KR20160131184A

KR20160131184A - 화학 기계적 기판 연마장치 및 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법

Info

Publication number: KR20160131184A
Application number: KR1020150062982A
Authority: KR
Inventors: 조문기; 김지욱
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-11-16
Also published as: KR101723542B1

Abstract

멤브레인 코팅막의 마모 여부를 판단하고 진단할 수 있는 방법 및 화학 기계적 기판 연마장치가 개시된다. 화학 기계적 기판 연마장치는, 기판을 파지하는 기판 캐리어가 이동하는 경로 상에 구비되고, 상기 기판 캐리어에 구비되는 멤브레인의 코팅막에 맺힌 물방울을 촬영하여 상기 코팅막의 마모 여부를 측정 및 판단하는 진단부를 구비한다.

Description

화학 기계적 기판 연마장치 및 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND METHOD OF DIAGNOSING ABRASION OF MEMBRANE COATING LAYER}

본 발명은 기판의 화학 기계적 연마장치에 관한 것으로, 기판을 파지하는 멤브레인 코팅막의 마모 여부 및 마모 정도를 판단하고 진단할 수 있는 방법 및 화학 기계적 기판 연마장치에 관한 것이다.

최근 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 공정 기술이 발전되고 있다.

반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 실리콘 기판은 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 단결정 실리콘 박판을 말한다. 기판을 제조하는 공정은 성장된 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 박판으로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정, 기판의 두께를 균일화하고 평면화하는 래핑(lapping) 공정, 슬라이싱 공정 및 래핑 공정에서 발생한 데미지를 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정, 기판 표면을 경면화하는 연마(polishing) 공정 및 연마가 완료된 기판을 세정하고 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세정(cleaning) 공정을 포함하여 이루어진다.

여기서, 연마공정은 기판의 표면 변질층을 제거하고 두께 균일도를 개선시키는 스톡 연마(stock polishing)와 기판의 표면을 경면으로 가공하는 파이널 연마(final polishing)로 나뉜다.

파이널 연마공정은 기판에 일정한 압력을 가하여 고정시키는 기판 캐리어(polishing carrier)와 연마포가 부착된 테이블인 정반이 회전하면서 작용하는 기계적 반응과 콜로이달 실리카로 구성된 연마 슬러리에 의한 화학적인 반응에 의해 연마되는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 장치가 사용된다.

이러한 화학 기계적 연마 장치는, 기판을 파지하는 장치로서 기판 캐리어가 사용되는데, 기판 캐리어는, 기판을 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지하며, 멤브레인(membrane) 타입이 주로 사용되고 있다. 또한, 기판의 표면에 단순히 균일한 압력을 가하여 연마하는 단계를 넘어서, 하나의 기판에 국부적으로 다른 압력을 가하여 기판의 연마 프로파일을 다양하게 조절할 수 있는 다중영역분할 연마식의 기판 캐리어가 제안된 바 있다.

여기서, 기판 캐리어는 연마공정 전후에 기판의 연마면이 연마패드와 마주한 상태로 기판을 연마패드에 대해서 가압하고, 연마공정이 완료되면 기판을 직접 또는 간접적으로 파지한 상태로 다음 공정으로 이동하는 역할을 한다. 그런데 기존의 기판 캐리어는 기판에 접촉되어 파지하는 멤브레인이 본체부와, 본체부를 둘러싸는 링 형태의 리테이너 링에 의해서 고정된다. 그리고 본체부 내부에는 멤브레인에 압력을 가하기 위한 다수의 압력 챔버가 형성되어서, 압력 챔버 내부에 공기를 주입하거나 배출시킴으로써 멤브레인 및 멤브레인을 통해 기판에 가해지는 압력을 조절한다.

한편, 멤브레인은 기판에 접촉되는 부분이기 때문에, 항상 깨끗하고 물기가 있는 상태로 유지되어야 한다. 그리고 기판의 파지를 위해서 멤브레인 표면에는 파릴렌이 코팅되는데, 코팅막이 마모되거나 손상되어 수명이 다하게 되면, 멤브레인을 교체하여야 한다. 기존에는 일정 시간 멤브레인을 사용한 후에는 멤브레인을 교체하였다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 멤브레인 코팅막의 마모 여부를 검출 및 판단하여 적정한 시기에 멤브레인을 교체할 수 있도록 하는 멤브레인 코팅막의 마모 여부 및 마모 정도를 판단하고 진단할 수 있는 방법 및 화학 기계적 기판 연마장치에 관한 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 화학 기계적 기판 연마장치는, 기판을 파지하는 기판 캐리어가 이동하는 경로 상에 구비되고, 상기 기판 캐리어에 구비되는 멤브레인의 코팅막에 맺힌 물방울을 촬영하여 상기 코팅막의 마모 여부를 측정 및 판단하는 진단부를 구비한다.

일 측에 따르면, 상기 진단부는, 상기 멤브레인 표면을 촬영하는 촬영부, 상기 촬영부에서 촬영된 영상 신호를 수신하고, 상기 수신된 영상 신호를 처리하는 영상처리부 및 상기 영상처리부에서 처리된 데이터를 비교하여 상기 멤브레인 코팅막의 마모 여부를 판단하는 판단부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 진단부는 상기 멤브레인의 일정 위치에 직선 형태로 물을 제공하고, 직선 형태로 맺힌 물방울을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 상기 촬영부는 CCD 카메라나 CMOS 소자가 사용될 수 있다. 또한, 상기 진단부는 상기 멤브레인에 조명을 조사하는 조명부를 더 포함하고, 상기 조명부는 상기 촬영부와 마주보는 위치에서 상기 멤브레인 표면에 맺힌 물방울에 빛을 조사하도록 구비될 수 있다. 그리고 상기 멤브레인 표면을 촬영하기 전에 상기 멤브레인 표면에서 물기를 제거하는 제거부를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 코팅막의 마모 판단 시 경고를 발생시키는 알림부를 더 구비할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 화학 기계적 기판 연마장치는, 기판의 화학 기계적 연마공정이 수행되는 연마정반, 상기 연마정반 상면에 구비되는 연마패드, 상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 파지하는 멤브레인을 포함하고, 상기 기판의 연마공정이 수행되는 동안 상기 연마패드에 대해 상기 기판을 가압하는 기판 캐리어, 상기 멤브레인의 세정을 위한 세정부 및 상기 세정부의 일측에 구비되고, 상기 멤브레인의 코팅막에 맺힌 물방울을 촬영하여 상기 코팅막의 마모 여부를 판단하는 진단부를 포함하여 구성된다.

