KR100952522B1 - 웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼의 결함을 정확하게 검출하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 웨이퍼 표면에 대해 일정한 각도를 가지도록 고정 설치되며, 웨이퍼 상에 레이저 빔을 발사하는 레이저 발광부와, 웨이퍼 표면 상부에 설치되며, 웨이퍼의 정상 이미지를 설정하는 정상 이미지 필터와, 웨이퍼에 선택된 이미지가 정상 이미지 필터를 통해 수광되는 레이저 수광부와, 정상 이미지 필터의 정상 이미지와, 레이저 수광부의 수광 이미지를 비교하는 비교부와, 정상 이미지 필터의 정상 이미지 데이터가 메모리된 메모리부와, 레이저 발광부와, 정상 이미지 필터와, 레이저 수광부와, 비교부를 제어하는 제어부를 포함하는 웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법을 개시한다.
웨이퍼, 결함, 검출, 레이저, 이미지화, 필터

Description

웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법{WAFER DEFECT DETECTION DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 결함을 정확하게 검출할 수 있는 웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 웨이퍼로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Feb) 공정과, 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다. 이러한 공정들은 반도체 장치의 품질 및 수율 향상을 위해 압력 및 온도 등 공정 분위기의 정밀한 제어가 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.
또한, 상기 반도체 장치가 고집적화 및 고속화됨에 따라 상기 반도체 장치의 제조에서 웨이퍼 상의 파티클(particle)등과 같은 결함(缺陷)에 대한 검사도 철저하게 이루어지고 있다. 이는 상기 결함(缺陷)이 반도체 장치의 불량과 직결되기 때 문이다.
이에 따라, 반도체 웨이퍼의 결함을 검출하기 위한 방법은 레이저 빔(Laser beam)의 발광부로부터 웨이퍼 상에 각각 정해진 스폿(spot)에 따라 레이저를 입사하여, 이에 반사되는 것을 검출부로 검출한다. 이후, 웨이퍼(wafer)의 결함은 빛의 강도에 따라 신호의 파형을 비교함으로써, 검출이 이루어진다. 즉, 웨이퍼의 종류 상관없이 레이저의 입사 방식은 동일하되, 검출부에 웨이퍼의 레시피(recipe) 설정을 변경함으로써, 실제 정확한 결함을 검출할 수 있다.
이때, 사용되는 입사 방식은 레이저의 직진성을 이용하여, 스폿의 크기만을 변경이 가능한 방식이다. 이러한 레이저를 입사하는 발광부는 고정되어 있고, 웨이퍼가 놓여지는 스테이지(stage)가 일정 방향으로 이동함으로써, 웨이퍼의 전면을 스캔(scan)한다.
종래에는 레이저(laser)를 이용하여, 웨이퍼의 결함을 검출하는 장치로써, 레이저가 웨이퍼에 발사되면 이에 반사되는 빛을 검출부가 받게 되고, 검출된 빛의 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 각각의 스폿의 신호 차이에 의한 비교를 하여 결함을 찾게 된다.
그러나, 아날로그 신호의 비교는 빛의 세기나 밀도 등에 차이가 나지만, 반사되는 물질에 따라서도 달라질 수 있기 때문에, 비교처리 시, 노이즈(noise)가 발생할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 상에 다수의 다이 중, 첫번째 다이의 신호 파형을 기준으로 설정하였을 경우, 두번째 다이, 세번째 다이 및 네번째 다이로부터 검출된 신호 파형을 비교할 수 있다.
