KR20080076486A - 기판 검사 장치 및 방법 - Google Patents

기판 검사 장치 및 방법 Download PDF

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신경수
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Abstract

본 발명은 기판 검사 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 복수 개의 광학 유닛들이 기판의 스캐닝 방향에 나란하게 배치되고, 각각의 광학 유닛들은 상이한 배율의 렌즈들을 가지며, 기판 외관 검사 또는 칩 패드 불량 검사에 따라 렌즈의 배율을 조정하는 것을 특징으로 가진다.
이러한 특징에 의하면, 기판의 결함 검사에 소요되는 시간을 단축하여 기판 검사의 효율성을 증대시킬 수 있는 기판 검사 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
기판 검사, 광학 유닛, 이미지 센서

Description

기판 검사 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTING SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 검사 장치의 개략적 구성을 보여주는 도면,
도 2는 도 1의 이미지 촬영 부재의 개략적 사시도,
도 3은 도 1의 이미지 촬영 부재의 개략적 정면도,
도 4는 본 발명의 기판 검사 장치를 이용하여 기판의 외관을 검사하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 기판 검사 장치를 이용하여 기판에 형성된 칩의 패드 불량을 검사하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 설비 전방 단부 모듈 200 : 검사 설비
210 : 기판 지지 부재 220 : 이미지 촬영 부재
240 : 제 1 광학 유닛 241 : 렌즈
242 : 이송 모듈 243 : 경통
250 : 제 2 광학 유닛 260 : 이미지 센서
본 발명은 기판 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판상의 결함을 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스는 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fabrication, FAB) 공정과, 팹 공정에서 형성된 반도체 디바이스들의 전기적인 특성을 검사하는 이디에스(Electrical Die Sorting, EDS) 공정과, 반도체 디바이스들을 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 공정을 통해 제조된다.
팹 공정은 웨이퍼 상에 일정 패턴을 형성하기 위한 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 및 세정 공정 등과, 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼의 결함을 검출하기 위한 검사 공정을 포함한다.
반도체 웨이퍼의 결함(Defect)은 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 반도체 디바이스의 신뢰도 및 생산성을 저하시키는 중요한 요인으로 인식되고 있으며, 웨이퍼의 결함을 검출하기 위한 검사 공정의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
반도체 웨이퍼의 결함을 검출하기 위한 방법으로는 레이저 산란 방법, 광학 이미지 비교 방법, 레이저 신호 강도 비교 방법 및 전자 빔 이용 방법 등 다양한 방법이 있다. 이중 광학 이미지 비교 방법은 현미경의 대물 렌즈를 통해 입사된 웨이퍼의 광학 이미지를 이미지 센서를 통해 입력하고, 이를 디지털 변환하여 처리한 후, 기준 이미지와 비교하여 결함의 유무를 판별하는 방법이다.
웨이퍼의 결함 검사는 표면상의 큰 결함을 검사하는 웨이퍼 외관 검사와, 웨 이퍼에 형성된 칩의 패드(Pad) 불량을 검사하는 칩 패드 불량 검사로 이루어진다. 광학 이미지 비교 방법을 이용한 기판 외관　검사의 경우, 비교적 저배율의 대물 렌즈가 이용될 수 있지만, 칩 패드 불량 검사의 경우, 육안 수준에 가까운 검사를 필요로 하기 때문에 고배율의 대물 렌즈가 이용되어야 한다. 그런데, 고배율의 대물 렌즈는 작은 시야(Field Of View, FOV) 면적을 가지기 때문에, 칩 패드 불량 검사시 많은 검사 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 결함을 신속하게 검사할 수 있는 기판 검사 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 검사 장치는, 기판의 표면을 검사하는 장치에 있어서, 기판을 지지하는 기판 지지 부재와; 상기 기판 지지 부재에 놓인 상기 기판 표면의 이미지를 획득하는 이미지 촬영 부재;를 포함하되, 상기 이미지 촬영 부재는 상기 기판을 스캐닝하는 방향으로 나란하게 배치되며, 상기 기판 표면의 광학 이미지를 검출하는 다수의 광학 유닛들과; 상기 광학 유닛들을 통해 검출된 상기 기판 표면의 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 이미지 센서들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 검사 장치에 있어서, 상기 광학 유닛들은 상기 기판 표면의 광학 이미지를 1 차적으로 검출하는 제 1 광학 유닛과; 상기 제 1 광학 유닛을 통해 검출된 상기 기판의 결함 위치 정보에 따 라 상기 기판 표면의 광학 이미지를 2 