KR100759293B1 - 웨이퍼 검사장치 및 웨이퍼 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 검사에 소요되는 시간을 단축하는 웨이퍼 검사장치에 관한 것으로, 웨이퍼가 내장된 카세트를 고정시키는 카세트 장착부와 조명장치에 의해 조사된 웨이퍼의 표면 및 이면을 육안으로 검사하기 위한 매크로 검사부와 현미경을 통하여 웨이퍼의 결함을 정밀 검사하기 위한 미크로 검사부 및 웨이퍼를 카세트 장착부에 배치된 카세트에서 언로딩(Unloading) 하거나 카세트로 로딩(loading)하고, 상기 매크로 검사부 또는 미크로 검사부에서 필요한 검사 조건에 따라, 웨이퍼를 파지한 상태로 이동 및 회전시키기 위한 6축 로봇을 포함한다. 상기 6축 로봇은 6 자유도를 갖기 때문에 회전 및 이동이 자유자재로 가능하다.
이에, 본 발명은 스테이지 없이 직접 6축 로봇을 이용하여 로딩/언로딩을 할 수 있고, 웨이퍼의 매크로 검사, 미크로 검사 및 측면 검사를 수행함으로써 택 타임(Tact time)을 획기적으로 단축시키고 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
웨이퍼 검사장치, 매크로 검사, 미크로 검사, 현미경

Description

웨이퍼 검사장치 및 웨이퍼 검사방법{INSPECTION APPARATUS OF WAFER AND INSPECTION METHOD OF WAFER}
도 1a는 종래의 웨이퍼 검사장치의 평면도이고, 도 1b 내지 도 1d는 종래의 웨이퍼 검사장치에서 수행되는 웨이퍼 검사 과정을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 웨이퍼 검사장치의 평면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 웨이퍼 검사장치에서 이용되는 6축 로봇의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 매크로 검사의 수행 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4a는 매크로 검사 시, 웨이퍼 검사장치의 평면도이고, 도 4b는 매크로 검사시, 웨이퍼 검사장치의 좌측면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 미크로 검사의 수행 과정을 설명하기 도면으로서, 도 5a는 미크로 검사 시, 웨이퍼 검사장치의 정면도이고, 도 5b는 미크로 검사시, 웨이퍼 검사장치의 평면도이고, 도 5c는 우측면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼의 측면 결함을 검사하기 위한 측면 검사의 수행 과정을 설명하기 위한 정면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치 및 6축 로봇을 이용하여 웨이퍼의 패턴 결함을 검사하기 위한 AOI 검사의 수행 과정을 설명하기 위한 정면도.
<도면의 주요부위에 대한 부호 설명>
200: 웨이퍼 검사장치 210: 카세트
220,221,222,223: 웨이퍼 230: 현미경
231: 대물렌즈 235: 접안렌즈
240: 오퍼레이터 250: 매크로 검사부
280: 미크로 검사부 290: 측면 검사부
본 발명은 웨이퍼 검사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 검사에 소요되는 시간을 단축하는 웨이퍼 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 검사장치는 웨이퍼를 제조한 후, 웨이퍼의 결함 유,무를 검사하는 장치로서, 육안으로 이루어지는 매크로 검사(macro inspection)와 현미경과 같은 장비를 이용하는 미크로 검사(micro inspection)를 수행한다. 이러한 매크로 검사와 미크로 검사는 웨이퍼의 이동을 위해서 로봇을 이용한다.
도 1a는 종래의 웨이퍼 검사장치의 평면도이고, 도 1b 내지 도 1e는 종래의 웨이퍼 검사장치에서 수행되는 웨이퍼 검사 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a 내지 도 1e에서 도시한 것과 같이, 종래의 웨이퍼 검사장치(100)는 미크로 검사와 매크로 검사를 위해 웨이퍼(120)를 지지하고, 흡착하는 웨이퍼 지지암(160), 웨이퍼 지지암(160)의 대략 중심에 위치하여 웨이퍼(120)를 흡착하여 매크로 검사 또는 미크로 검사를 수행하는 매크로 스테이지(또는 미크로 스테이지, 180 또는 145), 웨이퍼를 뒤집는 웨이퍼 지지대(190), 미크로 검사를 수행하는데 필요한 현미경(130), 미크로 검사와 매크로 검사를 수행하기 위해 웨이퍼(120)를 로봇암(170)에 안착시켜 이동시키는 로봇(155) 및 웨이퍼(120)를 내장하는 카세트(110)를 포함한다.
