KR20240012756A - 웨이퍼형 센서, 웨이퍼형 센서를 이용한 웨이퍼 정렬 방법 및 웨이퍼형 센서의 보정 장치 - Google Patents

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노승우
박상윤
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김연호
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Abstract

웨이퍼 정렬을 위한 웨이퍼형 센서가 개시된다. 일 실시예에 따르면, 웨이퍼형 센서는 더미웨이퍼, 더미웨이퍼 내부에 삽입 배치되어, 더미웨이퍼가 이송 로봇에 의해 정전척에 안착할 때 더미웨이퍼의 측면과 정전척의 외곽에 형성된 링 사이의 거리를 측정하는 센서 모듈 및 센서 모듈의 구동을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

웨이퍼형 센서, 웨이퍼형 센서를 이용한 웨이퍼 정렬 방법 및 웨이퍼형 센서의 보정 장치{WAFER TYPE SENSOR, METHOD FOR ALINING WAFER USING THE SAME, AND DEVICE FOR CALIBRATING WAFER TYPE SENSOR}
웨이퍼를 정렬하는 기술과 관련된다.
반도체 기판 처리는 전형적으로 다수의 순차적 공정이 웨이퍼 상에서 장치, 도체 및 절연체를 생성함으로써 수행된다. 반도체 제조 공정의 단계로 포토리소그래피 프로세스, 웨이퍼 프로브 및 테스트, 웨이퍼 마운팅, 다이싱 등과 같은 고정밀 얼라인먼트가 필요하다.
일반적으로 웨이퍼를 정렬하는 기술은 전체 이송 시스템 내에 장착되어 있으므로 시스템 전체의 복잡도가 증가하고, 정렬 시스템의 추가는 고가의 반도체 장비/이송 시스템을 변경이 필요할 수 있다. 또한, 이미지 센서를 기반으로 위치 판단/정렬 시스템은 일정 크기의 FOV를 확보하기 위한 작동 거리가 필요하고, 적절한 세기의 이미지를 얻기 위해서는 조명도 필요하며, 필수적인 광학계의 결합이 필요한 이미지센서 기반의 정렬 시스템은 초박형 센싱 시스템에 적용하기에는 부적합하다.
미국 등록특허 US4,819,167 (1989.4.4)
웨이퍼를 정렬하기 위한 웨이퍼형 센서와, 웨이퍼형 센서를 이용한 웨치퍼 정렬 방법 및 웨이퍼형 센서의 보정 장치가 제시된다.
일 양상에 따르면, 웨이퍼형 센서는 더미웨이퍼, 더미웨이퍼에 배치되어, 더미웨이퍼가 이송 로봇에 의해 정전척에 안착할 때 더미웨이퍼의 측면과 정전척의 외곽에 형성된 링 사이의 거리를 측정하는 센서 모듈, 및 센서 모듈의 구동을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
센서 모듈은 링에 광을 조사하는 광원, 및 링에 의해 반사된 광을 검출하는 수광부를 포함할 수 있다.
센서 모듈의 광원과 수광부의 거리는 500㎛ ~ 1500㎛일 수 있다.
센서 모듈이 복수인 경우 더미웨이퍼가 정렬된 상태에서 각 센서 모듈이 링과의 거리가 동일하도록 더미웨이퍼 내에 배치될 수 있다.
센서 모듈은 더미웨이퍼가 정전척 상에 놓여지는 위치에 따라 링과의 거리가 소정 범위가 되도록 더미웨이퍼 내에 배치될 수 있다.
센서 모듈이 복수인 경우, 각 센서 모듈은 더미웨이퍼의 둘레를 따라 동일한 거리가 되도록 배치될 수 있다.
프로세서는 이후에 이송될 웨이퍼의 정렬을 위해 측정된 거리를 기초로 이송 로봇의 이송 제어값을 산출할 수 있다.
또한, 웨이퍼형 센서는 산출된 이송 제어값을 이송 로봇의 제어 장치에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
프로세서는 웨이퍼형 센서가 보정 장치에 거치되면, 보정 장치에 형성된 반사체를 이용하여 센서 모듈을 보정할 수 있다.
프로세서는 센서 모듈이 복수인 경우, 각 센서 모듈의 광원을 구동하여 반사체에 광을 조사하고, 각 센서 모듈의 디텍터에 의해 검출된 광의 세기가 서로 동일해지도록 각 센서 모듈을 보정할 수 있다.
프로세서는 각 센서 모듈의 디텍터에 의해 검출된 광의 세기가, 검출된 광의 세기의 평균값, 최대값, 최소값, 및 미리 정의된 표준값 중의 하나가 되도록 광원의 전류 세기 및 지속 시간 중의 적어도 하나를 조절할 수 있다.
