KR20010015226A - 기판 클램프용 검지 시스템 - Google Patents

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KR20010015226A
KR20010015226A KR1020000038864A KR20000038864A KR20010015226A KR 20010015226 A KR20010015226 A KR 20010015226A KR 1020000038864 A KR1020000038864 A KR 1020000038864A KR 20000038864 A KR20000038864 A KR 20000038864A KR 20010015226 A KR20010015226 A KR 20010015226A
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KR1020000038864A
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Inventor
게리 와이카
제이미 카레라
밴 호스킨스
Original Assignee
조셉 제이. 스위니
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

본 발명은 로봇 블래이드 상에서 기판이 고정 또는 비고정 상태에 있는지를 판단하는 방법 및 장치로서, 바람직하게는 적절히 고정된 기판의 위치가 블래이드 상에서의 공칭 위치 혹은 이에 매우 근접한 기판에 의한 오정렬을 보상받을 수 있도록 하는 방법 및 장치를 제공한다. 발광 소스 및 검지기를 구비하고, 신호를 전송 및 수용할 수 있는 센서 유닛이 전달 챔버의 바깥쪽에 설치되고 그 내부의 신호를 안내하도록 위치된다. 반사부재를 갖는 로봇 블래이드가 전달 챔버를 통해 상기 신호의 경로 내로 구동된다. 상기 반사 부재는 바람직하게는 클램프 핑거 상에 배치되어, 상기 신호가 반사부재 상에 입사될 때 센서 유닛의 검지기로 반사되도록 한다. 반사 부재가 신호를 통해 이동함에 따라, 센서 유닛의 출력이 상태를 변경하고, 이로써 반사 부재의 위치에 대응하는 값을 발생시킨다. 소정의 공칭 위치 정보와의 비교에 의해, 이들 값들로부터 위치 정보가 유도될 수 있다. 기판은 비고정 또는 고정된 것으로 판단되는데, 비고정 상태의 경우 운전자의 개입을 위하여 시스템이 정지되어야 한다. 만약 기판이 고정되면, 유도된 위치 정보가 기판의 직경 변화에 기인한 공칭 위치와의 편차를 조절하는데 이용될 수 있다.

Description

기판 클램프용 검지 시스템{DETECTION SYSTEM FOR SUBSTRATE CLAMP}
본 발명은 로봇 블래이드 상에서 기판의 위치를 검지하고 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
장비를 처리하기 위한 통상적인 구성은, 전달 챔버로 알려진 중앙 챔버로부터 접근가능한 다수개의 서로 다른 처리 챔버를 이용한다. 통상적으로, 다양한 처리 챔버 사이에서 기판을 전달하는 것은 전달 챔버 내에 배치된 로봇에 의해 수행된다. 높은 처리량의 반도체 공정에 대한 요구를 수용하기 위해 로봇은 정확하고 고속의 움직임에 적합하다. 로봇은 기판을 지지하기 위한 기판 시팅면을 보유하고 회전과 연장이 가능하다. 클램핑 메카니즘은 통상적으로 기판을 기판 시팅면에 고정하고 손상을 초래할 수 있는 미끄러짐을 방지하는데 사용된다.
예시적인 개구리 다리형태(frog-leg type)의 로봇(10)이 도 1에 도시된다. 이 로봇은 스텝 모터(stepper motor)(미도시됨)에 의해 구동될 수 있는 한쌍의 중앙 허브(14)(한 개만 도시됨)에 설치된 4개의 바아로 이루어진 링크(12)를 포함한다. 링크(12)에 연결된 로봇 블래이드(16)는 그 위의 기판(18)을 지지하기에 적합하다. 블래이드(16)의 이동 도중에 기판(18)을 고정하기 위해 클램프 핑거(20)가 제공된다. 작동시, 허브(14)가 스텝 모터에 의해 회전되어 로봇 블래이드(16)의 선형 및 회전 구동을 일으킨다. 허브(14)가 동일 방향으로 회전하면 블래이드(16)의 회전이 초래되고, 반면 허브(14)가 반대 방향으로 회전하면 블래이드(16)의 전개 및 후퇴가 초래된다. 기판(18)이 블래이드(16) 상에 배열되면, 클램프 핑거(20)가 기판(18)의 가장자리를 향해 구동되어 기판(18)을 어깨부(22) 또는 "슈(shoe)"에 대해 밀어낸다. 따라서, 로봇(10)이 움직이는 도중에 어깨부(22) 및 클램프 핑거(20)가 협동하여 기판(18)을 유지한다. 도 2는 어깨부(22)와 클램프 핑거(20) 사이에 적절히 배치된 기판(18)을 나타낸다.
보통, 도 1에 예시된 바와 같이, 컴퓨터 제어하에서 스텝 모터에 의해 구동되는 로봇은 고도의 속도와 정밀도를 가지고 프로세싱 시스템을 통해 기판을 반복적으로 이송할 수 있다. 그러나, 이러한 기판 처리 기술의 효율성은 기판의 처음 위치(initial position)가 알려지지 않는 경우 현저히 감소될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 기판(18)의 일부가 어깨부(22) 상에 위치하는, 블래이드(16) 상에서 부적절하게 위치되어진 기판(18)을 나타낸다. 이러한 기판의 배치는 작동 도중에 다양한 이유로 발생될 수 있다. 예를 들어, 블래이드 상에 기판을 배치하는 리프트 메카니즘(리프트 핀)이 부적절하게 조절되거나 진동하여, 이로써 기판이 리프트 메카니즘 상에서 "끌리게(walk)" 될 수 있다. 다른 이유로서, 기판의 배면으로 전달되는 가스 및 기판 상에 재료를 증착할 때 사용되는 플라즈마에 기인하여 기판 상에 처리를 가하게 되는 효과를 일으킨다. 기판의 부적절한 배치에 대한 이유가 무엇이든, 블래이드(16)가 구동되면 부적절하게 배치된 기판(18)은 블레이드(16)로부터 미끄러져서 손상되기 쉽다. 특히 블래이드(16)의 회전 도중에 미끄러짐의 가능성이 많다. 현재의 기술은 기판이 단단히 고정되었는지 여부를 확인하는 정확한 방법을 제공하지 않으므로, 블래이드로부터 기판이 떨어져서 운전자의 개입을 위해 시스템이 정지되어야 한다. 고정되지 않은 기판에 관련한 문제는 점진적으로 빠른 로봇을 사용함에 따라 심화된다.
기판 전달 로봇에 관한 다른 문제점은 적절히 고정된 기판이 챔버 내에 오정렬(misalignment)될 가능성이다. 반도체 공정에 있어서, 처리 챔버와 같은 최종 목적지에서 기판이 최적의 위치에 정밀하게 배치될 수 있도록 하기 위해, 기판의 로봇 블래이드에 대한 정확한 위치를 아는 것이 요구된다. 기판의 위치를 알면, 기판을 챔버 내에서 실질적으로 동일한 위치에 반복하여 배치하는 것이 가능하므로, 처리되는 기판의 소망되는 표면 영역 상에 프로세싱하는 효율성을 최대화시킬 수 있다. 이상적으로는, 로봇에 의해 전달되는 고정된 기판은, 블래이드의 포켓 내부에서 기판의 공칭 위치(nominal position)에 배치된다. 그러나, 실제로는 기판이 항상 공칭 위치 혹은 이 위치에 실질적으로 근접 배치되지는 않으므로, 로봇이 기판을 챔버 내에서 의도된 목적 지점으로부터 이동된 위치에 배치하게 된다. 따라서, 현재의 방법은 각각의 기판의 중심점을 파악하여 이에 따라 기판을 배치하는 중심찾기 기술(centerfinding techniques)을 이용하여, 이로써 각각의 기판이 알려진 중심점에 대해 균일하게 배치되도록 한다.