상기 웨이퍼 검사장치에서 수행되는 웨이퍼 검사 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 1a 및 도 1b와 같이, 카세트(110)에 내장된 웨이퍼(120)를 로봇의 로봇 암(170) 위에 올려놓고 이송부(135)로 웨이퍼(120)를 언로딩(Unloading)한다. 이후, 언로딩된 웨이퍼(121)는 웨이퍼 검사장치의 웨이퍼 지지암(160) 위에 놓이게 되고, 웨이퍼 지지암(160)에 형성된 공기 흡입구(161)에 의해 진공 흡착된다. 다시말해, 웨이퍼 지지암(160) 위에는 웨이퍼(121)가 흡착된 상태로 놓여지게 된다.
이후, 도 1a 및 도 1c와 같이, 웨이퍼 지지암(160)은 매크로 검사를 수행하는 매크로 스테이지(180)로 이동되고, 이동된 웨이퍼 지지암(160) 위에 놓인 웨이퍼(122)에 대해 매크로 검사가 수행된다. 매크로 검사 시, 웨이퍼 지지암(160)의 진공 흡입구(161)가 웨이퍼(122)에 대해 진공흡착을 해제하고, 매크로 스테이지(180)의 진공 흡입구(181)가 웨이퍼에 대해 진공흡착을 한다.
웨이퍼(122)의 이면을 검사하기 위해, 먼저,웨이퍼 지지암(160) 및/또는 매크로 스테이지(180)의 공기 흡입구(161, 181)가 진공 흡착된 웨이퍼(122)의 진공상태를 해제하고, 웨이퍼 회전대(190)의 공기 흡입구(191)가 웨이퍼(122)를 진공흡착한다. 이후, 웨이퍼 회전대(190)에 의해 180도 회전된다. 따라서, 180도 회전된 웨이퍼(122)의 이면에 대해 매크로 검사가 수행된다.
이후, 도 1a 및 도 1d와 같이, 웨이퍼 회전대(190)가 다시 180도 회전되어 원위치로 돌려진 웨이퍼(122)는 미크로 검사를 받도록 미크로 스테이지(145)로 이동되는데, 매크로 스테이지(180)와 동일하게 미크로 스테이지(145)의 공기 흡입구에 의해 진공흡착된다. 이어서, 이동된 웨이퍼(123)는 현미경(130)의 대물 렌즈(미도시) 밑으로 배치되어 오퍼레이터가 현미경(130)을 통한 미크로 검사를 수행한다.
이때, 오퍼레이터는 현미경이 갖는 죠이스틱, 4방향 버튼, 트렉볼 등의 기능을 이용하여 웨이퍼(124)를 상하, 전후, 좌우 회전을 시키면서 미크로 검사를 수행한다. 또한, 웨이퍼의 측면 결함을 살펴보기 위해, 웨이퍼(124)는 측면 검사하는 위치(미도시)로 이동되어 에지(측면) 부분을 검사받는다.
이후, 도 1a에 도시한 것과 같이, 미크로 검사 또는 측면 검사가 끝난 웨이퍼(124)는 미크로 스테이지(145)와 이송부(135)로 연이어 이동되고, 최종적으로 로봇의 로봇 암에 의해 카세트로 로딩되어 내장된다.
이와 같이, 일반적인 웨이퍼 검사장치는 웨이퍼를 미크로 검사, 매크로 검사, 측면 검사를 하기 위해 많은 스테이지로 이동함으로 비효율적인 택 타임(Tact time)이 있었고, 많은 스테이지로 인해 장비의 구조 및 유닛이 복잡하고, 공간 활 용도가 낮으며 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 6축 로봇을 이용하여 매크로 검사, 미크로 검사 및 측면 검사를 효율적으로 수행 함으로써 택 타임(Tact time)을 줄이고, 여러 유닛을 제거하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 검사장치 및 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치는 웨이퍼가 내장된 카세트를 고정시키는 카세트 장착부;와 조명장치에 의해 조사된 웨이퍼의 표면 및 이면을 육안으로 검사하기 위한 매크로 검사부;와 현미경을 통하여 웨이퍼의 결함을 정밀 검사하기 위한 미크로 검사부; 및 웨이퍼를 카세트 장착부에 배치된 카세트에서 언로딩(Unloading) 하거나 카세트로 로딩(loading)하고, 상기 매크로 검사부 또는 미크로 검사부에서 필요한 검사 조건에 따라, 웨이퍼를 파지한 상태로 이동 및 회전시키기 위한 6축 로봇을 포함한다.
