KR20130020537A

KR20130020537A - 웨이퍼 패턴 검사장치 및 검사방법

Info

Publication number: KR20130020537A
Application number: KR1020120052003A
Authority: KR
Inventors: 전승원; 류기웅; 조명환
Original assignee: 주식회사 쎄크
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-02-27
Also published as: KR101328512B1

Abstract

웨이퍼 패턴 검사장치가 개시된다. 개시된 웨이퍼 패턴 검사장치는 메인 챔버; 패턴 및 식각 공정을 마친 웨이퍼를 메인 챔버 내부로 안내하는 서브 챔버; 상기 메인 챔버에 설치되며, 상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 패턴 검사부; 및 상기 패턴 검사부의 측정값을 기초로 상기 패턴을 분석하는 제어부를 포함하며, 상기 패턴 검사부는, 상기 웨이퍼 패턴의 평면 길이나 평면 면적을 측정하는 제1 검사부와, 상기 웨이퍼 패턴의 경사면 길이를 측정하는 제2 검사부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 패턴 검사장치 및 검사방법{WAFER PATTERN INSPECTION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은, 웨이퍼 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 웨이퍼의 패턴을 검사하는 장치 및 그 검사방법에 관한 것이다.

LED는 최근 조명은 물론 자동차 부품, TV 백라이트 유닛, 심지어 농업용 조명에까지 사용되고 있다. 이 LED 기판의 경우, 사파이어 가공기판(Patterned Sapphire Substrate:PSS)등의 기판 위에 LED 칩이 에피택셜 성장하여 제작된다.

사파이어 가공기판은 에피택셜 성장 공정(이하, 에피 공정이라 함) 시 웨이퍼 상에서 표면에 요철을 가공하는 패터닝 공정과 식각(etch) 공정을 거치게 되는데, 여기서, 패터닝의 정밀도가 광 추출 효율을 결정하게 된다.

식각 공정을 마친 웨이퍼는 이후 에피 공정이 이루어지는데, 이 에피 공정에서 불량 웨이퍼가 투입되는 경우 LED 기판의 품질에 문제가 발생하기 때문에, 에피 공정 전에 식각 공정에서 형성된 웨이퍼 패턴에 대한 불량검사를 행하게 된다.

이와 같은 종래의 웨이퍼 패턴 검사는, 다수의 웨이퍼 중 일부를 샘플링하여 각 웨이퍼를 절단한 뒤 검사자가 직접 그 단면을 육안으로 확인하는 파괴 검사를 진행하였다.

그런데 종래와 같이 웨이퍼 패턴 검사가 파괴 검사로 이루어짐에 따라 검사 시간이 많이 소요되고, 검사자의 육안으로 검사가 이루어지므로 검사자의 숙련도에 따라 다른 검사 결과가 나올 수 있어 검사의 신뢰도를 높이기 어려운 문제가 있었다. 이에 따라 종래 검사 방법을 이용하는 경우 공정 효율이 저하되는 것은 물론 공정 비용의 증가를 초래하게 된다.

특히, 상기 종래의 웨이퍼 패턴 검사는 전수검사가 거의 불가능하기 때문에 일부 웨이퍼에 대한 샘플링 검사를 하게 되는데, 이 또한 검사의 신뢰성을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 웨이퍼를 비파괴 검사하여 공정 효율을 향상시키는 것은 물론, 전수검사가 가능하여 검사의 신뢰도를 증진시킬 수 있는 웨이퍼 패턴 검사장치 및 검사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 메인 챔버; 패턴 및 식각 공정을 마친 웨이퍼를 메인 챔버 내부로 안내하는 서브 챔버; 상기 메인 챔버에 설치되며, 상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 패턴 검사부; 및 상기 패턴 검사부의 측정값을 기초로 상기 패턴을 분석하는 제어부;를 포함하며, 상기 패턴 검사부는, 상기 웨이퍼 패턴의 평면 길이나 평면 면적을 측정하는 제1 검사부와, 상기 웨이퍼 패턴의 경사면 길이를 측정하는 제2 검사부로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치를 제공한다.

