KR101124567B1

KR101124567B1 - 하이브리드 조명부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치

Info

Publication number: KR101124567B1
Application number: KR1020100017347A
Authority: KR
Inventors: 강창호; 이점동; 오지환; 신재무; 윤두현; 안두백
Original assignee: 에이티아이 주식회사; 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2012-03-20
Also published as: KR20110097486A

Abstract

웨이퍼 상에 영상 이미지 촬상을 위해 도입된 카메라, 동축 조명광을 제공하기 위해, 광원으로부터 광을 전달하는 광 파이버, 광 파이버로부터 전달된 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명판, 및 투명판에서 출사된 광을 웨이퍼 상으로 경로를 바꿔주는 미러(mirror)를 포함하는 동축 조명부, 웨이퍼 상에 측면 조명광을 제공하기 위해 광원으로부터 광을 전달하는 광 파이버, 광 파이버로부터 전달된 광을 웨이퍼 상에 비스듬하게 조명되게 출사시키는 렌즈를 포함하는 측면 조명부, 및 카메라 및 조명부들의 제어를 수행하는 컨트롤러부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치를 제시한다.

Description

하이브리드 조명부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치{Wafer inspecting apparatus having hybrid illumination}

본 발명은 웨이퍼 검사 기술에 관한 것으로, 특히, 하이브리드(hybrid) 조명부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치에 관한 것이다.

반도체 패키지의 두께가 얇아지고 크기가 작아짐에 따라, 반도체 칩(chip)과 인쇄회로 기판(PCB)을 접속시키기 위해 범프(bump) 접속 방식이 채용되고 있다. 이러한 반도체 패키지 제조를 위해서, 반도체 웨이퍼에 범프들을 형성하고 범프들의 상태를 검사하기 위한 웨이퍼 검사 장치가 이용되고 있다. 웨이퍼 검사 장치는 웨이퍼의 표면에 형성된 범프의 영상을 촬상하고 이를 화상 처리함으로써, 범프의 형성 위치(placement), 범프에의 손상(damage), 범프의 크기 또는 범프의 존재 여부에 관한 결함 여부를 검사하게 구성되고 있다.

웨이퍼의 표면에 형성된 범프의 영상을 촬상하기 위해서 카메라(camera)가 구비되고, 카메라에 의한 화상의 촬상을 위해서 조명이 도입된다. 웨이퍼 상에 형성된 범프의 크기가 미세함에 따라, 카메라는 상당히 작은 영역을 상대적으로 높은 해상도로 촬상하게 된다. 이에 따라, 촬상을 위한 조명의 도입이 상당히 어려워지고 있다. 카메라의 주위에 조명부가 도입되어야 하지만, 촬상 대상 영역이 협소함에 따라 조명부의 크기가 제한되고 있어, 대상물의 측정의 효율성을 개선하기 위해서는 집광력을 향상시키는 방안이 요구되고 있다.

또한, 카메라의 촬상을 위해서 도입되는 조명부는 웨이퍼의 표면에 대해 수직한 방향으로 조명광이 제공되게 도입될 수 있는 데, 이와 같이 조명광의 입사 각도가 상대적으로 높은 경우, 조명광이 입사하는 표면에서 반사가 상대적으로 크게 일어나게 된다. 이에 따라, 조명광이 입사되는 표면에 금속과 같이 조명광을 상대적으로 크게 반사시키는 물질층이 있는 경우, 이러한 금속에서의 높은 반사율에 의해서 화상의 컨트라스트(contrast) 대비 차이가 낮아질 수 있다. 이에 따라, 금속을 포함하여 구비되는 범프와 주위의 폴리이미드(poly imide) 절연층 간의 대비 차이가 적어져, 범프의 형상에 대한 정밀한 영상을 얻기가 어려워 범프에 유발된 결함을 검출하기가 어려워질 수 있다. 즉, 조명부가 방향성을 가지는 조명을 제공할 경우, 웨이퍼 표면의 불량에 따른 형상적 차이로 인해 광의 조사가 원활하지 못할 수 있어, 정교하고 정밀한 영상 이미지(image)를 획득하기가 어려워 결함 검출에 불량이 유발될 수 있다. 따라서, 검사 대상물인 범프가 구비된 웨이퍼 표면에 보다 효율적으로 조명광을 조사할 수 있는 조명부가 요구되고 있다.

본 발명은 범프가 구비된 웨이퍼 표면에 대한 보다 정확한 영상 이미지를 촬상할 수 있는 조명광을 제공할 수 있는 조명부를 구비하여, 보다 정확한 영상을 획득하여 보다 정확한 결함 검사를 수행할 수 있는 웨이퍼 검사 장치를 제시하고자 한다.