비록 기판의 중심찾기 방법은 공지되어 있으나, 현재의 기술은 기판의 고정 또는 비고정을 검지함과 아울러 처리 챔버 내의 적절한 정렬을 위해 기판 위치의 보정을 허용하는 방법이나 장치를 제공하지 않는다. 또한, 공지의 중심찾기 방법은 처리량을 감소시키고 복잡성과 비용을 증가시키는 몇가지 단점을 갖는다. 예를 들면, 한가지 공지된 방법은 처리 시스템의 진공 환경 내부에 배열된 센서 및 검지기의 층을 포함한다. 기판은 센서에 의해 발산된 신호의 광학적 경로로 이동되어 신호를 차단한다. 신호가 차단되면 검지기의 출력이 상태를 변환한다. 그 다음, 검지기 출력의 변화가 기판의 중심을 계산하는데 사용된다. 다중 센서가 요구됨은 비용과 시스템의 복잡성 증가로 인하여 단점으로 작용한다. 통상적으로, 이러한 구성은 처리 시스템 내의 하나의 위치에서만 가능하므로, 중심찾기가 수행되는 센서층의 위치로 매번 기판이 이송되어야 하고, 따라서 처리량이 제한된다. 또한, 센서를 진공 환경 내부에 배치함으로써 센서가 기판의 오염을 일으키는 입자를 배출할 수 있다. 따라서, 중심찾기를 진행 도중(on-the-fly)에 즉, 로봇의 정상적인 작동 시퀀스 도중에 수행함으로써 처리량에 대한 영향을 최소화하는 것이 바람직하다. 또한, 전자 센싱 요소의 수를 제한하고, 이들 요소를 처리 챔버의 진공 환경 외측에 배치하는 것이 바람직하다.
다른 중심찾기 기술은, 스핀들 형태의 장치를 사용하여, 기판이 스핀들 어셈블리로 전달되게 하고 점진적으로 이를 회전시켜 기하학적 분석에 의해 중심점의 오프셋을 판단한다. 이와 같은 구성은, 상기 장치가 프로세싱 시스템으로부터 분리되고 떨어져 있으므로 제조 공정에 부가적인 단계 및 비용이 요구되고 생산성을 제한한다는 점에서 바람직하지 못하다.
따라서, 로봇 지지부재 상에서 기판의 고정 또는 비고정 상태를 판단하고 처리 챔버 내에서 기판의 위치를 필요에 따라 보정할 수 있도록 하는 장치 및 방법이 요구된다. 바람직하게는, 이러한 장치는 처리 챔버의 진공 환경 외부에 위치되고 진행 도중에 작동하기에 적합하다.
본 발명은, 일반적으로, 로봇 블래이드 상에 배열된 기판에 대한 위치 정보를 유도하는 방법 및 장치를 제공한다. 우선, 로봇 블래이드 상에 기판이 고정되었는지 비고정되었는지에 대한 판단이 이루어진다. 만약 기판이 적절히 고정되었다면, 기판의 중심이 확인되어 블래이드 상의 공칭 위치에 대한 중심의 오정렬이 보정될 수 있도록 한다.
본 발명의 일측면에서는, 센서 유닛이, 바람직하게는 발광 소스 및 검지기를 포함하고, 신호의 전송 및 수용이 가능하며, 기판 경로와 교차하는 광학적 경로를 따라 신호를 보내도록 위치된다. 상부에 설치된 반사 부재를 갖는 기판 지지부재가 로봇에 의해 신호의 광학적 경로 내에 위치 가능하다. 상기 반사 부재는 바람직하게는 클램프 핑거 상에 위치하고, 신호가 반사 부재 상에 입사될 때 신호의 일부를 센서 유닛의 검지기로 다시 반사시키기에 적합하다.
본 발명의 다른 측면에서는, 센서 유닛이 전달 챔버의 외측 영역 내에 배치되고, 그 내부의 신호를 전송하도록 위치된다. 상기 센서 유닛은 바람직하게는 신호를 발산하는 발광 소스 및 상기 신호의 반사된 부분을 수용하는 검지기를 포함한다. 일실시예에서, 발광 소스와 검지기는 분리된 구성요소이다. 전달 챔버는 챔버 몸체 및 내부에 조망 포트(viewports)가 형성된 뚜껑을 포함하고 진공 밀봉 가능한 개구를 통해 하나 또는 그 이상의 인접한 챔버와 소통된다. 상기 전달 챔버에 의해 형성된 포위부(enclosure) 내에 배치된 로봇은 기판을 지지하기 위한 블래이드를 갖는 지지 부재를 포함한다. 상기 지지 부재는 전달 챔버를 통한 전달 도중, 기판을 블래이드에 고정하기에 적합한 하나 또는 그 이상의 클램프 핑거를 포함한다. 상기 클램프 핑거 중 적어도 하나에 반사 부재가 배치되고 이는 신호의 경로 내에 위치 가능하여 그 일부를 검지기로 반사한다. 하나 또는 그 이상의 클램핑 핑거, 및 그로 인한 반사 부재의 위치가 지지 부재 상에 배열된 기판의 위치에 의해 판단된다. 만약 기판이 적절히 고정되면 하나 또는 그 이상의 클램프 핑거 및 반사 부재가 제 1 위치 내에 있고, 반면 기판이 부적절하게 고정되면 하나 또는 그 이상의 클램프 핑거 및 반사 부재가 제 2 위치 내에 있다. 제 1 및 제 2 위치는 센서 유닛에 의해 검지되어 기판의 위치를 판단하기 위해 보정된 값과 비교된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 지지 부재상에 배열된 기판이, 지지 부재에 이동가능하게 연결된 적어도 하나의 클램프 핑거에 의해 지지부재 상에 고정 또는 비고정되었는지를 검지하기 위한 방법이 제공된다. 우선, 기판이 지지부재 상에 위치되고 기판을 향해 클램프 핑거를 구동시킴으로써 고정된다. 지지 부재가 로봇 모터에 의해 구동되어 클램프 핑거 중 어느 하나 위에 배열된 반사부재를 신호 경로 내로 위치시킴으로써 상기 신호의 일부를 반사시킨다. 신호의 반사된 부분이 검지되고 검지기의 출력으로 하여금 제 1 상태에서 제 2 상태로 변환되게 한다. 출력 상태의 변화는 클램프 핑거의 실제 위치값과 연계되고 기판이 고정되었는지를 판단하기 위해 보정 위치값(calibrated positional value)과 비교된다. 바람직하게는, 클램프 핑거의 실제 및 보정 위치값은 로봇 모터의 위치값에서 유도된다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 지지 부재 상에 배치된 기판에 대한 위치 정보를 생성하기 위한 방법이 제공된다. 우선, 지지 부재 상에 기판이 위치되고 하나 또는 그 이상의 클램프 핑거를 기판쪽으로 구동시킴으로써 고정된다. 클램프 핑거 중 어느 하나상에 배치된 반사 부재를 신호 경로 내로 위치시킴으로써 상기 신호의 일부를 반사시키기 위해, 상기 지지부재가 로봇 모터에 의해 구동된다. 상기 신호의 반사된 부분은 검지되어 검지기의 출력으로 하여금 제 1 상태에서 제 2 상태로 변환되게 한다. 출력 상태의 변화는 클램프 핑거의 실제의 위치값과 연관되고, 기판이 고정되었는지를 판단하기 위해 보정된 위치값과 비교된다. 바람직하게는, 클램프 핑거의 실제 및 보정된 위치값이 로봇 모터의 위치값으로부터 유도된다. 기판이 고정되면, 클램프 핑거의 위치와 공칭 기판에 대한 클램프 핑거의 보정된 위치 간의 거리를 계산함으로써 기판의 중심이 결정될 수 있다. 그 다음에, 후속의 목적지에서 기판의 적절한 정렬을 보장하기 위해 기판의 목적지 좌표를 조절하는데 있어서 상기에서 계산된 거리가 이용된다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 전달 챔버 내에 위치한 로봇에 의해 구동되는 블래이드 상에 배치된 기판에 대한 위치 정보를 결정하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 블래이드에 이동가능하게 연결된 적어도 하나의 클램프 핑거에 의해 상기 블래이드 상에 배치된 기판이 고정되었는지 비고정되었는지를 판단한다. 전달 챔버의 바깥 영역으로부터 전달 챔버에 의해 형성된 포위부로 하나의 신호가 발산된다. 기판이 블래이드 상에 위치되고 하나 또는 그 이상의 클램프 핑거가 상기 기판쪽으로 구동된다. 전달면을 따라 상기 블래이드를 선형적으로 움직이도록 하기 위해 로봇에 의해 블래이드가 구동된다. 블래이드의 선형 운동 도중에, 클램프 핑거 중 하나상에 배치된 반사 부재가 상기 신호를 차단하여 그 일부를 반사시킨다. 상기 신호의 반사된 부분은 검지되어 검지기로 하여금 제 1 상태로부터 제 2 상태로 변환되도록 한다. 출력 상태의 변화는 클램프 핑거의 실제 위치값과 연관되고, 그 다음, 기판이 고정되었는지를 판단하기 위해 보정된 위치값과 비교된다. 바람직하게는, 클램프 핑거의 실제 및 보정된 위치값이 로봇 모터의 위치값으로부터 유도된다. 만약 기판이 고정되었으면, 클램프 핑거의 위치와 공칭 기판에 대한 클램프 핑거의 보정된 위치 간의 거리를 계산함으로써 기판의 중심이 판단될 수 있다. 그 다음, 기판의 후속 목적지에서의 적절한 정렬을 보장하기 위해 기판의 목적지 좌표를 조절하는데 상기에서 계산된 거리가 사용될 수 있고, 이로써 공칭 기판으로부터의 이탈을 보상한다.
