KR20110017675A - 기판 연마 장치 및 그의 기판 슬립 감지 방법 - Google Patents

기판 연마 장치 및 그의 기판 슬립 감지 방법 Download PDF

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KR20110017675A
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Abstract

본 발명은 실시간으로 기판의 슬립(slip)을 감지하기 위한 비젼 검사기를 구비하는 기판 연마 장치 및 그의 기판 슬립 감지 방법에 관한 것이다. 기판 연마 장치는 기판의 로딩 및 연마 공정 중에 기판을 슬립 여부를 판별하기 위한 비젼 검사기를 구비한다. 비젼 검사기는 기판의 로딩 및 연마 공정 중, 실시간으로 영상을 획득한다. 비젼 검사기는 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여 기판의 슬립 여부를 판별한다. 본 발명에 의하면, 기판의 로딩 및 연마 공정 중에 실시간으로 기판의 슬립을 감지함으로써, 기판 파손 및 공정 사고를 방지할 수 있다.
Figure P1020090075265
기판 연마 장치, 비젼 검사기, 기판 로딩, 연마 공정, 기판 슬립, 모니터링

Description

기판 연마 장치 및 그의 기판 슬립 감지 방법{SUBSTRATE POLISHING APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SLIP OF SUBSTRATE THEREOF}
본 발명은 기판 연마 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 실시간으로 기판의 슬립(slip)을 감지하기 위한 비젼 검사기를 구비하는 기판 연마 장치 및 그의 기판 슬립 감지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 박막의 형성 및 적층을 위해 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 등 다수의 단위 공정들을 반복 수행해야만 한다. 기판 상에 요구되는 회로 패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되며, 회로 패턴이 형성된 후 기판의 표면에는 많은 굴곡이 생기게 된다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 기판 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차가 증가하고 있다. 기판 표면의 비평탄화는 사진 공정에서 디포커스(defocus) 등의 문제를 발생시키므로 기판의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 기판 표면을 연마하여야 한다.
기판의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있으나 이 중 좁은 영역뿐 만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있 는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 장치가 주로 사용된다. 화학적 기계적 연마 장치는 기판의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마재에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다.
일반적인 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드와 기판을 접촉하고 회전시켜서 기판 표면을 연마한다. 이 때, 화학적 기계적 연마 장치는 연마 패드와 기판이 접촉되는 부위에 슬러리 등의 연마재를 공급한다. 이 때, 화학적 기계적 연마 장치는 연마 공정 시, 연마 패드와 스핀 헤드의 회전에 의해 기판이 스핀 헤드의 정위치에서 일측으로 틀어지는 슬립(slip) 현상이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 슬립 현상은 연마 공정 중, 기판의 파손 및 공정 사고의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 기판의 슬립을 감지하기 위한 기판 연마 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비젼 검사기를 포함하는 기판 연마 장치 및 그의 기판 슬립 감지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판의 파손 및 공정 사고를 방지하기 위한 기판 연마 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 기판 연마 장치는 비젼 검사기를 이용하여 기판 로딩 및 공정 진행 중에 실시간으로 기판의 안착 상태를 판별하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 기판 연마 장치는 실시간으로 기판의 안착 상태를 모니터링하여 공정 사고를 방지할 수 있다.
상기 기판 연마 장치는, 상면에 기판이 안착되고, 기판을 진공 흡입하여 고정시키는 스핀 헤드와; 상기 스핀 헤드에 고정된 기판과 접촉하여 기판을 연마하는 연마 헤드 및; 상기 스핀 헤드의 상부에 설치되어 상기 스핀 헤드에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하는 비젼 검사기를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 비젼 검사기는; 적어도 상기 스핀 헤드에 안착된 기판을 포함하는 영역에 대한 캡쳐 영상을 획득하는 촬영 장치 및; 기판의 안착 상태가 상기 스핀 헤드의 정상 위치에 안착된 것을 나타내는 적어도 하나의 기준 영상을 구비하고, 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 상기 기준 영상과 비교하여 상기 스핀 헤드로부터 기판이 슬립되었는지를 검출하는 비젼 처리부를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 촬영 장치는; 상기 스핀 헤드에 기판을 로딩하거나, 상기 스핀 헤드로부터 기판을 언로딩하기 전, 그리고 상기 스핀 헤드에 고정된 기판을 상기 연마 헤드로 연마하는 중에 기판의 안착 상태를 촬영한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 기판이 안착되는 기판 지지 유닛의 상부에 비젼 검사기를 구비하는 기판 연마 장치가 제공된다. 이 기판 연마 장치에 의하면, 연마 공정 전후 및 연마 공정 중 기판 지지 유닛에 기판의 안착 상태를 실시간으로 촬영하여 모니터링할 수 있다.
