KR100529648B1 - 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치 및 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막 두께에 따른 이미지 콘트라스트 차이를 정량화하여 막을 연마할 때 연마될 막 두께에 따른 적절한 연마정도, 슬러리, 연마속도 및 시간을 사용함으로써 불량분석을 진행하는 작업자가 평행 연마와 관련된 원하는 샘플 웨이퍼를 정확하고 신속하게 제작할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치를 제공하는 것으로, 이에 따른 장치는 수직 지지대에 연결 설치되어 반도체 웨이퍼를 연마하는 연마부; 상기 연마부의 상부인 상기 수직 지지대에 설치되어 상기 반도체 웨이퍼를 파지한 상태에서 반도체 웨이퍼를 회전하는 반도체 웨이퍼 파지부; 상기 반도체 웨이퍼 파지부의 상부에 해당하는 상기 수직 지지대에 연결 설치되어 상기 반도체 웨이퍼의 연마면을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라에서 촬영 전송된 이미지를 이용하여 연마면의 막 두께를 검사하는 제어부를 포함한다.

Description

반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치 및 검사방법 {CHECKING APPARATUS OF POLISHING SURFACE OF SEMICONDUCTOR WAFER AND CHECKING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 샘플 반도체의 이상부위를 파악하기 위해 반도체 웨이퍼의 연마후 표면 상태를 검사하는 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치 및 검사방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼의 제조공정은 높은 정확도가 요구되지만 반도체 공정의 복잡한 과정으로 인하여 100% 완벽한 수율을 나타내는 제조공정을 만족시키기에는 현실적인 어려움이 따른다.

또한 완성된 반도체 웨이퍼는 다양한 종류의 검사를 통해서 이상유무를 판정하여 이상이 있는 웨이퍼의 경우에는 재활용이 가능한 경우에는 회수하여 조치를 취한 후 재활용을 하게 되고, 그렇치 못한 경우에는 폐기처분한다.

그런데 재활용을 하기 전, 어떤 이유로 인하여 반도체 웨이퍼에 이상이 발생했는 지를 파악해야만이 후속공정에서 동일한 과정으로 결함이 발생되지 않기 때문에 반도체 웨이퍼의 검사를 실시하게 된다.

반도체 웨이퍼를 검사하는 방법으로 미국특허 제5,964,643호에서는 연마하는 동안 기판위 층의 균일도를 측정하는 인시튜방법을 개시하고 있다. 이 방법은 연마 중에 층을 향하여 라이트 빔을 조사하고, 기판에서 반사된 라이트 빔에 의해서 발생된 간섭신호를 모니터링하며, 상기 간섭신호로부터 균일도를 측정하여 컴퓨터링하는 과정으로 진행됩니다.

또한 일본 공개번호 제1998-1977216호에서는 각 부분의 절대 막두께 측정을 용이하며 고정밀도에 행한 것이 가능한 막두께 얼룩 측정장치를 제공하며, 이 장치는 피측정물의 표면을 카메라로 촬영하고, 그 촬영된 화상 정보의 각 부분에서의 파장에 근거하여 절대 막두께를 검출한 후 출력하는 것입니다.

아울러 종래에 반도체 불량 분석용 샘플 웨이퍼 제작 기술 중에서 물리적 평행 연마 방법(Physical parallel polishing)은 제거할 대상 막의 두께를 감안하여 연마를 실시하는 중간에 막두께를 확인하기 위해서 작업자가 현미경과 연마 도구 사이를 수시로 자리 이동하면서 샘플 웨이퍼의 칩 표면 색을 파악하여 연마 정도를 파악하고 있다.

그러나 육안으로 색을 판단하는 작업은 작업자의 개인적인 능력과, 연마의 강도, 슬러리 및 연마의 회전속도에 따라 샘플 웨이퍼의 상태가 좌우되므로 부적절한 연마조건 사용시 샘플 파손 및 신속, 정확한 불량 분석이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 막 두께에 따른 이미지 콘트라스트 차이를 정량화하여 막을 연마할 때 연마될 막 두께에 따른 적절한 연마정도, 슬러리, 연마속도 및 시간을 사용함으로써 불량분석을 진행하는 작업자가 평행 연마와 관련된 원하는 샘플 웨이퍼를 정확하고 신속하게 제작할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치 및 검사방법을 제공하는 데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 검사장치는 수직 지지대에 연결 설치되어 반도체 웨이퍼를 연마하는 연마부; 상기 연마부의 상부인 상기 수직 지지대에 설치되어 상기 반도체 웨이퍼를 파지한 상태에서 반도체 웨이퍼를 회전하는 반도체 웨이퍼 파지부; 상기 반도체 웨이퍼 파지부의 상부에 해당하는 상기 수직 지지대에 연결 설치되어 상기 반도체 웨이퍼의 연마면을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라에서 촬영 전송된 이미지를 이용하여 연마면의 막 두께를 검사하는 제어부를 포함한다.

