KR101391837B1 - 웨이퍼의 워프(Ｗａｒｐ) 인스펙션 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치에 관한 것으로, 광을 출사하는 광원, 상기 광원에서 출사되는 광을 측정 대상물 방향으로 반사시키는 빔스플리터, 상기 빔스플리터를 통해 반사된 광을 측정 대상물에 조사되도록 다수의 측정광으로 분할하는 제 1어레이 렌즈, 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 표면에 조사된 측정광이 반사되어 상기 빔스플리터를 투과하여 입사되면 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 분할된 다수의 측정광에 대응하도록 다시 분할한 후 각 측정광에 따른 특성을 검출하는 상기 검출부, 상기 검출부에서 검출된 각 측정광의 특성을 검출하여 측정 대상물 표면 영상을 처리하는 영상처리부 및 측정 대상물에 수직하게 측정광을 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 대면적으로 측정값을 조사하고, 면적에 대응하게 멀티 레이어 공초점 렌즈를 통해 높이 정보값을 획득함에 따라 고속으로 정보를 수집할 수 있는 효과가 있다.

Description

웨이퍼의 워프(Ｗａｒｐ) 인스펙션 장치{Inspection apparatus of wafer warp}

본 발명은 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 웨이퍼의 변형을 측정할 때 웨이퍼 면적에 따라 대면적으로 고속 측정하여 웨이퍼 워프를 신속하게 측정할 수 있는 검사장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼(Wafer)는 열과 압력 등에 의해서 변형되어 있다. 변형은 검사기에서 검사를 수행함에 있어서 ROI위치 변환을 만들며, 따라서 완전한 검사를 수행하는 데 있어서 많은 문제점을 일으킨다.

이러한 문제점은 레이저 혹은 스테레오 비젼 시스템을 통해서 높이에 대한 정확한 측정을 필요로 한다. 가장 이상적인(Ideal) 측정(Measuring)은 웨이퍼(wafer)의 모든 면에 대해서 높이를 측정하는 것이라 할 수 있으나, 현실적으로 정확한 포인트를 찾기가 불가능하다. 따라서 높이를 측정하고자 할 경우에는 웨이퍼를 보다 대면적으로 측정하여 분해능(resolution)을 향상시킬 수 있는 방법이 있으나, 대면적 검출 시스템의 경우 비교적 측정시간이 길어지는 단점이 발생하게 된다.

따라서, 웨이퍼의 워프(Wrap)를 검사하기 위하여 대면적 검출을 구현함과 동시에 검사시간을 최소화시키면서 검사를 수행할 수 있는 워프 인스펙션 시스템 개발이 필요한 실정이다.

