KR102211781B1 - 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

스핀 척의 편심량을 측정할 수 있는 기판 처리 장치, 편심 검사 장치, 편심 검사 방법 및 기록 매체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 처리 공간 내에 기판을 지지하고, 스핀 척의 지지축을 중심으로 기판을 회전시키는 지지 유닛; 및 상기 지지축의 편심을 검사하는 편심 검사부를 포함한다. 상기 편심 검사부는, 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 기판에 대해 획득된 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 측정부를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 방법은 공정 챔버의 처리 공간 내에 지지 유닛의 스핀 척의 지지축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 기판에 대해 획득된 영상을 입력받는 단계; 그리고 상기 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 단계를 포함한다.

Description

기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법{Substrate treating apparatus, apparatus and method of eccentricity inspection}
본 발명은 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상 처리 기반으로 기판을 지지하는 스핀 척의 지지축의 편심을 검사하는 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 증착, 식각, 세정, 건조 등의 다양한 공정 처리를 거쳐서 제조되고 있다. 예를 들어, 기판의 표면에 잔류하는 파티클(Particle), 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 반도체 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미치므로, 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 수행된다. 세정 공정을 비롯한 여러 공정 처리에서 기판을 회전 지지하기 위하여 스핀 척(spin chuck)이 사용되고 있다. 스핀 척은 기판을 고속으로 회전시켜 공정을 처리하는 장치로, 세정 설비에서 매우 중요한 요소이다. 스핀 척의 베어링이 파손되거나 척 핀을 그립하는 힘이 약화되는 경우, 스핀 척의 회전시에 기판에 편심이 발생하고, 이로 인해 처리액이 비산하여 챔버를 오염시킬 수 있으며, 기판이 파손되거나 공정 사고가 유발될 수 있다. 또한, 스핀 척의 편심 회전으로 인해 주변에 비산된 처리액이 기판에 재부착하여 반도체 소자의 품질을 저하시키고 생산 수율을 저하시킬 수 있다.
종래의 반도체 제조 설비에는 스핀 척의 편심을 측정하기 위한 수단이 구비되어 있지 않다. 종래에는 메인터넌스 시기나, 반도체 제조 설비의 구동 시간 또는 횟수 등을 고려하여, 작업자가 스핀 척의 이상 여부를 수동으로 점검하거나 교체하고 있으나, 반도체 제조 설비의 사용 환경에 따라 스핀 척의 교체 주기에 차이가 발생하여, 적정 시기에 스핀 척을 점검 또는 교체하지 못하고 있다. 즉, 열악한 사용 환경의 공정에서는 스핀 척의 조기 고장으로 인해 공정 중 스핀 척의 회전 편심이 발생하여 공정 사고가 발생할 가능성이 커지고, 양호한 사용 환경의 공정에서는 교체 주기가 되지 않은 스핀 척이 교체되어 손실이 발생하고 잦은 교체 작업으로 인해 공정을 중지해야 하므로 반도체 생산성이 저하된다.
본 발명은 기판을 회전 지지하는 스핀 척(spin chuck)의 편심량을 영상 처리 기반으로 정확하게 측정할 수 있는 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법, 기록 매체를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기판의 노치(notch), 기판 지지를 위한 척 핀(chuck pin) 등에 의해 스핀 척의 편심량이 부정확하게 측정되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법, 기록 매체를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 스핀 척의 편심량을 정확하게 측정하기 위한 조명을 제공할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 기판 처리 장치는 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 처리 공간 내에 기판을 지지하고, 스핀 척의 지지축을 중심으로 기판을 회전시키는 지지 유닛; 및 상기 지지축의 편심을 검사하는 편심 검사부를 포함한다.
상기 편심 검사부는, 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 기판에 대해 획득된 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 측정부를 포함한다.
상기 편심 측정부는, 상기 지지축이 편심되지 않은 상태에서 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상을 입력받고, 상기 제1 영상에서 상기 기판의 제1 에지 데이터를 획득하고, 상기 제1 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하기 위한 추정 방정식을 모델링하는 방정식 모델링부; 및 공정 진행 중에 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제2 영상을 입력받고, 상기 제2 영상에서 상기 기판의 제2 에지 데이터를 획득하고, 상기 제2 에지 데이터를 상기 추정 방정식과 비교하여 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 산출부를 포함할 수 있다.
상기 편심 측정부는, 상기 지지축의 편심량을 설정된 기준값과 비교하여 편심을 판단하는 편심 판단부와, 편심 발생시 경고를 발생하는 경고 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 방정식 모델링부는, 상기 제1 영상에서 상기 기판의 에지 부분을 포함하는 관심 영역을 설정하는 관심영역 설정부; 상기 제1 영상의 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하여 상기 제1 에지 데이터를 획득하는 제1 에지 검출부; 및 상기 제1 에지 데이터에 포함된 적어도 3개의 포인트 데이터를 기반으로 상기 추정 방정식을 산출하는 방정식 추정부를 포함할 수 있다.
상기 관심 영역은 상기 제1 영상 중 상기 기판의 좌측 상부 에지 영역 또는 우측 상부 에지 영역을 포함할 수 있다.
상기 방정식 추정부는, 상기 제1 에지 데이터에서 3개의 포인트 데이터를 획득하는 포인트데이터 획득부; 상기 3개의 포인트 데이터를 기반으로 2차 방정식을 추정하는 2차방정식 추정부; 상기 2차 방정식과 상기 제1 에지 데이터 간의 오차를 산출하여 상기 2차 방정식을 검증하는 방정식 검증부; 및 상기 3개의 포인트 데이터를 변화시키면서 획득된 2차 방정식들 중 상기 오차가 최소인 2차 방정식을 상기 추정 방정식으로 결정하는 추정방정식 결정부를 포함할 수 있다.
상기 편심 산출부는, 상기 제2 영상의 상기 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하는 제2 에지 검출부; 상기 제2 영상의 상기 관심 영역에서 검출된 상기 기판의 에지에서 상기 제2 에지 데이터를 획득하는 에지데이터 획득부; 및 상기 제2 에지 데이터와 상기 추정 방정식의 차이값을 기반으로 상기 지지축의 편심량을 산출하는 편심량 산출부를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 상기 지지 유닛 상에 지지된 기판으로 조명을 제공하기 위한 조명부를 더 포함할 수 있다. 상기 조명부는 상기 기판의 상이한 에지 영역들을 향하여 서로 다른 방향으로 조명을 비추는 다수의 렌즈형 조명구를 포함할 수 있다. 상기 렌즈형 조명구들에 의해 상기 기판의 에지 영역들로 조명되는 영역들 중 인접하는 영역들은 중첩 영역을 포함할 수 있다.
상기 조명부는 프레임과, 상기 기판의 서로 다른 에지 영역을 향하도록 상기 프레임에 장착되는 다수의 브라켓을 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈형 조명구는 상기 브라켓의 상면에 결합되어 상기 브라켓의 상면 각도에 따라 조명 방향이 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 공정 챔버의 처리 공간 내에 지지 유닛의 스핀 척의 지지축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 기판에 대해 영상을 획득하는 영상 획득부; 및 상기 기판에 대해 획득된 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 측정부를 포함하는 편심 검사 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 공정 챔버의 처리 공간 내에 지지 유닛의 스핀 척의 지지축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 기판에 대해 획득된 영상을 입력받는 단계; 그리고 상기 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 단계를 포함하는 편심 검사 방법이 제공된다.
