KR20140098636A - 반도체 소자의 불량 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 기술적 사상은 반도체 공정 중에 반도체 소자의 불량을 실시간으로 검출할 수 있는 반도체 소자 불량 검출장치 및 검출방법을 제공한다. 그 반도체 소자 불량 검출장치는 반도체 소자가 물리적으로 콘택하는 반도체 공정 설비에 장착되고, 상기 반도체 공정 설비를 매질로 하여 상기 반도체 소자에서 발생하는 신호를 검출하는 적어도 하나의 센서; 상기 센서를 통해 검출된 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 신호 변환기; 및 상기 신호 변환기로부터의 디지털 신호를 분석하여 소정 규칙에 의해 반도체 소자의 손상 여부를 판단하는 신호 분석기;를 포함한다.

Description

반도체 소자의 불량 검출장치 및 검출방법{Apparatus and method for detecting defect of semiconductor device}

본 발명의 기술적 사상은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 불량 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 고속 동작 및 대용량의 저장능력이 요구됨에 따라 소자의 집적도, 신뢰성 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체의 제조기술이 발전 되어 왔다. 또한, 최근에 반도체 트렌드가 PC용에서 모바일용으로 패러다임이 전환됨에 따라, 점차 얇은 제품들이 지속적으로 요구되고 있다. 그러한 요구에 부응하여, 반도체 패키지의 두께는 계속 얇아지고 있는 추세이며, 그에 따라 칩 두께가 극한으로 얇아지고 있어 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 또는 칩의 크랙, 패턴 손상 등의 불량이 증가하고 있다.

본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 반도체 공정 중에 반도체 소자의 불량을 실시간으로 검출할 수 있는 반도체 소자 불량 검출장치 및 검출방법을 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 반도체 공정 설비에 장착되고, 상기 반도체 공정 설비에 콘택하는 반도체 소자에서 발생하는 신호를 검출하는 적어도 하나의 센서; 및 소정 주파수 범위 내의 검출된 신호에 기초하여 상기 반도체 소자의 손상 여부를 판단하는 신호 분석기;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서는 AE 센서일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 주파수 범위는 20kHz ~ 300kHz일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 주파수 범위 내에서 상기 검출된 신호의 발생과 소멸 사이의 시간 범위가 0.1초 이내일 때, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 또는 문턱 에너지가 초과되었을 때, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 공정 설비에 의한 상기 반도체 소자에 대한 공정이 진행될 때, 상기 신호가 상기 반도체 소자로부터 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 반도체 공정 설비의 척 테이블 상에 장착되고, 상기 척 테이블에 콘택하는 반도체 소자에서 발생하는 신호를 검출하는 적어도 하나의 센서; 및 소정 기준을 이용하여 상기 반도체 소자의 손상 여부를 판단하기 위하여 상기 검출된 신호를 분석하는 신호 분석기;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서는 AE 센서일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 척 테이블은 금속 또는 세라믹일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 기준은 탄성파의 문턱 전압, 탄성파의 문턱 에너지 및 탄성파의 주파수 범위를 포함하고, 상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 및 상기 검출된 신호의 문턱 에너지들이 초과될 때 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.

더 나아가 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 반도체 공정 설비에 장착된 센서에 의해서, 상기 반도체 공정 설비에 콘택하여 공정이 수행되는 반도체 소자로부터 발생된 신호를 실시간으로 검출하는 단계; 및 신호 분석기에 의해서, 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호에 기초하여 상기 반도체 소자가 불량인지를 판단하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서는 AE 센서일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 또는 문턱 에너지가 초과되었을 때, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어 장치에 의해 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 반도체 공정 설비의 척 테이블 상에 장착된 센서에 의해서, 상기 반도체 공정 설비의 상기 척 테이블에 콘택하는 반도체 소자로부터 발생된 신호를 실시간으로 검출하는 단계; 및 신호 분석기에 의해서, 소정 기준을 이용하여 상기 반도체 소자가 불량인지를 결정하기 위하여 상기 검출된 신호를 분석하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서는 AE 센서일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 척 테이블은 금속 또는 세라믹일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 기준은 탄성파의 문턱 전압, 탄성파의 문턱 에너지 및 탄성파의 주파수 범위를 포함하고, 상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 및 상기 검출된 신호의 문턱 에너지들이 초과될 때 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어 장치에 의해 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

끝으로 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 반도체 공정 설비의 척 테이블 상에 장착된 적어도 3개의 센서에 의해서, 상기 반도체 공정 설비의 상기 척 테이블에 콘택하는 반도체 소자로부터 발생된 신호를 실시간으로 검출하는 단계; 신호 분석기에 의해서, 검출된 신호에 기초하여 상기 반도체 소자가 불량인지를 판단하는 단계; 제어 장치에 의해서 반도체 소자의 불량 위치에 대한 정보를 저장하는 단계; 및 상기 제어 장치에 의해서, 상기 저장된 정보에 기초하여, 반도체 공정 설비에 의한 상기 불량 위치 상에 수행되는 후속 공정을 생략하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 소자의 불량 위치는 상기 적어도 3개의 센서로부터 출력된 신호에 의해 검출될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치 및 검출방법은 반도체 공정 설비에 센서를 장착하여, 반도체 공정 중에 센서를 통해 실시간으로 반도체 소자에 발생하는 불량, 예컨대 크랙 또는 패턴 변형 등에 대응하는 신호를 감지하고, 그러한 신호를 분석하여 반도체 소자의 불량을 판단 여부를 판단함으로써, 반도체 공정 중에 실시간으로 반도체 소자의 불량을 판단할 수 있다.

또한, 본 발명에 기술적 사상에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치 및 검출방법은 실시간으로 반도체 소자의 불량을 검출하여, 불량을 발생시킨 해당 반도체 공정 설비의 동작을 조기에 중단시킨 후, 불량을 유발하는 인자를 제거함으로써, 동일 공정 설비에 의한 반복적인 불량 발생을 방지하여 반도체 소자 불량을 최소화하고 공정 설비의 효율을 최적화할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치에 대한 블럭 구조도들이다.
도 1b는 도 1a의 반도체 소자의 불량 검출장치에서의 신호 조정부를 좀더 상세하게 보여주는 블럭 구조도이다.
도 2는 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치에서 반도체 소자의 불량을 검출하기 위해 AE파(Acoustic Emission Wave)를 이용하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 3은 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치를 테이프 마운트 설비에 적용한 모습을 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치에서 반도체 소자의 불량을 검출하는 방법을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 5는 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치에서 반도체 소자의 불량을 검출하기 위해 초음파를 이용하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치에서 적어도 3개의 센서를 이용하여 불량 발생 위치를 검출하는 원리를 보여주는 개념도들이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치가 이용될 수 있는 반도체 공정 설비들 및 그러한 반도체 공정 설비들에 센서가 장착된 모습을 보여주는 단면도들이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치를 포함한 반도체 제조 시스템에 대한 블럭 구조도들이다.
도 14a 및 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 AE 센서를 이용한 반도체 소자의 불량 검출방법을 보여주는 흐름도들이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서를 이용한 반도체 소자의 불량 검출방법을 보여주는 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 통상의 기술자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 유사하게, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치에 대한 블럭 구조도이다.

도 1a을 참조하면, 본 실시예에 의한 반도체 소자의 불량 검출장치(100)는 센서(110), 신호 조정부(120, Signal Conditioning Unit), 신호 변환기(130, Signal Converter), 신호 분석기(140, Signal Analyzer) 및 설비 제어장치(150, Equipment Controller)를 포함할 수 있다.

센서(110)는 온도나 압력, 진동과 같은 물리적인 신호를 감지하여 측정 가능한 전기적인 신호, 즉 전압이나 전류로 바꾸어주는 장치이다. 예컨대, 센서(110)는 자기센서, 역학센서, 광센서, 음향센서, 온도센서 등을 포함할 수 있다.

자기센서는 자기 다이오드, 자기저항 소자 등을 포함할 수 있고, 역학센서는 가속도센서, 레벨센서, 밀도센서, 변위센서, 속도센서, 스트레인 게이지, 압력센서, 유량센서, 유속센서, 토크센서, 하중센서 등을 포함할 수 있다. 또한, 광센서는 광도센서, 레이저센서, 자외선센서, 적외선센서 등을 포함할 수 있고, 음향센서는 소음센서, 진동센서, AE 센서, 초음파센서 등을 포함할 수 있으며, 온도센서는 열전대, 서미스터, 저항 서모미터(예컨대 PT-100) 등을 포함할 수 있다.

본 실시예에의 반도체 소자의 불량 검출장치(100)에서 이용되는 센서(110)는 비파괴 검사를 위한 AE(Acoustic Emission) 센서 또는 초음파 센서일 수 있다. 물론, 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치(100)에서, 센서(110)가 AE 센서 또는 초음파 센서에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 검사대상의 반도체 소자 또는 웨이퍼에 대한 공정을 진행하는 설비, 및 해당 반도체 소자 또는 웨이퍼에 물리적인 영향을 주지 않은 한, 진동센서나 적외선 센서 등과 같은 센서도 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치에 이용될 수 있음은 물론이다.

참고로, 물체가 파괴될 때 소리가 나는데, 이와 같이 물체가 파괴되는 초기에 내부의 마이크로적인 파괴시에 발생하는 음향을 음향 방출(Acoustic Emission: AE), 또는 AE파(AE wave)라 한다. 좀더 원리적인 측면에서 설명하면, AE파는 물체가 변형을 일으킬 때 원자의 재배열 과정에서 물체 내에서 방출하는 탄성파를 의미한다. 이러한 AE파를 감지하는 센서가 AE센서이고, 압전성이 큰 압전, 전왜(電歪)진동자가 이용될 수 있으며, 센서의 기본구조에 따라 불평형형과 차동형으로 분류될 수 있다.

