KR102566162B1 - 웨이퍼 검사 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법 - Google Patents

웨이퍼 검사 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법 Download PDF

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Abstract

웨이퍼 검사 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법이 제공된다. 웨이퍼 검사 장치는 웨이퍼가 배치되는 척을 지지하고, 상기 척을 제1 방향으로 연장된 가이드레일을 따라 왕복 운동시키는 리니어 스테이지, 상기 리니어 스테이지와 수직적으로 오버랩되도록 배치되는 이미지 센서 모듈, 상기 리니어 스테이지에 의해 지지되고, 상기 웨이퍼의 중심이 상기 이미지 센서 모듈과 정렬된 상태에서 상기 척을 회전 운동시키는 로터리 스테이지를 포함하되, 상기 이미지 센서 모듈은 상기 웨이퍼에 대해 광을 조사하는 광원과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되는 이미지 센서를 포함한다.

Description

웨이퍼 검사 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법{WAFER INSPECTION APPARATUS AND WAFER INSTECTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 웨이퍼 검사 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정 중, 포토 레지스트 공정, 식각 공정, 이온 임플란트 공정 등의 사이에 각각의 공정이 올바르게 수행되었는지 여부를 검사하여 불량 여부를 판별된다. 반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 웨이퍼의 표면 검사는 웨이퍼 상에 조사된 광이 반사되어 형성하는 상을 이미지 센서로 제공하여 생성된 이미지를 이용하여 수행된다.
그런데, 고도로 집적된 반도체 장치가 생성된 웨이퍼의 이미지를 고해상도로 얻기 위해서는, 조사 대상인 웨이퍼의 표면 위를 이미지 센서가 이동하여 촬영하거나, 정지된 이미지 센서에 대해 웨이퍼가 로딩된 척이 이동하는 방식이 수행될 수 있다.
그런데, 웨이퍼 또는 이미지 센서를 이동시키는 것은, 웨이퍼의 직경과 동일한 크기의 공간을 요구하게 되어 웨이퍼 검사 장치의 소형화에 불리한 측면이 존재한다. 특히, 최근 이용되는 직경 300mm의 웨이퍼의 경우, 웨이퍼의 이동을 위해 웨이퍼 직경의 최소 두 배의 공간을 요구할 수도 있다. 각각의 공정의 결과 제조되는 웨이퍼를 검사하기 위해 이러한 웨이퍼 표면 검사는 필수적이므로, 웨이퍼 검사 장치의 비효율적인 공간 사용은 전체 반도체 장치 제조 공정에서 과도한 공간을 점유하여 생산 단가 측면에서 불리한 점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 리니어 스테이지와 로터리 스테이지의 동작에 의해 효율적인 웨이퍼 검사를 위한 웨이퍼 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 리니어 스테이지와 로터리 스테이지의 동작에 의해 효율적인 웨이퍼 검사를 위한 웨이퍼 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치는, 웨이퍼가 배치되는 척을 지지하고, 상기 척을 제1 방향으로 연장된 가이드레일을 따라 왕복 운동시키는 리니어 스테이지, 상기 리니어 스테이지와 수직적으로 오버랩되도록 배치되는 이미지 센서 모듈, 상기 리니어 스테이지에 의해 지지되고, 상기 웨이퍼의 중심이 상기 이미지 센서 모듈과 정렬된 상태에서 상기 척을 회전 운동시키는 로터리 스테이지를 포함하되, 상기 이미지 센서 모듈은 상기 웨이퍼에 대해 광을 조사하는 광원과, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되는 이미지 센서를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은, 척 상에 배치된 웨이퍼를 스테이지 상에 로딩하되, 상기 스테이지는 상기 척을 회전시키는 로터리 스테이지와, 상기 척을 가이드레일을 따라 왕복 운동시키는 리니어 스테이지를 포함하고, 상기 웨이퍼를 제1 위치에 위치시키고, 상기 웨이퍼를 제1 방향으로 이동하여 상기 웨이퍼의 중심을 이미지 센서의 하부에 정렬하고, 상기 이미지 센서를 이용하여 상기 웨이퍼 상면의 이미지를 획득하고, 상기 웨이퍼를 소정 각도로 회전하고, 상기 웨이퍼를 언로딩하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치에 포함된 이미지 센서 모듈의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 동작도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법에 의해 생성된 웨이퍼 표면 이미지의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 동작도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법에 의해 생성된 웨이퍼 표면 이미지의 개념도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치(1)는 리니어 스테이지(10), 로터리 스테이지(20), 이미지 센서 모듈(30), 제1 컨트롤러(41), 제2 컨트롤러(42), 얼라인먼트 센서(50)를 포함할 수 있다.