또한, 웨이퍼형 센서는 프로세서의 처리 결과 및 센서 모듈의 구동 조건 중의 적어도 하나를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
또한, 웨이퍼형 센서는 센서 모듈에 전력을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 웨이퍼형 센서가, 더미웨이퍼에 배치된 센서 모듈을 통해, 상기 더미웨이퍼가 이송 로봇에 의해 정전척에 안착될 때 더미웨이퍼의 측면과 정전척의 외곽에 형성된 링 사이의 거리를 측정하는 단계, 및 프로세서를 통해, 이후에 이송될 웨이퍼의 정렬을 위해 측정된 거리를 기초로 이송 로봇을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이송 로봇을 제어하는 단계는 측정된 거리를 기초로 이송 로봇의 이송 제어값을 산출하는 단계 및 산출된 이송 제어값을 상기 이송 로봇의 제어 장치에 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 웨이퍼 정렬 방법은 프로세서를 통해, 웨이퍼형 센서가 보정 장치에 거치되면, 보정 장치에 형성된 반사체를 이용하여 센서 모듈을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
센서 모듈을 보정하는 단계는 센서 모듈이 복수인 경우, 각 센서 모듈의 광원을 구동하여 상기 반사체에 광을 조사하는 단계, 및 각 센서 모듈의 수광부에 의해 광을 검출하는 단계, 및 검출된 광의 세기가 서로 동일해지도록 각 센서 모듈을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면, 웨이퍼형 센서의 보정 장치는 웨이퍼형 센서의 수용공간이 형성된 하우징, 웨이퍼형 센서의 센서 모듈을 보정하기 위해, 하우징의 센서 모듈과 대향하는 면에 형성된 반사체, 및 웨이퍼형 센서가 수용공간에 안착할 때, 상기 웨이퍼형 센서의 더미웨이퍼 측면으로부터 반사체까지 일정한 간격을 유지하도록 하는 스페이서를 포함할 수 있다.
또한, 웨이퍼형 센서의 보정 장치는 하우징에 배치되며 웨이퍼형 센서의 배터리를 충전하기 위한 충전부를 더 포함할 수 있다.
일 양상에 따르면 웨이퍼 정렬 장치는 더미웨이퍼와, 더미웨이퍼 내에 배치되어 더미웨이퍼가 이송 로봇에 의해 정전척에 안착될 때 더미웨이퍼의 측면과 정전척의 외곽에 형성된 링 사이의 거리를 측정하는 센서 모듈, 및 상기 측정된 거리 데이터를 로봇 제어 장치에 전송하는 통신부를 포함하는 웨이퍼형 센서, 및 웨이퍼형 센서로부터 거리 데이터를 수신하는 통신부와, 이후에 이송될 웨이퍼의 정렬을 위해 상기 수신된 거리 데이터를 기초로 이송 로봇을 제어하는 프로세서를 포함하는 로봇 제어 장치를 포함할 수 있다.
웨이퍼형 센서를 이용하여 웨이퍼를 정렬할 수 있다. 이를 통해 고가의 반도체 장비 또는 이송 시스템의 복잡도를 증가시키거나 변경할 필요가 없어 간단하게 웨이퍼를 정렬할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 웨이퍼형 센서의 블록도이다.
도 2는 일반적인 웨이퍼 정렬을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 일 실시예의 웨이퍼형 센서의 구조 및 웨이퍼형 센서를 이용하여 웨이퍼를 정렬하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 웨이퍼형 센서의 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따른 보정 장치의 간략한 구조 및 웨이퍼형 센서의 보정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 보정 장치의 간략한 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 방법의 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 웨이퍼형 센서의 보정 방법의 흐름도이다.
도 9는 일 실시예의 웨이퍼 정렬 장치의 블록도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 웨이퍼형 센서의 블록도이다. 도 2는 일반적인 웨이퍼 정렬을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 내지 도 3d는 일 실시예의 웨이퍼형 센서의 구조 및 웨이퍼형 센서를 이용하여 웨이퍼를 정렬하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼형 센서(100)는 더미웨이퍼(110), 센서 모듈(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
더미웨이퍼(110)는 반도체 제품에 이용되는 웨이퍼와 동일한 크기 및 형태로 제작될 수 있다. 예컨대, 더미웨이퍼(110)는 300㎜의 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 직경 및 두께는 필요에 따라 다양한 수치로 형성될 수 있음은 자명하다. 이때, 더미웨이퍼(110)의 전체 또는 일부 영역(예컨대 센서 모듈(120)의 광이 통과하는 영역)은 웨이퍼와 다른 재질로 형성될 수 있다.
센서 모듈(120)은 더미웨이퍼(110) 내부 측면부에 하나 이상 배치될 수 있다. 센서 모듈(120)은 광전식 근접각 센서(photoelectric proximity sensor)일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 필요에 따라 정전용량형 근접각 센서(capacitive proximity sensor) 또는 초음파 근접각 센서(ultrasonic proximity sensor)로 대체될 수 있다.