여기서, 6축 로봇은 웨이퍼 검사장치에 고정 설치되는 기부와; 상기 기부 상에 회전 가능하게 설치되는 회전구동부와; 제1 단부가 상기 회전구동부와 연결되며, 그 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정의 각도 범위 내에서 선회할 수 있는 제1 아암과; 제1 단부가 상기 제1 아암의 제2 단부와 연결되며, 상기 제1 아암의 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 선회할 수 있고, 그 길이방향축에 대하여 회전할 수 있는 제2 아암과; 제1 단부가 상기 제2 아암의 제2 단부와 연결되며, 상기 제2 아암의 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 선회할 수 있고, 그 길이방향축에 대하여 회전할 수 있는 제3 아암; 및 상기 제3 아암의 제2 단부와 연결되며, 웨이퍼를 안착시키는 웨이퍼 홀더를 포함하며, 웨이퍼를 파지한 상태로 회전시키기 위한 웨이퍼 회전유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 실시 예에 따라, 상기 웨이퍼 홀더는 투명한 재질로 이루어지며, 보다 바람직하게는 투명한 재질의 엔지니어링 플라스틱, 카본 나노 튜브 소재 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 홀더는 대략 U자 형상을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법은 전술한 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법으로서, 웨이퍼를 카세트에서 언로딩하는 단계;와 상기 6축 로봇에 의해 파지된 상태로 다양한 위치로 배치되는 웨이퍼의 표면 및 이면을 조명 장치로 조사하고, 웨이퍼를 육안으로 검사하는 단계;와 웨이퍼를 6축 로봇에 의해 파지된 상태로 현미경을 통하여 정밀 검사하는 단계;와 검사가 끝난 웨이퍼를 상기 카세트로 로딩하는 단계를 포함한다.
상기 실시예에 따라, 본 발명은 웨이퍼를 상기 6축 로봇에 수직으로 세운 상태로 회전시키면서 파지한 후, 웨이퍼의 측면 결함을 검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 현미경이 라인센서 카메라를 포함할 때, 본 발명은 웨이퍼를 상기 6축 로봇에 의해 파지한 상태로 상기 라인센서 카메라 밑으로 지나쳐 웨이퍼의 패턴 결함을 검사(AOI 검사)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 이하의 설명 및 관련되는 도면에서, 동일한 구성요소는 동일한 참조번호로 표시한다.
도 2는 본 발명에 의한 웨이퍼 검사장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른, 웨이퍼 검사장치(200)는 카세트 장착부(미도시), 매크로 검사부(250), 미크로 검사부(280), 6축 로봇(270) 및 현미경(230)을 포함한다.
카세트 장착부(미도시)는 웨이퍼(220)가 내장된 카세트(210)를 고정시킨다. 카세트(210)는 이동이 가능하며, 내부에는 검사할 웨이퍼(220) 또는 검사된 웨이퍼(230)가 복수 개로 내장될 수 있다.
매크로 검사부(250)는 매크로용 조명장치(251)에 의해 조사된 웨이퍼(221)의 표면 및 이면을 육안(240)으로 검사하기 위한 방법으로서, 육안(240)으로 웨이퍼(221)의 표면 및 이면에 존재하는 흠, 얼룩 등의 결함을 검출한다.
현미경(230)은 웨이퍼(222)를 확대하여 정밀검사 하도록 미크로 검사(280) 또는 측면 검사용(290)으로 사용한다. 상기 현미경(230)은 대물렌즈(231), 초점 조정축(미도시), 접안 렌즈(235)를 구비한다.
대물렌즈(231)는 웨이퍼(222,223)의 결함 유,무를 정밀 검사하도록 배율을 조절할 수 있다. 초점 조정축(미도시)은 웨이퍼(222,223)의 결함을 검사하기 위해 현미경(230)의 자체 높이를 조절하여 초점을 조정하는 역할을 하지만, 본 발명에서는 6축 로봇(270)에 의해 대물렌즈에 초점을 맞추도록 조정할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 6축 로봇(270)이 초점 조정의 기능을 수행할 수도 있다. 접안렌즈(235)는 오퍼레이터(240)가 웨이퍼(222,223)를 관찰하기 위한 도구이다.
미크로 검사부(280)는 현미경(230)의 대물렌즈(231) 밑으로 웨이퍼(222)를 배치시킨 후, 육안으로 보이지 않는 웨이퍼(222)의 결함을 현미경(230)의 대물렌즈(231)에 의해 확대관찰함으로써 웨이퍼(222)의 표면에 설계된 패턴 상의 이물, 흠집, 불량 패턴 등의 결함을 접안렌즈(235)로 관찰하여 정밀검사할 수 있다.
6축 로봇(270)은 카세트(210)에 내장된 웨이퍼(220)를 언로딩한 후, 매크로 검사부(250) 또는 미크로 검사부(280)로 이동시키거나 매크로 검사부(250) 또는 미크로 검사부(280)에 위치한 웨이퍼(221, 222)를 카세트(210)로 로딩(loading)시킨다.
또한, 6축 로봇(270)은 매크로 검사부(250) 또는 미크로 검사부(280)에서 필요한 검사 조건에 따라, 웨이퍼(220, 221, 222)를 파지한 상태로 아암을 이동 및 회전한다. 상기 아암은 이후의 도 3a에서 보다 상세히 설명한다.
