KR102721980B1

KR102721980B1 - 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법

Info

Publication number: KR102721980B1
Application number: KR1020220024592A
Authority: KR
Inventors: 김대중; 강민영; 김성수; 김소희; 유용수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2024-10-25
Anticipated expiration: 2042-02-24
Also published as: US20230264350A1; CN116646293A; KR20230127027A; US12172313B2; US20250091203A1; TW202335154A

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 기판을 챔버 내에 반입하여 로딩 영역에 배치하고 기판 처리 공정을 수행하는 단계; 상기 기판의 하면을 촬상하여 제1 이미지를 획득하고, 상기 제1 이미지로부터 상기 기판 처리 공정에서 상기 기판의 상기 하면에 부착되어 형성된 파티클 패턴들과 상기 기판의 에지(egde)를 식별하고, 상기 파티클 패턴들로부터 산출된 상기 로딩 영역의 중심의 개략 위치값과 상기 기판의 상기 에지로부터 산출된 상기 기판의 중심 간의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출하여, 상기 챔버 내에 상기 로딩 영역의 상기 중심의 정밀 위치값을 측정하기 위한 센서 모듈을 반입하는 시점을 결정하는 단계; 상기 센서 모듈을 상기 로딩 영역에 배치하고 상기 로딩 영역을 촬상하여 제2 이미지를 획득하고, 상기 제2 이미지로부터 상기 로딩 영역의 에지를 추출하고, 상기 로딩 영역의 상기 에지로부터 상기 로딩 영역의 상기 중심의 상기 정밀 위치값을 산출하고, 상기 정밀 위치값과 기 저장된 기준 위치값과의 편차인 제2 정렬 오차값을 산출하여, 상기 기판을 상기 챔버 내에 배치하는 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 단계를 포함하는 기판 정렬 방법을 제공한다.

Description

기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법{SUBSTRATE ALIGNMENT APPARATUS AND ALIGHTMENT METOHD USGING THE SAME}

본 발명은 기판 정렬 장치 및 이를 이용한 기판 정렬 방법에 관한 것이다.

반도체 소자들은 소형화, 다기능화, 및/또는 낮은 제조 비용 등의 특성들로 인하여 전자 산업에서 널리 사용되고 있다. 반도체 소자들은 포토리소그라피 공정, 식각 공정, 증착 공정, 이온 주입 공정, 및 세정 공정과 같은 다양한 제조 공정들에 의해 제조될 수 있다.

일반적으로, 이러한 각각의 제조 공정들은 서로 다른 처리 모듈들에서 순차적으로 수행된다. 서로 다른 처리 모듈들 사이의 기판의 이송은 이송 로봇과 같은 이송 유닛에 의해 이루어진다. 이송 유닛에 의해 기판이 챔버의 정위치에 배치되지 않는 경우, 이송 유닛의 기준 위치를 보정하는 과정이 필요하나, 이를 위해서는 설비를 중단시켜야 하는 문제가 있었다.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 설비의 중단 없이, 기판을 처리 모듈 내의 목표 위치에 안착시킬 수 있는 기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 실시예는, 기판을 챔버 내에 반입하여 로딩 영역에 배치하고 기판 처리 공정을 수행하는 단계; 상기 기판의 하면을 촬상하여 제1 이미지를 획득하고, 상기 제1 이미지로부터 상기 기판 처리 공정에서 상기 하면에 형성된 파티클 패턴들과 상기 기판의 에지(edge)를 식별하고, 상기 파티클 패턴들로부터 산출된 상기 로딩 영역의 중심의 개략 위치값과 상기 기판의 상기 에지로부터 산출된 상기 기판의 중심간의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출하는 단계; 및 상기 제1 정렬 오차값을 기초로, 상기 기판을 상기 챔버 내에 배치하는 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 단계를 포함하는 기판 정렬 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는, 기판을 챔버 내의 로딩 영역에 배치하고 기판 처리 공정을 수행하고, 상기 기판의 하면을 촬상하여 제1 이미지를 획득하고, 상기 제1 이미지로부터 상기 하면에 형성된 파티클 패턴들과 상기 기판의 에지(edge)를 식별하고, 상기 파티클 패턴들과 상기 기판의 상기 에지로부터 각각 상기 로딩 영역의 중심의 개략 위치값과 상기 기판의 중심을 산출하고, 상기 로딩 영역의 상기 중심의 개략 위치값과 상기 기판의 상기 중심 간의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제1 정렬 오차값을 기초로, 상기 챔버 내에 상기 로딩 영역의 상기 중심의 정밀 위치값을 측정하기 위한 센서 모듈을 반입하는 시점을 결정하고, 상기 센서 모듈을 상기 로딩 영역에 배치하고 상기 로딩 영역을 촬상하여 제2 이미지를 획득하고, 상기 제2 이미지로부터 상기 로딩 영역의 에지를 추출하고, 상기 로딩 영역의 상기 에지로부터 상기 로딩 영역의 상기 중심의 상기 정밀 위치값을 산출하고, 상기 정밀 위치값과 기 저장된 기준 위치값과의 편차인 제2 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제2 정렬 오차값을 기초로, 상기 기판을 상기 챔버 내에 배치하는 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 기판 정렬 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는, 기판을 처리하는 기판 처리 공정이 수행되는 내부 공간을 갖는 챔버; 상기 내부 공간 내에 배치되며, 상기 기판의 하면이 안착되고 기구물이 배치된 로딩 영역을 제공하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 처리 공정이 수행된 상기 기판의 상기 하면을 촬상하여 제1 이미지를 획득하는 촬상부; 상기 내부 공간에 반입되어 상기 로딩 영역에 안착되며 상기 로딩 영역을 촬상하여 제2 이미지를 획득하는 센서 모듈; 상기 내부 공간에 상기 센서 모듈 및 상기 기판을 반입 및 반출하는 이송 로봇; 및 상기 제1 이미지에서, 상기 기판 처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 기구물의 배치가 전사된 파티클 패턴들과 상기 기판의 에지를 식별하고 상기 파티클 패턴들과 상기 기판의 상기 에지(edge)로부터 각각 상기 로딩 영역의 개략적인 중심과 상기 기판의 중심 간의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제1 정렬 오차값으로부터 상기 센서 모듈을 상기 내부 공간에 반입하는 시점을 결정하고, 상기 제2 이미지로부터 상기 로딩 영역의 에지를 검출하고 상기 로딩 영역의 상기 에지와 기준 위치값을 비교하여 상기 기판의 제2 정렬 오차값을 산출하고, 상기 이송 로봇을 티칭하여 상기 제2 정렬 오차값을 보정하는 제어부를 포함하는 기판 정렬 장치를 제공한다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 기판 정렬 장치는 이송 로봇을 티칭할 시점을 예측하고, 이를 기초로 이송 로봇의 티칭을 실시간으로 수행함으로써, 설비의 중단 없이 이송 로봇을 티칭할 수 있는 기판 정렬 장치 및 기판 정렬 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 장치가 채용된 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 처리 모듈의 측면도이다.
도 3은 도 1의 이송 용기의 측면도이다.
도 4(a)는 기판을 처리 모듈에 반입되기 전에 촬상한 기판의 하면 이미지이다.
도 4(b)는 기판을 처리 모듈에 반입하여 기판 처리 공정이 수행된 후에 촬상된 기판의 하면 이미지이다.
도 5는 도 4(b)의 하면 이미지를 기초로, 기판의 중심을 식별하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 기판 처리 장치의 가동 시간과 중심의 편차 간의 상관 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 처리 모듈에 센서 모듈을 반입하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 정전 척에 센서 모듈이 안착된 상태를 도시한 도면이다.
도 9은 도 8의 정전 척의 상부에서 바라본 평면도이다.
도 10(a)는 도 8의 센서 모듈에서 촬상된 정전 척의 상면 이미지이다.
도 10(b)는 정전 척의 기준 이미지이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 방법의 흐름도이다.
도 12은 도 11의 S30 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 13는 도 11의 S40 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 방법의 흐름도이다.
도 15는 도 14의 S130 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 장치가 채용된 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다. 도 2는 도 1의 처리 모듈의 측면도이고, 도 3은 도 1의 이송 용기의 측면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 반도체 장치의 제조에서 사용되는 웨이퍼(wafer)와 같은 기판(W) 상의 막을 식각하기 위한 식각 공정을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(W)의 틀어짐의 보정이 필요한 다양한 공정에 적용될 수 있다.