이때, 기준이 되는 첫번째 다이의 신호 파형에 단차가 크게 생길 경우, 정확히 구분이 가능하다면 상관없지만, 소수의 미세한 단차가 생길 경우, 결함인지 결함이 아닌지의 구분에 판단 오류가 발생한다. 따라서, 데이터 오류 발생뿐만 아니라 장치의 오동작을 발생시키는 문제점이 있다. 또한, 스폿의 크기를 변경함으로써 이루어지는 방식에 있어서, 진행 시 정확성을 높이기 위해 스폿의 크기를 작게 하여야 하는데, 이때 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 결함을 웨이퍼 이미지(image)와 기준 이미지를 직접 비교함으로써, 정확하게 검출할 수 있는 웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 장치는 웨이퍼 표면에 대해 일정한 각도를 가지도록 고정 설치되며, 상기 웨이퍼 상에 레이저 빔을 발사하는 레이저 발광부와, 상기 웨이퍼 표면 상부에 설치되며, 상기 웨이퍼의 정상 이미지를 설정하는 정상 이미지 필터와, 상기 웨이퍼에 선택된 이미지가 상기 정상 이미지 필터를 통해 수광되는 레이저 수광부와, 상기 정상 이미지 필터의 정상 이미지와, 상기 레이저 수광부의 수광 이미지를 비교하는 비교부와, 상기 정상 이미지 필터의 정상 이미지 데이터가 메모리된 메모리부와, 상기 레이저 발광부와, 상기 정상 이미지 필터와, 상기 레이저 수광부와, 상기 비교부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 정상 이미지 필터는 LCD 판넬로 이루어질 수 있다.
또한, 정상 이미지 필터는 상기 웨이퍼의 정상 이미지를 설정하여, 온-오프 신호에 의해 이미지화할 수 있다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출방법은 웨이퍼의 정상 이미지를 출력하여, 정상 이미지 필터에 설정하는 정상 이미지 필터 설정단계와, 상기 정상 이미지 필터를 상기 웨이퍼 상에 설치하고, 상기 웨이퍼 표면으로 레이저 빔을 발사하는 레이저 빔 발사단계와, 상기 웨이퍼 표면에 발사된 레이저 빔을 반사시켜, 상기 웨이퍼 상에 선택된 이미지를 상기 정상 이미지 필터를 통해 이미지를 수광하는 웨이퍼 이미지 수광단계와, 상기 웨이퍼의 정상 이미지 및 상기 수광된 웨이퍼 이미지 비교단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 정상 이미지 및 수광 이미지 비교단계는 상기 웨이퍼의 정상 이미지 및 수광 이미지가 같은 경우, 상기 웨이퍼를 정상으로 판단하고, 상기 웨이퍼의 정상 이미지 및 수광 이미지가 다를 경우, 상기 웨이퍼에 결함이 검출된 것으로 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼 결함 검출 장치 및 이의 방법은 웨이퍼의 결함을 웨이퍼 이미지(image)와 기준 이미지를 직접 비교함으로써, 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 스폿의 크기를 변경함으로써 이루어지는 방식에 있어서, 진행 시 정확성을 높이기 위해 스폿의 크기를 작게 하지 않고, 이미지를 비교함으로써, 시간 소요가 감소될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 장치를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 장치(100)는 웨이퍼(W) 표면에 대해 일정한 각도를 가지도록 고정 설치되며, 상기 웨이퍼(W) 상에 레이저 빔을 발사하는 레이저 발광부(110)와, 상기 웨이퍼(W) 표면 상부에 설치되며, 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지를 설정하는 정상 이미지 필터(120)와, 상기 웨이퍼(W)에 선택된 이미지가 상기 정상 이미지 필터를 통해 수광되는 레이저 수광부(130)와, 상기 정상 이미지 필터(120)의 정상 이미지와, 상기 레이저 수광부(130)의 수광 이미지를 비교하는 비교부(140)와, 상기 정상 이미지 필터(120)의 정상 이미지 데이터가 메모리된 메모리부(150)와, 상기 레이저 발광부(110)와, 상기 정상 이미지 필터(120)와, 상기 레이저 수광부(130)와, 비교부(140)를 제어하는 제어부(160)를 포함한다.
