KR102452076B1 - 진동 또는 음향 특성 분석에 기초한 웨이퍼 클램프 검출 - Google Patents

진동 또는 음향 특성 분석에 기초한 웨이퍼 클램프 검출 Download PDF

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Abstract

클램핑 디바이스의 클램핑 상태를 검출하기 위한 작업 대상물의 클램핑 상태 검출 시스템 및 방법이 제공된다. 클램핑 표면을 구비하는 클램핑 디바이스는 작업 대상물을 클램핑 표면에 선택적으로 클램프하도록 형성된다. 클램핑 디바이스는 선택적으로 반도체 웨이퍼를 파지하기 위한 정전 척 또는 기계적 클램프일 수 있다. 진동 유도 메커니즘이 더 제공되고, 진동 유도 메커니즘은 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스와 작업 대상물을 선택적으로 진동시키도록 형성된다. 진동 감지 메커니즘이 또한 제공되고, 진동 감지 메커니즘은 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스와 작업 대상물의 진동을 검출하도록 형성된다. 클램핑 상태의 검출은 고유 공진 주파수 또는 음향 임피던스의 천이와 같은 음향 특성 변화를 이용하여 작업 대상물의 상태를 알아낸다. 컨트롤러는 클램핑 표면에 대한 작업 대상물의 클램핑과 관련된 클램핑 상태를 알아내도록 추가로 형성된다. 클램핑 상태는 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스와 작업 대상물의 검출된 진동과 관련된다.

Description

진동 또는 음향 특성 분석에 기초한 웨이퍼 클램프 검출{WAFER CLAMP DETECTION BASED ON VIBRATION OR ACOUSTIC CHARACTERISTIC ANALYSIS}
본 발명은 일반적으로 작업 대상물(workpiece) 클램핑 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전식 클램프를 포함하는 클램프 내에서 작업 대상물을 검출하는 것에 관한 것이다.
-관련 출원의 참조-
본 출원은 "진동 또는 음향 특성 분석에 기초한 웨이퍼 클램프 검출"이라는 제목의 2014년 12월 26일자로 출원된 미국 임시 출원 제 62/096,924호의 우선권 및 그 이익을 청구하며, 그 전체 내용은 본원에서 완전히 설명된 것처럼, 참조로 본 명세서에 통합된다.
정전식 클램프 또는 정전 척(ESCs)은 이온 주입, 에칭, 화학기상증착(CVD) 등과 같은 플라즈마 기반 또는 진공 기반의 반도체 공정 중에 작업 대상물 또는 기판을 클램핑하기 위해 반도체 산업에서 자주 사용된다. ESCs의 클램핑 기능 및 작업 대상물 온도 제어는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판 또는 웨이퍼를 처리하는 데 매우 중요한 것으로 입증되었다. 예를 들어, 전형적인 ESC는 도전성 전극 위에 위치된 유전체 층을 포함하며, 반도체 웨이퍼는 ESC의 표면 상에 배치된다(예를 들어, 웨이퍼는 유전체 층의 표면 상에 위치된다.) 반도체 프로세싱(예를 들어, 이온 주입) 동안, 클램핑 전압은 전형적으로 웨이퍼와 전극 사이에 인가되며, 웨이퍼는 정전기력(electrostatic forces)에 의해 척(chuck) 표면에 대해 클램핑된다.
작업 대상물 핸들링 및/또는 작업 대상물 가공 중에는 종종 작업 대상물을 ESC에 적절히 클램프하는 것을 검증 및/또는 보장할 필요가 있다. 게다가 특정 이온 주입 공정들과 같은 특정 공정들의 경우, ESC의 냉각을 통해 작업 대상물을 냉각하는 것이 바람직하고, 작업 대상물과 ESC간의 클램핑 힘은 작업 대상물의 적절한 냉각을 보장한다. 따라서, 작업 대상물 클램핑 상태를 확인하기 위한 다양한 구성이 마련된다. 하나의 일반적인 작업 대상물 검증은 작업 대상물 및 ESC와 관련되는 캐패시턴스의 변화를 기반으로 한다. ESC표면에 대한 작업 대상물의 근접성은 일반적으로 작업 대상물과 ESC 표면 사이의 캐패시턴스를 규정한다. 그러나 측정된 캐패시턴스가 작업 대상물이 ESC에 적절히 파지되거나 클램핑 되었는지 여부를 항상 나타내는 것은 아니다.
