KR20130095211A - 얇은 디스크 형상물의 가장자리 프로파일을 비접촉으로 결정하기 위한 장치 - Google Patents

얇은 디스크 형상물의 가장자리 프로파일을 비접촉으로 결정하기 위한 장치 Download PDF

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코코스 아우토마치온 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 얇은 디스크 형상물에 있는 가장자리 프로파일을 비접촉으로 결정하기 위한 장치에 대한 것이다. 본 발명의 목적은, 정확한 이미지 기록이 가장자리 프로파일에서의 반사광에 의해 훼손되지 않는, 반도체 웨이퍼에 대한 가장자리 프로파일을 결정하기 위한 새로운 가능성을 보여주는 것이다. 이러한 목적은, 각각이 선형의 광 다발(33)을 방출하는 레이저 방사원들(31,32) 형태의 복수의 광원(光源)들이, 상기 형상물(2)의 기저 평면(41)에 수직 방향인 측정면(43)을 나타내는 공통 면(plane)에 같이 놓이도록 배치되고, 그리고 상기 형상물(2)의 가장자리 영역에서의 상기 레이저 방사원들의 공통 교차점에 서로 다른 방향에서 향하게 된다는 점에서, 본 발명에 의해 달성된다. 광 시트(4)는, 상기 측정면(43)에 형성되고, 상기 광 시트(4)에 의해 생성된 광 라인(44)으로부터 확산된 광을 포착하기 위해 상기 기저 평면(41)상의 측면에서 상기 측정면(43)을 향하도록 정렬된 적어도 하나의 기저 카메라(35)에 의해 포착된다.

Description

얇은 디스크 형상물의 가장자리 프로파일을 비접촉으로 결정하기 위한 장치 {Device for noncontact determination of edge profile at a thin disk-shaped object}
본 발명은 얇은 디스크 형상물의 가장자리 프로파일(edge profile)을 비접촉으로 결정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 본 장치는, 디스크 형상물을 회전축 주위로 회전시키기 위한 턴테이블과, 사실상 상기 회전축의 방사(radial) 방향에서 상기 디스크 형상물의 가장자리 영역에 조사(照射)하기 위한 적어도 하나의 광원(光源)을 방사상(radial)에 위치시키기 위한 측정 기구와, 상기 조사(照射)된 가장자리 영역을 기록하기 위한 적어도 하나의 카메라를 포함한다. 본 발명은, 웨이퍼(wafer)의 가장자리 프로파일에 대한 신뢰성있고 고 정밀의 특성 묘사에 특히 적합하다.
반도체 제조에 있어서, 웨이퍼들은 그 제조 과정동안 많은 공정 단계들에서 순차적으로 가공된다. 반도체 구조에 대한 더욱 더 높아지는 집적도로 인해, 웨이퍼들의 품질에 대한 요건들이 또한 늘어나고 있다. 웨이퍼의 제조에 있어서, 때때로 재료와 기술에 대한 엄청난 비용이 가치 사슬(value chain)의 마지막에 초래될 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 처리 공정 전(前)에, 즉, 가치 사슬의 시작점에서, 재료의 표면들의 최상의 신뢰성과 최대의 이용 가능성에 근거하여 웨이퍼들이 선택될 수 있도록 하기 위한 광범위한 테스트를 행하는 것이 의미가 있고 또한 이치에 맞는 일이다. 이러한 테스트는, 원주(圓柱)상의 가장자리(edge)에 대한 적절한 형태와 완전성을 확인하기 위한, 웨이퍼의 원주상의 외측 가장자리에 대한 검사를 포함한다. 이러한 검사를 수행할 수 있는 수 많은 검사 장비들이 이미 제안되어 있다.
DE 10 2007 024 525 B4는 3개의 카메라가 웨이퍼의 가장자리 영역에 있는 결점들의 시각적 평가를 수행하기 위해 사용되는 장치를 기술하고 있다. 결점들을 기록하기 위해서, 하나의 카메라가 웨이퍼의 상부에 가장자리 영역과 마주보게 위치하고, 다른 하나의 카메라는 웨이퍼의 하부에 가장자리 영역과 마주보게 위치한다. 세번째 카메라는, 방사방향(radial direction)에서 웨이퍼의 가장자리 영역과 마주보게 배치된다. 카메라에 의해 포착되는 웨이퍼의 가장자리 영역은, 균질의 방사되는 확산 조명에 의해 비추어지고, 화상(畵像)들이 카메라에 의해 촬영됨으로써, 시각적 평가를 위한 모니터를 통해 그 장치의 사용자에게 디스플레이된다. 그래서, 웨이퍼상의 결점의 정확한 위치를 포착하고 이용함에 있어서 결점에 대한 주관적인 평가가 또한 행해질 수가 있다. 이러한 장치로써는 결점에 대한 객관적이고 정량적인 평가가 가능하지 않은 것이다.
