KR100711937B1 - 초음파를 이용한 기판 검사 방법 및 이를 수행하기 위한장치 - Google Patents

Abstract

초음파를 이용한 기판 검사 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에서, 초음파 변환기를 이용하여 초음파를 기판에 수직 또는 사선으로 입사시키고, 상기 기판을 통해 전달된 초음파를 수신한 후, 상기 수신된 초음파 신호를 분석함으로써 기판 내부의 결함을 용이하게 검출할 수 있다. 따라서, 상기 내부 결함에 의한 기판의 예상치 못한 파손을 사전에 방지할 수 있다.

Description

초음파를 이용한 기판 검사 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 {Method of inspecting a substrate using an ultrasonic wave and apparatus for performing the same}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용하는 기판 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ 라인을 따라 절개된 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 제1 초음파 변환기를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 기판 검사 장치를 사용하여 단결정 기판의 결함들을 검사하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5는 도 1에 도시된 제1 초음파 변환기의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 초음파 진동자를 설명하기 위한 사시도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용하는 기판 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 기판 검사 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 9는 도 8에 도시된 초음파 변환기를 설명하기 위한 단면도이다.

도 10은 도 8에 도시된 초음파 변환기의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 11은 도 8에 도시된 기판 검사 장치를 이용하여 단결정 기판의 결함들을 검출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 기판 100 : 기판 검사 장치

102 : 스테이지 110 : 초음파 변환기

112 : 초음파 진동자 114 : 전달층

116 : 흡수층 120 : 주파수 발생기

122 : 신호 증폭기 124 : 분석기

124a : 아날로그/디지털 컨버터 124b : 데이터 저장 유닛

124c : 연산 유닛 126 : 디스플레이 유닛

본 발명은 기판 검사 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘웨이퍼와 같은 단결정 기판의 내부에 존재하는 결함들을 검출하기 위한 기판 검사 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들 의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting)공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.

상기 팹 공정은 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 웨이퍼의 소정 영역에 이온들을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 세정된 웨이퍼를 건조시키기 위한 건조 공정과, 상기 막 또는 패턴의 결함을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.

상기 반도체 장치들은 상기와 같은 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로써 형성될 수 있으며, 상기 단위 공정들 사이에서 반도체 기판들은 카세트 또는 FOUP와 같은 용기에 수납된 상태로 이송된다. 또한, 각각의 반도체 기판들은 제조 설비들에 장착된 이송 로봇 등에 의해 상기 용기와 제조 설비들 사이에서 이송된다.

상기와 같이 반도체 기판들의 이송 도중에 반도체 기판이 손상될 수 있다. 예를 들면, 반도체 기판의 표면에서의 스크레치, 반도체 기판의 가장자리 부위에서의 칩핑 등과 같은 결함들이 발생될 수 있다. 상기와 같은 결함들은 상기 검사 공정에서 검출될 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 기판의 표면 부위에서 발생된 결함들은 레이저빔의 산란을 이용하는 암시야 검사 장치, CCD(charge coupled device) 이미지 센서를 이용하는 명시야 검사 장치 등에 의해 검출될 수 있다.

그러나, 반도체 기판의 내부에서 발생되는 크랙(crack)과 같은 내부 결함은 상기 검사 장치에 의해 검출될 수 없다. 상기와 같이 반도체 기판의 내부에서 발생된 크랙은 상기 단위 공정들을 진행하는 도중에 점차 진행될 수 있으며, 결과적으로 반도체 기판의 파손이 야기될 수 있다. 또한, 예상하지 못한 반도체 기판의 파손으로 인한 반도체 제조 공정의 중단 및 제조 설비의 오염이 발생될 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 단결정 기판의 내부 결함을 검출할 수 있는 기판 검사 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상술한 바와 같은 기판 검사 방법을 수행하는데 적합한 장치를 제공하는데 있다.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 기판으로 초음파를 인가하고, 상기 기판을 통해 전달된 초음파를 수신한다. 이어서, 상기 수신된 초음파를 분석하여 상기 기판의 결함을 검출한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초음파는 상기 기판의 중심 부위에 상기 인가되며, 상기 전달된 초음파는 다수의 지점에서 수신될 수 있다. 특히, 상기 전달된 초음파는 상기 기판의 중심으로부터 방사상으로 위치된 적어도 3개의 수신 지점들에서 수신될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 초음파는 상기 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위를 향하여 소정의 경사각을 갖도록 상기 기판으로 입사되며, 상기 중심 부위로부터 상기 가장자리 부위를 향하여 동심원의 형태로 전달된다.

