KR101666613B1 - 웨이퍼 정렬 장치를 포함하는 웨이퍼 공정 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 공정 장치가 개시된다. 반도체 공정 장치는 웨이퍼 핸들링 챔버; 웨이퍼 공정 챔버; 웨이퍼 핸들링 장치; 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 제1 포토 센서; 및 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 제2 포토 센서를 포함하고, 제1 포토 센서의 위치는, 웨이퍼가 바로 로드할 수 있는 위치에서 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하고, 또한 웨이퍼가 바로 로드할 수 있는 위치로부터 X-축 방향으로 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 실질적으로 전부 차단하는 위치이고, 제2 포토 센서의 위치는, 웨이퍼가 바로 로드할 수 있는 위치에서 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하지 않고, 또한 웨이퍼가 바로 로드할 수 있는 위치로부터 X-축 방향으로 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하는 위치이다.
반도체, 웨이퍼, 핸들링, 포토 센서, 편향, 정렬

Description

웨이퍼 정렬 장치를 포함하는 웨이퍼 공정 장치{Wafer processing apparatus with wafer alignment device}
본 발명은 일반적으로 웨이퍼 정렬 장치가 제공된 웨이퍼 공정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 상에 위치하는 웨이퍼의 편향을 보상하는 웨이퍼 핸들링 장치에 관한 것이다.
최근에, 단위 시간 당 공정 처리되는 웨이퍼들의 갯수(즉, 쓰루풋)는 반도체들의 제조에 사용되는 반도체 제조 장치들과 관련하여 많은 관심이 집중되어 있다. 쓰루풋을 개선하기 위하여, 웨이퍼 공정 챔버들의 갯수를 증가시키고, 웨이퍼 핸들링 장치에 다중 아암들을 제공하고, 웨이퍼 핸들링 장치의 웨이퍼 로딩 속도를 증가시키는 것과 같은, 다양한 시도들이 반도체 제조 장치들에 수행되어 왔다.
그러나, 더 높은 웨이퍼 로딩 속도들에 기인하는 웨이퍼 핸들링 장치에서의 웨이퍼들의 편향의 문제점이 해결되지 않았다. 보다 상세하게는, 웨이퍼가 웨이퍼 공정 챔버 내에서 특정한 위치로부터 벗어난 위치에 위치하면, 막의 균일성의 저하와 같은 다양한 공정 문제점들이 발생할 수 있다. 또한, 웨이퍼를 웨이퍼 저장 챔버로 되돌리는 공정 중에 상기 웨이퍼 저장 챔버 내에 상기 웨이퍼를 떨어뜨릴 수 있고, 또는 상기 웨이퍼가 상기 챔버와 부딛혀서 손상을 입을 수 있다.
이러한 웨이퍼 편향의 문제점을 해결하기 위하여 일반적으로 알려진 방법은, 웨이퍼 위치의 편향을 검출하고 상기 웨이퍼 위치를 수정하기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 웨이퍼를 목표 위치에 로딩하고 올바른 웨이퍼 위치에 상응하는 미리 등록된 값에 대하여 측정값을 비교할 때에, 웨이퍼 로딩 목표 위치에 또는 상기 위치의 앞측에 하나 또는 복수의 포토 센서들을 위치시키고, 상기 포토 센서에 의하여 수신되는 광이 차단되는 시간 간격 또는 상기 핸들링 장치의 인코더로부터 복수의 펄스들을 측정하는 것이다.
또한, 상술한 방법에 대하여 적합하도록, 상기 웨이퍼 핸들링 장치를 작동하는 도중에, 출력 신호들을 디지털 샘플링하는 것이 센서 출력을 검출하기 위하여 사용되는 일반적인 방법이다. 특히, 이러한 방법은, 신호 값들을 시간 순서로 디지털 값들로 변환시키고, 최대값 또는 최소값을 구하기 위하여 상기 변환된 일련의 디지털 데이터를 사용한다. 최근에는, 이이에스(Equipment Engineering System, EES)와 같은 시스템들을 이용하여 신호 샘플링 및 데이터 분석을 수행한다.
그러나, 상기 샘플링 방법을 사용하는 경우에 있어서, 고속으로 작동되는 웨이퍼 핸들링 장치가 붙잡기가 어려워진다. 샘플링 주파수가 EES에 의하여 사용되는 일반적인 샘플링 주파수인 100 ms인 경우에 있어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 아암 작동을 수행하는 것은 거의 불가능하다. 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 작동 속도가 이러한 문제점을 야기하도록 저하되면, 반도체 제조 장치의 쓰루풋은 저하된다. 반면, 샘플링 주파수가 증가되면, 데이터의 양이 증가되고, 상기 데이터를 저 장할 저장 장치가 필요하게 된다. 이는 불가피한 비용의 증가를 가져오게 된다.
또한, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 아암의 연장 방향으로의 편향은 상기 센서 출력 만으로는 검출되지 않는다. 상기 아암의 연장 방향으로의 편향을 검출하기 위하여, 핸들링 장치 제어기는 상기 웨이퍼 핸들링 장치 자체의 작동을 모니터하고 또한 상기 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하는 시간 간격 동안의 상기 핸들링 장치의 인코더로부터의 펄스들의 갯수를 측정하도록 특정적으로 설계된 빌트-인 웨이퍼 편향 검출부를 가져야 한다. 이러한 검출부의 사용은 검출 정확도와 비용 증가와 같은 현재의 관심사항들을 제기할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 그 상측에 위치하는 웨이퍼의 편향을 보상하는 웨이퍼 핸들링 장치를 포함하는 반도체 공정 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 그 상측에 위치하는 웨이퍼의 편향을 보상하는 웨이퍼 핸들링 장치를 이용하여 웨이퍼 핸들링 챔버와 연결된 웨이퍼 공정 챔버로 웨이퍼를 이송하는 웨이퍼 이송 방법을 제공하는 것이다.