본 발명의 일 관점은, 웨이퍼 상에 영상 이미지 촬상을 위해 도입된 카메라; 광원으로부터 제1 광을 전달하는 제1 광 파이버, 상기 제1 광 파이버로부터 전달된 상기 제1 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명판, 및 상기 투명판에서 출사된 상기 제1 광을 상기 웨이퍼 상으로 경로를 바꿔주는 미러(mirror)를 포함하는 동축 조명부; 상기 광원으로부터 제2 광을 전달하는 제2 광 파이버, 상기 제2 광 파이버로부터 전달된 상기 제2 광을 상기 웨이퍼 상에 비스듬하게 조명되게 출사시키는 렌즈를 포함하는 측면 조명부; 및 상기 카메라 및 상기 동축 조명부 및 측면 조명부의 제어를 수행하는 컨트롤러부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치를 제시한다.

본 발명의 다른 일 관점은, 적어도 하나 이상의 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩부; 상기 웨이퍼 로딩부에 의해 로딩된 웨이퍼를 이동시키는 웨이퍼 이동부; 상기 웨이퍼 이동부에 의해 이동된 웨이퍼 상에 영상 이미지 촬상을 위해 도입된 카메라부가 장착된 검사 챔버; 및 상기 카메라부 및 상기 웨이퍼 이동부의 제어를 수행하는 컨트롤러부를 포함하고, 상기 카메라부는 상기 웨이퍼 상에 영상 이미지 촬상을 위해 도입된 카메라; 광원으로부터 제1 광을 전달하는 제1 광 파이버, 상기 제1 광 파이버로부터 전달된 상기 제1 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명판, 및 상기 투명판에서 출사된 상기 제1 광을 상기 웨이퍼 상으로 경로를 바꿔주는 미러(mirror)를 포함하는 동축 조명부; 상기 광원으로부터 제2 광을 전달하는 제2 광 파이버, 상기 제2 광 파이버로부터 전달된 상기 제2 광을 상기 웨이퍼 상에 비스듬하게 조명되게 출사시키는 렌즈를 포함하는 측면 조명부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치를 제시한다.

상기 카메라는 상기 웨이퍼를 라인 스켄(line scan)하여 상기 영상 이미지를 촬상하게 구성될 수 있다.

상기 컨트롤러부는 상기 동축 조명부 및 상기 측면 조명부가 상호 독립적으로 작동하거나 또는 함께 작동하도록 제어하게 구성될 수 있다.

상기 투명판은 상기 미러로 상기 제1 광을 출사하도록 상기 웨이퍼와 비스듬히 이격되게 배치되고, 끝단에 상기 출사되는 광이 상기 미러에 입사되게 굴절시키는 경사면을 가지게 구성될 수 있다.

상기 동축 조명부에 인접하게 배치하며 상기 웨이퍼 상에 컬러 조명광을 제공하기 위해, 상기 광원으로부터 제3 광을 전달하는 제3 광 파이버, 상기 제3 광 파이버로부터 전달된 상기 제3 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명기판, 및 상기 투명기판과 상기 제3 광 파이버 사이에 도입되는 컬러 필터를 포함하는 컬러 조명부를 더 포함할 수 있다.

상기 카메라부는 상기 웨이퍼의 결함이 존재하는 위치에 대한 정보를 출력하게 구성될 수 있다.

상기 검사 챔버는, 상기 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척; 상기 검사 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 X축 방향으로 왕복 이동시키기 위해 상기 웨이퍼 척의 하부에 부착되는 이동레일; 상기 검사 챔버 내에서 Y축 방향으로 상기 웨이퍼를 왕복 이동시키기 위해 상기 이동레일의 하부에 부착되는 이동판; 및 상기 카메라부가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동되지 않게 고정하는 고정 프레임을 포함할 수 있다.

상기 투명판은 상기 미러로 광을 출사하도록 상기 웨이퍼와 비스듬히 이격되게 배치되고, 끝단에 상기 출사되는 광이 상기 미러에 입사되게 굴절시키는 경사면을 가지게 구성될 수 있다.

상기 동축 조명부에 인접하게 배치하며 상기 웨이퍼 상에 컬러 조명광을 제공하기 위해, 상기 광원으로부터 제3 광을 전달하는 제3 광 파이버, 상기 제3 광 파이버로부터 전달된 상기 제3 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명기판, 및 상기 투명기판과 상기 제3 광 파이버 사이에 도입되는 컬러 필터를 포함하는 컬러 조명부를 더 포함하게 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 범프가 구비된 웨이퍼 표면에 대한 보다 정확한 영상 이미지를 촬상할 수 있는 조명광을 제공할 수 있는 조명부를 구비하여, 보다 정확한 영상을 획득하여 보다 정확한 결함 검사를 수행할 수 있는 웨이퍼 검사 장치를 제시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치에서 검사될 대상 웨이퍼를 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치의 하이브리드 조명부를 보여주는 도면들이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조명의 변화에 따라 얻어진 영상 이미지들을 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 보여주는 도면이다.

