KR20110096341A - 기판 정렬 장치 및 방법 - Google Patents

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육남수
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Abstract

기판을 회전시키지 않고 기판의 중심과 회전판의 중심을 맞추는 센터링 작업을 수행할 수 있는 기판 정렬 장치 및 방법을 제시한다. 이를 위배 기판 정렬 장치는 회전판 중앙에 돌출되도록 형성하는 중앙밀대와 회전판 주위에 등간격으로 배치되는 거리감지센서를 포함한다. 제어부는 거리감지센서에서 감지된 거리정보를 이용하여 기판의 편심 방향 및 편심 거리를 산출하고, 이를 이용하여 기판의 센터링 작업을 수행한다.

Description

기판 정렬 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ALIGNING SUBSTRATE}
기판 정렬 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 기판의 중심 위치를 회전판의 중심 위치에 맞추는 센터링를 수행할 수 있는 기판 정렬 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 등의 제조 공정에서 반도체 웨이퍼 즉, 원형 기판의 방향을 정렬하는 목적으로 기판 정렬 장치가 사용되고 있다. 특히, 불량이 없이 반도체 등의 기판을 정렬하기 위해서는 기판의 중심 위치를 기판이 안착되어 회전하는 회전판의 중심에 정확히 맞추는 센터링 작업이 수행되며, 센터링 작업 수행 후에는 방향 정렬을 위해 기판에 형성된 플랫존이나 'V'자 형태로 파인 홈인 노치부를 기준으로 기판의 방향을 정렬하는 작업이 수행된다.
이때, 기판의 센터링 작업을 수행 시에 회전판을 회전시키고, 기판 회전 시 원형 기판의 둘레 형태를 스캔 센서를 이용하여 측정한다. 이 측정된 데이터를 분석하여 편심거리와 편심방향을 알아낸다. 그러나, 이렇게 센터링 작업을 수행할 때마나 기판을 회전시켜야 하므로 전체적인 기판의 정렬 시간이 매우 길어진다.
기판을 회전시키지 않고 기판의 센터링 작업을 수행할 수 있는 기판 정렬 장치 및 방법을 제시한다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치는 기판이 안착되는 회전판; 회전판을 회전시키는 회전판 구동부; 회전판의 중앙에 설치되어 기판을 받치는 중앙밀대; 회전판까지의 거리를 감지하는 세 개의 거리감지센서들; 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 기판의 중심과 회전판의 중심과의 차이인 편심 보정값을 산출하는 제어부를 포함한다.
이때, 기판은 보통 원형으로 이루어지며, 중앙밀대는 회전판의 중앙에 돌출되도록 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치는 중앙밀대에 연결되어 중앙밀대를 회전판의 중앙에 돌출되도록 탄성력을 가하는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
이때, 제어부가 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 기판의 중심과 회전판의 중심과의 차이인 편심 보정값을 산출하는 것은, 기판이 중앙밀대에 안착된 상태에서 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 기판의 세 개의 지점의 3차원 좌표를 획득하고, 세 개의 지점의 3차원 좌표를 포함하는 평면의 방정식을 획득하고, 중앙밀대의 중심을 기준으로 일정한 반경으로 형성되는 원을 평면에 투영하여 평면상의 가상의 원의 방정식을 획득하고, 가상의 원에서 높이가 가장 높은 제1지점과 높이가 가장 낮은 제2지점을 획득하고, 제1지점과 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출할 수 있다.
위에서 제1지점과 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출하는 것은 제1지점과 제2지점 각각의 x축 및 y축 좌표값을 기초로 편심 방향값을 산출하고, 제1지점과 제2지점 각각의 x축 및 y축 및 z축의 좌표값을 기초로 기판의 기울어진 각도를 계산하고, 기울어진 각도에 따라 편심 거리를 산출하는 것일 수 있다.
또한, 제어부는 산출된 편심 방향값 및 편심 거리를 이용하여 x축 방향의 편심 보정값인 Δx 및 y축 방향의 편심 보정값인 Δy를 산출하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치는 기판의 위치를 조절하는 보정밀대; 보정밀대를 구동시키는 보정밀대 구동부를 더 포함하고, 제어부는 편심 보정값을 기초로 보정밀대 구동부를 제어하여 기판의 위치를 조절할 수 있다.
