KR101609695B1 - 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치 및 방법 - Google Patents

영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명한 웨이퍼의 정렬에 적당한 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치 및 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 광을 발생시키는 광발생부(100); 웨이퍼(10)의 로딩, 정렬 및 이송을 위한 웨이퍼 위치 구동부(200); 상기 광발생부(100)의 마주보는 위치에서 상기 웨이퍼(10)를 사이에 두고 형성되어 상기 광발생부(100)의 광을 수광하는 광원센서(300); 상기 광원센서(300)에서 수신된 이미지를 분석하는 이미지 분석부(400); 상기 이미지 분석부(400)에서 분석된 이미지 데이터를 2차 다항식으로 함수근사(LMS)하여 포물선의 꼭지점을 검색하고, 원의 방정식으로 함수근사(LMS)하여 상기 웨이퍼의 중심위치를 구하는 제어부(500); 및 상기 이송되어 로딩된 웨이퍼(10)의 중심위치를 상기 제어부(500)의 제어에 따라 상기 웨이퍼 위치 구동부(200)를 조절하여 상기 웨이퍼(10)를 정렬하는 웨이퍼 위치 조절부(700);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치를 제공한다.

Description

영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치 및 방법{Method and apparatus for prealigner transparent wafer using image pickup device}
본 발명은 웨이퍼 정렬에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명한 웨이퍼의 정렬에 적당한 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치 등에 있어서, 웨이퍼 정렬 장치는 주로 웨이퍼 핸들링(handling) 로봇(robot)과 조합하여 사용되고, 로봇으로부터 이송되어 탑재된 웨이퍼를 파지(grip)하고, 웨이퍼를 회전시킴으로써, 그 외주에 미리 가하여져 있는 노치나 오리엔테이션 플랫(orientation flat) 등의 노치 부분을 검지하고, 이것을 기초로 소정의 각도 방향으로 정렬(alignment)시키거나 웨이퍼 자체의 중심 위치를 결정(센터링(centering))하는 장치이다.
일반적으로 반도체 웨이퍼는 여러 개의 웨이퍼를 한꺼번에 가공하여 작업을 수행하고 있으며, 이러한 반도체 웨이퍼는 일정한 방향을 갖고 있으며, 이러한 방향에 맞추어 이동 및 공급되어야 정상적인 반도체 웨이퍼를 완성할 수 있다.
따라서, 반도체 웨이퍼 제조 공정에서 반도체 웨이퍼를 정렬하는 작업이 필수적이다.
이런 반도체 웨이퍼의 정렬을 위해 원형의 반도체 웨이퍼의 일측에는 플랫존이라는 평탄한 면을 형성하거나, 일부에 V자 또는 U자 모양의 쐐기형 노치를 형성하여 이 플랫존이나 노치를 감지하여 반도체 웨이퍼의 정렬 작업을 수행한다.
이러한 반도체 웨이퍼 정렬을 위한 얼라인 장치는 반도체 웨이퍼에 형성된 노치나 플랫존을 감지하는 감지센서와, 반도체웨이퍼를 회전시키는 진공 척 등의 회전장치를 구비하고 있어, 상기 회전장치에 의해 회전하는 반도체 웨이퍼의 노치나 플랫존을 상기 감지센서에서 감지하여 반도체 웨이퍼의 노치나 플랫존이 소정의 방향을 향한 상태에서 상기 얼라이너의 구동을 정지시킴에 의해 반도체 웨이퍼의 방향을 정렬시키고 있다.
이러한 얼라이너의 종래기술로는 "등록특허 10-1293273호"와 같은 웨이퍼 프리얼라이너가 있는데 이러한 종래 기술은 불투명 웨이퍼(Si)에 적합할 뿐인 것으로, 반투명 웨이퍼(사파이어)나 투명(Glass) 웨이퍼에는 적합하지 않다는 문제가 있었다 .
