KR20210104075A - 상태 모니터링을 이용하는 핀 리프팅 장치 - Google Patents
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Abstract
진공 프로세스 챔버에 의해 제공될 수 있는 프로세스 분위기 영역에서 처리될 기판, 특히 웨이퍼를 이동 및 위치결정하도록 설계되는 핀 리프터(pin lifter)와 같은 핀 리프팅 장치(10). 핀 리프팅 장치(10)는, 기판과 접촉하도록 그리고 기판을 지지하도록 구성되는 지지 핀을 수용하도록 설계되는 커플링(32)과, 하강된 정상 위치로부터 연장된 지지 위치로 그리고 역으로 조정의 축(A)을 따라 선형으로 커플링(32)을 조정 가능하도록 설계되고 커플링(32)과 상호 작용하는 구동 유닛(12)을 포함한다. 핀 리프팅 장치(10)는 적어도 하나의 센서 유닛(41-44)을 갖고, 센서 유닛(41-44)은, 센서 유닛(41-44)에 의해 핀 리프팅 장치(10)의 적어도 일부와 관련하여 힘 의존적 및/또는 가속도 의존적 상태 정보가 생성될 수 있는 방식으로 설계 및 배열된다.
Description
본 발명은 프로세스 챔버 내에서 기판을 이동 및 위치결정하기 위한 핀 리프팅(pin lifting) 장치에 관한 것으로, 핀 리프팅 장치는 동작 상태를 감지하기 위한 센서를 포함한다.
핀 리프터(pin lifter)들이라고도 알려진 핀 리프팅 장치들은 일반적으로 프로세스 챔버 내에서 처리될 기판의 수용 및 정의된 위치결정을 위해 설계 및 제공된다. 이들은, 특히, 오염 입자들이 존재하지 않는 보호된 분위기(atmosphere)에서 이루어져야 하는, IC, 반도체, 평판(flat panel) 또는 기판 생산의 영역에서의 진공 챔버 시스템들을 위해 사용된다.
이러한 진공 챔버 시스템들은, 특히, 처리 또는 생산될 반도체 엘리먼트들 또는 기판들을 수용하기 위해 제공되고 반도체 엘리먼트들 또는 다른 기판들이 진공 챔버의 안팎으로 안내될 수 있는 적어도 하나의 배출가능형 진공 챔버 개구를 갖는, 적어도 하나의 진공 챔버를 포함한다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼들 또는 액정 기판들을 위한 생산 공장에서 고감도 반도체 또는 액정 엘리먼트들은 몇몇 프로세스 진공 챔버들을 순차적으로 통과하며, 여기서 프로세스 진공 챔버들 내에 위치되는 파트들은 각각 처리 장치에 의해 처리된다.
그러한 프로세스 챔버들은 종종 적어도 하나의 이송 밸브를 가지며, 그것의 단면은 기판과 로봇에 적합하며 이를 통해 기판이 진공 챔버 내로 도입될 수 있고 필요하다면 의도된 처리 후에 제거될 수 있다. 대안적으로, 처리된 기판이 챔버로부터 제거되는 제 2 이송 밸브가 제공될 수 있다.
기판, 예컨대 웨이퍼는, 예를 들어 적합하게 설계되고 제어되는 로봇 아암에 의해 안내되며, 이는 이송 밸브에 의해 제공될 수 있는 프로세스 챔버 내의 개구를 통해 안내될 수 있다. 그런 다음, 로봇 아암을 이용하여 기판을 파지함으로써, 기판을 프로세스 챔버 내로 도입함으로써, 그리고 정의된 방식으로 기판을 챔버 내에 배치시킴으로써 프로세스 챔버가 로딩된다. 프로세스 챔버는 상응하는 방식으로 비워진다.
기판을 배치하고 챔버 내에서 기판을 정확하게 위치결정하려면 기판의 상대적으로 높은 정확도와 이동성이 보장되어야 한다. 이를 위해, 기판에 대한 복수의 지지점들을 제공하고 따라서 기판 전체에 걸친 (기판의 사하중(dead weight)으로 인한) 부하 분포를 제공하는 핀 리프팅 시스템들이 사용된다.
바람직하게는, 핀들이 수용 위치에 있고 로봇이 이 위치에 있는 핀들 상에 기판을 배치한다. 대안적으로, 기판은 로봇에 의해 리프팅 장치의 지지 핀들 위의 위치로 이동되고 핀들에 의해 들어 올려진다. 로봇이 이동한 후, 기판은 핀들을 하강시킴으로써 캐리어(예컨대, 포텐셜 플레이트)에 배치되고, 일반적으로 기판을 운반하는 로봇 아암은 예컨대 기판이 배치됨과 동시에 챔버의 외부로 이동된다.
핀들은 기판을 배치한 후 더 하강될 수 있으며, 그리고 나서 기판과 분리되어 존재하는데, 즉, 핀들과 기판 사이에 접촉이 없게 된다. 로봇 아암을 제거하고 챔버를 폐쇄(하고 프로세스 가스를 도입하거나 배출)한 후, 처리 단계가 수행된다.
예를 들어, 기판이 캐리어에 부착될 수 있기 때문에, 프로세스 단계가 챔버 내에서 수행된 후 그리고 기판이 후속적으로 상승될 때 기판에 대한 낮은 힘 효과가 특히 중요하다. 기판이 캐리어로부터 너무 빨리 밀려 나면 접착력들이 적어도 특정 접촉 지점들에서 극복되거나 해소될 수 없기 때문에 기판이 파손될 수 있다. 또한, 지지 핀들과 기판 사이에 접촉이 확립되더라도 기판에 충격이 가해지면 원하지 않는 응력(또는 파손)이 발생할 수 있다.
동시에, 처리될 기판들을 가능한 한 최대한 부드럽고 세심하게 처리하는 것 외에도 또한 가능한 한 가장 짧은 처리 시간이 가능하게 되어야 한다. 이는, 기판이 가능한 한 빨리 챔버 내에서 정의된 상태들(로딩 및 언로딩 위치 및 처리 위치)로 전환될 수 있음을 의미한다.
예를 들어, 반도체 웨이퍼들을 처리하는 동안 원하지 않는 충격들을 피하기 위해 US 6,481,723 B1은 핀 리프터에서 하드 모션 스톱(hard motion stop)들 대신 특수한 스톱 장치를 사용할 것을 권장한다. 여기서 하드 플라스틱 스톱들은 더 부드럽게 설계된 스톱부와 하드 스톱의 조합으로 대체되어야 하는데, 여기서 소프트 스톱부의 접촉은 먼저 이동의 제한을 위해 이루어진 다음 하드 스톱이 소프트 스톱부와 접촉하고 그에 따라 댐핑(damp)된다.
US 6,646,857 B2는 기록된 발생 힘에 의한 리프팅 이동의 조절을 제안한다. 리프팅 핀들은 수신된 힘 신호에 따라 이동될 수 있으므로 리프팅 핀들의 리프팅 힘은 항상 도즈(dosed) 및 제어되는 방식으로 웨이퍼에 인가된다.
각각의 머시닝 사이클(machining cycle)을 이용하여, 지지 핀들은 수용될 기판과 접촉되고 그 기판으로부터 해제된다. 이는 당연히 핀들 및 구동부 상에 대응 기계적 응력들(예컨대, 충격들)을 발생시킨다. 머시닝 사이클들은 종종 비교적 빡빡한 방식으로 타이밍되며, 비교적 짧은 프로세스 시간을 요구한다. 비교적 짧은 시간 내의 다수의 반복들이 이 프로세스 구현의 결과일 수 있다. 일반적으로, 그에 따라, 지지 핀들은 마모 재료로서 간주되고, 규칙적인 교체를 요구하는데, 즉, 이들은 대개 특정 횟수의 사이클 또는 특정 동작 시간 후에 교체되어야 한다.
따라서, 기계 전자 공학적으로 설계된 핀 리프터, 즉, 핀을 조정하기 위한 전기 모터를 갖는 핀 리프터는 점점 더 응력을 받는다.
당연히 그러한 핀 리프팅 장치의 일부는 프로세스 용적(프로세스 챔버)에 연결되고, 예컨대, 핀 리프팅 장치는 프로세스 챔버에 플랜징(flange)된다. 일반적으로, 그러한 연결은 핀 리프팅 장치의 상태들에 따라 챔버의 다양한 상태들(예컨대, 온도, 전위)에 영향을 미친다.
핀 리프팅 장치에 대한 전술한 외부 영향들은 장치의 고장까지 이어지는 동작의 장애를 초래할 수 있다. 이를 회피하기 위해, 핀 리프트들은 예방 조치로서 정기적으로 또는 일정 횟수의 동작 사이클들 후 또는 특정 동작 기간 후에 유지 보수 또는 교체된다.
