KR20120017314A - 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 검사장비에서 웨이퍼 영상을 광학적으로 획득하기 위한 검출모듈에 있어서, 조명광을 검사 대상 웨이퍼에 조사한 후 반사되는 웨이퍼 영상을 분리하는 빔스플리터, 상기 빔스플리터를 통해 분리된 각 영상을 투과 및 반사시켜 진행 방향을 결정하는 프리즘 유닛, 상기 프리즘 유닛을 통해 투과 및 반사된 영상을 획득하되, 일측 방향을 기준으로 일정간격 이격된 영상 영역을 각각 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 1검출부 및 상기 제 1검출부를 통해 획득된 영상 영역 외 나머지 영역을 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 2검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 프리즘 유닛을 통해 이미지센서가 구조적 간섭을 해소할 수 있고, 이에 따라 한 번에 많은 영역의 영상을 획득함으로써 고속검출이 가능하고, 제 1검출부와 제 2검출부가 획득하는 영상 사이를 오버랩시켜 웨이퍼 획득 영상의 다크존 없이 검출이 가능한 이점이 있다.

Description

웨이퍼 검사용 광학 검출모듈{Optical detection module for Wafer inspection}

본 발명은 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 반도에 웨이퍼의 결함을 검출하기 위하여 수십 나노(nm)에서 수백 나노 급의 결함검사를 위해 한 번에 넓은 검사영역을 획득하여 고속 검출이 가능하고, 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 검사장비는 작게는 수십 나노의 결함부터 수십 마이크로의 결함 검사까지 다양한 크기의 결함을 검사한다. 그러나 반도체 마이크로 검사장비는 수백나노 이하의 웨이퍼 결함을 검출하는 장비로서 대물렌즈의 배율이 10*부터 100* 정도까지 영역을 확대할 수 있도록 3 내지 5 종류의 렌즈로 구성된다.

하지만, 일반적으로 카메라 하나만을 적용하고, 고 배율(여기서는 배율 50x)의 대물렌즈를 적용하여 검사를 하면 카메라에서 취득(Grab)할 수 있는 영역(Field of view)이 1 ~ 2백 마이크로에 불과하여 300mm의 웨이퍼를 1~2백 마이크로의 FOV(field of view)로 웨이퍼 전면을 검사하게 되면 검사는 웨이퍼 1장을 검사하여도 수 시간이 걸릴 수도 있다. 따라서, 웨이퍼를 양산하는 라인에 적용하기에는 접합하지가 않다. 단지, 이 경우에는 양산 라인에서 일부 웨이퍼를 샘플링하여 검사하는 샘플링 검사만을 실시할 수 밖에 없다. 하지만, 샘플링 검사를 한다면, 검사를 하지 않는 웨이퍼에서 불량이 발생하여 라인의 수율에 큰 피해를 발생시킬 수 있으며, 이 외에도 많은 피해가 발생할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 일예로 웨이퍼 검사장비의 광학검출모듈을 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 웨이퍼에 입사 되는 또는 반사되는 광을 입사 받아 우선, 다수의 빔스플리터(Beam Splitter)를 통해 다수의 방향으로 분리한 후 각 방향에서 위치한 이미지센서를 통해 각 영역을 획득한다.

하지만, 상기 종래기술의 경우 입사된 큰 영역의 영상을 Right angle 프리즘을 이용하여 나누어 각각의 영상을 취득하게 되므로 취득하고자 하는 영상의 크기에 비례하여 프리즘이 필요하고 이에 따른 프리즘의 정렬이 중요한 요소가 될 수 있다. 조금만 프리즘의 정렬이 틀어져도 영상이 틀어 질 수 있는 소지가 있으며, 정렬 또한 어려운 과정 일 수 있다. 각기의 개별적인 프리즘을 이용함에 따라 각 프리즘간에 영상이 취득 되지 않는 Dark zone이 발생 할 수 있다. 또한, 취득하고자 하는 영상의 크기를 크게 하기 위해서는 영상을 나누고 취득할 수 있는 도구인 프리즘을 더 많이 배치하여야 하나, 구조상 추가가 불가능하고, 이에 따른 영상 정렬이 어려운 문제점이 있다.