리니어 스테이지(10)는, 척(11) 상에 배치된 웨이퍼를 제1 방향(D1)으로 연장된 가이드 레일(12)을 따라 왕복 운동시킬 수 있다. 또한 리니어 스테이지(10)는 척(11)과 로터리 스테이지(20)를 모두 지지하도록 배치될 수 있다.
즉, 척(11) 상으로 웨이퍼가 로딩되면, 리니어 스테이지(10)는 얼라인먼트 센서(50)와 웨이퍼를 정렬하거나, 이미지 센서 모듈(30)의 하부로 웨이퍼의 중심을 정렬시키도록 제1 방향(D1)으로 왕복 운동시킬 수 있다. 리니어 스테이지(10)는 제1 컨트롤러(41)의 제어를 받아 척(11) 및 웨이퍼를 이동시킬 수 있으며, 더욱 구체적으로는 제1 컨트롤러(41)의 제어를 받아 척(11) 및 웨이퍼를 제1 방향(D1)으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 리니어 스테이지(10)와 이미지 센서 모듈(30)의 동작은 동기화될 수 있다. 따라서 리니어 스테이지(10)가 웨이퍼의 중심이 이미지 센서 모듈(30)의 하부와 정렬되도록 웨이퍼를 이동시키거나, 웨이퍼가 얼라인먼트 센서(50)와 정렬되도록 웨이퍼를 이동시킬 때 이미지 센서 모듈(30)은 동시에 동작하여 웨이퍼의 표면 이미지를 획득할 수 있다. 이 때, 제1 컨트롤러(41)와 제2 컨트롤러(42)는 각각 리니어 스테이지(10)와 이미지 센서 모듈(30)의 구동을 동시에 제어할 수 있다.
그러나 본 발명의 다른 몇몇 실시예에서, 리니어 스테이지(10)가 동작하는 동안 이미지 센서 모듈(30)의 웨이퍼 표면 이미지 획득 동작은 중지될 수도 있다. 이러한 리니어 스테이지(10), 이미지 센서 모듈(30)의 동작과 관련하여 이하에서 더욱 자세하게 설명한다.
로터리 스테이지(20)는, 척(11) 상에 배치된 웨이퍼를 회전 운동시킬 수 있다. 즉, 로터리 스테이지(20)는 뒤에 설명되는 것과 같이 웨이퍼 표면의 이미지를 생성하기 위해 척(11)을 180도 또는 360도로 회전시킬 수 있다.
로터리 스테이지(20)는 리니어 스테이지(10)와 척(11) 사이에 배치되어, 리니어 스테이지(10)에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 로터리 스테이지(20)와 이미지 센서 모듈(30)의 동작은 동기화되어, 로터리 스테이지(20)가 회전하는 동안 이미지 센서 모듈(30)은 회전하는 웨이퍼의 이미지를 획득할 수도 있다. 이 때 제1 컨트롤러(41)와 제2 컨트롤러(42)는 각각 로터리 스테이지(20)와 이미지 센서 모듈(30)의 동작을 동시에 제어할 수 있다.
이와는 다른 실시예에서, 로터리 스테이지(20)가 회전하는 동안 이미지 센서 모듈(30)의 웨이퍼 표면 이미지 획득 동작은 중지될 수도 있다. 로터리 스테이지(20)와 이미지 센서 모듈(30)의 동작과 관련하여 이하에서 더욱 자세하게 설명한다.
로터리 스테이지(20)는 제1 컨트롤러(41)의 제어를 받아 척(11) 및 척(11) 상에 배치된 웨이퍼를 회전운동 시킬 수 있다. 따라서, 로터리 스테이지(20)와 리니어 스테이지(10)는 동일한 제1 컨트롤러(41)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 상기 설명된 웨이퍼 검사 장치(1)에 포함되는 리니어 스테이지(10), 로터리 스테이지(20), 이미지 센서 모듈(30) 등은 챔버(15) 내에 수용되어 배치될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치에 포함된 이미지 센서 모듈의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 이미지 센서 모듈(30)은 웨이퍼(60)의 표면 이미지를 획득하는 이미지 센서(31)와, 웨이퍼(60)의 표면 상에 광을 조사하는 광원(32)을 포함할 수 있다.
