KR20110019243A - 기판 처리 장치 및 방법, 그리고 그의 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템 및 그 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 방법, 그리고 그의 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법, 그리고 그의 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 기판 처리 장치는 기판이 안착 고정되는 기판 지지 유닛의 상부 일측에 촬영 장치가 설치된다. 촬영 장치는 기판에 대한 영상을 획득한다. 획득된 영상을 이용하여 기판의 안착 상태를 모니터링하고, 기판의 비정상적인 안착 상태를 판별한다. 또 모니터링 시스템은 기판 처리 장치와 네트워크를 통하여 연결되는 영상 처리 시스템을 포함한다. 모니터링 시스템은 촬영 장치로부터 획득된 영상을 처리하여 기판의 안착 상태를 모니터링하고, 기판의 비정상적인 안착 상태를 판별할 수 있다. 본 발명에 의하면, 실시간으로 기판의 비정상적인 안착 상태 및 기판 파손 등을 판별하여 공정 사고를 방지할 수 있다.
기판 처리 장치, 영상 처리 시스템, 기판 안착 상태, 모니터링 시스템

Description

기판 처리 장치 및 방법, 그리고 그의 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템 및 그 방법{SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND METHOD, SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING SUBSTRATE OF PLASED CONDITION THEREOF}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 영상 처리 시스템을 구비하는 기판 처리 장치 및 방법, 그리고 그의 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 다양한 공정들 예를 들어, 증착, 포토리소그래피, 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들의 반복적인 수행에 의해 제조된다. 이러한 단위 공정들 중 연마, 식각, 세정 및 건조 공정은 각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에 잔류하는 이물질 또는 불필요한 막을 제거하는 공정이다.
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) 등 의 문제를 발생시키므로 기판의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 기판 표면을 평탄화하여야 한다.
기판의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있으나 이 중 좁은 영역뿐 만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 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.
또 세정 및 건조 공정을 수행하는 기판 처리 장치에는 낱장 단위로 기판을 세정하는 매엽식 세정 장치가 있다. 이 매엽식 세정 장치는 공정을 처리하는 챔버와, 챔버 내부에 설치되어 낱장의 기판을 지지하는 척 및, 기판 표면으로 처리액들을 공급하는 적어도 하나의 노즐들을 포함한다. 매엽식 세정 장치는 공정이 개시되면, 척에 기판이 안착되고 노즐은 기판 표면으로 처리액들 예를 들어, 세정액, 린스액 및 건조 가스 등을 토출하여 기판을 세정 및 건조시킨다.
이러한 기판 처리 장치는 기판을 척에 로딩시켜서 공정을 처리한다. 따라서 기판이 척의 정위치에 안착된 후 공정이 진행되어야 한다. 만약 기판이 정위치에 안착되지 않은 상태로 공정이 진행되면, 기판이 파손되거나 공정 사고를 일으키는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 비젼 시스템을 이용하여 기판의 안착 상태를 모니터링하기 위한 기판 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기판 처리 장치의 기판의 안착 상태를 모니터링하기 위한 영상 처리 시스템을 구비하는 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판 처리 장치에서 기판의 안착 상태를 모니터링하여 공정 사고를 방지하기 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 기판 처리 장치는 비젼 시스템을 이용하여 기판의 안착 상태를 모니터링하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 기판 처리 장치는 기판 파손 및 공정 사고를 방지할 수 있다.
이 특징에 따른 본 발명의 기판 처리 장치는, 기판이 안착되는 기판 지지 유닛과; 상기 기판 지지 유닛의 상면과 상부로 경사지게 위치하고, 상기 기판 지지 유닛의 상면에 안착된 기판에 대한 영상을 획득하는 촬영 장치 및; 상기 기판 지지 유닛에 기판이 안착되면, 상기 촬영 장치로 상기 영상을 획득하도록 제어하고, 상기 영상으로부터 기판과 상기 촬영 장치 간의 경사진 위치를 보정하여 기판의 안착 상태를 판별하는 제어부를 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 영상으로부터 기판과 상기 촬영 장치 간의 경사진 위치를 보정하도록 영상 처리하여 기판의 안착 상태를 더 판별한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 기판 지지 유닛은; 상면에 기판이 안착되고, 고정되어 회전 가능한 스핀 헤드와; 상기 스핀 헤드를 회전시키는 스핀축 및; 상기 스핀축을 회전하도록 구동하는 구동부를 포함한다. 여기서 상기 제어부는 상기 스핀 헤드에 기판이 안착, 고정되면, 상기 스핀 헤드를 회전시키면서 상기 촬영 장치로부터 상기 영상을 획득하도록 제어한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 기판 처리 장치의 처리 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
이 특징에 따른 상기 처리 방법은 기판을 기판 지지 유닛에 안착, 고정시키고, 기판을 회전시켜서 기판을 촬영하여 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링한다. 여기서 기판을 촬영하는 것은 기판과 상부로 경사진 위치에서 이루어진다.