DE 11 2008 000 723 T5에 의해 개시된 가장자리 검사 장치에서는, 테스트 결과가, 검사된 웨이퍼로부터 획득된 가장자리 정보에 따라 디스플레이된다. 이를 위해, 웨이퍼의 원주상의 표면이 적어도 하나의 CCD 라인(line) 카메라에 의해 3개의 기록 방향으로부터 포착된다. 3개의 이미지 기록의 축들은, 웨이퍼의 원주상의 표면에 근접된, 웨이퍼의 중심면의 지점에서 교차된다. 그래서, 하나의 관점 방향은 외측의 원주 표면으로 향하게 되고, 나머지 2개의 기록은 웨이퍼의 원주상의 사면(斜面)의 모서리를 각각 향하게 된다. 이미지 포착을 위해 필요한 조명의 구조는 개시되어 있지 않다. 포착된 이미지들은, 수동적인 평가를 위해 디스플레이 기기상에 표시되고, 위치 의존적인 가장자리 정보는 저장 요소에 저장된다. 더욱이, 가장자리 정보는, 포착된 이미지 내용에서의 음영 변화들에 근거하여 위치에 따라 저장 요소에 저장된다. 획득된 데이터는, 바람직하게는, 가장자리 정보에 대한 통계적 평가가 가능한 가에 근거하여 프로파일 커브(curve)의 형태로서 시각적으로 표시되고, 그래서, 전체적인 형태에서의 경향이 그 커브로부터 결정될 수 있다. 이 장치의 경우에는, CCD 라인 카메라에 의해 웨이퍼의 가장자리 영역의 작은 부분을 촬영하여 기록할 때, 예를 들어, 문제 장소들(spots) 또는 불규칙적으로 각진(angled) 가장자리 영역들에서 반사된 광에 의해 야기된 이미지 결손이 실제의 가장자리 형태에 대한 잘못된 해석으로 이어질 수 있고, 측정 결과를 훼손하거나 심지어 측정을 불가능하게 할 수 있는 단점이 있다.
따라서, 가장자리 프로파일에 대한 이미지 기록동안, 가장자리 프로파일의 결정을 방해하거나 저하시키는 반사광을 실질적으로 억제하는 것을 가능하게 하는, 얇은 디스크 형상의 측정 대상물( 예를 들어, 반도체 웨이퍼 )의 가장자리 프로파일을 결정하기 위한 새로운 가능성을 보여주는 것이 본 발명의 목적이다.
디스크 형상물을 회전축 주위로 회전시키기 위한 턴테이블과, 상기 디스크 형상물의 가장자리 영역에 조사(照射)하기 위한 적어도 하나의 광원을 상기 회전축에 대해 사실상 방사(radial) 방향에서의 위치를 정하기 위한 측정 기구와, 조사된 상기 가장자리 영역을 기록하기 위한 적어도 하나의, 상기 디스크 형상물의 표면들사이에서 평행하게 연장된 기저 평면에 배치된 카메라를 포함하여 구성되는, 얇은 디스크 형상물의 가장자리 프로파일을 비접촉으로 결정하기 위한 장치에서, 전술한 목적은, 선형(line-shaped)의 빔 프로파일(beam profile)을 가지며, 각각이 선형의 광 다발을 방출하는 레이저 방사원(源)들의 형태로 복수의 광원들이 구비되고, 상기 레이저 방사원들의 상기 선형의 광 다발들은, 상기 기저 평면에 대해 수직의 방향인 측정면을 나타내는 공통된 평면상에 같이 놓이도록 정렬되고, 그리고 상기 디스크 형상물의 상기 가장자리 영역에서의 상기 레이저 방사원들의 공통 교차점에 서로 다른 방향에서 향하게 되고, 상기 레이저 방사원들의 상기 선형의 광 다발들로부터 만들어진 광 시트는 상기 측정면에 형성되며, 그리고, 상기 적어도 하나의 카메라는, 기저 카메라로서, 상기 기저 평면상의 측면에서 상기 측정면으로 향하게 되어, 상기 디스크 형상물의 상기 가장자리 영역에서 상기 광 시트에 의해 조명된 광 라인(line)으로부터 흩어진 광을 기록한다는 점에서 달성된다.
상기 레이저 방사원들은, 그들의 상기 선형의 광 다발들이, 상기 디스크 형상물의 상기 가장자리 영역을 U-모양에 따라 에워싸도록 조사(照射)하는 방식에 유리하도록 정렬된다. 이러한 관점에서, 기저 레이저 방사원은 상기 기저 평면에 정렬되고, 그리고, 2개의 추가 레이저 방사원들은, 상기 측정면에서 서로 다른 수학적 부호이면서 동일 크기인 조사각을 가지도록( 상기 기저 레이저 방사원의 양측에 대칭적으로 ) 정렬되면서, 상기 공통 교차점을 향하도록 하는 방식으로 3개의 레이저 방사원들을 배치하는 것이 유용하다.
상기 기저 카메라의 정렬을 위해서는, 상기 기저 평면에 있는 상기 기저 카메라와 상기 기저 레이저 방사원사이의 관측각은 30o 와 90o이하의 값사이에서 조정될 수 있는 것이 유리하다.
상기 기저 카메라외에, 2개의 추가 카메라들을 측면(側面)에서 상기 측정면을 향하게 하고, 각 경우에 있어 상기 기저 평면에 대하여 수직이거나 또는 예각(銳角)이 되는 동일한 경사각으로 상기 레이저 방사원들의 광축들의 상기 교차점으로 향하게 하는 것이 이미지 기록의 해상도를 향상시키는 데 있어 권장될 수 있다.