상기 편심량을 측정하는 단계는, 상기 지지축의 편심량을 설정된 기준값과 비교하여 편심을 판단하는 단계와, 편심 발생시 경고를 발생하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 편심량을 측정하는 단계는, 상기 지지축이 편심되지 않은 상태에서 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상을 입력받고, 상기 제1 영상에서 상기 기판의 제1 에지 데이터를 획득하고, 상기 제1 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하기 위한 추정 방정식을 모델링하는 단계; 그리고 공정 진행 중에 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제2 영상을 입력받고, 상기 제2 영상에서 상기 기판의 제2 에지 데이터를 획득하고, 상기 제2 에지 데이터를 상기 추정 방정식과 비교하여 상기 지지축의 편심량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 추정 방정식을 모델링하는 단계는, 상기 제1 영상에서 상기 기판의 에지 부분을 포함하는 관심 영역을 설정하는 단계; 상기 제1 영상의 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하여 상기 제1 에지 데이터를 획득하는 단계; 그리고 상기 제1 에지 데이터에 포함된 적어도 3개의 포인트 데이터를 기반으로 상기 추정 방정식을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 추정 방정식을 산출하는 단계는, 상기 제1 에지 데이터에서 3개의 포인트 데이터를 획득하고, 상기 3개의 포인트 데이터를 기반으로 2차 방정식을 추정하는 단계; 상기 2차 방정식과 상기 제1 에지 데이터 간의 오차를 산출하여 상기 2차 방정식을 검증하는 단계; 그리고 상기 3개의 포인트 데이터를 변화시키면서 획득된 2차 방정식들 중 상기 오차가 최소인 2차 방정식을 상기 추정 방정식으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 오차가 최소인 2차 방정식을 상기 추정 방정식으로 결정하는 단계에서, 상기 추정 방정식은 상기 제1 영상의 관심 영역 중 상기 기판의 노치 및 상기 기판을 지지하는 척 핀과 관련된 영역에 포함되지 않은 3개의 포인트 데이터를 기반으로 산출될 수 있다.
상기 지지축의 편심량을 산출하는 단계는, 상기 제2 영상의 상기 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하는 단계; 상기 제2 영상의 상기 관심 영역에서 검출된 상기 기판의 에지에서 상기 제2 에지 데이터를 획득하는 단계; 그리고 상기 제2 에지 데이터와 상기 추정 방정식의 차이값을 기반으로 상기 지지축의 편심량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 편심 검사 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판을 회전 지지하는 스핀 척(spin chuck)의 편심량을 영상 처리 기반으로 정확하게 측정할 수 있는 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법, 기록 매체가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판의 노치(notch), 기판 지지를 위한 척 핀(chuck pin) 등에 의해 스핀 척의 편심량이 부정확하게 측정되는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 방법, 기록 매체가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 스핀 척의 편심량을 정확하게 측정하기 위한 조명을 제공할 수 있는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2는 공정 챔버들 중의 하나 이상에 제공되는 공정 모듈의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 기판 처리 장치를 구성하는 지지 유닛의 지지축이 편심된 것을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 편심 측정부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 방정식 모델링부의 구성도이다.
도 7은 도 5의 단계 S100을 구체적으로 보여주는 순서도이다.
도 8은 스핀 척이 편심되지 않은 초기 정상 상태에서 스핀 척에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상을 예시한 도면이다.
도 9는 도 8에 예시된 도면에서 설정된 관심 영역을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 획득된 제1 영상의 관심 영역을 이진화한 것을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 획득된 제1 영상의 제1 에지 데이터를 예시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 산출되는 추정 방정식을 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 방정식 추정부의 구성도이다.
도 14는 도 12에 도시된 단계 S150을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 획득된 제1 에지 데이터에서 임의 선정된 3개의 포인트 데이터를 예시한 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예에 따라 산출된 추정 방정식을 예시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 편심 산출부의 구성도이다.
도 19는 도 5에 도시된 단계 S200 내지 S300을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척의 편심량을 산출하는 방법을 예시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부를 보여주는 사시도이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부의 분해 사시도이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 브라켓의 사시도이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부의 프레임에 렌즈형 조명구가 결합된 것을 나타낸 사시도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 렌즈형 조명구의 사시도이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부의 작용효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부를 보여주는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판을 회전 지지하는 스핀 척(spin chuck)의 편심을 검사하는 편심 검사 장치를 포함한다. 편심 검사 장치는 영상 처리 기반으로 스핀 척의 편심을 검사하는 편심 검사부를 포함할 수 있다. 편심 검사부는 지지 유닛의 스핀 척에 지지된 기판에 대해 영상을 획득하는 영상 획득부와, 기판에 대해 획득된 영상에서 기판의 에지 데이터를 획득하고 에지 데이터를 기반으로 스핀 척의 편심량을 측정하는 편심 측정부를 포함한다.
실시예에서, 편심 측정부는 스핀 척의 편심량을 측정하기 위한 기준이 되는 추정 방정식을 모델링할 수 있다. 추정 방정식은 2차 방정식(Quadratic Equation)으로 제공될 수 있다. 편심 측정부는 편심이 발생하지 않은 스핀 척에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상의 관심 영역에서 기판의 에지를 검출하여 제1 에지 데이터를 획득하고, 제1 에지 데이터를 기반으로 추정 방정식을 산출할 수 있다.
편심 측정부는 공정 진행 중에 스핀 척에 지지된 기판에 대해 획득된 제2 영상의 관심 영역에서 기판의 제2 에지 데이터를 획득하고, 제2 에지 데이터를 추정 방정식과 비교하여 스핀 척의 편심량을 측정할 수 있다. 편심 측정부는 스핀 척의 편심량을 기준값과 비교하여 편심을 판단하고, 편심 발생시 경고를 발생할 수 있다.
이하에서, 세정 처리 장치를 예로 들어 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 편심 검사 방법을 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치, 편심 검사 장치 및 편심 검사 방법은 세정 공정 뿐 아니라, 기판을 회전 지지하기 위한 스핀 척을 구비한 다양한 기판 처리 설비에 적용될 수 있음을 미리 밝혀 둔다.
도 1은 기판 처리 장치를 나타낸 평면도이다. 도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 인덱스 모듈(10)과 공정 처리 모듈(20)을 포함한다. 인덱스 모듈(10)은 로드포트(120) 및 이송프레임(140)을 포함한다. 로드포트(120), 이송프레임(140), 공정 처리 모듈(20)은 순차적으로 배열될 수 있다. 이하에서, 로드포트(120), 이송프레임(140), 공정 처리 모듈(20)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 하고, 평면 상에서 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하고, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 한다.
로드포트(120)에는 기판이 수납된 캐리어(130)가 놓인다. 로드포트(120)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 네 개의 로드포트(120)가 제공된 것으로 도시하였다. 그러나 로드포트(120)의 개수는 공정 처리 모듈(20)의 공정효율 및 풋 프린트 등의 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.