도 1은 예시적인 개구리 다리 형태의 스텝 모터 로봇이다.
도 2는 기판 지지대 상에 적절히 위치되고 클램프 핑거에 의해 고정된 기판을 나타내는 측면도이다.
도 3은 기판 지지대 상에 부적절하게 위치하고 클램프 핑거에 의해 고정되지 않은 기판을 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 프로세싱 시스템(50)의 평면도이다.
도 5는 기판을 지지하는 지지 부재를 나타내는 도 4의 프로세싱 시스템의 처리 챔버 및 전달 챔버의 정면의 부분 단면도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7은 기판이 배치되고 완전후퇴 위치에 있는 클램프 핑거를 보유한 지지 부재의 평면도이다.
도 8은 기판이 배치되고 완전전개 위치에 있는 클램프 핑거를 보유한 지지 부재의 평면도이다.
도 9는 처리 챔버 내부로 완전히 전개된 지지 부재를 나타낸 도 4의 프로세싱 시스템의 부분 평면도이다.
도 10은 전달 챔버 내에 완전히 후퇴된 지지 부재를 나타낸 도 4의 프로세싱 시스템의 부분 평면도이다.
도 11 내지 13은 처리 챔버로부터 전달 챔버 내로 후퇴하는 동안의 일련의 연속 위치에 있는 지지부재를 나타낸 측면도이다.
도 14a는 적절히 고정된 기판을 가지고, 합격/불합격 창(pass/fail window)을 나타내는 지지 부재의 평면도이다.
도 14b는 도 14a의 측면도이다.
도 15a는 비고정된 기판을 가지고, 합격/불합격 창을 나타내는 지지 부재의 평면도이다.
도 15b는 도 15a의 측면도이다.
도 16은 지지 부재에 대한 다양한 기판 크기 부분과 합격/불합격 창을 나타내는 지지 부재의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도 4의 프로세싱 시스템의 처리 챔버 및 전달 챔버의 정면의 부분 단면도이다.
상기에 언급된 본 발명의 특징적 구성, 장점 및 목적이 상세히 이해될 수 있도록, 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상기에 간략히 요약한 본 발명의 특징을 설명한다.
그러나, 첨부 도면은 단지 본 발명의 통상적인 실시예만을 도시하는 것이고, 따라서 본 발명이 다른 균등한 효과를 갖는 실시예를 포함할 수 있도록 하기 위해 본 발명의 범위를 제한하지 않는 것으로 간주하여야 한다.
본 발명은 일반적으로 로봇 블래이드 상에 배치된 기판에 대한 위치 정보를 유도하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 우선, 로봇 블래이드 상에 기판이 고정되었는지 비고정되었는지에 대한 판단이 이루어진다. 만약 기판이 적절히 고정되었다면, 기판의 중심이 확인되어 블래이드 상의 공칭 위치에 대한 중심의 오정렬이 보정될 수 있도록 한다. 센서 유닛이, 바람직하게는 발광 소스 및 검지기를 포함하고, 신호의 전송 및 수용이 가능하며, 전달 챔버의 바깥쪽에 설치되고 그 내부 신호를 발산하도록 위치된다. 반사 부재를 갖는 기판 지지 부재가 전달 챔버를 통해 구동되어 상기 신호의 경로 내로 위치된다. 상기 반사 부재는 바람직하게는 클램프 핑거 상에 위치하고, 상기 신호가 상기 반사부재 상에 입사될 때 센서 유닛의 검지기로 반사되도록 한다. 반사 부재가 신호를 통해 움직임에 따라, 센서 유닛의 출력이 상태를 변환하고, 이로써 반사 부재의 위치에 대응하는 값을 발생시킨다. 결과값이 소정의 공칭값과 비교되어 지지 부재 상에 배치된 기판에 관한 위치정보를 유도한다. 상기 기판은, 운전자의 개입을 위해 시스템을 정지시켜야 하는, 비고정 상태이거나 혹은 고정 상태에 있는 것으로 판단되어진다. 기판이 고정되면, 기판의 직경 변화에 기인한 공칭 위치로부터의 편차(deviation)를 조절하는데 유도된 위치 정보가 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 프로세싱 시스템(50)의 평면도이다. 뚜껑(74) 부분은 상기 프로세싱 시스템(50)의 세부를 공개하기 위해 제거되었다. 프로세싱 시스템(50)은 통상적으로 클러스터 장비(cluster tool)로 알려져 있다. 이와 같은 시스템의 두종류는 캘리포니아 산타클라라에 위치한 어플라이드 머티어리얼스로부터 구입할 수 있는 CenturaR및 EnduraR이다. 이러한 단계식(staged) 진공 기판 처리 시스템 중 한가지가 본 발명의 참고자료인, 테프먼(Tepman) 등에 의해 "단계식 진공 웨이퍼 처리 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 1993. 2. 16 자로 등록된 미국 특허 제 5,186,718 호에 상세히 개시되어 있다. 챔버의 구체적인 배열 및 조합은 제조 공정의 특정 단계를 수행하는데 적합하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따르면, 프로세싱 시스템(50)은 일반적으로 다수개의 챔버 및 로봇을 포함하고, 바람직하게는 상기 프로세싱 시스템(50) 내에서 수행되는 다양한 처리 방법을 제어하도록 프로그래밍된 마이크로프로세서/제어기(52)를 구비한다. 전단부 환경(front-end environment)(54)이 한쌍의 로드 록 챔버(load lock chamber)(56)와 선택적으로 소통되도록 위치된 것으로 도시된다. 전단부 환경(54) 내에 배치된 포드 로더(pod loader)(58)는 상기 로드 록 챔버(56)로 혹은 그로부터 기판의 셔틀 상자(shuttle cassette)로 선형 및 회전 운동하는 것이 가능하다. 로드 록 챔버(56)는 전단부 환경(54)과 전달 챔버(60) 사이에 제 1 진공 인터페이스를 제공한다. 로드 록 챔버(56)로부터 다양한 처리 챔버(64) 중 한개 및 서비스 챔버(65)로 기판을 전달하도록 하기 위해 전달 챔버(60) 내에 하나의 로봇(62)이 중심에 배치된다. 상기 로봇(62)은 전개, 후퇴 및 회전이 가능한 개구리 다리 형태의 로봇이고 스텝 모터로 구동된다. 로봇 링크(68)에 연결된 지지 부재(66)는, 전달 챔버(60)를 통한 전달 도중, 그리고 전달 챔버(64, 65) 및 로드 록 챔버(56)사이의 전달 도중에 기판(70)을 지지하는데 적합하다. 서비스 챔버(65)가 가스제거, 배향, 냉각 등에 적합한데 비해, 처리 챔버(64)는 물리 기상 증착, 화학 기상 증착, 전기 도금 및 엣칭과 같은 다수의 공정을 수행할 수 있다. 전달 챔버(60)의 뚜껑(74) 내에 형성된 다수개의 조망 포트(72)가 전달 챔버(60) 내부로의 시각적 접근을 제공한다.
