KR102598788B1 - 기판 이송 시스템 - Google Patents

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KR102598788B1
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Abstract

본 발명은 기판 이송 시스템으로서, 웨이퍼 등의 기판을 이송하기 위해 기판 이송 로봇으로 반송 용기(FOUP 등)에 기판을 수납하거나 인출하는 과정에서 기판 표면 손상이 유발되지 않도록 기판의 이동 방향 및 위치를 정밀하게 조정할 수 있는 기술을 개시한다.

Description

기판 이송 시스템{Substrate transfer system}
본 발명은 기판 이송 시스템으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 등의 기판을 안정적으로 이송하기 위해 기판 이송 로봇의 기판 이송 상태를 정밀하게 측정 및 데이터화할 수 있는 고정밀도 위치 측정 기술을 제시하여 웨이퍼 등의 기판을 이송하기 위해 기판 이송 로봇으로 반송 용기(FOUP 등)에 기판을 수납하거나 인출하는 과정에서 기판 표면 손상이 유발되지 않도록 기판과 기판 이송 로봇의 핸드 사이의 간격, 이동 방향 및 위치를 정밀하게 측정 및 제어할 수 있는 기술에 대한 것이다.
반도체 제품의 생산 공정은 완제품에 이르기까지 수많은 공정이 수행되며, 반도체 제조 공정 수행 과정에서는 수십만건의 물류 이동이 발생된다.
특히, 웨이퍼 등의 기판은 FOUP(front opening unified pod) 또는 FOSB(front opening shipping box) 등의 반송 용기에 다수의 기판을 수납하고 OHT(Overhead Hoist Transfer)를 통해 반송 용기를 임의의 포트(port)에서 목적지 포트(port)로 이송하는 물류 이송 시스템을 적용하고 있다.
특정 포트에서 기판 이송 로봇을 통해 반송 용기 상에 기판을 수납하거나 반송 용기로부터 기판을 인출하는데, 이때 기판 표면에 손상이 유발된다.
가령, 기판 이송 로봇의 엔드 이펙터(End Effector) 상에 기판이 안착되는 위치, 엔드 이펙터의 움직임, 반송 용기의 기판 안착 슬롯 상에 기판이 안착되는 위치 등 다양한 요소가 정밀하게 조정되지 못하는 경우, 기판 표면에 손상이 유발될 수 있다.
초미세 공정을 통해 생산되는 반도체 소자의 경우, 이러한 기판 표면의 미세한 손상은 곧바로 제품 불량으로 이어져 전체적인 반도체 제조 공정 수율을 떨어뜨리는 문제가 된다.
따라서 웨이퍼 등의 기판 이송시 기판 표면에 손상이 유발되지 않도록 보다 정밀한 측정 및 제어가 필요하다.
이러한 문제 해결을 위해서 종래 기술은 정확한 위치 측정을 위해 전용의 지그를 이용하여 웨이퍼 등의 기판이 반송 용기 내 정확한 위치에 놓여지는지를 검사하고, 이송 로봇의 작업(Manipulation) 위치를 보정하는 방안을 제시하였다. 하지만, 지그 환경과 실제 공정 환경에 차이가 있을 수 있고, 기판 이송 로봇의 엔드 이펙터가 웨이퍼 등의 기판을 이송하는 과정에서 발생할 수 있는 오차 원인까지 검사하는데에는 한계가 있었다. 즉, 최대한 실제 공정 환경에서 운영될 수 있어야 하고, 동적인 움직임 과정에서도 오차의 관측이 필요한 경우에 종래 기술들은 한계를 가진다
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기판 이송 로봇을 통해 반송 용기에서 웨이퍼 등의 기판을 인출하거나 반송 용기에 웨이퍼 등의 기판을 수납하는 과정에서 기판 또는 엔드 에퍽터의 움직임을 감지하고 이를 정밀 측정 및 제어함으로써 기판 이송시 기판 표면의 손상 유발을 방지하는 기술을 제시하고자 한다.
