본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 규격의 웨이퍼를 안정적으로 지지할 수 있을 뿐만 아니라 샘플을 용이하게 이동 및 회전시키면서 관찰할 수 있도록 구조가 개선된 웨이퍼 결함 검사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 웨이퍼샘플이 현미경 렌즈와 평행하게 장착되도록, 웨이퍼샘플의 경사진 정도를 조절할 수 있는 웨이퍼 결함 검사장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사장치는 받침대, 상호 직교하는 X축과 Y축으로 이루어진 직교좌표계 상에서 상기 X축 방향을 따라 왕복이동 가능하게 상기 받침대 위에 설치되는 제1스테이지, 상기 직교좌표계 상에서 상기 Y축 방향을 따라 왕복이동 가능하게 상기 제1스테이지 위에 설치되는 제2스테이지, 상기 제2스테이지의 위에 회전가능하게 설치되는 회전스테이지, 상기 회전스테이지로부터 상방으로 이격되게 설치되는 현미경 및 상기 회전스테이지 위에 설치되며, 서로 다른 높이에 위치하여 서로 다른 크기의 웨이퍼를 지지하도록 상호 단차지게 형성된 복수의 웨이퍼 지지면을 구비하되, 상기 각 웨이퍼 지지면은 웨이퍼의 둘레방향을 따라 형성되어 있는 로딩플레이트를 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 로딩플레이트의 웨이퍼 지지면에는 웨이퍼를 진공흡 착하기 위한 다수의 흡입공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 로딩플레이트는 원형으로 형성되어 상기 복수의 웨이퍼 지지면은 상기 로딩플레이트의 중심으로부터 반경방향을 따라 배치되며, 상기 복수의 웨이퍼 지지면은 상기 로딩플레이트의 중심으로부터 반경방향을 따라 상방으로 단차지게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 로딩플레이트에는 웨이퍼를 이송하는 엔드 이펙터가 유출입 가능하도록 상기 웨이퍼 지지면에 대하여 오목한 삽입부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 고리형으로 형성되어 상기 로딩플레이트를 감싸며 설치되며, 상기 로딩플레이트의 회전된 정도를 육안으로 식별할 수 있도록 각도 눈금이 표시되어 있는 스케일부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 받침대는 상기 지면의 진동을 제거하는 제진대(anti-vibration stage)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제1스테이지, 제2스테이지, 회전스테이지 및 현미경과 각각 전기적으로 연결되어 작동을 제어하는 컴퓨터와, 상기 컴퓨터와 전기적으로 연결되어 있는 화상을 출력하는 모니터를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 내측의 결함을 관찰하기 위하여 소정의 형상으로 절단된 웨이퍼샘플이 장착되며, 상기 X축 및 Y축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전가능하게 상기 로딩플레이트에 탈부착 가능하게 설치되어, 상기 웨이퍼샘플의 경사진 정도를 조절하는 틸트스테이지를 더 구비하는 것이 바람직하 며, 상기 틸트스테이지는 상기 X축을 중심으로 회전가능하게 상기 로딩플레이트에 설치되는 제1틸트부재와, 상기 Y축을 중심으로 회전가능하게 상기 제1틸트부재에 설치되는 제2틸트부재를 포함하여 이루어진 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 웨이퍼샘플을 지지하기 위한 것으로서, 일방향으로 길게 형성되어 상기 틸트스테이지 상에 설치되는 지지바를 더 구비하는 것이 바람직하며, 이 지지바에는 진공흡착을 위한 흡입공이 형성되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사장치는, 받침대, 상호 직교하는 X축과 Y축으로 이루어진 직교좌표계 상에서 상기 X축 방향을 따라 왕복이동 가능하게 상기 받침대 위에 설치되는 제1스테이지, 상기 직교좌표계 상에서 상기 Y축 방향을 따라 왕복이동 가능하게 상기 제1스테이지 위에 설치되는 제2스테이지, 상기 제2스테이지의 위에 회전가능하게 설치되는 회전스테이지, 상기 회전스테이지로부터 상방으로 