보정밀대는 x축 및 y축 및 z축의 3차원 방향으로 이동 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치는 기판을 회전판에 흡착시켜 고정시키는 진공흡착부를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 편심 보정값을 기초로 기판의 편심 보정이 완료되었다고 판단되면 진공흡착부를 구동시켜 기판을 회전판에 흡착시킬 수 있다.
기판에는 기판의 방향 정렬을 위한 플랫존 또는 노치부가 형성될 수 있으며, 기판 정렬 장치는 플랫존 또는 노치부를 감지하는 정렬용 감지센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 제어부는 회전판 구동부를 제어하여 회전판에 흡착된 기판을 회전시키고, 정렬용 감지센서에서 감지된 플랫존 또는 노치부의 위치를 기초로 기판을 미리 설정된 방향으로 정렬시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 방법은 기판이 안착되는 회전판과 회전판을 회전시키는 구동부와 회전판의 중앙에 돌출되도록 설치되어 기판을 받치는 중앙밀대와 회전판까지의 거리를 감지하는 세 개의 거리감지센서들을 포함하는 기판 정렬 장치에 있어서, 기판을 중앙밀대에 안착시키고, 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 기판의 중심과 회전판의 중심과의 차이인 편심 보정값을 산출하고, 산출된 편심 보정값을 기초로 기판의 편심을 보정한다.
이때, 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 기판의 중심과 회전판의 중심과의 차이인 편심 보정값을 산출하는 것은, 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 기판의 세 개의 지점의 3차원 좌표를 획득하고, 세 개의 지점의 3차원 좌표를 포함하는 평면의 방정식을 획득하고, 중앙밀대의 중심을 기준으로 일정한 반경으로 형성되는 원을 평면에 투영하여 평면상의 가상의 원의 방정식을 획득하고, 가상의 원에서 높이가 가장 높은 제1지점과 높이가 가장 낮은 제2지점을 획득하고, 제1지점과 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출한다.
이때, 제1지점과 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출하는 것은 제1지점과 제2지점 각각의 x축 및 y축의 좌표값을 기초로 편심 방향값을 산출하고, 제1지점과 제2지점 각각의 x축 및 y축 및 z축의 좌표값을 기초로 기판의 기울어진 각도를 계산하고, 기울어진 각도에 따라 편심 거리를 산출하는 것일 수 있다.
또한, 산출된 편심 방향값 및 편심 거리를 이용하여 x축 방향의 편심 보정값인 Δx 및 y축 방향의 편심 보정값인 Δy를 산출하는 것을 더 포함할 수 있다.
위의 편심 보정값을 기초로 기판의 편심 보정이 완료되었다고 판단되면 기판에 흡착력을 가하여 기판을 회전판에 흡착시켜 회전시키고, 플랫존 또는 노치부의 위치를 기초로 기판을 미리 설정된 방향으로 정렬시킬 수 있다.
이와 같이 회전판의 중앙에 설치되는 중앙밀대와 세 개의 거리감지센서를 이용하여 기판의 회전 없이도 기판의 센터링 작업을 빠르고 정밀하게 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치에 적용되는 원형의 기판의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치에 원형의 기판이 안착된 상태의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 회전판 주위의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치에 원형의 기판이 편심되어 안착된 상태의 측면도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 제어부의 동작을 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 제어부가 편심 보정값을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치가 기판의 편심 보정을 완료하고 기판을 회전판에 흡착시킨 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치로 기판를 정렬시키는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치에 적용되는 원형의 기판의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 기판(3)는 원형으로 형성되어 있으며, 기판(3)은 방향 정렬을 위한 자료로 사용되는 'v'자 형태의 홈으로 형성되는 노치부(3a)를 포함한다. 이 기판(3)은 반도체 웨이퍼(wafer) 등과 같은 장치로 사용된다. 도시하지는 않았지만 노치부(3a) 대신에 기판(3)의 둘레의 일정한 부분이 잘라진 형태의 편평한 플랫존(flat-zone)이 형성될 수 도 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치에 원형의 기판이 안착된 상태의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 회전판 주위의 부분 확대도이다. 이하, 도 2 내지 도 4를 기초로 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치(1)의 구조 및 동작을 상세히 설명한다.