특히, 기판 이송 로봇을 통해 반송 용기 상에 기판을 수납하거나 반송 용기로부터 기판을 인출함에 있어서, 기판 이송 로봇의 엔드 이펙터 상에 기판이 안착되는 위치, 엔드 이펙터의 움직임, 반송 용기의 기판 안착 슬롯 상에 기판이 안착되는 위치 등 다양한 요소가 정밀하게 조정되지 못함으로써 기판 표면에 손상이 유발되는 문제를 해결하고자 한다.
나아가서 초미세 공정을 통해 생산되는 반도체 소자의 기판 표면에 미세한 손상 유발로 인해 불량 제품이 양산되어 전체적인 공정 수율이 떨어지는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 이송 시스템의 일실시예는, 기판이 보관되는 내부 공간이 구비된 반송 용기; 기판이 안착되는 엔드 이펙터(End Effector)를 포함하며, 상기 반송 용기로 기판을 수납하거나 상기 반송 용기로부터 기판을 인출하는 기판 이송 로봇; 상기 반송 용기의 내부 공간 상측 또는 하측에 설치되어 기판 및 상기 엔드 이펙터에 대한 움직임을 측정하는 측정 수단; 및 상기 측정 수단의 측정치를 기초로 상기 기판 이송 로봇을 제어하는 제어 수단을 포함하고, 상기 측정 수단은, 상기 엔드 이펙터의 끝단에 대한 움직임을 추적하기 위한 제1 카메라; 기판에 대한 움직임을 추적하기 위한 제2 카메라; 및 기판 또는 상기 엔드 이펙터에 대한 상기 반송 용기의 내부 공간에서 이격 거리 및 변화량을 측정하기 위한 레이저 거리 측정 센서를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 측정 수단은, 서로 이격되어 기판 또는 상기 엔드 이펙터의 움직임을 촬영하는 2개 이상의 카메라; 및 기판 또는 상기 엔드 이펙터에 대한 거리를 측정하는 거리 측정 센서를 포함할 수 있다.
삭제
나아가서 상기 제어 수단은, 상기 기판 이송 로봇을 통한 상기 반송 용기의 내부 공간으로 이송 대상 기판에 대응되는 레퍼런스 기판의 수납 움직임 또는 인출 움직임을 상기 측정 수단으로 측정하고, 상기 엔드 이펙터의 위치와 방향 및 상기 레퍼런스 기판의 위치와 방향에 대한 3차원 이송 좌표 데이터를 획득하고 이를 기초로 기판의 이송을 위한 티칭 데이터를 획득할 수 있다.
일례로서, 상기 레퍼런스 기판의 표면에는 식별 표지된 복수의 마커가 마련되며, 상기 제1 카메라는, 상기 레퍼런스 기판이 안착되기 바로 전 상기 엔드 이펙터의 끝단에 대한 제1 촬영 이미지를 획득하고, 상기 제2 카메라는, 상기 레퍼런스 기판에 마련된 하나 이상의 마커에 대한 제2 촬영 이미지를 획득하며, 상기 레이저 거리 측정 센서는, 상기 반송 용기의 내부 공간에서 기판 또는 상기 엔드 이펙터의 높이 및 높이 변화량을 측정하며, 상기 제어 수단은, 상기 제1 촬영 이미지에서 상기 엔드 이펙터의 끝단을 기준으로 ROI를 추출하고, 상기 제2 촬영 이미지에서 상기 레퍼런스 기판의 마커를 기준으로 ROI를 추출하여, X축 및 Y축에 대한 이송 좌표 데이터를 획득하고, 상기 높이 및 높이 변화량을 기초로 Z축에 대한 이송 좌표 데이터를 획득하며, 획득된 이송 좌표 데이터를 기초로 기판 이송을 위한 3차원 이송 좌표 데이터를 수집할 수 있다.
