KR102543182B1 - 웨이퍼 위치 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 웨이퍼가 안착되는 척; 상기 척의 상부에 배치되고, 상기 척의 주변 영역을 촬영하여 이미지를 생성하는 복수의 촬영부; 및 상기 복수의 촬영부에서 촬영된 각각의 이미지를 화상처리하여 상기 웨이퍼의 엣지를 검출하고, 상기 복수의 촬영부에서 촬영된 각각의 이미지에서 상기 웨이퍼의 엣지가 검출되면 상기 척에 상기 웨이퍼가 정상 정렬된 것으로 판별하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 위치 검사 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 위치 검사 장치{WAFER POSITION INSPECTING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 위치 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 칩의 제조공정에는 반도체 웨이퍼에 성막처리, 에칭처리, 및 열 처리 공정 등이 반복적으로 수행된다. 이러한 공정들이 수행된 반도체 웨이퍼는 반송장치를 통하여 후속 공정이 수행되는 챔버로 투입되게 된다. 반도체 웨이퍼는 로봇 암(arm)을 이용하여 챔버 내의 척(chuck)에 배치된 리프트 핀(lift pin) 상에 놓여지게 되며, 리프트 핀을 하강시킴으로써 반도체 웨이퍼를 척에 안착시킨다.
반도체 웨이퍼의 각 공정을 수행하기 위해서는, 반도체 웨이퍼가 척의 소정의 위치에 정확하게 안착되어야 하나, 로봇 암을 이용하여 웨이퍼를 척에 안착하는 과정에서 로봇 암 이나 리프트 핀의 진동 등에 의해 반도체 웨이퍼가 척의 소정의 영역에 안착되지 못하고 이탈하는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼가 이탈하는 문제가 발생하면, 반도체 웨이퍼를 처리하는 공정 중 불량이 발생할 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼를 열 처리하는 레이저 어닐링(laser annealing)과 같은 공정에서는, 반도체 웨이퍼가 배치되지 않은 영역에 레이저가 조사되어 제조장치가 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중의 하나는, 반도체 웨이퍼가 척의 소정의 위치에 안착되었는지를 확인할 수 있는 웨이퍼 위치 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 웨이퍼가 안착되는 척; 상기 척의 상부에 배치되고, 상기 척의 주변 영역을 촬영하여 이미지를 생성하는 복수의 촬영부; 및 상기 복수의 촬영부에서 촬영된 각각의 이미지를 화상처리하여 상기 웨이퍼의 엣지를 검출하고, 상기 복수의 촬영부에서 촬영된 각각의 이미지에서 상기 웨이퍼의 엣지가 검출되면 상기 척에 상기 웨이퍼가 정상 정렬된 것으로 판별하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 위치 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 웨이퍼 위치 검사 장치는 반도체 웨이퍼가 척의 소정의 위치에 안착되어 있는 지를 확인할 수 있으므로, 반도체 웨이퍼의 오정렬에 의해 제조장치가 손상되는 문제를 해소할 수 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 위치 검사 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 'I' 방향에서 본 도면이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 도 2의 복수의 촬영부에서 각각 촬영된 이미지이다.
도 3(c) 및 도 3(d)는 도 3(a) 및 도 3(b)를 각각 화상처리한 이미지이다.
도 4는 척 상에 웨이퍼가 오정렬된 예를 도시한 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 도 4의 복수의 촬영부에서 각각 촬영된 이미지이다.
도 5(c) 및 도 5(d)는 도 5(a) 및 도 5(b)를 각각 화상처리한 이미지이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 웨이퍼에 반도체 칩의 패턴이 촬영된 것을 도시한 이미지이다.
도 6(c) 및 도 6(d)는 도 6(a) 및 도 6(b)를 각각 화상처리한 이미지이다.
도 7은 웨이퍼 위치 검사 장치가 웨이퍼의 위치를 검사하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이퍼 위치 검사 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 'I' 방향에서 본 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 위치 검사 장치(10)는 척(210), 상기 척(210)의 상부에 둘레를 따라 배치되는 복수의 촬영부(300) 및 상기 복수의 촬영부(300)에서 촬영된 이미지를 화상처리하여 반도체 웨이퍼(W)(이하 '웨이퍼'라 함)의 정렬상태를 판별하는 제어부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 척(210)을 내부 공간(110)에 수용하는 챔버(100)를 포함할 수 있다. 일 실시예는 상기 챔버가 레이저 어닐링 공정(laser anneling process)을 수행하기 위한 챔버인 경우를 예로 들어 설명한다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 웨이퍼가 척에 안착되는 과정을 포함하는 다양한 공정에 사용되는 챔버일 수 있다.