캐리어(130)에는 기판의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(도시되지 않음)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)으로 복수 개가 제공된다. 기판은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 캐리어(130) 내에 위치된다. 캐리어(130)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod; FOUP)가 사용될 수 있다.
공정 처리 모듈(20)은 버퍼유닛(220), 이송챔버(240), 공정챔버(260)를 포함한다. 이송챔버(240)는 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치된다. 제2방향(14)를 따라 이송챔버(240)의 일측 및 타측에는 각각 공정챔버들(260)이 배치된다. 공정챔버(260)들은 이송챔버(240)의 길이 방향을 따라 배치된다.
버퍼유닛(220)은 이송프레임(140)과 이송챔버(240) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(220)은 이송챔버(240)와 이송프레임(140) 간에 기판이 반송되기 전에 기판이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼유닛(220)은 그 내부에 기판이 놓이는 슬롯이 제공되며, 슬롯들은 서로 간에 제3방향(16)을 따라 이격되도록 복수 개 제공된다. 버퍼유닛(220)에서 이송프레임(140)과 마주보는 면과 이송챔버(240)와 마주보는 면 각각이 개방된다.
이송프레임(140)은 로드포트(120)에 안착된 캐리어(130)와 버퍼유닛(220) 간에 기판을 반송한다. 이송프레임(140)에는 인덱스레일(142)과 인덱스로봇(144)이 제공된다. 인덱스레일(142)은 그 길이 방향이 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스로봇(144)은 인덱스레일(142) 상에 설치되며, 인덱스레일(142)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다.
인덱스로봇(144)은 베이스(144a), 바디(144b), 인덱스암(144c)을 가진다. 베이스(144a)는 인덱스레일(142)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 바디(144b)는 베이스(144a)에 결합된다. 바디(144b)는 베이스(144a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 바디(144b)는 베이스(144a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다.
인덱스암(144c)은 바디(144b)에 결합되고, 바디(144b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(144c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(144c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(144c)들 중 일부는 공정 처리 모듈(20)에서 캐리어(130)로 기판을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 캐리어(130)에서 공정 처리 모듈(20)로 기판을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스로봇(144)이 기판을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송챔버(240)는 버퍼유닛(220)과 공정챔버(260) 간에, 그리고 공정챔버(260)들 간에 기판을 반송한다. 이송챔버(240)에는 가이드레일(242)과 메인로봇(244)이 제공된다. 가이드레일(242)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 나란하도록 배치된다. 메인로봇(244)은 가이드레일(242) 상에 설치되고, 가이드레일(242) 상에서 제1방향(12)을 따라 직선 이동된다.
메인로봇(244)은 베이스(244a), 바디(244b), 그리고 메인암(244c)을 가진다. 베이스(244a)는 가이드레일(242)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 바디(244b)는 베이스(244a)에 결합된다. 바디(244b)는 베이스(244a) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 바디(244b)는 베이스(244a) 상에서 회전 가능하도록 제공된다.
메인암(244c)은 바디(244b)에 결합되고, 이는 바디(244b)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인암(244c)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 메인암(244c)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 버퍼유닛(220)에서 공정챔버(260)로 기판을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)과 공정챔버(260)에서 버퍼유닛(220)으로 기판을 반송할 때 사용되는 메인암(244c)은 서로 상이할 수 있다.
각 공정챔버(260) 내에는 기판을 처리액으로 처리하는 공정 모듈이 제공된다. 각각의 공정챔버(260) 내의 공정 모듈은 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있다. 도 2는 공정챔버들 가운데 하나 이상에 제공되는 공정 모듈의 일 예를 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 공정 모듈(300)은 컵(320), 지지 유닛(340), 승강유닛(360), 분사부재(380), 제어기(390) 및 편심 검사부(400)를 가진다.
컵(320)은 기판처리공정이 수행되는 공간을 제공하며, 그 상부는 개방된다. 컵(320)은 내부회수통(322), 중간회수통(324), 외부회수통(326)을 가진다. 각각의 회수통(322,324,326)은 공정에 사용된 처리액 중 서로 상이한 처리액을 회수한다. 내부회수통(322)은 지지 유닛(340)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 중간회수통(324)은 내부회수통(322)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공되고, 외부회수통(326)은 중간회수통(324)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다.
내부회수통(322)의 내측공간(322a), 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a), 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)은 각각 내부회수통(322), 중간회수통(324), 외부회수통(326)으로 처리액이 유입되는 유입구로서 기능한다. 각각의 회수통(322,324,326)에는 그 저면 아래 방향으로 수직하게 연장되는 회수라인(322b,324b,326b)이 연결된다. 각각의 회수라인(322b,324b,326b)은 각각의 회수통(322,324,326)을 통해 유입된 처리액을 배출한다. 배출된 처리액은 외부의 처리액 재생 시스템(미도시)을 통해 재사용될 수 있다.
지지 유닛(340)은 컵(320) 내에 배치된다. 지지 유닛(340)은 공정 진행 중 기판(W)을 지지하고 기판(W)을 회전시키는 스핀 척(spin chuck)을 포함할 수 있다. 지지 유닛(340)은 몸체(342), 지지 핀(344), 척 핀(346), 지지축(348)을 가진다. 몸체(342)는 위쪽에서 바라볼 때 대체로 원형으로 제공되는 상부면을 가진다. 몸체(342)의 저면에는 모터(349)에 의해 회전 가능한 지지축(348)이 고정 결합된다.
지지 핀(344)은 복수 개 제공된다. 지지 핀(344)은 몸체(342)의 상부면의 가장자리부에 소정 간격으로 이격되게 배치되고 몸체(342)에서 상부로 돌출된다. 지지 핀(344)들은 서로 간에 조합에 의해 전체적으로 환형의 링 형상을 가지도록 배치된다. 지지 핀(344)은 몸체(342)의 상부면으로부터 기판이 일정거리 이격 되도록 기판의 후면 가장자리를 지지한다.
척 핀(346)은 복수 개 제공된다. 척 핀(346)은 몸체(342)의 중심에서 지지 핀(344)보다 멀리 떨어지게 배치된다. 척 핀(346)은 몸체(342)에서 상부로 돌출되도록 제공된다. 척 핀(346)은 스핀 헤드(340)가 회전될 때 기판이 정 위치에서 측 방향으로 이탈되지 않도록 기판의 측부를 지지한다.
척 핀(346)은 몸체(342)의 반경 방향을 따라 대기 위치와 지지 위치 간에 직선 이동 가능하도록 제공된다. 대기 위치는 지지 위치에 비해 몸체(342)의 중심으로부터 멀리 떨어진 위치이다. 기판이 스핀 헤드(340)에 로딩 또는 언 로딩시에는 척 핀(346)은 대기 위치에 위치되고, 기판에 대해 공정 수행시에는 척 핀(346)은 지지 위치에 위치된다. 지지 위치에서 척 핀(346)은 기판의 측부와 접촉된다.