한 실시예에 있어서, 상기 처리 방법은; 상기 모니터링 중 상기 기판 지지 유닛의 정위치에서 불안전하게 안착되는지의 여부를 판별하는 것을 더 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 판별하는 것은; 기준 영상과 상기 촬영 장치로부터 획득된 캡쳐 영상을 비교하고, 상기 기준 영상과 상기 캡쳐 영상 간에 오차가 발생되면, 기판의 안착 상태가 불안전한 것으로 판별한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 판별하는 것은; 상기 경사진 위치에 대응하여 상기 기준 영상 및 상기 캡쳐 영상들을 보상 처리하는 것을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 기판 처리 장치의 기판 안착 상태를 실시간으로 모니터링하는 모니터링 시스템이 제공된다. 이와 같은 본 발명의 모니터링 시스템은 기판 안착 상태를 실시간으로 모니터링하여 기판의 불안전한 안착 상태 및 기판 파손을 판별할 수 있다.
이 특징의 상기 모니터링 시스템은, 네트워크와; 상기 네트워크에 연결되고, 기판이 안착, 고정되며 회전 가능한 기판 지지 유닛과, 상기 기판 지지 유닛의 상부에 위치되어 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판에 대한 캡쳐 영상을 획득하는 촬영 장치가 제공되는 기판 처리 장치 및; 상기 네트워크에 연결되어 상기 기판 처리 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하는 영상 처리 시스템을 포함한다.
한 실시예에 있어서, 상기 기판 처리 장치는; 기판이 상기 기판 지지 유닛에 안착, 고정되면, 상기 기판 지지 유닛을 회전시키면서, 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 획득하도록 제어하는 제어부를 더 포함한다. 여기서 상기 제어부는 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 기판의 안착 상태를 판별한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 네트워크를 통하여 상기 캡쳐 영상을 상기 영상 처리 시스템으로 제공한다. 여기서 상기 영상 처리 시스템은 상기 제어부로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하 여 기판의 불안전 상태를 더 판별한다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 촬영 장치는 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판과 상부로 경사진 위치에서 상기 캡쳐 영상을 획득한다. 여기서 상기 제어부 및 상기 영상 처리 장치는 상기 경사진 위치에 대응하여 상기 캡쳐 영상을 위치 보상하도록 영상 처리한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 모니터링 시스템의 기판 안착 상태를 모니터링하는 방법이 제공된다.
이 방법에 따르면, 기판이 기판 지지 유닛의 정위치에 안착된 정상 상태를 나타내는 기준 영상을 준비한다. 상기 기판 지지 유닛에 기판이 안착, 고정되면, 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판과 상부로 경사진 위치에서 기판에 대한 캡쳐 영상을 획득하여 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링한다. 이어서 상기 모니터링 중 상기 기준 영상과 상기 캡쳐 영상을 비교하여, 오차가 발생되면, 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태가 비정상적인 것으로 판별한다.
한 실시예에 있어서, 상기 비교하는 것은; 상기 경사진 위치에 대응하여 상기 기준 영상과 상기 캡쳐 영상을 위치 보상하도록 영상 처리하여 비교한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 기판 처리 장치는 촬영 장치을 이용하여 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링함으로써, 기판의 비정상적인 안착 상태 및 기판 파손을 판별할 수 있다.
또 본 발명의 모니터링 시스템은 촬영 장치 및 영상 처리 시스템을 이용하여 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링함으로써, 후속 공정으로 인한 기판 파손 등의 공정 사고를 방지하고, 기판 처리 장치를 원격 제어 가능하므로 공정 시간 단축 및 생산 효율을 극대화시킬 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 16을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템의 개략적인 연결 구성을 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 모니터링 시스템(2)은 네트워크(4)와, 기판 처리 장치(100) 및 영상 처리 시스템(200)을 포함한다. 기판 처리 장치(100)는 네트워크(4)를 통하여 영상 처리 시스템(200)과 전기적으로 연결된다. 기판 처리 장치(100)는 낱장 단위의 기판을 처리하는 매엽식 처리 장치로, 적어도 하나의 기판 처리부(110), 각 기판 처리부(110)에 구비되는 촬영 장치(190) 및, 공정을 처리하도록 각 기판 처리부(110)를 제어하는 제어부(102)를 포함한다. 영상 처리 시스 템(200)은 촬영 장치로부터 획득된 영상들을 기록, 저장하는 디지털 비디오 캠코더(DVC)(210) 및, 디지털 비디오 캠코더(210)로부터 제공되는 영상들을 받아서 기판의 안착 상태를 확인하기 위해 영상들을 비젼 처리하는 디지털 비디오 레코딩(DVR) 서버(220)를 포함한다. 디지털 비디오 레코딩(DVR) 서버(220)에는 촬영 장치(190)로부터 획득된 영상을 비젼 처리하여, 기판의 안착 상태를 검출하기 위한 기판 위치 검출 알고리즘(222)을 구비한다. 물론 제어부(102)에서도 기판의 안착 상태를 확인하기 위하여, 기판 위치 검출 알고리즘(222)이 구비된다.
