KR102446944B1 - 웨이퍼 위치오차 수집장치 및 수집방법 - Google Patents

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KR102446944B1
KR102446944B1 KR1020210070255A KR20210070255A KR102446944B1 KR 102446944 B1 KR102446944 B1 KR 102446944B1 KR 1020210070255 A KR1020210070255 A KR 1020210070255A KR 20210070255 A KR20210070255 A KR 20210070255A KR 102446944 B1 KR102446944 B1 KR 102446944B1
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이준영
김무림
박상현
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한국로봇융합연구원
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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 핸들링 및 이송 과정에서 발생하는 웨이퍼의 위치오차를 검출하고 검사용 비전 카메라와 로봇 베이스 간의 상관관계를 도출하는 웨이퍼 위치오차 수집장치 및 수집방법에 관한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치는,
엔드이펙터를 구비한 웨이퍼 이송로봇; 상관관계 도출용 마커 및 상기 엔드이펙터 상에 놓인 웨이퍼를 촬영하여 웨이퍼 이미지를 획득하는 검사용 비전 카메라; 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터와 상관관계 도출용 마커를 촬영하여 상관관계 이미지를 획득하는 캘리브레이션용 비전 카메라; 상기 웨이퍼 이미지 및 상기 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행하고, 이미지 왜곡 보정된 상기 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하며, 상기 상관관계 이미지로부터 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출하는 연산부;를 포함한다.

Description

웨이퍼 위치오차 수집장치 및 수집방법{Wafer position error collection device and collection method}
본 발명은 웨이퍼 위치오차 수집장치 및 수집방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 웨이퍼의 핸들링 및 이송 과정에서 발생하는 웨이퍼의 위치오차를 검출하고 검사용 비전 카메라와 로봇 베이스 간의 상관관계를 도출하는 웨이퍼 위치오차 수집장치 및 수집방법에 관한 것이다.
웨이퍼란 반도체 집적회로를 만들기 위해 실리콘 잉곳을 얇은 원반 형태로 가공한 것으로, 상부에 회로를 새기고 산화막으로 코팅하는 과정을 거쳐 제작된다. 재질과 형태의 특성으로 인해 웨이퍼는 얇고 내구성이 약하기 때문에 강한 힘으로 파지하거나 고정하는 것은 어렵다.
따라서, 웨이퍼의 핸들링 및 이송은 중력 방향에 대해 수직으로 올려서 운송하게 된다. 이러한 웨이퍼의 핸들링 및 이송 과정에서 웨이퍼의 파지 상태나 위치가 마찰력 부족으로 인해 미끄러지거나 진동, 충격 등으로 인해 변경되는 문제가 발생할 경우, 후속 공정에서 치명적인 문제가 발생할 수 있다.
이러한 이유로, 웨이퍼 생산 및 검사 과정에서 정확한 핸들링 및 이송이 요구되며, 웨이퍼가 정확한 위치에 있는 지를 확인하는 것은 정밀 공정에서 매우 중요하다.
한국공개특허 10-2019-0129246호
본 발명은 웨이퍼의 핸들링 및 이송 과정에서 발생하는 웨이퍼의 위치오차를 검출하고 검사용 비전 카메라와 로봇 베이스 간의 상관관계를 도출하는 웨이퍼 위치오차 수집장치 및 수집방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치는,
엔드이펙터를 구비한 웨이퍼 이송로봇; 상관관계 도출용 마커 및 상기 엔드이펙터 상에 놓인 웨이퍼를 촬영하여 웨이퍼 이미지를 획득하는 검사용 비전 카메라; 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터와 상관관계 도출용 마커를 촬영하여 상관관계 이미지를 획득하는 캘리브레이션용 비전 카메라; 상기 웨이퍼 이미지 및 상기 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행하고, 이미지 왜곡 보정된 상기 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하며, 상기 상관관계 이미지로부터 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출하는 연산부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치에 있어서, 상기 연산부는, 상기 웨이퍼 이미지 및 상기 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행하는 이미지 왜곡 보정모듈; 이미지 왜곡 보정된 상기 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하는 위치오차 도출모듈; 상기 상관관계 이미지로부터 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출하는 상관관계 도출모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치에 있어서, 상기 이미지 왜곡 보정모듈은, 하기 수학식 (1)로 정의되는 이미지 왜곡 보정 모델을 포함할 수 있다.