기판 처리 장치(10)는 기판(W)의 처리를 위한 처리 모듈(100), 기판 이송 모듈(200), 로드 포트(400), 인터페이스 모듈(500), 로드락 챔버(600) 및 제어부(700)를 포함할 수 있다.

처리 모듈(100)은 기판(W)에 대해 소정의 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 처리 모듈(100)은 화학기상증착, 식각, 포토, 세정 공정 등과 같은 공정을 수행할 수 있다. 일 실시예는 처리 모듈(100)에서 식각 공정이 수행되는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 일 실시예는 하나의 기판 이송 모듈(200)의 둘레에 다수의 처리 모듈(100)이 배치될 수 있다. 그러나, 처리 모듈(100)의 수량은 기판(W)의 처리량에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

도 2를 참조하면, 처리 모듈(100)은 측벽에 의해 형성된 반응 공간을 가지는 챔버(chamber)(110), 챔버(110)의 내의 상부에 배치되는 상부 전극(140) 및 상부 전극(140)과 대향하여 챔버(110)의 하부에 배치되고 기판(W)을 지지하는 정전 척(electrostatic chuck)(120)을 포함할 수 있다. 일 실시예의 처리 모듈(100)은 제1 내지 제4 처리 모듈(100A, 100B, 100C, 100D) 를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

정전 척(120)은 하부전극으로 기능하는 베이스 바디(121), 베이스 바디(121)의 상면에 부착되고 내부에 전극을 포함하는 플레이트(122), 플레이트(122) 상에 배치되는 포커스 링(focus ring)(124), 포커스 링(124)을 둘러싸는 절연 링(insulation ring)(125)을 포함할 수 있다. 플레이트(122)의 상면(122S)은 기판(W)이 안착되는 로딩 영역으로 제공될 수 있으며, 플레이트(122)의 상면(122s)에는 리트프 핀(123)과 같은 기구물이 배치될 수 있다.

상부 전극(140)은 정전 척(120)과 마주보도록 챔버(110) 내의 상부에 배치될 수 있다. 상부 전극(140)은 챔버(110)의 내부로 공정 가스를 분배해주는 샤워헤드일 수 있다. 샤워헤드는 기판(W)의 표면에 공정 가스를 분사할 수 있다.

정전 척(120)은 제1 전원(130)으로부터 전력을 공급받고, 상부 전극(140)은 제2 전원(150)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 정전 척(120)과 상부 전극(140)은 동기화되어 전기장을 형성할 수 있다. 이러한 전기장으로 통해 챔버(110)의 내부 공간(111)에 공급된 공정 가스를 플라즈마(P)로 여기시킬 수 있다.

기판 이송 모듈(200)은 둘레에 적어도 하나의 처리 모듈(100)이 배치될 수 있으며, 내부에는 기판(W)을 처리 모듈(100)로 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)하기 위한 이송 장치인 이송 로봇(220)이 배치될 수 있다.