차적으로 재검출하는 제 2 광학 유닛;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 각각의 상기 제 1 및 제 2 광학 유닛들은 상기 기판의 스캐닝 방향에 수직하게 일렬로 배열되며, 상이한 배율을 가지는 다수의 렌즈들과; 상기 기판 표면의 광학 이미지 검출시 배율 조정이 가능하도록 상기 렌즈들을 배열 방향을 따라 이동시키는 이송 모듈;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제 1 광학 유닛을 통해 검출된 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 상기 이미지 센서는 시간 지연 적분(Time Delay Integration, TDI) 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제 2 광학 유닛을 통해 검출된 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 상기 이미지 센서는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD) 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 검사 방법은, 기판의 표면을 검사하는 방법에 있어서, 복수 개의 광학 유닛들이 기판의 스캐닝 방향에 나란하게 배치되고, 상기 복수 개의 광학 유닛들을 상기 기판의 상측에서 지그재그(Zigzag)로 이동시키면서 상기 기판 표면의 검사 이미지를 획득하고, 상기 기판 표면의 검사 이미지와 기준 이미지를 비교하여 상기 기판 표면의 결함 유무를 판별하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 검사 방법에 있어서, 각각의 상기 광학 유닛들은 상이한 배율을 가지는 다수의 렌즈들을 포함하며, 상기 렌즈들 중 저배율의 렌즈를 이용하여 상기 기판의 전면(全面)을 스캐닝하면서 상기 검사 이미지를 획득하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 각각의 상기 광학 유닛들은 상이한 배율을 가지는 다수의 렌즈들을 포함하며, 상기 렌즈들 중 고배율의 렌즈를 이용하여 상기 기판상의 칩 패드 부위만을 스캐닝하면서 상기 검사 이미지를 획득하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방법은 상기 기판상의 인접한 칩들의 패드 부위가 상기 고배율 렌즈의 시야(Field Of View)에 들어오도록 상기 광학 유닛들을 위치시키고, 상기 패드 부위를 따라 상기 광학 유닛들을 이동시키면서 인접한 상기 칩들의 패드 부위를 동시에 스캐닝하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 검사 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 검사 장치의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 검사 장치(10)는 설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module, EFEM)(100)과 검사 설비(200)를 포함한다. 설비 전방 단부 모듈(100)은 검사 설비(200)의 전방에 장착되어, 기판들이 수용된 용기(112)와 검사 설비(200) 간에 기판을 이송한다. 설비 전방 단부 모듈(100)은 복수의 로드포트들(Loadports)(110)과 프레임(Frame)(120)을 가진다. 프레임(120)은 로드포트(110)와 검사 설비(200) 사이에 위치된다. 기판을 수용하는 용기(112)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(도시되지 않음)에 의해 로드포트(110) 상에 놓여진다. 용기(112)는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 프레임(120) 내에는 로드포트(110)에 놓여진 용기(112)와 검사 설비(200) 간에 기판을 이송하는 프레임 로봇(122)이 설치된다. 프레임(120) 내에는 용기(112)의 도어를 자동으로 개폐하는 도어 오프너(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 그리고, 설비 전방 단부 모듈(100)의 측부에는 이미지 처리부(130)와 사용자 인터페이스부(140)가 제공된다. 이미지 처리부(130)는 검사 설비(200)에서 검출된 기판의 검사 이미지를 처리하고, 기판의 기준 이미지와 비교하여 결함의 유무를 판별한다. 사용자 인터페이스부(140)는 기판 검사 장치(10)에서 수행된 기판 검사 결과를 표시하고, 사용자로부터 기판 검사와 관련된 정보들을 입력받을 수 있다.
검사 설비(200) 내에서는 기판의 결함 검사가 수행된다. 검사 설비(200)는 기판을 지지하는 기판 지지 부재(210)와, 기판 지지 부재(210)에 놓인 기판 표면의 이미지를 획득하는 이미지 촬영 부재(220)를 포함한다. 기판의 결함 검사는 기판의 표면을 스캐닝하면서 이루어질 수 있다. 이때, 이미지 촬영 부재(220)는 일정 위치에 고정 설치되고, 기판 지지 부재(210)가 횡 방향과 종 방향으로 이동하면서 기판의 표면을 스캐닝할 수 있다. 또한, 이와는 달리 기판 지지 부재(210)를 고정 설치하고, 이미지 촬영 부재(220)를 이동하면서 기판의 표면을 스캐닝할 수도 있다.
