KR20110087069A

KR20110087069A - 웨이퍼의 양면 동시 검사가 가능한 웨이퍼 표면 검사 장치

Info

Publication number: KR20110087069A
Application number: KR1020100006522A
Authority: KR
Inventors: 이영락; 조희돈; 정은도
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-02

Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면 검사 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 검사 장치는, 웨이퍼의 가장자리를 잡아 웨이퍼의 양면을 노출시키면서 지지하는 웨이퍼 지지수단; 상기 웨이퍼 지지수단에 의해 지지된 웨이퍼의 노출된 한 면에 대향하여 배치되어 상기 웨이퍼의 한 면에 대하여 표면 검사를 행할 수 있는 제1 표면 검사 모듈; 및 상기 웨이퍼 지지수단에 의해 지지된 웨이퍼의 노출된 다른 한 면에 대향하여 배치되어 상기 웨이퍼의 다른 한 면에 대하여 표면 검사를 행할 수 있는 제2 표면 검사 모듈;을 포함한다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 뒤집지 않고도 표리 양면을 동시에 검사할 수 있으므로, 웨이퍼 표면 검사 시간을 절반 이하로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼의 핸들링으로 인한 손상이나 오염을 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼의 양면 동시 검사가 가능한 웨이퍼 표면 검사 장치{Wafer Surface Inspection Apparatus in Capable of Inspecting Both Sides of Wafer Simultaneously}

본 발명은 웨이퍼 표면의 결함등을 검사하는 웨이퍼 표면 검사 장치에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 단결정 웨이퍼등의 반도체 웨이퍼는 그 제조 과정, 특히 단결정 성장 과정에서 생기는 결정 결함이나, 핸들링 과정에서 물리적 또는 화학적으로 생기는 손상 또는 이물질에 의한 오염 등을 포함하게 된다. 이러한 결함이나 오염은 웨이퍼의 표면 영역에 형성되는 반도체 소자의 불량을 유발하게 된다. 따라서, 완성된 반도체 웨이퍼는 반도체 소자 제조사에 공급되기 전에 깨끗이 세정한 후 그 표면에 결함이나 오염 등이 있는지 검사하게 된다. 이러한 결함이나 오염은 극히 미세하기 때문에, 종종 레이저 빔을 웨이퍼 표면에 입사하여 결함이나 오염에 의해 산란되는 산란 빔을 측정하는 방식(LST; Laser Scattering Tomography)으로 표면 결함이나 오염을 검사하게 된다.

도 1은 이러한 LST 방식으로 웨이퍼의 표면을 검사하는 장비로서, 파티클 카운터(particle counter)라고도 불리는 KLA-Tencor사제 Surfscan SP1 또는 SP2 계열의 표면 검사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 파티클 카운터(10)는 구체적인 모델이나 사양에 따라 다소 차이는 있지만, 기본적으로 레이저 빔 소스(11N, 11O), 산란 빔 검출기(16, 17), 및 입사 빔(IN, IO)을 웨이퍼 표면으로 입사시키고 산란 빔(SN, SW)을 검출기로 향하게 하는 반사경(12-1~12-4, 14), 렌즈(13), 편광판(15-1, 15-2) 등을 포함하는 광학계로 이루어진다. 또한, 파티클 카운터(10)의 아래에는 웨이퍼(W)를 지지하고 회전 및/또는 수평 이동 가능한 스테이지(S)가 제공되어, 스테이지(S) 상에 안착된 웨이퍼(W)의 전체 표면을 검사가능하게 되어 있다. 이러한 장치를 이용하여 웨이퍼 표면에서 발생된 LLS(Localized Light Scattering)의 강도와 분포를 분석 알고리즘을 이용하여 분석함으로써 결함의 종류와 크기 등을 검출할 수 있다.

한편, 반도체 소자의 미세화에 수반하여 반도체 소자 제조사에서 요구하는 결함이나 오염의 품질 수준은 갈수록 강화되고 있으며, 반도체 소자가 제조되는 웨이퍼의 표면(상면)뿐만 아니라 이면(하면)의 품질 관리도 점차 중요해지고 있다. 이러한 요구, 특히 웨이퍼 이면의 품질 관리 요구에 부응하기 위해서는 웨이퍼 이면에 대해서도 표면 검사를 하여야 한다.

그런데, 도 1에 도시된 종래의 웨이퍼 표면 검사 장치로는 웨이퍼의 한 면(표면)만을 검사할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 이면을 검사하기 위해서는 로봇을 이용하거나 수동으로 웨이퍼를 뒤집어서 재장착하여야 한다. 따라서, 웨이퍼의 양면을 검사하기 위해서는 두 배 이상의 시간이 걸림과 함께, 잦은 핸들링으로 인한 웨이퍼 표면의 손상이나 오염이 증가될 염려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정하에 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 양면을 동시에 검사할 수 있는 웨이퍼 표면 검사 장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 웨이퍼의 표리 양면에 각각 대향하여 표면 검사 모듈을 배치함으로써 웨이퍼의 양면을 동시에 표면 검사할 수 있게 한다.

즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 표면 검사 장치는, 웨이퍼의 가장자리를 잡아 웨이퍼의 양면을 노출시키면서 지지하는 웨이퍼 지지수단; 상기 웨이퍼 지지수단에 의해 지지된 웨이퍼의 노출된 한 면에 대향하여 배치되어 상기 웨이퍼의 한 면에 대하여 표면 검사를 행할 수 있는 제1 표면 검사 모듈; 및 상기 웨이퍼 지지수단에 의해 지지된 웨이퍼의 노출된 다른 한 면에 대향하여 배치되어 상기 웨이퍼의 다른 한 면에 대하여 표면 검사를 행할 수 있는 제2 표면 검사 모듈;을 포함한다.

여기서, 상기 제1 및 제2 표면 검사 모듈은 각각, 웨이퍼 표면에 입사되는 입사 빔을 발생시키는 광원; 웨이퍼 표면에서 산란되는 산란 빔을 검출하는 검출기; 및 상기 입사 빔을 웨이퍼 표면으로 입사시키고 상기 산란 빔을 검출기로 향하게 하는 광학계를 포함하는 LST 방식의 파티클 카운터일 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼 지지수단은 웨이퍼 가장자리에 방사상으로 배치된 복수의 회전가능한 롤러이고, 이 롤러의 회전에 의해 웨이퍼를 회전시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼를 뒤집지 않고도 표리 양면을 동시에 검사할 수 있으므로, 웨이퍼 표면 검사 시간을 절반 이하로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 웨이퍼의 핸들링으로 인한 손상이나 오염을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 표면 검사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 표면 검사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 지지 핀 및 그 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 표면 검사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시예에 따른 웨이퍼 표면 검사 장치는 크게, 웨이퍼 지지수단(30)과 웨이퍼(W)의 표리 양면에 각각 대향하여 배치된 제1 표면 검사 모듈(10) 및 제2 표면 검사 모듈(20)을 포함하여 구성된다.

본 실시예의 제1 표면 검사 모듈(10)은 도 1에 도시된 파티클 카운터와 실질적으로 동일한 구성으로서, 광원(11N, 11O), 검출기(16, 17) 및 반사경과 렌즈 등을 포함하는 광학계로 이루어진다.

광원(11N, 11O)은 웨이퍼(W) 표면에 입사되는 입사 빔(IN, IO)을 발생시키는 예컨대 레이저 소스이다. 광원(11N)은 검사 모드에 따라 웨이퍼(W) 표면에 수직 입사하는 입사 빔(IN)을 발생시키기 위한 광원으로서, 광원(11N)에서 발생된 입사 빔(IN)은 반사경(12-1, 12-3)에서 각각 반사되어 웨이퍼(W) 표면으로 수직 입사된다. 또한, 광원(11O)은 웨이퍼(W) 표면에 경사 입사하는 입사 빔(IO)을 발생시키기 위한 광원으로서, 광원(11O)에서 발생된 입사 빔(IO)은 반사경(12-2)에서 반사되어 웨이퍼(W) 표면으로 경사 입사된다. 도 2에서 참조부호 18은 경사 입사 빔(IO)의 입사각을 조절하기 위한 편향 소자이다.

한편, 본 실시예에서는 두 개의 광원(11N, 11O)을 채용하는 것으로 설명되지만, 구체적인 구현이나 지원되는 검사 모드에 따라서는 어느 하나만을 채용할 수도 있다. 즉, 하나의 광원(예컨대 11N)만을 채용하고 반사경(12-1)의 각도를 조절하거나 입사 빔(IN)의 광로 상에 편향 소자(18)를 전진 또는 후퇴시킴으로써 수직 입사 모드와 경사 입사 모드를 구현할 수도 있고, 수직 입사 모드나 경사 입사 모드 중 어느 하나만을 가능하게 할 수도 있다.

검출기(16, 17)는 웨이퍼(W) 표면에 입사되어 표면에서 산란되는 산란 빔(SN, SW)을 검출하는 소자이다. 검출기(16)는 웨이퍼 표면에서 산란되는 산란 빔 중 넓게 퍼지는 산란 빔(SW)을 와이드 모드(wide mode)로 검출하기 위한 검출기로서, 넓게 산란되는 산란 빔(SW)은 오목 반사경(14)에서 반사되어 편광판(15-1)을 통과하여 검출기(16)에 의해 검출된다. 검출기(17)는 웨이퍼 표면에서 산란되는 산란 빔 중 좁게 퍼지는 산란 빔(SN)을 내로우 모드(narrow mode)로 검출하기 위한 검출기로서, 좁게 산란되는 산란 빔(SN)은 집속 렌즈(13), 반사경(12-4), 편광판(15-2)을 거쳐 검출기(17)에 의해 검출된다.