예를 들면, 6축 로봇(270)은 매크로 검사부(250)에서 검사된 웨이퍼(221)를 미크로 검사부(280)로 이동시키거나 미크로 검사부(280)에서 검사된 웨이퍼(222)를 매크로 검사부(250)로 이동시킬 수 있다. 또한, 6축 로봇(270)은 매크로 검사부(250)에 위치한 웨이퍼(221)의 이면을 매크로 검사시, 웨이퍼(221)의 아래쪽 면 이 위로 오도록 뒤집거나, 상하, 전후, 좌우 회전시킬 수 있다. 또한, 6축 로봇(270)은 미크로 검사부(280)에 위치한 웨이퍼(222)의 표면을 미크로 검사시, 웨이퍼(222)를 정밀하게 상하, 전후, 좌우 회전시킬 수 있다.
한편, 앞서 설명한 파지한 상태란 웨이퍼(221, 222)가 손상되지 않고 이동 및 회전가능하게 하는 것으로서 이후에 설명할 6축 로봇의 웨이퍼 홀더에 웨이퍼가 진공 흡착되는 것을 포함하는 의미이다.
이상에서 설명한, 본 발명에 의한 웨이퍼 검사장치(200)는 측면 검사부(290)를 더 포함할 수 있다.
측면 검사부(290)는 대물렌즈(231) 밑에 웨이퍼(223)가 측면으로 배치될 때, 육안으로 보이지 않는 웨이퍼(223)의 측면 결함을 현미경(230)에 의해 확대관찰 함으로써 웨이퍼의 측면 불량 상태를 검사한다.
여기서, 측면 검사부(290)에 위치한 웨이퍼(223)는 6축 로봇(270)에 의해 카세트(210)에 내장된 웨이퍼(220)가 언로딩된 후, 이동된 것이다. 또한, 측면 검사부(290)에 위치한 웨이퍼(224)는 웨이퍼 측면 검사 후, 6축 로봇(270)에 의해 카세트(210)로 로딩 될 수 있다. 또한, 측면 검사부(290)에 위치한 웨이퍼(224)는 6축 로봇(260)에 의해 매크로 검사부(250) 또는 미크로 검사부(280)에 위치한 웨이퍼(221, 222)가 이송될 수도 있다.
한편, 상술한 6축 로봇(270)에 대해 보다 상세한 구조를 도 3a 및 도3b를 통하여 살펴보면 다음과 같다.
도 3a 및 도3b는 본 발명에 의한 웨이퍼 검사장치에서 이용되는 6축 로봇의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 6축 로봇(270)은 6 자유도를 갖는 다관절 로봇이 적용되는 것이 바람직하며, 기부(271), 회전구동부(272), 제1 아암(273), 제2 아암(274), 제3 아암(275) 및 웨이퍼 홀더(276)를 포함한다.
기부(271)는 웨이퍼 검사장치(200)에 고정 설치된다. 회전구동부(272)는 대체로 수직인 회전축에 대하여 회전가능하도록 기부(271)상에 설치된다. 제1 아암(273)은 그 길이방향에 수직인 축에 대하여 선회가능하게 회전구동부(272)와 연결된다. 제1 아암(273)의 회전구동부(272)와 연결되지 않은 단부에는 제2 아암(274)이 그 길이방향에 수직인 축에 대하여 선회가능하게 연결된다. 제2 아암(274)의 다른쪽 단부는 그 길이방향축에 대하여 회전가능하다. 제3 아암(275)은 제2 아암(274)의 상기 다른쪽 단부에 그 길이방향에 수직인 축에 대하여 선회가능하게 연결된다.
여기서, 제2 아암(274)의 선회축과 제3 아암(275)의 선회축은 서로 평행하도록 설정되는 것이 바람직하다. 제3 아암(275)에서 제2 아암(274)으로부터 먼 쪽의 단부는 마찬가지로 그 길이 방향축에 대하여 회전가능하다. 또한, 제3 아암(275)에서 제2 아암(274)으로부터 먼 쪽의 단부에는 웨이퍼 홀더(276)가 연결된다. 상기 웨이퍼 홀더(276)를 도 3b에서 살펴보면 다음과 같다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 홀더(276)는 제1 공기 분사구(276a), 얼라이먼트(276b) 및 기준핀(276c)를 포함한다. 또한, 웨이퍼 홀더(276)의 일단에는 웨이퍼 회전 유닛(277)을 더 구비할 수 있다.
