KR100259592B1

KR100259592B1 - 웨이퍼의 이물질 검사장치

Info

Publication number: KR100259592B1
Application number: KR1019980000851A
Authority: KR
Inventors: 김태규
Original assignee: 김영환; 현대반도체주식회사
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2000-06-15
Also published as: JPH11281580A; KR19990065522A; US6285199B1

Abstract

본 발명은 투과되는 빛의 광량을 조절하는 필터를 다중으로 형성하여 반사율이 각각 다른 여러 종류의 웨이퍼를 검사함에 있어 각 웨이퍼의 반사율에 따라 적절한 방사광이 웨이퍼에 투사되도록 필터의 투과율이 자동으로 조절되는 웨이퍼의 이물질 검사장치에 관한 것으로 종래의 이물질 검사장치에 의한 웨이퍼의 이물질 검사시 제논 램프에서 방사된 방사광이 웨이퍼의 표면에서 반사되면서 CCD센서로 전달되어 웨이퍼의 표면상태가 검사되나 웨이퍼의 종류에 따라 표면 반사율이 달라 웨이퍼의 반사율이 높을 경우 CCD센서에는 기준보다 강한 반사광이 전달되어 정상적인 웨이퍼의 패턴이 표면이상으로 검출되고 웨이퍼의 반사율이 낮은 경우에는 CCD센서에 전달되는 반사광이 약하여 웨이퍼의 패턴불량이 검출되지 않는 문제점이 있었던바 본 발명은, 웨이퍼에서 반사되는 방사광의 반사율에 따라 이에 적절한 필터를 조합하여 제논 램프에서 웨이퍼로 방사되는 방사광의 광량을 조절하여 적절한 방사광량이 웨이퍼의 표면에서 반사되어 안정된 광신호가 CCD센서에 전달되도록 하므로써 웨이퍼의 이물질 검사장치의 검출성능을 향상시키는 효과가 있는 웨이퍼의 이물질 검사장치이다.

Description

웨이퍼의 이물질 검사장치

본 발명은 투과되는 빛의 광량을 조절하는 필터를 다중으로 형성하여 반사율이 각각 다른 여러 종류의 웨이퍼를 검사함에 있어 각 웨이퍼의 반사율에 따라 적절한 방사광이 웨이퍼에 투사되도록 필터의 투과율이 자동으로 조절되는 웨이퍼의 이물질 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조에 사용되는 웨이퍼내에서 이물질이 함유된 불량 웨이퍼를 검출하기 위한 작업은 보다 양질의 반도체를 얻기 위해서는 필수적이다. 이렇게 이물질의 유무를 판단하는 장비로 CCD센서와 제논 램프를 이용한 이물질 검사장치가 사용된다.

도 1은 종래의 이물질 검사장치를 도시한 구성도로써 일정한 방사광을 렌즈측으로 방사하는 제논 램프(Xe-lamp)(1)와, 상기 제논 램프(1)에서 일정량으로 방사된 방사광을 대역 400 ~ 700 nm로 여과하는 렌즈(3)와, 상기 렌즈(3)를 통과한 방사광의 초점을 조절하는 레티클(Reticle)(5)과, 여과된 방사광을 웨이퍼(27)로 투사하는 하프 미러(Half mirror)(7)와, 상기 하프 미러(7)를 거쳐 웨이퍼(27)에서 반사된 방사광을 웨이퍼 패턴의 확인을 위하여 확대하는 오브젝티브 렌즈(Objective lens)(9)와, 상기 오브젝티브 렌즈(9)를 거쳐 유입된 반사광에서 웨이퍼 표면의 이상유무를 검출하는 CCD센서(Charge coupled device sensor)(11)와, 상기 CCD센서(11)를 거쳐 하프 미러(7)에서 반사되는 방사광을 각 PCD센서(13)(15)로 전송하는 빔 스프리터(Beam splitter)(17)와, 방사광에서 자동초점에 대한 최적지점을 포착하는 PCD센서(13)(15)와, 상기 PCD센서(13)(15)의 신호를 증폭하는 AMP(19)(21)와, 상기 AMP(19)(21)에서 전송된 신호를 영상비교하는 영상처리장치(23)와, 상기 영상처리장치(23)에서 전송된 신호에 따라 웨이퍼(27)에 대한 최적초점을 맞추도록 피에조(Piezo)부(29)를 조작하는 피에조 구동장치(25)와, 웨이퍼(27)가 장착된 스테이지의 일측에 형성되어 상기 피에조 구동장치(25)에 의하여 스테이지를 3차원방향으로 구동하는 피에조부(29)로 구성된다.