한편, 본 실시예에서는 두 개의 검출기(16, 17)을 채용하는 것으로 설명되지만, 구체적인 구현이나 지원되는 검사 모드에 따라서는 어느 하나만을 채용할 수도 있다.

제2 표면 검사 모듈(20)은 웨이퍼(W)의 이면(하면)에 대향하여 배치되어 웨이퍼의 이면에 대하여 동시에 표면 검사한다는 점을 제외하고는, 제1 표면 검사 모듈(10)과 실질적으로 동일하게 구성된다. 따라서, 제2 표면 검사 모듈(20)에 대한 상세한 설명은 생략한다. 하지만, 본 발명이 제1 및 제2 표면 검사 모듈(10, 20)이 동일한 경우로 제한되는 것은 아니다. 즉, 웨이퍼(W)의 이면에 대해서도 품질 관리 및 검사가 요구되는 것은 전술한 바와 같지만, 본래 웨이퍼의 이면에는 반도체 소자가 형성되지는 않으므로 품질 요구 수준이 웨이퍼의 표면에 비해 덜 엄격할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 이면을 검사하는 제2 표면 검사 모듈(20)은 웨이퍼의 표면을 검사하는 제1 표면 검사 모듈(10)에 비해 간소한 구성으로 하는 것도 가능하다.

웨이퍼 지지수단(30)은 제1 및 제2 표면 검사 모듈(10, 20)에 의해 웨이퍼(W)의 표리 양면을 동시에 검사 가능하도록 웨이퍼의 표리 양면을 모두 노출시키면서 웨이퍼를 지지한다. 구체적으로, 웨이퍼 지지수단(30)은 웨이퍼(W)의 가장자리에 방사상으로 배치되는 복수 개(예컨대 3 개)의 회전 가능한 롤러로 구현될 수 있다. 이렇게 복수 개의 롤러로 웨이퍼(W)의 가장자리를 잡아 지지함으로써 웨이퍼의 표리 양면을 노출시키면서 수평한 상태로 지지할 수 있다. 또한, 이 복수 개의 롤러는 회전함으로써 웨이퍼를 회전시킬 수 있다. 나아가, 웨이퍼 지지수단(30)은 웨이퍼(W)를 지지한 상태에서 웨이퍼의 수평면 내에서 이동가능하게 구성될 수 있다. 이러한 웨이퍼 지지수단(30)의 회전 및 수평 이동에 의해 웨이퍼의 전체 표면에 대해 검사가 가능하게 된다.

이와 같이 본 실시예의 웨이퍼 표면 검사 장치에 따르면, 웨이퍼(W)의 표리 양면을 모두 노출시키면서 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지수단(30)과, 웨이퍼의 표리 양면에 대향하여 배치된 제1 및 제2 표면 검사 모듈(10, 20)을 구비함으로써, 웨이퍼를 뒤집지 않고도 표리 양면을 동시에 검사할 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서 제1 및 제2 표면 검사 모듈(10, 20)에 대해서는, LST 방식의 KLA-Tencor사제 Surfscan SP2 파티클 카운터를 예로 하여 설명하였지만 본 발명이 반드시 이에 한하지 않는다. 즉, KLA-Tencor사제의 다른 모델의 파티클 카운터나 다른 회사제의 파티클 카운터, 나아가 LST 방식이 아닌 다른 방식의 표면 검사 장치라도 웨이퍼 표면을 광학적으로 검사할 수 있는 검사 장치라면 제한 없이 적용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

웨이퍼의 가장자리를 잡아 웨이퍼의 양면을 노출시키면서 지지하는 웨이퍼 지지수단;
상기 웨이퍼 지지수단에 의해 지지된 웨이퍼의 노출된 한 면에 대향하여 배치되어 상기 웨이퍼의 한 면에 대하여 표면 검사를 행할 수 있는 제1 표면 검사 모듈; 및
상기 웨이퍼 지지수단에 의해 지지된 웨이퍼의 노출된 다른 한 면에 대향하여 배치되어 상기 웨이퍼의 다른 한 면에 대하여 표면 검사를 행할 수 있는 제2 표면 검사 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 검사 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 표면 검사 모듈은 각각,
웨이퍼 표면에 입사되는 입사 빔을 발생시키는 광원;
웨이퍼 표면에서 산란되는 산란 빔을 검출하는 검출기; 및
상기 입사 빔을 웨이퍼 표면으로 입사시키고 상기 산란 빔을 검출기로 향하게 하는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 검사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 웨이퍼 지지수단은 웨이퍼 가장자리에 방사상으로 배치된 복수의 회전가능한 롤러이고, 상기 롤러의 회전에 의해 웨이퍼를 회전시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 표면 검사 장치.