일 측에 따르면, 상기 세정부는, 상기 연마정반 사이에 구비되어서 연마공정 사이에서 상기 멤브레인이 젖음 상태를 유지하도록 하는 웨팅 배스 및 상기 멤브레인을 세정하는 멤브레인 세정 유닛을 포함하고, 상기 진단부는 상기 멤브레인 세정 유닛과 상기 웨팅 배스 중 어느 일측 또는 양측 모두에 구비될 수 있다. 그리고 상기 웨팅 배스에서 상기 멤브레인에 직선 형태로 물을 제공하여 상기 멤브레인에 물방울이 직선 형태로 맺히도록 할 수 있다. 또한, 상기 웨팅 배스에서 상기 멤브레인에 정해진 위치에 물을 제공하여 물방울이 맺히도록 할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 화학 기계적 기판 연마장치에서 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법은, 기판 캐리어의 멤브레인을 세정하는 단계, 상기 멤브레인 표면에 물을 제공하여 물방울이 맺히도록 하는 단계, 상기 멤브레인의 표면을 촬영하는 단계, 상기 촬영된 멤브레인 표면의 영상 신호를 처리하여 상기 물방울의 모양에 대한 데이터를 추출하는 단계 및 상기 추출된 데이터를 이용하여 상기 멤브레인의 코팅막의 마모 여부를 판단하는 단계를 포함하여 구성된다.

일 측에 따르면, 상기 세정 단계에서는, 상기 멤브레인을 세정하고, 상기 세정된 멤브레인 표면에 묻은 물기를 제거할 수 있다. 또한, 상기 촬영 단계에서는, 상기 멤브레인 표면에 맺힌 물방울에 빛을 조사하고, 상기 빛을 조사하는 방향과 반대쪽에서 상기 물방울을 촬영할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 데이터를 추출하는 단계에서는, 상기 촬영된 영상 신호를 흑백으로 변환하는 단계, 상기 변환된 데이터에서 상하 방향으로 순차적으로 흰색 픽셀과 검은색 픽셀을 인식하는 단계, 인식된 픽셀 중에서 흰색 픽셀과 검은색 픽셀이 혼합된 영역을 검출하는 단계, 상기 혼합 영역이 시작되기 직전 영역으로 모두 검은색 픽셀로 인식되는 영역을 상단부로 판단하는 단계, 상기 혼합 영역을 지나서 모두 검은색 픽셀로 인식되는 영역을 하단부로 판단하는 단계 및 상기 상단부와 상기 하단부 사이의 거리를 상기 물방울의 세로 길이로 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 마모 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 세로 길이가 기준 길이 이하일 경우 상기 코팅막이 마모된 것으로 판단할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 데이터를 추출하는 단계에서는, 상기 촬영된 영상 신호에서 상하 방향으로 순차적으로 흰색 픽셀과 검은색 픽셀을 인식하는 단계,한 행의 픽셀이 모두 흰색 픽셀이 아닐 경우 물방울 영역으로 판단하고 흑백 데이터로 처리하는 단계 및 상기 처리된 흑백 물방울 영역에서 가로 길이와 세로 길이를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 흑백 데이터로 처리하는 단계는, 한 픽셀을 인식하는 단계, 상기 인식된 픽셀에 대해서 상하좌우의 픽셀 값을 검출하는 단계, 상기 검출된 픽셀 값 중에서 상기 인식된 픽셀과 동일한 값을 가지면 같은 물방울군으로 판단하는 단계, 상기 판단 단계를 반복 수행하여 상기 물방울 영역의 가장자리 영역으로 판단하는 단계 및 상기 가장자리 영역 안쪽에서 인식되는 픽셀에 대해서는 상기 물방울군에 속한다고 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 마모 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 추출된 물방울의 세로 길이와 가로 길이의 비를 산출하고, 상기 비가 기준 값 이하일 경우 상기 코팅막이 마모된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 멤브레인의 표면을 촬영하여서 코팅막에 맺힌 물방울의 모양으로부터 코팅막의 마모 여부와 마모 정도를 판단할 수 있다. 또한, 이와 같이 판단된 결과를 이용하여 코팅막에 마모가 발생하면 멤브레인을 교체할 수 있어서 적절한 시기에 멤브레인을 교체할 수 있고, 멤브레인 교체 시기에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 일정 시간마다 멤브레인을 교체하는 경우에 비해서 비용을 절약할 수 있다. 또한, 비교적 단순한 장치들로 멤브레인의 마모 여부 및 교체 시기를 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치 및 세정 공정을 행하는 배치 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 연마장치의 배치 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부를 설명하기 위한 기판 캐리어의 평면도이다.
도 5는 도 3의 진단부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7a와 도 7b는 도 3의 진단부에서 촬영된 물방울이 멤브레인 표면에 맺힌 상태의 모식도들로서, 도 6a는 정상 상태이고, 도 6b는 코팅막이 없거나 코팅막이 마모된 경우의 모식도이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부에서 물방울 모양을 판단하기 위한 알고리즘을 설명하기 위한 모식도들이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 기판 캐리어(100)의 멤브레인(103) 코팅막(104)의 마모 여부 및 마모 정도를 진단할 수 있는 화학 기계적 기판 연마장치(1) 및 해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치(1) 및 세정 공정을 행하는 배치 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 기판 연마장치(1)의 배치 구조를 도시한 평면도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치(1)는, 기판(W)의 화학 기계적 연마가 수행되는 화학 기계적 연마 모듈(X1)과, 세정 공정이 수행되는 세정 모듈(X2)로 이루어진다. 화학 기계적 연마 모듈(X1)은 다수의 기판(W)에 대해서 동시 또는 순차적으로 연마공정을 수행할 수 있도록 다수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)이 구비되고, 상기 다수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)을 연결하는 순환 경로를 형성하도록 가이드 레일(G1, G2, G3; G)이 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P) 중에서 일부의 연마정반에서만 연마공정이 수행되는 것도 가능하다. 마찬가지로, 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)은 순환 경로를 따라 배열되는데, 도면에 도시한 일부의 연마정반만 순환 경로를 따라 배치될 수 있다. 그리고, 다수의 연마정반(P)이 아니라 하나의 연마정반이 구비되는 것도 가능하다.