로드락 챔버(600)는 인터페이스 모듈(500)과 기판 이송 모듈(200)의 사이에 위치하며, 공정 진행을 위해 처리 모듈(100)에 로딩되기 위한 기판(W)과, 공정이 완료된 기판(W)을 임시 수납하기 위하여 구비될 수 있다. 로드락 챔버(600)는 대기압 상태와 진공 상태를 번갈아 유지할 수 있다. 일 실싱예의 로드락 챔버(600)는 제1 로드락 챔버(600A)와 제2 로드락 챔버(600B)를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

로드 포트(400)는 다수의 기판(W)을 수납하기 위한 이송 용기(420)를 지지할 수 있으며, 인터페이스 모듈(500)은 이송 용기(420) 내에 수납된 기판(W)을 처리 모듈(100)로 이송하고, 처리 모듈(100)에서 처리된 기판(W)을 다시 이송 용기(20) 내로 이송하기 위한 인터페이스 로봇(510)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 도시된 바와 같이 기판 처리 장치(10)는 다수의 로드 포트(400)를 포함할 수 있다.

제어부(170)는 기판 처리 장치(10)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 것으로, 예를 들어, 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등의 프로세서로 구현될 수 있으며, 기판 처리 장치(10)의 동작에 필요한 각종 데이터를 저장하기 위한 메모리를 구비할 수 있으며, 메모리에는 후술하는 데이터 베이스가 미리 저장될 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 이송 용기(420)는 내부 공간(422)에 복수의 기판(W)과 센서 모듈(WS)을 적재할 수 있으며, 복수의 기판(W) 중 적어도 하나는 이송 용기(420)의 최하부에 적재될 수 있다. 이송 용기(420)는 외부의 공기가 이송 용기(420) 내부로 유입되지 않도록 도어를 가지는 밀폐형 이송 용기일 수 있다. 예컨대, 이송 용기(420)는 풉(Front Opening Unified Pod, FOUP)일 수 있다. 이송 용기(420)는 기판 처리 장치(10)에서 처리가 완료된 기판(W)을 다른 기판 처리 장치(10)로 운송하는 데에 사용될 수 있다.

내부 공간(111)의 저면에는 기판(W)의 하면(W1)의 이미지를 획득하기 위한 촬상부(423)가 배치될 수 있다. 실시예에 따라서, 촬상부(423)는 이송 용기(420)의 하부가 아닌, 이송 용기(420)가 이송되는 과정에서 별도의 측정 설비에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 촬상부(423)는 CCD(charge coupled device) 카메라 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 카메라를 포함할 수 있다. 촬상부(423)는 기판(W)의 하면(W1)을 촬상한 이미지의 데이터를 제어부(700)로 전송할 수 있다. 제어부(700)는 각각의 이송 용기(420)에 포함된 기판(W)의 하면(W1)을 모두 촬상하도록 이송 용기(420)의 촬상부(423)를 제어할 수 있으나, 실시예에 따라서, 일부 이송 용기(420)에 포함된 기판(W)의 하면(W1)을 촬상하도록 촬상부(423)를 제어할 수 있다.

이송 용기(420)에 적재된 기판(W)의 상면(W2)은 처리 모듈(100)에서 처리되는 면이며, 기판(W)의 하면(W1)은 정전 척(120)과 같은 기판 지지 유닛에 안착되는 면으로 이해될 수 있다. 기판 처리 과정에서, 기판(W)의 하면(W1)에는 파티클들이 부착될 수 있으며, 이러한 파티클들은 기판(W)이 로딩 영역에 설치된 기구물이 배치된 위치와 대응되는 위치에 부착되어, 패턴을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 기구물은 로딩 영역의 중심을 식별하는 기준점으로 사용될 수 있도록, 복수개가 로딩 영역에 노출된 것을 의미한다. 예를 들어, 기구물은 리프트 핀(123)일 수 있으며, 기판(W)의 하면(W1)에는 리프트 핀(132)이 배치된 위치와 대응되도록 파티클들로 이루어진 패턴이 형성될 수 있다.

이와 같이, 기판(W)의 하면(W1)에 부착된 파티클들이 형성하는 패턴에는 로딩 영역의 기구물이 배치된 위치가 전사되므로, 파티클들의 패턴을 분석하여 로딩 영역의 중심을 산출할 수 있다. 일 실시예의 경우, 기판(W)의 하면(W1)에는 플레이트(122)의 상면(122S)에 배치된 리프트 핀(123)이 배치된 위치와 대응되도록 파티클들이 패턴이 형성될 수 있다.

일반적으로, 이송 로봇(220)은 처리 모듈(100)의 중심과 기판(W)의 중심이 일치하도록 기판(W)을 로딩한다. 그러나, 이송 로봇(220)의 가동시간이 증가함에 따라, 처리 모듈(100)의 플레이트(122)의 상면(122S)의 중심과 기판(W)의 중심의 편차가 점점 증가하는 추세를 보인다. 이러한 편차를 감소시키기 위해, 이송 로봇(220)이 처리 모듈(100)에 기판(W)을 로딩하는 위치를 재설정하는 티칭(teaching)이 수행되고 있다. 그러나, 티칭을 수행하기 위해서는 기판 처리 장치(10)의 가동을 중지시켜야 하므로, 티칭을 수행할 경우, 단위 시간당 기판 처리량이 감소하여 생산 비용이 증가되는 문제가 있다.