기판 정렬 장치(1)는 기판 정렬 장치(1)의 몸체를 형성하는 바디부(5)와 회전판(10)과 보정밀대(15)와 노치감지센서(20)를 포함하여 구성된다.
바디부(5)의 상부의 중앙에는 회전판(10)이 설치되는데, 회전판(10)은 회전판(10)에 안착된 기판(3)을 회전시키는 역할을 수행한다. 특히, 회전판(10)의 중앙에는 돌출되어 형성된 중앙밀대(12)가 형성되어 있으며, 중앙밀대(12) 주위로 다수의 흡착용 홀(13)이 형성되어 있다. 회전판(10)의 자세한 동작에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
회전판(10) 주위에는 일정한 간격으로 배치된 보정밀대(15a, 15b, 15c : 15)가 형성되어 있다. 보정밀대(15)는 x축 및 y축 및 z축 즉 3차원 방향으로 이동가능하다. 즉, 후술하겠지만, 편심 보정값이 계산되면 그 값을 기초로 보정밀대(15)가 z축 위 방향으로 이동하여 기판(3)을 들어올린 다음, x축 및 y축의 편심 보정값 만큼 이동하여 센터링 작업을 수행한 다음 다시 z축 아래 방향으로 이동하여 기판(3)을 보정밀대(15)에 안착시킨다. 또한, 기판(3)이 보정밀대(15)에 안착되어 편심 보정이 완료되면 흡착용 홀(13)에 생기는 진공압에 의해서 기판(3)은 회전판(10)에 안착되어 고정되게 된다. 자세한 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치(1)에서는 보정밀대(15)가 3자유도 즉, x축 및 y축 및 z축 방향으로 모두 이동 가능한 경우를 예를 들어 설명하였지만, 회전판(10) 또는 중앙밀대(12)가 회전 가능하여 회전 방향으로 1자유도를 가지므로 보정밀대(15)는 x축이나 y축 중 하나의 방향과 z축 방향으로 이동가능하도록 하여 2자유도만 갖도록 하게 할 수도 있다. 이 경우에는 편심 보정값을 기초로 중앙밀대(12)을 회전한 다음 보정밀대(15)를 이용하여 기판(3)을 z축 위 방향으로 들어올린 다음 x축이나 y축 중 하나의 방향으로 기판(3)을 이동시킨 후 다시 z축 아래 방향으로 이동하여 기판을 중앙밀대(12)에 안착시킴으로써 편심 보정을 수행할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치(1)는 x축 및 y축 및 z축 방향으로 모두 이동 가능한 3자유도를 갖는 보정밀대(15)를 가지고 편심 보정을 수행하는 것을 설명하기로 한다.
또한, 회전판(10)의 주위에는 일정한 간격으로 배치되는 거리감지센서(20a, 20b, 20c: 20)가 설치된다. 더욱 자세하게는 세 개의 거리감지센서(20)는 회전판(10)의 중심 즉, 중앙밀대(12)의 중심을 기준으로 일정한 거리 만큼 떨어진 지점에 각각 120도 만큼 등간격으로 떨어져 설치된다. 거리감지센서(20)는 기판(3)이 중앙밀대(12)에 안착된 경우에 기판(3)까지의 거리를 각각 감지하게 된다.
회전판(10)의 우측에는 기판(3)에 형성된 노치부(3a)를 감지할 수 있는 노치감지센서(27)와 노치감지센서(27)를 지지하도록 형성된 노치감지센서 프레임(25)이 위치한다. 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치(1)의 노치감지센서(27)는 편심 보정값을 산출함에 있어, 기판(3)을 회전시킴으로써 얻은 스캔 데이터를 이용할 필요가 없으므로 고가의 스캔 센서 대신에 일축의 온/오프 노치감지센서(27)를 사용할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치(1)에 기판(3)이 안착된 상태를 위에서 바라본 평면도이며 도 4는 회전판(10) 주위의 상세도로서, 보정밀대(15)와 거리감지센서(20)가 회전판(10) 주위로 등간격으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치(1)는 회전판(10) 중앙에 돌출되도록 형성되는 중앙밀대(12)를 포함하는데, 이 중앙밀대(12)의 역할에 대해서 도 5를 참조하셔 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치에 원형의 기판이 편심되어 안착된 상태의 측면도이다.
