KR19980022564A - 반도체 웨이퍼 클램핑 자국 확인장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼를 공정챔버 내부로 로딩(Loading)하기 전에 플랫존을 기준하여 정렬(Align)시키도록 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치에 관한 것이다.

본 발명은 웨이퍼를 이송하는 로봇과, 웨이퍼를 흡착 고정하는 척과, 상기 척을 회전시키는 구동모터와, 상기 척을 X축과 Y축으로 변환시키는 수평변환 테이블과, 위치감지센서 및 상기 위치감지센서로부터 인가되는 신호를 통해 상기 구동모터와 상기 수평변환 테이블 및 로봇의 구동력을 제어하는 제어부로 구성된 반도체 웨이퍼 정렬장치에 있어서, 상기 위치감지센서가 상기 웨이퍼의 가장자리 부위를 따라 복수개 설치되고, 상기 복수개의 위치감지센서로부터 인가된 각각의 신호를 통해 상기 구동모터와 상기 수평변환 테이블 및 로봇의 구동력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 웨이퍼를 정렬시키는데 소요되는 시간이 단축되고, 웨이퍼를 회전시키기 위한 구동모터의 부하를 줄여 구동모터의 수명을 연장하는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 정렬장치

본 발명은 반도체 웨이퍼 정렬장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼를 공정챔버 내부로 로딩(Loading)하기 전에 플랫존을 기준하여 정렬(Align)시키도록 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치에 관한 것이다.

통상적으로 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속배선 등의 공정이 반복 수행됨에 따라 반도체 장치로 제작된다.

이들 각 공정을 수행하기 위한 제조설비 즉, 포토설비, 식각설비, 이온주입설비 등은 웨이퍼 상면에 대하여 특정한 방향성을 갖고 있음에 따라 이들 공정을 수행하는 제조설비들은 웨이퍼가 정확히 정렬된 상태로 로딩될 것을 요구하고 있다.

상술한 바와 같이 웨이퍼의 정렬이 정확하지 않을 경우 공정이 정확하게 수행되지 않아 반도체장치의 각부 형성 및 특성을 변화시키고, 수율(Yield)이 저하되는 문제점이 생기게 된다.

따라서, 반도체 제조설비에는 웨이퍼를 공정챔버 내부에 투입하기 전에 정렬시키도록 하는 웨이퍼 정렬장치가 설치되어 있으며, 이러한 웨이퍼의 정렬장치에 대한 종래 기술에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도1은 종래의 반도체 웨이퍼 정렬장치를 나타낸 구성도이고, 도2는 도1의 척에 의해 회전하는 웨이퍼의 정렬 위치를 나타낸 평면도이며, 도3은 도2의 위치감지센서에 의한 척 중심으로부터 회전각에 따른 웨이퍼의 변위 변화를 나타낸 도표이다.

도1 내지 도3를 참조하여 설명하면, 웨이퍼 정렬장치(10)는 웨이퍼(12)를 외부로부터 인계받아 소정 위치로 이송하도록 형성된 로봇(14)과, 상기 로봇(14)으로부터 웨이퍼(12)를 인계받아 흡착 고정하게 되는 척(16)과, 상기 척(16)에 회전력을 제공하도록 형성된 구동모터(18)와, 상기 웨이퍼(12)의 위치를 X축과 Y축으로 이동시키도록 하는 수평변환 테이블(20)과, 상기 수평변환 테이블(20)에 고정 설치되어 척(16)에 흡착 고정된 상태로 회전하게 되는 웨이퍼(12)의 가장자리 부위가 척(16)의 중심으로부터 회전각에 따라 돌출되는 정도를 감지하도록 형성된 위치감지센서(22) 및 상기 위치감지센서(22)의 신호를 받아 상기 구동모터(18)와 상기 수평변환 테이블(20)을 구동시켜 웨이퍼(12)를 정위치에 정렬시키고 이후 상술한 웨이퍼(12) 상태의 신호를 로봇(14)에 인가하여 웨이퍼(12)를 공정챔버(도시 안됨) 내부로 로딩시키도록 하는 제어부(24)로 구성된다.

