KR20140042925A - 웨이퍼 센터 검색 방법 - Google Patents

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KR20140042925A
KR20140042925A KR1020147005807A KR20147005807A KR20140042925A KR 20140042925 A KR20140042925 A KR 20140042925A KR 1020147005807 A KR1020147005807 A KR 1020147005807A KR 20147005807 A KR20147005807 A KR 20147005807A KR 20140042925 A KR20140042925 A KR 20140042925A
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크리스 키리
피터 반 데 뮬렌
패트릭 디. 패니즈
포레스트 부잔
폴 이. 포겔
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블루쉬프트 테크놀로지스, 인코포레이티드.
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Abstract

반도체 제조 공정에 사용되는 현재의 기술을 향상시키는, 복수의 웨이퍼 센터 검색 방법 및 시스템이 게시된다.

Description

웨이퍼 센터 검색 방법{Wafer Center Finding}
본 발명은 반도체 공정에서 웨이퍼 정렬에 관한 것이며, 더 구체적으로 웨이퍼의 센터 검색 방법에 관한 것이다.
반도체 제조시, 웨이퍼 및 다른 기판이 로보트 핸들러를 이용하여 다양한 프로세스 챔버들 사이에 전달된다. 웨이퍼 핸들링의 지속적인 도전과제 중 하나는, 프로세스 챔버 내에서 정확한 배치 및 처리를 위해 충분한 정확성으로 웨이퍼 또는 웨이퍼 센터(center)를 위치시키는 것에 대한 필요성이다. 일반적으로, 반도체 제조 시스템은 다양한 빔-브레이킹 센서 장치를 사용하여 이동하는 웨이퍼에 "줄을 긋고(stripe)", 웨이퍼 에질ㄹ 검출한다. 이러한 데이터는, 차례로 로보트 핸들러에 대해 웨이퍼 센터를 배치시키는 데 사용될 수 있으며, 이로써 후속 이동 및 배치가 더 정확히 제어될 수 있다. 센터 검색(center findidng)은, 이러한 프로세스가 일상적으로 조정되고 각 웨이퍼의 공정을 통해 반복되는 제조 공정에 매우 중요하다.
수많은 물리적 센서 및 프로세스 알고리즘이 반도체 제조 공정에서 웨이퍼의 중심을 맞추기 위해 고안되어 왔으나, 필요한 센서의 수를 줄이고, 센터 검색 연산을 단순화하며 또는 정확성을 개선하는 향상된 센터 검색 기술에 대한 필요성이 여전히 남아있다.
반도체 제조 공정에 사용되는 현존 기술을 향상시킬 수 있는 다수의 웨이퍼 센터 검색 방법 및 시스템이 게시된다.
일 측면에서, 내부 구조 및 복수의 입구를 가지는 장치 내에서 웨이퍼의 센터를 검색하는 방법이 제공된다. 여기서, 내부 구조는 로보트 암을 포함하고, 상기 장치는 복수의 센서를 포함하며, 상기 복수의 센서 각각은 상기 장치의 내부 구조 내의 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재여부를 검출하도록 조정되고, 상기 웨이퍼 센터 검색 방법은: 상기 복수의 입구 중 제 1 입구를 통해 상기 내구 구조의 외부로 상기 웨이퍼를 인출하는 단계; 상기 내부 구조로 상기 웨이퍼를 삽입하고, 상기 복수의 센서 중 제 1 센서를 이용하여 상기 웨이퍼의 존재여부를 검출하는 단계; 상기 로보트 암을 회전시키는 단계; 상기 복수의 입구 중 제 2 입구를 통해 상기 내부 구조의 밖으로 웨이퍼를 이동시키고, 상기 복수의 센서 중 제 1 센서를 이용하여 웨이퍼의 부재를 검출하는 단계; 그리고 상기 복수의 센서로부터의 센서 데이터와 상기 로보트 암으로부터의 위치 데이터를 이용하여 상기 로보트 암에 대한 상기 웨이퍼의 센터의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 센서는 광한 센서를 포함한다. 상기 복수의 센서는 발광 다이오드를 포함한다. 상기 복수의 센서는 자동 초점 포토다이오드 검출기를 포함한다. 상기 웨이퍼의 센터의 위치를 결정하는 단계는 상기 로보트 암으로부터의 위치 데이터를 칼만 필터(Kalman Filter)에 적용하는 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 센서 데이터에 근거하여 상기 칼만 필터를 업데이트하는 단계를 더 포함할 수 잇다. 상기 웨이퍼가 실질적으로 원형이다. 상기 웨이퍼가 정렬 노치를 포함한다. 상기 복수의 센서는 발광 다이오드와 마주보도록 위치한 하나 이상의 검출기를 포함하여 상기 발광 다이오드로부터 상기 검출기로의 빛의 경로가 상기 내부 구조 내의 사전지정된 위치를 포함하도록 한다. 상기 복수의 센서는 하나 이상의 검출기를 포함하되, 상기 검출기는 사전지정된 위치에 있는 웨이퍼로부터 반사될 때, 발광 다이오드로부터의 빛이 상기 검출기에 의해 검출되도록 배치된다. 상기 웨이퍼를 삽입하는 동작은 선형 이동하여 삽입하는 동작을 포함한다. 상기 웨이퍼를 이동시키는 동작은 선형 이동하여 이동시키는 동작을 포함한다. 상기 로보트 암을 회전시키는 단계는 상기 로보트 암의 중심 축에 대해 회전하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 내부 구조와 복수의 입구를 포함하는 장치 내에서 웨이퍼의 센터를 검출하는 방법이 게시된다. 여기서, 상기 내부 구조는 로보트 암을 포함하고, 상기 장치는 복수의 센서를 포함하며, 상기 복수의 센서는 각가 상기 장치의 내부 구조 내 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재여부를 검출하고, 상기 웨이퍼 센터 검출 방법은:상기 복수의 입구 중 제 1 입구를 통해 상기 내부 구조 밖으로 상기 웨이퍼를 인출하는 단계; 상기 내부 구조로 상기 웨이퍼를 삽입하는 단계; 상기 로보트 암을 회전시키는 단계; 상기 복수의 입구 중 제 2 입구를 통해 상기 내부 구조 외부로 상기 웨이퍼를 이동시키는 단계; 상기 삽입하는 단계, 회전시키는 단계 및 상기 이동시키는 단계 중에, 하나 이상의 센서의 사전지정된 위치에서 상기 웨이퍼의 존재여부를 검출함으로써, 센서 데이터를 제공하는 단계; 그리고 상기 센서 데이터와 상기 로보트 암으로부터의 위치 데이터를 이용하여, 상기 로보트 암에 대한 상기 웨이퍼의 센터의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
상기 복수의 센서는 광학 센서를 포함한다. 상기 복수의 센서는 발광 다이오드를 포함한다. 상기 복수의 센서는 자동 초점 포토다이오드 검출기를 포함한다. 상기 웨이퍼의 센터의 위치를 결정하는 단계는 상기 로보트 암으로부터의 위치 데이터를 칼만 필터에 적용하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 센서 데이터에 근거하여 상기 칼만 필터를 업데이트 하는 단계를 더 포함한다. 상기 웨이퍼가 실질적으로 원형이다. 상기 웨이퍼가 정렬 노치를 포함한다. 상기 복수의 센서가 발광 다이오드와 마주보도록 배치된 하나 이상의 검출기를 포함하여 상기 발광 다이오드로부터 상기 검출기로의 빛의 경로가 상기 내부 구조 내에 사전지정된 위치를 포함하도록 한다. 상기 복수의 센서는 하나 이상의 검출기를 포함하되, 상기 검출기는 사전지정된 위치에 있는 웨이퍼로부터 반사될 때, 발광 다이오드로부터의 빛이 상기 검출기에 의해 검출되도록 배치된다. 상기 웨이퍼를 삽입하는 동작은 선형 이동하여 삽입하는 동작을 포함한다. 상기 웨이퍼를 이동시키는 동작은 선형 이동하여 이동시키는 동작을 포함한다. 상기 로보트 암을 회전시키는 단계는 상기 로보트 암의 중심 축에 대해 회전하는 단계를 포함한다. 상기 웨이퍼의 존재여부를 검출하는 동작은, 상기 복수의 센서 중 하나에서 웨이퍼의 존재에서 부재 상태로의 제 1 이동을 검출하는 단계와, 상기 복수의 센서 중 하나에서 상기 웨이퍼의 존재에서 부재 상태로의 제 2 이동을 검출하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 이동으로부터 상기 제 2 이동까지의 상기 웨이퍼의 경로가 비선형일 수 있다. 상기 경로는 상기 웨이퍼의 회전으로부터 형성된 호(arc)를 포함한다.
또 다른 측면에서, 웨이퍼를 핸들링하기 위한 장치는: 복수의 입구를 통해 접근가능한 내부 구조; 그리고 상기 복수의 입구에 대해 각각 두 개씩 구성되는 복수의 센서를 포함하되, 각각의 센서는 상기 내부 구조 내의 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재를 검출하고, 상기 복수의 센서 중 둘 이상의 센서가 상기 내부 구조 내에 완전히 포함된 상기 웨이퍼의 어느 위치에서도 상기 웨이퍼를 검출하도록, 상기 복수의 센서가 배열된다.
상기 복수의 입구는 네 개의 입구를 포함한다. 상기 복수의 입구는 일곱 개의 입구를 포함한다. 상기 복수의 입구는 여덟 개의 입구를 포함한다. 상기 복수의 입구는 광학 센서를 포함한다. 상기 복수의 센서는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함한다. 상기 장치는 상기 내부 구조 내에 중심축을 가지는 로보트 암을 더 포함하되, 상기 로보트 암은 웨이퍼를 핸들링하기 위한 엔드 이펙터를 포함한다.
