KR101347689B1 - 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조에 관한 것이고, 구체적으로 암실 내부에서 레이저 장치로부터 사파이어 웨이퍼에 광을 조사시켜 스캔 카메라로 영상을 획득하여 사파이어 웨이퍼의 표면의 스크래치, 미립자 또는 균열과 같은 표면 불량의 검사가 가능하도록 하는 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치 구조는 하우징(H); 하우징(H) 내부의 한쪽에 설치되어 다수 개의 사파이어 웨이퍼를 정해진 순서대로 공급할 수 있는 공급 모듈(10); 하우징(H)의 내부의 다른 한쪽에 설치되어 공급 모듈(10)로부터 공급된 사파이어 웨이퍼의 후면 검사 및 전면 검사를 하는 검사 장치(20); 공급 모듈(10) 및 검사 장치(20)의 제어를 위한 외부 제어 장치(30); 및 하우징(H)으로 유입될 수 있는 미립자 또는 이물질을 제거하기 위한 필터 장치(40)를 포함하고, 상기 검사 장치(20)는 사파이어 웨이퍼의 후면 검사를 위한 후면 조명 장치와 후면 카메라 및 사파이어 웨이퍼의 전면 검사를 위한 레이저 모듈(25), 전면 카메라(26) 및 검사 스테이지(28)를 포함하고 그리고 검사 장치(20)는 암실 방식으로 작동이 된다.

Description

사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조{Structure of Apparatus for Inspecting Sapphire Wafer}

본 발명은 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조에 관한 것이고, 구체적으로 암실 내부에서 레이저 장치로부터 사파이어 웨이퍼에 광을 조사시켜 스캔 카메라로 영상을 획득하여 사파이어 웨이퍼의 표면의 스크래치, 미립자 또는 균열과 같은 표면 불량의 검사가 가능하도록 하는 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조에 관한 것이다.

사파이어 웨이퍼는 발광 다이오드(LED)의 제조에 사용되는 원천 소재로 질화물 또는 화합물 반도체의 증착 기판으로 사용된다. 사파이어는 단결정으로 성장되는 구조 결정의 방향이 결정되고 결정 방향에 따라 A-평면, C-평면 그리고 R-평면으로 추출되어 용도에 따라 기판이 사용된다. C-평면 웨이퍼가 가장 일반적이며 주로 청색과 백색 엘이디 그리고 레이저 다이오드에 적용되고, 일정한 유전 상수와 절연 특성이 요구되는 하이브리드 마이크로전자 분야의 경우 A-평면 웨이퍼가 이용되고 그리고 마이크로전자 분야에서 실리콘 적층을 위하여 R-평면 웨이퍼가 이용될 수 있다. 주로 4 인치 및 6 인치 크기의 웨이퍼가 양산되고 있다.

사파이어 웨이퍼의 특성은 엘이디에 영향을 미치게 되므로 품질 검사가 필수적으로 요구된다. 품질 검사는 사파이어 웨이퍼 전체에 대하여 이루어지는 전수 검사가 되어야 하고 이를 위하여 자동 검사가 이루어지는 것이 유리하다. 그러나 개발된 사파이어 웨이퍼의 자동 검사를 위한 장치는 정밀한 검사가 어렵고 사파이어 기판 전체에 대한 검사가 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 다른 한편으로 현재 자동 검사에 적용되고 있는 검사 장치는 검사를 위하여 많은 시간이 요구된다는 단점을 가진다. 검사 장치와 관련된 선행기술로 특허등록번호 제0863341호 '중복 영상을 이용한 에프피디 기판 및 반도체 웨이퍼 검사 시스템'이 있다. 상기 선행기술은 반도체 웨이퍼에 반사되는 반사광을 촬영하기 위한 카메라와; 상기 카메라와 대응되는 방향에 설치 구성되어 카메라의 촬영에 필요한 광량을 공급하기 위한 제1 조명 수단과; 상기 제1 조명 수단으로부터 공급되는 광을 일정 각도로 굴절시켜 평판 디스플레이 패널에 조사시키기 위한 반사 미러와; 검사 컨트롤러로 이루어진 검사 시스템에 대하여 개시하고 있다.
검사 장치와 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제0866103호 '에프피디 기판 및 반도체 웨이퍼 검사를 위한 복합 광원 이물 검사 시스템'이 있다. 상기 선행기술은 카메라, 제1 조명 수단, 반사 미러 및 검사 컨트롤러로 이루어지고 그리고 평판 디스플레이 패널 또는 반도체 웨이퍼에 묻어 있거나 표면에 존재하는 파티클을 검사하는 검사 시스템에 대하여 개시하고 있다.
제시된 선행기술은 예를 들어 사파이어 웨이퍼의 검사를 위하여 적용되기 어렵다는 문제점을 가진다.

