KR20200071089A - 반도체 제조 장비를 위한 완만한 각도, 다중-파장, 다중-수신기, 감도 조정형 정렬기 센서 - Google Patents

반도체 제조 장비를 위한 완만한 각도, 다중-파장, 다중-수신기, 감도 조정형 정렬기 센서 Download PDF

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Abstract

공작물 정렬 시스템(workpiece alignment system)이 제공되고, 주변 영역에서 공작물 평면의 제 1 측면을 향해 완만한 각도로 경로를 따라 복수의 파장들로 광 빔을 지향시키는 광 방출 장치를 구비한다. 광 수신 장치는, 상기 제1면에 대향하는 제2면에서 상기 광 빔을 수신한다. 회전 장치는 공작물 지지부를 선택적으로 회전시킨다. 제어기는 상기 공작물이 상기 경로와 교차할 때 상기 공작물을 통해 수신된 상기 광 빔의 양에 기초하여 상기 공작물의 위치를 판단한다. 상기 광 수신 장치의 감도는 상기 공작물의 투과율에 기초하여 제어된다. 상기 공작물이 상기 회전 위치, 수신된 상기 광 빔의 양, 상기 공작물의 상기 투과율, 공작물 에지의 검출, 및 상기 광 수신 장치의 상기 제어된 감도에 기초하여 상기 공작물이 회전될 때 상기 공작물의 위치가 판단된다.

Description

반도체 제조 장비를 위한 완만한 각도, 다중-파장, 다중-수신기, 감도 조정형 정렬기 센서
본 발명은 일반적으로 공작물 처리 시스템들(workpiece processing systems) 및 공작물을 처리하는 방법들(methods for processing workpieces)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다양한 광 투과 특성들(varying light transmission properties)을 가지는 공작물들을 취급(handling) 및 정렬(aligning)하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 2017년 10월 25일자로 출원된 미국 가 출원 제62/576,791호의 이익을 주장하는 “반도체 제조 장비를 위한 완만한 각도, 다중-파장, 다중-수신기, 감도 조정형 정렬기 센서(SHALLOW ANGLE, MULTI-WAVELENGTH, MULTI-RECEIVER, ADJUSTABLE SENSITIVITY ALIGNER SENSOR FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING EQUIPMENT)”라는 제목의 미국 출원(Non-Provisional Application)이며, 그 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
반도체 공정(semiconductor processing)에서, 단일 공작물(workpiece) 또는 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer)에 대해 많은 동작들이 수행될 수 있다. 많은 처리 동작들에서, 상기 공작물을 적절하게 처리하거나 취급하기 위해 공작물 홀더에 대한 상기 공작물의 특정 방향(particular orientation) 및/또는 상기 공작물의 상기 위치(position)에 대한 지식이 필요하다. 예를 들어, 이송 캐리어들(transport carriers) 또는 저장 카세트들(storage cassettes)과 상기 공정 시스템 사이의 공작물들의 교환(exchange of workpieces) 및 하나 이상의 로드 락 챔버들을 통해 대기 환경(atmospheric environment)에서 상기 공정 시스템의 공정 챔버의 진공 환경(evacuated environment)으로 상기 공작물들의 이송(transfer of workpieces)과 같은 동작들은 적절한 공작물 취급 및 처리를 위해 특정 방향(들)(specific orientation(s)) 또는 상기 공작물의 상기 공간 위치(spatial position)에 대한 지식이 필요할 수 있다.
상기 공작물의 방향(예를 들어, 노치 정렬(notch alignment))은 광 존재 센서(light presence sensor)를 통해 상기 진공 환경 또는 대기 환경 내에서 수행될 수 있어, 광 빔(beam of light)은 광 방출기에 의해 방출되고, 상기 광 빔에 대한 상기 공작물의 회전과 동시에 상기 공작물을 향한다. 이어서, 광 수신기(light receiver)가 수신한 광의 변화(variation in light)는 상기 광이 완전히 또는 부분적으로 수신되는 방식에 따라 상기 공작물에 정의된 노치의 위치 및/또는 상기 공작물 위치의 편심(eccentricity)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러한 시스템 중 하나가 Hiroaki Saeki의 미국 특허 제5,740,034호에 개시되어 있어, 상기 수신 광 신호들과 관련된 파형이 상기 노치의 위치 및/또는 상기 공작물의 편심 위치를 판단하는데 이용된다.
본 발명은 다양한 투과율들(various transmissivities)을 가지는 공작물들의 상기 위치들을 정확하게 판단하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 한계들을 효과적으로 극복하고, 이로써 상기 시스템들과 관련된 정확성을 개선하고 소유 비용들(costs of ownership)을 최소화한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다양한 편광 필터들(polarizing filters)을 이용하여 복굴절 공작물(birefringent workpiece)의 위치를 효과적으로 판단하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 따라서 본 발명은 상기 기판의 다양한 박막들(coatings) 또는 특성들에 관계없이 실질적으로 임의의 기판 재료 및 두께를 위한 포지셔닝 솔루션(positioning solution)을 제공한다.
따라서, 다음은 본 발명의 일부 측면들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 간추린 요약을 제공한다. 본 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니다. 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소들을 식별하거나 본 발명의 범위를 설명하려는 것이 아니다. 본 발명의 목적은 후술하는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
본 발명의 일 예시적인 측면에 따르면, 공작물 정렬 시스템(workpiece alignment system)이 제공된다. 상기 공작물 정렬 시스템은 예를 들어, 공작물과 관련된 공작물 평면의 제1면을 향한 경로를 따라 다수의 파장들로 광 빔을 지향시키도록 구성된 광 방출 장치(light emission apparatus)를 포함한다. 상기 경로는 예를 들어, 상기 공작물의 주변 영역(peripheral region)과 관련되고, 상기 경로는 상기 공작물 평면에 대해 완만한 각도(shallow angle)에 있다.
광 수신 장치(light receiver apparatus)는 예를 들어, 상기 제1경로를 따라 위치되며, 상기 광 수신 장치는 상기 가공물 평면의 제2면에서 상기 광 빔을 수신하도록 구성되며, 상기 제2면은 일반적으로 상기 제1면에 대향한다(opposite). 공작물 지지부(workpiece support)가 추가로 제공되어 상기 공작물 평면을 따라 상기 공작물을 선택적으로 지지하도록 구성된다. 일 예에서, 회전 장치(rotation device)는 상기 공작물 지지부에 동작 가능하게 연결되며, 상기 회전 장치는 그와 관련된 지지 축을 중심으로 상기 공작물 지지부를 선택적으로 회전하도록 구성된다.
일례에 따르면, 제어기(controller)가 추가로 제공되고, 상기 공작물이 경로와 교차할 때 상기 광 수신 장치에 의해 상기 공작물을 통해 수신되는 상기 광 빔의 양에 기초하여 상기 공작물의 위치를 판단하도록 구성된다. 상기 제어기는 예를 들어, 상기 공작물의 투과율에 기초하여 상기 광 수신 장치의 감도를 제어하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 공작물이 상기 공작물 지지부를 통해 지지되고 회전될 때 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 위치를 판단하도록 구성된다. 상기 공작물의 상기 위치의 상기 판단은, 예를 들어, 상기 공작물 지지부의 회전 위치, 상기 공작물 지지부의 상기 회전 위치와 관련된 상기 광 수신 장치에 의해 수신된 상기 광 빔의 적어도 부분, 상기 공작물의 상기 투과율, 상기 공작물의 에지의 검출, 및 상기 광 수신 장치의 상기 제어된 감도에 적어도 부분적으로 기초한다.