수학식 (1) :
Figure 112021062752021-pat00001
(여기서,
Figure 112021062752021-pat00002
는 3차원 현실 좌표 x, y, z이고,
Figure 112021062752021-pat00003
는 2차원 이미지 좌표 u, v이며, Zc는 카메라 좌표계 상의 임의의 한점이고, K는 카메라 내부 매개변수 매트릭스이며, [RT] 행렬은 카메라 외부 매개변수로 카메라 중심의 위치와 카메라의 방향을 의미하는 행렬임)
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치에 있어서, 상기 위치오차 도출모듈은, SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 모델을 이용하여 상기 특징점을 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치에 있어서, 상기 상관관계 도출모듈은,
상기 웨이퍼 이미지와 상기 상관관계 이미지에 공통으로 포함된 상관관계 도출용 마커를 이용하여 상기 검사용 비전 카메라와 상기 캘리브레이션용 비전 카메라 간의 각도 차이와 상대적인 위치 좌표를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법은, 검사용 비전 카메라로, 상관관계 도출용 마커 및 웨이퍼 이송로봇의 엔드이펙터 상에 놓인 웨이퍼를 촬영하여 웨이퍼 이미지를 획득하는 단계; 캘리브레이션용 비전 카메라로, 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터와 상관관계 도출용 마커를 촬영하여 상관관계 이미지를 획득하는 단계; 연산부가, 상기 웨이퍼 이미지 및 상기 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행하는 단계; 연산부가, 이미지 왜곡 보정된 상기 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고, 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하는 단계; 및, 연산부가, 상기 상관관계 이미지로부터 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법에 있어서, 상기 이미지 왜곡 보정을 수행하는 단계는, 하기 수학식 (1)로 정의되는 이미지 왜곡 보정 모델을 포함할 수 있다.
수학식 (1) :
Figure 112021062752021-pat00004
(여기서,
Figure 112021062752021-pat00005
는 3차원 현실 좌표 x, y, z이고,
Figure 112021062752021-pat00006
는 2차원 이미지 좌표 u, v이며, Zc는 카메라 좌표계 상의 임의의 한점이고, K는 카메라 내부 매개변수 매트릭스이며, [RT] 행렬은 카메라 외부 매개변수로 카메라 중심의 위치와 카메라의 방향을 의미하는 행렬임)
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법에 있어서, 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하는 단계에서, 상기 특징점은 SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 모델을 이용하여 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법에 있어서, 상기 상관관계를 도출하는 단계는,
상기 웨이퍼 이미지와 상기 상관관계 이미지에 공통으로 포함된 상관관계 도출용 마커를 이용하여 상기 검사용 비전 카메라와 상기 캘리브레이션용 비전 카메라 간의 각도 차이와 상대적인 위치 좌표를 산출할 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 웨이퍼의 핸들링 및 이송 과정에서 발생하는 웨이퍼의 위치오차를 검출하고 검사용 비전 카메라와 로봇 베이스 간의 상관관계를 도출하고, 도출된 웨이퍼의 위치오차 및 위치 상관관계를 반도체 제조공정 시스템으로 전송하여, 시스템이 웨이퍼 이송로봇의 작업점과 웨이퍼의 정상 위치가 매칭되도록, 웨이퍼 이송로봇을 제어하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치가 도시된 도면이다.
도 2는 연산부가 도시된 도면이다.
도 3은 이미지 왜곡 보정모듈에서 이미지 왜곡을 보정하는 과정이 도시된 도면이다.
도 4는 위치 정보 도출모듈에서 특징점을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 추출된 특징점을 참조하여 추출하는 웨이퍼의 위치 정보를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상관관계 도출모듈에서 상관관계를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법이 도시된 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치 및 수집방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치가 도시된 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집장치는, 웨이퍼 이송로봇(100), 검사용 비전 카메라(200), 캘리브레이션용 비전 카메라(300), 그리고 연산부(400)를 포함한다.
웨이퍼 이송로봇(100)은 로봇 베이스(110)와 관절(120)과 엔드이펙터(130)를 포함할 수 있다.