예를 들어, 광전식 근접간 센서는 물체에 광을 조사하고 광원과 물체로부터 반사된 광을 검출하여 전기적인 신호로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다. 광원은 LED(light emitting diode), 레이저 다이오드(laser diode) 및 형광체 등을 포함할 수 있다. 광원은 특정 파장 또는 복수의 파장의 광을 조사할 수 있도록 형성될 수 있다. 예컨대, 파장은 녹색, 적색, 청색, 적외 파장일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 수광부는 하나 이상 포토다이오드(photo diode), 포토트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 이미지 센서(예: CMOS 이미지 센서) 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
도 2를 참조하면, 일반적으로 반도체 기판 처리는 다수의 순차적 공정이 웨이퍼(WF) 상에서 장치, 도체 및 절연체를 생성함으로써 수행된다. 이를 위해 먼저 웨이퍼(WF)가 이송 로봇(미도시)에 의해 정전척(CH)에 안착되며, 이때 정전척(CH)의 둘레에 웨이퍼(WF)의 형상을 따라 제작된 링(GR)이 마련되어 웨이퍼(WF)의 안착을 유도하고, 반도체 제조 공정 과정에서 웨이퍼(WF)가 정전척(CH)을 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 반도체 제조 공정, 예컨대 포토리소그래피(photolithography) 처리, 웨이퍼 프로브 및 테스트, 웨이퍼 마우닝, 다이싱 등의 공정에서 웨이퍼(WF)의 고정밀 정렬이 요구된다.
본 실시예에서, 더미웨이퍼(110)는 이송 로봇이 웨이퍼(WF)를 운반하기 전에 웨이퍼(WF) 정렬을 위해 먼저 그 이송 로봇에 의해 운반되어 정전척(CH)에 놓여질 수 있다. 더미웨이퍼(110)가 정전척(CH)에 놓여지면, 더미웨이퍼(110)에 배치된 센서 모듈(120)은 더미웨이퍼(110)의 측면 에지와 링(GR) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(120)의 광원과 수광부는 링(GR)을 향하도록 배치될 수 있으며, 광원이 링(GR)을 향해 광을 조사하면 수광부는 링(GR)으로부터 반사된 광을 검출하여 더미웨이퍼(110)의 측면 에지와 링(GR) 사이의 거리를 측정할 수 있다. 이때, 더미웨이퍼(100)의 측면은 광원에 의해 조사된 광과 링(GR)에 의해 반사된 광이 통과될 수 있도록 투광 재질로 형성될 수 있다. 이와 같이 측정된 더미웨이퍼(110)의 측면 에지와 링(GR) 사이의 거리는 더미웨이퍼(110)가 정전척(CH) 상에 정렬된 상태인지 아닌지 판단하는데 이용되며, 판단 결과를 기초로 이송 로봇의 운반 제어가 이루어질 수 있다.
도 3a를 참조하면, 웨이퍼형 센서(100)는 종횡 방향으로 더미웨이퍼(110)의 정렬 상태를 모니터링하기 위해 더미웨이퍼(110) 내에 4개의 센서 모듈(121,222,123,124)이 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 3개 또는 4개 이상의 센서 모듈이 배치되는 것도 가능하다. 이때, 각 센서 모듈(121,222,123,124)은 더미웨이퍼(110)의 둘레를 따라 동일한 거리, 즉 중심(WT)에서 두 센서 모듈 사이의 각도가 동일하도록 배치될 수 있다. 또한, 이송 로봇이 더미웨이퍼(110)를 회전할 수 있는 기능이 탑재된 경우 하나 또는 두 개의 센서 모듈이 배치되는 것도 가능하다. 하나의 센서 모듈이 배치되는 경우 360도 회전으로 종횡 방향의 정렬 상태 모니터링이 가능하며, 두 개의 센서 모듈이 대칭하여 배치되는 경우 180도 회전으로 종횡 방향의 정렬 상태 모니터링이 가능하다.
도 3b를 참조하면, 더미웨이퍼(110)가 정전척(CH)에 놓여져 종횡 방향의 정렬이 된 상태에서 측면과 링(GR) 간의 거리가 소정 거리(예: 650㎛)가 되도록 설계될 수 있다. 이때, 더미웨이퍼(110)의 측면과 링(GR)간의 거리는 더미웨이퍼(110)의 측면 에지에 최대한 가까이 삽입 배치된 센서 모듈(120)로부터의 거리(g1+g2)를 의미할 수 있다. 센서 모듈(120)이 도 3a에 도시된 바와 같이 복수인 경우 각 센서 모듈(121,122,123,124)은 링(GR)과의 거리가 동일하도록 배치될 수 있다. 또한, 더미웨이퍼(110)가 정전척(CH)에 놓여져 정렬되지 않은 상태에서 측면과 링(GR) 간의 거리가 소정 범위(예: 350㎛~900㎛)에서 작동하도록 센서 모듈(120)이 배치될 수 있다. 이때, 광원(S)과 수광부(D)의 방사각과 수광각은 소정 각도로 형성될 수 있으며, 광원(S)과 수광부(D) 사이의 거리는 소정 범위(예: 500㎛~1500㎛)가 되도록 배치될 수 있다.