기판(3)의 중심이 중앙밀대(12)의 중심과 일치하게 안착된 경우, 즉 센터링이 된 경우에는 기판(3)은 기울지 않고 편평하게 유지된다. 그러나, 기판(3)의 중심이 중앙밀대(12)의 중심과 불일치하게 안착되면 편심이 발생하여 기판(3)은 어느 한 쪽으로 기울게 된다. 즉, 기판(3)의 무게중심이 기판(3)의 중심과 일치하지 않게 되기 때문이다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 기판(3)은 좌측으로 기울어져 있을 수 있게 된다.
이때, 세 개의 거리감지센서들(20)은 기울어진 상태의 기판(3)까지의 거리를 각각 감지하게 된다. 이 감지된 거리들을 이용하여 편심 보정값을 산출하게 되는데 이 편심 보정값을 산출하는 방법은 도 7 내지 도 9를 참조하여 후술하기로 한다.
즉, 기판(3)이 편심되어 기울어진 상태로 중앙밀대(12)에 안착된 상태에서 거리감지센서들(20)이 감지한 거리 정보를 이용하여 제어부(30)는 편심 보정값을 산출하게 된다. 편심 보정값이 산출되면 제어부(30)는 편심 보정값을 기초로 보정밀대 구동부(40)를 제어하여 보정밀대(15)를 작동시킨다. 먼저, 보정밀대(15)를 z축 위 방향으로 이동시켜 기판(3)을 들어 올린 다음 x축 및 y축 방향으로 기판(3)을 이동시켜 편심을 보정한다.
편심을 보정을 완료하면 보정밀대(15)를 z축 아래 방향으로 이동시켜 기판(3)을 다시 중앙밀대(12)에 안착시킨다. 이때, 제어부(30)는 진공압 생성부(50)를 구동시켜 도 5에 점선으로 표시된 진공압 관(16)을 경유하여 흡착용 홀(13)에 흡착력을 생성시킨다. 이렇게 흡착력이 생성되면 기판(3)은 흡착력에 의해서 아래 방향으로 힘을 받게 되고, 이 힘에 의해서 스프링 등의 소재로 이루어진 탄성부재(11)의 탄성력에 의해서 돌출되어 있는 중앙밀대(12)를 누르면서 기판(3)은 회전판(10)에 안착되게 된다.
흡착력이 충분하게 공급되어 기판(3)이 회전판(10)에 안정적으로 안착되었다고 판단되면, 제어부(30)는 모터 구동부(60)를 제어하여 회전축(14)를 회전시킨다. 회전축(14)이 회전함으로써 회전판(10)이 회전하게 되고 회전판(10)에 흡착된 기판(3)이 회전하게 된다. 기판(3)이 회전되면 노치감지센서 프레임(25)에 설치된 노치감지센서(27)는 기판(3)의 외곽 둘레에 형성된 노치부(3a)를 감지한다.
제어부(30)는 노치부(3a)의 위치를 회전을 시작하기 전의 초기 상태로부터 회전한 회전각을 이용하여 감지한다. 즉, 회전을 시작하기 전의 초기 상태에서 노치감지센서(27)가 노치부(3a)를 감지할 때까지의 회전각을 이용하여 노치부(3a)의 위치를 감지하고, 이 노치부(3a)의 위치를 기준으로 하여 미리 설정한 방향으로 기판(3)을 정렬시킨다. 이러한 방법으로 편심 보정이 수행되는데 제어부(3)의 동작을 도식화해서 설명하면 도 6과 같다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 제어부의 동작을 설명하는 개략적인 블록도이다.