이미지 센서(31)는 예를 들어, CCD(Charge-Coupled Device) 센서를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 이미지 센서(31)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Sensor)를 포함한 센서일 수 있다.
이미지 센서(31)는 복수의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 복수의 이미지 센서(31)는 도 2에 도시된 것과 같이, 제2 방향(D2)로 배치될 수 있다. 즉, 가이드 레일(12)을 따라 척(11)을 이동시키는 리니어 스테이지(10)의 이동 방향인 제1 방향(D1)과 직교하도록 복수의 이미지 센서(31)가 제2 방향(D2)으로 배치될 수 있다. 따라서 이미지 센서(31)는 이미지 센서 모듈(30)에 대하여 상대적으로 왕복 운동하는 웨이퍼의 표면의 이미지를 획득할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 이미지 센서(31)는 이미지 센서(31)와 대향하는 영역 내에서 상대적으로 이동하는 대상에 대하여 이미지 획득하는 라인 스캔(line scan) 방식을 채용할 수 있다.
광원(32)은 이미지 센서(31)와 인접하여 배치되어, 웨이퍼(60)의 표면 상에 광을 조사할 수 있다. 광원(32)이 조사하는 광은 예를 들어, 약 400nm 내지 700nm 대역의 파장을 갖는 가시광선 영역의 광일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 광원(32)이 조사하는 광은 700nm 이상의 적외선 영역이나, 400nm 이하의 자외선 영역의 광일 수도 있다.
광원(32)은 예를 들어, LED(Light Emitting Diode)를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 포함할 수도 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 이미지 센서(31)와 광원(32)은 이미지 센서 모듈(30) 내에서 서로 인접하도록 배치된다. 즉, 광원(32)은 웨이퍼(60)의 표면에 대하여 θ의 입사각으로 광을 조사하고, 이미지 센서(31)는 θ의 반사각을 갖는 광을 직접 제공받을 수 있다. 여기서 이미지 센서(31)와 광원(32)이 인접하여 배치되어 있기 때문에, 입사각과 반사각인 θ는 90도와 실질적으로 동일할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치(1)의 이미지 센서 모듈(30)은 웨이퍼의 표면에 대해 실질적으로 연직 방향으로 조사 및 반사되는 광을 이용하여 웨이퍼 표면 이미지를 획득한다. 따라서 별도의 미러(mirror) 또는 하프 미러(half mirror)를 이용하여 광 경로를 변조시킨 후, 이미지 센서가 변조된 광을 제공받아 웨이퍼 표면 이미지를 획득하는 것에 비하여 광량의 손실이 매우 적을 수 있다.
또한, 웨이퍼 표면에 대해 실질적으로 연직 방향으로 정렬되어 배치되는 이미지 센서 모듈(30)로 인해 광 경로의 변조에 필요한 미러 또는 하프 미러의 설치 공간 및 광 경로에 필요한 공간을 필요하지 않아 웨이퍼 검사 장치의 크기를 감소시킬 수 있다.
다만, 도 3에서 도시된 이미지 센서(31) 및 광원(32)의 배치 구조는 예시적인 것이며, 본 발명의 다른 몇몇 실시예는 이와는 다른 구조를 채용할 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치는, 이미지 센서 모듈의 하부에 검사 대상인 웨이퍼가 수직으로 정렬되고, 이동하는 웨이퍼 상면의 이미지를 라인 스캔 방식으로 획득할 수 있는 이미지 센서 모듈을 제한없이 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼를 로딩하고(S10), 웨이퍼를 제1 위치에 배치하고(S20), 웨이퍼의 중심이 이미지 센서의 하부에 정렬되도록 웨이퍼를 이동하고(S30), 웨이퍼의 제1 반원의 이미지를 획득하고(S40), 웨이퍼를 180도 회전하고(S50), 웨이퍼를 제1 위치로 복귀시키고(S60), 웨이퍼의 제2 반원 이미지를 획득하고(S70), 웨이퍼 상면의 이미지를 생성(S80)하는 것을 포함한다. 이하 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명한다.
도 5a에서, 척(도 2의 11) 상에 웨이퍼(60)가 로딩된다. 웨이퍼(60)를 로딩하는 것은, 예를 들어, 포토 레지스트 공정이 완료된 후, 식각 공정이 완료된 후 또는 이온 임플란트 공정이 완료된 시점일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치(1)는, 포토 레지스트 공정이 완료된 후 이송되는 과정 또는 식각 공정 등이 완료된 후 이송되는 과정의 웨이퍼의 이송 경로에 배치되어, 웨이퍼의 표면 검사를 신속하게 수행할 수 있다.