상기 챔버(100)는 웨이퍼(W)의 제조 공정이 수행되는 내부 공간(110)을 제공하며, 상기 내부 공간(110)에는 웨이퍼(W)가 안착되는 척(210), 로봇 암에 의해 투입 방향(IN)으로 투입된 웨이퍼(W)가 놓여지는 리프트 핀(220)을 포함할 수 있다. 상기 챔버(100)의 상면에는 내부 공간(110)의 상태를 관찰하기 위한 관찰창(120)이 배치될 수 있다. 상기 챔버(100)는 상하 좌우로 이동가능한 스테이지(150) 상에 챔버 지지 대(140)에 의해 고정될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 척(210)은 피처리 기판인 웨이퍼(W)가 안착되는 영역으로서, 레이저에 의한 열 처리 공정 중 상기 척(210)이 손상되는 것을 방지하기 위해, 상기 척(210)의 지름(R1)은 상기 웨이퍼(W)의 지름(R2)보다 작게 배치된다. 상기 척(210)은 상기 챔버(100)의 내부 공간(110)에 배치되되, 지지 축(130)에 의해 지지 될 수 있다.
상기 복수의 촬영부(300)는 상기 척(210)의 상부에 배치되어 상기 척(210)의과 둘레와 인접한 주변 영역(A1, A2)을 촬영하여 이미지를 생성할 수 있다. 상기 복수의 촬영부(310)가 촬영하는 주변 영역(A1, A2)은 상기 척(210)과 소정의 간격(G)만큼 이격된 영역일 수 있다.
상기 복수의 촬영부(300)는, CCD(charge coupled device) 이미지 센서 및 초점 조정용 렌즈 등을 구비한 CCD 카메라 또는, CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서 및 초점 조정용 렌즈 등을 구비한 CCD 카메라로 구성될 수 있다. 상기 복수의 촬영부(300)는 상기 챔버(100)의 상부에서 관찰창(120)을 통하여 상기 척(210)을 촬영할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 상기 복수의 촬영부(300)는 챔버(100)의 내부에 배치될 수도 있다.
상기 복수의 촬영부(300)는 2개 이상의 카메라로 이루어 질 수 있으며, 일 실시예의 경우, 제1 및 제2 촬영부(310, 320)를 포함하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제1 및 제2 촬영부(310, 320)는 척(210)의 중심(C)을 기준으로 사잇각(θ)이 180°미만의 각을 갖도록 배치될 수 있다. 사잇각(θ)이 180°일 경우에는 제1 및 제2 촬영부(310, 320)이 척(210)의 중심(C)의 양단에 배치되어, 웨이퍼(W)가 도 2의 상하 방향으로만 오정렬되는 경우를 감지할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 촬영부(310, 320)는 90°의 사잇각(θ)을 갖도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 촬영부(310, 320)이 90°의 사잇각(θ)을 갖도록 배치되면 웨이퍼(W)가 도 2의 상하 방향 및 좌우 방향으로 오정렬되는 것을 모두 감지할 수 있다.
상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 촬영부(310, 320)에서 각각 촬영된 이미지를 화상처리하여 화상처리된 이미지 각각에서 웨이퍼(W)의 엣지(edge)를 검출하고, 각각의 이미지에서 모두 웨이퍼(W)의 엣지가 검출되면, 웨이퍼(W)가 정상 정렬된 것으로 판별하여 후속공정을 진행할 수 있다. 상기 제어부(400)는 화상 처리된 이미지 중 어느 하나에서라도 웨이퍼(W)의 엣지가 검출되지 않으면, 웨이퍼(W)가 오정렬된 것으로 판별하고 후속공정으로 진행하는 것을 중단하고 알람을 발생시킬 수 있으며, 오정렬된 것으로 판별된 웨이퍼(W)를 척(210)에서 제거할 수 있다.
상기 제어부(400)는 화상처리된 각각의 이미지에서 웨이퍼(W)가 촬영된 제1 영역과 그 외의 영역인 제2 영역을 판별하고, 제1 영역과 제2 영역이 접하는 영역을 웨이퍼(W)의 엣지로 판별할 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼(W)가 촬영된 영역은 웨이퍼(W)의 표면에서 반사되는 반사광에 의해 밝은 색으로 촬영되며, 제2 영역(NW)은 어두운 색으로 촬영된다. 상기 제어부(400)는 밝은 색의 영역과 어두운 색의 영역이 접하는 영역을 웨이퍼(W)의 엣지로 판별할 수 있다. 이를 위하여 밝은 색의 영역과 어두운 색의 영역으로 구분되는 콘트라스트 값을 상기 제어부(400)에 미리 저장할 수 있다.