상세하게는, 기판 연마장치(1)는, 기판(W)을 보유한 상태로 이동하는 기판 캐리어(100)와, 제1 연마정반(P1)과 제2 연마정반(P2)을 통과하도록 배열되고 기판 캐리어(100)가 이동할 수 있게 설치된 제1 가이드 레일(G1)과, 제3 연마정반(P3)과 제4 연마정반(P4)을 통과하게 배열되어 기판 캐리어(100)가 이동할 수 있게 설치된 제2 가이드 레일(G2)과, 제1 가이드 레일(G1)과 제2 가이드 레일(G2) 사이에 배열되어 기판 캐리어(100)가 이동하는 제3 가이드 레일(G3)과, 제1 가이드 레일(G1)의 일단과 이격된 제1 위치(S4)와 제2 가이드 레일(G2)의 일단과 이격된 제2 위치(S4')를 연결하는 제1 연결 레일(CR1)과, 제1 가이드 레일(G1)의 타단과 이격된 제3 위치(S1)와 제2 가이드 레일(G2)의 타단과 이격된 제4 위치(S1')를 연결하는 제2 연결 레일(CR2)과, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동하면서 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있는 제1 캐리어 홀더(H1) 및 제2 캐리어 홀더(H2)와, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동하면서 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있는 제3 캐리어 홀더(H3) 및 제4 캐리어 홀더(H4)를 포함하여 구성된다.

기판 캐리어(100)는 가이드 레일(G1, G2, G3; G)에서는 단독으로 이동하며, 연결 레일(CR1, CR2; CR)에서는 캐리어 홀더(H1, H2, H3, H4; H)에 수용된 상태로 캐리어 홀더(H)의 이동에 의해 이동한다. 도 1 및 도 2의 배치도에서 다수의 수직선으로 형성된 직사각형 형태가 기판 캐리어(100)를 단순화하여 표시한 것이다.

제1 가이드 레일(G1)은 기판 캐리어(100)가 보유하고 있는 기판(W)을 제1 연마정반(P1)과 제2 연마정반(P2)에서 각각 화학 기계적 연마공정을 할 수 있도록 배치된다. 마찬가지로, 제2 가이드 레일(G2)은 기판 캐리어(100)가 보유하고 있는 기판(W)를 제3 연마정반(P3)과 제4 연마정반(P4)에서 각각 화학 기계적 연마공정을 할 수 있도록 배치된다. 제3 가이드 레일(G3)에는 연마정반이 배치되지 않고, 기판 캐리어(100)가 이동하는 경로를 형성한다. 다만, 연결 레일(CR)에는 각각 2개씩의 캐리어 홀더(H)가 배치되므로, 연결 레일(CR)의 끝단(S1, S4)에서 다른 끝단(S1', S4')으로 이동하기 위해서는 한번에 이동할 수 없으므로, 제3 가이드 레일(G3)이 배열되는 임의의 위치에서 기판 캐리어(100)가 캐리어 홀더(H)를 갈아타기 위한 임시 적재소(TS)의 역할을 한다.

연결 레일(CR)은 가이드 레일(G)과 이격된 상태를 유지하며, 상하 높이 차이를 두고 배치될 수도 있다.

캐리어 홀더(H)는 기판 캐리어(100)를 수용하기 위한 홀더 레일(HR)이 형성되고, 연결 레일(CR)의 배치와 무관하게 가이드 레일(G)을 따라 이동하는 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있게 구성된다. 캐리어 홀더(H)는 하나의 연결 레일(CR)마다 2개씩 배치된다. 제1 연결 레일(CR1)에 대해서는 제1 캐리어 홀더(H1)와 제2 캐리어 홀더(H2)가 설치되어 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동할 수 있다. 그리고 제2 연결 레일(CR2)에 대해서는 제3 캐리어 홀더(H3)와 제4 캐리어 홀더(H4)가 설치되어 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동할 수 있다.

제1 캐리어 홀더(H1)는 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제 1가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 이와 유사하게, 제2 캐리어 홀더(H2)는 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 또한, 제3 캐리어 홀더(H3)는 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 이와 유사하게, 제4 캐리어 홀더(H4)는 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다.

기판 캐리어(100)는 제3 캐리어 홀더(H3)나 제4 캐리어 홀더(H4)에 수용된 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동하면서, 화학 기계적 연마공정이 수행될 예정인 새로운 기판(W)을 로딩 유닛(20)에서 공급받는다. 로딩 유닛(20)과 예비 세정부(30) 및 언로딩 유닛(10)은 제3 캐리어 홀더(H3) 및 제4 캐리어 홀더(H4)의 이동 영역에 각각 배치된다.

화학 기계적 연마공정을 완료한 기판(W)은 예비 세정부(30)에서 예비 세정되며, 예비 세정된 기판(W)은 언로딩 유닛(10)에서 반전기(미도시)에 의하여 180° 뒤집힌 상태로 세정부(C1, C2; C1', C2')로 이송된다. 예비 세정부(30)는 기판 캐리어(100)에 탑재되어 있는 기판(W)의 연마면에 높은 수압으로 세정액을 분사하는 세정 노즐(미도시)이 구비되고, 세정 노즐이 이동하면서 기판(W)의 연마면 전체에 세정액을 고압 분사함으로써, 기판(W) 연마면의 슬러리나 연마 입자 등의 큰 이물질을 제거한다. 그리고 예비 세정부(30)에 의하여 기판(W)의 연마면에서 이물질을 제거함으로써, 기판 캐리어(100)가 그 다음으로 이동하는 언로딩 유닛(10)에서 반전기가 기판(W)을 연마면이 상측으로 위치하도록 180° 뒤집는 공정에서, 기판(W)이 반전기의 암에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치(1)를 이용하여 기판(W)의 화학 기계적 연마공정을 행하는 일 실시형태를 상술한다.