이와같은 종래의 이물질 검사장치에 대한 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도면을 참조하면 제논 램프(1)에서 웨이퍼(27)가 설치된 스테이지 방향으로 방사광이 투사된다. 이러한 방사광은 렌즈(3)를 거치면서 이물질 검사에 적합한 400 ~ 700 nm 대역으로 여과되어 스테이지에 설치된 웨이퍼(27)의 표면에 도달한다.

이렇게 도달된 방사광은 웨이퍼(27)에서 반사되어 오브젝티브 렌즈(5)를 거치면서 약 60배로 확대되어 웨이퍼(27)의 패턴을 확인하도록 가시화된다.

또한 상기 방사광은 오브젝티브 렌즈(5)를 거쳐 CCD센서(11)로 유입되면서 피측정물체인 웨이퍼(27)가 CCD센서(11)에 결상되므로써 웨이퍼(27)의 표면에 대한 이상유무가 검출되어 디지털 신호로 출력된다.

상기 CCD센서(11)의 원리는 포토 어레이가 다 수개 일렬로 배열된 센서로 포토 어레이열의 몇번째의 포토 어레이에 수광 스포트(Spot)가 조사되는가를 판독하여 피측정물체의 변위를 구하는 것이다.

이러한 정보가 담긴 방사광은 하프 미러(7)를 거치면서 빔 스프리터(17)쪽으로 방향이 변환되며 PCD센서(13)(15)로 전달된다. 상기 PCD센서(13)(15)에서는 유입된 방사광의 광신호에 의하여 자동초점의 최적지점이 결정되며 이러한 정보가 전기적 신호로 변환되어 각각의 AMP센서(19)(21)에 전달되어 증폭된다.

이러한 전기적 신호는 영상처리장치(23)를 거치며 화면으로 재현되고 다시 피에조 구동장치(25)로 전달되어 제논 램프(1)의 방사광이 자동초점의 최적지점에 투사되도록 피에조부(29)를 작동시켜 웨이퍼(27)가 적재된 스테이지를 위치이동한다.

즉, 피에조 구동장치(25)의 구동신호에 의하여 스테이지의 일측에 형성된 피에조부(29)가 스테이지를 움직여 웨이퍼(27)가 자동초점의 최적지점에 위치하도록 한다.

이러한 작업의 진행에 따라서 보다 정밀한 웨이퍼(27)의 이물질 검사작업을 수행할 수 있도록 한다.