도 3c는 더미웨이퍼(110), 정전척(CH) 및 링(GR) 간의 배치 구조를 예시적으로 도시한 것이다. 도 3c를 참조하면, 소정 두께(L1)을 갖도록 설계된 더미웨이퍼(110)가 정전척(CH)에 정렬될 때 더미웨이퍼(110)의 측면과 마주보는 링(GR)의 일면까지는 소정 간격(L2)이 되도록 설계될 수 있다. 예컨대, 더미웨이퍼(110)가 직경이 300㎛인 경우 간격(L2)은 650㎛이 되도록 설계될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 링(GR)의 높이(L3)는 웨이퍼가 정전척(CH)에서 효과적으로 가이드 되도록 링(GR)의 상단면이 더미웨이퍼(110)의 상단면으로부터 일정 간격(L4) 높아지도록 설계될 수 있다. 또한, 더미웨이퍼(110)의 하단면과 링(GR)의 마주보는 면 사이, 정전척(CH)과 링(GR)의 마주보는 면 사이는 일정한 간격(L5, L6)을 갖도록 설계될 수 있다. 다만, 이 예들에 제한되는 것은 아니며 수치, 형태 등은 필요에 따라 변형될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 프로세서(130)는 더미웨이퍼(110) 내에 배치될 수 있다. 프로세서(130)는 센서 모듈(120)과 전기적으로 연결되어 센서 모듈(120)을 제어할 수 있다. 예컨대, 더미웨이퍼(110)가 정전척에 놓여지면 미리 설정된 센서 모듈(120)의 구동 조건(예: 광원의 전류 세기 및/또는 지속 시간 등)에 따라 광원을 구동할 수 있다. 또한, 수광부를 제어할 수 있으며, 수광부로부터 수신된 거리 데이터를 이용하여 웨이퍼 정렬을 위한 다양한 처리를 할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(130)는 수신된 거리 데이터를 이용하여 웨이퍼 정렬을 위한 이송 로봇의 이송 제어값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 3d는 더미웨이퍼(110)의 중심(WT)이 정전척(CH)의 중심(CT)으로부터 좌측으로 치우쳐 놓여져 있는 것을 도시한 것이다.
프로세서(130)는 더미웨이퍼(110)가 정전척(CH)에 놓여지면 각 센서 모듈(121,122,123,124)의 광원을 구동하여 각각 링(GR)의 대향하는 면(A,B,C,D)을 향해 광을 조사할 수 있다. 이때, 각 센서 모듈(121,122,123,124)의 광원 전체를 동시 구동하거나 미리 정해진 순서대로 순차 구동할 수 있다. 또는, 횡방향 센서 모듈(122,124)의 광원을 동시 구동하고, 이후 종방향 센서 모듈(121,123)의 광원을 동시 구동할 수도 있다. 그 반대의 경우도 가능하다.
또한, 프로세서(130)는 각 센서 모듈(121,122,123,124)의 수광부에서 검출된 광량 데이터를 수신하고, 수신된 광량 데이터 또는 그 광량 데이터를 스케일링 및/또는 노이즈 제거 등을 통해 변환한 데이터를 거리 데이터(dA,dB,dC,dD)로 획득하고, 획득된 거리 데이터(dA,dB,dC,dD)를 이용하여 모든 방향의 거리(dA,dB,dC,dD)가 동일해지도록 이송 로봇에 대한 이송 제어값을 산출할 수 있다. 예컨대, 횡방향에 대한 거리의 차이(dB-dD)가 0이 되고, 종방향에 대한 거리의 차이(dA-dC)가 0이 되도록 수학식 1과 같이 이송 제어값을 산출할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, Δx는 횡방향 이송 제어값이고, Δy는 종방향 이송 제어값을 나타낸다. f와 g는 횡방향 거리의 차이와 종방향 거리의 차이를 각각 입력으로 하여 횡방향과 종방향의 이송 제어값을 산출하도록 이송 로봇별로 정의된 함수이다.
프로세서(130)는 이와 같이 산출된 이송 제어값을 통신부를 통해 이송 로봇을 제어하는 로봇 제어 장치에 전송할 수 있다. 여기서, 로봇 제어 장치는 이송 로봇에 탑재되거나 유선 또는 무선으로 이송 로봇과 연결되어 이송 로봇의 동작을 제어하는 장치일 수 있다. 로봇 제어 장치는 이송 제어값이 수신되면 이송 로봇에 설정하여, 이송 로봇이 설정된 이송 제어값에 따라 웨이퍼들을 정전척에 운반하도록 할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 이송 제어값의 산출 알고리즘이 로봇 제어 장치에 탑재된 경우, 센서 모듈(121,122,123,124)로부터 수신된 거리 데이터를 로봇 제어 장치에 전송할 수 있다. 이때, 로봇 제어 장치는 프로세서(130)로부터 수신된 거리 데이터를 이용하여 이송 로봇에 대한 이송 제어값을 산출하고, 이송 로봇을 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 보정 조건을 만족하면 센서 모듈을 보정할 수 있다. 센서 모듈은 오랜 시간 사용하였거나 주변 온도, 습도 등의 다양한 환경에 의해 제조시의 표준 센서 모듈과는 그 성능이 달라질 수 있다. 예컨대, 광원의 출력이 표준 광원에 비해 저감될 수 있으며 또는 수광부의 검출 강도가 저하될 수 있다. 이때, 보정 조건은 예컨대 웨이퍼형 센서(100)가 보정 장치에 거치되면 자동으로 진행되도록 설정될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 웨이퍼형 센서(100)가 보정 장치에 거치된 상태에서, 충전이 진행되는 경우, 미리 설정된 주기가 된 경우, 및/또는 사용자의 요청이 있는 경우에 진행되도록 설정될 수 있다.