본 발명은 선행기술이 가진 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 사파이어 웨이퍼의 불량 여부를 암실에서 레이저 및 광학 카메라를 이용하여 암실 내부에서 자동 공정으로 진행하는 것에 의하여 빠른 시간에 대량의 사파이어 웨이퍼의 불량 여부를 검사할 수 있도록 하는 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 장치 구조는 하우징; 하우징 내부의 한쪽에 설치되어 다수 개의 사파이어 웨이퍼를 정해진 순서대로 공급할 수 있는 공급 모듈; 하우징의 내부의 다른 한쪽에 설치되어 공급 모듈로부터 공급된 사파이어 웨이퍼의 후면 검사 및 전면 검사를 하는 검사 장치; 공급 모듈 및 검사 장치의 제어를 위한 외부 제어 장치; 및 하우징으로 유입될 수 있는 미립자 또는 이물질을 제거하기 위한 필터 장치를 포함하고, 상기 검사 장치는 사파이어 웨이퍼의 후면 검사를 위한 후면 조명 장치와 후면 카메라 및 사파이어 웨이퍼의 전면 검사를 위한 레이저 모듈, 전면 카메라 모듈 및 검사 스테이지를 포함하고 그리고 검사 장치는 암실 구조에서 작동이 된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 검사 장치(20)는 공급 모듈(10)로부터 검사 스테이지(28)로 사파이어 웨이퍼를 이송시키기 위한 이송 경로(24)와 이송 경로(24)를 따라 이동되는 이송 트레이(23)를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 검사 장치(20)는 석판 소재의 베이스(B)에 고정된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 공급 모듈(20)은 카트리지가 장착된 카트리지 공급 유닛, 카트리지 공급 유닛을 이동시키는 이동 유닛 및 카트리지 공급 유닛으로부터 사파이어 웨이퍼를 분리해 내는 로봇 암을 더 포함한다.

본 발명에 따른 장치 구조는 엘이디용을 포함하는 사파이어 웨이퍼의 불량 여부를 자동 공정을 통하여 대량으로 검사가 될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 장치 구조는 사파이어 웨이퍼의 전면 및 후면이 모두 검사될 수 있도록 한다. 사파이어 웨이퍼의 전면의 3 ㎛ 이상의 입자, 두께 1 ㎛ 및 길이 8 ㎛ 이상의 스크래치, 직경 5 ㎛ 이상의 기공 및 크기 5 ㎛ 이상의 가장자리 칩 및 크기 5 ㎛ 이상의 얼룩이 99 %의 검출 성능으로 검출될 수 있도록 한다. 또한 후면 검사 과정에서 두께 10 ㎛ 및 길이 50 ㎛ 이상의 스크래치, 두께 200 ㎛ 및 길이 1000 ㎛ 이상이 물결, 직경 300 ㎛ 이상의 점 및 크기 200 ㎛ 이상의 백색 얼룩이 99 %의 검출 성능으로 검사될 수 있도록 있다. 또한 이와 같은 검출 능력이 카메라 및 조명의 조절에 따라 적절하게 제어될 수 있도록 한다는 이점을 가진다.

도 1a는 본 발명에 따른 장치 구조의 외형에 대한 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 장치 구조의 내부 구조에 대한 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 카트리지의 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 전체 검사 장치의 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다
도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 전면 검사 장치의 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3d는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 이송 트레이의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치 구조에서 관련 데이터가 처리되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1a는 본 발명에 따른 장치 구조의 외형에 대한 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1b는 본 발명에 따른 장치 구조의 내부 구조에 대한 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치 구조는 하우징(H); 하우징(H) 내부의 한쪽에 설치되어 다수 개의 사파이어 웨이퍼를 정해진 순서대로 공급할 수 있는 공급 모듈(10); 하우징(H)의 내부의 다른 한쪽에 설치되어 공급 모듈(10)로부터 공급된 사파이어 웨이퍼의 후면 검사 및 전면 검사를 하는 검사 장치(20); 공급 모듈(10) 및 검사 장치(20)의 제어를 위한 외부 제어 장치(30); 및 하우징(H)으로 유입될 수 있는 미립자 또는 이물질을 제거하기 위한 필터 장치(40)를 포함하고, 상기 검사 장치(20)는 사파이어 웨이퍼의 후면 검사를 위한 후면 조명 장치와 후면 카메라 및 사파이어 웨이퍼의 전면 검사를 위한 레이저 모듈(25), 전면 카메라 모듈(26) 및 검사 스테이지(28)를 포함하고 그리고 검사 장치(20)는 암실 구조에서 작동이 된다.

하우징(H)은 장치 전체를 수용하면서 이동성을 가지는 구조를 가질 수 있다. 하우징(H)은 전체적으로 내부에 장치가 설치될 수 있는 다면체 형상 또는 원통 형상을 가질 수 있고 이동을 위한 이동 바퀴(60)를 가질 수 있다. 다양한 하우징(H) 구조가 만들어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

하우징(H) 내부의 한쪽에 사파이어 웨이퍼의 공급을 위한 공급 모듈(10)이 설치될 수 있고 그리고 다른 한쪽에 검사 장치(20)가 설치될 수 있다. 사파이어 웨이퍼는 공급 모듈(10)로부터 검사 장치(20)로 이송이 되어 후면 및 전면이 검사될 수 있다. 하우징(H)의 외부에 공급 모듈(10)과 검사 장치(20)가 설치된 장치의 제어를 위한 제어 장치(30)가 설치될 수 있다. 제어 장치(30)는 중앙 처리 장치(301), 입력장치(302), 출력 장치 또는 디스플레이 장치와 같은 것을 포함할 수 있다. 제어 장치(30)는 내부의 작동 상태가 확인될 수 있는 각종 센서의 제어를 위한 프로그램을 포함할 수 있고 진행되고 있는 검사 과정을 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 디스플레이 제어 수단을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 검사 구조에서 사파이어 웨이퍼의 검사는 바람직하게 암실에서 이루어질 수 있으므로 외부에서 검사 과정이 육안으로 확인되기 어렵다. 이를 위하여 제어 장치(30)는 내부에서 진행되는 검사 과정이 실시간으로 확인될 수 있도록 하는 디스플레이 제어 수단을 가질 수 있다. 예를 들어 암실 내부를 적외선 카메라로 촬영을 하고 적외선 영상이 출력될 수 있도록 하는 제어 수단을 가질 수 있다.