상기 레이저 발광부(110)는 웨이퍼(W) 표면에 대해 일정한 각도를 가지도록 고정 설치되며, 상기 웨이퍼(W) 상에 광을 발사한다. 이러한, 레이저 발광부(110)는 레이저를 이용한 레이저 빔(laser beam)이 사용된다. 상기 레이저 빔이 각각 정해진 스폿(spot)에 따라 상기 웨이퍼(W)에 입사한다. 여기서, 상기 레이저 발광 부(110)는 레이저 빔의 각도 조절을 통해 상기 레이저 빔의 진행 방향을 변경하고, 레이저 빔이 원하는 각도 즉, 상기 웨이퍼(W) 상에 입사되도록 입사각을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 웨이퍼(W) 하부에는 스테이지(102)가 장착된다. 상기 스테이지(102)는 상기 웨이퍼(W)를 지지할 수 있도록, 상기 웨이퍼(W)의 하부 중앙에 설치되고, 상기 스테이지(120) 하부에는 상기 웨이퍼(W)를 상하 좌우로 이동시키는 축(104)의 상부에 설치된다.
상기 정상 이미지 필터(120)는 상기 웨이퍼(W)와 상기 레이저 수광부(130) 사이의 레이저 빔 패스(pass) 경로 사이에 장착될 수 있다. 이러한, 정상 이미지 필터(120)는 상기 웨이퍼(W) 상에 입사된 레이저 빔이 반사되어, 정상 이미지 필터(120)에 설정된 웨이퍼(W)의 정상 이미지(패턴)에 따라 빛이 투과되도록 한다.
이러한, 정상 이미지 필터(120)는 LCD 판넬일 수 있다. 이를 위해 상기 스테이지(102) 상의 웨이퍼(W) 이미지를 스캔(scan)한다. 즉, 상기 웨이퍼(W)를 스캔(scan)하기 위해 해당 웨이퍼에 맞는 레시피(recipe)를 셋업(setup)을 할 수 있다. 이때, 노멀(normal) 웨이퍼의 이미지를 기준으로 저장하고, 그 이미지를 온-오프 신호를 인가하여, 상기 이미지 필터(130)를 제어함으로써 이미지화할 수 있다.
상기 레이저 수광부(130)는 상기 웨이퍼(W)로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 정상 이미지 필터(120)를 통해 수집하여, 상기 웨이퍼(W)의 결함을 검출한다. 이러한, 레이저 수광부(130)는 상기 웨이퍼(W)의 전면으로부터 수직 방향 상에 배치되거나, 소정의 각도로 기울어지게 배치될 수 있으나, 본 발명에서 그 위치를 한정하는 것은 아니다.
상기 비교부(140)는 상기 레이저 수광부(130)로부터 수광된 웨이퍼(W) 이미지와 상기 메모리부(150)에 저장된 웨이퍼(W)의 정상 이미지를 맞추어 비교한다. 여기서, 상기 수광된 웨이퍼(W) 이미지와 웨이퍼(W)의 정상 이미지를 비교하여 볼 때, 상기 웨이퍼(W) 이미지와 웨이퍼(W)의 정상 이미지가 일치할 경우, 웨이퍼(W)에 결함이 없는 것으로 판단되고, 불일치할 경우, 상기 웨이퍼(W)에 결함이 있는 것으로 판단된다. 따라서, 상기 웨이퍼(W)의 패턴을 이미지화하여 비교함과 동시에, 상기 웨이퍼(W)의 결함을 정확하게 검출할 수 있다.
상기 메모리부(150)는 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지 데이터를 미리 저장하여, 상기 비교부(140)에 전달한다. 이러한, 메모리부(150)에는 상기 웨이퍼 결함 검출 장치(100)에 있어서, 검출 데이터(검사광의 파장, 편광, 입사각 등에 관한 데이터)와, 상기 웨이퍼(W) 막에 관한 여러가지 파라미터(막두께나 굴절률 등)를 최적의 상관 관계를 갖도록 관련지어서, 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지 데이터를 미리 저장해둔다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 방법을 도시한 순서도 이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 방법은 정상 이미지 필터 설정단계(S1)와, 레이저 빔 발사단계(S2)와, 웨이퍼 이미지 수광단계(S3)와, 이미지 비교단계(S4)를 포함한다.