승강유닛(360)은 컵(320)을 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 컵(320)이 상하로 이동됨에 따라 지지 유닛(340)에 대한 컵(320)의 상대 높이가 변경된다. 승강유닛(360)은 브라켓(362), 이동축(364), 구동기(366)를 가진다. 브라켓(362)은 컵(320)의 외벽에 고정 설치되고, 브라켓(362)에는 구동기(366)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동축(364)이 고정결합된다.
기판(W)이 지지 유닛(340)에 놓이거나, 지지 유닛(340)으로부터 들어올려 질 때 지지 유닛(340)이 컵(320)의 상부로 돌출되도록 컵(320)은 하강된다. 또한, 공정이 진행될 시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(322,324,326)으로 유입될 수 있도록 컵(320)의 높이가 조절한다.
예컨대, 제1처리액으로 기판을 처리하고 있는 동안에 기판은 내부회수통(322)의 내측공간(322a)과 대응되는 높이에 위치된다. 또한, 제2처리액, 그리고 제3처리액으로 기판을 처리하는 동안에 각각 기판은 내부회수통(322)과 중간회수통(324)의 사이 공간(324a), 그리고 중간회수통(324)과 외부회수통(326)의 사이 공간(326a)에 대응되는 높이에 위치될 수 있다. 상술한 바와 달리 승강유닛(360)은 컵(320) 대신 스핀 헤드(340)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
분사부재(380)는 기판 처리 공정 시 기판(W)으로 처리액을 공급한다. 처리액은 기판(W) 상에 부착된 파티클을 제거하기 위한 순수 등의 세정액, IPA 등의 유기용제, 린스액 등을 포함할 수 있다. 분사부재(380)는 노즐 지지대(382), 노즐(384), 지지축(386), 구동기(388)를 가진다. 지지축(386)은 그 길이 방향이 제3방향(16)을 따라 제공되고, 지지축(386)의 하단에는 구동기(388)가 결합된다. 구동기(388)는 지지축(386)을 회전 및 승강 운동한다.
노즐지지대(382)는 구동기(388)와 결합된 지지축(386)의 끝단 반대편과 수직하게 결합된다. 노즐(384)은 노즐지지대(382)의 끝단 저면에 설치된다. 노즐(384)은 구동기(388)에 의해 공정 위치와 대기 위치로 이동된다. 공정 위치는 노즐(384)이 기판(W)에 처리액을 토출할 수 있도록, 지지 유닛(340)의 수직 상방 영역이다. 대기 위치는 노즐(384)이 지지 유닛(340)의 수직 상방 영역 외측으로 벗어난 위치이다. 분사부재(380)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 분사부재(380)가 복수 개 제공되는 경우, 약액, 린스액, 또는 유기용제는 서로 상이한 분사부재(380)를 통해 제공될 수 있다. 제어기(390)는 공정 모듈(300)의 구성을 제어한다.
편심 검사부(400)는 스핀 척의 지지축(348)의 편심을 검사하기 위한 것으로, 조명부(410), 영상 획득부(420) 및 편심 측정부(430)를 포함한다. 조명부(410)는 기판(W)에 대한 영상을 촬영하기에 적합한 조명을 제공할 수 있다. 조명부(410)는 공정 챔버의 천정이나, 측벽 상부 등의 위치에 고정 설치되어 기판(W)으로 조명을 제공할 수 있다.
영상 획득부(420)는 지지 유닛(340)의 스핀 척에 지지된 기판(W)에 대해 영상을 획득한다. 영상 획득부(420)는 CCD(Charge Coupled device) 카메라, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 카메라 등으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 영상 획득부(420)는 공정 챔버의 천정이나, 측벽 상부 등의 위치에 고정 설치되어 기판(W)을 촬영할 수 있다. 노즐(384)에 의해 기판(W)이 가려지지 않도록 하기 위하여, 영상 획득부(420)는 기판(W)의 중심 위치로부터 측방으로 소정 거리 만큼 벗어난 위치에 설치되어, 기판(W)의 상면을 비스듬하게 촬영할 수 있다.
편심 측정부(430)는 기판(W)에 대해 획득된 영상에서 기판(W)의 에지 데이터를 획득하고, 에지 데이터를 기반으로 지지축(348)의 편심량을 측정한다. 도 3은 기판 처리 장치를 구성하는 지지 유닛의 지지축이 편심된 것을 보여주는 도면이다. 기판 처리 장치가 장시간 사용되어 노후화됨에 따라, 지지 유닛의 스핀 척은 지지축(348)이 제3방향(16)과 나란한 기준방향(30)으로부터 편심방향(32)으로 편심될 수 있다. 편심 측정부(430)는 스핀 척의 지지축(348)의 편심량(D)을 정량적으로 정확하게 측정하기 위해 제공된다. 편심 측정부(430)는 적어도 하나의 프로세서와, 메모리를 포함하여 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 편심 측정부의 구성도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 방법의 순서도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 편심 측정부(430)는 방정식 모델링부(432), 편심 산출부(434), 편심 판단부(436) 및 경고 발생부(438)를 포함할 수 있다.
기판이 지지 유닛(340)의 스핀 척에 로딩되면, 방정식 모델링부(432)는 공정 시작 전 스핀 척의 지지축(348)이 편심되지 않은 상태(초기 정상 상태)에서 지지 유닛(340)에 지지된 기판(W)에 대해 획득된 제1 영상을 영상 획득부(420)로부터 입력받는다. 방정식 모델링부(432)는 지지축(348)이 편심되지 않은 상태(초기 정상 상태)에서 촬영된 제1 영상에서 기판(W)의 제1 에지 데이터를 획득하고, 제1 에지 데이터를 기반으로 지지축(348)의 편심량을 측정하기 위한 추정 방정식을 모델링한다(S100).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 방정식 모델링부의 구성도이다. 도 7은 도 5의 단계 S100을 구체적으로 보여주는 순서도이다. 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 방정식 모델링부(432)는 관심영역 설정부(4322), 이진화부(4324), 제1 에지 검출부(4326), 방정식 추정부(4328)를 포함할 수 있다.
관심영역 설정부(4322)는 스핀 척이 편심되지 않은 초기 정상 상태에서 획득된 제1 영상에서 기판(W)의 에지 부분을 포함하는 관심 영역을 설정한다. 도 8은 스핀 척이 편심되지 않은 초기 정상 상태에서 스핀 척에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상을 예시한 도면이고, 도 9는 도 8에 예시된 도면에서 설정된 관심 영역을 보여주는 도면이다.
공정 시작 전 영상 획득부(42)에 의해 기판(W)에 대한 제1 영상이 획득되면, 관심 영역 설정부(4322)는 스핀 척의 편심을 검사하기 위한 기준이 되는 추정 방정식을 산출하기 위하여 제1 영상에서 기판(W)의 에지 부분을 포함하는 관심 영역(ROI; Region Of Interest)을 설정한다(S110, S120).
영상 획득부(410)는 노즐(384)에 의해 기판(W)이 가려지지 않도록 기판(W)의 중심으로부터 이격된 측방에 설치되어 기판(W)에 대한 영상을 촬영하며, 이에 따라 제1 영상에서 기판(W)의 에지는 원형이 아닌 다항식 형태로 일그러지게 나타난다. 관심영역 설정부(4322)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 영상에서 2차 다항식 형태에 가장 근접한 기판(W)의 좌측 상부 에지 영역을 관심 영역(ROI)으로 설정하거나, 기판(W)의 우측 상부 에지 영역을 관심 영역으로 설정할 수 있다.