더욱이, 상기 기저 카메라외에 노치(notch) 카메라를 더 구비하는 것이 분명히 잇점이 있다. 이 노치 카메라의 광축은 상기 기저 레이저 방사원에 대해 측각(測角)을 갖도록 상기 기저 평면에 배치되며, 상기 측각은, 상기 기저 레이저 방사원에 대한 상기 기저 카메라의 관측각보다 사실상 더 작은 각이다.
상기 측정 기구를 디스크 형상물들의 서로 다른 직경들에 맞게 조정하기 위해, 그리고 회전하는 가장자리 프로파일에서의 편심을 보상하기 위해, 상기 턴테이블의 회전축에 대해 수직방향으로 상기 측정 기구를 이동시키기 위한 선형 가이드를 구비하는 것이 권장된다.
상기 디스크 형상물의 상기 가장자리 영역이 상기 턴테이블의 상기 회전축에 대하여 편심된 위치를 검출하기 위해, 상기 레이저 방사원들에 의해 정해지는 상기 측정면의 외측에 상기 기저 평면에 수직방향으로 배치된 중심 카메라를 더 구비하는 것이 유리하다. 상기 중심 카메라의 방사상의(radial) 위치는, 기 알려진 상기 형상물의 직경에 맞게 조정될 수 있으며, 상기 중심 카메라는 확산 조명부의 반대측에 배치된다. 이를 위해, 상기 중심 카메라의 상기 측정면에 대한, 상기 기저 평면에서 조정되는 각 위치(angular position)가, 편심을 보상하기 위한 상기 측정 기구의 추적 이동을 계산하기 위해 제공되는 것이 권장된다.
진동 격리된 측정을 위해, 견고한 받침판이, 상기 턴테이블을 갖는 테이블 시스템, 상기 측정 기구의 지지 시스템과 선형 가이드, 그리고 상기 장치의 추가 요소들을 위한 구성요소 운반체로서 유리하게 사용된다.
본 발명은, 순수한 광 발생과 가장자리 프로파일의 이미지들의 관측이 간섭되는 반사광들 때문에 웨이퍼의 가장자리 프로파일의 적어도 일정 부분에 대하여 결함있는 획득으로 이어지게 되는 근본적인 고려에 따른 것이다. 본 발명은, 대상물의 가장자리로부터 흩어진 광을 독점적으로 기록하는 카메라 배치를 선택함에 의해, 그리고 선형(line-shaped)의 조명에 의해 만들어진 조사면(照射面)에 대해 그 흩어진 광을 측면에서 포착한다는 점에 의해 앞서의 문제점을 해소한다. 상기 조명은, 바람직하게는, 측정될 대상물의 프로파일이 침입하게 되는 그리고 그를 통해 수직적으로 이동하게 되는 얇은 판형의 광 시트( 광 커튼 )를 서로 다른 방향에서 발생시켜 충돌시키는 라인 레이저들(lasers)에 의해 행하여 진다. 상기 라인 레이저들은 균질의 레이저 선을 측정 대상물에 조사하는데, 측정되는 가장자리 프로파일상의 동(同) 평면에서 수직적으로 부딪히는 라인 레이저들에 의해 레이저 라인(line)이 밝아지게 된다. "모든 면들(sides)에서" 부딪히는 광 커튼의 결과로서, 측정 대상물의 가장자리 영역의 사실상 모든 점이 수직적으로 조명되고, 카메라 기기에 의한 측면의 이미지 기록동안에, 공간적으로 좁게 정해지는 강한 광의 경계가 종단 프로파일을 따라 생성된다. 그래서, 상기 가장자리 프로파일이 상기 광 커튼을 수직적으로 통과하는 이동에 의해, 가장자리 프로파일에 대해 면방향으로 이미지화가 진행된다.
복수의 광원들에도 불구하고 중첩 에러가 없으며 왜곡되지 않는, 카메라 기기에 의해 계속적으로 기록되는 이미지들은, 이미 알려진 해결책들과 비교하여 더 정교한 가장자리의 측정을 가능하게 한다. 이는, 가장자리 프로파일이 광 시트를 통과할 때, 균일하면서 강한 레이저 라인(line)이 가장자리 프로파일을 따라 형성되고, 흩어진 광으로부터 만들어진 그 것의 광 경계가 카메라 기기에 의해 상기 광 시트의 측면에서 기록됨으로써 소프트웨어를 이용하여 객관적으로 평가될 수 있기 때문이다. "모든 면"에서 측정 대상물에 충돌하는 광 시트의 광 경계를, 측정 대상물의 프로파일의 이미지 기록에 대한 설명을 간단하게 하기 위해, 이후부터는 "광 라인"(light line)으로 바꾸어서 또한 칭하기도 한다.
본 장치는, 얇은 디스크 형상의 측정 대상물에 대한 가장자리 프로파일의 결정을 빠르게 그리고 신뢰할 수 있게 하는 것을 가능하게 한다.그리고, 문제있는 장소나 부적절하게 각진(angled) 대상물의 가장자리가 그 프로파일에서 발견되더라도 가장자리 프로파일에 대한 반사없는, 높은 정확도의 기록이 이루어지게 된다.
도 1은, 본 발명에 따른 장치의 도식적인 구조이다.
도 2는, 본 발명에 따른 장치의 구체적인 하나의 형태에 대해서, 입면도 관점( 우측 )에서와 후면에서 본 일부분( 좌측 )을 도시한 것이다.