먼저, 상기 정상 이미지 필터 설정단계(S1)는 상기 웨이퍼의 정상 이미지를 출력하여, 정상 이미지 필터에 설정하는 단계이다.
상기 정상 이미지 필터(120)는 상기 웨이퍼(W)와 상기 레이저 수광부(130) 사이에 미리 설치한다. 여기서, 정상 이미지 필터(120)는 상기 웨이퍼(W)의 기준이 되는 정상 이미지를 만들어, 원하고자 하는 패턴에 따라 빛이 통과할 수 있도록 설정한다.
이때, 상기 정상 이미지 필터(120)는 LCD 판넬을 이용하여 설치할 수 있다.여기서, LCD 판넬은 LCD의 소자 특성상 자체 발광이 불가능하여, 인가된 전압에 의해 액정의 배열이 변화하는 것뿐이므로 발광이 일어나지 않고, 단지 결정구조가 변한다. 이 변화된 구조가 상기 웨이퍼(W)로부터 반사된 빛의 투과율을 다르게 하는 것이다.
따라서, 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지가 설정된 상기 정상 이미지 필터(120)를 장착함으로써, 레시피 셋업(recipe set up)을 할 수 있다. 이때, 레시피 셋업 시, 정상 이미지 필터(120)의 이미지에 대한 정보도 저장되며, 상기 레시피를 로딩(loading)할 때, 장비는 각 정보에 맞춰 여러 필터(filter) 뿐만 아니라, 각 부분에 맞게 세팅(setting)될 수 있다.
다음, 상기 레이저 빔 발사단계(S2)는 상기 정상 이미지 필터(120)를 상기 웨이퍼(W) 상에 설치하고, 상기 웨이퍼(W) 표면으로 레이저 빔을 발사하는 단계이다.
상기 레이저 발광부(110)는 레이저 빔을 이용하여, 상기 웨이퍼(W) 상의 결함을 검사하기 위해, 레이저 빔을 이용하여, 웨이퍼(W)의 상부를 스캐닝한다. 따라서, 상기 레이저 발광부(110)와 상기 웨이퍼(W)는 상대 운동한다. 상기 레이저 발광부(110)가 고정되고, 상기 웨이퍼(W)를 상하 좌우로 이동시킬 수 있는 스테이지(102)가 이동하여, 스폿 스캐닝(spot scanning)이 이루어질 수 있다.
이때, 상기 레이저 발광부(110)가 고정되고, 상기 스테이지(102)가 이동하여, 스캐닝이 이루어진다. 이 경우, 레이저 빔을 이용하여, 웨이퍼(W)의 상부 면을 지그재그로 스캐닝하는 경우, 스테이지는 상하 및 좌우로 구동한다. 따라서, 상기 레이저 발광부(110)로부터 상기 웨이퍼(W)의 각각의 다이를 차례대로 선택하여, 레이저 빔을 발사한다.
다음, 상기 웨이퍼 이미지 수광단계(S3)는 상기 웨이퍼(W) 표면에 발사된 레이저 빔을 반사시켜, 상기 웨이퍼(W) 상에 선택된 이미지를 상기 정상 이미지 필터(120)를 통해 이미지를 수광하는 단계이다.
상기 웨이퍼 이미지 수광단계(S3)는 상기 레이저 수광부(130)로 상기 웨이 퍼(W)로부터 반사되는 레이저 빔을 상기 정상 이미지 필터(120)를 통해 수집하여, 상기 웨이퍼(W)의 이미지를 출력한다. 여기서, 상기 정상 이미지 필터(120)는 상기 웨이퍼(W) 상에서 반사되는 빛의 신호를 이미지화할 수 있다.
다음, 상기 이미지 비교단계(S4)는 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지 및 상기 수광된 웨이퍼 이미지를 비교하는 단계이다.
상기 이미지 비교단계(S4)는 상기 레이저 수광부(130)에 출력된 웨이퍼 이미지와 미리 저장된 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지를 맞추어 비교함으로써, 웨이퍼(W)의 결함 유무를 판단할 수 있다.