그러므로, 작업 대상물이 ESC표면에 적절히 파지되거나 클램핑 되었는지 여부를 알아내는 장치, 시스템 및 방법에 대한 필요가 존재한다.
본 발명은 선행기술의 한계를 극복할 수 있는 작업 대상물의 클램핑 상태를 알아내기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 작업 대상물(workpiece) 클램핑 상태 검출 시스템으로서, 클램핑 표면을 구비하고, 작업 대상물을 상기 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하도록 형성된 클램핑 디바이스; 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상을 선택적으로 진동시키도록 형성되는 진동 유도 메커니즘; 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 상기 하나 이상의 진동을 감지하도록 형성되는 진동 감지 메커니즘; 및 상기 클램핑 표면에 상기 작업 대상물을 클램핑하는 것과 관련된 클램핑 상태- 이 때, 상기 클램핑 상태는 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 상기 하나 이상의 검출된 진동과 관련됨-를 알아내도록 형성되는 컨트롤러;를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 진동 유도 메커니즘은 음향(acoustic) 디바이스를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 음향(acoustic) 디바이스는 오디오 스피커를 포함하는 진동 송신기(transmitter)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 진동 감지 메커니즘은 마이크로폰을 포함하는 가속도계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 진동 유도 메커니즘은 초음파 방출기(emitter)를 포함하고, 상기 진동 감지 메커니즘은 초음파 수신기를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 초음파 송신기 및 초음파 수신기는 초음파 변환기로 규정될 수 있다.
이 때, 상기 컨트롤러는 상기 클램핑 상태와 관련된 임피던스 패턴을 차별화하도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 클램핑 디바이스는 정전식 클램프를 포함하고, 상기 클램핑 표면은 상기 작업 대상물을 정전식으로 클램프 하도록 형성되는 대체로 평탄한 표면을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 클램핑 디바이스는 기계적 클램프를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 기계적 클램프는 상기 작업 대상물의 둘레 가장자리를 선택적으로 파지하도록 형성된 하나 이상의 그리퍼(gripper)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 진동 감지 메커니즘은 레이저 장치를 포함하고, 상기 레이저 장치는 상기 작업 대상물의 표면을 향하여 레이저 빔을 조사(direct)하고, 상기 작업 대상물의 표면으로부터 수신된 레이저 빔의 반사의 변조를 검출하도록 형성되고, 상기 수신된 레이저 빔의 반사의 변조는 상기 클램핑 디바이스에 대한 상기 작업 대상물의 진동과 관련될 수 있다.
이 때, 상기 작업 대상물의 질량은 상기 클램핑 디바이스의 질량보다 작을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법에 있어서, 상기 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 상기 작업 대상물의 표면을 클램핑하는 단계; 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 내에서 진동을 유도하는 단계; 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동을 검출하는 단계; 및 클램핑 표면에 클램핑된 작업 대상물과 관련된 클램핑 상태를 알아내는 단계;를 포함하고, 상기 클램핑 상태는 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 검출된 진동의 공진 주파수와 관련되는, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법이 제공된다.
이 때, 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 내의 진동을 유도하는 단계는, 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물을 향해 음파를 방출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동을 검출하는 단계는, 음파가 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 또는 작업 대상물로부터 반사되는 경우 음파를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 하나 또는 그 이상의 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동을 검출하는 단계는, 상기 작업 대상물의 표면을 향해 레이저 빔을 조사(direct)시키는 단계; 상기 작업 대상물의 표면으로부터 상기 레이저 빔의 반사를 수신하는 단계; 및 상기 작업 대상물의 표면으로부터의 상기 레이저 빔의 수신된 반사의 변조를 알아내는 단계;를 포함하고, 상기 수신된 레이저 빔의 반사의 변조는 상기 클램핑 디바이스에 대한 상기 작업 대상물의 진동과 관련될 수 있다.