그리고 본 발명의 검사방법은 샘플 웨이퍼의 막 정보를 제어부에 입력되는 단계; 반도체 웨이퍼를 아암에 장착하고, 상기 반도체 웨이퍼의 연마면이 하부의 연마패드를 향하도록 자세를 유지하며, 구동모터를 작동하여 상기 아암을 하부로 하강시킴과 동시에 모터를 회전하여 상기 반도체 웨이퍼의 연마면이 연마되도록 하는 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계; 상기 반도체 웨이퍼의 연마중에 상기 아암을 회전하여 상기 반도체 웨이퍼의 연마면을 촬영하는 단계; 및 상기 제어부에 입력된 막 이미지와 촬영된 연마면의 이미지를 콘트라스트 비교하여 동일한 경우에 연마를 정지하는 촬영된 연마면과 입력된 막 이미지와 비교하는 단계를 포함한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 연마면을 검사하는 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 검사장치는 반도체 웨이퍼(W)를 연마하는 연마부와, 반도체 웨이퍼(W)를 파지한 상태에서 반도체 웨이퍼(W)를 회전 및 승하강할 수 있는 반도체 웨이퍼 파지부와, 상부 지지대(1a)에 설치되어 반도체 웨이퍼(W)의 연마면을 촬영하는 카메라와, 카메라에서 촬영 전송된 이미지를 이용하여 연마면의 막 두께를 검사하는 제어부(C)를 포함한다.

여기서 연마부는 수직 지지대(1)에 수평으로 설치된 수평 지지대(1b)에 설치되어 모터(2)에 의해 회전되는 플래튼(4)과, 플래튼(4)에 설치된 연마패드(6)로 구성된다.

수직 지지대(1)에 설치되는 반도체 웨이퍼 파지부는 수직 지지대(1)에 수직 방향으로 설치되는 랙 레일(3)과, 랙 레일(3)에 치합되는 피니언 기어(5)가 설치되는 본체(7)와, 본체(7)에 설치된 회전모터(9)에 의해 회전되고 반도체 웨이퍼(W)를 진공으로 흡착하는 아암(11)으로 구성된다.

여기서 본체(7)에 피니언 기어(5)를 구동하는 구동모터(13)가 설치되어 반도체 웨이퍼 파지부의 승하강시 구동모터(13)의 구동에 따라 회전되는 피니언 기어(5)가 랙 레일(3)을 타고 승하강하게 된다.

제어부(C)는 카메라(15)에서 촬영된 이미지를 분석하여 제어부(C)에 입력되어 있는 이미지와 비교했을 때 동일하면 회전모터(9)를 정지시키고 구동모터(13)를 회전시켜 반도체 웨이퍼 파지부를 상승시킴으로써 연마가 정지되도록 한다.

이를 위하여 제어부(C)의 내부에는 연마를 정지하여야 할 막 상태에 대한 이미지 정보가 입력되어 있으며, 좀 더 바람직하게는 콘트라스트(contrast) 대비를 통한 이미지 비교를 하기 위해 콘트라스트 정보가 입력된다.

이상과 같이 구성되는 검사장치는 다음과 같은 검사방법을 통해 작동된다.

먼저 제어부에 샘플 웨이퍼의 막 정보가 입력되는 단계에서, 반도체 웨이퍼(W)의 연마를 정지해야 할 대상이 되는 막의 이미지 정보를 제어부(C)의 내부에 입력시키는 단계이다.

다음으로, 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계에서는, 아암(11)에 반도체 웨이퍼(W)를 장착하고, 반도체 웨이퍼(W)의 연마면이 하부의 연마패드(6)를 향하도록 자세를 유지하며, 구동모터(13)를 작동하여 아암(11)을 하부로 하강시킴과 동시에 모터(2)를 회전하여 반도체 웨이퍼(W)의 연마면이 연마되도록 한다.