일 예에 따르면, 상기 광 수신 장치는 미리 결정된 폭을 가로질러 상기 다수의 파장들로 상기 광 빔을 투과시키도록 구성된다. 다른 예에서, 상기 광 방출 장치는 상기 다수의 파장들에서 상기 광 빔을 투과시키도록 구성된 레이저이다.
상기 공작물의 상기 위치는 예를 들어, 상기 공작물 평면을 따라 상기 지지 축으로부터 상기 공작물의 중심의 2차원 오프셋을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상기 공작물의 상기 위치는 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 회전 위치를 포함한다.
다른 예에서, 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 상기 회전 위치는 상기 공작물의 에지 특징부와 관련된다. 상기 제어기는 예를 들면, 상기 공작물의 상기 에지 특징부에 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 상기 위치를 판단하도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 제어기는 예를 들어, 파형을 판단하도록 구성될 수 있고, 상기 파형은 상기 공작물 지지부의 다수의 회전 위치에서 상기 광 수신기에 의해 수신된 상기 광 빔의 적어도 부분에 의해 정의된다. 상기 제어기는 상기 파형에 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 상기 위치를 판단하도록 추가로 구성될 수 있다. 일례로, 상기 제어기는 상기 공작물의 상기 투과율에 기초하여 상기 파형을 비례시키도록 추가로 구성된다.
다른 예에서, 상기 제어기는 상기 광 수신 장치의 폭을 따라 하나 이상의 신호들을 무시함으로써 상기 공작물의 상기 에지를 판단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기는 상기 광 수신 장치의 상기 폭을 따라 감지된 상기 광 차단을 넘는 하나 이상의 신호들을 무시하도록 구성될 수 있다.
다른 예에 따르면, 공작물을 정렬하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 예를 들어, 공작물을 공작물 지지부 상에 배치하고, 복수의 파장들의 광 빔을 제1경로를 따라 상기 공작물의 제1면을 향하게 하는 동작을 포함하고, 상기 경로는 상기 공작물의 평면에 대해 완만한 각도에 있다. 상기 공작물은 지지 축을 중심으로 회전하고, 상기 공작물을 향해 투과되는 상기 광 빔은 상기 공작물의 회전과 동시에 상기 공작물의 제2면에서 수신된다. 또한, 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 위치는 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 회전 위치 및 수신되는 상기 광 빔, 상기 공작물의 에지의 검출, 및 상기 광 빔의 제어된 감도에 적어도 부분적으로 기초하여 판단된다.
전술한 요약은 단지 본 발명의 일부 실시 예들의 일부 특징들에 대한 간략한 개요를 제공하기 위한 것이며, 다른 실시 예는 위에서 언급된 것과 다른 추가 및/또는 다른 특징들을 포함할 수 있다. 특히, 본 요약은 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 전술한 목적 및 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하에 기술되고 특히 청구 범위들에서 지적되는 상기 특징들을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부 도면들은 본 발명의 특정 예시적인 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시 예들은 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방식들 중 일부를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 신규한 특징들은 도면과 관련하여 고려될 때 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 예시적인 공작물 정렬 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 예시적인 정렬 메커니즘의 공작물 지지부 상의 예시적인 공작물의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 예시적인 측면에 따른 상기 공작물의 회전 위치에 대한 공작물의 감지 위치의 구성이다.
도 4는 도 1의 상기 공작물 정렬 시스템을 통합한 예시적인 공작물 핸들링 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 예시적인 공작물 정렬 시스템의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 공작물을 통과하는 예시적인 광 빔의 측면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 공작물의 에지를 부분적으로 통과하는 광 빔을 도시하는 예시적인 공작물 정렬 시스템의 평면도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 측면에 따른 예시적인 센서 정렬의 블록도를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다양한 측면에 따른 다양한 센서 출력 신호들을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 예시적인 측면에 따른 공작물들을 정렬하는 예시적인 방법을 도시하는 블록도이다.
반도체 공정에서, 단일 공작물 또는 반도체 웨이퍼에 대해 많은 동작들이 수행될 수 있다. 일반적으로, 공작물에 대한 각 공정 동작은 일반적으로 특정 순서로 수행되고, 각 동작은 선행 동작이 완료될 때까지 대기한다. 많은 공정 동작들에서, 상기 공작물을 적절하게 처리 또는 취급하기 위해서는 상기 공작물의 특정 방향 및/또는 공작물 홀더에 대한 상기 공작물의 상기 위치에 대한 지식이 필요하다. 예를 들어, 이송 캐리어들 또는 저장 카세트들과 상기 공정 시스템 사이의 공작물들의 교환(exchange of workpieces) 및 하나 이상의 로드 락 챔버들을 통해 대기 환경으로부터 상기 공정 시스템의 공정 챔버의 진공 환경으로의 상기 공작물들의 이송(transfer of the workpieces)과 같은 동작들은 적절한 공작물 취급 및 처리를 위해 특정 방향(specific orientation)(들) 또는 상기 공작물의 공간 위치(spatial position)에 대한 지식이 필요할 수 있다.
상기 공작물의 방향(예를 들어, 노치 정렬)은 광 존재 센서를 통해 상기 진공 환경 또는 대기 환경 내에서 수행될 수 있어, 광 빔은 광 방출기(light emitter)에 의해 방출되고, 상기 광 빔에 대한 상기 공작물의 회전과 동시에 상기 공작물을 향한다. 이어서 광 수신기(light receiver)에 의해 수신된 광의 변화는 상기 광이 완전히 또는 부분적으로 수신되는 방식에 따라 상기 공작물에 정의된 상기 노치의 위치 및/또는 상기 공작물 위치의 편심을 판단하는 데 사용될 수 있다.
광 존재 센서들을 통한 이러한 포지셔닝은 종래의 실리콘 기판들에서 보여지는 바와 같이, 방출된 상기 광에 대해 불투명한 공작물의 상기 위치를 정확하게 판단하는 데는 적합하였다. 그러나 공정 중인 기판들 또는 공작물들이 서로 실질적으로 다른 경우(가령, 실리콘(silicon) 대 실리콘 카바이드(silicon carbide)), 종래의 광 존재 센서 및 정렬기를 사용하게 되면, 특히 상기 기판이 방출된 상기 광에 부분적으로 투명할 때 위치 결정(positioning)에 다양한 오류가 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 웨이퍼를 통한 투과의 차이(difference in transmission)는 종래의 정렬 시스템들 및 방법들을 사용한 포지셔닝에서 중대한 오류를 야기할 수 있다. 상기 투과율(transmissivity) 및 방사율(emissivity)은 상기 특정 공작물에 배치된 박막들(coatings) 또는 소자들(devices)로 인해 공작물마다 다를 수 있다.
