KR20190140202A - 카메라 자세 추정 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치 내에 설치되어 사선으로 대상물을 촬영하는 카메라의 자세를 추정하는 방법이 개시된다. 상기 카메라의 자세를 추정하는 방법은, 기판을 제외한 나머지 배경을 제거하고 타원 피팅(fitting)을 진행하는 단계; 카메라 영상의 중심과 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 중심의 차이를 통해 상기 카메라의 요(Yaw) 방향을 조정하는 단계; 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지에서 타원의 기울기 각도를 통해 상기 카메라의 롤(Roll) 방향을 조정하는 단계; 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지에서 타원의 장축과 단축의 각도 비를 통해 상기 카메라의 피치(pitch) 방향을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

카메라 자세 추정 방법 및 기판 처리 장치{CAMERA POSTURE ESTIMATION METHOD AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 카메라 자세 추정 방법 및 기판 처리 장치에 관한 발명이다.
반도체 설비에 장착되는 검사 목적의 카메라는 정밀한 검사를 위하여 카메라가 지정된 위치에 정확히 설치되어야 하며, 이를 만족하지 못할 경우 검사 실패 혹은 오동작 등의 문제를 야기하게 되며 양산되는 설비의 특성상 부품 공차 및 조립 공차 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 균일하게 맞추기 위해서는 각각의 카메라가 설치되는 위치를 정밀하게 조정하여야 한다. 정밀한 조정을 위해서는 도 1과 같이 특수한 패턴을 가지는 기판과 같은 특별한 지그가 필요하거나, 3차원 측정 카메라를 이용하여 카메라 위치를 추정하거나, 기 학습된 영상 내 특징점을 이용하여 카메라 위치를 추정하거나, 기울기나 중력 센서 등을 이용한 외부 센서를 이용하는 방법을 이용하였다.
하지만 도 1과 같이 특수한 패턴을 가지는 기판과 같은 특별한 지그를 이용하는 경우, 카메라 조정을 위해 해당 지그를 소지하고 있어야 하는 번거로움이 있다. 3차원 측정 카메라를 이용할 경우 비용 부담의 문제가 있으며, 원래 목적인 검사에 3차원 측정 카메라가 필요 없을 경우에는 자체를 추정하기 위해 장착하는 것은 낭비일 수 있다. 또한 기 학습된 영상 내 특징점을 이용한 카메라 위치 추정의 경우에는 기 학습된 정보를 바탕으로 추정을 진행하기 때문에 정밀 조정에는 적합하지 않은 면이 존재한다. 또한 기울기, 중력 센서 등을 이용한 외부 센서를 이용하는 방법들 역시 추가적인 가격 문제와 별도의 설치 공간이 필요하다는 문제점이 있었다.
공개특허 10-2009-011456
본 발명은 특별한 지그나 외부 센서, 학습 데이터 등에 의존하지 않고 단독으로 위치를 추정할 수 있는 카메라를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하고자 함이다.
또한, 본 발명은 현재 기판을 촬영하는 카메라를 이용하여 실시간으로 자세를 추정할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하고자 함이다.
또한, 본 발명은 쉽고 정밀하게 카메라 자세를 추정하는 방법을 제공하고자 함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 기판 처리 장치 내에 설치되어 사선으로 대상물을 촬영하는 카메라의 자세를 추정하는 방법이 제시된다.
상기 카메라의 자세를 추정하는 방법은, 기판을 제외한 나머지 배경을 제거하고 타원 피팅(fitting)을 진행하는 단계;를 포함한다.