상기 결함은 상기 수신된 초음파 신호를 처리하여 상기 결함에 대한 정보를 포함하는 검출 정보를 획득하는 단계와, 상기 검출 정보를 기준 기판으로부터 획득된 기준 정보와 비교함으로써 검출될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 초음파는 상기 기판의 중심으로부터 동일 간격으로 배치된 발/수신 지점들 중 선택된 하나로부터 발신되며, 나머지 발/수신 지점들에서 상기 전달된 초음파가 수신된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 초음파는 상기 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위를 향하여 소정의 경사각을 갖도록 방출되며, 상기 기판의 가장자리 표면 또는 상기 기판 내부의 결함으로부터 반사된 초음파는 상기 기판의 중심 부위에서 검출될 수 있다. 또한, 상기 기판을 단계적으로 회전시키면서 상기 초음파의 방출 및 상기 반사된 초음파의 검출을 반복적으로 수행함으로써 전체 기판에 대한 결함 정보를 획득할 수 있다.

상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 기판 검사 장치는, 기판을 지지하기 위한 스테이지와, 상기 기판의 후면과 접하도록 상기 스테이지에 내장되며 상기 기판으로 초음파를 인가하고 상기 기판을 통해 전달된 초음파를 수신하기 위한 적어도 하나의 초음파 변환기와, 상기 수신된 초음파 신호를 분석하여 상기 기판의 결함을 검출하기 위한 분석기를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이지의 중심 부위에는 상기 기판의 중심 부위로 상기 초음파를 인가하기 위한 제1 초음파 변환기가 배치되어 있으며, 상기 스테이지의 중심 부위로부터 이격된 다수의 지점들에 상기 전달된 초음파를 수신하기 위한 다수의 제2 초음파 변환기들이 배치되어 있다.

상기 제1 초음파 변환기는 고주파 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생기와 연결되며, 상기 제2 초음파 변환기들은 상기 제2 초음파 변환기들에 의해 수신된 초음파 신호들을 증폭시키기 위한 신호 증폭기와 연결된다.

상기 분석기는, 상기 증폭된 초음파 신호들을 디지털화하기 위한 아날로그/디지털 컨버터와, 상기 디지털화된 초음파 신호값들로 구성된 검출 정보를 기준 정보와 비교하여 상기 결함을 검출하기 위한 연산 유닛과, 상기 검출 정보와 상기 기준 정보를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛을 포함할 수 있다.

상기 검출 정보와 상기 검출된 결함은 상기 분석기와 연결된 디스플레이 유닛에 의해 표시될 수 있다.

상기 초음파 변환기는 초음파를 발생시키기 위한 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동자의 전면으로부터 방출된 초음파를 상기 기판을 전달하기 위한 전달층과, 상기 초음파 진동자의 후면으로부터 방출된 초음파를 흡수하기 위한 흡수층을 포함할 수 있으며, 상기 초음파 진동자는 디스크 형상을 가지며 상기 기판의 후면에 대하여 실질적으로 수직하는 방향으로 상기 초음파를 방출한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 초음파 진동자는 원형 링 형상을 가지며, 상기 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위를 향하여 소정의 경사각을 갖고 상기 초음파가 입사되도록 경사진 전면을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 스테이지 상에 지지된 기판의 중 심 부위로부터 이격된 적어도 3개의 지점들에 다수의 초음파 변환기들이 설치된다. 상기 초음파는 상기 초음파 변환기들 중에서 선택된 하나로부터 발생되며, 상기 전달된 초음파는 나머지 초음파 변환기들에 의해 수신된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 초음파 변환기는 상기 스테이지에 의해 지지된 기판의 중심 부위와 접하도록 배치되고, 상기 기판의 중심 부위로부터 가장자리를 향하여 소정의 경사각을 갖도록 상기 초음파를 기판으로 방출하며, 상기 기판의 가장자리 부위의 표면 또는 상기 결함으로부터 반사된 초음파를 수신한다. 한편, 상기 초음파 진동자는 회전 구동부에 의해 단계적으로 회전될 수 있다.

