KR20070002322A - 패턴 이미지 획득 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

패턴이 형성된 웨이퍼의 이미지를 획득하기 위한 패턴 이미지 획득 장치 및 방법은 패턴이 형성된 웨이퍼를 지지하기 위한 스테이지와 상기 웨이퍼 상으로 가시광선 또는 적외선 영역의 광을 조사하기 위한 광원부를 구동부가 상대 운동시켜 상기 광이 상기 웨이퍼를 스캐닝하도록 한다. 검출부는 상기 웨이퍼으로부터 반사되는 광을 검출하고, 변환부에서 상기 반사광의 광 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이미지 처리부는 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 웨이퍼의 패턴 이미지를 획득한다.

Description

패턴 이미지 획득 장치 및 방법{Apparatus and method for gaining a patterned image}
도 1은 종래 기술에 따른 패턴 이미지 획득 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 패턴 이미지 획득 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 패턴 이미지 획득 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4 내지 6은 종래 기술에 따른 CCD 카메라를 이용하여 얻어진 패턴 이미지이다.
도 7 내지 9는 본 발명에 따른 패턴 이미지 획득 장치를 이용하여 얻어진 패턴 이미지이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 스테이지 120 : 램프
130 : 구동부 132 : 제1 구동부
134 : 제2 구동부 140 : 광도 측정부
150 : 변환부 160 : 이미지 처리부
W : 웨이퍼
본 발명은 이미지 획득 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 이미지로 획득하기 위한 패턴 이미지 획득 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 웨이퍼로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기 소자들을 포함하는 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하기 위한 EDS(electrical die sorting) 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 웨이퍼의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기와 같은 공정을 수행하기 위해서는 상기 웨이퍼 상의 특정 위치로 이동 이 필요한 경우가 있다. 예를 들어, 상기 웨이퍼 상에 형성된 막들의 오버레이를 측정하기 위해서는 정렬 마크가 형성된 웨이퍼 상으로 오버레이 측정 장치가 이동해야 한다. 이 경우 일반적으로 상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 이미지로 획득하고, 상기 이미지를 실제 웨이퍼 패턴의 크기와 매치시킨 후 상기 웨이퍼 상의 특정 위치로 이동한다.
그러나 상기와 같은 웨이퍼 상의 특정 위치로 이동하기 위해서는 패턴 이미지의 획득이 선행되어야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 패턴 이미지 획득 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 패턴 이미지 획득 장치는 조명부(20)에서 스테이지(10)에 지지된 웨이퍼(W) 상으로 광을 조사하고, 상기 웨이퍼(W)의 수직 상방에 배치된 CCD(charge coupled device) 카메라와 같은 촬상 수단(30)에서 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴의 이미지를 촬상한다. 상기 촬상 정보를 아날로그/디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 이용하여 상기 패턴의 이미지를 획득한다.
그러나 상기 CCD 카메라와 같은 촬상 수단(30)을 이용하는 경우, 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막질의 종류에 따라 패턴의 이미지를 획득하지 못하는 경우가 있다. 예를 들면 상기 웨이퍼(W)에 형성된 패턴 상에 비정질 실리콘이 도포되는 경우, 상기 패턴의 이미지를 획득하지 못하거나 획득하더라도 정확성이 떨어지는 이미지를 획득하게 된다.
또한 상기 촬상 수단(30)은 렌즈를 통하여 패턴 이미지를 획득하므로 정확한 패턴 이미지를 획득하기 위해서는 초점을 맞추는 작업이 이루어져야 한다. 따라서 상기 렌즈의 초점이 흐려지는 경우 상기 패턴 이미지를 정확하게 획득하여 획득할 수 없는 문제점이 있다.
그러므로 상기 패턴 이미지를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 특정 위치로 이동할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼 상에 형성된 막질의 종류에 상관없이 패턴의 이미지를 획득할 수 있는 패턴 이미지 획득 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼 상에 형성된 막질의 종류에 상관없이 패턴의 이미지를 획득할 수 있는 패턴 이미지 획득 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 패턴 이미지 획득 장치는 패턴이 형성된 웨이퍼를 지지하기 위한 스테이지 및 상기 웨이퍼 상으로 가시광선 또는 적외선 영역의 광을 조사하기 위한 광원부를 구비한다. 구동부는 상기 광이 상기 웨이퍼를 스캐닝하도록 상기 스테이지와 광원부를 상대 운동시키며, 검출부는 상기 웨이퍼로부터 반사되는 광을 검출한다. 변환부는 상기 검출된 광 신호 디지털 신호로 변환하고, 이미지 처리부는 상기 디지털 신 호를 이용하여 상기 웨이퍼의 패턴 이미지를 형성한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 패턴 이미지 획득 방법은 가시광선 또는 적외선 영역의 광을 이용하여 웨이퍼의 표면을 스캐닝한다. 상기 웨이퍼로부터 반사되는 광을 검출한 후, 상기 검출된 광의 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 웨이퍼의 패턴 이미지를 처리한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 패턴 이미지 획득 장치 및 방법은 반사광의 강도를 이용하여 패턴 이미지를 획득하므로 웨이퍼 상에 형성된 막질의 종류에 상관없이 정확한 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 따라서 상기 패턴 이미지를 이용하여 웨이퍼 상의 특정 위치로 정확하게 이동하여 공정을 수행할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴 이미지 획득 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 패턴 이미지 획득 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 패턴 이미지 획득 장치(100)는 스테이지(110), 광원부(120), 구동부(130), 검출부(140), 변환부(150) 및 이미지 처리부(160)로 구성된다.