제1 영상에서 관심 영역(ROI)이 설정되면, 이진화부(4324)는 제1 영상에 설정된 관심 영역(ROI)을 이진화한다(S130). 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 획득된 제1 영상의 관심 영역을 이진화한 것을 예시한 도면이다. 이진화 처리에 의해, 기판(W) 영역과 배경 영역이 명확하게 구별될 수 있다.
제1 영상의 관심 영역이 이진화되면, 제1 에지 검출부(4326)는 이진화 처리된 기판(W)의 에지 영역을 검출하여 제1 에지 데이터를 획득한다(S140). 본 발명의 요지가 흐려지지 않도록 에지 검출 알고리즘에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 획득된 제1 영상의 제1 에지 데이터를 예시한 도면이다. 제1 영상의 제1 에지 데이터가 획득되면, 방정식 추정부(4328)는 제1 에지 데이터에 포함된 적어도 3개의 포인트 데이터를 기반으로 2차 방정식으로 이루어지는 추정 방정식을 산출할 수 있다(S150). 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 산출되는 추정 방정식 f(x)을 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 방정식 추정부의 구성도이다. 도 14는 도 12에 도시된 단계 S150을 구체적으로 나타낸 순서도이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 방정식 추정부(4328)는 포인트데이터 획득부(4328a), 2차방정식 추정부(4328b), 방정식 검증부(4328c) 및 추정방정식 결정부(4328d)를 포함할 수 있다.
포인트데이터 획득부(4328a)는 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 촬영된 제1 영상으로부터 획득된 N개(N은 4 이상의 정수)의 포인트 데이터를 포함하는 제1 에지 데이터에서 3개의 포인트 데이터를 임의로(randon) 획득한다(S151). 도 15는 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 획득된 제1 에지 데이터에서 임의 선정된 3개의 포인트 데이터를 예시한 도면이다.
제1 에지 데이터(ED)에서 3개의 포인트 데이터(P1, P2, P3)가 획득되면, 2차방정식 추정부(4328b)는 임의로 획득된 3개의 포인트 데이터를 기반으로 2차 방정식을 추정한다(S152). 3개의 포인트 데이터(P1, P2, P3)의 좌표를 각각 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)라고 하면, 아래의 수식 1의 관계가 성립한다.
[수식 1]
Figure 112018116992292-pat00001
Figure 112018116992292-pat00002
수식 1에서 AX = B의 관계가 성립하므로, 2차방정식 추정부(4328b)는 X를 2pseudo-inverse로 계산하여, X = (ATA)-1ATB 연산에 의해 2차 방정식의 다항식 계수들(a는 2차항 계수, b는 1차항 계수, c는 상수)을 산출할 수 있다.
방정식 검증부(4328c)는 2차방정식 추정부(4328b)에 의해 추정된 2차 방정식과 제1 에지 데이터 간의 오차를 산출하여 2차 방정식을 검증한다(S153). 이 과정은 추정한 2차 방정식이 에지 데이터의 포인트 데이터들을 얼마나 많이 포함하는가를 평가하기 위한 것이다. 2차 방정식과 제1 에지 데이터 간의 오차는 예를 들어, 제1 에지 데이터의 N개의 포인트 데이터와, N개의 포인트 데이터에 대응되는 2차 방정식의 N개의 함수값의 차이값들을 기반으로 산출될 수 있다.
2차 방정식은 N개의 포인트 데이터 중 임의로 선택된 3개의 포인트 데이터를 기반으로 추정되는 다항식이므로, 3개의 포인트 데이터 중 적어도 하나가 기판의 노치에서 선택되는 경우, 2차 방정식은 3개의 포인트 데이터를 제외한 (N-3)개의 포인트 데이터와 큰 오차를 가질 수도 있다. 기판(W)의 에지 위치 및 형상을 정확하게 반영하는 2차 방정식을 추정 방정식으로 결정하기 위하여, 추정방정식 결정부(4328d)는 3개의 포인트 데이터를 임의로 변화시키면서 획득된 2차 방정식들 중 오차가 최소인 최고 피팅율의 2차 방정식을 추정 방정식으로 결정할 수 있다(S154, S155). 선택 가능한 3개의 포인트 데이터의 조합의 개수는 최대 NC3 = N!/{(N-3)!×3!} 이다.
추정방정식 결정부(4328d)는 모든 제1 에지 데이터의 3개의 포인트 데이터의 조합들에 대해 각각 2차 방정식을 산출하여 최소 오차를 가지는 2차 방정식을 추정 방정식으로 결정할 수도 있고, 포인트 데이터의 조합들 중 설정된 비교값 이하의 오차를 가지는 2차 방정식이 도출되는 경우, 해당 2차 방정식을 추정 방정식으로 결정할 수도 있다. 또한, 미리 설정된 개수의 포인트 데이터의 조합에 대해 2차 방정식을 추정하여 그 중에서 최소의 오차를 가지는 2차 방정식을 추정 방정식으로 결정할 수도 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예에 따라 산출된 추정 방정식을 예시한 도면이다. 제1 에지 데이터를 가장 많이 포함하는 추정 방정식을 찾을 때까지 2차 방정식 검증 과정을 반복해서 수행함으로써, 도 16 및 도 17에 청색으로 도시한 바와 같이, 기판의 에지 위치 및 형상을 정확하게 반영하는 추정 방정식(QE)을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 추정 방정식(QE)은 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 제1 영상의 관심 영역 중 기판(W)의 노치(NC) 및 척 핀(346)과 관련된 영역에 포함되지 않은 3개의 포인트 데이터를 기반으로 산출될 수 있다. 따라서, 기판(W)의 에지에 정확하게 근사되는 추정 방정식(QE)을 산출하여 스핀 척의 편심량을 정확하게 산출할 수 있게 된다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 방정식 모델링부(432)에 의해 추정 방정식이 모델링되면, 편심 산출부(434)는 공정 중에 기판에 대해 획득된 영상의 에지 데이터를 추정 방정식과 비교하여 스핀 척의 지지축의 편심량을 산출한다(S200). 편심 판단부(436)는 스핀 척의 지지축의 편심량을 설정된 기준값과 비교하여 편심을 판단하고, 경고 발생부(438)는 편심 발생시 경고를 발생한다(S300).
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 편심 산출부의 구성도이다. 도 19는 도 5에 도시된 단계 S200 내지 S300을 구체적으로 나타낸 순서도이다. 도 3, 도 18 및 도 19를 참조하면, 편심 산출부(434)는 이진화부(4342), 제2 에지검출부(4344), 에지데이터 획득부(4346) 및 편심량 산출부(4348)를 포함할 수 있다.