하우징의 내부 온도, 습도 및 공기 순환을 위한 환경 제어 수단(303)이 설치될 수 있고 제어 장치(30)에 의하여 제어될 수 있다. 구체적으로 하우징(H) 내부의 온도, 습도, 압력 또는 공기 순환 형태가 탐지되어 제어 장치(30)로 전달이 될 수 있다. 제어 장치(30)는 전달된 값에 따라 하우징(H) 내부 상태를 확인하고 필요에 따라 환경 제어 수단(303)을 통하여 내부 상태를 조절할 수 있다. 하우징(H) 내부에 부유하는 미립자 또는 이물질은 검사 과정 자체에서 사파이어 웨이퍼를 불량으로 만들 수 있다. 그러므로 외부에서 미립자 또는 이물질이 유입되지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위하여 공기 유입을 위한 창에 필터 장치(40)가 설치될 수 있다. 하우징(H) 내부의 공기 순환은 공기 유입 창 또는 환경 제어 수단(303)을 통하여 이루어질 수 있다. 그러므로 필요에 따라 필터 장치(40)는 환경 제어 수단(303)에 설치될 수 있다. 하우징(H)의 다양한 위치에 필터 장치(40)가 설치될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

공급 모듈(10) 및 검사 장치(20)는 고정 프레임(50)에 설치될 수 있고 공급 모듈(10) 및 검사 장치(20)에 각각 도어(51, 52)가 설치될 수 있다. 고정 프레임(50)은 하우징(H)의 내부에 설치되거나 또는 외부에 설치될 수 있고 도어(51, 52)는 공급 모듈(10) 및 검사 장치(20)를 확인할 수 있는 적절한 위치에 설치될 수 있다. 본 발명은 고정 프레임(50) 또는 도어(51, 52)의 구조에 의하여 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면, 사파이어 웨이퍼의 검사는 암실에서 이루어지는 것이 유리하다. 이는 검사 과정에서 레이저 및 광학 카메라가 사용되므로 다른 파장 또는 주파수를 가진 빛의 유입을 방지하여 선명한 영상의 획득을 위한 것이다. 그러므로 적어도 검사 장치(20)가 설치되는 하우징(H)의 내부 부분은 암실로 만들어질 수 있는 구조를 가지는 것이 유리하다. 공급 모듈(10)이 수용되는 공간과 검사 장치(20)가 수용되는 공간이 분리될 수 있고 검사 장치(20)가 수용되는 공간은 내부 벽에 광 흡수 부재로 처리될 수 있다. 이와 동시에 외부로부터 빛이 유입되는 것을 방지할 수 있는 적절한 소재로 하우징(H)의 해당 부분이 처리될 수 있다. 다양한 형태의 암실 구조가 만들어질 수 있다.

도 1b를 참조하면, 공급 모듈(10) 및 검사 장치(20)는 각각 공급 프레임(101) 및 검사 프레임(201)에 고정될 수 있다. 공급 프레임(101)은 공급 모듈(10)을 지지할 수 있는 적절한 구조를 가질 수 있다. 그리고 검사 프레임(102)은 고정 부재(21), 고정 부재(21)의 끝에 고정된 분리 수단(202) 및 분리 수단(202)의 위쪽에 고정된 베이스(22)를 포함할 수 있다. 고정 부재(21)는 받침판 위에 기둥 형태로 형성될 수 있고 분리 수단(202)은 지지 부재(21)의 끝에 형성되어 바닥면으로부터 베이스(B)로 전달되는 진동을 차단하거나 흡수할 수 있다. 분리 수단(202)은 고무 또는 실리콘과 같은 소재로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 검사 장치(20)가 설치되는 베이스(B)는 분리 수단(202)에 의하여 지지될 수 있고 예를 들어 돌과 같은 소재로 만들어질 수 있다. 베이스(B)를 석판 소재로 만드는 것은 표면의 평탄 정도를 균일하게 할 수 있으면서 평탄 정도가 예를 들어 온도, 압력 또는 습도와 같은 조건에 의하여 변화율이 작아지도록 한다는 이점을 가지도록 한다. 그러므로 베이스(B)는 유사한 특성을 가지는 다른 소재로 만들어질 수 있다.

공급 모듈(10)은 다수 개의 사파이어 웨이퍼가 저장되어 정해진 검사 순서에 따라 검사 장치(20)로 전달될 수 있도록 하는 카트리지 유닛(11), 카트리지 유닛(11)을 이동시키기 위한 유닛 이동 장치(13) 및 카트리지 유닛(11)으로부터 하나의 사파이어 웨이퍼를 선택하여 검사 장치(20)로 전달하는 로봇 암(12)을 포함한다.

검사 장치(20)는 로봇 암(12)으로부터 전달되는 사파이어 웨이퍼를 이송시키기 위한 이송 트레이(23), 이송 트레이(23)의 이동을 위한 이송 경로(24), 이송 경로(24)를 통하여 전달된 사파이어 웨이퍼가 적재되는 전면 검사 스테이지(28), 전면 검사 스테이지(28)에 적재된 사파이어 웨이퍼의 표면에 레이저 광을 조사시키는 레이저 모듈(25), 사파이어 웨이퍼의 전면에서 반사된 광으로부터 영상을 얻기 위한 카메라 모듈(26) 및 검사 장치(20)의 내부를 관찰하기 위한 내부 관찰 조명(27)을 포함할 수 있다. 이송 트레이(23)는 이송 경로(24)를 따라 이동될 수 있고 이송 경로(24)에 사파이어 웨이퍼의 후면 검사를 위한 카메라 및 조명이 설치될 수 있다. 전면 검사 스테이지(28)에 사파이어 웨이퍼가 적재되면 레이저 모듈(25)에서 레이저 광이 사파이어 웨이퍼의 전면에 조사되어 카메라 모듈(26)로부터 영상이 얻어질 수 있다. 사파이어 웨이퍼의 후면 검사는 이송 트레이(23)가 이송 경로(24)를 따라 이동하는 과정에서 이루어질 수 있다.

