KR101379448B1

KR101379448B1 - 다중 조명 장치를 이용한 웨이퍼 영상 검사 장치

Info

Publication number: KR101379448B1
Application number: KR1020130039195A
Authority: KR
Inventors: 송제헌; 박태훈
Original assignee: (주)넥스틴
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-03-31

Abstract

웨이퍼 표면을 비추기 위한 조명광은 복수 개로 분할되어 웨이퍼 상의 동일 영역에 대해 서로 다른 방향에서 비추도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치가 개시된다. 조명광으로는 레이저 펄스광이 사용될 수 있고, 레이저 광을 복수 개로 분할하기 위해 광분할기를 사용할 수 있고, 분할된 광을 유도하기 위해 광케이블을 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면 레이저 반사광에 포함된 웨이퍼 영상의 형태 요소가 명확하게 되고, 특히, 영상이 조명광의 방향에 따라 어느 한 쪽 방향으로 결함 검출이 어려워지거나 명확성이 떨어지는 문제가 없이 전체적으로 고른 웨이퍼 영상을 제공하여 웨이퍼 영상 검사 장치의 정확성과 효율을 제고할 수 있다.

Description

다중 조명 장치를 이용한 웨이퍼 영상 검사 장치 {apparatus for examining pattern image of semiconductor wafer using multiple light device }

본 발명은 웨이퍼 검사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회로가 형성된 웨이퍼의 각 부분 영상을 얻고 이를 분석하여 결함 존재 여부를 검사, 검출하기 위한 웨이퍼 영상 검사 장치에 관한 것이다.

웨이퍼의 검사를 위한 하나의 방법으로서 웨이퍼의 부분에 대한 영상을 획득하고 검사하는 웨이퍼 검사 장치에서는 통상적으로 촬상을 위해 웨이퍼가 정해진 영역을 지나면서 웨이퍼의 해당 영역에 대해 일정 주기로 단일파장 펄스 조명광을 비추게 된다. 그리고 한 번의 펄스 조명에 의해 렌즈부가 영상을 얻을 수 있는 대상영역((FOV:Field Of View)이 비추어지고 대상영역의 반사광은 렌즈부를 통과하여 렌즈부 뒤쪽에서 스크린의 역할을 하는 촬상소자의 화소부에 웨이퍼의 촬상영역 영상이 맺히게 된다. 일단, 웨이퍼의 촬상영역에 대한 촬상이 이루어지면 다음 번 펄스 조명 시간에는 그 촬상영역에 인접한 다음 촬상영역이 촬상될 수 있도록 웨이퍼가 움직이게 된다.

웨이퍼 모든 영역을 촬상하기 위해서는 펄스조명 시간은 매우 짧아 이 시간중에는 웨이퍼는 거의 움직이지 않는다고 전제하고, 촬상소자가 한번의 촬상으로 커버할 수 있는 촬상 대상 영역의 폭만큼씩 웨이퍼가 펄스조명 주기동안 폭방향으로 이동해야 한다.

네거브테크 리미티드에 의한 대한민국 특허등록 제1113602호에는 이러한 웨이퍼 영상 검사 장치 개념을 나타내는 시스템의 일 예가 도1과 같이 개시된다.

여기서는 반복적으로 펄싱된 레이저(32), 레이저 빔 익스팬더(34), 레이저 빔 광 경로(36) 및 제어/데이터 링크(38)를 포함하는 조명 시스템(26)이 제공된다. 이러한 유형의 조명 시스템은 초단시간에 매우 밝고 매우 강력한 광 펄스를 반복적으로 발생시켜 전파시키는 펄싱된 레이저(32)를 특징으로 하여 라지 뷰 필드(24)의 초고속 이미징을 가능하게 한다.

이것은 높은 검사속도를 갖는 웨이퍼 검사 방법 전반에 기여한다. 또한, 바람직하게는, 단색 레이저 조명은, 광학 교정 또는 조정을 필요로 하는 색수차가 없기 때문에, 광학 이미징 시스템(18)의 와이드 뷰 필드의 설계 요구를 간소화할 수 있다.

조명 시스템(26)은 제어/데이터 링크(38)를 통하여 중앙 제어 시스템(20)과 통신하고 있다.