종래의 반도체 웨이퍼 정렬 시스템들이 실리콘 웨이퍼들(silicon wafers) 용으로 개발되어, 상기 시스템들은 광원과 센서 사이의 상기 광의 통과를 차단하는 실리콘 웨이퍼에 의존하며, 여기서 상기 실리콘 웨이퍼는 상기 광 파장 광원에 대해 불투명하다(opaque). 그러나, 실리콘 카바이드(SiC)로 구성된 웨이퍼들은 불투명하지 않고 광학 파장들에서 광을 투과시키므로, 종래의 광원에 대해 투명하거나(transparent) 반투명하다(semi-transparent). 이러한 투명성(transparency)은 실리콘 웨이퍼들을 감지 및 정렬하기 위해 이전에 설계된 상기 시스템들을 사용하여 실리콘 카바이드 웨이퍼들을 감지 및 정렬하는 데 어려움을 야기할 수 있다. 본 발명은 상기 실리콘 카바이드 웨이퍼에 대해 다양한 공정 단계들이 수행되면, 상기 실리콘 카바이드 웨이퍼가 박막들(films), 소자들(devices) 또는 금속 라인들(metal lines)로 조밀하게 커버되어, 다양한 수준의 투명성(varying levels of transparency)이 존재하여 잠재적으로 실질적인 신호 변동들(signal fluctuations)을 초래할 수 있음을 인식한다.
따라서 본 발명은 일반적으로 반도체 공정들을 위한 공작물 핸들링 시스템(workpiece handling system)에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 다양한 광 투과 특성들(varying light transmission properties)을 가지는 공작물들을 특성화 및/또는 정렬하도록 구성된 정렬 장치(alignment apparatus)에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 이하 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 유사한 참조 번호는 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 이들 측면들의 설명은 단지 예시적인 것이며 제한적인 의미로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항들이 설명된다. 그러나, 본 발명은 이들 특정 세부 사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명되는 실시 예 또는 예에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구 범위들 및 그 등가물들에 의해서만 제한되도록 의도된다.
주목할 점은, 도면들은 본 발명의 실시 예들의 일부 측면들을 예시하기 위해 제공되므로, 단지 개략적인 것으로 간주되어야 한다. 특히, 도면들에 도시된 요소들은 반드시 서로 비례하는 것은 아니며, 도면들에서 다양한 요소들의 배치는 각각의 실시 예에 대한 명확한 이해를 제공하기 위해 선택되고, 본 발명의 실시 예에 따른 구현들에서 다양한 구성 요소들의 실제 상대 위치들을 반드시 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다. 더욱이, 본 명세서에 기술된 다양한 실시 예 및 예의 특징은 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 서로 결합될 수 있다.
이해할 점은, 이하의 설명에서, 도면들에 도시되거나 본 명세서에 기술된 기능 블록들, 장치들, 컴포넌트들, 회로 요소들 또는 다른 물리적 또는 기능 유닛들 사이의 임의의 직접 연결 또는 결합은 또한 간접 연결 또는 결합에 의해 구현될 수 있다는 것이다. 더욱이, 이해할 점은, 도면들에 도시된 기능 블록들 또는 유닛들은 하나의 개별적인 특징들 또는 회로들로서 구현될 수 있고, 다른 실시 예에서 공통 특징 또는 회로에서 또한 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 기능 블록들은 신호 프로세서와 같은 공통 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 또한, 이하의 명세서에서 유선 기반으로 기술된 임의의 연결은 달리 언급되지 않는 한 무선 통신으로서 구현될 수 있음을 이해해야 한다.
일반적으로, 정렬기(aligner)는 광 방출기(light emitter) 및 광 수신기(light receiver)를 포함하여, 상기 광 방출기는 공작물의 에지를 향해 광 빔을 지향시키고, 상기 정렬기는 상기 공작물이 회전 축을 중심으로 회전할 때 상기 광 수신기에 도달하는 것이 차단된 상기 방출된 광 양을 추가로 판단한다. 예를 들어, 상기 공작물의 중심이 상기 정렬기의 상기 회전 축으로부터 오프셋(offset)되면, 상기 공작물이 회전함에 따라 상기 공작물이 상기 방출되는 광의 양을 차단함에 따라 상기 광 수신기에 의해 수신된 광 양에 변화가 존재할 것이다. 예를 들어, 상기 차단된 광 양은 방출되는 총 광의 백분율(percentage)로 표시된다. 상기 수신된 광 양과 변화는 후속적으로 상기 공작물과 관련된 치수(예를 들어, 오프셋)로 변환되어, 상기 치수는 일 예로 상기 공작물의 상기 중심에서 상기 공작물을 검색하기(retrieve) 위해 엔드 이펙터(end-effector)에 의해 이용된다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 하나 이상의 측면들에 따른 예시적인 공작물 정렬 시스템(workpiece alignment system)(100)을 도시한다. 상기 공작물 정렬 시스템(100)은 예를 들어, 공작물 평면(workpiece plane)(106)을 따라 공작물(104)을 선택적으로 지지하도록 구성된 공작물 지지부(workpiece support)(102)를 포함한다. 상기 공작물 지지부(102)는 예를 들어, 핀들(pins), 플레이트들(plates), 또는 상기 공작물(104)을 선택적으로 지지하도록 동작 가능한 다른 메커니즘들(도시되지 않음)과 같은 여러 가지 지지 메커니즘들(support mechanisms)을 포함한다.
일 예시적인 측면에 따르면, 광 방출 장치(light emission apparatus)(108)는 상기 공작물 평면(106)의 제1면(110) 및 제2면(112) 중 하나에 위치되고, 상기 광 방출 장치는 경로(path)(116)를 따라 광 빔(beam of light)(114)을 지향 시키도록 구성된다. 상기 경로(116)는 예를 들어, 상기 공작물(104)의 주변부(periphery)(118)(예를 들어, 주변 영역 또는 에지)와 관련된다.
회전 장치(rotation device)(120)는 상기 공작물 지지부에 동작 가능하게 추가적으로 결합되고, 상기 회전 장치는 지지 축(support axis)(124) 주위로 상기 공작물 지지부를 선택적으로 회전시키도록(가령, 화살표(122)로 도시됨) 구성된다. 상기 지지 축(124)은 예를 들어, 상기 공작물 평면(106)에 수직이다.
하나의 특정 예에서, 상기 방출 장치(emission apparatus)(108)(가령, 광 방출 장치(light emission apparatus)라고도 함)는 광의 다수의 파장들(wavelengths)을 방출하도록 구성된다. 상기 방출 장치(108)에 의해 방출된 광의 상기 다수의 파장들의 하나 이상은 예를 들어, 상기 공작물(104)의 구성 성분(constituency)에 기초하여 판단될 수 있다. 수신 장치(receiver apparatus)(126)(예를 들어, 광 수신 장치(light receiver apparatus)라고도 함)는 추가로 제공되고, 상기 지지 축(124)을 중심으로 상기 공작물 지지부(102)의 회전과 동시에 상기 광 빔(114)을 수신하도록 구성된다.
본 발명의 여러 측면들에 따르면, 상기 공작물 정렬 시스템(100)은 제어기(controller)(128)를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 광 빔(114)의 초기 투과(initial transmission)(130)(가령, 투과된 양) 및 상기 광 빔과 관련되고 상기 광 수신 장치(126)에 의해 수신된 수신 신호(received signal)(132)(가령, 상기 공작물을 통과 및/또는 바이패스)에 기초하여, 상기 공작물 지지부(102)에 대한 상기 공작물(104)의 위치 및 방향 중 하나 이상을 판단하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 광 빔(114)의 상기 수신 신호(132)는 상기 공작물(104)의 하나 이상의 재료 구성 성분, 상기 공작물 상에 형성된 하나 이상의 층들(도시되지 않음), 상기 공작물 상에 형성된 하나 이상의 소자들(도시되지 않음), 및 이전에 상기 공작물에 대해 수행된 이전의 이온 주입 또는 다른 반도체 공정과 같이, 상기 공작물에 대해 이전에 수행된 하나 이상의 동작들에 적어도 부분적으로 기초한다.
