KR100265723B1

KR100265723B1 - 비젼인식을 이용한 반도체 웨이퍼 정렬방법

Info

Publication number: KR100265723B1
Application number: KR1019970013220A
Authority: KR
Inventors: 송경섭
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR19980076498A

Abstract

본 발명은 웨이퍼(wafer)에 형성된 다이(die)의 양부(良不)를 판정하여 양호한 다이를 픽업하여 옮기는 반도체 웨이퍼 검사 장치에서 검사전 단계로서 각 다이들이 정위치에 있도록 반도체 웨이퍼를 정렬시키기 위한 비젼 인식을 이용한 반도체 웨이퍼 정렬 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 정렬 방법은 인식 패턴을 여러 개의 셀들로 나누어 인식함으로써, 웨이퍼가 큰 각도로 웨이퍼의 플렛죤과 기울어져 척탑에 배치되더라도, 웨이퍼 상의 각 다이들의 플랫죤에 대한 기울기를 보정할 수 있다.

Description

비젼 인식을 이용한 반도체 웨이퍼 정렬 방법{A method for aligning semiconductor wafer using vision cognition}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 정렬 방법에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼(wafer)에 형성된 다이(die)의 양부(良不)를 판정하여 양호한 다이를 픽업하여 옮기는 반도체 웨이퍼 검사 장치에서 검사전 단계로서 각 다이들이 정위치에 있도록 반도체 웨이퍼를 정렬시키기 위한 비젼 인식을 이용한 반도체 웨이퍼 정렬 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 비젼 인식을 이용한 반도체 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기 위한 설명도로서, 반도체 웨이퍼가 정상적으로 배열되어 다이(die)가 비젼 인식 패턴에 맞도록 배열된 것을 나타낸다. 여기서 부재번호 11은 웨이퍼에 형성된 다이를 나타내고, 부재번호 12는 도 2에 도시된 바와 같은 비젼 인식을 위한 인식 패턴이다. 이와 같이, 다이들의 모서리 부분을 인식하는 인식 패턴(12)과 각 다이(11)의 모서리부분이 일치할 때 반도체 웨이퍼가 정상적으로 정렬된 것으로, 웨이퍼에 형성된 각 다이들에 대한 검사가 정상적으로 이루어질 수 있게된다.

도 2에 도시된 바와 같은 인식 패턴으로 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 각 다이(11)들이 정상적으로 배열되도록 웨이퍼를 정렬하여 웨이퍼를 검사하는 방법은 일반적으로 도 3에 도시된 바와 같은 순서로 진행된다.

먼저, 웨이퍼 이송장치가 웨이퍼 카세트로부터 웨이퍼를 빼낸다(100). 다음에, 웨이퍼 이송 장치가 선단 정렬부로 이송시켜 웨이퍼의 플랫죤(plat zone)을 찾는다(200). 다음에, 웨이퍼 공급 장치가 웨이퍼를 선단 정렬부에서 척탑으로 이송시킨다(300). 다음에, 웨이퍼를 프로파일러로 이동시켜 웨이퍼의 중심 위치(x, y) 및 플랫죤에 대해 θ방향을 찾는 제1차 다이 정렬을 행한다(400). 다음에, 웨이퍼를 카메라로 이동시켜 다이의 정렬 상태를 비젼 인식하여 다이의 회전(θ) 및 다이의 위치를 찾는다(500). 다음에 탐침 위치로 웨이퍼를 이동하여 웨이퍼 상의 각 다이에 대해 탐침을 진행한다(600). 다음에, 작업이 완료되었는가를 판단하여(700), 작업을 종료하거나, 맨 처음의 단계(100)로 돌아간다.

이상과 같은 웨이퍼 검사 공정에 있어서, 먼저 진행되는 비젼 인식에 의한 웨이퍼 정렬 단계(500)는 다음과 같은 순서에 의해 진행된다.

1. 도 2에 도시된 바와 같은 저장 패턴(12)과 동일한 패턴을 도 1에 도시된 바와 같은 웨이퍼의 다이 패턴 내에서 패턴 매칭에 의해 찾는다.

2. 패턴 매칭된 부분의 중심 좌표(x,y)를 제어기에 전달한다.

3. 다음 위치로 이동한다. 반도체 웨이퍼는 다수의 동일한 다이들로 이루어져 있으므로 도 2에 도시된 바와 같은 저장 패턴과 동일한 패턴이 있는 영역으로 이동한다.

4. 제1항과 제2항의 작업을 진행하여 새로운 동일 패턴의 중심(x',y')을 추출한다.

5. 제2항에서 구한 중심좌표(x,y)와 제4항에서 구한 중심좌표(x',y')를 이용하여 웨이퍼의 기울기 θ값을 구한다.