일례로서, 상기 제어 수단은, 수집된 3차원 이송 좌표 데이터를 기초로 모델 초평면(Hyper-plane)을 산출하고, 모델 초평면 상에서 상기 레퍼런스 기판의 위치 및 방향을 추정하여 티칭 데이터를 획득할 수 있다.
일례로서, 상기 제어 수단은, 상기 제1 촬영 이미지에서 특징점을 추출하고 특징점 간의 매칭을 통한 변환 행렬을 추정하고 이에 대한 좌표 변환을 통해 상기 레퍼런스 기판과 상기 레퍼런스 기판 간의 기하학적 관계를 파악하여 티칭 데이터를 획득할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 기판 이송 로봇을 통해 반송 용기에서 웨이퍼 등의 기판을 인출하거나 반송 용기에 웨이퍼 등의 기판을 수납하는 과정에서 기판 및 엔드 에퍽터의 움직임을 감지하고 정밀 제어함으로써 기판 이송시 기판 표면의 손상 유발을 방지할 수 있다.
특히, 기판 이송 로봇을 통해 반송 용기 상에 기판을 수납하거나 반송 용기로부터 기판을 인출함에 있어서, 기판 이송 로봇의 엔드 이펙터 상에 기판이 안착되는 위치, 엔드 이펙터의 움직임, 반송 용기의 기판 안착 슬롯 상에 기판이 안착되는 위치 등 다양한 요소를 정밀하게 측정 및 제어함으로써 기판 표면에 손상 없이 안정적으로 기판을 이송할 수 있게 된다.
나아가서 초미세 공정을 통해 생산되는 반도체 소자의 기판 표면에 미세한 손상 유발로 인해 불량 제품이 양산되는 문제를 해소하여, 전체적인 공정 수율을 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 이송 시스템의 일실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시한다.
도 2는 본 발명에서 반송 용기에 구비된 측정 수단의 일실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에서 기판 이송 로봇을 통해 기판을 이송 시 측정 수단으로 기판 및 엔드 이펙터의 위치 및 방향을 측정하는 일례를 도시한다.
도 4는 본 발명에서 티칭 데이터 획득을 위해 사용되는 레퍼런스 기판 및 촬영 영상의 ROI에 대한 일례를 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 기판 이송 시스템에서 레퍼런스 기판의 위치 및 방향을 추정하여 티칭 데이터를 획득하는 일례를 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 기판 이송 시스템에서 엔드 이펙터의 위치 및 방향을 추정하여 티칭 데이터를 획득하는 일례를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 웨이퍼 등의 기판을 이송하기 위해 기판 이송 로봇으로 반송 용기(FOUP 등)에 기판을 수납하거나 인출하는 과정에서 기판 표면 손상이 유발되지 않도록 기판의 이동 방향 및 위치를 정밀하게 측정 및 제어할 수 있는 기술을 제시한다.
특히, 본 발명에서는 레퍼런스 기판 및 엔드 이펙터의 위치 및 방향을 추정하여 3차원 이송 좌표 데이터를 획득하고 이를 기초로 실제 기판 이송을 위한 티칭을 수행함으로써 기판 이송 시 위치 및 방향에 대한 정밀 제어를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 이송 시스템의 일실시예에 대한 개략적인 구성도를 도시한다.
기판 이송 시스템은, 반송 용기(100), 측정 수단(150), 기판 이송 로봇(200), 제어 수단(300) 등을 포함할 수 있다.
반송 용기(100)는 웨이퍼 등의 이송 대상 기판을 보관할 수 있으며, 기판 이송 로봇(200)은 이송 대상 기판을 반송 용기(100)에 수납 또는 인출하도록 구동될 수 있다. 이때 측정 수단(150)은 기판(W) 및 기판 이송 로봇(200)의 움직임을 측정할 수 있다.
기판 이송 로봇(200)은 다단으로 동작이 가능한 암(220)과 암(200)의 끝단에 배치되어 기판(W)이 안착되는 엔드 이펙터(End Effector) (210)를 포함할 수 있다.