위에서 설명을 한 것처럼, 검사 장치(20)는 공급 모듈(10)과 분리된 영역으로 만들어져 암실에서 검사가 이루어지는 구조로 만들어질 수 있다.

위에서 설명된 각각의 장치의 배치 구조는 예시적인 것으로 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 각각의 장치에 대하여 설명된다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 카트리지의 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 공급 모듈(10)이 설치되는 공급 프레임(101)은 독립된 구조로 만들어질 수 있고 윗면에 카트리지 유닛(11), 카트리지 유닛(11)에 저장된 각각의 사파이어 웨이퍼를 검사 장치(20)로 전달하는 로봇 암(12) 및 카트리지 유닛(11)의 이동을 위한 유닛 이동 장치(13)를 포함할 수 있다.

카트리지 유닛(11)은 적어도 하나의 사파이어 웨이퍼가 수납될 수 있는 카트리지(112)가 고정되는 적어도 하나의 고정 선반(111)으로 이루어질 수 있고 고정 선반(111)은 반원 형상으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 카트리지 유닛(11)은 유닛 이동 장치(13)에 의하여 일정 방향으로 이동될 수 있고 예를 들어 전후 방향으로 이동될 수 있다.

로봇 암(12)은 적어도 하나가 될 수 있고 그리고 로봇 암(12)은 카트리지(112)에 저장된 사파이어 웨이퍼를 이송 트레이(23)로 이동시키기 위한 장치로 고정 포스트에 대하여 회전이 가능한 회전 암(121), 회전 암(121)의 한쪽 끝에 연결된 고정 암(122) 및 고정 암(122)의 한쪽 끝에 연결된 파지 트레이(123)로 이루어질 수 있다. 유닛 이동 장치(13)에 의하여 카트리지 유닛(11)이 정해진 위치로 이동되면 로봇 암(12)은 파지 트레이(123)를 이용하여 사파이어 웨이퍼를 이송 트레이(23)로 이송시키게 된다. 유닛 이동 장치(13)는 카트리지 유닛(12)에 결합되는 결합 브래킷(132) 및 결합 브래킷을 이동시키는 구동 장치(131)로 이루어질 수 있다. 결합 브래킷(132)은 선형 가이드를 따라 이동 가능한 구조로 설치될 수 있고 구동 장치(131)는 연결 기어를 이용하여 결합 브래킷(132)에 이동을 위한 동력을 전달할 수 있다.

다양한 구조를 가지는 공급 모듈(10)이 본 발명에 따른 검사 구조에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 검사 장치에 대하여 설명이 된다.

도 3a는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 전체 검사 장치의 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다

도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 검사 장치는 고정 프레임(52); 고정 프레임(52)에 의하여 지지되는 베이스(22); 베이스(22)의 위쪽 평면에 설치되고 사파이어 웨이퍼의 후면에 광을 조사시키는 후면 조명(34) 및 후면 카메라(33)로 이루어진 후면 검사 유닛; 후면 검사 유닛을 경유하여 전달된 사파이어 웨이퍼(W)가 장착되는 전면 검사 스테이지(28); 전면 검사 스테이지(28)의 한쪽에 설치되어 전면 검사 스테이지(28)로 레이저 광을 조사시킬 수 있는 레이저 모듈(25); 및 전면 검사 스테이지(28)에서 반사된 레이저 광으로부터 사파이어 웨이퍼의 영상을 획득하는 전면 카메라 모듈(26)을 포함하고, 상기 전면 검사 스테이지(28)는 회전이 가능하고 레이저 모듈(25) 및 전면 카메라 모듈(26)은 예를 들어 X-Y 이동 레일(29)과 같은 장치에 의하여 상하 또는 좌우로 이동이 가능하다.

사파이어 웨이퍼는 엘이디 기판으로 사용될 수 있는 기판을 의미하고 일정 두께를 가지면서 예를 들어 4 인치 또는 6 인치와 같이 일정 크기의 반지름을 가진 것을 의미하지만 이에 제한되지 않는다. 전면 검사 스테이지(28), 이송 트레이(23) 및 검사 경로(24)의 크기를 조절하는 것에 의하여 임의의 두께 및 직경을 가지는 사파이어 웨이퍼가 본 발명에 따른 검사 장치에 의하여 검사될 수 있다.

고정 프레임(52)은 일정 높이로 검사 장치를 지지할 수 있는 임의의 구조를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 검사 장치는 암실 내부에 설치되고 고정 프레임(52)은 암실 내부에 설치되거나 필요에 따라 이동이 가능한 적절한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 고정 프레임(52)에 이동 바퀴(60)가 설치될 수 있다.

베이스(22)가 고정 프레임(52)에 의하여 지지될 수 있다. 베이스(22)는 검사 장치가 설치되는 기판의 기능을 할 수 있고 요구되는 평탄도 및 진동 흡수 기능을 가져야 한다. 추가로 베이스(22)는 온도, 압력 또는 습도의 변화에 대하여 변형이 발생되지 않는 구조를 가질 필요가 있다. 베이스(22)는 예를 들어 평탄도가 5 ㎛ 이하가 되는 석판으로 만들어질 수 있다. 베이스(22)가 석판으로 만들어지는 것은 온도 또는 압력과 같은 외부 조건에 따라 소재의 성질이 변하지 않는다는 장점을 가진다.