본 발명의 실시예는 검사 대상물인 범프가 구비된 웨이퍼의 표면에 대한 영상을 촬상하는 카메라(camera)를 구비하고, 카메라 주위에 웨이퍼 표면에 조명광을 제공할 조명부를 광파이버(optical fiber)를 이용하여 구성한다. 이러한 조명부는 집광력을 향상시켜 검사 대상물에 보다 효율적인 광을 조사할 수 있어, 웨이퍼 표면의 범프에 대한 영상을 보다 정교하게 획득하게 할 수 있어, 웨이퍼 검사 장치에 의한 결함 검출성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 반도체 웨이퍼(100) 표면에 인쇄회로기판(도시되지 않음)과의 전기적 접속을 위한 범프(120)가 형성되고, 범프(120)의 절연과 함께 웨이퍼(100)와 인쇄회로기판의 접착을 위한 절연층(110)이 폴리이미드 필름(PI flim)으로 구비된다. 이후에, 웨이퍼(100) 표면에 형성된 범프(120)에의 유발된 결함을 영상을 이용하여 검사하기 위해서 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치가 이용된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치는 범프(도 1의 120)가 형성된 웨이퍼(100)의 표면에 대한 영상 이미지를 촬상하기 위한 카메라(201)를 포함하는 카메라부(200)를 구비한다. 카메라(201)는 웨이퍼(100)에 대한 라인 스캔(line scan)을 수행하여 영상 이미지를 촬상하는 라인 스캔 CCD 카메라로 도입될 수 있다. 카메라(201)는 웨이퍼(100) 표면에 대한 영상을 촬상하기 위해서, 웨이퍼(100) 표면에 수직하게 대향되게 도입된다. 카메라(201)의 주위에는 촬상을 위한 조명광을 제공하기 위해서 조명부가 도입되며, 동축 조명광을 제공하기 위한 동축 조명부(210)와 측면 조명광을 제공하기 위한 측면 조명부(250)를 포함하는 하이브리드 조명부(210, 250)가 프레임(frame: 219)에 체결되어 도입된다.

동축 조명부(210)는 카메라(201) 주위의 공간적 제약에 의해 외부에 설치되어 조명광인 예컨대 백색광을 발생하는 할로겐 광원(218)을 구비하고, 발생된 광을 웨이퍼(100) 상으로 전달하는 제1광 파이버(211)를 포함하여 구성된다. 제1광 파이버(211)의 앞단에는 전달된 광을 조명광으로 웨이퍼(100)로 조사하는 투명판(215)이 도입된다. 투명판(215)은 투명한 아크릴 수지나 유리로 판넬 형상으로 형성되며, 내부 전반사를 유도하여 광 손실없이 제1광 파이버(211)로부터 전달된 광을 웨이퍼(100) 상에 조사하게 도입된다. 투명판(215)와 제1광 파이버(211)의 접속을 위한 제1라인 가이드 조인트(line guide joint: 213)가 도입되어, 투명판(215)과 제1광 파이버(211) 사이의 광 전달이 이루어지게 한다. 이와 같이 동축 조명부(210)는 할로겐 광원 램프를 포함하는 광원(218)을 외부에 설치하고 제1광 파이버(211)를 이용함으로써, 웨이퍼(100) 상에 위치하는 공간적 제약을 극복하여 동축 조명광을 웨이퍼(100) 표면에 제공할 수 있다.

도 2와 함께 도 3을 참조하면, 동축 조명부(210)의 주위에는 조명광을 백색광이 아닌 특정 컬러(color)의 광으로 제공하기 위해 컬러필터(color filter; 214)를 구비한 컬러 조명부(220, 230)이 더 도입될 수 있다. 이때. 컬러 조명부(220, 230)는 둘 이상의 다른 컬러의 조명을 제공하기 위해서, 예컨대 녹색 필터를 구비한 제1컬러 조명부(220) 및 제2컬러 조명부(230)를 더 도입할 수 있다.