또 다른 측면에서, 웨이퍼를 핸들링 하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는:복수의 입구를 통해 접근가능한 내부 구조; 그리고 상기 복수의 입구에 대해 각각 두 개씩 구성되는 복수의 센서를 포함하되, 각각의 센서는 상기 내부 구조 내의 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재를 검출하고, 제 1 쌍의 센서가 상기 복수의 입구 각각을 통해 선형으로 입력되는 웨이퍼를 검출하고, 상기 복수의 입구 각각을 통해 선형으로 입력되는 웨이퍼의 최대 지름 바로 외부에 제 2 쌍의 센서가 배치되도록, 상기 복수의 센서가 배치되고, 상기 복수의 입구 각각이 상기 제 1 쌍의 센서 및 상기 제 2 쌍의 센서 중 하나를 상기 복수의 입구 중 인접한 입구와 공유한다.
상기 복수의 입구는 네 개의 입구를 포함한다. 상기 복수의 입구는 일곱 개의 입구를 포함한다. 상기 복수의 입구는 여덟 개의 입구를 포함한다. 상기 복수의 센서는 광학 센서를 포함한다. 상기 복수의 센서는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함한다. 이 장치는 상기 내부 구조 내에 중심 축을 가지는 로보트 암을 더 포함하되, 상기 로보트 암은 웨이퍼를 핸들링하기 위한 엔드 이펙터를 포함한다.
다른 측면에서, 웨이퍼를 핸들링 하기 위한 웨이퍼 핸들링 장치는: 네 개의 입구를 통과하여 접근하는 내부 구조; 그리고 여덟 개의 센서를 포함하되, 각각의 센서는 상기 내부 구조 내의 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재를 검출하고, 상기 센서는 상기 내부 구조의 센터에 중심이 놓이는 두 개의 정사각 어레이 내에 배열되고, 상기 정사각 어레이 중 제 1 어레이가 상기 정사각 어레이 중 제 2 어레이보다 작도록 크기가 정해지며, 상기 두 개의 정사각 어레이의 마주보는 꼭지점에 위치한 네 개의 센서의 그룹이 동일선상에 위치하도록 방향이 정해진다.
상기 여덟 개의 센서는 광학 센서를 포함한다. 상기 여덟 개의 센서는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함한다. 상기 내부 구조 내에 중심 축을 가지는 로보트 암을 더 포함하되, 상기 로보트 암은 웨이퍼를 핸들링 하기 위한 엔드 이펙터를 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명에 따른 장치는 웨이퍼를 핸들링 하기 위한 로보트 암으로서, 상기 로보트 암은 상기 로보트 암의 하나 이상의 구성요소의 위치를 식별하는 인코더 데이터를 제공하는 하나 이상의 인코더를 포함하는 것이 특징인 로보트 암; 그리고 상기 웨이퍼의 위치를 예측 하도록 상기 인코더 데이터에 확장된 칼만 필터를 적용하는 프로세서를 포함한다.
상기 위치는 웨이퍼 센터 및/또는 웨이퍼 반지름을 포함한다. 상기 위치는 상기 로보트 암의 엔드 이펙터를 참조하여 결정된다. 상기 위치는 상기 로보트 암의 중심 축을 참조하여 결정된다. 상기 프로세서는 새로운 인코더 데이터가 수신될 때 마다 상기 위치를 재 계산한다. 새로운 인코더 데이터가 2 kHz 에서 수신된다. 상기 프로세서는, 로보트 웨이퍼 핸들러 내의 하나 이상의 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재여부를 검출하는 하나 이상의 센서로부터의 이동 데이터를 이용하여, 상기 칼만 필터의 하나 이상의 방정식을 업데이트 한다.
다른 측면에서, 본 발명에 따른 방법은 웨이퍼 핸들링 장치의 내부 구조 내에 복수의 센서를 배치하는 단계로서, 상기 복수의 센서 각각은 상기 내부 구조의 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재 및 부재 상태 사이의 이동을 검출하고; 로보트 암을 이용하여 웨이퍼를 핸들링하는 단계로서, 상기 로보트 암의 하나 이상의 구성요소의 위치를 식별하는 인코더 데이터를 제공하는 하나 이상의 인코더를 상기 로보트 암이 포함하며; 그리고 상기 웨이퍼의 예측 위치를 제공하기 위해 확장된 칼만 필터에 상기 인코더 데이터를 적용하는 단계를 포함한다.
이 방법은, 상기 웨이퍼의 실제 위치를 제공하도록 상기 복수의 센서 중 하나의 센서에서 이동을 검출하는 단계; 상기 실제 위치와 상기 예측 위치 상의 에러를 결정하는 단계; 그리고 상기 에러에 근거하여, 상기 확장된 칼만 필터에 대해 하나 이상의 변수를 업데이트 하는 단계를 포함한다. 상기 인코더 데이터를 적용하는 단계는 0.5 밀리초마다 웨이퍼 위치를 계산하는 단계를 포함한다. 상기 웨이퍼의 예측 위치는 상기 웨이퍼의 센터를 포함한다. 상기 웨이퍼의 예측 위치가 상기 웨이퍼의 반지름을 포함한다.
또 다른 측면에서, 본 발명에 따른 장치는, 하나 이상의 웨이퍼 통로로 모양 및 크기가 정혀진 복수의 입구를 가지는 내부 챔버; 상기 내부 챔저 내의 웨이퍼를 스캔하기 위해 배치된 접촉 이미지 센서; 상기 웨이퍼를 핸들링 하기 위한 엔드 이펙터를 포함하는 내부 챔버 내의 로보트로서, 상기 로보트는 상기 접촉 이미지 센서의 측정 볼륨 내로 상기 웨이퍼를 이동시킴으로써 상기 웨이퍼의 이미지를 획득하는 것이 특징인 로보트; 그리고 상기 웨이퍼의 이미지를 처리하고 상기 웨이퍼의 센터를 결정하는 프로세서를 포함한다.
상기 로보트가 상기 접촉 센서 이미지의 측정 볼륨을 통해 선형적으로 상기 웨이퍼를 이동시킨다. 상기 접촉 이미지 센서가 상기 웨이퍼의 경로에 직각이 되도록 배치된다. 상기 접촉 이미지 센서는 상기 웨이퍼의 경로에 45도 각을 이루도록 배치된다. 상기 로보트가 상기 접촉 이미지 센서의 측정 볼륨을 통해 곡선 경로로 상기 웨이퍼를 이동시킨다. 상기 로보트가 상기 접촉 이미지 센서의 측정 볼륨을 통해 불연속 경로로 상기 웨이퍼를 이동시킨다. 상기 로보트가 상기 접촉 이미지 센서의 측정 볼륨 내에서 상기 웨이퍼를 회전시킨다. 상기 로보트는 상기 접촉 이미지 센서의 측정 볼륨으로 상기 웨이퍼를 들어올린다. 상기 로보트는 상기 웨이퍼를 회전 시키는 엔드 이펙트 상에 회전 척을 포함한다. 상기 회전 척이 180도 및 360도 사이로 회전한다. 상기 엔드 이펙터로부터 상기 접촉 이미지 센서의 측정 볼륨으로 상기 웨이퍼를 들어 올리는 회전 척을 더 포함한다. 상기 접촉 이미지 센서가 길이면에서 300mm 이상이다. 상기 접촉 이미지 센서가 상기 웨이퍼의 지름을 초과하는 길이는 가진다. 상기 접촉 이미지 센서가 상기 내부 구조에 대한 복수의 입구 중 하나에 배치된다. 복수의 접촉 이미지 센서를 더 포함하고, 상기 복수의 접촉 이미지 센서 각각은 상기 내부 구조에 대한 복수의 입구 중 하나에 위치한다. 상기 접촉 이미지 센서가 상기 내부 구조의 센터를 가로지르도록 배치된다. 제 2 접촉 이미지 센서를 더 포함하고, 상기 접촉 이미지 센서 및 상기 제 2 콘택 이미지 센서가 동일 선상에 위치한다. 상기 접촉 이미지 센서 및 상기 제 2 접촉 이미 센서가 상기 내부 구조에 대한 복수의 입구 중 하나에 위치한다. 이 장치는 상기 내부 구조에 대한 복수의 입구 각각에 위치한 복수의 동일선상의 접촉 이미지 센서 쌍을 포함할 수 있다. 이 장치는 동일선상의 제 2 접촉 이미지 센서 쌍을 포함할 수 있다. 상기 동일선상의 제 2 접촉 이미지 센서 쌍이 상기 내부 구조의 센터를 가로지르도록 배치된다. 상기 복수의 입구가 네 개의 입구를 포함하 수 있다. 상기 복수의 입구가 여덟 개의 입구를 포함할 수 있다. 상기 프로세서가 상기 웨이퍼 상에 정렬 노치를 추가로 식별할 수 있다. 상기 프로세서가 상기 웨이퍼의 반지름을 추가로 결정할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명에 따른 방법은 로보트 웨이퍼 핸들러의 내부 구조로부터 이미지 데이터를 캡쳐하기 위해 접촉 이미지 센서를 배치시키는 단계; 이미지를 획득하도록 상기 접촉 이미지 센서가 웨이퍼의 일부 이상의 부분을 지나가는 단계; 그리고 상기 이미지에 기반하여 상기 웨이퍼의 센터를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 접촉 이미지 센서가 상기 웨이퍼의 일부 이상의 부분을 지나가는 단계는 상기 접촉 이미지 센서의 측정 볼륨을 통하여 상기 웨이퍼를 선형적으로 이동시키는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서 본 발명에 따른 장치는 로보트 챔버 내에 로보트 암으로서, 상기 로보트 암은 웨이퍼를 핸들링 하기 위한 엔드 이펙터를 포함하는 것이 특징인 로보트 암; 그리고 상기 로보트 챔버의 내부 구조 내에 전하-결합 소자(charge-coupled device)로 이루어진 선형 어레이를 포함하되, 상기 선형 어레이는 상기 로보트 챔버 내의 하나 이상의 사전지정된 위치에 측정 볼륨으로부터 이미지 데이터를 획득하기 위해 배치된다.