기판 이송 로봇(200)은 암(220)의 동작을 통해 엔드 이펙터(210)에 안착된 기판(W)을 반송 용기(100) 상에 수납하거나 반송 용기(100) 상에 보관된 기판(W)을 엔드 이펙터(210)에 안착 시켜 인출할 수 있다.
제어 수단(300)은 측정 수단(150)의 측정치를 기초로 기판 이송 로봇(200)의 동작을 제어할 수 있다.
특히, 제어 수단(300)은 레퍼런스 기판을 이용하여 기판 이송 로봇(200)의 동작에 대한 3차원 이송 좌표 데이터를 획득하고 이를 기초로 기판의 이송을 위한 티칭을 수행할 수 있다.
반송 용기(100)와 측정 수단(150)과 관련하여 도 2는 본 발명에서 반송 용기에 구비된 측정 수단의 일실시예를 도시한다.
본 실시예에서는 반송 용기(100)로서 FOUP(front opening unified pod)를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 다양한 반송 용기를 이송하는데 적용될 수 있다.
반도체 제조 공정에 사용되는 웨이퍼 등의 사이즈는 SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International) 규격으로서 표준화되어 있으며, 이에 따라 FOUP(front opening unified pod), FOSB(front opening shipping box) 등의 반송 용기(100)의 사이즈도 이송하는 웨이퍼 사이즈에 대응되어 규격화될 수 있다. 물론, 본 발명은 규격화되지 않은 반송 용기를 운송하는 경우에도 적용될 수 있다.
반송 용기(100)는 용기 몸체(110)와 용기 도어(미도시)를 포함하며, 용기 몸체(110)에는 내부 공간(111)이 마련되어 웨이퍼 등의 반송물이 보관될 수 있다. 일례로서, 웨이퍼를 보관하는 반송 용기(100)의 내부 공간(111)의 측벽에는 다수의 웨이퍼가 순차적으로 삽입되어 적층 가능한 다수의 슬롯(113)이 구비될 수 있다. 용기 몸체(110)는 용기 도어(미도시)에 의해 전방이 개폐될 수 있다.
이러한 반송 용기(100)는 OHT(Overhead Hoist Transfer) 등을 통해 이송될 수 있다.
반송 용기(100)에는 측정 수단(150)이 구비될 수 있으며, 측정 수단(150)은 반송 용기(100)의 내부 공간(111) 하측에 배치될 수 있다. 상황에 따라서 측정 수단(150)은 반송 용기(100)의 내부 공간(111) 상측 또는 측면에 배치될 수도 있다.
측정 수단(150)의 몸체(151)에는 2개 이상의 카메라(153)와 거리 측정 센서(155) 등이 구비될 수 있다.
카메라(153)는 촬영 렌즈와 포커스를 조절하기 위한 모터 및 제어기를 포함하는 포커스 모듈을 구비할 수 있다.
일례로서, 제1 카메라(153a)는 기판 이송 로봇(200)의 엔드 이펙터 끝단에 대응되도록 배치되고 엔드 이펙터 끝단을 촬영하여 엔드 이펙트 끝단에 대한 움직임을 추적하는 제1 촬영 이미지를 제공할 수 있다.
또한 제2 카메라(153b)는 엔드 이펙터에 의해 가려지지 않는 기판 부위에 대응되도록 배치되고 기판을 촬영하여 기판에 대한 움직임을 추적하는 제2 촬영 이미지를 제공할 수 있다.
그리고 거리 측정 센서(155)는 기판 또는 엔드 이펙터에 대한 거리를 측정할 수 있는데, 가령, 레이저 거리 측정 센서를 적용하여 기판 또는 엔드 이펙터에 대한 반송 용기(100)의 내부 공간(111)에서 이격 거리 및 변화량을 측정할 수 있다.