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 일반적인 실리콘 웨이퍼뿐 아니라 반투명 웨이퍼는 물론 투명한 웨이퍼의 정렬에도 적합한 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치는 광을 발생시키는 광발생부(100); 웨이퍼(10)의 로딩, 정렬 및 이송을 위한 웨이퍼 위치 구동부(200); 상기 광발생부(100)의 마주보는 위치에서 상기 웨이퍼(10)를 사이에 두고 형성되어 상기 광발생부(100)의 광을 수광하는 광원센서(300); 상기 광원센서(300)에서 수신된 이미지를 분석하는 이미지 분석부(400); 상기 이미지 분석부(400)에서 분석된 이미지 데이터를 2차 다항식으로 함수근사(LMS)하여 포물선의 꼭지점을 검색하고, 원의 방정식으로 함수근사(LMS)하여 상기 웨이퍼의 중심위치를 구하는 제어부(500); 및 상기 이송되어 로딩된 웨이퍼(10)의 중심위치를 상기 제어부(500)의 제어에 따라 상기 웨이퍼 위치 구동부(200)를 조절하여 상기 웨이퍼(10)를 정렬하는 웨이퍼 위치 조절부(700);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서 웨이퍼(10)는 투명(Transparent) 웨이퍼, 반투명(half-tone) 웨이퍼 및 불투명 웨이퍼 중 하나인 것이 바람직하다.
그리고 광발생부(100)는 파워 발광다이오드인 것이 바람직하다.
또한 웨이퍼 위치 구동부(200)는 이송 및 센터링을 위한 피딩 축(Feeding Axis), 웨이퍼의 엣지 이미지 검출을 위하여 웨이퍼를 회전하는 로테이팅 축(Rotating Axis) 및 웨이퍼와 광원센서의 간격 조절을 위한 업/다운 축(Up/Down Axis)(또는 센터링 축)으로 구성되는 RXZ 타입(X(Feeding)-Z(Up/Down)-Roating)으로 구성됨이 바람직하다.
한편 광원센서(300)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(CMOS Image Sensor) 중 하나를 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 광원센서(300)와 상기 웨이퍼(10)는 0.5 내지 1mm 이내에 위치하는 것이 바람직하다.
한편 상기 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치는,
상기광원센서(300)의 휘도를 조절하기 위한 포텐시오미터(Potentionmeter)를 이용하는 휘도 조절부(600)가 더 구성됨이 바람직하다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 방법은 웨이퍼(10)를 정렬 장치에 이송하는 단계(S100); 상기 광 발생부(100)에서는 광원을 발생시키는 단계(S110); 상기 광이 상기 웨이퍼(10)의 통과하면 상기 광원센서(300)에서는 광을 수신하는 단계(S120); 상기 광원센서(300)에서 센싱된 광은 이미지 분석부(400)에서 분석되고(S130), 분석된 이미지 데이터는 제어부(500)로 전송되는 단계; 상기 제어부(500)는 분석된 이미지 데이터를 이용하여 2차 다항식으로 함수근사(LMS)하여 포물선의 꼭지점을 검색하고, 원의 방정식으로 함수근사(LMS)하여 원의 중심위치를 검색하는 단계(S140); 및상기 검색결과에 따라 제어부(500)는 웨이퍼 위치 조절부(700)를 통해 상기 웨이퍼(10)의 위치를 정렬하는 단계(S150);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 광이 상기 웨이퍼(10)의 통과하면 상기 광원센서(300)에서는 광을 수신하는 단계(S120)에서 상기 웨이퍼(10)의 엣지 이미지를 검출하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 불투명(Si), 반투명(사파이어) 및 투명(Glass) 웨이퍼의 정밀한 정렬이 가능하다.
