KR101403469B1

KR101403469B1 - 이중 거울 방식을 이용한 웨이퍼 영상 검사 장치

Info

Publication number: KR101403469B1
Application number: KR1020130025286A
Authority: KR
Inventors: 박태훈
Original assignee: (주)넥스틴
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-06-03

Abstract

반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위해 웨이퍼 영상을 획득, 검사하는 웨이퍼 영상 검사 장치로서, 주기적으로 조명광을 발생시키는 조명부, 조명광을 검사 대상 웨이퍼에 조사한 후 반사되는 웨이퍼 영상을 투과 및 반사시켜 얻은 두 개의 제1 분할 영상을 서로 다른 방향으로 진행시키는 빔스플리터; 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 이중 거울을 구비하여 이루어지는 폭분할용 미러 유닛; 분할된 영상을 받아 영상 데이타 신호를 발생시키는 영상검출부;를 구비하여 이루어지는 웨이퍼 영상 검사 장치가 개시된다.
본 발명에 따르면 조명에 비추어져 발생한 웨이퍼 영상의 폭방향으로 분할하는 미러 유닛을 이루는 두 개의 미러를 서로 이격되어 별개로 방향을 조절할 수 있도록 형성함으로서 결과적으로 영상검출부가 분할된 웨이퍼 영상의 적정 영역과 정확하게 정렬되어, 정확한 검사를 하도록 하는 셋팅작업과 그 이후의 유지, 보수 작업을 용이하게 할 수 있도록 한다.

Description

이중 거울 방식을 이용한 웨이퍼 영상 검사 장치 {apparatus for examining pattern image of semiconductor wafer using separated mirror type image devider}

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.

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.

그런데, 영역센서형 웨이퍼 영상 검사 장치에서 현실적으로 복수의 단위 촬상소자를 서로 밀착시켜 배치하는 것은 어렵다. 가령, 각각의 촬상소자는 영상을 받는 화소영역 외에도 이들 화소영역에 맺힌 영상에 해당하는 정보 신호를 외부로 인출하기 위한 행, 열 별 리드선이 설치되어야 하고, 이런 리드선 설치를 위해 화소영역 주변에는 설치면적 혹은 설치공간이 필요하다. 이런 리드선 설치 공간을 고려할 때 다수 촬상소자의 화소영역을 빈틈없이 행렬로 배치한다는 것은 생각하기 어렵다.

따라서 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.

이런 방식으로 공간적으로 분할된 개별 촬상소자를 이용하면서 웨이퍼 유효 영역 전체에 걸쳐 촬상 및 영상 분석을 하고, 그에 의한 결함 검출이 이루어지는 웨이퍼 검사 장치는 네거브테크 리미티드에 의한 대한민국 특허등록 제1113602호에 개시되어 있으며 도1의 사시도는 이러한 종래의 웨이퍼 영상 검사 장치 개념을 나타내고 있다.

이런 장치에서는 초점표면을 형성하는 복수 개의 단위 촬상소자, 즉, 이차원 검출기(87a, 87c, 87d, 87e, 87f)와 이들 이차원 검출기 사이에서 초점표면의 이미지를 분할하도록 동작하는 적어도 하나의 광학요소(optic element)를 채용하고 있다.

실질적으로 이런 장치에서는 광학요소로서 유리판 형태의 빔 스플리터(69), 프리즘(71, 89a, 89b, 95), 거울 등을 사용하여 초점표면의 이미지를 분할하게 된다.

대한민국 특허공개 제2012-0085021호, 대한민국 등록특허 제1146922호, 대한민국 등록특허 제1127563호에도 위와 기본 구성이 유사하고, 어떤 형태이건 초점면의 이미지를 분할하도록 동작하는 광학요소가 채용되어 있다.