프로세서(130)는 예컨대 센서 모듈의 성능을 표준 센서 모듈의 성능에 부합하도록 보정할 수 있다. 또는 센서 모듈이 복수인 경우 각 센서 모듈의 센싱값 즉, 수광부에 의해 검출된 광의 세기가 서로 동일해지도록 보정할 수 있다. 예컨대, 센서 모듈(120)의 광원을 구동하여 보정 장치에 형성된 반사체에 광을 조사하고 수광부에 의해 검출된 광의 세기가 제조시 설정된 표준값이 되도록 광원의 전류 세기 및/또는 지속 시간 등을 조절할 수 있다. 또는 센서 모듈이 복수인 경우 모든 센서 모듈의 광 세기의 평균값, 최대값, 최소값, 또는 표준값이 되도록 각 센서 모듈의 광원의 전류 세기 및/또는 지속 시간 등을 조절할 수 있다.
본 실시예의 웨이퍼형 센서(100)를 이용한 웨이퍼 정렬은 동일한 이송 로봇에 대해 실제 웨이퍼의 운반이 이루어지기 전에 최초 1회 수행될 수 있다. 다른 공정을 위해 이송 로봇이 바뀌는 경우 바뀐 이송 로봇에 대한 웨이퍼 정렬 과정이 다시 수행될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 동일한 이송 로봇이라고 하더라도 운반된 웨이퍼의 수, 작업 경과 시간 등의 다양한 환경 조건을 고려하여 웨이퍼 정렬 횟수, 시점 등이 미리 설정될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 웨이퍼형 센서의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 다른 실시예의 웨이퍼형 센서(400)는 더미웨이퍼(110), 센서 모듈(120), 프로세서(130), 통신부(410), 저장부(420) 및 배터리(430)를 포함할 수 있다. 더미웨이퍼(110), 센서 모듈(120), 프로세서(130)에 대해서는 앞에서 자세히 설명하였으므로 이하 생략한다.
통신부(410)는 더미웨이퍼(110) 내부에 배치되어 프로세서(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 프로세서(120)의 제어에 따라 다양한 통신 기술을 이용하여 로봇 제어 장치에 거리 데이터 및/또는 이송 로봇의 이송 제어값을 전송할 수 있다. 또한, 로봇 제어 장치로부터 새로운 이송 로봇이 추가되거나 기존 이송 로봇의 이송 조건이 변경된 경우, 해당 이송 로봇에 대한 이송 제어값의 산출에 필요한 데이터(예: 새로운 이송 로봇에 대한 정보, 수학식 1과 같은 이송 제어값 산출 함수 등)를 수신할 수 있다.
이때, 통신 기술은 블루투스(Bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 포함할 수 있다.
저장부(420)는 더미웨이퍼(110) 내부에 배치되어, 센서 모듈(120) 및/또는 프로세서(130)에서 처리된 데이터(예: 거리 데이터, 이송 제어값, 센서 모듈의 보정값 등)를 저장할 수 있다. 또한, 통신부(410)에 의해 로봇 제어 장치로부터 수신된 데이터(예: 이송 로봇 정보, 이송 제어값 산출 함수 등)를 저장할 수 있다.
저장부(420)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등의 저장매체를 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
배터리(430)는 더미웨이퍼(110) 내부에 배치되어 웨이퍼형 센서(400)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(430)는 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리(430)는 웨이퍼형 센서(400)의 충전 장치, 예컨대 충전 기능을 갖는 보정 장치에 웨이퍼형 센서(400)가 거치되면 충전될 수 있다. 이때, 더미웨이퍼(110)에는 여기에 도시되지 않았지만 배터리(430)의 유무선 충전이 가능하도록 충전 단자나 충전 코일 등의 별도의 구성이 배치될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따른 보정 장치의 간략한 구조 및 웨이퍼형 센서(100,400)의 센서 모듈을 보정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일 실시예의 보정 장치(500)는 웨이퍼형 센서(100,400)의 더미웨이퍼(110)가 수용되어 거치될 수 있도록 수용공간(511)이 형성된 하우징(510)을 포함할 수 있다. 수용공간(511)을 형성하는 하우징(610)의 측면 지지부(512)는 더미웨이퍼(110)의 둘레 형상을 따라 링(ring)의 형태로 형성될 수 있다. 이때, 측면 지지부(512)와 더미웨이퍼(110)의 측면 사이의 거리(IG)는 도 3a에서 설명한 더미웨이퍼(110)가 정렬된 상태에서 더미웨이퍼(110)의 측면과 링(GR) 사이의 거리와 동일하도록 형성될 수 있다.