또한 카메라 영상의 중심과 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 중심의 차이를 통해 상기 카메라의 요(Yaw) 방향을 조정하는 단계; 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지에서 타원의 기울기 각도를 통해 상기 카메라의 롤(Roll) 방향을 조정하는 단계; 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지에서 타원의 장축과 단축의 각도 비를 통해 상기 카메라의 피치(pitch) 방향을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 카메라의 요(Yaw) 방향을 조정하는 단계는, 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 중심점을 파악하는 단계; 상기 중심점과 상기 카메라 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하는 단계; 상기 거리 차이 만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 카메라의 요(Yaw) 방향을 조정하는 단계를, 상기 타원 피팅을 진행하기 이전에 기판을 지지하는 지지 유닛의 중앙에 설치된 백 노즐(Back nozzle)을 검출하는 단계; 검출된 상기 백 노즐(Back nozzle)의 영상의 중심 픽셀 위치와 상기 카메라 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하는 단계; 상기 거리 차이 만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 카메라의 롤(Roll) 방향을 조정하는 단계는, 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 기울어진 각도를 추정하는 단계; 상기 기울어진 각도 만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 카메라의 피치(pitch) 방향을 조정하는 단계는, 상기 피팅된 타원 형상의 기판 이미지의 장축과 단축의 길이를 측정하는 단계; 측정된 장축과 측정된 단축의 길이로 피치(pitch)의 각도를 계산하는 단계; 기준이 되는 설계 각도비와 상기 계산된 피치 각도의 차이만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 카메라 자세 추정 방법에 있어서, 상기 카메라의 롤 방향, 피치 방향, 요 방향을 조정하는 단계는, 각각 독립적으로 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스;를 포함하는 기판 처리 장치가 개시될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 상기 기판 처리 장치 내에 설치되어 사선으로 상기 기판을 촬영하는 카메라;를 포함하고, 상기 지지 유닛 상에 지지된 상기 기판을 이용하여 요(Yaw), 롤(Roll), 피치(Pitch) 방향으로 상기 카메라의 자세를 조정하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 촬영한 상기 기판을 제외한 나머지 배경을 제외하고 타원 피팅을 진행하는 피팅부;를 포함할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 카메라의 요(yaw)방향을 조정하는 제1제어부;를 포함하고, 상기 제1제어부는, 상기 피팅부에서 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 중심점을 파악하고, 상기 중심점과 상기 카메라로 촬영한 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하여 상기 거리 차이 만큼 방향을 조정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 카메라의 요(yaw)방향을 조정하는 제1제어부;를 포함하고, 상기 제1제어부는, 기판을 지지하는 상기 지지 유닛의 중앙에 설치된 백 노즐(Back nozzle)을 검출하여, 검출된 상기 백 노즐(Back nozzle)의 영상의 중심 픽셀 위치와 상기 카메라로 촬영한 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하여 상기 거리 차이 만큼 방향을 조정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 카메라의 롤(Roll) 방향을 조정하는 제2제어부;를 포함하고, 상기 제2제어부는, 상기 피팅부에서 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 기울어진 각도를 추정하고, 상기 기울어진 각도 만큼 방향을 조정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 카메라의 피치(Pitch) 방향을 조정하는 제3제어부;를 포함하고, 상기 제3제어부는, 상기 피팅부에서 피팅된 타원 형상의 기판 이미지의 장축과 단축의 길이를 측정하고, 측정된 장축과 측정된 단축의 길이로 피치(pitch)의 각도를 계산하여 기준이 되는 설계 각도비와 상기 계산한 피치 각도의 차이만큼 방향을 조정할 수 있다.
상기 제어부에서 상기 카메라의 롤 방향, 피치 방향, 요 방향을 조정하는 것은, 각각 독립적으로 조정될 수 있다.
본 발명은 특별한 지그나 외부 센서, 학습 데이터 등에 의존하지 않고 단독으로 위치를 추정할 수 있는 카메라를 포함하는 기판 처리 장치가 제공된다.
또한, 본 발명은 현재 기판을 촬영하는 카메라를 이용하여 실시간으로 자세를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명은 쉽고 정밀하게 카메라 자세를 추정할 수 있다.
또한, 설계 공차, 부품 공차, 조립 공차 등을 반영하여 실제 설비에서 카메라 셋업 시 표시되는 카메라 자세 정보를 이용하여 셋업 시간 단축 및 난이도를 낮출 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에서 패턴이 있는 기판을 사용하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 도면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 요(Yaw), 롤(Roll), 피치(Pitch)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명에서 카메라의 요(Yaw) 방향을 조절하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에서 카메라의 롤(Roll) 방향을 조절하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에서 카메라의 피치(Pitch) 방향을 조절하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에서 실제 카메라에서의 롤(Roll) 방향 및 피치(Pitch) 방향을 조절하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에서의 카메라 자세 추정 방법을 나타내는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 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.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(1000)는 챔버(1100), 기판 지지 유닛(1200), 가스 공급 유닛(1300), 플라즈마 소스(1400), 배기 배플(1500), 카메라(1600) 및 제어부(1700)를 포함한다.
챔버(1100)은 기판(W)이 처리되는 처리 공간(1106)을 가진다. 챔버(1100)는 원형의 통 형상으로 제공된다. 챔버(1100)은 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 챔버(1100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 챔버(1100)의 일측벽에는 개구가 형성된다. 개구는 기판(W)이 반출입 되는 입구로써 기능할 수 있다. 개구는 도어(1120)에 의해 개폐된다. 챔버(1100)의 바닥면에는 하부홀(1150)이 형성된다. 하부홀(1150)에는 감압 부재(미도시)에 연결된다. 챔버(1100)의 처리 공간(1106)은 감압 부재에 의해 배기되며, 감압 분위기가 형성될 수 있다.