본 발명은 기판의 위치 정보의 판단을 요하는 임의의 구성에 대한 신청을 하고 있으나, 도 4에 도시된 바와 같은 프로세싱 시스템은 전달 챔버(60)에 의해 허용되는 운송 용적과 전달 챔버(60)내부로의 직선 시야를 제공하는 조망 포트(72) 때문에, 특히 적당하다. 하기에 기술되는 바와 같이, 상기 조망 포트는 전달 챔버(60)의 진공 환경의 외부에 위치한 소스로부터의 신호를 수용할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 적용도 고려됨을 알 수 있을 것이다.
도 5 및 6은 기판(70)을 지지하는 지지부재(66)를 나타내는 프로세싱 시스템(50)(도 4에 도시됨)의 전달 챔버(60)와 처리 챔버(64)의 전면과 측면 각각의 부분 단면도이다. 전달 챔버(60)와 처리 챔버(64)는, 게이트 밸브(미도시됨) 또는 유사 장치에 의해 선택적으로 폐쇄가능한 진공 밀봉가능한 개구(69)를 통해 서로 소통된다. 전달 챔버(60)는 몸체(73) 및 그 위에 배치되어 포위부(78)를 형성하는 뚜껑(74)에 의해 형성된다. 방사 투명판(radiation transparent plate)(80)이 조망 포트(72) 내에 배열되어 신호(82)가 포위부(78)내로 투과되도록 한다. 상기 투명판(80)은 바람직하게는 수정으로 만들어지나, 파이렉스(PyrexTM), 사파이어 또는 소망되는 동작 파장을 수용할 수 있는 방사 투명 재료로도 만들어질 수 있다.
전달 챔버(60)의 외측에 센서 유닛(84)이 배치되고, 이는 투명판(80)을 통해 포위부(78) 내로 신호를 향하게 하게끔 위치된다. 바람직하게는, 상기 센서 유닛(84)은 정렬 조정을 허용하는 브라켓(86)에 의해 투명판(80)에 설치되고, 포위부(78) 외측에 배치된다. 센서 유닛(84)을 포위부(78) 외측에 배치하는 것이 센서 유닛(84)으로의 접근을 용이하게 하는 반면에, 본 발명은 또한 상기 센서 유닛(84)을 포위부(78) 내에 배치하는 것도 고려하였다. 센서 유닛(84)은 바람직하게는 신호(82)를 발생시키는 발광 소스 및 상기 신호(82)의 반사된 부분을 수용하고 검지하는 검지기를 포함한다. 비록 발광 소스 및 검지기는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 단일 센서 유닛(84)의 구성요소임이 바람직하나, 상기 발광 소스 및 검지기는 또한 별개의 구성요소일 수도 있다. 유리하게 사용될 수 있는 한가지의 센서 유닛(84)은, 미네소타 미니애폴리스에 위치한 배너 엔지니어링 코포레이션으로부터 구입할 수 있는 모델번호 PD45VN6C100인, 작동 파장이 670nm인, PicoDotTM수렴성(convergent) 레이저 센서이다. 작동시, 센서 유닛(84)의 출력은 신호(82)의 반사된 부분이 검지되느냐 마느냐에 따라 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 변환된다. 신호(82)의 반사된 부분이 검지되지 않는 경우 상기 출력은 제 1 상태에 있다. 신호(82)의 반사된 부분이 센서 유닛(84)에 의해 수용되고 검지되는 경우, 상기 출력은 제 2 상태에 있다. 마이크로프로세서/제어기(52)가 센서 유닛(84)에 연결되어 센서 유닛(84)의 출력에 대응하는 전기적 투과를 수용하고, 지지 부재(66) 상에 배열된 기판에 대한 위치 정보를 발생시키기 위해 상기 투과를 이용한다. 상기 마이크로프로세서/제어기(52)는 또한 도 4를 참조하여 기술된 바와 같이, 그 구성요소를 작동시키기 위해 프로세싱 시스템(50)에 연결되는 것이 바람직하다.
작동 도중에 상기 신호(82)를 센서 유닛(84)으로 다시 반사시키는 것은 도 5 및 6에 나타낸 바와 같이(각 클램프 핑거(92)당 하나씩 2개의 반사 부재(90)가 도시됨), 반사 부재(90)를 신호(82)의 경로 내에 위치시킴으로써 달성된다. 바람직하게는, 상기 반사 부재(90)가 클램프 핑거(92)에 고정적으로 부착되고, 일 실시예에서는 통합된 구성요소일 수도 있다. 따라서, 반사 부재(90)를 지지 부재(66)에 대해 위치시키는 것은, 지지 부재(66)의 손목(wrist) 하우징(94) 내에 이동가능하게 배치된 클램프 핑거(92)의 위치에 의해 결정된다. 상기 반사 부재(90)은 신호(82)를 완전히 흡수하지 않는 임의의 반사 부재로 구성될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서는 상기 반사 부재(90)가 알루미늄으로 만들어진다. 바람직하게는, 상기 반사 부재(90)가 원통형이지만, 보다 일반적으로는 상기 신호(82)의 일부를 센서 유닛(84)으로 다시 반사시키기에 적합한 임의의 기하학적 형상일 수 있다. 예를 들면, 상기 반사 부재(90)가 신호(82)의 경로 내에 위치할 때 상기 신호(82)의 반사를 초래하기 위해, 상기 반사 부재(90)는, 상기 신호(82)에 대해 수직으로 배향된 상단부의 평면을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반사 부재(90)가 클램프 핑거(92) 상에 형성된 연마된 표면이어서, 신호(82)를 센서 유닛(84)으로 반사하도록 배향될 수 있다.
지지 부재(66), 클램프 핑거(92), 및 반사 부재(90)의 구조 및 작용은, 상기 클램프 핑거(92)를 전개 위치 및 후퇴 위치로 도시한 도 6 내지 10을 참조하여 설명될 수 있다. 먼저, 도 6 및 8을 참조하면, 배열된 기판(70)을 갖는 지지 부재(66)의 측면도 및 평면도가 도시되어 있다. 상기 지지 부재(66)는 시작 단부가 손목 하우징(94)에 연결되고 종결 단부에 어깨부(100) 또는 슈(shoe)를 갖는 블래이드(67)를 포함한다. 클램프 핑거(92)는 손목 하우징(94)으로부터 어깨부(100)를 향해 외측으로 전개되고, 어깨부(100)와 협동하여 알려진 직경의 기판을 수용하기 위한 포켓을 형성한다. 비록 바람직하게는 2개의 클램프 핑거(92)가 제공되지만, 클램프 핑거(92)의 수와 디자인은 본 발명을 제한하는 요소가 아니다. 클램프 핑거(92)의 구동은 이 기술분야에 공지된 인장 스프링(extension spring), 판 스프링(leaf spring) 등의 다양한 편향 부재 및 캠 부재를 포함할 수 있는 손목 하우징(94)내에 위치한 클램핑 메카니즘(미도시됨)에 의해 달성될 수 있다. 상기 클램핑 메카니즘은 손목 하우징(94)의 외측으로 어깨부(100)를 향해, 완전 전개된 종결 위치에 이를 때까지 클램프 핑거를 이동시키도록 구성된다. 특정한 직경의 기판에 대한 클램프 핑거(92)의 전개 정도는 기판이 적절히 고정되었는지 여부에 의존한다. 기판이 블래이드(67)의 포켓 내에 적절히 위치되면, 클램프 핑거(92)가 상기 기판의 가장자리에 맞닿고, 상기 기판에 의해 제공되는 대향력 때문에 완전 전개 위치에 도달하는 것이 방지된다. 그러나, 기판의 일부가 어깨부(100) 상에 배열되는 등 "포켓을 벗어나는" 경우에서 처럼 기판이 부적절하게 위치되면, 클램프 핑거(92)가 계속하여 전진 이동하고, 이로써 기판을 포켓으로부터 더욱 벗어나게 만들어서, 기판에 의한 반력이 작용하지 않으므로 완전 전개 위치까지 도달된다. 따라서, 기판이 블래이드(67)의 포켓 내에 적절히 놓여지면, 클램프 핑거(92)가 완전 전개 위치에 못미치는 제 1 위치에서 종결되고, 반면에 기판이 부적절하게 놓여지면, 클램프 핑거(92)가 제 2 위치 즉, 완전 전개 위치에서 종결된다.
