KR102350549B1 - 웨이퍼 결함 검사 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 결함 검사 장치는 웨이퍼를 지지하며, 제1 수평 방향으로 왕복 이동가능하도록 구비되는 스테이지와, 상기 스테이지의 상방에 상기 제1 수평 방향과 수직하는 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 웨이퍼의 지름보다 긴 바 타입의 명시야 조명광을 상기 웨이퍼로 조사하는 명시야 조명기와, 상기 스테이지의 상방에 상기 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 웨이퍼의 지름보다 긴 바 타입의 암시야 조명광을 상기 웨이퍼로 조사하는 암시야 조명기와, 상기 스테이지의 상방에 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 웨이퍼의 명시야 이미지를 획득하고, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 웨이퍼의 암시야 이미지를 획득하는 카메라 및 상기 카메라에서 획득되는 상기 웨이퍼의 명시야 이미지와 암시야 이미지를 이미지 매칭하며, 상기 매칭된 이미지로부터 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출하는 이미지 프로세서를 포함한다. 따라서, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치는 상기 웨이퍼의 결함을 신속하고 정확하게 검사할 수 있다.

Description

웨이퍼 결함 검사 장치{Apparatus for inspecting defects of a substrate}

본 발명은 웨이퍼 결함 검사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 존재하는 결함을 카메라를 이용하여 검사하는 웨이퍼 결함 검사 장치에 관한 것이다.

반도체 소자(semiconductor device)의 집적도가 증가함에 따라 결함의 일종인 파티클(particle), 보이드(void), 디스로케이션(dislocation), 적층 결함(stacking fault), 계면 결함(interface fault), 변색(discolor) 등의 결함이 상기 반도체 소자의 전기적 특성과 성능을 좌우하는 중요한 요소가 된다.

따라서, 상기 반도체 소자의 제조 공정 중 웨이퍼 결함 검사 장치를 이용하여 웨이퍼에 대한 결함을 반복적으로 검사한다. 상기 웨이퍼 결함 검사 장치는 상기 웨이퍼로 광을 조사하고, 상기 웨이퍼의 표면에서 산란되는 광 성분을 분석함으로서 결함의 존재여부와 결함의 종류를 검사한다.

종래 기술에 따르면, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치는 명시야 조명과 암시야 조명 중 어느 하나를 선택하여 상기 웨이퍼의 결함을 검사한다.

상기 명시야 조명을 사용하는 경우, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치가 상기 웨이퍼의 파티클과 같은 결함은 정확하게 검출하지만 변색과 같은 결함은 검출하는데 한계가 있다. 상기 암시야 조명을 사용하는 경우, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치가 상기 웨이퍼의 변색과 같은 결함은 정확하게 검출하지만 파티클과 같은 결함은 검출하는데 한계가 있다.

따라서, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치에서 상기 명시야 조명과 암시야 조명 중 어느 하나만을 선택하여 상기 웨이퍼를 검사하는 경우, 상기 웨이퍼의 결함 검출의 정확성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치에서 상기 명시야 조명과 암시야 조명을 교대로 선택하여 상기 웨이퍼를 검사하는 경우, 상기 웨이퍼의 결함 검사에 소요되는 시간이 증가할 수 있다.

본 발명은 웨이퍼의 결함 검사에 소요되는 시간을 단축하면서 상기 웨이퍼의 결함 검사 정확도를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 결함 검사 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 장치는 웨이퍼를 지지하며, 제1 수평 방향으로 왕복 이동 가능하도록 구비되는 스테이지와, 상기 스테이지의 상방에 상기 제1 수평 방향과 수직하는 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 웨이퍼의 지름보다 긴 바 타입의 명시야 조명광을 상기 웨이퍼로 조사하는 명시야 조명기와, 상기 스테이지의 상방에 상기 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 웨이퍼의 지름보다 긴 바 타입의 암시야 조명광을 상기 웨이퍼로 조사하는 암시야 조명기 및 상기 스테이지의 상방에 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 웨이퍼의 명시야 이미지를 획득하고, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 웨이퍼의 암시야 이미지를 획득하는 카메라를 포함할 수 있다.