한편, 로딩된 웨이퍼(60)는 제1 위치로 정렬될 수 있다. 여기서 제1 위치는 웨이퍼 상에 형성된 얼라인먼트 마크와 얼라인먼트 센서(50)가 정렬되는 위치일 수 있다. 웨이퍼 상에 형성된 얼라인먼트 마크와 얼라인먼트 센서(50)가 정렬되면 얼라인먼트 센서(50)가 제2 컨트롤러(42)로 얼라인먼트 완료 신호를 제공한다. 제2 컨트롤러(42)는 웨이퍼의 얼라인먼트 완료 여부를 확인하고, 웨이퍼 표면의 이미지 획득을 위한 다음 과정을 진행할 수 있다.
여기서 웨이퍼(60)의 표면 상에 별도의 얼라인먼트 마크가 형성되는 것과 같이 기술하였으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 웨이퍼(60)는 표면에 별도로 형성된 얼라인먼트 마크를 포함하지 않고, 얼라인먼트 센서(50)가 웨이퍼(60)의 원주(circumference)의 일부를 인식하고, 제2 컨트롤러(42)에 얼라인먼트 완료 신호를 제공할 수 있다.
제1 위치에 배치된 웨이퍼(60)의 직경을 중심으로 일단이 얼라인먼트 센서(50)와 수직으로 중첩되고, 일단의 반대측인 타단이 이미지 센서 모듈(30)의 일부와 수직으로 중첩될 수 있다.
도 5b에서, 리니어 스테이지(도 2의 10)는 웨이퍼(60)를 제1 방향(D1)으로 연장된 가이드 레일(12)을 따라 따라 이미지 센서 모듈(30)의 하부로 위치시킨다.
이 때, 리니어 스테이지(도 2의 10)는 웨이퍼(60)의 중심과 이미지 센서 모듈(30)이 수직적으로 정렬(vertically aligned)되도록 웨이퍼(60)를 위치시킬 수 있다.
한편, 웨이퍼(60)가 도 5a에 도시된 제1 위치에서 이미지 센서 모듈(30)을 향하여 가이드 레일(12)을 따라 이동하므로, 웨이퍼(60)가 이동하는 거리는 웨이퍼(60)의 반경과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 웨이퍼(60)의 직경을 중심으로 일단과 타단이 각각 얼라인먼트 센서(50)와 이미지 센서 모듈(30)에 중첩되는 제1 위치에서 출발하여, 웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)과 정렬되도록 이동하기 때문에, 웨이퍼(60)가 이동하는 거리는 웨이퍼(60)의 반경과 실질적으로 동일할 수 있다.
웨이퍼(60)가 가이드 레일(12)을 따라 이미지 센서 모듈(30)을 향하여 이동하는 동안, 이미지 센서 모듈(30)은 웨이퍼(60)의 표면의 이미지를 획득할 수 있다.
즉, 웨이퍼(60)는 가이드 레일(12)을 따라 이동하면서, 이미지 센서 모듈(30)은 이미지 센서 모듈(30)과 수직적으로 중첩되는 영역 내의 웨이퍼(60) 표면의 이미지를 획득한다. 웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)과 중첩될 때까지 이동하여 리니어 스테이지(10)가 웨이퍼(60)의 이동을 중지하였을 때, 이미지 센서 모듈(30)은 웨이퍼(60)의 제1 반원(61)의 표면 이미지 획득을 완료할 수 있다.
리니어 스테이지(10)에 의한 웨이퍼 이동과, 이미지 센서 모듈(30)에 의한 웨이퍼(60) 이미지 획득을 동시에 수행하기 위해, 제1 컨트롤러(도 1의 41)와 제2 컨트롤러(도 1의 42)의 동작이 동기화될 수 있다.
즉, 제1 컨트롤러(도 1의 41)에 의해 리니어 스테이지(10)가 웨이퍼(60)를 가이드 레일을 따라 이동시키는 것과 동시에, 제2 컨트롤러(도 1의 42)는 이미지 센서 모듈(30)은 웨이퍼(60)의 제1 반원(61)의 이미지 획득을 개시하한다. 그리고 웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)의 정렬이 완료되면, 제1 컨트롤러(도 1의 41)는 리니어 스테이지(10)의 동작을 중지하고, 제2 컨트롤러(도 1의 42) 또한 이미지 센서 모듈(30)의 이미지 획득 동작을 중지할 수 있다.