KR 10-2005-0039062호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 멀티 레이저 공초점 측정 시스템을 이용하여 대면적으로 웨이퍼 기판의 워프(warp)를 신속하게 검출할 수 있는 인스펜션 장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광을 출사하는 광원, 상기 광원에서 출사되는 광을 측정 대상물 방향으로 반사시키는 빔스플리터, 상기 빔스플리터를 통해 반사된 광을 측정 대상물에 조사되도록 다수의 측정광으로 분할하는 제 1어레이 렌즈, 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 표면에 조사된 측정광이 반사되어 상기 빔스플리터를 투과하여 입사되면 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 분할된 다수의 측정광에 대응하도록 다시 분할한 후 각 측정광에 따른 특성을 검출하는 상기 검출부, 상기 검출부에서 검출된 각 측정광의 특성을 검출하여 측정 대상물 표면 영상을 처리하는 영상처리부 및 측정 대상물에 수직하게 측정광을 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검출부는, 상기 빔스플리터를 투과하는 측정광을 다수의 측정광으로 분리하는 제 2어레이 렌즈, 상기 제 2어레이 렌즈를 투과한 각 측정광을 투과시키는 다수의 핀홀이 구비된 핀홀유닛 및 상기 핀홀유닛을 통과하는 측정광을 검출하는 디텍터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검출부는, 상기 측정광의 세기를 검출하는 공초점(confocal) 방식으로 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검출부는, 상기 측정광의 세기를 검출하는 공초점(confocal) 방식으로 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1어레이 렌즈 선단으로는 4배율 확대 렌즈를 더 포함하여 구성되고, 측정광을 웨이퍼 표면에 확대시켜 조사함으로써 확대 광을 조사하여 검출 영역을 확장시켜 웨이퍼의 워프를 검사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1어레이 렌즈 선단으로는 4배율 확대 렌즈를 더 포함하여 구성되고, 측정광을 웨이퍼 표면에 확대시켜 조사함으로써 확대 광을 조사하여 검출 영역을 확장시켜 웨이퍼의 워프를 검사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 빔스플리터, 제 1어레이 렌즈, 검출부, 영상처리부 및 구동부가 복수개 구비되고, 광원에서 조사하는 하나의 광을 통해 복수개의 측정광을 생성하여 웨이퍼를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원은, 적어도 2개 이상의 광원과, 상기 광원에서 광을 전달받아 일측 방향으로 집광 출력시키는 프리즘 및 각각의 상기 광원 후단에 구비되고, 상기 프리즘을 통해 반사되는 각각의 광원에서 출력된 광을 반사시키는 반사미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 웨이퍼의 워프(wrap)를 대면적으로 검사하기 위한 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치에 있어서, 광을 출사하는 광원, 상기 광원에서 출사되는 광을 측정 대상물 방향으로 반사시키는 빔스플리터, 상기 빔스플리터를 통해 반사된 광을 측정 대상물에 조사되도록 다수의 측정광으로 분할하는 제 1어레이 렌즈, 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 표면에 조사된 측정광이 반사되어 상기 빔스플리터를 투과하여 입사되면 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 분할된 다수의 측정광에 대응하도록 다시 분할한 후 각 측정광에 따른 특성을 검출하는 상기 검출부, 상기 검출부에서 검출된 각 측정광의 특성을 검출하여 측정 대상물 표면 영상을 처리하는 영상처리부 및 측정 대상물에 수직하게 측정광을 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영상처리부는, 디텍터에서 검출되는 광세기값과 구동부가 구동시킨 값을 비교하여 웨이퍼의 포인트별 광세기를 최종적으로 검출한 후 검출 결과값을 통해 웨이퍼의 워프 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 웨이퍼의 높이를 측정을 통해 웨이퍼의 워프(Warp) 정보를 정밀하게 검사할 수 있으며, 배율 렌즈를 적용하여 대면적 검출이 가능한 검사를 제공할 수 있는 장점이 있다.

더불어, 본 발명은 멀티 어레이 렌즈를 적용한 공초점 검사 시스템을 도입함에 따라 고속 측정이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼의 워프 인스펙션 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 인스펙션 장치에서 검사 영역을 4배로 확대한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 멀티 어레이 렌즈를 이용한 표면형상 측정장치의 광세기에 따른 측정값을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로 복수의 시스템을 구현하여 대면적 측정을 구현하고자 하는 인스펙션 장치의 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 광 증폭 광원 모듈을 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치는, 광을 출사하는 광원, 상기 광원에서 출사되는 광을 측정 대상물 방향으로 반사시키는 빔스플리터, 상기 빔스플리터를 통해 반사된 광을 측정 대상물에 조사되도록 다수의 측정광으로 분할하는 제 1어레이 렌즈, 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 표면에 조사된 측정광이 반사되어 상기 빔스플리터를 투과하여 입사되면 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 분할된 다수의 측정광에 대응하도록 다시 분할한 후 각 측정광에 따른 특성을 검출하는 상기 검출부, 상기 검출부에서 검출된 각 측정광의 특성을 검출하여 측정 대상물 표면 영상을 처리하는 영상처리부 및 측정 대상물에 수직하게 측정광을 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 멀티 포인트 어레이 공초점(confocal) 레이저를 이용한 웨이퍼의 워프 검사장치를 제공한다. 레이저를 이용함으로써 스테레오 비젼을 통해서 측정되어 지는 높이에 대한 여러 문제점들을 극복하고 안정적인 높이 데이터를 얻어서 웨이퍼(wafer) 휘어짐(warp)에 대한 정확한 정보를 얻었다. 또한 효율적인 보간법을 이용하여 웨이퍼의 일부분만을 이용하여 웨이퍼 전체에 대한 정확한 높이 예측을 했으며 이것은 카메라 캘리브레이션(Camera Calibration)을 통한 보정에서 1픽셀 이내의 정밀한 ROI설정이 이루어지게 된다. 그리고 CCD 레이저 시스템(CCD Laser System)는 정밀한 측정이 가능한 장점을 가지고 있지만, 그로 인한 처리시간의 느림이라는 단점을 가지고 있다. 따라서 빠른 레이저 스캔 시간을 위한 측정 포인터의 개수를 시간을 고려하여 최적화시켰다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 워프의 인스펙션 장치의 개략적인 구성도이다.