보정 장치(500)는 반사체(520)를 더 포함할 수 있다. 반사체(520)는 측면 지지부(512)의 더미웨이퍼(110)의 측면과 마주보는 면(이하, '반사면'이라 함)에 형성될 수 있다. 예컨대, 반사체(520)는 반사면에 도포된 표준 물질일 수 있다. 이때, 표준 물질은 1% ~ 99% 의 반사율을 가지는 확산 반사 물질(diffuse reflection material)일 수 있으며, 황산바륨(BaSo4) 및 테프론(PTEF) 등을 포함할 수 있다. 반사체(520)는 센서 모듈(120)의 배치 위치를 고려할 필요 없이 더미웨이퍼(110)가 수용공간(511)에 거치될 수 있도록 측면 지지부(512) 전체의 반사면에 형성될 수 있다. 또는, 센서 모듈(120)의 배치 위치에 따라 더미웨이퍼(110)의 거치 방향이 미리 정해져 있는 경우 센서 모듈(120)의 위치에 대향하는 반사면에만 형성될 수도 있다.
또한, 보정 장치(500)는 측면 지지부(512)의 반사면으로부터 수용공간(511)의 중심 방향으로 향하도록 형성된 스페이서(512)를 더 포함할 수 있다. 이때 스페이서(512)는 스페이서 지그를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 스페이서(512)는 더미웨이퍼(110)가 수용공간(511)에 안착할 때, 더미웨이퍼(110)의 측면으로부터 측면 지지부(512)의 반사체까지 일정한 간격(IG)을 유지하여 정렬 상태가 되도록 할 수 있다.
또한, 보정 장치(500)는 하우징(510)에 배치된 충전부(530)를 더 포함할 수 있다. 충전부(530)는 더미웨이퍼(110)가 수용공간(511)에 삽입될 때, 하우징의 더미웨이퍼(110)가 안착하는 면 상에 또는 그 면에 인접한 하우징(510) 내부에 배치될 수 있다. 충전부(530)는 유선 또는 무선으로 충전 가능하도록 충전 단자 또는 충전 코일 등을 포함할 수 있으며, 더미웨이퍼(110)가 수용공간(511)에 안착되면 더미웨이퍼(110) 내부에 탑재된 배터리(430)를 충전시킬 수 있다.
또한, 보정 장치(500)는 여기 도시되지 않았지만 데이터 전송을 위한 통신부를 더 포함할 수 있다. 통신부는 더미웨이퍼(110)가 수용공간(511)에 안착되면 더미웨이퍼(110) 내부에 탑재된 통신부(410)와 통신하여 데이터를 송수신할 수 있다.
한편, 웨이퍼형 센서(100,400)의 프로세서(130)는 더미웨이퍼(110)가 보정 장치(500)에 거치되는지 감지할 수 있다. 더미웨이퍼(110)가 보정 장치(500)에 거치된 것으로 감지되면, 설정에 따라 센서 모듈(120)의 보정을 자동으로 진행할 수 있다. 프로세서(130)는 설정된 구동 조건에 따라 광원(S)과 수광부(D)를 구동하여 반사체(520)에 광을 조사하고, 반사체(520)로부터 반사된 광을 검출할 수 있다. 전술한 바와 같이 더미웨이퍼(110)가 보정 장치(500)의 수용공간(511)에 정렬되어 각 센서 모듈(120)과 반사체(520) 사이의 거리가 동일한 상태에서 각 센서 모듈(120)의 센싱값은 동일해야 한다. 하지만, 센서 모듈(120)의 성능 저하 등으로 인해 달라질 수 있으므로 전술한 바와 같이 동일한 센싱값을 갖도록 각 센서 모듈(120)을 보정할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 보정 장치의 간략한 구조를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 보정 장치(600)는 도 5의 보정 장치(500)와 마찬가지로 하우징(610)을 포함하고, 하우징(610)에 웨이퍼형 센서(100,400)의 더미웨이퍼(110)가 수용되는 수용공간(611)이 형성될 수 있다. 또한, 수용공간(611)을 형성하는 하우징의 측면 지지부(612)는 도 5의 보정 장치(500)와 달리 더미웨이퍼(110)가 수용공간(611)이 거치될 때 센서 모듈(120)과 대응하도록 센서 모듈(120)과 마주보는 위치에 기둥 형태로 형성될 수 있다. 측면 지지부(612)의 센서 모듈(120)과 마주보는 반사면에는 센서 모듈(120)의 보정을 위한 반사체가 형성될 수 있다. 또한, 모든 센서 모듈(120)로부터 측면 지지부(612)의 반사체까지 일정한 간격을 유지하여 정렬 상태가 되도록 측면 지지부(612)로부터 연결되어 수용공간(611)의 중심으로 향하도록 형성된 스페이서(613)를 포함할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 웨이퍼 정렬 방법의 흐름도이다.
도 7은 도 1 또는 도 4의 웨이퍼형 센서(100,400)에 의해 수행되는 웨이퍼 정렬 방법의 일 실시예이다. 이하 간단하게 설명한다.