상술한 문제점들의 적어도 하나를 해결하기 위한 본 발명의 일부 실시예들에 따라서, 반도체 제조 장치는 웨이퍼 핸들링 장치 상에 위치한 웨이퍼의 앞측과 측면에 위치한 포토 센서들을 포함한다. 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 정지하는 동안에는 앞측에 위치한 포토 센서로부터의 출력 신호가 검출되고, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 상기 웨이퍼를 상기 공정 챔버로 로딩함에 따라 상기 웨이퍼가 상기 센서를 지나는 때에, 측면에 위치한 포토 센서로부터 출력 신호가 검출된다. 상기 웨이퍼의 편향량을 계산하고, 상기 편향량을 보정하기 위하여, 상기 두 개의 검출된 출력 신호들은 정확한 웨이퍼 위치에 상응하는 미리 등록된 신호에 대하여 비교되고, 이에 따라 상기 공정 챔버 내에 정확한 위치로 상기 웨이퍼를 로딩할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼의 측면에 위치한 포토 센서는, 상기 웨이퍼에 의하여 차단되는 상기 센서에 의하여 수신되는 광의 최대양을 저장할 수 있는 피크 유지 회로와 연결된다. 이러한 방법에서는, 웨이퍼 핸들링 장치의 속도가 감소될 필요가 없고, 포토 센서의 출력 신호들 또는 상기 핸들링 장치로부터의 펄스들의 수의 고속 샘플링이 요구되지 않는다. 또한, 핸들링 장치 제어부 내에 특정적인 빌트-인 웨이퍼 편향 검출부를 제공할 필요가 없다. 상술한 모든 이점들은 결합하는 경우, 효과적인 비용으로 웨이퍼 편향의 검출과 보정을 위한 기능을 제공할 수 있다.
본 발명의 측면들 관련된 기술에 비하여 달성된 잇점들을 개괄하는 목적으로서, 본 발명의 특정한 목적들 및 잇점들이 본 명세서에 개시되어 있다. 물론, 본 발명의 특정한 실시예들에 따라, 이러한 특정한 목적들 및 잇점들 모두가 반드시 달성될 필요가 없음을 이해할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 기술분야의 당업자는, 본 명세서에서 가르치거나 제시할 수 있는 다른 목적들 또는 잇점들을 필수적으로 달성하지 않고, 본 명세서의 가르침에 따라 하나의 잇점들 또는 일군의 잇점들을 달성하거나 또는 최적화하기 위한 방법에 의하여 실시되거나 수행될 수 있음을 이해할 수 있다.
본 발명의 다른 측면들, 형상들, 잇점들은 하기의 바람직한 실시예들의 상세한 설명에 의하여 명백할 것이다.
본 발명의 반도체 제조 장치는 웨이퍼 핸들링 장치 상에 위치한 웨이퍼의 앞측과 측면에 위치한 포토 센서들을 포함한다. 본 발명에서는, 웨이퍼 핸들링 장치의 속도가 감소될 필요가 없고, 포토 센서의 출력 신호들 또는 상기 핸들링 장치로부터의 펄스들의 수의 고속 샘플링이 요구되지 않는다. 또한, 핸들링 장치 제어부 내에 특정적인 빌트-인 웨이퍼 편향 검출부를 제공할 필요가 없다. 상술한 모든 이점들은 결합하는 경우, 효과적인 비용으로 웨이퍼 편향의 검출과 보정을 위한 기능을 제공할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예들과 도면들을 참조하여 설명된다. 상기 바람직한 실시예들 및 도면들은 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 반도체 공정 장치는: (I) 웨이퍼 핸들링 챔버; (II) 상기 웨이퍼 핸들링 챔버와 각각 연결된 적어도 하나의 웨이퍼 공정 챔버; (III) 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치하고, 웨이퍼 공정 챔버 내에 웨이퍼를 로딩하기 위한 웨이퍼 핸들링 장치; (IV) 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 적어도 하나의 제1 포토 센서(photosensor); 및 (V) 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 적어도 하나의 제2 포토 센서를 포함한다. 상기 웨이퍼 핸들링 장치는 자신 위에 웨이퍼를 위치시키기 위한 말단 작동기(end effector)를 포함한다. 상기 말단 작동기는 바로 로드할 수 있는 위치(ready-to-load position)로부터, 웨이퍼 로딩 방향인 X-축 방향 및 웨이퍼 로딩 평면 상의 상기 X-축 방향에 대하여 수직인 Y-축 방향으로, 상기 웨이퍼 공정 챔버로 이동가능하다. 상기 적어도 하나의 제1 포토 센서의 위치는 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상 기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 실질적으로 전부 차단하는 위치이다. 상기 적어도 하나의 제2 포토 센서의 위치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하지 않고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하는 위치이다.
상술한 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 포토 센서는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 감지된 광의 양을 표시하는 제1 신호를 출력하기에 적합할 수 있다. 또한, 상기 제2 포토 센서는, 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 감지된 광의 최소량을 표시하는 제2 신호를 출력하기에 적합할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 반도체 공정 장치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 X-축 방향 또는 상기 Y-축 방향으로 편향(deviation)이 없음을 표시하는 표준 제1 신호 및 표준 제2 신호를 저장하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서로부터의 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하고, 상기 X-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향 및 상기 Y-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향을 결정하기 위하여, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신 호를 상기 표준 제1 신호 및 상기 표준 제2 신호와 비교한다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 웨이퍼의 결정된 편향에 기초하여 상기 웨이퍼 핸들링 장치를 제어하고, 상기 편향들을 보상하여 상기 웨이퍼 공정 챔버로 상기 말단 작동기를 이동시킬 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 포토 센서로부터 출력된 상기 제2 신호를 임시적으로 유지하기 위한 피크 유지 회로를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 아날로그 신호들일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 신호들은 8 비트(8 bits) 신호들로 구성된다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 포토 센서는, 상기 말단 작동기의 상측에서 보았을 때, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축으로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버의 중심까지 이어진 X-축에 정렬되어 위치할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서는 상기 웨이퍼 공정 챔버에 인접하여 위치할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 포토 센서는 상기 X-축 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 포토 센서는 상기 Y-축 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 포토 센서는 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 장애물을 검출하기 위한 센서로서 또한 기능할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에 상기 말단 작동기를 위치시키기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들 링 장치의 축 둘레로 상기 말단 작동기를 회전시키기에 적합할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 웨이퍼 공정 챔버는, 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 주위에 위치한 둘 또는 그 이상의 웨이퍼 공정 챔버들로 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치는, 말단 작동기를 각각 가지는 이중 아암들(double arms)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치는 상기 웨이퍼를 클램핑하는 웨이퍼 클램퍼(wafer clamper)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서 각각은, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축 방향으로 상기 말단 작동기의 하측에 위치한 발광 부재(light emitter) 및 상기 축 방향으로 상기 말단 작동기의 상측에 위치한 광 센서로 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 광 센서는 CCD 요소에 의하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 웨이퍼 핸들링 챔버와 연결된 웨이퍼 공정 챔버로의 웨이퍼 이송 방법과 관련된다. 상기 웨이퍼 이송 방법은: 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 말단 작동기 상에 웨이퍼를 위치하는 단계; (ii) 상기 웨이퍼와 함께 상기 말단 작동기를 바로 로드할 수 있는 위치로 이동하는 단계; (iii) 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 제1 포토 센서에 의하여, 웨이퍼 로딩 방향인 X-축 방향으로 상기 말단 작동기 상의 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 편향을 검출하는 단계; (iv) 상기 웨이퍼와 함께 상기 말단 작동기를 상기 X-축 방향으로 바로 로드할 수 있는 위치 로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버로 이동하는 단계; (v) 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 제2 포토 센서에 의하여, 웨이퍼 로딩 평면 상의 상기 X-축 방향에 대하여 수직인 Y-축 방향으로 상기 말단 작동기 상의 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 편향을 검출하는 단계; 및 (vi) 상기 웨이퍼 공정 챔버 내에 상기 웨이퍼를 로딩할 때에, 상기 X-축 방향 및 상기 Y-축 방향의 상기 검출된 편향들을 기초로 하여 상기 말단 작동기의 이동을 조정하는 단계;를 포함한다. 상기 단계 (iii)에서의, 상기 제1 포토 센서의 위치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 실질적으로 전부 차단하는 위치이다. 상기 단계 (v)에서의, 상기 제2 포토 센서의 위치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하지 않고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하는 위치이다.