이때, 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지 및 수광 이미지가 같은 경우, 상기 웨이퍼(W)가 정상으로 판단된 정상 판단단계(S5)로 이어지고, 상기 웨이퍼(W)의 정상 이미지 및 수광 이미지가 다를 경우, 상기 웨이퍼에 결함이 검출된 것으로 판단하는 결함 판단단계(S6)로 이어진다.
따라서, 상기 레이저 발광부(110)로부터 레이저 빔을 이용하여, 상기 정상 이미지 필터(120)가 포함된 상기 웨이퍼 결함 검출장치(100)를 이용함으로써, 상기 웨이퍼(W)의 결함을 검출할 수 있다.
여기서, 상기 정상 이미지 상기 해당 웨이퍼(W)에 따른 조건 설정, 예를 들어 소정의 입자 지름 이상의 이 물질이나 주사 방향에 대한 형상 등, 여러 가지 조건에 따라 임의로 설정하여, 미리 기억해둔다. 즉, 웨이퍼 결함 검출장치(100)가 레시피(recipe)에 의해 조건이 조합될 때, 동일한 동작을 할 수 있도록 컨트 롤(control)한다.
이러한, 컨트롤을 통해 상기 웨이퍼(W)의 이미지를 여러 가지 모양으로 설정할 수 있다. 이미 입력된 검사 데이터나 막파라미터에 있어서, 최적의 것을 선택하여, 오퍼레이터에 대해 최적의 광학적 검사 조건으로 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 결함 검출 방법을 도시한 도면이다.
<도면 중 주요 부호에 대한 설명>
110 : 레이저 발광부 120 : 정상 이미지 필터
130 : 레이저 수광부 140 : 비교부
150 : 메모리부 160 : 제어부

Claims (5)

  1. 웨이퍼 표면에 대해 일정한 각도를 가지도록 고정 설치되며, 상기 웨이퍼 상에 레이저 빔을 발사하는 레이저 발광부;
    상기 웨이퍼 표면 상부에 설치되며, 상기 웨이퍼의 정상 이미지를 설정하는 정상 이미지 필터;
    상기 웨이퍼에 선택된 이미지가 상기 정상 이미지 필터를 통해 수광되는 레이저 수광부;
    상기 정상 이미지 필터의 정상 이미지와, 상기 레이저 수광부의 수광 이미지를 비교하는 비교부;
    상기 정상 이미지 필터의 정상 이미지 데이터가 메모리된 메모리부; 및,
    상기 레이저 발광부와, 상기 정상 이미지 필터와, 상기 레이저 수광부와, 상기 비교부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정상 이미지 필터는 LCD 판넬로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검출 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정상 이미지 필터는 상기 웨이퍼의 정상 이미지를 설정하여, 온-오프 신호에 의해 이미지화하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검출 장치.
  4. 웨이퍼의 정상 이미지를 출력하여, 정상 이미지 필터에 설정하는 정상 이미지 필터 설정단계;
    상기 정상 이미지 필터를 상기 웨이퍼 상에 설치하고, 상기 웨이퍼 표면으로 레이저 빔을 발사하는 레이저 빔 발사단계;
    상기 웨이퍼 표면에 발사된 레이저 빔을 반사시켜, 상기 웨이퍼 상에 선택된 이미지를 상기 정상 이미지 필터를 통해 이미지를 수광하는 웨이퍼 이미지 수광단계; 및,
    상기 웨이퍼의 정상 이미지 및 상기 수광된 웨이퍼 이미지 비교단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검출 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정상 이미지 및 수광 이미지 비교단계는 상기 웨이퍼의 정상 이미지 및 수광 이미지가 같은 경우, 상기 웨이퍼를 정상으로 판단하고, 상기 웨이퍼의 정상 이미지 및 수광 이미지가 다를 경우, 상기 웨이퍼에 결함이 검출된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검출 방법.
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