상기 기판 연마 장치는, 프레임과; 상기 프레임의 내부에 수용되고, 상기 프레임의 하부에 구비되는 기판 지지 유닛과, 상기 기판 지지 유닛 일측에 배치되어, 상기 기판 지지 유닛에 고정된 기판의 상부로 위치하여 기판과 접촉하고, 기판의 에지 부분과 중앙 영역 사이를 스윙 이동 및 회전하면서 기판의 표면을 국부적으로 연마하는 연마 유닛 및, 상기 기판 지지 유닛의 타측에 배치되어, 연마 처리된 기판을 세정하는 적어도 하나의 세정 유닛을 포함하여, 상기 기판 지지 유닛에 고정된 기판의 연마 공정 및 세정 공정을 처리하는 적어도 하나의 기판 연마부 및; 상기 기판 연마부에 설치되고, 상기 프레임 상부에 고정되어 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하는 비젼 검사기를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 비젼 검사기는; 적어도 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판을 포함하는 영역에 대한 캡쳐 영상을 획득하는 촬영 장치 및; 기판의 안착 상태가 상기 기판 지지 유닛의 정위치에 안착된 것을 나타내는 적어도 하나의 기준 영상을 구비하고, 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 비교하여 상기 기판 지지 유닛으로부터 기판이 슬립되었는지를 검출하는 비젼 처리부를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 촬영 장치는; 상기 기판 지지 유닛의 상기 정위치에 대향하여 상기 프레임의 상부 중앙에 설치된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 비젼 처리부는; 상기 기판 지지 유닛으로부터 기판의 슬립 정도에 대응하여 기판이 상기 기판 지지 유닛의 상기 정위치로부터 허용 가능한 범위에 안착된 상태를 나타내는 복수 개의 상기 기준 영상을 제공한 다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 촬영 장치는; 상기 기판 지지 유닛에 기판을 로딩하거나, 상기 기판 지지 유닛으로부터 기판을 언로딩하기 전, 그리고 상기 기판 지지 유닛에 고정된 기판을 상기 연마 유닛으로 연마 공정하는 중에 상기 캡쳐 영상을 획득한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 기판 연마 장치의 기판의 슬립을 감지하는 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 기판의 안착 상태에 대한 영상을 촬영하여 기준 영상과 비교하여 기판 슬립을 검출한다.
상기 방법은, 상기 기판 연마 장치의 스핀 헤드에 안착된 기판을 진공 흡입하여 고정한다. 연마 헤드를 상기 기판 상으로 이동시켜서 상기 기판과 접촉하고, 상기 기판을 회전시켜서 상기 기판을 연마한다. 그리고 상기 기판을 연마하는 동안에 상기 스핀 헤드의 상부에서 상기 기판을 포함하는 영역을 촬영하여, 상기 스핀 헤드로부터 상기 기판의 슬립 여부를 감지한다. 여기서 상기 기판의 슬립 여부는 상기 촬영된 영상과, 상기 기판의 안착 상태가 상기 스핀 헤드의 정위치 상에 안착된 것을 나타내는 적어도 하나의 기준 영상을 비교하여 검출된다.
한 실시예에 있어서, 상기 방법은; 상기 스핀 헤드에 상기 기판을 로딩하거나, 연마 완료된 후에 상기 스핀 헤드로부터 상기 기판을 언로딩하기 전에 더 촬영한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 촬영하는 것은; 상기 스핀 헤드의 상기 정위치에 대향하는 상기 스핀 헤드의 상부에서 촬영한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기판 연마 장치는 비젼 검사기를 이용하여 실시간으로 기판의 안착 상태를 모니터링할 수 있다.
본 발명의 기판 연마 장치는 기판의 로딩 및 연마 공정 중에 비젼 검사기를 이용하여 실시간으로 기판의 슬립을 감지함으로써, 기판 파손 및 공정 사고를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 연마 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 연마 장치(100)는 매엽식으로 기판(예를 들어, 웨이퍼 등)을 처리하는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 장치로, 로딩/언로딩부(10), 인덱스(Index)(40), 버퍼부(30), 메인 이송 로봇(Main Transfer Robot)(50), 복수 개의 기판 연마부(110) 및 제어부(102)를 포함한다. 이 기판 연마 장치(100)는 기판을 연마하는 연마 공정과 연마 공정 후 기판을 세정하는 세정 공정을 하나의 기판 연마부(110)에서 순차적으로 처리한다.
로딩/언로딩부(10)는 다수의 로드 포트(11a ~ 11d)를 포함한다. 로드 포트(11a ~ 11d)들 각각에는 기판들이 수납되는 캐리어 예를 들어, 풉(Front Open Unified Pod : FOUP)(12a ~ 12d)이 안착된다. 풉(12a ~ 12d)에는 각 기판 연마부(110)에서 처리 완료된 기판들 또는 각 기판 연마부(110)에 투입할 기판들을 수납한다.
로딩/언로딩부(10)와 버퍼부(30) 사이에는 인덱스(40)가 배치되고, 인덱스(40)에는 제 1 이송 레일(42) 및 인덱스 로봇(20)이 설치된다. 인덱스 로봇(20)은 제 1 이송 레일(42)을 따라 이동하면서 로딩/언로딩부(10)와 버퍼부(30) 간에 기판들을 이송한다.