6. θ값이 안정될 때 까지(즉, 일정한 범위 내에 들어올 때 까지) 제1항 내지 제5항을 반복하여 진행한다.

이상과 같은 비젼 인식에 의한 웨이퍼 정렬 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼가 플렛죤으로부터 일정 각도(±5°) 이상으로 벗어나 비틀어지게 될 경우 패턴 매칭이 되지 않을 뿐 만 아니라 패턴 매칭 불량에 의한 웨이퍼 정렬 작업의 진행이 중단되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 웨이퍼가 일정 각도(±5°) 이상으로 플렛죤으로부터 비틀어지더라도 패턴 매칭이 이루어지며, 패턴 매칭 불량으로 인한 웨이퍼 정렬 작업의 중단이 발생되지 않는 반도체 웨이퍼 정렬 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 비젼 인식을 이용한 반도체 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기 위한 설명도,

도 2는 도 1에서 다이의 배열 형태를 비젼 인식하기 위한 인식 패턴도,

도 3은 종래의 비젼 인식을 이용한 반도체 웨이퍼 정렬 방법의 순서도,

도 4는 도 3의 반도체 웨이퍼 정렬 방법에 의해 반도체 웨이퍼를 정상적으로 정렬할 수 없는 상태를 나타내는 도면,

도 5는 일반적인 반도체 웨이퍼 검사 장치의 개략적 구조도,

도 6은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 정렬 방법을 설명하기 위한 설명도,

도 7은 도 6의 방법에 따른 저장 인식 패턴도,

도 8은 도 6의 방법에 따라 정렬된 반도체 웨이퍼의 모습을 보여주는 비젼 모니터의 작업 패턴도,

그리고 도 9는 도 6의 방법에 따른 비젼 인식부의 작업 순서를 나타내는 순서도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

11. 다이 12. 인식 패턴

20. 척탑(chuck top) 31., 32. 웨이퍼 위치 조정 로봇

41. CCD 카메라 42. 프로파일러(profiler)

50. 웨이퍼 카세터 61. 선단 정렬부(pre-alignment)

63. 웨이퍼 이송 장치 70. 모터 구동부

80. 제어기(산업용 퍼스널 컴퓨터) 81. 제어기용 모니터

82. I/O 처리부 90. 비젼 인식부

91. 영상 처리부 92. 비젼 인식용 모니터

120. 인식 패턴

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 정렬 방법은, (가) 척탑에 인입된 웨이퍼를 CCD 카메라 쪽으로 이동시키는 단계; (나) 미리 저장된 인식 패턴의 첫 번째 셀과 동일한 패턴을 웨이퍼 패턴에서 찾는 단계; (다) 상기 (나)단계의 작업이 만족될 경우 상기 인식 패턴의 두 번째 셀과 동일한 패턴을 상기 첫 번째 셀과 동일한 패턴의 인접 영역에서 찾되, 만약, 찾지 못하면 (나)단계의 작업을 반복 수행하는 단계; (라) 상기 (다)단계의 작업이 만족될 경우 상기 인식 패턴의 다음 셀과 동일한 패턴을 찾는 단계; (마) 상기 (나) 내지 (라)단계에서 찾아진 상기 인식 패턴의 셀들과 매칭되는 영역들 중심 위치들을 이용하여 상기 웨이퍼의 기울기를 검출하는 단계; (바) 검출된 웨이퍼의 기울기와 패턴 매칭된 중심 위치를 제어기에 전송하는 단계; (사) x,y 로봇이 상기 기울기를 이용하여 상기 웨이퍼의 플랫죤으로부터의 기울기를 보정하는 단계; (아) 다음 패턴 매칭할 부분으로 상기 웨이퍼를 이동하는 단계; (자) 상기 이동된 웨이퍼의 패턴 매칭 영역에 대하여 상기 (나) 단계 내지 (사) 단계의 작업을 반복하여 상기 인식 패턴과 완전히 매칭되는 웨이퍼의 영역을 찾는 단계; (차) 상기 (나)단계 내지 (사)단계의 작업 및 상기 (자)단계의 작업을 통하여 동일하게 인식된 패턴의 위치를 이용하여 상기 웨이퍼의 위치를 완전하게 정렬하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 정렬 방법을 상세하게 설명한다.