하지만, 잔존하는 단점은, 핀 리프터가 정기적으로 교체되거나 서비스되더라도 유지 보수 전에 특정 기간 동안 정상적인 기능으로부터 벗어나 이에 따라 잘못된 생산 사이클들이 초래될 수 있다는 것이다. 게다가, 이전의 유지 보수 접근법은 최적의 유지 보수 시간이 결정되는 것을 허용하지는 않지만 규칙적인 유지 보수 시간만은 허용하는데, 이는 예를 들어 핀 리프터가 기술적으로 필요한 것보다 더 일찍 교체될 수 있음을 의미한다. 이러한 엘리먼트들의 유지 관리 또는 갱신은 대개 생산 프로세스들의 정지 또는 중단과 전체 시스템에 대한 다소의 대규모 개입을 요구한다. 이것은 종종 비교적 긴 가동 중지 시간들을 초래한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상기 단점들을 감소 또는 회피하는 개선된 핀 리프팅 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 장치의 최적화된, 즉 특히 예측적이고 고도로 정밀한 유지 보수를 가능하게 하는 개선된 핀 리프팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특수한 목적은 자신의 기능 및/또는 우수한 프로세스 기능의 모니터링을 가능하게 하는 핀 리프팅 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적들은 독립 청구항들의 특유의 특징들의 실현에 의해 해결된다. 대안적 또는 유리한 방식으로 본 발명을 더욱 발전시키는 특징들은 종속항들에서 찾을 수 있다.
본 발명은 진공 프로세스 챔버에 의해 제공될 수 있는 프로세스 분위기 영역에서 처리될 기판, 특히 (반도체) 웨이퍼를 이동 및 위치결정하도록 설계되는 핀 리프팅 장치, 특히 핀 리프터에 관한 것이다. 핀 리프팅 장치는 기판과 접촉하도록 그리고 기판을 지지하도록 구성되는 지지 핀을 수용하도록 구성되는 커플링을 포함하고, 커플링과 협력하도록 구성되는 구동 유닛을 더 포함하여, 조정 축을 따라 선형으로 커플링이 조정 가능하다. 커플링의 조정 기능은, 하강된 정상 위치(lowered normal position)에서 연장된 지지 위치(extended support position)로, 그리고 역으로 시프트될 수 있다. 여기서, 하강된 정상 위치(lowered normal position)는 특히 지지 핀의 의도된 효과(예: 작업물 또는 기판을 이동, 운반 및 위치결정하는 것)와 관련하여 실질적으로 비효과적인 상태(기판과 접촉 없음)에서 지지 핀을 제공하도록 정의되며, 연장된 지지 위치(extended support position)는 특히 지지 핀에 의해 기판을 수용 및/또는 제공하는 의도된 효과를 제공하도록 구성된다.
지지 핀의 의도된 효과는 본질적으로 작업물 또는 기판의 수용, 접촉, 이동, 운반 및/또는 위치결정 등인 것으로 이해된다. 이러한 맥락에서, 지지 핀의 비효과적인 상태는, 핀이 의도된 바와 같이 접촉될 기판과 접촉하지 않고 (아직 또는 더 이상 접촉하지 않고) 특히 일시적으로 의도된 목적을 제공하지 않는, 예컨대 하강된 대기(waiting) 위치에 있는, 상태로 이해되어야 한다. 이것은 특히 기판 상에서 머시닝 프로세스가 수행되는 동안의 경우이다. 하지만, 의도된 효과를 제공한다고 해서 오로지 지지 핀과 기판 사이에 접촉이 있다는 것을 의미하는 것은 아니며, 오히려, 핀은 이 상태에서 연장된 상태로 존재할 수 있고 웨이퍼를 수용(핀 상에 웨이퍼의 배치)할 준비가 되어 있을 수 있다. 접촉의 결과로 발생하는 프로세스들 또는 이동들(웨이퍼의 반송)은 또한 의도된 효과를 제공하는 것으로 이해되어야 한다.
언로딩된 수용 상태는 픽업될 지지 핀이 (커플링에서) 커플링에 대해 유지된 목표 위치(held target position)에 있지 않은 상태를 나타낸다. 로딩된 상태는 지지 핀이 수용된 목표 위치(received target position)에서 커플링에 의해 유지되는 상태로서 이해되어야 한다. 본 발명은 또한 커플링된 지지 핀 없는 핀 리프팅 장치로도 확장된다는 것이 이해된다.
핀 리프팅 장치는 또한 핀 리프팅 장치의 적어도 일부와 관련된 힘 의존적 및/또는 가속도 의존적 상태 정보가 센서 유닛에 의해 생성될 수 있는 방식으로 설계 및 배열되는 적어도 하나의 센서 유닛을 갖는다.
센서 유닛에 의해 관성 효과들, 파트들 또는 전체 핀 리프팅 장치의 가속도들 및/또는 커플링에 작용하는 (중량)힘과 같은 외부 영향들이 감지될 수 있다. 이러한 효과들은 장치 자체의 동작, 예컨대 구동 유닛으로부터의 진동(vibration)들 또는 (내재하는) 진동들(vibrations)에 의해 야기될 수 있거나, 또는 프로세스 챔버와 같은 연결된 컴포넌트 또는 장치로부터의 기계적 효과들(충격들, 주변 컴포넌트들의 동적 효과 등)과 같이 사실상 외부적일 수 있다.
일 실시예에서, 핀 리프팅 장치는 프로세스 분위기 영역을 외부 분위기 영역으로부터 분리하기 위한 분리 장치를 갖되, 구동 유닛은 외부 분위기 영역과 적어도 부분적으로, 특히 완전히 연관되고, 커플링은 특히 프로세스 분위기 영역과 적어도 부분적으로 연관된다. 분리 장치는 특히 하강된 상태에서 커플링을 적어도 부분적으로 둘러싸는 커플링 파트의 내부 용적 내에 배열되는 벨로즈(bellows)로 설계된다. 핀 리프팅 장치의 분리 장치는 또한 구동 유닛의 하우징에 의해 형성될 수 있다.
구동 유닛은 기계 전자 공학적 핀 리프팅 장치를 제공하는 전기 모터, 특히 스테퍼 모터로 설계될 수 있다.
구동 유닛은 대안적으로 공압 구동 실린더(pneumatic drive cylinder)로 설계될 수도 있다.
일 실시예에서, 센서 유닛은 가속도 의존적 상태 정보를 생성하기 위해 다음의 관성 센서들 중 적어도 하나를 포함할 수 있거나, 또는 다음과 같이 설계될 수 있다:
ㆍ
정의된 방식으로 정렬되는 적어도 하나의 축을 따라 가속도들, 특히 다축 가속도들을 검출하는 가속도 센서,
ㆍ
정의된 방식으로 정렬되는 적어도 하나의 축을 중심으로 한 회전 속도들 또는 회전 가속도들, 특히 다축 속도들 및 다축 가속도들을 검출하는 회전율 센서(rotation rate sensor),
ㆍ
진동계(vibrometer) 및/또는
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MEMS 기술(microelectromechanical system)에 기초한 센서.
관성 센서들, 특히 가속도 센서들은, 선형 방향성 및/또는 저주파 가속도 이벤트들의 검출뿐만 아니라 진동들(vibrations) 및 시스템 컴포넌트들의 동적 자연 진동들(dynamic natural oscillations)과 같은 고주파 가속도들의 검출을 가능하게 한다. 이러한 측정 데이터로부터 핀 리프팅 장치의 상태 또는 동작 도중에 이 장치의 거동에 관한 추가적인 정보가 획득될 수 있다. 이는, 그 후, 원하는 프로세스 안전에 관한 결과들을 도출하거나 또는 지정된 상태들의 프레임워크 내에서 프로세스가 실행되고 있는지에 대한 일반적인 설명을 도출하는 데 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 센서 유닛은 힘 의존적 상태 정보를 생성하기 위해 다음의 관성 센서들 중 적어도 하나를 포함할 수 있거나, 또는 다음과 같이 설계될 수 있다:
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압력 센서,
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변형 민감형 엘리먼트, 특히 스트레인 게이지,
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피에조(piezo) 세라믹 엘리먼트를 갖는 피에조 힘 변환기(piezo force transducer),
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전기 역학적 힘 변환기(electrodynamic force transducer),
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저항력 변환기,
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진동력 변환기(vibration force transducer) 및/또는
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스프링 본체 힘 변환기(spring body force transducer).
힘 센서는 핀 리프팅 장치 상에서 웨이퍼의 배치로 인해 발생하는 압력과 같은 대응 영향들의 검출을 제공한다. 힘 측정과, 특히 현재 기록된 힘 신호를 기반으로 한 핀 이동의 조절은, 예를 들어 웨이퍼에 대한 과도한 힘들을 피하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 이것은 힘의 연속적인 증가를 제어하는 데 사용될 수 있다.