우선, 2개의 로딩 유닛(20)에 새로운 제1 기판(W1)과 제2 기판(W2)이 각각 공급되면, 제1 기판(W1)은 제3 캐리어 홀더(H3)의 기판 캐리어(100)에 탑재되고, 제2 기판(W2)은 제4 캐리어 홀더(H4)의 기판 캐리어(100)에 탑재된다.

다음으로, 제3 캐리어 홀더(H3)와 제4 캐리어 홀더(H4)는 각각 이동하여 제3 위치(S1) 및 제4 위치(S1')로 이동한 후, 제3 캐리어 홀더(H3)로부터 기판 캐리어(100)는 제1 가이드 레일(G1)로 이동하고, 제4 캐리어 홀더(H4)로부터 기판 캐리어(100)는 제3 가이드 레일(G3)로 이동한다. 여기서, 제1 가이드 레일(G1)을 따라 이동하는 기판 캐리어(100)는 제1 연마정반(P1) 상에서 제1 기판(W1)에 대한 제1 화학 기계적 연마공정이 수행되고, 제1 화학 기계적 연마공정을 마친 후에는 다시 제1 가이드 레일(G1)을 따라 S2 위치로 이동하여 제2 연마정반(P2) 상에서 제1 기판(W1)에 대한 제2 화학 기계적 연마공정이 수행된다.

다음으로, 기판 캐리어(100)는 S3 위치에서 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동하는 제1 캐리어 홀더(H1)로 옮겨져 제1 캐리어 홀더(H1)가 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동함과 함께 이동하였다가, 제1 분기위치(S5)에서 다시 제3 가이드 레일(G3)의 S6 위치로 넘어와 제3 가이드 레일(G3)을 따라 이동한 후, 제2 분기위치(S7)에서 제3 캐리어 홀더(H1)로 옮겨진 이후에, 예비 세정부(30)로 이동한다. 즉, 도면 상에서 표시된 경로를 따라 이동하면서 2단계의 화학 기계적 연마공정이 행해진다.

그리고 나서, 2단계의 화학 기계적 연마공정이 행해진 제1 기판(W1)의 연마면을 세정하고, 언로딩 유닛(10)으로 이송되어 반전기에 옮겨진 이후에 180° 반전된 상태로 메인 세정 공정으로 이송된다.

이와 유사하게, 제2 가이드 레일(G2)을 따라 이동하는 기판 캐리어(100)는 제4 연마정반(P4) 상에서 제2 기판(W2)에 대한 제1 화학 기계적 연마공정을 행하고, 제1 화학 기계적 연마공정을 마친 후에는 다시 제2 가이드 레일(G2)을 따라 이동(S2)하여 제3 연마정반(P3) 상에서 제2 기판(W2)에 대한 제2 화학 기계적 연마공정을 행한다.

그 다음으로, 기판 캐리어(100)는 S3 위치에서 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동하는 제2 캐리어 홀더(H2)로 옮겨져 제2 캐리어 홀더(H2)가 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동함과 함께 이동하였다가, S5위치에서 다시 제3 가이드 레일(G3)의 S6 위치로 넘어와 제3 가이드 레일(G3)을 따라 이동한 후, S7위치에서 제3 캐리어 홀더(H1)로 옮겨진 이후에, 예비 세정부(30)로 이동한다. 즉, 표시된 경로를 따라 이동하면서 2단계의 화학 기계적 연마공정이 행해진다.

다음으로, 2단계의 화학 기계적 연마공정이 행해진 제2 기판(W2)의 연마면을 세정하고, 언로딩 유닛(10)으로 이송되어 반전기(50)에 옮겨진 이후에 180° 반전된 상태로 메인 세정 공정으로 이송된다.

이와 같이, 상기와 같이 구성된 화학 기계적 기판 연마장치(1)를 이용하여 서로 다른 2개의 기판(W1, W2)에 대한 2단계의 화학 기계적 연마공정을 동시에 행할 수 있다.

연마정반(P) 표면에는 기판(W)이 접촉되어 기판(W)을 연마하기 위한 연마패드(미도시)가 부착되고, 연마정반(P) 하부에는 연마정반(P)의 회전을 위한 구동력을 제공하는 구동부(미도시)에 회전축이 연결된다. 기판 연마장치(1)는, 연마패드(미도시)에 기판(W)이 가압 접촉된 상태에서 기판 캐리어(100)와 연마정반(P)이 각각 소정 속도로 회전함에 따라 기판(W)이 연마된다.

연마공정 동안 기판(W)을 고정하는 기판 캐리어(100)는, 기판(W)의 연마면이 연마패드와 마주한 상태로 기판(W)을 연마패드에 대해서 가압한다. 그리고 기판 캐리어(100)는 연마공정이 완료되면 기판(W)을 직접 또는 간접적으로 파지한 상태로 다음 공정으로 이동하는 역할을 한다.

기판 캐리어(100)는 외부에서의 회전 구동력을 받아 회전하고, 하부에 기판(W)에 접촉되어 기판(W)을 파지하는 멤브레인(103) 및 기판 캐리어(100)를 둘러싸는 링 형태로 형성되어서 멤브레인(103)을 고정시키는 캐리어 링(101)을 포함하여 구성된다.

기판 캐리어(100)는 내부에 기판(W)에 압력을 가하기 위해서 압력 챔버(미도시)가 구비되며, 압력 챔버(미도시) 내부에 공기를 주입하거나 배출시킴으로써 멤브레인(103) 및 기판(W)에 압력을 가한다. 또한, 기판 캐리어(100)는 복수의 압력 챔버(미도시)에 서로 다른 압력을 인가함으로써 기판(W)에 국부적으로 서로 다른 압력을 가하여 기판(W)의 연마 프로파일을 다양하게 조절할 수 있다.