그러나, 종래의 이물질 검사장치에 의한 웨이퍼의 이물질 검사시 제논 램프에서 방사된 방사광이 웨이퍼의 표면에서 반사되면서 CCD센서로 전달되어 웨이퍼의 표면상태가 검사되나 웨이퍼의 종류에 따라 표면 반사율이 달라 웨이퍼의 반사율이 높을 경우 CCD센서에는 기준보다 강한 반사광이 전달되어 정상적인 웨이퍼의 패턴이 표면이상으로 검출되고 웨이퍼의 반사율이 낮은 경우에는 CCD센서에 전달되는 반사광이 약하여 웨이퍼의 패턴불량이 검출되지 않는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 웨이퍼에서 반사되는 방사광의 반사율에 따라 이에 적절한 필터를 조합하여 제논 램프에서 웨이퍼로 방사되는 방사광의 광량을 조절하여 적절한 방사광량이 웨이퍼의 표면에서 반사되어 안정된 광신호가 CCD센서에 전달되도록 하므로써 웨이퍼의 이물질 검사장치의 검출성능을 향상시키는 웨이퍼의 이물질 검사장치를 제공하는 데 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 목적을 달성하고자, 일정 대역으로 여과된 방사광을 웨이퍼측으로 투사하는 렌즈부와, 상기 웨이퍼에서 반사된 방사광에서 웨이퍼 표면의 이상유무를 검출하는 CCD센서와, 상기 CCD센서를 통과한 방사광을 소정방향으로 회절시키는 하프 미러와, 상기 하프 미러에 의하여 전송된 방사광을 다방향으로 분산하는 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터에서 전달된 방사광에서 자동초점에 대한 최적지점을 포착하여 전기적 신호로 변환하는 PCD센서와, 상기 PCD센서의 신호를 증폭하는 AMP센서와, 상기 AMP센서에서 전송된 신호를 영상화하는 영상처리장치와, 상기 웨이퍼가 장착된 피에조부와, 상기 피에조부를 영상처리장치에서 전송된 신호에 따라 웨이퍼에 대한 최적초점을 맞추도록 조작하는 피에조 구동장치로 구성되는 이물질 검사장치에 있어서, 상기 하프 미러와 CCD 센서 사이에 형성되며 다 수개의 필터를 사용하여 상기 렌즈부에서 웨이퍼방향으로 투사된 방사광의 광량을 자동으로 조절하는 필터 조합장치를 포함하여 구성된다.

또한 상기 필터 조합장치는, 상기 CCD센서와 연결되어 웨이퍼에서 반사된 방사광량을 검출하는 웨이퍼 반사율 검출부와, 상기 웨이퍼 반사율 검출부에서 검출된 방사광량을 기준광량과 비교하여 방사광량의 다소에 따라 필터의 차단율을 결정하는 필터제어부와, 상기 필터제어부에 연결되어 차단율에 따라 작동되는 솔레노이드 밸브 구동부와, 상기 솔레노이드 밸브 구동부의 제어신호에 따라 개폐되는 다 수개의 솔레노이드 밸브와, 상기 솔레노이드 밸브에 각각 형성되며 솔레노이드 밸브의 개폐에 따라 소정거리를 왕복운동하는 에어 실린더와, 각 에어 실린더의 일측단에 투과율이 다른 필터가 장착되어 차단율에 따라 조합되어 웨이퍼의 반사율을 조절하는 필터부로 구성된다.

도 1은 종래의 이물질 검사장치를 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명의 이물질 검사장치를 도시한 구성도이고,

도 3은 본 발명의 필터 조합장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 제논 램프, 3 : 렌즈,

5 : 레티클, 7 : 하프 미러,

9 : 오브젝티브 렌즈, 11 : CCD센서,

13 , 15 : PCD센서, 17 : 빔 스프리터,

19 , 21 : AMP센서, 23 : 영상처리장치,

25 : 피에조 구동장치, 27 : 웨이퍼,

29 : 피에조부, 100 : 필터 조합장치,

101 : 웨이퍼 반사율 검출부, 103 : 필터 제어부,

105 : 솔레노이드 밸브 구동부, 107a,107b,107c,107d : 솔레노이드 밸브,

109a,109b,109c,109d : 에어 실린더, 111a : 2 % 필터,

111b : 5 % 필터, 111c : 10 % 필터,

111d : 15 % 필터.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2은 본 발명의 이물질 검사장치를 도시한 구성도이다.

일정한 방사광을 웨이퍼(27)측으로 방사하는 제논 램프(1)와 방사광을 400 ~ 700 nm 대역의 파장으로 여과하는 렌즈(3) 및 레티클(5)로 이루어진 렌즈부를 형성한다. 이러한 렌즈부에는 방출된 방사광을 웨이퍼(27)로 투사하는 하프 미러(7)가 순차적으로 형성된다.