상기 제1 검사부는 상기 메인 챔버에 수직으로 배치되며, 상기 제2 검사부는 상기 메인 챔버에 경사지게 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 검사부는 제1 검사부와 40~60°의 경사각을 이루도록 경사 배치되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 메인 챔버; 패턴 및 식각 공정을 마친 웨이퍼를 메인 챔버 내부로 안내하는 서브 챔버; 상기 메인 챔버에 형성되고 웨이퍼의 패턴을 검사하는 패턴 검사부; 및 상기 패턴 검사부의 측정값을 기초로 웨이퍼의 패턴을 분석하는 제어부;를 포함하고, 상기 패턴 검사부는, 상기 웨이퍼 패턴의 평면 길이나 평면 면적을 측정하도록 상기 메인 챔버에 수직하게 배치되는 제1 위치와, 상기 웨이퍼 패턴의 경사면 길이를 측정하도록 상기 메인 챔버에 경사지게 배치되는 제2 위치로 이동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치를 제공하는 것도 물론 가능하다. 이 경우 상기 제1 위치와 제2 위치 간의 각도는 40~60°로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 패턴 검사부는 주사 전자 현미경(Scaning electron microscope:SEM)으로 이루어질 수 있다.

상기 서브 챔버는 복수 개가로 구비될 수 있다.

상기 메인 챔버 내부로 들어온 웨이퍼의 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함하는 것도 물론 가능하다.

상기 서브 챔버는 상기 메인 챔버의 일부 공간을 포함하면서 일시적으로 형성될 수 있다. 이 경우, 본 발명은 상기 메인 챔버로 웨이퍼를 인입 및 인출시키기 위해 상기 메인 챔버에 형성된 관통구멍; 상기 메인 챔버 내에 배치되어 웨이퍼를 X,Y,Z 축 방향으로 이동시키며, 상기 메인 챔버의 상기 관통구멍을 개폐하는 스테이지 유닛; 및 상기 메인 챔버의 외부에 배치되어 상기 메인 챔버의 관통구멍을 개폐하는 서브 챔버 도어;를 포함할 수 있으며, 상기 서브 챔버는 상기 스테이지유닛과 상기 서브챔버도어가 상기 메인 챔버의 관통구멍을 동시에 폐쇄할 때 형성될 수 있다. 상기 스테이지 유닛이 상기 메인 챔버의 관통구멍 폐쇄 시, 그 폐쇄위치를 유지하도록 상기 스테이지 유닛을 클램핑하는 다수의 클램프를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 패턴 및 식각 공정을 마친 웨이퍼를 서브 챔버로 로딩하는 단계; 상기 서브 챔버의 진공압을 메인 챔버의 진공압과 동일한 진공압으로 설정하는 단계; 상기 웨이퍼를 상기 메인 챔버의 미리 설정된 검사위치로 이동하는 단계; 상기 웨이퍼의 패턴 형상을 측정하는 단계; 상기 웨이퍼의 패턴 형상의 측정값을 기초로 웨이퍼의 패턴을 분석하는 단계; 검사 완료된 웨이퍼를 상기 서브 챔버로 이동하는 단계; 및 상기 서브 챔버의 진공을 해제하고 웨이퍼를 상기 서브 챔버로부터 언로딩하는 단계;를 포함하고, 상기 웨이퍼의 패턴 형상 측정 단계는, 상기 웨이퍼 패턴의 평면 길이 및 평면 면적과, 상기 웨이퍼 패턴의 경사면 길이를 측정 검사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사방법을 제공할 수 있다.

이 경우, 웨이퍼를 상기 서브 챔버로 로딩 및 언로딩하는 각 단계에서, 상기 서브 챔버는 상기 메인 챔버의 일부 공간을 포함하면서 일시적으로 진공을 형성할 수 있다. 아울러, 웨이퍼를 상기 서브 챔버로 로딩하기 전에, 상기 웨이퍼를 사전 정렬하는 단계를 더 포함하는 것도 물론 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 패턴 검사부를 통해 웨이퍼 표면에 형성된 패턴의 평면에 대한 넓이 또는 길이 측정은 물론 패턴의 높이도 함께 측정함으로써, 정밀도 높은 웨이퍼 패턴 불량 검사를 할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라 웨이퍼 패턴 검사에 소요되는 검사 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 아울러 비파괴 검사로 이루어지면서 전수검사가 가능하므로 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치가 도시된 개략 사시도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치가 도시된 개략적인 평면도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치가 도시된 개략적인 측단면도이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼의 PSS 패턴이 도시된 개략적인 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼의 PSS 패턴의 실제 높이 산출 방법이 도시된 개략적인 PSS 패턴의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 패턴의 검사방법이 도시된 플로우 차트이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치가 도시된 개략 측단면도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치의 패턴 검사부를 나타내는 개략 사시도이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치를 나타내는 개략 평면도이고,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치와 웨이퍼를 검사장치로 로딩 및 언로딩하기 위한 듀얼 핸드 로봇을 함께 나타내는 개략 평면도이고,
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치의 동작 상태를 순차적으로 나타내는 개략 단면도이고,
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 패턴의 검사방법이 도시된 플로우 차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 들에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예 들은 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치 및 검사방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치(10)는 메인 챔버(20)와, 메인 챔버(20)의 일측에 장착된 복수의 서브 챔버(30)와, 메인 챔버(20)의 상부에 형성된 패턴 검사부(50)와, 패턴 검사부(50)를 통해 측정된 웨이퍼(W)의 패턴 형상 측정값을 기초로 웨이퍼(W)의 패턴을 분석하는 제어부(60)(도 3 참조)와, 위치 측정부(70)와, 스테이지를 X축 및 Y축 방향으로 제어하기 위한 스테이지 구동부(90)를 포함한다.