상기 스테이지(110)는 웨이퍼(W)를 지지한다. 상기 스테이지(110)는 원판 형태를 가지며, 상기 웨이퍼(W)의 지름보다 큰 지름을 갖는다. 따라서 상기 스테이지(110)는 상기 웨이퍼(W)를 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 광원부(120)는 웨이퍼(W)에 존재하는 결함을 검출하기 위해 상기 웨이퍼(W) 상으로 광을 조사한다. 상기 광원부(120)로는 램프 또는 발광 다이오드가 사용될 수 있다. 상기 광원부(120)는 가시광 또는 적외선광을 조사한다.
상기 램프를 이용한 광원부(120)는 광의 근원인 램프와, 상기 광을 반사시켜 웨이퍼(W) 상으로 전사시키기 위한 반사경과, 상기 램프에서 발생된 광과 반사경에 반사된 광을 평행 광으로 형성하기 위한 콜리메이터 렌즈(collimator lens) 등을 포함할 수 있다.
상기 광원부(120)는 상기 스테이지(110)의 상부면, 구체적으로는 상기 스테이지(110)에 지지된 웨이퍼(W)의 상부에 배치된다. 상기 광원부(120)는 상기 웨이퍼(W)의 상부면으로부터 수직하게 배치되거나, 소정의 각도로 기울어지게 배치될 수 있다. 상기 광원부(120)는 상기 웨이퍼(W)의 상부면으로부터 약 85 내지 90도 각도로 기울어지게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 광원부(120)와 상기 웨이퍼(W)의 전면 사이에 광의 경로를 전환할 수 있는 경로 전환 부재를 더 배치할 수 있다. 상기 경로 전환 부재는 상기 웨이퍼(W) 전면에 대한 광의 입사각을 조절할 수도 있다.
상기 구동부(130)는 상기 광원부(120)에서 조사된 광이 상기 웨이퍼(W)의 상부면을 스캐닝하도록 상기 스테이지(110)와 상기 광원부(120)를 상대 운동시킨다. 상기 구동부(130)는 제1 구동부(132) 및 제2 구동부(134)로 구성된다.
상기 제1 구동부(132)는 상기 광원부(120)와 연결된다. 상기 제1 구동부(132)는 상기 웨이퍼(W)를 포함하는 평면과 평행한 방향으로 상기 광원부(120)를 이동시킨다. 상기 제1 구동부(132)에 의해 상기 광원부(120)가 상기 웨이퍼(W)를 포함하는 평면과 평행한 평면의 X축 및 Y축 방향으로 이동되므로, 상기 광원부(120)로부터 조사된 광이 상기 웨이퍼(W)의 상부면을 스캐닝한다.
상기 제2 구동부(134)는 상기 스테이지(110)와 연결되며, 상기 스테이지(110)에 지지된 웨이퍼(W)를 포함하는 평면에 대해 X축 및 Y축 방향으로 상기 스테이지(110)를 이동시킨다. 상기 제2 구동부(134)에 의해 상기 웨이퍼(W)가 X축 및 Y축 방향으로 이동되므로, 상기 광원부(120)로부터 조사된 광에 의해 상기 웨이퍼(W)의 상부면이 스캐닝된다.
상기 제1 구동부(132)와 제2 구동부(134)는 각각 구동되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1 구동부(132)가 구동되는 경우에는 상기 제2 구동부(134)는 구동되지 않고, 상기 제2 구동부(134)가 구동되는 경우에는 상기 제1 구동부(132)는 구동되지 않는다. 그러나 상기 제1 구동부(132)와 제2 구동부(134)가 동시에 구동될 수도 있다.