이 장치는 상기 선형 어레이를 조명하는 외부 조명원을 포함할 수 있다. 상기 선형 어레이에 유도성 전원을 공급하는 무선 전력 커플링을 포함할 수 있다. 상기 선형 어레이를 이용하여 무선으로 데이터를 교환하기 위한 무선 송수신기를 포함할 수 있다. 상기 무선 송수신기가 로보트 챔버 외부에 배치될 수 있다. 상기 데이터가 이미지 데이터를 포함한다. 상기 선형 어레이가 전하-결합 소자로 이루어진 1-바이-n 어레이이다. 상기 선형 어레이가 전하-결합 소자로 이루어진 이차원 어레이를 포함한다. 이 장치는 상기 내부 구조 내에 서로 다른 위치에서 이미지 데이터를 각각 캡쳐하는 복수의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 상기 로보트 암이 상기 선형 어레이의 측정 볼륨 내의 상기 웨이퍼를 회전시키는 엔드 이펙터 상에 척을 포함한다. 상기 로보트 암이 상기 선형 어레이의 측정 볼륨으로 상기 웨이퍼를 들어올린다. 상기 척이 180도 및 360도 사이에서 회전한다. 이 장치는 상기 엔드 이펙터로부터 상기 선형 어레이의 측정 볼륨으로 상기 웨이퍼를 들어올리는 회전 척을 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 이미지 데이터를 사용하여, 상기 웨이퍼의 센터를 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 이미지 데이터를 사용하여, 상기 웨이퍼의 반지름을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 이미지 데이터를 사용하여, 상기 웨이퍼 상의 정렬 노치를 식별하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명에 따른 장치는 웨이퍼를 핸들링하기 위한 엔드 이펙터를 포함하는, 로보트 챔버 내의 로보트 암; 그리고 상기 엔드 이펙터에 놓인 웨이퍼로부터 에지 데이터를 캡쳐하도록 배치된 상기 엔드 이펙터 상의 전형 결합 소자의 선형 어레이를 포함한다.
이 장치는 상기 선형 어레이를 조명하는 외부 조명원을 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 선형 어레이에 유도성 전원을 공급하는 무선 전력 커플링을 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 선형 어레이를 이용하여 무선으로 데이터 교환을 하기 위한 무선 송수신기를 포함할 수 있다. 상기 무선 송수신기가 상기 로보트 챔버의 외부에 배치된다. 상기 선형 어레이가 전하-결합 소자로 이루어진 1-바이-n 어레이이다. 상기 선형 어레이가 전하-결합 소자로 이루어진 이차원 어레이를 포함한다. 상기 로보트 암이 상기 선형 어레이의 측정 볼륨 내의 상기 웨이퍼를 회전시키는 엔드 이펙터 상에 척을 포함한다. 이 장치는 상기 엔드 이펙터로부터 상기 웨이퍼를 들어 올리며, 상기 선형 어레이의 측정 볼륨 내의 웨이퍼를 회전시키는 회전 척을 포함한다. 이 장치는 상기 에지 데이터를 사용하여, 상기 웨이퍼의 센터를 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 에지 데이터를 사용하여, 상기 웨이퍼의 반지름을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 엔드 이펙터의 표면 상의 복수의 위치로부터 에지 데이터를 캡쳐 하도록 배치된 복수의 선형 어레이를 더 포함할 수 있다.
본 발명이 온전히 이해되고 실질적인 효과를 내기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예(이에 제한되는 것은 아님)를 첨부된 도면을 참조하여, 이하에서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라, 웨이퍼의 위치를 검출하기 위해 8 개의 센서를 포함하는 웨이퍼 핸들링 모듈을 나타내는 상면도이다.
도 2는 웨이퍼의 위치를 검출하기 위해 4 개의 센서를 포함하는 웨이퍼 핸들링 모듈을 나타내는 상면도이다.
도 3은 웨이퍼 센터 검색을 위한 일반화된 공정을 나타내는 도면이다.
도 4는 칼만(Kalman) 필터를 이용하는 웨이퍼 검출 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 선형 이미지 센서를 포함하는 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 선형 웨이퍼 모션을 이용하는 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 접촉 이미지 센서를 나타내는 상면도이다.
도 7은 곡선 웨이퍼 모션을 이용하는 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 접촉 이미지 센서를 나타내는 상면도이다.
도 8은 회전 웨이퍼 모션을 이용하는 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 접촉 이미지 센서를 나타내는 상면도이다.
도 9는 선형 웨이퍼 모션을 이용하는 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 한 쌍의 선형 CCD 어레이를 나타내는 도면이다.
도 10은 회전 웨이퍼 모션을 이용하는 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 단일 CCD 어레이를 나타내는 도면이다.
도 11은 복합 웨이퍼 모션을 이용하는 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 네 개의 CCD 어레이를 나타내는 도면이다.
도 12는 로보트 암 및 이펙터(effector) 상의 CCD 센서를 나타내는 도면이다.
도 13은 회전 척을 이용하는 이펙터 상의 단일 CCD 센서를 나타내는 도면이다.
도 14는 로보트 핸들링 모듈 내의 단일 CCD를 나타내는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면 및 실시예와 함께 본 발명을 상세히 설명한다.
이하에 사용된 "웨이퍼"란 용어는 모든 기판 및 반도체 제조 시스템에서 다뤄질 수 있는 모든 다른 물질에 대한 축약어이다. 다음의 설명이 웨이퍼에 적용되며, 여러 실시예에 사용되는 웨이퍼를 나타내나, 다양한 다른 대상물이 반도체 설비에서 다뤄질 수 있으며, 이는 제조 웨이퍼, 테스트 웨이퍼, 세정 웨이퍼, 교정(calibration) 웨이퍼 등을 포함하며, 마찬가지로 정사각형 또는 직사각형 기판과 같은 다양한 모양을 가지는 기판을 포함하는 다른 종류의 기판(예를 들면, 레티클, 자기 헤드, 플랫 패널 등)을 포함할 수 있다. 다른 의미가 명백하게 제공되거나 내용에 의해 명확한 경우가 아니면, 모든 이러한 워크피스(workpieces)가 이 명세서에 사용된 "웨이퍼"란 용어의 범위 내에 포함된다.
도 1은 전송 로보트 핸들링 모듈의 상면도이다. 모듈(110)에서, 실질적으로 둥근 웨이퍼(120)가 로보트(도시되지 않음, 중심 축(160)을 가짐)에 의해 취급될 수 있으며, 동시에 센서가 웨이퍼(120)의 존재(또는 부재)를 검출한다. 일반적으로, 모듈(110)은 실질적으로 원형인 내부구조(interior)를 가진다. 이 원형 내부구조(170)는 모듈(110)에 대한 다양한 입구(도시되지 않음) 사이에서 웨이퍼 및 로봇의 회전에 충분히 적합한 반지를 가진다. 추가적인 공간이 제공될 수 있으며, 모양은 웨이퍼의 이동을 도울 수 있는 어떠한 기하학적 형태일 수 있으나, 일반적으로 원형의 모양이 모듈(110) 및 다른 관련 하드웨어에 의해 유지되는 진공 환경 내의 부피를 최소화한다는 현저한 이점을 제공한다.
또한 일반적으로, 둘 이상의 입구(entrances)가, 모듈(110) 외부로 웨이퍼(120)을 배치하거나 인출하는데 필요한 로보트 암의 임의의 부분과 함께 웨이퍼(120)가 통과할 수 있도록 모양이 형성되고 크기가 정해진 모듈에 제공된다. 일반적으로, 각 입구의 크기는 단일 웨이퍼를, 핸들링 중에 입구를 통과해야만 하는 엔드 이펙터(end effector) 및 로보트의 다른 부분과 함께, 수용할 만큼 충분히 넓고 길다. 이러한 크기는 로보트가 웨이퍼를 각 입구의 중심을 직선적으로 통과하도록 이동시킴으로써 최적화되며, 진공 환경 내에 가치있는 볼륨(volume)을 효과적으로 보전한다. 반도체 웨이퍼는 일반적으로 산업 표준에서 제공된 바와 같이 실절적인 원의 형태를 가진다. 이러한 웨이퍼는 또한 프로세스 중에 회전 정렬을 지속하기 위한 노치를 포함하며, 그리고 이하에서 더 상세히 설명할 바와 같이, 이러한 노치(notch)를 식별하거나 검출하는 것은 웨이퍼 센터 검출 중에 추가 프로세스를 필요로 할 수 있다. 그러나, 더 일반적으로는 웨이퍼가 다양한 모양 및/또는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 300nm가 현재 웨이퍼에 대해 일반적인 크기이나, 반도체 제조 공정에 대한 새로운 기준은, 웨이퍼에 대해 400nm 이상의 크기를 제공하고 있다. 나아가, 특정한 기판은 플랫 패너에 사용되는 직사각 기판과 같이 다른 모양을 가진다. 따라서, 웨이퍼 핸들링을 위해 고안된 구성요소(및 공간)의 모양 및 크기가 변경될 수 있으며, 본 발명이 속하는 분야의 기술자는 특정한 웨이퍼 크기에 대해 입구와 같은 구성요소를 적용시키는 방법을 이해할 수 있다.
일 실시예에서, 모듈(110)은 네 개의 입구(entrances)를 포함하고, 모듈(100)의 각 측면에 하나씩 존재한다. 모듈(110)은 또한 두 개 또는 세 개와 같은 다른 개수의 입구를 포함할 수 있다. 나아가, 정사각 모듈(110)이 표현되었으나, 모듈(110)은 직사각형이나 육각형, 칠각형, 팔각형 등과 같은 일반적인 다각형과 같은, 다른 모양(클러스터 프로세스에 일반적으로 사용됨)을 가질 수 있다. 직사각형 모양은 하나의 측면에 여러개의 입구를 포함할 수있으며, 일반적인 다각형은 각 측면에 하나의 입구를 포함한다. 따라서, 각 측면에 하나의 입구를 가지는 정사각 모듈(110)이 반도체 제조 공정에 유용한 공통적인 장치이나, 많은 다른 모양이 제조 설비에서 사용하기 위해 적합게 적용될 수 있으며, 이 명세서의 범위 내에 포함된다.