웨이퍼 홀더(276)는 웨이퍼(244)를 안전하게 안착시키고, 6축 로봇(270)의 각 아암(273, 274, 275)의 동작에 의하여 웨이퍼(244)를 상하, 좌우, 전후로 이동시킬 수 있다. 웨이퍼(244)가 웨이퍼 홀더(276)에 안착 될 때, 웨이퍼 홀더(276)의 제1 공기 분사구(276a)를 통하여 분사된 공기(air)에 의해 웨이퍼(244)와 웨이퍼 홀더(276)가 접촉되지 않도록 한다. 이때, 제1 공기 분사구(276a)는 웨이퍼 홀더(276)의 웨이퍼 측 표면에 다수 개가 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 웨이퍼 홀더(276)는 U자 형상 또는 V자 형상을 갖는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않으며, 웨이퍼(224)를 안전하게 안착시킬 수 있는 조건이라면, 어떤 형상이라도 무방하다. 이러한 웨이퍼 홀더(276)는 투명한 재질로 이루어지며, 바람직하게는 투명한 재질의 엔지니어링 플라스틱, 카본 나노 튜브 소재 및 유리 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 웨이퍼 홀더(276)가 투명한 재질로 이루어지는 것은 매크로 검사시, 웨이퍼(224)가 파지된 상태로 회전되어 이면을 육안으로 볼 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 웨이퍼 홀더(276)는 얼라이먼트(276b)를 이용하여 웨이퍼(224)의 중심을 잡아주고, 기준핀(276c)을 이용하여 웨이퍼(224)의 기준을 잡아줄 수 있다.
웨이퍼 회전 유닛(277)은 웨이퍼 홀더(276)와 별도로 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 좌,우 회전되며, 회전시 웨이퍼(224)가 웨이퍼 홀더(276)에 접촉되지 않도록 상,하 방향으로 조절되어야 한다.
상기 웨이퍼 회전 유닛(277)은 웨이퍼(224)를 파지한 상태로 회전시키도록 대략 중앙에 제1 공기 흡입구(277a)를 포함한다. 이에 따라, 웨이퍼(244)가 웨이퍼 회전 유닛(277) 상단에 안착 될 때, 웨이퍼 회전 유닛(277)의 제1 공기 흡입구(277a)를 통하여 유입된 흡입 압력에 의해 웨이퍼(244)가 진공 흡착되고, 웨이퍼 홀더(276)의 제1 공기 분사구(276a)에 의해 공기가 분사되어 웨이퍼(244)가 웨이퍼 홀더(276)의 상단에 뜨게 되어 웨이퍼 회전 유닛(277)이 상하, 좌우 미세하게 회전되어도 웨이퍼(244)가 웨이퍼 홀더(276)와 접촉되지 않는다. 이때, 웨이퍼 회전 유닛(277)의 제1 공기 흡입구(277a)에 의해 진공 흡착됨으로 웨이퍼(244)가 회전되어도 웨이퍼 회전 유닛(277) 및 웨이퍼 홀더(276)로부터 이탈되지 않는다.
이상의 웨이퍼 홀더(276)와 웨이퍼 회전 유닛(277)은 웨이퍼가 회전될 때, 현미경(230)에 대해 웨이퍼(224)의 위치가 조절되도록 오토포커싱 작업을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 6축 로봇은 6 자유도로 인해 웨이퍼를 상하, 좌우 이동 및 회전시킬 수 있고, 공압을 이용하여 웨이퍼를 파지한 상태에서 웨이퍼를 떨어트리지 않고 자유자재로 이송이 가능함을 알 수 있다.
이하에서는, 상술한 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법은 (a) 웨이퍼를 카세트에서 언로딩하는 단계와 (b) 상기 6축 로봇에 의해 파지된 상태로 다양한 위치로 배치되는 웨이퍼의 표면 및 이면을 조명 장치로 조사하고, 웨이퍼를 육안으로 검사하는 단계와 (c) 웨이퍼를 6축 로봇에 의해 파지된 상태로 현미경을 통하여 정밀 검사하는 단계와 (d) 검사가 끝난 웨이퍼를 상기 카세트로 로딩하는 단계를 포함한다. 더불어, (e) 웨이퍼의 측면을 검 사하는 단계와 (f) 웨이퍼의 패턴 결함을 검사하는 AOI(automatde optical inspection) 검사하는 단계를 더 포함한다.
이를 이후에 설명할 도 4a 내지 도 7에서 살펴 보기로 한다. 즉, (b) 단계에 의한 웨이퍼의 매크로 검사는 도 4a 및 도 4b를 통해 설명하고, (c) 단계에 의한 웨이퍼의 미크로 검사는 도 5a 내지 도 5c를 통해 설명한다. 또한, (e) 단계에 의한 웨이퍼의 측면 검사는 도 6을 통해 설명하고, (f) 단계에 의한 웨이퍼의 AOI 검사는 도 7을 통해 설명한다. 나머지 (a) 및 (d) 단계는 상술한 검사에서 공통적으로 적용되는 단계이다.
먼저, 웨이퍼의 결함을 검사하기 위해 이송된 웨이퍼에 대해 매크로 검사의 수행 과정을 도 4a 및 도 4b에서 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치 및 6축 로봇을 이용하여 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 매크로 검사의 수행 과정을 설명하기 도면으로서, 도 4a는 매크로 검사 시, 웨이퍼 검사장치의 평면도이고, 도 4b는 매크로 검사시, 웨이퍼 검사장치의 좌측면도이다.