상기 검출부(140)는 상기 웨이퍼(W)로부터 반사되는 광, 즉 반사광을 검출한다. 상기 검출부(140)는 상기 반사광을 검출하기 적당한 위치에 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 검출부(140)는 상기 웨이퍼(W)의 전면을 기준으로 상기 발광부(120)에 반대되는 위치에 배치된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 발광부(120)의 둘레를 따라서 복수 개 배치된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 검출부(140)는 상기 웨이퍼(W)의 전면으로부터 약 85 내지 90도의 각도를 가지도록 배치되고, 상기 웨이퍼(W)의 전면에 입 사되는 광의 입사방향을 기준으로 약 5도 이내에 배치된다. 즉, 상기 광원부(130)와 상기 검출부(140)는 서로 인접하며, 상기 웨이퍼(W)의 상부면과 실질적으로 수직하도록 배치된다.
상기 검출부(140)는 상기 웨이퍼(W)로부터 반사되는 반사광을 검출한다. 상기 반사광에는 광도, 휘도, 조도, 광속, 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막의 반사율, 투과율, 흡수율 등의 정보를 포함한다.
상기 검출부(140)는 광도계(photometer)의 일종인 광전 증배관(photo multiplier tube; PMT)이 사용될 수 있다. 상기 검출부(140)를 상기 광전 증배관을 중심으로 설명하면, 상기 광전 증배관은 상기 웨이퍼(W)로부터의 반사광을 수집하여 소정의 증폭 비로 증폭한다. 상기 광전 증배관의 전압은 400 내지 990V로 한다. 상기 웨이퍼(W)로부터의 반사광은 상대적으로 매우 미약하다. 상기 광전 증배관은 미약한 광을 소정의 증폭비로 증폭하여 출력신호를 증가시킨다. 반사광이 광전 증배관 내의 광음극과 반응하여 광전자가 생성된다. 상기 광전자는 순차적으로 높은 전압이 인가되는 다단계의 다이노드(dynode)들을 거쳐 증배되고, 이에 해당하는 출력펄스가 생성된다.
상기 광전 증배관은 한 개의 광자(photon)까지 측정할 수 있으며, 약 0.2∼1.1㎛의 대역을 갖고, 최저 0.3㎀의 작은 암전류까지 측정할 수 있기 때문에 결함 검출용으로 매우 바람직하다.
상기 광전 증배관은 상기 반사광을 강도에 따라 전기 신호의 크고 작음으로 변환시킨 후, 시리얼(직렬)의 신호로 출력한다.
한편, 상기 광원부(120)와 상기 웨이퍼(W)의 전면 사이에는 제1 편광 필터가 배치될 수 있다. 상기 제1 편광 필터는 1/2 파장 또는 1/4 파장용 플레이트 등과 같은 편광 플레이트를 포함한다. 상기 제1 편광 필터는 상기 광원부(120)로부터 방출된 제1 광을 P 편광, S 편광, C(circular polarization) 편광 또는 이들이 조합된 편광으로 변환한다.
상기 검출부(140)와 상기 웨이퍼(W)의 전면 사이에는 제2 편광 필터가 배치될 수 있다. 상기 제2 편광 필터에 대한 설명은 상기 제1 편광 필터와 동일하다.
상기 변환부(150)는 상기 검출부(140)와 연결되며, 상기 검출부(140)로부터 제공되는 아날로그 신호인 직렬 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 변환부(150)는 아날로그/디지털 변환기(A/D converter)가 사용된다.
상기 이미지 처리부(160)는 상기 디지털 신호를 상기 웨이퍼(W)의 패턴을 나타내는 이미지로 처리한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 패턴 이미지 획득 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 참조하면, 우선, 스테이지(110) 상으로 웨이퍼(W)를 로딩한다. 상기 광원부(120)에서 상기 웨이퍼(W) 상으로 가시광선 또는 적외선 영역의 광을 조사한다. 상기 광이 조사되는 상태에서 구동부(130)를 구동시켜 상기 스테이지(110)와 상기 광원부(120)를 상대 운동시킨다.
구체적으로, 상기 스테이지(110)가 고정된 상태에서 상기 제1 구동부(132)의 구동에 의해 상기 광원부(120)가 이동하거나, 상기 광원부(120)가 고정된 상태에서 제2 구동부(134)의 구동에 의해 상기 스테이지(120)가 이동하여 상대 운동이 이루어진다. 또한 상기 제1 구동부(132)의 구동 및 제2 구동부(134)의 구동에 의해 상기 광원부(120) 및 스테이지(110)의 상대 운동이 이루어질 수도 있다.
따라서 상기 광원부(120)로부터 조사된 광은 상기 웨이퍼(W)의 상부면을 스캐닝한다.(S110)
상기 광이 상기 웨이퍼(W)의 상부면을 스캐닝하면, 상기 광은 상기 웨이퍼(W)로부터 반사된다. 상기 웨이퍼(W)로부터 반사되는 반사광은 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막질의 종류나 패턴의 형상 등에 따라 서로 다르게 반사된다. 즉, 상기 웨이퍼(W) 표면의 막질이나 형상에 따라 상기 광의 광도, 휘도, 조도, 광속 등이 다르게 반사된다. 상기와 같은 반사광을 상기 검출부(140)에서 검출한다.(S120)
상기 검출부(140)는 상기 반사광을 광도, 휘도, 조도, 광속 등의 정도에 따라 전기 신호의 크고 작음으로 변환시킨 후, 직렬 신호로 출력한다.