따라서, 수십나노의 결함부터 수백나노의 결함 사이즈의 검사를 하면서, 웨이퍼 전면의 검사를 수분 내에 진행하기 위해서는 카메라가 한 번에 취득 할 수 있는 영역을 아주 크게 하여 영상을 취득 할 수 있도록 광학 검출모듈에서 이미지센서를 효율적으로 구성하여 영상을 취득 할 필요가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다수의 이미지센서를 효과적으로 배열하고 이를 통해 웨이퍼 영상을 맵핑시킴으로써 한 번에 많은 영역의 영상을 획득할 수 있어 고속 측정이 가능하고, 검출력을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 검사장비에서 웨이퍼 영상을 광학적으로 획득하기 위한 검출모듈에 있어서, 조명광을 검사 대상 웨이퍼에 조사한 후 반사되는 웨이퍼 영상을 분리하는 빔스플리터, 상기 빔스플리터를 통해 분리된 각 영상을 투과 및 반사시켜 진행 방향을 결정하는 프리즘 유닛, 상기 프리즘 유닛을 통해 투과 및 반사된 영상을 획득하되, 일측 방향을 기준으로 일정간격 이격된 영상 영역을 각각 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 1검출부 및 상기 제 1검출부를 통해 획득된 영상 영역 외 나머지 영역을 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 2검출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프리즘 유닛은, 삼각 프리즘을 4개 겹쳐 하나의 블럭을 구성하고, 겹쳐진 하나의 삼각프리즘 일측면으로 반사면이 코팅되며, 상기 반사면이 교번적으로 위치하도록 상기 블럭이 연속적으로 배열되어 프리즘 유닛을 형성하고 상기 제 1검출부와 제 2검출부에 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1검출부와 제 2검출부에 구비된 이미지센서는, 하나의 블럭에 구비된 이미지센서와 다음 블럭에 구비된 이미지센서는 서로 이격되도록 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1검출부와 제 2검출부는, 각각 다수의 이미지센서가 구비되고, 웨이퍼 영상의 x축 방향 및/또는 y축 방향에 대해 교번적으로 웨이퍼 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각각의 이미지센서는, 상기 프리즘 유닛을 통해 투과 및 반사된 영상을 각각 다른 방향에서 획득하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1검출부와 제 2검출부에서 획득되는 영상은 상기 프리즘 유닛을 이동시켜 상기 영상을 오버랩(Overlap)시켜 획득하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 웨이퍼의 결함 검출을 위한 이미지센서의 배열 특성을 고려하여 이미지센서의 배치를 통해 영상 맵핑을 효과적으로 구성하여 웨이퍼 영상을 검출함으로써 한 번에 많은 영역의 영상을 동시에 획득할 수 있고, 이에 따른 고속 검출이 가능한 이점이 있다.

또한, 블럭화된 프리즘 유닛을 통해 영상 정렬이 매우 용이하여 결과적으로 보다 정확한 영상을 쉽게 획득할 수 있고, 구조적으로 안정성을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 영상 획득과정에서 센서와 센서 사이를 오버랩(Overlap)시켜 영상을 취득 할 수 없는 다크존(Drakzone)을 제거하여 보다 정확한 검출 성능을 달성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 웨이퍼 검사용 광학검출모듈의 예를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 검사용 광학검출모듈의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 광학검출모듈에 사용되는 프리즘의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 도 3에 도시된 프리즘을 이용하여 영상 획득 시 이미지센서의 배치예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 검사용 광학검출모듈의 확대도와 획득영역을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 광학검출모듈의 평면상 이미지센서 배열 상태를 나타낸 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 광학검출모듈의 영상 오버랩을 통해 획득된 획득영역을 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈은, 반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 검사장비에서 웨이퍼 영상을 광학적으로 획득하기 위한 검출모듈에 있어서, 조명광을 검사 대상 웨이퍼에 조사한 후 반사되는 웨이퍼 영상을 분리하는 빔스플리터(100), 상기 빔스플리터를 통해 분리된 각 영상을 투과 및 반사시켜 진행 방향을 결정하는 프리즘 유닛(110), 상기 프리즘 유닛을 통해 투과 및 반사된 영상을 획득하되, 일측 방향을 기준으로 일정간격 이격된 영상 영역을 각각 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 1검출부(200) 및 상기 제 1검출부를 통해 획득된 영상 영역 외 나머지 영역을 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 2검출부(210)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈은, 검사 대상물인 웨이퍼의 결함을 획득하기 위한 광학모듈에 있어 이미지센서(CCD 또는 CMOS 센서)의 배열 구조를 효과적으로 배치함으로써, 많은 영역의 영상을 고속으로 동시에 획득할 수 있고, 각각에서 획득한 영상을 일정간격 오버랩(overlap)시켜 다크존(Darkzone)을 없애 보다 검출력이 향상된 광학검출모듈을 제공하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