작동시, 상기 클램프 핑거(92)가 손목 하우징(94) 내부로 혹은 그 외부로 선택적으로 구동된다. 도 6 및 8에 도시된 바와 같이, 전개 위치에서는 클램프 핑거(92)가 기판(70)의 가장자리에 접촉하고 기판(70)을 어깨부(100)에 대해 밀친다. 지지 부재(66)의 회전 및 병진 운동 도중에 기판(70)을 고정하기 위해 클램프 핑거(92)가 충분한 힘을 제공한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 후퇴 위치에서는 클램프 핑거(92)가 상기 손목 하우징(94) 내부로 일부가 당겨져서, 클램프 핑거 단부와 어깨부(100) 간에 충분한 거리를 제공함으로써, 블래이드(67)로부터 기판을 제거하거나 또는 그 위에 기판을 배치하도록 한다.
일반적으로, 클램프 핑거(92)의 전개 및 후퇴는 지지 부재(66)의 선형 운동에 의해 달성된다. 지지 부재(66)가 전개되면, 클램프 핑거(92)가 후퇴하여 블래이드로(67)부터 기판을 제거하거나 블래이드 상에 기판을 위치시킨다. 예를 들면, 도 9는 기판(70)의 픽업 또는 전달을 위해 지지 부재(66)가 처리 챔버(64) 내로 완전히 전개된 것을 나타내는 프로세싱 시스템(50)의 일부 평면도이다. 이와 같은 위치에서, 클램프 핑거(92)가 도 7에 나타낸 바와 같이 완전히 후퇴한다. 바람직하게는, 클램프 핑거(92)는 전개 행정의 가장 마지막 부분까지 고정된 채로 유지되도록 설계되어, 지지 부재(66)에 의해 지지된 기판이 상기 행정의 종결 직전까지 단단히 고정된 채 유지되도록 한다. 역으로, 지지 부재(66)가 전달 챔버(60) 내부로 후퇴하는 도중에 클램프 핑거(92)가 전개 위치로 이동한다. 따라서, 도 10은 지지 부재(66)가 완전히 후퇴한 모습을 도시하는데, 이 위치에서 클램프 핑거(92)가 완전히 전개된다(도 8에 도시된 바와 같음). 클램프 핑거(92)의 저개 위치는 기판(70)을 고정하고, 기판이 지지 부재(66)에서 낙하된 결과로 기판(70)에 손상이 초래됨없이 고속 회전을 가능하게 한다.
정상 작동 도중, 전달 챔버(60)를 통해 회전하는 기판이 전개된 클램프 핑거(92)에 의해 블래이드(67) 상에 고정되고, 이로써 기판이 손상되는 것을 방지한다. 그러나, 도 3을 참조하여 상기에 기술된 바와 같이, 종종 기판이 블래이드(67) 상에 부적절하게 배치되고, 그 결과, 고정된 상태에 있지 않게 된다. 본 발명에 따른 기판 배치 시스템은, 기판의 손상을 초래하고 운전자의 개입을 위해 시스템이 정지되게 만드는, 블래이드로부터 기판이 낙하하는 것을 초래할 수 있는 움직임에 앞서, 기판의 상태를 판단하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 기판이 처리 챔버 혹은 로드 록 챔버로부터 제거되거나 후속 위치로 수송되는 등, 기판이 전달 챔버(60)를 통해 회전하는 각 경우의 직전에 기판의 고정 또는 비고정 상태가 판단된다. 기판의 고정/비고정 상태는 센서 유닛(84)의 출력의 변화에 의해 판단된다. 반사 부재(90)가 센서 유닛(84)의 신호(82)의 경로를 가로지르도록 로봇(62)의 스텝 모터가 기판을 전진시키면, 센서 유닛(84)의 출력이 상태 변화를 한다. 즉, 센서 유닛(84)의 출력이 변화하여 신호(82)가 반사되는지 아닌지를 나타낸다. 따라서, 바람직하게는, 하나는 반사된 신호에 대응하고 나머지는 반사되지 않은 신호에 대응하는, 2개의 상태 사이에서 위치 센서의 출력이 변환된다.
처리 챔버(64) 및 전달 챔버(60)에 대해 다양한 위치에 있는 지지 부재(66)의 측면도를 나타낸 도 11 내지 13을 참조하여 본 발명의 작동을 설명한다. 도 11은 블래이드(67) 상에 지지된 기판(70)과 접촉하지 않고, 클램프 핑거(92)를 완전히 후퇴시킨 채 처리 챔버 내부로 완전히 전개된 지지 부재(66)를 나타낸다. 신호(82)가 전달 챔버(60)의 바닥(76)을 향해 중단됨없이 전달되는 것으로 나타난다. 신호(82)의 반사된 부분이 없는, 이러한 조건하에서, 센서 유닛(84)의 출력은 제 1 상태에 있다. 반사 부재(90) 이외의 다양한 요소로부터 반사된 신호(82)의 일부분 뿐 아니라, 전달 챔버(60) 내의 다른 소스로 인한 배경 발광(background radiation)의 효과는 이 기술분야에서 공지된 임의의 방법으로 완화될 수 있다. 예를 들면, 센서 유닛(84)의 출력은 바람직하게는 처리 챔버(64)로부터 전달 챔버(60)로의 지지 부재(66)의 후퇴에 의해 형성된 시간 간격 동안만 관측된다. 또한, 센서 유닛(84)의 출력 상태의 변화에 대한 예상값은 일정 범위 내의 값임을 알 수 있으므로, 다른 모든 값은 제외될 수 있다.
그 다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(64)와 전달 챔버(60) 사이에 형성된 진공 밀봉 가능한 슬릿 밸브 개구(69)를 통해 지지 부재(66)가 후퇴한다. 바람직하게는, 지지 부재(66)가 개구(69)를 통해 움직임에 따라, 그리고 지지 부재(66)가 전달 챔버(60) 내로 완전히 후퇴되기 전에, 클램프 핑거(92)가 완전이 전개되어 기판(70)과 접촉하게 된다. 계속된 지지 부재(66)의 후퇴 도중에, 반사 부재(90)가 신호(82)의 경로 내로 이동하여, 신호(82)의 일부가 센서 유닛(84)으로 다시 반사되게 하고 센서 유닛(84)으로 하여금 신호(82)의 반사된 부분을 검지함과 동시에 상태를 변환하도록 한다. 따라서 센서 유닛(84)의 출력이 제 2 상태로 변환된다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 반사 부재(90)가 신호(82)의 경로를 지나쳐 이동함에 따라, 센서 유닛(84)의 출력이 다시 제 1 상태로 변환된다. 하기에 매우 상세히 설명하는 바와 같이, 센서 유닛(84)의 출력의 각각의 변환에 대한 제 1 및 제 2 상태는 클램프 핑거(92)에 관한 위치 정보와 관련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 로봇(62)에 의해 초래된 지지 부재(66)의 가장 최근의 점진적 변위에 반응하여 센서 유닛(84)이 상태를 변경하였는지 여부를 판단하기 위한 표준적인 기초상에서 센서 유닛(84)의 출력이 관측된다. 예를 들면, 로봇(62)의 스텝 모터는 로봇(62)의 각 단계에 대한 인터럽트를 발생시키는 마이크로프로세서/제어기(52)에 의해 작동될 수 있다. 스텝 모터의 선형 병진에 의해 생성된 스텝 인터럽트는, 로봇(62)의 각 스텝에 대해 카운터를 증가시키고, 앞서 점검한 이래로 센서 유닛(84)의 출력이 변화되었는지를 판단하기 위해 센서 유닛(84)의 상태 점검을 개시하는데 사용될 수 있다.
