KR20010096082A - 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면 불량을 광학적인 방식에 의거하여 자동적으로 검사할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치에 관한 것이다.

본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치는 검사할 반도체 웨이퍼를 회전시키는 수단; 상기 반도체 웨이퍼의 검사면을 조광하는 수단; 상기 검사면에 대한 광패턴 데이터를 제공하는 수단; 검사 결과를 표시하는 수단; 미리 정해진 조명 조건과 회전 속도 하에서 얻어진 정상 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 저장하는 저장 수단 및 상기 조명 조건과 상기 회전 속도가 유지되도록 상기 조광 수단과 상기 회전 수단을 제어하며, 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 상기 정상 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터와 비교하여 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 정상 여부를 판단하고, 상기 판단 결과를 상기 표시 수단을 통해 출력하는 제어 수단을 포함하여 이루어진다.

Description

반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치{surface defect inspection apparatus for semi-conductor wafer}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼의 표면 불량을 광학적인 방식에 의거하여 자동적으로 검사할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치에 관한 것이다.

일반적인 반도체 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display)용 유리 기판(이하, 총칭하여 '웨이퍼'라고 한다)을 제조하는데 있어서는 식각 공정, 증착 공정 또는 이온 주입 공정 등과 같은 많은 단위 공정을 거치게 되는데, 이러한 각각의 단위 공정에는 대부분의 경우에 공정의 완성도를 검사하고 평가하기 위한 검사 장치들이 설치되어 있다. 이러한 검사 장치에서는 대개 해당하는 단위 공정을 거친 웨이퍼들 가운데서 하나를 추출하여 샘플링(Sampling) 검사를 행하게 된다. 그리고 이러한 샘플링 검사 조차도 사람이 현미경 등을 보면서 행하는 수동 검사에 의존하고 있는 실정이다.

한편, 이러한 수동 샘플링 검사에 의해서도 대개의 경우에는 불량을 검사할 수 있으나, 사후에 불량이 발견된 경우에는 이미 다른 공정이 많이 진행된 상태이기 때문에 불량품이 속한 로트(lot)의 전부를 폐기하거나 재작업을 위해서 일시적으로 설비 가동을 중단시켜야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 웨이퍼의 표면불량을 광학적인 방식에 의거하여 자동적으로 검사할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 각각의 단위 공정의 수행에 수반되는 반도체 웨이퍼의 이송 작업 중에 검사를 수행함으로써 별도의 검사 시간을 할애하지 않고도 반도체 웨이퍼의 표면 불량을 전수 검사할 수 있도록 한 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치는 검사할 반도체 웨이퍼를 회전시키는 수단; 상기 반도체 웨이퍼의 검사면을 조광하는 수단; 상기 검사면에 대한 광패턴 데이터를 제공하는 수단; 검사 결과를 표시하는 수단; 미리 정해진 조명 조건과 회전 속도 하에서 얻어진 정상 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 저장하는 저장 수단 및 상기 조명 조건과 상기 회전 속도가 유지되도록 상기 조광 수단과 상기 회전 수단을 제어하며, 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 상기 정상 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터와 비교하여 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 정상 여부를 판단하고, 상기 판단 결과를 상기 표시 수단을 통해 출력하는 제어 수단을 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 광패턴 데이터 제공 수단은 CCD 카메라로 구현될 수 있다. 나아가, 상기 저장 수단에 상기 조명 조건 및 회전 속도 하에서 사전에 측정된 여러 유형의 불량 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 더 저장해 둔 상태에서, 상기 제어 수단은 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 상기 여러 유형의 불량 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터들과 비교하여 불량 발생 시에 불량 유형을 판별하여 상기 표시 수단을 통해 출력할 수도 있다. 또한, 상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼의 회전각을 감지하는 수단을 더 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 회전각 감지 수단에서 제공된 회전각 정보에 의거하여 상기 불량 발생 각도를 판별할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치의 개략적인 기구 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치의 전기적인 블록 구성도,

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치에서 참조데이터 생성과정과 웨이퍼불량 검사과정을 설명하기 위한 플로우차트,

도 4는 웨이퍼 표면 불량의 여러 유형을 예시적으로 보인 도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1: 웨이퍼, 3: 플랫존 검출기,

10: 진공척, 11: 회전각 검출기,

12: 모터,

14, 16: CCD 카메라, 15, 17: 광원,

18: 모니터, 20: 제어 박스,

30: 제어부, 32: 키입력부,

34: 플랫존 감지부, 36: 회전각 감지부,

38: 참조데이터 저장부, 40: 카메라 구동부,

44: 모터 구동부, 48: 표시 제어부,

50: 표시부, 52: 검사데이터 저장부,

54: 조도 제어부

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치에 대해서 상세하게 설명하는데, 설명에 앞서서 반도체 웨이퍼의 일반적인 가공(Fabrication) 과정에 대해서 간략하게 설명한다.