이격되게 설치되는 현미경 및 웨이퍼의 내측의 결함을 관찰하기 위하여 소정의 형상으로 절단된 웨이퍼샘플을 지지하며, 상기 X축 및 Y축 중 적어도 어느 하나의 축을 중심으로 회전가능하게 상기 회전스테이지에 설치되어, 상기 웨이퍼샘플의 경사진 정도를 조절하는 틸트스테이지를 구비하는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 틸트스테이지는 상기 X축을 중심으로 회전가능하게 상기 회전스테이지에 설치되는 제1틸트부재와, 상기 Y축을 중심으로 회전가능하게 상기 제1틸트부재에 설치되는 제2틸트부재를 포함하여 이루어지며, 상기 웨이퍼샘 플을 지지하기 위한 것으로서, 일방향으로 길게 형성되어 상기 틸트스테이지 상에 설치되는 지지바를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사장치는 다양한 크기의 웨이퍼를 안정적으로 지지할 수 있을 뿐만 아니라 샘플을 용이하게 이동 및 회전시킬 수 있어 관찰자의 숙련도와 관계없이 정확한 웨이퍼 결함 검사가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 웨이퍼샘플의 경사진 정도를 조절할 수 있어 웨이퍼의 내측 결함을 정밀하게 관측할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 결함 검사장치를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 결함 검사장치의 개략적 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 결함 검사장치의 개략적 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 결함 검사장치(100)는 받침대(10), 제1스테이지(20), 제2스테이지(30), 회전스테이지(40), 현미경(50) 및 로딩플레이트(60)를 구비한다.
상기 받침대(10)는 후술할 스테이지들(20,30,40) 및 현미경(50)이 설치되는 부재이다. 받침대(10)는 평평하게 형성된 상판부(11)를 구비하며, 상판부(11)의 하측에는 4개의 다리(12)가 결합되어 상판부(11)를 지지한다. 또한, 상판부(11)의 하측에는 후술할 컴퓨터(미도시)와 전기적으로 연결되어 컴퓨터에 동작을 제어하는 키보드(미도시)가 놓여질 수 있도록 자판지지대(13)가 마련된다. 상기 자판지지대(13)는 상판부(11)의 하부 양측에 설치된 가이드레일(14) 상에 슬라이딩 가능하게 설치되어, 키보드(미도시)를 외측으로 빼내거나 내측으로 밀어 넣을 수 있다.
한편, 후술할 스테이지들(20,30,40) 및 현미경(50)이 원치않는 지면의 진동 등에 의하여 흔들릴 경우 웨이퍼의 결함을 정밀하게 검사할 수 없게 된다. 이에 상기 받침대(10)로는 진동을 완화시키는 제진대(anti-vibration stage)가 채용된다. 이러한 제진대는 공지의 부재로서 다양한 구성의 제진대가 채용될 수 있으며, 예컨대 특허출원번호 제2005-0100827호 또는 제2005-0038905호에 개시된 제진대 등이 사용될 수 있다.
상기 제1스테이지(20)는 받침대(10) 위에 설치된다. 즉, 받침대(10) 상에 X축 방향을 따라 서로 나란하게 설치된 한 쌍의 제1가이드레일(21) 위에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 이에 제1스테이지(20)는 X축 방향을 따라 왕복이동가능하다. 제1스테이지(20)는 리니어 모터(미도시)로부터 구동력을 전달받아 이동하며, 리니어 모터의 조절을 통해 이동량을 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 제2스테이지(30)는 제1스테이지(20) 위에 설치된다. 즉, 제1스테이지(20) 상에 상기 X축과 직교하는 Y축 방향을 따라 서로 나란하게 설치된 한 쌍의 제2가이드레일(31) 위에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 이에 제2스테이지(30)는 Y축 방향을 따라 왕복이동가능하다. 제2스테이지(30)도 리니어 모터(미도시)로부터 구동력을 전달받아 이동하며, 리니어 모터의 조절을 통해 Y축 방향으로의 이동량을 정밀하게 제어할 수 있다. 한편, 제2스테이지(30)의 상부에는 후술할 회전스테이지(40)를 수용하도록 오목하게 수용부(32)가 형성되어 있다.