다른 예에 따르면, 상기 제어기(128)는 상기 지지 축(124)에 대한 상기 공작물(104)의 위치(134)를 판단하도록 추가로 구성된다. 주목할 점은, 상기 제어기(128)는 예를 들어, 상기 공정 시스템의 다양한 구성 성분과 관련된 다수의 개별 제어기들(도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 상기 전체 시스템을 위한 단일 제어기일 수도 있으며, 그러한 모든 제어기들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다.
상기 공작물(104)의 상기 위치(134)는 예를 들어, 상기 제어기(128)에 의해 판단될 수 있어, 상기 제어기는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공작물 지지부(102)의 상기 지지 축(124)에 대하여 상기 공작물(104)의 중심(136)을 판단하도록 구성된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 지지 축(14)에 대한 상기 공작물(104)의 상기 위치(134)의 상기 판단은, 상기 공작물 지지부(102)의 회전 위치(138) 및 상기 광 수신 장치(126)에 의해 수신되는 상기 광 빔(114)의 부분(140)을 나타내는 상기 수신 신호(132)에 적어도 부분적으로 기초한다.
예를 들어, 상기 광 수신 장치(126)에 의해 수신되는 상기 광 빔(114)의 상기 부분(140)은 상기 공작물 지지부(102)의 상기 회전 위치(138)와 관련된다. 일 예에서, 상기 제어기(128)에 의하여 판단되는 상기 공작물(104)의 상기 위치(134)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공작물 평면(106)을 따라 상기 지지 축(124)으로부터 상기 공작물의 상기 중심(136)의 2차원 오프셋(two-dimensional offset)을 포함한다. 상기 공작물(104)의 상기 위치(134)는 상기 지지 축(124)을 중심으로 상기 공작물(104) 또는 상기 공작물 지지부(102)의 상기 회전 위치(138)를 추가로 포함할 수 있고, 상기 지지 축을 중심으로 하는 상기 공작물의 상기 회전 위치는 상기 공작물의 에지 특징부(edge feature)(142)와 관련되며, 도 1의 상기 제어기(128)는 또한 상기 공작물의 상기 에지 특징부에 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 상기 위치를 판단하도록 구성된다. 예를 들어, 도 2의 상기 에지 특징부(142)는 상기 공작물(104)의 주변부(118)와 관련된 노치(notch), 플랫(flat) 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 3은 도 1의 상기 광 수신 장치(126)로부터의 상기 출력(164)에 대한 (예를 들어, 서보 모터 또는 도 1의 회전 장치(120)와 관련된 다른 장치에 의해 제공되는) 상기 회전 위치(162)의 구성(plot)(160)을 도시하고, 상기 공작물(104)의 상기 중심(136)은 (가령, 위치(168)에서 도 3에 도시된) 상기 광 빔(114)을 통한 상기 에지 특징부(142)의 상기 통과 및 상기 에지 특징부의 상기 치수들에 대한 지식을 나타내는 (상기 수신 신호(132)로부터) 출력 신호 곡선(output signal curve)(166)으로부터 외삽될(extrapolated) 수 있다.
따라서, 도 1의 상기 제어기(128)는 도 4의 상기 공작물 핸들링 시스템(172)에 도시된 로봇(170)에 제공될 수 있는 상기 공작물(104)의 상기 중심(136)과 관련된 오프셋 벡터 값(offset vector value)을 판단할 수 있다. 상기 로봇(170)은 예를 들어, 상기 오프셋 벡터 값에 기초하여 상기 공작물 지지부(102)로부터 상기 공작물(104)을 선택하도록 구성될 수 있어, 상기 공작물은 일반적으로 도 1의 공작물 정렬 시스템(100)으로부터 픽업될 때 지지 부재(support member)(174)에 대해 중심에 놓인다. 상기 공작물(104)의 상기 회전 위치는 상기 로봇(170)에 의해 선택(picked)되기 전에 상기 공작물 정렬 시스템(100)에 대해 상기 공작물을 회전 정렬하기 위해 추가로 이용될 수 있고, 공정 챔버(process chamber), 로드 락 챔버(load lock chamber), 이송 시스템(transfer system), 또는 상기 공작물의 처리에 이용되는 다른 장치와 같은 하나 이상의 스테이션들(one or more stations)(176)로 이송될 수 있다.
반도체 공정에 사용되는 탄화 규소(SiC) 웨이퍼들은 반투명(semi-transparent)하며 기존의 정렬기 센서들(aligner sensors)(가령, Omron에서 생산한 10mm 센서)가 일관되지 않은 결과를 만들어, 웨이퍼 핸들링 오류들(handling errors)과 정렬 실패(aligner failures)의 원인이 될 수 있다. 이러한 문제점들은 장치 웨이퍼들 및 상기 웨이퍼들이 더 투명할 때 더욱 두드러진다. SiC는 반투명하기 때문에, 기존 센서들의 상기 650nm 광은 상기 재료의 벌크(bulk)를 통과할 수 있어, 기존 수신기에 일관성이 없는 결과를 제공한다. 소자들(devices)이 존재하지 않는 상기 웨이퍼의 일부가 상기 광을 통과할 수 있게 하는 반면에, 상기 소자가 상기 광의 일부를 차단할 것이기 때문에, 이러한 결함들은 소자들이 상기 웨이퍼 상에 형성되거나 다른 방식으로 존재할 때 더 자주 발생한다. 이로 인해 상기 신호 판독(signal read-back)에서 상당한 변동들이 발생하여 상기 맞춤 곡선(fit curve)과 알고리즘이 기존 정렬기들을 사용해서는 상기 웨이퍼 중심과 방향을 찾기가 어렵다.
본 발명은 에지 검출 방식(edge detect scheme)과 관련하여 넓은 다 파장(wide, multi-wavelength)의 광 빔을 생성하도록 구성된 정렬 센서(aligning sensor)를 이용하며, 상기 정렬 센서의 감도는 추가로 조정 가능(adjustable)하다. 상기 정렬 센서는 상기 공작물에 대해 실질적으로 완만한 각도(shallow angle)로 배향되어, 본 발명의 상기 정렬 센서는 신호 판독의 안정성을 증가시킨다.
따라서, 본 발명은 투명 또는 반투명 재료들을 포함하는 공작물에 대해 감도 조정형 다중 파장 에지 검출 센서(multi-wavelength edge detect sensor)를 제공한다. 상기 센서는 교차 길이(intersection length)를 늘리기 위해 상기 공작물에 비해 완만한 각도로 장착된다. 예를 들어, 도 1의 상기 광 방출 장치(108)는 광의 다중 파장(가령, 레이저 광의 다중 파장들)을 방출하도록 구성되고, 상기 다중 파장들은 광의 단일 파장에 대해 불투명하거나 투명한 상기 공작물(104)의 재료 일관성(material consistency)과 관련된 문제를 개선한다. 따라서, 상기 광 수신 장치(126)(가령, 하나 이상의 광 수신기들)는 상기 광 방출 장치(108)의 상기 에지로부터 상기 공작물(104)의 상기 에지 또는 주변부(118)까지의 거리를 판단하기 위해 상기 다중 파장들의 광을 수신하도록 구성되고, 상기 공작물을 통과하고 상기 광 수신 장치에 의해 수신되는 임의의 광을 무시(ignore)하도록 구성된다.