상태 점검이 센서 유닛(84)의 상태가 변화되었음을 지시하면, 상기 마이크로프로세서/제어기(52)(도 5내지 6에 도시됨)가 상기 센서 유닛(84)의 출력 변화에 연관된 스텝 모터의 인코더 값(encoder value)을 저장한다. 따라서, 도 11 내지 13을 참조하여 상기에 기술된 설명에 있어서 2개의 인코더 값이 포착되어 기록된다. 반사 부재(90)가 도 12에 나타낸 바와 같이 신호(82)의 경로 내로 이동할 때 제 1 인코더 값이 기록되고, 도 13에 나타낸 바와 같이 신호(82)의 경로 바깥으로 반사부재(90)가 이동할 때 제 2 인코더 값이 기록된다.
그 다음, 센서 유닛(84) 내의 상태 변화에 연관된 인코더 값이, 공칭적 크기의 기판으로부터 얻어진 보정 인코더 값과 비교된다. 상기 마이크로프로세서/제어기는, 예컨대, 룩업 테이블(lookup table)을 이용하여, 유도된 인코더 값을 저장된 보정 값과 비교한다. 로봇 단계들 사이의 비선형적 관계 및 개구리 다리 형태 로봇에 연결된 거리 때문에, 룩업 테이블이 일반적으로 선호된다. 따라서, 기판 고정/비고정 상태가 계산되어지는 데이터는 센서 유닛(84)이 그 상태를 변경할 때 기록된 로봇의 인코더 값이다. 만약 기록된 인코더 값이 공칭 기판에 대한 저장된 보정 값과 부합되면, 지지 부재(66) 상에 배치된 기판은 적절히 고정된 것으로 추정되고, 그렇지 않으면 기판이 비고정된 것으로 간주되어 운전자의 개입을 위해 시스템이 중단된다.
비록 앞선 설명에서는 2개의 인코더 값이 기록되나, 클램핑 핑거(92)와 반사 부재(90)의 위치를 판단하는데는 오직 한개의 값이 필요하다는 것을 알 수 있다. 한개 이상의 값이 기록되는지 여부는 클램프 핑거(90)의 폭과, 하기에 설명되는 바와 같이, 주어진 공칭 치수에 대한 기판 직경의 범위를 허용할 필요성에 의존한다. 그러나, 2개의 인코더 값이 기록되더라도, 반사 부재의 위치를 판단하는데 하나의 값이 사용되면 나머지 하나는 무시될 수 있다.
본 발명의 정확성 및 반복성은 무엇보다도, 로봇(62), 센서 유닛(84), 및 클램핑 핑거(92)의 내재적인 공차(tolerance)에 의해 결정된다. 여기에 참조된 바와 같이, 반복성은 본 발명이 유사한 조건 또는 자극하에서 같은 결과를 재생산하는 능력이고, 정확성은 측정값과 참값 간의 일치 정도이다. 예를 들어, 상기 로봇(62)은 지지 부재(66)를 ±5 mils(천분의 5인치)의 특정 위치 내에 반복적으로 배치할 수 있을 수 있다. 또한, 센서 유닛(84) 및 클램프 핑거(92)(보다 상세하게는 클램프 핑거(92)를 구동하는 클램핑 메카니즘)는 본질적으로 반복성이 제한된다. 제한된 반복성의 각각의 원천은 편차(deviation)의 원천이고, 전체 시스템 오류에 영향을 미친다. 전체 시스템 편차 또는 오류의 범위는 합격/불합격 창(pass/fail window)으로서 형성되고, 본 발명이 기판의 비고정 여부를 검지하는데 제한으로서 작용한다. 합격/불합격 창 내부에서 검지된 반사부재(90)의 위치는 비고정된 기판의 결과이거나 로봇 위치 반복성과 같은 시스템 반복성 내의 편차에 기인할 수 있다. 시스템 반복성의 편차와 비고정 기판 간을 차별하기 위해, 상기 클램프 핑거(92)는, 상기 반사 부재(90)를 합격/불합격 창보다 큰 거리만큼 이동시키기에 충분한 종결 위치에 도달하기 위해, 상기 비고정 기판을 의도적으로 포켓으로부터 더욱 멀리 밀쳐내도록 설계된다. 만약 반사 부재(90)가 합격/불합격 창 외측의 위치에서 검지되면, 상기 기판은 비고정된 것으로 판단된다. 따라서, 상기 합격/불합격 창은, 기판이 비고정된 것으로 검지되도록 하기 위해 포켓으로부터 밖으로 밀려나야만 하는 최소 거리이다. 로봇(62), 센서 유닛(84), 및 클램프 핑거(92)를 구동하는 클램핑 메카니즘의 반복성을 향상시키는 등과 같이, 이 기술분야의 숙련자에게 공지된 다양한 방법에 의해 합격/불합격 창이 최소화될 수 있다. 완벽한 시스템 즉, 오류의 원천이 없는 시스템 또는 오류가 무시할 수 있는 정도인 시스템을 상상할 수 있으나, 하기의 기재는 예시적인 목적으로 불완전한 시스템을 취한다.
지지 부재(66)와 상기 지지 부재(66) 상에 배치된 동일 크기의 기판의 다양한 위치의 부분 평면도 및 이에 대응하는 측면도를 나타내는 도 14a-b 및 15a-b를 참조하여 합격/불합격 창을 고려한 기판의 배치가 설명될 수 있다. 도 14 및 15 내의 지지 부재(66)는 완전 후퇴 위치에 있고, 따라서, 로봇(도 4에 도시됨)에 대한 인코더 값은 동일하다. 도 14a-b에 도시된 제 1 위치는 간격(α)로 지시되는 합격 불합격 창에 대한 고정된 기판(102)의 위치를 나타낸다. 상부 경계(104)와 하부 경계(106)가 상기 합격/불합격 창의 범위를 정한다. 비록 통상적으로 단지 몇 mils 예컨대, 30 mils 이하에 불과하지만, 여기서 간격(α)는 명확성을 위해 매우 과장되어 있다. 합격/불합격 창의 상부 경계(104)의 뒷쪽(즉, 어깨부(100)로부터 떨어진) 임의의 위치에서 검지된 반사 부재(90)는, 고정된 것으로 판단될 것이다. 도 15a-b에서 도시된 제 2 위치는, 센서 유닛(84)(도 5-6에 도시됨)에 의해 비고정 상태를 확실히 검지하기 위해 간격(α)만큼 포켓으로부터 밀려난 비고정 기판(108)을 도시한다. 비고정 기판이란 일반적으로 블래이드(67)의 포켓 내에 적절히 위치되지 아니하여 기판의 가장자리가 어깨부(100)에 맞대어지지 않는 것을 가리킨다. 따라서, 도 15a-b는 어깨부(100)에 얹혀진 기판(108)의 원단부(110)를 나타낸다. 저항력이 작용되지 않으므로, 클램프 핑거(92)는 기판(108)이 완전 전개된 종결 위치에 도달할 때까지 기판을 계속 전방으로 민다. 시스템 반복성의 편차, 및 그로 인한 합격/불합격 창을 수용하는 것은, 고정 상태에 있는 반사부재(90)(도 14a-b)와 비고정 상태에 있는 반사부재(90)(도 15a-b) 사이의 간격이 α보다 크게끔 클램프 핑거(92)의 종결부를 조절함으로써 이루어진다. 따라서, 계속하여 도 15a-b를 참조하면, 기판(108)이 포켓에서 α보다 큰 거리만큼 이동된, 비고정 상태의 기판(108)이 도시된다. 이 위치에서, 센서 유닛(84)(도 5-6에 도시됨) 및 마이크로프로세서/제어기(52)(도 4 참조)는 명백하게 기판(108)이 비고정되었다고 판단할 것이다.