공정 진행 중에 지지 유닛(340)의 스핀 척에 지지된 기판(W)에 대해 제2 영상이 영상 획득부(420)에 의해 획득되면, 편심 산출부(434)는 제2 영상을 영상 획득부(420)로부터 입력받고, 제2 영상에 대해 관심 영역을 설정한다(S210). 제2 영상에 설정되는 관심 영역은 스핀 척이 편심되지 않은 초기 상태에서 획득된 제1 영상에 대해 설정되는 관심 영역과 동일하게 설정될 수 있다. 제2 영상의 관심 영역에서 제2 에지데이터를 획득하는 과정은 제1 영상에서 제1 에지데이터를 획득하는 과정과 유사한 방식으로 수행될 수 있다.
이진화부(4322)는 기판의 에지를 검출하기 위하여 제2 영상의 관심 영역을 이진화한다(S220). 제2 에지검출부(4344)는 이진화된 제2 영상의 관심 영역에서 기판(W)의 에지를 검출한다(S230). 에지데이터 획득부(4346)는 제2 영상의 관심 영역에서 검출된 기판의 에지에서 기판(W)의 제2 에지 데이터를 획득한다(S240). 제2 에지 데이터는 N개(N은 4 이상의 정수)의 포인트 데이터를 포함할 수 있다. 제2 에지 데이터의 포인트 데이터 개수는 제1 에지 데이터와 같을 수도 있고 다를 수도 있다.
편심량 산출부(4348)는 제2 영상에서 획득된 제2 에지 데이터를 추정 방정식과 비교하여 스핀 척의 지지축(348)의 편심량(E)을 산출한다(S250). 편심량 산출부(4348)는 제2 에지 데이터와 추정 방정식의 차이값을 기반으로 스핀 척의 편심량을 산출할 수 있다.
실시예에서, 편심량 산출부(4348)는 스핀 척이 편심되지 않은 상태에서 모델링한 추정 방정식 f(x) = ax2 + bx +c 에 제2 에지 데이터의 포인트 데이터들의 정보를 대입하여 편심량(E)을 계산할 수 있다. 도 20은 본 발명의 실시예에 따라 스핀 척의 편심량을 산출하는 방법을 예시한 도면이다. 도 20을 참조하면, 편심량 산출부(4348)는 하기의 수식 2에 따라 편심량(E)을 산출할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112018116992292-pat00003
수식 2에서, N은 제2 에지 데이터의 포인트 데이터들의 개수, yi는 제2 에지 데이터의 i번째 포인트 데이터의 y축 값, xi는 제2 에지 데이터의 i번째 포인트 데이터의 x축 값, f(xi)는 i번째 포인트 데이터의 x축 값(xi)에 대응되는 추정 방정식의 함수 값이다. 편심량 산출시, 제2 에지 데이터의 모든 포인트 데이터들이 사용될 수도 있고, 포인트 데이터들 중 일부만 사용될 수도 있다.
편심 검사 장치는 계산된 편심량(E)을 기반으로 스핀 척의 편심 여부를 판정할 수 있다. 다시 도 19를 참조하면, 편심 검사 장치는 스핀 척의 편심량(E)을 상대적으로 낮은 제1 임계값(th1) 및 제1 임계값 보다 높은 제2 임계값(th2)과 비교하여(S310), 편심량(E)이 제1 임계값(th1)보다 작으면 편심이 발생되지 않은 것으로 판정할 수 있다(S320). 이 경우 스핀 척을 이용한 공정 수행이 가능하며, 스핀 척의 점검, 교체도 필요하지 않다. 편심량(E)이 제1 임계값(th1) 이상, 제2 임계값(th2) 미만인 경우, 다음 공정은 진행할 수 있으나 빠른 시간 내에 점검이 필요한 상태로, 이 경우 편심 발생 위험을 경고할 수 있다(S330). 편심량(E)이 제2 임계값(th2) 이상이면 편심 발생으로 판정하여 진행하는 공정을 즉시 멈추도록 알람을 발생할 수 있다(S340).
본 발명의 실시예에 의하면, 스핀 척의 편심 상태를 실시간 진단할 수 있으며, 스핀 척의 점검, 교체 시기를 정확히 예측할 수 있다. 또한, 스핀 척에 편심 발생시 경고, 알람으로 제어하여 기판 파손, 스핀 척 파손 등의 공정 사고를 사전에 예방할 수 있으며, 편심 발생된 스핀 척의 운용으로 인해 파티클이 비산 및 리바운드되어 챔버가 오염되고, 기판에 결함이 발생하는 등의 문제점을 해소할 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부를 보여주는 사시도이다. 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부의 분해 사시도이다. 도 23은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 브라켓의 사시도이다. 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부의 프레임에 렌즈형 조명구가 결합된 것을 나타낸 사시도이다. 도 25는 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 렌즈형 조명구의 사시도이다.
도 21 내지 도 25를 참조하면, 영상 획득부(420)가 기판(W)에 대하여 선명한 이미지를 획득하도록 하기 위하여, 조명부(410)는 기판(W)의 에지를 따라 조명을 비추도록 설계된다. 이를 위하여, 조명부(410)는 프레임(411)과, 프레임(411)에 장착되어 기판(W)의 상이한 에지 영역들을 향하여 서로 다른 방향으로 조명을 비추는 다수의 렌즈형 조명구(413)를 포함한다.
프레임(411)은 대략 평판 형상으로 제공될 수 있다. 프레임(411)의 중앙부에는 영상 획득부(410)의 카메라 장착을 위한 장착홀(411a)이 형성될 수 있다. 프레임(411)에는 다수의 렌즈형 조명구(413)를 장착하기 위한 다수의 브라켓(412)이 장착될 수 있다. 다수의 브라켓(412)은 이들 각각의 상면(412a)에 수직한 법선 방향들이 기판(W)의 서로 다른 에지 영역을 향하도록 프레임(411)에 장착될 수 있다. 적어도 하나의 브라켓(412)의 상면(412a)은 저면에 대해 기울어지도록 제공될 수 있다. 각각의 브라켓(412)은 이에 장착되는 렌즈형 조명구(413)가 기판(W)의 정해진 에지 영역을 향하여 조명하도록 상면(412a)의 각도가 설계될 수 있다. 브라켓(412)은 프레임(411)에 장착하기 위한 체결공(도면부호 생략)과, 렌즈형 조명구(413)와 결합을 위한 결합공(412b)을 구비할 수 있다.
렌즈형 조명구(413)는 브라켓(412)의 상면(412a)에 결합되는 결합판(4131)과, 결합판(4131)의 상면에 고정되는 하나 이상의 렌즈형 LED(4132)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서는 하나의 결합판(4131)에 2개의 렌즈형 LED(4132)가 장착되어 있으나, 1개 또는 3개 이상 장착될 수도 있다. 결합판(4131)에는 브라켓(412)에 결합하기 위한 결합홀(4131a)이 형성된다. 렌즈형 LED(4132)는 LED에 의해 발광된 광을 상부측에 마련된 렌즈에 의해 집광하여 기판(W)의 에지 영역으로 조명할 수 있으며, 빛이 퍼지는 것을 막아 빛의 조사 방향을 조절할 수 있다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부의 작용효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 26을 참조하면, 조명부(420)는 기판(W)의 에지를 따라 조명을 비추기 위한 에지 조명용 렌즈형 조명구들(413a~413j)과, 기판(W)의 중심부에 조명을 비추기 위한 중앙 조명용 렌즈형 조명구들(413k~413l)을 구비할 수 있다. 렌즈형 조명구들(413a~413l)은 영상 획득부(420)를 중심으로 대칭되는 형태로 배열될 수 있다. 렌즈형 조명구들(413a~413l)은 영상 획득부(420)의 촬영 방향을 중심으로 서로 대칭되는 방향으로 조명을 비추도록 설계될 수 있다.
