 이용되어서는 안 된다. 게다가, 요약은 매우 축약적인 형태로 기재되고 편의를 위해 본 명세서에 제공되었으므로, 청구범위에서 표현되는 전체 발명을 해석 또는 제한하는데 채용되어서는 안 된다. 본 명세서에서 용어 "세트"가 채용되면, 이러한 용어는 0, 1, 또는 1 보다 많은 부재를 커버하는 보통 이해되는 수학적인 의미를 갖는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 장치 및 방법을 구현하는 많은 다른 방식이 있다는 것을 주의하여야 한다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항은 본 발명의 범위 및 진정한 사상 내에 있는 이러한 모든 변경, 치환, 및 균등물로서 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 프로세싱 시스템에서 척에 대한 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법으로서,
    상기 엔드 이펙터로부터 상기 척으로 제 1 광 빔을 제공하는 단계;
    상기 제 1 광 빔이 상기 척의 표면을 횡단하도록 미리 결정된 교정 경로를 따라 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 단계;
    반사광 신호 세트를 수신하는 단계로서, 상기 반사광 신호 세트는 상기 이동 중에 상기 표면이 상기 제 1 광 빔을 반사하는 경우에 적어도 발생되는, 상기 수신 단계;
    상기 반사광 신호 세트를 분석하여, 3 개 이상의 불연속을 식별하는 단계로서, 상기 3 개 이상의 불연속은 상기 제 1 광 빔이 상기 척의 에지에 충돌하는 경우에 발생되는 3 개 이상의 반사광 신호와 관련되는, 상기 식별 단계;
    상기 3 개 이상의 불연속에 기초하여 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트를 결정하는 단계로서, 상기 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트는 상기 척의 상기 에지 상의 3 개 이상의 포인트를 나타내는, 상기 결정 단계; 및
    상기 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트에 기초하여 상기 척의 중심을 결정하는 단계를 포함하는, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 빔을 발생시키기 위해 상기 엔드 이펙터의 엔드 이펙터-정의된 중심에 광 소스를 장착하는 단계를 더 포함하는, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 빔을 발생시키기 위해 상기 엔드 이펙터의 엔드 이펙터-정의된 중심으로부터의 알려진 오프셋 거리에 광 소스를 장착하는 단계를 더 포함하는, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 3 개 이상의 불연속은 4 개 이상의 불연속인, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 척의 상기 중심을 로봇 제어기에 제공하여, 상기 로봇 제어기가 상기 척의 상기 중심에 대해 상기 엔드 이펙터를 교정할 수 있게 하는 단계를 더 포함하는, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 2 광 빔이 상기 척의 상면 위의 미리 결정된 높이에서 상기 척의 상기 상면에 평행하게 송신되도록 상기 제 2 광 빔을 제공하는 단계;
    미리 결정된 제 2 교정 경로를 따라 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 단계;
    센서가 상기 제 2 광 빔에 충돌하는 경우에 상기 제 2 광 빔을 검출하는 단계로서, 상기 센서는 상기 엔드 이펙터에 장착되는, 상기 검출 단계; 및
    하나 이상의 좌표 데이터 포인트를 기록하는 단계로서, 상기 하나 이상의 좌표 데이터 포인트는 상기 제 2 광 빔의 하나 이상의 검출점을 나타내는, 상기 기록 단계를 더 포함하는, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
  7. 플라즈마 프로세싱 시스템에서 척에 대한 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 엔드 이펙터 교정 시스템으로서,
    상기 엔드 이펙터로부터 상기 척으로 제 1 광 빔을 제공하도록 구성된 광 소스;
    상기 제 1 광 빔이 상기 척의 표면을 횡단하도록 미리 결정된 제 1 교정 경로를 따라 상기 엔드 이펙터를 이동시키도록 구성된 로봇 암;
    반사광 신호 세트를 수신하도록 구성된 센서로서, 상기 반사광 신호 세트는 상기 이동 중에 상기 표면이 상기 제 1 광 빔을 반사하는 경우에 적어도 발생되는, 상기 센서; 및
    프로세싱 유닛을 포함하며,
    상기 프로세싱 유닛은,
    상기 반사광 신호 세트를 분석하여, 3 개 이상의 불연속을 식별하는 것으로서, 상기 3 개 이상의 불연속은 상기 제 1 광 빔이 상기 척의 에지에 충돌하는 경우에 발생되는 3 개 이상의 반사광 신호와 관련되는, 상기 식별하는 것;
    상기 3 개 이상의 불연속에 기초하여 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트를 결정하는 것으로서, 상기 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트는 상기 척의 상기 에지 상의 3 개 이상의 포인트를 나타내는, 상기 결정하는 것; 및
    상기 3 개 이상의 좌표 데이터 포인트에 기초하여 상기 척의 중심을 결정하는 것 중 적어도 하나를 위해 구성되는, 엔드 이펙터 교정 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광 소스는 상기 제 1 광 빔을 발생시키기 위해 상기 엔드 이펙터의 엔드 이펙터-정의된 중심에 장착되도록 구성되는, 엔드 이펙터 교정 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 광 소스는 상기 제 1 광 빔을 발생시키기 위해 상기 엔드 이펙터의 엔드 이펙터-정의된 중심으로부터의 알려진 오프셋 거리에 장착되도록 구성되는, 엔드 이펙터 교정 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서의 적어도 일부는 플라즈마 프로세싱 챔버 내부에서 구현되는, 엔드 이펙터 교정 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 3 개 이상의 불연속은 4 개 이상의 불연속인, 엔드 이펙터 교정 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    제 2 광 빔을 제공하는 제 2 광 소스로서, 상기 제 2 광 빔은 상기 척의 상면 위의 미리 결정된 높이에서 상기 척의 상기 상면에 평행하게 송신되도록 구성되는, 상기 제 2 광 소스를 더 포함하며,
    상기 로봇 암은 미리 결정된 제 2 교정 경로를 따라 상기 엔드 이펙터를 이동시키도록 또한 구성되고,
    상기 센서와 제 2 센서 중 적어도 하나는 상기 센서가 상기 제 2 광 빔에 충돌하는 경우에 상기 제 2 광 빔을 검출하도록 구성되고, 상기 제 2 센서는 상기 엔드 이펙터에 장착되며,
    상기 프로세싱 유닛은 하나 이상의 좌표 데이터 포인트를 기록하도록 또한 구성되며, 상기 하나 이상의 좌표 데이터 포인트는 상기 제 2 광 빔의 하나 이상의 검출점을 나타내는, 엔드 이펙터 교정 시스템.
  13. 삭제
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 광 빔을 발생시키기 위해 상기 척의 상기 상면 위의 미리 결정된 높이에 프로세싱 모듈의 내벽에 광 소스를 장착하는 단계를 더 포함하는, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 광 빔을 발생시키기 위해 프로세싱 모듈 내부에 광 소스의 적어도 일부를 장착하는 단계를 더 포함하는, 엔드 이펙터의 정렬을 교정하는 방법.
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