버퍼부(30)는 인덱스(40)의 일측에 설치된다. 버퍼부(30)는 인덱스 로봇(20)에 의해 이송된 기판들을 수납하고, 기판 연마부(110)들에서 처리된 기판들을 수납한다.
메인 이송 로봇(50)은 이송 통로(60)에 설치된다. 이송 통로(60)에는 제 2 이송 레일(62)이 구비되고, 제 2 이송 레일(62)에는 메인 이송 로봇(50)이 설치된다. 메인 이송 로봇(50)은 제 2 이송 레일(62)을 따라 이동하면서, 버퍼부(30)와 기판 연마부(110)들 간에 기판을 이송한다.
이송 통로(60)의 양측에는 복수 개의 기판 연마부(110)들이 배치되고, 각 기판 연마부(110)는 기판을 연마 및 세정 공정 처리한다. 각 기판 연마부(110)에는 기판이 안착된 영역을 촬영 가능하도록 배치되어, 실시간으로 기판의 안착 상태를 모니터링하기 위한 비젼 검사기(도 4의 190)이 구비된다. 또 기판 연마부(110)들은 적어도 두 개 이상의 기판 연마부(110)가 이송 통로(60)를 사이에 두고 서로 마주하게 배치된다. 또한 기판 연마부(110)들은 다층으로 배치될 수 있다. 이 실시예에서 기판 연마부(110)들은 평면상에서 볼 때, 이송 통로(60) 양측에 각각 두 개씩, 제 2 이송 통로(60)를 따라 병렬 배치된다. 또 기판 연마부(110)들은 한 층에 두 개씩 두 개의 층으로 적층된다. 물론, 기판 연마부(110)들의 개수와 배치 구조는 기판 연마 장치(100)의 공정 효율 및 풋 프린트에 따라 다양하게 변형 가능하다.
따라서 기판 연마 장치(100)는 기판 연마부(110)들이 다수의 층 및 다수의 열로 배치되므로, 동시에 다수의 기판을 연마 및 세정할 수 있다. 이 때, 각 기판 연마부(110)에서는 비젼 검사기(190)을 통해 기판이 로딩되거나, 로딩 후 공정 진행 중 또는 공정 완료된 후에도 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링한다. 비젼 검사기(190)의 구성 및 동작에 대해서는 다음의 도 4 내지 도 7에서 상세히 설명하겠다.
한편, 각 기판 연마부(110)는 기판 연마 장치(100)의 제반 동작을 제어하는 제어부(102)와 전기적으로 연결되고, 제어부(102)의 제어에 따라 기판을 연마 및 세정한다. 제어부(102)는 컴퓨터, 터치 스크린, 프로그램어블 로직 컨트롤러 및 컨트롤러 등으로 구비된다. 제어부(132)는 적어도 하나가 구비된다. 예를 들어, 제어부(102)는 기판 연마부(110)들을 개별적으로 제어하기 위해 복수 개가 구비되거나, 하나로 구비되어 기판 연마부(110)들을 통합 제어할 수 있다. 이러한 제어부(102) 는 기판 연마부(110)에 의한 기판의 연마량이 국부적으로 조절되도록 기판 연마부(110)들을 제어하여 연마 균일도를 향상시킨다. 또 제어부(102)는 비젼 검사기(190)와 전기적으로 연결되어, 실시간으로 기판의 안착 상태를 모니터링하여 오류 발생시, 해당 기판 연마부(110)에 대한 인터락을 제어한다.
본 발명의 기판 연마 장치(100)는 각 기판 연마부(110)에서 기판의 연마 공정 및 세정 공정이 모두 이루어지므로, 연마 공정 후 세정 공정용 챔버로 기판을 이송할 필요가 없고, 별도의 세정 공정용 챔버를 구비할 필요가 없다. 이에 따라, 기판 연마 시스템(100)은 기판(W)의 이송 시간 및 공정 시간을 단축시키고, 생산성을 향상시키며, 풋 프린트를 감소시킬 수 있다.
구체적으로 도 2 내지 도 6c를 참조하여 기판 연마부(110)의 구성을 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 기판 연마부의 구성을 나타낸 도면들이고, 도 6a 내지 도 6c들 각각은 도 4에 도시된 촬영 장치로부터 기판의 슬립 상태를 감지하기 위한 기준 영상과 캡쳐 영상들을 각각 비교한 도면들이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 기판 연마부(110)는 프레임(도 4의 111), 용기 유닛(bowl unit)(112), 기판 지지 유닛(120), 연마 유닛(130), 제 1 및 제 2 처리액 공급 유닛(140, 150), 브러쉬 유닛(160), 에어로졸 유닛(170), 패드 컨디셔닝 유닛(180) 및 비젼 검사기(190) 등을 포함한다. 이러한 기판 연마부(110)의 구성 요소(112 ~ 190)들은 하나의 프레임(111) 내부에 설치된다.