먼저, 카세트(210)에 배치된 웨이퍼(220)는 6축 로봇(270)에 의해 매크로 검사부(250)로 파지되어 카세트(210)로부터 언로딩(unloading)된다. 이때, 웨이퍼(220)는 웨이퍼 회전 유닛(277)의 제1 공기 흡입구(277a)에 의해 진공 흡착됨으로써 웨이퍼 홀더(276)와 웨이퍼 회전 유닛(277)의 상단에 단단하게 파지된다.
웨이퍼(221)의 표면에는 조명장치(251)에 의해 검사를 위한 조명광이 조사되고, 이러한 웨이퍼(221)의 표면에 대해 오퍼레이터(240)가 육안으로 이물, 흠집, 불량 패턴 등의 결함을 검출한다.
이후, 웨이퍼(221)의 이면을 검사하기 위해, 웨이퍼 회전 유닛(277)의 제1 공기 흡입구(277a)에 흡착된 상태로 6축 로봇(270)의 아암(273, 274, 275)을 회전시킴으로써, 웨이퍼(221)의 아래쪽 면이 위로 오도록 뒤집히게 된다. 이후, 진공 흡착된 웨이퍼(221)는 웨이퍼 홀더(276)에 의해 상하, 전후, 좌우 회전되어 웨이퍼(221)의 다른 부분이 오퍼레이터(240)의 육안으로 들어오도록 하거나, 다른 각도에서 조명장치(251)의 광이 조사된 상태로 웨이퍼(221)의 검사가 수행된다.
이후, 매크로 검사가 수행된 웨이퍼(221)는 카세트(210)로 로딩(loading)되거나 미크로 검사부(250) 또는 측면 검사부(290)로 이송된다.
한편, 본 발명에 의한 6축 로봇(270)은 6자유도를 갖고, 제1 아암, 제2 아암, 제3 아암을 구비하므로 부호 262와 같이 넓은 활동 범위의 동선을 갖는다. 또한, 6축 로봇(270)의 몸체에 해당하는 기부(271)와 회전 구동부(272)는 부호 260과 같은 움직임을 갖는 동선을 갖는다. 또한, 6축 로봇(270)의 제1 아암(273), 제2 아암(274), 제3 아암(275)은 부호 261과 같은 회전반경을 갖는 동선을 갖는다. 이에 따라, 전술한 회전 및 활동 동선(262)은 웨이퍼 검사장치(200)의 공간 활용도를 높일 뿐만 아니라, 웨이퍼(221)의 신속한 로딩, 언로딩 및 이동으로 택 타임(Tact time)을 줄일 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치 및 6축 로봇을 이용하여 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 미크로 검사의 수행 과정을 설명하기 도면으로서, 도 5a는 미크로 검사 시, 웨이퍼 검사장치의 정면도이고, 도 5b는 미 크로 검사시, 웨이퍼 검사장치의 평면도이고, 도 5c는 우측면도이다.
도 5a 내지 도5c는 카세트(210)에 내장된 웨이퍼(220)가 6축 로봇(270)에 의해 현미경(230)의 대물렌즈(231) 밑으로 이송되는 것을 도시한 것으로서, 앞서 전술한 매크로 검사 수행 후 매크로 검사부(250)로부터 6축 로봇(270)의 웨이퍼 홀더(276)에 의해 파지된 상태로 이동될 수도 있다.
현미경(230)의 아래쪽 공간(233)에는 웨이퍼의 자유로운 이동이 가능한 공간이 제공된다. 종래의 검사장치에서는 이 공간(233)에 웨이퍼를 지지하고, 검사조건에 맞추어 배치를 변경시키기 위한 상하 X, Y축 이동 가능한 스테이지(stage)가 필요하였지만, 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치에서는 6축 로봇이 이러한 기능을 수행하므로 종래의 스테이지가 필요 없어진다.
먼저, 카세트(210)에 배치된 웨이퍼(220) 또는 매크로 검사부(250)에 위치한 웨이퍼(221)가 6축 로봇(270)에 의해 파지되어 미크로 검사부(280)로 언로딩 또는 이동될 수 있다. 이때, 언로딩 또는 이동될 웨이퍼(220)는 웨이퍼 회전 유닛(277)의 제1 공기 흡입구(277a)에 의해 진공 흡착됨으로써 웨이퍼 홀더(276)에 파지된다.
이후, 미크로 검사부(280)로 로딩된 웨이퍼(222)는 웨이퍼 홀더(276)에 의해 회전되어 대물렌즈(231)의 촛점에 맞게 오토포커싱 되어 배치된다. 오토포커싱 작업은 현미경(230)이 상하로 이동하여 이루어질 수도 있다. 따라서, 오퍼레이터(240)는 육안으로 보이지 않는 웨이퍼(222)의 이물, 흠집, 불량 패턴 등의 결함을 접안렌즈(235)를 통하여 관찰함으로써 정밀 검사할 수 있다.