시스템(10)에서, 펄스 레이트, 즉, 펄싱된 레이저(32)의 초 당 펄스는 초점면 어셈블리(30)의 개개의 매트릭스 광 검출기의 어레이의 프레임 속도와 동기화된다. 매트릭스 광 검출기의 일시적으로 게이팅된 카메라 시스템 초점면 어셈블리(30)의 밀리초 프레임 시간에 비한 나노초의 시간 동안 웨이퍼 다이(14)의 뷰 필드(24)를 조명하는 레이저 펄스는 피검사 웨이퍼 다이(14)의 뷰 필드(24)를 순간적으로 조명하게 된다. 하나의 초단 레이저 펄스에 있어서, 수개 예를 들어 24개의 매트릭스 광 검출기의 초점면 어셈블리 어레이(30)의 다수의 픽셀은 동시에 조명되고, 실질적으로, 픽셀 간 상대적 이동은 없다. 레이저 광 펄스 듀레이션은 이미지 픽셀 드웰 타임보다 상당히 더 짧은데, 여기서 픽셀 드웰 타임은 웨이퍼가 이동하는 동안 검출기 픽셀에 의해 웨이퍼상의 어떤 포인트가 이미징되는 시간을 일컫는다.

펄싱된 레이저(32)는 가령 Q 스위칭된 Nd:YAG 레이저를 사용할 수 있고, 이런 경우, 발광 다이오드에 의해 광학적으로 펌핑되고, 1.06 미크론의 파장으로 펄싱된 단색 광 빔을 발생시킨다. 초점면 어셈블리(30)상의 CCD 매트릭스 광 검출기의 어레이의 펄싱된 레이저 조명 시스템(26)의 펄스 레이트는 프레임 속도와 동기화된다.

그런데, 조명에 의해 비추어진 촬상 대상 영역을 하나의 개별 촬상소자로 촬상하는 것은 기존 촬상소자의 용량이 제한되어 있어서 전체 웨이퍼를 검사하기에 시간이 너무 많이 걸리고, 촬상소자 용량이 큰 것을 사용할 수 있다고 하더라도 이 촬상소자와 연결되어 영상을 분석하는 컴퓨터 시스템에서 분석에 많은 시간이 소요되므로 적합하지 않았다.

따라서, 촬상부 전체는 복수의 단위 촬상소자를 공간적으로 분포시켜 배치하여 촛점표면배열(FPA: Focal Plane Array)을 이루도록 하여, 한번에 촬상할 수 있는 웨이퍼 면적을 늘리고, 각각의 촬상소자를 하나의 컴퓨터로 분석하여 웨이퍼 검사에 걸리는 시간을 줄이는 영역센서(Area sensor)형 웨이퍼 영상 검사 장치가 사용된다.

한편, 영역센서형 웨이퍼 영상 검사 장치에서 현실적으로 복수의 단위 촬상소자를 서로 밀착시켜 배치하는 것은 어렵다. 따라서 도2와 같이 웨이퍼의 촬상영역의 영상이 맺히는 초점표면에 배치될 단위 촬상소자의 가상의 행렬에 포함될 복수 개의 단위 촬상소자를 현실에서는 공간적으로 분리시켜 설치하고, 광학요소를 사용하여 초점표면에 비추어질 영상을 영역별로 분할하여 공간적으로 분리, 설치된 개별 촬상소자에 분배하는 방식이 사용되고 있다.

그런데, 도1을 참조하면, 이런 웨이퍼 영상 검사 장치의 조명 시스템(26)에서 레이저 광은 빔스플리터(44)에서 반사되어 렌즈를 통해 웨이퍼면에 정면으로 조사되고, 웨이퍼면에서 반사하여 다시 렌즈와 빔스플리터(44)를 통해 광검출기로 들어가는 형태가 된다.

또한, 도2에서 보이는 것과 같이 복수 개의 단위 촬상소자를 공간적으로 분리시켜 설치하고, 여러 광학요소(빔스플리터:69, 프리즘:79, 미러:89)를 사용하여 초점표면에 비추어질 영상을 영역별로 분할하여 공간적으로 분리, 설치된 개별 촬상소자에 분배하게 된다.

따라서, 다수의 광학 요소들에 의해 광이 투과나 반사를 거듭하여 광의 세기가 줄어들게 되므로 광검출기의 감도가 높거나 초기 광 세기가 커야 한다.