도 6을 참조하면, 일 실시예의 기판 정렬 장치는, 기판(W)의 하면(W1)을 촬상한 제1 이미지(IMG1)를 기초로, 기판(W)의 중심과 플레이트(122)의 상면(122S)의 중심의 편차값이 기준값(D_R)을 초과하게 되는 시점(t2)을 예측하고, 기준값을 초과하게 되는 시점이 도달하기 전(t1)에, 센서 모듈(WS)을 플레이트(122)에 로딩하고 기판(W)이 오긋난 정도를 정밀하게 측정할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 산출된 중심과 기준 위치의 편차가 기준값을 초과할 것으로 예측된 시점에, 센서 모듈(WS)을 반입하지 않고, 편차값을 보정하기 위한 티칭을 곧바로 수행할 수도 있다. 센서 모듈(WS)을 로딩 영역에 안착하고 촬상한 이미지를 기초로 이송 로봇(220)이 기판을 안착하는 기준 위치를 산출할 경우, 높은 정밀도로 이송 로봇(220)을 티칭할 수 있으며, 기판 처리 장치(10)를 중단시키지 않고도 티칭을 진행할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 센서 모듈(WS)을 처리 모듈(100)에 반입할 경우, 처리 모듈(100)에서 처리되는 기판(W)을 대체하여 반입되게 되므로, 처리 모듈(100)에서 처리되는 기판(W)의 처리량이 감소하게 된다. 따라서, 기판(W)의 처리량 감소를 최소화하기 위해서는 센서 모듈(WS)은 티칭이 필요한 시점에만 제한적으로 처리 모듈(100)에 반입될 필요가 있다. 즉, 일 실시예의 경우, 센서 모듈(WS)이 반입될 시점을 기판(W)의 하면(W1)을 촬상한 이미지를 기초로 판정할 수 있으므로, 기판 처리 장치(10)를 중단시키지 않으면서도 기판(W)의 처리량 감소를 최소화할 수 있다.

또한, 기판(W)의 하면(W1)은, 기판(W)을 처리 모듈(100)에서 처리하기 위해 이 이송 용기(420)에서 불출하기 전과, 기판(W)이 처리 모듈(100)에서 처리된 후에 각각 촬상될 수 있다. 제어부(700)는 처리 모듈(100)에 처리되기 전에 촬상된 이미지(이하, '제1 기준 이미지(RE_IMG1)' 라 함)와, 처리된 후에 촬상된 이미지(이하, '제1 이미지(IMG1)'라 함)를 기초로, 기판(W)이 목표 위치에 안착되어 있는지를 판별할 수 있다. 이에 대하여 도 4(a) 및 도 4(c)를 참조하여 설명한다.

도 4(a)는 기판(W)을 처리 모듈(100)에 반입하기 전에 촬상된 기판(W)의 하면(W1)을 촬상한 제1 기준 이미지(RE_IMG1) 이다. 기판(W)의 하면(W1)에 형성된 제1 패턴들(P1)은 이전 단계의 기판 처리 공정이 수행된 설비에서 부착된 것으로 이해될 수 있다. 도 4(b)는 기판(W)을 처리 모듈(100)에 반입하여 기판 처리 공정이 수행된 후에 촬상된 기판의 하면의 제1 이미지(IMG1) 이다. 기판(W)의 하면(W1)에 형성된 제2 패턴들(P2)은 처리 모듈(100)에서 기판 처리 공정이 수행되는 과정에서 부착된 것으로 이해될 수 있다. 제어부(700)는 제1 기준 이미지(RE_IMG1)에서 제1 패턴들(P1)을 식별하고, 제1 이미지(IMG1)에서 제1 패턴들(P1)과 제2 패턴들(P2)을 식별할 수 있다. 제어부(700)는 제1 패턴들(P1)을 공통 패턴으로 식별하고 제1 이미지(IMG1)에서 제1 패턴들(P1)을 제거함으로써, 이전의 단계의 설비에서 형성된 제1 패턴들(P1)을 제외한 제2 패턴들(P2)의 중심 위치를 산출할 수 있다. 제2 패턴들(P2)은 처리 공정이 수행된 처리 모듈(100) 내에 배치된 정전 척(120) 상에 배치된 기구물의 위치와 대응되므로, 제2 패턴들(P2)의 중심을 산출하여 정전 척(120)의 중심을 개략적으로 산출할 수 있다.

다만, 실시예에 따라서, 제1 기준 이미지(RE_IMG1)는 촬상되지 않을 수 있다. 이전 단계의 설비에서 형성된 제1 패턴들(P1)의 위치 정보는 미리 데이터 베이스화되어 저장되고, 제어부(700)는 데이터 베이스를 참조하여 제1 이미지(IMG1)에서 제2 패턴들(P2)을 식별할 수 있다.

또한, 제어부(700)는 제1 이미지(IMG1)로부터 기판(W)의 에지(WE)를 식별하고, 기판(W)의 에지(WE)로부터 기판(W)의 중심을 산출할 수 있다. 제어부(700)는 산출된 제2 패턴들(P2)의 중심과 기판(W)의 중심으로부터, 기판(W)이 정전 척(120)의 목표 위치에 로딩되고 있는지를 확인할 수 있다. 도 5를 참조하여, 제어부(700)가 기판(W)이 정전 척(120)의 목표 위치에 로딩되고 있는지를 확인하는 과정에 대해 설명한다.