기판 지지 유닛(1200)은 처리 공간(1106)에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(1200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척(1200)으로 제공될 수 있다. 선택적으로 기판 지지 유닛(1200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
정전척(1200)은 유전판(1210), 베이스(1230), 그리고 에지 링(1250)을 포함한다. 유전판(1210)은 유전체 재질을 포함하는 유전판(1210)으로 제공된다. 유전판(1210)의 상면에는 기판(W)이 직접 놓인다. 유전판(1210)은 원판 형상으로 제공된다. 유전판(1210)은 기판(W)보다 작은 반경을 가질 수 있다. 유전판(1210)의 내부에는 내부 전극(1212)이 설치된다. 내부 전극(1212)에는 전원(미도시)이 연결되고, 전원(미도시)으로부터 전력을 인가 받는다. 내부 전극(1212)은 인가된 전력(미도시)으로부터 기판(W)이 유전판(1210)에 흡착되도록 정전기력을 제공한다. 유전판(1210)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 히터(1214)가 설치된다. 히터(1214)는 내부 전극(1212)의 아래에 위치될 수 있다. 히터(1214)는 나선 형상의 코일로 제공될 수 있다.
베이스(1230)는 유전판(1210)을 지지한다. 베이스(1230)는 유전판(1210)의 아래에 위치되며, 유전판(1210)과 고정결합 된다. 베이스(1230)의 상면은 그 중앙영역이 가장자리영역에 비해 높도록 단차진 형상을 가진다. 베이스(1230)는 그 상면의 중앙영역이 유전판(1210)의 저면에 대응하는 면적을 가진다. 베이스(1230)의 내부에는 냉각 유로(1232)가 형성된다. 냉각유로(232)는 냉각유체가 순환하는 통로로 제공된다. 냉각 유로(1232)는 베이스(1230)의 내부에서 나선 형상으로 제공될 수 있다. 베이스에는 외부에 위치된 고주파 전원(1234)과 연결된다. 고주파 전원(1234)은 베이스(1230)에 전력을 인가한다. 베이스(1230)에 인가된 전력은 챔버(1100) 내에 발생된 플라즈마가 베이스(1230)를 향해 이동되도록 안내한다. 베이스(1230)는 금속 재질로 제공될 수 있다.
에지 링(1250)은 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 에지 링(1250)은 내측 링(1252) 및 외측 링(1254)을 포함한다. 내측 링(1252)은 유전판(1210)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 내측 링(1252)은 베이스(1230)의 가장자리영역에 위치된다. 내측 링(1252)의 일부는 유전판(1210)의 상면과 동일한 높이를 가지도록 제공된다. 내측 링(1252)의 상면 내측부는 기판(W)의 저면 가장자리영역을 지지한다. 외측 링(1254)은 내측 링(1252)을 감싸는 환형의 링 형상으로 제공된다. 외측 링(1254)은 베이스(1230)의 가장자리영역에서 내측 링(1252)과 인접하게 위치된다. 외측 링(1254)은 내측 링(1252)의 내측부에 비해 높은 상단을 가질 수 있다.
가스 공급 유닛(1300)은 기판 지지 유닛(1200)에 지지된 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(1300)은 가스 저장부(1350), 가스 공급 라인(1330), 그리고 가스 유입 포트(1310)를 포함한다. 가스 공급 라인(1330)은 가스 저장부(1350) 및 가스 유입 포트(1310)를 연결한다. 가스 저장부(1350)에 저장된 공정 가스는 가스 공급 라인(1330)을 통해 가스 유입 포트(1310)으로 공급한다. 가스 유입 포트(1310)는 챔버(1100)의 상부벽에 설치된다. 가스 유입 포트(1310)는 기판 지지 유닛(1200)과 대향되게 위치된다. 일 예에 의하면, 가스 유입 포트(1310)는 챔버(1100) 상부벽의 중심에 설치될 수 있다. 가스 공급 라인(1330)에는 밸브가 설치되어 그 내부 통로를 개폐하거나, 그 내부 통로에 흐르는 가스의 유량을 조절할 수 있다. 예컨대, 공정 가스는 식각 가스일 수 있다.
플라즈마 소스(1400)는 챔버(1100) 내에 공정가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 소스(1400)로는 유도 결합형 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스가 사용될 수 있다. 플라즈마 소스(1400)는 안테나(1410) 및 외부 전원(1430)을 포함한다. 안테나(1410)는 챔버(1100)의 외측 상부에 배치된다. 안테나(1410)는 복수 회 감기는 나선 형상으로 제공되고, 외부 전원(1430)과 연결된다. 안테나(1410)는 외부 전원(1430)으로부터 전력을 인가받는다. 전력이 인가된 안테나(1410)는 챔버(1100)의 내부 공간에 방전 공간을 형성한다. 방전 공간 내에 머무르는 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기될 수 있다.