이런 이미지 분할용 광학요소를 설치하는 것은 전체 웨이퍼 영상 검사 장치의 구성을 복잡하게 하고, 구성 과정에서 광 경로가 길어지거나, 반사나 투과에서 영상의 밝기 혹은 세기가 줄어드는 문제가 있으며, 한편으로, 이런 문제에 더하여 공간적으로 분할 배치된 이차원 검출기에 웨이퍼 영상을 영역별로 분할, 공급하기 위해 웨이퍼 영상을 전달하는 경로를 이루는 광학요소의 정확한 배치가 필요하고, 이런 배치를 정확히 조절하기 위해 많은 시간과 노력이 필요하여 유지, 관리 비용이 증가하게 된다는 문제가 있다.

가령, 도1과 같은 네거브테크 리미티드의 등록특허에서는 빔 스플리터(69)에서 반사되거나 투과된 웨이퍼 부분에 대한 영상은 두 개의 반사면을 가진 두 개의 프리즘(75, 91)을 향하여 진행되고, 두 개의 프리즘(75, 91)은 두 개의 반사면을 이용하여 영상을 다시 폭방향으로 영역별로 분할하여 서로 다른 방향으로 진행하도록 하고, 이렇게 분할된 영상은 상하로 배열된 프리즘 조합(89a, 89b)에 의해 상하방향으로 영역별로 분할되어 CCD나 CMOS 같은 촬상소자로 이루어진 영상검출기에 검출된다.

그런데, 이런 구성에서는 빔 스플리터나 두 개의 프리즘(75, 91), 상하로 배열된 프리즘 조합같은 모든 광학요소들이 정확한 방향과 위치에 정렬되어 있어야 정확한 웨이퍼 부분 검출이 이루어질 수 있고, 사용중에 정렬이 흐트러지면 이를 바로잡기 위해 매우 세심한 노력이 필요하게 된다.

특히, 두 개의 프리즘(75, 91)의 각각은 정렬을 맞출 때 폭방향으로 분할되는 두 영상이 진행하는 방향 모두를 잘 맞추어야 하고 그 가운데 하나를 맞추어져도 다른 하나를 맞추는 과정에서 정렬이 다시 흐트러질 수 있으므로 매우 많은 노력이 필요한 문제가 있었다.

대한민국 특허등록 제1113602호 대한민국 특허공개 제2012-0085021호 대한민국 특허등록 제1146922호 대한민국 특허등록 제1127563호

본 발명은 위에서 언급한 기존의 웨이퍼 영상 검사 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수 개의 단위 촬상소자를 조합하여 검사 대상 영역을 늘림으로써 전체적인 촬상 횟수 및 검사 시간을 작게 유지하면서, 빔스플리터에서 반사 및 투과를 통해 분리된 영상을 다시 폭방향으로 나누는 광학 요소가 정렬이 흐트러진 경우에도 짧은 시간 내에 정렬을 바로잡을 수 있는 웨이퍼 영상 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 빔스플리터에서 분할된 영상을 다시 폭방향으로 나눔에 있어서 투사된 영상이 마주치는 다음 단계의 광학요소와 손쉽게 정위치 정렬을 이룰 수 있는 구성을 가져서 전체 장치의 운용에 필요한 시간과 노력을 절약하고 유지, 관리 비용을 줄일 수 있는 웨이퍼 영상 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위해 웨이퍼 영상을 획득, 검사하는 웨이퍼 영상 검사 장치로서,

주기적으로 조명광을 발생시키는 조명부,

조명광을 검사 대상 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 이중 거울, 즉, 2개의 개별 미러(separated mirrors)를 구비하여 이루어지는 폭분할용 미러 유닛;

분할된 영상을 받아 영상 데이타 신호를 발생시키는 영상검출부를 구비하여 이루어진다.

