KR20210000718A - 반도체 처리용 무선 기판형 가르침 센서 - Google Patents

반도체 처리용 무선 기판형 가르침 센서 Download PDF

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KR20210000718A
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페리스 제이. 첸
데이비드 더블류. 듀케테
로버트 엠. 마크
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사이버옵틱스 코포레이션
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Abstract

로봇 기판 처리 시스템에 이동 좌표를 가르치는 무선 기판형 센서(100)가 제공된다. 센서(100)는 로봇 기판 처리 시스템에 의하여 처리되는 기판과 같은 크기 및 형상화된 베이스부(104)를 포함한다. 전자 하우징(102)이 베이스(104)부에 결합된다. 파워 모듈(200)이 전자 하우징(102) 내에 배치되고, 센서(100)의 구성요소에 동력을 공급하도록 구성된다. 적어도 하나의 에지 카메라(108, 110, 112, 114)가 무선 기판형 센서(100)의 베이스부(104)의 에지(116) 가까이에 배치된다. 상기 적어도 하나의 에지 카메라(108, 110, 112, 114)는 무선 기판형 센서(100)의 적어도 하나의 에지 카메라(108, 110, 112, 114)의 시계 내의 대상의 정렬부를 영상화하는 시계를 갖는다. 제어기(206)는 전자 하우징(102) 내에 배치되고, 적어도 하나의 에지 카메라(108, 110, 112, 114)에 결합된다. 상기 제어기(206)는 적어도 하나의 에지 카메라(108, 110, 112, 114)로부터 이미지를 얻고, 정렬부(132)의 위치를 결정하고, 로봇 기판 처리 시스템에 결정된 위치를 제공하도록 구성된다.

Description

반도체 처리용 무선 기판형 가르침 센서
본 발명은 로봇 기판 처리 시스템에 이동 좌표를 가르치는 무선 기판형 센서에 관한 것이다. 모든 현대의 전자부품은 실질적으로 집적회로를 사용한다. 이들 집적회로는 반도체 처리 설비에서 실리콘과 같은 반도체 물질을 사용하여 제조된다. 반도체는 잠재적으로 수백 또는 수천의 집적회로로 처리되는 일반적으로 둥근, 얇은 웨이퍼 형태로 제공된다.
반도체 처리 설비는 처리 챔버 내부의 물질을 처리하기 위하여 자동화된 로봇을 사용한다. 웨이퍼는 높은 정밀도 및 반복 가능성으로 처리되도록 배치되어야 한다. 웨이퍼는 파편(debris)을 생성할 수 있는 충돌을 피하기 위하여 그들의 저장 장소에 조심스럽게 복귀되어야 하고; 파편 또는 먼지는 처리 수율에 중요한 네가티브 영향을 가질 수 있으므로 매우 깨끗한 처리환경이 필요하다.
반도체 처리를 위한 웨이퍼 처리 시스템은 여러 형태를 가질 수 있다. 이들 시스템은 웨이퍼를 저장 포드(storage pod)로부터 이동, 웨이퍼를 처리 스테이션으로 이동, 웨이퍼를 처리 스테이션들 사이로 이동 그리고/또는 처리된 웨이퍼를 포드에 복귀하기 위하여 사용된다. 전형적으로, 웨이퍼 처리 시스템은 웨이퍼 제거/치환을 위하여 포드로 삽입되는 형상 및 크기로 되어 있는 앤드 이펙터(end effector)를 갖는 로봇 팔(robotic arm)을 포함한다. 앤드 이펙터는 웨이퍼가 이동중에 미끄러지거나 이전되지 않도록 웨이퍼를 쥐거나(gripping) 점착하는(adhering) 진공 시스템을 포함한다.
앤드 이펙터는 정밀하게 위치되어야 한다. 웨이퍼 처리 시스템에서의 위치 에러는 웨이퍼, 앤드 이펙터 및/또는 반도체 처리 시스템의 다른 구성요소 사이의 부주의한 접촉을 초래할 수 있다. 작은 충격이라도 다른 웨이퍼를 오염시킬 수 있는 입자를 이동시켜 매우 비싼 폐물(scrap)을 발생할 수 있다.
일부 처리 단계에서, 웨이퍼 표면의 전역에서 균일한 처리 결과를 보장하기 위하여 웨이퍼를 매우 정확하게 처리 도구의 중심에 두는 것이 필요하다. 따라서, 처리 시스템 위치 에러는 최소화되어야 한다.
반도체 처리 동안에, 일반적으로 웨이퍼는 '처리 척(chuck)' 이라 불리는 플랫홈으로 이동하거나 정확히 위치되어야 한다. 처리 척은 하나 이상의 처리 단계 동안에 웨이퍼를 유지하는 장치이다. 처리 척은 종종 웨이퍼의 크기 및 원형 형상에 유사하다. 처리 척은 또한 웨이퍼가 처리 척 위에 위치하면 진공을 사용하여 거기에 획실히 유지될 수 있도록 진공 개구(apertures)를 가질 수 있다. 만약 웨이퍼가 처리 척 위에 부정확하게 위치하면, 웨이퍼의 에지 다이(edge dies)가 정확하게 처리되지 않는다. 이들 다이는 결함을 갖고, 수율의 손실을 초래한다. 이온 에칭(etching) 및 다른 단계와 같은 일부 처리 단계에서, 척은 처리 유도를 돕는 특별 측벽(side walls)을 포함할 수 있다. 웨이퍼는 처리가 성공적이기 위하여 측벽 내에 정확하게 위치되어야 한다.