이러한 모니터링 시스템(2)은 촬영 장치(190)를 이용하여 각 기판 처리부(110)에 공급된 기판의 안착 상태를 실시간으로 촬영하고, 이를 통해 제어부(102)는 기판의 안착 상태가 정상인지의 여부를 판별할 수 있다. 또 모니터링 시스템(2)은 제어부(102)로부터 제공되는 영상들을 이용하여, 영상 처리 시스템(200)의 디지털 비디오 레코딩 서버(220)에서 각 기판 처리부(110)에 공급된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하고, 기판 위치 검출 알고리즘(222)을 통해 기판의 안착 상태가 정상인지의 여부를 판별할 수 있다. 따라서 영상 처리 시스템(200)은 복수 개의 기판 처리 장치(100)들에 대한 기판의 안착 상태를 원격지에서 모니터링할 수 있다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 매엽식으로 기판(예를 들어, 웨이퍼 등)을 공정 처리하는 장치로, 로딩/언로딩부(10), 인덱스(40), 버퍼부(30), 메인 이송 로봇(50), 복수 개의 기판 처리부(110) 및 제어부(102)를 포함한다. 이 실시예의 기판 처리 장치(100)는 기판을 연마하는 연마 공정과 연마 공정 후 기판을 세정하는 세정 공정을 하나의 기판 처리부(110)에서 순차적으로 처리한다. 물론 본 발명은 하나의 기판을 안착 고정하고 기판을 회전시키는 기판 지지 유닛(120)을 구비하여, 다양한 공정(예를 들어, 식각, 도포, 현상 공정 등)을 처리하는 기판 처리 장치들로 제공될 수 있다.
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 처리부(110)에서 처리 완료된 기판들 또는 각 기판 처리부(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 처리부(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 처리부(110)들 간에 기판을 이송한다.
이송 통로(60)의 양측에는 복수 개의 기판 처리부(110)들이 배치되고, 각 기판 처리부(110)는 기판을 연마 및 세정 공정 처리한다. 각 기판 처리부(110)에는 기판 상부에서 기판 지지 유닛에 안착된 기판을 포함하는 영역을 촬영 가능하도록 배치되어, 실시간으로 기판의 안착 상태를 모니터링하기 위한 촬영 장치(190)이 구비된다. 이는 기판 처리부(110)의 구조상 내부에 기판(W)을 처리하기 위하여, 많은 주변 장치(미도시됨)들이 설치되어 있다. 예를 들어, 프레임(104)의 상부 중앙에는 팬 필터 유닛(Fan Filter Unit) 등이 설치되어 있으므로, 촬영 장치(190)를 프레임(104)의 상부 중앙에 설치할 수 없다. 따라서 촬영 장치(190)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 프레임(104)의 상부 일측 모서리에 설치된다.
또 기판 처리 장치(100)는 적어도 두 개 이상의 기판 처리부(110)가 이송 통로(60)를 사이에 두고 서로 마주하게 배치된다. 또한 기판 처리부(110)들은 다층으로 배치될 수 있다.
이러한 기판 처리 장치(100)는 기판 처리부(110)들이 다수의 층 및 다수의 열로 배치되므로, 동시에 다수의 기판을 연마 및 세정할 수 있다. 한편, 각 기판 처리부(110)는 기판 처리 장치(100)의 제반 동작을 제어하는 제어부(102)와 전기적으로 연결되고, 제어부(102)의 제어에 따라 기판을 공정 처리한다.
제어부(102)는 컴퓨터, 터치 스크린, 프로그램어블 로직 컨트롤러 및 컨트롤러 등으로 구비된다. 제어부(102)는 적어도 하나가 구비된다. 예를 들어, 제어부(102)는 기판 처리부(110)들을 개별적으로 제어하기 위해 복수 개가 구비되거나, 하나로 구비되어 기판 처리부(110)들을 통합 제어할 수 있다. 또 제어부(102)는 각 기판 처리부(110)의 촬영 장치(190)들과 전기적으로 연결되어, 기판 처리부(110)들 각각에 제공되는 기판 지지 유닛(120)에 로딩된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하여 오류 발생시, 해당 기판 처리부(110)에 대한 인터락 및 알람 발생을 제어한다.