다음으로, 반도체 웨이퍼의 연마면을 촬영하는 단계에서는 반도체 웨이퍼(W)의 연마중에 반복해서 연마중인 반도체 웨이퍼(W)의 연마면을 촬영하게 된다.

즉, 구동모터(13)를 작동하여 피니언 기어(5)가 랙 레일(3)을 타고 상승하여 연마중인 반도체 웨이퍼(W)의 연마면을 연마패드(6)로부터 이격시키고, 이와 동시에 회전모터(9)를 작동하여 반도체 웨이퍼(W)의 연마면이 카메라(15)를 향하도록 아암(11)을 회전시킨다. 그리고 구동모터(13)를 계속 상승하여 연마면이 카메라(15)의 근접한 위치까지 이동하도록 한 후 정지하고, 카메라(15)로 연마면을 촬영한다.

마지막으로, 촬영된 연마면과 입력된 막 이미지와 비교하는 단계에서는 제어부(C)에 입력된 막 이미지와 촬영된 연마면의 이미지를 콘트라스트 비교하여 동일한 경우에 연마를 정지한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 작업자의 경험이나 개인적인 능력에 의지하지 않고 촬영된 이미지와 저장된 이미지의 콘트라스트 비교를 통하여 샘플 웨이퍼를 제작이 신속하게 진행된다.

그리고 여러 층의 신속한 제거 및 절연막 두께 조절에 사용시 불량 분석에 도움이 된다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 연마면을 검사하는 장치를 개략적으로 도시한 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치의 작동을 도시한 측면도이다.

Claims (6)

1. 수직 지지대에 연결 설치되어 반도체 웨이퍼를 연마하는 연마부;

   상기 연마부의 상부인 상기 수직 지지대에 설치되어 상기 반도체 웨이퍼를 파지한 상태에서 반도체 웨이퍼를 회전 및 승하강할 수 있는 반도체 웨이퍼 파지부;

   상기 반도체 웨이퍼 파지부의 상부에 해당하는 상기 수직 지지대에 연결 설치되어 상기 반도체 웨이퍼의 연마면을 촬영하는 카메라; 및

   상기 카메라에서 촬영 전송된 이미지를 이용하여 연마면의 막 두께를 검사하는 제어부를 포함하는 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연마부는, 상기 수직 지지대에 수평으로 설치된 수평 지지대에 설치되고, 상기 수평 지지대에 설치된 모터에 의해 회전되는 플래튼과, 상기 플래튼에 설치된 연마패드로 구성되는 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 파지부는, 상기 수직 지지대에 설치되는 본체와, 상기 본체에 설치된 회전모터에 의해 회전되고 상기 반도체 웨이퍼를 진공으로 흡착하는 아암을 구비하는 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치.
4. 삭제
5. 제 3 항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 파지부는, 상기 수직 지지대에 수직 방향으로 설치되는 랙 레일과, 상기 본체에 설치된 구동모터에 의해 회전되고 상기 랙 레일에 치합되는 피니언 기어를 더 포함하는 반도체 웨이퍼의 연마면 검사장치.
6. 샘플 웨이퍼의 막 정보를 제어부에 입력하는 단계;

   반도체 웨이퍼를 반도체 웨이퍼 파지부에 구비되어 있는 아암에 장착하고, 상기 반도체 웨이퍼의 연마면이 하부의 연마패드를 향하도록 자세를 유지하며, 구동모터를 작동하여 상기 아암을 하부로 하강시킴과 동시에 모터를 회전하여 상기 반도체 웨이퍼의 연마면이 연마되도록 하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 단계;

   상기 반도체 웨이퍼의 연마 중에 상기 아암을 회전하여 상기 반도체 웨이퍼의 연마면이 카메라를 향하도록 하고, 상기 카메라에 의해 상기 연마면을 촬영하는 단계; 및

   상기 제어부에 입력된 막 이미지와 촬영된 연마면의 이미지를 콘트라스트 비교하여 동일한 경우에 연마를 정지하는 촬영된 연마면과 입력된 막 이미지와 비교하는 단계를 포함하는 반도체 웨이퍼의 연마면 검사방법.