도 5는 도 4(b)의 제1 이미지(IMG1)에서 제1 패턴들(P1)을 삭제하는 영상 처리가 이루어진 보정 이미지(IMG1_A)도시한 도면이다. 제어부(700)는 기판(W)의 하면에 형성된 제2 패턴들(P2)의 각각의 중심(C3)을 식별하고, 각 중심(C3)을 연결하는 자취(TR)를 산출할 수 있다. 제어부(700)는 자취(TR)의 중심(C2)을 산출할 수 있다. 자취(TR)의 중심(C2)은 정전 척(120)의 중심을 개략적으로 나타내는 것으로, 기판(W)의 중심(C1)과의 편차값을 산출하는 기준값으로 사용될 수 있다. 즉, 제어부(700)는 자취(TR))의 중심(C2)과 기판(W)의 중심(C1)을 비교하고, 편차값(D1, D2)를 산출할 수 있다. 산출된 편차값(D1, D2)은 센서 모듈(WS)을 처리 모듈(100)에 반입 여부를 판단하기 위한 자료로 사용될 수 있다. 즉, 제어부(700)는 편차값(D1, D2)이 허용된 오차 범위 내일 경우, 센서 모듈(WS)을 처리 모듈(100)에 반입하는 것을 보류할 수 있다. 반면에, 편차값(D1, D2)이 허용된 오차 범위를 초과하는 경우, 제어부(700)는 더욱 정확한 편차값을 산출하기 위해 센서 모듈(WS)을 처리 모듈(100)에 반입할 수 있다.

도 7 내지 도 9을 참조하여, 센서 모듈(WS)에 대해 설명한다. 도 7은 도 2의 처리 모듈에 센서 모듈을 반입하는 과정을 도시한 도면이다. 도 8은 도 7의 정전 척에 센서 모듈이 안착된 상태를 도시한 도면이고, 도 9은 도 8의 정전 척의 상부에서 바라본 평면도이다.

도 7을 참조하면, 센서 모듈(WS)은 이송 로봇(220)의 핸드(hand)(223)에 적재되어 챔버(110)의 도어(112)를 통해 내부 공간(111)에 반입될 수 있다. 내부 공간(111)에 반입된 센서 모듈(WS)은 플레이트(122)의 상면(122S) 상에 돌출된 리트프 핀(123)에 의해 지지된 후 하강되어, 로딩 영역을 제공하는 플레이트(122)의 상면(122S)에 안착될 수 있다. 센서 모듈(WS)은 기판(W)의 중심과 정전 척(120)의 중심과의 편차값을 정밀하게 측정하기 위한 측정 장치이다. 센서 모듈(WS)은 기판(W)과 유사하게 웨이퍼 형상를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 8 및 도 9을 참조하면, 센서 모듈(WS)은 웨이퍼 형상 외에도 십자 형상 등과 같이 다양한 형상를 가질 수 있다. 센서 모듈(WS)은 정전 척(120)의 상면(122S)에 안착되는 하면(WS1) 및 하면(WS1)과 반대되는 상면(WS2)을 가질 수 있다. 센서 모듈(WS)의 두께(T)는 기판(W)의 두께와 같거나 작을 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(WS)의 두께(T)는 약 5mm 이하일 수 있다. 센서 모듈(WS)의 상면(WS2)에는 이미지 스캐닝 모듈(S1, S2, S3)이 적어도 3개소에 배치될 수 있다. 이미지 스캐닝 모듈(S1, S2, S3)은 센서 모듈(WS)을 관통하는 홀(H)을 통해 관찰되는 정전 척(120)의 상면(122S)의 에지(E)의 이미지를 획득하기 위한 것이다. 이미지 스캐닝 모듈(S1, S2, S3)은 플레이트(122)의 에지(122E)가 화각에 들어오는 위치에 배치될 수 있다. 이미지 스캐닝 모듈(S1, S2, S3)은, CCD(charge coupled device) 카메라 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 카메라를 포함할 수 있다.

센서 모듈(WS)은 정전 척(120)의 상면(122S)의 에지(122E)가 포함된 이미지를 획득하고 제어부(700)로 전송할 수 있다. 제어부(700)는 센서 모듈(WS)에서 촬상된 이미지를 기초로, 플레이트(122)의 상면(122S)의 중심(C3)을 산출할 수 있다. 도 10(a) 및 도 10(b)를 참조하여 플레이트(122)의 상면(122S)의 중심(C3)을 산출하는 과정에 대해 설명한다.

도 10(a)을 참조하면, 제어부(700)는 센서 모듈(WS)에서 획득된 이미지(이하, '제2 이미지(IMG2)'라 함)에서 정전 척(120)의 상면(122S)에 배치된 기구물인 리프트 핀(123)의 위치값 및 에지(122E)를 추출할 수 있다. 제어부(700)는 리프트 핀(123)의 위치값 및 에지(122E)로부터 정전 척(120)의 상면(122S)의 중심을 산출할 수 있다. 또한, 도 10(b)를 참조하면, 제어부(700)는 메모리에 미리 저장된 이미지(이하 '제2 기준 이미지(RF_IMG2)'라 함)에서 정전 척(120)의 상면(122SR)과 에지(122ER)를 추출하고, 정전 척(120)의 상면(122S)의 기준 중심을 산출할 수 있다. 제어부(700)는 제2 이미지(IMG2)로부터 산출된 정전 척(120)의 중심과 제2 기준 이미지로부터 산출된 정전 척(120)의 중심을 비교하여, 기판(W)의 중심과 정전 척(120)의 중심 간의 편차값을 산출할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제어부(700)는 산출된 편차값을 기초로, 이송 로봇(220)을 티칭하여 기판(W)의 위치를 보정할 수 있다. 제어부(700)는 산출된 기판(W)의 중심(C4)의 편차값을 데이터 베이스화하여 메모리에 저장할 수 있다.