그러나, 광 세기는 레이저 시스템 비용과 관련되고, 광이 정면에서 웨이퍼면에 조사될 때 조사 방향도 문제될 수 있지만 이 정면 조사 방향에서는 광이 너무 세어도 형태를 변별력이 떨어질 수 있다는 것도 문제가 될 수 있다.

또한, 조명이 한쪽 방향에서 비추어지면 웨이퍼 결함면이 바라보는 방향에 따라 결합이 잘 검출되지 않을 수 있으므로 웨이퍼 영상 검사의 정확성과 효율성이 떨어질 수 있다.

대한민국 특허등록 제1113602호

본 발명은 위에서 언급한 기존의 웨이퍼 영상 검사 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

조명광을 웨이퍼 상의 영역에 조사하고 반사된 영상을 분석하여 불량을 검출하는 웨이퍼 영상 검사 장치에서 조명광의 경로 상의 광학요소에 의한 광 세기 손실을 줄일 수 있는 구성을 가지는 웨이퍼 영상 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 조명광에 의해 반사된 웨이퍼 영상 내의 형태 요소가 명확하게 보여질 수 있고, 특히, 영상이 어느 한 쪽 방향으로 형태의 명확성이 떨어지는 문제가 없이 전체적으로 고른 웨이퍼 영상 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼 영상 검사 장치에 있어서,

웨이퍼 표면을 비추기 위한 조명광은 복수 개로 분할되어 웨이퍼 상의 동일 영역에 대해 서로 다른 방향에서 비추도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 조명광으로는 레이저광이 사용될 수 있고, 이런 경우, 레이저 광을 복수 개로 분할하기 위해 광케이블 분할기를 사용할 수 있고, 분할된 광을 유도하기 위해 광케이블(광섬유)을 사용할 수 있다.

본 발명에서 복수 개의 레이저 광은 동시에 같은 영역을 비추거나 혹은 복수 개의 레이저 광이 비록 미세하지만 시간 차이를 가지고 순차적으로 같은 영역을 비추도록 이루어질 수 있다.

본 발명에서 복수 개의 레이저 광은 위상차가 없고 파장이 같은 코히어런트 광을 사용하거나, 서로 다른 파장의 광을 사용하는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면 레이저 광에 의해 반사된 웨이퍼 영상 내의 형태 요소가 명확하게 되고, 특히, 영상이 어느 한 쪽 방향으로 형태의 명확성이 떨어지는 문제가 없이 전체적으로 고른 웨이퍼 영상을 제공하여 웨이퍼 영상 검사 장치의 정확성과 효율을 제고할 수 있다.

도1은 종래의 웨이퍼 영상 검사 장치의 전체적 구성을 개략적으로 나타내는 구성도,
도2는 종래의 웨이퍼 영상 검사 장치의 영상을 각 촬상 영역으로 분배하는 구성을 나타내는 구성도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 영상 검사 장치의 전반적 구성을 개념적으로 간략화하여 나타낸 구성도,
도4는 레이저 광이 비추는 웨이퍼 상의 대상 영역과 그 대상 영역 속에 포함되는 촬상 단위 영역들을 나타내는 개념도,
도5는 본 발명의 일 실시예 가운데 조명 장치 부분을 개념적으로 단순화하여 나타내는 구성도,
도6은는 도4의 다크필드(D/F) 시스템의 간략화된 구성의 예를 나타내는 구성도이다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도3은 본 발명의 주요부 구성을 단순화하여 개념적으로 나타내는 구성개념도이다.

본 실시예를 통해 본 발명에 따른 웨이퍼 영상 검사 장치 구성을 살펴보면, 웨이퍼(110)는 웨이퍼 스테이지(120) 혹은 웨이퍼 이동 스테이지의 웨이퍼 고정척(121)에 파지되어 웨이퍼 평면과 평행한 평면에서 x축 및 y축 방향으로 움직일 수 있고, 여기서는 화살표의 x 방향으로 연속적으로 움직인다. 이러한 웨이퍼 스테이지는 웨이퍼 가공을 위한 여러 장비에서 실질적으로 동일한 방식으로 사용되어 온 것이므로 구체적은 구성은 생략하기로 한다.