한편, 상술한 위치감지센서(22)는 발광소자(26)와 수광소자(28)로 구성되며, 이들 발광소자(26)와 수광소자(28)는 도2에 도시된 바와 같이 척(16)의 중심으로부터 소정 거리 이격된 위치 즉, 척(16)에 흡착된 웨이퍼(12) 가장자리 부위의 상· 하측에 상호 대응하는 형상으로 설치된다.

이들 발광소자(26)와 수광소자(28) 사이로 웨이퍼(12)가 위치되면, 발광소자(26)와 수광소자(28)는 웨이퍼(12) 가장자리 부위가 척(16)의 중심으로부터 어느 정도 이격되어 있는지를 확인하게 됨에 따라 척(16)에 의해 회전하는 웨이퍼(12)의 변위 변화와 플랫존(13)의 위치를 감지하게 된다.

그리고, 이렇게 발광소자(26)와 수광소자(28)에 의해 감지된 신호는 상기 제어부(24)에 인가하게 된다.

한편, 상술한 바와 같이 공정을 수행하기 위해 투입되는 웨이퍼(12)는 정렬되지 안은 상태로 로봇(14)에 의해 이송되어 척(16) 상면에 놓이게 되며, 이렇게 놓인 웨이퍼(12)는 웨이퍼(12)의 플랫존(13)이 정렬된 상태에 있지 않을 뿐 아니라 웨이퍼(12)의 중심 위치 또한 척(16)의 중심으로부터 편심된 상태로 있게 된다.

따라서, 도2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(12)가 척(16) 상면에 흡착된 상태로 척(16)에 의해 회전하게 되면 척(16) 중심으로부터 장축 변위를 갖는 웨이퍼(12)의 일측 가장자리 부위는 비교적 큰 원호를 이루며 회전하게 되고, 반대로 단축 변위를 갖는 웨이퍼(12)의 상대측 가장자리 부위는 비교적 작은 원호를 이루며 회전하게 된다.

또한, 이들 장축과 단축 사이의 웨이퍼(12) 가장자리 부위는 그 사이의 값을 갖는 원호 형상을 이루게 된다.

이렇게 척(16)에 의해 회전하는 웨이퍼(12)의 가장자리 부위는 척(16)의 일방향에 대해 고정 설치된 위치감지센서(22)에 의해 척(16)의 중심으로부터 돌출된 정도로 표현되고, 이러한 표현은 도3에 도시된 바와 같이 척(16)의 중심으로부터 회전각에 대한 웨이퍼(12) 가장자리 부위의 변위 변화 관계로 나타나는 포물선으로 표현된다.

여기서, 도3에 도시된 A와 B 사이의 구간과 같이 정상적인 포물선으로부터 이탈된 불규칙한 포물선은 웨이퍼(12)의 플랫존(13)이 상기 위치감지센서(22)를 통과할 때 나타나게 된다.

한편, 제어부(24)는 상기 위치감지센서(22)로부터 인가된 신호를 바탕으로 웨이퍼(12)의 플랫존(13)을 비롯한 위치 상태에 따라 상기 구동모터(18)를 작동시켜 척(16)을 소정 범위 회전시켜 웨이퍼(12)의 플랫존(13)을 일방향으로 위치시키도록 하고, 이후 수평변환 테이블(20)을 구동시켜 웨이퍼(12)의 위치를 X축과 Y축을 변환하여 정위치시키게 된다.

이렇게 웨이퍼(12)가 정위치에 놓이게 되면, 제어부(24)는 이 상태의 신호를 로봇(14)에 인가하여 정렬된 웨이퍼(12)를 공정챔버 내부로 이송시키도록 한다.