비록 경우의 수가 적기는 하나, 기판의 일부가 손목 하우징(94) 상에 배치된 경우에도 비고정 상태가 발생한다. 이러한 경우, 반사 부재(90)가 기판에 의해 가려지고 센서 유닛(84)의 출력은 블래이드(67)의 구동 도중에 변화하지 않을 것이다. 이런 경우는 비고정 기판을 지시하도록 설정된다.
기판이 고정되었다는 판단이 이루어지면, 로봇(62)이 기판을 소정 목적지로 전달한다. 그러나, 기판의 직경이 공칭 기판 직경으로부터 변할 수 있으므로, 최종 목적지에 기판을 적절히 정렬시키기 위해 위치 수정이 필요하다. 따라서, 고정된 기판에 대해, 본 발명은 또한, 기판을 목적 지점에 위치시킴에 있어 보정을 요하는, 공칭 직경으로부터 변경된 직경을 수용할 수 있다.
공칭 직경으로부터 기판 직경이 변화함에 기인한 기판 중심의 변위에 대한 조절은, 먼저 기판이 적절히 고정되었다는 판단을 요한다. 이와 같은 판단은 도 11 내지 13을 참조하여 상기에 기술된 바와 유사한 방식으로 이루어질 수 있다. 그러나, 비고정 기판과 알려진 범위 내에서 변화는 직경을 갖는 기판을 구별하기 위해 클램프 핑거(92) 및 반사 부재(90)에 대한 부가적인 위치 조절이 필요하다.
도 16은 공칭 치수의 고정 기판(112)에 대하여 비교된 2개의 고정 기판(114, 116)에 대한 중심 위치 간의 차이를 도시한다. X는 각 기판들의 중심을 가리키고, Rnom, R2, 및 R3는 각각 공칭 제 1 기판(112), 제 2 기판(114) 및 제 3 기판(116)에 대한 반지름을 가리킨다. 제 1 기판(112)은 공칭 기판의 위치를 나타내고, 제 2 기판(114)은 최소 직경 편차 범위를 나타내며, 제 3 기판(116) 최대 직경 편차 범위를 나타낸다. 공칭 제 1 기판(112)과 제 1 기판(114)의 중심 간의 거리가 C2이고, 제 1 기판(112)과 제 3 기판(116)의 중심 간의 거리는 C3이다. 비록 통상적으로 단지 몇 mils, 예컨대 약 40 mils 이하이지만, C2 와 C3는 명확성을 위해 매우 과장되게 표현되었다. 상기 중심들은 화살표로 지시된 하나의 직선 방향만을 따라 오프셋된다. 임의의 최초의 횡방향 오프셋은 클램프 핑거(92)의 전진 운동(화살표로 나타냄)에 의해 수정된다. 또한, 도 14 내지 15를 참조하여 상기에 기술된 합격/불합격 창이 도시되었고, 간격(α)로 지시된다. 제 2 기판(114)에 의해 나타내어진 최소 직경 편차가 비고정 기판으로서 검지되는 것을 방지하기 위해 클램프 핑거(92)의 종결 위치가 조절된다. 따라서, 비고정 기판을 검지하기 위해서는 화살표로 지시된 바와 같이 적어도 간격(α)에 더하여 최소 직경 편차를 나타내는 제 2 기판(114)과 지지 부재 상에 배치된 실제의 기판 간의 직경의 차이에 해당하는 간격만큼 클램프 핑거(92)가 전개되어야 한다. 예를 들면, 공칭적 크기의 기판에 있어서, 클램프 핑거(92)는 적어도 간격(α+ D2)만큼 전개되어야 하는데, 여기서 D2는 지지 부재(66) 상에 배치된 공칭 치수 기판과 제 2 기판(114) 간의 직경 차이를 나타낸다. 제 3 기판(116)의 직경과 동일한 직경을 갖는 기판에 대하여는, 클램프 핑거(92)가 적어도 간격(α+ D3)만큼 전개되어야 하는데, 여기서 D3는 지지 부재(66) 상에 배치된 실제 기판과 제 2 기판(114) 간의 직경 차이를 나타낸다. 요약하면, 예상할 수 있는 가장 작은 기판 및 합격/불합격 창이, 로봇 반복성 및 기판 직경 변화에 기인한 변화와 비고정 기판을 구분하는데 필요한 최소 클램프 핑거(92) 전개를 결정한다.
기판이 고정된 것으로 판단이 내려지면, 기판의 중심이 계산된다. 바람직하게는, 상기 중심은, 도 11 내지 13을 참조하여 상기에 기술된 바와 유사한 방식으로, 지지 부재(66) 상에 배치된 실제 기판에 대한 인코더 값을 결정하고 보정 공칭 기판에 대한 저장된 인코더 값에 대해 상기 인코더 값을 비교함으로써 계산된다. 상기 인코더 값들 간의 차이는, 블래이드(67) 상의 기판의 실제 중심의 보정된 공칭 기판의 중심으로부터의 변위 거리와 동일한 거리에 해당한다. 도 16의 예에서, 공칭 중심으로부터 제 2 및 제 3 기판(114, 116)의 변위 거리는 각각 C2, C3이다. 그 다음, 상기 변위 거리는 블래이드(67)의 직선 전개에 합산되거나 감산되어 필요한 목적지 좌표의 수정을 만든다. 작동시, 마이크로프로세서/제어기(52)가 변위 거리를 계산하고, 로봇(62)으로 하여금 블래이드(67)를 상기 변위 거리를 고려한 적절한 목적지 좌표에 위치시키도록 지시하는 신호를 로봇(62)으로 전송한다.
본 발명의 선행하는 실시예에 따르면, 본 발명자들은 기판 직경을 판단함에 있어서 약 5 내지 7 mils의 정확도를 달성하였고, 약 2 mils의 전체 시스템 반복성을 달성하였다. 또한, 본 발명자들은 약 10 mils 이하의 목적지 좌표로 이루어지는 기판 배치를 달성하였다. 그러나, 본 발명은 정확도 또는 반복성의 정도에 의해 그 범위가 제한되지 않으며, 본 발명의 특성이 상기에 기술되 바와 같이 이해된다면 이 기술분야의 숙련자라면 보다 향상된 결과을 얻을 수 있을 것이다.
또한, 본 발명은 클램프 핑거의 위치가 판단되어지는 다수의 실시예 및 변경을 고려하였다. 예를 들면, 도 17에 도시된 다른 실시예에서, 반사 부재(120)가 클램프 핑거(92) 상에 배치됨과 동시에 로봇 손목 하우징(94) 상에 배치될 수 있다. 각각의 반사 부재(90, 120)는 블래이드(67)의 움직임 도중에 신호(82)를 가로막도록 위치된다. 그 다음, 도 11 내지 13을 참조하여 기술된 바와 유사한 방식으로 각각의 반사 부재(90, 120)의 검지 시점에 기록된 인코더 값들에 기초하여, 반사 부재(90, 120)들간의 거리를 계산함으로써 클램프 핑거(92)의 위치가 판단된다. 이와 같은 구성은 "자체 보정(self calibrating)"을 한다는 점에서 유리하다. 즉, 중요한 측정은 상기 반사 부재(90, 120) 간의 거리 차이이므로, 로봇(62)의 위치는 관련성있는 것으로 고려되지 않는다. 따라서, 센서 유닛(84)의 출력이 상태를 변경할 때 기록되어진 유도된 인코더 값들과 상기한 바와 같이 저장된 보정 인코더 값들과의 비교가 필요치 않다.