센서 유닛은 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치의 추가적인 실시예에 따라 다음과 같은 위치에 배열될 수 있다.
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커플링 상에, 특히 지지 핀용 리셉터클(receptacle) 상에,
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구동 유닛 상에, 특히 구동 유닛의 스핀들(spindle) 또는 모터 상에,
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구동 유닛과 커플링, 특히 나사형 로드(threaded rod)의 상호 작용을 제공하는 커플링 엘리먼트 상에,
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지지 핀 상에 그리고/또는
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핀 리프팅 장치의 하우징 상에, 특히 하우징의 하면 상에 또는 내벽 상에.
본 발명은 또한 위에서의 또는 도 2a 내지 도 3b에 설명된 바와 같은 핀 리프팅 장치와, 처리 및 제어 유닛으로 구성되는 시스템에 관한 것이다. 처리 및 제어 유닛은 센서 유닛의 상태 정보를 수신 및/또는 처리하도록 그리고 상태 정보 의존적 출력을 생성 및/또는 출력하도록 배열 및 설계된다.
따라서, 처리 및 제어 유닛은 센서 유닛을 이용하여 캡처될 수 있는 측정 데이터에 대한 처리 및 분석 기능을 제공한다. 이를 위해 처리 및 제어 유닛은 데이터 교환을 위해 핀 리프팅 장치에 유선 또는 무선 방식으로 연결될 수 있다.
게다가, 처리 및 제어 유닛은 기록, 처리 및/또는 분석된 측정 데이터를 기반으로 핀 리프팅 이동의 폐쇄 루프 제어(조절)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 일정한 힘의 연속적인 적용은 특정 이동 거리에 대해 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 처리 및 제어 유닛은 상태 정보를 처리하는 것에 의해 구동 유닛 및/또는 커플링의 현재 상태에 관한 출력 또는 현재 정상 상태 편차에 관한 출력을, 특히 시각적 또는 청각적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 특히 획득된 상태 정보에 대한 실제/목표 비교에 의해 출력이 생성될 수 있다.
출력은 사용자, 예를 들어 생산 공장에 대한 정보의 생성을 위해 의도되고 구성될 수 있다. 그것은 또한 대안적으로 또는 부가적으로 조절 회로(조절기)에 대한 입력 변수를 제공할 수 있다. 게다가, 출력은 또한 제어 변수 역할을 할 수 있으며 현재 상태에 따른 구동 유닛의 직접적인 작동을 제공할 수 있다.
특히, 출력은 출력 신호로서 생성될 수 있다.
특히, 출력은 처리된 상태 정보를 제공한다. 특히, 센서에 의해 생성될 수 있는 순수한 측정 데이터는 상태 정보로서 이해될 수 있다. 따라서, 이러한 측정 데이터는 측정 시점의 장치의 상태를 나타낸다. 예를 들어, 이 정보가 기준 값과 관련된다면, 이 비교는 상대적인 변화를 식별하고 정량화할 수 있다.
출력은 구동 유닛 및/또는 커플링의 기계적 및/또는 구조적 무결성(structural integrity)과 관련하여 제공될 수 있다. 상태 정보를 기반으로(예컨대, 임계 값 또는 상태 곡선과의 비교에 의해) 시스템의 가능한 장애가 결정될 수 있으며 그에 따라 시스템 무결성 또는 시스템 기능과 관련된 출력이 생성될 수 있다.
특히, 출력은 다음 중 하나 또는 양방 모두를 포함할 수 있다:
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핀 리프팅 장치의 컴포넌트의 증가된 마모에 대한 경고 및/또는
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핀 리프팅 장치의 컴포넌트의 내구성의 예측.
특히, 처리 및 제어 유닛은 상태 정보에 기초하여 (출력으로서) 주파수 스펙트럼을 제공하도록 구성될 수 있다. 특히 가속도 정보의 획득을 위해, 측정 데이터의 이러한 평가는 데이터의 추가적인 처리 또는 추가적인 사용에 적합한 기반이 될 수 있다. 특정 주파수 또는 주파수 범위는 특정 가속도 이벤트들 또는 연관된 시스템 컴포넌트들에 할당될 수 있다.
따라서, 처리 및 제어 유닛은 하나 이상의 측정된 값 주파수에 관련된 상태 정보의 분석에 기초하여 각각의 측정된 값 주파수를 야기하는 진동의 국부화(localization of an oscillation)에 대한 출력을 제공하도록 일 실시예에서 설계될 수 있다.
처리 및 제어 유닛은 사전정의된 기준 값과 상태 정보의 비교에 기초하여 핀 리프팅 장치로 수행되는 프로세스의 평가와 관련된 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 센서 유닛에 의해 획득된 정보를 평가함으로써 생산 단계(예컨대, 코팅 프로세스)가 모니터링될 수 있다. 측정된 가속도 또는 힘 정보가 목표 값(특히 허용 오차 포함)으로부터 벗어나면, 이것은 과도한 힘으로 지지대로부터 웨이퍼를 잘못 들어 올림에 대한 표시(디척킹(de-chucking))일 수 있으며, 예를 들어 웨이퍼에 손상을 야기할 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 처리 및 제어 유닛은, 시스템 상태 및/또는 상태 정보의 다중 획득에 기초한 시스템 상태의 변화에 대한 (특히, 출력으로서의) 상태 추세, 특히 장기 추세를 도출하도록 설계될 수 있되, 특히 상태 정보는 특정 기간 동안 주기적으로, 특히 연속적으로 획득되며 주파수 스펙트럼 및/또는 힘-변위 비율이 도출된다.
이러한 센서 데이터 평가의 결과로 핀 리프팅 장치의 기능의 변화가 모니터링되고 검출될 수 있다. 따라서, 장기적인 관찰은 시스템의 스냅 샷들의 획득을 허용할 뿐만 아니라 추세들의 도출 및 추가적인 상태 변화들의 예측을 허용한다.
일 실시예에서, 처리 및 제어 유닛은 현재 검출된 상태 정보와 추가적인 센서 유닛 독립형 상태 정보, 특히 구동 유닛의 모터 전류의 비교에 기초하여 센서 유닛의 교정 및/또는 센서 유닛 독립형 상태 정보의 모니터링을 제공하도록 설계될 수 있다.
2개의 상이한 측정 소스들, 즉, 센서 유닛 및 추가적인 소스들로부터 특정 측정 이벤트에 대한 상태 정보를 생성함으로써, 이 정보의 비교가 수행될 수 있고 측정 시스템들이 상호간에 보정 및 모니터링될 수 있다.
처리 및 제어 유닛은 특히 센서 유닛에 의해 지지 핀이 장착된 커플링이 지지 위치 내로 연장 이동하는 동안, 상태의 변화, 특히 지지 핀 상에서의 기판 및/또는 가속도 코스의 접촉으로 인한 힘의 증가를 검출하도록, 그리고 그것을 특히 연장 위치에 링크하도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 특정 프로세스에 대해 힘-변위 다이어그램이 기록 및 저장될 수 있다. 여기서 편차들은 커버된 거리 및/또는 측정된 힘과 관련하여 결정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 접촉점은 힘 또는 가속도 곡선, 즉 기판과의 접촉이 발생하는 핀에 대한 연장 위치를 기반으로 도출될 수 있다.
특히, 센서 유닛은 구동 유닛에서 발생하는 가속도 및/또는 핀 리프팅 장치 상에서 외부로부터 작용하는 가속도가 상태 정보로서 검출될 수 있는 방식으로 설계 및 배열될 수 있다. 각각의 위치 기준을 이용한 검출을 위해, 센서 유닛은 바람직하게는 핀 리프팅 장치의 적합한 위치, 예컨대 하우징 또는 구동 유닛에 배열된다.
특정 실시예에서, 센서 유닛은 가속도가 상태 정보로서 검출될 수 있는 방식으로 설계 및 배열될 수 있으며, 가속도는 다음 위치들 중 적어도 하나에서의 마찰 진동(frictional vibration)에 의해 생성된다:
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커플링의 적어도 일부와, 커플링을 위한 가이드 및/또는 베어링 사이,
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커플링의 적어도 일부와 구동 유닛의 적어도 일부 사이, 그리고/또는
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구동 유닛의 적어도 일부와, 구동 유닛을 위한 가이드 및/또는 베어링 사이.
마찰로 인한 진동들(vibrations)을 검출함으로써 베어링들의 마모 또는 서로에 대해 상대적으로 이동하는 2개의 엘리먼트들 사이의 윤활과 같은 상태들이 검출될 수 있다. 신호 분석은 또한 가능한 진동 소스들(vibration sources)을 구별하여 이에 따라 상기 소스들의 국부화를 달성하는 데 사용될 수 있다.