이러한 구성에 있어서 동작 관계를 살펴보면, 상기 척(16)은 웨이퍼(12)를 흡착 고정한 상태에서 도2에 도시된 바와 같이 화살표 방향으로 일방향 회전하게 되고, 상기 위치감지센서(22)는 척(16) 중심으로부터 회전하는 웨이퍼(12)의 가장자리 부위의 변위 변화를 감지함과 동시에 웨이퍼(12)의 플랫존(13)을 감지하고, 이 감지된 신호를 제어부(24)에 인가하게 된다.

이때 상기 위치감지센서(22)에 의해 웨이퍼(12)의 플랫존(13)이 감지된 신호가 제어부(24)에 전달되면 제어부(24)는 구동모터(18)에 신호를 인가하여 회전을 일시 멈추도록 하고, 이어서 상기 웨이퍼(12)의 플랫존(13)이 도2에 도시된 화살표 Ｗ 위치에 정확히 위치되도록 구동모터(18)를 다시 구동시키게 된다.

여기서, 상술한 화살표 Ｗ 위치는 위치감지센서(22)로부터 척(16)을 중심으로 180。 상반된 위치에 있음에 따라 구동모터(18)가 웨이퍼(12)의 플랫존(13)을 상기 화살표 Ｗ 위치에 정위치시키기 위해서는 약 180∼540。를 회전하게 된다.

또한, 웨이퍼(12)의 플랫존(13)이 정위치된 상태에서의 제어부(24)는 다시 수평변환 테이블(20)에 신호를 인가하여 구동토록 함으로써 웨이퍼(12)를 X축과 Y축으로 변환시켜 정위치에 정렬하도록 한다.

이후, 상기 제어부(24)는 로봇(14)에 신호를 보내어 로봇(14)으로 하여금 정렬된 웨이퍼(12)를 공정챔버 내부로 투입시키게 된다.

그러나, 웨이퍼의 위치감지센서가 정렬장치 내부에 하나 설치되어 있음에 따라 웨이퍼를 정위치시키기 위해서는 180∼540。를 회전시켜야 하므로 웨이퍼 정렬에 따른 시간적 손실이 있고, 또 웨이퍼를 회전시키기 위한 구동모터에 많은 부하를 주게 되어 구동모터의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

또한, 웨이퍼가 대구경화 됨에 따라 회전 반경에 의한 정렬 상태의 신뢰도가 낮고, 동일한 회전속도에 의해 주변의 공기가 와류되어 파티클이 웨이퍼를 오염시키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 신속하고 정확하게 웨이퍼의 플랫존을 감지 정렬하도록 하여 정렬에 따른 신뢰도를 높이고, 정렬시키는데 소요되는 시간을 단축하도록 하며, 웨이퍼를 회전시키도록 하는 구동모터의 부하를 줄이도록 하여 구동모터의 수명을 연장시키도록 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치를 제공함에 있다.

또한, 웨이퍼의 회전에 의한 와류 현상을 억제하도록 하여 파티클에 의한 웨이퍼의 오염을 줄이도록 하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래의 반도체 웨이퍼 정렬장치를 나타낸 구성도이다.

도2는 도1의 척에 의해 회전하는 웨이퍼의 정렬 위치를 나타낸 평면도이다.

도3은 도2의 위치감지센서에 의한 척 중심으로부터 회전각에 따른 웨이퍼의 변위 변화를 나타낸 도표이다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 정렬장치를 나타낸 구성도이다.

도5는 도4의 척에 의해 회전하는 웨이퍼의 정렬 위치를 나타낸 평면도이다.

도6은 도5의 위치감지센서에 의한 척 중심으로부터 회전각에 따른 웨이퍼의 변위 변화를 나타낸 도표이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 30: 웨이퍼 정렬장치 12, 32: 웨이퍼