상기 회전스테이지(40)는 대략 원판형으로 형성되어 상기 제2스테이지(30)의 수용부(30)에 배치된다. 즉, 회전스테이지(40)는 회전량을 정밀하게 제어할 수 있는 스텝 모터(41)에 연결되어 스텝 모터(41)의 작동에 의하여 상기 수용부(30)에서 정역회전 가능하다.
상기 로딩플레이트(60)는 검사대상이 되는 웨이퍼를 지지 및 고정하기 위한 것으로서, 회전스테이지(40) 위에 고정되어 회전스테이지(40)와 함께 정역방향으로 회전된다.
도 3 및 도 4에는 로딩플레이트(60)가 도시되어 있다. 도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼 결함 검사장치의 로딩플레이트의 개략적 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 로딩플레이트의 상부에서 바라본 웨이퍼 결함 검사장치의 개략적 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 로딩플레이트(60)는 대략 원형으로 형성된다. 이 로딩플레이트(60)에는 다양한 크기의 웨이퍼를 지지할 수 있도록 복수의 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)이 형성된다. 이 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)은 서로 다른 높이에 배치되도록 단차지게 형성된다. 로딩플레이트(60)의 중심부에 배치된 웨이퍼 지지면(64)은 다른 웨이퍼 지지면들에 비하여 가장 낮은 높이에 위치되는 반면, 로딩플레이트(60)의 가장자리에 배치된 웨이퍼 지지면(61)은 상대적으로 가장 높은 위치에 배치된다. 즉, 로딩플레이트(60)는 반경방향을 따라 단차지게 형성되어 중심부로부터 외측으로 갈수록 웨이퍼 지지면이 높은 위치에 배치된다. 로딩플레이트(60)의 가장자리에 배치된 웨이퍼 지지면은 상대적으로 직경이 큰 웨이퍼를 지지하며, 중심부에 배치된 웨이퍼 지지면은 상대적으로 직경이 작은 웨이퍼를 지지할 수 있다. 직경이 큰 웨이퍼를 지지하기 위한 지지면 예컨대 참조번호 61로 표시된 웨이퍼 지지면은 작은 웨이퍼를 지지하기 위한 지지면 예컨대 참조번호 64로 표시된 웨이퍼 지지면보다 그 폭이 넓게 형성되어 있어 웨이퍼의 크기에 따라 안정적으로 웨이퍼를 지지할 수 있다. 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사장치는 복수의 웨이퍼 지지면이 형성된 로딩플레이트에 의하여 다양한 크기의 웨이퍼를 안정적으로 지지할 수 있다.
또한, 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)은 한 쌍으로 배치되며, 웨이퍼의 둘레방향을 따라 원호형으로 형성된다. 검사 도중 상기한 스테이지(20,30,40)를 이동 및 회전시킬 필요가 있는데, 정밀한 검사를 위해서는 이러한 이동이 있어도 웨이퍼가 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)에서 위치이동되지 않고 고정되어 있어야 한다. 이를 위하여 로딩플레이트(60)에서는 웨이퍼를 진공흡착시킨다. 즉, 각 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)에는 상면과 하면 사이를 관통하는 복수의 흡입공(65)이 형성된다. 이 흡입공(65)들은 펌프(미도시)와 연결되어 있다. 웨이퍼가 웨이퍼 지지면에 올려진 상태에서 펌프(미도시)를 통해 공기를 흡입하면 웨이퍼와 웨이퍼 지지면(61,62,63,64) 사이의 공기가 펌프에 의하여 흡입되어 웨이퍼가 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)에 흡착고정된다.
로딩플레이트(60)에는 한 쌍의 삽입부(66)가 형성된다. 이 한 쌍의 삽입 부(66)는 웨이퍼를 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)으로 이송 및 반출하기 위한 엔드이펙터(미도시)가 유출입하는 부분이다. 상기 삽입부(66)는 웨이퍼 지지면(61,62,63,64)을 가로질러 배치되며, 가장 낮은 위치에 배치된 웨이퍼 지지면(64)에 대하여 하방으로 오목하게 형성된다. 또한, 로딩플레이트(60)의 중앙부에는 후술할 틸트스테이지(80)와의 결합을 위하여 중앙부에 사각 형상의 홈(68)이 형성되어 있다.