상기 제어부(400)는 웨이퍼(W)의 엣지를 판별하기 전에 촬영된 이미지의 콘트라스트(contrast)를 조절하는 추가적인 화상처리 단계를 더 수행하고 웨이퍼(W)의 엣지를 판별할 수도 있다. 웨이퍼(W) 상에 형성된 반도체 칩과 같은 회로 패턴은, 회로 패턴이 형성되지 않은 영역에 비해 어두운 색으로 촬영될 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W) 상의 회로 패턴이 촬영된 부분의 콘트라스트가 웨이퍼 이외의 부분의 콘트라스트가 동일 수준일 경우에는, 회로 패턴을 웨이퍼(W)의 엣지로 판단하는 오류가 발생될 수 있다. 이 경우에, 상기 제어부(400)는 상기 제1 영역의 콘트라스트를 증가시키고, 제2 영역의 콘트라스트는 낮추는 화상처리를 수행하여, 밝은 색으로 촬영된 제1 영역을 더 밝게하고 제2 영역은 더 어둡게 할 수 있다. 따라서, 제1 영역 내의 회로 패턴은 웨이퍼(W)의 엣지로 판별되는 영역에 비해 낮은 콘스라스트 차를 갖게될 수 있으므로, 회로 패턴이 웨이퍼(W)의 엣지로 인식되는 것을 방지할 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하여, 제어부(400)가 웨이퍼(W)의 정상 정렬 여부를 판별하는 과정을 설명한다.
도 2은 정상 정렬된 예를 도시한 도면으로, 도 3(a) 및 도 3(b)는 도 2의 복수의 촬영부에서 각각 촬영된 이미지이고, 도 3(c) 및 도 3(d)는 도 3(a) 및 도 3(b)를 각각 화상처리한 이미지이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 각각 도 2의 인접한 주변 영역(A1, A2)에서 촬영된 이미지이다. 도 3(a) 및 도 3(b)에는 각각 제1 영역(W1, W2)과 제2 영역(NW)이 촬영된 것을 볼 수 있다. 제어부(400)는 웨이퍼(W)의 정상 정렬 여부를 판별하기 전에, 추가적인 화상처리를 수행하여, 제1 영역(W1, W2)의 콘트라스트를 증가시키고 제2 영역(NW)의 콘트라스트는 낮춤으로써, 도 3(c) 및 도 3(d)과 같이 제1 영역(W1', W2')과 제2 영역(NW')의 흑백의 대비가 더욱 명확하게 할 수 있다. 상기 제어부(400)는 도 3(c) 및 도 3(d)에서 각각 엣지(E1, E2)를 검출하고, 웨이퍼(W)가 정상 정렬된 것으로 판별할 수 있다.
도 4는 척 상에 웨이퍼가 오정렬된 예를 도시한 도면이다. 도 5(a) 및 도 5(b)는 도 4의 복수의 촬영부에서 각각 촬영된 이미지이고, 도 5(c) 및 도 5(d)는 도 5(a) 및 도 5(b)를 각각 화상처리한 이미지이다. 도 4의 경우, 웨이퍼(W)가 오른쪽으로 치우쳐 배치된 것을 볼 수 있다. 도 5(a)에는 제1 영역(W3)과 제2 영역(NW)이 모두 촬영되었으나, 도 5(b)에는 제2 영역(NW)만 촬영된 것을 볼 수 있다.
앞서 설명한 경우와 유사하게, 제어부(400)는 웨이퍼(W)의 정상 정렬 여부를 판별하기 전에, 추가적인 화상처리를 수행하여, 제1 영역(W3)의 콘트라스트를 증가시키고 제2 영역(NW)의 콘트라스트는 낮춤으로써, 도 5(c) 및 도 5(d)과 같이 제1 영역(W3')과 제2 영역(NW')의 흑백의 대비가 더욱 명확하게 할 수 있다. 상기 제어부(400)는 도 5(c)에서는 엣지(E3)를 검출하였으나, 도 5(d)에서는 엣지가 검출되지 않았으므로, 웨이퍼(W)가 오정렬된 것으로 판별할 수 있다.
도 6은 도 3과 동일하게 웨이퍼(W)가 정상 정렬되었으나, 웨이퍼(W)에 반도체 칩의 회로 패턴이 촬영된 경우를 도시한 것이다. 도 6(a) 및 도 6(b)는 웨이퍼에 반도체 칩의 패턴이 촬영된 것을 도시한 이미지이고, 도 6(c) 및 도 6(d)는 도 6(a) 및 도 6(b)를 각각 화상처리한 이미지이다. 도 6(a) 및 도 6(b)의 경우, 각각 제1 영역(W4, W5)에 반도체 칩(CELL)이 촬영된 것을 볼 수 있으며, 반도체 칩(CELL)의 콘트라스트는 제2 영역(NW)의 콘트라스트와 거의 유사한 것을 볼 수 있다.
