KR100278807B1 - 웨이퍼 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

목적 : 다수개의 웨이퍼를 동시에 검사하여 양불을 판정할 수 있는 웨이퍼 검사 시스템을 제공하고자 한다.

구성 : 다수개의 웨이퍼를 평행하게 적재하기 위한 지지블록을 갖는 트레이와, 상기 트레이를 저속으로 회전시키는 회전구동수단과, 상기 트레이의 측방에 설치되어 상기 지지블록에 적재되어 회전되는 각각의 웨이퍼를 비접촉으로 검사하는 신호를 출력하는 다수의 센서와, 상기 센서들의 신호를 처리하여 웨이퍼의 결손을 판별하는 신호처리 및 판별부와, 상기 판별결과를 사용자가 확인할 수 있는 형태로 출력하는 출력장치로 구성된다. 상기 센서는 웨이퍼의 결손부를 검출시에 리크를 포함한 신호를 출력하는 것으로서, 레이저센서, 포토센서, 초음파센서, 적외선센서 또는 이미지센서를 채용할 수 있다.

효과 : 다수개의 웨이퍼를 저속으로 회전시키면서 센서들에 의한 자동화 검사를 구현하는 것이므로, 다량의 웨이퍼를 단시간에 정밀하게 검사할 수 있고, 작업자의 위해 및 설비손상을 우려하지 않아도 되며, 아울러 검사결과는 신호처리 및 판별부에서 디지탈신호로 출력되는 것이므로 공정 자동화의 구현에 유용한 자원으로 활용할 수 있다.

Description

웨이퍼 검사 시스템

본 발명은 웨이퍼 검사 시스템에 관한 것으로, 특히 다수개의 웨이퍼를 동시에 검사할 수 있으면서도 웨이퍼의 에지에 생긴 결손이나 웨이퍼 표면의 결정 결함 등 웨이퍼의 불량 여부를 정밀하게 검사할 수 있는 웨이퍼 검사 시스템에 관한 것이다.

주지된 바와같이, 반도체 부품을 만드는 모재가 되는 웨이퍼는 실리콘 단결정으로 된 주괴(Ingot)을 얇게 커팅하는 슬라이스 공정을 통해 원판으로 형성된다.

웨이퍼를 제작하기 위한 슬라이스 공정에서는 표면에 다이아몬드 분말이 코팅된 환상 톱날의 안쪽부분을 이용하여 주괴를 얇게 커팅함으로써 소실되는 단결정 실리콘의 양이 최소화 될 수 있도록 하는 한편, 절단 후에는 부식제를 이용하여 커팅시에 생긴 톱날자국과 기타손상을 깨끗이 제거해야 한다.

이와같이 슬라이스 공정에서 발생된 웨이퍼의 결정 결함은 반도체 소자 제작에 치명적인 악영향을 주므로, 슬라이스 공정을 통해 얻어진 웨이퍼는 통상적으로 세척 후 혹는 연마 및 세척 후에 양불 여부를 판정하기 위한 검사를 행하게 된다.

또, 슬라이스 공정을 통해 얻은 웨이퍼는 재질상의 강한 경도로 인하여 특히 에지부분에서 결손이 생기는 경우가 많은데, 이와같이 결손이 생겨 날카롭게 된 웨이퍼의 에지부분은 공정작업에 임하는 작업자에게 위해를 주거나 설비를 손상시킬 우려가 있다.

따라서, 전술한 피해를 방지하고 반도체 제품의 수율을 높이기 위해서 웨이퍼의 검사를 행하게 되는데, 종래에는 육안 검사 혹은 현미경 검사를 통해서 웨이퍼의 양불 판정을 행하였기 때문에 판정의 정확성을 기하기가 어려웠고, 또한 웨이퍼를 한 개 단위로 검사하였기 때문에 작업효율이 대단히 낮다는 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 다수개의 웨이퍼를 동시에 검사하여 양불을 판정할 수 있도록 하는 웨이퍼 검사 시스템을 제공하려는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수개의 웨이퍼를 평행하게 적재하기 위한 지지블록을 갖는 트레이와, 상기 트레이를 저속으로 회전시키는 회전구동수단과, 상기 트레이의 측방에 설치되어 상기 지지블록에 적재되어 회전되는 각각의 웨이퍼를 비접촉으로 검사하는 신호를 출력하는 다수의 센서와, 상기 센서들의 신호를 처리하여 웨이퍼의 결손을 판별하는 신호처리 및 판별부와, 상기 판별결과를 사용자가 확인할 수 있는 형태로 출력하는 출력장치를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에지 검사 시스템을 제안한다.