현재의 웨이퍼(110) 위치에서 촬상 대상 영역을 포함하도록 웨이퍼 앞쪽의 서로 다른 3 곳에서 조명광이 비춰진다. 웨이퍼를 고속으로 검사하기 위해 웨이퍼 스테이지를 고속으로 운전하면서 영상을 획득하려면 영상 촬상 시간이 매우 짧아지며, 이에 따라 조명도 짧은 시간 내에서 강한 빛(에너지가 큰)을 발생시켜야 하므로 플래시(Flash) 또는 스트로브(Strobe) 조명 형식이나 레이빔 조명을 적용할 수 있다. 레이저 빔 조명을 적용하기 위해서는 수 마이크로 초 이내에서 강한 에너지를 발생하는 펄스 레이저를 이용하여야 하고, 레이저 빔 에너지 발생 시간과 영상 촬상 시간을 동기시킬 필요가 있다.

여기서 조명광으로는 가령 네오디뮴 야그 레이저(Nd:Yag laser)의 파장 375나노미터(nm)의 제3 고조파(3rd Harmonic) 펄스가 사용될 수 있다. 이 레이저(130)에서는 일정 주기로 펄스 조명광이 발생하여 광케이블과 다크필드 시스템(L1, L2, L3)을 통해 대상 영역을 비춘다. 가령 도3과 같이 서로 이격되어 설치된 3개의 다크필드 시스템(L1, L2, L3)이 사용되면서 모든 다크필드 시스템에서 나온 레이저광이 도4와 같이 웨이퍼 상의 같은 대상 영역(40)을 비추게 된다.

각 레이저광이 비추는 대상 영역에는 가령, 도4와 같이 4개의 열과 3개의 행으로 이루어진 12개의 촬상 단위 영역(12')이 존재한다. 이런 대상 영역(40)의 주변 영역은 영상검출부에 영상이 전달될 때 영상검출부를 이루는 단위 촬상소자(181)의 화소면에 영상이 놓이지 않으므로 없는 것으로 취급할 수 있다.

여기서 3개의 다크필드 시스템(L1, L2, L3)은 반드시 정확하게 동시에 웨이퍼(110)의 해당 열을 비출 필요는 없지만 웨이퍼(110)는 계속 이동하므로 서로 다른 영상검출부에 동일한 웨이퍼 영역 일부가 겹쳐서 나타나고, 검사 대상 웨이퍼 영역 일부는 나타나지 않는 일이 없도록 실질적인 의미에서 동시에 비추어지는 것이 검사의 완전성을 위해 바람직하다.

이 실시예에서는 도5와 같이 하나의 레이저(130) 소오스에서 발생된 광원을 광케이블(133)과 광케이블 중간에 있는 광분배기(135)를 통해 3 가지로 분할하여 각각이 하나의 다크필드 시스템(D/F system:L1, L2, L3)로 들어가도록 하고 다크필드 시스템에서는 광빔이 웨이퍼(110)의 대상 영역(40)으로 조사된다. 대상 영역에서 반사된 광에 포함된 영상은 렌즈부(140)를 통해 후방으로 투사된다.

각 다크필드 시스템에서는 웨이퍼 평면에서 이격된 위치에서 비스듬하게 경사를 가지고 웨이퍼의 대상 영역을 비추게 되지만 웨이퍼 위쪽에서 보는 평면상에서는 이들 3개의 다크필드 시스템은 웨이퍼의 조사 대상 영역을 중심으로 중심각 120도씩 이격된 세 곳에 위치하면서 광 빔을 조사하는 것으로 볼 수 있고, 따라서 각 다크필드 시스템에서 나온 광 빔은 웨이퍼의 조사 대상 영역을 중심으로 서로 120도 사이각을 이루게 된다.

실시예에 따라서는 광분할기에서 4 가지 이상으로 분할되어 각각 다른 방향에서 웨이퍼 대상 영역을 비출 수 있지만 3개 방향에서 광을 비추면 얻어지는 패턴 영상에서 형태적으로 결함이 검출되지 않는 사각은 거의 발생하지 않는 것으로 볼 수 있고, 조명 개소가 늘어날수록 비용면에서도 증가하므로 본 실시예와 같이 3개 정도가 바람직하다.