한편, 멤브레인(103)은 기판(W)을 안정적으로 파지하고, 기판(W)의 표면이 오염되는 것을 방지할 수 있도록 항상 물기가 있는 상태로 유지되며, 연마공정의 전후뿐만 아니라 연마공정 중에도 세정이 이루어진다. 일 예로, 멤브레인(103)의 세정은, 멤브레인 세정 유닛(membrane cleaning unit) 또는 웨팅 배스(110)에서 수행된다. 예를 들어, 멤브레인 세정 유닛(미도시)은 멤브레인(103)의 하면에 순수 등을 제공하여서 멤브레인(103) 표면을 세정하게 된다. 그리고 웨팅 배스(110)는 다수의 연마정반(P) 사이에 구비되어서, 멤브레인(103)의 표면을 젖음 상태로 유지시키고 슬러리를 제거한다. 또한 웨팅 배스(110)는 각 연마정반(P)에서 사용되는 슬러리의 종류가 다르거나, 연마공정의 소요 시간이 다른 경우, 연마정반(P) 사이에서 대기하는 멤브레인(103)을 젖음 상태로 유지시키고 직전 연마공정에서 기판(W)에 묻어 있는 슬러리를 제거한다. 예를 들어, 웨팅 배스(110)는 가이드 레일(GR)을 따라 기판(W)이 이동 하는 경로 상에서 연마정반(P) 사이에 1개 또는 2개 이상의 다수개가 배치될 수 있다. 여기서, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 웨팅 배스(110)의 위치와 수는 각 연마공정의 소요 시간이나 슬러리의 종류에 따라 결정된다.

도 3을 참조하면, 웨팅 배스(110)는 기판 캐리어(100)에 로딩되어 있는 기판(W)의 연마면 쪽이 잠기도록 형성된 처리조(111)를 포함하여 구성된다. 처리조(111)는 기판(W)이 잠길 수 있도록 소정의 공간을 제공하며, 내부에 순수가 채워지도록 가장자리에 소정 높이의 단턱부인 경계턱(112)으로 둘러싸인 소정 깊이 요입된 형상을 갖는다. 처리조(111) 및 경계턱(112)은 기판(W)이 잠길 수 있도록 기판(W) 및 캐리어 링(101)에 대응되는 크기와 형상으로 형성된다.

경계턱(112)은 기판(W)이 잠길 수 있을 정도의 높이로 형성되고, 경계턱(112)의 내측면은 소정의 경사면으로 형성되어서, 처리조(111)에 제공되는 순수가 경계턱(112)에서 오버플로우 될 때 경계턱(112) 주변에서 와류가 발생하는 것을 방지한다.

처리조(111) 내부로 소정의 순수를 공급하도록 처리조(111)의 바닥면(112)에 다수의 유입노즐(114)이 형성된다. 유입노즐(114)은 처리조(111)를 관통하여 상하의 연직 방향 또는 소정의 경사진 형태로 형성될 수 있다.

처리조(111)의 외측에는 처리조(111)에서 오버플로우되는 순수를 수용하여 배출하도록 수용조(115)가 구비되고, 수용조(115)는 경계턱(112)의 외측 둘레를 따라 구비되어서 경계턱(112)에서 오버플로우되는 순수가 수용조(115)로 유입된다. 그리고 수용조(115)의 일측, 예를 들어, 하부에는 유입된 순수를 외부로 배출시키기 위한 배출구(116)가 형성된다.

웨팅 배스(110)는 처리조(111)의 바닥면(112)을 통해 공급된 순수가 처리조(111) 내부에 채워지면 기판(W)의 연마면에 순수가 접촉되면서 기판(W)에서 슬러리를 제거하고 기판(W)을 젖음 상태로 유지하게 된다. 또한 처리조(111)에 지속적으로 제공되는 순수는 경계턱(112)을 통해 오버플로우(overflow) 되면서 처리조(111)로 유입되어서 배출구(116)를 통해서 외부로 배출된다. 이 때, 오버플로우 되는 순수와 함께 기판(W)에서 제거된 슬러리도 외부로 배출된다.

한편, 멤브레인(103) 표면에는 파릴렌(parylene) 고분자 재질의 코팅막(104)이 형성된다. 여기서, 파릴렌 코팅막(104)은 무극성 분자로 이루어지기 때문에 코팅막(104) 표면에 물을 분사하면 극성의 물분자가 무극성의 코팅막(104)에 접촉하고, 물의 표면장력에 의해서 물방울(WD)이 동그란 모양으로 코팅막(104) 표면에 맺히게 된다. 여기서, 코팅막(104)이 균일하고 정상적으로 형성된 경우에는, 도 7a에 도시한 바와 같이, 코팅막(104) 표면에 맺힌 물방울(WD)의 모양이 아주 동그란 모양이 된다. 그러나 코팅막(104)이 없거나 마모되거나 손상된 경우에는, 도 7b에 도시한 바와 같이, 코팅막(104) 표면에 맺힌 물방울(WD)의 모양이 넓게 퍼진 형태가 되며, 도 7a와 비교하여 넓게 퍼진 형태가 된다.

본 실시예에서는 이와 같이 멤브레인(103) 표면에 맺힌 물방울(WD)을 촬영하고 촬영된 영상 신호로부터 물방울(WD) 모양의 동그란 정도를 소정의 알고리즘으로 판단함으로써 코팅막(104)의 마모 여부와 마모 정도를 판단할 수 있다.

여기서, 진단부(130)는 멤브레인(103)에 맺힌 물방울(WD)을 촬영하여 멤브레인(103) 코팅막(104)의 마모 여부를 판단하기 때문에, 멤브레인(103)에 물이 제공되는 위치에 설치된다. 기판 연마장치(1)에서 멤브레인(103)에 물이 제공되는 부분은, 멤브레인(103)을 세정하는 멤브레인 세정 유닛 및 웨팅 배스이므로, 진단부(130)는 멤브레인 세정 유닛 및 웨팅 배스(110) 중 어느 일측 또는 양측 모두에 구비된다.