이후, 미크로 검사된 웨이퍼(222)는 카세트(210)로 로딩(loading) 되거나 다른 검사를 위해 제공된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치 및 6축 로봇을 이용하여 웨이퍼의 측면 결함을 검사하기 위한 측면 검사의 수행 과정을 설명하기 위한 정면도이다.
도 6을 참조하면, 먼저, 카세트(210)에 배치된 웨이퍼(220) 또는 매크로 검사부(250)에 웨이퍼(221, 222)가 6축 로봇(270)에 의해 측면 검사부(290)로 파지되어 이동된다. 이때, 웨이퍼(220, 221)는 웨이퍼 회전 유닛(277)의 제1 공기 흡입구(277a)에 의해 진공 흡착되어 웨이퍼 홀더(276) 상에 파지된다. 여기서, 6축 로봇(270)은 현미경(230)의 아래쪽 공간(233)이 비어 있기 때문에 대물렌즈(231) 밑으로 파지된 상태로 웨이퍼(223)를 위치시킬 수 있다.
이후, 측면 검사부(290)로 로딩 또는 이동된 웨이퍼(223)는 웨이퍼 홀더(276)에 의해 90도 회전되어 웨이퍼(223)의 측면이 대물렌즈(231)의 촛점에 맞게 오토포커싱 되어 위치한다. 오토포커싱 작업은 6축 로봇(270)의 아암(273,274,275)이 이동하거나 현미경(230)의 대물렌즈(231)가 이동하여 이루어진다.
웨이퍼(223)의 측면을 검사하기 위해, 웨이퍼 회전 유닛(277)은 제1 공기 흡착부(277a)에 의해 흡착된 웨이퍼(221)를 수직으로(90도) 회전시켜 모든 측면을 검사한다.
이에 따라, 오퍼레이터(240)는 육안으로 보이지 않는 웨이퍼의 측면 결함을 현미경(230)의 대물렌즈(231)에 의해 확대관찰 함으로써 웨이퍼의 측면 불량 상태 를 검사할 수 있다. 이때, 대물렌즈(231)는 저배율로 웨이퍼(223)의 측면을 확대할 수 있다.
이후, 측면 검사된 웨이퍼(223)는 매크로 검사부(250)로 이동되거나 카세트(210)로 로딩(loading)된다.
한편, 본 발명의 실시에에 따른 웨이퍼 검사방법은 6축 로봇을 이용하여 매크로 검사, 미크로 검사, 측면 검사를 용이하게 수행할 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, 다른 검사를 더 수행할 수 있다. 일례로서 AOI(automatde optical inspection) 검사를 더 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 웨이퍼 검사장치 및 6축 로봇을 이용하여 웨이퍼의 패턴 결함을 검사하기 위한 AOI 검사의 수행 과정을 설명하기 위한 정면도이다.
도 7은 도 5a의 일부분을 도시한 것으로서, 도 5a의 현미경(230)에 카메라(236)가 더 부착된다. 기존방식은 별도의 AOI 장비에서 웨이퍼를 검사하여 검출한 웨이퍼의 패턴 결함을 X,Y 등의 데이터(data)로 출력하고, 그 출력한 데이터(data)를 미크로 장비가 패턴 결함 데이터(data)을 받아 검사를 하였으나 본 발명의 실시예에서는 6축 로봇(270)을 이용하여 AOI 검사를 수행할 수 있다.
즉, 현미경(230)에 라인센서 카메라(236, line sensor camera)가 부착될 때, 6축 로봇(270)은 AOI 검사를 수행하기 위해 웨이퍼(224)를 웨이퍼 홀더(276)에 의해 파지한 상태로 라인센서 카메라(236) 밑으로 지나쳐 대물렌즈(231) 밑으로 배치시킨다. 이때, 카메라(236) 밑을 지나는 웨이퍼(224)는 6축 로봇(270)에 의해 상 하, 좌우 미세하게 이동됨으로 웨이퍼(224)의 패턴 결함이 정밀하게 촬영되어 진다. 이후, 오퍼레이터(240)는 미크로 검사에서 접안렌즈(235)를 통하여 촬영된 웨이퍼(224)의 패턴 결함을 정밀하게 검사하게 된다.
이상과 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 스테이지 없이 직접 6축 로봇을 이용하여 로딩/언로딩을 할 수 있고, 웨이퍼의 매크로 검사, 미크로 검사 및 측면 검사를 수행함으로써 택 타임(Tact time)을 획기적으로 단축시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 미크로 검사 스테이지, 매크로 검사 스테이지, 상하 X,Y 이동 스테이지, 웨이퍼 측면 검사 등의 여러 유닛을 제거할 수 있으므로 가격 경쟁력이 높아지는 효과가 있다.