여기서는 DF(dark field) 조명방법이 사용되는데, 웨이퍼 상의 패턴 절단 부분은 일반적으로 암영역 조명에서 밝게 나타난다. 먼지 결함은 조명의 방향에 많은 영향을 받지 않지만 패턴 절단부 밝기는 조명의 방향(웨이퍼 위에서 바라본 웨이퍼 평면상의 방향)에 매우 민감하므로 종래의 단일 방향 조명에서는 방향이 맞지 않을 경우 검출되지 않던 것도 본 발명에서는 잘 검출할 수 있게 된다.

도6은 본 실시예에서 사용되는 다크필드 시스템(660)의 하나의 예시로서 내부 구성을 개략적으로 나타내는 구성 개념도이다. 광케이블 내의 광섬유(661)를 따라 투입된 레이저광은 스테틱모듈(static module:662), 편광큐브(polarization cube:663), 광축이동 롬보이드(displacement rhomboid:664), 줌(zoom) 모듈(665), 반사경(667), 투사렌즈(projection lenz:668) 등의 광학 요소를 거쳐 웨이퍼 상의 결합 검출에 필요한 특성을 갖도록 조절되어 타겟인 웨이퍼(110) 상에 조사된다.

여기서는 복수 개소에서 다른 방향으로 조명광을 비추어 웨이퍼 대상 영역을 검사하게 되며, 하나의 레이저에서 발생한 코히어런트 펄스 광을 사용하여 단색조의 고른 영상을 얻을 수 있지만, 웨이퍼 결함의 성격에 따라서는 서로 다른 파장의 광을 대상 영역에 조사하여 서로 다른 파장에서 잘 검출되는 복수 종류의 웨이퍼 결함을 검출하도록 보완할 수도 있다.

종래에는 플래시 램프(flash lamp)를 사용하는 경우가 많고 레이저도 펄스 발생수가 초당 120hz를 넘기 어려웠고 유지관리 비용이 많이 발생하였으나, 근래에는 다이오드 레이저로 펌핑된 고체 레이저(solid state laser)를 사용하면서 내구수명이 늘고 유지관리비용이 줄어들며 펄스 발생 주기도 1000hz이상까지 가능하게 되고 그만큼 웨이퍼의 이동속도를 높일 수 있어서 웨이퍼 전체에 대한 검사 속도도 빨라질 수 있다. 여기서도 이런 다이오드 레이저 펌핑 고체 레이저를 사용한다.

조명광을 받는 웨이퍼 부분에서는 웨이퍼(110) 표면에서 반사된 반사광이 주변 모든 방향으로 나가게 되고, 웨이퍼(110)의 해당 영역 맞은편에는 렌즈부(140)가 설치되어, 반사광에 포함된 웨이퍼의 촬상 대상 영역의 영상은 이 렌즈부(140)를 통해 렌즈부(140) 후방으로 투사된다.

도면상의 렌즈부(140)는 하나의 볼록렌즈로 이루어지지만 복수 개의 렌즈가 세트로 결합되어 이루어질 수 있고, 렌즈부(140)는 한군데 모여진 것이 아니고 웨이퍼 부근과 촬상소자 부근의 두 부분에 나누어진 상태를 이룰 수도 있다.

거리상으로 렌즈부(140)는 통상 웨이퍼의 대상 영역을 확대하는 볼록렌즈의 역할을 하며, 렌즈중심과 대상영역의 거리를 조절하면 렌즈부(140) 후방으로 투사되는 영상은 렌즈부(140)와 영상검출부 사이의 거리와 상관없이 일정한 크기로 투사되도록 할 수 있다.

투사되는 촬상 대상 영역 영상은 빔스플리터(beam splitter:150)에 의해 반사광과 투과광으로 나누어진다. 물론 이때 영상은 폭이나 높이(상하) 방향으로 구역이 분할되는 것이 아니고 빔스플리터(150)의 반사도 및 투과도에 의해 광량이 줄어든 상태의 두 개의 전체 영역 영상으로 나누어진 것이다. 나누어진 반사광 및 투과광은 각각 폭분할용 미러 유닛(161a, 161b)으로 투영된다.