다음으로, 도 11 내지 도 13를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 방법에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 방법의 흐름도이다. 도 12은 도 11의 S20 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이고, 도 13는 도 11의 S30 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다. 일 실시예에 의한 기판 정렬 방법은 도 1 내지 도 3에 도시된 기판 정렬 장치가 채용된 기판 처리 장치에서 수행될 수 있다. 앞서, 기판 처리 장치의 각 구성에 대해서 구체적으로 설명하였으므로, 설명이 중복되는 것을 방지하기 위해, 기판 정렬 장치의 각 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

먼저, 제어부(700)는 기판(W)을 처리 모듈(100) 내의 로딩 영역에 로딩하고 기판 처리 공정을 수행할 수 있다(S10). 실시예에 따라, 로딩 영역은 정전 척(120)의 상면일 수 있다. 실시예에 따라서, 제어부(700)는 기판(W)을 처리 모듈(100) 내에 로딩 하기 전에, 기판(W)의 하면(W1)을 촬상한 제1 기준 이미지(RE_IMG1)를 획득할 수 있다. 제어부(700)는 미리 저장된 데이터 베이스의 데이터를 기초로, 기판(W)의 중심의 위치 편차가 발생하여 티칭이 필요할 설비를 예측할 수 있다(S20).

즉, 제어부(700)는 기판 처리 장치(10)가 복수개인 경우, 편차가 발생하여 티칭이 필요할 기판 처리 장치(10)를 예측하거나, 기판 처리 장치(10) 중 티칭이 필요할 처리 모듈(100)을 예측할 수 있다. 이러한 예측은, 데이터 베이스에 저장된 데이터에 머신 러닝(Machine Learning)을 적용하여 수행될 수 있다. 다만, 실시예에 따라서는, 이상이 발생할 설비를 예측하는 단계는 생략될 수 있다.

다음으로, 제어부(700)는 센서 모듈(WS)의 반입 여부를 결정할 수 있다(S30). 구체적으로, 제어부(700)는 촬상부(423)를 이용하여 기판(W)의 하면(W1)을 촬상한 제1 이미지(IMG1)를 획득하고(S31), 제1 이미지(IMG1)에서 기구물의 패턴과 기판(W)의 에지를 추출할 수 있다(S32). 제어부(700)는 기구물의 패턴으로부터 로딩 영역(즉, 정전 척)의 개략적인 중심(C2)의 위치값을 산출할 수 있다(S33). 제어부(700)는 기판(W)의 에지로부터 기판(W)의 중심을 산출할 수 있다(S34). 실시예에 따라서, S33 단계 S34 단계는 순서가 바뀌어 수행되거나 실질적으로 동시에 수행될 수도 있다. 실시예에 따라서, 제어부(700)는 앞서 획득한 제1 기준 이미지(RF_IMG1)와 제1 이미지(IMG1)를 비교하여, 제1 이미지(IMG1)에서 이전 기판 처리 공정에서 형성된 패턴을 삭제하는 단계가 더 수행될 수 있다.

제어부(700)는 로딩 영역의 개략적인 중심(C2)의 위치값과, 기판(W)의 중심을 비교하여, 로딩 영역의 개략적인 중심(C2)과 기판(W)의 중심의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출할 수 있다(S35). 다음으로, 제어부(700)는 제1 정렬 오차값이 오차 범위 이내인지를 판별할 수 있다(S36). 제1 정렬 오차값이 오차 범위 이내가 아닌 경우(아니오), 즉, 제1 정렬 오차값이 오차 범위를 초과하는 경우, 제어부(700)는 센서 모듈(WS)을 처리 모듈(100)에 투입하는 것으로 결정할 수 있다(S37). 다음으로, 제어부(700)는 티칭 수행 여부를 결정하고(S40), 티칭을 수행하고(S50), 데이터를 저장하는(S50) 후속 단계를 수행할 수 있다.

반면에, 제1 정렬 오차값이 오차 범위 내인 경우(예)에는, 제어부(700)는 센서 모듈(WS)을 처리 모듈(100)에 투입하는 것을 보류하는 것으로 결정할 수 있다. 이 경우, 제어부(700)는 데이터를 데이터 베이스화하여 저장하는(S50) 후속 단계만 수행할 수 있다.

도 13을 참조하여, 티칭 수행 여부를 결정하는 단계(S40)에 대해 설명한다. 먼저, 제어부(700)는 처리 모듈(100) 내에 센서 모듈(WS)을 반입하고, 로딩 영역인 정전 척(120)의 상면을 촬상한 제2 이미지(IMG2)를 획득할 수 있다(S41). 제어부(700)는 제2 이미지(IMG2)로부터 정전 척(120)의 상면의 에지(122S)를 추출할 수 있다(S42). 제어부(700)는 추출된 에지(122S)로부터 정전 척(120)의 상면의 중심의 위치값을 산출할 수 있다(S43). 제어부(700)는 산출된 중심의 위치값과 미리 저장된 기준값을 비교하여 제2 정렬 오차값을 산출할 수 있다(S44). 제어부(700)는 제2 정렬 오차값이 오차 범위 이내가 아닌 경우(아니오), 즉, 제2 정렬 오차값이 오차 범위를 초과하는 경우, 티칭을 수행하는 것으로 결정할 수 있다(S46). 반면에, 제2 정렬 오차값이 오차 범위 내인 경우(예)에는, 티칭을 보류하는 것으로 결정할 수 있다(S47).

다음으로, 도 14 및 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 방법에 대해 설명한다. 도 14은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 정렬 방법의 흐름도이다. 도 15는 도 14의 S130 단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다. 일 실시예는 앞서 설명한 실시예와 비교할 때, 센서 모듈(WS)을 반입하여 티칭 여부를 결정하는 단계가 삭제되고, 기판(W)의 하면을 촬상한 이미지를 기초로 티칭 여부를 결정하는 차이점이 있다. 앞서 설명한 실시예와 중복되는 단계를 설명을 생략한다.

먼저, 제어부(700)는 기판(W)을 처리 모듈(100) 내의 로딩 영역에 로딩하고 기판 처리 공정을 수행할 수 있다(S110).

다음으로, 제어부(700)는 미리 저장된 데이터 베이스의 데이터를 기초로 이상이 발생할 설비를 예측할 수 있다(S120).