배기 배플(1500)은 처리 공간(1106)에서 플라즈마를 영역 별로 균일하게 배기시킨다. 배기 배플(1500)은 환형의 링 형상을 가진다. 배기 배플(1500)은 처리 공간(1106)에서 챔버(1100)의 내측벽과 기판 지지 유닛(1200)의 사이에 위치된다. 배기 배플(1500)에는 복수의 배기홀들(1502)이 형성된다. 배기홀들(1502)은 상하 방향을 향하도록 제공된다. 배기홀들(1502)은 배기 배플(1500)의 상단에서 하단까지 연장되는 홀들로 제공된다. 배기홀들(1502)은 배기 배플(1500)의 원주방향을 따라 서로 이격되게 배열된다. 각각의 배기홀(1502)은 슬릿 형상을 가지며, 반경 방향을 향하는 길이 방향을 가진다.
이하에서는, 상기 기판 처리 장치(1000)가 포함하는 카메라(1600) 및 제어부(1700)에 대해 상세히 설명한다.
상기 기판 처리 장치(1000)는 기판(W)을 촬영하는 카메라(1600)를 포함할 수 있다. 상기 카메라(1600)는 기판(W)을 전체적으로 조망할 수 있는 위치에서 촬영을 진행한다. 카메라(1600)는 기판(W)을 전체적으로 조망할 수 있는 챔버(1100)의 모서리 부분에 위치할 수 있다. 카메라(1600)는 렌즈 및 카메라(1600)를 고정하는 지지대가 포함될 수 있다. 카메라(1600)는 실시간으로 기판(W)을 촬영할 수 있다. 카메라는 기판 처리 설비마다 고정되어 제작될 수 있으며, 설치되는 위치가 고정될 수 있다.
기판 처리 장치(1000)는 제어부(1700)를 포함할 수 있다. 제어부(1700)는 상기 카메라(1600)에 연결되어, 카메라(1600)의 자세를 추정 및 제어할 수 있다. 제어부(1700)는 피팅부, 제1제어부, 제2제어부, 제3제어부를 포함할 수 있다. 제어부(1700)는 카메라(1600)의 요(Yaw) 방향, 롤(Roll) 방향, 피치(Pitch) 방향을 각각 조정할 수 있다. 상기 요(Yaw) 방향, 롤(Roll) 방향, 피치(Pitch) 방향은 독립적으로 조정될 수 있다. 상기 각 제어부(1700)가 포함하는 피팅부, 제1제어부, 제2제어부, 제3제어부는 이하에서 자세히 설명한다.
본 발명은 설비에서 사용하는 기판을 이용한 카메라 자세 추정 방법에 관한 것으로 원형의 기판의 규격화된 크기 특성을 이용한 카메라 자세 추정 방법과 설비 설계에 반영된 카메라 각도 정보를 이용해 카메라 조정이 얼마나 필요한지 수치적으로 표시될 수 있는 것을 특징으로 한다. 챔버 검사를 위해 비전 시스템을 사용할 경우 카메라 센서의 자세에 따라 검사 결과가 달라지며, 각도 차이에 강인한 시스템을 만들기 위해서는 복잡한 알고리즘이 필요하거나, 정밀한 조명 시스템 또는 검사 정밀도를 낮추는 방법이 필요하다. 하지만 고속 검사를 위해서는 단순한 검사 알고리즘이 필요하기 때문에 복잡한 알고리즘을 사용하는 것은 자칫 생산량을 줄이는 결과를 초래할 수 있고, 정밀한 조명 시스템을 위해서는 단가 상승이 될 수 밖에 없으며, 검사 정밀도는 검사 마진 이하로 낮출 수 없으므로 선택할 수 있는 방법이 아니다. 따라서 카메라 자세를 정밀하게 조정하는 방법이 가장 좋은 방법이지만 양산 설비에서 설계 공차, 부품 공차, 제조 공차에 의해 정밀하게 맞추는 작업은 쉬운 작업이 아니다.
본 발명에서는 현재 카메라의 자세를 추정하여 화면에 표시해줌으로써 사용자에게 얼마만큼 조정해야 하는지 알려줄 수 있으므로 쉽고 정밀하게 조정할 수 있는 방법을 제공하게 된다.
도 3은 도 2의 기판 처리 장치(1000)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 기판 처리 장치(1000) 중에 촬영 대상이 되는 기판(W) 및 카메라(1600), 제어부(1700)만 나타낸 도면이다. 도 3을 참고하면, 카메라(1600)의 촬영 영역의 범위를 확인할 수 있다. 즉 카메라(1600)는 기판(W)만을 촬영하는 것이 아닌 기판(W) 주위의 배경 부분도 함께 촬영하는 것임을 확인할 수 있다.