또한 상기 하프 미러(7)의 하측에는 광량을 조절하기 위한 필터 조합장치(100)와 웨이퍼(27)의 표면변위를 측정하는 CCD센서(11) 및 웨이퍼(27)에서 반사된 방사광을 확대하는 오브젝티브 렌즈(9)가 순차적으로 형성된다.

상기 오브젝티브 렌즈(9)와 인접된 하측에는 웨이퍼(27)를 상부에 적재한 피에조부(29)가 형성되어 웨이퍼(27)의 렌즈부에 대한 초점 위치를 조절한다.

한편 상기 하프 미러(7)의 일측에는 방사광을 각 센서로 전달하는 빔 스프리터(17)와 전달된 방사광을 보다 선명하게 하기위한 자동 초점의 최적거리를 선정하는 PCD센서(13)(15) 및 자동초점의 최적거리 신호를 증폭하는 AMP센서(19)(21)가 순차적으로 형성된다.

이러한 AMP센서(19)(21)에는 영상처리장치(23)와 피에조 구동장치(25)가 순차적으로 연결되어 CCD센서(11)에서 검출된 웨이퍼(27)의 이상유무가 상기 영상처리장치(23)에서 디스플레이되는 한편 피에조 구동장치(25)에 의하여 자동 초점의 최적거리 신호에 따라 웨이퍼(27)를 안착한 피에조부(29)가 적절하게 위치조절된다.

도 3은 본 발명의 필터조합장치를 개략적으로 도시한 구성도로써 하프 미러(7)의 하측에 형성된 필터 조합장치(100)는 영상처리장치(23)에서 분석된 웨이퍼(27)의 반사율을 검출하는 웨이퍼 반사율 검출부(101)가 형성되고 웨이퍼(27)의 반사율에 따라 요구되는 필터(111a 내지 111d)를 선정하는 필터 제어부(103)와 연결된다.

한편 상기 필터 제어부(103)에는 솔레노이드 밸브 구동부(105)가 연결되어 에어 실린더(109a 내지 109d)에 공기를 주입하는 각각의 솔레노이드 밸브(107a 내지 107d)를 필터 제어부(103)의 신호에 따라 개폐한다. 이러한 에어 실린더에는 차단율이 2, 5 ,10, 15 % 인 필터(111a 내지 111d)가 각각 형성되어 에어 실린더(109a 내지 109d)의 선택적인 작동에 따라 각 필터(111a 내지 111d)가 상호 조합되어 2 ~ 32% 까지 제논 램프(1)의 광량이 조절된다.

이렇게 각각의 필터(111a 내지 111d)가 조합되어 형성하는 차단율의 범위는 현재 사용되는 웨이퍼의 반사율 범위내에서 방사광량을 효과적으로 차단하는 범위이므로 32 % 이상의 불필요한 범위까지 차단율의 범위를 확대하도록 필터의 차단율을 조합할 필요는 없다. 그러나 전술한 각 필터의 차단율에 구애됨이 없이 웨이퍼(27)의 반사율에 따라 적절하게 조합되도록 필터의 차단율이 조정되어 사용될 수 있음은 물론이다.

이와같이 전술한 필터 조합장치(100)는 솔레노이드 밸브(107a 내지 107d)와 에어 실린더(109a 내지 109d)에 의하여 작동되는 필터(111a 내지 111d)가 다 수개 형성되어 솔레노이드 밸브 구동부(105)의 제어 신호에 의하여 각각의 솔레노이드 밸브(107a 내지 107d)가 개폐되어 이에 연결된 에어 실린더(109a 내지 109d)가 작동되어 각 필터(111a 내지 111d)를 조합하므로써 제논 램프(1)에서 CCD센서(11)로 전달되는 광원의 량을 조절한다.

본 발명의 이물질 검사장치에서 웨이퍼에 투사되는 광량조절과정을 알아보면 다음과 같다.

제논 램프(1)에서 웨이퍼(27) 방향으로 방사된 방사광은 렌즈(3)를 통과하면서 광파장의 대역이 400 ~ 700 nm인 방사광으로 여과되고 레티클(5)에서 일차적으로 초점이 조절된다.