이 때, 웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)과 정렬되었는지 여부를 결정하는 것은, 웨이퍼(60) 상에 형성된 별도의 얼라인먼트 마크를 이미지 센서(도 3의 31)가 인식하는 것에 의한 것일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 컨트롤러(60)는 웨이퍼(60)의 직경 정보(예를 들어, 300mm)를 저장하여, 웨이퍼(60)가 가이드 레일(12)을 따라 웨이퍼(60)의 반경만큼의 거리를 이동함으로써 웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)과 정렬되었음을 자동적으로 인식할 수 있다.
이미지 센서 모듈(30)을 제어하는 제2 컨트롤러(42)는, 웨이퍼(60)의 제1 반원(61)의 이미지를 획득하고, 이를 임시적으로 저장할 수 있다. 임시적으로 저장된 웨이퍼(60)의 제1 반원(61)의 이미지는 이후 얻어질 웨이퍼(60)의 제2 반원(62)의 이미지와 합성되어 웨이퍼(60)의 표면 이미지를 생성할 수 있다. 도 5b에서 해칭된 부분은 표면 이미지 생성이 완료된 웨이퍼(60)의 제1 반원(61)을 의미한다.
도 5c에서, 웨이퍼(60)는 180도 회전될 수 있다. 구체적으로, 로터리 스테이지(20)가 웨이퍼(60)가 로딩된 척(11)을 180도 회전시킬 수 있다. 이 때, 웨이퍼(60)의 중심은 여전히 이미지 센서 모듈(30)과 정렬된 상태에서 회전한다.
로터리 스테이지(20)가 회전하는 동안, 이미지 센서 모듈(30)에 의한 웨이퍼(60) 표면의 이미지 생성은 중지된 상태로 유지된다.
여기서, 웨이퍼(60)의 회전 시 이미지 센서 모듈(30)이 동작하지 않기 때문에, 웨이퍼(60)의 회전에 소요되는 시간은, 제1 반원(61) 및 제2 반원(62)의 표면 이미지 생성을 위한 가이드 레일(12) 상의 이동 시간에 비해 상대적으로 적을 수 있다.
도 5d에서, 웨이퍼(60)가 제1 위치로 복귀하도록 가이드 레일(12)을 따라 이동시킨다. 웨이퍼(60)는 제1 위치로 복귀하면서, 얼라인먼트 센서(50)에 의해 정렬될 수 있다.
제2 컨트롤러(도 1의 42)는 웨이퍼(60)에 형성된 얼라인먼트 마크가 얼라인먼트 센서(50)에 의해 인식되어 얼라인먼트 완료 신호가 제공될 때까지, 웨이퍼(60)를 가이드 레일(12)을 따라 이동시킬 수 있다. 이와는 달리, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 웨이퍼(60)를 제1 위치에 복귀시키는 것은 얼라인먼트 센서(50)가 동작하지 않고, 상기 도 5b에서 리니어 스테이지(도 1의 10)가 웨이퍼(60)를 이동시킨 거리만큼 반대 방향으로 웨이퍼(60)를 이동시키는 것일 수 있다.
웨이퍼(60)가 제1 위치로 이동을 시작하면, 이미지 센서 모듈(30)은 웨이퍼(60)의 표면의 이미지 획득을 개시한다. 구체적으로, 이미지 센서 모듈(30)에 의해 이미지가 획득되지 않은 웨이퍼(60)의 제2 반원(62)에 대하여, 이미지 센서 모듈(30)에 의한 이미지 획득 작업이 개시될 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 컨트롤러(도 1의 41, 42)에 의해 리니어 스테이지(도 1의 10)와 이미지 센서 모듈(30)의 동작은 동기화될 수 있다. 따라서 제1 컨트롤러(도 1의 41)에 의해 리니어 스테이지(도 1의 10)가 웨이퍼(60)를 제1 위치로 복귀시키는 것과 동시에, 제2 컨트롤러(도 1의 42)가 상대적으로 움직이는 웨이퍼(60)의 제2 반원(62)에 대한 이미지 생성을 개시할 수 있다.
또한, 웨이퍼(60)가 제1 위치에 복귀하여 제1 컨트롤러(도 1의 41)가 웨이퍼(60)의 이동을 중지하였을 경우, 제2 컨트롤러(도 1의 42)는 이미지 센서 모듈(30)에 의한 웨이퍼(60)의 표면 이미지 획득을 중단할 수 있다.