표현한 바와 같이, 센서는 로보트의 중심 축(160)에 관하여 중앙에 배치된 두 개의 정사각 어레이(141, 142)로 정렬된 8개의 센서(131-138)를 포함할 수 있다. 센서는 이러한 센서 중 네 개(131-134)가 제 1 내부 어레이(142)를 형성하도록 배치되며, 나머지 센서 네 개(135-138)가 제 2 외부 어레이(141)를 형성하도록 배치된다. 이러한 센서의 레이아웃은 도 1을 참조하면 잘 이해할 수 있으며, 다른 특징의 레이아웃이 다음과 같이 설명된다. 두 개의 동심 정사각 어레이(141, 142)가 배치되어, 꼭지점이 내부 어레이(142) 및 외부 어레이(141)로부터 센서들의 쌍(150)을 형성한다. 어레이(141, 142)는 나아가 순환적으로 배치되어, 두 개의 정사각 어레이(141, 142)의 반대 꼭지점으로부터 이러한 네 개의 센서가 동일 선상에 위치하며, 내부 구조(170)의 중심(센터) 또는 로보트의 중심축(160)을 교차하는 선(라인)을 형성한다. 이러한 최종 제한이 반드시 필요한 것은 아니다. 즉, 로보트가 하나 이상의 축을 포함할 수 있으며, 로보트는, 내부 구조(170)의 중심에서 축을 필요로하지 않는 다양한 회전 이동에 적합하게 변형될 수 있다. 그러나, 위에 설명한 레이아웃이 360도의 이동 자유도를 제공하는 로보트 핸들러에 대해 일반적인 실질적인 레이아웃이다. 웨이퍼(120)가 처음으로 입구 중 하나로부터 내부 구조(170)(이는 일반적으로 각 측면의 중심에 배치됨)로 입력(또는 인출)되는 경우에, 내부 어레이(142)로부터 두 개의 센서가 웨이퍼를 검출할 수 있고, 외부 어레이(141)로부터 두 개의 센서가 어느 한 쪽 측면상의 웨이퍼(123)의 지름의 바로 바깥쪽으로 배치된다. 이러한 방식으로, 각 입구에 대해 단지 두 개의 센서의 비(ratio)를 유지하고, 웨이퍼(120)가 내부 구조(170)에 존재하는 모든 경우에 둘 이상의 센서가 웨이퍼(120)를 검출하며, 하나 이상의 센서는 내부 구조(170) 내의 웨이퍼(120)의 회전 움직임을 즉시 검출한다. 뛰어난 효과로서, 이러한 구조는 또한, 모듈(110) 및 센서(131-138)가 전력을 공급 받는 경우에도, 예를 들면 웨이퍼 위치에 관한 사전 데이터가 없는 상태인 전력 오류 상태 후에도, 내부 구조 내에 웨이퍼가 존재하는지 여부를 항상 검출할 수 있도록 한다.
5, 6, 7, 8개, 또는 그 의상의 입구를 가지는 모듈에 유사한 장치가 제공될 수 있다. 일반적으로, 각 입구는 각 측면에 두 개의 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 센서는 입구로부터 내부 구조로 완저히 이동되었을 때웨이퍼를 검출하도록 배치되며, 제 2 센서는 웨이퍼의 지름를 바로 바깥으로 배치된다. 이러한 실시예에서, 내부 및 외부 어레이로부터의 각 쌍의 센서가 이웃한 입구, 즉 어느 한 측면에 위치한, 바로 인접한 입구와 공유될 수 있다.
도 1은 센서(131-138)로 이루어진 구체적인 장치를 나타내나, 적합한 센서 소자 및 배치를 결정하는 데 다른 기준이 사용될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼가 스테이어션으로부터 인출되어 다른 스테이션으로 배치되는 이동 시퀀스 중에, 센서 배치가 웨이퍼의 가장자리 주위로 넷 이상의 포인트를 제공하는 것이 효과적이다. 센터와 반지름을 예측하는데 사용되는 세 개의 포인로 이우러진 그룹은 어느 것이나 셋 이상의 포인트 사이의 60 도보다 크고, 어느 중심과 반지름을 결정하는데 사용되는 임의의 세 개의 포인트 사이의 180도보다 큰 각을 가질 수 있다 (즉, 180도의 섹션은 그 에지를 정의하는 포인트가 부족하지 않음). 여분의 포인트는 직접적인 계산을 통해 예측을 향상시키는데 또는 계산 원(calculate circle)을 확인하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 센서는, 센서를 신뢰성 있게 그리고 반복적으로 동작시킬 수 있는 기준 마킹(fiducial marking)과 함께, 로보트 암의 링크의 스윙 반지를 내에 배치되는 것이 효과적이다.
센서 장치는 또한 특정한 엔드 이펙터(end effector)에 적용될 수 있다. 예를 들면, 포크-타입 엔트 이펙트는 측면 에지 주변으로 웨이퍼를 지지한다. 그러나 정면에서는 지지하지 않는다. 일반적인 웨이퍼 크기에 대하여, 이는 포크(fork)의 중간에 250nm 너비 영역을 남긴다. 그러나, 측면 에지 중 어느 것도 검출에 사용될 수 없다. 패들-타입(paddle-type) 엔드 이펙터에 대하여, 선형 확장의 중심 라인을 벌리는 센터(150nm)가 센서 배치를 위해 개방된다. 그러나 로보트 암의 손목을 향하는 웨이퍼의 뒷면 엔드(end, 끝단)가 엔드-이펙터에 의해 센서로부터 완전히 하단될 수 있다.
센서(131-138)는 일반적으로 내부 구조(170) 내의 사전지정된 위치에서 웨이퍼의 존재를 검출하도록 동작한다. 이하에 사용된 바와 같이, 존재의 검출 동작은 웨이퍼의 부재 및 존재 간의 변화를 검출하는 것과 마찬가지로 부재를 검출하는 동작을 포함한다. 웨이퍼가 존재시 광원을 향해 광원이 다시 반사되는 반사 기술 또는 웨이퍼 존재시 광원과 센서 사이의 빔이 파괴되는 빔-브레이킹 기술과 같은 많은 수의 기술이, 광학 센서를 포함하는 이러한 타입의 검출 동작에 적절히 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 센서(131-138)가, 자동 초점 포토 다이오드 검출기(설치 동작시 정렬을 편리하게 함) 포함하는 발광 다이오드 또는 레이저 광원을 이용한다. 위에 설명된 센서는 사전지정된 위치에 웨이퍼의 존재를 검출하기 위한 하나의 비용 효과적인 해결책이나, 다른 센서 기술이 진공 반도체 환경에 적용될 수 있도록 마찬가지로 사용 및 제공될 수 있다. 이는 예를 들면, 수중 음파 탐지기(sonar), 레이더 또는 다른 전자기 또는 거리 또는 위치 감지 기술을 포함할 수 있다.
내부 어레이(142)와 외부 어레이(141) 사이의 거리, 또는 그 내부의 각 쌍의 센서(150) 사이의 거리가 시스템에 의해 취급될 웨이퍼의 크기에 의해 일반적으로 결정될 것이다. 일 실시예에서, 센서의 위치는 더 크거나 더 작은 어레이를 형성하도록 조절될 수 있으며, 동시에 위에서 설명된 선형 및 대각선 관계를 유지한다. 이러한 방식으로, 모듈(110)이 서로 다른 크기의 웨이퍼에 쉽게 적용될 수 있다.
일반적인 동작 중에, 센서(131-138)는, 원형 모델, 선형 모델(가령, 이하에 설명된 칼만 필터 기술) 또는 다른 적합한 수학적, 신경 네트워크, 귀납적, 또는 다른 기술을 이용하여, 웨이퍼(120)의 센터 위치를 결정하는 데 사용된다. 웨이퍼 위치 또는 센서를 검출하는 방법이 이하에서 더 상세히 설명된다. 일반적으로, 다음의 기술은 센서(131-138)로부터의 데이터 및 로보트 구성요소의 위치에 관련된 데이터를 제공하는 하나 이상의 로보트 핸들러에 대한 인코더로부터의 데이터의 조합을 이용한다. 다음의 설명은 센서 및 인코더 데이터에 집중되나, 시스템 내의 클럭 또는 신호에 의해 검출되는 바와 같은, 시간이 웨이퍼 센터 검색 연산의 명시적 또는 내재적으로 사용될 수도 있다.
도 2는 웨이퍼의 위치를 검출하기 위한 네 개의 센서를 포함하는 웨이퍼 핸들링 모듈을 나타내는 상면도이다. 이 실시예에서, 시스템(200)은 각 입구에 대해 단지 하나의 센서(202)를 사용할 수 있다. 센서(202)는 위에 설명된 센서 중 어느 하나일 수 있다. 이 경우에, 센서(202)는 바람직하게는 각 입구에 인접하게 그리고 웨이퍼(204)의 지름 내에 배치되어, 웨이퍼가 입구 중 어느 하나를 지나침에 따라 하나 이상의 에지 검출이 이루어질 수 있다. 표시된 바와 같이, 웨이퍼 핸들링 모듈(210)은 일반적으로 정사각형이며, 네 개의 입구를 포함하고, 각 입구는 이와 관련된 하나의 센서(202)를 포함한다.
도 3은 웨이퍼 센터 검색을 위한 일반화된 프로세스를 나타낸다.