도 4는 카메라(1600)의 요(Yaw), 롤(Roll), 피치(Pitch)의 방향을 설명하기 위한 도면이다.
이해가 쉽도록 비행기 형상의 물체를 가정하여 설명한다.
요(Yaw) 방향은 해당 물체가 움직이는 방향의 수직축 방향으로 회전하는 것을 의미한다. 즉 도 3의 카메라를 이용해 설명하면, 카메라(1600)가 기판(W)을 바라보는 위치에서 좌우로 움직이는 것을 요 방향으로 움직이는 것이라고 설명할 수 있다.
롤(Roll) 방향은 해당 물체의 몸체 자체가 회전하는 것을 의미한다. 즉 도 3의 카메라를 이용해 설명하면, 카메라가 기판(W)을 바라보는 상황에서 몸체 자체가 뒤틀리는 것이 롤 방향으로 움직이는 것이라고 설명할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 카메라가 기판을 바라보는 상황에서 몸체의 Roll 축을 기준으로 시계방향 혹은 반시계 방향으로 돌아가는 것으로 생각하면 된다.
피치(Pitch) 방향은 비행기 형상의 물체의 경우 날개 방향으로 회전하는 것을 의미한다. 도 4를 참조하면 몸체의 Pitch 방향의 축을 기준으로 시계방향 혹은 반시계 방향으로 돌아가는 것으로 생각하면 된다. 도 3의 카메라를 이용하여 설명하면, 카메라가 기판(W)을 바라보는 상황에서 위아래 방향으로 움직이는 것으로 대응하여 생각할 수 있다.
상기 설명한 요(Yaw), 롤(Roll), 피치(Pitch) 방향의 설명을 바탕으로, 이하에서는 본 발명에서 카메라(1600)의 자세를 추정하는 방법에 대해서 설명한다.
전술한 바와 같이, 기판 처리 장치(1000)의 제어부(1700)는 제1제어부, 제2제어부, 제3제어부 및 피팅부를 포함할 수 있다.
피팅부는 카메라로 기판(W)을 촬영한 영상에서, 다른 배경은 제거하고, 타원 형상의 기판을 피팅 한다. 배경 제거를 위하여 GMM(Gaussian Mixture Models) 기법을 사용하여 배경을 제거할 수 있다. 상기 배경을 제거한 이후 검출된 기판은 RANSAC(RANdom Sample Consensus) 기법 등을 이용하여 타원 피팅(fitting)을 진행할 수 있다. 피팅부에서 기판(W)을 타원형으로 피팅함으로써, 카메라(1600)의 자세 추정의 기준이 되는 대상으로 삼을 수 있다. 상기 배경 제거 방법 및 타원 피팅 방법은, 기재한 기법 이외에도 통상의 기술자의 영역에서 용이하게 적용 가능한 기법일 경우 적용할 수 있다.
기판 처리 장치(1000)의 제1제어부는, 카메라의 요(Yaw) 방향을 제어할 수 있다. 요(Yaw) 방향을 조절하는 방법의 개념적인 원리는, 촬영하고 있는 카메라(1600)가 촬영하고 있는 영상의 중심점과, 피팅부에서 피팅된 타원형 기판의 중심점을 비교하여 중심점이 차이가 있는 만큼을 조절하는 것이다.
제1제어부에서는, 피팅부에서 피팅한 타원의 x축 중심과 카메라 x축 중심과의 픽셀 거리 차이를 사용하여 요(Yaw) 방향을 제어한다. 도 5(a)를 참고하면, 도 5(a)의 B 지점은 피팅한 타원 형상의 중심점을 의미한다. 도 5(b)를 참고하면, A 지점은 카메라가 촬영하는 영상의 중심점을 의미한다. 즉, A 지점은 카메라가 촬영하는 영상의 중심, B 지점은 피팅한 타원 형상의 중심이므로, A지점과 B 지점의 x축 중심의 차이만큼 Yaw 방향을 조정한다. 이 때 차이 값은 픽셀 간의 거리 값이므로 Yaw 값을 직접적으로 산출할 수는 없으나 간접적으로 카메라의 Yaw 각도가 얼만큼 이동했는지 추정할 수 있다.
제1제어부에서는, 피팅한 타원의 중심점을 이용하여 요 방향을 제어하는 방법 외에도, 백 노즐(Back Nozzle)을 이용하여 요 방향을 제어할 수도 있다. 일반적으로 기판 처리 장치는 기판이 안착되는 스핀 헤드를 구비할 수 있다. 상기 스핀 헤드는 구동모터에서 발생된 회전력에 의해 스핀 헤드가 회전한다. 이에 따라 스핀 헤드 상에 장착된 기판이 회전한다. 상기 스핀 헤드 상에는 백 노즐이 구비되어 있어 기판의 배면에 약액을 분사함으로써 기판 배면의 에칭 처리를 진행할 수 있다. 본 발명에서는, 기판이 없는 챔버의 영상에서 백 노즐의 형상을 찾고, 찾은 형상의 중심과 카메라 중심과의 픽셀 거리 차이를 계산함으로써 Yaw 방향을 조정할 수 있다. 이 때 영상 내의 백 노즐을 검출하기 위해서는 템플릿 매칭 기법을 사용할 수 있다.