관절(120)은 로봇 베이스(110)와 엔드이펙터(130)를 연결하도록 구성된다. 관절(120)은 복수개로 형성되며, 설정된 방향으로 회전 운동을 할 수 있다. 엔드이펙터(130)는 복수개의 관절들의 회전 이동에 의하여 위치가 변경될 수 있으며, 회전될 수 있다.
엔드이펙터(130)는 웨이퍼를 지지할 수 있는 형상으로 형성될 수 있다. 엔드이펙터(130)는 매우 얇은 플레이트의 형상으로 평평한 면을 포함하여 형성될 수 있으며, 중심 부근에는 홀이 형성된 형태로 형성될 수 있다. 따라서 엔드이펙터(130)의 홀은 웨이퍼를 중앙에서 지지하고 있는 프레임을 중심 부근의 홀에 위치된 후, 상부로 이동되어 양측면이 웨이퍼의 하측을 지지하는 형태로 형성될 수 있다.
검사용 비전 카메라(200)는 엔드이펙터(130) 상에 놓인 웨이퍼(W)를 촬영하여 웨이퍼 이미지를 획득하고, 웨이퍼 이미지를 연산부(400)로 전송한다. 또한, 검사용 비전 카메라(200)는 후술하는 상관관계 도출을 위해 상관관계 도출용 마커(M, 도 6 참조)를 함께 촬영한다. 즉, 검사용 비전 카메라(200)는 웨이퍼 및 상관관계 도출용 마커(M)를 포함하는 웨이퍼 이미지를 획득하고, 웨이퍼 이미지를 연산부(400)로 전송한다.
캘리브레이션용 비전 카메라(300)는 웨이퍼 이송로봇(100)과 검사용 비전 카메라(200)와 상관관계 도출용 마커(M)를 촬영하여 상관관계 이미지를 획득한다. 구체적으로 캘리브레이션용 비전 카메라(300)는 웨이퍼 이송로봇(100)의 로봇 베이스(110)와 엔드이펙터(130), 검사용 비전 카메라(200), 상관관계 도출용 마커(M)를 촬영한 상관관계 이미지를 연산부(400)로 전송하고, 연산부(400)는 상관관계 이미지로부터 로봇 베이스(110), 엔드이펙터(130), 검사용 비전 카메라(200)의 위치 상관관계를 도출한다.
이를 위해, 검사용 비전 카메라(200)는 엔드이펙터(130)의 상부에 고정 배치되고, 캘리브레이션용 비전 카메라(300)는 웨이퍼 이송로봇(100) 및 검사용 비전 카메라(200)를 모두 촬영할 수 있는 위치에 이격되어 배치된다.
연산부(400)는 검사용 비전 카메라(200), 그리고 캘리브레이션용 비전 카메라(300)와 통신 연결되어, 검사용 비전 카메라(200) 및 캘리브레이션용 비전 카메라(300)에 의해 촬영된 이미지를 수신하고, 수신된 이미지들을 이용하여 웨이퍼의 위치오차 및 위치 상관관계를 도출한다. 나아가, 연산부(400)는 도출된 위치오차 및 위치 상관관계를 이용하여 웨이퍼 이송로봇(100)의 엔드이펙터(130)가 웨이퍼를 정상 위치(위치오차가 보정된 위치)에서 핸들링 및 이송할 수 있도록 웨이퍼 이송로봇(100)을 제어할 수 있다.
또한, 연산부(400)는 도출된 웨이퍼의 위치오차 및 위치 상관관계를 반도체 제조공정 시스템(이하 '시스템')으로 전송하여, 시스템이 웨이퍼 이송로봇(100)의 작업점(엔드이펙터(130)의 위치)과 웨이퍼의 정상 위치가 매칭되도록. 웨이퍼 이송로봇(100)을 제어하도록 할 수 있다.
연산부(400)에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 연산부(400)가 도시된 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연산부(400)는 이미지 왜곡 보정모듈(410), 위치오차 도출모듈(420), 상관관계 도출모듈(430)을 포함한다.