상기 센서는 웨이퍼의 결손부를 검출하는 순간에 리크를 포함한 신호를 출력하는 것으로서, 레이저센서, 포토센서, 초음파센서, 적외선센서, 이미지센서 중의 하나를 채용한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 의한 시스템 구성도,

도 2 는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼의 적재상태 평면도,

도 3 은 본 발명의 검출 원리를 설명하기 위한 센서의 신호 파형도,

도 4 는 본 발명이 실시예로 적용된 레이저센서의 원리도,

도 5 는 본 발명의 실시예로 레이저센서 채용시의 신호처리 및 판별부의 구성을 보인 블록도,

도 6 은 본 발명의 실시예로 적용된 교류식 포토센서의 구성블록도,

도 7 은 본 발명의 실시예로 적용된 이미지센서의 사용 상태도,

도 8 은 본 발명의 실시예로 이미지센서 채용시의 신호처리 및 판별부의 구성 블록도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

W-웨이퍼 M-회전구동수단

2-트레이 4-센서

6-센서장착 유니트 8-신호처리 및 판별부

9-출력장치 22-지지블록

62-가이드레일

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 회전구동수단(M)으로 사용된 저속모터의 구동축 상에 트레이(2)가 축결되고, 상기 트레이(2)의 원주상 소정위치에는 다수의 웨이퍼(W)를 수평으로 적재할 수 있도록 종방향상으로 일정간격 거리를 두어 협지홈들을 형성하고 있는 지지블럭(22)이 수직으로 입설된다.

상기 트레이(2)의 측방에는 센서장착 유니트(6)가 설치되며, 이 센서장착 유니트(6)에는 상기 트레이(2)에 적재된 각각의 웨이퍼(W)에 대면하도록 다수개의 센서(4)가 종방향상으로 일정간격의 거리를 두어 장착된다.

상기 센서장착 유니트(6)는 가이드레일(62) 상에 탑재되어, 웨이퍼(W)의 검사시에는 센서(4)들을 트레이(2) 상에 적재된 웨이퍼(W)에 접근시키고, 웨이퍼(W)의 교체시에는 웨이퍼(W)로부터 센서(4)들을 후퇴시킬 수 있도록 한다.

한편, 상기 센서장착 유니트(6)는 상기 센서(4)들에 전기적으로 연결되어 센서(4)의 감지신호를 처리함으로써 웨이퍼(W)의 결손이 있는지 여부를 판별하는 신호처리 및 판별부(8) 및 판별결과를 표시하는 출력장치(9)를 갖는다.

이와같이 구성된 본 발명은 트레이(2)에 웨이퍼(W)를 적재한 다음 센서장착 유니트(6)를 밀어주어 센서(4)들을 웨이퍼(W)로 접근시킨 후에 회전구동수단(M)을 구동시킴으로써 지지블럭(22)에 고정되는 형태로 트레이(2) 상에 적재된 여러개의 웨이퍼(W)를 저속으로 회전시키면서 센서(4)의 감지신호를 로드하여 웨이퍼(W)의 검사를 행할 수 있다.

한편, 웨이퍼(W)에는 도 2 에 도시된 바와같이 원주상 일측에 통상적으로 플랫면(Wf)이 형성되어 있다.

검사하려는 웨이퍼(W)를 트레이(2) 상에 적재할 때에는 상기 플랫면(Wf)이 협지홈(222)의 종단부까지 밀착되게 함으로써 검사시에 회전구동수단(M)에 의해 회전되는 웨이퍼(W)에 정확한 방위를 줄 수 있도록 한다. 이러한 적재방법은 센서(4)의 감지오차를 방지하기 위한 것이고, 또한 웨이퍼(W)의 결손위치를 전기적으로 검출 할 수 있는 동기를 부여하는 데에 활용될 수도 있다.