이하에서는 도 6을 참고하여 카메라의 롤(Roll) 방향을 제어하는 것을 설명한다. 기판 처리 장치(1000)의 제2제어부는, 카메라의 롤(Roll) 방향을 제어할 수 있다. 도 6의 (a), (b), (c)는 롤 방향으로 카메라가 회전함에 따라 카메라가 촬영하는 기판의 영상이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (a)를 참고하면, 도 6(a)는 롤 방향으로 회전하지 않은 상태를 의미한다. 즉 도 6(a)에서는 카메라 자세를 롤 방향으로 조정할 필요가 없다. 가로 및 세로 축의 경계선 기준으로 판단했을 때 기울어짐이 없음을 확인할 수 있다. 그러나 도 6(b) 및 도 6(c)를 참고하면, 타원의 형태가 가로 및 세로 축의 경계선을 기준으로 판단했을 때 기울어져 있는 것을 확인할 수 있다.
즉, 제2제어부는, 카메라로 촬영하는 영상에서 피팅한 타원 형상의 기판 이미지가 가로 세로 기준 축을 기준으로 왼쪽 혹은 오른쪽으로 기울어져 있을 경우에는, 기울어진 방향의 반대 방향으로 롤 방향을 조정함으로써, 카메라의 롤 방향의 자세를 추정 및 조정할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 기판 지지 유닛 위에 기판을 정상적으로 안착시킨 후 카메라 영상에서 배경 제거 기법을 이용하여 기판을 검출한다. 이를 통해 타원형 기판의 장축, 단축, 기울어진 각도를 추정할 수 있다. 여기서 정상적으로 안착된 실제 기판은 원형이므로 기울어질 수가 없다. 따라서 타원의 기울어진 각도는 카메라가 Roll 방향으로 회전한 것을 의미하므로, 타원의 기울어진 각도를 카메라의 Roll 각도로 대체할 수 있다. 따라서 해당 Roll 각도를 계산함으로써 롤 방향을 보정할 수 있다.
이하에서는 도 7을 참고하여 카메라의 피치(Pitch) 방향을 제어하는 것을 설명한다. 기판 처리 장치(1000)의 제3제어부는, 카메라의 피치(Pitch) 방향을 제어할 수 있다. 도 7의 (a), (b), (c), (d)는 피치 방향으로 카메라가 움직임에 따라 카메라가 촬영하는 기판의 영상이 달라지는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참고하면, 타원의 이심율, 즉 찌그러진 정도가 점점 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이, 카메라가 피치 방향으로 회전할 경우에는 기판을 바라보는 방향을 기준으로 위아래로 움직이게 되는 것이므로, 피치의 각도가 어느 정도로 되는지에 따라서 타원의 형태가 원의 형태로 되거나, 선의 형태로까지 표현될 수 있는 것이다. 즉 도 7을 통해 피치 방향으로 움직이게 될 때는, 타원의 형태가 점점 원의 형태에서 이심률이 변화하는 방향으로 변화가 발생하게 된다는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 정상적으로 안착된 실제 기판은 원형이므로 기판이 타원으로 피팅이 되었다는 것은 카메라가 pitch 방향으로 회전하여 원의 한쪽 축이 줄어들었음을 의미한다. 가령 카메라를 기판의 수직인 방향에서 촬영을 하게 되면 원형의 기판이 촬영되지만, 기판과 카메라의 촬영각도가 커질수록 원에서 타원, 타원에서 선으로 나타나게 된다. 이는 원근 왜곡에 의한 물리적 현상이며, 기판의 형상이 원형인 것을 통상의 기술자는 이미 알고 있기 때문에 카메라에서 촬영된 기판의 영상이 타원이 되더라도 타원의 장축과 단축의 조합으로 기울어진 각도를 구할 수 있다. 가령 타원의 장축을 a, 단축을 b라고 한다면 카메라의 피치 각도는 다음과 같다.
Figure pat00001
상기 피치의 각도를 구함으로써, 기준이 되는 설계값과 비교하여 차이가 나는 각도만큼 보정을 진행함으로써, 카메라의 피치 자세를 추정할 수 있다.
상기 기준이 되는 설계값은, 챔버 타입마다 설정된 값이 다르다. 그 이유는 챔버 타입마다 챔버의 크기가 다르며, 설비 등이 다르기 때문에 기준으로 설정되는 설정값에 차이가 있다.
