KR20050118366A - 파티클 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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전태승
강호성
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Abstract

웨이퍼 상의 파티클을 검출하기 위한 파티클 검출 장치 및 방법에서, 스테이지에 지지되는 웨이퍼 상으로 광원부로부터 레이저 빔이 조사된다. CCD 카메라를 이용하여 상기 웨이퍼 이미지를 얻고, 얼라인부에서 상기 웨이퍼의 위치와 기 설정된 웨이퍼의 기준 위치를 칩 단위로 얼라인한다. 검출부에서 상기 웨이퍼 상의 파티클로부터 산란되는 레이저 빔을 검출하고, 상기 검출된 레이저 빔을 이용하여 상기 파티클의 유무와 위치를 파악한다. 따라서 상기 웨이퍼 상에 존재하는 파티클의 실제 위치를 정확하게 파악할 수 있다.

Description

파티클 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting a particle}
본 발명은 웨이퍼 검사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 존재하는 파티클을 검출하기 위한 파티클 검출 장치에 관한 것이다.
근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능적인 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다.
상기 반도체 장치는 일반적으로 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등을 위한 일련의 단위 공정들을 순차적으로 수행함으로서 제조된다. 상기 단위 공정들의 수행에서는 상기 단위 공정들의 공정 조건에 적합한 제조 장치가 사용된다.
상기 공정들은 반도체 장치의 품질 및 수율 향상을 위해 압력 및 온도 등 공정 분위기의 정밀한 제어가 필수적인 요구 조건으로 대두되고 있다.
또한, 상기 반도체 장치가 고집적화 및 고속화됨에 따라 상기 반도체 장치의 제조에서 파티클(particle) 등과 같은 결점에 대한 분석도 철저하게 이루어지고 있다. 이는 상기 파티클 등과 같은 결점이 반도체 장치의 불량과 직결되기 때문이다.
이에 따라, 분석 장치 등을 이용하여 상기 반도체 장치의 제조에서 발생하는 결점을 철저하게 분석하고 있다. 상기 분석 장치의 예로서는 레이저 스캐터링 방식을 이용한 장치를 들 수 있다.
상기 레이저 스케터링 방식을 이용하여 결점을 분석하는 일 예는 대한민국 공개특허 2001-95474호에 개시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 파티클 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 파티클 검출 장치는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 스테이지(10)를 구비한다. 광원부(20)는 웨이퍼(W) 상으로 레이저 빔을 조사한다. 검출부(30)는 웨이퍼(W)로부터 산란되는 레이저 빔을 검출한다. 모니터(40)는 검출부(30)의 검출 결과를 디스플레이한다.
광원부(20)에서 상기 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼(W)를 스캐닝한다. 상기 레이저 빔이 웨이퍼(W) 상에 조사되어 산란되면 검출부(30)에서 상기 산란되는 레이저 빔을 검출한다. 상기 검출 결과는 모니터(40) 상에 디스플레이된다. 그러나 웨이퍼(W) 상에 형성된 막질의 종류에 따라 상기 산란 신호가 다르므로 모니터(40) 상에도 다르게 나타난다.
도 2는 도 1에 도시된 파티클 검출 장치에서 레이저 산란을 이용하여 획득한 칩의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 2에서와 같이 칩의 이미지가 명확하게 구현되지 못하므로, 웨이퍼(W)의 이미지에서 칩(chip) 각각의 위치와 사이즈를 정확하게 설정하기가 힘들다.