도 5는 일반적인 반도체 웨이퍼 검사 장치의 개략적 구조도이다. 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼 검사 장치는 크게 척탑(chuck top; 20), 웨이퍼의 x축 및 y축으로의 위치 조정을 위한 로봇(31, 32)들, CCD 카메라(41), 프로파일러(profiler; 42), 웨이퍼 카세터(50), 선단 정렬부(pre-alignment; 61), 웨이퍼 이송 장치(63), 모터 구동부(70), 산업용 퍼스널 컴퓨터로 이루어진 제어기(80), 제어기용 모니터(81), I/O 처리부(82), 영상 처리부(91) 및 비젼 인식용 모니터(92)로 구성된 비젼 인식부(90)를 구비하고 있다. 여기서, CCD 카메라(41) 및 프로파일러(42)는 이동판(40)에 의해 이동된다.

CCD 카메라(41)는 반도체 웨이퍼에 형성된 각 다이들의 영상을 촬영하여 영상신호를 영상 처리부(91)에 제공하고, 제어기(80)는 데이터 연산 및 처리를 진행하고, I/O 처리부(82)는 장치에 사용되는 각종 센서 및 솔레노이드의 온/오프를 제어하며, 모터 구동부(70)는 장치에 사용되는 모터들을 제어기(80)의 명령에 따라 회전 구동 시키며, 영상 처리부(91)는 CCD 카메라(41)로부터 입력되는 화상 신호을 처리하며, x,y로보트(31, 32)는 척탑(20)에 장착된 웨이퍼를 x,y축 방향으로 이동시키며, 프로파일러(profiler; 42)는 웨이퍼의 중심 어긋남 및 θ각 틀어짐에 대한 1차적인 보정을 행하며, 선단 정렬부(pre-alignment; 61)는 웨이퍼의 평탄부(flat zone)의 위치를 판단하며, 웨이퍼 이송 장치(63)는 웨이퍼 카세트(50)로부터 웨이퍼를 끄집어 내어 선단 정렬부(61)로 이송시켜 웨이퍼의 플랫죤(flat zone)의 위치를 판단한 후, x,y로보트(31, 32)의 상부에 안착되어 있는 척탑(chuck top; 20)에 웨이퍼를 공급하며, 척탑(20)은 검사될 웨이퍼가 장착되어 z, θ축을 기준으로 상승/하강 운동 및 회전 운동을 하는 장치이다.

상기와 같이 구성된 반도체 웨이퍼 검사 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼의 검사 방법은 도 3에 도시된 바와 같은 절차에 따라 진행된다. 다만, 비젼 인식에 의한 웨이퍼의 정렬은 도 7에 도시된 바와 같은 인식 패턴을 이용하여 도 6에 도시된 바와 같은 방법으로 도 9에 도시된 바와 같은 순서에 따라 진행된다.

여기서, 본 발명의 정렬 방법에 사용되는 비젼 인식 패턴은, 도 7에 도시된 바와 같이, 여러개의 화소들의 집합으로 이루어져 동일한 모양의 미세패턴을 이루는 복수개의 셀들로 나누어져 있다. 본 발명에서는 이와 같이 패턴 인식을 이와 같이 복수개의 셀들로 나누어 인식함으로써 웨이퍼가 플랫죤으로부터 비틀어짐으로 인하여 방생되는 정렬 불능 내지는 검사의 중단을 방지할 수 있음에 특징이 있다.

이러한 본 발명에 따른 비젼 인식에 의한 반도체 웨이퍼의 정렬 방법은, 도 9에 도시된 바와 같은 비젼 인식부의 작업 순서에 따라, 다음과 같이 진행된다.

1. 척탑(20)에 인입되는 웨이퍼가 프로파일러(42)에 의해 1차로 정렬되어 일정 각도 이상의 오차를 가지며 CCD 카메라 쪽으로 이동한다(단계 510).

2. 비젼 인식하여 1화면을 잡는다(단계 520).

3. 미리 저장된 도 7에 도시된 바와 같은 인식 패턴과 동일한 패턴을 찾는다. 즉 패턴 매칭을 진행한다(단계 530). 패턴 매칭은 다음과 같은 순서에 의해 진행된다.

1) 도 7에 도시된 바와 같은 저장 인식 패턴의 첫 번째 셀(a 셀)과 동일한 패턴을 도 6에 도시된 바와 같은 작업 중인 웨이퍼 상의 다이들에 의해 형성된 패턴에서 찾는다.

2) 제 1)항의 작업이 만족될 경우 저장 패턴의 두 번째 셀과 동일한 패턴을 첫 번째 셀과 동일한 패턴의 우측에서 찾는다. 만약, 찾지 못하면 제 1)항의 작업을 다시 행한다. 도 6에서는 인식 패턴의 b 셀과 웨이퍼의 a셀과 동일한 영역의 우측 패턴이 대부분 일치하므로 일치하는 것으로 한다.

3) 상기 제 1)항 및 제 2)항에서 검출된 각 셀의 위치를 이용하여 웨이퍼의 기울기를 검출한다.