상기 초음파 변환기는, 상기 초음파를 발생시키며 상기 초음파가 상기 소정의 경사각을 갖고 상기 기판으로 입사되도록 배치된 초음파 진동자와, 상기 초음파 진동자의 전면으로부터 방출된 상기 초음파를 상기 기판으로 전달하기 위한 전달층과, 상기 초음파 진동자의 후면으로부터 방출된 초음파를 흡수하기 위한 흡수층을 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 기판을 통해 전달된 초음파를 분석함으로써 기판의 내부 결함을 용이하게 검출할 수 있으며, 예상치 못한 기판의 파손을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 도는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용하는 기판 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ 라인을 따라 절개된 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 검사 장치(100)는 실리콘웨이퍼와 같은 단결정 반도체 기판(10)의 내부 결함을 검출하기 위하여 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 기판 검사 장치(100)는 상기 기판(10)을 지지하기 위한 스테이지(102)를 갖는다. 상기 스테이지(102)에는 상기 기판(10)으로 초음파를 인가하고 상기 기판의 내부를 통해 전달된 초음파를 수신하기 위한 초음파 변환기들(110)이 내장되어 있다.

구체적으로, 상기 스테이지(102)의 중심 부위에는 상기 기판(10)으로 초음파를 인가하기 위한 초음파 송파기(ultrasonic emitter)로서 기능하는 제1 초음파 변환기(110a)가 설치되어 있으며, 상기 제1 초음파 변환기(110a)의 주변에 상기 기판(10)의 내부를 통해 전달된 초음파를 수신하기 위한 초음파 수파기(ultrasonic receiver)로서 기능하는 다수의 제2 초음파 변환기들(110b)이 설치되어 있다.

상기 제1 및 제2 초음파 변환기들(110a, 110b)은 상기 기판(10)이 상기 스테이지(102) 상에 지지될 때 상기 기판(10)의 후면과 접하도록 상기 스테이지(102)에 내장되며, 적어도 3개의 제2 초음파 변환기들(110b)이 상기 제1 초음파 변환기(110a)로부터 일정한 간격으로 이격된 다수의 지점들에 각각 배치된다. 또한, 상기 제2 초음파 변환기들(110b)은 서로 일정한 간격으로 배치된다. 도시된 바에 의하면, 3개의 제2 초음파 변환기들(110b)이 상기 제1 초음파 변환기(110a)의 주변에 배치되어 있으나, 상기 제2 초음파 변환기들(110b)의 개수가 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.

상기 제1 초음파 변환기(110a)는 약 0.5MHz 내지 15MHz 정도의 고주파 신호를 발생시키는 주파수 발생기(120)와 연결되어 있으며, 상기 각각의 제2 초음파 변환기들(110b)은 수신된 초음파 신호(또는 에코 신호(echo signal))를 증폭시키기 위한 신호 증폭기(122)와 상기 증폭된 초음파 신호를 분석하여 상기 기판 내부의 결함들을 검출하기 위한 분석기(124)와 순차적으로 연결되어 있다.

상기 분석기(124)는 상기 증폭된 초음파 신호를 디지털화하기 위한 아날로그/디지털 컨버터(124a, analogue/digital convertor; 이하 ‘A/D 컨버터’라 한다)와, 상기 초음파 신호 분석에 사용되는 기준 정보와 상기 증폭된 초음파 신호들로부터 획득된 검출 정보를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(124b)과, 상기 기준 정보와 상기 검출 정보를 비교하여 상기 기판의 결함들을 검출하기 위한 연산 유닛(124c)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 분석기(124)는 상기 검출된 결함들 및 수신된 초음파 신호들을 나타내기 위한 디스플레이 유닛(126)과 연결되어 있다.