일반적으로, 로보트 암(가령 위에 설명된 로보트 암 중 어느 하나)가, 반도체 제조 공정중에 하나의 위치에서 다른 위치로, 웨이퍼(위에 설명된 웨이퍼 중 어느 하나)를 나르기 위한 여러 동작에 관여될 수 있다. 이는 단계(302)에 나타낸 바와 같이 제 1 위치로부터 웨이퍼를 인출하는 동작, 단계(304)에 나타낸 바와 같이 위에 설명한 모듈 중 어느 하나로 로보트 암을 집어넣은 동작, 단계(306)에 나타낸 바와 같이 모듈에 대한 다른 입구를 향해 로보트 암을 회전시키는 동작, 단계(308)에 나타낸 바와 같이 이러한 입구를 통해 로보트 암을 펼치는 동작, 그리고 단계(310)에 나타낸 바와 같이 제 2 위치에 웨이퍼를 배치시키는 동작을 포함한다. 제 1 및 제 2 위치는 다른 로보트 핸들러, 로드 락(load lock), 버퍼 또는 전송 스테이션, 임의의 타입의 프로세스 모듈, 및/또는 세정, 메트롤로지(metrology), 스캐닝 등과 같은 기본적인 프로세스를 위한 다른 모듈을 포함하는 제조 설비 내에 임의의 위치일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 프로세스는, 웨이퍼가 설비의 내부 또는 외부로 이동되고 다양한 프로세스 모듈에 의해 처리됨에 따라, 무한정하게 반복될 수 있다. 명시적으로 나타내진 않았으나, 이러한 동작(가령, 입구용 차단 밸브의 내부 구조에 대한 개방 또는 폐쇄, 또는 다양한 자원(resources)에 대한 접근을 위한 내부 구조 내에서의 대기) 중에, 시스템에 의해 다른 단계가 수행될 수 있다. 다양한 로보트 핸들링 동작에 대한 상세한 내용은 공지기술로 잘 알려져 있으며, 이러한 로보트 암 또는 핸들링 기능이 도 3에 나타낸 프로세스를 이용하여 적절히 사용될 수 있다. 이는 로보트 암의 펼침, 삽입 및 회전 동작의 다양한 조합, 로보트 암의 Z-축 이동 및 웨이퍼 핸들링에 유용하게 사용될 수 있는 다른 임의 동작을 포함한다.
로보트 암이 단계(302)에 설명된 바와 같은 웨이퍼 핸들링 동작에서 제어되는 동안에, 인코더는 로보트 암의 위치에 관련된 데이터를 제공하거나, 직접적으로 로보트 암의 위치를 제어하는 구동 소자의 위치(회전 방향)을 검출함으로써 데이터를 제공한다. 이러한 데이터는 단계(320)에 나타낸 바와 같은 프로세스를 위해 수신될 수 잇다. 단계(330)에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 센서(로보트 핸들러 내의 사전지정된 위치에 존재하는 웨이퍼의 존재, 부재, 또는 존재 및 부재 사이의 변화를 검출하는, 위에 설명한 센서 중 어느 하나)로부터 센서 데이터가 수신된다. 이러한 센서 동작에 대한 물리적 데이터는, 광학 신호의 존재, 광한 신호의 부재, 광학 신호의 강도 또는 위의 어느 하나를 인코딩하는 이진 신호를 포함하는 다양한 형태로 수신된다.
단계(330)에 나타낸 바와 같이, 인코더 데이터 및 센서 데이터가 , 정렬, 웨이퍼 센서 등과 같은 웨이퍼에 대한 위치 데이터를 계산하는 데 적용될 수 있다. 웨이퍼 위치를 계산하기 위한 다양한 알고리즘의 상세한 내용이 지금부터 제공된다. 명시적으로 도시되진 않았으나, 컨트롤러 또는 웨이퍼 위치를 산출하는 다른 장치가 이러한 데이터를 다양한 방식으로 적용하여 로보트 암의 추가적인 이동을 제어한다. 특히, 이러한 데이터는 최종 위치에 웨이퍼의 정확 배치를 위해 사용될 수 있다. 또한 데이터가 저장되고, 동일한 웨이퍼가 추가적인 이동을 위해 인출될 때, 웨이퍼의 위치에 대한 초기 예측으로 사용될 수 있다.
네 개의 입구, 도 2에 도시된 네 개의 센서 실시예에서, 웨이퍼 에지 데이터(단계(330)에서 변화에 따라 획득됨)가 검출된 위치로부터 최종 위치까지 웨이퍼를 이동시키는 데 유용한 전송 경로에 대한 웨이퍼 센터를 결정하는 데 사용된다. 센서 위치, 로보트 위치, 및 최종 배치 위치(가령 프로세스 챔버 또는 로드 락 내)가 세계 좌표계(world coordinate system)에 정의된다. 세계 좌표계는 웨이퍼 핸들링 로보트 모듈을 포함하는 웨이퍼 처리 시스템 내의 이러한 또는 다른 소자들의 관련 위치를 결정한다. 세계 좌표계 시스템은 센서 위치에 관하여 효과적으로 설정될 수 있다.
트레이닝(training)을 통해, 제어기가 로보트 위치 또는 인코더 데이터를, 예를 들면 로보트 엔트 이펙터의 여러 면을 검출하기 위한 센서 데이터 및 인코더로부터의 기록 동시 값(recording concurrent value)를 이용하여 세계 좌표계 시스템과 연관시킨다. 컨트롤러는 따라서 인코더 값을 세계 좌표계에 맵핑하여, 로보트가 이동함에 따른 로보트의 세계 좌표 위치가 알려지도록 한다. 컨트롤러는 마찬가지로 웨이퍼 처리 시스템 내의 다른 소자의 세계 좌표(예를 들면 종착점)를 결정하여, 웨이퍼 처리 시스템의 소자에 관한 세계 좌표 맵을 생성한다. 로보트 위치와 세계 좌표 시스템의 연관 동작은 또한 (또는 대신에) 계측 시설(calibrated fixture) 이나 로보트에 의해 운반된 설치 도구를 이용하여 수동으로 수행될 수 있다. 이전에 설명된 내용은 예시로써 제공된 것이며, 세계 좌표계와 로보트 위치를 연관시키는 기술은 많이 알려져 있으며, 이는 이 명세서 기술된 시스템을 이용하여 더 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 센서 기반 세계 좌표계가 하나의 가능한 접근법이나, 유사한 센서 검색 기능이 엔드-이펙터-기반 세계 좌표계를 사용하여 수행될 수 있다.
로보트 암이 적절히 트레이닝 된 후에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼가 삽입/회전/확장(펼침) 동작을 통해 핸들링 되는 동안, 센서 데이터가 획득된다. 많은 수의 기술이 적합하게 이용되어, 사전지정된 위치를 가지는 복수의 센서에 상부에서 비-선형 경로로 움직이는 웨이퍼의 위치를 결정할 수 있다. 이러한 여러 기술이 예시로서 이하에서 상세히 설명될 것이나 이는 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
웨이퍼의 센터 및 반지름을 예측하기 위해, 세계 좌표 에지 포인트 데이터가 실시간 원 방정식(simultaneous circle equation)에 적용될 수 있다. 이러한 방정식은 매트릭스 형태로 변환될 수 있으며, 소위 유사역행렬(pseudo inverse)가 하나 이상의 최소 제곱 솔루션(least square solution)을 매트릭스로 제공하는 데 사용될 수 있다 (예를 들면, 길버트 스트랭(Academic Press, Inc. 1980)의 선형 대수학 및 그의 응용에 설명됨. 이 책의 전체 내용이 참조문헌으로 포함됨). 이러한 솔루션은 원의 가장자리와 검출된 에지 포인트 사이의 제곱 오차를 최소화한다. 이러한 솔루션으로부터, 센서 위치 및 반지름이 계산될 수 있다. 수학적으로 언급하면, 원에 대한 일반적인 방정식은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00001
이는 다음과 같이 재 공식화될 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
D ≡ -2 x c , E ≡ -2 y c , F ≡ x c 2 + y c 2 - r 2 이다.
이러한 원의 원주로부터 n개의 포인트가 주어지면, n 개의 방정식의 매트릭스는 다음과 같다.
Figure pat00003
세 개의 포인트가 존재하면, A 매트릭스는 제곱형이고, 이 솔루션은 A 매트릭스를 다음과 같이 역변환함으로써 표현될 수 있다.
Figure pat00004
세 개 이상의 포인트가 사용되는 경우에, 유사역행렬(pseudo inverse)가 사용되어 위와 같은 문제에 대한 최소 제곱 솔루션을 제공한다. 이는 다음과 같이 표시된다.
Figure pat00005
이러한 솔루션은 원의 가장자리와 모든 포인트 사이의 제곱 에러를 최소화한다. 벡터(x)에 대한 솔루션으로부터, D, E 및 F에 의해 원형 웨이퍼에 대한 센터 위치 및 예측된 반지름이 계산될 수 있다.
노치 검색(notch detection)을 위해, 계산된 센터로부터 각각의 검출된 포인트까지의 거리가 결정될 수 있으며, 센터 및 반지름이 재 계산된 후에, 바람직한 원형물(적합한 메트릭스를 사용하여)에 적합하지 않은 점은 어느 것이나 제거될 수 있다. 정렬 노치(alignment notch)가, 일부 사전지정된 임계값 또는 허용 오차 이상으로 계산된 원을 벗어나는 검출된 에지 포인트를 식별함으로써 이러한 계산에서 검출 될 수 있다. 센터 검출의 목적을 위해, 이러한 포인트는 제거될 수 있다. 웨이퍼 보다는 로보트 구성요소와 관련되기 쉬운 포인트를 검출(그리고 후속 계산에서 배제)하기 위해, 웨이퍼의 기하학적 형상에 대한 일반적인 정보가 사용될 수도 있다. 일 측면에서, 시스템이 기대(expected) 원주에 인접한 예외(anomaly)(이는 정렬 노치에 기인한 것이기 쉬움)와 기대 원주에서 먼 예외(anomaly)를 구별할 수 있으며, 이에따라 웨이퍼의 회전 정렬이 복구될 수 있다. 일반적으로, 이러한 구별 동작은, 로보트 암이 일반적으로 웨이퍼를 예상치 못하게 존재하도록 하는 반면, 정렬 노치는 예상치 못한 웨이퍼의 부재에 의해 특성화된다는 일반적인 개념과 함께, 변형의 상대적인 규모(magnitude)에 기반한다.
또한, 이동 중에 발생하는 다양한 이벤트(예를 들면, 방사상의 변위, 선형 변위, 또는 엔트 이펙터에 관한 웨이퍼의 단순 또는 복합 이동)이 검출될 수 있으며, 본 발명에 속하는 분야의 기술자에 잘 알려진 기술을 이용하여 검출 및 고려될 수 있다.