측정 수단(150)에 구비되는 카메라(153)의 개수와 배치 위치는 필요에 따라 변경될 수 있으며, 거리 측정 센서(155)의 개수와 배치 위치도 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명에서 기판 이송 로봇을 통해 기판을 이송 시 측정 수단으로 기판 및 엔드 이펙터의 위치 및 방향을 측정하는 일례를 도시한다.
측정 수단(150)의 제1 카메라(153a)는 엔드 이펙터(210)에 기판(W)이 안착되기 바로 전 상태에서 엔드 이펙터(210)의 끝단(211a, 211b)에 대한 제1 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 본 실시예에서는 측정 수단(200)에 하나의 제1 카메라(153a)가 구비되어 엔드 이펙터(210)의 하나의 끝단(211a)에 대한 제1 촬영 이미지를 획득하는데, 필요에 따라서는 두개의 제1 카메라가 구비되어 엔드 이펙터(210)의 두개의 끝단(211a, 211b) 각각에 대한 제1 촬영 이미지를 획득할 수도 있다.
그리고 측정 수단(150)의 제2 카메라(153b)는 엔드 이펙터(210)에 기판(W)이 안착되기 바로 전 상태에서 엔드 이펙터(210)에 의해 가려지지 않는 기판(W) 부위를 촬영하여 기판(W)에 대한 제2 촬영 이미지를 획득할 수 있다.
또한 측정 수단(150)의 거리 측정 센서(155)는 엔드 이펙터(210)에 기판(W)이 안착 되기 전 또는 이동되는 상태에서 기판 또는 엔드 이펙터에 대한 반송 용기(100)의 내부 공간(111)에서 이격 거리 및 변화량을 측정할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 측정 수단(150)의 구성을 통해 기판 및 엔드 이펙터에 대한 움직임을 측정하여 정밀 제어할 수 있는데, 실제 이송 대상 기판을 이송하기에 앞서서 레퍼런스 기판을 이용하여 기판 이송을 위한 3차원 이송 좌표 데이터를 획득하고 이를 기초로 티칭을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에서 티칭 데이터 획득을 위해 사용되는 레퍼런스 기판 및 촬영 영상의 ROI에 대한 일례를 도시한다.
레퍼런스 기판(400)은 이송 대상 기판과 동일 규격으로서, 광학 측정이 적절히 수행될 수 있도록 저반사 특징을 갖도록 제작될 수 있다.
레퍼런스 기판(400)의 표면에는 식별 표지된 복수의 마커(401)가 마련될 수 있다.
복수의 마커(401) 각각은 레퍼런스 기판(400) 상에서 위치가 결정되어 있으며, 마커(401)의 식별 표지를 인식하여 레퍼런스 기판(400) 상에서 해당 마커(401)의 위치를 판단할 수 있다.
기판 이송 로봇이 레퍼런스 기판(400)를 이송 시 측정 수단의 제1 카메라를 통해 엔드 이펙터의 끝단에 대한 제1 촬영 이미지를 획득하고, 제1 촬영 이미지에서 엔드 이펙터 끝단을 기준으로 ROI(420)를 추출할 수 있다.
또한 측정 수단의 제2 카메라를 통해 레퍼런스 기판(400)에 대한 제2 촬영 이미지를 획득하고, 제2 촬영 이미지에서 복수의 마커(401)를 포함하도록 ROI(420)를 추출할 수 있다. 바람직하게는 레퍼런스 기판의 정확한 위치 판단을 위해 적어도 3개 이상의 마커(401)가 검출될 수 있도록 ROI(420)가 조정될 수 있다. ROI(420) 상의 마커(410)에 대한 식별 표지를 인식하여 레퍼런스 기판(400) 상에서 어떤 위치의 마커(410)인지 판단할 수 있으며, 3개 이상의 마커(410)를 인식함으로써 레퍼런스 기판(400)의 방향과 위치를 정확하게 파악할 수 있다.