본 발명에서는 도시하지 않았지만, 웨이퍼 검사장비의 개략적인 구성을 살펴보면, 웨이퍼가 수납되는 카셋트와, 웨이퍼 영상 획득을 위해 조명광을 조사하는 조명수단 그리고 본 발명에서 언급하는 이미지센서를 포함하는 광학검출모듈과 여기서 획득한 영상을 통해 결함여부를 분석하는 단말기(영상처리장치, Image processing 장치) 등으로 구성되며, 이러한 웨이퍼 검사장비의 구성은 검출 특성에 따라 일부 달리 구성될 수 있다.

웨이퍼 영상 검출을 위해 검사 대상 웨이퍼에 조명수단(미도시)을 통해 조명광을 조사한 후 여기서 반사된 광(영상)은 다수의 광전달매체(볼록렌즈, 오목렌즈, 빔스플리터 등의 광학매체)를 통해 전달되어 검출부, 즉 이미지센서로 입사된다. 본 발명에서는 광학매체를 통해 입사되는 웨이퍼 영상을 획득하기 위한 광학 검출모듈을 구성한다.

도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장비용 광학검출모듈의 개략적인 구성도이다. 본 발명에서는 웨이퍼 영상을 효과적으로 획득하기 위하여 크게, 빔스플리터(100)와 제 1검출부(200) 및 제 2검출부(210)로 구성된다. 상기 빔스플리터(100)는 웨이퍼에서 반사되는 영상을 각각 분리하여 두 개의 빔 경로로 전달시킨다. 여기서 분리된 각각의 영상은 이미지센서로 구성되는 제 1검출부(200)와 제 2검출부(210)에서 각각 획득한다.

프리즘 유닛(110)은 상기 빔스플리터를 통해 분리된 두 개의 영상을 다시 분리시키기 위해 구비된다. 즉, 빔스플리터를 통해 분리된 하나의 영상을 다시 분리하기 위해 한 개의 프리즘 유닛이 구비되고, 또 다른 영상을 분리하기 위한 한 개의 프리즘 유닛을 구비한다.

본 발명의 가장 바람직한 예로 빔스플리터와 프리즘 유닛을 통해 웨이퍼로부터 입사되는 영상 영역을 4개의 영상 영역으로 분리하고 제 1검출부를 통해 2개의 영상 영역에 대해 획득하고 나머지 2개의 영상 영역에 대해 제 2검출부에서 획득한다.

도 3은 본 발명에 따른 광학검출모듈에 사용되는 프리즘의 구조를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 적용되는 프리즘 유닛(110)은 4개의 삼각 프리즘이 접하여 4각 형상을 이루는 하나의 블럭을 형성한다. 이때, 하나의 프리즘 일측면(대각선 방향으로 절반 면적)은 반사면이 코팅되어 있어. 4각 형상의 프리즘으로 광이 입사되면 반은 상기 반사면에 의해 반사되고 나머지 반은 투과되는 구조를 가진다. 이러한 블럭의 연속적으로 접하여 하나의 프리즘 유닛을 형성하되, 반사면은 대각선 방향에 대해 절반씩 교번적으로 코팅된 구조를 가진다. 따라서, 반사와 투과가 블럭마다 반대 방향으로 이루어지는 것이다.

도 4는 도 3에 도시된 프리즘을 이용하여 영상 획득 시 이미지센서의 배치예를 나타낸 도면이다. 상술한 구조를 가지는 프리즘 유닛에 의해 검출부로 입사되는 영상은 이미지센서의 배치 구조를 용이하게 구현할 수 있다. 이미지센서간의 구조적 간섭의 피하여 배열함과 동시에 고속으로 영상을 획득할 수 있다.