웨이퍼 검출과 관련된 많은 수의 기능이 효과적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 이 명세서 디자인된 시스템은 로보트 암에 대한 링크 오프셋을 계산하고, 센서 위치를 계측하며, 광학 센서에 대한 광선 폭을 계측하고, 엔드 이펙터에 대한 웨이퍼 센터 위치를 산출하고, 사전지정된 위치에 웨이퍼가 존재하는지 여부를 감지하고, 슬롯 벨벳 도어가 개방 또는 차단될 때를 결정하고, 프로세스 모듈, 로드 락 및 제조 설비 내의 다른 링크 모듈 내에 웨이퍼를 정확하게 배치시킬 수 있다. 다수의 관련 프로세스 실시예가 이하에 제공된다.
위에 설명한 기술과 다른 적합한 센터 검색 기술과 함께 이용하여, 로보트 핸들러 및 센서가 웨이퍼의 위치를 결정하도록 동작될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 삽입 동작(단계 304) 및 회전 동작(306) 중에 센서 데이터를 추적하고, 확장(펼침) 동작의 시작(단계 308)에 대한 웨이퍼 센터 계산을 시각한다. 일 실시예에서, 회전 후에, 프로세서가 반지름과 웨이퍼 센터의 각을 동시에 계산할 수 있으며(예를 들면 위에 설명된 최소 제곱법(least square fit)을 사용함), 적합한 세계 좌표계(예, 엔드 이펙터, 모듈 등)에 대한 변환(transformation)에 의해 센서 위치를 계산한다. 이렇게 예측된 반지름이 기대 값과 비교되고, 예외(anomaly)가 검출 및 제거된다. 이후에 에러 벡터가 후속 센서 이동을 위한 이러한 측정값으로부터 유도되고, 웨이퍼에 대한 예상 경로를 수적하도록 적용된다. 따라서, 일 실시예에서, 로보트 핸들러는 삽입 및 회전 동작 중에 센서 데이터를 모으고, 확장 동작 중에 추가적인 센서 데이터를 수집하면서 웨이퍼 위치를 계산한다.
다른 기술이 센터 검색 연산(계산)을 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, (예를 들면, 2 kHz에서 매 0.5 밀리초 마다, 매 50 밀리초 마다 또는 다른 적합한 주기 또는 시간 증분 마다 이루어지는) 실시간 인코더 엡데이트를, 각 센서 이동 이벤트에 대한 시간 데이터와 함께 이용하여, 칼만 필터(Kalman Filter)가 사용될 수 있다.
도 4는 칼만 필터를 사용하는 웨이퍼 센터 검색 방법를 나타낸다. 일반적으로, 단계(330)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 위치를 계산하는 동작이, 웨이퍼 위치를 결정하고 또는 센서 이동을 예측하기 위해 인코더 데이터를 적용하는 칼만 필터를 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 일반적인 방법에 대한 변형 예로서, (센터 검색) 칼만 모델이 주기적으로 업데이트 될 수 있다. 더 구체적으로, 센서 데이터가, 단계(330)에 도시된 바와 같이, 이동 시간 그리고 적절하게, 센서의 식별 및/또는 위치를 포함하는 각 센서 이동시에 센서 데이터가 수신될 수 있다. 이러한 데이터에 기반하여, 단계(410)에 나타낸 바와 같이, 위치에 대한 기대 이동 시간 및 측정된 이동 시간 사이의 에러가 계산된다. 이러한 에러 데이터는 이후에, 단계(420)에 나타낸 바와 같이, 더 정확한 후속 예측을 위해 칼만 필터를 업데이트하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 실제 검출된 이동(변화)이, 예를 들면 확정된 칼만 필터의 방정식과 같은 센터-검색 모델을 업데이트하는 데 사용되는 반면, 인코더 데이터가 로보트 암의 제어를 위한 웨이퍼 센터 데이터를 제공하는 데 사용된다.
일 예로서, 특정한 위치(Xe, Ye)에 채치되고, 예상 속도 및 가속도(V, a)로 이동하는 웨이퍼에 대하여, 모델은 시간(te)에서의 센서 시동을 예측하고, 시스템은 시간(ts)에서 실제 이동을 식별한다. 시간(ts)에서 측정된 인코더 위치 (또는 선택적으로 타임 스탬프)가 다음과 같이 표현되는 에러를 발생한다.
Figure pat00006
이후에, 확장된 칼만 필터 방정식이, 예를 들면 아서 겔프 작 응용 광학 예측(MIT Press 1974)에 설명된 바와 같이 사용될 수 있다. 겔프의 저서에 설명된 식의 적용예가 다음과 같이 시스템 모델로서,
Figure pat00007
그리고 측정 모델로서,
Figure pat00008
언급될 수 있다.
여기서 상태 예측 프로파게이션(state estimate propagation)은,
Figure pat00009
이고,
에러 공분산 프로파게이션(error covariance propagation)은
Figure pat00010
이다.
현저한 효과로서, 이렇게 일반화된 기술은 원형 웨이퍼를 식별하기 위한 소정 개수의 포인트(가령, 3개)를 필요로 하기 보다는, 개별적인 센서 이벤트를 더 많이 사용하도록 한다. 특정한 순서의 단계가 도 4에 도시되며, 도시된 동작은 로보트 웨이퍼 핸들러의 동작 중에 반복적으로 수행되고, 단계의 순서나 타이밍이 암시된 것은 아니다. 그럼에도, 일부 구현예에서는 일반적으로 인코더 데이터가 실시간으로 지속적으로 제공되는 것이 사실이며, 모델 업데이트를 개시하는 이동 동ㅈ작(transistion)은 웨이퍼가 로보트에 의해 이동됨에 따라 간간이 발생한다. 또한, 확장된 칼만 필터는 인코더 데이터를 웨이퍼 센터 정보로 변환하는 하나의 유용한 기술이나, 다른 필터 또는 선형 모델링 기술이 마찬가지로 적용될 수 있다.
위에 설명된 방법 및 시스템은 일반적으로 구분된 포인트에서 웨이퍼의 검출을 이용하는 웨이퍼 센터 검출 동작에 적용될 수 있다. 또한, 선형 세그먼트의 웨이퍼 데이터를 캡쳐하기 위한, 전하 결합 소자(CCD)나 컨택 이미지 센서로 이루어진 선형 어레이와 같은 다수의 선형 센서를 사용할 수 있다. 선형 센서를 사용하는 복수의 장치가 이하에 설명된다. 이러한 기술에서, 센터 검색은 일반적으로, 위에 설명된 기술에서와 같이, 별개의 다수의 센서 이벤트로부터 유도된 결과라기 보다는, 이미지 데이터의 직접적인 분석으로 통해 얻어진다.
도 5는 통과한 웨이퍼로부터 이미지 데이터를 캡쳐하기 위한 선형 이미지 센서를 포함하는 장치를 도시한다. 장치(500)는 상부 표면(502), 바닥 표면(504), 내부 구조(506), 선형 이미지 센서(508), 광원(510) 및 웨이퍼(512)를 포함할 수 있다.
장치(500)는 예를 들면, 로드 락(load lock), 버퍼, 얼라이너(aligner), 로보트 핸들러 등과 같은 반도체 제조 프로세스에 사용되는 장치는 어느 것이 될 수 있다. 일 실시예에서, 장치(500)는 웨이퍼를 취급하기 위한 엔드 이펙터(end effector)를 가지는 로보트 암(도시되지 않음)을 포함하는 로버트 핸들러이다.
상부 표면(502) 및 바닥 표면이 내부 구조(506)를 부분적으로 둘러싼다. 도시되진 않았지만, 장치(500)는 예를 들면, 장치(500)의 내부 구조(506)를 차단하기 위한 슬롯 벨브 또는 다른 차단 메커니즘과 함께, 웨이퍼를 통과시키기 위한 복수의 입구를 포함하는 측면(side)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 장치(500)의 다양한 표면의 모양 및 크기는 중요하지 않다. 그러나, 표면 중 하나 이상이 웨이퍼에 대한 이동 평면에 평행해야 하며, 이에 따라 이미지 센서가 내부 구조(506)를 통해 이동하는 웨이퍼로부터 이미지 데이터를 캡쳐하도록 그 표면상에 배치될 수 있다.
선형 이미지 센서(508)는 도시된 바와 같이 장치(500)의 상부 표면(502) 상에 또는 장치의 바닥 표면 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 선형 이미지 센서(508)가 접촉 이미지 센서(contact image sensor: CIS)일 수 있다. 상업적으로 이용될 수 있는 접촉 이미지 센서는 일반적으로, 선형 센서 어레이의 측면에 위치한 LED와 같은, 집적된 초점 렌즈 및 광원(510)을 포함하는 검출기(CCD)로 이루어진 선형 어레이를 포함한다. 통상적인 접촉 이미지 센서는 빨강, 녹색, 및 파랑 LED 유사한 광폭 스펙트럼 광원을 사용하나, 웨이퍼가 빨강 LED와 같은 단색 광원만을 사용하여 센터 검색 동작을 하도록 적합하게 영상화될 수 있다. 일반적으로, 접촉 이미지 센서는 스캔될 대상물에 인접하게 배치된다. 다른 실시예에서, 선형 이미지 센서(508)가 전하 결합 소자(CCD 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 선형 어레이는 n 개의 센서(가령 128 개의 센서, 또는 웨이퍼의 일부나 전부를 스캔하는 데 적합한 개수의 센서)를 포함하는 1-바이-n 개의 어레이, 2-바이-n 개의 광학 센서, 또는 다른 적합한 일차원이나 이차원 어레이일 수 있다. 일반적으로, CCD나 CMOS 장치(또는 소자)는 현재의 CIS 장치보다 높은 해상도를 제공하고, 영상화된 대상물로부터 더 멀리 배치될 수 있다. 그러나, 이들은 양질의 이미지 캡쳐를 위해 추가적인 외부 조명을 요한다. 한편으로, CIS 장치는 전형적인 반도체 웨이퍼의 지름을 초과하는 길이에 이미 적용가능하며, 이미지 캡쳐에 대한 저렴한 대안을 제공하며, 사전-패키지화 된 어레이에 대해 더 높은 정확도를 제공한다. 일부 응용예에 적절히 적용함으로써, 이 명세서에 설명된 실시예를 이용하여 사용하기에 양쪽 기술이 모두 적합하나, 각각은 특정한 용도에 더 적합하게 할 수 있다는 장접을 제공한다. 이러한 변형예의 일부가 이하에 설명된다. 그러나, 위에 설명된 바와 같이, 이러한 기술 중 어느 하나 또는 다른 광학 기술이, 이 명세서 사용된 그대로, 선형 이미지 센서(508)로 유용하게 사용될 수 있다. 선형 이미지 센서(508)는 이미지 데이터가 캡쳐될 수 있는 시야 범위 및 측정 볼륨을 가진다. 일반적으로, 선형 이비지 센서(508)는 환경 조명(ambient light), 바람직한 이미지 정확도, 센서와 관련된 렌즈 또는 다른 광학 장치 등을 포함하는 다수의 팩터에 따라 결정되는 동작 측정 볼륨을 가진다.