또 제어부(102)는 촬영 장치(190)로부터 획득된 영상들을 네트워크(4)를 통하여 실시간으로 영상 처리 시스템(200)으로 제공한다. 즉, 제어부(102)는 영상들을 네트워크(4)를 통해 디지털 비디오 캠코더(210)로 제공하고, 디지털 비디오 캠코더(210)는 영상들을 디지털 비디오 레코딩 서버(220)로 제공한다.
따라서 본 발명의 기판 처리 장치(100) 및 영상 처리 시스템(200) 각각은 현장 또는 원격지에서 해당 기판 처리부(110)에 대한 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
다음은 도 3 내지 도 5를 참조하여 기판 처리부(110)의 구성을 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 기판 처리부(110)는 프레임(104), 용기 유닛(bowl unit)(112), 기판 지지 유닛(120), 연마 유닛(130), 제 1 및 제 2 노즐 유닛(140, 150), 브러쉬 유닛(160), 에어로졸 유닛(170), 패드 컨디셔닝 유닛(180) 및 촬영 장치(190) 등을 포함한다. 이러한 기판 처리부(110)의 구성 요소(112 ~ 190)들은 하나의 프레임(104) 내부에 설치된다.
기판 지지 유닛(120)은 용기 유닛(112) 내부에 수용된다. 기판 지지 유닛(120)은 메인 이송 로봇(50)으로부터 이송된 기판(W)이 안착된다. 기판 지지 유 닛(120)은 기판(W)의 연마 공정과 세정 공정이 이루어지는 동안 기판(W)을 지지 및 고정시킨다. 이 때, 촬영 장치(190)는 기판 지지 유닛(120)의 기판(W)이 안착되는 상면과 상부로 경사진 프레임(104) 상부 일측에 설치되어, 기판 지지 유닛(120)에 안착된 기판(W)의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해, 기판(W)을 1 회 회전시키면서 적어도 안착된 기판(W)을 포함하는 영역(도 4의 RANGE_C)에 대한 영상을 획득한다. 이 때, 촬영 장치(190)는 기판(W)과 경사지게 위치되어 영상을 획득하므로, 기판(W)의 안착 상태를 판별하기 위하여 제어부(102) 및(또는) 영상 처리 시스템(200)에서는 비젼 처리시, 그 경사진 만큼에 대한 위치 보상이 필요하다. 이러한 비젼 처리에 대한 상세한 내용은 다음의 도 6 및 도 7을 이용하여 설명하겠다.
구체적으로, 기판 지지 유닛(120)은 기판(W)이 안착되는 스핀 헤드(도 5의 122), 스핀 헤드(122)와 결합되어 스핀 헤드(122)를 회전시키는 회전축(도 5의 124) 및, 회전축(124)을 회전시키는 구동부(미도시됨)를 포함한다. 회전축(124)은 스핀 헤드(122)의 하단 중앙에 결합된다. 회전축(124)은 연마 공정 및 세정 공정이 진행되는 동안, 스핀 헤드(122)를 회전시킨다. 구동부는 연마 공정 및 세정 공정 시, 제어부(102)의 제어를 받아서 스핀 헤드(122)를 회전시킨다.
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 5의 112a, 112b)를 포함한다.
한편, 용기 유닛(112)의 외측에는 연마 유닛(130), 제 1 및 제 2 노즐 유닛(140, 150), 브러쉬 유닛(160), 에어로졸 유닛(170) 및 패드 컨디셔닝 유닛(180)이 설치된다. 연마 유닛(130)은 기판 지지 유닛(120)에 고정된 기판(W)의 표면을 화학적 기계적으로 연마하여 기판(W)의 표면을 연마한다.
연마 유닛(130)은 기판 표면을 연마하는 연마 헤드(134)를 포함한다. 연마 헤드(134)는 기판(W)과 접촉하여 기판(W) 표면을 연마하는 연마 패드(132)가 구비되고, 연마 공정 시 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)의 상부에 배치된다. 연마 헤드(134)는 기판(W)을 연마하기 위한 슬러리(slurry) 등의 처리액을 분사하면서 기판(W)에 접촉된 상태로 회전하여 기판(W) 표면을 연마한다. 이 때, 연마 헤드(134)는 연마 패드(132)를 기판(W)의 표면을 가압하면서 회전시킨다. 연마 헤드(134)는 연마 공정 시, 상하 이동 및, 기판(W)의 중심 영역과 가장자리 사이를 스윙 이동하여 기판(W)의 상부에서 원호 형태로 수평 왕복 이동한다. 또 연마 유닛(130)은 연마 공정이 완료되면, 연마 헤드(134)가 패드 컨디셔닝 유닛(180)에 수용된 상태로 대기하며, 이 때, 연마 패드(132)의 세정 및 재생 공정이 이루어진다.