본 발명에서는 상기에서 살펴본 레퍼런스 기판을 이용하여 제어 수단은 3차원 이송 좌표 데이터를 획득하고 이를 기초로 기판 이송에 대한 티칭을 수행할 수 있는데, 이하에서는 본 발명의 기판 이송 시스템에 대한 실시예를 함께 참조하여 티칭 데이터를 획득하는 과정에 대하여 살펴보기로 한다.
하기에서 살펴보는 실시예는 기판 이송 로봇을 통한 반송 용기의 내부 공간으로 이송 대상 기판에 대응되는 레퍼런스 기판의 수납 움직임 또는 인출 움직임을 측정 수단으로 측정하는 과정을 전제로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 기판 이송 시스템에서 레퍼런스 기판의 위치 및 방향을 추정하여 티칭 데이터를 획득하는 일례를 도시한다.
측정 수단(150)은 기판 이송 로봇(200)이 레퍼런스 기판(400)을 이송하기 바로 전 레퍼런스 기판(400)에 대한 제2 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 그리고 제어 수단(300)은 제2 촬영 이미지에서 복수의 마커(401)를 포함하는 ROI를 추출하고, ROI 상에서 적어도 3개 이상의 마커(401)를 검출(S110)할 수 있다.
제어 수단(300)은 검출된 마커(401)의 식별 표지를 인식하고 사전에 설정된 마커 프로 파일을 통해 레퍼런스 기판의 특정 기준 위치에 대한 X 좌표와 Y 좌표 위치를 인식(S120)할 수 있다.
아울러 마커(401)의 크기는 사전에 설정되어 있으므로, 제어 수단(300)은 ROI 상에서 마커(401)의 상대적 크기를 기준으로 높이 거리 Z 좌표를 파악할 수 있으며, 나아가서 측정 수단(150)의 거리 측정 센서에서 측정한 측정치를 기초로 높이 거리 Z 좌표를 파악(S130)할 수 있다.
제어 수단(300)은 각각의 마커(401)에 대한 X 좌표값, Y 좌표값 및 Z 좌표값에 대한 데이터를 수집(S140)하고, 수집된 데이터를 기초로 모델 초평면(Hyper-plane)을 산출(S150)할 수 있다.
가령, 3개 이상의 마커에 대한 3차원 데이터를 수집하고 각 마커의 위치를 3차원 공간 상의 지점으로 표현할 수 있다. 그리고 각 지점에 대하여 임의의 2차원 평면과의 법선 벡터의 크기가 가장 작은 평면으로 초평면을 산출할 수 있다.
나아가서 초평면은 2차원 평면이기 때문에 최소제곱법(OLS;Ordinary Least Square) 등과 같은 다양한 선형 회귀(Linear Regression) 방법들을 적용할 수도 있다.
레퍼런스 기판은 초평면 상에서 이동한다고 가정하고, 초평면 상에서 실제 레퍼런스 기판의 위치와 방향을 추정(S160)할 수 있다. 여기서 레퍼런스 기판의 위치와 방향은 초평면의 X-Y 평면에 투영(Projection)된 지점으로 추정이 가능하다.
레퍼런스 기판의 각 마커는 사전에 레퍼런스 기판 상에서 해당 위치에 따른 기준 좌표가 결정되어 있으며, 초평면 상에서 마커 위치를 기준으로 마커의 이동과 회전 관계를 해석하여 기판 이송에 대한 좌표 데이터를 획득할 수 있다. 이때 마커의 이동은 두개의 지점 세트에 대한 무게 중심점 간의 거리로서 파악할 수 있고, 마커의 회전은 중심점 간의 각도를 삼각함수(arctan)로 계산하거나, Kabsch 알고리즘과 같이 최소 제곱법(Least Square Method) 기반의 최적 회전행렬을 구하는 알고리즘 등을 적용하여 산출할 수 있다.