위치 에러를 감소하기 위하여, 처리 도구, 웨이퍼 저장 및 이동 포드, 또는 모두에서 웨이퍼 처리 시스템을 알려진 마커(marker)에 대하여 주기적으로 재-정렬하는 것이 유용하다. 이는 일반적으로 웨이퍼 처리 시스템의 좌표 시스템과 반도체 처리 시스템의 좌표 시스템 사이의 불일치(disparities)를 감소 또는 제거하기 위한 웨이퍼 처리 시스템에 대한 웨이퍼 이동 좌표의 가르침(teaching) 이라고 불린다. 상업적으로 이용 가능한 시스템이 미국 미네소타 골든밸리의 사이버옵틱스 코포레이션에 의하여 웨이퍼센스(WaferSense) ATS의 상품명으로 판매된다. 웨이퍼센스 ATS(자동-가르침 시스템)은 웨이퍼 처리 시스템에 대한 웨이퍼 이동(transfer) 좌표를 가르치는 것을 돕는 조정된 "눈(eye)"을 제공하는 기계 시각(vision)을 사용한다. 이 시스템은 웨이퍼와 같이 형상화된 센서를 사용하여 센서가 정확히 처리 웨이퍼와 같이 처리될 수 있다. 이 방식에서, 센서는 반도체 처리 시스템의 주위로 이동하여 처리 챔버를 여는 일 없이 로봇 핸드오프(handoffs)를 측정할 수 있다. 처리 챔버의 열고 닫음은 생산에 비싸고 수 시간에서 수일의 긴 방해가 될 수 있다. 웨이퍼형 센서는 전-얼라이너스(pre-aligners) 및 로드 락스(load locks)와 같은 도달하기 어려운 스테이션에 접근할 수 있다. 웨이퍼센스 ATS 센서는 척 내의 중심 홀(central hole)과 같은 원형 타깃부를 인식하고, 기계 시각 및 그에 탑재된 신호 처리를 사용하여 센서의 교정된 기하학적 중심으로부터 타깃부의 중심까지의 X-Y-Z 옵셋(offset)을 측정한다. ATS 센서는 장비 사용자가 장비 유지 동안에 처리 챔버를 여는 일 없이 시간을 절약하는 것을 가능하게 하고, 정확한 로봇 가르침은 웨이퍼가 처리 척의 중심으로 정확하게 이동되는 것을 보장한다.
현재의 ATS 센서는 웨이퍼와 척 사이의 편차 계산을 위하여 센서를 사용할 수 있도록 웨이퍼 척의 중심의 둥근 형상의 타깃을 필요로 한다. 또한, 로봇 블레이드(blade) 또는 앤드 이펙터는 차단되지 않은 개구(opening) 또는 포트가 필요하고, ATS 센서의 카메라는 그를 통하여 처리 척의 둥근 형상을 찾아낼 수 있다. 그러나, 반도체 처리 장비의 상당한 %(∼＞70%)는 처리 척 상에 둥근 형상 타깃을 갖지 않고, 앤드 이펙터는 요구되는 중심 개구를 갖지 않는다. 이들 경우에, 현재의 ATS 센서는 제한되고, 웨이퍼 처리 시스템에 웨이퍼 이동 좌표를 가르치기에 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 처리 척의 중심 개구 없이 또는 앤드 이펙터의 중심 개구 없이 가르침 기능을 수행할 수 있는 웨이퍼 처리 시스템을 위한 자동 가르침 센서를 제공하는 것이 유익하다. 이러한 센서는 더 많은 응용에 도달하는 자동 웨이퍼 이동 좌표 가르침의 이익을 가능하게 한다.
본 발명은 로봇 기판 처리 시스템에 이동 좌표를 가르치는 무선 기판형 센서를 제공한다.
본 발명의 센서는 로봇 기판 처리 시스템에 의하여 처리되는 기판과 같은 크기 및 형상화된 베이스부(base portion)를 포함한다. 전자 하우징(electronics housing)이 베이스부에 결합된다. 파워 모듈이 전자 하우징 내에 배치되고, 센서의 구성요소에 동력을 공급하도록 구성된다. 적어도 하나의 에지 카메라가 무선 기판형 센서의 베이스부의 에지 가까이에 배치된다. 상기 적어도 하나의 에지 카메라는 무선 기판형 센서의 적어도 하나의 에지 카메라의 시계 내의 대상의 정렬부(features)를 영상화하는 시계(field of vies)를 갖는다. 제어기는 전자 하우징 내에 배치되고, 적어도 하나의 에지 카메라에 결합된다. 상기 제어기는 적어도 하나의 에지 카메라로부터 이미지(image)를 얻고, 정렬부의 위치를 결정하고, 로봇 기판 처리 시스템에 결정된 위치를 제공하도록 구성된다.