따라서, 상기 공작물(104)에 걸쳐 다양한 투명도를 가지더라도, 본 발명에 의해 안정적인 판독이 제공된다. 상기 공작물(104)과 같은 투명한 물체의 상기 에지는 예를 들어 상기 오브젝트의 상기 벌크 또는 나머지보다 낮은 투과율 특성들을 가질 수 있다. 이와 같이, 상기 광 수신 장치의 상기 감도는 상기 공작물(104)의 상기 에지 또는 주변부(118)를 식별하고, 상기 벌크(bulk) 또는 나머지(remaining) 내부 부분들을 무시하여, 상기 에지 검출과 관련하여 보다 안정적인 신호들을 생성하도록 조정되거나 달리 제어될 수 있다. 또한, 상기 광 수신 장치(126)(가령, 센서)를 상기 공작물(104)에 대해 완만한 각도(shallow angle)로 위치시킴으로써, 상기 광(114)(가령, 레이저 광)은 상기 공작물의 더 긴 길이 또는 단면을 통해 투과되어, 상기 광 수신 장치(126)로 투과되는 광의 양이 적다. 따라서, 상기 광(114)이 상기 공작물의 준 투명 부분(quasi-transparent portion)을 통과하는 경우와 상기 광이 상기 공작물과 교차하지 않는 경우 사이에서 신호 세기 차이(signal intensity difference)가 유리하게 증가하고, 이로써 상기 공작물의 상기 위치를 식별하기 위한 보다 정확하고 반복 가능한 메커니즘을 제공한다.
따라서, 본 발명은 도 5에 도시된 예를 참조하면, 다중 파장(multiple-wavelength), 다중 수신기(multiple-receiver), 감도 조정형 정렬 장치(sensitivity alignment apparatus)(200)를 제공하여, 상기 방출 장치(108) 및 수신 장치(126)는 상기 공작물(104)(웨이퍼라고도 함)에 대해 완만한 각도(shallow angle)(202)로 장착된다. 따라서, 상기 완만한 각도(202)로 인해, 도 6에 도시된 바와 같이, 더 큰 두께(larger thickness)의 공작물(104)이 상기 광(114)을 차단하여 상기 신호 판독이 평활하고(smooth) 일관된다(consistent). 예를 들어, 광(114)의 다수의 파장들은 상기 정렬 장치(200)의 상기 방출 장치(108) 및 수신 장치(126)에 의해 각각 방출 및 수신된다. 예를 들어, 다양한 재료들은 상기 재료 특성들에 기초하여 광(114)의 상이한 파장들에 투명하다. 다수의 파장들을 사용함으로써, 상기 정렬 장치(200)에 의해 방출 및 수신된 광(114)의 상기 나머지 파장들에 의해 특정 재료가 단일 파장에 대해 완전히 투명할 가능성이 완화된다. 예를 들어, 상기 다수의 파장들은 상기 상이한 파장들에 대해 상기 광(114)이 어떻게 수신되는지의 변화를 판단하는데 사용된다.
따라서, 상기 방출 장치(108) 및 수신 장치(126)에 의해 광의 다수의 파장들이 투과 및 수신되고, 상기 다수의 파장들에 걸친 상기 광 세기의 변화(예를 들어, 수신된 광의 백분율)가 식별된다. 상기 다수의 파장들을 조사하고 세기 값들에서 변화하는 상기 파장들을 식별함으로써, 다른 세기들이 일정하게 유지되더라도 상기 재료가 특정 파장에 대해 불투명한지에 대한 판단이 이루어질 수 있다.
본 발명은 상기 광이 상기 공작물 평면으로부터 대략 60도 내지 90도에서 상기 웨이퍼를 통과하는 종래의 센서와는 달리, 상기 공작물(104)의 상기 공작물 평면(106)에 대해 상기 완만한 각도(202)에서 상기 방출 장치(108) 및 수신 장치(126)를 효과적으로 제공한다. 상기 완만한 각도(202)는 예를 들어, 상기 공작물 평면(106)에 대해 대략 30도 미만일 수 있다. 도 6에 도시된 완만한 각도(202)를 제공함으로써(예를 들어, 상기 공작물 평면(106)으로부터 대략 5도에서 상기 공작물(104)을 교차함), 상기 광(114)은 상기 공작물 평면(106)에 수직하게(perpendicular) 지향되는 경우보다 상당히 큰 상기 공작물의 길이(length)(204)를 통과한다. 예를 들어, 상기 공작물(104)이 상기 방출 장치(108)에 의해 방출된 상기 광(114)에 대해 10% 내지 30% 투명하더라도, 상기 광이 통과하는 상기 공작물의 상기 길이(204)를 증가시키는 것은 상기 장치(200)의 상기 감도를 효과적으로 증가시킨다.
또한, 상기 광(114)의 상기 다수의 파장들과 상기 방출 장치(108) 및 수신 장치(126)(집합적으로 센서들이라고 함)가 위치되는 상기 완만한 각도(202)와 연계(conjunction)하여, 에지 검출 특징이 추가로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 에지 검출 특징부는 도 7에 도시된 상기 광 빔(114)의 미리 결정된 폭(206)에 걸친 신호의 제1감소(first decrease)를 식별하고, 이어서 저편에(beyond) 또는 하류(downstream)의 (예를 들어, 상기 공작물(104)의 상기 중심(136)에 더 가까운) 임의의 광이 상기 공작물(104)에 의해 차단된다고 가정한다. 또한, 상기 광(114)의 부분(208)이 공작물(104)의 상기 재료의 벌크(210)를 통과하더라도, 본 발명의 상기 에지 검출 특징부는 광의 그 부분을 무시하도록 구성될 수 있다. 본 예에서, 상기 방출 장치(108)에 의해 형성되고 상기 광 수신 장치에 의해 수신된 상기 광 빔(114)은 일반적으로 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 리본 형상(ribbon-shaped)이다.
일례로, 도 7에 도시된 상기 방출 장치(108) 및 상기 수신 장치(126)는 선외 범위(outboard extent)(210)에서 선내 범위(inboard extent)(212)까지 (예를 들어, 28mm의 거리) 상기 광 빔(114)의 상기 폭(206)을 제공하도록 구성된다. 상기 방출 장치(108)는 예를 들어, 그 폭(206)을 걸쳐 전송 신호(transmitted signal)(214)(예를 들어, 전체 신호 강도 또는 100% 신호)로 상기 선외 범위(210)로부터 상기 선내 범위(212)까지 상기 수신 장치(126)를 향해 상기 광 빔(114)을 투과하도록 구성된다. 상기 수신 장치(126)는 상기 선외 범위(210)로부터 상기 선내 범위(212)까지 미리 결정된 증분들(increments)(예를 들어, 1mm 증분들)로 상기 광 빔(114)을 수신하여, 수신 신호(received signal)(216)가 상기 미리 결정된 증분들 각각과 관련되도록 구성된다.