이때, 본 발명의 주요 기술적 요지로 제 1검출부와 제 2검출부에 구성된 이미지센서는 웨이퍼 영상에 대해 획득하되, 여기서 일측 방향(x축)을 기준으로 일정간격 이격된 영상을 각각 획득하고, y축 방향을 기준으로 일정간격 이격된 영상을 각각 획득하도록 다수의 이미지센서로 구성된 제 1검출부를 구비하고, 상기 제 1검출부가 획득한 영역 외의 영상을 획득하기 위해 다수의 이미지센서로 구성된 제 2검출부(210)로 구비된다.

이를, 좀 더 상세히 설명하면, 제 1검출부(200)에 구비된 하나의 이미지센서가 프리즘 일측면(프리즘을 통해 반사된 광경로면)에 배치되며, 또 다른 이미지센서는 프리즘 타측면(프리즘을 통해 투과된 광경로면)에 각각 위치한다. 일예로 도 4에 도시된 바와 같이 제 1검출부와 제 2검출부에 각각 프리즘 유닛 구비되고, 4개의 영상 영역 획득 예를 설명하면, 우선 첫 번째 영상 영역은 프리즘 블럭의 반사면에 의해 A 이미지센서가 획득한다. 그리고 다음 영역에 대해서는 제 2검출부에서 프리즘 유닛을 투과하여 이미지센서가 획득한다. A 이미지센서가 구비된 영역 바로 옆으로는 이미지센서를 배치할 수 없기 때문에 A 영역의 다음 영역은 제 2검출부에서 획득하게 되는 것이다. 다시 세 번째 영역에 대해서는 제 1검출부의 C 이미지센서가 프리즘 유닛을 투과한 영상을 획득하고, 또 다음 영역에 대해서는 제 2검출부의 D 이미지센서가 반사된 영상을 획득하게 된다. 이와 같이 A ~ D 이미지센서를 통해 한 라인에 대한 영상을 획득하고 다음 영상은 다음 블럭에 구비된 이미지센서를 통해 획득하는데, 1검출의 하나의 블럭에 구비된 이미지센서와 다음 블럭에 구비된 이미지센서 간은 서로 접하지 않도록 배열되어야 한다. 그래야 센서간 획득 영상의 간섭을 없앨 수 있고 이를 위해서는 블럭간의 반사면이 교번적으로 배치되고 그에 따라 센서의 위치도 결정되는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장비용 광학검출모듈의 확대도와 획득영역을 도시한 도면이다. 여기서 제 1검출부의 이미지센서부(A)가 앞서 언급한 바와 같이 이미지 픽셀 1라인 영역에 대해 해당 영상을 획득하게 된다. 상기 이미지센서가 획득한 영상은 프리즘 유닛을 통해 반사된 광에 해당하고, 여기서 획득한 영역에서 이격된 영역에 대해서는 프리즘 유닛을 통해 투과된 광을 제 1검출부의 이미지센서부(B)에서 획득한다.

또한, A와 B 이미지센서가 획득하지 못한 영역은 제 2검출부에 구비된 이미지센서(C)와 이미지센서(D)가 획득함으로써 1라인에 대한 영상을 획득할 때 센서간의 구조적 간섭 없이 용이하게 획득할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 다음 라인의 영상을 획득하기 위해서는 프리즘 유닛의 다음 블럭에 위치한 이미지센서를 통해 획득하는데, 이때에도 이미지센서간의 구조적 간섭을 피하기 위해서는 앞서 A 이미지센서가 획득한 영상은 B 이미지센서가 획득하게 되고, B 이미지센서가 획득한 영상은 A 이미지센서가 획득한다. 제 2검출부의 구조도 마찬가지로 실시하게 되며, 도면에서 X 영역은 반사와 투과에 의해 영상이 들어오지 않는 영역에 해당한다. 또한, 반사면과 투과면에 이미지센서를 배치하기 위해서는 프리즘 유닛의 각각 다른면에 이미지센서가 배치하게 되는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 광학검출모듈의 평면상 이미지센서 배열 상태를 나타낸 정면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에서 제안하는 제 1검출부와 제 2검출부가 웨이퍼 전체 영상 대해 서로 엇갈린 영역을 각각 획득하는 것은 이미지센서의 구조적 특성에 있어 다수의 이미지센서를 연속적으로 배열하는 것은 구조적 간섭을 일으키기 때문에 이격된 배열 구조를 가짐으로써 이미지센서의 배열을 용이하게 달성할 수 있는 목적을 포함한다.