베이스(22)는 분리 유닛(31)을 이용하여 고정 프레임(52)에 고정될 수 있다. 분리 유닛(31)은 높이 조절이 가능한 구조를 가질 있다. 도 3a에 도시된 것처럼, 고정 프레임(52)은 네 개의 고정 부재(21)를 가질 수 있고 분리 유닛(31)은 각각의 고정 부재(21)의 끝 부분에 설치될 수 있다. 필요에 따라 분리 유닛(31)은 높이 조절이 가능하도록 만들어질 수 있다. 예를 들어 분리 유닛(31)은 위쪽 회전체와 위쪽 회전체에 나사 결합이 되는 아래쪽 고정체로 이루어질 수 있고 위쪽 회전체의 회전에 의하여 높이가 조절될 수 있다. 분리 유닛(31)의 높이 조절은 베이스(22)의 경사 조절을 위하여 사용될 수 있다.

베이스(22) 위쪽 평면에 후면 검사 유닛이 설치될 수 있다. 후면 검사 유닛은 이송 트레이(23)의 이동을 위한 LM 가이드, LM 가이드를 따라 형성된 검사 경로(24) 및 검사 경로(24)에 배치된 적어도 하나의 후면 조명(34) 및 적어도 하나의 광학 카메라(33)를 포함할 수 있다.

이송 트레이(23)는 공급 모듈에 저장된 사파이어 웨이퍼를 정해진 순서에 따라 후면 검사 유닛 및 전면 검사 스테이지(28)로 전달할 수 있다. 이송 트레이(23)는 공급 모듈로부터 전달된 사파이어 웨이퍼를 전면 검사 스테이지로 이송시키기 위하여 예를 들어 모터와 같은 구동 장치에 의하여 LM 가이드를 따라 이동될 수 있다. 이송 트레이(23)에 적재된 사파이어 웨이퍼는 검사 경로(24)를 따라 이동될 수 있고 검사 경로(24)에 적어도 하나의 후면 조명(34) 및 광학 카메라(33)가 설치될 수 있다. 후면 조명(34)은 예를 들어 할로겐 광(halogen light)을 조사할 수 있는 조명 시설이 될 수 있고 광학 카메라(33)는 라인-스캔 카메라(line-scan camera)가 될 수 있다. 도 3a에 도시된 것처럼, 검사 경로(24)를 따라 다수 개의 후면 조명(34) 또는 라인 스캔 방식의 광학 카메라(33)가 설치될 수 있다. 후면 검사 유닛은 사파이어 웨이퍼 후면의 흑점, 백점 또는 얼룩과 같은 것을 발견하기 위한 것으로 사파이어 웨이퍼의 작동에 직접적인 영향을 미치지 않는 흠결을 발견하기 위하여 행해질 수 있다.

전면 검사 스테이지(28)에 사파이어 웨이퍼가 적재가 되면 전면 검사가 행해질 수 있다. 전면 검사 스테이지(28)는 이동 레일(29)을 따라 X-축 방향 또는 Y축 방향을 따라 이동될 수 있다. 전면 검사 스테이지(28)는 사파이어 웨이퍼가 적재가 되고 예를 들어 구동 모터와 같은 장치에 의하여 회전이 될 수 있는 회전 검사 유닛(32)을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면 검사 장치에 내부 관찰 조명이 설치될 수 있다. 내부 관찰 조명은 레이저 광과 다른 파장 범위의 광을 조사시키는 관찰 조명(272) 및 관찰 조명(272)이 상하 이동이 가능하도록 결합되는 조명 포스트(271)로 이루어질 수 있다. 그리고 필요에 따라 관찰 조명(272)의 조명 위치를 변경시킬 수 있는 조명 제어 장치(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 내부 관찰 조명은 외부에서 장치의 작동 상황을 육안으로 관찰하기 위하여 또는 컴퓨터에 연결된 디스플레이를 통하여 관찰될 수 있도록 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 검사 장치는 선명한 영상의 획득을 위하여 암실에 설치될 수 있다. 그러므로 외부에서 장치의 작동 상태가 관찰되기 어렵다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 내부 관찰 조명이 설치되어 검사 장치의 작동 상태가 관찰될 수 있도록 할 수 있다. 다양한 형태의 내부 관찰 조명이 설치될 수 있다. 내부 관찰 조명은 예를 들어 적외선 모듈이 되거나 또는 레이저 광의 파장 범위를 벗어나는 광을 조사시키는 조명 장치가 될 수 있다. 다양한 구조를 가지는 내부 관찰 조명이 설치될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 검사 장치에서 검사가 이루어질 수 있도록 하는 검사 장치에 대하여 설명이 된다.

도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 전면 검사 장치의 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.

회전 검사 유닛(32)은 X-축 방향 또는 Y축-방향을 따라 이동이 가능하도록 설치되는 이동 판(321), 이동 판(321)의 위쪽에 설치되는 고정 몸체(322) 및 고정 몸체(322)의 위쪽에 모터와 같은 구동 장치에 의하여 회전이 가능하도록 설치되는 진공 유닛(323)으로 이루어질 수 있다. 이동 판(321)은 이 분야에서 공지된 임의의 형상이 될 수 있고 예를 들어 이동 레일 또는 이동 가이드와 같은 장치에 의하여 좌우 또는 전후로 이동이 될 수 있다. 고정 몸체(322)는 원통 형상으로 예를 들어 모터와 같은 구동 수단에 의하여 이동 판(321)에 회전이 가능하도록 고정될 수 있다. 그리고 진공 유닛(323)은 공기 흡착 방식 또는 진공 방식으로 사파이어 웨이퍼를 회전 검사 유닛(32)에 고정시키는 기능을 한다. 공기 흡착 방식 또는 진공 방식이란 사파이어 웨이퍼의 아래쪽 부분의 공기를 고정 몸체(322)의 아래쪽으로 배출시키는 방식으로 사파이어 웨이퍼를 고정 몸체(322)에 고정시키는 방법을 말한다. 예를 들어 사파이어 웨이퍼가 진공 유닛(323)에 고정되는 경우 공기 펌프를 작동시켜 사파이어 웨이퍼의 아래쪽 부분의 공기를 배출시킬 수 있다. 다양한 방법으로 사파이어 웨이퍼가 진공 유닛(323)에 고정이 될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