한편, 초음파 센서는 사람의 귀에 들리지 않을 정도로 높은 주파수(약 20 kHz 이상)의 소리인 초음파를 이용한 센서이다. 초음파는 공기나 액체, 고체 모두에 사용할 수 있고, 주파수가 높고 파장이 짧기 때문에 높은 분해력을 계측할 수 있는 특징이 있다. 초음파 센서에 이용되는 파장은 매체의 음속과 음파의 주파수에 따라 결정되고, 바다 속의 어군탐지기나 소나에서는 1㎜~100㎜, 금속 탐상(探賞) 등에서는 0.5㎜~15㎜, 기체 속에서는 5~35㎜ 정도이다. 초음파 센서는 초음파의 발신소자와 수신소자를 포함하고, 센서 재료로서 자기변형 재료(페라이트 등)나 전압, 전기 변형재료(로셸염, 티탄산 바륨 등)가 이용될 수 있다.

초음파 센서의 종류는 매우 많으며, 응용 면에서 속도 측정 센서, 거리 측정 센서, 농도 및/또는 점성도 측정 센서 및 내부 탐침 센서 등으로 분류할 수 있다. 본 실시예에의 반도체 소자의 불량 검출장치에는 내부 탐침 센서가 이용될 수 있는데, 이러한 내부 탐침 센서로는 초음파 탐상자(探傷子), 초음파 두께계, 초음파 현미경, 초음파 진단장치, 초음파 CT 스캐너 등을 들 수 있다.

신호 조정부(120)는 센서(110)로부터의 신호에 대한 조정, 예컨대, 신호 증폭 및/또는 노이즈 제거 기능을 수행할 수 있다. 센서(110)로부터 감지된 신호는 그 신호가 매우 약하거나 또는 많은 노이즈가 포함될 수 있다. 따라서, 신호 조정부(120)를 통해 신호에 대한 조정을 수행하여 분석에 적절한 상태의 신호로 변환할 수 있다. 이러한 신호 조정부(120)는 센서(110)에 내장될 수도 있다. 신호 조정부(120)가 센서(110)에 내장된 경우에 센서(110)가 신호 변환기(130), 예컨대, DAQ(Data Acquisition) 모듈에 바로 연결될 수 있다.

경우에 따라, 신호 조정부(120)가 생략될 수도 있다. 예컨대, 감지하고자 하는 신호가 노이즈와 확실하게 구별되거나 노이즈가 거의 포함되지 않는 경우 신호 조정부가 생략될 수 있다. 또한, 신호 분석기(140)에서 불필요한 노이즈를 제거하는 기능을 함께 수행함으로써, 신호 조정부가 생략될 수도 있다. 신호 조정부(120)에 대해서는 도 1b에서 좀더 상세히 기술한다.

신호 변환기(130)는 센서(110)를 통해 검출된 신호 또는 신호 조정부(120)를 통해 조정된 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 기능을 할 수 있다. 즉, 신호 변환기(130)는 센서(110) 및/또는 신호 조정부(120)로부터의 신호를 PC(personal computer)와 같은 신호 분석기가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시키는 기능을 할 수 있다.

신호 변환기(130)는 보통 ADC(Analog to Digital Convertor) 칩을 포함하며, PCI(Peripheral Component Interconnect), PCle(PCI Express), PXI(PCI eXtentions for Instrumentation), PXIe(PXI Express), PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association), USB(Universal Serial Bus), Firewire 등의 다양한 버스(Bus) 타입의 DAQ(Data Acquisition) 모듈을 통해 구현될 수 있다.

신호 분석기(140)는 신호 변환기(130)로부터의 디지털 신호를 분석하여 반도체 소자 또는 웨이퍼의 불량 여부를 판단할 수 있다. 신호 분석기(140)는 예컨대, 윈도우, 리눅스, 및 RT(Real Time) 등의 다양한 OS(Operating System)가 설치된 데스크톱 PC, 노트북, PXI, PAC(Programmable Automation Controller) 등의 컴퓨터에 해당 분석프로그램을 설치하여 구현할 수 있다. 신호 분석기(140)를 통해 반도체 소자 또는 웨이퍼의 불량을 검출하는 방법에 대해서는 도 4에 대한 설명부분에서 좀더 상세히 기술한다.

설비 제어장치(150)는 신호 분석기(140)로부터의 반도체 소자 또는 웨이퍼에 대한 판단 결과를 받아 해당 반도체 공정 설비를 제어할 수 있다. 좀더 구체적으로 설명하면, 반도체 소자 또는 웨이퍼가 반도체 공정 설비 상에서 공정이 진행되는 도중에 크랙이나 패턴 변형 등과 같은 불량이 발생한 경우에, 그에 대응하는 신호가 센서(110), 신호 조정부(120), 및 신호 변환기(130)를 거쳐 신호 분석기(140)로 전달될 수 있다. 신호 분석기(140)는 소정 규칙을 통해 신호를 분석하여 반도체 소자 또는 웨이퍼의 불량 여부를 판단할 수 있고, 만약 불량으로 판단된 경우에 불량 발생 신호를 설비 제어장치(150)로 송신할 있다. 설비 제어장치(150)는 불량 발생 신호를 수신하게 되면, 제어신호를 통해 해당 반도체 소자 또는 웨이퍼의 공정에 이용된 반도체 공정 설비(200, Semiconductor Process Equipment)의 동작을 중단시킬 수 있다.

여기서, 패턴 변형은 반도체 소자나 웨이퍼에 크랙이 발생하지는 않았지만 집적회로의 국소변형에 의해 DC(Direct Current) 테스트 불량이 유발된 경우를 의미한다. 한편, 앞서 반도체 소자 또는 웨이퍼의 불량으로 크랙 또는 패턴 변형만을 언급하였으나 반도체 소자 또는 웨이퍼의 불량은 반도체 소자의 전기적 오작동을 유발하는 모든 종류의 물리적인 변형을 포함할 수 있다. 따라서, 이하에서, 반도체 소자 또는 웨이퍼에 대한 크랙 또는 패턴 변형만 언급하는 경우라도 다른 물리적인 변화에 의한 반도체 소자 또는 웨이퍼의 불량을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

덧붙여, 앞서 반도체 소자 또는 웨이퍼로 언급을 하고 있는데, 반도체 소자는 개별 칩을 의미하고 웨이퍼는 개별 칩으로 분리되기 전의 상태를 의미할 수 있다. 따라서, 설명의 편의를 위해 이하에서는 명백히 웨이퍼만을 설명하는 경우를 제외하고는 반도체 소자로 통칭하여 설명한다.

더 나아가, 본 실시예의 불량 검출장치는 반도체 소자 또는 웨이퍼에 한정되는 것이 아니고, 다양한 공정 중에 크랙이나 변형이 발생할 수 있는 검사 대상체에 대하여 실시간으로 불량을 검출하는 데에 적용될 수 있다. 예컨대, LCD(Liquid Crystal Display) 기판, 플렉시블(flexible) 기판, 디스플레이(display) 기판, 유리 기판, 세라믹 기판, 사파이어 기판 등에 대한 불량을 검출하기 위하여, 상기 기판들에 대한 공정 중에 본 실시예의 불량 검출장치를 공정 설비에 적용하여 실시간으로 불량을 검출할 수 있다. 이하에서, 반도체 소자는 검사 대상이 될 수 있는 모든 검사 대상체를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

본 실시예에 따른 반도체 소자 불량 검출장치는 반도체 소자에 대한 공정, 예컨대, 반도체 소자 제조, 평가, 또는 운송 중에 크랙이나 패턴 불량 등의 불량이 발생할 때, AE 센서 등을 이용하여 실시간으로 불량을 검출하여 바로 반도체 공정 설비의 동작을 중단시킴으로써, 반도체 소자의 불량을 최소화하고, 또한 반도체 공정 설비의 효율을 최적화할 수 있다. 예컨대, B/L(Back Lap) 설비에서, 웨이퍼를 지지하는 척 테이블 상에 파티클이 존재하는 경우, 해당 파티클이 제거되지 않는 한 100 ~ 200매 웨이퍼에 동일한 위치에서의 크랙이 연속적으로 발생할 수 있다. 그러나 반도체 공정 중에는 그러한 크랙 검출이 불가능하고 반도체 소자에 대한 DC 테스트 후에나 검출되기 때문에 수백 내지 수천 개의 반도체 소자들이 불량으로 판단되어 폐기 처분되는 것이 일반적이다. 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치는 최초 불량이 발생시에 불량을 바로 검출하여 B/L 설비의 동작을 중단시키고 문제점을 해결, 예컨대, 불량 유발 인자인 파티클을 제거함으로써, 해당 공정에서의 웨이퍼의 불량을 최소화하고, 또한, 해당 공정 설비의 효율을 최적화할 수 있다.

도 1b는 도 1a의 반도체 소자의 불량 검출장치에서의 신호 조정부를 좀더 상세하게 보여주는 블럭 구조도이다.