도 2는 도 1의 이미지 촬영 부재의 개략적 사시도이고, 도 3은 도 1의 이미지 촬영 부재의 개략적 정면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이미지 촬영 부재(220)는 광학 유닛들(230)과 이미지 센서들(260)을 포함한다. 광학 유닛들(230)은 기판을 스캐닝하는 방향으로 나란하게 배치되는 제 1 광학 유닛들(240)과, 제 2 광학 유닛(250)을 가진다. 제 1 광학 유닛들(240)과 제 2 광학 유닛(250)은 기판 표면의 광학 이미지를 검출한다. 제 1 광학 유닛들(240)은 기판 표면의 광학 이미지를 1 차적으로 검사(Inspection)하고, 제 2 광학 유닛(250)은 제 1 광학 유닛들(240)을 통해 검출된 기판의 결함 위치 정보에 따라 기판 표면의 광학 이미지를 2 차적으로 재검사(Review)한다. 기판 표면을 1 차적으로 검사(Inspection)하는 제 1 광학 유닛들(240)은 기판의 스캐닝 방향을 따라 3 개소에 배치될 수 있으며, 기판 표면을 2 차적으로 재검사(Review)하는 제 2 광학 유닛(250)은 제 1 광학 유닛들(240)과 인접한 1 개소의 위치에 배치될 수 있다. 이와 달리, 제 1 광학 유닛들(240) 및 제 2 광학 유닛(250)은 필요에 따라 적당한 개소에 다양한 배열 구조로 배치될 수도 있다.
각각의 제 1 광학 유닛들(240) 및 제 2 광학 유닛(250)은 렌즈들(241), 이송 모듈(242) 및 경통(243)을 포함한다. 렌즈들(241)은 기판의 스캐닝 방향에 수직하 게 일렬로 배열되며, 각각의 렌즈들(241)은 상이한 배율을 가질 수 있다. 렌즈들(241)은 이송 모듈(242)에 설치되고, 이송 모듈(242)의 상부에는 렌즈들(241)을 통해 입사된 빛의 이동 통로를 제공하는 경통(243)이 설치된다. 이송 모듈(242)은 기판 표면의 광학 이미지 검출시 배율 조정이 가능하도록 렌즈들(241)을 그 배열 방향을 따라 이동시킬 수 있다. 기판 외관 검사의 경우에는 저 배율의 렌즈(241)가 사용되고, 칩 패드 불량 검사의 경우에는 고 배율의 렌즈(241)가 사용된다.
이미지 센서들(260)은 광학 유닛들(240,250)을 통해 검출된 기판 표면의 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시킨다. 제 1 광학 유닛들(240)을 통해 검출된 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 이미지 센서(260)로는 시간 지연 적분(Time Delay Integration, TDI) 센서가 사용될 수 있으며, 제 2 광학 유닛(250)을 통해 검출된 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 이미지 센서(260)로는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD) 센서가 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 검사 장치를 이용하여 기판의 결함을 검사하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 기판 검사 장치를 이용하여 기판의 외관을 검사하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 기판 검사 장치를 이용하여 기판에 형성된 칩의 패드 불량을 검사하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
기판을 검사하는 방법은 크게 기판의 외관 검사와 기판에 형성된 칩의 패드 불량 검사로 대별될 수 있으며, 기판 외관 검사 및 칩 패드 불량 검사 각각은 1 차 검사(Inspection)와, 1 차 검사를 통해 검출된 기판의 결함 위치 정보에 따른 2 차 검사로 나누어진다. 1 차 검사는 제 1 광학 유닛들(240)을 통해 이루어지며, 이미지 센서(260)로는 시간 지연 적분(Time Delay Integration, TDI) 센서가 사용될 수 있다. 그리고, 2 차 검사는 제 2 광학 유닛(250)을 통해 이루어지며, 이미지 센서(260)로는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD) 센서가 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광학 유닛(240)의 렌즈들(241a,241b,241c)은 기판 직경을 소정 영역별로 커버할 수 있도록 일 방향으로 배치된다. 이렇게 배치된 광학 유닛(240)의 렌즈들(241a,241b,241c)을 기판(250)의 상측에서 지그재그(Zigzag)로 이동시키면서 기판을 스캐닝하여 기판 표면의 광학 이미지를 획득한다. 광학 이미지는 전술한 이미지 센서(260)를 통해 화상 전기 신호로 변환된다. 변환된 신호는 이미지 처리부(130)로 보내진다. 이미지 처리부(130)는 이미지 프로세싱을 거쳐 기판의 검사 이미지를 얻고, 기판의 검사 이미지와 기준 이미지를 비교하여 기판의 결함 유무를 판별한다.
기판 외관 검사의 경우, 저 배율의 렌즈를 이용하여 기판의 전면(全面)을 스캐닝하면서 검사 이미지를 획득한다. 그리고, 칩 패드 불량 검사의 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 고 배율의 렌즈를 이용하여 기판상의 칩 패드 부위(22,24)만을 스캐닝하면서 검사 이미지를 획득한다. 이때, 광학 유닛(240)의 렌즈들(241a,241b,241c)은 기판상의 인접한 칩들의 패드 부위(22,24)가 렌즈의 시야(Field Of View)에 동시에 들어오도록 위치되고, 칩들의 패드 부위(22,24)를 따라 스캐닝하면서 검사 이미지를 획득한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기판 결함 검사의 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판 외관 검사와 칩 패드 불량 검사에 따라 광학 렌즈의 배율을 조정할 수 있다.