회전 검사 유닛(32)의 양쪽에 레이저 광을 조사하는 레이저 모듈(25) 및 레이저 모듈(25)로부터 조사되어 사파이어 웨이퍼(W)의 전면에서 반사되어 나오는 빛이 입사되는 전면 카메라 모듈(26)이 설치될 수 있다. 레이저 모듈(25)은 좌우 또는 상하로 이동이 가능하도록 설치되면서 이와 동시에 사파이어 웨이퍼(W)에 입사되는 레이저 광의 입사각이 조절되도록 설치될 수 있다 그리고 전면 카메라 모듈(26)은 좌우 또는 상하로 이동이 가능하도록 설치되고 그리고 사파이어 웨이퍼(W)에서 반사된 레이저 광의 유입량이 조절될 수 있도록 설치될 수 있다. 이를 위하여 전면 카메라 모듈(26)은 경사각의 조절이 가능하면서 이와 동시에 유입되는 레이저 광의 양을 조절하기 위한 조리개를 가질 수 있다. 다른 한편으로 전면 카메라 모듈(26)의 앞쪽에 파장 필터 및 색 필터가 설치될 수 있다. 파장 필터는 일정 범위의 파장을 통과시키는 필터에 해당하고 색 필터는 특정 색상이 색을 통과시키는 필터에 해당한다. 일반적으로 레이저에서 조사되는 파장 범위는 정해지고 그리고 파장 또는 주파수에 따라 색이 결정된다. 그러므로 파장 필터 또는 색 필터는 레이저 모듈(25)에서 조사되는 레이저 광의 특성을 고려하여 결정될 수 있다.

전면 카메라 모듈(26)에서 사파이어 웨이퍼의 영상이 얻어지고 얻어진 영상은 예를 들어 영상 해석 프로그램은 가진 컴퓨터와 같은 장치로 전송될 수 있다. 그리고 얻어진 영상으로부터 사파이어 웨이퍼의 불량 여부가 판정될 수 있다.

도 3c를 참조하면, 회전 검사 유닛(32)에 검사 대상이 되는 사파이어 웨이퍼(W)가 고정될 수 있고 사파이어 웨이퍼(W)의 표면에 레이저 광의 조사가 가능한 위치에 레이저 모듈(25)이 설치될 수 있다. 그리고 사파이어 웨이퍼(W)의 표면으로부터 반사된 빛이 집광될 수 있는 위치에 전면 카메라 모듈(26)이 설치될 수 있다.

위에서 설명이 된 것처럼, 회전 검사 유닛(32)은 좌우 또는 전후로 이동이 가능하도록 이동 레일에 결합될 수 있는 이동판(321), 이동판(321)에 상하로 이동이 가능하면서 내부에 진공이 형성될 수 있는 공간 또는 진공 형성을 위한 장치가 수용될 수 있는 고정 몸체(322) 및 사파이어 웨이퍼(W)가 고정되는 진공 유닛(323)을 포함할 수 있다. 고정 몸체(322)는 속이 빈 원통 형상이 될 수 있고 위쪽 표면에 트레이 형상의 진공 유닛(323)이 설치될 수 있다. 사파이어 웨이퍼(W)는 진공 유닛(323)의 표면에 뒤쪽 면이 접하도록 위치될 수 있다. 도 3c에 도시된 것처럼, 진공 유닛(323)은 화살표로 표시된 방향 또는 반대 방향으로 회전될 수 있고 회전각은 임의로 조절될 수 있다. 진공 유닛(323)의 회전은 고정 몸체(322)의 회전 또는 진공 유닛(323) 자체의 회전에 의하여 가능하도록 만들어질 수 있다. 다른 한편으로 고정 몸체(322)는 상하 이동이 가능하도록 만들어질 수 있다. 이와 같은 전면 카메라 모듈(26)이 예를 들어 베이스 또는 이동판과 같은 기준 면에 대하여 높이 조절이 가능하도록 만드는 것은 사파이어 웨이퍼의 표면에 존재하는 다양한 형태의 흠결에 대한 선명한 영상을 얻기 위한 것이다. 그리고 진공 유닛(323)이 회전 가능하도록 만드는 것은 다양한 각도에 따른 사파이어 웨이퍼(W)의 표면 영상을 얻을 필요가 있기 때문이다.

레이저 모듈(25)은 사파이어 웨이퍼(W)의 표면에 서로 다른 각으로 레이저 광을 조사할 수 있도록 설치될 수 있다. 그리고 전면 카메라 모듈(26)은 사파이어 웨이퍼(W)로부터 반사되는 광을 다양한 각도에서 수집하여 다양한 각도에서 영상을 획득할 수 있도록 설치될 수 있다. 달리 말하면 레이저 모듈(25)은 상하 또는 좌우로 이동되면서 이와 동시에 사파이어 웨이퍼(W)에 대하여 다양한 입사각을 가지는 레이저 광을 조사할 수 있도록 설치될 수 있다. 그리고 전면 카메라 모듈(26)은 상하 좌우로 이동되면서 이와 동시에 사파이어 웨이퍼(W)로부터 반사되는 레이저 광을 다양한 각에서 수집할 수 있도록 설치될 수 있다.