도 1b를 참조하면, 신호 조정부(120)는 전치-증폭기(122, pre-amplifier), 필터(124, filter) 및 증폭기(126, amplifier)를 포함할 수 있다. 전치-증폭기(122)는 신호의 레벨이 매우 낮아서 그대로는 증폭기의 입력으로 사용할 수가 없을 때 그 출력을 적당한 수준까지 올리기 위한 증폭기이다. 이러한 전치 증폭기는 신호 대 잡음비(S/N)를 저하시키지 않고 적당한 입출력 임피던스를 제공하면서 후단에서 신호 처리하기 쉬울 정도까지 신호 레벨을 높이는 기능을 하며, 때때로 신호의 등화나 혼합 등을 수행할 수도 있다. 만약, 센서(110)로부터의 신호 레벨이 증폭기의 입력으로 사용할 수 정도인 경우에는 전치-증폭기는 생략될 수 있음은 물론이다.

필터(124)는 어떤 주파수대는 쉽게 통과하고 다른 주파수대는 통과하기 힘들게 만든 회로로서, 일반적으로 신호분석에 불필요한 노이즈를 제거하기 위하여 설치될 수 있다. 반도체 공정과 관련된 노이즈로는 백색 잡음(white noise), 설비파 등을 들 수 있다. 여기서 설비파는 해당 설비에서 특정하게 발생하는 노이즈를 의미한다. 필터는 주파수 특성 커브에 따라, 하이 패스 필터, 로우 패스 필터, 밴드 패스 필터, 밴드 리젝트 필터, 노치 필터 등으로 나누어질 수 있다.

본 실시예에의 신호 조정부(120)는 필터를 포함하나, 만약, 노이즈와 검출하고자 하는 신호의 차이가 명확하거나 또는 노이즈가 거의 포함되지 않는 경우 등과 같이, 노이즈를 제거할 필요가 없는 경우에는 필터(124)가 생략될 수도 있다.

증폭기(126)는 입력신호의 진폭을 크게 하여 출력하는 장치로서, 트랜지스터나 전기장 효과 트랜지스터(FET)와 같은 회로소자를 이용하여 신호를 증폭하게 된다. 트랜지스터나 FET는 증폭기의 전원에서 공급되는 전기적인 에너지를 이용하여 입력신호의 에너지를 증가시킴으로써, 출력신호의 진폭을 크게 하는 작용을 한다. 증폭기(126)를 통해 증폭된 신호가 DAQ 모듈(130a)로 입력됨으로써, DAQ 모듈(130a)에서의 신호 변환을 용이하게 할 수 있다. 참고로, 신호 변환기로서 DAQ 모듈이 많이 이용되므로 도 1b에서는 신호 변환기(130) 대신 DAQ 모듈(130a)로 표시한다.

한편, 신호 조정부(120)에서는 신호선을 타고 오는 고전압이나 기타 노이즈로부터 DAQ 모듈을 보호하기 위해 입출력 사이를 전기적으로 분리하는 아이솔레이션(isolation) 기능을 수행할 수 있다.

도 2는 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치에서 반도체 소자의 불량을 검출하기 위해 AE파(Acoustic Emission Wave)를 이용하는 모습을 보여주는 개념도이다.

도 2를 참조하면, 반도체 소자(320)가 반도체 공정 설비(310), 예컨대 B/L(Back Lap) 공정의 척 테이블 상에 배치되어 공정이 진행될 수 있다. 또한, 반도체 공정 설비(310)에는 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치에 이용되는 AE 센서(110A)가 장착될 수 있다.

B/L 공정 중에 소정 원인에 의해 반도체 소자(320)에 크랙이 발생된 경우, 크랙 포인트(C.P.)에서 AE파(AE)가 발생한다. AE파(AE)는 반도체 소자(320)를 매질로 하여 진행하다가 반도체 공정 설비(310)와 만나게 되고, 반도체 공정 설비(310)를 새로운 매질로 하여 계속 진행하게 된다. 이후, 반도체 공정 설비(310)에 장착된 AE 센서(110A)가 반도체 공정 설비(310)를 통해 전달된 AE파(AE')를 검출하게 된다. 검출된 AE파(AE')는 케이블 등의 유선이나 무선을 통해 신호 조정부(120) 및/또는 신호 변환기(130) 등을 거쳐 신호 분석기(140)로 입력될 수 있다.

반도체 소자(320)에서 반도체 공정 설비(310)로 매질이 변경되면서 AE파의 파장이 변경될 수 있다. 예컨대, 반도체 공정 설비(310)에서의 AE파(AE')가 반도체 소자(320)에서의 AE파(AE)보다 파장이 길거나 짧을 수 있다. 일반적으로 매질의 밀도가 높을수록 파장이 길어지며, 그에 따라 밀도가 높은 매질에서의 AE파의 속력이 빨라지고 파의 변형이나 노이즈의 영향이 작을 수 있다.

본 실시예의 AE 센서(110A)는 반도체 공정 설비 중 금속이나 세라믹 등과 같이 비교적 밀도나 경도가 높은 물질로 이루어진 장치에 장착될 수 있다. 또한, 반도체 소자(320)로부터 발생한 AE파를 신속하고 변형없이 수신하기 위해 반도체 소자(320)가 직접 콘택하는 구조로 배치되는 반도체 공정 설비(310)에 AE 센서(110A)가 장착될 수 있다. 즉, 본 실시예에의 반도체 소자의 불량 검출장치(100)에 이용되는 AE 센서(110A)는, 반도체 공정 설비들 중에 반도체 소자가 물리적으로 직접 콘택하는 모든 장치, 그리고 비교적 밀도 또는 경도가 높은 물질로 만들어진 장치에 장착될 수 있다.

참고로, AE 센서를 반도체 소자 또는 웨이퍼 등과 같은 검사 대상체에 직접 장착하는 경우를 고려해 볼 수 있으나, 그와 같이 직접 장착하는 경우에는 공정 중에 각각의 검사 대상체에 AE 센서를 부착하고 제거해야 하므로 공정이 복잡해지고 시간이 지연되어 공정 수율이 현저히 떨어질 수 있다. 더 나아가, 다이 어태치 공정과 같이 다이 단위의 불량 검출의 경우, 각각의 다이들에 AE 센서를 장착한다는 것은 현실적으로 거의 불가능하다고 볼 수 있다.

그에 비해 본 실시예의 경우는 공정 설비에 AE 센서를 장착하여 검사 대상체의 불량을 검출하므로 공정 진행과 무관하여 상기의 공정 수율 감소의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 다이 어태치 공정과 같이 다이 단위의 불량 검출의 경우에도 해당 설비 하나에만 AE 센서를 장착하여 각각의 다이들에 대한 불량을 용이하게 검출할 수 있다.

도 3은 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치를 테이프 마운트 설비에 적용한 모습을 보여주는 개념도이다.

도 3을 참조하면, 반도체 소자의 불량 검출장치(100)가 테이프 마운트 설비에 적용되는 모습을 보여주고 있다. 반도체 소자의 불량 검출장치(100)는 전술한 바와 같이 센서(110), 신호 조정부(120), 신호 변환기(130), 신호 분석기(140), 설비 제어장치(150)를 포함할 수 있다.

센서(110)는 테이프 마운트 설비의 척 테이블(310)에 장착될 수 있다. 여기서, 센서(110)는 예컨대 AE 센서 또는 초음파 센서일 수 있다. 한편, 도시된 바와 같이 신호 조정부(120), 신호 변환기(130), 및 신호 분석기(140)는 PC와 같은 컴퓨터에 함께 내장될 수 있고, 센서(110)는 케이블(C1)을 통해 신호 조정부(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 설비 제어장치(150)도 케이블(C2)을 통해 신호 분석기(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 센서(110) 또는 설비 제어장치(150)는 신호 조정부(120)나 신호 분석기(140)에 케이블 대신 무선으로 연결될 수 있음은 물론이다.

테이프 마운트 설비는 웨이퍼를 지지하는 척 테이블(310), 및 웨이퍼(320)를 척 테이블(310)로 이동시키는 핸드(330)를 포함할 수 있다. 테이프 마운트 공정은 B/L 공정을 마친 후, 웨이퍼(320)를 핸드(330)로 집어 척 테이블(310)에 로딩시킴으로써 시작되고, 척 테이블(310)에 의해 지지된 웨이퍼(320)에 링 마운트의 테이프가 접착됨으로써, 실질적인 테이프 마운트 공정이 진행된다.

웨이퍼(320)를 척 테이블(310)로의 로딩은, 웨이퍼(320)가 핸드(330)로부터 분리되어 척 테이블(310)에 놓이고, 척 테이블(310)에 의한 진공 흡착이 진행되어 척 테이블(310)에 의해 웨이퍼(320)가 견고하게 지지되는 식으로 진행될 수 있다. 한편, 척 테이블(310)에 이물질, 예컨대 파티클이 존재하는 경우, 진공 흡착시 파티클에 의한 웨이퍼의 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있고, 그러한 크랙이니 패턴 변형이 생길 때 AE파가 발생한다. 따라서, 그러한 AE파를 검출하기 위하여 센서(110), 예컨대 AE 센서가 척 테이블(310) 상에 장착될 수 있다.

도 3에서, 센서(110)가 척 테이블(310)의 하면에 장착되었지만, 측면이나 상면에 장착될 수 있음은 물론이다. 한편, 핸드(330) 역시 웨이퍼(320)를 진공 흡착 방식으로 집어서 이동시킨다. 따라서, 핸드(330)에 의한 웨이퍼(320) 픽업 중에 웨이퍼(320)의 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 도시하지는 않았지만, 핸드(330)에도 센서가 장착될 수 있다. 덧붙여, 도시하지는 않았지만, 척 테이블(310)로 향하는 웨이퍼(320)의 면, 즉 웨이퍼(320)의 활성면에는 보호 테이프가 접착될 수 있다.