한편, 상기 스테이지(102)는 정전기력 또는 진공압을 이용하여 상기 기판의 위치가 변경되지 않도록 파지할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 제1 초음파 변환기를 설명하기 위한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 초음파 변환기(110a)는, 디스크 형상을 가지며 상기 고주파 신호에 의해 초음파를 발생시키기 위한 초음파 진동자(112)와, 상기 초음파 진동자(112)의 전면으로부터 방출된 초음파를 기판(10)으로 전달하기 위한 전달층(114)과, 상기 초음파 진동자(112)의 후면으로부터 방출된 초음파를 흡수하기 위한 흡수층(116)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초음파 진동자(112)는 상기 기판(10)의 후면에 대하여 실질적으로 수직하는 방향으로 상기 초음파를 방출한다.

한편, 각각의 제2 초음파 변환기들(110b)은 상기 제1 초음파 변환기(110a)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있으며, 상기 수신된 초음파에 대응하는 전기적 신호를 발생시킨다. 한편, 상기 초음파 진동자(112)로는 PZT((Pb,Zr)TiO₃)와 같은 압전 세라믹이 사용될 수 있고, 상기 전달층(114)은 에폭시 수지 또는 아크릴 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 흡수층(116)은 코르크로 이루어질 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 기판 검사 장치를 사용하여 단결정 기판의 결함들을 검사하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 내부 결함이 없는 기준 기판을 상기 스테이지(102) 상에 위치시킨다. (단계 S100)

상기 제1 초음파 변환기(110a)를 이용하여 초음파를 상기 기준 기판에 인가 한다. (단계 S110) 구체적으로, 상기 주파수 변환기(120)는 상기 초음파와 대응하는 고주파 신호를 발생시키고, 상기 고주파 신호에 따른 상기 제1 초음파 변환기(110a)의 초음파 진동자(112)의 진동에 의해 상기 초음파가 발생된다. 상기 초음파는 상기 스테이지(102) 상에 위치된 기준 기판의 중심 부위로 입사된다.

상기 기준 기판의 내부를 통해 전달된 초음파를 수신한다. (단계 S120) 구체적으로, 상기 기준 기판으로 인가되는 초음파는 종파이며, 기준 기판 내부에서 횡파로 변환된다. 변환된 횡파는 기준 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위로 전달되며, 상기 기준 기판의 가장자리 부위의 표면으로부터 반사되어 다시 중심 부위로 전달된다. 이때, 상기 제2 초음파 변환기들(110b)은 상기 기준 기판의 내부에서 전달되는 초음파를 각각 수신한다.

상기 수신된 초음파 신호들로부터 기준 정보를 획득한다. (단계 S130) 구체적으로, 상기 제2 초음파 변환기들(110b)을 통해 수신된 초음파 신호들은 신호 증폭기(122)를 통해 증폭되며, 증폭된 초음파 신호들은 A/D컨버터(124a)를 통해 기준 신호값들로 변환된다. 상기 기준 신호값들로 구성된 기준 정보는 상기 분석기(124)의 데이터 저장 유닛(124b)에 저장된다.

상기 기준 정보의 획득 후, 기준 기판을 상기 스테이지(102)로부터 제거하고 검사 대상 기판을 상기 스테이지(102) 상에 위치시킨다. (단계 S140)

상기 제1 초음파 변환기(110a)를 이용하여 상기 대상 기판으로 초음파를 인가한다. (단계 S150)

상기 제2 초음파 변환기들(110b)을 이용하여 상기 대상 기판의 내부를 통해 전달된 초음파를 수신한다. (단계 S160) 상기 제2 초음파 변환기들(110b)을 통해 수신된 초음파 신호들은 상기 대상 기판 내부의 결함들에 대한 정보를 갖는다.