이 때, 상기 작업 대상물의 표면을 상기 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 클램핑하는 단계는, 상기 작업 대상물의 표면을 정전식 클램프의 대체로 평면인 표면에 정전식으로 클램핑하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 작업 대상물의 표면을 상기 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 클램핑하는 단계는, 기계적 클램프를 통해 상기 작업 대상물의 둘레 가장자리를 기계적으로 클램핑하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 반도체 공정에서 작업 대상물 핸들링 및/또는 작업 대상물 가공 중 작업 대상물이 ESC에 적절히 클램프된 것을 검증 및/또는 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 태양에 따른 예시적인 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 태양에 따른 예시적인 정전식 클램프의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 태양에 따른 예시적인 기계적 클램프의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 태양에 따라, 클램프 내의 작업 대상물의 상태를 알아내는 방법을 도시한다.
본 발명은 정전식 클램프에 대한 작업 대상물의 클램핑 상태를 알아내기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공하여 선행기술의 한계를 극복하는 것이다. 따라서, 이하에서는 본 발명의 일부 태양에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 명세서에 개시된 내용의 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개요는 아니다. 이는 본 발명의 주요 요소 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하지 않는다. 이것의 목적은 후술되는 보다 상세한 설명의 서두로서, 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시한다.
본 공개에 따르면, 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템이 제공되고, 클램핑 디바이스는 클램핑 표면과 연관되는 클램핑 표면을 구비하고, 클램핑 디바이스는 선택적으로 작업 대상물을 클램핑 표면에 클램프 하도록 형성된다. 예를 들어, 클램핑 디바이스는 정전식 클램프를 포함하고, 클램핑 표면은 작업 대상물을 정전식으로 클램핑하도록 형성된 대체로 평탄한 표면을 포함한다. 대안적으로, 클램핑 디바이스는 기계적 클램프를 포함하며, 기계적 클램프는 작업물의 둘레 가장자리를 선택적으로 파지하도록 형성된 하나 이상의 그리퍼를 포함한다. 다른 대안에 있어서, 클램핑 디바이스는 작업 대상물을 선택적으로 유지하도록 형성된 임의의 클램핑 장치를 포함한다.
일 예시에 따르면, 진동 유도 메커니즘이 제공되고, 진동 유도 메커니즘은 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물을 선택적으로 진동시키도록 형성된다. 게다가 진동 감지 메커니즘이 제공되고, 진동 감지 메커니즘은 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동을 검출하도록 형성된다. 일례로, 진동 유도 메커니즘은 전기 기계적 진동 송신기(transmitter)를 포함한다. 이러한 예에서, 진동 감지 메커니즘은 가속도계를 포함할 수 있다. 검출이 대기에서 수행되는 예에서, 진동 유도 메커니즘은 오디오 스피커를 포함할 수 있고, 진동 감지 메커니즘은 마이크로폰을 포함할 수 있다. 대안적으로, 진동 유도 메커니즘은 초음파 방출기를 포함하고, 진동 감지 메커니즘은 초음파 수신기를 포함한다. 오디오 스피커 또는 초음파 송신기(transmitter)의 보이스 코일과 같은 몇몇 전기 기계적 진동 송신기에서, 송신기는 감지 메커니즘으로 작동하도록 형성될 수 있다.
다른 예에서, 진동 감지 메커니즘은 레이저 장치를 포함한다. 예를 들어, 레이저 장치는 레이저 빔이 작업 대상물의 표면을 향하도록 형성되고, 레이저 장치는 작업 대상물의 표면으로부터 수신되는 레이저 빔 반사의 변조를 검출하도록 추가로 형성된다. 수신되는 레이저 빔 반사의 변조는 클램핑 디바이스에 대한 작업 대상물의 진동과 관련된다.
또 다른 예에 따르면, 클램핑 표면에 대한 작업 대상물의 클램핑과 관련된 클램핑 상태를 알아내도록 제어기가 제공되고 형성된다. 예를 들어, 클램핑 상태는 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 검출된 진동과 관련된다. 일례로, 컨트롤러는 클램핑 상태와 관련된 임피던스 패턴을 차별화하도록 형성된다.
또 다른 예시적인 태양에 따르면, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법이 본 공개에서 제공된다. 일례로, 상기 방법은 작업 대상물의 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 작업 대상물의 표면을 클램핑 하고, 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 내의 진동을 유도하는 것을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동은 연속적으로 검출되고, 클램핑 표면에 대한 작업 대상물의 클램핑과 관련된 클램핑 상태가 결정된다. 예를 들어, 클램핑 상태는 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 검출된 진동의 주파수 천이와 관련된다.