제1 및 제2컬러 조명부(220, 230)들 또한 외부에 설치된 광원(218)으로부터 제1광 파이버(211)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있지만 구분을 위해서 달리 지칭한 제2광 파이버(212)를 통해 광을 각각 전달받고, 투명판(215)과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있지만 구분을 위해서 달리 지칭한 투명기판(216)을 통해 조명광을 출사하게 구성될 수 있다. 광원(218)은 제1 및 제2광 파이버들(211, 212)에 각각 독립된 광을 제공하기 위해서 복수 개의 할로겐 광원 램프들로 구성될 수 있다. 마찬가지로 제1라인 가이드 조인트(213)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있지만 구분을 위해서 달리 지칭하는 제2라인 가이드 조인트(219)가 도입될 수 있다. 이때, 투명기판(216)과 제2라인 가이드 조인트(219) 사이에 컬러필터(214)를 도입함으로써, 웨이퍼(100) 상에 특정 컬러의 조명광을 제공할 수 있다. 이때, 컬러필터(214)는 녹색 필터일 수 있다. 컬러필터(214)를 이용한 것은 웨이퍼(100) 표면의 불량을 검출할 때, 변색이나 미도금과 같은 정상적인 범프나 또는 단자에 비해 색깔이 다른 불량 유형을 검출하기 위한 것이다. 제1 및 제2컬러 조명부(220, 230)는 대등한 컬러필터(214)가 도입될 수 있으나, 필요에 따라 상호 다른 색깔의 컬러필터(214)로 도입될 수 있다.

정상 범프나 단자가 금도금에 의해 노란색을 내는데 비해 변색이나 미도금은 붉은색을 띠게 된다. 검사에 사용되는 할로겐 조명은 백색광으로서 넓은 파장 대역의 빛을 포함하고 있으며, 특히 적색쪽의 장파장의 광량이 높다. 따라서 백색광을 그대로 사용할 경우 변색이나 미도금 부분과 같은 불량은 정상적인 부분과 밝기의 차이를 실질적으로 나타내지 못할 수 있다. 이러한 경우 컬러필터(214)를 적용하여 밝기의 차이를 좀 더 강화시킴으로써, 불량을 보다 선명하게 구분할 수 있어 불량 검출율을 증대시킬 수 있다. 컬러 필터(214)로 녹색 필터를 사용함으로써 붉은 색 빛을 차단하여 변색이나 미도금 불량인 부분이 상대적으로 어두워진 영상 이미지를 얻을 수 있다.

도 2와 함께 도 4를 참조하면, 카메라(201)이 웨이퍼(100) 표면에 대해 수직한 방향에 위치하게 도입되므로, 웨이퍼(100) 표면에 실질적으로 수직하게 입사될 동축 조명광을 제공하는 동축 조명부(210)는 카메라(201) 위치에 도입되어야 하지만, 구조적 제한으로 동축 조명부(210)는 도 4에 제시된 바와 같이 웨이퍼(100) 상에 비스듬한 각도로 조명광(202)이 출사되게 도입된다. 즉, 동축 조명부(210)는 카메라(201)의 측면에 위치하게 도입된다. 웨이퍼(100) 표면에 대해 비스듬한 각도로 출사되는 조명광이 동축 조명으로 웨이퍼(100) 표면 상에 입사되게 유도하기 위해서, 동축 조명부(210) 앞 단에 광 경로를 변경시키는 미러(mirror: 217)를 도입한다. 미러(217)는 반투명 거울(half mirror)로 도입된다.

미러(217)는 웨이퍼(100) 표면에 수직한 방향에 대해, 즉, 카메라(201)의 촬상 방향에 대해 45˚ 각도로 기울어지게 도입될 수 있다. 이에 따라, 동축 조명부(210)의 제1투명판(215)으로부터 출사되는 광은 수평 방향으로 미러(217)에 입사되어야 동축 조명광(204)이 미러(217)에 의해 제공될 수 있다. 그런데, 동축 조명부(210)의 도입 위치는 실질적으로 수평 광을 제공하게 설치되기 어려우므로, 투명판(215)의 끝단(205)을 일정한 각도로 비스듬하게 경사면을 가지게 가공하여, 경사면에서 출사광의 경로(203)가 변경되어 수평 방향으로 미러(217)에 입사되게 한다. 이때, 끝단(205)의 경사면의 각도는 미러(217)에 수평 방향으로 입사되게 경로(203)가 변경되는 정도에 의존하여 설정될 수 있다.

한편, 투명판(215)의 끝단면에는 디퓨저(diffuser: 도시되지 않음)를 필름(film) 형태로 부착할 수 있다. 경우에 따라 투명기판(216)의 끝단에도 디퓨저가 도입될 수 있다. 디퓨저 필름의 도입에 의해 출사되는 광이 확산되어 카메라(201)에 의해 획득되는 대상물의 영상 이미지가 보다 부드럽게 연출할 수 있어, 보다 정교한 영상 이미지에 의한 불량 검출 효과를 높일 수 있다.