본 발명에 일 실시예들에 따르면, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치는 상기 카메라에서 획득되는 상기 웨이퍼의 명시야 이미지와 암시야 이미지를 이미지 매칭하며, 상기 매칭된 이미지로부터 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출하는 이미지 프로세서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 명시야 조명기는, 백색 광, 녹색 광, 적색 광을 각각 조사하는 광원들과, 상기 광원들로부터 조사된 광을 상기 웨이퍼 상으로 반사시키기 위한 하프 미러들과, 상기 미러들에 의해 반사된 광을 집중시키는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈에 의해 집중된 광에서 청색 광을 필터링하여 제거하는 광 필터를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 암시야 조명기는, 백색광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 조사된 광을 집중시키는 집광 렌즈 및 상기 집광 렌즈에 의해 집중된 광에서 일정 파장만 선택적으로 투과시키는 파장 필터를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 장치는 스테이지가 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 웨이퍼의 명시야 이미지를 획득하고, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 웨이퍼의 암시야 이미지를 획득할 수 있다. 상기 스테이지가 왕복하는 동안 상기 웨이퍼의 명시야 이미지 및 암시야 이미지를 획득하므로, 상기 웨이퍼의 명시야 이미지 및 암시야 이미지의 획득에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치는 상기 웨이퍼의 명시야 이미지와 암시야 이미지를 이미지 매칭하며, 상기 매칭된 이미지로부터 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출한다. 따라서, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치의 결함 검출 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 결함 검사 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 결함 검사 장치를 설명하기 위한 측면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 결함 검사 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 결함 검사 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 결함 검사 장치를 설명하기 위한 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 웨이퍼 결함 검사 장치(100)는 스테이지(110), 명시야 조명기(120), 암시야 조명기(130), 카메라(140) 및 이미지 프로세서(150)를 포함한다.

스테이지(110)는 대략 평판 형태를 가지며, 웨이퍼(10)를 지지한다. 또한, 스테이지(110)는 제1 수평 방향으로 왕복 이동가능하도록 구비된다. 예를 들면, 스테이지(110)는 별도의 구동부에 의해 왕복 이동할 수 있다.

명시야 조명기(120)는 스테이지(110)의 상방에 상기 제1 수평 방향과 수직하는 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비된다. 명시야 조명기(120)는 바 형태를 가지며, 명시야 조명기(120)의 길이는 웨이퍼(10)의 지름과 같거나 길 수 있다. 따라서, 명시야 조명기(120)는 웨이퍼(10)의 지름과 같거나 긴 바 타입의 명시야 조명광을 웨이퍼(10)로 조사할 수 있다.

또한, 명시야 조명기(120)는 상기 명시야 조명광을 선택적으로 조사할 수 있다. 예를 들면, 명시야 조명기(120)는 스테이지(110)가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 명시야 조명광을 웨이퍼(10)로 조사할 수 있다.

구체적으로, 명시야 조명기(120)는 광원들(122), 하프 미러들(124), 집광 렌즈(126) 및 광 필터(128)를 포함한다.

광원들(122)은 백색 광원, 녹색 광원 및 적색 광원을 포함하며, 각각 백색 광, 녹색 광 및 적색 광을 조사한다. 광원들(122)은 백색 광, 녹색 광 및 적색 광을 선택적으로 조사한다. 예를 들면, 광원들(122)은 상기 백색 광, 녹색 광 및 적색 광을 하나씩 조사할 수도 있고, 상기 백색 광, 녹색 광 및 적색 광 중 적어도 두 개를 동시에 조사할 수도 있다.

한편, 청색 광은 파장이 커 반도체 소자 제조 공정에서 포토레지스트를 손상시킬 수 있으므로, 광원들(122)에 청색 광원을 포함되지 않는다.

하프 미러들(124)은 광원들(122)로부터 조사된 광이 웨이퍼(10)를 향하도록 을 상기 광을 반사시킨다.

집광 렌즈(126)는 미러들(124)에 의해 반사된 광을 집속시킨다.