상기 수신된 초음파 신호들을 분석하여 상기 대상 기판의 내부 결함들을 검출한다. (단계 S170) 구체적으로, 상기 수신된 초음파 신호들은 신호 증폭기(122)를 통해 증폭되며, 상기 증폭된 초음파 신호들은 A/D 컨버터(124a)를 통해 검출 신호값들로 변환된다. 상기 분석기(124)의 연산 유닛(124c)은 상기 검출 신호값들로 이루어진 검출 정보를 상기 기준 정보와 비교함으로써 상기 대상 기판 내부의 결함들을 검출한다. 상기 검출 정보 및 상기 검출된 결함들의 위치, 크기, 형상 등은 상기 디스플레이 유닛(126)을 통해 표시될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의하면, 상기 검사 대상 기판 내부에서 발생된 크랙과 같은 내부 결함을 용이하게 검출할 수 있으며, 상기 초음파가 상기 대상 기판에 입사되는 각도를 조절함으로써 상기 대상 기판 내부의 결함 뿐만 아니라 상기 대상 기판 표면의 결함까지도 용이하게 검출할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 제1 초음파 변환기의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 초음파 진동자를 설명하기 위한 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 도시된 바와 같은 제1 초음파 변환기(140a)는, 원형 링 형상을 갖고 초음파를 발생시키기 위한 초음파 진동자(142)와, 상기 초음파 진동자(142)의 전면으로부터 방출된 초음파를 기판(10)으로 전달하기 위한 전달층(144)과, 상기 초음파 진동자(142)의 후면으로부터 방출된 초음파를 흡수하기 위한 흡수층(146)을 포함할 수 있다. 상기 초음파 진동자(142)는 상기 초음파가 상기 기 판(10)의 중심 부위로부터 가장자리 부위를 향하여 소정의 경사각을 갖고 상기 기판(10)으로 입사되도록 경사진 전면을 갖는다. 상기 초음파 진동자(142)로는 압전 세라믹이 사용될 수 있고, 상기 전달층(144)은 에폭시 수지 또는 아크릴 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 흡수층(146)은 코르크로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 기판(10)의 표면에 대하여 사선으로 입사되는 초음파는 상기 기판(10)의 내부에서 횡파로 변환되며, 상기 변환된 초음파는 상기 기판(10)의 중심 부위로부터 동심원의 형태로 기판의 가장자리 부위를 향하여 전달된다. 상기 초음파의 입사각은 45°, 60°, 70° 등으로 다양하게 조절될 수 있다.

그러나, 이와는 다르게, 상기 초음파의 입사각은 약 39°이하로 조절될 수도 있다. 상기 초음파의 입사각이 약 39°이하로 조절될 경우, 상기 초음파는 상기 기판(10)의 표면 부위에서 표면파로 변환된다. 상기 표면파로 변환된 초음파는 상기 기판(10)의 표면을 따라 전달되며, 이에 따라 상기 기판(10) 표면의 결함을 검출할 수도 있다.

한편, 제2 초음파 변환기들(미도시)은 상기 제1 초음파 변환기(140a)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파를 이용하는 기판 검사 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기판 검사 장치(200)는, 실리콘웨이퍼와 같은 단결정 기판을 지지하기 위한 스테이지(202)와, 상기 기판(10)으로 초음파를 인가하거나 상기 기판(10)으로 통해 전달된 초음파를 수신하기 위한 다수의 초음파 변환기들(210)을 포함할 수 있다.

상기 초음파 변환기들(210)은 주파수 발생기(220) 및 신호 증폭기(222)와 연결되어 있으며, 상기 신호 증폭기(222)는 분석기(224)와 연결되어 있다. 상기 분석기(224)는 상기 수신된 초음파 신호들을 디지털 신호값으로 변환시키기 위한 A/D 컨버터(224a)와, 기준 정보 및 검출 정보를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(224b)과, 상기 기준 정보와 검출 정보를 비교하여 상기 기판(10)의 결함들을 검출하기 위한 연산 유닛(224c)을 포함하며, 상기 기판(10)의 내부 결함들을 나타내기 위한 디스플레이 유닛(226)과 연결되어 있다.

상기 초음파 변환기들(210)은 상기 스테이지(202)에 지지된 기판(10)의 중심으로부터 동일 간격으로 배치된 다수의 발/수신 지점들에 설치된다. 구체적으로, 상기 기판(10)의 중심으로부터 동일한 간격으로 이격된 적어도 3개의 지점들에 상기 초음파 변환기들(210)이 각각 설치된다.

상기 주파수 발생기(220)는 상기 초음파 변환기들(210) 중에서 선택된 하나(210a)에 고주파 신호를 입력하며, 상기 선택된 초음파 변환기(210a)는 상기 입력된 고주파 신호에 따라 초음파를 발생시킨다. 상기 초음파는 기판(10)으로 수직 또는 사선으로 입사되며, 기판(10)의 내부를 통해 전달된다.