상기 요약은 단지 본 발명의 일부 실시예의 일부 특징의 간략한 개요를 제공하기 위한 것으로, 다른 실시예는 전술한 것 이외의 부가적 및/또는 상이한 특징을 포함할 수 있다. 특히 이 개요는 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 전술한 목적과 관련된 목적을 달성하기 위해, 발명은 이후에 설명되는 특징과 특히 청구항들에서 지적된 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 특정 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방식 중 몇 가지를 나타내는 것이다. 본 발명의 다른 목적과 장점 및 신규한 특징은 도면과 관련하여 고려될 때, 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 일반적으로 작업 대상물 클램프에 대한 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 도면을 참조하여 설명되며, 동일한 참조번호는 명세서 전체에서 동일한 구성 요소를 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 태양들은 단지 예시적인 것이며, 제한적인 의미로 해석될 수 없다는 것을 이해해야 한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해, 다수의 특정한 세부 사항이 제시된다. 그러나, 당해 기술분야 통상의 기술자에게는 이러한 특정 세부 사항들 없이 본 발명이 실시될 수 있음이 명백하다. 또한, 발명의 범위는 첨부되는 도면을 참조하여 이하에 기술되는 실시예들이나 예시들에 의해 제한되는 것이 의도되지 않으며, 첨부된 청구항들이나 그 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.
또한, 도면은 본 명세서에 개시된 내용의 실시예의 일부 태양을 예시하기 위해 제공되며 그러므로 도면은 오직 개략도로 간주되어야 한다는 것을 유의해야 한다. 특히, 도면들에 도시된 구성 요소들은 반드시 서로 축척(scale) 될 필요는 없고, 도면들에서 다양한 구성 요소들의 배치는 각각의 실시예에 대한 명확한 이해를 제공하도록 선택되며, 반드시 본 발명의 일 실시예에 따른 구현에서 다양한 구성 요소들의 실제의 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 해석되어서는 안된다. 또한, 본 명세서에서 설명된 다양한 실시예 및 예시들의 특징은 특별히 언급하지 않는 한 서로 결합 될 수 있다.
또한, 이하의 설명에서, 기능 블록들, 디바이스들, 구성 요소들, 회로 요소들 또는 본 명세서에서 도시되거나 설명된 다른 물리적 또는 기능적 유닛들 간의 임의의 직접적인 접속 또는 결합은 간접적인 접속 또는 결합에 의해 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 도면들에 도시된 기능 블록들 또는 유닛들은 일 실시예에서 분리된 특징들 또는 회로들로서 구현 될 수 있고, 대안적으로 또 다른 실시예에서 공통 피쳐 또는 회로로 완전히 또는 부분적으로 구현 될 수 있다. 예를 들어, 몇 명 기능 블록들은 신호 프로세서와 같은 일반적인 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서 유선 기반으로 설명되는 임의의 접속은 달리 언급되지 않는 한, 무선 통신으로 구현될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에 개시된 내용의 일 태양에 따르면, 도 1은 예시적인 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템(100)을 도시한다. 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템(100)은 예를 들어, 클램핑 표면(104)과 연관된 클램핑 표면(104)을 구비하는 클램핑 디바이스(102)를 포함하며, 클램핑 디바이스는 작업 대상물(106)를 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하도록 형성된다.
예를 들어, 클램핑 디바이스(102)는 예를 들어, 작업 대상물(106)를 정전 기적으로 클램핑하도록 형성된 정전식 클램프(또는 ESC)(108)를 포함한다.(예를 들어, 실리콘 웨이퍼, 디스플레이 패널 등과 같은 반도체)
예를 들어, 클램핑 표면(104)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 평탄화된 표면(110)을 포함한다. 예를 들어, 일반적으로 평탄한 표면(110)은 당해 기술분야 통상의 기술자에게 이해되는 바와 같이, 정전 인력을 통해 작업 대상물(106)의 표면(112)을 선택적으로 클램핑하도록 형성된다.