도 7은 본 발명에 따른 광학검출모듈의 영상 오버랩을 통해 획득된 획득영역을 도시한 도면이다. 본 발명에서는 획득한 웨이퍼 영상의 다크존(Darkzone)을 없애기 위하여 영상 획득 시 이미지센서가 획득하는 영역을 일정영역 오버랩(Overlap)시켜 영상을 획득한다. 기존의 광학 검출모듈의 경우 각 이미지센서를 통해 획득되는 영역과 영역 사이에는 광학적 간섭에 의해 다크존이 발생하고 되어 정확한 영상을 획득 어렵고, 이에 따라 결함 검출이 불가능하거나 어렵다. 따라서 본 발명에서는 이미지센서가 획득하는 영상 영상을 일정간격 오버랩시켜 해당 영역의 정확한 영상을 획득하고자 하는데, 이것은 앞서 언급한 프리즘 유닛을 구조적으로 이동시켜 이미지센서 획득 영상을 일정간격 오버랩시킴으로써 해당 영역의 영상을 정확하게 획득할 수 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 적어도 두 개의 검출부를 구성하고, 다수의 이미지센서를 통해 x축 방향 및/또는 y축 방향에 대해서 두 검출부의 이미지센서가 영상 영역에 대해 각각 교번적인 영역으로 획득함으로써 고속 측정이 가능하고, 이미지센서를 통해 획득되는 영역을 소정간격 오버랩시켜 획득함으로써 다크존 영역을 제거할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 빔스플리터 110 : 프리즘 유닛
200 : 제 1검출부 201 : 이미지센서
202 : 이미지센서 210 : 제 2검출부
211 : 이미지센서부 212 : 이미지센서

Claims (6)

1. 반도체 웨이퍼의 결함을 검사하기 위한 검사장비에서 웨이퍼 영상을 광학적으로 획득하기 위한 검출모듈에 있어서,
   조명광을 검사 대상 웨이퍼에 조사한 후 반사되는 웨이퍼 영상을 분리하는 빔스플리터;
   상기 빔스플리터를 통해 분리된 각 영상을 투과 및 반사시켜 진행 방향을 결정하는 프리즘 유닛;
   상기 프리즘 유닛을 통해 투과 및 반사된 영상을 획득하되, 일측 방향을 기준으로 일정간격 이격된 영상 영역을 각각 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 1검출부; 및
   상기 제 1검출부를 통해 획득된 영상 영역 외 나머지 영역을 획득하는 다수의 이미지센서로 구성된 제 2검출부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 프리즘 유닛은,
   삼각 프리즘을 4개 겹쳐 하나의 블럭을 구성하고, 겹쳐진 하나의 삼각프리즘 일측면으로 반사면이 코팅되며, 상기 반사면이 교번적으로 위치하도록 상기 블럭이 연속적으로 배열되어 프리즘 유닛을 형성하고 상기 제 1검출부와 제 2검출부에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1검출부와 제 2검출부에 구비된 이미지센서는,
   하나의 블럭에 구비된 이미지센서와 다음 블럭에 구비된 이미지센서는 서로 이격되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1검출부와 제 2검출부는, 각각 다수의 이미지센서가 구비되고, 웨이퍼 영상의 x축 방향 및/또는 y축 방향에 대해 교번적으로 웨이퍼 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 한 항에 있어서, 각각의 이미지센서는,
   상기 프리즘 유닛을 통해 투과 및 반사된 영상을 각각 다른 방향에서 획득하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1검출부와 제 2검출부에서 획득되는 영상은 상기 프리즘 유닛을 이동시켜 상기 영상을 오버랩(Overlap)시켜 획득하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사용 광학 검출모듈.

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