본 발명은 처리 척의 중심 개구 없이 또는 앤드 이펙터의 중심 개구 없이 가르침 기능을 수행할 수 있는 웨이퍼 처리 시스템을 위한 자동 가르침 센서를 제공한다. 본 발명의 센서는 더 많은 응용에 도달하는 자동 웨이퍼 이동 좌표 가르침의 이익을 가능하게 한다.
도 1a- 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 척 에지 탐지를 갖는 기판형 센서의 개략도이다.
도 2는 에지 카메라의 시계(field of vies: FOV)에서 척 에지의 일부를 영상화하는 개선된 센서의 에지 카메라의 개략도이고, 시계는 점원(point source)으로 도시되었다.
도 3은 정확한 범위의 결정을 위하여 센서에 의하여 처리된 후속(subsequent) 이미지를 갖는 카메라에 의하여 영상화될 수 있는 구조 광의 예를 나타내는 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 무선 웨이퍼 형상 가르침 센서의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 처리 로봇을 가르치는 방법의 흐름 도표이다.
알려진 반도체 처리 도구용 자동-가르침 시스템은 일반적으로 처리 척(웨이퍼 플랫홈) 상의 단일, 중심에 있는 원형 대상을 찾는 단일, 중심 카메라를 채용한다. 이 카메라는 센서 몸체에 거의 완전하게 일직선으로 아래로 수직하다. 카메라 이미지에 원형 대상을 배치하고 그 중심을 교정된 센서 중심과 비교하는 비교적 단순한 처리가 사용되었다. 조명이 카메라의 시계(FOV)를 둘러싸는 링 라이트(ring right)에 의하여 제공된다.
본 발명에 기술한 실시예에서, 반도체 처리 도구용 자동-가르침 무선 기판형 센서는 센서의 외부 에지 가까이에 위치한 복수의 카메라와 함께 제공된다. 본 발령의 새로운 시스템과 방법은 처리 척의 물리적 에지를 보고, 그 위치 및/또는 센서에 대한 곡률(curvature)을 측정하는, 센서의 외부 에지 가까이에 위치한 하나 이상의 카메라를 사용한다. 하나 이상의 에지 카메라에 보이는 정렬 마크(alignment marks)가 척 에지 대신에 또는 그에 더하여 사용될 수 있다. 이들 카메라는 중심 카메라 없이 사용될 수 있고, 또는 중심 카메라에 추가하여 사용될 수 있다. 이들 에지-가시(viewing) 카메라의 가시 거리(line of sights)는 센서와 명목상 동일 직경인 처리 척의 에지를 보기 위하여 상대적으로 많은 가시 각도(viewing angle)를 수용해야 한다. 이 가시 각또는 가로 위치(XY)를 카메라로부터 처리 척까지의 거리(Z 또는 범위)에 강하게 결합하므로, 정확한 XY를 보고하기 위하여 Z(범위)를 정확하게 아는 것이 중요하다. 본 발명의 일 실시예에서, Z 범위 측정은 구조 조명에 의하여 수행되고, 각각의 에지 카메라는 일종의 구조 광을 채용하는 조명기에 짝지워지고 그에 의하여 교정되는 것이 중요하다. 이 구조 광 그리고 카메라와 조명기의 교정은 척 에지에 대한 정확한 범위의 결정 그리고 그 범위의 작은 변화에 의하여 발생한 가로 시프트의 보상을 가능하게 한다. 이는 또한 에지 카메라 위치에서 무선 기판형 센서와 처리 척 표면 사이의 정확한 Z(분리)를 계산하고 보고하는 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 실시예는 카메라에서 척까지의 범위를 결정하는 다른 방법을 사용할 수 있다.
카메라 시계는 각각의 시계의 위치를 모든 다른 시계 및 센서의 단일 전체 좌표 시스템에 정확하게 관련시키기 위하여 추가적으로 교정되어야 한다. 중심 카메라의 시계와 같은 하나의 카메라 시계가 단일, 전제 좌표 시스템을 정의하기 위하여 사용될 수 있다. 선택적으로, 단일, 전체 좌표 시스템은 센서의 외부 에지, 정렬 노치(notches) 및 정렬 홀(holes)과 같은 센서의 물리적 특징에 근거하여 정의될 수 있다.
본 발명에 기술된 실시예는 일반적으로 처리 척의 기하학적 특징(에지와 같은)을 영상화하기 위하여 기판형 센서에 위치한 복수의 카메라를 수단으로 사용한다. 따라서, 중심, 원형 마커만을 사용하는 대신에 처리 척의 에지의 탐지 또는 에지 가까이의 다른 정렬 마킹을 사용하여 앤드 이펙터와 처리 척을 정렬하는 것이 가능하다. 무선 기판형 센서는 처리되는 웨이퍼에 유사한 형상 및 크기를 갖는다. 또한, 복수의 카메라의 시계 내의 다른 정렬부는 X & Y 거리 그리고 선택적으로 Z 거리 및 각도 배향을 자동으로 계산하고 앤드 이펙터를 중심이 되게 하고 재정렬하는 시스템의 기준으로 사용될 수 있다.