특히, 상태 정보는 아래에 나열된 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
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커플링 및/또는 지지 핀에 작용하는 힘, 특히 지지 핀 상에 놓인 기판의 무게에 의해 생성된 힘,
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구동 유닛, 특히 구동 유닛의 구동 샤프트 또는 모터에 작용하는 힘,
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커플링 및/또는 핀에서 생성되는 가속도,
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구동 유닛에서 생성되는 가속도, 및/또는
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핀 리프팅 장치의 가속도 상태 또는 가속도의 변화.
일 실시예에서, 처리 및 제어 유닛은 상태 정보에 기초하여 제어 신호를 생성 및 출력하도록 구성될 수 있다. 구동 유닛은 또한 제어 신호를 수신하도록 그리고 제어 신호에 따라 정상 위치와 지지 위치 사이에서 커플링을 조정하도록 배열 및 설계될 수 있다. 바꾸어 말하면, 구동의 제어가 기록된 측정 값들(개루프 또는 폐루프)에 기초하는 방식으로 시스템이 설정될 수 있다.
특히, 처리 및 제어 유닛은 제어 신호가 현재 상태 정보에 따라 자동으로 설정될 수 있는 방식으로 설정될 수 있다. 제어 신호를 연속적으로 조정함으로써, 핀 리프팅 동작의 조절이 설정될 수 있으며, 예를 들어 측정된 접촉력에 따라 조정 속도가 설정될 수 있다.
이러한 구성은 핀 리프터가 현재 획득된 힘 또는 가속도 정보를 기반으로 제어 및/또는 조절되는 것을 가능하게 한다. 이것은, 구동 유닛의 제어가, 예를 들어 머시닝 프로세스에 영향을 미칠 수 있는 강한 진동(strong vibration)과 같은 효과들이 보상될 수 있는 방식으로, 특히 연속적으로 또는 실시간으로 조정되는 것을 허용한다. 그러므로, 이러한 보상은 오직 제어 시스템을 조정함으로써 시스템에 구조적 개입없이 구현될 수 있다.
다른 실시예의 예시는 다음과 같을 수 있다. 예를 들어, 구동 유닛에서의 동적 진동(dynamic oscillation)에 대해 사전정의된 목표 진폭의 주기적 또는 선택적 초과가 검출되면, 이는 구동부의 조기 유지 보수에 대한 필요성을 나타낼 수 있다. 이 정보는 한편으로는 그것이 더 낮은 부하로 (그리고 가능하게는 더 느리게) 동작되도록 핀 리프팅 장치의 제어를 조정하는 데 사용될 수 있고 다른 한편으로는 유지 보수를 위한 대응 정보를 출력하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치들은 도면들에 개략적으로 나타낸 구체적인 실시예의 예시들에 의해 아래에서 예시로 보다 상세히 설명되되, 본 발명의 추가적인 이점들도 또한 논의되며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 리프팅 장치를 갖는 웨이퍼용 진공 처리 장치의 실시예의 개략적인 표현을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치의 실시예를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치의 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 리프팅 장치를 갖는 웨이퍼용 진공 처리 장치의 실시예의 개략적인 표현을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치의 실시예를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치의 추가적인 실시예를 나타낸다.
도 1은 진공 상태들 하에서 반도체 웨이퍼(1)를 처리하기 위한 프로세스 설정을 개략적으로 나타낸다. 웨이퍼(1)는 제 1 진공 이송 밸브(5a)를 통해 제 1 로봇 아암(2)에 의해 진공 챔버(4)(프로세스 분위기 영역(P)) 내로 삽입되고 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치들의 지지 핀들(7)에 의해 제 위치에 놓인다(여기에서는 3개의 핀들이 나타나 있음). 그런 다음, 웨이퍼(1)는 핀들(7)에 의해 픽업되거나 그 위에 배치되고 로봇 아암(2)은 멀리 이동된다. 웨이퍼(1)는 일반적으로 로봇 아암 또는 로봇 아암(2, 3) 상에 제공되는 지지 장치 상에 놓이거나 특정 지지대에 의해 유지된다. 웨이퍼(1)가 핀들(7)에 의해 픽업된 후, 로봇 아암이 챔버(4)의 외부로 안내되고 이송 밸브(5a)가 폐쇄되고 핀들(7)이 하강된다. 이것은 각각의 핀들(7)에 커플링되는 핀 리프팅 장치들의 구동부들(6)에 의해 수행된다. 이에 의해 웨이퍼(1)는 도시된 4개의 지지 엘리먼트들(8) 상에 배치된다. 대안적으로, 웨이퍼(1)는 정전 클램핑 장치(도시되지 않음), 소위 정전 척(electrostatic chuck) 상에 배치되고, 척 전극들 사이에 전기 전압을 인가함으로써 유지되고, 선택적으로 그에 의해 작용하는 힘들에 의해 수평을 이룬다. 현재 정전 척들은 일반적으로 진공 상태들 하에서 반도체 웨이퍼들을 생산하는 데 사용된다.
이렇게 단단히 유지된 상태에서, 웨이퍼(7)의 계획된 처리(예컨대, 코팅)는 진공 상태들 하에서 특히 정의된 분위기에서(즉, 특정 프로세스 가스를 이용하여 그리고 정의된 압력 하에서) 일어난다. 챔버(4)는 프로세스 가스 소스에, 진공 펌프에, 바람직하게는 챔버 압력을 조절하기 위한 진공 조절 밸브(미도시)에 커플링된다.
처리 후, 웨이퍼(1)는 핀 리프팅 장치들에 의해 제거 위치로 다시 들어 올려진다. 제 2 로봇 아암(3)을 이용하여 웨이퍼(1)는 제 2 이송 밸브(5b)를 통해 후속적으로 제거된다. 대안적으로, 로딩 및 언로딩이 단일 이송 밸브를 통해 일어나는 오직 하나의 로봇 아암만으로 프로세스가 설계될 수 있다.
핀 리프터 배열은 대안적으로(도시되지는 않음) 링 리프터로서 설계될 수 있으며, 즉 링형 방식(ring-shaped manner)으로 형성 또는 설계될 수 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치(10)의 실시예를 나타낸다. 핀 리프팅 장치(10)는 장치(10)의 하부 구동 파트에 할당되는 전기 모터로 설계되는 구동 유닛(12)을 갖는다. 모터(12)는 나사형 스핀들(threaded spindle)(13)에 커플링된다. 나사형 로드(threaded rod)(13)는 모터(12)를 그에 따라 작동시킴으로써 회전될 수 있다.
또한, 조정 엘리먼트(14)가 제공되며, 이는 나타낸 실시예에서 나사형 로드(13)와 상호 작용하고 로드(13)의 회전에 의해 중앙 조정 축(A)을 따라 선형으로 이동될 수 있는 슬라이드(14)로서 설계된다. 슬라이드(14)는 나사형 로드(13)의 나사산에 대응하는 내부 나사산을 갖는다. 또한, 슬라이드(14)는 핀 리프팅 장치(10) 자체에 대해 회전될 수 없고 조정 축(A)에 평행한 이동의 방향들로만 이동될 수 있는 방식으로 탑재된다.
나타낸 실시예에서, 핀 리프팅 장치(10)는 절연 컴포넌트(20)를 갖지만, 본 발명은 이러한 절연 컴포넌트(20)를 갖는 핀 리프팅 장치들에 한정되지 않고 오히려 그러한 절연이 없는 핀 리프팅 장치들을 포함하는 것으로 이해된다. 여기서 슬라이드(14)는 구동 유닛(12)에 대해 상대적으로 이동 가능한 절연 컴포넌트(20)의 제 1 파트(21)에 커플링된다. 상기와 유사하게, 슬라이드(14)는 대안적으로 (도시되지는 않음) 커플링(32)에 직접 커플링될 수 있고 커플링 요소(21)가 생략된다는 것이 이해된다. 커플링 엘리먼트(21)는 슬라이더에 의해 선형으로 이동 및 위치결정될 수 있다. 절연 컴포넌트(20)는 또한 구동 파트(11)에 고정적으로 연결되는 제 2 파트(22)인 고정 엘리먼트(22)를 갖는다. 이것은 또한 선택 사항이며 대안적인 실시예들에서 누락될 수 있다. 커플링 엘리먼트(21)와 고정 엘리먼트(22)는 양방 모두 전기 전도성을 제공할 수 없는 방식으로 제조된다. 특히, 커플링 엘리먼트(21) 및/또는 고정 엘리먼트(22)는 전기적으로 비전도성 재료, 예컨대 플라스틱(예컨대, PEEK)으로 이루어지거나 비전도성 재료로 코팅된다.