그러므로 웨이퍼(W) 이미지를 칩 단위로 얼라인하는 경우 미스 얼라인이 발생한다. 웨이퍼(W) 상의 파티클 위치를 검출할 때 실제 웨이퍼(W) 상에서의 파티클 위치와 모니터(40) 상에서의 파티클 위치가 서로 다르게 된다. 따라서 상기 파티클의 정확한 위치를 검출하지 못하는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼 상의 파티클을 검출하여 상기 파티클의 실제 위치가 모니터 상에 정확하게 나타나도록 하는 파티클 검출 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 파티클 검출 장치를 이용하여 파티클을 검출하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 파티클 검출 장치는 웨이퍼를 지지하기 위한 스테이지를 구비한다. 광원부는 상기 웨이퍼 상으로 레이저 빔을 조사한다. CCD 카메라는 상기 웨이퍼의 상부에 구비되어 상기 웨이퍼의 이미지를 획득한다. 얼라인부는 상기 웨이퍼의 이미지를 이용하여 기 설정된 웨이퍼의 기준 위치와 상기 웨이퍼의 위치를 얼라인한다. 검출부는 상기 웨이퍼 상의 파티클로부터 산란되는 레이저 빔을 검출한다. 파티클 검출부는 상기 검출부의 검출 결과를 이용하여 상기 파티클의 유무와 위치를 검출한다.
상기 얼라인부는 상기 CCD 카메라에 촬상된 상기 웨이퍼의 이미지를 이용하여 칩 단위로 기 설정된 웨이퍼의 기준 위치와 상기 웨이퍼의 위치를 위치를 얼라인한다. 따라서 상기 칩의 위치와 사이즈를 명확하게 설정할 수 있으므로 검출되는 파티클의 위치를 칩 단위로 정확하게 표시할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예는 파티클 검출 방법을 제공한다. 상기 파티클 검출 방법은 우선, 웨이퍼 상으로 레이저 빔을 조사하여 스캐닝하고, CCD 카메라를 이용하여 상기 웨이퍼의 이미지를 획득한다. 획득된 상기 웨이퍼의 이미지를 이용하여 기 설정된 웨이퍼의 위치와 상기 웨이퍼의 위치를 얼라인한다. 상기 레이저 빔이 상기 웨이퍼 상의 파티클에 반사되어 산란되는 레이저 빔을 검출하고, 상기 산란된 레이저 빔 검출 결과를 이용하여 상기 파티클의 유무와 위치를 검출한다.
획득된 상기 웨이퍼 이미지가 CCD 카메라에 의해 촬상되어 명확하므로 칩 각각의 위치와 사이즈를 명확하게 설정할 수 있다. 상기 기 설정된 웨이퍼의 위치와 상기 웨이퍼의 위치는 칩(chip) 단위로 정확하게 얼라인되므로 상기 웨이퍼 상의 파티클 위치를 정확하게 표시할 수 있다. 따라서 상기 파티클 검출하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있고, 상기 파티클 위치를 칩 단위로 명확하게 알 수 있어 상기 파티클 제거 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파티클 검출 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 파티클 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
파티클 검출 장치(100)는 스테이지(110), 광원부(120), CCD 카메라(130), 얼라인부(140), 검출부(150), 파티클 검출부(160) 및 모니터(170)를 구비한다.
스테이지(110)는 사각 또는 원형의 플레이트로 구성된다. 스테이지(110)는 웨이퍼(W)를 충분히 지지할 수 있도록 웨이퍼(W)의 크기보다 더 큰 크기를 갖도록 구비된다. 따라서 스테이지(110)는 광원부(120)에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼(W) 상의 파티클을 검사하도록 웨이퍼(W)를 지지한다. 웨이퍼(W) 상의 파티클을 검사하기 위해서는 상기 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼(W)의 상부면을 스캐닝한다. 따라서 스테이지(110)는 XY축으로 구동하거나 회전 가능하다. 상기 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼(W)의 상부면을 지그재그로 스캐닝하는 경우 스테이지(110)는 XY축으로 구동한다. 상기 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼(W)의 상부면을 동심원 또는 나선형으로 스캐닝하는 경우 스테이지(110)는 회전 구동한다.
구동부(112)는 스테이지(110)와 연결되고, 상기 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼(W)를 스캐닝하도록 스테이지(110)를 XY축으로 구동시키거나 회전시킨다.
광원부(120)는 레이저 발생기(121), 회전 미러(122), 빔 확장기(123), 빔 편향기(124), 빔 블락(125) 및 포커싱 렌즈(126)로 구성되며, 웨이퍼(W) 상으로 상기 레이저 빔을 조사한다.