둘째, 2 인치부터 8인치 크기의 웨이퍼를 하나의 장비에서 정렬할 수 있다.
셋째, 웨이퍼에 대한 정렬 오차를 최소화할 수 있음에 따라 정렬 후 정상범위 이내의 정렬인가에 대한 공정을 생략할 수 있다.
넷째, 영상촬상소자를 이용한 국산화가 가능하고, 해외협력업체를 통한 수출증대가 가능하다.
도 1은 본 발명에 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 나타낸 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치에서 노치 웨이퍼의 회전각(θ)을 구하는 방식을 이용하여 포물선의 꼭지점을 검색하는 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치에서 웨이퍼의 중심위치를 검색하는 방식의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이고 도 2 내지 도 5는 도 1에 나타낸 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치는 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(10), 광발생부(100), 웨이퍼 위치 구동부(200), 광원센서(300), 이미지 분석부(400), 제어부(500), 휘도 조절부(600), 웨이퍼 위치 조절부(700)로 구성된다.
여기서, 웨이퍼(10)는 투명(Transparent) 웨이퍼, 반투명(half-tone) 웨이퍼 및 불투명 웨이퍼 중 특별히 한정할 필요는 없다.
광발생부(100)는 파워 발광다이오드를 광원(LED Light Source)으로 할 수 있다. 이러한 발광다이오드는 밝기 60(Luminous), red 파장 625nm를 이용할 수 있다.
웨이퍼 위치 구동부(200)는 웨이퍼(10)의 이송 및 센터링을 위한 피딩 축(Feeding Axis), 웨이퍼의 엣지 이미지 검출을 위하여 웨이퍼를 회전하는 로테이팅 축(Rotating Axis) 및 웨이퍼와 광원센서의 간격 조절을 위한 업/다운 축(Up/Down Axis)(또는 센터링 축)으로 구성된다. 즉 RXZ 타입(X(Feeding)-Z(Up/Down)-Roating) 타입의 정렬장치이다.
광원센서(300)는 광발생부(100)의 마주보는 위치에서 웨이퍼(10)를 사이에 두고 형성되어 광발생부(100)의 광을 수광한다. 이때, 본 발명 광원센서(300)는 영상촬상소자로 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(CMOS Image Sensor) 중 하나를 이용한다. 이때, 광원센서(300)와 웨이퍼(10)는 0.5 내지 1mm 이내인 것이 바람직한데 그 이유는 광원센서(300)와 웨이퍼(10)가 0.5 내지 1mm 이내의 간격 유지시 광원센서(300)의 투명 웨이퍼 엣지 검출이 정밀하게 인식되기 때문이다. 한편, 광웬센서(300)를 CCD로 하는 경우 7250 pixel, 4.9㎛로 해상도(Resoulation)로 구성할 수 있다.
이미지 분석부(400)는 광원센서(300)에서 수신된 이미지를 분석한다.
제어부(500)는 이미지 분석부(400)에서 분석된 이미지 데이터를 이용하여 우선, 웨이퍼(10)가 노치 웨이퍼인 경우에는 노치 웨이퍼의 회전각을 θ라 하는 경우 다음의 식1과 같은 2차 다항식으로 식2의 함수 근사(LMS)에 의해 식3과 같은 꼭지점 A를 통해 노치를 구한다.
Figure 112014109666513-pat00001
여기서, r : 웨이퍼 중심에서 노치간 거리
θ : 웨이퍼 회전 각
a1, a2, a3 : 2차 다항식 상수 이다.
Figure 112014109666513-pat00002
Figure 112014109666513-pat00003