메인 챔버(20)는 상부에 패턴 검사부(50)를 장착하기 위한 장착부(24)가 구비된다.

장착부(24)는 패턴 검사부(50)의 일측이 관통할 수 있도록 빔 홀(24a,24b)이 구비된다. 이 경우 빔 홀(24a,24b)을 관통한 패턴 검사부(50)의 일측은 메인 챔버(20) 내부의 검사 위치로 이동된 웨이퍼(W)를 향해 전자 빔을 주사할 수 있게 된다.

또한, 메인 챔버(20)는 한 쌍의 서브 챔버(30)가 슬라이딩 가능하게 설치되는 메인 챔버(20)의 일측에 서브 챔버(30) 내부에 로딩된 웨이퍼(W)가 메인 챔버(20) 내부로 들어올 수 있도록 개폐 가능한 한 쌍의 셔터부(22)가 구비된다.

한 쌍의 서브 챔버(30)는 서브 챔버(30) 내부를 진공 상태로 조성하기 위해 서브 챔버(30) 상부에 웨이퍼(W)가 수용되는 서브 챔부(30) 내부를 개폐할 수 있는 도어(32)가 구비된다. 이 경우, 서브 챔버(30) 내부에는 웨이퍼(W)가 안착되는 보트부(34)가 구비된다.

보트부(34)는 셔터부(22)가 개방되는 경우, 패턴 공정과 식각 공정을 마친 웨이퍼(W)를 메인 챔버(20) 내부로 이동하거나, 반대로 메인 챔버(20)에서 검사를 마친 웨이퍼(W)를 메인 챔버(20) 외부로 배출할 수 있도록, 이송부(80)에 의해 구동된다.

이와 같이 한 쌍의 서브 챔버(30)를 구비하는 본 발명의 제1 실시예의 경우, 1개의 서브 챔버(30)에 수용된 웨이퍼(W)를 메인 챔버(20)로 이송시켜 웨이퍼의 패턴 검사를 진행하는 동안, 나머지 서브 챔버(30)에 차기 검사할 웨이퍼(W)를 수용한 후 서브 챔버(30) 내부를 메인 챔버(20)의 진공압과 동일한 진공압을 형성하고검사 대기한다. 이와 같이 서브 챔버(30)를 듀얼로 운용하는 경우 대기 시간을 줄일 수 있어 검사 지연을 최소화할 수 있다.

본 실시 예에서는 서브 챔버(30)를 한 쌍으로 구비된 것으로 설명하지만 이에 제한되지 않고 서브 챔버(30)는 단일로 구비하는 것도 가능하다. 아울러 서브 챔버(30)가 단일로 형성되는 경우, 셔터부(22)의 개수도 서브 챔버(30)의 개수에 대응되게 단일로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 셔터부(22)는 서브 챔버의 개수에 비례하도록 설정된다.

패턴 검사부(50)는 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴의 형상을 검사하는 검사 장치로서, 웨이퍼(W) 패턴의 평면을 검사하는 제1 검사부(52)와, 패턴의 높이를 검사하는 제2 검사부(54)로 이루어진다.

제1 검사부(52)는 메인 챔버(20)의 장착부(24)에 수직하게 장착되고, 제2 검ㅅ사부4)는 메인 챔버(20)의 장착부(24)에 경사지게 장착된다.

제1 및 제2 검사부(52,54)는 각각 주사 전자 현미경(Scaning electron microscope:SEM)으로 이루어진 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경(SEM)은 전자 빔을 관찰대상(본 발명의 일 실시 예의 경우, 이는 웨이퍼(W)의 패턴을 의미)에 주사하고, 관찰대상에 나온 전자에서 얻어지는 상을 관찰하는 현미경으로, 분해능이 우수하고, 주사 전자 현미경을 이용하는 경우, 웨이퍼 비파괴검사가 가능하다.