본 예에서, 상기 수신 장치(126)에 의해 수신된 상기 광 빔(114)의 상기 수신 신호(216)는 상기 선외 영역(210)으로부터 상기 공작물(104)의 주변부(118)와 관련된 에지 위치(218)(가령, 0-18mm)까지의 상기 제1신호(214) (가령, 전체 신호 강도)와 실질적으로 동일하다. 상기 광 빔(114)이 상기 에지 위치(218)로부터 상기 선내 범위(212) (가령, 18mm-28mm)까지 상기 공작물(104)과 교차할 때, 상기 공작물(104)의 상기 벌크(210)를 통과하는 상기 광(114)의 상기 부분(208)은 이에 따라 (가령, 상기 공작물(104)의 상기 투과율과 관련된 신호 강도가 80%, 60% 등으로 감소) 상기 수신 신호(216)를 감소시킨다.
일 예에서, 상기 방출 장치(108) 및 상기 수신 장치(126)는 원하는 트리거 포인트(desired trigger point)에 대한 조정을 허용하도록 구성된 조정 가능한 감도(adjustable sensitivity)를 가진다. 예를 들어, 상기 광 빔(114)과 관련된 상기 수신 신호(216)가 상기 선외 범위(210)로부터 18mm에서 상기 투과 신호(214)의 100%에서 상기 투과 신호의 50%로 감소하면(가령, 상기 수신 신호의 "단계"), 상기 공작물(104)의 상기 에지 또는 주변부(118)와 관련된 상기 에지 위치(218)는 상기 선외 범위(210)로부터 18mm에 있는 것으로 판단될 수 있다. 또한, 상기 에지 위치(218)와 관련된 이러한 수신 신호(216)는 상기 에지 위치로부터 상기 선내 범위(212)(가령, 상기 선외 범위(210)에서 18mm ~ 28mm)까지의 임의의 수신 신호가 상기 공작물(104)에 의해 차단(blocked)되거나 방해(interrupted)받는 것으로 가정될 수 있도록 상기 장치(200)를 교정하는데 이용될 수 있다. 따라서, 상기 광 빔(114)이 상기 공작물(104)의 상기 재료의 상기 벌크(210)를 통과하여 상기 투과 신호(214)의 50%에서 수신되더라도, 이와 관련된 상기 수신 신호(216)는 상기 공작물에 의해 차단(blocked)되고 무시(ignored)되는 것으로 가정될 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 공작물(104)이 회전함에 따라, 상기 에지 위치(218)는 변경될 수 있고, 상기 수신 신호(216)는 상기 공작물 지지부(102) 상의 상기 공작물의 상기 위치(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 공작물 지지부의 상기 지지 축(124)에 대한 상기 공작물의 상기 중심(136))에 기초하여 변할 수 있다. 이와 같이, 도 1의 상기 제어기(128)는 도 7의 상기 에지 위치(218) 및/또는 상기 공작물(104)의 중심(136)을 판단하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 공작물(104)의 상기 에지(118)를 검출하기 위해, 상기 수신 장치(126)는 다수의 수신기들을 통해 수신된 상기 광 빔(114)의 백분율을 각각 결정하도록 구성된 상기 다수의 수신기들(plurality of receivers)을 포함할 수 있고, 상기 에지 위치(218)는 상기 수신 신호(216)를 상기 광 빔(114)의 상기 폭(206)을 따라 미분(differentiating)함으로써 결정된다. 예를 들어, 상기 수신 장치(126)의 상기 다수의 수신기들 중 처음 5번째가 상기 투과 신호(214)의 100%에서 수신 신호(216)를 생성하고, 상기 다수의 수신기들 중 6번째가 상기 전송 신호의 백분율로 감소시키면, 상기 공작물(104)의 상기 에지(118)는 상기 다수의 수신기들 중 상기 6번째 수신기와 관련된 위치에서 검출된 것으로 판단될 수 있고, 상기 선내 범위(212)를 향한 임의의 수신 신호는 상기 공작물에 의해 차단되는 것으로 가정될 수 있다.
도 8은 센서 장치(sensor apparatus)(230)가 상기 방출 장치(108) 및 상기 수신 장치(126)를 포함하는 다른 예를 더 도시한다. 본 예에서, 상기 수신 장치(126)는 각각의 다수의 신호들(236)을 제공하도록 구성된 어레이(234)에 배치된 다수의 센서 셀들(sensor cells)(232)을 포함한다. 도 9a 내지 도 9c는 다양한 투과율들을 가지는 도 8의 여러 공작물들(104)과 관련된 상기 다수의 신호들(plurality of signals)(236)의 예를 도시하여, 화살표(238)의 방향으로 진행할 때 상기 다수의 신호들이 도시된다 (예를 들어, 상기 센서 장치(230)는 고정식(stationary)이며, 28mm 스팬(span)에 걸쳐 배치된 상기 다수의 센서 셀들(232A-232n)을 가지며, 여기서 n은 임의의 양의 정수이다).
도 9a는 도 8의 공작물(104)에 대한 상기 다수의 신호들(236)의 예를 도시하고, 상기 공작물은 불투명하다(가령, 빛이 공작물을 투과하지 않음). 상기 공작물(104)의 상기 에지(118)는 본 예에서, 센서 셀들(232A… 232n)의 상기 어레이(234) 사이의 절반 위치에 있는 위치(240)에 있는 것으로 표시되어, 상기 센서 셀들의 절반이 "켜짐(on)"(예시 목적으로 음영 처리되지 않은 것으로 도시된 센서 셀들)이고 절반이 "꺼짐(off)"(예시 목적으로 음영 처리된 것으로 도시된 센서 셀들)이다.
도 9b는 도 8의 다른 공작물(104)에 대한 상기 다수의 신호들(236)의 예를 도시하고, 상기 공작물은 투명한 재료로 구성되거나 그 위에 다양한 소자들이 형성되는 실리콘 카바이드(SiC) 공작물과 같이 다양한 투명성들을 가지는 재료(들)로 구성된다. (가령, 음영 처리되지 않은) 상기 센서 셀(232B)은 예를 들어, (가령, 광(114)은 상기 공작물을 통해 투과되고 센서 셀(232B)에 의해 수신되는 "차단" 아닌) 개방되어 있는 반면, (가령, 음영 처리된) 상기 센서 셀(232A)은 (가령, 광이 상기 공작물로 인하여 센서 셀(232A)에 의해 실질적으로 수신되는 것이 방해되는 "차단"인) 폐쇄되어 있다. 예를 들어, 도 8의 상기 공작물(104)은 다양한 광선 위치들에서 일부 상기 광 빔(114)을 통과시키면서 일부 상기 광 빔을 차단하고 있다. 따라서, 상기 공작물(104)이 고정된 위치에 있을지라도, (가령, 상기 공작물 상의 상기 소자들(devices)이 이를 통한 광의 투과를 차단함으로써) 센서 셀들(232A… 232n)의 상기 어레이(234)를 따라 다양한 백분율의 상기 광 빔(114)이 수용된다.
다른 예에 따르면, 상기 센서 출력 값은 상기 총 센서 셀들(232) 수와 상기 광 빔(114)으로부터 신호를 수신하는 셀들 수 사이의 비이다. 예를 들어, 20개의 센서 셀들(232A-232n)을 가지는 도 9a에서, 10개의 센서 셀들이 차단되고 10개의 신호 셀들이 수신된다. 따라서, 10개를 총 20개의 센서 셀들(232)로 나눈 값은 수신된 도 8의 총 투과 신호(240)의 50%이다.