여기서, A : 2차 다항식 상수 벡터
Θ : 웨이퍼 회전 각 행렬
R : 웨이퍼 중심에서 노치간 거리 벡터
Θ* : Θ 의 Pseudo Inverse 행렬 이다.
이와 같은 식 1 내지 식3 에 따라 도 6에 나타낸 바와 같은 노치 웨이퍼의 회전각(θ)을 구하는 방식을 이용하여 포물선의 꼭지점을 검색할 수 있다.
이때, 플랫 웨이퍼의 경우에는 종래와 동일한 알고리즘을 사용하나 직선의 회전에 의한 해석적 접근 방법으로 변경할 수 있다.
그리고 원의 중심, 즉 웨이퍼의 중심은 취득된 이미지 데이터를 식4와 같은 원의 방정식을 통해 식5와 같은 함수근사를 이용해 식 6과 같은 원의 중심위치 A를 구할 수 있다.
Figure 112014109666513-pat00004
여기서, x0 : 웨이퍼 중심의 X축 방향 위치
y0 : 웨이퍼 중심의 Y축 방향 위치
r0 : 웨이퍼의 반지름
a1, a2, a3 : 원의 방정식 상수 이다.
Figure 112014109666513-pat00005
여기서, xi : i번째 샘플 데이터의 X축 값 (i=1~n)
yi : i번째 샘플 데이터의 Y축 값 (i=1~n) 이다.
Figure 112014109666513-pat00006
여기서, X : 샘플 데이터 행렬
B : 샘플 데이터 벡터
A : 원의 방정식 상수 벡터
X* : X의 Pseudo Inverse 행렬 이다.
이와 같은 식4 내지 식6을 이용하여 도 7에 나타낸 바와 같은 웨이퍼의 중심위치를 검색할 수 있다.
휘도 조절부(600)는 광원센서(300)의 휘도를 조절하는데, 이를 위하여 포텐시오미터(Potentionmeter)를 이용하는 경우 보다 정밀한 휘도 조절이 가능하다. 이러한 포텐시오미터(Potentionmeter)는 0.68㏀의 가변저항으로 이용할 수 있다.
웨이퍼 위치 조절부(700)는 이송되어 로딩된 웨이퍼(10)의 중심위치를 제어부(500)의 제어에 따라 웨이퍼 위치 구동부(200)를 조절하여 웨이퍼(10)를 정렬한다.
도 8은 본 발명에 따른 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명에 따른 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 방법은 도 8에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(10)를 피딩축을 이용하여 정렬 장치에 이송한다(S100). 이때, 업/다운 축을 이용하여 웨이퍼(10)와 광원센서(300)간 거리를 조절한다.
그 다음 광 발생부(100)에서는 광원을 발생시킨다(S110).
이어서 광원이 웨이퍼(10)의 엣지부를 통과하고 광원센서(300)에서는 광을 수신한다(S120). 이때, 웨이퍼(10)의 엣지 검출을 위하여 로테이팅축을 이용하여 웨이퍼를 회전시킨다.
광원센서(300)에서 센싱된 광은 이미지 분석부(400)에서 분석되고(S130), 분석된 이미지 데이터는 제어부(500)로 전송된다.
제어부(500)는 분석된 이미지 데이터를 이용하여 식1 내지 식3에서와 같은 2차 다항식으로 함수근사(LMS)하여 포물선의 꼭지점을 검색하고, 식 4 내지 식 6과 같은 원의 방정식으로 함수근사(LMS)하여 원의 중심위치를 검색한다(S140). 이때, 웨이퍼의 노치부분 역시 검출된다.
그리고 검색결과에 따라 제어부(500)는 웨이퍼 위치 조절부(700)를 통해 웨이퍼(10)의 위치를 정렬한다(S150). 이때, 도 7에서와 같은 웨이퍼 위치 구동부(200)의 피딩축을 이용하여 웨이퍼(10)의 중심위치(Xo, Yo)를 조절한 후, 노치를 조절하여 웨이퍼에 대한 정렬을 완료한다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
10 : 웨이퍼 100 : 광발생부
200 : 웨이퍼 위치 구동부 300 : 광원센서
400 : 이미지 분석부 500 : 제어부
600 : 휘도 조절부 700 : 웨이퍼 위치 조절부