상술한 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 단계 (iii)에서, 상기 제1 포토 센서는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 감지된 광의 양을 표시하는 제1 신호를 출력할 수 있다. 상기 단계 (v)에서, 상기 제2 포토 센서는, 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버로 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 감지된 광의 최소량을 표시하는 제2 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 단계 (vi)은, 상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서로부터의 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하는 단계; 및 상기 X-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향 및 상기 Y-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향을 결정하기 위하여, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 표준 제1 신호 및 표준 제2 신호와 비교하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 표준 제1 신호 및 상기 표준 제2 신호는 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 X-축 방향 또는 상기 Y-축 방향으로 편향이 없음을 표시한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 단계 (vi)은, 상기 웨이퍼의 결정된 편향에 기초하여 상기 웨이퍼 핸들링 장치를 제어하고, 상기 편향들을 보상하여 상기 웨이퍼 공정 챔버로 상기 말단 작동기를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 단계 (iii)에서, 상기 편향은 상기 말단 작동기의 상측에서 보았을 때, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축으로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버의 중심까지 이어진 X-축에서 측정될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서는 상기 웨이퍼 공정 챔버에 인접하여 위치할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 편향은, 상기 제2 포토 센서로부터 출력된 상기 제2 신호를 임시적으로 유지하기 위 한 피크 유지 회로에 의하여 측정될 수 있다.
상술한 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 단계 (ii)는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에 상기 말단 작동기를 위치시키기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축 둘레로 상기 말단 작동기를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 단계 (iii)과 상기 단계 (v)는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호로서 아날로그 신호들을 사용할 수 있다.
본 발명은 하기에 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명되지만, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
조건들 및/또는 구조들이 특정되지 않는 본 개시에 있어서, 본 기술 분야의 당업자는, 통상적인 실험법들에 관련되어, 본 개시에 대하여 이러한 조건들 및/또는 구조들을 제공할 수 있다.
도 1은 통상적인 반도체 제조 장치의 일예를 도시하는 개략도이다. 상기 장치는 하기와 같은 개별적인 챔버들(모듈들)을 포함한다:
IOC1, IOC2 (In-Out Chamber): 웨이퍼 입력/출력 챔버들(3, 4)
WHC (Wafer Handling Chamber): 웨이퍼 핸들링 챔버(2)
RC1, RC2, RC3, RC4 (Reactor Chamber): 웨이퍼 공정 챔버들(5, 6, 7, 8)
도 1에 있어서, 웨이퍼 핸들링 장치(1) (진공 로보트, 또는 VR)는 웨이퍼 핸들링 챔버(2) 내에 위치한다. 이러한 웨이퍼 핸들링 장치(1)는, 쓰루풋을 개선하 기 위하여, 두 개의 아암들(arms)을 가진다. 상기 두 개의 아암들은, 예를 들어 상기 웨이퍼 공정 챔버 내에서 공정이 완료된 웨이퍼를 픽업하는 것과 동시에 공정 처리할 후속 웨이퍼를 상기 공정 챔버로 이송하는 것을 허용함으로써 쓰루풋을 개선하고, 이에 따라, 웨이퍼 로딩 시간을 감소시키고, 이에 따라 쓰루풋을 개선할 수 있도록, 공정 처리된 웨이퍼를 픽업하는 작동 직후에 작동에 의하여 상기 공정 챔버 내에 새로운 웨이퍼를 위치시킬 수 있다.
이어서, 도 1에 도시된 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 도 2에 도시된다. 도 2에 있어서, 단지 하나의 아암만이 도시되어 있다.
웨이퍼 이송 장치(1)는, 조인트들을 가지는 아암들(22)과 회전가능하게 연결된 말단 작동기(21)를 포함한다. 아암들(22)은 회전가능한 지지부(23)에 회전가능하게 연결된다. 말단 작동기(21)는 앞측 단부에 위치한 돌출부들(24)과 후측 단부에 위치한 돌출부들(25)인 웨이퍼 위치부들을 제공한다. 상기 말단 작동기는 하나 이상의 말단 작동기로 구성될 수 있다.
이어서, 그 상측에 웨이퍼(33)를 가지는 경우의 웨이퍼 핸들링 장치(1)가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상에 웨이퍼(33)가 위치하는 경우에 있어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상의 웨이퍼(33)의 말단은, 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내의 특정 위치에 위치한 제1 포토 센서(31)에 의하여 수신되는 광을 차단한다. 또한, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 도 3의 좌측에 위치한 웨이퍼 공정 챔버(미도시)로 웨이퍼(33)를 로드하는 경우에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같은 웨이퍼(33)의 바닥 에지는 상기 바닥 에지가 통과하는 위치에 위 치한 제2 포토 센서(32)에 의하여 수신되는 광을 차단한다. 다시 말하면, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 상기 웨이퍼를 정확한 위치에 위치시키기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 상에 두 개의 포토 센서들이 위치하고 있어야 하고, 상기 웨이퍼의 좌측 에지(도 3에 도시됨)가 제1 포토 센서(31)에 의하여 수신되는 광을 차단하고, 또한 상기 공정 챔버 내로 웨이퍼(33)가 화살표(34)로 표시된 X-축 방향으로 로드되는 경우에는, 상기 웨이퍼의 하측 에지(도 3에 도시됨)는 제2 포토 센서(32)를 통과하고, 상기 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단한다(또한, 상기 웨이퍼 핸들링 챔버, 상기 웨이퍼 핸들링 장치 등의 구조들에 의존하여 두 개 이상의 포토 센서들이 위치할 수 있다). 도 3에서는, 상기 웨이퍼가 그 상측에서 보았을 때, 상기 Y-축은 상기 X-축에 대하여 수직으로 연장된다.