레이저 모듈(25)과 전면 카메라 모듈(26)은 각각 고정 포스트(P), 고정 포스트(P)의 상하로 이동이 가능하도록 설치되는 높이 조절 부재(251, 261), 고정 포스트(P)에 대하여 회전이 가능하도록 설치되는 경사 조절 부재(252, 262) 및 경사 조절 부재(252, 262)의 회전을 제어하는 회전 장치(253, 263)를 포함할 수 있다.

고정 포스트(P)는 위에서 설명된 조건을 충족하기에 적절한 위치에 설치될 수 있고 높이 조절 부재(251, 261)의 상하 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 고정 포스트(P)는 베이스에 고정되거나 다른 적절한 프레임에 고정될 수 있다.

높이 조절 부재(251, 261)는 고정 포스트(P)에 대하여 수직이 되는 방향으로 또는 베이스의 평면과 평행한 방향으로 연장되는 막대 형상을 가질 수 있다. 높이 조절 부재(251, 261)는 포스트(P)를 따라서 상하로 이동이 가능하도록 설치되면서 이와 동시에 레이저 장치(L) 또는 카메라 장치(C)가 좌우로 이동될 수 있도록 설치될 수 있다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 것처럼 높이 조절 부재(251, 261)의 길이 방향으로 고정 돌기를 형성하는 것에 의하여 이동된 위치에서 레이저 모듈(25) 또는 카메라 모듈(26)이 정해진 위치에 고정될 수 있다.

높이 조절 부재(251, 261)에 수직이 되는 방향으로 연장되는 경사 조절 부재(252, 262)가 회전 장치(253, 263)에 고정될 수 있다. 그리고 레이저 장치(L) 및 카메라 장치(C)는 경사 조절 부재(252, 262)에 결합될 수 있다. 회전 장치(252, 262)에서 경사 조절 부재(252, 262)의 회전이 제어될 수 있고 이에 따라 레이저 장치(L) 및 카메라 장치(C)의 방향의 조절될 수 있다.

레이저 장치(L)에서 조사되는 레이저 광(LT)은 사파이어 웨이퍼(W)의 전면에 입사하여 반사되고 반사 광(LR)은 카메라 장치(C)로 유입될 수 있다. 레이저 광(LT) 및 반사 광(LR)의 각은 회전 장치(253, 263)의 제어에 따른 경사 조절 부재(252, 262)의 회전에 의하여 조절될 수 있다.

경사 조절 부재(252, 262)가 연장되는 반대 방향으로 높이 고정 장치가 연장될 수 있고 높이 고정 장치에 의하여 높이 조절 부재(251, 261)가 포스트(P)의 정해진 높이에 고정될 수 있다.

반사된 레이저 광(LR)을 통하여 획득된 영상은 전송 커넥터(37)를 통하여 컴퓨터로 전송되어 사파이어 웨이퍼의 불량 여부가 검사될 수 있다.

다양한 구조를 가지는 높이 조절 및 경사 조절을 위한 장치가 본 발명에 따른 검사 장치에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 본 발명에 따른 검사 장치에 적용될 수 있는 이송 트레이에 대하여 설명된다.

도 3d는 본 발명에 따른 장치 구조에 적용되는 이송 트레이의 실시 예를 도시한 것이다.

도 3d를 참조하면, 이송 트레이(23)는 이송 몸체(231) 및 수용 홀(232)로 이루어질 수 있고 검사 경로를 따라 이동될 수 있다. 이송 몸체(231)는 예를 들어 LM 가이드와 같은 장치에 고정되어 이동될 수 있는 구조를 가질 수 있고 수용 홀(232)은 사파이어 웨이퍼가 적재될 수 있도록 원형의 형상을 가질 수 있다.

위에서 설명을 한 것처럼, 후면 조명(34) 및 광학 카메라(33)가 검사 경로에 설치될 수 있다. 후면 조명(34) 및 광학 카메라(33)는 검사 경로에 고정되는 U자형 고정 받침쇠(35)에 설치될 수 있다. 도 3d에 도시된 것처럼, 후면 조명(34) 및 광학 카메라(33)는 각각 고정 받침쇠(35)에 높이 승강 장치(351) 및 경사 제어 장치(352)를 이용하여 결합될 수 있다. 높이 승강 장치(351)에 의하여 후면 조명(33)이 상하로 조절되어 정해진 위치에 고정될 수 있고 그리고 경사 제어 장치(352)에 의하여 후면 조명(34)의 조사 각이 조절될 수 있다.

이송 트레이(23)에 사파이어 웨이퍼가 적재되면 정해지 검사 경로를 따라 이동될 수 있다. 검사 경로에 설치된 후명 조명(34)에서 조사된 광은 사파이어 웨이퍼의 후면에 입사되어 반사될 수 있다. 그리고 반사된 광은 광학 카메라(33)에서 수집되어 컴퓨터 장치로 전송되어 영상으로 만들어질 수 있다. 만약 검사 경로에서 사파이어 웨이퍼의 위치가 적절하지 않다면 이송 몸체(231)를 전후로 이동시켜 후면 조명(34)의 조사 위치를 조절할 수 있다. 검사 경로를 따라 다수 개의 광학 카메라(34) 또는 후면 조명(33)이 설치될 수 있다.

다양한 구조를 가지는 이송 트레이(23), 후면 조명(34) 및 광학 카메라(33)가 설치될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

아래에서 본 발명에 따른 검사 장치 구조에서 검사와 관련된 데이터가 처리되는 과정에 대하여 설명된다.