기판 지지 유닛(120)은 용기 유닛(112) 내부에 수용된다. 기판 지지 유 닛(120)은 메인 이송 로봇(50)으로부터 이송된 기판(W)이 안착된다. 기판 지지 유닛(120)은 기판(W)의 연마 공정과 세정 공정이 이루어지는 동안 기판(W)을 지지 및 고정시킨다. 이 때, 비젼 검사기(190)은 프레임(111) 상부에 설치되어, 기판 지지 유닛(120)에 기판(W)이 안착되거나 공정 진행 중 또는 공정 완료된 후에 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해, 기판의 안착 상태를 포함하는 영역에 대한 영상을 획득한다.
구체적으로, 기판 지지 유닛(120)은 기판(W)이 안착되는 스핀 헤드(도 3의 122), 스핀 헤드(122)와 결합되어 스핀 헤드(122)를 회전시키는 회전축(도 3의 124) 및, 회전축(124)을 회전시키는 제 1 구동부(도 3의 126)를 포함한다. 회전축(124)은 스핀 헤드(122)의 하단 중앙에 결합된다. 회전축(124)은 대체로 원기둥 형상을 가지며, 연마 공정 및 세정 공정이 진행되는 동안, 스핀 헤드(122)를 회전시킨다. 제 1 구동부(126)는 예컨대, 구동 모터를 포함하고, 연마 공정 및 세정 공정 시, 제어부(102)에 설정된 토크량에 대응하여 스핀 헤드(122)를 회전시킨다. 여기서 토크량은 공정 레시피에 따른 연마량에 대응하여 그 크기를 달리하여 설정된다.
용기 유닛(112)은 기판 지지 유닛(120)을 둘러싸고, 기판(W)의 연마 공정 및 세정 공정이 이루어지는 공간을 제공한다. 용기 유닛(112)은 상부가 개방되며, 개방된 상부를 통해 스핀 헤드(122)가 노출된다. 예를 들어, 용기 유닛(112)은 연마 및 세정 공정을 각각 처리하기 위한 제 1 및 제 2 처리 용기(bowl)(도 3의 112a, 112b)를 포함한다. 용기 유닛(112)은 제 1 및 제 2 처리 용기(112a, 112b)에 대응 하여 연마 및 세정 공정에서 사용된 처리액을 각각 회수하는 제 1 및 제 2 회수통(미도시됨) 및, 연마 및 세정 공정시, 각 공정에 따라 스핀 헤드(122)와 용기 유닛(112) 간의 수직 위치가 조절되도록 제 1 및 제 2 처리 용기(112a, 112b)를 상하로 이동시키는 승강 부재(미도시됨) 등을 포함한다.
한편, 용기 유닛(112)의 외측에는 연마 유닛(130), 제 1 및 제 2 처리액 공급 유닛(140, 150), 브러쉬 유닛(160), 에어로졸 유닛(170) 및 패드 컨디셔닝 유닛(180)이 설치된다. 또 용기 유닛(112)의 상부에는 비젼 검사기(190)이 설치된다.
연마 유닛(130)은 기판 지지 유닛(120)에 고정된 기판(W)의 표면을 화학적 기계적으로 연마하여 기판(W)의 표면을 평탄화한다.
구체적으로 연마 유닛(130)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 연마 헤드(132), 유체 공급부(138), 회전부(swing part)(134) 및 제 2 구동부(136)를 포함한다.
연마 헤드(132)는 기판(W)과 접촉하여 기판(W) 표면을 연마하는 연마 패드가 구비되고, 연마 공정 시 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)의 상부에 배치된다. 연마 헤드(132)는 기판(W)을 연마하는 처리액(CL)을 분사하면서 기판(W)에 접촉된 상태로 회전하여 기판(W) 표면을 연마한다. 이 때, 연마 헤드(132)는 연마 패드를 기판(W)의 표면을 가압하면서 회전시킨다. 연마 헤드(132)는 연마 공정 시, 기판(W)와 동일한 방향으로 회전할 수도 있고, 서로 다른 방향으로 회전할 수도 있다. 또 연마 헤드(132)는 회전부(134)의 스윙 동작에 의해 기판(W)의 상부에서 수평 왕복 이동하고, 제 2 구동부(136)에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 이 때, 연마 헤드(132)는 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)의 에지와 중심 영역 사이를 스윙 이동된다. 연마 헤드(132)의 상부에는 유체 공급부(138)가 구비된다.
또 연마 유닛(130)은 연마 공정이 완료되면, 연마 헤드(132)가 패드 컨디셔닝 유닛(180)에 수용된 상태로 대기하며, 이 때, 연마 패드의 세정 및 재생 공정이 이루어진다.