여기에서, 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 상의 포토 센서들(31, 32)의 위치들은, 도 4의 원들로 표시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 포토 센서(31)는 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 회전 중심을 지나는 일직선을 따라 위치하고, 또한 각각의 웨이퍼 공정 챔버(5, 6, 7 또는 8) 또는 웨이퍼 입력/출력 챔버의 앞측에 위치한다. 상기 센서가 각각의 공정 챔버를 위한 게이트 밸브(42)의 앞측에 위치하므로, 상기 센서는 또한 게이트 밸브(42)의 장애물 센서로서 사용될 수 있고, 이에 따라 센서들의 갯수를 감소시킬 수 있고, 보다 비용 효율적인 장치를 제공할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 상기 웨이퍼를 상기 공정 챔버에 로드할 때에, 상기 제2 포토 센서는 상기 웨이퍼의 측부 에지가 상기 센서를 통과하도록 위치한다. 또한, 상기 센서는 각각의 상기 웨이퍼 공정 챔버 또는 상기 웨이퍼 입력/출력 챔버의 앞측에 위치한다. 상기 핸들링 장치가 회전할 때에, 상기 제1 포토 센서가 상기 웨이퍼의 외측 주변 에지의 트랙(41)을 따라 위치하는 반면, 상기 제2 포토 센서는 상기 트랙(41)을 따라 위치할 필요가 없다(그러나, 상기 센서는 상기 트랙을 따라서 확실히 위치할 수 있다).
제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광이, 상기 핸들링 장치가 회전을 멈추고 상기 웨이퍼를 상기 공정 챔버로 상기 X-축 방향으로 로딩할 수 있을 때(즉, 로딩 위치에 있을 때)는 차단되지 않지만, 로딩 작동이 시작된 후 상기 웨이퍼가 상기 공정 챔버 내부로 로딩되기 전의 공정에 있어서는 부분적으로 차단되는 곳에 상기 제2 포토 센서가 위치하는 것으로 충분하다. 또한, 상기 웨이퍼가 상기 로딩 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하고, 로딩 작동이 시작되고 상기 웨이퍼가 상기 공정 챔버 내로 로딩되기 전에 상기 공정에서 사실상 완전히(단지 잠시동안) 상기 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하는 한, 상기 제1 포토 센서는 상기 X-축 상에 정확히 일치하여 위치하는 대신에 상기 X-축에서 약간 벗어나서 위치할 수 있다.
또한, 상기 입력/출력 챔버들 내에 상기 웨이퍼 위치를 최적화하기 위하여, 제1 포토 센서(31')와 제2 포토 센서(32')가 상기 웨이퍼 입력/출력 챔버들(3, 4) (또는 로드록 챔버들)의 앞측에 위치할 수 있다.
이어서, 상기 포토 센서의 작동 원리가 도 5에 도시되어 있다. 여기서 사용되는 포토 센서는 특정한 치수(...내지...mm)로 서로 이격된 발광부(51) 및 광수신부(52)를 포함한다. 상기 센서에 의하여 수신되는 광이 웨이퍼(33)에 의하여 차단 될 때에, 광의 양이 변화하고, 이는 센서의 출력을 변화시킨다(본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼 위치는 상기 웨이퍼에 의하여 차단된 광의 양을 기초로 하여 약 1 미크론(micron)의 정확도(반복성)로 검출될 수 있다). 발광부(51)는 바람직하게는 반도체 레이저 빔(예를 들어, 670 nm의 파장을 가짐)의 소스인 단일 광 소스이고, 반면 광수신부(52)는 CCD 요소를 포함하고, 선을 따라서 위치한다. 바람직하게는, 상기 포토 센서는 그 폭과 길이에 대하여 다른 치수들을 가질 수 있고, 또한 특히 광수신부(52)는 웨이퍼 편향을 적절하게 검출할 수 있는 길이(longitudinal) 방향을 가질 수 있다(광수신부(52)와 발광부(51)는 바람직하게는 대략적으로 동일한 형상을 가지는 쌍으로서 제공될 수 있다). 예를 들어, 상기 발광부는 9 mm × 3 mm의 발광 영역을 가질 수 있고, 반면 상기 광수신부는 7 mm × 0.085 mm의 효과적인 광 수신 면적을 가질 수 있다(효과적인 광수신 면적의 종횡비는 어디에서나 10 배에서 100 배의 범위이다). 발광부(51)는 하측에 위치하고, 반면 광수신부(52)는 상측에 위치하고, 이는 상기 광수신 센서의 위치의 조정을 용이하게 한다. 본 발명의 일부 실시예들에서 바람직하게 사용될 수 있는 포토 센서들은 PBZ-CL007V(야마타케에 의한 레이저형 라인 CCD, laser-type line CCD by Yamatake)을 포함한다.
광수신부(52)로부터의 신호는 제어부(53)로 입력되고, 제어부(53)에는 적절한 웨이퍼 위치에 상응하는 신호값(참조값)이 등록되어, 상기 입력된 신호값과 상기 참조값 사이의 비교를 허용한다. 이러한 비교 결과를 기초로 하여, 웨이퍼 핸들링 장치를 제어하고, 상기 공정 챔버로 웨이퍼를 로드할 때에, 상기 웨이퍼의 위 치를 보정하기 위하여, 제어부(53)는 웨이퍼 핸들링 장치 액츄에이터(54)에 보정 양을 표시하는 제어 신호를 출력한다.
이어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 실제의 작동과 웨이퍼 편향을 검출하고 보정하는 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 먼저, 웨이퍼 편향을 검출하는 일예를 도 3 및 도 12를 참조하여 설명하기로 한다. 웨이퍼(33)를 상기 웨이퍼 입력/출력 챔버로부터 픽업한 후에, 상기 웨이퍼 핸들링 장치는 회전하고, 타겟 웨이퍼 공정 챔버의 바로 앞측(즉, 바로 로드할 수 있는 위치, ready-to-load position)에 웨이퍼를 이동시킨다(도 12(a)). 상기 웨이퍼 핸들링 장치 및 웨이퍼가 상기 타겟 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에 정지하고 있는 경우에는, 제1 포토 센서(31)의 출력이 검출된다. 상기 검출된 출력은, 도 3에 따라서, 상기 X-축 방향으로 웨이퍼 위치를 노출한다. 이어서, 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 타겟 웨이퍼 공정 챔버로 직선적으로 움직이는 경우에는, 제2 포토 센서(32)의 출력이 검출된다. 상기 검출된 출력은, 도 3에 따라서, 상기 Y-축 방향으로 웨이퍼 위치를 노출한다. 도 6 및 도 7은 X-축 및 Y-축의 웨이퍼 위치들의 검출 메커니즘을 각각 도시한다.