제1 및 제2 검사부(52,54)는 상술한 바와 같이, 주사 전자 현미경으로 이루어져 있어, 전자 빔에서 발생된 전자가 정확하게 웨이퍼(W)의 표면 패턴에 도달할 수 있도록 메인 및 서브 챔버(20,30) 내부가 진공으로 유지되는 것이 중요하다.

제2 검사부(54)는 제1 검사부(52) 간에 40~60°의 각도(α)(도 3 참조)를 이루며 배치된다. 상기 각도(α)가 40°미만이거나 60°를 초과하는 경우에는 웨이퍼(W)의 높이 측정 시 오차 발생확률이 현저히 높아지는 문제가 발생한다. 더욱 바람직하게는 상기 각도(α)를 50°의 각도로 유지하는 것이 좋다.

한편, 본 실시 예에서는 패턴 검사부(50)가 메인 챔버(20)에 대하여 수직으로 배치된 제1 검사부(52)와 제1 검사부(52)로부터 40~60°의 각도(α)로 경사지게 배치된 제2 검사부(54)로 이루어진 것을 예로 들어 설명하지만, 이에 제한되지 않고 패턴 검사부(50) 단일 검사부를 채용하는 것도 무방하다.

이와 같이 패턴 검사부(50)가 단일 검사부로 이루어진 경우, 패턴 검사부(50)의 경사 이동 범위는 메인 챔버(20)에 수직하게 배치되는 제1 위치에서 패턴 검사부(50) 축선을 기준으로, 40~60° 범위에서 경사지게 배치되는 제2 위치로 선회 가능하게 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 패턴 검사부(50)는 그 자체로 제1 및 제2 검사부(52,54)의 기능을 모두 수행하게 된다.

위치 측정부(70)는 메인 챔버(20)의 상부에 설치되어 보트부(34)에 의해 메인 챔버(20) 내부로 인입되는 웨이퍼(W)의 위치를 측정한다. 이와 같은 위치 측정부(70)는 비전 카메라로 이루어질 수 있으며, 웨이퍼(W)의 촬상이 가능하도록 메인 챔버(20)에 관통하여 촬상부(미도시)가 메인 챔버(20) 내부에 위치하게 된다.

도 2를 참고하면, 스테이지 구동부(90)는 메인 챔버(20)에 설치되어, 웨이퍼(W)가 안착된 보트부(34)가 메인 챔버(30) 내부에 들어오는 경우 보트부(34)가 안착됨과 아울러 보트부(34)를 메인 챔버(20) 내부에서 웨이퍼(W)의 검사위치를 변경하기 위해 X 및 Y축 방향으로 이동 가능토록 제어한다.

상기 스테이지 구동부(90)는 보트부(34)가 안착되는 스테이지(96)의 X축 이동을 제어하는 X축 구동부(92)와, 스테이지(96)의 Y축 이동을 제어하는 Y축 구동부(94)를 포함하여 이루어진다. 이 경우, 도 2를 참고하면, X축 방향은 서브 챔버(30)를 기준으로 전후 방향을 의미하고, Y축 방향은 서브 챔버(30)를 기준으로 좌우 방향을 의미한다. 상기 X축 및 Y축 구동부(92,94)는 구동모터 또는 실린더장치로 이루어질 수 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치(10)를 이용하여, 웨이퍼 패턴을 검사하는 검사방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 한 쌍의 서브 챔버(30) 중 어느 하나의 도어(32)가 열리면, 패턴 공정 및 식각 공정이 완료된 웨이퍼(W)가 해당 서브 챔버(30)의 보트부(34)에 안착된다. 이 경우 웨이퍼(W)는 통상의 핸드 로봇(미도시)에 의해 보트부(34)에 안착되나, 작업자에 의해 수작업으로 보트부(34)에 안착될 수도 있다. 이때 나머지 서브 챔버(30)는 먼저 로딩된 웨이퍼(W)의 검사가 이루어지는 동안 차기 검사가 이루어질 웨이퍼(W)를 장입한 후 대기한다.

상기와 같이 웨이퍼(W)가 보트부(34)에 안착되면, 도어(32)를 닫은 후 서브 챔버(30) 내부가 메인 챔버(20)의 진공압과 동일한 진공압을 유지하도록 진공을 조성한다.

이와 같이, 서브 챔버(30) 내부에 진공이 조성되면, 셔터부(22)가 개방되고 보트부(34)는 진공 상태의 메인 챔버(20) 내에서 구동하고 있는 스테이지(96)로 안내된다. 이때, 위치 측정부(70)는 스테이지(96)로 안내된 보트부(34)의 위치를 측정한다.