도 4는 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치에서 반도체 소자의 불량을 검출하는 방법을 설명하기 위한 그래프들로서, x축은 시간을 나타내고, y축은 신호에 대한 전압 레벨을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 왼쪽의 그래프(a)는 정상 척 테이블에서의 테이프 마운트(Tape Mount) 공정을 진행할 때의 AE파를 보여주고, 오른쪽 그래프(b)는 불량 척 테이블에서의 테이프 마운트 공정을 진행할 때의 AE파를 보여준다.

테이프 마운트 공정은 웨이퍼에 대한 B/L, 즉 이면 연마가 수행된 후, 웨이퍼를 각각의 다이로 분리하는 다이 소잉 공정을 위하여, 웨이퍼의 후면에 테이프를 부착하는 공정을 말한다. 이러한 테이프 마운트 공정은 웨이퍼가 척 테이블로 이동되어 로딩된 후, 테이프 롤러를 통해 링 마운트 또는 링 프레임 내의 테이프를 웨이퍼 이면에 접착함으로써 이루어질 수 있다.

테이프 마운트 공정은 전술한 바와 같이 테이프를 웨이퍼로 접착하는 물리적인 공정이기 때문에 AE파가 발생하는 것이 일반적이다. 그에 따라, 왼쪽 그래프(a) 및 오른쪽 그래프(b)에서 테이프를 접착하는 구간인 테이프 마운트 구간(양쪽 화살표 구간)에서 AE파가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 하부에 어느 정도 일정한 레벨의 파형은 화이트 노이즈 및/또는 설비파로 이해할 수 있고, 갑자기 돌출된 형태를 갖는 높은 레벨의 파형 부분은 AE파로 볼 수 있다.

한편, 테이프 마운트 구간 전에, 척 테이블 상에 웨이퍼가 로딩되어 척 테이블에 의해 견고하게 지지 된다. 웨이퍼가 로딩될 때 일반적으로 척 테이블에 의한 진공 흡착이 진행될 수 있다. 진공 흡착시에 척 테이블이 정상인 경우에는 돌발적인 AE파가 발생하지 않는다. 그러나, 척 테이블이 불량인 경우, 예컨대 소정 크기의 파티클이 척 테이블 상에 존재하는 경우에 진공 흡착시에 웨이퍼에 크랙이 발생하고 그러한 크랙 발생에 의해 돌발적인 AE파(오른쪽 그래프(a)의 점선 원)가 발생할 수 있다. 참고로, 시간 진행상 웨이퍼가 척 테이블로 로딩되어 진공 흡착이 먼저 진행된 후에 테이프 마운트 공정이 진행되게 된다.

본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치는 진공 흡착시에 AE파가 발생한 경우에 해당 척 테이블 상에 로딩된 웨이퍼를 불량으로 판단할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 테이프 마운트 구간에서도 AE파가 발생할 수 있으므로, 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치는 공정 구간별로 신호를 분석하여 설정된 공정 구간, 예컨대, 척 테이블 상에 핸드 하중에 의한 웨이퍼 로딩 공정 및/또는 진공 흡착 공정 구간에서 AE파가 발생하는 경우에만 해당 웨이퍼를 불량으로 판단할 수 있다. 앞서, 진공 흡착 공정에 대해서만 예시하였지만, 불량인 척 테이블 상에 웨이퍼를 로딩할 때, 핸드의 하중에 의해서도 웨이퍼에 크랙이 발생할 수 있다.

한편, 진공 흡착에 의해 AE파가 발생하더라도 웨이퍼에 크랙이나 패턴 변형이 발생하지 않을 정도로 미약하거나 또는 다른 원인에 의해 매우 낮은 레벨의 AE파가 발생한 경우에도 무조건 해당 웨이퍼를 불량으로 판단하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 불량 판단에 대한 기준, 즉 AE파에 대한 문턱 전압(TH)을 설정하고, 발생한 AE파가 그 문턱 전압을 초과하는 경우에 웨이퍼의 불량으로 판단할 수 있다. 예컨대, 문턱 전압은 1 내지 2V 정도일 수 있다. 그러나 문턱 전압이 상기 수치에 한정되지 않고 여러 요인들에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 화이트 노이즈 및/또는 설비파의 레벨, 증폭기의 증폭 정도, 크랙에 의해 발생하는 AE파의 평균 레벨 등을 고려하여 문턱 전압이 설정될 수 있다.

한편, 웨이퍼 또는 반도체 소자에 대한 불량 판단 기준으로 문턱 전압 이외의 다른 기준들이 설정될 수 있다. 예컨대, AE파에 대한 소정 구간별 에너지를 계산하고 계산된 에너지가 문턱 에너지를 초과하는지를 통해 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량을 판단할 수도 있다. 좀더 구체적으로, 0.1초 간격으로 AE파에 대한 에너지를 계산하고, 1000 내지 10000aJ(아토-줄) 정도의 문턱 에너지와 비교하여 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량을 판단할 수 있다. 또 다른 기준으로 검출된 AE파가 소정 주기, 또는 소정 주파수 범위에 속하는가를 통해 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량을 판단할 수 있다. 예컨대, 100kHz 이하의 대역에서 타 대역보다 높은 값을 가지고 50kHz 근방에서 피크를 갖는 신호를 검출한 경우에 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량으로 판단할 수 있다.

본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치는 문턱 전압, 문턱 에너지 및 특정 주파수 범위 중 적어도 하나를 기초로 하여 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량을 판단할 수 있다. 경우에 따라, 검출된 AE파가 문턱 전압 및 문턱 에너지를 초과하는 경우 중 특정 주파수 범위에 속하는 경우에 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량을 판단할 수 있다. 예컨대, 검출된 AE파가 1.5V의 문턱 전압 및 2000aJ의 문턱 에너지를 초과하고 100kHz 이하의 대역에서 타 대역보다 높은 값을 가지며 50kHz 근방에서 피크를 갖는 경우에 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량으로 판단할 수 있다.

도 1a의 반도체 소자의 불량 검출 장치(100)는 기 설정된 주파수 범위 내의 검출된 신호의 특성에 기초하여 웨이퍼 또는 반도체 소자에 불량이 있는지 판단할 수 있다. 예컨대, 탄성파가 0.1초 내에서 나타났다가 사라지고 20 내지 300 kHz 내의 파장으로 검출될 때, 그 탄성파는 돌발형(burst) 탄성파에 대응할 수 있다. 웨이퍼 또는 반도체 소자의 불량에 의해 발생하는 돌발형 탄성파는 백색 잡음의 2배의 진폭(amplitude)을 가질 수 있다는 점에서 백색 잡음과 구별될 수 있다.

도 5는 도 1의 반도체 소자의 불량 검출장치에서 반도체 소자의 불량을 검출하기 위해 초음파를 이용하는 모습을 보여주는 개념도이다.

도 5를 참조하면, 초음파 센서(110B)는 발신소자(112) 및 수신소자(114)를 포함할 수 있다. 발신소자(112)는 소스파를 발생시켜 반도체 공정 설비 상의 반도체 소자(320)를 스캔하는 식으로 주기적으로 소스파를 반도체 소자(320)에 조사할 수 있다. 발신소자(112)에 의해 발생되는 소스파는 보통 초음파이나 반드시 초음파에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 반도체 소자로 조사되어 반도체 소자에서 초음파가 발생할 수 있는 열선과 같은 레이저 파도 소스파로서 가능할 수 있다.

수신소자(114)는 반도체 소자(320)로부터의 초음파를 수신할 수 있다. 반도체 소자(320)에 이상이 없는 경우에는 어느 정도 균일한 특성의 초음파가 수신될 수 있다. 그러나 반도체 소자(320) 내부에 크랙이나 기공 등이 존재하는 경우에는 크랙 또는 기공 존재 부분, 즉 크랙 포인트(C.P.)를 지나온 초음파는 다른 부분의 초음파와 다른 특징을 가질 수 있다. 예컨대 다른 부분의 초음파와 파장이 크게 달라질 수 있다.

따라서, 수신된 초음파를 분석하고 반도체 소자(320)의 불량을 판단할 수 있다. 한편, 도 2 부분에서 설명한 AE 센서의 경우는 크랙이나 패턴 변형이 일어나는 순간 발생하는 AE파를 검출하여 반도체 소자의 불량을 판단한다. 그러나, 본 실시예에서와 같이 초음파 센서를 이용하는 경우에는 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형이 일어나는 순간뿐만 아니라 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형이 이미 발생된 이후에도 반도체 소자의 불량을 판단할 수 있다.

본 실시예에서와 같이 반도체 소자의 불량 검출장치에 초음파 센서를 이용하는 경우, 반도체 공정 설비 상에서 반도체에 대한 공정이 진행되고 있는 동안, 발신소자에서 소스파가 소정 주기로 조사되고 수신소자에서 초음파를 수신하여 분석함으로써, 공정 진행 시에 발생하는 반도체 소자의 불량을 실시간으로 검출할 수 있다. 또한, 초음파 센서의 경우는 원리상 불량이 이미 발생한 후에도 검출이 가능하므로, 해당 공정이 완료된 후에 초음파 센서에 의한 검사를 하여 한번 더 수행함으로써, 반도체 소자의 불량 검출률을 향상시킬 수 있다.