제어부(30)는 거리감지센서(20)와 노치감지센서(27)의 센서 정보를 입력 받고, 이 정보들을 기초로 편심 보정값을 계산하는 편심보정값 계산부(32)를 포함한다. 편심보정값 계산부(32)를 통하여 편심 보정값이 산출되면 이 정보를 기초로 보정밀대 구동부(40)와 진공압 생성부(50)와 모터 구동부(60)를 제어한다. 제어부(30)의 시간의 흐름에 따른 전체적인 제어 동작은 도 11의 순서도를 참조하여 후술한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치의 제어부가 편심 보정값을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치(1)는 기판(3)을 회전시키지 않고 거리감지센서(20)에서 감지된 거리 정보를 이용하여 바로 편심 보정값을 산출한다. 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 7을 참조하면, 중앙밀대(12)를 중심으로 120도 등간격으로 배치된 거리감지센서(20)가 기판(3)의 거리를 측정한 도면을 나타내고 있다. 이때, 좌표축의 기준은 중앙밀대(12)의 중심을 기준으로 한다. 즉, 중앙밀대(12)의 중심의 좌표를 (0,0,0)으로 하고, 세 개의 거리감지센서(20)의 좌표 즉, 거리감지센서(20a)의 좌표는 (x1,y1,0)으로, 거리감지센서(20b)의 좌표는 (x2,y2,0)으로, 거리감지센서(20c)의 좌표는 (x3,y3,0)으로 미리 설정된 값으로 제어부(30)에 저장되어 있다.
거리감지센서(20)가 각각 기판(3)까지의 거리 z1, z2, z3를 감지하게 되면 이 값들을 기초로 기판 상의 P1, P2, P3의 좌표가 P1(x1,y1,z1), P2(x2,y2,z2), P3(x3,y3,z3)의 값으로 정해지게 된다. 이렇게 세 개의 점의 좌표를 알게 되면 간단한 수학적 방법으로 위 세 개의 점을 포함하는 평면의 방적식 F1(x,y,z)를 구할 수 있게 된다. 도 7에 직사각형으로 이 세 개의 점을 포함하는 평면의 방정식 F1에 의한 평면이 도시되어 있다.
이렇게 평면의 방정식 F1이 산출되면, 중앙밀대(12)의 중심을 기준으로 일정한 반경 r를 갖는 원의 방정식을 구하고, 이 원을 위의 평면에 투영한다. 이렇게 되면 실제 기판(3)의 원 모양과 일치하지는 않지만 같은 평면 상에 가상의 원이 투영되게 된다.
이렇게 평면 상에 투영된 가상의 원의 방정식 F2을 평면의 방정식 F1를 이용하게 구할 수 있게 되며, 이 가상의 원의 방정식 F2를 이용하면 높이가 가장 높은 제1지점과 높이가 가장 낮은 제2지점을 획득할 수 있게 된다. 즉, 가상의 원의 방정식 F2에서 z축의 값이 가장 큰 값을 가지는 경우와 z축의 값이 가장 작은 값을 가지는 경우가 제1지점 및 제2지점이 된다. 이렇게 획득된 제1지점 및 제2지점이 도 7에서 Pmax(x5,y5,z5) 및 Pmin(x4,y4,z4)로 도시되어 있다. 이렇게 제1지점 및 제2지점이 획득되면 이 두 지점의 좌표 정보를 이용하여 쉽게 편심 보정값을 산출할 수 있다. 구체적인 방법은 다음과 같다.
도 8에서 볼 수 있듯이, 중앙밀대(12)의 중심이 기판(3)의 중심축에서 우측으로 벗어나 편심이 발생하여 기판(3)이 좌측으로 기울어져 있다. 위에서 Pmax와 Pmin를 구했으므로 Pmax와 Pmin의 x축 및 y축 좌표 정보를 이용하면 두 점을 지나는 직선의 방정식을 얻을 수 있게 되고, 이렇게 두 점을 지나는 직선의 방정식을 얻으면 기울기 정보를 통하여 쉽게 편심 방향값 θ'을 산출할 수 있다. '편심 방향값'은 중앙밀대(12)의 중심을 원점으로 하는 2차원 좌표계에서 기판(3)의 중심이 중앙밀대(12)의 중심으로 이동하여야 하는 방향을 의미한다.