광 필터(128)는 집광 렌즈(126)의 후단에 배치되며, 집광 렌즈(126)에 의해 집속된 광에서 청색 광을 선택적으로 차단한다. 광원들(122)에 상기 청색 광원이 포함되지는 않지만, 광원들(122)에서 상기 백색 광, 녹색 광 및 적색 광 중 적어도 두 개를 동시에 조사하는 경우, 상기 광들이 중첩되면서 상기 청색 광이 생성될 수 있다. 따라서, 광 필터(128)를 이용하여 상기 청색 광을 선택적으로 차단함으로써 상기 집속된 광에 의해 웨이퍼(10)의 포토레지스트가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

암시야 조명기(130)는 스테이지(110)의 상방에 상기 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비된다. 암시야 조명기(130)는 한 쌍이 구비될 수 있다. 이때, 암시야 조명기(130)는 명시야 조명기(120)에서 조사되는 명시야 조명광의 경로를 제외한 위치에 배치된다. 암시야 조명기(130)는 바 형태를 가지며, 암시야 조명기(130)의 길이는 웨이퍼(10)의 지름과 같거나 길 수 있다. 따라서, 암시야 조명기(130)는 웨이퍼(10)의 지름과 같거나 긴 바 타입의 암시야 조명광을 웨이퍼(10)로 조사할 수 있다.

암시야 조명기(130)는 웨이퍼(10)의 표면에 대해 약 3 내지 85 도의 각도로 암시야 조명광을 조사할 수 있다. 암시야 조명기(130)의 암시야 조명광 조사 각도는 검출하고자 하는 결함의 종류에 따라 조절될 수 있다.

또한, 암시야 조명기(130)는 상기 암시야 조명광을 선택적으로 조사할 수 있다. 예를 들면, 암시야 조명기(130)는 스테이지(110)가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 암시야 조명광을 웨이퍼(10)로 조사할 수 있다.

스테이지(110)가 상기 제1 수평 방향으로 전진한 후 후진하는 동안 상기 명시야 조명광과 상기 암시야 조명광이 교대로 웨이퍼(10)로 조사될 수 있다. 따라서, 명시야 조명기(120)와 암시야 조명기(130)를 연속적으로 사용할 수 있으므로, 명시야 조명기(120)와 암시야 조명기(130)의 활용도를 높일 수 있다.

구체적으로, 암시야 조명기(130)는 광원(132), 집광 렌즈(134) 및 파장 필터(136)를 포함한다.

광원(132)은 백색 광원을 포함하며, 백색 광을 조사한다. 광원(132)의 예로는 백색 LED를 들 수 있다.

집광 렌즈(134)는 광원(132)에서 조사된 광을 집속시킨다.

파장 필터(136)는 집광 렌즈(134)의 후단에 배치되며, 집광 렌즈(134)에 의해 집속된 광에서 상기 암시야 조명광에 필요한 파장 대역의 광만을 선택적으로 투과시킨다. 예를 들면, 파장 필터(136)는 약 600nm 내지 700 nm의 파장을 갖는 광만을 투과시킬 수 있다. 바람직하게는, 파장 필터(136)는 약 650nm 내지 700 nm의 파장을 갖는 광만을 투과시킬 수 있다.

카메라(140)는 스테이지(110)의 상방에 배치된다. 구체적으로, 카메라(140)는 명시야 조명기(120) 및 암시야 조명기(130)의 상방에 배치된다. 카메라(140)는 명시야 조명광 또는 상기 암시야 조명광이 조사된 웨이퍼(10)의 표면을 촬영하여 웨이퍼(10)의 이미지를 획득한다. 이때, 스테이지(110)가 상기 제1 수평 방향을 따라 왕복 이동하므로, 카메라(140)로 웨이퍼(10)의 전체 이미지를 획득할 수 있다.

구체적으로, 스테이지(110)가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 명시야 조명기(120)에서 명시야 조명광이 조사되므로, 웨이퍼(10)의 전체 영역에 대한 명시야 이미지를 획득할 수 있다. 스테이지(110)가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 암시야 조명기(130)에서 상기 암시야 조명광이 조사되므로, 웨이퍼(10)의 전체 영역에 대한 암시야 이미지를 획득할 수 있다.

스테이지(110)가 왕복하는 동안 카메라(140)가 웨이퍼(10)의 명시야 이미지 및 암시야 이미지를 획득할 수 있으므로, 웨이퍼(10)의 명시야 이미지 및 암시야 이미지를 신속하게 획득할 수 있다.