유체 공급부(138)는 기판(W)의 연마를 위한 처리액(CL)을 연마 헤드(132)에 제공하고, 제 2 구동부(136)로부터 제공된 회전력에 의해 회전하여 연마 헤드(132)를 회전시킨다. 예를 들어, 유체 공급부(138)는 기판(W)을 연마하기 위한 슬러리(slurry) 등의 처리액(CL)를 연마 헤드(132)로 공급한다. 유체 공급부(138)는 상부에 회전부(134)가 설치되고, 하부에 연마 헤드(132)가 설치된다.
회전부(134)는 제 2 구동부(136)에 결합된 부분을 중심축으로 하여 제 2 구동부(136)에 의해 스윙한다. 연마 공정 시, 연마 헤드(132)는 회전부(134)의 스윙 동작에 의해 기판(W)의 상부에서 원호 형태로 수평 왕복 이동한다. 회전부(138)는 막대 형상의 케이스 내부에 설치되어 제 2 구동부(136)로부터 제공되는 회전력을 유체 공급부(138) 및 연마 헤드(132)로 전달한다. 회전부(134)는 일측이 유체 공급부(138)에 결합되며, 타측이 제 2 구동부(136)에 결합된다.
그리고 제 2 구동부(136)는 회전부(134)를 회전시키고, 유체 공급부(138)를 회전시키며, 그리고 연마 헤드(132)의 수직 위치를 조절한다. 제 2 구동부(136)는 회전부(134), 유체 공급부(138) 및 연마 헤드(132)를 회전시키는 적어도 하나의 구동 장치를 구비한다. 예를 들어, 구동 장치는 유체 공급부(138) 및 연마 헤드(132) 를 자전 회전시키고, 회전부(134)를 스윙 회전시키며, 그리고 연마 헤드(132)의 수직 위치를 조절하는 구동 모터 등으로 구비될 수 있다.
이를 위해 제 2 구동부(136)는 회전부(134)와 결합된다. 제 2 구동부(136)는 회전부(134)의 내부에 제공되는 풀리, 밸트 등의 동력 전달 부재(미도시됨)를 통해 유체 공급부(138) 및 연마 헤드(132)를 회전시킨다. 또 제 2 구동부(136)는 회전부(134)에 시계 방향과 반시계 방향의 회전력을 교대로 반복적으로 제공한다. 제 2 구동부(136)로부터 제공된 회전력에 의해 회전부(134)는 제 2 구동부(136)에 결합된 부분을 중심축으로 하여 스윙된다. 이에 따라, 연마 공정 시, 연마 헤드(132)는 회전부(134)의 스윙 동작에 의해 기판(W)의 상부에서 원호 형태로 수평 왕복 이동할 수 있다. 또 제 2 구동부(136)는 시계 방향 및 반시계 방향의 회전력에 따라 회전부(134)가 상하 이동하고, 이에 따라, 유체 공급부(138) 및 연마 헤드(132)가 상하 이동한다.
다시 도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2 처리액 공급 유닛(140, 150)은 기판(W)의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리액을 기판 지지 유닛(120)에 고정된 기판(W)에 분사한다.
제 1 처리액 공급 유닛(140)은 용기 유닛(112)을 사이에 두고 연마 유닛(130)과 마주하게 설치되며, 용기 유닛(112)의 외측벽에 고정 설치된다. 연마 공정 또는 세정 공정 시, 제 1 처리액 공급 유닛(140)은 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)에 처리액을 분사하여 기판(W)을 세정한다. 제 1 처리액 공급 유닛(140)은 용기 유닛(112)의 측벽 상단에 고정된 다수의 분사 노즐들을 구비하여, 기판(W)로 처 리액을 분사한다. 분사 노즐들에서 분사되는 처리액은 기판(W)의 세정 또는 건조를 위한 처리액일 수도 있고, 건조를 위한 건조 가스일 수도 있다.
제 2 처리액 공급 유닛(150)은 용기 유닛(112) 및 제 1 처리액 공급 유닛(140)을 사이에 두고 연마 유닛(130)과 마주하게 설치된다. 제 2 처리액 공급 유닛(150)은 처리액을 분사하는 약액 노즐을 구비하고, 세정 공정 시 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)에 처리액을 분사하여 기판(W)을 세정한다. 제 2 처리액 공급 유닛(150)은 스윙이 가능하며, 세정 공정시 스윙 동작을 통해 약액 노즐을 스핀 헤드(122)의 상부에 배치시킨 상태에서 처리액을 분사한다.
브러쉬 유닛(160)은 연마 공정 후 기판(W) 표면의 이물질을 물리적으로 제거한다. 브러쉬 유닛(160)은 기판(W)에 표면에 접촉되어 기판(W) 표면의 이물질을 물리적으로 닦아 내는 브러쉬 패드를 구비하고, 스윙이 가능하다. 세정 공정시, 브러쉬 유닛(160)은 스윙 동작을 통해 브러쉬 패드를 스핀 헤드(122)의 상부에 배치시킨 상태에서 브러쉬 패드를 회전시켜 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)을 세정한다. 브러쉬 유닛(160)의 일측에는 에어로졸 유닛(170)이 배치된다.