본 발명에서 폭분할용 미러 유닛 다음 단계에서는 상기 이중 거울에서 반사된 제2 분할 영상을 획득하여 상하방향으로 영역을 분할하여 상기 영상검출부로 투사하기 위해 상기 제2 분할 영상이 입사하는 방향을 향하여 측방으로 경사진 반사면 적어도 하나가 설치되는 상하분할용 미러 유닛이 더 구비되는 것이 통상적이다.

이때, 영상검출부는 상하분할용 미러 유닛에서 상하방향으로 영역이 분할된 제3 분할 영상 각각을 검출하도록 대응하여 형성되는 단위 영상센서 혹은 단위 촬상 소자를 복수 개를 구비하여 이루어질 수 있다.

여기서 폭방향과 상하방향은 웨이퍼 면 내에서 서로 수직을 이루는 임의의 방향으로 설정할 수 있고, 가령, 스크라이브 라인의 방향으로 정할 수 있으며, 웨이퍼는 검사장치에서 폭방향 및 상하방향으로 평행이동하면서 검사가 이루어지는 것으로 한다.

이때, 상하분할용 미러 유닛은 경사진 프리즘과, 이런 프리즘이 없어서 영상이 그냥 통과하는 공간을 필요한 숫자로 조합하여 상하로 배열하여 블럭을 구성하고, 배열된 프리즘 일측면에는 반사층이 설치되어 미러의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.

가령, 반사가 일어나는 이 일측면(반사면)의 법선은 영상이 입사하는 방향과 45도 경사를 이루어 반사되는 방향은 입사하는 방향과 좌측 혹은 우측 측방으로 90도를 이루고, 프리즘이 없는 공간에서는 영상이 직진하도록 하고, 이 공간이나 반사면의 상하방향 거리 혹은 높이는 웨이퍼 단위 영역에 해당하는 영상의 높이와 일치시켜 상하방향을 따라 분할된 복수개의 제3 분할 영상은 각각이 단위 영상센서 혹은 단위 촬상소자의 화소부(촬상면)에 수직으로 입사되도록 이루어질 수 있다.

본 발명에서 각각의 폭분할용 미러 유닛을 이루는 이중 거울은 서로 이격되어 설치되므로 이중 거울 사이로 웨이퍼 일부 영역에 대한 영상이 지날 수 있기 때문에 이들 이중 거울에 의해 폭방향으로 분할되는 영상에 해당하는 웨이퍼 영역은 서로 인접한 영역이 아니고, 폭방향으로 한 열만큼 이격된 영역이 되는 것이 통상적이다.

가령, 폭방향으로 한번에 4 열에 해당하는 영역을 찍을 때, 제1 영역과 제3 영역이 하나의 폭분할용 미러 유닛으로 입사되고 분할되어 결국 영상검출부에 검출되고, 제2 영역과 제4 영역이 다른 폭분할용 미러 유닛으로 입사되고 분할되어 영상검출부에 검출된다.

본 발명에서 전체적인 웨이퍼 영상 검사 장치 내에는 검사 대상인 웨이퍼 면과 빔스플리터 사이에는 조명광을 검사 대상인 웨이퍼에 조사할 때 반사되는 웨이퍼 영상을 획득하여 후방으로 투사하기 위해 웨이퍼에 마주하게 설치된 렌즈부, 웨이퍼를 파지하고 이동시키는 웨이퍼 이동 스테이지, 웨이퍼가 조명광에 노출되는 위치인 영상 검출 위치를 상기 조명광의 펄스 발생 주기와 연관시키도록 웨이퍼 이동 스테이지의 이송 속도를 제어하는 신호 발생부; 복수의 단위 촬상소자를 통해 촬상된 웨이퍼 영상을 처리하여 웨이퍼 결함 여부를 검출하는 영상처리수단이 더 구비되는 것이 통상적이다.

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.