참고로, 초음파 센서를 이용하는 검출은 초음파를 탐상 면에 대하여 수직으로 입사시키느냐 아니면 임의의 각도로 입사시키느냐에 따라 수직 탐상법(vertical beam method)과 사각 탐상법(angle beam method)으로 구분될 수 있다. 또한, 발신소자 및 수신소자가 일체형으로 되어 있느냐 분리되어 있느냐에 따라 일탐촉자법(single probe method)과 다탐촉자법(multi-probe method)으로 구분될 수 있다. 더 나아가 결과가 스크린 상에 나타나는 방법에 따라 A-Scope, B-Scope, 및 C-Scope로 구분되기도 한다.

지금까지 반도체 소자의 불량 검출장치에 AE 센서 또는 초음파 센서를 이용하는 방법을 예시하였지만, 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치에 이용되는 센서가 AE 센서 및 초음파 센서에 한정되는 것은 아니다. 즉, 반도체 소자 또는 웨이퍼에 대한 비파괴검사(nondestructive testing)를 수행할 수 있는 모든 센서가 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치에 이용될 수 있다. 예컨대, 방사선을 이용하는 센서도 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출장치에 이용될 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치에서 적어도 3개의 AE 센서를 이용하여 불량 발생 위치를 검출하는 원리를 보여주는 개념도들이다.

도 6을 참조하면, 반도체 공정 설비에 3개의 AE 센서(110A-1, 110A-2, 110A-3)가 각각 다른 부분에 장착될 수 있다. 반도체 공정 설비 상의 반도체 소자에 크랙이 발생하면, 크랙 포인트(C.P.)로부터 AE파가 발생하고 그러한 AE파를 3개의 AE 센서(110A-1, 110A-2, 110A-3)가 각각 검출할 수 있다. 그러나 크랙 포인트(C.P.)로부터 3개의 AE 센서(110A-1, 110A-2, 110A-3)까지의 거리는 각각 다를 수 있다. 그에 따라, 3개의 AE 센서(110A-1, 110A-2, 110A-3)에서, AE파에 대한 수신 시간은 각각 다를 수 있다.

예컨대, 크랙이 발생한 시점을 0으로 설정하면, 제1 AE 센서(110A-1)는 t1 시간 후에 AE파를 수신하고, 제2 AE 센서(110A-2)는 t2 시간 후에 AE파를 수신하며, 제3 AE 센서(110A-3)는 t3 시간 후에 AE파를 수신하게 된다. AE파가 모두 동일한 매질을 통해 전달되었다고 가정하면(실제로 웨이퍼의 표면에서 크랙이 발생하고 그러한 크랙에 의한 AE파가 웨이퍼에 밀착된 척 테이블을 통해 전달된 경우, 척 테이블이 동일 매질로 작용할 수 있음), 동일 매질에서 AE파의 속력은 동일하므로, 수신 시간에 따라 각 AE 센서에서의 거리가 산출될 수 있다. 따라서, 각 센서를 중심으로 하여 수신 시간에 해당하는 거리를 반지름으로 하는 원을 그릴 수 있고, 세 개의 원이 교차하는 지점을 크랙 포인트(C.P.)로 검출할 수 있다. 즉, 반도체 공정 설비 상에 3개의 AE 센서를 장착함으로써, 크랙 발생 여부와 함께 크랙 발생 위치까지 검출할 수 있다. 이와 같이 AE파의 수신 시간, 즉 AE파의 도달 시간을 통해 위치를 검출하는 방법을 ToA(Time of Arrival)를 이용하는 방법이라고 한다.

다만, 앞서 크랙이 발생한 시점을 0으로 설정하고 설명하였는데, 실제로 크랙이 언제 발생할지 모른다. 그에 따라, 크랙 발생 시점부터의 수신 시간, 즉 ToA을 정확히 측정할 수 없다. 이러한 문제점을 해결하는 방법으로, 다음과 방법들을 고려할 수 있다.

첫 번째는 반도체 공정에서 크랙이 발생하는 시점은 어느 정도 예상될 수 있다. 예컨대, 전술한 테이프 마운트 공정의 경우에는 대부분 웨이퍼를 척 테이블에 로딩할 때 핸드 하중에 의해 크랙이 발생하거나 또는 진공 흡착에 의해 크랙이 발생하게 된다. 따라서, 반도체 공정 중 반도체 소자에 크랙이 자주 발생하는 시점을 0으로 설정하고 각 AE 센서에서의 AE파 검출 시점의 시간을 측정하는 방법이다. 예컨대, 테이프 마운트 공정의 경우 핸드에 의한 웨이퍼 로딩 시점 또는 웨이퍼에 대한 진공 흡착 시점을 0으로 설정하고 각 AE 센서에서의 AE파 검출 시점의 시간을 측정하는 방법이다.

두 번째는 AE 센서를 하나 더 장착하여, 4개의 AE 센서에서 AE파를 검출하는 방법이다. 예컨대, t0에서 AE파가 발생하고, 4개의 AE 센서에서 수신 시간이 t1 내지 t4인 경우, t1-t0, t2-t0, t3-t0, t4-t0의 시간에 해당하는 원들을 각 AE 센서를 중심으로 그리게 되면, t0가 계산될 수 있고, t0가 계산되면 자동으로 크랙의 위치가 검출될 수 있다.

도 7은 3개의 AE 센서를 이용하여 도 6과는 다르게 크랙의 위치를 검출하는 방법을 보여주고 있다.

도 7을 참조하면, 3개의 AE 센서(110A-1, 110A-2, 110A-3) 각각에서 AE파 검출 시간을 측정한다. 예컨대, 제1 AE 센서(110A-1)에서 측정한 시간을 t1, 제2 AE 센서(110A-2)에서 측정한 시간을 t2, 그리고 제3 AE 센서(110A-3)에서 측정한 시간을 t3라고 하자. 여기서, t1, t2, t3는 AE파가 크랙 포인트(C.P.)으로부터 각 AE 센서로 이동하는 데 걸린 시간이 아니고 단순히 AE파를 검출한 시간으로서, 크랙 발생 시점은 알 수 없다. 따라서, ToA를 이용할 수는 없다.

그러나 서로 다른 AE 센서에서 수신한 AE파의 도달 시간차를 이용하여 위치를 결정할 수 있다. 즉, 두 AE 센서 간의 AE파의 도달 시간 차는 두 AE 센서에서 크랙 포인트(C.P.)까지의 거리의 차에 비례한다. 예컨대, 제1 AE 센서(110A-1) 및 제2 AE 센서(110A-2) 간의 도달 시간 차는 t1-t2이고, 이러한 t1-t2에 대응하는 거리가 두 AE 센서에서 크랙 포인트(C.P.)까지의 거리 차에 해당한다. 따라서, 두 AE 센서에서 거리 차가 일정한 곳, 즉, 두 AE 센서를 초점으로 하여 거리 차가 일정한 쌍곡선 위에 크랙 포인트(C.P.)가 위치하게 된다.

결국, 2개씩의 AE 센서 간의 AE파의 도달 시간차를 이용하여 해당 거리 차를 구하고, 2개씩의 AE 센서를 초점으로 하여 거리 차가 일정한 쌍곡선을 그려, 서로 겹치는 곳을 크랙 포인트(C.P.)로 결정할 수 있다. 도 7에서 각 쌍곡선에서 겹치는 곡선만을 직선으로 표시하고, 겹치지 않은 나머지 각각의 곡선은 점선으로 표시하고 있다. 이와 같이 AE파의 도달 시간 차를 통해 위치를 검출하는 방법을 TDoA(Time Difference of Arrival)를 이용하는 방법이라고 한다.

지금까지 적어도 3개의 AE 센서를 이용하여 반도체 소자 내에 발생한 크랙 위치를 검출하는 방법을 소개하였으나, 다른 센서를 이용하는 경우도 동일한 원리를 적용하여 크랙 위치를 검출할 수 있음은 물론이다. 한편, 초음파 센서의 경우는 발신소자에서 소정 각도, 소정 주기를 가지고 대상 반도체 소자를 스캔하는 식으로 초음파를 조사하고, 그러한 초음파를 수신소자가 수신하게 되며, 수신된 초음파들에 대한 경로들이 이미 계산되어 있는 경우가 대부분이다. 따라서, 수신소자가 크랙 또는 패턴 변형에 대응하는 초음파를 수신한 경우에 바로 크랙 또는 패턴 변형이 발생한 부분이 검출될 수 있다.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치가 이용될 수 있는 반도체 공정 설비들 및 그러한 반도체 공정 설비들에 센서가 장착된 모습을 보여주는 단면도들이다.

도 8은 B/L 설비를 보여주고 있는데, B/L 공정은 웨이퍼에 집적회로들을 형성한 후에, 웨이퍼의 두께를 줄이기 위해 웨이퍼의 이면을 연마하는 공정을 의미한다.

도 8을 참조하면, B/L 설비는 웨이퍼(320)를 지지하는 척 테이블(310A), 및 웨이퍼(320)의 이면을 연마하는 연삭기(400)를 포함할 수 있다. 웨이퍼(320)의 상면, 즉 집적회로들이 형성된 활성면에는 집적회로들을 보호하기 위한 보호 테이프(332)가 부착될 수 있다. 이러한 B/L 설비를 통한 B/L 공정을 통해 웨이퍼(320)는 100 ㎛ 이하의 두께로 얇아질 수 있다.

한편, B/L 공정에서, 웨이퍼(320)를 척 테이블(310A)에 로딩할 때와 연마를 진행할 때, 웨이퍼(320)에 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 그러한 크랙이나 패턴 변형을 실시간으로 검출하기 위하여 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치의 센서(110)가 B/L 설비의 척 테이블(310A)에 장착되어 B/L 공정 중에 웨이퍼(320)의 크랙이나 패턴 변형을 검출할 수 있다.