또한, 편심 방향값 θ'이 산출되면 이동하여야 하는 거리 즉, 편심 거리 d를 알아야 한다. 편심 거리 d는 편심 거리값에 따른 기판(3)의 기울기의 관계로부터 구할 수 있다. 즉, 편심 거리 d는 기판의 기울기 θ에 의한 변수로 나타나는데(즉, d=f(θ)), 구체적인 데이터 값이 기판(3)의 매질 분포를 반영하여 수학적인 계산이나 실험을 통하여 데이터 시트로 제어부(30)에 저장된다. 이 데이터 시트는 기판(3)의 재질 및 재질의 균일도 등에 따라서 각 설계 사양에 따라서 가변적으로 저장될 수 있다.
도 9에는 도 8에서 구한 편심 방향값 θ' 및 편심 거리 d를 바탕으로 계산되는 x축 및 y축 방향의 편심 보정값을 도시하고 있다. 즉, 삼각함수 공식에 의해서 Δx=d*cosθ', Δy=d*sinθ' 로 쉽게 계산될 수 있다. 앞에서 언급하였지만, 본 발명의 보정밀대(15)는 3자유도를 가지고 있으므로, 이 Δx 및 Δy 값을 바탕으로 기판(3)을 들어 올린 다음 바로 편심 보정을 수행할 수 있다. 만약, 앞에서 언급한 2자유도만 갖는 보정밀대를 사용하는 경우라면 중앙밀대(12)를 θ' 만큼 회전시켜 기판(3)을 회전시킨 후 다시 보정밀대로 들어 올려 x축 또는 y축 방향으로 d만큼의 거리를 이동시킨으로써 편심 보정을 수행할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치가 기판의 편심 보정을 완료하고 기판을 회전판에 흡착시킨 상태를 나타내는 도면이다.
즉, 앞의 과정에서 기판(3)의 편심이 보정되어 센터링 작업이 완료되면 제어부(30)는 진공압 생성부(50)와 진공압 관(16)과 흡착용 홀(13)로 이루어지는 진공흡착부를 작동시켜 기판(3)를 회전판(10)에 안착시켜 고정시키게 된다. 그 다음 앞에서 설명한 바와 같이 기판(3)을 회전시켜 노치부(3a)의 위치를 기준으로 기판(3)을 미리 설정된 방향으로 정렬시키게 된다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 기판 정렬 장치로 기판를 정렬시키는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 11을 참조하여 기판 정렬 방법을 전체적으로 상세히 설명한다.
기판 정렬 장치(1)의 제어부(30)에 의해서 기판로딩부(미도시)는 기판(3)을 회전판(10) 중앙의 중앙밀대(12) 위로 안착시킨다. 제어부(30)는 기판(3)이 중앙밀대(12)에 안정적으로 안착되었다고 판단되면, 세 개의 거리감지센서(20)로 기판 위의 세 지점까지의 거리를 획득한다.(100) 제어부(30)는 회전판(10) 주위에 120도의 등간격으로 배치된 거리감지센서(20)들의 2차원 좌표값을 중앙밀대(12)의 중심을 원점으로 하여 계산된 값으로 미리 저장하고 있으므로, 감지된 세 지점꺼지의 z축 거리 정보들을 이용하여 기판(3) 상의 세 지점의 좌표를 획득하게 된다.
이렇게 기판(3) 상의 세 지점의 좌표가 획득되면, 세 지점의 좌표를 이용하여 세 지점을 포함하는 평면의 방정식을 계산한다.(102) 이렇게 평면의 방정식이 계산되면, 중앙밀대(12)의 중심인 원점을 기준으로 한 회전판(10)과 평행한 일정한 반경 r의 원의 방정식을 구하고, 그 원을 위의 평면에 투영시킨다.