이미지 왜곡 보정모듈(410)은 비전 카메라들(200, 300)에 의해 획득된 웨이퍼 이미지 및 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행한다. 비전 카메라들(200, 300)은 3차원 현실에서 물체에 반사된 빛을 렌즈로 집광하여 이미지 센서에 투영 매핑(projective mapping)하여 2차원 화상으로 변환하는 과정을 거친다. 따라서 3차원 좌표를 2차원 좌표로 변환하는 과정에서 렌즈와 카메라에 의해 왜곡이 발생한다. 이미지 왜곡 보정모듈(410)은 이미지 왜곡 보정 모델을 이용하여 비전 카메라들(200, 300)에 의해 촬영된 이미지의 왜곡을 보정한다. 이미지 왜곡 보정 모델은 하기 수학식 (1)과 같은 수식을 포함한다.
수학식 (1) :
Figure 112021062752021-pat00007
여기서,
Figure 112021062752021-pat00008
는 3차원 현실 좌표 x, y, z이고,
Figure 112021062752021-pat00009
는 2차원 이미지 좌표 u, v이다. Zc는 카메라 좌표계 상의 임의의 한점을 의미한다. K는 변환을 위한 카메라 내부 매개변수 매트릭스이며, 하기 수학식 (2)와 같다.
수학식 (2) :
Figure 112021062752021-pat00010
이때, K의 구성요소 αx와 αy는 초점 거리(focal length)를 의미하며 감마(γ)는 뒤틀림 계수(skew coefficient), u0 및 v0는 이미지의 중심 좌표(주점, principal point)를 의미한다. 또한, [RT] 행렬은 카메라 외부 매개변수로 카메라 중심의 위치와 카메라의 방향을 의미하는 행렬이다.
정리하면, 3차원 좌표(x,y,z)를 2차원상의 한 점 Zc의 좌표(u v)로 변환하는 것은 카메라 내부 매개변수 행렬 K와 외부 매개변수 행렬 R, T로 구성되어 있으며, 카메라 내부 매개변수는 초점 거리, 뒤틀림 계수, 중심 좌표로 구성되고 외부 매개변수는 카메라 중심과 카메라의 방향을 의미한다.
도 3은 이미지 왜곡 보정모듈(410)에서 이미지 왜곡을 보정하는 과정이 도시된 도면이다. 이미지 왜곡 보정모듈(410)은 도 3의 (a)와 같은 웨이퍼 이미지 및 상관관계 이미지에 대해 수학식 (1)을 이용하여 카메라 내부 파라미터 및 왜곡 계수를 구한 후, 왜곡을 제거하는 언디스토션(undistortion) 과정을 거쳐서 도 3의 (b)와 같이 이미지 왜곡을 보정한다. 그 다음, 왜곡이 제거된 이미지에서 촬영된 영역의 거리와 이미지의 픽셀을 계산하여 도 3의 (c)와 같이 실제 거리를 산출한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 위치오차 도출모듈(420)의 동작 과정을 설명한다. 도 4는 위치 정보 도출모듈에서 특징점을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 추출된 특징점을 참조하여 추출하는 웨이퍼의 위치 정보를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
위치오차 도출모듈(420)은 이미지 왜곡이 보정된 웨이퍼 이미지로부터 특징점 추출 모델을 이용하여 도 4와 같이 복수개의 특징점을 검출한다. 특징점 추출 모델은, 이미지 내에서 색상 명도 등 픽셀값이 변하는 부분을 벡터 형식으로 표현하는 모델일 수 있다. 이러한 특징점 추출 모델은, 이미지를 미분한 그레디언트(gradient) 벡터의 크기로 판단하는 엣지 추출(edge detection) 모델, canny 함수를 사용하여 이미지의 엣지를 추출하는 캐니 엣지 추출 모델, 이미지 위에 커널을 이동시키면서 그레디언트의 변화량을 구하고 이 값을 적절한 기준값으로 구별하여 코너점을 찾는 해리스 코너 추출 모델, 그레디언트의 변화량이 설정한 기준값보다 크면 코너라고 판단하는 Shi & Tomasi 코너 추출 모델, 허프 라인 변환(Hough line transformation)을 사용하는 허프 라인 변환 모델, 특징점의 크기와 각도까지 같이 계산하여 이미지의 크기가 변하거나 회전해도 동일한 특징점을 찾을 수 있도록 하는 SIFT(Scale-Invariant Feature Transform) 모델 등이 있다.