도 3은, 가장자리 기록을 위한 4개의 카메라와 편심을 검출하기 위한 추가 구성을 갖춘 바람직한 실시예에서의 본 발명에 따른 장치의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 웨이퍼 가장자리 프로파일의 영역에서의 광 시트(sheet) 형성을 도식적으로 예시한 것이다.
본 발명은, 실시예의 예들을 참조하여 이하에서 보다 충분히 설명될 것이다.
도 1에 따라, 도시된 장치는, 기저 레이저 방사원(laser radiation source)(31), 적어도 2개의 추가 레이저 방사원들(32), 그리고 적어도 하나의 기저 카메라(35)를 포함하는 측정 기구(3)를 갖는다. 상기 기저 레이저 방사원(31)의 광축(34)과 상기 기저 카메라(35)의 광축(36)은, 바람직하게는 수평지향의 공통의 기저 평면(41)상에서 실질적으로 상호 수직되게 정렬되고 하나의 교차점(42)에서 만난다. 상기 추가 레이저 방사원들(32)은, 상기 기저 레이저 방사원(31)의 양 측에 서로 대칭적인 그들의 광축(34)에 따라 배치된다. 상기 각 광축(34)은 측정면(43)에 놓이며, 상기 기저 레이저 방사원(31)에 대하여 서로 동일 크기의 각(45)으로 그리고 그 부호는 반대가 되도록 정렬되고, 마찬가지로 상기 교차점(42)으로 향하게 된다. 상기 레이저 방사원들(31,32)은, 바람직하게는 동일한 구조의 선형 레이저들이며, 선형(line-shaped)의 빔 프로파일(beam profile)을 가짐으로써, 그들의 광 다발(33)은 집합적으로 상기 측정면(43)내에서 광 시트(sheet)(4)를 형성한다. 상기 광 시트(4)는 상기 기저 평면(41)에 대해 수직 방향을 갖는다.
본 경우에 있어 웨이퍼(wafer)(2)의 가장자리 프로파일(21)( 이 예가 일반성을 제한하지는 않는다. )인 측정물에서, 측정될 프로파일이, 서로 정확히 정렬된 상기 측정 기구(3)의 컴포넌트들( 레이저 방사원들(31,32), 그리고 적어도 상기 기저 카메라(35) )에 맞게 정렬될 수 있도록 하기 위해, 테이블 시스템(1)이 상기 측정 기구(3)로부터 지정된 거리만큼 떨어져 배치된다. 상기 웨이퍼는 상기 테이블 시스템(1)에 의해 이동성이 지원되며, 측정될 가장자리 프로파일(21)을 따라 광 시트(4)를 통해 이동될 수 있다.
도 2에 따른 상기 테이블 시스템(1)에는, 측정물의 예로서 제시된 웨이퍼(2)를 위한 턴테이블(11)이 구비된다. 상기 턴테이블(11)은 상기 웨이퍼(2)를 지지하는 수평 지지면을 갖는다. 상기 턴테이블(11)의 회전축(12)은 상기 기저 평면(41)에 수직 방향이 된다.
도 2에 따라, 선형 가이드(guide)(51)가 상기 측정 기구(3)를 수용하기 위한 받침판(5)상에 구비된다.상기 선형 가이드(51)에 대해서는, 상기 측정 기구(3)가, 레이저 방사원들(31,32)과 기저 카메라(35)의 광축들(34,36)의 교차점(42)이 상기 턴테이블(11)의 회전축(12)에 대해 수직방향으로 이동할 수 있도록 상기 받침판(41)에서 정렬되는 방식이 지향된다. 상기 기저 레이저 방사원(31)의 상기 광축(34)은 상기 선형 가이드(51)의 이동방향에 평행하도록 배치됨으로써, 상기 기저 레이저 방사원(31)의 선형태(line-shaped)의 광 다발(3)이 실질적으로 상기 턴테이블(11)의 상기 회전축(12)에 대한 방사면(radial plane)으로 향하게 된다.
상기 장치로써 가능한 최고의 정확성을 달성하기 위해, 상기 턴테이블(11), 선형 가이드(51), 그리고 테이블 시스템(1)의 최대 가속력에 상응하는 관성 모멘트(moment of inertia)의 견고한 화강암 블록이 받침판(5)으로 사용된다. 상기 받침판(5)은, 설치 장소의 지지판에 대한 진동으로부터 격리되는 것이 지윈된다.
도 2에 보인 것처럼, 조사(照射)될 가장자리 프로파일(21)을 갖는 상기 웨이퍼(2)가, 상기 턴테이블(11)의 지지면상에 가능하면 중심에 위치하도록 그의 한 면이 놓이게 된다. 상기 지지면은 측정될 상기 웨이퍼(2)보다는 작은 지름을 가지므로, 상기 웨이퍼(2)의 모든 가장자리 영역(22)이 상기 턴테이블(11)의 가장자리를 벗어나 자유로이 돌출된다. 상기 턴테이블(11)의 상기 지지면은, 다양한 웨이퍼 크기에 대한 최적의 수용을 위해 상업적인 웨이퍼 크기들에 대하여 그에 상응하는 방식으로 적응될 수 있다.