도 1a- 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 척 에지 탐지를 갖는 무선 기판형 센서의 개략도이다. 도 1a는 상면도를 나타내고, 도 1b는 측면도, 도 1c는 하면도를 나타낸다.
도 1a 및 도 1c는 내부에 전자부품(도 4에 상세하게 기술)을 수용하는 원형 상승부(102)가 있는 원형 형상을 갖는 무선 기판형 센서(100)를 나타낸다. 본 발명의 실시예는 일반적으로 기판형 센서는 원형 형상(원형 웨이퍼에 유사하게)을 갖는 것으로 기술되지만, 또한 다른 형상도 사용될 수 있다. 기판형 특징의 중요한 관점은 센서(100)가 기판이 처리될 때 기판과 같은 방식으로 처리 환경 내에서 이동하게 하는 것이다. 따라서 레티클(reticle) 처리 설비에서, 기판형 센서는 직사각형으로 형상화되어야 한다. 도 1a 및 도 1c에 나타낸 실시예에서, 센서(100)는 바람직하게는 처리되는 웨이퍼와 같은 동일 직경을 갖는 베이스부를 포함한다. 일 실시예에서, 300 mm 직경 웨이퍼를 처리하는 처리 시스템의 외부 직경은 300 mm 이다. 다른 실시에에서, 200 mm 웨이퍼를 처리하는 시스템의 베이스부는 200 mm 직경을 갖는다. 베이스부(104)는 바람직하게는 카본 파이버 또는 화학적으로 강화된 유리(미국 미시간 미드랜드의 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 입수 가능한 고릴라 유리(Gorilla Glass)와 같은 비교적 강한 물질로 만들어진다.
도 1c는 센서(100)의 외부 에지(116)에 배치한 4개의 추가 카메라(108, 110, 112, 114)와 함께 제공되는 중심 카메라(106)를 나타낸다. 센서(100)는 또한 하나 이상의 구조 조명원(도 2에 도시)을 포함한다. 바람직하게는 구조 조명기 또는 구조 조명원은 각각의 카메라(108, 110, 112, 114)에 제공된다. 도 1에 나타낸 실시예에서, 4개의 카메라(108, 110, 112, 114)는 센서(100)의 에지(116) 가까이에 거의 90°떨어져 배치된다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 실시예에 따라 더 많은 또는 더 적은 외부 카메라가 사용될 수 있는 것을 인식할 수 있다. 또한, 외부 에지 카메라(108, 110, 112, 114)는 서로로부터 균일하게 간격을 두지만, 또한 본 발명의 실시예는 카메라 사이의 간격이 동일하지 않게 실현될 수 있다.
도 2는 에지 카메라(108)의 시계(FOV)(134)에서 처리 척 에지(132)의 일부(130)를 영상화하는 무선 기판형 센서의 카메라(108)와 같은 에지 카메라의 개략도이고, 시계(FOV)(134)는 구조 조명기(136)에 의하여 조명된다(점원으로 개략 도시됨). 이 조명은 짝 지워지는 카메라와 조명기를 나타내기 위한 것이다. 앞에 기술한 바와 같이, 카메라와 조명 설비의 한 쌍은 카메라의 교정을 촉진하고 처리 척(138)의 에지(132)에 대한 범위의 정확한 결정을 허용한다. 카메라(108)는 시계의 유용한 이미지를 얻을 수 있는 임의의 적합한 장치일 수 있다. 카메라(108)는 단색(monochrome) 카메라 또는 칼라 카메라일 수 있다. 일반적으로 카메라(108)뿐만 아니라, 카메라(110, 112, 114)는 전하 결합 장치(charged coupled device: CCD) 또는 상보형 MOS(complementary metal oxide semiconductor; CMOS) 이미지 장치와 같은 영역 어레이 장치(area array devices)이다. 이들 카메라는 카메라 내의 어레이 상에서 이미지를 포커스하는(focus) 적합한 광학 시스템(미도시)을 포함하거나 결합될 수 있다.
도 3은 정확한 범위의 결정을 위하여 교정되고 사용될 수 있는 구조 조명의 매우 단순한 예를 나타내는 개략도이다. 도 3에서, 구조 조명은 단일 도트의 형태이다. 교정을 통하여, 도트(140)의 크기 및 명목 위치는 센서 제어기(도 4에 도시)에 알려진다. 카메라(108)와 같은 카메라에 의하여 도트(140)의 이미지가 얻어지면, 이미지 내의 도트(140)의 보이는 크기 및 위치와 알려진 교정 정보와의 대조는 카메라/조명기 쌍이 정확한 범위(대상에 대한 거리) 결정을 제공하는 것을 촉진한다. 카메라 이미지의 구조 광의 높이에 대한 위치는 교정되고, 이미지의 관찰된 위치는 정확한 Z 측정이 될 수 있게 처리될 수 있다. 도 3은 단순한 실시예를 나타내고, 당해 분야의 기술자는 이에 제한되지 않고 구조 조명 패턴이 여러 형태를 취할 수 있다는 것을 인식할 수 있다; 도트, 하나 이상의 도트, 단면, 원형, 복수 선, 사인곡선 변화 패턴, 다이아몬드 및 체커판(checkerboard).