Claims (9)

  1. 기판의 표면을 검사하는 장치에 있어서,
    기판을 지지하는 기판 지지 부재와;
    상기 기판 지지 부재에 놓인 상기 기판 표면의 이미지를 획득하는 이미지 촬영 부재;를 포함하되,
    상기 이미지 촬영 부재는,
    상기 기판을 스캐닝하는 방향으로 나란하게 배치되며, 상기 기판 표면의 광학 이미지를 검출하는 다수의 광학 유닛들과;
    상기 광학 유닛들을 통해 검출된 상기 기판 표면의 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 이미지 센서들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 유닛들은,
    상기 기판 표면의 광학 이미지를 1 차적으로 검출하는 제 1 광학 유닛과;
    상기 제 1 광학 유닛을 통해 검출된 상기 기판의 결함 위치 정보에 따라 상기 기판 표면의 광학 이미지를 2 차적으로 재검출하는 제 2 광학 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 제 1 및 제 2 광학 유닛들은,
    상기 기판의 스캐닝 방향에 수직하게 일렬로 배열되며, 상이한 배율을 가지는 다수의 렌즈들과;
    상기 기판 표면의 광학 이미지 검출시 배율 조정이 가능하도록 상기 렌즈들을 배열 방향을 따라 이동시키는 이송 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 유닛을 통해 검출된 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 상기 이미지 센서는 시간 지연 적분(Time Delay Integration, TDI) 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 유닛을 통해 검출된 광학 이미지를 화상 전기 신호로 변환시키는 상기 이미지 센서는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, CCD) 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  6. 기판의 표면을 검사하는 방법에 있어서,
    복수 개의 광학 유닛들이 기판의 스캐닝 방향에 나란하게 배치되고,
    상기 복수 개의 광학 유닛들을 상기 기판의 상측에서 지그재그(Zigzag)로 이동시키면서 상기 기판 표면의 검사 이미지를 획득하고,
    상기 기판 표면의 검사 이미지와 기준 이미지를 비교하여 상기 기판 표면의 결함 유무를 판별하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 상기 광학 유닛들은 상이한 배율을 가지는 다수의 렌즈들을 포함하며,
    상기 렌즈들 중 저배율의 렌즈를 이용하여 상기 기판의 전면(全面)을 스캐닝하면서 상기 검사 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    각각의 상기 광학 유닛들은 상이한 배율을 가지는 다수의 렌즈들을 포함하며,
    상기 렌즈들 중 고배율의 렌즈를 이용하여 상기 기판상의 칩 패드 부위만을 스캐닝하면서 상기 검사 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 기판상의 인접한 칩들의 패드 부위가 상기 고배율 렌즈의 시야(Field Of View)에 들어오도록 상기 광학 유닛들을 위치시키고, 상기 패드 부위를 따라 상기 광학 유닛들을 이동시키면서 인접한 상기 칩들의 패드 부위를 동시에 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 방법.
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