Claims (11)

  1. 광을 발생시키도록 파워 발광다이오드로 구성되는 광발생부(100);
    투명(Transparent) 웨이퍼, 반투명(half-tone) 웨이퍼 및 불투명 웨이퍼 중 어느 하나인 웨이퍼(10)의 로딩, 정렬 및 이송을 위하여, 이송 및 센터링을 위한 피딩 축(Feeding Axis), 웨이퍼의 엣지 이미지 검출을 위하여 웨이퍼를 회전하는 로테이팅 축(Rotating Axis) 및 웨이퍼와 광원센서의 간격 조절을 위한 업/다운 축(Up/Down Axis)으로 구성되는 RXZ 타입(X(Feeding)-Z(Up/Down)-Roating)으로 구성되는 웨이퍼 위치 구동부(200);
    상기 광발생부(100)의 마주보는 위치에서 상기 웨이퍼(10)를 사이에 두고 형성되어 상기 광발생부(100)의 광을 수광하며, 상기 웨이퍼(10)의 엣지 이미지를 검출하도록 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CIS(CMOS Image Sensor) 중 어느 하나로 구성되는 광원센서(300);
    상기 광원센서(300)에서 수신된 웨이퍼(10)의 엣지 이미지를 분석하는 이미지 분석부(400);
    상기 이미지 분석부(400)에서 분석된 이미지 데이터를 2차 다항식으로 함수근사(LMS)하여 포물선의 꼭지점을 검색하고, 원의 방정식으로 함수근사(LMS)하여 상기 웨이퍼의 중심위치를 구하는 제어부(500);
    상기 제어부(500)는 웨이퍼(10)가 노치 웨이퍼인 경우에는 노치 웨이퍼의 회전각을 θ라 하는 경우 상기 제어부(500)는 상기 이미지 데이터에서 다음의 식1과 같은 2차 다항식으로 식2의 함수 근사(LMS)에 의해 식3과 같은 꼭지점 A를 통해 노치를 구하고,
    [식 1]
    Figure 112015110402592-pat00027

    (여기서, r : 웨이퍼 중심에서 노치간 거리이고, θ : 웨이퍼 회전 각이며, a1, a2, a3 : 2차 다항식 상수 이다.)
    [식 2]
    Figure 112015110402592-pat00028

    [식 3]
    Figure 112015110402592-pat00029

    (여기서, A : 2차 다항식 상수 벡터이고, Θ : 웨이퍼 회전 각 행렬이며, R : 웨이퍼 중심에서 노치간 거리 벡터이고, Θ* : Θ 의 Pseudo Inverse 행렬 이다.)
    상기 이미지 데이터에서 다음 식4와 같은 원의 방정식으로 식5와 같은 함수근사를 이용해 식 6과 같은 원의 중심위치를 구하는 것;
    [식 4]
    Figure 112015110402592-pat00030

    (여기서 x0 : 웨이퍼 중심의 X축 방향 위치이고, y0 : 웨이퍼 중심의 Y축 방향 위치이며, r0 : 웨이퍼의 반지름이고, a1, a2, a3 : 원의 방정식 상수 이다.)
    [식 5]
    Figure 112015110402592-pat00031

    (여기서 xi : i번째 샘플 데이터의 X축 값 (i=1~n)이고, yi : i번째 샘플 데이터의 Y축 값 (i=1~n) 이다.)
    [식 6]
    Figure 112015110402592-pat00032

    (여기서 X : 샘플 데이터 행렬이고, B : 샘플 데이터 벡터이며, A : 원의 방정식 상수 벡터이고, X* : X의 Pseudo)
    상기 웨이퍼 위치 구동부(200)에 의해 이송되어 로딩된 웨이퍼(10)의 중심위치를 상기 제어부(500)의 제어에 따라 상기 웨이퍼 위치 구동부(200)를 조절하여 상기 웨이퍼(10)를 정렬하는 웨이퍼 위치 조절부(700); 및
    상기 광원센서(300)의 휘도를 조절하기 위한 포텐시오미터(Potentionmeter)를 이용하는 휘도 조절부(600)로 구성됨을 특징으로 하는 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원센서(300)와 상기 웨이퍼(10)는 0.5 내지 1mm 이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 영상촬상소자를 이용한 투명 웨이퍼 정렬 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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