제2스테이지(30)의 수용부 외측 즉, 로딩플레이트(60)의 외측에는 고리형의 스케일부재(70)가 부착된다. 이 스케일부재(70)는 로딩플레이트(60)를 감싸며 배치되며, 그 상면에는 0°~ 360°의 각도 눈금이 표시되어 있다. 이에 따라, 기준점이 표시되어 있는 로딩플레이트(60)가 회전스테이지(40)에 의하여 함께 회전되면, 스케일부재(70)에 매겨진 눈금을 보고 회전된 정도를 육안으로 확인할 수 있다.
상기 현미경(50)은 웨이퍼의 결함을 확대하여 관찰하기 위한 것으로서, 로딩플레이트(60)로부터 상방으로 이격되어 배치된다. 즉, 상기 받침대(10)에는 수직 지지대(18)가 구비되는데, 현미경(40)은 수직 지지대(18)에서 승강가능하게 설치된다. 또한, 현미경(50)에는 렌즈에 의하여 확대된 결함을 이미지로 획득하기 위한 CCD 카메라(미도시)가 내장되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사장치(100)는 컴퓨터(미도시)와 모니터(미도시)를 구비한다. 컴퓨터는 상기한 키보드(미도시) 및 모니터와 각각 연결되어 있다. 또한, 컴퓨터는 제1스테이지(20), 제2스테이지(30), 회전스테이지(40) 및 현미경(50)과 각각 전기적으로 연결되어 있어, 이들의 동작을 제어한다. 즉, 각 스테이지들의 이동 및 회전 정도를 제어하며, 현미경(50)에 내장되어 있는 CCD 카메라로부터 획득된 이미지를 저장한다. 모니터에는 웨이퍼를 검사하는데 있어 필요한 사항들 예컨대, 웨이퍼의 X,Y축 방향 이동량, 회전량, CCD 카메라로부터 획득된 이미지, 결함의 위치좌표, 밀도 등이 디스플레이된다.
상기한 바와 같이, 웨이퍼의 결함은 두 가지 영역인 웨이퍼의 표면 영역과 웨이퍼의 내측 영역에서 관찰한다. 웨이퍼의 표면 결함을 관찰할 때에는 웨이퍼를 그대로 로딩플레이트(60)에 올려놓고 그 표면을 현미경으로 검사하면 된다. 그러나, 웨이퍼의 내측 결함을 검사하기 위해서는 웨이퍼의 내측 단면(도 5의 참조번호 c)이 보이도록 웨이퍼를 절단하여 웨이퍼샘플(도 5의 참조번호 w)을 제조하여야 한다. 그리고 이 웨이퍼샘플(w)의 절단면(c)이 현미경(50)의 렌즈와 평행하게 되도록 배치하여야 한다. 그러나 로딩플레이트(60)는 이러한 웨이퍼샘플(w)을 정확한 자세로 지지할 수 없는 바, 대략 직사각 형태의 웨이퍼샘플(w)을 수직하게 지지할 수 있는 별도의 부재가 필요하다.
본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사장치(100)에서는 웨이퍼 내측 결함을 검사하기 위하여 소정의 형상으로 절단된 웨이퍼샘플(s)을 수직하게 지지함으로써, 웨이퍼샘플(s)의 절단면(c)이 현미경(50) 렌즈에 평행하게 배치되도록 하기 위한 부재로서 틸트스테이지를 구비한다.
도 5 내지 도 7을 참조하여, 틸트스테이지(80) 및 틸트스테이지(80)가 부착된 형태의 실시예에 대하여 설명한다. 도 5는 웨이퍼 결함 검사장치의 틸트스테이 지의 개략적 사시도이며, 도 6은 틸트스테이지가 결합된 형태의 웨이퍼 결함 검사장치의 개략적 구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 웨이퍼 결함 검사장치의 개략적 측면도이다.
틸트스테이지(80)는 로딩플레이트(60)에 탈부착 가능하게 결합된다. 즉, 웨이퍼의 내측 결함을 관찰하기 위해서는 웨이퍼샘플(w)을 틸트스테이지(80)에 지지시켜야 하지만, 웨이퍼의 표면 결함을 관찰할 때에는 틸트스테이지(80)를 분리시키고 로딩플레이트(60)에 웨이퍼를 지지하여야 하기 때문이다.