나머지 초음파 변환기들(210b)은 상기 기판(10)의 내부를 통해 전달된 초음파를 수신하며, 수신된 초음파들은 신호 증폭기(222)를 통해 분석기(224)로 제공된다. 상기 연산 유닛(224c)은 상기 A/D 컨버터(224a)에 의해 변환된 신호값들로 구성된 검출 정보를 데이터 저장 유닛(224b)에 저장된 기준 정보와 비교하여 기판 (10) 내부의 결함들을 검출하며, 검출 결과는 디스플레이 유닛(226)을 통해 표시된다.

도시된 바에 의하면, 3개의 초음파 변환기들(210)이 사용되고 있으나, 초음파 변환기들(210)의 개수는 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.

본 실시예에 따른 기판 검사 장치(200)를 이용하는 기판(10) 내부의 결함들을 검출하는 방법은 도 4를 참조하여 기 설명된 방법과 실질적으로 유사하다. 즉, 기준 기판을 이용하여 기준 정보를 획득하고, 검사 대상 기판으로부터 획득된 검출 정보를 상기 기준 정보와 비교함으로써 상기 대상 기판 내부의 결함들을 검출할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파를 이용한 기판 검사 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 9는 도 8에 도시된 초음파 변환기를 설명하기 위한 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 기판 검사 장치(300)는, 기판(10)을 지지하기 위한 스테이지(302)와, 상기 기판(10)으로 초음파를 인가하고 상기 기판(10)의 내부를 통해 전달된 초음파를 수신하기 위한 초음파 변환기(310)를 포함할 수 있다.

상기 초음파 변환기(310)는 상기 기판(10)의 후면 중심 부위와 접하도록 상기 스테이지(302)의 중심 부위에 장착되며, 고주파 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생기(320)와 상기 수신된 신호를 증폭시키기 위한 신호 증폭기(322)와 연결된다. 또한, 상기 신호 증폭기(322)는 상기 수신된 초음파 신호를 분석하여 상기 기판 (10) 내부의 결함들을 검출하기 위한 분석기(324)와 연결되어 있으며, 상기 분석기(324)는 상기 수신된 초음파 신호 및 검출된 결함들을 표시하기 위한 디스플레이 유닛(326)과 연결되어 있다.

상기 분석기(324)는 상기 수신된 초음파 신호들을 디지털 신호값으로 변환시키기 위한 A/D 컨버터(324a)와, 기준 정보 및 검출 정보를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛(324b)과, 상기 기준 정보와 검출 정보를 비교하여 상기 기판(10)의 결함들을 검출하기 위한 연산 유닛(324c)을 포함한다.

상기 초음파 변환기(310)는, 상기 고주파 신호에 따라 초음파를 발생시키기 위한 초음파 진동자(312)와, 상기 초음파 진동자(312)의 전면으로부터 방출된 초음파를 기판으로 전달하기 위한 전달층(314)과, 상기 초음파 진동자(312)의 후면으로부터 방출된 초음파를 흡수하기 위한 흡수층(316)을 포함할 수 있다.

상기 초음파 진동자(312)는 상기 초음파가 상기 기판(10)에 대하여 소정의 경사각을 갖고 입사되도록 배치된다. 상기 초음파 진동자(312)에 의해 발생된 초음파는 종파이며, 상기 기판(10)으로 입사된 후 횡파로 변환된다. 상기 변환된 초음파는 기판(10)의 내부를 통해 전달되며, 상기 기판(10)의 가장자리 부위의 표면 또는 기판(10) 내부에 존재하는 결함에 의해 반사된다. 상기 반사된 초음파는 상기 초음파 변환기(310)에 의해 수신된다. 이때, 상기 초음파의 입사각은 45°, 60°, 70° 등으로 다양하게 조절될 수 있다.

그러나, 이와는 다르게, 상기 초음파의 입사각은 약 39°이하로 조절될 수도 있다. 상기 초음파의 입사각이 약 39°이하로 조절될 경우, 상기 초음파는 상기 기 판(10)의 표면 부위에서 표면파로 변환된다. 상기 표면파로 변환된 초음파는 상기 기판(10)의 표면을 따라 전달되며, 상기 기판(10)의 표면 결함으로부터 반사된 초음파를 검출함으로써 상기 기판(10) 표면의 결함을 검출할 수 있다.