에어로졸 유닛(170)은 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)에 처리액을 미세 입자 형태로 고압 분무하여 기판(W) 표면의 이물질을 제거한다. 예를 들어, 에어로졸 유닛(170)은 초음파를 이용하여 처리액을 미세 입자 형태로 분무한다.
브러쉬 유닛(160)과 에어로졸 유닛(170)은 연마 완료된 기판(W)을 기판 지지 유닛(120)에 고정된 상태에서 세정 공정을 처리하는 세정 유닛이다. 그러므로 브러쉬 유닛(160)은 비교적 큰 입자의 이물질을 제거하는 데 사용되며, 에어로졸 유 닛(170)은 브러쉬 유닛(160)에 비해 비교적으로 작은 입자의 이물질을 제거하는 데 사용된다.
패드 컨디셔닝 유닛(180)은 연마 유닛(130)이 홈 포트(home port)에서 대기 중일 때, 연마 유닛(130)을 세정 및 재생시킨다. 패드 컨디셔닝 유닛(180)은 내부에 연마 헤드(132)가 수용되어, 연마 패드의 재생 공정을 처리한다. 따라서 연마 유닛(130)은 연마 공정이 완료되면, 연마 헤드(132)가 패드 컨디셔닝 유닛(180)으로 이동하여, 연마 헤드(132)가 수용된 상태로 대기하며, 이 때, 연마 패드의 재생 공정을 처리한다.
그리고 비젼 검사기(190)는 기판의 안착 상태를 모니터링하기 위하여 공정 전후 및 공정 진행 중에 실시간으로 기판 지지 유닛(120)에 로딩된 기판(W)에 대한 영상을 촬영하여 비젼 처리한다.
구체적으로, 비젼 검사기(190)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 촬영 장치(192)와 비젼 처리부(194)를 포함한다. 비젼 처리부(194)는 제어부(102)와 전기적으로 연결된다.
촬영 장치(192)는 예를 들어, 카메라, 이미지 센서 등으로 구비되며, 기판 지지 유닛(120)의 상측에 고정 설치된다. 예를 들어, 촬영 장치(192)는 기판 지지 유닛의 정위치에 대향하여 프레임(112)의 상부 중앙에 고정 설치되어, 적어도 기판 지지 유닛(120)에 로딩된 기판(W)을 포함하는 영역을 촬영한다. 촬영 장치(192)는 실시간으로 기판(W)의 안착 상태에 대한 캡쳐 영상을 획득하고, 캡쳐 영상을 비젼 처리부(194)로 제공한다.
그리고 비젼 처리부(194)는 내부에 적어도 하나의 기준 영상을 저장하고, 실시간으로 기판의 안착 상태를 촬영한 캡쳐 영상과 비교한다. 이를 위해 비젼 처리부(194)는 내부에 영상들을 비교 및 판별, 처리하는 비젼 알고리즘(미도시됨)을 구비한다. 예를 들어, 비젼 알고리즘은 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여 두 영상 간의 차이점을 검출하고, 검출 결과를 통해 기판(W)이 슬립되었는지의 여부를 판별하기 위하여, 기준 영상 및 캡쳐 영상을 비젼 처리 예를 들어, 이진화, 교정, 위치 추출 및 오차 검출 등의 과정을 처리한다. 또 비젼 알고리즘은 비젼 처리된 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여, 기판이 슬립되었는지의 여부를 검출한다. 이러한 비젼 알고리즘의 처리 과정들은 비젼 검사기(190)를 이용하는 기술 분야의 당업자에게는 잘 알려진 기술이므로, 여기서는 구체적인 설명은 생략한다. 이러한 비젼 처리부(194)는 기준 영상과 캡쳐 영상의 비교 결과를 제어부(102)로 제공한다.
비젼 처리부(194)는 예를 들어, 기판의 슬립 정도에 따라 복수 개의 기준 영상들을 구비할 수 있다. 즉, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 비젼 처리부(194)는 스핀 헤드(122) 상에 로딩된 기판의 틀어짐 정도에 따라 기판의 안착 상태가 정상임을 나타내는 적어도 하나의 기준 영상(REF_W)을 제공한다. 이 때, 기준 영상(REF_W)은 기판의 틀어짐의 방향 및 위치, 정상 안착 상태(즉, 정위치)와의 허용 가능한 간격(S1 ~ S3) 등에 따라 다양하게 설정, 제공된다. 또 기준 영상(REF_W)은 기판 로딩 및 공정 진행 상황에 따라 허용 가능한 안착 위치에 대응하여 다양하게 설정, 제공될 수 있다.