하나의 폭분할용 미러 유닛(61a)을 이루는 이중 거울(611, 613)은 서로 이격되어 있고, 별도로 각도를 조절할 수 있도록 이루어진다. 이들 이중 거울(611, 613)은 플레이트형 미러(plate type mirror)를 사용하거나, 삼각 프리즘의 빗면에 금속박막과 같은 반사층을 형성하여 반사면을 이루는 것을 사용할 수 있다.

반사광이 투영되는 폭분할용 제1 미러 유닛(161a)의 제1 미러(611) 및 제3 미러(613)에서는 웨이퍼의 촬상 대상 영역의 단위 영역들 가운데 제1 열과 제3 열에 해당하는 단위 영역들의 영상이 반사되어 상하분할용 제1 미러 유닛(171)과 상하분할용 제3 미러 유닛(173)으로 입사된다. 도2의 참조번호 89a, 89b로 나타나는 것과 같은 상하분할용 미러 유닛에서 상하 구역별로 분할된 영상은 각각의 단위 영상검출부 혹은 단위 촬상소자(181)로 투사된다. 이 과정에서 제2 열과 제4 열에 해당하는 영상도 폭분할용 미러 유닛(161a)의 이중 거울에서 각각 반사될 수 있지만 영상검출부의 단위 촬상소자(181)를 이루는 화소부 위에 맺어지지 않으므로 없는 것으로 취급될 수 있다.

한편, 투과광이 투영되는 폭분할용 제2 미러 유닛(161b)의 제2 미러(612) 및 제4 미러(614)에서는 웨이퍼의 촬상 대상 영역의 단위 영역들 가운데 제2열 및 제4열에 해당하는 단위 영역들의 영상이 반사되어 상하분할용 제2 미러 유닛(172)과 제4 미러 유닛(174)으로 향하고, 이들 상하분할 미러 유닛을 거쳐 각각의 단위 영상검출부로 투사된다.

이때, 하나의 폭분할용 미러 유닛을 이루는 이중 거울이 서로 인접한 열이 아니고 한 열을 사이에 두고 있는 두 열을 각각 영상검출부로 투사하는 것은 폭분할용 미러 유닛을 이루는 거울들 사이에는 틈이 있고, 미러 에지(mirror edge)의 영상은 왜곡될 수 있으므로 각 열의 완전한 영상을 각 단위 영상검출부로 투사하기 위해서이다.

폭분할용 미러 유닛의 이중 거울 각각에서 각 상하분할용 미러 유닛으로 투사된 영상은 상하 높이방향으로 3개의 웨이퍼 단위 영역에 대한 영상이 열방향으로 배열된 것이다.

상하분할용 미러 유닛은, 웨이퍼 상의 3개의 촬상 대상 영역이 배열되어 이루어지는 하나의 열에 해당하는 입사 영상에 대해 좌측 및 우측 방향으로 통상 45도 경사진 상하분할용 미러를 가져서 영상 진행방향에서 좌측우측 및 좌측으로 하나씩 단위 영상검출부로 웨이퍼 단위 영역 영상에 대한 투사가 이루어지고, 열을 이루는 3개의 단위 영역에 대한 영상 가운데 나머지 하나는 반사 없이 진행하여 해당 단위 영상검출부에 투사된다. 단위 영상검출부는 통상 CMOS나 CCD와 같은 촬상소자로 이루어지고, 촬상소자는 다수의 행렬형태의 화소를 가진 화소부에 투사된 영상을 받아 디지탈 영상 신호로 만들어 컴퓨터와 같이 화상을 통해 반도체 소자의 에러를 검출할 수 있는 미도시된 화상처리장치 혹은 영상처리수단에 투입된다.

본 실시예에서 영상검출부는 레이저광의 매 주기마다 한 번의 촬상으로 취득할 수 있는 웨이퍼 상의 촬상 단위 면적(12')의 3×4 행렬에 해당하는 12개의 단위 영상검출부 혹은 12개의 단위 촬상소자(181)로 이루어진다.