13, 33: 플랫존 14, 34: 로봇

16, 36: 척 18, 38: 구동모터

20, 40: 수평변환 테이블 22, 42: 위치감지센서

24, 44: 제어부 26, 46: 발광소자

28, 48: 수광소자

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼를 이송하는 로봇과, 웨이퍼를 흡착 고정하는 척과, 상기 척을 회전시키는 구동모터와, 상기 척을 X축과 Y축으로 변환시키는 수평변환 테이블과, 위치감지센서 및 상기 위치감지센서로부터 인가되는 신호를 통해 상기 구동모터와 상기 수평변환 테이블 및 로봇의 구동력을 제어하는 제어부로 구성된 반도체 웨이퍼 정렬장치에 있어서, 상기 위치감지센서가 상기 웨이퍼의 가장자리 부위를 따라 복수개 설치되고, 상기 복수개의 위치감지센서로부터 인가된 각각의 신호를 통해 상기 구동모터와 상기 수평변환 테이블 및 로봇의 구동력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치감지센서의 설치 위치는 상기 로봇이 유동하는 공간을 제외한 나머지 공간에 설치함이 바람직하고, 척의 중심을 중심으로 소정 간격 이격된 위치에 원주 방향에 대하여 동일한 90。 간격으로 배치 설치함이 효과적이다.

그리고, 상기 위치감지센서는 발광소자와 수광소자를 갖는 포토센서를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 정렬장치를 나타낸 구성도이고, 도5는 도4의 척에 의해 회전하는 웨이퍼의 정렬 위치를 나타낸 평면도이며, 도6은 도5의 위치감지센서에 의한 척 중심으로부터 회전각에 따른 웨이퍼의 변위 변화를 나타낸 도표로서, 종래와 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도4 내지 도6을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 정렬장치(30)는 웨이퍼(32)를 외부로부터 인계받아 소정 위치로 이송하도록 형성된 로봇(34)과, 상기 로봇(34)으로부터 웨이퍼(32)를 인계받아 흡착 고정하게 되는 척(36)과, 상기 척(36)에 회전력을 제공하도록 형성된 구동모터(38)와, 상기 웨이퍼(32)의 위치를 X축과 Y축으로 수평 이동시키도록 하는 수평변환 테이블(40)과, 상기 수평변환 테이블(40)에 고정 설치되어 척(36)에 흡착 고정된 상태로 회전하게 되는 웨이퍼(32)의 가장자리 부위가 척(36)의 중심으로부터 회전각에 따라 돌출되는 정도를 감지하도록 형성된 복수개의 위치감지센서(42) 및 상기 복수개의 위치감지센서(42)의 신호를 받아 상기 구동모터(38)와 상기 수평변환 테이블(40)을 구동시켜 웨이퍼(32)를 정위치에 정렬시킨 후 로봇(34)에 상기 상태의 신호를 인가하여 웨이퍼(32)를 공정챔버(도시 안됨) 내부로 로딩시키도록 하는 제어부(44)로 구성된다.

한편, 상술한 복수개의 위치감지센서(42)는 발광소자(46)와 수광소자(48)로 구성되어 도5에 도시된 바와 같이 척(36)의 중심을 중심으로 하여 소정 거리 이격된 위치에 원주 방향을 따라 90。 간격으로 세 개가 배치 설치되며, 상기 발광소자(46)와 수광소자(48)는 그 사이에 위치되는 웨이퍼(32)의 가장자리 부위를 척(36)의 중심으로부터 어느 정도 이격되어 있는지를 확인하게 됨에 따라 척(36)에 의해 회전하는 웨이퍼(32)의 변위 변화와 플랫존(43)의 위치를 감지하게 된다.

그리고, 이렇게 위치감지센서(42)에 의해 감지된 신호는 제어부(44)에 인가된다.

이러한 구성에 있어서 동작 관계를 살펴보면, 공정을 수행하기 위해 제조설비 내부로 투입된 웨이퍼(32)는 로봇(34)에 의해 이송되어 척(36)의 상면에 놓이게 된다.

이후, 상기 로봇(34)이 소정 위치로 이동한 상태에서 상기 척(36)은 웨이퍼(32)를 흡착 고정하여 회전하게 되고, 회전하는 웨이퍼(32) 가장자리 부위에 설치된 복수개의 위치감지센서(42)는 척(36)의 중심으로부터 회전각에 따른 웨이퍼(32)의 가장자리 부위의 변위 변화 및 웨이퍼(32)의 플랫존(33) 위치를 감지하게 된다.