원을 평면에 투영하면 실제의 기판(3)의 원형 모양과는 다른 가상의 원이 형성되는데 평면의 방정식과 위의 원의 방정식을 이용하면 가상의 원의 방정식이 수학적으로 계산된다.(104)
이렇게 세 지점을 포함하는 평면 상의 가상의 원의 방정식이 계산되면 그 원의 둘레를 지나는 무수한 점 중에서 높이가 가장 큰 지점인 Pmax와 높이가 가장 낮은 지점인 Pmin을 추출한다.(106) 이렇게 Pmax와 Pmin을 추출하면 앞에서 설명한 바와 같이 수학적인 방법으로 편심 보정값인 편심 방향 θ' 및 편심 거리 d를 계산한다.(108) 이 편심 방향 θ' 및 편심 거리 d를 이용하여 x축 방향 및 y축 방향의 편심 보정값 Δx와 Δy를 계산한다.
이러한 편심 보정값을 획득하면 이 정보를 기초로 제어부(30)는 보정밀대(15)를 구동시켜 기판(3)의 편심을 보정한다. 편심 보정이 완료되면 제어부(30)는 진공압 생성부(50)를 구동시켜 흡착용 홀(13)에 흡착력을 발생시켜 기판(3)을 회전판(10)에 흡착시켜 고정시킨다.(112) 이렇게 하여 기판(3)의 센터링 작업이 완료되게 된다.
그 다름 제어부(30)는 모터 구동부(60)를 제어하여 회전축(14)을 회전시켜 기판(3)을 회전시키고, 노치감지센서(27)에서 감지된 노치부(3a)의 위치를 기준으로 미리 설정된 방향으로 기판을 정렬시킨다.
이와 같은 구성으로 기판(3)을 회전시킬 필요 없이 기판(3)의 센터링 작업을 빠르고 정밀하게 수행할 수 있게 된다.
1 : 기판 정렬 장치 3 : 기판
3a : 노치부 5 : 바디부
10 : 회전판 11 : 탄성부재
12 : 중앙밀대 13 : 흡착용 홀
14 : 회전축 15 : 보정밀대
16: 진공압 관 20 : 거리감지센서
25 : 노치감지센서 프레임 27 : 노치감지센서
30 : 제어부 32 : 편심보정값 계산부
40 : 보정밀대 구동부 50 : 진공압 생성부
60 : 모터 구동부

Claims (18)

  1. 기판이 안착되는 회전판;
    상기 회전판을 회전시키는 회전판 구동부;
    상기 회전판의 중앙에 설치되어 상기 기판을 받치는 중앙밀대;
    상기 회전판까지의 거리를 감지하는 세 개의 거리감지센서들;
    상기 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 상기 기판의 중심과 상기 회전판의 중심과의 차이인 편심 보정값을 산출하는 제어부를 포함하는 기판 정렬 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 원형으로 이루어진 기판 정렬 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중앙밀대는 상기 회전판의 중앙에 돌출되도록 형성되는 기판 정렬 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중앙밀대에 연결되어 상기 중앙밀대를 상기 회전판의 중앙에 돌출되도록 탄성력을 가하는 탄성부재를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 상기 기판의 중심과 상기 회전판의 중심과의 차이인 편심 보정값을 산출하는 것은,
    상기 기판이 상기 중앙밀대에 안착된 상태에서 상기 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 상기 기판의 세 개의 지점의 3차원 좌표를 획득하고,
    상기 세 개의 지점의 3차원 좌표를 포함하는 평면의 방정식을 획득하고,
    상기 중앙밀대의 중심을 기준으로 일정한 반경으로 형성되는 원을 상기 평면에 투영하여 상기 평면상의 가상의 원의 방정식을 획득하고,
    상기 가상의 원에서 높이가 가장 높은 제1지점과 높이가 가장 낮은 제2지점을 획득하고,
    상기 제1지점과 상기 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출하는 것인 기판 정렬 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1지점과 상기 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출하는 것은,
    상기 제1지점과 제2지점 각각의 x축 및 y축의 좌표값을 기초로 편심 방향값을 산출하고,
    상기 제1지점과 제2지점 각각의 x축 및 y축 및 z축의 좌표값을 기초로 상기 기판의 기울어진 각도를 계산하고, 상기 기울어진 각도에 따라 편심 거리를 산출하는 것인 기판 정렬 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 산출된 상기 편심 방향값 및 상기 편심 거리를 이용하여 x축 방향의 편심 보정값인 Δx 및 y축 방향의 편심 보정값인 Δy를 산출하는 것을 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 위치를 조절하는 보정밀대;