에지 조명용 렌즈형 조명구들(413a~j)은 브라켓들(412)에 의해 방향이 설정되어, 기판(W)의 에지를 따라서 조명 영역들(WE1~WE10)을 연속적으로 조명할 수 있다. 기판(W)의 전체 에지를 정확하게 영상화하기 위하여, 에지 조명용 렌즈형 조명구들(413a~413j)에 의해 조명되는 조명 영역들(WE1~WE10)은 인접하는 조명 영역들 간에 중첩 영역을 포함할 수 있다. 중앙 조명용 렌즈형 조명구들(413k~413l)은 기판(W)의 중앙 영역들(WE11~WE12)을 조명할 수 있다. 에지 조명용 렌즈형 조명구들(413a~413j)의 조명 세기는 중앙 조명용 렌즈형 조명구들(413k~413l)의 조명 세기와 같거나 그보다 크게 설계될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다수의 에지 조명용 렌즈형 조명구들(413a~413j)이 기판(W)의 에지를 따라 조명 영역들(WE1~WE10)에 조명을 비추게 되므로, 기판(W)의 에지에 대해 보다 선명한 이미지를 얻을 수 있고, 스핀 척의 편심량을 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 렌즈형 조명구들(413a~413l)은 영상 획득부(420)의 촬영 방향에 대해 대체로 나란하게 조명을 비추고, 렌즈형 조명구들(413a~413l)에 의해 조명되는 광은 기판(W)에 기울어진 방향으로 입사되므로, 렌즈형 조명구들(413a~413l)에 의해 출력된 광이 기판(W)의 이미지에 투영되어 이미지에서 기판 에지 정보가 조명에 의해 끊어져 손실되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판(W) 안쪽(중심부)으로는 조명을 어둡게 하고, 기판(W)의 에지를 중심부보다 강하게 비추도록 조명을 설계하여, 기판(W)과 스핀 척을 구별하기 쉽게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판의 막질 특성과 패턴 형태에 따라 색이나 반사율이 달라져 기판의 에지를 정확하게 검출하지 못하게 되는 것을 방지할 수 있고, 기판(W)의 에지 검출률을 높여 편심 검사의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 조명부(410)와 영상 획득부(420)를 챔버의 투명 벽체에 매립형으로 설치하면, 공정 가스(Fume)에 의해 조명부(410)와 영상 획득부(420)가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 브라켓(412)을 프레임(411)에 착탈시킬 수 있어, 브라켓(412)을 교체하여 렌즈형 조명구(413)의 조명 방향을 조절할 수 있으며, 기판(W)의 다양한 크기에 대응하여 기판(W)의 에지 조명 영역을 조절할 수 있다.
도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 편심 검사 장치를 구성하는 조명부를 보여주는 평면도이다. 도 27을 참조하면, 렌즈형 조명구들(413)은 기판(W)의 에지 영역들(WE)을 따라 조명을 비추도록 챔버의 벽체 둘레를 따라 매립형으로 설치될 수 있다. 도 27의 실시예에서, 챔버의 정면에 설치된 렌즈형 조명구는 기판의 중심부에 조명을 제공하고, 챔버의 좌/우측면에 설치된 렌즈형 조명구들은 기판의 에지 영역들(WE)에 조명을 제공할 수 있다. 예를 들어, 챔버의 좌측면에 설치된 3개의 렌즈형 조명구들은 각각 1시, 3시, 5시 방향(챔버의 정면이 6시 방향)의 에지 영역(WE)에 조명을 제공하고, 챔버 우측면의 3개의 렌즈형 조명구들은 좌측면 렌즈형 조명구들과 대칭을 이루도록 설치되어 각각 7시, 9시, 11시 방향의 에지 영역(WE)에 조명을 제공할 수 있다. 도 27의 실시예에 의하면, 스핀 척의 편심 검사 뿐 아니라, 분사부재(380)의 노즐 위치 및 토출 약액을 검사하는데 적합한 조명을 제공할 수 있다.
노즐 팁 부분은 둥근 기둥 형태이므로, 한쪽 방향에서만 조명을 비추면 둥근 기둥 형태의 노즐 팁에 음영 지역이 발생하지만, 본 발명의 실시예에 의하면, 여러 방향에서 조명을 비추어 노즐에 음영 지역이 생기지 않게 할 수 있으며, 노즐의 스윙 운동시 노즐이 움직이는 영역 전체를 커버할 수 있다. 또한, 투명한 약액에 대해 단방향으로 조명하게 되면, 약액에 일부만 반사가 일어나 토출 인식률이 저하될 수 있으나, 카메라 촬영 방향을 기준으로 0˚ 및 90˚ 등의 다양한 방향으로 약액에 조명이 비추어지도록 하여 약액에 하이라이트를 일으켜 약액 검사 또한 정확하게 할 수 있다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
W: 기판
340: 지지 유닛
348: 지지축
400: 편심 검사부
410: 조명부
420: 영상 획득부
430: 편심 측정부
432: 방정식 모델링부
434: 편심 산출부
436: 편심 판단부
438: 경고 발생부
4322: 관심영역 설정부
4324: 이진화부
4326: 제1 에지검출부
4328: 방정식 추정부
4342: 이진화부
4344: 제2 에지검출부
4346: 에지데이터 획득부
4348: 편심량 산출부

Claims (21)

  1. 삭제
  2. 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 처리 공간 내에 기판을 지지하고, 스핀 척의 지지축을 중심으로 기판을 회전시키는 지지 유닛; 및
    상기 지지축의 편심을 검사하는 편심 검사부를 포함하고,
    상기 편심 검사부는,
    상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 기판에 대해 획득된 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 측정부를 포함하며,
    상기 편심 측정부는,
    상기 지지축이 편심되지 않은 상태에서 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상을 입력받고, 상기 제1 영상에서 상기 기판의 제1 에지 데이터를 획득하고, 상기 제1 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하기 위한 추정 방정식을 모델링하는 방정식 모델링부; 및
    공정 진행 중에 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제2 영상을 입력받고, 상기 제2 영상에서 상기 기판의 제2 에지 데이터를 획득하고, 상기 제2 에지 데이터를 상기 추정 방정식과 비교하여 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 산출부를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 편심 측정부는, 상기 지지축의 편심량을 설정된 기준값과 비교하여 편심을 판단하는 편심 판단부와, 편심 발생시 경고를 발생하는 경고 발생부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 방정식 모델링부는,
    상기 제1 영상에서 상기 기판의 에지 부분을 포함하는 관심 영역을 설정하는 관심영역 설정부;
    상기 제1 영상의 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하여 상기 제1 에지 데이터를 획득하는 제1 에지 검출부; 및
    상기 제1 에지 데이터에 포함된 적어도 3개의 포인트 데이터를 기반으로 상기 추정 방정식을 산출하는 방정식 추정부를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관심 영역은 상기 제1 영상 중 상기 기판의 좌측 상부 에지 영역 또는 우측 상부 에지 영역을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 방정식 추정부는,
    상기 제1 에지 데이터에서 3개의 포인트 데이터를 획득하는 포인트데이터 획득부;
    상기 3개의 포인트 데이터를 기반으로 2차 방정식을 추정하는 2차방정식 추정부;