스테이지 구동부(90)는 위치 측정부(70)에서 측정된 위치를 기초로 하여 미리 설정된 검사 위치를 산출한 후, X축 구동부(92) 및 Y축 구동부(94)를 적절하게 제어하여 패턴 검사부(50)를 통해 웨이퍼(W)의 패턴 형상을 측정할 수 있도록 스테이지(96)를 상기 산출된 검사 위치로 이동한다.

웨이퍼 상에 형성된 패턴의 불량 여부는 웨이퍼(W) 표면에서 거의 일체로 나타나지만, 측정의 정확도를 위해, 스테이지 구동부(90)는 패턴 검사부(50)가 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 패턴을 표면 여러 부위에서 측정 가능토록 스테이지(96)의 위치를 제어한다. 본 실시 예에서는 3 포인트 측정이 가능토록 스테이지(96)의 위치를 달리하여, 패턴 검사부(50)의 측정이 웨이퍼(W)의 표면 중 적어도 3 부위에서 순차적으로 이루어지도록 제어한다.

패턴 검사부(50)에서 이루어지는 웨이퍼의 패턴 형상 검사 측정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

패턴 검사부(50)는 상술한 바와 같이, 제1 검사부(52) 및 제2 검사부(54)로 이루어져, 제1 검사부(52)를 통해 발생된 전자 빔에 의해 웨이퍼(W) 패턴의 수직한 평면의 길이를 측정하고, 제2 검사부(54)를 통해 발생된 전자 빔을 통해 웨이퍼(W)의 경사면을 측정, 경사 이미지를 측정해서 높이를 환산한다.

이 경우 제1 검사부(52)는 예를 들어, 이물이나 결함 검사시에는, 웨이퍼(W) 패턴의 평면 면적을 측정할 수 있다. 높이 환산은 표준 시료를 활용하여 기준 값을 사전에 설정하여, 실측치를 평가한다.

본 실시 예에서는 제2 검사부(54)를 통해 웨이퍼(W)의 경사면도 측정 가능하기에, 제어부(60)는 양 검사부(52,54)를 통해 측정된 측정값을 기초하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 패턴 밑변 길이(A), 패턴 사이 간격(B), 식각 깊이(C), 밑변 수직 깊이(D), 윗변 길이(E) 및 패턴 측면 길이(F) 등을 산출할 수 있게 된다.

개략적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W) 패턴이 원뿔형이라고 가정했을 경우, 웨이퍼(W) 패턴의 실제 높이 산출식은 하기의 수학식 1과 같다.

여기서, H는 실제 높이, H'는 경사면 길이, θ는 제2 검사부(54)의 경사 각도를 의미한다.

즉, 웨이퍼(W)의 실제 높이(H)는, 경사면 길이(H')가 실제 높이(H)에 sin(θ)값을 곱한 값이기에, 높이 검사부(54)로부터 측정된 경사면 길이(H')를 sin(θ)값으로 나누면 얻을 수 있다.

때문에, 본 실시 예에 따른 웨이퍼 패턴 검사방법은 종래기술과 같이 웨이퍼의 평면에서 측정된 데이터를 통해 검사를 행하는 것에 비해 더욱 정밀하게 웨이퍼의 패턴 형상을 분석할 수 있어, 패턴이 불량한 불량 웨이퍼 등을 정확하게 판별할 수 있게 된다.

상기와 같이 웨이퍼(W)의 패턴 형상 측정 및 웨이퍼(W)의 불량 여부 검사가 완료되면, 스테이지 구동부(90)는 X축 구동부(92) 및 Y축 구동부(94)를 제어하여 스테이지(96)를 최초 위치로 이동시킨다.

이후, 보트부(34)가 스테이지(96)에서 셔터부(22)를 통해 다시 서브 챔버(30) 내부로 복귀한다. 서브 챔버(30) 내부에 보트부(34)가 안착되면, 셔터부(22)가 닫히고, 서브 챔버(30) 내부의 진공 상태가 해제된다.

서브 챔버(30) 내의 진공 상태가 해제되면, 도어(32)가 개방되고, 웨이퍼(W)가 서브 챔버(30)로부터 언로딩된다(구체적으로는, 검사 완료된 웨이퍼(W)는 보트부(34)로부터 언로딩된다).

한편, 한 쌍의 서브 챔버(30)는 각각 독립적으로 번갈아 제어된다. 즉, 양 서브 챔버(30)가 동시에 제어되어 진공 상태가 되서, 메인 챔버(20) 내부로 웨이퍼(W)가 투입되는 것이 아니고, 각각의 서브 챔버(30)가 번갈아 작동되어 메인 챔버(20) 내부에서 패턴 검사를 하게 된다.