일 대안예에서, 도 1의 클램핑 디바이스(102)는 기계적 클램프(114)를 포함하고, 그 예는 도 3에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 기계적 클램프(114)는 작업 대상물(106)의 둘레 가장자리(118)를 선택적으로 파지하도록 형성되는 하나 또는 그 이상의 그리퍼(116)를 포함한다. 대안적으로, 기계적 클램프(114)는 임의의 작업 대상물(106)를 선택적으로 유지하도록 형성되는 기계적 디바이스를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 내용에 따르면, 도 1에 도시된 진동 유도 메커니즘(120)이 제공되고, 진동 유도 메커니즘은 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스(102) 및 작업 대상물(106)을 선택적으로 진동시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 진동 유도 메커니즘(120)은 검출이 대기에서 이루어지는 경우, 음파(126)를 생성하는 스피커(124)와 같은 음향 디바이스(122)를 포함한다. 음향 디바이스는 임의의 파 방출 디바이스 또는 진동 유도가 가능한 디바이스를 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 진동 감지 메커니즘(128)이 제공되고, 진동 감지 메커니즘은 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스(102) 및 작업 대상물(106)의 진동(130)을 검출하도록 형성된다.
예를 들어, 진동 감지 메커니즘(128)은 검출이 대기중에서 이루어지는 경우, 음향 디바이스(122)로부터 반사되는 음파(134)를 검출하도록 형성되는 마이크로폰(132)을 포함한다.
다른 예에서, 진동 유도 메커니즘(120)은 초음파 방출기를 포함하고, 진동 감지 메커니즘(128)은 초음파 수신기를 포함한다.
또 다른 예에서, 진공 검출이 바람직한 경우 또는 초음파를 사용하는 경우, 진동 유도 메커니즘(120) 및 진동 감지 메커니즘(128)(예를 들어, 송신기와 수신기가 결합된 초음파 변환기)는, 클램핑 디바이스의 실질적으로 고체인 매질을 통한 음향파의 전도를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 클램핑 디바이스(102)에 물리적으로 부착(예를 들어, 표면(110)에 결합)될 수 있다.
대안적으로, 도 1의 진동 유도 메커니즘(120) 및 진동 감지 메커니즘(128)은, 클램핑 디바이스를 이동시키도록 형성되는 스캔 암(미도시)과 같은 클램핑 디바이스에 결합된 임의의 일반적인 견고한 구조체를 통해, 클램핑 디바이스(102)에 결합될 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(136)는 클램핑 디바이스(102)의 클램핑 표면(104)에 대한 작업 대상물(106)의 클램핑과 관련된 클램핑 상태(138)를 알아내도록 제공 및 형성된다. 클램핑 상태(138)은 일례로, 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스(102) 및 작업 대상물(106)의 검출되는 진동과 관련된다. 일 예시에 따르면, 컨트롤러(136)은 클램핑 상태(138)와 관련된 임피던스 패턴을 차별화하도록 형성된다.
다른 예시, 태양에 따르면, 진동 감지 메커니즘(128)은 레이저 장치(140)를 포함한다. 예를 들어, 레이저 장치(140)는 작업 대상물(106)의 표면(144)을 향하여 레이저 빔(142)을 조사(direct)시키고, 작업 대상물의 표면으로부터의 레이저 빔(142)의 수신된 반사(146)의 변조를 검출하도록 형성된다.　따라서, 레이저 빔(142)의 수신된 반사(146)의 변조는 클램핑 디바이스(102)에 대한 작업 대상물(106)의 진동(130)과 관련된다.
또 다른 예시에 따르면, 다른 레이저 장치(도시되지 않음)는 다른 레이저 빔(도시되지 않음)을 클램핑 디바이스(102)를 향해 조사(direct)하도록 형성되며, 이에 따라 컨트롤러(136)는 예를 들어, 각각의 작업 대상물(106) 및 클램핑 디바이스와 관련된 수신된 편향(deflection)의 변조를 비교하여, 클램핑 디바이스의 표면(104)에 대한 작업 대상물의 클램핑 상태를 추가로 알아내도록 추가로 형성된다. 예를 들어, 작업 대상물(106)가 클램핑 디바이스(102)의 표면(104)에 적절히 클램핑되지 않으면, 각각의 작업 대상물 및 클램핑 디바이스와 관련된 수신된 편향의 변조가 상이할 수 있으며, 이에 따라, 컨트롤러(136)는 변조의 차이에 기반한 클램핑 상태를 알아내도록 형성된다.