그 후, 고정 엘리먼트(22)는 핀 리프팅 장치(10)의 상부 커플링 파트의 하우징에 단단히 연결된다. 커플링 파트의 내부 용적(Vi)은 하우징에 의해 정의된다. 커플링 파트는 이동 가능한 커플링(32)을 가지며, 그것의 제 1 단부는 지지 핀(지지 핀은 도시되지 않음)을 수납하도록 설계된다. 나타낸 예에서, 커플링은 본질적으로 축(A)을 따라 연장된다. 커플링(32)은 절연 컴포넌트(20)의 커플링 엘리먼트(21)에 (제 1 단부 반대편의 하부에서) 연결된다. 이 예에서, 커플링(32)은 이를 위해 커플링 엘리먼트(21)가 예컨대 접착 또는 나사 결합에 의해 수납 및 고정되는 내부 리세스를 갖는다.
슬라이드(14), 커플링 엘리먼트(21) 및 커플링(32) 사이의 연결들에 의해, 커플링(32)의, 그리고 그에 따라 커플링(32)에 수납된 지지 핀의, 제어 가능한 이동이 모터(12)에 의해 제공될 수 있다. 절연 컴포넌트(20)의 커플링 엘리먼트(21)로 인해, 열 및 갈바닉(galvanic) 분리가 또한 지지 핀과 구동부(12) 사이에 제공된다.
도 2a는 하강된 정상 위치에 있는 핀 리프팅 장치(10)의 커플링(32)을 나타내며, 여기서 선택적으로 제공되는 지지 핀은 그것의 의도된 효과와 관련하여 본질적으로 비효율적인 상태로 존재할 것이다. 진공 머시닝 프로세스에서 핀 리프터(10)를 제공하는 경우, 지지 핀은 일반적으로 머시닝될 기판과 접촉하지 않는다.
도 2b는 연장된 지지 위치에 있는 핀 리프팅 장치(10)의 커플링(32)을 나타내며, 여기서 커플링된 핀은 기판을 픽업, 이동, 및/또는 제공하는 그것의 의도된 효과를 제공한다.
연장된 지지 위치에 도달하기 위해, 모터(12)가 그에 따라 작동될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 슬라이드(14)에 대한 원하는 위치를 설정하기 위해 모터의 실행 시간 또는 나사형 로드(13)에 대해 수행될 회전들의 수가 저장될 수 있다. 특히, 인코더가 구동 유닛(12)에 커플링되어 모터 축의 이동들이 모니터링 및 조절될 수 있다.
핀 리프터(10)의 선형 이동 가능 파트들, 즉 슬라이드(14), 커플링 엘리먼트(21) 및 커플링(32)은 주로 상부 커플링 파트의 영역에서 이동된다. 슬라이드(14) 및 커플링 엘리먼트(21)는 적어도 본질적으로 내부 용적(Vi) 내에서 이동한다. 나타낸 실시예에서, 커플링 엘리먼트(21)는 슬리브 형상이고 엘리먼트(21)의 형상에 의해 정의되는 리세스(21')를 제공한다. 이 리세스(21')는 나사형 로드(13)가 커플링 엘리먼트(21) 내로 가변적으로 연장되는 것을 허용하여 나사형 로드(13)에 대한 커플링 엘리먼트(21)의 병진 이동성을 허용한다.
절연 컴포넌트(20)의 2개의 엘리먼트들(21, 22)은 따라서 구동 유닛(12)을 갖는 구동 파트(11)와 그에 대해 고정된 위치에 배열되는 커플링 파트의 하우징 사이에 열 분리를 제공한다. 둘째, 하부 구동 파트와 상부 커플링 파트의 이동 파트들에 대해, 즉 커플링(32)과 슬라이드(14) 사이에서 영구적인 열 분리가 또한 제공된다.
또한, 핀 리프터의 상태에 관계없이 절연 컴포넌트(20)에 의해 구동 파트의 개별 컴포넌트들과 커플링 파트의 각 컴포넌트들 사이의 전기 전도성 접촉이 방지될 수 있다.
하강된 정상 위치에서, 커플링 엘리먼트(21)와 고정 엘리먼트(22)는 바람직하게는 접촉한다.
핀 리프팅 장치(10)는 나타낸 실시예에서 4개의 센서 유닛들(41-44)을 갖는다. 하지만, 본 발명은 4개의 센서 유닛들을 갖는 실시예에 한정되지 않고, 오히려 적어도 하나의 그러한 센서 유닛을 갖는 실시예도 또한 본 발명에 의해 포함된다는 것이 이해된다.
센서 유닛들(41-44)은, 각각, 상태 정보로서 가속도 정보를 획득하도록 설계된다. 센서 유닛들(41-44) 중 적어도 하나는 바람직하게는 다축 가속도 센서로 설계된다. 대안적인 실시예에서, 센서 유닛들(41-44) 중 하나 이상은 힘 센서로 설계될 수 있다. 특히, 다음의 측정 옵션들 및 평가 접근법들은 힘 센서의 사용으로 부분적으로 전환될 수 있다.
센서 유닛들(41-44)은, 예컨대 WLAN 또는 블루투스를 통해 무선으로 처리 및 제어 유닛(미도시)과 통신 연결되는데, 즉, 센서들(41-44)을 이용하여 획득되는 측정 데이터가 이 처리 및 제어 유닛으로 전송되고 필요에 따라 추가로 처리된다. 처리 및 제어 유닛은 핀 리프팅 장치와 함께 대응 시스템을 형성한다. 특히, 처리 및 제어 유닛은 구조적으로 분리된 유닛으로 설계되거나 핀 리프팅 장치와 통합된 형태로 설치될 수 있다.
센서 유닛들(41) 중 제 1 센서 유닛은 상부 커플링 파트의 하우징의 내벽 상의 내부 용적(Vi)에 배치되어, 따라서 예를 들어 핀 리프팅 장치(10) 상에서 외부적으로 작용하는 가속도 이벤트들의 기록을 제공한다. 이러한 방식으로, 특히 핀 리프터(10)에 대한 기계적 충격들이 등록될 수 있다. 게다가, 이에 링크되는 신호 진폭을 모니터링함으로써, 충격의 규모가 결정되고 이로 인해 야기되는 핀 리프터의 손상의 개연성이 평가될 수 있다. 이러한 접근법은, 예를 들어 반송 모니터링을 수행하는 데에도 또한 사용될 수 있다. 외부 영향들에 더하여, 센서(41)는 또한 예를 들어 커플링(32)의 이동에 의해 야기되는 핀 리프터(10)의 진동들(vibrations)을 검출할 수 있고, 이들을 추가적인 평가에 이용 가능하게 할 수 있다.
제 2 센서 유닛(42)이 커플링(32) 상에 배열되고, 따라서 커플링(32)의 가속도들, 즉, 한편으로는 축(A)을 따르는 커플링(32)의 원하는 이동 및/또는 다른 한편으로는 커플링(32)에서 발생하는 진동(vibration)의 직접적인 검출을 가능하게 한다. 이러한 진동(vibration)은 특히 그들의 자연발생적 주파수 스펙트럼들에 따라 하나 이상의 시스템 컴포넌트의 여기에 의해 야기될 수 있다. 진동(oscillation)의 여기(excitation) 또는 전달은 모터(12)의 동작에 의해 야기될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 커플링(32)과, 예컨대 커플링이 이동할 때 커플링(32)을 위한 하우징 또는 가이드(베어링) 사이의 마찰 발생으로 인해 커플링(32)의 진동(vibration)이 발생할 수 있다.
처리 및 제어 유닛은 획득된 가속도 데이터로부터 각각의 주파수 스펙트럼이 도출될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 이러한 스펙트럼은 개별 가속도 이벤트들을 구별하는 데에도 또한 사용될 수 있다. 마찰에 할당될 수 있는 주파수 스펙트럼은 예를 들어 대안적인 여기(alternative excitation)에 의해 생성되는 스펙트럼과 상이하다. 따라서, 알고리즘 평가는 검출된 진동(oscillation)이 2개의 컴포넌트들 간의 마찰 또는 다른 활성 여기에 의해 야기되는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 이것은 핀 리프팅 장치의 목표화된 유지 보수를 가능하게 하는데, 즉, 영향을 받는 컴포넌트가 식별 및 교체될 수 있다. 일 예로서, 바람직하게는 핀 리프팅 장치(10)(미도시)에 제공되는 벨로즈의 기능이 모니터링될 수 있는데, 이는 프로세스 분위기(P)(진공)와 주변 분위기(예컨대, 실내 공기) 사이에서의 분위기 분리를 제공한다. 발생하는 진동들(vibrations) 및 진동들(oscillations)을 비교하는 것에 의한 것이 아닌, 알려진 기준 진동 프로파일(known reference vibration profile)과의 비교에 의해, 벨로즈 내부에 진공이 존재하는지(=공칭 상태) 여부를 결정하는 것이 또한 가능하다.