웨이퍼(512)는 화살표(514)에 의해 표시된 바와 같이, 선형 경로내의 장치(500)를 통과할 수 있다. 선형 경로가 웨이퍼에 대한 하나의 가능한 이동 경로이나, 많은 다른 이동이 로보트 핸들러에 의해 적용될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 로보트의 회전 운동을 이용하여 곡선 경로에서 움직이거나, 복수의 서로 다른 선형 및/또는 곡선 경로로 구성된 불연속적인 경로에서 움직일 수 있다. 이하에서 추가로 설명할 바와 같이, 웨이퍼는 추가로 또는 대신에 축에 대해 회전할 수 있다. 이러한 스캔으로부터 획득된 데이터가 일반적으로 직접 분석되어 웨이퍼 센터를 배치하고 웨이퍼 위치 데이터(예를 들면, 회전 방향, 반지름 등)을 얻는다. 이렇게 획득된 이미지 데이터는, 이미지 데이터를 정확히 해석하기 위해, 인코더 데이터 또는 다른 센서 데이터를 사용하여, 로보트 운동과 조화되어야 한다.
도 6은 선형 웨이퍼 모션을 이용하는 웨이퍼 센터 검색에 사용된 콘택트 이미지 센서를 나타내는 상면도이다. 위에 설명된 장치(500) 중 어느 하나일 수 있는, 장치내에서, 정렬 노치(604)를 가지는 웨이퍼(602)를 이동 방향(606)에 직각으로 배치된 단일 CIS(608)가 선형 이동(화살표(602)로 표시됨) 중에 지나칠 수 있다. 실시예에서, CIS(608)는 310 밀리미터의 길이를 가지는 단일 모듈을 포함할 수 있고, 전체 웨이퍼 검출을 제공하기 위해 장치에 대한 입구를 가로질러 배치될 수 있으며, 웨이퍼가 입구를 통과하여 장치의 내부 또는 외부로 이동함에 따라, 노치/정렬 검출 동작을 수행할 수 있다. 정렬 및 크기가 이미지 분석에 의해 직접 획득됨으로써, 이러한 타입의 웨이퍼 검출은 사실상 웨이퍼(602)의 사진 복사(photocopy)를 제공한다. 현저한 효과로서, 이러한 장치(arrangement)는 추가적인 로보트 암 운동 등을 요하지 않고서도, 전체 웨이퍼 스캔을 제공한다. 따라서, 이송 장치에 대한 처리량이 로보트 및 다른 제한 요소에 의해서만 제한되는 속도로 진행될 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 이러한 CIS(608)가 여러 입구 각각에, 예를 들면, 정사각 로보트 핸들러의 네 개의 입구에서 여러 입구에 배치될 수 있다. 단일 CIS(608)는 추가적으로 또는 대신하여 장치의 센터를 가로지르도록 배치될 수 있다. 약 450 밀리미터의 CIS(608)를사용하여, 단일 CIS가 모든 네 개의 입구에 대해 45도 각도에 배치되고, 장치를 통과하는 모든 선형 웨이퍼의 움직임을 캡쳐하기 위해 장치의 센터를 가로지른다. 이러한 배열(arrangement)이 장치를 통과하는 모든 움직임에 대한 모든 웨이퍼 크기 데이터를 캡쳐할 수는 없으나, 가능한 움직임에 대한 웨이퍼 센터 검출에 충분한 데이터를 제공하며, 추가적인 움직임(이동)이 로보트 핸들러에 의해 제공되어 전체 웨이퍼 표면의 스캔을 보장한다.
도 7은 곡선형 웨이퍼 움직임을 이용한 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 접촉 이미지 센서를 나타내는 상면도이다. 위에 설명된 장치(500) 중 어느 하나일 수 있는 장치 내에, 정렬 노치(704)를 가지는 웨이퍼(702)가 단일 CIS(708)를 가로질러 곡선형 이동(화살표(706)에 의해 표시됨)으로 통과될 수 있다. 결과 이미지 데이터가 통상적으로 웨이퍼(702)에 의해 취해진 비-선형 경로(706)를 보상하도록 처리되어야 하나, 이러한 배열(arrangement)은, 로보트 암이 회전을 이용하는 로보트 핸들러 내의 다양한 위치에 배치하기에 적합하다.
도 8은 회전 웨이퍼 이동을 이용하여 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 접촉 이미지 센서의 상면도이다. 위에 설명한 바와 같은 장치 중 어는 하나인 장치 내에서, 정렬 노치(804)를 가지는 웨이퍼(802)가, 화살표(810)에 의해 표시된 바와 같이, CIS(808)에 중심이 놓인 축에 대해 회전할 수 있다. 로보트 핸들러는 웨이퍼(802)를 CIS(808) 하부 및 이에 중심이 놓이도록 위치시키고, 이후에 더 정확한 이미지 획득을 위해, 웨이퍼(802)를 선택적으로 들어올려 CIS(808)에 더 인접하게 한다. 계속하여 웨이퍼가 180도(또는 그 이상)로 회전되어, 정렬 노치(804)를 포함하는 웨이퍼(802)의 전체 이미지를 얻는다. CIS(808)는 장치(예를 들면, 장치의 내부 구조의 중심 축, 장치 내부의 로보트 암의 중심 축 또는 장치 내 일부 다른 로보트 홈 위치의 중심 축) 내에 중심이 놓일 수 있다. 이러한 배열(arrangement)은 회전 척의 반 회전을 이용하여 전체 스캔을 효과적으로 획들할 수 있으며, 척의 디자인을 단순화하고 스캐닝 시간을 줄일 수 있다. 다른 이점으로는, 이러한 배열이 웨이퍼 크기에 상관 없이 (CIS(808)의 길에 의한 제한 내에서) 전체 웨이퍼 스캔을 제공할 수 있다. 따라서, 단일 시스템이 다양한 모양 및 크기에 대한 전체 에지 검출을 제공할 수 있다.
도 9는 선형 웨이퍼 동작을 이용한 웨이퍼 센터 검출에 사용되는 한 쌍의 선형 CCD를 나타내며, 이는 예를 들면, 위에 설명한 장치(500) 중 어느 하나와 같은 장치에 대한 입구에 배치된다. 이러한 실시예에서, CCD로 이루어진 제 1 선형 어레이(902) 및 제 2 선형 어레이(904)가 웨이퍼(908)의 선형 경로의 일부를 가로질러 제공될 수 있다. 어레이(920, 904)는 예를 들면, 입구를 통과하는 각각의 웨이퍼에 대한 이미지 데이터를 캡쳐하기 위해 로보트 핸들러와 같은 장치에 대한 입구의 외부 에지를 따라 배치될 수 있다. 마찬가지로, 추가적인 한 쌍의 센서 어레이가 장치에 대한 하나 이상의 추가 입구에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 이미 상업적으로 이용되는 CCD의 짧은 선형 어레이를 효과적으로 이용할 수 있으나, 웨이퍼(908)의 회전 정렬을 결정하는 데 사용된 정렬 노치를 캡쳐하지 못할 수도 있다.
도 10은 회전 웨이퍼 동작(이동)을 이용한 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 단일 CCD 어레이를 나타낸다. 이러한 실시예에서, 단일 선형 CCD 어레이(1002)가 로보트 핸들러 또는 위에 설명된 다른 장치(500) 중 어느 하나와 같은 장치의 리드(lid) 또는 다른 적합한 내부 표면에 배치될 수 있다. 웨이퍼(1004)가 어레이(1002) 하부에 적합하게 배치된 후에, 정렬 노치(1008)의 위치를 포함하는 웨이퍼(1004)에 대한 모든 에지 데이터를 캡쳐하기 위해, 웨이퍼(1004)가 화살표(1006)에 의해 표시된 바와 같은 전체 회전(운동)을 수행할 수 있다. 예를 들어 이러한 실시예는 위에 설명한 바와 같이, z-축 운동을 포함하는 로보트 핸들러 및 회전 척을 사용할 수 잇다. 그러나 이러한 실시예에서 회전척은, 에지 데이터의 전체 캡쳐를 보장하도록 360도 이상의 회전을 하는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서, 반 회전을 이용하여 전체 에지 스캔을 하도록 웨이퍼(1004)의 마주보는 에지에서 두 개의 동일 선상의 어레이가 사용될 수 있다.
도 11은 복합 웨이퍼 동작(이동)을 이용한 웨이퍼 센터 검색에 사용되는 네 개의 CCD 어레이를 나타낸다. 위에 표시된 바와 같이, 설명된 장치(500) 중 어느 하나인 장치가 두 개의 동일 선상의, 교차하는 라인 내에 배치된 네 개의 CCD 어레이(1102)를 포함하여, 도 1을 참조하여 설명한 바와 실질적으로 유사한 방식으로 웨이퍼 경로를 커버한다. 웨이퍼(1104)는 직선 및 곡선 이동을 포함하는 경로(1106)를 따라 장치의 내부 구조를 통과할 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼(1104)가 센터를 향해 충분히 삽입되어, 웨이퍼(1104)의 복합(결합) 이동 중에 일부 포인트에서, 정렬 노치(1108)의 검출(결과)를 보장하도록 할 수 있다.