    상기 2차 방정식과 상기 제1 에지 데이터 간의 오차를 산출하여 상기 2차 방정식을 검증하는 방정식 검증부; 및
    상기 3개의 포인트 데이터를 변화시키면서 획득된 2차 방정식들 중 상기 오차가 최소인 2차 방정식을 상기 추정 방정식으로 결정하는 추정방정식 결정부를 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 편심 산출부는,
    상기 제2 영상의 상기 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하는 제2 에지 검출부;
    상기 제2 영상의 상기 관심 영역에서 검출된 상기 기판의 에지에서 상기 제2 에지 데이터를 획득하는 에지데이터 획득부; 및
    상기 제2 에지 데이터와 상기 추정 방정식의 차이값을 기반으로 상기 지지축의 편심량을 산출하는 편심량 산출부를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 처리 공간 내에 기판을 지지하고, 스핀 척의 지지축을 중심으로 기판을 회전시키는 지지 유닛; 및
    상기 지지축의 편심을 검사하는 편심 검사부를 포함하고,
    상기 편심 검사부는,
    상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 영상 획득부가 획득한 영상을 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 측정부; 및
    상기 지지 유닛 상에 지지된 기판으로 조명을 제공하기 위한 조명부;를 포함하고,
    상기 조명부는 상기 기판의 상이한 에지 영역들을 향하여 서로 다른 방향으로 조명을 비추는 다수의 렌즈형 조명구를 포함하고,
    상기 렌즈형 조명구들에 의해 상기 기판의 에지 영역들로 조명되는 영역들 중 인접하는 영역들 간에 중첩 영역이 포함되는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조명부는 프레임과, 상기 기판의 서로 다른 에지 영역을 향하도록 상기 프레임에 장착되는 다수의 브라켓을 더 포함하고,
    상기 렌즈형 조명구는 상기 브라켓의 상면에 결합되어 상기 브라켓의 상면 각도에 따라 조명 방향이 조절되는 기판 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 공정 챔버의 처리 공간 내에 지지 유닛의 스핀 척의 지지축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 기판에 대해 영상을 획득하는 영상 획득부; 및
    상기 기판에 대해 획득된 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 측정부를 포함하며,
    상기 편심 측정부는,
    상기 지지축이 편심되지 않은 상태에서 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상을 입력받고, 상기 제1 영상에서 상기 기판의 제1 에지 데이터를 획득하고, 상기 제1 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하기 위한 추정 방정식을 모델링하는 방정식 모델링부; 및
    공정 진행 중에 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제2 영상을 입력받고, 상기 제2 영상에서 상기 기판의 제2 에지 데이터를 획득하고, 상기 제2 에지 데이터를 상기 추정 방정식과 비교하여 상기 지지축의 편심량을 측정하는 편심 산출부를 포함하는 편심 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 편심 측정부는, 상기 지지축의 편심량을 설정된 기준값과 비교하여 편심을 판단하는 편심 판단부와, 편심 발생시 경고를 발생하는 경고 발생부를 더 포함하는 편심 검사 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 방정식 모델링부는,
    상기 제1 에지 데이터에서 3개의 포인트 데이터를 획득하는 포인트데이터 획득부;
    상기 3개의 포인트 데이터를 기반으로 2차 방정식을 추정하는 2차방정식 추정부;
    상기 2차 방정식과 상기 제1 에지 데이터 간의 오차를 산출하여 상기 2차 방정식을 검증하는 방정식 검증부; 및
    상기 3개의 포인트 데이터를 변화시키면서 획득된 2차 방정식들 중 상기 오차가 최소인 2차 방정식을 상기 추정 방정식으로 결정하는 추정방정식 결정부를 포함하는 편심 검사 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 공정 챔버의 처리 공간 내에 지지 유닛의 스핀 척의 지지축을 중심으로 회전 가능하게 지지된 기판에 대해 획득된 영상을 입력받는 단계; 그리고
    상기 영상에서 상기 기판의 에지 데이터를 획득하고, 상기 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 편심량을 측정하는 단계는,
    상기 지지축이 편심되지 않은 상태에서 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제1 영상을 입력받고, 상기 제1 영상에서 상기 기판의 제1 에지 데이터를 획득하고, 상기 제1 에지 데이터를 기반으로 상기 지지축의 편심량을 측정하기 위한 추정 방정식을 모델링하는 단계; 그리고
    공정 진행 중에 상기 지지 유닛에 지지된 기판에 대해 획득된 제2 영상을 입력받고, 상기 제2 영상에서 상기 기판의 제2 에지 데이터를 획득하고, 상기 제2 에지 데이터를 상기 추정 방정식과 비교하여 상기 지지축의 편심량을 산출하는 단계를 포함하는 편심 검사 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 추정 방정식을 모델링하는 단계는,
    상기 제1 영상에서 상기 기판의 에지 부분을 포함하는 관심 영역을 설정하는 단계;
    상기 제1 영상의 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하여 상기 제1 에지 데이터를 획득하는 단계; 그리고
    상기 제1 에지 데이터에 포함된 적어도 3개의 포인트 데이터를 기반으로 상기 추정 방정식을 산출하는 단계를 포함하는 편심 검사 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 추정 방정식을 산출하는 단계는,
    상기 제1 에지 데이터에서 3개의 포인트 데이터를 획득하고, 상기 3개의 포인트 데이터를 기반으로 2차 방정식을 추정하는 단계;
    상기 2차 방정식과 상기 제1 에지 데이터 간의 오차를 산출하여 상기 2차 방정식을 검증하는 단계; 그리고
    상기 3개의 포인트 데이터를 변화시키면서 획득된 2차 방정식들 중 상기 오차가 최소인 2차 방정식을 상기 추정 방정식으로 결정하는 단계를 포함하는 편심 검사 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 오차가 최소인 2차 방정식을 상기 추정 방정식으로 결정하는 단계에서,
    상기 추정 방정식은 상기 제1 영상의 관심 영역 중 상기 기판의 노치 및 상기 기판을 지지하는 척 핀과 관련된 영역에 포함되지 않은 3개의 포인트 데이터를 기반으로 산출되는 편심 검사 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 지지축의 편심량을 산출하는 단계는,
    상기 제2 영상의 관심 영역에서 상기 기판의 에지를 검출하는 단계;
    상기 제2 영상의 상기 관심 영역에서 검출된 상기 기판의 에지에서 상기 제2 에지 데이터를 획득하는 단계; 그리고
    상기 제2 에지 데이터와 상기 추정 방정식의 차이값을 기반으로 상기 지지축의 편심량을 산출하는 단계를 포함하는 편심 검사 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 편심 검사 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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