게다가, 발생하는 가속도의 품질, 즉, 특히, 강도가 분류될 수 있으며, 특정 유형의 가속도와 관련하여 핀 리프팅 장치의 상태에 미치는 그것의 영향이 평가될 수 있다.
핀 리프팅 장치에 대한 가능한 효과에 따라 사용자에게도 또한 출력이 이루어질 수 있다. 대안적으로, 출력 또는 출력 신호가 구동 유닛으로 전송될 수 있고 따라서 구동 제어가 적응될 수 있다. 적절한 대책들은 발생하는 임의의 진동들(vibrations)을 댐핑(dampen)할 수 있거나, 또는, 예를 들어 자연발생적 주파수의 여기를 방지하는 적합한 카운터 신호를 생성함으로써 이들을 크게 회피할 수 있다.
센서 유닛(42)은 또한 지지 핀 상에 놓인 기판(웨이퍼)의 임의의 상대적 이동들을 검출할 수 있다. 웨이퍼가 조정 축(A)을 횡단하는 측방향(lateral direction)으로 이동되면, 마찰에 의해 야기되는 이 방향의 가속도들은 센서(42)(또는 다른 센서들(41, 43, 44) 중 하나)를 이용하여 측정될 수 있다. 이러한 원치 않는 이동이 발생하면, 예컨대 마모를 통한 입자들의 형성이 결과가 될 수 있다. 입자 형성은 진공 영역에서 코팅 프로세스들 과정에서 항상 중대하며, 프로세스 용적을 오염시키므로 생산 프로세스에 상당히 부정적인 장애를 초래할 수 있다. 본 발명에 따른 가속도계의 제공은, 설명된 바와 같이, 그러한 경우들에 대한 모니터링 시스템을 제공할 수 있고, 따라서 예를 들어 그러한 이벤트에 대한 경고 신호를 발행할 수 있다.
추가적인 센서 유닛(43)이 슬라이드(43) 상에 배열되고 특히 커플링(32)이 조정 축(A)을 따라 이동될 때 직접적인 상태 정보를 제공한다. 스핀들(13)의 회전 및 그에 따른 슬라이드(43)의 이동에 의해 야기되는 진동들(vibrations)은 직접적으로 픽업될 수 있다. 이러한 방식으로 검출될 수 있는 진동(vibration)의 특성은 구동 시스템의 기능 상태를 평가하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 기록된 진동(recorded vibration)은 나사형 로드(13)와 슬라이드(43) 사이의 슬라이딩 능력 또는 윤활 상태에 대한 결론들을 도출하는 데 사용될 수 있다. 이 결론은, 예를 들어 슬라이드의 목표 모션 속성들을 나타내는 기준 주파수 스펙트럼을 현재 획득된 주파수 스펙트럼과 비교함으로써 도출될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 기준 값에 비해 증가된 진폭은 기어 유닛의 부적절한 윤활을 나타낼 수 있다.
제 4 센서(44)는 모터(12) 상에 배열된다. 이것은 모터(12) 자체의 진동 및 진동들(vibration and oscillations)이 검출되는 것을 허용한다. 예를 들어, 모터(12)의 실행 특성들이 모니터링될 수 있고 모터에서의 가능한 오작동 또는 결함이 검출될 수 있다. 모터 상에서 검출될 수 있는 진동들(vibrations)이 증가하면, 이것은 모터(12)의 증가된 마모 및 모터(12)의 임박한 고장을 나타내는 것일 수 있다.
개별 센서들(41-44), 특히 센서들(42-44)을 이용하여 획득될 수 있는 정보를 기반으로, 핀 리프터(10) 또는 그것의 적어도 일부에 대한 장기간 모니터링이 또한 수행될 수 있다. 이를 위해, 가속도 정보, 특히 주파수 스펙트럼들 및/또는 가속도 진폭들이 특정 기간 동안 기록 및 평가될 수 있다. 기록된 정보에 대한 전반적인 (알고리즘 기반) 고려의 결과, 특정 가속도 특성의 변화들이 인식될 수 있으며, 그 변화들로부터 시스템의 특정 변화에 대한 장기적인 추세 또는 경향이 도출될 수 있다.
시스템의 장기적인 관점의 도움으로, 핀 리프팅 장치(10)의 유지 보수는 개별 부하에 따라 미리 계획될 수 있다. 예를 들어, 특히 이전에 알려진 시스템 속성들을 고려하여 상태 정보의 장기 모니터링이 사용되어, 목표 상태로부터의 가속 거동의 편차의 증가를 기반으로, 가능한 기능적 고장에 대한 시점을 추정할 수 있다. 이에 따라 유지 보수 시간은 경제적으로 최적화된 방식으로 설정될 수 있는데, 즉, 유지 보수가 필요한 것보다 늦게, 즉, 가능한 오작동 이전에 수행되지 않으며, 신뢰 가능한 핀 리프팅 기능을 보장하기 위해 필요한 것보다 일찍 수행되지 않는다.
센서 유닛들(41-44), 특히 유닛들(42 및 43)은 또한 디척킹 프로세스(de-chucking process)를 모니터링하기 위해 개별적으로 또는 함께 사용될 수 있다. 디척킹은 정전 클램핑 장치(척) 상에 놓인 기판이 하나 이상의 핀 리프팅 장치에 의해 들어 올려지는 프로세스이다. 웨이퍼를 제자리에 유지하는 역할을 하는 척 전극들 사이의 전압이 꺼지고 핀들이 연장되어 핀들이 웨이퍼와 접촉하게 된다.
후속 리프팅 단계에서, 웨이퍼를 들어 올리기 위해 웨이퍼 상의 핀들에 의해 가해지는 압력은 웨이퍼가 척으로부터 해제되고 핀들에 의해서만 운반될 때까지 증가하는데, 즉, 핀 리프팅 장치(10)의 커플링(32)이 운반 위치 내로 그것을 연장함으로써 삽입된 핀과 함께 이동된다. 기록될 수 있는 가속도 프로필에 기초하여 디척킹 프로세스에 대한 평가 또는 모니터링이 제공될 수 있다. 연장 이동의 감속은 웨이퍼와 접촉할 때 예상되며, 가속도 값들의 후속적인 증가는 웨이퍼가 척으로부터 분리될 때 예상된다. 측정 가능한 가속도의 범위(예컨대, 진폭 편향 또는 감속 효과의 지속 시간)는 디척킹이 지정된 상태들 하에서 일어났는지 여부에 대한 지표로서의 역할을 한다. 측정된 가속도 프로파일이 지정된 허용 오차를 초과하여 기준 프로파일에서 벗어나면, 이는 결함이 있는 분리 또는 심지어는 웨이퍼에 대한 손상을 나타낸다.
지지 핀들 상에 웨이퍼를 배치하기 위해 적절한 모니터링이 구현될 수 있다. 스타일러스를 부착함으로써 스타일러스에서의 가속도가 측정될 수 있다. 이것은 이전에 알려진 참조와 비교될 수 있으며, 주어진 프로세스 신뢰성에 관한 정보를 도출하는 데 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 센서들(41, 44)의 정보는 하나의 시놉시스로 평가되거나 함께 처리될 수 있다. 여기서, 예를 들어 하부 구동 파트와 상부 커플링 파트 사이의 진동들(vibrations) 및 자연발생적 진동들(natural oscillations)의 전파가 결정될 수 있다.
이러한 평가를 통해, 대응 절연 엘리먼트(21, 22)의 구조적 무결성 및 따라서 2개의 파트들 간의 진동 차이들을 기반으로 파트들 간의 절연 효과가 모니터링될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 핀 리프팅 장치(50)의 다른 실시예를 나타낸다. 도 3a는 이 핀 리프팅 장치(50)의 단면을 나타내고, 도 3b는 외관도이다.
지지 핀(59)은 커플링(58)에 잠금고정된다. 지지 핀(59)은 바람직하게는 금속, 폴리머 기반 또는 세라믹 재료를 가지며, 특히 핀(59)은 완전히 그러한 재료로 이루어진다. 커플링(58)에서의, 예를 들어 자기적으로 또는 클램핑에 의해 구현될 수 있다.
커플링(58)은 슬라이드(54)에 의해 Z-방향으로 이동될 수 있다. 슬라이드(54)는 이를 위해 나사형 스핀들(53)에 커플링되고, 이는 그 후 모터(12)에 의해 구동될 수 있다.