상기 웨이퍼(2)는 상기 턴테이블(11)과 함께 회전되도록 놓일 수 있다. 상기 웨이퍼 축과 상기 턴테이블(11)의 회전축간의 편심으로 이어지는 상기 웨이퍼(2) 위치의 부정확성은 중심 카메라(13)에 의해 포착된다. 이러한 목적을 위해, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 중심 카메라(13)는, 상기 턴테이블(11)의 상기 지지면의 상부에 상기 웨이퍼 가장자리 영역(21)의 위쪽으로 위치한다. 상기 턴테이블(11)의 상기 지지면 아래에 배치되는 텔레센트릭(telecentric)방식의 방사 조명부(14)는 상기 중심 카메라(13)의 방향으로 확산광을 조사(照射)한다. 그들 사이에 놓인 상기 웨이퍼 가장자리 영역(22)으로써, 상기 웨이퍼(2)의 외측 모서리의 윤곽이 반대쪽의 상기 중심 카메라(13)에 생성된다. 그 윤곽에 근거하여, 편심되어 위치한 상기 웨이퍼(2)의 회전동안에 발생되는 상기 웨이퍼의 외측 모서리(23)의 주기적인 이동이 회전각에 따라 상기 중심 카메라(13)에 의해 포착되어 저장될 수 있다. 이러한 방식으로 획득된 값들은, 가장자리 프로파일을 결정하는 과정에서, 상기 측정 기구(3)에서의 상기 광축들(34,36)의 상기 교차점(42)에 대해 상기 웨이퍼(2)가 편심된 위치를 보상하기 위해 상기 선형 가이드(51)를 제어하는 데 이용된다. 그래서, 상기 턴테이블(11)상의 상기 웨이퍼(2)의 편심된 위치를 수정할 필요가 없다. 상기 측정 기구(3)의 상기 교차점(42)에 대한 상기 웨이퍼(2)의 외측(outer) 모서리(23)의 상대적인 위치의 변동을 회전각에 서로 연관시키기 위해서는, 단지 상기 교차점(42)과 상기 중심 카메라(13)의 광축(36)과 상기 교차점(42)간에 상기 회전축(12)에 의해 형성되는 각도를 아는 것이 필요할 뿐이다.
도 2에 도시된 홀더(15)는, 상기 조명부(14)의 광축(34)에 위치하는 상기 중심 카메라(13)를 고정시키기 위해 구비된다. 상기 홀더(15)가 상기 턴테이블(11)에 대해 상기 회전축(13)에 대한 방사 방향으로 움직일 수 있다는 점에서, 상업적 웨이퍼 크기들의 다른 직경에 맞도록 하는 상기 중심 카메라(13)의 위치에 대한 조정이 보장된다.
상기 웨이퍼(2)의 편심과 그에 따른 상기 가장자리 프로파일(21)의 회전각에 따른 위치를 파악한 후, 상기 측정 기구(3)는, 상기 선형 가이드(51)에 의해, 상기 턴테이블(11)로부터 가장 원거리의 유휴(idle) 위치에서 상기 턴테이블(11) 방향으로 웨이퍼 크기에 근거하여 결정된 준비 위치로 이동될 수 있다. 지지된 상기 웨이퍼(2)에 대해 앞서 측정된 편심에 따라, 회전각에 따른 부호를 지닌 오프셋(offset)이 이 준비 위치에 적용된다. 상기 준비 위치와 오프셋을 더함으로써, 상기 측정 기구(3)의 광축들(34,36)의 상기 교차점(42)이 항상 상기 웨이퍼(2)의 외측 모서리(23)에 대하여 일정한 위치가 항상 유지되는 검사 위치에 상기 측정 기구(3)가 도달하게 된다.
도 4에 보인 바와 같이, 상기 광 시트(4)는, 상기 레이저 방사원들(31,32)로부터의 광 다발(33)의 선형의 빔 프로파일에 의해, 상기 기저 평면(41)에 수직 방향으로 측정면(43)으로서 형성된다. 상기 추가 레이저 방사원들(32)의 조사각(45)은, 요건에 따라 상기 기저 레이저 방사원(31)에 대해 10O에서 90O의 범위에서의 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 추가 레이저 방사원들(32)의 광 다발(33)은, 상기 웨이퍼(2)의 각 면의 아래와 위의 예정된 위치로부터 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(22)에 부딪히게 되어, 상기 웨이퍼(2)가 상기 광시트(4)를 통과할 때, U-모양에 따라 상기 가장자리 프로파일(21)을 에워싸는 광 라인(44)이 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(32)에 조사된다. 만약, 상기 레이저 방사원들(32)의 조사각(45)이 45O 또는 그 보다 작은 범위에 있다면, 상기 기저 레이저 방사원(31)을 없앨 수도 있다.
상기 광 라인(44)으로부터의 흩어진 광은, 상기 기저 평면(41)에 배치되어 텔레센트릭(telecentric) 방식으로 동작하는 상기 기저 카메라(35)에 의해 광 경계의 형태로 포착될 수 있다. 상기 기저 카메라(35)에 의해 보이는 이 광 경계는, 도 4의 확대부분( 우측상부 )에 상기 기저 카메라(35)의 양식화된 이미지 기록(49)으로서 나타나 있다.