본 발명의 다른 예시적인 태양에 따르면, 도 4는 정전식 클램프의 클램핑 상태를 검출하도록 제공되는 예시적인 방법(100)을 도시한다. 예시적인 방법은 일련의 동작들 또는 이벤트들로 본 명세서에서 도시되고 설명되지만, 몇몇 단계들은 발명에 따라 본 명세서에서 도시되고 설명된 것 이외에 다른 순서들 및/또는 다른 단계들과 동시에 발생할 수 있기 때문에 본 발명은 도시된 이러한 행위 또는 이벤트들의 순서로 제한되지 않는 것이 이해될 것임을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해 모든 도시된 단계가 요구되는 것은 아니다. 또한, 방법은 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 뿐 아니라, 여기서 도시되고 설명된 시스템과 관련하여 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
도 4의 방법(200)은 202단계에서 시작하고, 작업 대상물의 표면은 도 1의 클램핑 디바이스(102)와 같은 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 클램프된다. 204단계에서, 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물을 향해 음파를 방출하는 것과 같이, 진동은 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 내에서 유도된다. 206단계에서, 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동은 검출된다. 일례로, 206단계에서 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동을 검출하는 것은, 음파가 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 또는 작업 대상물로부터 튕겨 나오면, 전술한 음파를 검출하는 것을 포함한다. 대안적으로, 206단계에서, 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 진동을 검출하는 것은 레이저 빔을 작업 대상물의 표면을 향하도록 조사(direct)시키는 것과 작업 대상물의 표면으로부터의 레이저 빔의 반사를 수신하는 것을 포함하고, 작업 대상물의 표면으로부터 수신된 레이저 빔의 반사의 변조는 결정되고, 수신된 레이저 빔의 반사의 변조는, 클램핑 디바이스에 대한 작업 대상물의 진동과 관련된다.
208단계에서, 클램핑 표면에 대한 작업 대상물의 클램핑과 관련된 클램핑 상태는 결정되고, 클램핑 상태는 공진 주파수의 천이와 하나 또는 그 이상의 클램핑 디바이스 및 작업 대상물의 검출된 진동의 공진의 Q와 관련된다. 예를 들어, 206단계에서 검출된 진동은, 클램핑의 다양한 단계 및 이와 관련된 비교 또는 다른 계산에서 클램핑 디바이스 및 작업 대상물과 관련된 미리 결정된 클램핑 프로파일에 기초한 208단계에서의 클램핑 레벨(예를 들어, 클램핑 상태)을 결정하기 위해 이용될 수 있다.
작업 대상물의 감지에 진동(예를 들어, 음향)분석을 도입함으로써, 작업 대상물 또는 웨이퍼가 ESC(정전 척)에 동적으로 결합(예를 들어, 연결)되는지 여부를 감지 할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 내용은 작업 대상물이 ESC(정전 척)에 견고히 고정된 상태 및 작업 대상물이 ESC(정전 척)에 단순히 놓여있거나 남겨진 상태의 진동(또는 음향) 특성의 변화에 의해 작업 대상물 클램프 상태를 검출하는 시스템 및 방법을 제공한다.
한 가지 예는 ESC(정전 척)의 고유 공진 주파수의 변화를 관찰하는 것이다. 예를 들어, 본 명세서는 ESC(정전 척)에 웨이퍼가 없는 상태와 ESC(정전 척)에 웨이퍼가 붙어 있지만 클램핑되지 않은 상태 그리고 ESC(정전 척)과 웨이퍼가 함께 진동하는 웨이퍼가 ESC(정전 척)에 클램핑된 다른 상태 사이에 고유 공진 주파수의 변화를 고려한다. 예를 들어, 웨이퍼가 ESC(정전 척)에 클램핑되면, ESC(정전 척)와 함께 일반적으로 하나의 솔리드 부품으로서 진동 할 것이고, 본 명세서에서는 그 고유 공진 주파수가 웨이퍼가 없는 케이스에 비해 약간 낮을 것으로 예상한다. 웨이퍼가 ESC(정전 척)상에 단순히 놓여있거나 남겨지되, 클램핑 되지 않은 웨이퍼는 ESC(정전 척)에 느슨하게 결합된 물체로 보일 것이며, 고유 공진 주파수는 전술한 두 개의 케이스와 다를 것으로 예상된다.