도 6은 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 작동 시간에 대하여 제1 포토 센서(31)의 출력의 변화를 개략적으로 도시하는 다이어그램이다. 수평축은 시간(t)을 나타내고, 수직축은 센서에 의하여 수신되는 광의 양(quantity of light, QL)을 나타낸다. 도 6의 좌측에서는, 상기 웨이퍼 핸들링 장치는 회전하고, 상기 타겟 웨이퍼 공정 챔버로 점진적으로 접근하고, 결과적으로 제1 포토 센서(31)에 의하여 수신되 는 광이 점진적으로 차단되고, 광의 양이 감소된다. 도 6의 중심에서는, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 회전을 종료하고, 잠시 정지한다. 이후에, 상기 타겟 웨이퍼 공정 챔버로 상기 웨이퍼가 로드될 때에, 제1 포토 센서(31)에 의하여 수신되는 광이 상기 웨이퍼에 의하여 완전히 차단되고, 이에 따라 광의 양이 0이된다. 이는 도 6의 우측에서 발생한다.
여기에서, 도 6은 광의 양의 변화를 나타내는 두 개의 선들인 실선 A와 점선 B가 도시되어 있다. 실선 A는 상기 웨이퍼가 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상에 정확하게 위치하는 경우에 있어서 광의 양의 변화를 나타내고, 반면 점선 B는 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상에서 상기 웨이퍼가 편향되는 경우에 있어서 광의 양의 변화를 나타낸다. 상기 두 개의 광의 양들 사이의 차이는 상기 웨이퍼의 정확한 위치로부터 편향을 제공한다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 정지하고, 타겟 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 정지하는 동안 얻은 상기 두 개의 광의 양들 사이의 차이는 편향량으로 주어진다. 또한, 상기 웨이퍼가 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상에 정확히 위치하는 경우에 있어서의 광의 양이 장치 제어부(53) 내에 먼저 등록될 필요가 있고, 웨이퍼 편향량을 검출하기 위하여 상기 등록된 값은 실제 센서 출력(광의 양)과 비교된다. 도 6에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 더 차단하는 방향으로 편향된다. 물론, 상기 웨이퍼는 반대 방향으로 또한 편향될 수 있고, 이러한 경우 도 6에 실선 A의 상에 점선이 위치한다.
이어서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 작동 시간 대하여 제2 포토 센서(32)의 출력이 변화되는 것이 도 6과 동일한 방법으로 도 7에 도시되어 있다. 도 7의 좌측에서는 상기 웨이퍼의 측부 에지가 제2 포토 센서(32)에 의하여 수신되는 광을 점진적으로 차단하고, 도 7의 중심에서는 상기 웨이퍼가 제2 포토 센서(32)에 의하여 수신되는 광을 최대한 차단한다. 이후에, 상기 웨이퍼가 상기 센서로부터 멀어지게 이동함에 따라, 상기 센서에 의하여 수신되는 광의 양은 증가된다. 이는 도 7의 우측에서 발생한다.
또한, 여기에서 도 6에 대한 설명과 유사한 방법으로, 광의 양의 두 가지 변화가 실선 A와 점선 C에 의하여 도시되어 있다. 실선 A는 상기 웨이퍼가 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상에 정확하게 위치하는 경우에 있어서 광의 양의 변화를 나타내고, 반면 점선 C는 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상에서 상기 웨이퍼가 편향되는 경우에 있어서 광의 양의 변화를 나타낸다. 상기 웨이퍼가 제2 포토 센서(32)에 의하여 수신되는 광을 최대한 차단할 때의 상기 두 개의 광의 양들 사이의 차이는 상기 웨이퍼의 편향을 제공한다. 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 고속으로 작동하는 동안의, 최대로 차단된 광의 양을 검출하는 방법을 하기에 설명하기로 한다. 도 6의 경우에 따라서, 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상에 상기 웨이퍼가 정확하게 위치한 경우의 광의 양을 장치 제어부(53)에 미리 등록할 필요가 있고, 또한 웨이퍼 편향량을 검출하기 위하여 실제 센서 출력(광의 양)에 대하여 비교한다. 다시 도 7에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 더 차단하는 방향으로 편향된다. 물론, 상기 웨이퍼는 반대 방향으로 또한 편향될 수 있고, 이러한 경우 도 7에 실선 A의 상에 점선이 위치한다.
상술한 작동 원리를 명백하게 설명하기 위하여, 도 10 및 도 11은 각각 도 6 및 도 7에 도시된 웨이퍼 편향의 조건들에서의 상기 웨이퍼 핸들링 장치와 상기 포토 센서의 위치 관계를 도시한다. 보다 상세하게는, 웨이퍼(33)가 도 10의 정확한 위치 A에 위치하는 경우에 있어서, 상기 웨이퍼의 말단은 포토 센서(31)의 중심에 인접하여 위치한다. 반면, 상기 웨이퍼의 위치가 X-축 방향으로 이동하는 경우에 있어서(위치 B로 이동하는 경우임), 상기 포토 센서에 의하여 수신되는 광은 더 차단된다. 도 11에 있어서, 웨이퍼(33)가 정확한 위치 A에 위치하는 경우에 있어서, 상기 웨이퍼의 말단은 포토 센서(32)의 중심에 인접하여 위치한다. 반면, 상기 웨이퍼의 위치가 Y-축 방향으로 이동하는 경우에 있어서(위치 C로 이동함), 상기 포토 센서에 의하여 수신되는 광은 더 차단된다. 따라서, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 광을 수신하는 측의 센서에 의하여 수신되는 광의 양은 감소될 수 있다. 물론, 상술한 바와 같이, 상기 웨이퍼는 수신되는 광의 양을 증가시키는 방향(도 10 및 도 11에 도시된 편향의 방향과는 반대 방향)으로 또한 편향될 수 있다.