이하에서는, 멤브레인(103) 코팅막(104)의 마모 여부 및 마모 정도를 진단하기 위한 진단부(130)의 구성 및 동작에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부(130)를 설명하기 위한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부(130)를 설명하기 위한 기판 캐리어(100)의 평면도이고, 도 5는 도 3의 진단부(130)의 블록도이다. 그리고 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부(130)의 동작을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7a와 도 7b는 도 3의 진단부(130)에서 촬영된 물방울(WD)이 멤브레인(103) 표면에 맺힌 상태의 모식도들로서, 도 7a는 정상 상태이고, 도 7b는 코팅막(104)이 없거나 코팅막(104)이 마모된 경우의 모식도이다. 그리고 도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단부(130)에서 물방울(WD) 모양을 판단하기 위한 알고리즘을 설명하기 위한 모식도들이다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 진단부(130)는 멤브레인(103) 표면을 촬영하기 위한 촬영부(131)와, 촬영부(131)에서 촬영된 영상 신호를 수신하고 처리하는 영상처리부(132)와, 영상처리부(132)에서 처리된 영상 데이터를 비교하여 멤브레인(103) 코팅막(104)의 마모 여부와 마모 정도를 진단하는 판단부(133)를 포함하여 구성된다. 또한, 코팅막(104)의 마모 판단 시 경고를 발생시키는 알림부(135)를 더 구비할 수 있다.

촬영부(131)는 멤브레인(103) 표면에 맺힌 물방울(WD)을 촬영할 수 있도록 구비되며, 예를 들어, 웨팅 배스(110)의 일 측에 구비된다. 예를 들어, 촬영부(131)는 촬상소자인 CCD 카메라나 CMOS 소자가 사용될 수 있다. 여기서, CCD와 CMOS 소자는 일반적으로 사용되는 촬상소자로서, CMOS는 주변회로 집적성 우수하고 비용이 저렴하고 대량생산에 유리하다는 특징을 가지며, CCD는 화질이 우수한 특징을 갖는다. 촬영부(131)의 세부 구성 및 동작에 대해서는 공지의 기술로부터 알 수 있으므로 상세한 도시 및 설명은 생략한다.

여기서, 촬영부(131)가 물방울(WD)을 촬영할 수 있도록 멤브레인(103) 표면에 대해 빛을 조사하는 조명부(135)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 조명부(135)는 촬영부(131)와 마주보는 위치에 구비되며, 멤브레인(103) 표면 및 물방울(WD)이 맺힌 위치에 빛을 조사하도록 구비될 수 있다. 즉, 조명부(135)에서 멤브레인(103)에 빛을 조사하고 반대쪽에서 촬영하면, 멤브레인(103)에 의해서 가로막혀서 투과하지 못하는 부분과 물방울(WD)에서 빛이 투과된 부분으로 구별되는 영상을 얻게 된다.

영상처리부(132)는 촬영부(131)에서 촬영된 영상 신호를 수신하고, 수신된 영상 신호에서 멤브레인(103) 및 코팅막(104)에 맺힌 물방울(WD) 모양에 대한 데이터를 추출한다. 상세하게는, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 영상처리부(132)는 촬영된 영상 신호를 흑백으로 변환하고, 변환된 영상 신호에서 빛이 투과하는 부분(흰색 픽셀)과 투과하지 못하는 부분(검은색 픽셀)으로 구별되는 흑백 데이터를 추출한다.

그리고 판단부(133)에서는 영상처리부(132)를 통해 추출된 데이터를 소정의 알고리즘으로 처리하여 물방울(WD)의 둥근 정도를 판단함으로써 코팅막(104)의 마모 여부와 마모 정도를 판단할 수 있다. 판단부에서 물방울(WD)의 모양을 판단하는 알고리즘에 대해서 도 8과 도 9를 참고하여 후술한다.

한편, 본 발명의 실시예들에 따르면, 진단의 정확성을 높이기 위해서, 멤브레인(103)을 촬영하기 전에 멤브레인(103)을 세정하고, 멤브레인(103) 표면에 묻은 물기를 제거한 후 멤브레인(103)에 직선 형태로 소량의 물을 제공하여 멤브레인(103)의 일정 위치에 직선 형태로 물방울(WD)이 맺히도록 한다.

상세하게는, 멤브레인(103)의 세정 시 멤브레인(103) 표면의 물기를 제거하는 제거부(136)가 구비된다. 이는, 멤브레인(103)의 세정 시 묻은 물기를 제거하여 깨끗한 상태에서의 멤브레인(103) 표면에 맺힌 물방울(WD)을 촬영함으로써 코팅막(104)의 마모 여부를 보다 정확하게 진단하기 위함이다. 예를 들어, 제거부(136)는 멤브레인(103) 표면에 바람을 불어서 멤브레인(103) 표면에 묻은 물기를 제거하는 수단이 사용될 수 있다. 또한, 제거부(136)는 웨팅 배스(110)의 일측에 구비되며, 촬영부(131)와 조명부(135)와 겹치지 않는 위치에 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제거부(136)의 위치 등은 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

그리고 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 웨팅 배스(110)의 유입노즐(114) 중 일부의 유입노즐(114)만을 작동시켜서 멤브레인(103)에 물방울(WD)이 맺히게 하고자 하는 일정 위치에 소량의 물을 제공하여 물방울(WD)이 맺히도록 한다. 또한, 일직선 형태로 물방울(WD)이 맺히도록 웨팅 배스(110)의 유입노즐(114) 중 직선 형태로 배치된 유입노즐(114)을 작동시킨다.

진단부(130)는 촬영된 물방울(WD) 모양의 둥근 정도를 비교함으로써 코팅막(104)의 마모 여부와 마모 정도를 판단할 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 진단부(130)는 물방울(WD)의 세로 길이를 산출하여 물방울(WD)의 모양을 비교 판단할 수 있다. 또는 도 9에 도시한 바와 같이, 물방울(WD)의 가로 길이 W와 세로 길이 H 사이의 비를 산출하여 물방울(WD)의 모양을 비교 판단할 수 있다. 또는, 도 8 및 도 9에 도시한 알고리즘 2가지를 모두 사용하여 종합적으로 판단할 수 있다.