상기 검출부(140)로부터 제공되는 아날로그 신호인 직렬 신호를 상기 변환부(150)에서 디지털 신호로 변환한다.(S130)
상기 이미지 처리부(160)는 상기 디지털 신호를 이용하여 상기 웨이퍼(W) 상에 패턴을 정확하게 획득할 수 있도록 상기 웨이퍼(W)의 패턴을 이미지 형태로 처리한다.(S140)
상기 패턴 이미지 획득 방법은 가시광이나 적외선 광으로 상기 웨이퍼(W)를 스캐닝한다. 따라서 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막질의 종류와 형태에 상관없이 상기 웨이퍼(W)의 패턴 형상을 이미지로 정확하게 형상화할 수 있다. 따라서 상기 웨이퍼(W) 패턴 형상을 패턴 이미지로 정확하게 인식하여 공정에 적용할 수 있다.
도 4 내지 6은 종래 기술에 따른 CCD 카메라를 이용하여 얻어진 패턴 이미지이다.
도 4는 식각 공정 후의 패턴 이미지로, 식각 공정 후에는 CCD 카메라를 이용하여 명확한 패턴 이미지가 획득되었다.
도 5는 도 4의 식각 패턴 상에 비정질 실리콘을 증착한 후의 이미지로, 비정질 실리콘의 영향으로 인해 패턴 이미지가 인식이 다소 어려운 상태로 획득되었다.
도 6은 도 5의 패턴 상에 다시 비정질 실리콘을 증착한 후의 이미지로, 비정질 실리콘의 영향으로 인해 패턴 이미지가 인식이 거의 힘든 상태로 획득되었다.
도 7 내지 9는 본 발명에 따른 패턴 이미지 획득 장치를 이용하여 얻어진 패턴 이미지이다.
도 7은 식각 공정 후의 패턴 이미지로, 도 4와 동일한 상태의 패턴에 대한 이미지이다. 도 7을 참조하면, 식각 공정 후에 패턴 이미지가 인식이 용이한 상태로 획득되었다.
도 8은 도 7의 식각 패턴 상에 비정질 실리콘을 증착한 후의 이미지로, 도 5와 동일한 상태의 패턴에 대한 이미지이다. 도 8을 참조하면, 비정질 실리콘이 증착되더라도 패턴 이미지가 인식이 용이한 상태로 획득되었다.
도 9는 도 8의 패턴 상에 다시 비정질 실리콘을 증착한 후의 이미지로, 도 6과 동일한 상태의 패턴에 대한 이미지이다. 도 9를 참조하면, 다시 비정질 실리콘이 증착되더라도 상기 비정질 실리콘의 영향 없이 패턴 이미지가 인식이 용이한 상 태로 획득되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴 이미지 획득 장치 및 방법은 웨이퍼 상에 가시광선 또는 적외선 영역의 광을 이용하여 이미지를 획득한다. 따라서 상기 웨이퍼 상에 형성된 막의 종류나 패턴의 형상에 상관없이 명확한 패턴 이미지를 획득할 수 있고, 상기 패턴 이미지를 정확하게 인식하여 공정에 적용할 수 있다. 그러므로 상기 공정 수행시 정확성을 높일 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.

Claims (4)

  1. 패턴이 형성된 웨이퍼를 지지하기 위한 스테이지;
    상기 웨이퍼 상으로 가시광선 또는 적외선 영역의 광을 조사하기 위한 광원부;
    상기 광이 상기 웨이퍼를 스캐닝하도록 상기 스테이지와 광원부를 상대 운동시키기 위한 구동부;
    상기 웨이퍼로부터 반사되는 광을 검출하기 위한 검출부;
    상기 검출된 광 신호 디지털 신호로 변환하기 위한 변환부; 및
    상기 디지털 신호를 이용하여 상기 웨이퍼의 패턴 이미지를 형성하기 위한 이미지 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미지 획득 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원부는 램프 또는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 패턴 이미지 획득 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패턴은 비정질 실리콘 패턴인 것을 특징으로 하는 패턴 이미지 획득 장치.
  4. 가시광선 또는 적외선 영역의 광을 이용하여 웨이퍼의 표면을 스캐닝하는 단계;
    상기 웨이퍼로부터 반사되는 광을 검출하는 단계;
    상기 검출된 광의 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호를 이용하여 상기 웨이퍼의 패턴 이미지를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 이미지 획득 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150108256A (ko) 2014-03-17 2015-09-25 (주)이지위드 다면 영상 자동 생성 및 투사 방법 및 장치

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