본 발명에 따르면 조명에 비추어져 발생한 웨이퍼 영상의 폭방향으로 분할하는 미러 유닛을 이루는 이중 거울 즉 두 개의 별개로 움직일 수 있는 거울을 서로 이격되어 방향을 조절할 수 있도록 형성함으로서 결과적으로 영상검출부가 분할된 웨이퍼 영상의 적정 영역과 정확하게 정렬되어, 정확한 검사를 하도록 하는 셋팅작업과 그 이후의 유지, 보수 작업을 용이하게 할 수 있도록 한다.

도1은 종래의 웨이퍼 영상 검사 장치 구성을 나타내는 구성도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 영상 검사 장치의 전체적 구성을 나타내는 구성개념도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 의해 검사되는 웨이퍼 촬상 영역을 나타내는 평면도,
도4는 본 발명의 일 실시예의 렌즈부를 통해 투사되는 웨이퍼 촬상 영역에 대한 이미지를 나타내는 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예의 상하분할용 미러 유닛 및 영상 검출부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

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

도2는 본 발명의 주요부 구성을 단순화하여 개념적으로 나타내는 구성개념도이다.

본 실시예를 통해 본 발명에 따른 웨이퍼 영상 검사 장치 구성을 살펴보면, 웨이퍼(10)는 웨이퍼 스테이지(20) 혹은 웨이퍼 이동 스테이지의 웨이퍼 고정척(21)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(10) 위치에서 촬상 대상 영역을 포함하도록 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.

여기서는 조명광의 광원으로는 레이저(30)가 사용된다. 이 레이저(30)에서는 일정 주기로 펄스 조명광이 발생하여 대상 영역을 비춘다. 가령 나란히 설치된 4개의 레이저(L1, L2, L3, L4)가 사용되면서 하나의 레이저가 대상 영역에 포함된 하나의 열을 비추어 결과적으로 한 주기(cycle) 내에서 4개의 서로 인접한 열을 비추게 된다.

하나의 레이저가 비추는 열에는 상하로 3개의 촬상 단위 영역이 존재한다. 물론, 이들 영역 위, 아래로도 웨이퍼(10)의 촬상 단위 영역이 존재하고 여기에도 레이저광에 비추어질 수도 있지만 이런 영역은 영상검출부에 영상이 전달될 때 영상검출부를 이루는 3개의 단위 촬상소자(81)의 화소면에 영상이 놓이지 않으므로 없는 것으로 취급할 수 있다.

물론 본 실시예와 달리 하나의 레이저가 웨이퍼 단위 영역이 3*4 행렬을 이루고 있는 촬상 대상 영역 전체를 비출 수도 있으며, 이런 경우에는 하나의 레이저만으로도 전체 조명광의 역할을 할 수 있다.

여기서 4개의 레이저(L1, L2, L3, L4)는 반드시 정확하게 동시에 웨이퍼(10)의 해당 열을 비출 필요는 없지만 웨이퍼(10)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.

그리고, 웨이퍼의 이동속도는 이들 레이저의 펄스 주기를 감안하여 이들 레이저 펄스가 비추는 영역에 놓이는 (영상검출부에거 검출되는 영역에 놓이는) 4개의 열이 다음번 레이저 펄스가 비출 때에는 모두 지나가고 다음 순번의 4개의 열이 놓이도록 정해져야 한다.

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(10) 표면에서 반사된 반사광이 주변 모든 방향으로 나가게 되고, 웨이퍼(10)의 해당 영역 후방에는 렌즈부(40)가 설치되어, 반사광에 포함된 웨이퍼의 촬상 대상 영역의 영상은 이 렌즈부(40)를 통해 렌즈부(40) 후방으로 투사된다.

도면상의 렌즈부(40)는 하나의 볼록렌즈로 이루어지지만 복수 개의 렌즈로 이루어질 수 있고, 렌즈부(40)는 한군데 모여진 것이 아니고 웨이퍼 부근과 촬상소자 부근의 두 부분에 나누어진 상태를 이룰 수도 있다.