고유 공진 주파수를 모니터링 하기 위해, 하나의 방법은 선택적으로 가변적인 주파수의 진동과 같은 외부 진동을 인가하고, 구동 주파수가 스위핑될 때 변위를 모니터링 한다. 다른 예에서, 임펄스 또는 충격 펄스는 자극기(exciter)로서 인가될 수 있고, 변위 신호의 주파수 성분이 모니터링 될 수 있다. 대안적으로, 머신 노이즈는 그것의 고유 주파수로 자극시키기 위해 사용될 수 있다.
다른 예시는 하나는 ESC(정전 척)으로부터 또 다른 하나는 웨이퍼로부터 두 개의 진동 주파수를 모니터링 하고, 두 진동간의 간섭성(coherency)을 비교한다. 본 명세서에 개시된 내용은 웨이퍼가 ESC(정전 척)에 클램프되면, 두 진동은 클램프 상태를 나타내기 위해 일반적으로 간섭되는 것을 예상한다. 일 예시에서, 웨이퍼가 클램핑 되지 않음(예를 들어, 단지 ESC상에 놓여지거나 남겨짐)에도 불구하고, 두 개의 진동은 일반적으로 낮은 주파수에서 간섭될 것으로 예상된다. 그러나, 상대적으로 높은 주파수(예를 들어, 100Hz 이상)에서, 일관성은 웨이퍼가 ESC(정전 척)에 동적으로 연결(예를 들어, 클램핑)되는 좋은 징후일 가능성이 더 크다. 두 진동을 감지하는 것은 ESC(정전 척)의 외경 바깥쪽의 웨이퍼 가장자리와 같이, ESC(정전 척) 및 웨이퍼에서 반사된 레이저 광선으로 수행될 수 있다.
그러므로, 음향 임피던스 측정에 기초한 웨이퍼 검출 시스템이 제공된다. 공진 주파수가 웨이퍼의 무게에 따라 다르기 때문에, 웨이퍼는 이송 아암 상에서 검출될 수 있다. 검출 시스템은 ESC(정전 척)에서 웨이퍼 클램핑을 검출하는데 또한 사용될 수 있다. 웨이퍼가 클램핑 되면 웨이퍼는 ESC(정전 척)와 함께 고체 질량으로 처리될 수 있으나, 클램핑 되지 않으면 다른 임피던스 패턴을 나타낼 수 있다. 특정 주파수에서, 웨이퍼는 위상 천이와 함께 진동할 수 있으며, 임피던스는 다를 수 있다. 예를 들어, 음향 임피던스는 상대적으로 작은 스피커(예를 들어, 원뿔(cone)없는 스피커)로 측정될 수 있다. 적어도 부분적인 역기전력에 의해 정전류 구동하에서의 전압은 공진에 따라 다이내믹하게 변할 수 있다. 본 명세서에 개시된 내용에서는 캐패시턴스 측정 방법으로 대안적으로 또는 백업으로 이용될 수 있다. 신뢰성 있는 웨이퍼 검출을 위해, 초음파 이미징(Ultrasonic imaging)이 추가로 이용될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예들에 관하여 도시되고 설명되었지만, 상기 설명된 실시예들은 본 발명의 일부 실시예들의 구현을 위한 예로서만 제공되며, 본 발명의 애플리케이션은 이들 실시예들에 한정되지 않는다. 특히, 상술한 구성 요소(어셈블리, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 구성 요소를 설명하는데 사용된 용어("수단"에 대한 언급 포함)는 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 기술된 본 발명의 예시적인 실시예에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동등하지는 않지만 설명된 구성 요소의 특정 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 동등한) 모든 구성 요소에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 실시예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을지라도, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 실시예들로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (18)

  1. 작업 대상물(workpiece) 클램핑 상태 검출 시스템으로서,
    클램핑 표면을 구비하고, 작업 대상물을 상기 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하도록 구성된 클램핑 디바이스;
    상기 클램핑 디바이스와 물리적으로 접촉하지 않는 진동 유도 메커니즘 - 상기 진동 유도 메커니즘은 상기 진동 유도 메커니즘으로부터의 음파의 방출을 통해 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상을 선택적으로 진동시키거나 진동시키지 않도록 구성됨 -;
    상기 클램핑 디바이스와 물리적으로 접촉하지 않는 진동 검출 메커니즘 - 상기 진동 검출 메커니즘은 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상의 상기 진동을 검출하도록 구성됨 -; 및
    상기 클램핑 표면에서 상기 작업 대상물의 클램핑과 관련된 클램핑 상태를 알아내도록 구성되는 컨트롤러 - 상기 클램핑 상태는 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상의 검출된 진동과 관련됨 -;