본 발명에서는 원형의 웨이퍼(W) 상에 형성된 반도체 칩(S)의 틀어진 각도(정상 위치 기준 회전된 각도)도 검출하기 위한 것이므로, 위치오차 도출모듈(420)에 포함되는 특징점 추출 모델은 SIFT 모델인 것이 바람직하다.
위치오차 도출모듈(420)은 SIFT 모델을 이용하여 이미지 왜곡이 보정된 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출한다. 그리고, 도 5와 같이 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 웨이퍼의 위치오차를 도출한다. 기준 특징점은 위치오차 수집 전에 미리 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 추출하여 저장한다. 여기서, 위치오차는 웨이퍼 자체의 상하좌우 이동 및 웨이퍼의 회전에 의한 이동(회전 각도)을 포함한다. 기존에는 웨이퍼 테두리만을 검출하는 방식을 사용하여 웨이퍼 자체의 상하좌우 이동을 검출하였으나, 본 발명에서는 기준 특징점과 추출된 특징점을 비교함으로써 웨이퍼 자체의 상하좌우 이동 및 웨이퍼의 회전에 의한 이동(회전 각도)을 검출할 수 있게 된다.
도 6은 상관관계 도출모듈에서 상관관계를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 상관관계 도출모듈(430)은 캘리브레이션용 비전 카메라(300)에 의해 획득된 상관관계 이미지로부터 검사용 비전 카메라(200)와 웨이퍼 이송로봇(100)의 로봇 베이스(110)과 엔드이펙터(130) 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출한다.
상관관계 도출모듈(430)은 상관관계 이미지에서 로봇 베이스(110)를 원점(0, 0, 0)으로 하는 좌표계를 설정한다. 이때, 상관관계 도출용 마커(M)는 로봇 베이스(110)로부터 기설정된 거리만큼 떨어진 위치에 배치되며, 상관관계 도출용 마커(M)의 위치는 제1 위치(x1, y1, z1)로 상관관계 도출모듈(430)에 저장될 수 있다. 또한, 로봇 베이스(110)로부터 엔드이펙터(130)의 제2 위치(x2, y2, z2)는 기구학적으로 정해진 위치이며, 상관관계 도출모듈(430)에 저장될 수 있다.
검사용 비전 카메라(200)에 의해 획득된 웨이퍼 이미지와, 캘리브레이션용 비전 카메라(300)에 의해 획득된 상관관계 이미지는 이미지 왜곡 보정모듈(410)에서 이미지 왜곡이 보정되어, 이미지 내의 픽셀과 실제 크기 간의 상관관계를 구할 수 있다. 상관관계 도출용 마커(M)의 실제 크기를 알고 있으면, 원근법에 따라 상관관계 도출용 마커(M)와 카메라 간의 거리를 알 수 있다. 즉, 상관관계 도출모듈(430)은 웨이퍼 이미지와 상관관계 이미지에 공통으로 포함된 상관관계 도출용 마커(M)를 이용하여 검사용 비전 카메라(200)와 캘리브레이션용 비전 카메라(300) 간의 각도 차이와 상대적인 위치 좌표를 산출할 수 있다.
따라서, 검사용 비전 카메라(200)와 캘리브레이션용 비전 카메라(300)의 위치 관계, 로봇 베이스(110)로부터 엔드이펙터(130)의 좌표 관계, 로봇 베이스(110)와 검사용 비전 카메라(200)를 촬영한 상관관계 이미지로부터 삼각함수 등을 이용하여 로봇 베이스(110), 엔드이펙터(130), 검사용 비전 카메라(200)의 위치 상관관계를 도출할 수 있게 된다.
다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법을 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법이 도시된 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치오차 수집방법은, 웨이퍼 이미지 획득 단계(S100), 상관관계 이미지 획득 단계(S200),이미지 왜곡 보정 수행 단계(S300),웨이퍼 위치오차 도출 단계(S400),상관관계 도출 단계(S500)를 포함한다.