레이저 발생기(121)는 웨이퍼(W) 상의 파티클을 검사를 위해 레이저 빔을 발생한다. 상기 레이저 빔으로는 파장이 488nm 인 아르곤 이온(Ar ion) 레이저 또는 헬륨(He)계 레이저를 사용한다. 상기 레이저 전력(laser power)은 20 내지 80 mW를 사용한다.
회전 미러(122)는 각도 조절을 통해 레이저 발생기(121)에서 조사된 레이저 빔의 진행 방향을 변경하고, 상기 레이저 빔이 원하는 각도로 웨이퍼(W) 상으로 입사되도록 입사각을 조절한다.
빔 확장기(123, beam expander)는 레이저 발생기(121)로부터 발생된 레이저 빔의 단면적을 확장시킨다.
빔 편향기(124, beam deflector)는 빔 확장기(123)에 의해 확장된 레이저 빔이 웨이퍼(W)의 표면을 스캔하도록 상기 확장된 레이저 빔을 편향시킨다.
빔 블락(125, beam block)은 빔 편향기(124)에 의해 편향된 상기 레이저 빔이 원하는 크기로 웨이퍼(W) 상으로 조사되도록 상기 레이저 빔의 일정 부분을 차단한다.
포커싱 렌즈(126)는 빔 편향기(124)에 의해 편향된 상기 레이저 빔이 조사되는 웨이퍼(W)의 표면 상의 스폿 사이즈(spot size)의 크기를 일정하게 유지하기 위해 상기 편향된 레이저 빔의 초점 거리를 조절한다.
CCD 카메라(130)는 웨이퍼(W)가 놓여지는 스테이지(110)의 상부에 구비된다. CCD 카메라(130)는 웨이퍼(W) 상부면의 광학적 이미지를 촬상한다. 웨이퍼(W)의 상부면에 상기 레이저 빔을 조사하여 반사되는 이미지를 CCD 카메라(130)를 이용하여 획득한다.
도 4는 도 3에 도시된 파티클 검출 장치에서 CCD 카메라를 이용하여 획득한 칩의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, CCD 카메라(130)에 의해 명확한 이미지의 칩을 획득할 수 있다. 상기 칩에서 로직 영역(logic area)과 셀 영역(cell area)도 명확하게 구분할 수 있다.
얼라인부(140)는 상기 웨이퍼(W)의 이미지를 이용하여 기 설정된 웨이퍼의 기준 위치와 상기 웨이퍼의 위치가 매치되도록 얼라인한다. CCD 카메라(130)에서 획득된 상기 이미지가 명확하므로, 상기 이미지를 이용하여 칩 단위로 각각의 위치와 사이즈를 설정할 수 있다. 상기 칩 각각의 위치와 사이즈를 이용하여 기 설정된 웨이퍼의 칩들과 일대일로 매치시켜 얼라인한다.
웨이퍼(W)의 표면으로 조사된 레이저 빔은 웨이퍼(W) 표면에 위치하는 파티클에 부딪혀 산란된다. 검출부(150)는 웨이퍼(W)의 파티클로부터 산란되는 레이저 빔을 검출한다.
검출부(150)는 상기 산란된 레이저 빔을 용이하게 검출할 수 있도록 세 개 정도 구비되는 것이 바람직하다. 검출부(150)는 상기 레이저 빔이 입사되는 방향, 상기 레이저 빔이 입사되는 방향과 반대 방향 및 수평면과 수직한 방향에 각각 하나씩 배치된다. 상기 레이저 빔이 입사되는 방향, 상기 레이저 빔이 입사되는 방향과 반대 방향에 배치되는 검출부(150)는 상기 수평면과 30 내지 60도의 각도를 가지며, 가장 바람직하게는 45도의 각도를 갖는다.
한편, 도시되지는 않았지만, 웨이퍼(W)의 파티클 검사시 레이저 빔의 편광 특성을 이용하여 산란되는 레이저 빔의 집광 정도를 증가시키기 위해, 검출부(150)의 전단에 편광 슬릿 및 집광 렌즈를 구비시킨다.