상기 가장자리 프로파일(21)에서 상기 광 라인(44)으로부터 흩어진 광을 포착함으로써, 그리고 소위 라이트 섹션 방법들(light section methods)로부터 이미 잘 알려진 과정을 통해, 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(22)의 표면들, 그리고 특히 상기 웨이퍼(2)의 외측 모서리(23)가 검사될 수 있어서, 어떠한 이형(異形), 예를 들어, 벗어난 형상 또는 기계적 손상이 기록될 수 있다. 고 해상도로 상기 가장자리 프로파일(21)을 포착하기 위해서, 상기 광 시트(4)는 두께를 가지며, 그래서 상기 광 라인(44)이 1 μm 와 최대 25 μm사이의 폭을 가진다.
상기 광 라인(44)의 흩어진 광을 포착하기 위해서, 고해상도 목적의 상기 기저 카메라(35)가 상기 측정 기구(3)에 확보된다. 그것의 광축(36)은, 상기 기저 레이저 방사원(31)의 광축(34)에 대해 관측각(46)을 유지한 채 상기 기저 평면(41)에 정렬된다. 상기 기저 카메라(35)의 유효 거리는, 상기 광 시트(4)가 상기 기저 카메라(35)의 대물렌즈의 초점 범위의 깊이에 정확히 위치되게 하는 방식으로 정해진다. 일반적으로, 상기 기저 평면(41)에서 흩어진 광을 가리는(mask) 추가 구성물이 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(22)에 아무 것도 없기 때문에, 상기 기저 카메라(35)와 상기 기저 레이저 방사원(31)사이의 관측각(46)은, 30o 와 90o이하의 값사이의 매우 넓은 범위내에서 선택적으로 조정될 수 있다.
상기 측정 기구(3)를 좀 더 소형으로 구축하기 위해서, 상기 기저 카메라(35)는, 도 2에 보여진 바와 같이 또한 수직으로 배치될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상기 기저 카메라(35)의 대물렌즈의 전면에 편향 프리즘이 배치된다. 이와 같은 경우, 상기 광 라인(44)의 흩어진 광을 포착하기 위해 상기 편향 프리즘(39)은, 상기 기저 카메라(35)의 각(角)이 진 광축(36)을 상기 웨이퍼(2)의 상기 외측 모서리(23)에 접하는 상기 교차점(42)으로 향하도록 상기 기저 평면(41)에 독점적으로 배치된다.
상기 턴테이블(11)에 의해 회전하는 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 프로파일(21)은 상기 광 시트(4)를 계속하여 지나게 된다. 상기 가장자리 프로파일(21)에 투사된 상기 광 라인(44)의 반사광은 단지 흩어진 광의 분포 형태로 상기 기저 카메라(35)에 의해 획득된다. 동시에 상기 웨이퍼(2)의 상응하는 회전 각은 상기 턴테이블(11)의 위치에 근거하여 포착된다. 이러한 방식으로, 상기 흩어진 광의 분포는 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(22)에 대한 명확한 위치와 연관시킬 수 있고, 상기 흩어진 광의 분포의 특성 평가를 통해 국부의(local) 가장자리 프로파일(21)이 획득될 수 있으며, 그리고, 상기 가장자리 프로파일(21)상의 모든 문제 장소는 기록되고 저장될 수 있다.
상기 광 라인(44)에 의한 흩어진 광을 결점이 없는 웨이퍼의 가장자리 영역(22)에 대해서 관측하면, 상기 측정면(43)을 정의하는 상기 교차점(42)으로부터의 상기 웨이퍼(2)의 방사면내에서 흩어진 광의 가장 강한 세기가 원근법에 의한 가장자리 프로파일(21)에 상응하여 기록된다. 상기 웨이퍼(2)의 상기 가장자리 영역(22)에서의 모든 프로파일의 편차 또는 손상은 상기 흩어진 광의 정도, 구조 및 세기를 변화시키고, 그래서, 예상되는 표준 형태로부터 벗어난 특징적인 표면 변화들에 대한 정보를 제공한다.
상기 기저 카메라(35)와 상기 기저 레이저 방사원(31)간의 알고 있는 관측각(46)과, 상기 턴테이블(11)상의 상기 웨이퍼(2)의 아는 회전각에 의해, 필요한 가장자리 프로파일(21)에 대한 변화의 위치와 크기가 매우 정교한 방식으로 검출될 수 있다. 이런 방식으로 결정되는 위치 데이터는 디지털의 빈(blank) 프로파일로 변환되고, 적절한 알고리즘을 적용함으로써 상기 가장자리 프로파일(21)을 결정하기 위해 사용된다. 상기 가장자리 프로파일(21)의 데이터는, 품질 보장 공정의 내에서 평가되거나 또는 이후의 모서리 가공을 수행하기 위한 적절한 기계로 전달될 수 있다.
고 반사도의 표면 - 그러한 것들은 광택있는 금속 또는 반도체 기판에서 발견된다 - 의 경우에는, 가장자리 프로파일(21)의 검사동안에 반사가 발생할 수도 있고, 이는, 개별적인 기저 카메라(35)에 의한 흩어진 광의 신뢰성 있는 검출에 지장을 준다. 따라서, 이런 종류의 반사성 표면 조건들 하에서, 상기 가장자리 영역(22)에서의 웨이퍼(2)의 가장자리 프로파일(21)에 대한 신뢰성 있는 검출을 행하기 위해서는, 추가 카메라들(37)이 상기 기저 카메라(35)에 더하여 사용될 수 있다.