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 무선 웨이퍼 형상 가르침 센서의 개략도이다. 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 원형 상승부(102) 내의 회로의 개략도이다. 도시한 바와 같이, 파워 모듈(200)은 바람직하게는 센서가 반도체 처리 설비 내를 이동할 때 센서(100)에 파워를 제공하기 위하여 배터리(202)를 포함한다. 바라직하게는 배터리(202)는 재충전 배터리이다. 파워 모듈(200)은 "모두에게(To All)" 로 표시한 화살표(204)에 나타낸 바와 같이, 센서(100)의 필요한 다양한 다른 구성요소에 파워를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 파워 모듈(200)은 텍사스 인스투루먼트(Texas Instrument)로부터 TPS 5602 상품명으로 입수 가능한 파워 관리 집적회로를 포함할 수 있다.
제어기(206)는 파워 모듈(200)에 결합되고 그로부터 파워를 받는다. 제어기(206)는 그에 결합된 카메라로부터 이미지 데이터를 얻기 위하여, 하드웨어, 소프트웨어 또는 그들의 결합을 통하여 프로그램적으로 지시를 수행하도록 구성된다. 제어기(206)는 센서 웨이퍼 외부의 수신 하드웨어에 이미지를 전송하는 통신회로를 채용하도록 구성될 수 있고, 이미지는 하드웨어에 저장되거나 처리될 수 있다. 바람직한 실시에에서, 센서 제어기는 기준 장소(locations)(예를 들어, 처리 척의 에지 부분)를 나타내는 이미지에서 특징을 식별하는 처리를 수행하고, 기준 장소 및 저장된 교정 정보에 근거하여 기준 위치(positions)(즉, 처리 척의 중심)를 계산한다. 또한, 제어기(206)는 로봇 처리 시스템에 기준 위치를 가르치기 위하여 기준 위치를 나타내는 정보를 로봇 처리 시스템 또는 다른 적합한 장치에 전송하는 통신회로(207)를 채용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 제어기는 텍사스 인스투루먼트로부터 입수 가능한 상품명 TMS320C6211로 판매되고 있는 마이크로프로세서이다. 제어기(206)는 또한 임의의 형태의 메모리를 취할 수 있는 메모리(208)에 결합되거나 포함한다. 바람직하게는, 메모리(208)는 적어도 16M x 16 크기를 갖는 SDRAM(synchronous dynamic random access memory) 모듈을 포함한다. 메모리(208)는 또한 256K x 8 크기를 갖는 플래시(flash) 메모리를 포함한다. 플래시 메모리는 프로그램, 교정 데이터 및/또는 필요한 다른 추가적인 비-변경 데이터와 같은 비-휘발성 데이터 저장에 유용하다. 랜덤 어세스 메모리(RAM)는 얻어진 이미지 또는 프로그램 작동에 관련한 데이터와 같은 휘발성 데이터의 저장에 유용하다. 메모리(208)는 제어기(206)에 의하여 본 발명에 기술된 기능을 언제 실행하는지에 대한 지시를 포함한다.
조명 모듈(210)은 제어기(206)뿐만 아니라 구조 조명기(212, 214, 216, 218)에 결합된다. 각각의 구조 조명기(212, 214, 216, 218)는 바람직하게는 각각의 카메라(108, 110, 112, 114) 가까이의 베이스부(104)의 아래에 배치된다. 구조 조명기는 도 3에 도시한 바와 같은, 각각의 카메라 /조명기 쌍의 범위의 교정을 허용하는 특정한 구조를 갖는 조명을 발생한다. 구조 광 조명기는 카메라 시계에 충분한 단색 또는 다색 광을 채용하여 적합한 이미지가 기록될 수 있게 한다. 구조 조명기는 LEDs, 레이저 다이오드 또는 다른 적합한 장치를 포함할 수 있다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 제어기(206)는 모든 카메라(220, 222, 224)에 결합된다. 카메라(220)는 종래기술에서 사용된 카메라와 유사한 중심 카메라일 수 있고, 카메라(220)는 처리 척에서 중심 개구의 방해되지 않는 시야를 갖고, 제어기(200)는 종래 기술을 사용하여 좌표 가르침을 수행할 수 있다. 제어기(200)는 또한 본 발명의 실시예에 따른 좌표 가르침을 제공하기 위하여 다양한 에지 카메라(222, 224)에 결합된다. 도 4a에서 카메라(224)는 임의의 적합한 수의 에지 카메라(222, 224)가 사용될 수 있는 것을 나타내기 위하여 카메라(n)으로 표시된다. 또한, 제어기(206)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 그 결합을 통하여 카메라(220)가 방해된 시야를 갖는지, 또는 처리 척에 중심 개구 또는 특징이 제공되지 않았는 지 여부에 대한 결정에 순응할 수 있고 자동적으로 처리 척의 중심 계산을 위하여 에지 카메라를 채용한다.