도 9b에서, 상기 화살표(238)의 방향으로 진행할 때, 일부 상기 광이 상기 공작물을 통해 투과되기 때문에, 10개의 센서 셀들(232K-232T)에 대한 신호가 수신되고, 센서 셀(232K)이 차단된 후, 센서 셀(232I) 등에서 신호가 수신된다. 상기 공작물이 동일한 위치에 있더라도 소자들, 박막들 또는 상기 공작물의 부분과 같이 투명하지 않은 것과 같이, 20개의 수신기들 중 6개가 차단된다. 도 9c는 20개의 센서 셀들 중 5개가 차단되는 상기 공작물을 통한 부분 투과를 나타내는 센서 셀들(232A-232n)의 다른 예를 도시한다.
전술한 상기 에지 검출 방식은 상기 화살표(238)와 동일한 방향으로 볼 때 차단된 상기 제1센서 셀(232)을 판단하여, 상기 차단된 셀을 넘어 진행하는 추가 센서 셀들도 차단되는 것으로 가정된다. 광의 부분들이 상기 제1차단된 센서 셀(232) 너머로 상기 공작물을 통해 투과되더라도, 이러한 센서 셀들은 또한 자동적으로 차단된 것으로 가정된다. 그러나, 도 1의 상기 공작물(104)이 회전함에 따라, 예를 들어 상기 에지(118)의 상기 위치가 변경될 수 있다. 그러나, 상기 에지(118)는 적어도 상기 광(114)의 일부를 차단한다.
따라서, 본 발명은 상기 센서들의 도 6에 도시된 상기 완만한 각도(202)뿐만 아니라 상기 광(114)의 다수 파장들, 및 상기 공작물(104)의 상기 에지(118)를 보다 정확하게 판단하기 위해 상기 센서들(가령, 상기 송신 장치(108) 및 상기 수신 장치(126))의 조정 가능한 감도들을 제공한다. 차단되는 도 8의 상기 제1센서 셀(232)은 상기 공작물(104) 상에 형성된 소자, 상기 공작물의 투명 재료 또는 기판, 또는 상기 에지(118)에 기인할 수 있다. 예를 들어, 투명한 재료조차도 100% 투명하지 않을 수 있어, 투과율이 낮은 경우에도 상기 재료는 여전히 소량의 광을 차단할 수 있다. 그러나, 상기 센서 셀들(232)의 상기 감도를 조정함으로써, 광의 미리 결정된 양, 예를 들어 방출된 광의 80%가 수신되지 않는 한, 센서 셀을 "만들거나" 활성화하지 않도록 명령이 제공될 수 있다. 이와 같이, 상기 공작물(104)의 상기 재료가 반투명하고 상기 광의 50%가 통과하더라도, 상기 센서 셀을 활성화하는 데 필요한 감도를 80%의 빛으로 조정할 수 있어, 50%가 차단되면 해당 센서 셀이 차단된 것으로 간주될 수 있다.
따라서, 본 발명은 공작물의 에지를 판단하기 위해 완만한 각도 센서들(shallow angle sensors), 가변 감도(variable sensitivity) 및 광의 다수 파장들(multiple wavelengths)의 조합(combination)을 제공한다.
다른 예시적인 측면에 따르면, 도 10의 공작물을 정렬하기 위한 방법(300)이 제공된다. 유의할 점은, 예시적인 방법이 본 명세서에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 도시되고 설명되지만, 본 발명은 그러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서에 의해 제한되지 않으며, 본 명세서에 따르면, 일부 단계들은 본 명세서에 도시되고 설명된 것과는 다른 순서로 및/또는 다른 단계들과 동시에 일어날 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법론을 구현하기 위해 도시된 단계들이 모두 필요한 것은 아니다. 또한, 상기 방법들은 여기에 도시되고 설명된 시스템뿐만 아니라 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 방법(300)은 동작(302)에서 시작하고, 공작물이 공작물 지지부 상에 배치된다. 동작(304)에서, 상기 광 빔은 제1경로를 따라 하나 이상의 파장들로 상기 공작물의 제1면을 향해 지향된다. 예를 들어, 상기 광 빔은 상기 공작물에 대해 완만한 각도로 투과되고, 상기 광은 상기 공작물의 두께보다 상당히 많은 양의 상기 공작물을 통과한다. 상기 광 빔은 또한 상기 공작물의 주변을 향해 지향되고, 동작(306)에서 상기 공작물은 지지 축을 중심으로 회전된다. 상기 동작(308)에서 상기 광 빔은 상기 공작물의 상기 회전과 동시에 수신된다. 상기 동작(310)에서 상기 광 빔의 감도는 원하는 신호를 제공하도록 제어 또는 조정된다. 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 위치는 동작(312)에서 추가로 판단된다. 동작(312)에서 상기 공작물의 상기 위치의 상기 결정은 상기 지지 축을 중심으로 상기 공작물의 회전 위치 및 수신되는 상기 광 빔에 적어도 부분적으로 기초하며, 상기 광 빔은 상기 센서의 상기 제어된 감도 및 상기 공작물의 투과율에 따라 비례한다(proportioned).
본 발명이 특정 바람직한 실시 예 또는 실시 예와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부 도면을 읽고 이해하면 당업자에게 동등한 변경 및 수정이 일어날 것이라는 것은 명백하다. 특히 전술한 구성 요소들(조립체들, 소자들, 회로들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 이러한 구성 요소들을 설명하기 위해 사용된 용어들("수단들" 참조 포함)은, 달리 나타내지 않는 한, 여기에 예시된 본 발명의 예시적인 실시 예들에서 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 동등한) 개시된 구조와 구조적으로 동일하지는 않지만, 달리 지시되지 않는 한, 설명된 구성 요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성 요소에 대응하도록 의도된다. 또한, 본 발명의 특정 특징은 몇몇 실시 예들 중 하나에 대해서만 개시되었을 수 있지만, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 응용에 바람직하고 유리할 수 있는 다른 실시 예의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 지지 축(support axis)을 가지는 공작물 지지부(workpiece support) - 상기 공작물 지지부는 공작물 평면(workpiece plane)을 따라 공작물을 선택적으로 지지하도록 구성됨 -;
    상기 공작물 평면의 제1면(first side)을 향한 경로를 따라 하나 이상의 파장들(one or more wavelengths)로 광 빔(beam of light)을 지향(direct)시키도록 구성된 광 방출 장치(light emission apparatus) - 상기 광 빔은 리본 형상(ribbon-shaped)이고, 그와 관련된 폭(width)을 가지며, 상기 경로는 상기 공작물의 주변 영역(peripheral region)과 관련되고, 상기 경로는 상기 공작물 평면에 대해 완만한 각도(shallow angle)에 있음 -;
    상기 경로를 따라 위치되고 상기 공작물 평면의 제2면(second side)에서 상기 광 빔을 수신(receive)하도록 구성되는 광 수신 장치(light receiver apparatus) - 상기 제2면은 상기 제1면에 대향하고(opposite), 상기 광 수신 장치는 상기 광 빔의 상기 폭을 따라 상기 광 빔의 각 다수의 부분들을 수신하도록 구성된 다수의 센서 셀들(sensor cells)을 포함하며, 상기 다수의 센서 셀들은 상기 광 빔의 상기 각 다수의 부분들과 관련된 다수의 수신 신호들(received signals)을 정의하도록 구성됨; 및
    상기 공작물이 상기 경로와 교차할(intersect) 때 상기 다수의 수신 신호들의 미분(differentiation)에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 지지 축에 대해 상기 공작물의 에지(edge)를 판단하도록 구성되는 제어기(controller) - 상기 제어기는 상기 공작물의 투과율(transmissivity)에 기초하여 상기 광 수신 장치의 감도(sensitivity)를 제어하도록 구성됨;
    을 포함하는,
    공작물 정렬 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공작물 지지부에 동작 가능하게 결합되고, 상기 지지 축에 대해 상기 공작물 지지부를 선택적으로 회전시키도록 구성되는 회전 장치(rotation device) - 상기 공작물은 상기 공작물의 상기 에지와 관련된 에지 특징부(edge feature)를 포함하고, 상기 제어기는 상기 에지 특징부가 상기 경로와 교차할 때 상기 공작물 지지부의 회전 위치 및 상기 다수의 수신 신호들의 상기 미분에 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 위치를 판단하도록 추가로 구성됨 -;