이러한 상태에서 웨이퍼(27)에 투사된 방사광은 웨이퍼 표면에서 반사되며 오브젝티브 렌즈(9)를 통과하면서 일정한 배율로 웨이퍼(27)의 표면이 확대되어 CCD센서(11)에 결상된다.

이러한 CCD센서(11)는 내측에 형성된 포토 어레이에서 웨이퍼(27)의 표면에 반사된 방사광이 방사되는 부분의 번지를 읽어내어 웨이퍼(27)의 변위가 측정되고 이는 비디오 신호로 출력된다. 이러한 비디오 신호는 영상처리장치(23)에 전달되어 디스플레이되고 상기 비디오 신호가 디지털 출력되어 PCD(13)(17)와 AMP센서(19)(21)를 거쳐 피에조 구동장치(25)에 전달되므로써 웨이퍼(27)의 표면상태에 따라 적절한 초점을 맞추도록 피에조부(29)의 위치가 조절된다.

이때 피에조부(29)에 가공되기 전의 웨이퍼(Bare wafer)가 설치되는 경우 웨이퍼(27)의 이상유무를 판단하기 적합한 제논 램프(1)의 방사량은 약 90 % 이며 제논 램프(1)의 방사광 중 약 10 %는 웨이퍼(27)에 도달되기 전에 차단되어야 한다. 따라서 이러한 경우에는 10% 의 차단율을 갖는 필터(111c)만을 사용하여야 한다.

이렇게 적정 방사량은 웨이퍼에 형성된 공정막에 따라 달라진다. 즉, 웨이퍼에 형성된 공정막의 반사율이 높은 경우 가공되기 전의 웨이퍼 보다 많은 양의 방사광이 반사되어 CCD 센서(11)에서의 웨이퍼 표면에 대한 결상이 비정상적으로 형성되어 웨이퍼의 이상으로 판단된다.

또한 이와는 반대로 웨이퍼에 형성된 공정막의 반사율이 낮은 경우에는 웨이퍼의 표면에서 반사되는 방사광이 적어 CCD센서(11)에의 결상이 제대로 형성되지 않아 이물질 검출의 성능이 저하된다.

따라서 웨이퍼에 형성된 공정막의 반사율에 따라 제논 램프(1)에서의 방사광량을 적절히 조절하여 웨이퍼에 도달하는 방사광량을 웨이퍼의 이상유무를 판단하기에 적합하게 공급한다.

이렇게 각 웨이퍼의 공정막에 따라 제논 램프(1)에서 전달되는 방사광의 광량을 조절하는 과정은 제논 램프(1)에서 방사된 방사광이 웨이퍼에서 반사되어 CCD센서(11)에서 방사광량이 검출되면서 영상처리장치(23)를 거치면서 필터 조합장치(100)의 웨이퍼 반사율 검출부(101)에서 방사광량의 세기가 분석된다.

이렇게 분석된 방사광량이 기준광량보다 크거나 적으면 필터 제어부(103)에서 상기 방사광량에 적합한 필터의 차단율이 계산되어 이러한 신호가 솔레노이드 밸브 구동부(105)로 전달된다.

이에따라 상기 솔레노이드 밸브 구동부(105)에 의하여 각각의 에어 실린더(109a 내지 109d)가 솔레노이드 밸브(107a 내지 107d)의 개폐에 의하여 구동되고 이러한 에어 실린더(109a 내지 109d)의 이동에 의하여 각 필터(111a 내지 111d)가 상호 조합된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면 웨이퍼의 제논 램프(1)에 대한 반사율이 가공전의 웨이퍼보다 큰 경우에는 광량의 차단율을 높이기 위하여 15 % 이상의 필터를 사용하고 반대로 반사율이 적은 경우에는 5 % 이하의 필터를 사용한다.