상기 설명한 바와 같이, 요, 피치, 롤의 세 가지 각도를 바탕으로 현재 카메라의 자세를 추정할 수 있으며, 이를 디스플레이 장치에 표시함으로써 카메라 위치를 정밀하고 쉽게 조정할 수 있다.
이하에서는, 도 8 내지 도 9을 참조하여 실제 카메라 자세를 추정하는 방법에 대해 설명한다. 도 8 및 도 9은 실제 카메라를 이용하여 기판의 자세를 추정하는 방법을 실시하는 것을 보여주는 도면이다.
도 8의 경우, 왼쪽 상단부에 "Camera Pitch : 31.78 / 33 degrees, Camera Roll : 0.01"로 표시된 것을 확인할 수 있다. 도 9의 경우, 왼쪽 상단부에 "Camera Pitch : 39.55 / 33d egrees, Camera Roll : -0.42"로 표시된 것을 확인할 수 있다. 상기 표시된 값이 의미하는 바는 다음과 같다.
Camera Pitch 값에서 전단에 표시된 숫자는 피팅된 타원을 이용해 계산한 피치 각도를 의미하며, 후단에 표시된 숫자는 피치 각도의 기준점이 되는 각도를 의미한다. 즉 도 8에서는 피치 각도가 차이 나는 만큼인 1.22degree 만큼 피치 각도를 보정해 주면 되고, 도 9에서는 피치 각도가 차이 나는 만큼인 6.55degree 만큼 피치 각도를 보정하여 주면 된다. 도 8과 도 9를 살펴보면 피팅된 타원 이미지의 이심률 차이가 확연히 드러나는 것을 확인할 수 있다.
또한 Camera Roll 값의 경우 카메라가 Roll 방향으로 회전한 정도를 의미한다. 도 8의 경우 Roll 값이 0.01로 나타났으므로 아주 미세하게 회전한 것임을 알 수 있다. 그러나 도 9의 경우 Roll 값이 -0.42로 나타났으며, x축과 y축의 기준선보다 살짝 왼쪽으로 회전되어 있음을 확인할 수 있다. 해당 Roll 값 만큼 Roll 방향을 보정하는 것이 가능하다.
결론적으로 Roll 값은 기판을 설치했을 때 기판의 타원 기울기를 표시, Pitch 값은 설계상의 값과 현재 기판의 각도의 차이를 표시, Yaw 값은 카메라 영상의 중심과 기판의 x축 중심 좌표의 차이를 표시 해줌으로써 카메라 자세를 조정할 수 있다.
상기 설명한 제1제어부, 제2제어부, 제3제어부에서 각각 조절하는 요(Yaw), 롤(Roll), 피치(Pitch)의 방향은 서로 영향을 미치지 아니하며, 독립적으로 제어될 수 있다.
이하에서는, 도 10을 참고하여 본 발명에서의 카메라 자세 추정 방법을 설명한다.
기판 처리 장치 내에 설치된 카메라는 조정을 시작한다. (S100) 카메라가 촬영하는 영상 중 기판을 제외한 배경을 제거하고, 타원 피팅을 진행한다.(S110) 상기 피팅한 타원을 기준으로, 타원의 X축 중심과, 카메라 영상의 X축 중심을 추출하여, 중심의 일치 여부를 비교한다.(S120) 중심이 일치하는 경우 Yaw 방향은 조절하지 않아도 된다. 중심이 일치하지 않을 경우, 중심이 차이 나는 만큼 Yaw 방향을 조절한다.(S125) 다음 단계는, 상기 피팅한 타원의 기울기 각도가 수평인지 여부를 판단한다.(S130) 수평일 경우 Roll 방향은 조절하지 않아도 되며, 수평이 아닐 경우에는 기울기 각도만큼 Roll 방향을 조절한다.(S135) 다음 단계는, 피팅된 타원의 장, 단축의 각도 비를 계산하고, 설계 기준 각도와 일치하는지 여부를 비교한다.(S140) 각도가 일치할 경우에는 Pitch 방향은 조절하지 않아도 되며, 각도에 차이가 있을 경우에는 차이가 있는 만큼 Pitch 방향을 조절한다.(S145) 상기 세 각도의 모든 과정이 끝나면 카메라 조정을 종료한다.(S150) 도 10에서는 순서도 상으로 요(Yaw) 방향, 롤(Roll) 방향, 피치(Pitch) 방향의 순서대로 카메라 자세를 추정하는 것으로 작성하였으나, 이는 단지 작업의 편의성을 위해 순서를 임의적으로 정한 것에 불과한 것이고, 실제로는 어느 방향을 먼저 자세를 추정하더라도 상관이 없으며, 서로의 자세 추정에 영향을 미치지 아니한다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명에서 제공되는 도면은 본 발명의 최적의 실시예를 도시한 것에 불과하다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
1000 : 기판 처리 장치 1100 : 챔버
1200 : 기판 지지 유닛 1300 : 가스 공급 유닛
1400 : 플라즈마 소스 1500 : 배기 배플
1600 : 카메라 1700 : 제어부

Claims (13)

  1. 기판 처리 장치 내에 설치되어 사선으로 대상물을 촬영하는 카메라의 자세를 추정하는 방법에 있어서,
    기판을 제외한 나머지 배경을 제거하고 타원 피팅(fitting)을 진행하는 단계;
    카메라 영상의 중심과 상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 중심의 차이를 통해 상기 카메라의 요(Yaw) 방향을 조정하는 단계;
    상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지에서 타원의 기울기 각도를 통해 상기 카메라의 롤(Roll) 방향을 조정하는 단계;
    상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지에서 타원의 장축과 단축의 각도 비를 통해 상기 카메라의 피치(pitch) 방향을 조정하는 단계;를 포함하는 카메라 자세 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카메라의 요(Yaw) 방향을 조정하는 단계는,