반도체 웨이퍼의 가공 과정 중에서 각각의 단위 공정은 최초 로딩(Loading)부의 웨이퍼 캐리어에 얹혀 있는 웨이퍼를 로봇을 이용하여 정렬(Align)부로 이송하고, 상기 정열부에서는 웨이퍼의 플랫존(Flat Zone)이 일정한 방향을 향하도록 정열한다. 다음으로, 이렇게 정열된 웨이퍼를 로봇을 이용하여 로드록(Load Lock)부로 이송하고, 로드록부에서는 펌프에 의한 진공 흡인력에 의해 웨이퍼를 록시킨 상태에서 공정실(Process Chamber)로 이송한다.

다음, 이렇게 공정실로 이송된 웨이퍼에 대해 미리 제공된 작업 표준에 따른 각종 작업 공정을 수행하고 난 후에 다시 웨이퍼를 상기 로드록 부위로 이송한다. 이렇게 로드록부로 이송된 웨이퍼는 이후 로봇에 의해 원래의 정렬부로 이송되고, 다시 언로딩부의 캐리어에 하나씩 이송되게 된다. 여기에서, 각각의 단위 공정에 소요되는 시간은 공정의 특성에 따라 각기 다르게 주어지지만 공정실에서의 공정이 수행되는 동안에 정렬부와 언로딩부(Unloading)에서는 어떠한 공정도 수행되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치의 개략적인 기구 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치는 검사할 웨이퍼(1)를 진공 흡인하여 지지하는 진공척(10), 진공척(10)을 회전시키는 모터(12), 웨이퍼(1)의 에지 부분의 상부에 웨이퍼의 표면를 향하도록 현가 설치된 CCD 카메라(14), 검사 결과를 미리 정해진 양식대로 표시해 주는 모니터(18) 및 모터(12)의 회전을 미리 정해진 속도로 제어하며, CCD 카메라(14)에서 제공되는 광패턴 데이터를 후술하는 미리 저장된 참조데이터와 비교하여 웨이퍼(1)의 표면 불량 여부와 불량 유형을 판별하는 제어부를 비롯한 여러 전기적인 구성이 내장된 제어 박스(20)를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 진공척(10) 및 모터(12)는, 예를 들어 종래의 정열부에 구비된 것을 그대로 이용할 수 있다. 또한, 웨이퍼(1)의 이면 불량까지도 검사할 수 있도록 이면 검사용 CCD 카메라(16)를 더 구비시킬 수도 있는 바, 이러한 이면 불량 검사용 CCD 카메라(16)는 표면 검사용 CCD 카메라(14)와 대칭되게 설치할 수 있다. 이하에서는 편의상 표면 검사용 CCD 카메라(14)만 설치된 것으로 하여 설명을 진행한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치의 전기적인 블록 구성도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치의 전기적인 구성은 웨이퍼(1)의 표면에 대한 광패턴 데이터를 제공하는 CCD 카메라(14), CCD 카메라(14)를 구동하는 카메라 구동부(40), 진공척(10)을 회전시키는 모터(12)와 모터(12)를 구동하는 모터 구동부(44),웨이퍼(1)의 플랫존을 감지하는 플랫존 감지부(34), 진공척(10)의 회전각, 즉 웨이퍼(1)의 회전각을 감지하는 회전각 감지부(36), 웨이퍼(1)의 표면을 조광하는 광원(15)과 광원(15)을 미리 정해진 조도로 제어하는 조도 제어부(54), 정상 웨이퍼 및 각종 유형의 표면 불량을 갖는 웨이퍼에 대해 미리 정해진 조도 하에서의 광패턴 데이터를 저장하는 참조데이터 저장부(38), 웨이퍼(1)에 대한 표면 불량 여부 및 불량 유형을 표시하는 표시부(50)와 표시부(50)를 제어하는 표시 제어부(48) 및 개개의 검사 데이터를 저장하는 검사데이터 저장부(52)를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 플랫존 감지부(34)는 웨이퍼(1)를 사이에 두고 설치된 투과식 포토 커플러(미도시) 등으로 구현될 수 있는 플랫존 검출기(3)와 그 주변 회로 소자로 구현될 수 있고, 회전각 감지부(36)는 진공척(10) 하면에 다수개가 교대로 형성된 광반사부(미도시)와 광비반사부(미도시) 및 상기 광반사부와 광비반사부를 조사하도록 설치된 회전각 검출기(11)로서의 반사형 포토커플러 등으로 구현될 수 있다. 표시부(50)는 액정 표시기나 음극선관 등으로 구현될 수 있으며, 모터(12)는 정속 제어가 가능한 모터, 예를 들어 동기 모터 등으로 구현될 수 있다. 미설명 부호 32는 작업자가 본 발명의 검사 장치의 각종 명령이나 수치 등을 입력하는데 사용되는 키입력부를 나타낸다.