    상기 보정밀대를 구동시키는 보정밀대 구동부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 편심 보정값을 기초로 상기 보정밀대 구동부를 제어하여 상기 기판의 위치를 조절하는 기판 정렬 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보정밀대는 x축 및 y축 및 z축의 3차원 방향으로 이동 가능한 기판 정렬 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판을 상기 회전판에 흡착시켜 고정시키는 진공흡착부를 더 포함하는 기판 정렬 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 편심 보정값을 기초로 상기 기판의 편심 보정이 완료되었다고 판단되면 상기 진공흡착부를 구동시켜 상기 기판을 상기 회전판에 흡착시키는 기판 정렬 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판에는 상기 기판의 방향 정렬을 위한 플랫존 또는 노치부가 형성되고,
    상기 플랫존 또는 상기 노치부를 감지하는 정렬용 감지센서를 더 포함하는 기판정렬장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 회전판 구동부를 제어하여 상기 회전판에 흡착된 상기 기판을 회전시키고,
    상기 정렬용 감지센서에서 감지된 상기 플랫존 또는 상기 노치부의 위치를 기초로 상기 기판을 미리 설정된 방향으로 정렬시키는 기판 정렬 장치.
  14. 기판이 안착되는 회전판과 상기 회전판을 회전시키는 회전판 구동부와 상기 회전판의 중앙에 돌출되도록 설치되어 상기 기판을 받치는 중앙밀대와 상기 회전판까지의 거리를 감지하는 세 개의 거리감지센서들를 포함하는 기판 정렬 장치에 있어서,
    상기 기판을 상기 중앙밀대에 안착시키고,
    상기 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 상기 기판의 중심과 상기 회전판의 중심과의 차이인 편심 보정값을 산출하고,
    상기 산출된 편심 보정값을 기초로 상기 기판의 편심을 보정하는 기판 정렬 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 상기 기판의 중심과 상기 회전판의 중심과의 차이인 편심보정값을 산출하는 것은,
    상기 세 개의 거리감지센서들로부터 감지된 거리를 이용하여 상기 기판의 세 개의 지점의 3차원 좌표를 획득하고,
    상기 세 개의 지점의 3차원 좌표를 포함하는 평면의 방정식을 획득하고,
    상기 중앙밀대의 중심을 기준으로 일정한 반경으로 형성되는 원을 상기 평면에 투영하여 상기 평면상의 가상의 원의 방정식을 획득하고,
    상기 가상의 원에서 높이가 가장 높은 제1지점과 높이가 가장 낮은 제2지점을 획득하고,
    상기 제1지점과 상기 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출하는 것인 기판 정렬 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1지점과 상기 제2지점의 3차원 좌표를 이용하여 편심 보정값을 산출하는 것은,
    상기 제1지점과 상기 제2지점 각각의 x축 및 y축의 좌표값을 기초로 편심 방향값을 산출하고,
    상기 제1지점과 상기 제2지점 각각의 x축 및 y축 및 z축의 좌표값을 기초로 상기 기판의 기울어진 각도를 계산하고, 상기 기울어진 각도에 따라 편심 거리를 산출하는 것인 기판 정렬 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    산출된 상기 편심 방향값 및 상기 편심 거리를 이용하여 x축 방향의 편심 보정값인 Δx 및 y축 방향의 편심 보정값인 Δy를 산출하는 것을 더 포함하는 기판 정렬 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 편심 보정값을 기초로 상기 기판의 편심 보정이 완료되었다고 판단되면 상기 기판에 흡착력을 가하여 상기 기판을 상기 기판에 흡착시켜 회전시키고,
    상기 플랫존 또는 상기 노치부의 위치를 기초로 상기 기판을 미리 설정된 방향으로 정렬시키는 기판 정렬 방법.
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