상기 웨이퍼(W)의 결손여부는 센서(4)에서 출력되는 신호에 의해서 알 수 있다. 즉, 센서(4)의 신호는 웨이퍼(W)가 양호한 경우에 도 3의 a와 같이 동기신호분을 제외하고는 거의 평탄한 파형으로 나타나게 되고, 웨이퍼(W)에 결손이 있는 경우에 도 3의 b와 같이 리크성분이 섞인 파형으로 나타나게 된다.

이와같이 상기 센서(4)들은 웨이퍼(W)의 결손부분에서 정상부분과 구별되는 파형의 신호를 출력하며, 상기 센서(4)로는 레이저센서, 포토센서, 적외선센서, 초음파센서, 또는 이미지센서를 채용할 수 있다.

이와같이 본 발명을 구현하기 위해 채택가능한 다양한 종류의 센서 및 그와 연결되는 신호처리 및 판별부(8)의 여러 가지 실시예로 구현할 수 있다.

먼저, 상기 센서(4)에 레이저센서를 채용한 실시예에 대해 설명한다.

레이저센서는 도 4 에 도시된 바와같이 레이저광을 발사하는 송광계(422), 웨이퍼(W)의 표면에 직선상으로 레이저광을 주사하는 스캐닝경(424) 및 웨이퍼(W)에 반사된 레이저광을 수광하는 수광계(426)로 이루어져, 웨이퍼(W)의 표면의 결정 결함이나 거칠기, 에지부분의 흠집과 같은 미세구조에 의해서 생긴 회절상을 감지한다.

이와같이 레이저센서와 같이 아나로그량을 측정하는 센서를 채용하는 경우, 다수의 센서(4)들은 도 5 에 도시된 바와같은 앰프(842), 멀티플렉서(844), A/D변환기(846), 인터페이스(848) 및 퍼스컴(850)으로 구성된 신호처리 및 판별부(8)로 연결하여 구성한다. 상기 퍼스컴(850)에서는 리크성분이 있는 신호를 인식하여 트레이(2) 상의 몇번째 위치한 웨이퍼(W)가 불량한지를 판별하고, 이 판별결과를 출력장치(9)를 통해 사용자가 알 수 있는 형태로 출력하게 되므로, 한번에 다수의 웨이퍼(W)를 검사하면서도 결손이 있는 불량 웨이퍼를 정확히 찾아낼 수 있다. 여기에서, 상기 퍼스컴(850) 대신에 단일칩으로 제작된 소형 마이컴을 사용할 수 있음은 물론이다.

전술한 바와같이 아나로그량을 측정하는 센서로는 레이저센서 외에 포토센서를 들 수 있다.

포토센서를 사용할 경우에는 자연광의 간섭을 피하기 위해서, 도 6에 도시된 바와 같이 발광부로서 발진회로(442) 및 포토다이오드(444), 그리고 수광부로서 포토트랜지스터(446), 필터(448), 앰프(450), 검파회로(452) 및 레벨인터페이스(454)로 구성된 교류식 포토센서를 채용하여 전술한 도 5의 멀티플렉서(844)의 입력단으로 연결 구성한다. 이러한 교류식 포토센서를 이용하여 웨이퍼(W)를 검사하는 경우, 결손이 있는 부분에서는 교류신호에 도면상에 도시된 바와같이 리크가 나타나게 되며, 상기의 퍼스컴(850)에서는 이 리크성분을 이용하여 웨이퍼(W)의 양불을 검사한다.