이하에서는 본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치의 동작을 상세하게 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치에서 참조데이터 생성과정과 웨이퍼불량 검사과정을 설명하기 위한 플로우차트이고, 도4는 웨이퍼 표면 불량의 여러 가지 유형을 예시적으로 보인 도이다.

먼저 본 발명에 따른 검사 원리에 대해서 설명하는데, 일정한 조도 하에서 CCD 카메라(14)의 촛점을 웨이퍼(1)의 표면에 정확하게 맞추었다고 가정할 때, 웨이퍼(1)가 존재하는 경우에는 웨이퍼(1)에서 반사되는 빛의 대부분이 CCD 카메라(14)에 흡수될 것이고, 웨이퍼(1)가 존재하지 않는 경우에는 거의 흡수되지 않을 것이다. 같은 원리로 웨이퍼(1)의 표면에 클랙(Crack)이나 칩핑(Chipping) 등이 존재하는 경우의 광패턴은 CCD 카메라(14) 촛점의 미세 어긋남 등으로 인하여 정상 웨이퍼에 대해 CCD 카메라(14)에 흡수되는 광패턴과는 차이가 있을 것인 바, 본 발명은 정상 웨이퍼와 여러 유형의 표면 불량 웨이퍼에 대한 광패턴을 참조데이터 저장부(38)에 미리 저장시켜 두고, 개개의 웨이퍼(1)의 검사 시에 이들 미리 저장된 참조용의 광패턴 데이터와 검사용의 광패턴 데이터를 비교하여 표면 불량 여부와 불량 유형 및 불량 발생 위치 등을 판별하게 된다.

먼저, 단계(S10)에서는 일정한 조도 하에서 참조 웨이퍼의 하나로서 정상 웨이퍼를 진공척(10)에 로딩시키고, 단계(S12)에서는 플랫존 감지부(34)에 의해서 참조 웨이퍼의 플랫존이 항상 정위치에 오도록 참조 웨이퍼를 정렬시킨다. 다음, 단계(S14) 및 단계(S16)에서는 모터(12)에 의해 진공척(10)을 정속도로 회전시키면서 참조 웨이퍼의 표면을 스캔하여 참조용 광패턴 데이터를 생성한다. 다음으로, 단계(S18)에서는 이렇게 얻어진 참조용 광패턴 데이터를 참조데이터 저장부(38)에 저장시키고, 단계(S20)에서는 참조 웨이퍼를 진공척(10)으로부터 언로딩시킨다. 다음으로 이러한 단계(S10) 내지 단계(S20)를 도 4에 도시한 바와 같은 각종 유형의 표면 불량을 갖는 다른 참조 웨이퍼에 대해서도 동일하게 수행함으로써 정상 및 여러 유형의 표면 불량 웨이퍼에 대한 참조 데이터를 생성하게 된다. 불량 유형으로는 예를 들어 대칭형(A), 왼방향형(B), 오른방향형(C) 및 레이어 결함형(D) 등이 있을 수 있다.