한편, 상기 초음파 변환기(310)는 상기 스테이지(302)를 통해 회전 구동부(304)와 연결되어 있으며, 상기 회전 구동부(304)는 실리콘웨이퍼와 같은 단결정 기판(10)의 내부 결함들 또는 표면 결함들을 검출하기 위하여 상기 초음파 변환기(310)를 단계적으로 회전시킨다.

도 10은 도 8에 도시된 초음파 변환기의 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다.

도 10에 도시된 바와 같은 초음파 변환기(410)는 서로 대향하는 방향으로 각각 초음파들을 방출하는 한 쌍의 초음파 진동자(412)와, 상기 초음파 진동자들(412)의 전면들로부터 방출된 초음파들을 상기 기판(10)으로 전달하기 위한 전달층(414) 및 상기 초음파 진동자들(412)의 후면들로부터 방출된 초음파들을 흡수하기 위한 흡수층(416)을 포함할 수 있다.

상기와 같이 한 쌍의 초음파 진동자들(412)을 갖는 초음파 변환기(410)를 사용할 경우, 기판 검사 시간을 보다 단축시킬 수 있으며, 상기 초음파 진동자들(412)의 개수는 기판 검사 시간을 단축시키기 위하여 증가될 수 있다. 즉, 다수의 초음파 진동자들(412)이 상기 스테이지(302) 상에 위치된 기판(10)의 중심에 대하여 방사상으로 배치될 수 있으며, 상기 초음파 진동자들(412)로부터 방출된 초음파들은 상기 기판(10)의 후면에 대하여 소정의 경사각을 갖도록 상기 기판(10)으로 각각 입사되며, 상기 기판(10)의 중심 부위로부터 반경 방향으로 각각 전달된다.

도 11은 도 8에 도시된 기판 검사 장치를 이용하여 단결정 기판의 결함들을 검출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 11을 참조하면, 결함이 없는 기준 기판을 스테이지(302) 상에 위치시킨다. (단계 S200)

상기 기준 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위를 향하여 경사각을 갖도록 상기 기준 기판의 중심 부위에 초음파를 인가한다. (단계 S210) 상기 초음파의 입사 방향은 초음파 변환기(310)의 초음파 진동자(312)가 배치된 방향에 따라 조절될 수 있으며, 상기 입사각에 따라 상기 초음파는 상기 기준 기판의 내부를 따라 전달되는 횡파 또는 상기 기준 기판의 표면을 따라 전달되는 표면파로 변환된다. 상기 변환된 초음파는 상기 기준 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위를 향하여 전달되며, 상기 기준 기판의 가장자리 부위의 표면으로부터 반사된다.

상기 반사된 초음파를 수신하여 기준 신호값을 획득한다. (단계 S220) 상기 반사된 초음파는 다시 초음파 변환기(310)에 의해 수신된다. 상기 수신된 초음파 신호는 신호 증폭기(322)와 A/D 컨버터(324a)를 통해 기준 신호값으로 변환되며, 상기 기준 신호값은 상기 데이터 저장 유닛(324b)에 저장된다.

상기 초음파 변환기(310)를 단계적으로 회전시키면서 상기 S210 단계와 상기 S220 단계를 반복적으로 수행함으로써 상기 기준 기판으로부터 기준 신호값들을 획득한다. (단계 S230) 상기 획득된 기준 신호값들로 구성된 기준 정보는 데이터 저장 유닛(324b)에 저장된다.

상기 기준 신호값의 획득이 종료되면, 상기 기준 기판을 상기 스테이지(302)로부터 제거하고 검사 대상 기판을 상기 스테이지(302) 상에 위치시킨다. (단계 S240)

상기 대상 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위를 향하여 경사각을 갖도록 상기 대상 기판의 중심 부위에 초음파를 인가한다. (단계 S250)

상기 대상 기판의 가장자리 부위의 표면으로부터 반사된 초음파를 수신하여 검출 신호값을 획득한다. (단계 S260)

상기 초음파 변환기(310)를 단계적으로 회전시키면서 상기 S250 단계와 상기 S260 단계를 반복적으로 수행함으로써 상기 대상 기판으로부터 검출 신호값들을 획득한다. (단계 S270)