우선, 도 8을 참고하면, 조명부(135)가 촬영부(131)의 반대쪽에서 빛을 조사하는 상태로 촬영부(131)가 물방울(WD)을 촬영하게 되면, 물방울(WD)의 중간은 빛이 투과하여 흰색 픽셀로 인식되고, 멤브레인(103)에 의해 가로막히는 부분과 물방울(WD)이 맺힌 부분은 빛이 투과하지 못하여 검은색 픽셀로 인식된다. 촬영된 영상 신호에 대해서 흰색 픽셀과 검은색 픽셀을 인식하여 보면, 멤브레인(103)과 물방울(WD)이 만나는 지점의 바로 윗부분(도면에서 'a' 로 표시한 부분, 이하 '상단부(a)'라 한다)까지는 모두 검은색 픽셀로 인식되고, 물방울(WD)이 맺힌 위치에서는 흰색 픽셀과 검은색 픽셀이 혼합되어 인식된다(이하, '혼합 영역'이라 한다). 즉, 추출된 데이터에서 모두 검은색 픽셀이 인식되다가, 흰색 픽셀이 인식되기 시작하는 부분이 물방울(WD)이 맺힌 지점이 되는데, 이와 같이 검출된 부분을 상단부 a라 한다. 또한, 물방울(WD)의 끝부분(도면에서 'b'로 표시한 부분, 이하 '하단부(b)'라 한다)에서도 모든 픽셀이 검은색으로 인식되는데, 혼합 영역이 계속되다가 모두 검은색 픽셀로 인식되는 부분에서 물방울(WD)의 하단부를 검출할 수 있다. 그리고 상단부 a와 하단부 b 사이에서 흰색 픽셀과 검은색 픽셀이 혼합된 혼합 영역이 물방울(WD)이 된다. 즉, 상단부 a와 하단부 b 사이의 거리를 물방울(WD)의 세로 길이로 볼 수 있다. 코팅막(104)에서 파릴렌 코팅이 있는 경우에는 물방울(WD)이 구형으로 형성되기 때문에, 파릴렌 코팅이 없는 경우에 비해서 세로 길이가 길어진다. 따라서, 물방울(WD)의 세로 길이를 측정하여 세로 길이가 일정 길이 이하라면 파릴렌 코팅이 마모된 것으로 판단할 수 있다.

다음으로, 도 9를 참조하면, 도 8과 유사하게 조명부(135)가 촬영부(131)의 반대쪽에서 빛을 조사하는 상태로 촬영부(131)가 촬영한 물방울(WD)의 영상 신호에 대해서 흰색 픽셀과 검은색 픽셀을 인식한다. 영상 신호에서 한 행이 모두 흰색 픽셀이 아닌 경우에는 물방울(WD)이 맺혀있다고 판단하고 흑백 데이터로 처리한다. 만약, 인식된 어느 한 픽셀이 검은색일 때, 상하좌우의 픽셀 값을 검토하고, 검은색 픽셀이 있다면 그 픽셀들은 서로 같은 물방울군(群)에 속해있다고 판단한다. 이와 같이 진행하면 하나의 물방울(WD)에서 가장자리 영역이 하나의 물방울(WD)에 속한 픽셀들로 잡을 수 있게 된다. 그리고 상기와 같이 검출된 물방울(WD)의 가장자리 영역 안쪽에서 검출되는 흰색 픽셀들의 경우, 자기들끼리는 같은 집합에 속한 것으로 처리되기 때문에, 흰색 픽셀군(群)의 각각의 가장자리 픽셀들에 대해서, 이웃한 픽셀 중 하나라도 검은색 픽셀이 있다면 이는 어느 하나의 물방울(WD) 내에 포함된 것으로 볼 수 있기 때문에 흰색 픽셀도 모두 검은색 픽셀로 대치하게 된다. 이와 같이 대치된 모든 검은색 픽셀들이 하나의 물방울(WD)을 나타내게 되고, 가장 긴 가로 길이 W와 가장 긴 세로 길이 H를 각각 물방울(WD)의 가로 길이와 세로 길이로 판단한다. 그리고 이와 같이 검출된 가로 길이와 세로 길이의 비를 산출하고, 이 가로 길이/세로 길이의 비가 일정 값 이하이면 물방울(WD)의 동그란 정도를 추정하여 코팅막(104)의 마모 여부를 판단할 수 있다.

본 실시예들에 따르면, 멤브레인(103)을 촬영하여 코팅막(104)의 마모 여부 및 마모 정도를 판단함으로써, 실질적으로 멤브레인(103)의 코팅막(104)에 마모가 발생하였을 때 멤브레인(103)을 교체할 수 있어서, 멤브레인(103) 교체 시기에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 일정 시간마다 멤브레인(103)을 교체하는 경우에 비해서 비용을 절약할 수 있다. 또한, 비교적 단순한 장치들로 멤브레인(103)의 마모 여부 및 교체 시기를 측정할 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

1: 기판 연마장치
10: 로딩 유닛
20: 언로딩 유닛
30: 예비 세정부
100: 기판 캐리어
101: 캐리어 링
103: 멤브레인
104: 코팅막
110: 웨팅 배스(wetting bath)
111: 처리조
112: 바닥면
113: 경계턱
114: 유입노즐
115: 수용조
116: 배출구
120: 멤브레인 세정 유닛(membrane cleaning unit)
130: 진단부
131: 촬영부
132: 영상처리부
133: 판단부
134: 알림부
135: 조명부
136: 제거부
CR: 연결 레일
C1, C2, C1', C2': 세정부
D: 도킹 유닛
G: 가이드 레일
H: 캐리어 홀더
P: 연마정반
PP: 연마패드
R: 캐리어 링
X1: 연마 모듈
X2: 세정 모듈
W: 기판