다음으로 웨이퍼불량 검사과정에 대해서 설명하는데, 단계(S30)에서는 진공척(10)에 검사 웨이퍼를 로딩시키고, 단계(S32)에서는 플랫존 감지부(34)에 의해서 검사 웨이퍼의 플랫존이 항상 정위치에 오도록 검사 웨이퍼를 정렬시킨다. 단계(S34)에서는 모터(12)에 의해 진공척(10)을 정속도로 회전시키면서 CCD 카메라(14)로 검사 웨이퍼의 표면을 스캔하게 된다. 다음, 단게(S36)에서는 회전각 감지부(36)의 감지 결과에 따라 스캔 포인트를 미리 정해진 양만큼 증가시키고, 단계(S38) 내지 단계(S42)에서는 검사 웨이퍼를 스캔하여 얻어진 검사용 광패턴 데이터를 먼저 참조데이터 저장부(38)에 저장된 정상 웨이퍼의 참조용 광패턴 데이터와 비교하여 결함이 존재하는 지의 여부를 판단하고, 결함이 존재하는 경우에는 여러 유형의 불량 웨이퍼에 대한 참조형 광패턴 데이터와 비교하여 그 유형을 분석하게 된다. 다음, 단계(S44)에서는 검사 결과를 표시부(50)에 의해 표시하거나 불량 유형에 대한 통계 분석 등을 위하여 결함 유형을 저장하게 된다.

단계(S46)에서는 당해 검사 웨이퍼에 대한 스캔이 완료되었는 지의 여부를 판단하는데, 단계(S46)에서의 판단 결과 스캔이 완료되지 아니한 경우에는 단계(S36)로 복귀하여 스캔 포인트를 미리 정해진 양만큼 증가시킨 상태에서 단계(S38) 이하를 반복적으로 수행한다. 이렇게 하여 단계(S46)에서 스캔이 완료된 경우에는단계(S48)로 진행하여 분석 결과, 즉 불량 여부와 유형 및 발생 각도를 표시부(50)를 통하여 디스플레이하고, 마지막으로 단계(S50)에서는 당해 검사 웨이퍼를 언로딩한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치는 개개의 단위 공정 설비와는 별개의 장치로 구성할 수도 있고, 단위 공정 설비의 일부를 이용하여 구성할 수도 있다.

예를 들어, 임의의 단위 공정에서 공정실 작업이 완료된 웨이퍼가 정렬 위치로 이송된 상태에서 검사할 수도 있는 바, 이러한 검사 시간 동안에는 후에 들어오는 다른 웨이퍼에 대한 공정실 작업이 진행되고 있으므로 어떠한 생산성 저하 문제도 발생시키지 않을 수 있다.

본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 전술한 실시예와는 달리 웨이퍼를 정지시킨 상태에서 CCD 카메라를 회전시킬 수도 있으며, CCD 카메라 대신에 복사기와 같이 CCD 스캐너를 평행 이동시키면서 광패턴 데이터를 얻을 수도 있을 것이다.

이외에도, 광패턴을 얻기 위한 수단으로 레이저 등을 사용할 수도 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치에 따르면, 웨이퍼의 불량을 자동적으로 전수 검사하기 때문에 불량율을 현저하게감소시킬 수가 있고, 불량으로 인한 재작업 시간 및 웨이파 폐기량을 현저하게 감소시킬 수가 있다.

또한, 다른 단위 공정 설비를 이용하는 경우에는 별도의 설비 가동 시간을 할당하지 않기 때문에 생산성을 저하시키지 않으면서도 전수 검사를 수행할 수 있다.

Claims (5)

1. 검사할 반도체 웨이퍼를 회전시키는 수단;

   상기 반도체 웨이퍼의 검사면을 조광하는 수단;

   상기 검사면에 대한 광패턴 데이터를 제공하는 수단;

   검사 결과를 표시하는 수단;

   미리 정해진 조명 조건과 회전 속도 하에서 얻어진 정상 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 저장하는 저장 수단 및

   상기 조명 조건과 상기 회전 속도가 유지되도록 상기 조광 수단과 상기 회전 수단을 제어하며, 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 상기 정상 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터와 비교하여 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 정상 여부를 판단하고, 상기 판단 결과를 상기 표시 수단을 통해 출력하는 제어 수단을 포함하여 이루어진 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광패턴 데이터 제공 수단은 CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 저장 수단에는 상기 조명 조건 및 회전 속도 하에서 사전에 측정된 여러 유형의 불량 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터가 더 저장되며,

   상기 제어 수단은 상기 검사할 반도체 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터를 상기여러 유형의 불량 웨이퍼에 대한 광패턴 데이터들과 비교하여 불량 유형을 판별하고, 상기 판별 결과를 상기 표시 수단을 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼의 회전각을 감지하는 수단을 더 구비하고,

   상기 제어 수단은 상기 회전각 감지 수단에서 제공된 회전각 정보에 의거하여 상기 불량 발생 각도를 판별하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼에 대한 단위 공정 설비 중의 정렬부에 합체된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 표면 불량 검사 장치.