다음으로, 제어부(700)는 기판(W)의 하면을 검사하여, 티칭 여부를 결정할 수 있다(S130). 구체적으로, 제어부(700)는 촬상부(423)를 이용하여 기판(W)의 하면을 촬상한 제1 이미지(IMG1)를 획득하고(S131), 제1 이미지(IMG1)에서 기구물의 패턴과 기판(W)의 에지를 추출할 수 있다(S132). 제어부(700)는 기구물의 패턴으로부터 로딩 영역의 개략적인 중심(C2)의 위치값을 산출할 수 있다(S133). 제어부(700)는 기판(W)의 에지로부터 기판(W)의 중심을 산출할 수 있다(S134). 제어부(700)는 로딩 영역의 개략적인 중심(C2)의 위치값과, 기판(W)의 중심을 비교하여, 로딩 영역의 개략적인 중심(C2)과 기판(W)의 중심의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출할 수 있다(S135). 다음으로, 제어부(700)는 제1 정렬 오차값이 오차 범위 이내인지를 판별할 수 있다(S136). 제어부(700)는 제1 정렬 오차값이 오차 범위 이내가 아닌 경우(아니오), 즉, 제1 정렬 오차값이 오차 범위를 초과하는 경우, 티칭을 수행하는 것으로 결정할 수 있다(S137). 반면에, 제1 정렬 오차값이 오차 범위 내인 경우(예)에는, 티칭을 보류하는 것으로 결정할 수 있다(S138).

S130 단계에서의 티칭을 수행하는 것으로 결정된 경우, 제어부(700)는 티칭을 수행하고(S140), 데이터를 저장하는(S150) 후속 단계를 수행할 수 있다. 반면에, S130 단계에서의 티칭을 보류하는 것으로 결정된 경우, 제어부(700)는 데이터를 데이터 베이스화하여 저장하는(S150) 후속 단계만 수행할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

10: 기판 처리 장치
100: 처리 모듈
200: 기판 이송 모듈
220; 이송 로봇
400: 로드 포트
420: 이송 용기
500: 인터페이스 모듈
510: 인터페이스 로봇
600: 로드락 챔버
700: 제어부
W: 기판