또, 상기 센서(4)로 도 7과 같이 일열로 배열된 포토다이오드 어레이 혹은 고체촬상소자로 구성된 이미지센서(462)를 사용하여 1차원 주사에 의해서 회전하는 웨이퍼(W)에 대한 화상정보를 획득할 수 있다. 이와같이 이미지센서(462)를 채용한 경우, 획득된 화상정보를 처리하는 신호처리 및 판별부(8)는 도 8 에 도시된 바와같은 회로로 구현할 수 있다. 즉, 이 실시예에서는 상기 이미지센서(462)에서 출력하는 화상정보를 전처리회로(862)를 통해 패턴메모리(466)에 프레임 단위로 저장한 후 이 정보를 마이크로프로세서(468)로 로드함으로써 2차원 화상정보로 획득하고, 다시 상기 마이크로프로세서(468)로 로드된 2차원의 화상정보를 설정기준치로 저장된 메모리(470)의 데이터와 비교 판별하여 그 결과를 출력장치(9)를 통해 사용자가 확인할 수 있는 형태로 출력함으로써 웨이퍼(W)의 양불을 판정할 수 있도록 한 것이다.

한편, 도시하지 않았지만, 상기 센서(4)에 초음파센서가 채용될 경우, 회전되는 웨이퍼(W)로부터 반사되어지는 초음파의 감쇠량의 변화에 의해서 웨이퍼(W)의 결손을 감지할 수 있다.

또, 상기 센서(4)에 적외선센서가 채용될 경우에는 웨이퍼(W)에 적외광을 조사하는 적외선램프를 별도로 설치함으로써 웨이퍼(W)로부터 반사되는 적외선 량의 변화에 의해서 웨이퍼(W)의 결손을 감지할 수 있다.

이와 같이 웨이퍼(W)의 결손을 검출하는 센서(4)는 슬라이스 공정에서 생긴 웨이퍼(W)의 에지부분의 결손이나 연마나 세척이 불량하여 생기는 웨이퍼(W)의 표면의 결정 결함에 의해서 다소간의 신호파형의 변화를 보이게 되고, 신호처리 및 판별부(8)는 이러한 미세한 파형변화를 증폭한 후 이 증폭된 신호에 의해서 웨이퍼(W)의 불량여부를 판별하게 되는 것이다.

이상의 설명을 통해 알 수 있듯이 본 발명은 다수개의 웨이퍼를 저속으로 회전시키면서 센서들에 의한 자동화 검사를 구현하는 것이므로, 다량의 웨이퍼를 단시간에 정밀하게 검사할 수 있고, 작업자의 위해 및 설비손상을 우려하지 않아도 되는 유용한 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 검사결과는 신호처리 및 판별부에서 디지탈신호로 출력되므로 공정 자동화의 구현에 유용한 자원으로 활용할 수 있다.

Claims (2)

1. 트레이와, 적어도 하나 이상의 웨이퍼가 일정간격을 갖고 평행하게 적재될 수 있도록 협지홈을 형성시키고 상기 웨이퍼의 중심이 상기 트레이의 중심과 일치될 수 있도록 상기 트레이의 외곽에 수직으로 입설되는 웨이퍼 지지블록과, 상기 트레이의 중심에 회전축이 결합되어 트레이를 회전시킬 수 있도록 회전력을 발생시키는 회전수단으로 이루어진 웨이퍼 회전유닛; 상기 웨이퍼 각각에 대해 비접촉상태에서 웨이퍼의 결함 부위를 검출하는 순간에 리크를 포함한 신호를 감지하여 웨이퍼 에지결함을 감지할 수 있도록 감지신호출력부와 감지신호입력부를 갖는 센서와, 상기 웨이퍼 에지에 상기 센서가 대응배치되어 체결되는 센서 지지블록과, 상기 웨이퍼 에지와 센서와의 거리를 조절하기 위해 센서 지지블록을 직동운동시키는 직동수단으로 이루어진 센서 연동유닛; 상기 각각의 센서와 연결된 멀티플렉서와, 상기 멀티플렉서로부터 출력된 신호를 디지털화시키는 아날로그/디지털 변화기와, 상기 아날로그/디지털 변화기로부터 출력된 데이터로부터 각각의 웨이퍼의 결함위치를 판별하고 이를 저장하는 제어부로 이루어진 신호처리 및 판별부; 상기 각각의 웨이퍼에 대한 에지결함 여부를 표시하는 출력장치; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서는 레이저센서, 포토센서, 초음파센서, 적외선센서, 이미지센서 중의 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 시스템.