이하, 도 7 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 패턴 검사장치 및 검사방법을 설명하면 다음과 같다.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴 검사장치(100)는 메인 챔버(120)와, 메인 챔버(120)의 일부를 포함하면서 선택적으로 형성되는 서브 챔버(140)와, 메인 챔버(120)의 상부에 형성된 패턴 검사부(150)와, 패턴 검사부(150)를 통해 측정된 웨이퍼(W)의 패턴 형상 측정값을 기초로 웨이퍼(W)의 패턴을 분석하는 제어부(미도시), 위치 측정부(미도시)를 포함한다.

메인 챔버(120)는 다이(138)에 의해 지면으로부터 소정 높이에 위치하도록 지지된다. 이와 같은 메인 챔버(120)는 상술한 제1 실시예의 메인 챔버(120)와 마찬가지로 내부에 진공이 형성되는 공간부를 가지며, 메인 챔버(120)의 상부에는 패턴 검사부(150) 및 위치 측정부(미도시)가 설치되는 장착부(124)가 마련된다.

이 경우 장착부(124)는 패턴 검사부(150)의 제1 및 제2 검사부(152,154)가 각각 장착되는 빔홀(124a,124b)이 형성되고, 원주방향으로 형성된 다수의 관통구멍(124c) 중 어느 하나에는 위치 측정부가 설치된다. 여기서 다수의 관통구멍(124c) 중 사용되지 않은 구멍은 폐쇄하는 것이 바람직하며, 새로운 위치 측정부를 추가로 설치하는 경우 폐쇄한 구멍을 개방하여 추가 위치 측정부를 설치할 수 있다.

또한, 메인 챔버(120)는 내측에 웨이퍼(W)를 검사 위치로 이동시키기 위한 스테이지유닛(134)이 설치된다. 이와 같은 스테이지유닛(134)은 최상측에 웨이퍼를 고정시킬 수 있는 스테이지(134a)가 마련되며, 스테이지(134a)에 고정된 웨이퍼를 X, Y, Z축 방향으로 이동시킨다. 상기 스테이지유닛(134)은 웨이퍼를 검사 위치로 이동시키는 것은 물론, 일부분이 메인 챔버(120)의 상부 일측에 형성되는 관통구멍(120a) 및 서브 챔버 도어(141)와 함께 서브 챔버(140)를 형성한다.

상기 스테이지유닛(134)은 X축 방향으로 가동하는 제1 가동플레이트(135), Y축 방향으로 가동하는 제2 가동플레이트(136) 및 Z축 방향으로 승강하는 제3 가동플레이트(137)를 구비한다.

제1 가동플레이트(135)는 저면에 다수의 제1 LM블록(135a)이 설치되며, 다수의 제1 LM블록(135a)은 한 쌍의 제1 LM가이드레일(135b)을 따라 슬라이딩 가능하도록 한 쌍의 제1 LM가이드레일(135b)에 결합된다. 이 경우 제1 가동플레이트(135)는 제1 구동모터(135c)로부터 구동력을 전달받는다.

제2 가동플레이트(136)는 상면에 한 쌍의 제1 LM가이드레일(135b)이 설치되며, 저면에는 다수의 제2 LM블록(136a)이 결합된다. 이 경우 다수의 제2 LM블록(136a)은 한 쌍의 제2 LM가이드레일(136b)을 따라 슬라이딩 가능하도록 한 쌍의 제2 LM가이드레일(136b)에 결합된다. 상기 제2 가동플레이트(135)는 제2 구동모터(135c)로부터 구동력을 전달받는다.

제3 가동플레이트(137)는 상면에 한 쌍의 제2 LM가이드레일(136b)이 설치되며, 저면에 수직으로 배치되는 다수의 지지대(137a)가 설치된다. 다수의 지지대(137a)의 하단은 승강프레임(137b) 상면에 고정되고, 승강프레임(137b)은 제3 구동모터(137c)에 연동 가능하도록 설치된다. 이에 따라 제3 가동플레이트(137)는 제3 구동모터(137c)가 작동에 따라 승강프레임(137b)과 함께 상하로 이동한다.

한편, 상술한 제1 가동플레이트(135)의 상부에는 진공개폐부재(139)가 설치된다. 진공개폐부(139)는 메인 챔버(120)의 상부 일측에 형성된 관통구멍(120a)을 메인 챔버(120)의 내측에서 개폐한다. 이 경우 메인 챔버(120)의 관통구멍(120a)은 스테이지(134a)가 통과할 수 있도록 스테이지(134a)의 크기보다 큰 직경으로 이루어진다.