본 발명은 크게 광원(100), 빔스플리터(110), 제 1어레이 렌즈(120) 및 검출부(130)를 포함하여 구성되고, 제 1어레이 렌즈를 통해 다수의 측정광으로 분할하여 대면적으로 표면에 측정광을 조사하고, 돌아오는 다수의 측정광을 각각 검출하여 표면 형상을 측정한다.

광원(100)은 LED 소자를 이용한 광원, 할로겐 네온을 이용한 광원, 백색광 광원 등 다양한 광학 소자를 통해 측정에 필요한 광을 출사할 수 있는 광원이다.

상기 광원에서 출사되는 광은 광학계를 구성하는 빔스플리터(110)로 입사되고, 상기 빔스플리터는 일부 광을 반사시켜 측정대상물 방향으로 출사시킨다. 본 발명에서는 광학계 구성에 있어 개략적으로 하나의 빔스플리터를 통해 광원에서 출사되는 광을 반사시켜 측정 대상물로 조사되도록 구성하였지만, 전체 시스템의 특성에 따라 광학계의 구성의 렌즈, 반사미러 등을 포함하여 다양하게 구성할 수 있다.

제 1어레이 렌즈(120)는 마이크로 오브젝트 어레이 렌즈(Micro object Array lens)로써 상기 빔스플리터에서 반사되는 광을 다수의 측정광, 즉 다수의 초점광을 분할하여 측정 대상물(200)에 조사하도록 한다. 따라서, 분할된 다수의 초점광을 통해 한 번에 대면적 표면형상을 측정할 수 있는 것이다. 상기 제 1어레이 렌즈는 다수의 측정광으로 분할할 수 있도록 볼록 형상의 렌즈가 나란히 일체로 형성된 구조로써 빔스플리터를 통해 입사되면 각 볼록 형상 렌즈에 의해 다수의 초점광을 측정 대상물에 조사하게 되는 것이다.

상기 제 1어레이 렌즈를 통해 측정 대상물에 입사된 광은 다시 반사되어 빔스플리터를 투과하여 측정광을 통해 형상을 검출하기 위한 검출부(130)로 입사된다. 상기 검출부는 빔스플리터를 투과한 광을 제 1어레이 렌즈를 통해 분할된 측정광과 대응하게 다시 분할한 후 각 측정광의 세기(intensity)를 통해 검출한다. 여기서 빔스플리터를 투과한 광은 하나의 튜브렌즈(121)를 통해 검출부로 입사시키는데, 앞서 언급한 바와 같이 광 전달을 위한 광학계 구성은 다양하게 변경될 수 있다.

이를 위해 상기 검출부는 제 1어레이 렌즈와 동일한 구조를 가지는 제 2어레이 렌즈(131), 상기 제 2어레이 렌즈를 투과하는 광의 초점을 검출하기 위해 다수의 핀홀이 형성된 핀홀유닛(132) 및 상기 핀홀유닛을 통과한 광의 세기를 검출하는 디텍터(미도시)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 상기 디텍터는 공초점(confocal) 방식으로 측정 대상물의 형상을 검출하는 것으로, 상기 핀홀유닛의 핀홀을 통과하는 측정광의 세기를 검출함으로써 표면 형상을 획득한다.