파티클 검출부(160)는 검출부(160)에서 검출된 레이저 빔을 이용하여 웨이퍼(W) 상에 파티클이 존재하는지를 검출하고, 검출되는 상기 파티클의 위치도 검출한다. 파티클 검출부(160)로는 광전 증배관(photo multiplier tube; PMT)이 사용된다. 상기 광전 증배관은 산란된 레이저 빔을 강도에 따라 전기 신호의 크고 작음으로 변환시킨 후, 시리얼(직렬)의 신호로 출력한다. 출력된 전기 신호를 분석하여 일정한 수준(Threshold) 이상의 전기 신호가 검출되는 경우 파티클이 검출된 것으로 처리된다. 또한 상기와 같이 파티클이 검출되는 경우 그 위치도 동시에 확인된다.
파티클 검출부(160)에서의 파티클 검출은 칩(chip) 단위로 이루어진다. 이 경우 얼라인부(140)에서 설정된 각 칩의 위치와 사이즈를 이용한다.
모니터(170)는 상기 파티클의 검출 결과를 표시한다. 모니터(170)에는 웨이퍼(W)의 위치와 얼라인된 기 설정 웨이퍼, 즉 웨이퍼 맵이 표시된다. 상기 웨이퍼 맵은 칩 단위로 표시된다. 상기 칩 단위로 표시된 웨이퍼 맵 상에 파티클 검출부(160)에서 검출된 파티클이 표시된다. 따라서 칩 단위로 상기 파티클의 위치를 정확하게 검출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파티클 검출 장치를 이용하여 파티클을 검출하기 위한 파티클 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 스테이지(110) 상에 파티클을 검출하기 위한 웨이퍼(W)가 놓여진다. 광원부(120)는 레이저 빔을 웨이퍼(W) 상으로 조사한다. 상기 레이저 빔은 빔 편향기(124)에 의해 소정 범위 내에서 편향되면서 조사되고, 상기 레이저 빔이 조사되는 동안 구동부(112)의 구동에 의해 스테이지(110)는 XY축으로 구동하거나 회전한다. 즉, 상기 레이저 빔은 빔 편향기(124)의 편향되면서 XY축으로 구동되거나 또는 회전되는 스테이지(110)의 웨이퍼(W) 상으로 조사된다. 따라서 상기 레이저 빔은 웨이퍼(W)를 지그 재그로 스캐닝하거나 혹은 동심원 또는 나선형으로 스캐닝한다.(S110)
상기 레이저 빔이 웨이퍼(W) 상으로 조사되는 동안 CCD 카메라(130)를 이용하여 웨이퍼(W)의 광학적 이미지를 획득한다. 상기 광학적 이미지는 칩 단위의 구분이 명확하다.(S120)
얼라인부(130)는 상기 광학적 이미지를 이용하여 칩 단위로 각각의 위치와 사이즈를 설정한다. 기 설정된 웨이퍼의 이미지와 상기 광학적 이미지를 얼라인한다. 상기 기 설정된 웨이퍼의 이미지는 웨이퍼 맵이 사용된다. 상기 얼라인은 칩 단위로 이루어진다. 즉 기 설정된 웨이퍼의 이미지에 따른 칩들의 위치 및 사이즈가 상기 광학적 이미지에 따른 칩들의 위치 및 사이즈와 일대일로 매치되도록 얼라인한다.(S130)
광원부(120)에서 조사된 레이저 빔은 웨이퍼(W) 상의 파티클에 부딪혀 산란된다. 검출부(150)는 상기 파티클로부터 산란되는 레이저 빔을 검출한다.(S140)
파티클 검출부(160)는 상기 산란된 레이저 빔의 강도에 따라 전기 신호의 크고 작음으로 변환시킨다. 변환된 전기 신호를 시리얼(직렬)의 신호로 출력한다. 출력된 전기 신호를 분석하여 일정한 수준(Threshold) 이상의 전기 신호가 검출되는 경우 파티클이 검출된 것으로 처리된다. 상기 파티클이 검출된 것으로 처리되는 경우, 상기 레이저 빔의 산란 위치를 확인하여 상기 파티클의 위치를 확인한다. 따라서 파티클이 검출과 그 위치는 동시에 확인된다.(S150)
모니터(170)에는 웨이퍼(W)의 칩 단위에 따른 위치 및 사이즈가 매치되도록 얼라인된 기 설정 웨이퍼 이미지, 즉 웨이퍼 맵이 표시된다. 그리고 파티클 검출부(160)에서 상기 파티클이 검출되면 그 위치가 칩 단위로 상기 웨이퍼 맵에 표시된다. 모니터(170) 상에 표시된 상기 파티클의 위치는 웨이퍼(W) 상의 파티클 위치와 정확하게 일치한다. 따라서 상기 파티클의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.(S160)