도 2를 다시 참조하면, 동축 조명부(210)에 의해 동축 조명을 반도체 웨이퍼(100)에 표면에 제공하면서, 동시에 또는 교번적으로 또는 필요에 단독으로 조사되는 측면 조명광을 제공하기 위한 측면 조명부(250)가 도입된다. 측면 조명부(250) 또한 외부에 설치된 광원(218)에 제1광 파이버(211)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있는 제3광 파이버(251)를 연결하고, 제3광 파이버(251)의 끝단에 마찬가지로 제3라인 가이드 조인트(253)에 연결되며, 제3라인 가이드 조인트(253) 끝단에 설치된 렌즈(lens: 255)를 통해 측면 조명광이 웨이퍼(100) 표면에 조사된다. 광원(218)은 측면 조명부(250)에 독립된 광을 제공하기 위해서, 복수 개의 독립적으로 가동될 수 있는 할로겐 광원 램프(lamp)들을 포함하여 구성될 수 있다. 렌즈(255)는 실린더리컬 렌즈(cylindrical lens)로 구비된다. 측면 조명광은 웨이퍼(100) 표면의 대상물인 범프(도 1의 120)의 측면을 조명하기 위해 제공되며, 측면 조명광의 도입에 의해서 얻어지는 영상은 보다 정밀하고 컨트라스트 대비가 개선될 수 있다. 측면 조명부(250)는 임의의 각도에서 대상물을 바라보도록 배치되어, 대상물에 광을 조사함으로써, 대상물의 내부나 또는 측면을 검사하기 위한 측면 조명을 제공한다. 이에 따라, 결함 검사 결과의 신뢰성을 제고할 수 있다.

이러한 동축 조명부(210)와 측면 조명부(250)들을 각각 독립적으로 이용하거나 또는 함께 이용함으로써, 검사 대상에 따라 선택적으로 동작시켜 대상물의 원하는 검사를 수행할 수 있다. 동축 조명부(210)만을 이용하여 검사 대상물의 영상 이미지를 도 5와 같이 얻을 수 있으며, 측면 조명부(250)만을 이용하여 동일한 검사 대상물의 영상 이미지를 도 6과 같이 얻을 수 있으며, 동축 조명부(210)와 측면 조명부(250)를 함께 이용하여 동일한 검사 대상물의 영상 이미지를 도 7과 같이 얻을 수 있다. 도 5 내지 도 7의 영상 이미지들을 비교할 경우, 동축 조명부(210)와 측면 조명부(250)를 함께 이용한 경우인 도 7의 영상 이미지가 보다 높은 컨트라스트 대비를 얻을 수 있어 결함 검출에 유리함을 알 수 있다. 따라서, 웨이퍼(100) 표면의 범프 등의 결함을 매크로(macro) 검사할 경우, 동축 조명부(210)와 측면 조명부(250)를 함께 동작시켜 검사를 수행한다. 또한, 변색이나 미도금 상태를 확인하고자 할 경우에는 제1 및 제2컬러 조명부(220, 230)들에 녹색의 컬러 필터(214)를 장착하여 대상물에 조사함으로써, 불량의 판단여부를 검출하기 위해 보다 구분되는 영상을 획득할 수 있어 결과적으로 좀 더 정확한 선별이 가능하다.

이와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치는, 대상물인 웨이퍼(100)를 바라보고 다각도로 설치되는 동축 조명부(210), 제1 및 제2컬러 조명부(220, 230)을 구비하고, 투명판(215)를 이용하여 광을 조사함으로써, 높은 집광력을 가지는 돔(dome) 조명을 구현할 수 있으며, 동축 조명부(210)와 함께 측면 조명부(250)를 선택적으로 동작시켜 검사 대상의 목적에 따라 적합한 조명을 구현하는 것이 가능하다. 즉, 정상인 부분과 불량인 부분의 밝기 차이를 보다 강화하여 보다 용이하게 불량 결함을 검출할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치는, 도 2에 제시된 카레라부(200)를 포함하여 2D 영상 이미지 촬상을 위한 2D 카메라부(200)로 구성하고, 2D 카메라부(200)와 함께 3D 영상 이미지 촬상을 위한 3D 카메라부(300)를 구비하게 구성할 수 있다. 웨이퍼 검사 장치는, 적어도 하나 이상의 웨이퍼(도 1의 100)를 검사 장치 내에서 이동시키는 웨이퍼 이동부(550)와, 웨이퍼 이동부(550)에 의해 이동된 웨이퍼에 대해 검사를 수행하는 2D 카메라부(200) 및 3D 카메라부(300)이 장착된 검사 챔버(130)와, 그리고 검사 장치에 대한 전체적인 제어를 수행하는 컨트롤러부(530)를 포함하여 구성된다.