통신 회로(207)는 제어기(206)에 결합되어 제어기(206)가 반도체 처리 환경 내에서 작동중에 바람직하게는 양-방향으로 통신하게 한다. 통신 회로(207)는 임의의 적합한 무선 통신 프로토콜 및/또는 주파수를 채용할 수 있다. 일 실시예에서, 블루투스 SIG(www.bluetooth.com)로부터 입수 가능한 잘 알려진 블루투스 표준, 블루투스 코어 규격 버젼 1.1(2001.02.22)에 따라 통신 회로는 약 2.4 GHz 에서 작동한다. 회로(207)의 하나의 예는 상품명 WML-C11 로 미스미(Mitsumi)로부터 입수 가능하다.
높은 정확도 및 정밀성을 제공하기 위하여, 본 발명에 기술된 실시예는 일반적으로 각각의 에지 카메라/조명기 쌍의 교정을 촉진하여 처리 척의 에지에 대한 범위가 정확하게 결정되고, 범위의 변경에 의하여 발생한 가로 시프트(shift)를 보상하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 센서는 알려진 범위를 갖는 정밀 지그(precise jig) 또는 교정 고정구(fixture)에 위치된다. 적어도 하나의 에지 카메라는 하나 이상의 알려진 범위에서 하나 이상의 이미지를 기록한다. 이어서, 제어기(206)는 얻어진 이미지 또는 이미지들을 처리하여 이미지 또는 이미지들에서 구조 조명의 외관을 알려진 범위와 관련시킨다. 교정 방법은 가르침 동안에 이미지에서 구조광의 외관으로부터 범위를 측정하는데 사용되는 교정 정보를 구축한다. 이 교정 정보는 참조 테이블(lookup table) 또는 교정 정보의 기능적 대표의 계수(coefficients)의 형태일 수 있다. 제어기에 의한 교정 정보의 사용은 저장된 교정 포인트 사이의 내삽(interplation) 또는 저장된 교정 범위를 넘는 외삽(extrapolation)을 포함한다. 또한, 센서는 환경 변화에 민감할 수 있으므로, 교정 정보는 온도, 습도, 압력 및 다른 환경 변수의 보조 측정에 대한 의존 관계를 포함할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 웨이퍼-형상 가르침 센서의 개략도이다. 도 4b에 도시된 실시예는 도 4에 도시된 실시예와 많은 유사점을 내포하고, 유사한 구성요소는 유사 인용번호를 부여하였다. 실시예 사이의 주 차이점은, 도 4b는 범위 장치(412, 414, 416, 418)가 구조 조명기 대신에 사용될 수 있다는 것이다. 이들 범위 장치는 무선 기판형 센서에서 대상 또는 처리 척까지의 범위 또는 거리를 결정하는 임의의 적합한 기술을 이용할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 범위 장치(412, 414, 416, 418)는 제어기(206)에 결합된 범위 장치 회로(410)에 의하여 구동 또는 제어된다. 도 4b는 사용되는 몇몇의 범위 장치를 나타내지만, 본 발명의 실시예는 센서의 틸트/팁 표시를 제공하기 위하여 무선 기판형 센서에 장착되고 제어기에 결합된 틸트/팁(tilt/tip) 센서와 공동으로 단일 범위 장치로 실현될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 처리 로봇을 가르치는 방법의 흐름 도표이다. 방법(300)은 센서가 반도체 처리 로봇의 앤드 이펙터에 적재 또는 배치되는 블럭(302)에서 시작한다. 이는 기술자가 센서를 앤드 이펙터에 배치함으로써 수동(304)으로 또는 반도체 처리 로봇이 베이스 스테이션과 같은 알려진 센서 장소 또는 웨이퍼 처리 카세트 또는 포드의 장소로부터 센서를 철회함으로써 자동(306)으로 이루어질 수 있다. 다음, 블럭(308)에서, 반도체 처리 로봇에 의하여 센서는 이동 위치(transfer position)의 근접 위치로 가져온다. 여기서 정의된 대로, 이동 위치는 웨이퍼 또는 레티클 같은 반도체 기판이, 반도체 처리 로봇의 앤드 이펙터를 떠나는 또는 반도체 처리 로봇의 앤드 이펙터에 의하여 픽업 또는 사용되는 반도체 처리 설비의 임의의 장소이다. 따라서, 처리 척은 그러한 이동 위치의 하나이다.
블럭(310)에서, 센서는 이동 위치의 적어도 하나의 에지 이미지를 획득한다. 일 실시예에서, 이동 위치는 원형 처리 척이다. 블럭(312)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예는 처리 척의 에지를 커버하는 시계(FOV)를 갖는 단일 카메라로 실현될 수 있다. 예를 들어, 얻어진 이미지에서, 곡선(curved) 외부 에지는 제어기(206)와 같은 이미지 프로세서에 의하여 식별될 수 있다. 곡선 외부 에지는 원에 맞춰지고 중심은 맞는 원으로부터 존재한다. 따라서, 센서가 처리 척의 중심을 볼수 없을지라도 또는 중심이 개구와 같은 기준부(reference feature)를 갖지 않을지라도, 본 발명에 기술된 실시예는 반도체 처리 시스템에 웨이퍼 이동 좌표의 자동 가르침을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예는 단일 에지 카메라를 사용하여 실현할 수 있지만, 도 1c에 도시되고 인용번호(314)로 나타낸 바와 같이 복수 카메라에 의하여 높은 정확도가 달성될 수 있다.