Claims

기판을 챔버 내에 반입하여 로딩 영역에 배치하고 기판 처리 공정을 수행하는 단계;
상기 기판의 하면을 촬상하여 제1 이미지를 획득하고, 상기 제1 이미지로부터 상기 기판 처리 공정에서 상기 기판의 상기 하면에 부착되어 형성된 파티클 패턴들과 상기 기판의 에지(egde)를 식별하고, 상기 파티클 패턴들로부터 산출된 상기 로딩 영역의 중심의 개략 위치값과 상기 기판의 상기 에지로부터 산출된 상기 기판의 중심 간의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출하여, 상기 챔버 내에 상기 로딩 영역의 상기 중심의 정밀 위치값을 측정하기 위한 센서 모듈을 반입하는 시점을 결정하는 단계;
상기 센서 모듈을 상기 로딩 영역에 배치하고 상기 로딩 영역을 촬상하여 제2 이미지를 획득하고, 상기 제2 이미지로부터 상기 로딩 영역의 에지를 추출하고, 상기 로딩 영역의 상기 에지로부터 상기 로딩 영역의 상기 중심의 상기 정밀 위치값을 산출하고, 상기 정밀 위치값과 기 저장된 기준 위치값과의 편차인 제2 정렬 오차값을 산출하여, 상기 상기 기판을 상기 챔버 내에 배치하는 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 단계를 포함하는 기판 정렬 방법.
제1항에 있어서,
상기 센서 모듈을 반입하는 시점을 결정하는 단계는,
상기 제1 정렬 오차값이 기 저장된 오차 범위를 초과하면, 상기 센서 모듈을 반입하는 것으로 결정하는 기판 정렬 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판 처리 공정을 수행하는 단계 전에, 상기 기판의 상기 하면을 촬상하여 제1 기준 이미지를 획득하는 단계를 더 포함하는 기판 정렬 방법.
제3항에 있어서,
상기 센서 모듈을 반입하는 시점을 결정하는 단계는,
상기 파티클 패턴들 중 상기 제1 기준 이미지와 상기 제1 이미지에 공통으로 배치된 공통 패턴을 식별하는 단계; 및
상기 파티클 패턴들에서 상기 공통 패턴을 제거하고 상기 기판의 상기 중심의 상기 개략 위치값을 산출하는 단계를 더 포함하는 기판 정렬 방법.
제1항에 있어서,
상기 센서 모듈을 반입하는 시점을 결정하는 단계는,
상기 파티클 패턴들의 중심을 연결하는 자취를 산출하는 단계; 및
상기 자취의 중심을 상기 기판의 상기 로딩 영역의 상기 중심의 개략 위치값으로 산출하는 단계를 더 포함하는 기판 정렬 방법.
제1항에 있어서,
상기 로딩 영역은 상기 챔버 내에 배치된 정전 척의 상면인 기판 정렬 방법.
제1항에 있어서,
상기 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 단계 후에, 상기 제2 정렬 오차값을 저장하여 데이터 베이스를 작성하는 단계를 더 포함하는 기판 정렬 방법.
제7항에 있어서,
상기 챔버는 복수의 챔버를 포함하며,
상기 센서 모듈을 반입하는 시점을 결정하는 단계 전에, 상기 데이터 베이스에 머신 러닝을 적용하여, 상기 복수의 챔버 중 상기 이송 로봇의 티칭이 필요한 챔버를 예측하는 단계를 더 포함하고,
상기 데이터 베이스에 머신 러닝을 적용하여, 상기 복수의 챔버 중 상기 이송 로봇의 티칭이 필요한 챔버를 예측하는 단계는,
상기 데이터 베이스에 작성된 상기 제2 정렬 오차값이 기 지정된 오차 범위를 초과하게 되는 시점을, 상기 이송 로봇의 가동 시간을 기초로 예측하는 것을 포함하는 기판 정렬 방법.
기판을 챔버 내에 반입하여 로딩 영역에 배치하고 기판 처리 공정을 수행하는 단계;
상기 기판의 하면을 촬상하여 제1 이미지를 획득하고, 상기 제1 이미지로부터 상기 기판 처리 공정에서 상기 하면에 형성된 파티클 패턴들과 상기 기판의 에지(edge)를 식별하고, 상기 파티클 패턴들로부터 산출된 상기 로딩 영역의 중심의 개략 위치값과 상기 기판의 상기 에지로부터 산출된 상기 기판의 중심간의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출하는 단계; 및
상기 제1 정렬 오차값을 기초로, 상기 기판을 상기 챔버 내에 배치하는 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 단계를 포함하는 기판 정렬 방법.
제9항에 있어서,
상기 이송 로봇을 티칭하는 단계 전에,
상기 로딩 영역의 중심의 정밀 위치값을 측정하기 위한 센서 모듈을 상기 로딩 영역에 배치하고, 상기 로딩 영역을 촬상하여 제2 이미지를 획득하고, 상기 제2 이미지로부터 상기 로딩 영역의 에지를 추출하고, 상기 로딩 영역의 상기 에지로부터 상기 정밀 위치값을 산출하고, 상기 정밀 위치값과 기 저장된 기준 위치값과의 편차인 제2 정렬 오차값을 산출하는 단계를 더 포함하며,
상기 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 단계는, 상기 제2 정렬 오차값을 기초로, 상기 이송 로봇을 티칭하는 기판 정렬 방법.
제10항에 있어서,
상기 기판은 웨이퍼이며,
상기 센서 모듈은 상기 기판과 동일한 형상인 기판 정렬 방법.
제11항에 있어서,
상기 센서 모듈의 두께는 5mm 이하인 기판 정렬 방법.
제9항에 있어서,
상기 기판을 상기 챔버에 반입하기 전에, 상기 기판의 상기 하면의 이미지를 촬상하여 제1 기준 이미지를 획득하는 단계를 더 포함하는 기판 정렬 방법.
제9항에 있어서,
상기 이송 로봇을 티칭하는 시점을 결정하는 단계 후에, 상기 제1 정렬 오차값을 저장하여 데이터 베이스를 작성하는 단계를 더 포함하는 기판 정렬 방법.
제14항에 있어서,
상기 챔버는 복수의 챔버를 포함하며,
상기 제1 정렬 오차값을 산출하는 단계 전에, 상기 데이터 베이스에 머신 러닝을 적용하여, 상기 복수의 챔버 중 상기 이송 로봇의 티칭이 필요한 챔버를 예측하는 단계를 더 포함하고,
상기 데이터 베이스에 머신 러닝을 적용하여, 상기 복수의 챔버 중 상기 이송 로봇의 티칭이 필요한 챔버를 예측하는 단계는,
상기 데이터 베이스에 작성된 상기 제1 정렬 오차값이 기 지정된 오차 범위를 초과하게 되는 시점을, 상기 이송 로봇의 가동 시간을 기초로 예측하는 것을 포함하는 기판 정렬 방법.
기판을 처리하는 기판 처리 공정이 수행되는 내부 공간을 갖는 챔버;
상기 내부 공간 내에 배치되며, 상기 기판의 하면이 안착되고 기구물이 배치된 로딩 영역을 제공하는 기판 지지 유닛;
상기 기판 처리 공정이 수행된 상기 기판의 상기 하면을 촬상하여 제1 이미지를 획득하는 촬상부;
상기 내부 공간에 반입되어 상기 로딩 영역에 안착되며 상기 로딩 영역을 촬상하여 제2 이미지를 획득하는 센서 모듈;
상기 내부 공간에 상기 센서 모듈 및 상기 기판을 반입 및 반출하는 이송 로봇; 및
상기 제1 이미지에서, 상기 기판 처리 공정이 수행되는 과정에서 상기 기구물의 배치가 전사된 파티클 패턴들과 상기 기판의 에지(edge)를 식별하고 상기 파티클 패턴들과 상기 기판의 상기 에지로부터 각각 상기 로딩 영역의 개략적인 중심과 상기 기판의 중심 간의 편차인 제1 정렬 오차값을 산출하고, 상기 제1 정렬 오차값으로부터 상기 센서 모듈을 상기 내부 공간에 반입하는 시점을 결정하고, 상기 제2 이미지로부터 상기 로딩 영역의 에지를 검출하고 상기 로딩 영역의 상기 에지와 기준 위치값을 비교하여 상기 기판의 제2 정렬 오차값을 산출하고, 상기 이송 로봇을 티칭하여 상기 제2 정렬 오차값을 보정하는 제어부를 포함하는 기판 정렬 장치.
제16항에 있어서,
상기 기판 지지 유닛은 정전 척을 포함하며,
상기 센서 모듈은 상기 정전 척의 상면을 촬상하는 기판 정렬 장치.
제16항에 있어서,
상기 센서 모듈은 복수의 이미지 스캐닝 모듈을 포함하며,
상기 복수의 이미지 스캐닝 모듈은, 각각 상기 로딩 영역의 상기 에지를 촬상하는 기판 정렬 장치.
제16항에 있어서,
상기 센서 모듈은 상기 기판과 동일한 형상인 기판 정렬 장치.
제19항에 있어서,
상기 센서 모듈의 두께는 5mm 이하인 기판 정렬 장치.