상부 커플링 파트와 하부 구동 파트 사이의 선택적인 열적 및 전기적 절연은 상부 하우징 파트를 하부 하우징 파트로부터 열적 및 전기적으로 분리하는 제 1 절연 엘리먼트(52)에 의해 하나의 변형예로 실현된다. 바람직하게는, 슬라이드(54)에 의해 구체화될 수 있는 제 2 절연 엘리먼트가 제공될 수 있다. 핀 리프팅 장치(50)의 이러한 변형예에서, 나사형 스핀들(53)은 상대적으로 이동하는 동안에도 스핀들(53)과 커플링(58) 사이에 (전기적으로 또는 열적으로 전도성의) 접촉이 발생하지 않도록 매우 정확하고 견고하게 설계 및 탑재된다. 대안적으로, 스핀들(53)은 비전도성 또는 단열 재료로 이루어지거나 코팅된다. 따라서, 장치(50)의 매 상태마다 상부 및 하부 파트 사이의 완전한 갈바닉 및 열 분리가 제공된다.
추가적인 변형예에서, 나사형 스핀들(53)과 스핀들(53) 상에 위치되는 슬라이드(54)는 양방 모두 전도성(예컨대, 금속성)으로 제조될 수 있다. 그런 다음, 특히, 예를 들어 스핀들/슬라이드와 커플링 사이의 중간 슬리브에 의해 절연이 달성될 수 있다.
핀 리프터(50)는 또한 커플링 파트 내부에 벨로즈(55)를 갖는다. 벨로즈(55)는 지지 핀(59)(핀)이 존재하고 머시닝 프로세스가 대개 일어나는 프로세스 분위기 영역과, 예컨대 구동부(12) 및 추가적인 주변 컴포넌트들이 존재할 수 있는 외부 분위기 영역이 제공되는 방식으로 배열 및 형상화된다. 벨로즈(55)는 핀(59)이 연장될 때 압축되되, 분위기 분리가 유지된다.
핀 리프팅 장치(50)는, 각각이 힘 센서로서 설계되는 2개의 센서 유닛들(45, 46)을 갖는다.
핀을 커플링하기 위해 의도되는 그것의 하단에 나타낸 예에서, 2개의 센서들(45) 중 하나는 핀(59)에 위치된다. 대안적으로, 센서(45)는 핀 리프팅 장치(50)의 다른 컴포넌트에, 예컨대 벨로즈(55)에, 커플링(58)에 또는 커플링(28)과 핀(59) 또는 슬라이드(54) 사이에, 또는 다른 이동 가능한 엘리먼트 및/또는 동작 동안 외부 힘을 받는 엘리먼트에 부착될 수 있다. 센서(45)는 대안적으로 핀(59)의 반대측 단부에 배열될 수 있다. 핀(59) 상의 배열은 리프팅, 하강 또는 유지 도중에 리프팅될 기판에 의해 핀(59) 및 핀(50)에 인가된 힘의 직접적인 측정을 가능하게 한다. 그러한 직접적인 힘 측정은 또한 바람직하게는 커플링(58)에 할당되고 핀(59)의 교체에 의해 영향을 받지 않는 핀(59)과 커플링(58) 사이의 센서로 실현될 수 있다.
핀(59) 상에 제공되는 센서(45)의 장점은, 핀 리프팅 장치(50)에 개입하지 않으면서, 매우 용이하게 교체될 수 있다는 것이다. 센서의 전기 공급은, 예를 들어, 커플링 및 커플링(58)에서의 대응하는 접촉부들에 의해 또는 핀(59)에서의 에너지 저장 장치(예컨대, 배터리 또는 충전식 배터리)에 의해 제공될 수 있다. 센서의 측정 데이터는 무선 또는 해당 전기 접촉부들에 의해 전송될 수 있다.
커플링(58) 상에 제공되는 센서의 한 가지 장점은 에너지와 데이터 전송 양방 모두를 위한 센서의 비교적 간단한 접촉일 수 있다.
핀 및/또는 커플링(58)에서 센서(45)의 설명된 배열의 결과로, 핀 리프팅 장치의 다른 컴포넌트들에 의한 힘 측정에 대한 영향들이 회피될 수 있으며, 따라서 예를 들어 벨로즈(55) 또는 슬라이드(54)에 의해 가해지는 힘은 공동 측정되지 않고, 이에 의해 핀(59)과 기판 사이에 작용하는 힘에 관한 측정 정확도가 증가된다. 예를 들어, 벨로즈(55)가 마모의 징후들을 보이게 되면, 힘 측정에 상당한 영향을 미칠 수 있고 잘못된 프로세스 평가를 초래할 수 있다.
부가적인 힘 센서(46)는 모터(12)로부터 나사형 로드(53)로의 천이에 위치되므로, 나사형 로드(53)를 따라 모터(12)에 작용하는 모든 힘들을 검출할 수 있다. 따라서, 모터(12)의 부하 또는 필요한 전력 소비가 결정될 수 있다.
힘 센서들(45, 46)은 인가된 힘의 선택적인 검출뿐만 아니라 특정 기간에 걸친 힘 진행의 검출을 허용한다.
적용된 힘 레벨을 저장된 기준 값(예컨대, 최대 허용 가능한 힘)과 (연속적으로) 비교함으로써, 핀 리프팅 장치(50)의 상태에 대한 프로세스 모니터링 및 기록이 수행될 수 있다. 허용되는 최대 힘이 초과되면, 허용되지 않는 시스템 부하를 나타낼 수 있는 적절한 신호가 생성 및 출력될 수 있으며, 필요한 경우 시스템의 검사를 권장한다.
최대 허용 힘은 또한 정전 클램핑 장치로부터 기판을 들어 올리기 위해 정의될 수 있되, 그것의 초과는 기판에 가능한 손상을 나타낼 수 있다.
힘 곡선은 핀 리프팅 장치의 하나 이상의 컴포넌트들에 대한 마모 현상과, 프로세스 품질 양방 모두를 결정하는 데 사용될 수 있다. 가속도계(상기 참조)의 사용에 대한 평가 접근법들은 이를 위해 힘 센서의 사용으로 전환될 수 있다.
이를 위해 정의된 기준으로부터 힘 곡선의 측정된 편차가 있는 경우, 경고 신호가 출력될 수 있다. 가능한 소스에 대해 일 유형의 편차가 평가 및 분석될 수 있다. 예를 들어, 특정 패턴들의 편차는 편차의 소스 및/또는 시스템 또는 핀 리프트 장치(50)에 대한 영향에 대한 결론들이 도출되는 것을 허용한다. 반복되고 유사한 프로세스 단계들(프로세스 사이클들) 동안 힘 진행을 장기적으로 관찰함으로써, 프로세스의 변화의 추세도 또한 검출될 수 있다. 추세 모니터링은 향후 시스템 상황의 예측 및 이에 따라 유지 보수 사이클들의 계획을 최적화하는 것을 허용한다.
힘 센서(45 또는 46)의 측정 데이터는 또한 모터 전류의 측정과의 비교, 즉 모터(12)에 의해 제공되는 토크와 인가된 힘과의 비교를 허용한다. 이것은 양방의 측정 원리들에 대한 상호 교정 및 모니터링을 제공한다.
도 3b는 핀 리프터(50)의 외관도를 나타낸다. 핀(59)은 리프터(50)의 하우징의 상부 측으로부터 돌출된다. 절연 컴포넌트의 고정 컴포넌트(52)는 여기된 진동들 및 진동들(excited vibrations and oscillations)의 전달을 방지하기 위해 하부 구동 파트를 상부 커플링 파트 또는 그 각각의 하우징 파트들 및 병진 이동 불가능한 파트들로부터 갈바닉 및 열적으로 분리한다.
핀 리프터(50)는 그것의 외부 하우징 측에 2개의 부가적인 가속도계들(47, 48)을 갖는다. 하나의 센서(47)는 상부 커플링 파트 상에 위치되고, 다른 센서(48)는 하부 구동 파트 상에 위치된다. 예를 들어, 2개의 하우징 파트들 사이의 진동들(vibrations) 및 진동들(oscillations)의 전달뿐만 아니라 핀 리프터(50)의 구동부로부터 연결된 프로세스 챔버로의 가능한 전달이 검출될 수 있다.
전술한 기능들에 더하여, 이러한 배열은, 예를 들어 절연 엘리먼트(52)의 원하는 절연 효과를 모니터링하는 데 또한 사용될 수 있다.
도면들은 단지 가능한 실시예의 예시들을 개략적으로 나타내는 것으로 이해된다. 본 발명에 따라 상이한 접근법들은 서로 조합될 수 있을 뿐만 아니라, 종래 기술의 진공 프로세스 챔버들, 특히 핀 리프터들에서의 기판 이동을 위한 장치들과 조합될 수 있다.