영상검출부는 여기서 상하분할용 미러 유닛(171, 172, 173, 174)의 좌, 우측 및 후방에 각각 하나씩 나누어 분포된 단위 4M(메가)픽셀 용량의 씨모스(CMOS:complementary metal oxide semiconductor)형 촬상소자들로 이루어진다. 종래에 많이 사용하는 CCD형 촬상소자는 "1초당 획득(Grab) 할 수 있는 영상(이하, fps : frame per second)"이 대개 60 프레임 이하로 대면적 웨이퍼의 영상을 취득하기에는 영상 취득속도가 작았으나, 최근 출시되고 있는 4M 픽셀 이상의 CMOS 센서가 탑재된 카메라는 최근 촬상소자의 기술이 발달함에 따라 CMOS센서를 이용하여도 초당 240(Hz) 이상의 영상 프레임을 얻을 수 있다.

단위 씨모스형 촬상소자의 직사각형 화소부 주변부에는 외부로 영상 디지틀 신호를 전달하기 위한 리드선 및 회로부가 형성된다. 촬상소자에서 얻어진 영상 신호는 영상 처리를 통해 검사된 반도체 소자의 불량 여부를 판단하기 위하여 미도시된 영상처리수단으로 입력된다.

영상처리수단은 통상 컴퓨터 시스템과 이 시스템 속에 포함된 영상처리 프로그램을 포함하여 이루어지며, 영상처리 프로그램은 일종의 이미지 프로세싱 프로그램으로 패턴을 미리 입력된 정상패턴과 비교하여 이상부위를 발견할 수 있도록 이루어진다.

영상처리수단은 영상검출부의 단위 촬상소자(181)에서 검출되는 영상을 받아 처리하는 다수의 단말기 및 이들 단말기에 처리된 영상을 취합하여 최종적으로 웨이퍼 결함 여부를 검출하는 마스터 단말기를 포함하여 구성된다.

각 단말기의 영상처리 속도가 낮으면, 더 빠른 검사를 위해 영상검출부의 단위 촬상소자에서 검출되는 영상을 복수 경로로 분배하여 각각 별도의 영상처리용 단말기로 보내도록 영상분배부가 더 구비될 수도 있다.

조명광을 이루는 레이저(40)의 펄스 주기와 웨이퍼 스테이지(20)에서의 웨이퍼(10) 이동 속도를 연동시켜, 웨이퍼(10)가 일정한 속도로 움직이면서도 다음번의 레이저 펄스 조명시에는 이미 찍은 촬상 영역의 폭만큼 x축으로 이동하여, 다음 촬상 영역이 정확히 촬상소자에 의해 찍히도록, 웨이퍼 스테이지(120)의 웨이퍼(110) 이동 속도를 조절하는 트리거신호 발생부(190)가 설치된다.

영상검출부의 영상디지틀 신호와 연계된 신호가 컴퓨터를 통해 혹은 단위 촬상소자로부터 직접 웨이퍼 스테이지를 운용하는 트리거신호 발생부(190)로 입력되어 웨이퍼의 이동속도 조절 및 레이저 펄스와 촬상의 동기화에 이용될 수 있다.

즉, 트리거신호 발생부(190)는 웨이퍼를 이송시키는 웨이퍼 스테이지(120)의 구동 신호와 조명광을 제공하는 레이저(130)의 제어 신호를 발생시켜 영상 검출부에 투영되는 촬상 영역이 겹치거나 누락되지 않도록 조절한다.

촬상소자는, 별도의 신호 없이 조명광이 웨이퍼 영역을 비추고, 웨이퍼 영상이 화소부에 입력되는 경우에 자동으로 촬상이 이루어지도록 준비될 수도 있지만, 조명과 동기화된 신호에 의해 신호가 올 때에만 촬상을 실시할 수도 있다. 가령, 트리거신호 발생부(190)는 웨이퍼 영상을 획득하기 위해 조명광을 제공하는 레이저(40)와 영상검출부로 캡션 제어 신호를 제공하여 준다.

따라서, 검사 위치가 맵핑(mapping)되어 있는 위치 데이터가 하위의 스테이지 제어 장치에 저장되고, 저장된 맵핑 데이터는 해당 위치에 도달하면 영상 촬상과 조명부의 조명광 점등을 위한 트리거신호를 발생시킨다. 발생된 트리거신호는 트리거신호 발생부에서 조명과 영상 취득을 위한 정확한 동기신호가 발생되도록 구성하여 영상 획득 신호와 조명 발생 신호를 구분하여 출력할 수 있다.