Claims

화학 기계적 기판 연마장치에 있어서,
기판을 파지하는 기판 캐리어가 이동하는 경로 상에 구비되고, 상기 기판 캐리어에 구비되는 멤브레인의 코팅막에 맺힌 물방울을 촬영하여 상기 코팅막의 마모 여부를 측정 및 판단하는 진단부를 구비하는 화학 기계적 기판 연마장치.
제1항에 있어서,
상기 진단부는,
상기 멤브레인 표면을 촬영하는 촬영부;
상기 촬영부에서 촬영된 영상 신호를 수신하고, 상기 수신된 영상 신호를 처리하는 영상처리부; 및
상기 영상처리부에서 처리된 데이터를 비교하여 상기 멤브레인 코팅막의 마모 여부를 판단하는 판단부;
를 포함하는 화학 기계적 기판 연마장치.
제2항에 있어서,
상기 진단부는 상기 멤브레인의 일정 위치에 직선 형태로 물을 제공하고, 직선 형태로 맺힌 물방울을 촬영하는 화학 기계적 기판 연마장치.
제2항에 있어서,
상기 촬영부는 CCD 카메라나 CMOS 소자가 사용되는 화학 기계적 기판 연마장치.
제2항에 있어서,
상기 진단부는 상기 멤브레인에 조명을 조사하는 조명부를 더 포함하고,
상기 조명부는 상기 촬영부와 마주보는 위치에서 상기 멤브레인 표면에 맺힌 물방울에 빛을 조사하도록 구비되는 화학 기계적 기판 연마장치.
제2항에 있어서,
상기 멤브레인 표면을 촬영하기 전에 상기 멤브레인 표면에서 물기를 제거하는 제거부를 더 구비하는 화학 기계적 기판 연마장치.
제2항에 있어서,
상기 코팅막의 마모 판단 시 경고를 발생시키는 알림부를 더 구비하는 화학 기계적 기판 연마장치.
기판의 화학 기계적 연마공정이 수행되는 연마정반;
상기 연마정반 상면에 구비되는 연마패드;
상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 파지하는 멤브레인을 포함하고, 상기 기판의 연마공정이 수행되는 동안 상기 연마패드에 대해 상기 기판을 가압하는 기판 캐리어;
상기 멤브레인의 세정을 위한 세정부; 및
상기 세정부의 일측에 구비되고, 상기 멤브레인의 코팅막에 맺힌 물방울을 촬영하여 상기 코팅막의 마모 여부를 판단하는 진단부;
를 포함하는 화학 기계적 기판 연마장치.
제8항에 있어서,
상기 세정부는,
상기 연마정반 사이에 구비되어서 연마공정 사이에서 상기 멤브레인이 젖음 상태를 유지하도록 하는 웨팅 배스; 및
상기 멤브레인을 세정하는 멤브레인 세정 유닛;
을 포함하고,
상기 진단부는 상기 멤브레인 세정 유닛과 상기 웨팅 배스 중 어느 일측 또는 양측 모두에 구비되는 화학 기계적 기판 연마장치.
제9항에 있어서,
상기 웨팅 배스에서 상기 멤브레인에 직선 형태로 물을 제공하여 상기 멤브레인에 물방울이 직선 형태로 맺히도록 하는 화학 기계적 기판 연마장치.
제9항에 있어서,
상기 웨팅 배스에서 상기 멤브레인에 정해진 위치에 물을 제공하여 물방울이 맺히도록 하는 화학 기계적 기판 연마장치.
기판 캐리어의 멤브레인을 세정하는 단계;
상기 멤브레인 표면에 물을 제공하여 물방울이 맺히도록 하는 단계;
상기 멤브레인의 표면을 촬영하는 단계;
상기 촬영된 멤브레인 표면의 영상 신호를 처리하여 상기 물방울의 모양에 대한 데이터를 추출하는 단계; 및
상기 추출된 데이터를 이용하여 상기 멤브레인의 코팅막의 마모 여부를 판단하는 단계;
를 포함하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.
제12항에 있어서,
상기 세정 단계에서는, 상기 멤브레인을 세정하고, 상기 세정된 멤브레인 표면에 묻은 물기를 제거하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.
제12항에 있어서,
상기 촬영 단계에서는, 상기 멤브레인 표면에 맺힌 물방울에 빛을 조사하고,
상기 빛을 조사하는 방향과 반대쪽에서 상기 물방울을 촬영하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.
제14항에 있어서,
상기 데이터를 추출하는 단계에서는,
상기 촬영된 영상 신호를 흑백으로 변환하는 단계;
상기 변환된 데이터에서 상하 방향으로 순차적으로 흰색 픽셀과 검은색 픽셀을 인식하는 단계;
인식된 픽셀 중에서 흰색 픽셀과 검은색 픽셀이 혼합된 영역을 검출하는 단계;
상기 혼합 영역이 시작되기 직전 영역으로 모두 검은색 픽셀로 인식되는 영역을 상단부로 판단하는 단계;
상기 혼합 영역을 지나서 모두 검은색 픽셀로 인식되는 영역을 하단부로 판단하는 단계; 및
상기 상단부와 상기 하단부 사이의 거리를 상기 물방울의 세로 길이로 검출하는 단계;
를 포함하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 마모 여부를 판단하는 단계에서는,
상기 세로 길이가 기준 길이 이하일 경우 상기 코팅막이 마모된 것으로 판단하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.
제14항에 있어서,
상기 데이터를 추출하는 단계에서는,
상기 촬영된 영상 신호에서 상하 방향으로 순차적으로 흰색 픽셀과 검은색 픽셀을 인식하는 단계;
한 행의 픽셀이 모두 흰색 픽셀이 아닐 경우 물방울 영역으로 판단하고 흑백 데이터로 처리하는 단계; 및
상기 처리된 흑백 물방울 영역에서 가로 길이와 세로 길이를 검출하는 단계;
를 포함하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.
제17항에 있어서,
상기 흑백 데이터로 처리하는 단계는,
한 픽셀을 인식하는 단계;
상기 인식된 픽셀에 대해서 상하좌우의 픽셀 값을 검출하는 단계;
상기 검출된 픽셀 값 중에서 상기 인식된 픽셀과 동일한 값을 가지면 같은 물방울군으로 판단하는 단계;
상기 판단 단계를 반복 수행하여 상기 물방울 영역의 가장자리 영역으로 판단하는 단계; 및
상기 가장자리 영역 안쪽에서 인식되는 픽셀에 대해서는 상기 물방울군에 속한다고 판단하는 단계;
를 포함하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.
제17항에 있어서,
상기 마모 여부를 판단하는 단계에서는,
상기 추출된 물방울의 세로 길이와 가로 길이의 비를 산출하고, 상기 비가 기준 값 이하일 경우 상기 코팅막이 마모된 것으로 판단하는 화학 기계적 기판 연마장치의 멤브레인 코팅막의 마모 진단 방법.