도 12는 로보트 암 엔드 이펙터 상의 CCD 센서를 나타내는 상면도이다. 웨이퍼 핸들링을 위한 로보트 암(1200)은 복수의 링크(1202) 및 엔드 이펙터(1204)를 포함한다. 엔드 이펙터(1204)는 복수의 선형 CCD 어레이(1206)를 포함하고, 이는 예를 들면 그 상부에 위치한 웨이퍼(1208)의 네 개의 에지 위치를 식별하도록 배치된다. 현저한 효과로서, 이러한 구성은 웨이퍼를 선형 CCD 어레이(1207)에 매우 인접하게 배치시키며, 이는 매우 높은 이미지 정확도를 제공한다. 나아가. 이러한 디지안은 엔드 이펙터(1204)에 의한 z-축 또는 회전 이동을 요하지 않는다. 그러나 도 12로부터, 이러한 구성은 또한 웨이퍼(1208)의 많은 회전 방향에 대해 정렬 노치를 식별하지 못할 수도 있음을 알 수 있다.
도 13은 회전 척을 가지는 엔드 이펙터 상의 단일 CCD 센서의 투시도를 나타내는다. 이러한 실시예에서, 단일 선형 CCD 어레이(1302)가, 엔드 이펙터(1304)에 실질적으로 중심이 놓인 웨이퍼(1306)로부터 에지 데이터를 획득하기 위한 위치에 엔드 이펙터(1304) 상에 장착될 수 있다. 엔드 이펙터는 웨이퍼(1306)로부터 완전한 에지 데이터를 획득하기 위해 (정렬 노치가 있다면 이의 검출을 포함) 완전한 원형으로 웨이퍼(1306)를 회전시키기 위한 단일 축 회전 척을 포함한다.
복수의 외부 장치(1320)가 CCD 어레이(1302)의 사용을 지원할 수 있다. 예를 들어, 외부 광원이 장치 내부에 배치되어 CCD 어레이(1302)를 조명한다. 이때 엔드 이펙터(1304)는 특정한 위치에 존재한다. 다른 예로서, CCD 어레이(1302)에 유도 결합된 전원(power source)이 제공되어, CCD 어레이(1302)가 진공 환경에서 무선으로 전력을 공급한다. 다른 예로서, 무선 주파수 또는 다른 무선 송수신기가 사용되어 CCD로부터 무선으로 이미지 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 무선 구성에서, 송수신기, 전력 커플링 등은 CCD 어레이(예를 들면, 로보트 암의 중심 축 또는 대응하는 무선 시스템에 인접한 소정의 다른 위치)로부터 떨어져서 배치된다.
도 14는 로보트 핸들링 모듈 내 단일 CCD 센서를 도시한다. 이 실시예에서, 단일 선형 CCD 어레이(1402) 및 관련 광원 또는 다른 방출기(emitter)가 로보트 핸들러 또는 위에 설명한 다른 장치(500)와 같은 장치의 내부 벽(interior wall) 상에 장착될 수 있다. 동작시, 엔드 이펙터(1404)가 웨이퍼(1406)를 배치시켜, 웨이퍼(1406)가 CCD 어레이(1402) 상부 에지를 포함하는 회전 척(1408)(엔드 이펙터(1404)로부터 분리됨) 상에 중심이 놓이도록 한다. 엔드 이펙터(1404)는 화살표(1410)에 의해 표시된 바와 같은 z-축 이동을 제공하여 웨이퍼(1406)를 척(1408) 상으로 내린다. 척(1408)은 이후에 완전히 회전되도록 웨이퍼(1406)를 회전시켜 전체 웨이퍼 가장자리에 대한 스캔을 제공한다. 웨이퍼(1406)에 대한 위치 데이터 캡쳐 동작에 더하여, 이러한 접근법은 웨이퍼(1406) 상에 정렬 노치가 존재하는 경우에 이를 검출함으로써 웨이퍼(1406)의 회전 방향을 캡쳐한다. 도 13에 도시된 실시예에서와 같이, 광원, 무선 전력 커플링 또는 무선 데이터 송수신기와 같은 장치(1420)가 내부 구조 내에 또는 이 명세서에 설명된 웨이퍼 센터 검색 시스템의 동작을 강화하기 위해 모듈의 외부에 배치될 수 있다.
로드 락, 로보트 핸들러, 또는 이송 스테이션 내의 (또는 특정한 실시예에서 엔드 이펙터 상의) 센서를 포함하나, 위의 기술은 제조 시스템 내의 다른 위치에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 위에 설명된 기술 중 어느 하나가 얼라이너(alinger)로 사용되도록 적합하게 조정될 수 있다. 마찬가지로, 위에 설명된 다수의 기술이 로보트 핸들러 또는 이송 스테이션과 같은 다른 장치 내의 측정 스테이션으로 사용되도록 적합하게 조정될 수 있다. 이러한 실시예에서, 측정 스테이션은 웨이퍼를 스캔하고, 로보트 핸들러로부터의 다른 입력 또는 출력 경로를 차단하지 않는 측정 스테이션을 위한 공간을 제공함으로써, 또는 다른 로보트 활동으로부터 z-축상에 놓인 위치에서 측정 동작을 수행함으로써, 로보트가 다른 웨이퍼 운동을 수행한다.
이 명세서에 포함된 방법은 하드웨어, 소프트웨어, 반도체 제조 로보트 시스템을 감시 또는 제어하기에 적합한 이들의 특정한 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 프로세스는 하나 이상의 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 확장형 마이크로컨트롤러, 프로그램가능한 디지털 시그널 프로세서 또는 다른 프로그램가능한 장치, 그리고 내부 및/또는 외부 메모리로 구현될 수 있다. 또한 추가적으로 아니면 선택적으로 프로세스가 애플리케이션 특정 집적 회로, 프로그램가능한 게이트 어레이, 프로그램가능한 어레이 로직, 또는 전자 신호를 처리하는 다른 장치나 이들 장치의 조합으로 구현될 수 있다. 이 프로세스는 또한 C와 같은 구조화된 프로그램 언어, C++과 같은 객체 지향형 프로그램 언어 또는 하이 레벨 또는 로우 레벨 프로그램 언어(데이터베이스 프로그램 언어 및 기술 포함)를 이용하여 형성된 컴퓨터로 실행가능한 코드로 구현될 수 있다. 이러한 언어들은 위의 장치 및 프로세서, 프로세서 아키텍쳐 또는 서로 다른 소프트웨어 및 하드웨어의 조합 중 하나에서 실행되도록 컴파일 또는 해석된다. 이러한 모든 변형예는 이 명세서에 포함된 발명의 범위내에 포함된다.
상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.

Claims (20)

  1. 웨이퍼를 조작하기 위한 로보트 암 - 상기 로보트 암은 로보트 암의 하나 이상의 구성요소의 위치를 식별하는 인코더 데이터를 제공하는 하나 이상의 인코더를 포함함 - 과,
    상기 웨이퍼의 위치를 추정하기 위해 상기 인코더 데이터에 확장 칼만 필터(extended Kalman filter)를 적용하도록 구성되는 프로세서를 포함하는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    위치는 웨이퍼 센터를 포함하는
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    위치는 웨이퍼 반경을 포함하는
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    위치는 상기 로보트 암의 엔드 이펙터(end effector)를 참조하여 결정되는
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    위치는 상기 로보트 암의 중심축을 참조하여 결정되는
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 새 인코더 데이터를 수신할 때마다 위치를 재연산하는
    장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    새 인코더 데이터는 실질적으로 2kHz에서 수신되는
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 로보트 웨이퍼 핸들러(robotic wafer handler) 내의 하나 이상의 지정 위치에서 웨이퍼의 존재를 검출하는 하나 이상의 센서로부터 변화 데이터(transition data)를 이용하여 칼만 필터의 하나 이상의 방정식을 업데이트하도록 구성되는
    장치.
  9. 웨이퍼 핸들링 장치의 내부 내에 복수의 센서를 배치하는 단계 - 복수의 센서 각각은 상기 내부 내의 지정 위치에서 웨이퍼의 존재 및 부재 간의 변화를 검출할 수 있음 - 와,
    로보트 암을 이용하여 웨이퍼를 조작하는 단계 - 상기 로보트 암은 로보트 암의 하나 이상의 구성요소의 위치를 식별하는 인코더 데이터를 제공하는 하나 이상의 인코더를 포함함 - 와,
    상기 웨이퍼의 추정 위치를 제공하기 위해 확장 칼만 필터에 인코더 데이터를 적용하는 단계를 포함하는
    방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    인코더 데이터를 적용하는 단계는 0.5밀리초마다 웨이퍼 위치를 연산하는 단계를 포함하는
    방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 추정 위치는 상기 웨이퍼의 센터를 포함하는
    방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 추정 위치는 상기 웨이퍼의 반경을 포함하는
    방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 추정 위치는 상기 로보트 암의 엔드 이펙터를 참조하여 결정되는
    방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 추정 위치는 상기 로보트 암의 중심축을 참조하여 결정되는
    방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 센서는 4개의 센서를 포함하는
    방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    인코더 데이터를 적용하는 단계는, 인코더 데이터가 수신될 때마다 추정 위치를 재연산하는 단계를 포함하는
    방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    웨이퍼를 조작하는 단계는, 웨이퍼 핸들링 장치에 대한 2개의 개구부 사이에서 웨이퍼를 이동시키는 단계를 포함하는
    방법.
  18. 제 9 항에 있어서,
    웨이퍼를 조작하는 단계는, 로드 락(load lock) 및 프로세스 모듈(process module) 사이에서 웨이퍼를 이동시키는 단계를 포함하는
    방법.
  19. 제 9 항에 있어서,
    웨이퍼를 조작하는 단계는, 제 1 프로세스 모듈과 제 2 프로세스 모듈 사이에서 웨이퍼를 이동시키는 단계를 포함하는
    방법.
  20. 제 9 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 실제 위치를 제공하기 위해 상기 복수의 센서 중 하나의 변화(transition)를 검출하는 단계와,
    실제 위치와 추정 위치 사이의 오차를 결정하는 단계와,
    상기 오차에 기초하여 확장 칼만 필터에 대한 하나 이상의 변수를 업데이트하는 단계를 더 포함하는
    방법.
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