거리상으로 렌즈부(40)는 통상 웨이퍼의 대상 영역을 확대하는 볼록렌즈의 역할을 하며, 렌즈중심과 대상영역의 거리를 조절하면 렌즈부(40) 후방으로 투사되는 영상은 렌즈부(40)와 영상검출부 사이의 거리와 상관없이 일정한 크기로 투사되도록 할 수 있다.

투사되는 촬상 대상 영역 영상은 빔스플리터(beam splitter:50)에 의해 반사광과 투과광으로 나누어진다. 물론 이때 영상은 폭이나 높이(상하) 방향으로 구역이 분할되는 것이 아니고 빔스플리터(50)의 반사도 및 투과도에 의해 광량이 줄어든 상태의 두 개의 전체 영역 영상으로 나누어진 것이다. 나누어진 반사광 및 투과광은 각각 폭분할용 미러 유닛(61a, 61b)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(61a)의 제1 미러(611) 및 제3 미러(613)에서는 웨이퍼의 촬상 대상 영역의 단위 영역들 가운데 제1 열(c1)과 제3 열(c3)에 해당하는 단위 영역들의 영상이 반사되어 상하분할용 제1 미러 유닛(71)과 상하분할용 제3 미러 유닛(73)으로 입사된다. 상하분할용 미러 유닛에서 상하 구역별로 분할된 영상은 각각의 단위 영상검출부 혹은 단위 촬상소자(81)로 투사된다. 이 과정에서 제2 열과 제4 열에 해당하는 영상도 폭분할용 미러 유닛(61a)의 이중 거울에서 각각 반사될 수 있지만 영상검출부의 단위 촬상소자(81)를 이루는 화소부 위에 맺어지지 않으므로 없는 것으로 취급될 수 있다.

한편, 투과광이 투영되는 폭분할용 제2 미러 유닛(61b)의 제2 미러(612) 및 제4 미러(614)에서는 웨이퍼의 촬상 대상 영역의 단위 영역들 가운데 제2열(c2) 및 제4열(c4)에 해당하는 단위 영역들의 영상이 반사되어 상하분할용 제2 미러 유닛(72)과 제4 미러 유닛(74)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(81)로 이루어진다.

영상검출부는 여기서 상하분할용 미러 유닛(71, 72, 73, 74)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 영상검출부(50)의 단위 촬상소자에서 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.

한편, 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(20)의 웨이퍼(10) 이동 속도를 조절하는 트리거신호 발생부(90)가 설치된다.

영상검출부의 영상디지틀 신호와 연계된 신호가 컴퓨터를 통해 혹은 단위 촬상소자로부터 직접 웨이퍼 스테이지를 운용하는 트리거신호 발생부(90)로 입력되어 웨이퍼의 이동속도 조절 및 레이저 펄스와 촬상의 동기화에 이용될 수 있다.

즉, 트리거신호 발생부(90)는 웨이퍼를 이송시키는 웨이퍼 스테이지(20)의 구동 신호와 조명광을 제공하는 레이저(40)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(90)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.

도3에는 웨이퍼(10) 상에 한번에 촬상되는, 단위 영역(12)들의 3×4 행렬로 이루어진 촬상 대상 영역이 표시되어 있다.

이 영역은 4개의 열(C1, C2, C3, C4)로 이루어지고, 각 열에는 3개의 단위 대상영역이 상하로 배열되어 있다.

레이저 광이 비추는 영상 검출 위치가 고정되고, 웨이퍼가 웨이퍼 스테이지에서 화살표로 나타난 것과 같이 x축 방향으로 이동한다면 다음 레이저 펄스가 웨이퍼에 조사될 때에는 도시된 4개의 열의 바로 왼쪽에 위치하는 4개의 열이 영상 검출 위치에 있게 된다.

이때, 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.

네 개의 나란히 배열된 레이저(L1, L2, L3, L4)는 동시에 트리거신호를 받아 광 조사 영역에 레이저 펄스를 조사한다.