가령, 상기 도 6에 도시된 바와 같이 ROI에 포함된 4개 마커 ID0 내지 ID 3(401a, 401b, 401c, 401d)에 대하여 초평면 상에서 이동과 회전 관계를 파악하여 가상 레퍼런스 기판(450)에 대한 추정 레퍼런스 기판(410)의 위치와 방향을 파악할 수 있다.
이러한 과정을 통해 레퍼런스 기판에 존재하는 각 마커에 대하여 기준 좌표와 측정 좌표 간의 이동과 회전을 파악하고 이를 기초로 레퍼런스 기판의 위치와 방향을 추정할 수 있다.
그리고 제어 수단(300)은 레퍼런스 기판에 대하여 추정된 좌표를 티칭 데이터로 적용(S170)할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 기판 이송 시스템에서 엔드 이펙터의 위치 및 방향을 추정하여 티칭 데이터를 획득하는 일례를 도시한다.
측정 수단(150)은 기판 이송 로봇(200)이 레퍼런스 기판(400)을 이송하는 동안 엔드 이펙터(210)에 대한 제1 촬영 이미지를 획득할 수 있다. 그리고 제어 수단(300)은 제1 촬영 이미지에서 엔드 이펙터(210) 끝단을 포함하는 ROI를 추출할 수 있다.
제어 수단(300)은 추출된 ROI에 대한 영상 전처리(S210)를 수행하는데, 일례로서, 카메라 파라메터를 기초로 영상에 대한 왜곡을 보정하고 엔드 이펙터의 외곽선을 검출할 수 있다.
그리고 제어 수단(300)은 전처리된 영상에서 엔드 이펙터를 인식하기 위한 특징점(S220)을 추출하고, 사전에 설정된 엔드 이펙트에 대한 프로파일 데이터(S230)와 추출한 특징점을 매칭(S240)할 수 있다.
여기서 특징점 매칭은, 특징점간 매칭(pair-wise)을 통해 변환행렬을 추정할 수 있지만, 비교 대상 영상 간에 특징점이 서로 1:1 매칭되지 않을 수도 있으며, ORB, SURF, SIFT, BRISK등 지역적인 특징점 추출 방법을 적용하여 매칭할 수도 있다. 이외에도 BF(Brute-Force Matcher), FLANN(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors Matching) 등 다양한 알고리즘을 적용하여 특징점 매칭을 수행할 수도 있다.
그리고 제어 수단(300)은 추출된 특정점을 좌표 변환(S250)하여 기하관계를 파악할 수 있다.
특징점에 대한 좌표를 파악함에 있어서, 엔드 이펙터에 대한 기준 좌표가 없기 때문에 레퍼런스 기판에서 추정한 좌표를 이용할 수 있다.
가령, 상기 도 8에 도시된 바와 같이 측정 수단(150)의 중심점, 제1 카메라(153a) 및 제2 카메라(153b)에 대해서는 위치가 고정되어 그 좌표 정보 C0, C1 및 C2를 알 수 있고, 앞서 설명한 레퍼런스 기판에 대한 위치와 방향 추정 과정을 통해 레퍼런스 기판에 대한 추정 좌표 C4를 알 수 있다.
제어 수단(300)은 사전에 파악된 좌표 정보 C0, C1, C2 및 C4와 엔드 이펙터의 상대적 위치에 대한 기하 관계를 파악하여 엔드 이펙터의 좌표 정보 C3를 파악할 수 있다.
제어 수단(300)은 파악된 엔드 이펙터의 좌표 정보를 기초로 엑드 이펙터의 위치와 방향을 추정(S260)할 수 있다.
그리고 제어 수단(300)은 엔드 이펙터에 대하여 추정된 좌표를 티칭 데이터로 적용(S270)할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 이송 시스템은 상기에서 살펴본 기술적 구성을 통해 기판 이송 로봇이 반송 용기로 웨이퍼 등의 기판을 수납하거나 반송 용기에서 웨이퍼 등의 기판을 인출하기 위한 티칭 데이터를 획득하고 이를 기초로 티칭을 수행할 수 있다.