이러한 목적을 위해서, 도 3에 보여진 바와 같이, 2개의 추가 카메라들(37)이, 상기 기저 평면(41)과는 수직의 방향이고 상기 기저 카메라(35)의 광축(36)을 통해 연장된 접평면내에서 상기 기저 카메라(41)의 위와 아래에 상기 교차점(42)를 향하도록 배치된다. 상기 2개의 추가 카메라들(37)은 동일한 경사각(47)을 가지고, 따라서 상기 기저 평면(41)에 관해서 서로 대칭적인 배치관계에 있다. 상기 경사각(47)은 바람직하게는 45o이지만, 원칙적으로는, 10o 와 90o사이의 범위에서 또한 조정될 수 있다.
실리콘 웨이퍼의 결정 방위(crystal orientation)를 식별하기 위해서, 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(22)에는 보통 적어도 하나의 노치(notch)가 형성된다. 그 표준적인 노치(24)의 결과로서, 상기 광 시트(4)를 가로지를 때, 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(22)의 규칙적인 가장자리 프로파일(21)에 의해 부분적으로 가려지기 때문에, 상기 기저 카메라(35)와 상기 추가 카메라들(37)의 어떤 것들도, 상기 노치(24)의 더 깊은 지점들에서 상기 광 라인(44)의 부분들을 포착할 수 없다. 그래서, 상기 웨이퍼(2)의 상기 외측 모서리(23)의 가장자리 프로파일(21)도 또한 충분히 포착될 수 있는 위치에 추가적인 노치 카메라(38)를 채용하는 것이 유용하다.
이를 위해, 상기 노치 카메라(38)는, 그의 광축(36)이 상기 기저 레이저 방사원(31)의 광축(34)과 바람직하게는 45o인 측각(48)이 되게 상기 기저 평면(41)에 놓이도록 배치된다. 만약, 상기 노치(24)의 전 영역에서 상기 광 라인(44)의 흩어진 광을 중단없이 여전히 포착할 수 있다면, 상기 측각(48)은 또한 45o를 벗어나도록 조정될 수 있다. 상기 노치(24)에 대해 정확하게 획득된 위치는, 상기 턴테이블(11)의 회전각과 결합하여, 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 프로파일(21)에 의한 상기 광 라인(44)에 대해 연속적으로 획득되는 이미지 기록과 회전각을 연관시키기 위한 기준점으로 사용될 수 있다.
싱기 기저 카메라(35), 모든 추가 카메라들(37), 그리고 상기 노치 카메라(38)의 대물렌즈들은 공통의 초점을 가지도록 구성된다. 즉, 그들의 초점은, 상기 기저 레이저 방사원(31)과 기저 카메라(35)의 광축들(34,36)의 교차점(42)에 있는 상기 광 시트(4)에 정확히 있게 됨으로써, 상기 웨이퍼(2)의 외측 모서리(23)상에의 상기 기저 레이저 방사원(31)의 원하는 입사점에 상응하게 된다. 도 2에 보여진 바와 같이, 상기 카메라들(35,37,38)의 정렬과 상기 레이저 방사원들(31,32)의 정렬은, 상기 측정 기구(3)를 위한 지지 시스템(53)에 마련된 정교하게 조정될 수 있는 잠금요소들(52)에 의해 수행된다. 상기 지지 시스템(53)은 상기 선형 가이드(51)에 의해 이동될 수 있다. 그리고, 상기 측정 기구(3)의 상기 카메라들(35,37,38)과 상기 레이저 방사원들(31,32)은, 상기와 같은 잠금요소들(52)에 의해, 결정된 방식으로 서로에 대해 조정되어 고정될 수 있다. 이러한 정렬과, 상기 광 시트(4), 기저 평면(41), 그리고 상기 측정면(43)을 규정하는 카메라 위치들간의 알고 있는 각도들의 결과로서, 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 프로파일(21)을 따라 만들어진 상기 광 라인(44)에 의한 흩어진 광의 상기 개개의 카메라들(35,37,38)에 의한 기록이 왜곡없이 겹쳐지게 되고, 상기 웨이퍼(2)의 가장자리 영역(22)에 대한 매우 정확한 가장자리 프로파일(21)이 그 기록으로부터 계산될 수 있다. 이것은 웨이퍼(2)의 가장자리 프로파일(21)의 정교하고 신뢰성 있는 특성 묘사를 가능하게 한다.