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

도4는 렌즈부(40)를 통해 확인할 수 있는 웨이퍼의 대상 영역에 대한 영상이 나타나 있다.

단위 대상 영역에 대한 영상(12')이 표시되어 있고, 이 영상도 3×4 행렬을 이루고 있다. 이 3×4 행렬을 이루는 웨이퍼 영상은 렌즈부(40)를 거쳐서 빔스플리터(50)와 폭분할용 미러 유닛(61a, 61b)을 통해 각 열 별로 영상이 나누어지고, 상하분할용 미러 유닛(71, 72, 73, 74)을 통해 다시 행 별로 영상이 나뉘어 하나의 단위 촬상소자(81)에는 하나의 웨이퍼 상 단위 영역에 대한 영상이 비추어진다.

도5는 상하분할용 미러 유닛(71)에서 각 열의 영상이 상하로 분할되고 분할된 3개의 영상이 각각 단위 촬상소자(81) 혹은 단위 영상검출부에 투사되는 형태를 도시하고 있다. 각 열에서 제일 위쪽에 있는 단위 영역 영상을 왼쪽으로 방향을 바꾸도록 반사시키거나 제일 아래쪽에 있는 단위 영역 영상을 오른쪽으로 방향을을 바꾸도록 반사시키는 미러(mirror:71a, 71b)는 삼각 프리즘의 빗면에 반사층을 형성하여 이루어진다.

각 촬상소자는 자신에게 투영되는 영상을 그 영상을 나타내는 전자신호로 바꾸어주는 직사각형의 화소부의 주변에서 리드선과 일부 회로로 이루어지는 리드선 형성부를 구비한다.

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

반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위해 웨이퍼 영상을 획득하고 검사하는 웨이퍼 영상 검사 장치로서,
주기적으로 조명광을 발생시키는 조명부,
상기 조명광을 검사 대상 웨이퍼에 조사한 후 반사되는 웨이퍼 영상을 투과 및 반사시켜 얻은 두 개의 제1 분할 영상을 서로 다른 방향으로 진행시키는 빔스플리터;
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 반사면이 서로 다른 방향을 향하도록 설치된 이중 거울을 구비하여 이루어지는 폭분할용 미러 유닛;
분할된 영상을 받아 영상 데이타 신호를 발생시키는 영상검출부를 구비하여 이루어지는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 폭분할용 미러 유닛 다음 단계에서는 상기 이중 거울에서 반사된 제2 분할 영상을 획득하여 상하방향을 따라 영역을 분할하여 상기 영상검출부로 투사하기 위해 상기 제2 분할 영상이 입사하는 방향을 향하여 측방으로 경사진 반사면 적어도 하나가 설치되는 상하분할용 미러 유닛이 더 구비되고,
상기 영상검출부는 상기 상하분할용 미러 유닛에서 상하방향으로 영역이 분할된 제3 분할 영상 각각을 검출하도록 대응하여 형성되는 단위 촬상소자를 복수 개를 구비하여 이루어지며,
상기 폭분할용 미러 유닛을 이루는 상기 이중 거울에 의해 폭방향으로 분할되어 상기 영상검출부에 투입되는 영상 영역은 폭방향으로 적어도 한 검출단위만큼 이격된 영역이 되도록 상기 이중 거울이 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 이중 거울의 반사면은 3각 프리즘의 빗면에 반사층을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼의 표면과 상기 빔스플리터 사이에는 상기 조명광을 상기 웨이퍼의 표면에 조사할 때 반사되는 웨이퍼 영상을 획득하여 후방으로 투사하기 위해 웨이퍼에 마주하게 설치된 렌즈부,
상기 웨이퍼를 파지하고 이동시키는 웨이퍼 이동 스테이지,
상기 웨이퍼가 상기 조명광에 노출되는 위치인 영상 검출 위치를 상기 조명광의 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 더 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 영상 검사 장치.