특히 본 발명은 기판 이송 로봇을 통해 반송 용기에서 웨이퍼 등의 기판을 인출하거나 반송 용기에 웨이퍼 등의 기판을 수납하는 과정에서 기판 및 엔드 에퍽터의 움직임을 감지하고 정밀 제어함으로써 기판 이송시 기판 표면의 손상 유발을 방지할 수 있다.
나아가서 초미세 공정을 통해 생산되는 반도체 소자의 기판 표면에 미세한 손상 유발로 인해 불량 제품이 양산되는 문제를 해소하여, 전체적인 공정 수율을 높일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 반송 용기,
111 : 내부 공간,
113 : 슬롯,
150 : 측정 수단,
153 : 카메라,
155 : 거리 측정 센서,
200 : 기판 이송 로봇,
210 : 엔드 이펙터,
400 : 레퍼런스 기판,
401, 401a, 401b, 401c, 401d : 마커.

Claims (7)

  1. 기판이 보관되는 내부 공간이 구비된 반송 용기;
    기판이 안착되는 엔드 이펙터(End Effector)를 포함하며, 상기 반송 용기로 기판을 수납하거나 상기 반송 용기로부터 기판을 인출하는 기판 이송 로봇;
    상기 반송 용기의 내부 공간 상측 또는 하측에 설치되어 기판 및 상기 엔드 이펙터에 대한 움직임을 측정하는 측정 수단; 및
    상기 측정 수단의 측정치를 기초로 상기 기판 이송 로봇을 제어하는 제어 수단을 포함하고,
    상기 측정 수단은,
    상기 엔드 이펙터의 끝단에 대한 움직임을 추적하기 위한 제1 카메라;
    기판에 대한 움직임을 추적하기 위한 제2 카메라; 및
    기판 또는 상기 엔드 이펙터에 대한 상기 반송 용기의 내부 공간에서 이격 거리 및 변화량을 측정하기 위한 레이저 거리 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 기판 이송 로봇을 통한 상기 반송 용기의 내부 공간으로 이송 대상 기판에 대응되는 레퍼런스 기판의 수납 움직임 또는 인출 움직임을 상기 측정 수단으로 측정하고, 상기 엔드 이펙터의 위치와 방향 및 상기 레퍼런스 기판의 위치와 방향에 대한 3차원 이송 좌표 데이터를 획득하고 이를 기초로 기판의 이송을 위한 티칭 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 레퍼런스 기판의 표면에는 식별 표지된 복수의 마커가 마련되며,
    상기 제1 카메라는,
    상기 레퍼런스 기판이 안착되기 바로 전 상기 엔드 이펙터의 끝단에 대한 제1 촬영 이미지를 획득하고,
    상기 제2 카메라는,
    상기 레퍼런스 기판에 마련된 하나 이상의 마커에 대한 제2 촬영 이미지를 획득하며,
    상기 레이저 거리 측정 센서는,
    상기 반송 용기의 내부 공간에서 기판 또는 상기 엔드 이펙터의 높이 및 높이 변화량을 측정하며,
    상기 제어 수단은,
    상기 제1 촬영 이미지에서 상기 엔드 이펙터의 끝단을 기준으로 ROI를 추출하고, 상기 제2 촬영 이미지에서 상기 레퍼런스 기판의 마커를 기준으로 ROI를 추출하여, X축 및 Y축에 대한 이송 좌표 데이터를 획득하고, 상기 높이 및 높이 변화량을 기초로 Z축에 대한 이송 좌표 데이터를 획득하며, 획득된 이송 좌표 데이터를 기초로 기판 이송을 위한 3차원 이송 좌표 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    수집된 3차원 이송 좌표 데이터를 기초로 모델 초평면(Hyper-plane)을 산출하고, 모델 초평면 상에서 상기 레퍼런스 기판의 위치 및 방향을 추정하여 티칭 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 기판 이송 시스템.
  7. 삭제
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