서브 챔버(140)는 메인 챔버(120)와 같이 항상 형성되어 있는 것이 아니라 선택적으로 형성된다. 즉, 서브 챔버(140)는 로봇 암(RA)에 의해 공급되는 웨이퍼를 메인 챔버(120)로 이송하기 전에 일시적으로 메인 챔버(120)의 일부를 포함하면서 형성된다. 서브 챔버(140)의 설정 범위는 도 12을 참고하면, 메인 챔버(120)의 관통구멍(120a)과 이 관통구멍(120a)을 메인 챔버(120)의 내/외측에서 각각 폐쇄하는 진공개폐부재(139)와 진공개폐도어(141)에 의해 설정된다.

진공개폐도어(141)는 메인 챔버(120) 외측에서 관통구멍(120a)을 개폐하도록 수직으로 상하 이동 가능하도록 설치된다.

패턴 검사부(150)는 메인 챔버(120)의 상부에 형성된 장착부(124)에 설치된 제1 검사부(152) 및 제2 검사부(154)를 포함한다. 이 경우 제2 실시예의 패턴검사부(150)는 상술한 제1 실시예의 패턴 검사부(50)와 동일하게 이루어지므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 제어부는 스테이지유닛(134), 진공개폐도어(141), 패턴 검사부(150) 및 위치 측정부(미도시)를 제어하여, 제1 실시예와 마찬가지로 웨이퍼(W)의 패턴 형상을 검사한다.

이 경우 제어부는 도 14와 같은 과정으로 패턴검사장치를 제어한다. 즉, 도 11과 같이, 웨이퍼(W)를 스테이지(134a)에 로딩시키기 위해, 스테이지(134a)를 메인 챔버(120)의 관통구멍(120a)을 통과하여 웨이퍼 로딩위치로 이동시킨다.

이 상태에서, 도 10과 같이, 듀얼 핸드 로봇(R)의 로봇 암(RA)은 작업대(WP)로부터 검사할 웨이퍼(W)를 파지하여 프리 얼라이너(pre aligner)(P)로 이송하여 사전 정렬을 한 후, 정렬된 웨이퍼를 스테이지(134a)에 로딩시킨다.

이때, 메인 챔버(120)의 관통구멍(120a)이 스테이지유닛(134)의 진공개폐부재(139)에 의해 폐쇄되므로, 메인 챔버(120)는 미리 설정된 진공압으로 진공을 형성한다.

도 12를 참고하면, 스테이지(134a)에 웨이퍼가 로딩된 후, 진공개폐도어(141)를 하강시켜 관통구멍(120a)를 폐쇄하고, 서브 챔버(140) 내부를 메인 챔버(120) 내부의 진공압과 동일한 진공압으로 진공을 형성한다.

그 후, 도 13과 같이, 스테이지(134a)를 패턴 검사부(150) 하측의 검사 위치로 이동시킨다. 이때, 스테이지(134a)는 제1 실시예와 마찬가지로 위치 설정부(미도시)에 의해 적절한 검사 위치로 정밀하게 이동된 후 패턴 검사부(150)에 의해 웨이퍼의 패턴 검사가 이루어진다.

웨이퍼 패턴 검사가 완료되면, 도 12와 같이, 스테이지(134a)가 관통구멍(120a)을 통과하여 웨이퍼의 언로딩 위치로 이동한다. 이때, 웨이퍼의 언로딩 위치는 웨이퍼 로딩 위치와 동일하다.

계속해서, 서브 챔버(140)의 진공을 해제하고 진공개폐도어(141)을 상승시켜 서브 챔버(140)를 개방한 후, 대기하고 있던 로봇 암(RA)에 의해 웨이퍼가 스테이지(134a)로부터 언로딩된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 패턴 검사부를 통해 웨이퍼 표면에 형성된 패턴의 평면에 대한 넓이 또는 길이 측정은 물론 패턴의 높이도 함께 측정함으로써, 정밀도 높은 웨이퍼 패턴 불량 검사를 할 수 있는 이점이 있다.

이에 따라 웨이퍼 패턴 검사에 소요되는 검사 시간 및 비용을 저감할 수 있고, 아울러 비파괴 검사로 이루어지면서 전수검사가 가능하므로 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.