제 1 및 제 2 노즐 유닛(140, 150)은 기판(W)의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리액을 기판 지지 유닛(120)에 고정된 기판(W)에 공급한다.
제 1 노즐 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 노즐 유닛(140)은 스핀 헤드(122)에 고정된 기판(W)에 처리액을 분 사하여 기판(W)을 세정한다. 제 1 노즐 유닛(140)은 용기 유닛(112)의 측벽 상단에 고정된 다수의 분사 노즐들을 구비하여, 기판(W)로 처리액을 분사한다. 분사 노즐들에서 분사되는 처리액은 기판(W)의 세정 또는 건조를 위한 처리액일 수도 있고, 건조를 위한 건조 가스일 수도 있다.
제 2 노즐 유닛(150)은 용기 유닛(112) 및 제 1 노즐 유닛(140)을 사이에 두고 연마 유닛(130)과 마주하게 설치된다. 제 2 노즐 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 노즐 유닛(150)은 스윙 이동이 가능하며, 세정 공정시 스윙 동작을 통해 약액 노즐의 토출단(152)을 스핀 헤드(122)의 상부에 배치시킨 상태에서 처리액을 분사한다. 물론 제 2 노즐 유닛(150)은 기판(W) 상부와 용기 유닛(112) 외측 사이를 직선 왕복 이동 가능하도록 제공될 수 있다.
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.
그러므로 브러쉬 유닛(160)은 비교적 큰 입자의 이물질을 제거하는 데 사용되며, 에어로졸 유닛(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(134)가 수용되어, 연마 패드(132)의 재생 공정을 처리한다. 따라서 연마 유닛(130)은 연마 공정이 완료되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 연마 헤드(134)가 패드 컨디셔닝 유닛(180)으로 이동하여, 연마 헤드(134)가 수용된 상태로 대기하며, 이 때, 연마 패드(132)의 재생 공정을 처리한다.
그리고 촬영 장치(190)은 기판 지지 유닛(120)의 상면에 안착된 기판(W)의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하기 위하여, 기판이 로딩, 언로딩되는 공정 전후 및 공정 진행 중에 실시간으로 기판(W)을 포함하는 영역(RANGE_C)에 대한 영상을 획득하여 제어부(102)로 제공한다. 제어부(102)는 예를 들어, 기판 지지 유닛(120)의 상면에 기판(W)이 로딩되면, 기판 지지 유닛(120)을 구동시켜서 기판(W)을 1 회 회전시키고, 촬영 장치(190)로부터 기판(W)에 대한 영상을 획득하도록 제어한다. 이 때, 제어부(102)는 촬영 장치(190)의 촬영 방향이 경사진 위치에서 기판(W)을 촬영하기 때문에, 이에 대한 위치를 보상하여 기판(W)의 안착 상태를 검출한다.
촬영 장치(190)는 예를 들어, 디지털 비디오 레코딩용 카메라, 적외선 카메라, 이미지 센서 등으로 구비되며, 기판 지지 유닛(120)의 상부에 고정 설치된다. 예를 들어, 촬영 장치(190)는 기판 지지 유닛(120)에 대향하여 프레임(104)의 상부 일측 모서리에 고정 설치되어, 적어도 기판 지지 유닛(120)에 안착된 기판(W)을 포함하는 영역(RANGE_C)를 촬영한다. 촬영 장치(190)는 기판 지지 유닛(120)에 고정된 기판(W)에 대한 캡쳐 영상을 획득하고, 캡쳐 영상을 제어부(196)로 제공한다.
또 촬영 장치(190)의 일측에는 조명 장치(192)가 더 구비될 수 있다. 조명 장치(도 5의 192)는 촬영 장치(190)가 선명한 영상을 획득할 수 있도록 광을 출력한다.
그리고 제어부(102) 및 디지털 비디오 레코딩 서버(220)는 내부에 기판(W)이 정위치에 안착된 상태를 나타내는 기준 영상을 저장하고, 실시간으로 기판(W)을 촬영한 캡쳐 영상과 비교한다. 이를 위해 제어부(102) 및 디지털 비디오 레코딩 서버(220) 각각은 내부에 영상들을 비교 및 판별, 처리하여 기판의 안착 상태를 판별하기 위한 기판 위치 검출 알고리즘(222)을 구비한다. 본 발명의 도 1에서는 디지털 비디오 레코딩 서버(220)에만 기판 위치 검출 알고리즘(222)이 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 제어부(102)에도 구비됨은 자명하다. 예를 들어, 기판 위치 검출 알고리즘(222)은 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여 두 영상 간의 차이점을 검출하고, 검출 결과를 통해 기판(W)의 정상적인 또는 불안전한 안착 상태를 판별한다. 또 기판 위치 검출 알고리즘(222)은 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교하여 기판(W)의 파손 여부 등을 검출할 수 있다.