Claims (18)
- 진공 프로세스 챔버(4)에 의해 제공될 수 있는 프로세스 분위기 영역(P)에서 처리될 기판(1), 특히 웨이퍼를 이동 및 위치결정하도록 설계되는 핀 리프터와 같은 핀 리프팅 장치(10, 50)로서, 상기 핀 리프팅 장치(10, 50)는,
ㆍ상기 기판(1)과 접촉하도록 그리고 상기 기판(1)을 지지하도록 구성되는 지지 핀(7, 59)을 수용하도록 설계되는 커플링(32, 58), 및
ㆍ구동 유닛(6, 12)으로서,
o 특히 상기 지지 핀(7, 59)을 그것의 의도된 효과와 관련하여 실질적으로 작동이 없는 상태로 제공하기 위한, 하강된 정상 위치(lowered normal position)로부터,
o 특히 상기 지지 핀(7, 59)에 의해 상기 기판(1)을 수용 및/또는 제공하는 의도된 효과를 제공하기 위한, 연장된 지지 위치(extended support position)로, 그리고 다시 역으로,
조정 축(A)을 따라 선형으로 상기 커플링(32, 58)을 조정 가능하도록 설계되고 상기 커플링(32, 58)과 상호 작용하는, 상기 구동 유닛(6, 12)을 가지며,
상기 핀 리프팅 장치(10, 50)는 적어도 하나의 센서 유닛(41-48)을 갖고, 상기 센서 유닛(41-48)은, 상기 센서 유닛(41-48)에 의해 상기 핀 리프팅 장치(10, 50)의 적어도 일부와 관련하여 힘 의존적 및/또는 가속도 의존적 상태 정보가 생성될 수 있는 방식으로 설계 및 배열되는 것을 특징으로 하는, 핀 리프팅 장치(10, 50). - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 유닛(41-48)은 상기 가속도 의존적 상태 정보를 생성하기 위해,
ㆍ 정의된 방식으로 정렬되는 적어도 하나의 축을 따라 가속도들을 검출하는 가속도 센서(41-44, 47, 48), 및/또는
ㆍ 정의된 방식으로 정렬되는 적어도 하나의 축을 중심으로 한 회전 속도들 또는 회전 가속도들을 검출하는 회전율 센서
의 관성 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핀 리프팅 장치(10, 50). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 센서 유닛(41-48)은 상기 힘 의존적 상태 정보를 생성하기 위해,
ㆍ 압력 센서,
ㆍ 변형 민감형 엘리먼트, 특히 스트레인 게이지,
ㆍ 피에조(piezo) 세라믹 엘리먼트를 갖는 피에조 힘 변환기(transducer),
ㆍ 전기 역학적 힘 변환기,
ㆍ 저항력 변환기,
ㆍ 진동력 변환기 및/또는
ㆍ 스프링 본체 힘 변환기
의 힘 센서들(45, 46) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핀 리프팅 장치(10, 50). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 유닛(41-48)은,
ㆍ 상기 커플링 상에, 특히 상기 지지 핀용 리셉터클 상에,
ㆍ 상기 구동 유닛(6, 12) 상에, 특히 상기 구동 유닛의 스핀들 또는 모터 상에,
ㆍ 상기 구동 유닛과 상기 커플링, 특히 나사형 로드(threaded rod)(13, 53)의 협력을 제공하는 커플링 엘리먼트 상에,
ㆍ 상기 지지 핀(7,59) 상에, 그리고/또는
ㆍ 상기 핀 리프팅 장치(10, 50)의 하우징 상에, 특히 상기 하우징의 하면 상에 또는 내벽 상에
배열되는 것을 특징으로 하는, 핀 리프팅 장치(10, 50). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 핀 리프팅 장치(10, 50)와, 처리 및 제어 유닛을 포함하는 시스템으로서, 상기 처리 및 제어 유닛은,
ㆍ 상기 센서 유닛(41-48)의 상기 상태 정보를 획득하도록 그리고/또는 처리하도록, 그리고
ㆍ 상기 상태 정보에 따라 출력을 생성하도록 배열 및 설계되는, 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은 상기 상태 정보를 처리하는 것에 의해 상기 구동 유닛(6, 12) 및/또는 상기 커플링(32, 58)의 현재 상태 또는 현재 정상 상태 편차와 관련된 출력을, 특히 시각적으로 또는 청각적으로 제공하도록 설계되고, 특히 상기 출력은 상기 검출된 상태 정보에 대한 실제/목표 비교에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 출력은 상기 구동 유닛(6, 12) 및/또는 상기 커플링(32, 58)의 기계적 및/또는 구조적 무결성과 관련하여 제공되며, 특히 상기 출력은,
ㆍ 상기 핀 리프팅 장치(10, 50)의 컴포넌트의 증가된 마모에 대한 경고, 및
ㆍ 상기 핀 리프팅 장치(10, 50)의 컴포넌트의 내구성의 예측
중 하나 또는 양방 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은 상기 상태 정보에 기초하여 주파수 스펙트럼을 제공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은, 하나 이상의 측정된 값 주파수에 관련된 상기 상태 정보의 분석에 기초하여, 상기 각각의 측정된 값 주파수를 야기하는 진동(oscillation)의 국부화에 관련된 출력을 제공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은, 상기 상태 정보와 사전정의된 기준 값의 비교에 기초하여, 상기 핀 리프팅 장치로 수행되는 프로세스의 평가와 관련된 신호를 제공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은, 시스템 상태 및/또는 상기 상태 정보의 다중 획득들에 기초한 상기 시스템 상태의 변화에 대한 상태 추세, 특히 장기 추세를 도출하도록 설계되고, 특히 상기 상태 정보는 특정 기간 동안 주기적으로, 특히 연속적으로 획득되며 주파수 스펙트럼 및/또는 힘-변위 비율이 도출되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은 상기 센서 유닛의 교정 및/또는 센서 유닛 독립형 상태 정보의 모니터링을 제공하도록 설계되되, 현재 검출된 상태 정보와 추가적인 센서 유닛 독립형 상태 정보, 특히 상기 구동 유닛의 상기 모터 전류의 비교에 기초하여 제공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은 특히 상기 센서 유닛에 의해 지지 핀(7, 59)이 장착된 상기 커플링(32, 58)이 상기 지지 위치 내로 연장 이동하는 동안, 상태의 변화, 특히 상기 지지 핀(7, 59) 상에서의 기판 및/또는 가속도 코스의 접촉으로 인한 힘의 증가를 검출하도록, 그리고 그것을 특히 연장 위치에 링크하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 유닛(41-48)은 상기 구동 유닛(6, 12)에서 발생하는 가속도 및/또는 핀 리프팅 장치(10, 50) 상에서 외부로부터 작용하는 가속도가 상태 정보로서 검출될 수 있는 방식으로 설계 및 배열되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 유닛(41-48)은,
ㆍ 상기 커플링(32, 58)의 적어도 일부와, 상기 커플링(32, 58)을 위한 가이드 및/또는 베어링 사이,
ㆍ 상기 커플링(32, 58)의 적어도 일부와 상기 구동 유닛(6, 12)의 적어도 일부 사이, 및
ㆍ 상기 구동 유닛(6, 12)의 적어도 일부와, 상기 구동 유닛(6, 12)을 위한 가이드 및/또는 베어링 사이
의 위치들 중 적어도 하나에서의 마찰 진동(frictional vibration)에 의해 생성되는 가속도가 상태 정보로서 검출될 수 있는 방식으로 설계 및 배열되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상태 정보는,
ㆍ 상기 커플링(32, 58) 및/또는 상기 지지 핀(7, 59)에 작용하는 힘, 특히 상기 지지 핀(7, 59) 상에 놓인 기판(1)의 중량 힘에 의해 생성되는 힘,
ㆍ 상기 구동 유닛(6, 12), 특히 상기 구동 유닛의 구동 샤프트 또는 모터에 작용하는 힘,
ㆍ 상기 커플링(32, 58) 및/또는 상기 지지 핀(7, 59) 상에서 생성되는 가속도,
ㆍ 상기 구동 유닛(6, 12)에서 생성되는 가속도,
ㆍ 상기 핀 리프팅 장치의 가속도 상태 또는 가속도의 변화
의 정보 항목들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 5 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
ㆍ 상기 처리 및 제어 유닛은 상기 상태 정보에 기초한 출력으로서 제어 신호를 생성하도록 설계되고,
ㆍ 상기 구동 유닛(6, 12)은,
o 상기 제어 신호를 획득하도록 그리고
o 상기 제어 신호에 따라 상기 정상 위치와 상기 지지 위치 사이에서 상기 커플링(32, 58)을 조정하도록
배열 및 설계되는 것을 특징으로 하는, 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 처리 및 제어 유닛은 상기 제어 신호가 현재 상태 정보에 따라 자동으로 설정될 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 시스템.
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