도 4는 본 발명에 따른 장치 구조에서 관련 데이터가 처리되는 과정에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 이송 트레이(44a, 44b)에 의하여 이송되는 과정에서 사파이어 웨이퍼(W)의 후면 검사와 관련된 영상 데이터는 광학 카메라(42b, 42c)를 통하여 컴퓨터(41b)로 전달이 될 수 있다. 다른 한편으로 전면 검사 스테이지(43)에서 얻어진 사파이어 웨이퍼(W)의 검사와 관련된 영상 데이터는 전면 검사 광학 카메라(42a)를 통하여 컴퓨터(41a)로 전달될 수 있다. 각각의 컴퓨터(41a, 41b)에서 처리된 영상 데이터는 제어 장치(30)로 전달이 될 수 있다. 다른 한편으로 제어 장치(30)를 통하여 전면 검사 또는 후면 검사를 위한 각종 장치의 구동이 제어될 수 있다. 제어 장치(30)에서 처리된 결과는 중앙 처리 장치(42)로 전달이 되고 필요에 따라 디스플레이 장치(421)를 통하여 표시될 수 있다.

각각의 장치의 구동을 위한 프로그램이 제어 장치(30), 컴퓨터(41a, 41b) 및 중앙 처리 장치(42)에 설치되어 그에 따라 장치가 작동될 수 있다. 다양한 작동 및 영상 처리 시스템이 본 발명에 따른 장치 구조에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 장치 구조는 엘이디용을 포함하는 사파이어 웨이퍼의 불량 여부를 자동 공정을 통하여 대량으로 검사가 될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 장치 구조는 사파이어 웨이퍼의 전면 및 후면이 모두 검사될 수 있도록 한다. 사파이어 웨이퍼의 전면의 3 ㎛ 이상의 입자, 두께 1 ㎛ 및 길이 8 ㎛ 이상의 스크래치, 직경 5 ㎛ 이상의 기공 및 크기 5 ㎛ 이상의 가장자리 칩 및 크기 5 ㎛ 이상의 얼룩이 99 %의 검출 성능으로 검출될 수 있도록 한다. 또한 후면 검사 과정에서 두께 10 ㎛ 및 길이 50 ㎛ 이상의 스크래치, 두께 200 ㎛ 및 길이 1000 ㎛ 이상이 물결, 직경 300 ㎛ 이상의 점 및 크기 200 ㎛ 이상의 백색 얼룩이 99 %의 검출 성능으로 검사될 수 있도록 있다. 또한 이와 같은 검출 능력이 카메라 및 조명의 조절에 따라 적절하게 제어될 수 있도록 한다는 이점을 가진다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10: 공급 모듈 20: 검사 장치
30: 외부 제어 장치 40: 필터 장치
50: 고정 프레임 60: 이동 바퀴
51, 52: 도어
101: 공급 프레임 102: 검사 프레임
202: 분리 수단 301: 중앙 처리 장치
302: 입력 장치 303: 환경 제어 수단
11: 카트리지 유닛 12: 로봇 암
13: 유닛 이동 장치 21: 고정 부재
22: 베이스 23: 이송 트레이
25: 레이저 모듈 26: 카메라 모듈
27: 내부 관찰 조명 28: 검사 스테이지
29: X-Y 이동 레일
31: 분리 유닛 32: 회전 검사 유닛
33: 광학 카메라 34: 후면 조명
35: 고정 받침쇠 37: 전송 커넥터
41a, 41b: 컴퓨터 42: 중앙 처리 장치
42a, 42b, 42c: 광학 카메라 43: 전면 검사 스테이지
44a, 44b: 이송 트레이
111: 고정 선반 112: 카트리지
121: 회전 암 122: 고정 암
123: 파지 트레이
131: 구동 장치 132: 결합 브래킷
231: 이송 몸체 232: 수용 홀
251, 261: 높이 조절 부재 252, 262: 경사 조절 부재
253, 263: 회전 장치 271: 조명 포스트
272: 관찰 조명
321: 이동 판 322: 고정 몸체
323: 진공 유닛 351:승강 장치
352: 경사 제어 장치
421: 디스플레이 장치
W: 사파이어 웨이퍼 L: 레이저 장치
C: 카메라 장치 LT: 레이저 광
LR: 반사 광
P: 고정 포스트

Claims (4)

1. 하우징(H);
   하우징(H) 내부의 한쪽에 설치되어 다수 개의 사파이어 웨이퍼를 정해진 순서대로 공급할 수 있는 공급 모듈(10);
   하우징(H)의 내부의 다른 한쪽에 설치되어 공급 모듈(10)로부터 공급된 사파이어 웨이퍼의 후면 검사 및 전면 검사를 하는 검사 장치(20);
   공급 모듈(10) 및 검사 장치(20)의 제어를 위한 외부 제어 장치(30); 및
   하우징(H)으로 유입될 수 있는 미립자 또는 이물질을 제거하기 위한 필터 장치(40)를 포함하고,
   상기 검사 장치(20)는 사파이어 웨이퍼의 후면 검사를 위한 후면 조명 장치와 후면 카메라 및 사파이어 웨이퍼의 전면 검사를 위한 레이저 모듈(25), 전면 카메라(26) 및 검사 스테이지(28)를 포함하고 그리고 검사 장치(20)는 암실 방식으로 작동이 되는 것을 특징으로 하는 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 검사 장치(20)는 공급 모듈(10)로부터 검사 스테이지(28)로 사파이어 웨이퍼를 이송시키기 위한 이송 경로(24)와 이송 경로(24)를 따라 이동되는 이송 트레이(23)를 포함하는 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 검사 장치(20)는 석판 소재의 베이스(B)에 고정되는 것을 특징으로 하는 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 공급 모듈(20)은 카트리지를 장착된 카트리지 공급 유닛, 카트리지 공급 유닛을 이동시키는 이동 유닛 및 카트리지 공급 유닛으로부터 사파이어 웨이퍼를 분리해 내는 로봇 암을 더 포함하는 사파이어 웨이퍼의 검사를 위한 장치.

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