웨이퍼 로딩부(610)는 제1 웨이퍼 로딩부(611) 및 제2 웨이퍼 로딩부(613)를 포함한다. 제1 웨이퍼 로딩부(611) 및 제2 웨이퍼 로딩부(613)에는 각각 복수개의 웨이퍼들이 장착된 웨이퍼 카세트가 로딩된다. 본 실시예에서는 두 개의 웨이퍼 로딩부가 배치되었지만, 이는 예시적인 것으로서 경우에 따라서는 두 개보다 많은 개수의 웨이퍼 로딩부들이 배치될 수도 있다.

웨이퍼 이동부(550)는, 웨이퍼 로딩부(610)에서 로딩된 웨이퍼를 검사 챔버(130) 내로 이동시키거나, 또는 검사 챔버(130)에서 검사가 완료된 웨이퍼를 웨이퍼 로딩부(610)로 이동시킨다. 이를 위해 웨이퍼 이동부(550) 내에는 로봇 암(551, 553)이 배치된다. 로봇 암(551, 553)의 개수는 웨이퍼 로딩부(610)에 로딩되는 웨이퍼 카세트의 개수와 일치되지만, 경우에 따라서는 보다 많을 수도 있다.

검사 챔버(130)는 웨이퍼 이동부(550)로부터 이동된 웨이퍼에 대해 검사를 수행하는 검사 공간을 제공하며, 이 검사 챔버(130) 내에는 2D 카메라부(200)와 3D 카메라부(300)가 배치된다. 2D 카메라부(200)는 도 2에 제시된 바와 같이 구성될 수 있다. 3D 카메라부(300) 또한 3D 영상 촬상을 위한 카메라 및 조명부를 포함하여 구성될 수 있다. 2D 카메라부(200)와 3D 카메라부(300)는 카메라 고정틀(134)에 부착된다.

카메라 고정틀(134)은 상하 방향 Z축 방향으로 이동이 가능하며, 카메라 고정틀(134)이 상하로 이동함에 따라 2D 카메라부(200)와 3D 카메라부(300)가 이동하여 웨이퍼(100)에 대해 포커스(focus)를 맞출 수 있다. 카메라 고정틀(134)에는 결함 검출 카메라(400)가 부착될 수 있다. 결함 검출 카메라(400)는, 2D 카메라부(200)와 3D 카메라부(300)에서 촬상된 영상 이미지로부터 얻어지는 결함 위치 데이터를 컨트롤러부(530)에서 판단 추출하고, 이러한 결함 위치 데이터를 이용하여 출력되는 웨이퍼의 위치 정보에 따라 웨이퍼의 특정 위치에 대한 세부 영상 이미지를 촬상하기 위해 도입된다.

검사 챔버(130) 내에서 웨이퍼는 웨이퍼척(511)상에 안착된다. 웨이퍼척(511) 하부에는 이동레일(513)이 부착된다. 이동레일(513)은 제1 방향, 즉 X방향으로 왕복 이동 가능하며, 이동레일(513)이 X방향으로 왕복이동함에 따라 웨이퍼척(511) 또한 X방향으로 왕복이동된다. 이동레일(513)의 하부에는 제1 방향과 수직인 제2 방향, 즉 Y방향으로 왕복 이동 가능한 이동판(515)이 부착된다. 이동판(515)이 Y방향으로 왕복 이동함에 따라 웨이퍼척(511)도 또한 Y방향으로 왕복 이동된다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 웨이퍼척(511)의 하부에는 웨이퍼척(511)을 일정 각도로 비스듬하게 배치시키기 위한 틸트축(미도시)이 배치된다.