이어서, 도 7과 관련하여 언급된 최대로 차단된 광의 양을 검츨하는 방법의 일예를 설명하기로 한다. 상기 센서 출력이 도 8에 도시된 회로에 입력된다. 출력 전압이 감소함에 따라, 전류 방향은 반전되고, 캐패시터(C)는 충전된다. 이어서, 도 7의 우측에 도시된 조건과 상응하는 최대한 차단된 광의 양 이상으로 출력 전압이 증가되는 경우를 고려한다. 이러한 조건에 있어서, 다이오드(D)가 있기 때문에 전하는 역방향으로 흐르지 않고, 이에 따라 캐패시터(C)에 의하여 유지되는 전하량은 광이 최대로 차단되는 시간에서 달성되는 값과 동일하게 유지된다. 다시 말하면, 도 8에 도시된 회로는 일반적인 피크 유지 회로이다. 상기 회로는 단지 예시적이며, 유사한 목적을 구현할 수 있는 회로인 경우에는 제한없이 다른 회로를 사용할 수 있다.
상기 센서 출력 신호들을 디지털 신호들로 변환하고 상기 변환된 신호들을 샘플링하는 상술한 방법들과 비교하여, 도 8에 도시된 것과 유사한 피크 유지 회로를 이용하여 최대한 차단된 상태에 상응하는 출력값만을 유지하는 본 방법은, 필요한 출력값 만을 신뢰성있고 보다 비용 효율적인 방법으로 구할 수 있다.
여기에서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 편향을 보정하는 작동들을 개괄하고, 도 9를 참조하여 다시 설명하기로 한다. 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 일반적인 작동들은 하기와 같다:
1) 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 회전한 후에, 제1 포토 센서(31)는 상기 X-축 방향의 편향량 a'을 검출한다. 상기 웨이퍼가 또한 상기 X-축 방향에 추가하여 상기 Y-축 방향으로 편향되므로, 제1 포토 센서(31)에 의하여 검출된 위치 P'는 상기 웨이퍼의 가장 앞측 에지를 나타내는 것이 아니라 제1 포토 센서(31)에 의하여 중첩된 상기 웨이퍼의 위치를 나타내므로, 이에 따라 위치 P와 위치 P' 사이의 거리는 상기 X-축 방향의 편향을 직접적으로 제공하지 못한다. 상기 X-축 방향으로의 실제 편향은 상기 편향된 웨이퍼(그 중심은 O'에 위치함)의 가장 앞측 에지 Q와 상기 적절한 위치의 웨이퍼(그 중심은 O에 위치함)의 가장 앞측 에지 P 사이의 간격 a(P'와 P 사이의 거리 및 Q'와 Q 사이의 거리의 합)에 의하여 제공된다. 여기에서, 간격 a는 하기에 설명된 바에 의하여 계산될 수 있다.
2) 장치 제어부의 저장 영역 내에 상기 편향량 a'를 등록한다.
3) 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 상기 웨이퍼를 상기 웨이퍼 공정 챔버로 로딩하는 것을 시작한다.
3) 상기 Y축 방향의 편향량 b를 검출하기 위하여 상기 웨이퍼에 의하여 차단된 광의 최대값을 검출하도록 제2 포토 센서(32) 및 상기 피크 유지 회로를 사용한다. (상기 편향은 설명을 위하여 과장되어 있고, 제2 포토 센서(32)는 도 9의 웨이퍼의 하측 에지로부터 편향되어 있고, 상기 웨이퍼는 제2 포토 센서(32) 상에 위치하여 상기 센서에 의하여 수신되는 광을 차단한다.)
4) 상기 장치 제어부의 상기 저장 영역 내에 상기 편향량 b를 등록한다.
5) 상기 저장 영역으로부터 검출된 상기 X-축 방향의 편향량 a'와 검출된 Y-축 방향의 편향량 b를 독출하고, 하기의 식을 기초로 하여 상기 장치 제어부를 이용하여 X-축 방향의 실제 편향량 a를 계산한다. (R은 웨이퍼의 반경임):
a = a' + (R-SQRT(R2 - b2))
6) 상기 웨이퍼 공정 챔버 내의 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 아암 축을 사용하여 상기 X-축 방향의 상기 편향량 a를 보정한다.
7) 상기 웨이퍼 공정 챔버 내의 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 회전 축을 사용 하여 상기 Y-축 방향의 상기 편향량 b를 보정한다.
8) 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 Z-축 작동(하측 방향으로의 작동임)을 통하여 웨이퍼 로딩을 완료한다.
상술한 상기 X-축 방향의 실제 편향량의 계산(수학식 1)은 도 9를 참조하여 더 설명하기로 한다. 도 9에 있어서, 실선은 정확한 웨이퍼 위치를 나타내고, 점선은 편향된 웨이퍼 위치를 나타낸다. 도면에서 상기 점선으로 도시된 웨이퍼 위치는 상기 웨이퍼가 상기 센서 상에 위치하지 않도록 편향되어 있다. 이러한 조건에서는, 편향의 검출이 실제적으로 불가능하다. 여기에서, 상기 조건은 도시적인 설명을 위하여 의도적으로 과장되어 있다.
먼저, 제1 센서(31) 상에 정확하게 위치한 웨이퍼의 X-축 위치 P와 제1 센서(31) 상에 편향되어 위치한 웨이퍼의 X-축 위치 P' 사이의 거리 a'는 상기 X-축 방향으로 검출된 편향량을 제공한다. 이어서, 제2 센서(32) 상에 정확하게 위치한 웨이퍼의 Y-축 위치와 제2 센서(32) 상에 편향되어 위치한 웨이퍼의 Y-축 위치 사이의 거리 b는 상기 Y-축 방향으로 검출된 편향량을 제공한다(상술한 바와 같이, 도 9에서는 상기 편향된 웨이퍼가 상기 제2 센서 상에 위치하지 않으나, 여기에서는 Y-축 위치가 검출된다고 가정한다). 여기에서, 상기 X-축을 따라서 편향된 웨이퍼의 말단의 위치가 Q로 주어지고, 상기 웨이퍼의 X-축 방향의 실제 편향량이 상기 X-축을 따라서, P와 Q 사이의 거리로 주어진다. 거리 a를 구하기 위하여, 지점 P'로부터 연장된 선이 직각으로 상기 X-축을 교차하는 지점 Q'와 상기 편향된 웨이퍼의 중심 O' 사이의 거리 c를 구할 필요가 있다. 그러나, 여기에서 거리 c는 삼 각형 O'P'Q'의 변 O'Q'이다. 따라서, 변 O'P'는 상기 웨이퍼의 반경 R을 나타내고(상기 웨이퍼의 크기가 300 mm이면, 반경 R은 150 mm이다), 반면, 변 P'Q'는 상기 Y-축 방향의 편향량 b를 나타낸다. 상기 변 P'Q'과 상기 변 O'Q'에 의하여 형성된 각도가 90도이므로, 상기 변 O'Q' 또는 거리 c는 피타고라스 정리를 이용하여 얻을 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 피타고라스 정리는 하기의 관계를 제공한다:
(O'Q')2 + (P'Q')2 = (O'P')2
O'Q' = c, P'Q' = b, 및 O'P' = R이므로, 하기의 관계가 타당하다.
c= SQRT(R2 - b2)
상기 수학식 3에서 SQRT는 제곱근(square root)을 의미한다.