W: 웨이퍼 10,100: 웨이퍼 패턴 검사장치
20,120: 메인 챔버 22: 셔터부
24,124: 장착부 30,140: 서브 챔버
32: 덮개부 34: 보트부
50,150: 패턴 검사부 52,152: 제1 검사부
54,154: 제2 검사부 60: 제어부
70: 위치 측정부 80: 이송부
90: 스테이지 구동부 92: X축 구동부
94: Y축 구동부 96: 스테이지
134: 스테이지유닛 139: 진공개폐부재
141: 진공개폐도어

Claims

메인 챔버;
패턴 및 식각 공정을 마친 웨이퍼를 메인 챔버 내부로 안내하는 서브 챔버;
상기 메인 챔버에 설치되며, 상기 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 패턴 검사부; 및
상기 패턴 검사부의 측정값을 기초로 상기 패턴을 분석하는 제어부;를 포함하며,
상기 패턴 검사부는,
상기 웨이퍼 패턴의 평면 길이나 평면 면적을 측정하는 제1 검사부와,
상기 웨이퍼 패턴의 경사면 길이를 측정하는 제2 검사부로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 검사부는 상기 메인 챔버에 수직으로 배치되며,
상기 제2 검사부는 상기 메인 챔버에 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 검사부는 제1 검사부와 40~60°의 경사각을 이루도록 경사 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
메인 챔버;
패턴 및 식각 공정을 마친 웨이퍼를 메인 챔버 내부로 안내하는 서브 챔버;
상기 메인 챔버에 형성되고 웨이퍼의 패턴을 검사하는 패턴 검사부; 및
상기 패턴 검사부의 측정값을 기초로 웨이퍼의 패턴을 분석하는 제어부;를 포함하고,
상기 패턴 검사부는,
상기 웨이퍼 패턴의 평면 길이나 평면 면적을 측정하도록 상기 메인 챔버에 수직하게 배치되는 제1 위치와,
상기 웨이퍼 패턴의 경사면 길이를 측정하도록 상기 메인 챔버에 경사지게 배치되는 제2 위치로 이동 가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 위치와 제2 위치 간의 각도는 40~60°로 설정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 패턴 검사부는 주사 전자 현미경(Scaning electron microscope:SEM)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 서브 챔버는 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 메인 챔버 내부로 들어온 웨이퍼의 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 서브 챔버는 상기 메인 챔버의 일부 공간을 포함하면서 일시적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제9항에 있어서,
상기 메인 챔버로 웨이퍼를 인입 및 인출시키기 위해 상기 메인 챔버에 형성된 관통구멍;
상기 메인 챔버 내에 배치되어 웨이퍼를 X,Y,Z 축 방향으로 이동시키며, 상기 메인 챔버의 상기 관통구멍을 개폐하는 스테이지 유닛; 및
상기 메인 챔버의 외부에 배치되어 상기 메인 챔버의 관통구멍을 개폐하는 서브 챔버 도어;를 포함하며,
상기 서브 챔버는 상기 스테이지 유닛과 상기 서브 챔버 도어가 상기 메인 챔버의 관통구멍을 동시에 폐쇄할 때 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
제10항에 있어서,
상기 스테이지 유닛이 상기 메인 챔버의 관통구멍 폐쇄 시, 그 폐쇄위치를 유지하도록 상기 스테이지 유닛을 클램핑하는 다수의 클램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사장치.
패턴 및 식각 공정을 마친 웨이퍼를 서브 챔버로 로딩하는 단계;
상기 서브 챔버의 진공압을 메인 챔버의 진공압과 동일한 진공압으로 설정하는 단계;
상기 웨이퍼를 상기 메인 챔버의 미리 설정된 검사위치로 이동하는 단계;
상기 웨이퍼의 패턴 형상을 측정하는 단계;
상기 웨이퍼의 패턴 형상의 측정값을 기초로 웨이퍼의 패턴을 분석하는 단계;
검사 완료된 웨이퍼를 상기 서브 챔버로 이동하는 단계; 및
상기 서브 챔버의 진공을 해제하고 웨이퍼를 상기 서브 챔버로부터 언로딩하는 단계;를 포함하고,
상기 웨이퍼의 패턴 형상 측정 단계는, 상기 웨이퍼 패턴의 평면 길이 및 평면 면적과, 상기 웨이퍼 패턴의 경사면 길이를 측정 검사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사방법.
제12항에 있어서,
웨이퍼를 상기 서브 챔버로 로딩 및 언로딩하는 각 단계에서,
상기 서브 챔버는 상기 메인 챔버의 일부 공간을 포함하면서 일시적으로 진공을 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사방법.
제12항에 있어서,
웨이퍼를 상기 서브 챔버로 로딩하기 전에,
상기 웨이퍼를 사전 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 패턴 검사방법.