도 9는 다이 소잉 설비를 보여주고 있는데, 다이 소잉 공정은 앞서 B/L 공정이 마친 웨이퍼에 대하여 테이프 마운트 공정이 진행된 후, 블레이드나 레이저 등을 이용하여 웨이퍼 내의 다이들을 각각으로 분리하는 공정을 의미한다.

도 9를 참조하면, 다이 소잉 설비는 웨이퍼(320)를 지지하는 척 테이블(310B) 및 웨이퍼(320)를 각각의 다이(320A)로 분리하는 블레이드(600)를 포함할 수 있다. 웨이퍼(320)는 둘레에 링 마운트(510)가 배치된 테이프(520)에 접착되어 척 테이블(310B)에 로딩 된다. 테이프(520)는 그 기능에 기인하여 익스텐션(extension) 테이프로 불리기도 한다. 한편, 웨이퍼(320)의 하면에는 다이 접착 필름(340, Die Attach Film: DAF)이 접착될 수 있다. 경우에 따라, DAF가 생략될 수도 있다.

참고로, 도 3 또는 도 4에서 설명한 테이프 마운트 공정에서 웨이퍼(320)가 척 테이블(310)에 로딩되고, 링 마운트 내의 테이프가 웨이퍼의 이면으로 접착되는 것으로 설명하였다. 그러나 보통 웨이퍼의 이면으로 DAF가 먼저 접착되고, DAF에 링 마운트 내의 테이프가 접착되는 것이 일반적이다. 한편, 웨이퍼(320)에 대한 테이프 마운트 공정 후, 다이 소잉 설비의 척 테이블(310B)에 로딩되면서 앞뒤가 뒤집어지고, 웨이퍼(320)의 상면(F)이 위로 향하게 된다.

테이프(520)에 접착된 웨이퍼(320)가 다이 소잉 설비의 척 테이블(310B)에 로딩된 후, 블레이드(600)에 의한 다이 소잉 공정이 진행된다. 블레이드(600) 대신 레이저를 통해 소잉 공정이 진행될 수도 있다. 이러한 다이 소잉 공정 중에 웨이퍼(320)에 크랙이나 패턴 변형 등이 발생할 수 있다. 그에 따라, 다이 소잉 공정 중에 웨이퍼(320)에 발생하는 크랙이나 패턴 변형을 실시간으로 검출하기 위하여 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치의 센서(110)가 다이 소잉 설비의 척 테이블(310B)에 장착되어 다이 소잉 공정 중에 웨이퍼(320)의 크랙이나 패턴 변형을 검출할 수 있다.

도 10은 다이 어태치(Die Attach: D/A) 설비를 보여주고 있는데, 특히, 다이 소잉 공정 후, 분리된 다이(320A)를 픽업(pick-up)하는 설비를 보여준다. 여기서, 분리된 다이의 하부에는 DAF(340)가 부착되어 있다.

도 10을 참조하면, 다이 소잉 공정 후, 웨이퍼는 각각의 다이(320A)로 분리된다. 이후, 척 테이블(310C) 하부의 핀 홀더(810)에 구비된 핀들(820)이 테이프(520)와 함께 개별 다이(320A)를 상부로 밀어올리고, 콜릿(700, collet)이 돌출된 다이(320A)를 진공 흡착을 통해 집어 올림으로써 DAF(340)가 부착된 다이(320A)에 대한 픽업 공정이 진행될 수 있다.

이와 같은 다이 픽업 공정 중에 각 다이(320A)에 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있다. 예컨대, 핀들(820)을 통해 다이(320A)를 밀어 올릴 때, 콜릿(700)에 의해 진공 흡착으로 다이(320A)를 집을 때, 또는 콜릿에 이물질이 묻었을 때 다이(320A)에 물리적인 충격이 가해질 수 있고, 그에 따라, 다이(320A)에 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있다. 또한, 도 11에서 설명하는 바와 같이 반제품인 PCB에 다이를 어태치 할 때 다이에 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있다. 더 나아가, PCB 상의 다이에 다른 다이를 어태치 할 때, 또는 이물질이 묻어 있는 다이에 다른 다이를 어태치 할 때, 다이들에 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있다.

다이 픽업 공정 중에 다이(320A)에 발생하는 크랙이나 패턴 변형을 실시간으로 검출하기 위하여 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치의 센서(110)가 콜릿(700) 및/또는 핀 홀더(810)에 장착되어 다이 픽업 공정 중에 다이(320A)의 크랙이나 패턴 변형을 실시간으로 검출할 수 있다.

도 11은 다이 어태치(Die Attach: D/A) 설비를 보여주는데, 특히 픽업된 다이를 각 PCB(Printed Circuit Board)로 어태치하는 공정을 보여준다.

도 11을 참조하면, PCB(900)가 히터 블럭(310D) 상에 배치되어 있고, 콜릿(700)에 의해 픽업된 다이(320A)가 PCB(900) 상에 접착될 수 있다. 히터 블럭(310D)은 일종의 척 테이블로서, PCB(900)로 다이 어태치를 용이하게 수행할 수 있도록 150℃ 정도로 PCB(900)를 가열하면서 PCB를 지지할 수 있다. 물론, 히터 블럭(310D)에 의해 가열되는 온도가 상기 수치에 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 다이 어태치 공정 중에 각 다이(320A)에 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수 있다. 그에 따라, 다이 어태치 공정 중에 다이(320A)에 발생하는 크랙이나 패턴 변형을 실시간으로 검출하기 위하여 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치의 센서(110)가 콜릿(700) 및/또는 히터 블럭(310D)에 장착되어 다이 어태치 공정 중에 다이(320A)의 크랙이나 패턴 변형을 실시간으로 검출할 수 있다.

도 8 내지 도 11을 통해 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있는 반도체 공정 설비들에 대하여 간단히 설명하였다. 그러나 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 상기 반도체 공정 설비에 한정되어 적용되는 아니다. 예컨대, 반도체 공정 설비들 중 반도체 소자나 웨이퍼 등에 크랙이나 패턴 변형을 일으킬 수 있는 모든 반도체 공정 설비에 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다.

예컨대, 반도체 8대 공정인 Etch, Metal, Clean, Imp, Diff, Photo, CVD, CMP 공정 모두에 본원의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다. 구체적인 예로서, CVD 공정이나 식각 공정 중에 이용되는 정전척, 및 포토리소그라피 공정에 이용되는 진공척 등과 같이 웨이퍼 또는 반도체 소자를 지지하는 척 테이블이나 그러한 척 테이블로 웨이퍼나 반도체 소자를 물리적으로 콘택하여 이동시키는 장치에 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용되어 실시간으로 불량을 검출할 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면, 반도체 공정 중에 반도체 소자에 물리적으로 콘택하는 장치로서, 압축력이나 인장력과 같은 물리적인 힘을 가하는 장치는 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형을 유발시킬 수 있다. 예컨대, 진공 흡착을 진행하는 척 테이블이나 콜릿 등은 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형을 유발시킬 수 있다. 또한, 연마 공정이나 어태치 공정 등에서 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형을 유발시킬 수 있다. 따라서, 반도체 소자에 물리적으로 콘택하는 장치로서, 반도체 소자나 웨이퍼에 힘을 가하는 모든 장치에 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다. 즉, 그러한 장치들에 반도체 소자 불량 검출장치의 센서가 장착되어, 반도체 공정 중에 실시간으로 반도체 소자의 불량이 검출되도록 할 수 있다.

또한, 반도체 소자는 보관 중이나 이동 중에 온도 변화나 외부 충격 등에 의해 크랙이나 패턴 변형이 발생할 수도 있다. 따라서, 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치는 반도체 소자를 보관하는 장치나 이송하는 장치에도 적용될 수 있다. 더 나아가, 반도체 소자에 대한 크랙이나 패턴 변형은 평가 공정 중에도 발생할 수 있는바, 평가 공정에 이용되는 설비에도 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치가 적용될 수 있다.

한편, 본 실시예의 반도체 소자 불량 검출장치는 반도체 소자에 대한 크랙이나 패턴 변형을 검출하는데에 한정되지 않는다. 예컨대, 공정 설비 자체의 크랙이나 변형이 발생한 경우에도 본 실시예의 불량 검출장치가 적용될 수 있음은 물론이다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 불량 검출장치를 포함한 반도체 제조 시스템에 대한 블럭 구조도들이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 제조 시스템(1000)은 반도체 소자 불량 검출장치(100), 설비 제어장치(150) 및 반도체 공정 설비(200)를 포함할 수 있다.

반도체 공정 설비(200)는 복수 개 설비들을 포함할 수 있다. 예컨대, 반도체 공정 설비(200)는 N개의 B/L 설비(200-1, 200-2,...200-N)를 포함할 수 있다. 물론, 반도체 공정 설비(200)가 B/L 설비에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 다이 어태치 설비, 다이 소잉 설비 등 반도체 공정에 이용되는 모든 설비가 반도체 공정 설비(200)에 포함될 수 있다. 포함되는 반도체 공정 설비가 무엇이냐에 따라, 본 실시예의 반도체 제조 시스템(1000)은 반도체 소자의 생산 시스템, 운송 시스템, 평가 시스템 등으로 구분될 수 있다.

반도체 공정 설비(200)가 N개의 B/L 설비(200-1, 200-2,...200-N)를 포함함에 따라, 반도체 소자 불량 검출장치(100)는 N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N), N개의 신호 조정부(120-1, 120-2,...120-N), 신호 변환기(130), 및 신호 분석기(140)를 포함할 수 있다.