    을 추가로 포함하는,
    공작물 정렬 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 파형(waveform)을 판단하도록 추가로 구성되고,
    상기 파형은 상기 공작물 지지부의 다수의 회전 위치들에서 상기 광 수신기에 의해 수신된 상기 광 빔의 상기 다수의 부분들에 의해 정의되며, 그리고
    상기 제어기는 상기 파형에 기초하여 상기 지지 축에 대해 상기 공작물의 상기 위치를 판단하도록 추가로 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 공작물의 상기 투과율에 기초하여 상기 파형을 비례(proportion)시키도록 추가로 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 완만한 각도는 상기 공작물 평면으로부터 대략 5도인,
    공작물 정렬 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 방출 장치는 상기 하나 이상의 파장들로 상기 광 빔을 투과(transmit)시키도록 구성되는 레이저(laser)를 포함하는,
    공작물 정렬 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 광 빔의 상기 폭의 선외 범위에서 선내 범위까지 보면 상기 다수의 수신 신호들의 제1차단(first blockage)을 판단하도록 구성되고,
    상기 제어기는 상기 제1차단을 넘어서 정의되는 상기 다수의 수신 신호들 중 임의의 신호를 선택적으로 무시(ignore)하도록 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  8. 공작물과 관련된 공작물 평면(workpiece plane)의 제1면(first side)을 향한 경로를 따라 하나 이상의 파장들(one or more wavelengths)로 광 빔(beam of light)을 지향(direct)시키도록 구성되는 광 방출 장치(light emission apparatus) - 상기 경로는 상기 공작물의 주변 영역(peripheral region)과 관련되고, 상기 경로는 상기 공작물 평면에 대해 완만한 각도(shallow angle)에 있음;
    상기 경로를 따라 위치되고 상기 공작물 평면의 제2면에서 상기 광 빔을 수신하도록 구성되는 광 수신 장치(light receiver apparatus) - 상기 제2면은 상기 제1면에 대향(opposite)함 -;
    상기 공작물 평면을 따라 상기 공작물을 선택적으로 지지하도록 구성되는 공작물 지지부(workpiece support);
    상기 공작물 지지부에 동작 가능하게 결합되고, 지지 축에 대해 상기 공작물 지지부를 선택적으로 회전시키도록 구성되는 회전 장치(rotation device); 및
    상기 공작물이 상기 공작물 지지부를 통해 회전하면서 상기 공작물이 상기 경로와 교차하는 경우, 상기 광 수신 장치에 의해 수신되는 상기 광 빔의 양(amount)에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 위치를 판단하도록 구성되는 제어기(controller) - 상기 제어기는 상기 공작물의 투과율(transmissivity)에 기초하여 상기 광 수신 장치의 감도(sensitivity)를 제어하도록 구성됨 -;
    을 포함하는,
    공작물 정렬 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 완만한 각도는 상기 공작물 평면에서 대략 5도인,
    공작물 정렬 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 방출 장치는 상기 하나 이상의 파장들로 상기 광 빔을 투과(transmit)시키도록 구성되는 레이저(laser)를 포함하는,
    공작물 정렬 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 방출 장치는 그것의 미리 결정된 폭을 가로질러 다수의 파장들로 상기 광 빔을 투과(transmit)시키도록 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 공작물의 상기 위치는 상기 공작물 평면을 따라 상기 지지 축으로부터 상기 공작물의 중심의 2차원 오프셋(two-dimensional offset)을 포함하는,
    공작물 정렬 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공작물의 상기 위치는 상기 지지 축에 대해 상기 공작물의 회전 위치(rotational position)를 추가로 포함하는,
    공작물 정렬 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공작물은 에지 특징부(edge feature)를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 공작물이 상기 공작물 지지부를 통해 회전하면서 상기 에지 특징부가 상기 경로와 교차하는 경우, 상기 광 수신 장치에 의해 수신되는 상기 광 빔의 상기 양에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 회전 위치를 판단하도록 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 파형(waveform)을 판단하도록 구성되고,
    상기 파형은 상기 공작물 지지부의 다수의 회전 위치들에서 상기 광 수신기에 의해 수신된 상기 광 빔의 상기 적어도 부분에 의해 정의되며,
    상기 제어기는 상기 파형에 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 상기 위치를 판단하도록 추가로 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 공작물의 상기 투과율에 기초하여 상기 파형을 비례(proportion)시키도록 추가로 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 수신 장치는 상기 광 빔의 폭을 따라 상기 광 빔의 각 다수의 부분들을 수신하도록 구성되는 다수의 센서 셀들(sensor cells)을 포함하고,
    상기 다수의 센서 셀들은 상기 광 빔의 각 다수의 부분들과 관련된 다수의 수신 신호들을 정의하도록 구성되며, 그리고
    상기 제어기는 상기 다수의 수신 신호들 중 하나 이상을 선택적으로 무시함(ignoring)으로써 상기 공작물의 에지를 판단하도록 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 광 빔의 상기 폭의 선외 범위에서 선내 범위까지 보면 상기 다수의 수신 신호들의 제1차단을 판단하도록 구성되고;
    상기 제어기는 상기 제1차단을 넘어서 정의된 상기 다수의 수신 신호들 중 임의의 신호를 선택적으로 무시하도록 구성되는,
    공작물 정렬 시스템.
  19. 공작물을 정렬하는 방법으로서,
    상기 공작물을 공작물 지지부에 배치하는(placing) 동작;
    광 빔을 다수의 파장들로 제1경로를 따라 상기 공작물의 제1면을 향해 지향시키는(directing) 동작 - 상기 경로는 상기 공작물의 평면에 대해 완만한 각도(shallow angle)에 있음 -;
    지지 축에 대해 상기 공작물을 회전시키는(rotating) 동작;
    상기 공작물의 상기 회전과 동시에 상기 공작물을 향해 상기 공작물의 제2면으로 투과되는 상기 광 빔을 수신하는(receiving) 동작; 및
    상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 회전 위치 및 수신되는 상기 광 빔, 상기 공작물의 에지의 검출, 및 상기 광 빔의 제어된 감도에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 위치를 판단하는(determining) 동작;
    을 포함하는,
    공작물 정렬 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 상기 위치를 판단하는 동작은, 상기 지지 축에 대한 상기 공작물의 회전 위치(rotational position) 및 상기 지지 축으로부터 상기 공작물의 중심의 2차원 오프셋(two-dimensional offset) 중 하나 이상을 판단하는 동작을 포함하는,
    공작물 정렬 방법.
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