틸트스테이지(80)는 예컨대 로딩플레이트(60)의 중앙부에 형성된 대략 사각 형상의 홈(68)에 끼워져 결합되는 등의 방식으로 로딩플레이트(60)에 분리가능하게 설치된다. 틸트스테이지(80)는 웨이퍼샘플(w)을 상기 X축 및 Y축을 중심으로 회전시켜 웨이퍼샘플(w)의 경사진 정도를 조절하도록 제1틸트부재(85)와 제2틸트부재(89)를 구비한다.
제1틸트부재(85)와 제2틸트부재(89)는 설치되는 방향만 서로 다를 뿐 그 구성은 완전히 동일하며 공지의 부재이다. 제1틸트부재(85)와 제2틸트부재(89)는 각각 상부부재(81,86)와 하부부재(82,87)를 구비한다. 각 상부부재(81,86)의 하면은 볼록한 원호면으로 형성되며, 각 하부부재(82,87)의 상면은 상부부재(81,86)의 하면에 대응되게 오목한 원호면으로 형성된다. 각 하부부재(82,87)에는 조절부재(83,88)가 회전가능하게 설치된다. 조절부재(83,88)를 일방향 또는 타방향으로 회전시키면, 예컨대 제1,2틸트부재(85,89)의 내측에 마련된 볼스크류(미도시) 등의 작용에 의하여 상부부재(81,86)는 원호면을 따라 하부부재(82,87)에 대하여 시계방 향 또는 반시계방향으로 상대이동된다.
제1틸트부재(85)와 제2틸트부재(89)는 상기한 바와 같이 동일한 구성으로 이루어져 있지만, 설치되는 방향은 서로 직교하게 배치된다. 제1틸트부재(85)는 상부부재(81)가 X축을 회전중심축으로 하여 회전되도록 로딩플레이트(60) 위에 설치되며, 제2틸트부재(89)는 상부부재(86)가 Y축을 회전중심축으로 하여 회전되도록 제1틸트부재(85)의 상부부재(81) 위에 설치된다. 또한, 제2틸트부재(89)의 상면에는 일방향으로 길게 배치되어 대략 직육면체 형상으로 된 지지바(90)가 설치된다. 이 지지바(90)는 얇은 직육면체 형상으로 제조된 웨이퍼샘플(w)이 수직하게 지지하기 위한 것이다. 이 지지바(90)에는 공기를 흡입하는 펌프(미도시)와 연결되는 흡입공(91)이 형성된다. 웨이퍼샘플(w)이 지지바(90)에 지지된 상태에서 흡입공(91)을 통해 공기가 흡입되면 웨이퍼샘플(w)은 지지바(90)에 진공흡착되어 위치고정된다. 다만, 웨이퍼의 두께에 따라서 진공흡착을 하는 경우 웨이퍼가 휘는 경우가 발생할 수 있으므로, 이러한 경우에는 진공흡착방식을 이용하지 않고 별도의 고정수단 이용하여 위치고정시키는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 지지바(90)에 웨이퍼샘플(w)이 고정되면 그 절단면(c)이 현미경 렌즈와 수평하게 배치되어야 하지만, 웨이퍼샘플(w)의 제조과정에서 절단면(c)이 깊이 방향(도 5에서 Y축 방향) 또는 폭 방향(도 5에서 Y축 방향)을 따라 경사지게 형성된 경우가 있다. 이러한 경우, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1틸트부재(85) 및 제2틸트부재(86)를 회전시켜 렌즈와 절단면(c)을 수평하게 배치시켜 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
이상에서, 틸트스테이지(80)가 로딩플레이트(60)에 설치되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 본 발명의 다른 형태에 따른 웨이퍼 결함 검사장치에서는 웨이퍼 표면 검사가 필요없는 경우 로딩플레이트(60)를 구비하지 않을 수 있으며, 이 경우 틸트스테이지(80)는 회전스테이지(40)에 설치될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.