앞서 설명한 경우와 유사하게, 제어부(400)는 웨이퍼(W)의 정상 정렬 여부를 판별하기 전에, 추가적인 화상처리를 수행하여, 제1 영역(W4, W5)의 콘트라스트를 증가시키고 제2 영역(NW)의 콘트라스트는 낮춤으로써, 도 6(c) 및 도 6(d)과 같이 제1 영역(W4', W5')과 제2 영역(NW')의 흑백의 대비가 더욱 명확하게 할 수 있다. 이를 통해, 제1 영역(W4', W5') 내에 반도체 칩 부분이 제거된 것을 볼 수 있다. 상기 제어부(400)는 도 6(c) 및 도 6(d)에서 각각 엣지(E4, E5)를 검출하고, 웨이퍼(W)가 정상 정렬된 것으로 판별할 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 7을 참조하여, 웨이퍼 위치 검사 장치(10)가 웨이퍼(W)의 위치를 검사하는 방법에 대해 설명한다. 도 7은 웨이퍼의 위치를 검사하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
먼저, 도 1에 도시된 챔버(100)의 에 로봇 암을 통해 투입 방향(IN)으로 웨이퍼(W)를 로딩한다(S10).
다음으로, 상기 제어부(400)는 제1 및 제2 촬영부(310, 320)을 제어하여, 각각의 주변 영역에서 이미지를 촬영한다(S20).
다음으로, 상기 제어부(400)는 화상처리는 수행하여 각각의 이미지 내에 웨이퍼(W)의 엣지가 검출되었는 지를 확인한다(S30). 상기 제어부(400)는 웨이퍼(W)의 엣지를 검출하기 전에 각각의 이미지에 촬영된 제1 영역과 제2 영역의 콘트라스트를 조절하는 화성처리를 더 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 제어부(400)는 각각의 이미지에서 모두 웨이퍼(W)의 엣지가 검출된 경우에는 웨이퍼(W)가 정위치에 정상 정렬된 것으로 판별하고 웨이퍼 위치 검사를 종료하고 후속공정을 수행할 수 있다. 만일, 각각의 이미지 중 적어도 하나의 이미지에서 웨이퍼(W)의 엣지가 검출되지 않은 경우에는, 웨이퍼(W)가 오정렬된 것으로 판별하고, 경고 알람과 함께 제조공정을 중단시킬 수 있다(S50).
다음으로, 경고 알람을 해제하고 오정렬된 웨이퍼(W)를 제거할 수도 있다(S60)
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 웨이퍼 위치 검사 장치
100: 챔버
110: 내부 공간
120: 관찰창
130: 지지 축
140: 챔버 지지 대
150: 스테이지
210: 척
220: 리프트 핀
300: 촬영부
310, 320: 제1 및 제2 촬영부
400: 제어부
W: 웨이퍼

Claims (10)

  1. 웨이퍼가 안착되는 척;
    상기 척을 수용하는 공간을 제공하며, 상면에 관찰창이 배치된 챔버;
    상기 척의 상부에 배치되고, 상기 관찰창을 통하여 상기 척의 주변 영역을 촬영하여 이미지를 생성하는 복수의 촬영부; 및
    상기 복수의 촬영부에서 촬영된 각각의 이미지를 화상처리하여 상기 웨이퍼의 엣지를 검출하고, 상기 복수의 촬영부에서 촬영된 각각의 이미지에서 상기 웨이퍼의 엣지가 검출되면 상기 척에 상기 웨이퍼가 정상 정렬된 것으로 판별하고, 상기 웨이퍼의 상기 엣지를 검출하기 전에 상기 각각의 이미지에서 웨이퍼가 촬영된 제1 영역과 그 외의 영역인 제2 영역을 식별하고, 상기 제1 영역의 콘트라스트는 증가시키고, 상기 제2 영역의 콘트라스트는 낮추는 화상처리를 수행하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 촬영된 각각의 이미지에서 상기 웨이퍼의 엣지가 검출되지 않으면 상기 웨이퍼가 오정렬된 것으로 판별하고, 레이저에 의해 상기 척이 손상되는 것을 방지하기 위하여 후속 공정을 중단하고, 알람을 발생하고,
    상기 웨이퍼의 엣지는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 접하는 영역이고, 상기 주변 영역은 상기 웨이퍼의 중심과 상기 척의 중심이 일치되도록 배치했을 때에, 상기 웨이퍼의 엣지가 촬영되도록 배치되고,
    상기 복수의 촬영부는 제1 및 제2 촬영부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 촬영부는 상기 척의 중심을 기준으로 90°의 사잇각을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 위치 검사 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 있어서,
    상기 척의 지름은 상기 웨이퍼의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 위치 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주변 영역은 상기 척의 엣지와 소정 간격 만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 위치 검사 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항 있어서,
    상기 복수의 촬영부는 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 위치 검사 장치.
  10. 삭제
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