이와 같이, 도 5a 내지 도 5d의 과정을 통해 웨이퍼(60)가 이미지 센서 모듈(35)의 하부를 통과하여 웨이퍼(60)의 제1 반원(61) 및 제2 반원(62)의 이미지가 각각 획득된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법에 의해 생성된 웨이퍼 표면 이미지의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 앞서 획득된 웨이퍼(60)의 제1 반원(61)와, 제2 반원(62)의 화상을 합성하여 웨이퍼(60) 전체의 표면 이미지를 획득한다. 이 때, 웨이퍼(60)가 180도 회전되었기 때문에, 올바른 웨이퍼(60)의 이미지를 생성하기 위해서는 제1 반원(61) 또는 제2 반원(62)의 이미지 중 어느 하나를 상하 반전시킬 필요가 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치 및 이를 이용한 검사 방법에 의해 웨이퍼 검사를 위한 웨이퍼 표면 이미지를 획득할 수 있다. 웨이퍼 검사 장치에서, 웨이퍼의 표면 전체의 이미지를 획득하기 위해서는 이미지 센서 등에 의해 웨이퍼 표면을 한 번 이상 스캔할 필요가 있다.
이 때, 이미지 센서가 이동하여 웨이퍼 표면 전체를 스캔하거나, 이미지 센서에 대하여 웨이퍼가 이동하여 웨이퍼 표면 전체를 스캔하는 것은, 웨이퍼의 직경만큼 이동할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼의 검사를 위한 이동에 필요한 공간은, 웨이퍼의 직경에 적어도 두 배를 필요로 할 것이다.
그러나, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 웨이퍼 검사 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 검사 방법에 따르면, 리니어 스테이지에 의한 웨이퍼의 이동 거리는 웨이퍼의 반경과 실질적으로 동일하다. 따라서 웨이퍼의 검사를 위한 이동 시간이 감소하고, 웨이퍼 검사의 쓰루풋(throughput)이 증가할 수 있다.
또한, 웨이퍼의 검사를 위한 이동에 필요한 공간은 웨이퍼의 반경만큼 감소될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법은 웨이퍼를 로딩하고(S110), 웨이퍼를 제1 위치에 배치하고(S120), 웨이퍼의 중심이 이미지 센서의 하부에 정렬되도록 웨이퍼를 이동하고(S130), 웨이퍼를 180도 회전하고(S140), 웨이퍼의 선형 이미지(S150)를 획득하고(S150), 웨이퍼의 선형 이미지로부터 복수의 제1 이미지를 분리하고, 복수의 제1 이미지로부터 부채꼴 형상의 제2 이미지를 생성하고(S160), 웨이퍼 상면의 이미지를 생성한다(S170). 이하 도 8a 내지 도 8d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법을 설명한다.
도 8a에서, 척 상에 웨이퍼가 로딩되고, 웨이퍼(60)가 제1 위치에 정렬된다. 로딩된 웨이퍼(60)는 얼라인먼트 센서(50)를 이용하여 제1 위치에 정렬될 수 있다. 얼라인먼트 센서(50)는 웨이퍼(60) 상에 형성된 얼라인먼트 마크를 인식하여 얼라인먼트 완료 신호를 생성하여 제2 컨트롤러(42)에 제공한다. 제2 컨트롤러(42)는 얼라인먼트 센서(50)가 제공하는 얼라인먼트 완료 신호를 제공받아 웨이퍼(60)의 얼라인먼트 완료 여부를 확인하고 웨이퍼 표면의 이미지 획득을 위해 웨이퍼(60)를 이동시킬 수 있다.
도 8b에서, 리니어 스테이지(도 2의 10)는 웨이퍼(60)를 제1 방향(D1)으로 연장된 가이드 레일(12)을 따라 따라 이미지 센서 모듈(30)의 하부로 위치시킨다. 웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)과 수직적으로 정렬되면, 웨이퍼(60)의 제1 방향(D1)으로의 이동이 완료될 수 있다.
웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)과 정렬되었는지를 확인하는 것은, 웨이퍼(60)의 중심에 형성된 얼라인먼트 마크를 이미지 센서 모듈(30)이 확인하거나, 또는 미리 정해진 웨이퍼(60)의 반경만큼 웨이퍼(60)가 가이드 레일(12)을 따라 이동하였는지 여부를 확인하는 것에 의한 것일 수 있다.
한편, 앞서의 실시예와는 달리, 웨이퍼(60)가 리니어 스테이지(도 2의 10)에 의해 가이드 레일(12) 상을 이동하면서, 이미지 센서 모듈(30)이 웨이퍼(60)의 표면 이미지를 획득하지 않을 수 있다.