    를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 유도 메커니즘은 음향(acoustic) 디바이스를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 음향(acoustic) 디바이스는 오디오 스피커를 포함하는 진동 송신기(transmitter)를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 검출 메커니즘은 마이크로폰을 포함하는 가속도계를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 유도 메커니즘은 초음파 방출기(emitter)를 포함하고, 상기 진동 검출 메커니즘은 초음파 수신기를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 초음파 방출기 및 초음파 수신기는 초음파 변환기로 규정되는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 클램핑 상태와 관련된 임피던스 패턴을 구별하도록 구성되는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 디바이스는 정전식 클램프를 포함하고,
    상기 클램핑 표면은 상기 작업 대상물을 정전식으로 클램핑 하도록 구성되는 평탄한 표면을 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 디바이스는 기계적 클램프를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계적 클램프는 상기 작업 대상물의 둘레 가장자리를 선택적으로 파지하도록 구성되는 하나 이상의 그리퍼(gripper)를 포함하는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 검출 메커니즘은 레이저 장치를 포함하고,
    상기 레이저 장치는 상기 작업 대상물의 표면을 향하여 레이저 빔을 겨냥(direct)하고, 상기 작업 대상물의 표면으로부터 수신된 레이저 빔의 반사의 변조를 검출하도록 구성되고,
    상기 수신된 레이저 빔의 반사의 변조는 상기 클램핑 디바이스에 대한 상기 작업 대상물의 진동과 관련되는 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업 대상물의 질량은 상기 클램핑 디바이스의 질량보다 작은 작업 대상물 클램핑 상태 검출 시스템.
  13. 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 상기 작업 대상물의 표면을 클램핑하는 단계;
    상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상에 상기 클램핑 디바이스와 물리적으로 접촉하지 않는 진동 유도 메커니즘으로부터의 음파의 방출을 통해 진동을 유도하는 단계;
    상기 음파의 반사의 검출을 통해 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상의 진동을 검출하는 단계; 및
    상기 클램핑 표면에서 상기 작업 대상물의 클램핑과 관련된 클램핑 상태를 알아내는 단계;
    를 포함하되,
    상기 클램핑 상태는 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상의 검출된 진동의 공진 주파수와 관련되는, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상에 진동을 유도하는 단계는,
    상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상을 향해 음파를 방출하는 단계를 포함하는, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상의 진동을 검출하는 단계는,
    상기 음파가 상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상으로부터 산란되는 경우 상기 음파를 검출하는 단계를 포함하는, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법.
  16. 제 13 항에있어서,
    상기 클램핑 디바이스 및 작업 대상물 중 하나 이상의 진동을 검출하는 단계는,
    상기 작업 대상물의 표면을 향해 레이저 빔을 겨냥(direct)시키는 단계;
    상기 작업 대상물의 표면으로부터 상기 레이저 빔의 반사를 수신하는 단계; 및
    수신된 상기 작업 대상물의 표면으로부터의 상기 레이저 빔의 반사의 변조를 알아내는 단계;
    를 포함하되,
    상기 수신된 레이저 빔의 반사의 변조는 상기 클램핑 디바이스에 대한 상기 작업 대상물의 진동과 관련되는, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 작업 대상물의 표면을 상기 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 클램핑하는 단계는,
    상기 작업 대상물의 표면을 정전식 클램프의 평면인 표면에 정전식으로 클램핑하는 단계를 포함하는, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 작업 대상물의 표면을 상기 클램핑 디바이스의 클램핑 표면에 클램핑하는 단계는,
    기계적 클램프를 통해 상기 작업 대상물의 둘레 가장자리를 기계적으로 클램핑하는 단계를 포함하는, 클램핑 디바이스에서 작업 대상물의 클램핑 상태를 검출하는 방법.
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