이와 같은 구성의 웨이퍼 검사장치를 이용해 웨이퍼를 검사하는 과정을 설명하면, 먼저 복수개의 웨이퍼들이 장착된 제1 웨이퍼 카세트 및 제2 웨이퍼 카세트가 각각 제1 웨이퍼 로딩부(611) 및 제2 웨이퍼 로딩부(613)로 로딩된다. 제1 웨이퍼 로딩부(611) 및 제2 웨이퍼 로딩부(613)로 로딩되기 전 또는 후에 컨트롤러부(530)는 검사 장치의 초기화 작업을 수행하며, 이 초기화 작업에 의해 검사 장치와 검사 결과를 표시해주는 디스플레이 장치가 연결된다. 제1 웨이퍼 로딩부(611) 및 제2 웨이퍼 로딩부(613)로 로딩된 후에는 컨트롤러부(530)에 의해 웨이퍼가 맵핑(mapping)되며, 그 결과 어느 위치에 웨이퍼가 있는지 확인된다. 다음에 특정 웨이퍼에 대한 검사를 수행할지, 아니면 전체 웨이퍼에 대해 검사를 수행할지를 결정한다. 특정 웨이퍼에 대한 검사만을 수행할 경우, 웨이퍼 맵핑에 의해 파악된 위치에 있는 웨이퍼를 로봇암(551, 553)을 이용하여 검사 챔버(130)의 웨이퍼척(511) 위로 안착시킨다. 웨이퍼를 이송하는 과정에서 웨이퍼 정렬 상태를 측정하여 제1 정렬데이터를 얻을 수 있으며, 이 제1 정렬데이터는 후속의 검사가 이루어진 결과 얻어지는 검사결과 데이터에 반영된다. 마찬가지로 웨이퍼척(511) 위에 웨이퍼가 안착된 후에도 웨이퍼 정렬 상태를 측정하여 제2 정렬데이터를 얻으며, 이 제2 정렬데이터 또한 후속의 검사가 이루어진 결과 얻어지는 검사 결과 데이터에 반영된다.

웨이퍼가 웨이퍼척(511)에 안착된 후에는 이동레일(513) 및 이동판(515)을 이용하여 웨이퍼가 X방향 및 Y방향으로 왕복 이동되도록 한다. 이 과정에서 2D 카메라부(200)를 이용해 웨이퍼에 대한 라인 스캔을 수행하여 제1 촬상 이미지를 얻는다. 제1 촬상 이미지는 2D 카메라부(200)에 의해 촬상된 결과이므로, 명암에 의해서만 결함의 존재 여부를 판단할 수 있다. 제1 촬상 이미지는 컨트롤러부(530) 또는 외부의 분석장치에 의해 분석되며, 그 결과 결함이 존재하는 위치 데이터를 얻을 수 있다. 위치 데이터를 얻은 후에는, 결함 검출 카메라(400)를 이용하여 웨이퍼 영역 중에서 위치 데이터에 의해 검출된 위치에 대한 세부 촬상 이미지를 얻는다. 세부 촬상 이미지는 웨이퍼상의 결함이 어떤 종류의 결함이고 그 결함의 정도를 세밀하게 보여준다.

다음에 제1 촬상 이미지를 얻는 과정을 동일하게 수행하되, 3D 카메라부(300)를 이용해 웨이퍼에 대한 스캔을 수행하여 제2 촬상 이미지를 얻는다. 제2 촬상 이미지는 3D 카메라부에 의해 촬상된 결과이므로, 결함에 대해 보다 정밀한 이미지를 제공한다. 제2 촬상 이미지가 제공되면, 컨트롤러부(530) 또는 외부의 분석장치에 의해 분석이 이루어지며, 그 결과 결함이 존재하는 위치 데이터를 얻는다. 이 위치 데이터를 얻은 후에는 결함 검출 카메라(400)를 이용하여 웨이퍼 영역 중에서 위치 데이터에 의해 검출된 위치에 대한 세부 촬상 이미지를 얻는다.

비록 지금까지는 검사 대상을 웨이퍼로 한정하였지만, 이는 단지 예시적인 것으로서 웨이퍼 외에도 엘이디(LED) 칩일 수도 있으며, 웨이퍼 단위의 패키지일 수도 있다. 또한 경우에 따라서는 칩들이 집적되어 있는 인쇄회로기판을 검사 대상으로 설정할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치는 2D 카메라부(200)와 3D 카메라부(300)를 동일한 검사 챔버 내에 장착함으로써, 필요한 경우 2D 이미지만을 촬상할 수도 있고, 2D 이미지와 3D 이미지를 모두 촬상할 수도 있으며, 이에 따라 결함에 대한 보다 정밀한 정보를 얻을 수 있으며, 또한 이와 같은 검사 과정을 자동으로 수행할 수 있게 된다. 또한, 영상 이미지 촬상 시 동축 조명부(210) 및 측면 조명부(250)를 선택적으로 동작시켜 검사 대상의 목적에 따라 보다 적합한 조명 환경을 제공할 수 있어, 얻어지는 영상 이미지가 보다 정밀하고 정교하며 컨트라스트 대비가 증가될 수 있다. 이에 따라, 범프에의 결함 발생 유무나 웨이퍼 표면에의 이물과 같은 결함 유무를 보다 신뢰성있게 검출할 수 있다.