또 다른 실시예에서, 반사 부재가 블래이드(67)의 어깨부(100) 내에 매입되고 신호(82)의 일부를 센서 유닛(84)으로 되돌려 반사시키도록 배향될 수 있다. 따라서, 도 15a-b에 도시된 바와 같이, 어깨부(100)에 "올라탄" 기판이 반사 부재를 가려서 신호(82)의 일부가 반사되는 것을 방지한다. 검지된 신호가 없음은, 디폴트로서, 비고정된 기판으로 취급된다. 이와 같은 구성은 클램프 핑거(92) 상과 같은 다양한 위치에 배치된 하나 또는 그 이상의 부가적인 반사 부재와 협동하여 사용될 수 있고, 비고정 기판을 검지할 수 있으나 도 16을 참조하여 설명된 바와 같이 기판 직경의 변경에 대해 조절 불가능한 엄격한 "계속/중지(go/no-go)" 시스템 내에서 독립적으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 클램핑 메카니즘의 구성에는 본 발명을 제한하려는 의도는 없다. 따라서, 손목 하우징(94)(도 6 참조)에 대한 선형 전개 및 후퇴에 적합한 클램프 핑거(92)에 관련된 상기의 기술에도 불구하고, 본 발명은 클램프 핑거가 회전식으로 구동되는 것과 같은 다른 구성을 고려한다. 이 기술분야의 숙련자에게 자명한 바와 같이, 클램프 핑거 및/또는 센서 유닛의 최종 위치를 조절함으로써 검지가 용이해진다.
상기한 기술은 본 발명의 바람직한 실시예에 관련되나, 본 발명의 기본적인 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 다른 실시예가 안출될 수 있으며, 상기 본 발명의 범주는 이하의 특허청구범위에 의해 판단된다.
본 발명에 따르면, 로봇 블래이드 상에서 기판의 고정 여부에 대해 판단하고, 기판이 적절히 고정된 경우, 기판의 중심이 확인되어 블래이드 상의 공칭 위치에 대한 중심의 오정렬을 보정하도록 하는, 로봇 블래이드 상에 배열된 기판에 대한 위치 정보를 유도하는 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (26)

  1. 포위부를 형성하는 챔버,
    상기 포위부 내의 신호를 전송하고 상기 신호의 반사된 부분을 수용하도록 위치된 센서 유닛, 및
    상기 포위부를 통해 이동 가능한 기판 지지 부재를 포함하고, 상기 기판 지지 부재가, 상기 기판 지지 부재 상에 배치된 기판을 고정하기 위해 이동 가능한 클램핑 부재, 및 상기 이동 가능한 클램핑 부재 상에 배치되고 상기 신호 내에 위치 가능한 제 1 반사 부재를 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 부재가 원통형 몸체를 포함하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 부재가, 상기 신호에 대해 수직 관계로 배치된 반사면을 갖는 금속을 포함하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 부재 상에 고정된 관계로 배치된 제 2 반사 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 반사 부재는 상기 신호의 경로 내로 이동 가능하여 상기 신호의 반사를 유발하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버가, 몸체와 상기 신호의 투과를 허용하는 투명 재료를 포함하는 부분을 갖는 뚜껑을 포함하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 유닛에 의해 발생된 출력 신호를 관측하기 위해 센서 유닛에 연결된 컴퓨터를 더 포함하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 부재가, 그 종결 단부에 어깨부를 포함하고, 상기 이동 가능한 클램핑 부재가, 상기 기판의 가장자리와 맞물려서 상기 기판을 상기 어깨부에 대하여 미는데 적합한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 유닛이 PicoDotTM레이저 소스를 포함하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 유닛이 발광 소스 및 검지기를 포함하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 발광 소스가 레이저 소스를 포함하는 장치.
  11. 진공 밀봉 가능하고 기판의 전달을 허용하는 크기의 개구가 내부에 형성되어 있는 챔버 몸체, 및 투명 재료로 형성된 하나 이상의 부분을 가지고 상기 챔버 몸체 상에 배치된 뚜껑을 포함하는, 포위부를 형성하는 전달 챔버와,
    상기 전달 챔버 외측 영역에 배치되고, 상기 포위부의 내부로 신호를 전송하고 상기 신호의 반사된 부분을 수용하도록 위치된 센서 유닛과,
    상기 포위부를 통해 이동 가능한 기판 지지 부재, 상기 기판 지지 부재 상에 위치된 기판을 고정하기 위해 상기 기판 지지 부재에 연결된 클램핑 부재, 및 상기 클램핑 부재 상에 배치되고 상기 신호 내에 위치 가능한 반사 부재를 포함하는, 상기 포위부 내에 배치된 로봇과, 그리고
    상기 전달 챔버에 인접 배치되고, 상기 진공 밀봉 가능한 개구를 통해 상기 포위부와 선택적으로 소통할 수 있는 하나 이상의 처리 챔버를 포함하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 유닛이 PicoDotTM레이저 소스를 포함하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 유닛이 발광 소스 및 검지기를 포함하는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 유닛이 레이저 소스를 포함하는 장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 반사 부재가 원통형 몸체를 포함하는 장치.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 반사 부재가, 상기 신호에 대해 수직 관계로 배치된 반사면을 갖는 금속을 포함하는 장치.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 센서 유닛에 의해 발생된 출력 신호를 관측하기 위해 센서 유닛에 연결된 컴퓨터를 더 포함하는 장치.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 지지 부재가, 그 종결 단부에 어깨부를 포함하고, 상기 클램핑 부재가, 상기 기판의 가장자리와 맞물려서 상기 기판을 상기 어깨부에 대하여 미는데 적합한 장치.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 지지 부재 상에 고정된 관계로 배치된 제 2 반사 부재를 더 포함하고, 상기 제 2 반사 부재는 상기 신호의 경로 내로 이동 가능하여 상기 신호의 반사를 유발하는 장치.
  20. 지지 부재에 이동 가능하게 연결되고 그 상부에 설치된 제 1 반사면을 갖는 하나 이상의 클램프 핑거를 이용하여, 상기 지지 부재 상에 배치된 기판이 고정 또는 비고정되었는지를 검지하는 방법으로서,
    (a) 상기 지지 부재 상에 기판을 위치시키는 단계,
    (b) 상기 기판을 향하여 상기 클램프 핑거를 구동시키는 단계,
    (c) 신호 경로를 따라 신호를 전송하는 단계,
    (d) 상기 제 1 반사면을 상기 신호 경로 내로 이동시켜서 상기 신호의 일부를 반사시키는 단계, 및
    (e) 상기 신호의 반사된 부분을 검지하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 지지 부재가, 투명 재료를 포함하는 부분을 갖는 챔버 내에 배치된 로봇에 연결되고, 상기 (c) 단계가, 상기 챔버의 외부 영역 내에 배치된 소스로부터 상기 투명 재료를 통해 상기 신호를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 (e) 단계가, 검지기에서 상기 신호의 반사된 부분을 검지하는 단계를 포함하고, 그리고 상기 검지기의 출력을 관측하는 단계를 더 포함하며, 상기 출력은, (d) 단계 이전에는 제 1 상태에 있고 (e) 단계 도중에는 제 2 상태에 있으며, 상기 출력이 상기 제 1 상태로부터 상기 제 2 상태로 변화하는 것이 상기 클램프 핑거의 위치값에 연관되는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 위치값을 보정된 위치값과 비교하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 위치값을 보정된 위치값과 비교하는 단계를 더 포함하고, 그리고
    (f) 상기 클램프 핑거의 위치와 상기 클램프 핑거의 보정된 위치 간의 거리를 계산함으로써 위치 수정값을 결정하는 단계, 및
    (g) 상기 위치 수정값에 따라 상기 기판의 목적 지점 좌표를 조절하는 단계를 더 포함하는 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    (f) 상기 신호의 일부를 반사시키기 위하여 제 2 반사면을 상기 신호 내로 이동시키는 단계로서, 상기 제 2 반사면이 상기 지지 부재 상에 고정적으로 배치된 단계, 및
    (g) 상기 신호의 상기 반사된 부분을 검지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    (h) 상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면 간의 거리를 판단하는 단계를 더 포함하는 방법.
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