먼저, 검사용 비전 카메라(200)로, 웨이퍼 이송로봇(100)의 엔드이펙터(130) 상에 놓인 웨이퍼(W)를 촬영하여 웨이퍼 이미지를 획득한다.(S100) 그리고, 웨이퍼 이미지를 연산부(400)로 전송한다.
다음, 캘리브레이션용 비전 카메라(300)로, 검사용 비전 카메라(200)와 웨이퍼 이송로봇(100, 보다 구체적으로는 로봇 베이스(110))과 엔드이펙터(130)를 촬영하여 상관관계 이미지를 획득한다.(S200) 그리고, 상관관계 이미지를 연산부(400)로 전송한다. 물론, S100 단계와 S200 단계는 반드시 시간적인 선후 관계는 아니다. S100 단계와 S200 단계는 동시에 수행되거나, S100 단계 후 S200 단계가 수행되거나, S200 단계 후 S100 단계가 수행될 수도 있다.
다음, 연산부(400)가, 웨이퍼 이미지 및 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행한다.(S300) 연산부(400)의 이미지 왜곡 보정모듈(410)은 이미지 왜곡 보정 모델을 이용하여 비전 카메라들(200, 300)에 의해 촬영된 이미지의 왜곡을 보정한다. 이미지 왜곡 보정 모델은 하기 수학식 (1)과 같은 수식을 포함한다.
수학식 (1) :
Figure 112021062752021-pat00011
여기서,
Figure 112021062752021-pat00012
는 3차원 현실 좌표 x, y, z이고,
Figure 112021062752021-pat00013
는 2차원 이미지 좌표 u, v이다. Zc는 카메라 좌표계 상의 임의의 한점을 의미한다. K는 변환을 위한 카메라 내부 매개변수 매트릭스이며, 하기 수학식 (2)와 같다.
수학식 (2) :
Figure 112021062752021-pat00014
이때, K의 구성요소 αx와 αy는 초점 거리(focal length)를 의미하며 감마(γ)는 뒤틀림 계수(skew coefficient), u0 및 v0는 이미지의 중심 좌표(주점, principal point)를 의미한다. 또한, [RT] 행렬은 카메라 외부 매개변수로 카메라 중심의 위치와 카메라의 방향을 의미하는 행렬이다.
다음, 연산부(400)가, 이미지 왜곡 보정된 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고, 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 웨이퍼의 위치오차를 도출한다.(S400) 위치오차 도출모듈(420)에 포함되는 특징점 추출 모델은 SIFT 모델인 것이 바람직하다.
다음, 연산부(400)가, 상관관계 이미지로부터 검사용 비전 카메라(200)와 웨이퍼 이송로봇(100)의 로봇 베이스(110)과 엔드이펙터(130) 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출한다.(S500) 연산부(400)의 상관관계 도출모듈은, 웨이퍼 이미지와 상관관계 이미지에 공통으로 포함된 상관관계 도출용 마커를 이용하여 검사용 비전 카메라와 캘리브레이션용 비전 카메라 간의 각도 차이와 상대적인 위치 좌표를 산출한다.
연산부(400)는 도출된 웨이퍼의 위치오차 및 위치 상관관계를 반도체 제조공정 시스템(이하 '시스템')으로 전송하여, 시스템이 웨이퍼 이송로봇(100)의 작업점(엔드이펙터(130)의 위치)과 웨이퍼의 정상 위치가 매칭되도록. 웨이퍼 이송로봇(100)을 제어하도록 할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 웨이퍼 이송로봇 200 : 검사용 비전 카메라
300 : 캘리브레이션용 비전 카메라 400 : 연산부
M : 상관관계 도출용 마커

Claims (9)

  1. 엔드이펙터를 구비한 웨이퍼 이송로봇;
    상관관계 도출용 마커 및 상기 엔드이펙터 상에 놓인 웨이퍼를 촬영하여 웨이퍼 이미지를 획득하는 검사용 비전 카메라;
    상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터와 상관관계 도출용 마커를 촬영하여 상관관계 이미지를 획득하는 캘리브레이션용 비전 카메라;
    상기 웨이퍼 이미지 및 상기 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행하고, 이미지 왜곡 보정된 상기 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하며, 상기 상관관계 이미지로부터 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출하는 연산부;
    를 포함하는 웨이퍼 위치오차 수집장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 웨이퍼 이미지 및 상기 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행하는 이미지 왜곡 보정모듈;
    이미지 왜곡 보정된 상기 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하는 위치오차 도출모듈;
    상기 상관관계 이미지로부터 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출하는 상관관계 도출모듈;
    을 포함하는 웨이퍼 위치오차 수집장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 이미지 왜곡 보정모듈은,
    하기 수학식 (1)로 정의되는 이미지 왜곡 보정 모델을 포함하는 웨이퍼 위치오차 수집장치.