100...웨이퍼 120...범프
201...카메라 210...동축 조명부
211, 212, 251...광 파이버
213, 219, 253...조인트
215...투명판 216...투명기판
217...미러 218... 광원
250...측면 조명부 530...컨트롤러부
550...웨이퍼 이동부

Claims

웨이퍼 상에 영상 이미지 촬상을 위해 도입된 카메라;
광원으로부터 제1 광을 전달하는 제1 광 파이버, 상기 제1 광 파이버로부터 전달된 상기 제1 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명판, 및 상기 투명판에서 출사된 상기 제1 광을 상기 웨이퍼 상으로 경로를 바꿔주는 미러(mirror)를 포함하는 동축 조명부;
상기 광원으로부터 제2 광을 전달하는 제2 광 파이버, 상기 제2 광 파이버로부터 전달된 상기 제2 광을 상기 웨이퍼 상에 비스듬하게 조명되게 출사시키는 렌즈를 포함하는 측면 조명부;
상기 동축 조명부에 인접하게 배치하며 상기 웨이퍼 상에 컬러 조명광을 제공하기 위해, 상기 광원으로부터 제3 광을 전달하는 제3 광 파이버, 상기 제3 광 파이버로부터 전달된 상기 제3 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명기판, 및 상기 투명기판과 상기 제3 광 파이버 사이에 도입되는 컬러 필터를 포함하는 컬러 조명부; 및
상기 카메라 및 상기 동축 조명부 및 측면 조명부의 제어를 수행하는 컨트롤러부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 카메라는 상기 웨이퍼를 라인 스켄(line scan)하여 상기 영상 이미지를 촬상하는 웨이퍼 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러부는 상기 동축 조명부 및 상기 측면 조명부가 상호 독립적으로 작동하거나 또는 함께 작동하도록 제어하는 웨이퍼 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 투명판은 상기 미러로 상기 제1 광을 출사하도록 상기 웨이퍼와 비스듬히 이격되게 배치되고, 끝단에 상기 출사되는 광이 상기 미러에 입사되게 굴절시키는 경사면을 가지는 웨이퍼 검사 장치.
삭제
적어도 하나 이상의 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩부;
상기 웨이퍼 로딩부에 의해 로딩된 웨이퍼를 이동시키는 웨이퍼 이동부;
상기 웨이퍼 이동부에 의해 이동된 웨이퍼 상에 영상 이미지 촬상을 위해 도입된 카메라부가 장착된 검사 챔버; 및
상기 카메라부 및 상기 웨이퍼 이동부의 제어를 수행하는 컨트롤러부를 포함하고,
상기 카메라부는
상기 웨이퍼 상에 영상 이미지 촬상을 위해 도입된 카메라;
광원으로부터 제1 광을 전달하는 제1 광 파이버, 상기 제1 광 파이버로부터 전달된 상기 제1 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명판, 및 상기 투명판에서 출사된 상기 제1 광을 상기 웨이퍼 상으로 경로를 바꿔주는 미러(mirror)를 포함하는 동축 조명부;
상기 광원으로부터 제2 광을 전달하는 제2 광 파이버, 상기 제2 광 파이버로부터 전달된 상기 제2 광을 상기 웨이퍼 상에 비스듬하게 조명되게 출사시키는 렌즈를 포함하는 측면 조명부; 및
상기 동축 조명부에 인접하게 배치하며 상기 웨이퍼 상에 컬러 조명광을 제공하기 위해, 상기 광원으로부터 제3 광을 전달하는 제3 광 파이버, 상기 제3 광 파이버로부터 전달된 상기 제3 광을 내부 전반사로 전달하여 출사시키는 투명기판, 및 상기 투명기판과 상기 제3 광 파이버 사이에 도입되는 컬러 필터를 포함하는 컬러 조명부를 포함하는 웨이퍼 검사 장치.
제6항에 있어서,
상기 카메라부는 상기 웨이퍼의 결함이 존재하는 위치에 대한 정보를 출력하는 웨이퍼 검사 장치.
제6항에 있어서, 상기 검사 챔버는,
상기 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 척;
상기 검사 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 X축 방향으로 왕복 이동시키기 위해 상기 웨이퍼 척의 하부에 부착되는 이동레일;
상기 검사 챔버 내에서 Y축 방향으로 상기 웨이퍼를 왕복 이동시키기 위해 상기 이동레일의 하부에 부착되는 이동판; 및
상기 카메라부가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동되지 않게 고정하는 고정 프레임을 포함하는 웨이퍼 검사 장치.
제6항에 있어서,
상기 컨트롤러부는 상기 동축 조명부 및 상기 측면 조명부가 상호 독립적으로 작동하거나 또는 함께 작동하도록 제어하는 웨이퍼 검사 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1투명판은 상기 미러로 광을 출사하도록 상기 웨이퍼와 비스듬히 이격되게 배치되고, 끝단에 상기 출사되는 광이 상기 미러에 입사되게 굴절시키는 경사면을 가지는 웨이퍼 검사 장치.
삭제