이를 위해 기판 위치 검출 알고리즘(222)은 기준 영상 및 캡쳐 영상을 캘리브레이션 작업(calibration process) 예를 들어, 영상 이진화, 이진화된 영상에서 추출된 복수 개의 위치들에 대한 인덱스 번호 부여, 각 위치에 대한 좌표 맵핑, 기 판(W)을 추출하기 위한 경계선 검출, 기판(W)에 대한 중심점 추출 및 두 영상에 대한 오차 검출을 위한 파라메터 획득 등의 과정을 처리한다.
따라서 제어부(102) 및 디지털 비디오 레코딩 서버(220) 각각은 기판 위치 검출 알고리즘(222)의 영상 캘리브레이션 작업에 의해 기판(W)의 안착 상태를 검출한다. 제어부(102) 및 디지털 비디오 레코딩 서버(220) 각각은 이 검출 결과에 대응하여 기판(W)이 불안전하게 안착되거나 파손되는 경우가 검출되면, 해당 기판 처리부(110)의 인터락(interlock) 및 알람을 제어한다.
계속해서 도 6 내지 도 16을 이용하여 본 발명에 따른 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 처리 과정을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 처리 수순을 도시한 플로우챠트이고, 도 7은 도 6에 도시된 영상 캘리브레이션 처리 수순을 도시한 플로우챠트이며, 그리고 도 8 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 영상 캘리브레이션 처리 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 이러한 처리 수순들은 기판 처리 장치(100)의 제어부(102) 및/또는 영상 처리 시스템(200)의 디지털 비디오 레코딩 서버(220)에서 처리될 수 있다.
먼저, 도 6을 참조하면, 단계 S300에서 기준 영상을 획득하여, 기준 영상에 대한 캘리브레이션 작업을 처리한다. 그 결과, 기준 영상에 대한 캘리브레이션 파라메터를 획득한다. 여기서 기준 영상은 기판(W)이 기판 지지 유닛(120)의 정위치에 안착된 정상 상태를 나타내는 영상 데이터이다. 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 기판을 대신하여 테스트 보드(미도시됨)를 이용하여 기준 영상을 획득한다.
단계 S302에서 공정 전후 및 공정 진행 중에 촬영 장치(190)를 활성화시켜서 기판 지지 유닛(120)을 실시간으로 모니터링한다.
이 때, 단계 S304에서 기판 지지 유닛(120)에 기판(W)이 로딩되면, 단계 S306에서 촬영 장치(190)는 기판 지지 유닛(120)에 로딩된 기판(W)의 안착 상태를 촬영하여 캡쳐 영상을 획득한다.
단계 S310에서 캡쳐 영상에 대한 캘리브레이션 작업을 처리하여, 캡쳐 영상의 캘리브레이션 파라메터를 획득한다.
여기서 본 발명의 실시예에 따른 기준 영상 및 캡쳐 영상에 대한 캘리브레이션 작업의 처리 수순을 설명한다.
즉, 도 7을 참조하면, 단계 S300 또는 단계 S310은 단계 S330에서 기준 영상 또는 캡쳐 영상을 획득한다. 이 때 기준 영상 및 캡쳐 영상은 기판(W)과 촬영 장치(190) 간에 경사진 위치로 인하여, 타원 형태의 기판에 대한 영상이 포함된다. 즉, 기준 영상 및 캡쳐 영상은 도 8 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 타원 형태의 방사형 영상으로 획득된다. 따라서 기준 영상 및 캡쳐 영상은 비젼 처리를 통해 위치 보상이 필요하다. 이를 위해 본 발명에서는 촬영 방향에 따른 방향성을 최소화하기 위하여 기판 형상의 테스트용 보드(미도시됨)를 제공하고, 이를 기판 지지 유닛(120)에 안착시켜서 기준 영상을 획득한다.
단계 S332에서 획득된 기준 영상 또는 캡쳐 영상의 밝기(조도)를 이용하여 이진화하여 도 9에 도시된 바와 같이, 기준 영상 또는 캡쳐 영상을 이진화 영상으로 변환한다.