따라서 비젼 처리부(194)는 기준 영상(REF_W)과 캡쳐 영상(DET_1, DET_2 또 는 DET_3)을 비교한다. 비젼 처리부(194)는 비교 결과, 기판(W)이 정상적으로 안착될 허용 범위 영역 이외에 존재하는 캡쳐 영상에 의해 기판(W)의 슬립이 검출되면, 제어부(102)로 그 검출 결과를 제공한다. 제어부(102)는 검출 결과에 대응하여 해당 기판 연마부(110)의 인터락(interlock)을 제어한다. 예를 들어, 제어부(102)는 기판(W)의 슬립이 검출되면, 제 1 및 제 2 구동부(126, 136)를 제어하여 스핀 헤드(122) 및 연마 헤드(132)의 회전 및 이동을 중지시킨다. 이어서 제어부(102)는 외부로 인터락이 발생되었음을 알리는 알람을 발생한다.
계속해서 도 7은 본 발명에 따른 기판 연마 장치의 기판 슬립 감지 수순을 나타내는 플로우챠트이다.
도 7을 참조하면, 단계 S202에서 메인 이송 로봇(50)을 통해 기판 지지 유닛(120)에 기판(W)이 로딩되면, 단계 S204에서 촬영 장치(192)는 기판 지지 유닛(120)의 스핀 헤드(122)에 안착된 기판(W)의 안착 상태를 촬영하여 캡쳐 영상을 획득한다. 이는 제어부(102) 또는 비젼 처리부(194)가 촬영 장치(192)를 활성화시킴으로써 이루어진다. 단계 S206에서 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여 기판(W)이 슬립되었는지를 판별한다. 판별 결과, 기판(W)이 정상적으로 안착되어 있으면, 단계 S208로 진행하여 연마 공정을 처리한다.
단계 S210에서 연마 공정 중에 촬영 장치(192)는 스핀 헤드(122)에 안착된 기판(W)의 안착 상태를 다시 촬영하여 캡쳐 영상을 획득한다. 단계 S212에서 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여 기판(W)이 슬립되었는지를 판별한다. 판별 결과, 기판(W)이 정상적으로 안착되어 있으면, 단계 S214로 진행하여 연마 공정이 완료될 때까지 단계 S208 내지 단계 S212를 반복 처리한다. 이 때, 촬영 장치(192)는 연마 공정 중에 설정된 일정 시간 간격으로 촬영하거나, 연마 공정이 완료될 때까지 공정 레서피의 특성의 변화에 대응하여 불규칙적으로 촬영할 수 있다.
연마 공정이 완료되면, 단계 S216에서 메인 이송 로봇(50)이 스핀 헤드(122)로부터 기판(W)을 언로딩하기 전에, 다시 기판(W)의 안착 상태를 촬영하여 캡쳐 영상을 획득한다. 이는 연마 공정이 완료된 후에도 스핀 헤드(122) 및 연마 헤드(132)의 정지 및 이동에 따라 기판(W)이 슬립되는지를 감지하기 위함이다. 단계 S218에서 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여 기판(W)이 슬립되었는지를 판별하고, 기판(W)이 정상적으로 안착되어 있으면, 단계 S220으로 진행하여 메인 이송 로봇(50)을 통해 스핀 헤드(122)로부터 기판(W)을 언로딩한다.
그리고 상술한 단계 S206, 단계 S212 및 단계 S218 각각에서 판별 결과, 기판(W)이 슬립되었으면, 이 수순들 각각은 단계 S222로 진행하여, 해당 기판 연마부(110)의 인터락(interlock)을 제어한다. 즉, 기판(W)의 슬립이 검출되면, 제 1 및 제 2 구동부(126, 136)를 제어하여 스핀 헤드(122) 및 연마 헤드(132)의 회전 및 이동을 중지시키고, 외부로 알람을 발생시킨다.
여기서 기준 영상은 적어도 하나가 구비될 수 있다. 따라서 상술한 단계 S206, 단계 S212 및 단계 S218에서는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 하나의 기준 영상을 이용하여 기판(W)의 슬립 여부를 판별할 수 있으며, 또는 각 단계 마다 복수 개의 기준 영상들을 이용하여 기판(W)의 슬립 여부를 판별할 수 있다. 또 기준 영상이 복수 개로 구비되는 경우, 공정 전후, 공정 진행 중에 따라 즉, 상 술한 단계 S206, 단계 S212 및 단계 S218 각각에서 서로 다른 복수 개의 기준 영상들을 이용할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기판 연마 장치(100)는 기판 연마부(110)들 각각에 비젼 검사기(190)를 설치하여 실시간으로 기판의 안착 상태를 모니터링할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 기판 연마 장치의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 연마 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면;
도 2는 도 1에 도시된 기판 연마부의 구성을 도시한 사시도;
도 3은 도 2에 도시된 기판 연마부의 일부 구성을 도시한 부분 단면 사시도;
도 4는 도 2에 도시된 기판 연마부의 구성을 나타내는 측면도;
도 5는 도 4에 도시된 기판 연마부의 구성을 도시한 블럭도;
도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시된 촬영 장치로부터 기판의 슬립 상태를 감지하기 위한 기준 영상 및 캡쳐 영상들을 비교한 도면들; 그리고
도 7은 본 발명에 따른 기판 연마 장치의 기판 슬립 감지 수순을 나타내는 플로우챠트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 기판 연마 장치 102 : 제어부
111 : 프레임 112 : 용기 유닛
120 : 기판 지지 유닛 130 : 연마 유닛