    상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 중심점을 파악하는 단계;
    상기 중심점과 상기 카메라 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하는 단계;
    상기 거리 차이 만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함하는 카메라 자세 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카메라의 요(Yaw) 방향을 조정하는 단계는,
    상기 타원 피팅을 진행하기 이전에 기판을 지지하는 지지 유닛의 중앙에 설치된 백 노즐(Back nozzle)을 검출하는 단계;
    검출된 상기 백 노즐(Back nozzle)의 영상의 중심 픽셀 위치와 상기 카메라 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하는 단계;
    상기 거리 차이 만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함하는 카메라 자세 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카메라의 롤(Roll) 방향을 조정하는 단계는,
    상기 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 기울어진 각도를 추정하는 단계;
    상기 기울어진 각도 만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함하는 카메라 자세 추정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카메라의 피치(pitch) 방향을 조정하는 단계는,
    상기 피팅된 타원 형상의 기판 이미지의 장축과 단축의 길이를 측정하는 단계;
    측정된 장축과 측정된 단축의 길이로 피치(pitch)의 각도를 계산하는 단계;
    기준이 되는 설계 각도비와 상기 계산된 피치 각도의 차이만큼 방향을 조정하는 단계;를 포함하는 카메라 자세 추정 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 카메라의 롤 방향, 피치 방향, 요 방향을 조정하는 단계는,
    각각 독립적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 카메라 자세 추정 방법.
  7. 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스;를 포함하는 기판 처리 장치에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는,
    상기 기판 처리 장치 내에 설치되어 사선으로 상기 기판을 촬영하는 카메라;를 포함하고,
    상기 지지 유닛 상에 지지된 상기 기판을 이용하여 요(Yaw), 롤(Roll), 피치(Pitch) 방향으로 상기 카메라의 자세를 조정하는 제어부;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    촬영한 상기 기판을 제외한 나머지 배경을 제외하고 타원 피팅을 진행하는 피팅부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라의 요(yaw)방향을 조정하는 제1제어부;를 포함하고,
    상기 제1제어부는,
    상기 피팅부에서 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 중심점을 파악하고,
    상기 중심점과 상기 카메라로 촬영한 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하여 상기 거리 차이 만큼 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 카메라의 요(yaw)방향을 조정하는 제1제어부;를 포함하고,
    상기 제1제어부는,
    기판을 지지하는 상기 지지 유닛의 중앙에 설치된 백 노즐(Back nozzle)을 검출하여, 검출된 상기 백 노즐(Back nozzle)의 영상의 중심 픽셀 위치와 상기 카메라로 촬영한 영상의 중심 픽셀 위치의 거리 차이를 계산하여 상기 거리 차이 만큼 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라의 롤(Roll) 방향을 조정하는 제2제어부;를 포함하고,
    상기 제2제어부는,
    상기 피팅부에서 피팅한 타원 형상의 기판 이미지의 기울어진 각도를 추정하고,
    상기 기울어진 각도 만큼 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라의 피치(Pitch) 방향을 조정하는 제3제어부;를 포함하고,
    상기 제3제어부는,
    상기 피팅부에서 피팅된 타원 형상의 기판 이미지의 장축과 단축의 길이를 측정하고, 측정된 장축과 측정된 단축의 길이로 피치(pitch)의 각도를 계산하여 기준이 되는 설계 각도비와 상기 계산한 피치 각도의 차이만큼 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 카메라의 롤 방향, 피치 방향, 요 방향을 조정하는 것은,
    각각 독립적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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