이렇게 복수개의 위치감지센서(342)에 의해 감지된 웨이퍼(32) 가장자리의 변위 변화는 도6에 도시된 바와 같이 척(36)의 중심으로부터 회전각에 따른 포물선으로 나타나게 된다.

여기서, 도6에 도시된 C와 D 사이의 구간과 같이 불규칙하게 형성된 포물선은 웨이퍼(32)의 플랫존(13)이 상기 복수개의 위치감지센서(42)중 어느 하나의 위치감지센서(42)를 통과함에 따라 나타나게 되고, 점선으로 도시된 포물선은 다른 위치감지센서(42)에 의한 웨이퍼(32) 가장자리 부위의 변위 변화를 감지하여 나타난 것이다.

상술한 바와 같이 척(36)에 의해 회전하는 웨이퍼(32)에 대해 복수개의 위치감지센서(42) 중 어느 하나의 위치감지센서(42)에 의해 웨이퍼(32)의 플랫존(33)이 감지되면 그 신호는 제어부(44)에 전달되고, 제어부(44)는 구동모터(38)의 동작을 멈추게 한다.

이후, 제어부(44)는 플랫존(33)이 도5에 도시된 화살표 Ｇ 위치에 최단 회전으로 정확히 위치되도록 다시 구동모터(38)를 구동시키게 된다.

따라서, 상기 구동모터(38)는 복수개의 위치감지센서(42)에 의해 약 90∼270。 이내의 회전만으로도 플랫존(33)을 화살표 Ｇ 위치에 정위치시키게 된다.

또한, 웨이퍼(32)의 플랫존(32)이 정위치된 상태에서의 제어부(44)는 다시 수평변환 테이블(40)에 신호를 인가하여 구동토록 함으로써 웨이퍼(32)를 X축과 Y축으로 변환시켜 정위치에 정렬하도록 한다.

그리고, 제어부(44)는 웨이퍼(32)가 상기와 같이 정렬된 상태에서 로봇(34)에 신호를 인가하여 로봇(34)으로 하여금 웨이퍼(32)를 공정챔버 내부로 투입시키게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면 다수개 설치된 플랫존 감지센서에 의해 신속하고 정확하게 웨이퍼의 플랫존을 감지 정렬하게 되어 신뢰도가 높고, 정렬하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 웨이퍼를 회전시키기 위한 구동모터의 부하를 줄이게 되어 구동모터의 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 다수개의 위치감지센서에 의해 웨이퍼를 작은 회전각도로 회전시키게 됨에 따라 웨이퍼 회전에 의한 와류 현상을 억제하게 되어 파티클에 의한 웨이퍼의 오염을 줄이게 되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. 웨이퍼를 이송하는 로봇과, 웨이퍼를 흡착 고정하는 척과, 상기 척을 회전시키는 구동모터와, 상기 척을 X축과 Y축으로 변환시키는 수평변환 테이블과, 위치감지센서 및 상기 위치감지센서로부터 인가되는 신호를 통해 상기 구동모터와 상기 수평변환 테이블 및 로봇의 구동력을 제어하는 제어부로 구성된 반도체 웨이퍼 정렬장치에 있어서,

   상기 위치감지센서가 상기 웨이퍼의 가장자리 부위를 따라 복수개 설치되고, 상기 복수개의 위치감지센서로부터 인가된 각각의 신호를 통해 상기 구동모터와 상기 수평변환 테이블 및 로봇의 구동력을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위치감지센서는 상기 로봇이 유동하는 공간을 제외한 나머지 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 정렬장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 위치감지센서는 척을 중심으로 하는 원주 방향에 대하여 동일한 간격으로 웨이퍼의 가장자리 부위를 따라 세 개 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 정렬장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 위치감지센서는 척을 중심으로 하는 원주 방향에 대하여 90。 간격으로 배치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 정렬장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 위치감지센서는 발광소자와 수광소자를 갖는 포토센서인 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼 정렬장치.