160, 170 : 세정 유닛 190 : 비젼 검사기
192 : 촬영 장치 194 : 비젼 처리부

Claims (11)

  1. 기판 연마 장치에 있어서:
    상면에 기판이 안착되고, 기판을 진공 흡입하여 고정시키는 스핀 헤드와;
    상기 스핀 헤드에 고정된 기판과 접촉하여 기판을 연마하는 연마 헤드 및;
    상기 스핀 헤드의 상부에 설치되어 상기 스핀 헤드에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하는 비젼 검사기를 포함하는 기판 연마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비젼 검사기는;
    적어도 상기 스핀 헤드에 안착된 기판을 포함하는 영역에 대한 캡쳐 영상을 획득하는 촬영 장치 및;
    기판의 안착 상태가 상기 스핀 헤드의 정상 위치에 안착된 것을 나타내는 적어도 하나의 기준 영상을 구비하고, 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 상기 기준 영상과 비교하여 상기 스핀 헤드로부터 기판이 슬립되었는지를 검출하는 비젼 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 촬영 장치는;
    상기 스핀 헤드에 기판을 로딩하거나, 상기 스핀 헤드로부터 기판을 언로딩 하기 전, 그리고 상기 스핀 헤드에 고정된 기판을 상기 연마 헤드로 연마하는 중에 기판의 안착 상태를 촬영하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  4. 기판 연마 장치에 있어서:
    프레임과;
    상기 프레임의 내부에 수용되고, 상기 프레임의 하부에 구비되는 기판 지지 유닛과, 상기 기판 지지 유닛 일측에 배치되어, 상기 기판 지지 유닛에 고정된 기판의 상부로 위치하여 기판과 접촉하고, 기판의 에지 부분과 중앙 영역 사이를 스윙 이동 및 회전하면서 기판의 표면을 국부적으로 연마하는 연마 유닛 및, 상기 기판 지지 유닛의 타측에 배치되어, 연마 처리된 기판을 세정하는 적어도 하나의 세정 유닛을 포함하여, 상기 기판 지지 유닛에 고정된 기판의 연마 공정 및 세정 공정을 처리하는 적어도 하나의 기판 연마부 및;
    상기 기판 연마부에 설치되고, 상기 프레임 상부에 고정되어 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하는 비젼 검사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비젼 검사기는;
    적어도 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판을 포함하는 영역에 대한 캡쳐 영상을 획득하는 촬영 장치 및;
    기판의 안착 상태가 상기 기판 지지 유닛의 정위치에 안착된 것을 나타내는 적어도 하나의 기준 영상을 구비하고, 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 비교하여 상기 기판 지지 유닛으로부터 기판이 슬립되었는지를 검출하는 비젼 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 촬영 장치는;
    상기 기판 지지 유닛의 상기 정위치에 대향하여 상기 프레임의 상부 중앙에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비젼 처리부는;
    상기 기판 지지 유닛으로부터 기판의 슬립 정도에 대응하여 기판이 상기 기판 지지 유닛의 상기 정위치로부터 허용 가능한 범위에 안착된 상태를 나타내는 복수 개의 상기 기준 영상을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬영 장치는;
    상기 기판 지지 유닛에 기판을 로딩하거나, 상기 기판 지지 유닛으로부터 기판을 언로딩하기 전, 그리고 상기 기판 지지 유닛에 고정된 기판을 상기 연마 유닛 으로 연마 공정하는 중에 상기 캡쳐 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  9. 기판 연마 장치의 기판 슬립 감지 방법에 있어서:
    상기 기판 연마 장치의 스핀 헤드에 안착된 기판을 진공 흡입하여 고정하고, 연마 헤드를 상기 기판 상으로 이동시켜서 상기 기판과 접촉하고, 상기 기판을 회전시켜서 상기 기판을 연마하고, 그리고 상기 기판을 연마하는 동안에 상기 스핀 헤드의 상부에서 상기 기판을 포함하는 영역을 촬영하여, 상기 스핀 헤드로부터 상기 기판의 슬립 여부를 감지하되;
    상기 기판의 슬립 여부는 상기 촬영된 영상과, 상기 기판의 안착 상태가 상기 스핀 헤드의 정위치 상에 안착된 것을 나타내는 적어도 하나의 기준 영상을 비교하여 검출되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치의 기판 슬립 감지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방법은;
    상기 스핀 헤드에 상기 기판을 로딩하거나, 연마 완료된 후에 상기 스핀 헤드로부터 상기 기판을 언로딩하기 전에 더 촬영하는 것을 포함하는 기판 연마 장치의 기판 슬립 감지 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 촬영하는 것은;
    상기 스핀 헤드의 상기 정위치에 대향하는 상기 스핀 헤드의 상부에서 촬영하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치의 기판 슬립 감지 방법.
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