이제, c를 얻으면, 도 9로부터 하기의 관계가 사용될 수 있다.
a = a' + (R - c)
결과적으로, 하기의 관계가 타당하다.
a = a' + (R - SQRT(R2 - b2))
결과적으로 수학식 1이 유도된다.
본 발명에 따라, 상술한 웨이퍼 편향을 검출하고 보정하기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들링 장치는 상기 핸들링 장치에 부착된 웨이퍼 클램퍼(wafer clamper)를 가지거나 또는 가지지 않을 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 클램퍼(131)가 상기 핸들링 장치에 부착된 경우에 있어서, 상기 웨이퍼로부터 방출되는 열에 기인한 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 아암의 열팽창되어 발생하는 상기 아암이 연장되는 방향으로의 웨이퍼 편향을 검출하고 보정하기 위하여 본 방법이 사용될 수 있다.
상술한 바에 따라서, 본 발명의 실시예는 상기 웨이퍼 편향을 검출할 수 있고 상기 웨이퍼 위치를 보정할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하고, 상기 장치는, 특히 상기 웨이퍼 핸들링 장치 상의 상기 웨이퍼의 편향을 검출할 수 있고 보정할 수 있다. 피크 유지 회로를 포토 센서에 연결함으로써, 웨이퍼 편향을 검출 하고 보정하는 기능을 비용 효율적인 방법으로 구현할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예들 및 하기의 실시예를 포함하는 다른 다양한 실시예들을 포함한다:
1) 반도체 제조 장치는 반도체 웨이퍼 핸들링 챔버, 반도체 웨이퍼 공정 챔버 및 반도체 웨이퍼 핸들링 장치를 포함한다. 상기 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 핸들링 챔버는 특정 위치들에 적어도 두 개의 포토 센서들을 포함한다. 상기 반도체 웨이퍼 핸들링 장치에 웨이퍼가 위치되면, 상기 웨이퍼는 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하고, 상기 웨이퍼 핸들링 장치가 상기 웨이퍼를 상기 반도체 웨이퍼 공정 챔버에 로딩할 때에, 상기 웨이퍼는 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하고, 또한 상기 제2 포토 센서는 특정한 기간동안 최대로 차단된 광의 양을 저장할 수 있는 전기 회로에 연결된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼 핸들링 장치 내에 상기 웨이퍼가 정확한 위치에 위치하고 있는지 여부를 검출하고, 상기 포토 센서들의 상기 차단된 광의 양으로부터 정확한 웨이퍼 위치를 계산하기 위하여, 상기 제1 포토 센서의 상기 차단된 광의 양과 상기 제2 포토 센서의 상기 최대로 차단된 광의 양을 정확한 웨이퍼 위치에 대하여 미리 등록되어 있는 차단된 광의 양에 대하여 비교한다. 그 결과로, 상기 반도체 웨이퍼 핸들링 장치는 상기 반도체 공정 장치 내의 계산된 정확한 위치에 상기 웨이퍼를 로딩할 수 있다.
2) 상기 1)에 따른 반도체 제조 장치에 있어서, 전기 회로가 피크 유지 회로이다.
3) 상기 1)에 따른 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 웨이퍼가 정확한 위치에 위치하는 지 여부를 검출할 수 있는 제1 포토 센서는 센서를의 갯수를 감소시킬 다른 목적으로서 포토 센서로서 또한 기능할 수 있고, 이에 따라 비용 효율적인 방법으로 상기 장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이, 수 많은 다양한 변형들이 가능함은 본 기술 분야의 당업자가 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명의 형태들은 단지 예시적이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아님을 명확하게 이해할 수 있다.
본 발명의 상술한 측면들 및 다른 측면들은 바람직한 실시예들의 도면들을 참조하여 설명된다. 그러나 이들은 예시적이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 도면들은 설명을 목적으로 매우 단순화되어 도시되어 있고, 정확한 치수로 도시된 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에서 사용가능한 반도체 공정 장치의 개략도이다. 상기 반도체 공정 장치는, 네 개의 웨이퍼 공정 챔버들, 두 개의 웨이퍼 입력/출력 챔버들, 두 개의 로보트 아암들, 및 하나의 웨이퍼-핸들링 챔버를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에서 사용가능한 웨이퍼 핸들링 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 상기 웨이퍼가 제1 포토 센서를 가리는 바로 로드할 수 있는 위치에서 웨이퍼 핸들링 장치 상에 위치한 웨이퍼를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 웨이퍼 핸들링 챔버 내의 포토 센서들의 위치들을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 포토 센서를 가리는 웨이퍼를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 웨이퍼 핸들링 장치의 이동과 제1 포토 센서로부터의 출력 사이의 관계를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 웨이퍼 핸들링 장치의 이동과 제2 포토 센서로부터의 출력 사이의 관계를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 제2 포토 센서에서 사용된 피크 유지 회로를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 기준 위치에서 오정렬된 웨이퍼와 정렬된 웨이퍼의 센서 출력을 기초로 하여 X-축 상의 편향을 계산하는 방법을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 제1 포토 센서를 가리는 오정렬된 웨이퍼를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 제2 포토 센서를 가리는 오정렬된 웨이퍼를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 제1 포토 센서와 제2 포토 센서를 가리는 웨이퍼를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 웨이퍼 클램퍼를 가지는 말단 작동기를 도시하는 개략적인 도면이다.