이러한 필터의 차단율은 CCD센서(11)에서의 신호가 영상처리부(23)에서 분석되어 CCD센서(11)에 전달되는 광량에 따라 결정되고 이에따라 각각의 필터(111a 내지 111d)가 상호 적절하게 조합되어 사용됨은 물론이다.

따라서 각 웨이퍼의 공정막에서의 반사율에 따라 제논 램프(1)에서의 방사광량이 각 필터(111a 내지 111d)의 조합에 의하여 적절하게 조절되어 웨이퍼(27)의 표면이상을 검출하는데 적합한 방사광이 웨이퍼(27)에 조사된다.

상기에서 상술된 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼에서 반사되는 방사광의 반사율에 따라 이에 적절한 필터를 조합하여 제논 램프에서 웨이퍼로 방사되는 방사광의 광량을 조절하여 적절한 방사광량이 웨이퍼의 표면에서 반사되어 안정된 광신호가 CCD센서에 전달되도록 하므로써 웨이퍼의 이물질 검사장치의 검출성능을 향상시키는 동시에 웨이퍼의 반사율에 적합한 필터를 자동으로 조합하여 방사광에 대한 필터의 차단율을 효과적으로 조절하는 잇점이 있다.

Claims

일정 대역으로 여과된 방사광을 웨이퍼(27)측으로 투사하는 렌즈부와, 상기 웨이퍼(27)에서 반사된 방사광에서 웨이퍼 표면의 이상유무를 검출하는 CCD센서(Charge coupled device sensor)(11)와, 상기 CCD센서(11)를 통과한 방사광을 소정방향으로 회절시키는 하프 미러(7)와, 상기 하프 미러(7)에 의하여 전송된 방사광을 다방향으로 분산하는 빔 스프리터(17)와, 상기 빔 스프리터(17)에서 전달된 방사광에서 자동초점에 대한 최적지점을 포착하여 전기적 신호로 변환하는 PCD센서(13)(15)와, 상기 PCD센서(13)(15)의 신호를 증폭하는 AMP센서(19)(21)와, 상기 AMP센서(19)(21)에서 전송된 신호를 영상화하는 영상처리장치(23)와, 상기 웨이퍼(27)가 장착된 피에조부(29)와, 상기 영상처리장치(23)에서 전송된 신호에 따라 웨이퍼(27)에 대한 최적초점을 맞추도록 피에조부(29)를 작동하는 피에조 구동장치(25)로 구성되는 이물질 검사장치에 있어서,

상기 하프 미러(7)와 CCD 센서(11) 사이에 형성되며 다 수개의 필터를 사용하여 상기 렌즈부에서 웨이퍼(27)방향으로 투사된 방사광의 광량을 자동으로 조절하는 필터 조합장치(100)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 이물질 검사장치.
청구항 1 에 있어서, 상기 필터 조합장치(100)는,

상기 CCD센서(11)와 연결되어 웨이퍼(27)에서 반사된 방사광량을 검출하는 웨이퍼 반사율 검출부(101)와;

상기 웨이퍼 반사율 검출부(101)에서 검출된 방사광량을 기준광량과 비교하여 방사광량의 다소에 따라 필터의 차단율을 결정하는 필터제어부(103)와;

상기 필터제어부(103)에 연결되어 차단율에 따라 작동되는 솔레노이드 밸브 구동부(105)와;

상기 솔레노이드 밸브 구동부(105)의 제어신호에 따라 개폐되는 다 수개의 솔레노이드 밸브(107a 내지 107d)와;

상기 솔레노이드 밸브(107a 내지 107d)에 각각 형성되며 솔레노이드 밸브(107a 내지 107d)의 개폐에 따라 소정거리를 왕복운동하는 에어 실린더(109a 내지 109d)와;

각 에어 실린더(109a 내지 109d)의 일측단에 투과율이 다른 필터가 장착되어 차단율에 따라 조합되어 웨이퍼의 반사율을 조절하는 필터(111a 내지 111d)로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 이물질 검사장치.
청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,

상기 필터(111a 내지 111d)의 차단율은 각각 2, 5, 10, 15 % 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 이물질 검사장치.