이미지 프로세서(150)는 카메라(140)와 연결되며, 카메라(140)로부터 웨이퍼(10)의 명시야 이미지 및 암시야 이미지를 전달받는다. 이미지 프로세서(150)는 전달받은 웨이퍼(10)의 명시야 이미지와 암시야 이미지를 이미지 매칭하여 하나의 이미지로 형성한다.

이미지 프로세서(150)는 매칭된 이미지를 기 설정된 기준 이미지와 비교하여 상기 매칭된 이미지로부터 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출한다. 상기 명시야 이미지로부터 명시야성 결함을 검출하고, 상기 암시야 이미지로부터 상기 암시야성 결함을 검출하는 것이 아니라, 상기 매칭된 이미지에서 상기 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출하므로, 상기 이미지로부터 결함을 검출하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

또한, 이미지 프로세서(150)는 상기 매칭 이미지로부터 상기 명시야성 결함뿐만 아니라 상기 암시야성 결함을 같이 검출할 수 있으므로, 웨이퍼(10)의 결함을 보다 정확하게 검출할 수 있다.

상기와 같이 웨이퍼 결함 검사 장치(100)는 스테이지(110)를 왕복 이동시키면서 상기 명시야 조명과 상기 암시야 조명을 교대로 조사하여 상기 명시야 이미지와 상기 암시야 이미지를 신속하게 획득할 수 있다. 또한, 웨이퍼 결함 검사 장치(100)는 상기 매칭 이미지를 이용하여 상기 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출하므로, 상기 결함 검출에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 상기 결함 검출의 정확도를 향상시킬 수 있다.

따라서, 웨이퍼 결함 검사 장치(100)를 이용하여 웨이퍼(10)를 검사하는 경우, 웨이퍼(10)의 결함 검출을 신속하고 정확하게 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 검사 장치는 명시야 이미지와 암시야 이미지를 신속하게 획득하고, 상기 명시야 이미지와 상기 암시야 이미지가 매칭된 매칭 이미지에서 상기 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출하므로, 상기 결함 검출에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 상기 결함 검출의 정확도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 웨이퍼 결함 검사 장치의 성능과 정확도를 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 웨이퍼 결함 검사 장치 110 : 스테이지
120 : 명시야 조명기 130 : 암시야 조명기
140 : 카메라 150 : 이미지 프로세서
10 : 웨이퍼

Claims (4)

1. 웨이퍼를 지지하며, 제1 수평 방향으로 왕복 이동가능하도록 구비되는 스테이지;
   상기 스테이지의 상방에 상기 제1 수평 방향과 수직하는 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 웨이퍼의 지름보다 긴 바 타입의 명시야 조명광을 상기 웨이퍼로 조사하는 명시야 조명기;
   상기 스테이지의 상방에 상기 제2 수평 방향으로 연장하도록 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 웨이퍼의 지름보다 긴 바 타입의 암시야 조명광을 상기 웨이퍼로 조사하는 암시야 조명기; 및
   상기 스테이지의 상방에 구비되며, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 전진할 때 상기 웨이퍼의 명시야 이미지를 획득하고, 상기 스테이지가 상기 제1 수평 방향을 따라 후진할 때 상기 웨이퍼의 암시야 이미지를 획득하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 카메라에서 획득되는 상기 웨이퍼의 명시야 이미지와 암시야 이미지를 이미지 매칭하여 하나의 이미지를 형성하며, 상기 하나의 이미지로부터 명시야성 결함과 암시야성 결함을 동시에 검출하는 이미지 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검사 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 명시야 조명기는
   백색 광, 녹색 광, 적색 광을 각각 조사하는 광원들;
   상기 광원들로부터 조사된 광을 상기 웨이퍼 상으로 반사시키기 위한 하프 미러들;
   상기 미러들에 의해 반사된 광을 집중시키는 집광 렌즈;
   상기 집광 렌즈에 의해 집중된 광에서 청색 광을 필터링하여 제거하는 광 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검사 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 암시야 조명기는,
   백색 광을 조사하는 광원;
   상기 광원에서 조사된 광을 집중시키는 집광 렌즈; 및
   상기 집광 렌즈에 의해 집중된 광에서 일정 파장만 선택적으로 투과시키는 파장 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 결함 검사 장치.

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