Claims (26)

  1. 웨이퍼 핸들링 챔버;
    상기 웨이퍼 핸들링 챔버와 각각 연결된 적어도 하나의 웨이퍼 공정 챔버;
    웨이퍼 공정 챔버 내에 웨이퍼를 로딩하기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 웨이퍼 핸들링 장치;
    상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 적어도 하나의 제1 포토 센서(photosensor); 및
    상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 적어도 하나의 제2 포토 센서;
    를 포함하고,
    상기 웨이퍼 핸들링 장치는 자신 위에 웨이퍼를 위치시키기 위한 말단 작동기(end effector)를 포함하고,
    상기 말단 작동기는 바로 로드할 수 있는 위치(ready-to-load position)로부터, 웨이퍼 로딩 방향인 X-축 방향 및 웨이퍼 로딩 평면 상의 상기 X-축 방향에 대하여 수직인 Y-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버로 이동가능하고,
    상기 적어도 하나의 제1 포토 센서의 위치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 실질적으로 전부 차단하는 위치이고,
    상기 적어도 하나의 제2 포토 센서의 위치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하지 않고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하는 위치인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 감지된 광의 양을 표시하는 제1 신호를 출력하기에 적합하고,
    상기 제2 포토 센서는, 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 감지된 광의 최소량을 표시하는 제2 신호를 출력하기에 적합한 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 X-축 방향 또는 상기 Y-축 방향으로 편향(deviation)이 없음을 표시하는 표준 제1 신호 및 표준 제2 신호를 저장하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서로부터의 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하고, 상기 X-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향 및 상기 Y-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향을 결정하기 위하여, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 상기 표준 제1 신호 및 상기 표준 제2 신호와 비교하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 웨이퍼의 결정된 편향에 기초하여 상기 웨이퍼 핸들링 장치를 제어하고, 상기 편향들을 보상하여 상기 웨이퍼 공정 챔버로 상기 말단 작동기를 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서는, 상기 말단 작동기의 상측에서 보았을 때, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축으로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버의 중심까지 이어진 X-축에 정렬되어 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서는 상기 웨이퍼 공정 챔버에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서는 상기 X-축 방향으로 연장된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 포토 센서는 상기 Y-축 방향으로 연장된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 포토 센서로부터 출력된 상기 제2 신호를 임시적으로 유지하기 위한 피크 유지 회로(peak hold circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서는 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 장애물을 검출하기 위한 센서로서 또한 기능하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 핸들링 장치는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에 상기 말단 작동기를 위치시키기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축 둘레로 상기 말단 작동 기를 회전시키기에 적합한 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 웨이퍼 공정 챔버는, 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 주위에 위치한 둘 또는 그 이상의 웨이퍼 공정 챔버들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 핸들링 장치는, 말단 작동기를 각각 가지는 이중 아암들(double arms)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 핸들링 장치는, 상기 웨이퍼를 클램핑하는 웨이퍼 클램퍼(wafer clamper)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서 각각은, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축 방향으로 상기 말단 작동기의 하측에 위치한 발광 부재(light emitter) 및 상기 축 방향으로 상기 말단 작동기의 상측에 위치한 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 아날로그 신호들인 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 광 센서는 CCD 요소에 의하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 공정 장치.
  18. 웨이퍼를 웨이퍼 핸들링 챔버와 연결된 웨이퍼 공정 챔버로 이송하는 방법으로서,
    (i) 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 웨이퍼 핸들링 장치의 말단 작동기 상에 상기 웨이퍼를 위치하는 단계;
    (ii) 상기 웨이퍼와 함께 상기 말단 작동기를 바로 로드할 수 있는 위치로 이동하는 단계;
    (iii) 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 제1 포토 센서에 의하여, 웨이퍼 로딩 방향인 X-축 방향으로 상기 말단 작동기 상의 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 편향을 검출하는 단계;
    (iv) 상기 웨이퍼와 함께 상기 말단 작동기를 상기 X-축 방향으로 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버로 이동하는 단계;
    (v) 상기 웨이퍼 공정 챔버의 앞측에서 상기 웨이퍼 핸들링 챔버 내에 위치한 제2 포토 센서에 의하여, 웨이퍼 로딩 평면 상의 상기 X-축 방향에 대하여 수직인 Y-축 방향으로 상기 말단 작동기 상의 기준 위치로부터 상기 웨이퍼의 편향을 검출하는 단계; 및
    (vi) 상기 웨이퍼 공정 챔버 내에 상기 웨이퍼를 로딩할 때에, 상기 X-축 방향 및 상기 Y-축 방향의 상기 검출된 편향들을 기초로 하여 상기 말단 작동기의 이동을 조정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 단계 (iii)에서의, 상기 제1 포토 센서의 위치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제1 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 실질적으로 전부 차단하는 위치이고,
    상기 단계 (v)에서의, 상기 제2 포토 센서의 위치는, 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 차단하지 않고, 또한 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 X-축 방향으로 상기 웨이퍼 공정 챔버를 향하여 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 수신되는 광을 부분적으로 차단하는 위치인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)에서, 상기 제1 포토 센서는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에서 상기 제1 포토 센서에 의하여 감지된 광의 양을 표시하는 제1 신호를 출력하고,
    상기 단계 (v)에서, 상기 제2 포토 센서는, 상기 웨이퍼가 상기 바로 로드할 수 있는 위치로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버로 이동할 때에, 상기 제2 포토 센서에 의하여 감지된 광의 최소량을 표시하는 제2 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 단계 (vi)은:
    상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서로부터의 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 X-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향 및 상기 Y-축 방향으로의 상기 말단 작동기 상의 상기 웨이퍼의 편향을 결정하기 위하여, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 표준 제1 신호 및 표준 제2 신호와 비교하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 표준 제1 신호 및 상기 표준 제2 신호는 상기 말단 작동기 상에 위치한 상기 웨이퍼가 상기 X-축 방향 또는 상기 Y-축 방향으로 편향이 없음을 표시하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 단계 (vi)은, 상기 웨이퍼의 결정된 편향에 기초하여 상기 웨이퍼 핸들링 장치를 제어하고, 상기 편향들을 보상하여 상기 웨이퍼 공정 챔버로 상기 말단 작동기를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)에서,
    X-축 방향에서의 상기 편향은 상기 말단 작동기의 상측에서 보았을 때, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축으로부터 상기 웨이퍼 공정 챔버의 중심까지 이어진 X-축에서 측정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1 포토 센서 및 상기 제2 포토 센서는 상기 웨이퍼 공정 챔버에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 편향은, 상기 제2 포토 센서로부터 출력된 상기 제2 신호를 임시적으로 유지하기 위한 피크 유지 회로에 의하여 측정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)는, 상기 바로 로드할 수 있는 위치에 상기 말단 작동기를 위치시키기 위하여, 상기 웨이퍼 핸들링 장치의 축 둘레로 상기 말단 작동기를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)과 상기 단계 (v)는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호로서 아날로그 신호들을 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이송 방법.
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