레이저 펄스 조명광의 세기는 매우 크지만 펄스 조명광이 지속되는 시간은 매우 짧아 이 조명광이 비추는 시간 동안 웨이퍼는 정지된 것이나 다름없고, 촬상된 웨이퍼 영상도 정지된 웨이퍼를 찍은 영상과 거의 차이가 없다.

중심각 120도로 이격되어 배열된 3 개의 다크필드 시스템에서는 트리거신호를 받아 발생한 레이저 빔을 분배기를 통해 분배받아 광 조사 영역에 조사한다.

웨이퍼 진행 속도에 레이저 펄스광 주기를 곱한 거리가 한번에 촬상되는 촬상 영역의 폭 (가령 4열의 폭)과 같으면 촬상 영상은 웨이퍼 상에 겹치는 영역이나 누락되는 영역 없이 웨이퍼 전체를 나타낼 수 있다.

본 발명에서 개별 영상 센서는 CCD나 CMOS 형의 단위 촬상소자로 이루어질 수 있고, 분할된 웨이퍼 영상을 직접 받는 화소부가 통상은 직사각형으로 이루어지고, 이 화소부 주변부에는 전기 신호를 주거나 인출하기 위한 리드선과 필요에 따라서는 처리 회로 일부가 포함될 수도 있는 리드선 형성부가 구비된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 여기서 도시되고 설명된 구성 형태에 한정되는 것이 아니며, 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

조명장치에서 광을 발생시켜 웨이퍼 상의 영역에 조사하고 반사된 빛에 의해 이루어지는 웨이퍼 영상을 분석하여 불량을 검출하는 웨이퍼 영상 검사 장치에 있어서,
상기 조명장치는 상기 웨이퍼 상의 동일 영역에 대해 서로 다른 복수 개의 광을 서로 다른 복수 방향에서 비출 수 있도록 설치되며,
상기 웨이퍼 영상을 획득하여 후방으로 투사하기 위해 웨이퍼에 마주하게 설치된 렌즈부,
상기 웨이퍼를 파지하고 이동시키는 웨이퍼 이동 스테이지,
상기 광은 펄스광이며 상기 웨이퍼가 상기 펄스광에 노출되는 위치인 영상 검출 위치를 상기 펄스광의 펄스 발생 주기와 연관시키도록 상기 웨이퍼 이동 스테이지의 이송 속도를 제어하는 신호 발생부,
복수의 단위 촬상소자를 통해 촬상된 웨이퍼 영상을 처리하여 웨이퍼 결함 여부를 검출하는 영상처리수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항에 있어서
상기 조명장치는 광원인 레이저, 상기 레이저에서 나온 광을 복수 경로로 분할하기 위한 광분할기, 분할된 광을 유도하기 위해 광케이블을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 광은 펄스광이며 상기 펄스광이 동시에 같은 영역을 비추도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 광은 순차적으로 같은 영역을 비추도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 광은 모두가 서로 다른 파장을 가지는 광이거나 같은 파장의 코히어런트 광인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 광은 상기 웨이퍼 위쪽에서 볼 때 상기 웨이퍼 상의 영역을 중심으로 중심각 120도씩 이격된 세 곳에서 조사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광을 상기 웨이퍼에 조사한 후 반사되는 웨이퍼 영상을 투과 및 반사시켜 얻은 두 개의 제1 분할 영상을 서로 다른 방향으로 진행시키는 빔 스플리터;
상기 빔스플리터를 통해 얻은 각각의 상기 제1 분할 영상을 폭방향으로 분할하여 제2 분할 영상을 이루고, 상기 제2 분할 영상이 서로 다른 방향으로 투사되도록, 서로 이격되고 서로 다른 방향을 향하도록 설치된 2개의 개별 미러(separated mirrors)를 구비하여 이루어지는 폭분할용 미러 유닛;
상기 폭분할용 미러 유닛 다음 단계에서는 상기 개별 미러에서 반사된 제2 분할 영상을 획득하여 상하방향을 따라 영역을 분할하여 영상검출부로 투사하기 위해 상기 제2 분할 영상이 입사하는 방향을 향하여 측방으로 경사진 반사면 적어도 하나가 설치되는 상하분할용 미러 유닛이 구비되는 웨이퍼 영상 검사 장치.