    수학식 (1) :
    Figure 112021062752021-pat00015

    (여기서,
    Figure 112021062752021-pat00016
    는 3차원 현실 좌표 x, y, z이고,
    Figure 112021062752021-pat00017
    는 2차원 이미지 좌표 u, v이며, Zc는 카메라 좌표계 상의 임의의 한점이고, K는 카메라 내부 매개변수 매트릭스이며, [RT] 행렬은 카메라 외부 매개변수로 카메라 중심의 위치와 카메라의 방향을 의미하는 행렬임)
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 위치오차 도출모듈은,
    SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 모델을 이용하여 상기 특징점을 검출하는 웨이퍼 위치오차 수집장치.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 상관관계 도출모듈은,
    상기 웨이퍼 이미지와 상기 상관관계 이미지에 공통으로 포함된 상관관계 도출용 마커를 이용하여 상기 검사용 비전 카메라와 상기 캘리브레이션용 비전 카메라 간의 각도 차이와 상대적인 위치 좌표를 산출하는, 웨이퍼 위치오차 수집장치.
  6. 검사용 비전 카메라로, 상관관계 도출용 마커 및 웨이퍼 이송로봇의 엔드이펙터 상에 놓인 웨이퍼를 촬영하여 웨이퍼 이미지를 획득하는 단계;
    캘리브레이션용 비전 카메라로, 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터와 상관관계 도출용 마커를 촬영하여 상관관계 이미지를 획득하는 단계;
    연산부가, 상기 웨이퍼 이미지 및 상기 상관관계 이미지에 대해 이미지 왜곡 보정을 수행하는 단계;
    연산부가, 이미지 왜곡 보정된 상기 웨이퍼 이미지로부터 복수개의 특징점을 검출하고, 검출된 특징점과 정상 위치에서의 웨이퍼 이미지로부터 검출된 기준 특징점을 참조하여 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하는 단계; 및,
    연산부가, 상기 상관관계 이미지로부터 상기 검사용 비전 카메라와 상기 웨이퍼 이송로봇과 상기 엔드이펙터 사이의 상대적인 위치를 기반으로 하는 상관관계를 도출하는 단계;
    를 포함하는 웨이퍼 위치오차 수집방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 이미지 왜곡 보정을 수행하는 단계는,
    하기 수학식 (1)로 정의되는 이미지 왜곡 보정 모델을 이용하여 수행되는 웨이퍼 위치오차 수집방법.
    수학식 (1) :
    Figure 112021062752021-pat00018

    (여기서,
    Figure 112021062752021-pat00019
    는 3차원 현실 좌표 x, y, z이고,
    Figure 112021062752021-pat00020
    는 2차원 이미지 좌표 u, v이며, Zc는 카메라 좌표계 상의 임의의 한점이고, K는 카메라 내부 매개변수 매트릭스이며, [RT] 행렬은 카메라 외부 매개변수로 카메라 중심의 위치와 카메라의 방향을 의미하는 행렬임)
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 웨이퍼의 위치오차를 도출하는 단계에서,
    상기 특징점은 SIFT(Scale Invariant Feature Transform) 모델을 이용하여 검출하는, 웨이퍼 위치오차 수집방법.
  9. 청구항 6에 있어서, 상기 상관관계를 도출하는 단계는,
    상기 웨이퍼 이미지와 상기 상관관계 이미지에 공통으로 포함된 상관관계 도출용 마커를 이용하여 상기 검사용 비전 카메라와 상기 캘리브레이션용 비전 카메라 간의 각도 차이와 상대적인 위치 좌표를 산출하는, 웨이퍼 위치오차 수집방법.
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