따라서, 제1 컨트롤러(도 1의 41) 및 제2 컨트롤러(도 2의 42)에 의해, 리니어 스테이지(도 1의 10)와 이미지 센서 모듈(30)은 동시에 동작하지 않을 수 있다.
또한, 웨이퍼(60)의 이동과 동시에 이미지 센서 모듈(30)이 웨이퍼(60)의 표면 이미지를 획득하지 않기 때문에, 가이드 레일(12)을 따라 이동하는 웨이퍼(60)의 이동 속도는 앞서의 실시예와 비교할 때 비교적 빠를 수 있다.
도 8c에서, 웨이퍼(60)의 중심이 이미지 센서 모듈(30)과 정렬된 상태에서 로터리 스테이지(도 2의 20)에 의하여 웨이퍼(60)가 회전한다. 로터리 스테이지(도 2의 20)는 웨이퍼(60)를 180도 회전시킬 수 있다.
로터리 스테이지(도 2의 20)가 웨이퍼(60)를 회전시키는 것은, 이미지 센서 모듈(30)이 웨이퍼(60) 표면 이미지를 획득하는 것과 동기화될 수 있다. 따라서 로터리 스테이지(도 2의 20)의 회전과 이미지 센서 모듈(30)의 이미지 획득이 동시에 수행될 수 있도록, 제2 컨트롤러(도 1의 42)는 제1 컨트롤러(41)와 이미지 센서 모듈(30)을 동시에 제어할 수 있다.
도 8c에서 도시된 해칭된 부분(63)은 이미지 센서 모듈(30)에 의해 표면 이미지 획득이 완료된 부분이고, 웨이퍼의 나머지 부분(64)는 이미지 센서 모듈(30)에 의해 표면 이미지 획득이 완료되지 않은 부분이다. 더욱 구체적으로, 이미지 센서 모듈(30)의 제1 영역(30_1)은 웨이퍼의 제1 부분(63_1)의 표면 이미지를 획득하고, 제2 영역(30_2)은 웨이퍼의 제2 부분(63_2)의 표면 이미지를 획득한다. 따라서 로터리 스테이지(도 2의 20)가 웨이퍼(60)를 180도 회전하는 것에 의하여, 웨이퍼(60)의 전 영역에 대한 선형 이미지가 획득될 수 있다. 이미지 센서 모듈(30)은 회전하는 웨이퍼(60)의 표면 이미지를 도 9에 도시된 것과 같이 선형 이미지의 형태로 생성한다.
도 9a 와 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 검사 방법에 의해 생성된 웨이퍼 표면 이미지의 개념도이다.
도 9a 를 참조하면, 상술한 이미지 센서 모듈(30)에 의한 웨이퍼(60)의 표면 이미지 획득에 의해 선형 이미지(160)가 생성된다. 선형 이미지(160)의 중심(C)은 웨이퍼(60)의 중심이 위치한 이미지 센서 모듈(30)의 영역에서 생성한 이미지의 부분이다. 여기서, 선형 이미지의 절반(160_1, 160_2, ···, 160_n)은 이미지 센서 모듈의 제1 영역(30_1)에 의하여 생성되고, 나머지 절반(260_1, 260_2, ···, 260_n) 이미지 센서 모듈의 제2 영역(30_2)에 의하여 생성된다. 제2 컨트롤러(도 1의 42)는 선형 이미지(160)를 복수 개의 제1 서브 이미지(160_1, 160_2, ···, 160_n, 260_1, 260_2, ···, 260_n)으로 분리한다.
한편, 도 9b를 참조하면, 분리된 복수 개의 제1 서브 이미지(160_n, 260_n)는 부채꼴 형상(fan-shape)의 복수의 제2 서브 이미지(161_n, 261_n)으로 변환된다. 제1 서브 이미지(160_n, 260_n)를 제2 서브 이미지(161_n, 261_n)로 변환하는 것은, 선형 이미지(160)의 중심(C)로부터 일단(E)의 거리에 반비례하는 비율로 제1 서브 이미지(160_n, 260_n)의 폭을 축소하는 것일 수 있다. 즉, 동일한 각속도로 회전하는 웨이퍼(60)의 각 부분을 이미지 센서 모듈(30)이 촬영함으로써, 이미지 센서 모듈(30)이 획득하는 웨이퍼(60)의 표면 이미지는 선형 이미지(160)가 된다. 이를 원형의 웨이퍼(60) 표면으로 보정하기 위해, 웨이퍼(60)의 중심으로부터의 거리에 반비례하는 비율로 제1 서브 이미지(160_n, 260_n) 각각을 제2 서브 이미지(161_n, 261_n)로 변환하는 것이다.