4) 제 1)항 내지 3)항의 작업을 그 다음 셀들에 반복하여 완전히 매칭되는 영역을 찾는다.

4. 패턴 매칭에 의해 저장 패턴과 동일한 패턴의 x,y,θ위치 즉, 매칭된 중심 위치(x,y) 및 검출된 웨이퍼의 기울기(θ)를 제어기(80)에 전달한다(단계 540).

5. x,y,θ위치에 의해 로봇을 이동하여 웨이퍼의 위치를 보정한다(단계 550).

6. 웨이퍼 정렬 작업이 완료되었는가를 확인한다(단계 560). 정렬 작업이 완료되었으면 작업을 종료하고, 작업이 완전히 종료되지 않았으면 다음 패턴 인식 위치로 이동하여(단계 570), 상기 비젼 인식 단계(520) 이하의 모든 단계를 작업이 종료될 때 까지 반복하여 수행한다.

실제로 도 6에서 첫 번째 셀 즉 a셀에 대하여 웨이퍼의 패턴은 일치한다. 그러므로, 저장 패턴의 두 번째 셀(b 셀)과 동일한 패턴을 첫 번째 셀(a 셀)과 동일한 패턴의 우측에서 찾는다. 만약, 찾지 못하면 제 1항)의 작업을 다시 행하지만, 도 6에서는 인식 패턴의 b 셀과 웨이퍼의 a셀과 동일한 영역의 우측 패턴이 대부분 일치하므로 일치하는 것으로 한다. 따라서 그 다음의 세 번째 셀(c 셀)에 대하여 웨이퍼의 b셀 우측 패턴이 일치하는 가를 조사한다. 이 때 c 셀과 웨이퍼의 b셀 우측 패턴이 거의 일치하지 않으므로 c 셀과 일치하는 웨이퍼 패턴을 도 6의 d로 표시된 영역에서 찾게된다. 따라서, b 셀과 일치된 웨이퍼의 패턴 영역의 중심과 상기 c 셀과 일치하는 d로 표시된 웨이퍼 영역의 중심점들을 비교하여 기울기를 구한 다음 웨이퍼를 회전시켜 기울기 보정을 한다. 각 셀들에 대하여 이러한 보정을 몇번 반복하게 되면 인식 패턴과 완전히 매칭되는 웨이퍼의 영역을 찾을 수 있게된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 정렬 방법은 인식 패턴을 여러 개의 셀들로 나누어 인식함으로써, 웨이퍼가 큰 각도로 웨이퍼의 플렛죤과 기울어져 척탑에 배치되더라도, 웨이퍼 상의 각 다이들의 플랫죤에 대한 기울기를 보정할 수 있어 웨이퍼 검사 공정의 중단을 막을 수 있다.

Claims

(가) 척탑에 인입된 웨이퍼를 CCD 카메라 쪽으로 이동시키는 단계;

(나) 미리 저장된 복수개의 동일한 모양의 셀들로 이루어진 인식 패턴의 첫 번째 셀과 동일한 패턴을 웨이퍼 패턴에서 찾는 단계;

(다) 상기 (나)단계의 작업이 만족될 경우 상기 인식 패턴의 두 번째 셀과 동일한 패턴을 상기 첫 번째 셀과 동일한 패턴의 인접 영역에서 찾되, 만약, 찾지 못하면 (나)단계의 작업을 반복 수행하는 단계;

(라) 상기 (다)단계의 작업이 만족될 경우 상기 인식 패턴의 다음 셀과 동일한 패턴을 찾는 단계;

(마) 상기 (나) 내지 (라)단계에서 찾아진 상기 인식 패턴의 셀들과 매칭되는 영역들 중심 위치들을 이용하여 상기 웨이퍼의 기울기를 검출하는 단계;

(바) 검출된 웨이퍼의 기울기와 패턴 매칭된 중심 위치를 제어기에 전송하는 단계;

(사) x,y 로봇이 상기 기울기를 이용하여 상기 웨이퍼의 플랫죤으로부터의 기울기를 보정하는 단계;

(아) 다음 패턴 매칭할 부분으로 상기 웨이퍼를 이동하는 단계;

(자) 상기 이동된 웨이퍼의 패턴 매칭 영역에 대하여 상기 (나) 단계 내지 (사) 단계의 작업을 반복하여 상기 인식 패턴과 완전히 매칭되는 웨이퍼의 영역을 찾는 단계;

(차) 상기 (나)단계 내지 (사)단계의 작업 및 상기 (자)단계의 작업을 통하여 동일하게 인식된 패턴의 위치를 이용하여 상기 웨이퍼의 위치를 완전하게 정렬하는 단계;를

포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 정렬 방법.