상기 검출 신호값들로 구성된 검출 정보를 상기 기준 신호값들로 구성된 기준 정보와 비교하여 상기 대상 기판의 결함들을 검출한다. (단계 S280) 검출된 결함들은 상기 데이터 저장 유닛(324B)에 저장되며, 상기 검출 정보와 함께 상기 디스플레이 유닛(326)을 통해 표시된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 기판으로 초음파를 인가하고 상기 기판 내부를 통해 전달된 초음파를 수신함으로써 상기 기판 내부에 존재하는 크랙과 같은 결함을 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 초음파의 입사각을 조절함으로써 상기 기판의 표면 결함까지도 검출할 수 있다.

더 나아가, 상기 내부 결함이 발생된 기판을 기판의 파손 이전에 미리 제거 함으로써 상기 기판의 예상치 못한 파손에 의한 반도체 장치 제조 공정의 중단 및 제조 설비의 오염 등을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (26)

1. 삭제
2. 삭제
3. 반도체 기판의 중심 부위에 초음파를 인가하는 단계;

   상기 기판의 가장자리 부위 및 상기 기판 내부의 결함으로부터 반사되어 상기 기판을 통해 전달된 초음파를 다수의 지점에서 수신하는 단계; 및

   상기 수신된 초음파 신호를 분석하여 상기 기판 내부의 결함을 검출하는 단계를 포함하는 초음파를 이용한 기판 검사 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 전달된 초음파는 상기 기판의 중심으로부터 방사상으로 위치된 적어도 3개의 수신 지점들에서 수신되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 기판 검사 방법.
5. 삭제
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10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 반도체 기판을 지지하기 위한 스테이지;

    상기 기판의 후면과 접하도록 상기 스테이지의 중심 부위에 내장되며, 상기 기판의 중심 부위로 초음파를 인가하기 위한 제1 초음파 변환기;

    상기 기판의 후면과 접하도록 상기 스테이지의 중심 부위로부터 이격된 다수의 지점들에 내장되며, 상기 기판의 가장자리 부위 및 상기 기판 내부의 결함으로부터 반사되어 상기 기판을 통해 전달된 초음파를 수신하기 위한 다수의 제2 초음파 변환기들; 및

    상기 수신된 초음파 신호를 분석하여 상기 기판 내부의 결함을 검출하기 위한 분석기를 포함하는 초음파를 이용한 기판 검사 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 제2 초음파 변환기들은 서로 일정 간격 이격되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 기판 검사 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 제1 초음파 변환기와 연결되며 고주파 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생기와, 상기 제2 초음파 변환기들과 연결되어 상기 제2 초음파 변환기들에 의해 수신된 초음파 신호들을 증폭시키기 위한 신호 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 기판 검사 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 분석기는, 상기 증폭된 초음파 신호들을 디지털화하기 위한 아날로그/디지털 컨버터와, 상기 디지털화된 초음파 신호값들로 구성된 검출 정보를 기준 정보와 비교하여 상기 결함을 검출하기 위한 연산 유닛과, 상기 검출 정보와 상기 기준 정보를 저장하기 위한 데이터 저장 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 기판 검사 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 분석기와 연결되며, 상기 검출 정보와 상기 검출된 결함을 표시하기 위한 디스플레이 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 를 이용한 기판 검사 장치.
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19. 삭제
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21. 반도체 기판을 지지하기 위한 스테이지;

    상기 스테이지 상에 지지된 기판의 중심 부위로부터 이격된 적어도 3개의 지점들에서 상기 기판의 후면과 접하도록 상기 스테이지에 내장되며, 상기 기판으로 초음파를 인가하고, 상기 기판의 가장자리 부위 및 상기 기판의 내부 결함으로부터 반사되어 상기 기판을 통해 전달된 초음파를 수신하기 위한 다수의 초음파 변환기들; 및

    상기 수신된 초음파 신호를 분석하여 상기 기판 내부의 결함을 검출하기 위한 분석기를 포함하되,

    상기 초음파 변환기들 중에서 선택된 하나로부터 상기 초음파가 발생되며, 상기 전달된 초음파는 나머지 초음파 변환기들에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 기판 검사 장치.
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