1: 테이블 시스템 2: 웨이퍼
3: 측정 기구 4: 광 시트(sheet)
5: 받침판 11: 턴테이블
12: 회전축 13: 중심 카메라
14: 조명부 15: 홀더
21: 가장자리 프로파일 22: 웨이퍼 가장자리 영역
23: 웨이퍼의 외측 모서리 24: 노치(notch)
31: 기저 레이저 방사원(源) 32: 추가 레이저 방사원
33: 광 다발 34: (광원의) 광축
35: 기저 카메라 36: (기저 카메라의) 광축
37: 추가 카메라 38: 노치(notch) 카메라
39: 편향 프리즘 41: 기저 평면
42: 교차점 43: 측정면
44: 광 라인 45: 조사각
46: 관측각 47: 경사각
48: 측각 49: (기저 카메라의) 이미지 기록
51: 선형 가이드 52: 잠금요소
53: (측정 기구의) 지지 시스템

Claims (10)

  1. 얇은 디스크 형상물의 가장자리 프로파일을 비접촉으로 결정하기 위한 장치에 있어서,
    상기 디스크 형상물을 회전축 주위로 회전시키기 위한 턴테이블과,
    상기 디스크 형상물의 가장자리 영역에 조사(照射)하기 위한 적어도 하나의 광원을 상기 회전축에 대해 사실상 방사(radial) 방향에서의 위치를 정하기 위한 측정 기구와,
    조사된 상기 가장자리 영역을 기록하기 위한 적어도 하나의, 상기 디스크 형상물의 표면들사이에서 평행하게 연장된 기저 평면에 배치된 카메라를 포함하여 구성되되,
    선형(line-shaped)의 빔 프로파일(beam profile)을 가지며, 각각이 선형의 광 다발(33)을 방출하는 레이저 방사원(源)들(31,32)의 형태로 복수의 광원들이 구비되고,
    상기 레이저 방사원들(31,32)의 상기 선형의 광 다발(33)들은, 상기 기저 평면(41)에 대해 수직의 방향인 측정면(43)을 나타내는 공통된 평면상에 같이 놓이도록 정렬되고, 그리고 상기 디스크 형상물(2)의 상기 가장자리 영역(22)에서의 상기 레이저 방사원들(31,32)의 공통 교차점(42)에 서로 다른 방향에서 향하게 되고, 상기 레이저 방사원들(31,32)의 상기 선형의 광 다발들(33)로부터 만들어진 광 시트(4)는 상기 측정면(43)에 형성되며, 그리고,
    상기 적어도 하나의 카메라는, 기저 카메라(35)로서, 상기 기저 평면(41)상의 측면에서 상기 측정면(43)으로 향하게 되어, 상기 디스크 형상물(2)의 상기 가장자리 영역(22)에서 상기 광 시트(4)에 의해 조명된 광 라인(44)(line)으로부터 흩어진 광을 기록하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 방사원들(31,32)은, 그들의 상기 선형의 광 다발들(33)이, 상기 디스크 형상물(2)의 상기 가장자리 영역(22)을 U-모양에 따라 에워싸도록 조사(照射)하는 방식으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    기저 레이저 방사원(31)은 상기 기저 평면(41)에 정렬되고, 그리고,
    2개의 추가 레이저 방사원들(32)은, 상기 측정면(43)에서 서로 다른 수학적 부호이면서 동일 크기인 조사각(45)을 가지도록 상기 기저 레이저 방사원(31)의 양측에 대칭적으로 정렬되면서, 상기 공통 교차점(42)을 향하도록 하는 방식으로
    3개의 레이저 방사원들(31,32)이 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기저 평면(41)에 있는 상기 기저 카메라(35)와 상기 기저 레이저 방사원(31)사이의 관측각(46)은 30o 와 90o이하의 값사이에서 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기저 카메라(35)외에, 2개의 추가 카메라들(37)이 측면(側面)에서 상기 측정면(43)을 향하게 되고, 각 경우에 있어 상기 기저 평면(41)에 대하여 수직이거나 또는 예각(銳角)이 되는 동일한 경사각(47)으로 상기 레이저 방사원들(31,32)의 광축들(34)의 상기 교차점(42)으로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기저 카메라(35)외에 노치(notch) 카메라(38)가 더 구비되고, 상기 노치 카메라(38)의 광축(36)이 상기 기저 레이저 방사원(31)에 대해 측각(48)을 갖도록 상기 기저 평면(41)에 배치되며, 상기 측각(48)은, 상기 기저 레이저 방사원(31)에 대한 상기 기저 카메라(35)의 관측각(46)보다 사실상 더 작은 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    디스크 형상물(2)의 서로 다른 직경들에 맞게 상기 측정 기구(3)를 조정하기 위해, 상기 턴테이블(11)의 상기 회전축(12)에 수직방향으로 상기 측정 기구(3)를 이동시키기 위한 선형 가이드(51)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 디스크 형상물(2)의 상기 가장자리 영역(22)이 상기 턴테이블(11)의 상기 회전축(12)에 대하여 편심된 위치를 포착하기 위해, 상기 레이저 방사원들(31,32)에 의해 정해지는 상기 측정면(43)의 외측에 상기 기저 평면(41)에 수직방향으로 배치된 중심 카메라(13)를 더 포함하여 구성되고,
    상기 중심 카메라(13)의 방사상의(radial) 위치는, 기 알려진 상기 형상물(2)의 직경에 맞게 조정될 수 있으며, 상기 중심 카메라(13)는 확산 조명부(14)의 반대측에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 중심 카메라(13)의 상기 측정면(43)에 대한, 상기 기저 평면(41)에서 조정되는 각 위치(angular position)가, 편심을 보상하기 위한 상기 측정 기구(3)의 추적 이동을 계산하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    진동 격리된 측정을 위해, 견고한 받침판(5)이, 상기 턴테이블(11)을 갖는 테이블 시스템(1), 상기 측정 기구(3)의 지지 시스템(53)과 선형 가이드(51), 그리고 상기 장치의 추가 요소들(13-15)을 위한 구성요소 운반체로서 사용된 것을 특징으로 하는 장치.
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