N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N)는 N개의 B/L 설비(200-1, 200-2,...200-N) 각각에 대응하여 장착될 수 있다. 예컨대, N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N)는 N개의 B/L 설비(200-1, 200-2,...200-N) 각각의 척 테이블에 장착될 수 있다. 이러한, N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N)는 N개의 B/L 설비(200-1, 200-2,...200-N) 상의 웨이퍼에서 발생하는 신호를 검출할 수 있다.

한편, 만약 웨이퍼에서 발생한 크랙 또는 패턴 변형의 위치를 검출하고자 하는 경우에는 각 B/L 설비당 적어도 3개의 센서가 장착될 수도 있다. N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N)는 전술한 바와 같은 비파괴 검사를 수행할 수 있는 모든 종류의 센서일 수 있다. 예컨대, N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N)는 AE 센서 또는 초음파 센서들일 수 있다.

N개의 신호 조정부(120-1, 120-2,...120-N)는 대응하는 N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N) 각각에 케이블을 통해 연결되어 N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N)로부터 신호를 수신할 수 있다. 물론, 케이블 대신 무선으로 신호를 수신할 수도 있다. N개의 신호 조정부(120-1, 120-2,...120-N) 각각은 대응하는 센서로부터 수신된 신호들에 대하여, 도 1b에서 전술한 바와 같이, 노이즈 제거, 및/또는 증폭 등의 기능을 수행할 수 있다. 한편, N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N) 각각이 신호 조정부를 내장한 경우에는 N개의 센서(110-1, 110-2,...110-N)는 대응하는 각각의 DAQ 모듈(130-1, 130-2,...130-N)에 바로 연결될 수 있다.

신호 변환기(130)는 N개의 DAQ 모듈(130-1, 130-2,...130-N)을 구비할 수 있다. N개의 DAQ 모듈(130-1, 130-2,...130-N)은 N개의 신호 조정부(120-1, 120-2,...120-N) 각각으로부터 신호를 수신하여 분석을 위한 디지털 신호로 변환한다. 물론, DAQ 모듈 대신 DAC 소자를 포함한 다른 종류의 모듈이 이용될 수 있음은 물론이다. 한편, 신호 변환기(130)는 다수 개의 DAQ 모듈을 포함하고 있다는 의미에서 DAS(Data Acquisition System)으로 명명할 수 있다.

신호 분석기(140)는 신호 변환기(130)로부터의 디지털 신호들을 로-데이터로서 저장 매체에 저장하고, 로-데이터들을 소정 규칙을 가지고 분석하여 반도체 소자에 대한 불량을 결정할 수 있다. 예컨대, B/L 설비의 경우 웨이퍼가 로딩되는 공정 구간에서 AE파의 존재 여부를 판단하고, 또한 AE파의 전압 레벨이 설정된 문턱 전압을 초과하고 계산된 에너지가 설정된 문턱 에너지를 초과하는지 판단하여, 문턱 전압 및 문턱 에너지를 초과하는 경우에 소정 주기의 신호에 해당하는지 판단하여 웨이퍼에 대한 불량을 결정할 수 있다.

신호 분석기(140)에서 반도체 소자에 대한 불량이 판단된 경우에, 설비 제어장치(150)는 신호 분석기(140)로부터 불량 판단 결과에 대한 신호를 수신하고, 설비를 제어하는 제어신호를 통해 불량을 발생시킨 해당 B/L 설비의 동작을 중단할 수 있다. 또한, 해당 B/L 설비의 동작을 중단시킨 후, 해당 B/L 설비에서 불량 유발 인자를 제거함으로써, 다시 해당 B/L 설비를 재작동 시킬 수도 있다.

참고로, 설비 제어장치(150)가 도 1에서는 반도체 소자 불량 검출장치(100)에 포함되는 것으로 기술되었으나 본 실시예에서는 반도체 소자 불량 검출장치(100)와는 별도의 구성요소로서 기술된다. 그러나 이는 단순히 설명 상의 차이로서, 설비 제어장치(150)가 신호 분석기(140)로부터의 판단 결과에 따라 반도체 공정 설비의 동작을 제어하는 기능을 수행하기만 한다면, 반도체 소자 불량 검출장치(100)에 포함되는지 아니면, 별도로 반도체 제조 시스템(1000) 전체로 포함되는지는 별 상관없다.

덧붙여, 설비 제어장치(150)는 신호 분석기(140)로부터의 판단 결과에 따라 반도체 공정 설비의 동작을 제어하는 측면 이외에도, 반도체 소자 불량 검출장치(100) 이외의 장치들과 연동하여 반도체 공정 설비의 동작을 제어할 수 있다. 그에 따라, 설비 제어장치(150)는 여러 곳으로부터의 명령을 받아 반도체 공정 설비의 동작을 전반적으로 제어하는 일종의 통신 제어 서버와 같은 기능을 수행할 수 있다. 한편, 표시하지는 않았지만, 반도체 공정 설비, 예컨대 B/L 설비 각각에도 PC가 구비되어 B/L 설비 자체에 이상이 발생한 경우에, 설비 제어장치(150)와 통신할 수 있다. 예컨대, B/L 설비 자체에 이상이 발생한 경우에, 해당 PC를 통해 신호를 설비 제어장치(150)로 보내고, 설비 제어장치(150)가 신호를 분석하여 해당 B/L 설비의 동작을 중단시킬 수 있다.

도 13을 참조하면, 본 실시예의 반도체 제조 시스템(2000)은 도 12의 반도체 제조 시스템(1000)과 유사하나 포함되는 반도체 공정 설비가 좀더 포괄적이다. 즉, 도 12의 반도체 제조 시스템(1000)에서는 포함되는 반도체 공정 설비가 어느 하나의 종류로 한정되었다. 예컨대, 복수 개의 B/L 설비, 복수 개의 소잉 설비, 복수 개의 다이 어태치 설비 등에서 어느 하나의 공정에 이용되는 설비들만이 포함되었다. 그러나 본 실시예의 반도체 제조 시스템(2000)에는 반도체 소자에 크랙 또는 패턴 변형을 일으킬 수 있는 모든 반도체 공정 설비들이 포함될 수 있다.

예컨대, 반도체 제조 시스템(2000)에서 반도체 공정 설비(200)는 L개의 B/L 설비(200-11, ... 200-1L), M개의 소잉 설비(200-21,... 200-2M), 및 N개의 다이 어태치 설비(200-31,... 200-3N)를 포함할 수 있다. 물론, 반도체 공정 설비(200)는 상기의 B/L 설비, 소잉 설비, 및 다이 어태치 설비에 한하지 않고 반도체 공정상 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형을 유발할 수 있는 모든 설비가 포함될 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 반도체 제조 시스템(2000)은 반도체 소자의 생산, 운송, 평가를 모두 포함하는 총괄적인 반도체 공정 시스템을 의미할 수 있다.

반도체 공정 설비(200)가 L개의 B/L 설비(200-11, ... 200-1L), M개의 소잉 설비(200-21,... 200-2M), 및 N개의 다이 어태치 설비(200-31,... 200-3N)를 구비함에 따라, 센서, 신호 조정부, DAQ 모듈 등도 그에 대응하여 개수로 구비될 수 있다. 한편, 크랙 또는 패턴 변형의 위치까지 검출하고자 하는 경우에는 각 설비당 적어도 3개의 센서가 장착되어야 함은 전술한 바와 같다.

한편, 설비 제어장치(150)는 각각의 설비에 대응하여 제1 설비 제어장치(150-1), 제2 설비 제어장치(150-2), 및 제3 설비 제어장치(150-3)를 구비할 수 있다. 예컨대, 제1 설비 제어장치(150-1)가 L개의 B/L 설비의 동작을 제어하고, 제2 설비 제어장치(150-2)가 M개의 소잉 설비의 동작을 제어하며, 제3 설비 제어장치(150-3)가 N개의 다이 어태치 설비의 동작을 제어할 수 있다. 한편, 설비 제어장치(150)가 단순히 신호 분석기(140)의 판단 결과를 받아 해당 설비들의 동작 유지 또는 중단만을 제어하는 경우에는 3개로 구분되지 않고 하나의 장치로 구현될 수도 있다.

도 14a 및 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 AE 센서를 이용한 반도체 소자의 불량 검출방법을 보여주는 흐름도로서, 이해의 편의를 위해 도 3을 참조하여 함께 설명한다.

도 14a를 참조하면, 먼저, AE 센서(110A)에 의해 신호, 즉 AE파를 검출한다(S110). 예컨대, 테이프 마운트 공정에서, 웨이퍼(320)가 핸드(330)로부터 척 테이블(310)에 로딩될 때, 핸드 하중 인가 및 진공 흡착이 진행되며, 척 테이블(310)에 파티클과 같은 이물질이 존재하여 웨이퍼(320)에 크랙이 발생하는 경우에 AE파가 발생하며, 그러한 AE파를 AE 센서(110A)가 검출할 수 있다.

다음, 신호 조정부(120)가 AE 센서(110A)로부터 신호를 수신하고, 수신된 신호에 대하여 증폭 및/또는 노이즈 제거 등을 수행한다(S120). 신호에 대한 증폭 및/또는 노이즈 제거를 위해 신호 조정부(120)가 전치-증폭기(122), 필터(124) 및 증폭기(126)를 포함할 수 있음은 도 1b에서 전술한 바와 같다.