이어서, 변환된 복수의 제2 서브 이미지(161_n, 261_n)들을 합성하여, 원형의 웨이퍼 표면 이미지(170)를 생성한다.
이러한 선형 이미지(160)의 분리, 제1 서브 이미지(160_n, 260_n)의 제2 서브 이미지(161_n, 261_n)로의 변환 및 제2 서브 이미지(161_n, 261_n)로부터 웨이퍼 표면 이미지(170)의 생성은 제2 컨트롤러(도 1의 42)에 의해 수행될 수 있다.
다시 도 8d를 참조하면, 웨이퍼(60)가 제1 위치로 복귀하도록 가이드 레일(12)을 따라 이동시킨다. 웨이퍼(60)는 제1 위치로 복귀하면서 얼라인먼트 센서(50)에 의해 정렬될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 리니어 스테이지 20: 로터리 스테이지
30: 이미지 센서 모듈 40: 컨트롤러
50: 얼라인먼트 센서

Claims (10)

  1. 척 상에 배치된 웨이퍼를 스테이지 상에 로딩하되, 상기 스테이지는 상기 척을 회전시키는 로터리 스테이지와, 상기 척을 가이드레일을 따라 왕복 운동시키는 리니어 스테이지를 포함하고, 상기 리니어 스테이지는 상기 척을 상기 웨이퍼의 반경과 동일한 거리로 운동시키고,
    상기 웨이퍼를 제1 위치에 위치시키고,
    상기 웨이퍼를 제1 방향으로 이동하여 상기 웨이퍼의 중심을 이미지 센서의 하부에 정렬하고,
    상기 이미지 센서를 이용하여 상기 웨이퍼 상면의 이미지를 획득하고,
    상기 웨이퍼를 소정 각도로 회전하고,
    상기 웨이퍼를 언로딩하는 것을 포함하고,
    상기 이미지 센서를 이용하여 상기 웨이퍼 상면의 이미지를 획득하는 것은,
    상기 웨이퍼를 상기 제1 위치에서 상기 웨이퍼의 중심이 이미지 센서의 하부와 정렬되도록 이동하면서 상기 웨이퍼의 제1 반원의 이미지를 획득하고,
    상기 웨이퍼를 180도 회전시키고,
    상기 웨이퍼를 상기 제1 위치로 복귀시키면서 상기 웨이퍼의 제2 반원의 이미지를 획득하는 것을 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 상기 제1 반원의 이미지와 상기 웨이퍼의 상기 제2 반원의 이미지를 합성하여 상기 웨이퍼의 상면의 이미지를 생성하는 것을 더 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 제1 위치에 위치시키는 것은,
    상기 웨이퍼 상에 형성된 얼라인먼트(alignment) 마크와, 얼라인먼트 센서를 정렬시키는 것을 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
  4. 척 상에 배치된 웨이퍼를 스테이지 상에 로딩하되, 상기 스테이지는 상기 척을 회전시키는 로터리 스테이지와, 상기 척을 가이드레일을 따라 왕복 운동시키는 리니어 스테이지를 포함하고,
    상기 웨이퍼를 제1 위치에 위치시키고,
    상기 웨이퍼를 제1 방향으로 이동하여 상기 웨이퍼의 중심을 이미지 센서의 하부에 정렬하고,
    상기 이미지 센서를 이용하여 상기 웨이퍼 상면의 이미지를 획득하고,
    상기 웨이퍼를 소정 각도로 회전하고,
    상기 웨이퍼를 언로딩하는 것을 포함하고,
    상기 이미지 센서를 이용하여 상기 웨이퍼 상면의 이미지를 획득하는 것은,
    상기 웨이퍼를 180도로 회전시키고,
    상기 회전하는 웨이퍼의 선형 화상을 획득하고,
    상기 웨이퍼의 선형 화상을 복수의 제1 서브 이미지로 분리하고,
    상기 복수의 제1 서브 이미지를 부채꼴 형상의 복수의 제2 서브 이미지로 변환하고,
    상기 복수의 제2 서브 이미지를 합성하여 상기 웨이퍼의 상면의 이미지를 획득하는 것을 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 제1 위치에 위치시키는 것은,
    상기 웨이퍼 상에 형성된 얼라인먼트(alignment) 마크와, 얼라인먼트 센서를 정렬시키는 것을 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
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