다음, 블럭(316)에서, 제어기(206)와 같은 제어기는 처리 척의 곡선 에지의 하나 이상의 이미지를 사용하여 처리 척의 중심 위치를 계산한다. 중심 계산은 임의의 적합한 방식으로 이루어질 수 있다. 각각의 카메라 이미지에서 식별된 원형 에지 아크(arcs)는 결합될 수 있고 이어서 제어기(206)에 저장된 방법을 사용하여 단일 원에 수학적으로 맞춰진다. 대안적으로, 각각의 에지는 그 고유 원에 맞춰질 수 있고 각각의 카메라의 유도된 원의 중심은 적합하게 결합되어 단일 중심 결과에 이를 수 있다. 추가적인 에지 카메라의 부가는 센서의 정확도를 더욱 개선한다. 마지막으로, 블럭(320)에서, 센서는 처리 로봇에 계산된 중심 좌표를 제공하고 처리 시스템에 이동 위치를 가르친다. 바람직하게는, 이는 무선 통신 회로(207)를 사용하는 것과 같은 무선 통신을 사용하여 이루어진다.
본 발명의 기술분야의 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 변경의 예는 사인 곡선 또는 반복 다이아몬드와 같은 다양한 형태의 구조 조명을 제공하는 것을 포함한다. Z 범위는 위에 상세하게 설명한 구조 조명을 사용하여 광학적으로 결정될 수 있고, 또한 척과 센서의 상대 경사의 정확한 결정과 결합된 단일 포인트에서 초음파, 용량 범위 측정 또는 다양한 수단을 통한 거리 측정의 결합과 같은 다른 수단을 통하여 결정될 수 있다. 또한, 하나 이상의 카메라가 단일 조명원과 협동하거나, 그리고/또는 하나 이상의 조명원이 단일 카메라와 협동하거나 쌍을 이룰 수 있다. 하나 또는 양 조명기의 조명은 단일 파장 또는 복수 파장일 수 있다. 유사하게, 카메라는 칼라 또는 단색 이미지를 탐지 또는 기록하기 위하여 사용될 수 있다. 단일 또는 복수 이미지가 원하는 XY 위치 결과에 이르기 위하여 사용될 수 있다. 마지막으로, 높이(z) 값은 정확한 X 및 Y의 결정으로부터 별개의 목적을 위하여 사용될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항이 변경될 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (36)

  1. 로봇 기판 처리 시스템에 의하여 처리되는 기판과 같은 크기 및 형상화된 베이스부;
    상기 베이스부에 결합된 전자 하우징;
    상기 전자 하우징 내에 배치되고, 센서의 구성요소에 동력을 공급하도록 구성된 파워 모듈;
    상기 베이스부의 에지 가까이에 배치되고, 무선 기판형 센서의 적어도 하나의 에지 카메라의 시계 내의 대상의 정렬부를 영상화하는 시계를 갖는 적어도 하나의 에지 카메라; 및
    상기 전자 하우징 내에 배치되고, 적어도 하나의 에지 카메라에 결합되고, 적어도 하나의 에지 카메라로부터 이미지를 얻고, 정렬부의 적어도 하나의 이미지에 근거하여 대상의 위치를 결정하고, 결정된 위치를 제공하도록 구성되는 제어기를 포함하는,
    로봇 기판 처리 시스템에 이동 좌표를 가르치는 무선 기판형 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정된 위치는 로봇 기판 처리 시스템에 제공되는 무선 기판형 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결정된 위치는 사용자에게 제공되는 무선 기판형 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 베이스부의 중심 영역에 배치되고, 무선 기판형 센서의 아래에 위치한 대상의 중심부를 영상화하도록 구성된 추가 카메라를 더 포함하는 무선 기판형 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 정렬부는 처리 척의 둥근 에지인 무선 기판형 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 대상은 처리 척인 무선 기판형 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 정렬부는 대상 위의 정렬 마킹을 포함하는 무선 기판형 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 베이스부에 장착되고, 제어기에 작동 가능하게 결합되어 무선 기판형 센서와 대상 사이의 범위 표시를 제공하는 범위 장치를 더 포함하는 베무선 기판형 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기에 작동 가능하게 결합되어 무선 기판형 센서의 팁 및 틸트를 측정하는 틸트/팁 센서를 더 포함하는 무선 기판형 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어기는 범위 표시를 이용하여 카메라 이미지로부터 XY 좌표를 정확하게 보고하도록 구성된 무선 기판형 센서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에지 카메라는 4개의 에지 카메라를 포함하고, 각각 베이스부의 에지에 인접하여 배치되는 무선 기판형 센서.
  12. 제1항에 있어서, 하나 이상의 포인트에서 Z를 결정하는 하나 이상의 범위 센서를 더 포함하는 무선 기판형 센서.