구동부(140)는 측정 대상물 형상을 획득하기 위한 측정광을 구동시키는 것으로, 형상 측정장치의 수직 구동을 통해 측정광의 세기 변화를 검출하도록 구동모터나 PZT 등의 구동 소자를 통해 당업자라면 용이하게 구현할 수 있는 구성이다.

영상처리부(150)는 상기 검출부에서 획득한 광 세기를 통해 표면 형상 획득한다. 상기 영상처리부는 디텍터에서 검출한 각 측정광에 해당하는 세기와 구동부의 이동값을 통해 표면 형상을 최종 획득한다.

또한, 본 발명에 따른 주요 기술적 요지로 측정광을 입사시키기 위해 튜브렌즈를 투과한 광은 배율렌즈(122)로 입사된다. 웨이퍼의 휨 현상이 워프를 검사하기 위해서는 대면적으로 측정하여 휨의 분해능을 보다 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 배율렌즈를 적용하여 대면적 영상을 획득할 수 있기 때문에 휨 분해능을 높일 수 있고 고속 촬영이 가능한 장점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 멀티 어레이 렌즈를 이용한 표면형상 측정장치의 광세기에 따른 측정값을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 구동값에 따라 각 위치에 해당하는 광의 세기를 디텍터(133)에 다르게 나타날 것이며, 이를 통해 형상이 검출된다. 표면이 동일한 높이를 가질 경우 특정 구동값에서 동일하게 광세기가 검출될 것이며, 높이차를 가질 경우 구동값에 따라 광세기가 다르게 나타난다. 영상처리부를 이러한 결과값을 통해 표면 형상을 검출하며, 단말기와 이를 해석하는 알고리즘으로 구성되는 소프트웨어를 통해 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로 복수의 시스템을 구현하여 대면적 측정을 구현하고자 하는 인스펙션 장치의 개략도이다. 도 4에 도시된 하나의 광원을 구성하고, 빔스플리터를 통해 두 개의 측정광을 생성한 다음 웨이퍼에 조사한다. 이때 웨이퍼의 전체 크기에 맞는 크기의 측정광을 구성하여 조사하고 두 개가 디텍터를 이용하여 검출함에 따라 보다 신속한 고속 측정이 가능한 장점이 있다.

도 5는 본 발명에 따른 광 증폭 광원 모듈을 도시한 도면이다. 광원(100)은 적어도 두개 이상의 광원이 필요로 하며, 본 발명에서는 복수개의 광원(100)을 이용하여 출력되는 광의 세기(intensity)를 최대한으로 출력하고자 한다. 따라서, 본 발명에서는 복수개의 광원을 구비하고, 각 광원에서 출력되는 광을 한쪽 방향으로 집광 출력하기 위한 프리즘(101)으로 구성된다. (a)의 경우 두 개의 광원이 프리즘 양쪽으로 구성되어 프리즘을 통해 한쪽 방향으로 반사되어 출력되게 된다. (b)의 경우는 세 개의 광원을 위치시킨 구성으로써 프리즘 세면쪽으로 광원을 배치하고 나머지 한면으로 광원이 출력되는 구조를 가지게 된다. 이때, 광원의 후단부로는 반사미러(102)를 더 포함하여 구성된다. 상기 반사미러는 반대방향의 광원에서 프리즘을 투과한 광을 다시 반사시켜 프리즘을 통해 광 출력 방향으로 손실광을 전반사하기 위한 구성이다. 따라서, 본 발명에 따른 인스펙션 장치의 경우 저 광원으로 세기가 높은 측정광을 구현할 수 있는 특징이 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 멀티 레이어 공초점 시스템을 통해 웨이퍼의 휨 현상 즉, 워프(Wrap)를 쉽게 검출할 수 있으며, 배율 렌즈를 적용하여 보다 대면적 촬영을 통해 영상을 획득하여 신속한 검출이 가능한 장점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 광원 110 : 빔스플리터
120 : 제 1어레이 렌즈 121 : 튜브렌즈
122 : 배율렌즈 130 : 검출부
131 : 제 2어레이 렌즈 132 : 핀홀유닛
133 : 디텍터 140 : 구동부
150 : 영상처리부