단계 S334에서 이진화 영상으로부터 복수 개의 위치들을 추출하고, 도 10에 도시된 바와 같이, 추출된 위치들에 대한 인덱스(index) 번호를 부여한다. 이는 기준 영상 또는 캡쳐 영상에서 이들 위치들에 대한 중심 좌표를 추출해야 하므로, 이진화 영상을 이용하여 복수 개의 위치들을 추출한다. 이러한 위치들은 그 개수가 많을 수록 기판(W)의 안착 상태를 정확하게 판별할 수 있다. 여기서 블랍(blob) 과정 등을 이용하여 각 위치들을 인식, 추출한 다음, 각 위치들의 중심점을 계산한다. 각 위치들의 중심점 좌표가 계산되면, 다시 삼각화 등을 이용하여 각 위치들을 정렬한다. 이어서 각 위치들의 중심점을 정렬하여 인덱스 번호를 부여한다.
단계 S336에서 부여된 인덱스 번호들을 각 위치들에 대응하여 좌표 맵핑(mapping)한다. 즉, 위치들의 중심점 좌표들을 계산하고, 각 중심점 좌표들에 인덱스 번호를 부여하여, 캘리브레이션 영상(calibration image)을 형성한다. 캘리브레이션 영상에서의 좌표계를 전역 좌표계(world coordinate system)에 대응시켜서 캘리브레이션 파라메터(calibration parameter)를 생성한다. 도 11은 캘리브레이션 영상의 좌표계와 전역 좌표계의 좌표가 맵핑된 영상을 나타낸다.
이러한 캘리브레이션 작업이 완료되면, 단계 S338에서 기판(W)을 추출하기 위하여 기판(W)과 기판(W)이 아닌 나머지 부분(즉, 기판을 제외한 배경 영상)들의 경계선을 검출(edge detection)한다.
단계 S340에서 검출된 경계선을 이용하여 기판(W)에 대한 영상을 클리핑(clipping)하고, 기판(W)에 대한 중심점을 추출한다. 기준 영상 또는 캡쳐 영상에서 검출된 경계선을 이용하여 기판(W)의 에지 부분을 인식하고 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 영상을 클리핑하여 기판(W)을 제외한 그 나머지 부분을 점차적으로 제거한다. 이 때, 기판(W)에 대한 영상은 완전한 원이 아닌 타원 형태로 획득되므로, 예를 들어, 최소 제곱법(least squares) 등을 이용하여 도 16에 도시된 바와 같이, 기판(W)에 대한 영상을 원 형태로 생성하고 중심점을 추출한다.
이어서 단계 S342에서 상술한 영상 캘리브레이션 작업을 통해 기준 영상 또는 캡쳐 영상에 대한 캘리브레이션 파라메터들을 획득한다.
이러한 캘리브레이션 작업은 본 발명의 실시예에 따른 영상을 비젼 처리하여 기판(W)의 안착 상태를 판별하기 위한 것으로, 영상 처리 기술 분야에서는 이미 공지된 기술이다. 따라서 영상을 이용하여 기판(W)의 안착 상태를 판별하기 위해 다양한 한 영상 처리 기술을 이용할 수도 있다.
다시 도 6을 참조하면, 단계 S312에서 기준 영상과 캡쳐 영상을 비교한다. 즉, 두 영상에 대한 캘리브레이션 파라메터들을 비교하여, 오차가 발생되는지를 비교한다. 이 때, 오차의 대소 범위에 따른 기판의 불안전 안착 상태 및 기판 파손 상태 등을 판별할 수 있다.
즉, 비교 결과, 오차가 발생되면, 이 수순은 단계 S314로 진행하여 기판(W)의 안착 상태가 불안전 상태 또는 기판(W)의 파손 상태인 것을 검출하고, 단계 S316에서 해당 기판 처리부(110)의 인터락 및 알람을 발생시킨다. 그리고 비교 결과, 오차가 발생되지 않으면, 단계 S318으로 진행하여 후속 공정을 처리한다.