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면 CCD 카메라를 이용하여 웨이퍼 이미지를 획득하므로 상기 웨이퍼를 칩 단위에 따라 그 위치와 사이즈를 명확하게 설정할 수 있다. 그러므로 상기 칩 사이즈의 불명확으로 인한 미스 얼라인을 줄일 수 있다.
그리고 상기 웨이퍼 상에 존재하는 파티클의 위치를 모니터 상에 정확하게 디스플레이 할 수 있다. 따라서 상기 파티클 검출하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있고, 상기 파티클 위치를 칩 단위로 명확하게 알 수 있어 상기 파티클 제거 공정을 용이하게 진행할 수 있고, 반도체 제조 공정의 생산성을 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.
도 1은 종래 기술에 따른 파티클 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 파티클 검출 장치에서 레이저 산란을 이용하여 획득한 칩의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 파티클 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 파티클 검출 장치에서 CCD 카메라를 이용하여 획든한 칩의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파티클 검출 장치를 이용하여 파티클을 검출하기 위한 파티클 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 스테이지 120 : 광원부
130 : CCD 카메라 140 : 얼라인부
150 : 검출부 160 : 파티클 검출부
170 : 모니터 W : 웨이퍼

Claims (6)

  1. 웨이퍼를 지지하기 위한 스테이지;
    레이저 빔을 발생시키며, 상기 레이저 빔으로 상기 웨이퍼 상의 파티클을 검출하기 위해 상기 웨이퍼를 스캐닝하는 광원부;
    상기 웨이퍼의 상부에 구비되며, 상기 웨이퍼의 이미지를 얻기 위한 CCD 카메라;
    상기 웨이퍼의 이미지를 이용하여 기 설정된 웨이퍼의 기준 위치와 상기 웨이퍼의 위치를 얼라인하기 위한 얼라인부;
    상기 웨이퍼 상의 파티클로부터 산란되는 레이저 빔을 검출하기 위한 검출부; 및
    상기 검출부의 검출 결과를 이용하여 상기 파티클의 유무와 위치를 검출하기 위한 파티클 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 얼라인부는 상기 기 설정된 웨이퍼의 기준 위치와 상기 웨이퍼의 위치를 칩 단위로 얼라인하는 것을 특징으로 하는 파티클 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파티클과 상기 파티클의 위치를 표시하기 위한 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 검출 장치.
  4. 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼의 상부면을 스캐닝하는 단계;
    CCD 카메라를 이용하여 상기 웨이퍼의 이미지를 얻는 단계;
    기 설정된 웨이퍼의 기준 위치와 상기 웨이퍼의 위치를 얼라인하는 단계;
    상기 웨이퍼 상의 파티클로부터 산란되는 레이저 빔을 검출하는 단계; 및
    상기 산란된 레이저 빔 검출 결과를 이용하여 상기 파티클 유무와 파티클 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기 설정된 웨이퍼의 기준 위치와 상기 웨이퍼의 위치는 칩 단위로 얼라인되는 것을 특징으로 하는 파티클 검출 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 파티클의 유무 및 위치를 모니터 상에 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파티클 검출 방법.
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