Claims (8)

1. 광을 출사하는 광원;
   상기 광원에서 출사되는 광을 측정 대상물 방향으로 반사시키는 빔스플리터;
   상기 빔스플리터를 통해 반사된 광을 측정 대상물에 조사되도록 다수의 측정광으로 분할하는 제 1어레이 렌즈;
   상기 제 1어레이 렌즈를 통해 표면에 조사된 측정광이 반사되어 상기 빔스플리터를 투과하여 입사되면 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 분할된 다수의 측정광에 대응하도록 다시 분할한 후 각 측정광에 따른 특성을 검출하는 검출부;
   상기 검출부에서 검출된 각 측정광의 특성을 검출하여 측정 대상물 표면 영상을 처리하는 영상처리부; 및
   측정 대상물에 수직하게 측정광을 구동시키는 구동부;를 포함하여 구성되는 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 검출부는,
   상기 빔스플리터를 투과하는 측정광을 다수의 측정광으로 분리하는 제 2어레이 렌즈;
   상기 제 2어레이 렌즈를 투과한 각 측정광을 투과시키는 다수의 핀홀이 구비된 핀홀유닛; 및
   상기 핀홀유닛을 통과하는 측정광을 검출하는 디텍터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 검출부는,
   상기 측정광의 세기를 검출하는 공초점(confocal) 방식으로 검출하는 것을 특징으로 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1어레이 렌즈 선단으로는 4배율 확대 렌즈를 더 포함하여 구성되고, 측정광을 웨이퍼 표면에 확대시켜 조사함으로써 확대 광을 조사하여 검출 영역을 확장시켜 웨이퍼의 워프를 검사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 빔스플리터, 제 1어레이 렌즈, 검출부, 영상처리부 및 구동부가 복수개 구비되고, 광원에서 조사하는 하나의 광을 통해 복수개의 측정광을 생성하여 웨이퍼를 측정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 광원은,
   적어도 2개 이상의 광원과,
   상기 광원에서 광을 전달받아 일측 방향으로 집광 출력시키는 프리즘; 및
   각각의 상기 광원 후단에 구비되고, 상기 프리즘을 통해 반사되는 각각의 광원에서 출력된 광을 반사시키는 반사미러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.
7. 웨이퍼의 워프(wrap)를 대면적으로 검사하기 위한 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치에 있어서,
   광을 출사하는 광원;
   상기 광원에서 출사되는 광을 측정 대상물 방향으로 반사시키는 빔스플리터;
   상기 빔스플리터를 통해 반사된 광을 측정 대상물에 조사되도록 다수의 측정광으로 분할하는 제 1어레이 렌즈;
   상기 제 1어레이 렌즈를 통해 표면에 조사된 측정광이 반사되어 상기 빔스플리터를 투과하여 입사되면 상기 제 1어레이 렌즈를 통해 분할된 다수의 측정광에 대응하도록 다시 분할한 후 각 측정광에 따른 특성을 검출하는 검출부;
   상기 검출부에서 검출된 각 측정광의 특성을 검출하여 측정 대상물 표면 영상을 처리하는 영상처리부; 및
   측정 대상물에 수직하게 측정광을 구동시키는 구동부;를 포함하여 구성되는 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 영상처리부는,
   디텍터에서 검출되는 광세기값과 구동부가 구동시킨 값을 비교하여 웨이퍼의 포인트별 광세기를 최종적으로 검출한 후 검출 결과값을 통해 웨이퍼의 워프 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 워프(Warp) 인스펙션 장치.

Images