먼저, 이송 로봇에 의해 웨이퍼형 센서(100,400)의 더미웨이퍼가 정전척에 안착되면(710), 더미웨이퍼에 배치된 센서 모듈을 통해 더미웨이퍼의 측면과 링 사이의 거리를 측정할 수 있다(720).
그 다음, 단계(720)에서 측정된 거리를 기초로 이송 로봇의 이송 제어값을 산출할 수 있다(730). 전술한 바와 같이 횡방향의 양 측면에서 측정된 거리의 차이가 0이 되도록 횡방향 이송 제어값을 산출할 수 있고, 종방향의 양 측면에서 측정된 거리의 차이가 0이 되도록 종방향 이송 제어값을 산출할 수 있다.
그 다음, 이송 제어값을 이송 로봇의 제어 장치에 전송할 수 있다(740). 로봇 제어 장치는 수신된 이송 제어값을 이송 로봇에 설정하여 제어할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 웨이퍼형 센서의 보정 방법의 흐름도이다.
도 8은 도 1 또는 도 4의 웨이퍼형 센서(100,400)에 의해 수행되는 웨이퍼현 센서의 보정 방법의 일 실시예이다. 이하 간단하게 설명한다.
먼저, 웨이퍼형 센서(100,400)가 보정 장치에 거치되는지 감지할 수 있다(810).
그 다음, 웨이퍼형 센서가 보정 장치에 거치되면, 각 센서 모듈의 광원을 구동하여 대응하는 반사체에 광을 조사할 수 있다(820).
그 다음, 각 센서 모듈의 수광부를 통해 대응하는 반사체로부터 반사된 광을 검출할 수 있다(830).
그 다음, 각 센서 모듈의 광의 세기가 동일하도록 각 센서 모듈을 보정할 수 있다(840). 예를 들어, 모든 센서 모듈의 광의 세기가 초기에 설정된 표준값을 갖도록 보정되거나, 광의 세기의 평균, 중간값, 최소값 등이 되도록 보정할 수 있다.
도 9는 일 실시예의 웨이퍼 정렬 장치의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 웨이퍼 정렬 장치(900)는 웨이퍼형 센서(910)와 로봇 제어 장치(920)를 포함할 수 있다.
웨이퍼형 센서(910)는 더미웨이퍼(911), 센서 모듈(912), 프로세서(913) 및 통신부(914)를 포함할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 저장부 및/또는 배터리 구성을 더 포함할 수 있다. 더미웨이퍼(911), 센서 모듈(912), 프로세서(913) 및 통신부(914)는 앞에서 설명하였으므로 자세한 설명은 생략한다.
로봇 제어 장치(920)는 통신부(921), 저장부(922), 출력부(923) 및 프로세서(924)를 포함할 수 있다. 저장부(922) 및 출력부(923)는 필요에 따라 선택적으로 생략될 수 있으며, 도시되지 않은 다양한 추가 구성을 더 포함할 수 있다. 로봇 제어 장치(920)는 이송 로봇 내에 탑재되거나, 이송 로봇과는 별도의 장치로 구성되어 이송 로봇과 유무선 통신으로 이송 로봇을 제어할 수 있다.
로봇 제어 장치(920)의 통신부(921)는 웨이퍼형 센서(910)의 통신부(914)와 통신하여 필요한 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼형 센서(910)의 통신부(914)로부터 거리 데이터 및/또는 이송 제어값을 수신할 수 있다. 또한, 이송 로봇과 유무선 통신으로 연결된 경우 이송 로봇에 이송 제어값을 전송할 수 있다.
로봇 제어 장치(920)의 프로세서(924)는 웨이퍼형 센서(910)로부터 수신된 거리 데이터를 이용하여 이송 제어값을 산출할 수 있다. 산출된 이송 제어값이나 웨이퍼형 센서(910)로부터 수신된 이송 제어값을 이송 로봇에 설정하거나 이송 로봇에 전송하여 이송 로봇의 이송을 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(924)는 거리 데이터, 이송 제어값 및/또는 이송 로봇의 모니터링 결과를 저장부(922)에 저장할 수 있고, 출력부(923)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100,400: 웨이퍼형 센서 110: 더미웨이퍼
120,121,122,123,124: 센서 모듈 130: 프로세서
410: 통신부 420: 저장부
430: 배터리 500,600: 보정 장치
510,610: 하우징 511,611: 수용공간
512,612: 측면 지지부 513,613: 스페이서
530: 충전부 910: 웨이퍼형 센서
911: 더미웨이퍼 912: 센서 모듈
913: 프로세서 914: 통신부
920: 로봇 제어 장치 921: 통신부
922: 저장부 923: 출력부
924: 프로세서

Claims (20)

  1. 더미웨이퍼;
    상기 더미웨이퍼에 배치되어, 상기 더미웨이퍼가 이송 로봇에 의해 정전척에 안착할 때 상기 더미웨이퍼의 측면과 정전척의 외곽에 형성된 링 사이의 거리를 측정하는 센서 모듈; 및
    상기 센서 모듈의 구동을 제어하는 프로세서를 포함하는 웨이퍼형 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 모듈은
    상기 링에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 링에 의해 반사된 광을 검출하는 수광부를 포함하는 웨이퍼형 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서 모듈의 광원과 수광부의 거리는 500㎛ ~ 1500㎛인 웨이퍼형 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서 모듈이 복수인 경우, 상기 더미웨이퍼가 정렬된 상태에서 각 센서 모듈이 상기 링과의 거리가 동일하도록 상기 더미웨이퍼 내에 배치되는 웨이퍼형 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 모듈은