아울러, 상기와 같은 여러 유닛 등을 제거함으로 인하여 다발적인 장비에러 발생 원인들을 제거할 수 있으며, 여러 유닛을 지나지 않기 때문에 이에 따른 웨이 퍼 변형 및 이면 흡집을 발생할 수 있었던 것을 예방하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 6축 로봇을 이용함으로 장비 크기를 줄여 크린룸(C/R) 공간 활용도를 높이는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼(220)가 내장된 카세트(210)를 고정시키는 카세트 장착부;
    조명장치에 의해 조사된 웨이퍼의 표면 및 이면을 육안으로 검사하기 위한 매크로 검사부;
    현미경(230)을 통하여 웨이퍼(220)의 결함을 정밀 검사하기 위한 미크로 검사부(280); 및
    웨이퍼(220)를 카세트 장착부에 배치된 카세트(210)에서 언로딩(Unloading) 하거나 카세트(210)로 로딩(loading)하고, 상기 매크로 검사부(250) 또는 미크로 검사부(280)에서 필요한 검사 조건에 따라, 웨이퍼(220)를 파지한 상태로 이동 및 회전시키기 위한 6축 로봇(270)
    을 포함하는 웨이퍼 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 6축 로봇(270)은
    웨이퍼 검사장치(200)에 고정 설치되는 기부(271)와;
    상기 기부(271) 상에 회전 가능하게 설치되는 회전구동부(272)와;
    제1 단부가 상기 회전구동부(272)와 연결되며, 그 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정의 각도 범위 내에서 선회할 수 있는 제1 아암(273)과;
    제1 단부가 상기 제1 아암(273)의 제2 단부와 연결되며, 상기 제1 아암(273)의 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 선회할 수 있고, 그 길이방향축에 대하여 회전할 수 있는 제2 아암(274)과;
    제1 단부가 상기 제2 아암(274)의 제2 단부와 연결되며, 상기 제2 아암(274)의 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 선회할 수 있고, 그 길이방향축에 대하여 회전할 수 있는 제3 아암(275); 및
    상기 제3 아암(275)의 제2 단부와 연결되며, 웨이퍼(220)를 안착시키는 웨이퍼 홀더(276)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더(276)는 투명한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더(276)는 투명한 재질의 엔지니어링 플라스틱, 카본 나노튜브 소재 및 유리 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더(276)는 U자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  6. 제2항에 있어서,
    웨이퍼(220)를 파지한 상태로 회전시키기 위한 웨이퍼 회전유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  7. 상기 제1항에 의한 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법으로서,
    (a) 웨이퍼를 카세트에서 언로딩하는 단계;
    (b) 상기 6축 로봇에 의해 파지된 상태로 다양한 위치로 배치되는 웨이퍼의 표면 및 이면을 조명 장치로 조사하고, 웨이퍼를 육안으로 검사하는 단계;
    (c) 웨이퍼를 6축 로봇에 의해 파지된 상태로 현미경을 통하여 정밀 검사하는 단계;
    (d) 검사가 끝난 웨이퍼를 상기 카세트로 로딩하는 단계
    를 포함하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (e) 웨이퍼를 상기 6축 로봇에 수직으로 세운 상태로 회전시키면서 파지한 후, 웨이퍼의 측면 결함을 검사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 현미경은 라인센서 카메라를 포함하고,
    (f) 웨이퍼를 상기 6축 로봇에 의해 파지한 상태로 상기 라인센서 카메라 밑으로 지나쳐 웨이퍼의 패턴 결함을 검사(AOI 검사)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 6축 로봇은
    웨이퍼 검사장치에 고정 설치되는 기부와;
    상기 기부 상에 회전 가능하게 설치되는 회전구동부와;
    제1 단부가 상기 회전구동부와 연결되며, 그 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정의 각도 범위 내에서 선회할 수 있는 제1 아암과;
    제1 단부가 상기 제1 아암의 제2 단부와 연결되며, 상기 제1 아암의 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 선회할 수 있고, 그 길이방향축에 대하여 회전할 수 있는 제2 아암과;
    제1 단부가 상기 제2 아암의 제2 단부와 연결되며, 상기 제2 아암의 길이방향축과 직교하는 축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 선회할 수 있고, 그 길이방향축에 대하여 회전할 수 있는 제3 아암; 및
    상기 제3 아암의 제2 단부와 연결되며, 웨이퍼를 안착시키는 웨이퍼 홀더
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더는 투명한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더는 투명한 재질의 엔지니어링 플라스틱, 카본 나노 튜브 소재 및 유리 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 웨이퍼 홀더는 U자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    웨이퍼를 파지한 상태로 회전시키기 위한 웨이퍼 회전유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6축 로봇이 구비된 웨이퍼 검사장치를 이용하여 웨이퍼를 검사하는 방법.
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