이상에서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치 및 그의 모니터링 시스템의 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 처리 장치와 영상 처리 시스템의 개략적인 연결 구성을 도시한 블럭도;
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 도 2에 도시된 기판 처리부의 구성을 나타내는 사시도;
도 4는 도 3에 도시된 기판 처리부의 구성을 나타내는 평면도;
도 5는 도 3에 도시된 기판 처리부의 구성을 나타내는 측면도;
도 6은 본 발명에 따른 기판 안착 상태를 모니터링하기 위한 처리 수순을 도시한 플로우챠트;
도 7은 도 6에 도시된 영상 캘리브레이션 처리 수순을 도시한 플로우챠트; 그리고
도 8 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 영상 캘리브레이션 처리 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
2 : 모니터링 시스템 4 : 네트워크
100 : 기판 처리 장치 102 : 제어부
110 : 기판 처리부 120 : 기판 지지 유닛
190 : 촬영 장치 200 : 영상 처리 시스템
222 : 기판 위치 검출 알고리즘

Claims (13)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    기판이 안착되는 기판 지지 유닛과;
    상기 기판 지지 유닛의 상면과 상부로 경사지게 위치하고, 상기 기판 지지 유닛의 상면에 안착된 기판에 대한 영상을 획득하는 촬영 장치 및;
    상기 기판 지지 유닛에 기판이 안착되면, 상기 촬영 장치로 상기 영상을 획득하도록 제어하고, 상기 영상으로부터 기판과 상기 촬영 장치 간의 경사진 위치를 보정하여 기판의 안착 상태를 판별하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 영상으로부터 기판과 상기 촬영 장치 간의 경사진 위치를 보정하도록 영상 처리하여 기판의 안착 상태를 더 판별하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛은;
    상면에 기판이 안착되고, 고정되어 회전 가능한 스핀 헤드와;
    상기 스핀 헤드를 회전시키는 스핀축 및;
    상기 스핀축을 회전하도록 구동하는 구동부를 포함하되;
    상기 제어부는 상기 스핀 헤드에 기판이 안착, 고정되면, 상기 스핀 헤드를 회전시키면서 상기 촬영 장치로부터 상기 영상을 획득하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 기판 처리 장치의 처리 방법에 있어서:
    기판을 기판 지지 유닛에 안착, 고정시키고, 기판을 회전시켜서 기판을 촬영하여 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하되;
    기판을 촬영하는 것은 기판과 상부로 경사진 위치에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 처리 방법은;
    상기 모니터링 중 상기 기판 지지 유닛의 정위치에서 불안전하게 안착되는지의 여부를 판별하는 것을 더 포함하는 기판 처리 장치의 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 판별하는 것은;
    기준 영상과 상기 촬영 장치로부터 획득된 캡쳐 영상을 비교하고, 상기 기준 영상과 상기 캡쳐 영상 간에 오차가 발생되면, 기판의 안착 상태가 불안전한 것으 로 판별하는 기판 처리 장치의 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 판별하는 것은;
    상기 경사진 위치에 대응하여 상기 기준 영상 및 상기 캡쳐 영상들을 보상 처리하는 것을 더 포함하는 기판 처리 장치의 처리 방법.
  8. 모니터링 시스템에 있어서:
    네트워크와;
    상기 네트워크에 연결되고, 기판이 안착, 고정되며 회전 가능한 기판 지지 유닛과, 상기 기판 지지 유닛의 상부에 위치되어 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판에 대한 캡쳐 영상을 획득하는 촬영 장치가 제공되는 기판 처리 장치 및;
    상기 네트워크에 연결되어 상기 기판 처리 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하는 영상 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는;
    기판이 상기 기판 지지 유닛에 안착, 고정되면, 상기 기판 지지 유닛을 회전시키면서, 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 획득하도록 제어하는 제어부를 더 포함하되;
    상기 제어부는 상기 촬영 장치로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 기판의 안착 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 네트워크를 통하여 상기 캡쳐 영상을 상기 영상 처리 시스템으로 제공하고;
    상기 영상 처리 시스템은 상기 제어부로부터 상기 캡쳐 영상을 받아서 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하여 기판의 불안전 상태를 더 판별하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 촬영 장치는 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판과 상부로 경사진 위치에서 상기 캡쳐 영상을 획득하되;
    상기 제어부 및 상기 영상 처리 장치는 상기 경사진 위치에 대응하여 상기 캡쳐 영상을 위치 보상하도록 영상 처리하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  12. 모니터링 시스템의 기판 안착 상태를 모니터링하는 방법에 있어서:
    기판이 기판 지지 유닛의 정위치에 안착된 정상 상태를 나타내는 기준 영상을 준비하고, 상기 기판 지지 유닛에 기판이 안착, 고정되면, 상기 기판 지지 유닛 에 안착된 기판과 상부로 경사진 위치에서 기판에 대한 캡쳐 영상을 획득하여 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태를 실시간으로 모니터링하고, 이어서 상기 모니터링 중 상기 기준 영상과 상기 캡쳐 영상을 비교하여, 오차가 발생되면, 상기 기판 지지 유닛에 안착된 기판의 안착 상태가 비정상적인 것으로 판별하는 모니터링 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 비교하는 것은;
    상기 경사진 위치에 대응하여 상기 기준 영상과 상기 캡쳐 영상을 위치 보상하도록 영상 처리하여 비교하는 것을 특징으로 하는 모니터링 방법.
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