  13. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에지 카메라에 인접한 베이스부에 장착되고, 적어도 하나의 에지 카메라의 시계에서 구조 조명을 발생하도록 구성된 구조 조명기를 더 포함하는 무선 기판형 센서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 무선 기판형 센서는 적어도 4개의 에지 카메라 및 각각의 에지 카메라에 인접하여 배치된 구조 조명기를 포함하는 무선 기판형 센서.
  15. 제13항에 있어서, 상기 구조 조명은 점, 원, 플러스 심볼, 복수의 평행선, X 및 Y 방향의 적어도 하나의 사인 곡선 가변 강도 패턴, 다이아몬드 형상 및 체커판으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 형태인 무선 기판형 센서.
  16. 제13항에 있어서, 상기 구조 조명은 구조 조명에 근거한 눈에 보이는 범위를 교정하기 위하여 교정 작업을 허용하도록 구성된 무선 기판형 센서.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 각각의 에지 카메라 및 구조 조명기 쌍의 교정 작업을 수행하도록 구성된 무선 기판형 센서.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 카메라 이미지에서 구조 조명의 외관에 근거하여 눈에 보이는 범위를 정확히 교정하기 위하여 저장된 교정 정보를 이용하도록 구성된 무선 기판형 센서.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제어기는 측정된 눈에 보이는 범위를 이용하여 카메라 이미지로부터 XY 좌표를 정확히 보고하도록 구성된 무선 기판형 센서.
  20. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 센서의 중심에 인접한 카메라를 이용하여 대상의 중심 개구를 영상화하고, 대상의 중심 개구를 영상화하는 것이 실패하면 선택적으로 적어도 하나의 에지 카메라를 이용하도록 구성된 무선 기판형 센서.
  21. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 카메라는 단색 카메라인 무선 기판형 센서.
  22. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 카메라는 칼라 카메라인 무선 기판형 센서.
  23. 제1항에 있어서, 상기 센서는 반도체 웨이퍼에 실제로 유사한 형상을 갖는 무선 기판형 센서.
  24. 제1항에 있어서, 상기 센서는 반도체 처리 레티클에 실제로 유사한 형상을 갖는 무선 기판형 센서.
  25. 적어도 하나의 에지 탐지 카메라를 갖는 센서를 제공하는 단계;
    상기 적어도 하나의 에지 탐지 카메라가 처리 척의 둥근 외부 표면의 적어도 하나의 이미지를 얻도록 하는 단계;
    상기 처리척의 둥근 외부 표면의 적어도 하나의 이미지의 분석에 근거하여 처리 척의 중심 위치를 계산하는 단계;
    상기 처리 척의 계산된 중심 위치를 로봇 조정기의 제어기에 통신하는 단계를 포함하는,
    반도체 처리 도구의 로봇 조정기에 의하여 유지되는 센서에 관련한 반도체 처리 도구의 처리 척의 위치를 측정하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에지 탐지 카메라 각각을 위한 구조 조명기를 제공하고, 구조 조명을 이용하여 각각의 카메라/조명기 쌍 범위를 교정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 교정된 센서를 사용하여 처리 척의 둥근 외부 표면의 적어도 하나의 후속 이미지를 얻는 단계를 더 포함하는 방법.
  28. 제25항에 있어서, 저장된 교정 정보를 사용하여 가로(XY) 및 범위(Z) 거리를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  29. 제25항에 있어서, 상기 계산된 위치를 통신하는 단계는 계산된 위치를 나타내는 무선 데이터를 로봇 조정기의 제어기에 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  30. 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에지 탐지 카메라는 4개의 에지 탐지 카메라를 포함하고, 척의 위치를 계산하는 단계는 각각의 에지 탐지 카메라로부터 적어도 하나의 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 방법.
  31. 적어도 하나의 에지 탐지 카메라를 갖는 센서를 제공하는 단계;
    상기 적어도 하나의 에지 탐지 카메라가 적어도 하나의 카메라의 시계 내에 위치한 대상의 정렬 마크의 적어도 하나의 이미지를 얻도록 하는 단계;
    상기 정렬 마크의 적어도 하나의 이미지에 근거하여 대상의 정렬 마크의 중심 위치를 계산하는 단계;
    상기 계산된 위치를 로봇 조정기의 제어기에 통신하는 단계를 포함하는,
    반도체 처리 도구의 로봇 조정기에 의하여 유지되는 센서에 관련한 반도체 처리 도구 내의 대상의 위치를 측정하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에지 탐지 카메라 각각을 위한 구조 조명기를 제공하고, 구조 조명을 이용하여 각각의 카메라/조명기 쌍 범위를 교정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  33. 제32에 있어서, 교정된 센서를 사용하여 척 에지의 적어도 하나의 후속 이미지를 얻는 단계를 더 포함하는 방법.
  34. 제31항에 있어서, 저장된 교정 정보를 사용하여 가로(XY) 및 범위(Z) 거리를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  35. 제31항에 있어서, 상기 계산된 위치를 통신하는 단계는 계산된 위치를 나타내는 무선 데이터를 로봇 조정기의 제어기에 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에지 탐지 카메라는 4개의 에지 탐지 카메라를 포함하고, 척의 위치를 계산하는 단계는 각각의 에지 탐지 카메라로부터 적어도 하나의 이미지를 분석하는 단계를 포함하는 방법.

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