    상기 더미웨이퍼가 상기 정전척 상에 놓여지는 위치에 따라 상기 링과의 거리가 소정 범위가 되도록 상기 더미웨이퍼 내에 배치되는 웨이퍼형 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서 모듈이 복수인 경우, 각 센서 모듈은 상기 더미웨이퍼의 둘레를 따라 동일한 거리가 되도록 배치되는 웨이퍼형 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    이후에 이송될 웨이퍼의 정렬을 위해 상기 측정된 거리를 기초로 상기 로봇의 이송 제어값을 산출하는 웨이퍼형 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산출된 이송 제어값을 상기 이송 로봇의 제어 장치에 전송하는 통신부를 더 포함하는 웨이퍼형 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 웨이퍼형 센서가 보정 장치에 거치되면, 상기 보정 장치에 형성된 반사체를 이용하여 상기 센서 모듈을 보정하는 웨이퍼형 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센서 모듈이 복수인 경우, 각 센서 모듈의 광원을 구동하여 상기 반사체에 광을 조사하고, 각 센서 모듈의 수광부에 의해 검출된 광의 세기가 서로 동일해지도록 각 센서 모듈을 보정하는 웨이퍼형 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는
    각 센서 모듈의 수광부에 의해 검출된 광의 세기가, 상기 검출된 광의 세기의 평균값, 최대값, 최소값, 및 미리 정의된 표준값 중의 하나가 되도록 광원의 전류 세기 및 지속 시간 중의 적어도 하나를 조절하는 웨이퍼형 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서의 처리 결과 및 상기 센서 모듈의 구동 조건 중의 적어도 하나를 저장하는 저장부를 더 포함하는 웨이퍼형 센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 센서 모듈에 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는 웨이퍼형 센서.
  14. 웨이퍼형 센서가,
    더미웨이퍼에 배치된 센서 모듈을 통해, 상기 더미웨이퍼가 이송 로봇에 의해 정전척에 안착될 때 상기 더미웨이퍼의 측면과 정전척의 외곽에 형성된 링 사이의 거리를 측정하는 단계; 및
    프로세서를 통해, 이후에 이송될 웨이퍼의 정렬을 위해 상기 측정된 거리를 기초로 상기 이송 로봇을 제어하는 단계를 포함하는 웨이퍼 정렬 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이송 로봇을 제어하는 단계는
    상기 측정된 거리를 기초로 상기 이송 로봇의 이송 제어값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 이송 제어값을 상기 이송 로봇의 제어 장치에 전송하는 단계를 포함하는 웨이퍼 정렬 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 프로세서를 통해, 상기 웨이퍼형 센서가 보정 장치에 거치되면, 상기 보정 장치에 형성된 반사체를 이용하여 상기 센서 모듈을 보정하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 정렬 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 센서 모듈을 보정하는 단계는
    상기 센서 모듈이 복수인 경우, 각 센서 모듈의 광원을 구동하여 상기 반사체에 광을 조사하는 단계; 및
    각 센서 모듈의 수광부에 의해 광을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 광의 세기가 서로 동일해지도록 각 센서 모듈을 보정하는 단계를 포함하는 웨이퍼 정렬 방법.
  18. 웨이퍼형 센서의 수용공간이 형성된 하우징;
    상기 웨이퍼형 센서의 센서 모듈을 보정하기 위해, 상기 하우징의 상기 센서 모듈과 대향하는 면에 형성된 반사체; 및
    상기 웨이퍼형 센서가 상기 수용공간에 안착할 때, 상기 웨이퍼형 센서의 더미웨이퍼 측면으로부터 상기 반사체까지 일정한 간격을 유지하도록 하는 스페이서를 포함하는 웨이퍼형 센서의 보정 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 하우징에 배치되며 상기 웨이퍼형 센서의 배터리를 충전하기 위한 충전부를 더 포함하는 웨이퍼형 센서의 보정 장치.
  20. 더미웨이퍼와, 상기 더미웨이퍼 내에 배치되어 더미웨이퍼가 이송 로봇에 의해 정전척에 안착될 때 더미웨이퍼의 측면과 정전척의 외곽에 형성된 링 사이의 거리를 측정하는 센서 모듈, 및 상기 측정된 거리 데이터를 로봇 제어 장치에 전송하는 통신부를 포함하는 웨이퍼형 센서; 및
    상기 웨이퍼형 센서로부터 거리 데이터를 수신하는 통신부와, 이후에 이송될 웨이퍼의 정렬을 위해 상기 수신된 거리 데이터를 기초로 상기 이송 로봇을 제어하는 프로세서를 포함하는 로봇 제어 장치를 포함하는 웨이퍼 정렬 장치.
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