신호 조정부(120)에 의한 신호 조정 후에, 신호 조정부(120)로부터의 신호는 신호 변환기(130), 예컨대, DAQ 모듈을 통해 분석에 적당한 디지털 신호로 변환한다(S130). 신호 변환기(130)로 DAQ 모듈을 예시하였지만, 그에 한하지 않고 DAC 소자를 포함한 다른 모듈을 이용할 수 있음은 물론이다.

신호 변환기(130)로부터의 디지털 신호를 신호 분석기(140)가 로-데이터로서 저장 매체에 저장한다(S140). 경우에 따라, 디지털 신호를 저장 매체에 저장하는 단계를 생략할 수도 있다.

디지털 신호를 로-데이터로 저장한 후, 신호 분석기(140)는 저장 매체로부터 로-데이터를 불러와 소정 규칙에 따라 분석을 수행한다(S150). 예컨대, 공정 구간별로 로-데이터를 분석하고, 또한, 설정된 공정 구간에서 돌발적인 AE파가 존재하는지 분석할 수 있다. 만약, 로-데이터로 저장하지 않은 경우에는 신호 변환기(130)로부터 입력된 디지털 신호에 대하여 바로 분석을 수행할 수도 있다. 한편, 분석된 결과는 분석 데이터로서 저장 매체에 저장될 수 있다. 좀더 구체적으로 각 웨이퍼에 대한 반도체 공정, 예컨대 테이프 마운트 공정이 완료된 경우, 각 웨이퍼에 대한 분석 결과를 분석 데이터로서 저장 매체에 저장할 수 있다. 저장된 분석 결과에 대한 분석 데이터는 차후에 공정 구간 구분이나 문턱 전압, 문턱 에너지, 특정 주파수 설정 등의 기초로 활용될 수 있다.

분석 결과에 기초하여, 신호 분석기(140)에서 반도체 소자에 대한 불량을 판단한다(S160). 예컨대, 설정된 공정 구간에서 돌발적인 AE파가 검출된 경우, 검출된 AE파의 전압 레벨을 설정된 문턱 전압과 비교하고, 또한 계산된 에너지를 문턱 에너지와 비교하여, 문턱 전압 및 문턱 에너지를 초과하는 경우, 소정 주기의 신호에 해당하는지 판단하여 반도체 소자의 불량으로 판단할 수 있다. 한편, 적어도 3개의 센서가 장착된 경우에는 신호 분석기(140)에서 도 6 또는 도 7에서 설명한 바와 같은 원리를 통해 반도체 소자에서의 크랙 또는 패턴 변형 위치를 검출할 수 있다.

반도체 소자가 불량으로 판단된 경우(Yes), 설비 제어장치(150)는 신호 분석기(140)로부터 불량에 대한 신호를 수신하고, 반도체 공정 설비를 제어하는 제어신호를 통해 반도체 소자 불량이 발생한 해당 공정 설비의 동작을 중단한다(S170).

해당 공정 설비의 동작을 중단한 후 불량 제품을 제거하고 해당 공정 설비에서 불량 인자를 제거한다(S2180). 예컨대, 테이프 마운트 공정 시 척 테이블 상의 실리콘 파티클에 의해 불량이 발생한 경우 해당 척 테이블 상의 실리콘 파티클을 제거한다.

한편, 반도체 소자가 정상으로 판단된 경우(No), 또는 불량 인자 제거 단계(S180) 이후에, 해당 반도체 공정이 종료되는지 판단한다(S190). 예컨대, 테이프 마운트 공정인 경우, 테이프 마운팅된 웨이퍼가 최종 웨이퍼인지 판단함으로써, 공정 종료 여부를 판단할 수 있다. 반도체 공정이 종료된 경우(Yes), 반도체 소자의 불량 검출방법을 끝낸다. 만약, 반도체 공정이 종료되지 않은 경우(Yes), 신호 검출 단계(S110)로 이행하여 계속 반도체 소자의 불량 검출방법을 계속 진행한다.

도 14b를 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출방법은 도 14a의 불량 검출방법과 거의 유사하나 반도체 소자가 불량으로 판단된 경우의 조치가 다를 수 있다. 즉, 도 14a에서는 해당 반도체 설비를 중단하여 불량 인자를 제거하는 식으로 진행되었으나, 본 실시예에서는 해당 반도체 설비를 중단하지 않을 수 있다.

좀더 구체적으로, 반도체 소자가 불량으로 판단된 경우(Yes), 불량이 발생한 위치에 대한 정보를 저장한다(S175). 예컨대, 다이 어태치 공정에서 불량이 발생한 다이의 해당 위치 정보를 저장한다. 다음, 불량이 발생한 위치에서의 공정을 스킵(skip)하도록 셋팅 한다(S185). 예컨대, 다이 어태치 공정에서, 불량이 발생한 위치의 다이에 대한 픽업 공정 등의 후속 공정을 스킵하도록 셋팅 한다.

이후의 공정은 도 14a의 불량 검출방법과 동일하다. 즉, 반도체 소자가 정상으로 판단된 경우(No) 또는 스킵 셋팅 단계(S185) 이후에, 해당 반도체 공정이 종료되는지 판단한다(S190).

도면 상 스킵 셋팅 단계(S185) 후에 공정 종료 판단 단계(S190)로 이행하는 것으로 도시되어 있지만 스킵 셋팅 단계(S185)는 해당 공정과 별개로 진행될 수 있다. 즉, 위치 정보 저장 단계(S175) 이후에 공정 종료 판단 단계(S190)로 이행하여 해당 공정이 계속 진행되다가, 스킵 셋팅이 완료되면 해당 공정에 바로 적용하는 식으로 진행될 수 있다.

웨이퍼 내의 한두 개의 다이에 불량이 발생할 때조차 해당 설비를 중단하는 것은 중단없이 그대로 진행하는 것보다 전체 공정 수율을 더 떨어뜨릴 수 있다. 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출방법은 다이 어태치 공정과 같은 개개 다이에 대한 불량 검출의 경우, 불량 발생 위치 정보만을 저장하여 해당 위치의 다이에 대한 공정을 스킵함으로써, 공정 수율을 향상시킬 수 있다. 결국, 불량 검출 대상이 웨이퍼 단위인지 개별 다이 단위인지에 따라, 도 14a 또는 도 14b의 불량 검출 방법이 해당 반도체 공정에 적용될 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서를 이용한 반도체 소자의 불량 검출방법을 보여주는 흐름도로서, 설명의 편의를 위해 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 15를 참조하면, 먼저, 발신소자(112)를 통해 초음파를 발생시켜 반도체 소자(320)에 조사한다(S210). 발신소자(112)는 초음파뿐만 아니라, 수신소자(114)가 결과적으로 초음파가 수신할 수 있도록 하는 소스파를 발생시켜 반도체 소자(320)에 조사할 수 있다. 한편, 발신소자(112)는 도 5에서 설명한 바와 같이 반도체 소자 전면을 스캔하는 방식으로 초음파를 주기적으로 조사할 수 있다.

발신소자(112)를 통한 초음파 조사 후에 수신소자(114)에서 반도체 소자(320)에서 반사된 또는 발생한 초음파를 수신한다(S220). 수신소자(114)는 발신소자(112)에서 순차적으로 조사된 초음파를 따라 순차적으로 초음파를 수신할 수 있다.

수신소자(114)에서 초음파 수신 후의 과정은 앞서 도 14a에서의 AE파 수신 이후의 과정과 유사하다. 다만, 수신된 파가 초음파이므로 분석에서 AE파의 분석방법과 다들 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 반도체 소자의 불량 검출방법에서도 수신소자(114)를 통해 초음파를 수신한 후, 증폭 및/또는 노이즈 제거 단계(S230), 디지털 신호로 변환 단계(S240), 및 디지털 신호를 로-데이터로 저장 단계(S250)를 거쳐 로-데이터 분석 단계(S260)로 진행하게 된다. 로-데이터 분석 단계(S260)에서, 다음과 같은 원리로 반도체 소자의 불량을 판단할 수 있다.

순차적으로 조사된 초음파들은 각각 반도체 소자의 정해진 경로를 통해 진행하다가 반사되어 수신소자로 입력되게 된다. 만약, 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형 등의 불량이 없는 경우에는 수신된 초음파들의 특성이 유사할 수 있다. 예컨대, 초음파들의 파장의 길이가 유사할 수 있다. 그러나, 반도체 소자에 크랙이나 패턴 변형 등의 불량이 존재하는 경우, 크랙이나 패턴 변형 부분을 거쳐서 입력된 초음파의 경우, 정상 부분을 거쳐서 입력된 초음파들과 특성이 다를 수 있다. 예컨대, 크랙 부분을 거쳐서 입력된 초음파의 파장이 다른 정상 부분을 거쳐서 입력된 초음파들의 파장과 크게 다를 수 있다. 따라서, 수신된 초음파의 특성을 분석함으로써, 반도체 소자의 불량 여부를 판단할 수 있다.

로-데이터 분석 단계(S260) 이후에, 반도체 소자 손상 판단 단계(S270), 반도체 설비 중단 단계(S280), 불량 인자 및 불량 제품 제거 단계(S285), 및 공정 종료 판단 단계(S290) 등은 도 14a의 반도체 소자의 불량 검출방법과 유사할 수 있다. 다만, 반도체 소자 손상 판단 단계(S279)에서, 불량 판단의 기준으로 문턱 전압 대신, 수신된 초음파의 특성에 기초한 기준이 이용될 수 있다. 예컨대, 문턱 파장이 이용될 수 있다.

본 실시예의 초음파 센서를 이용한 반도체 소자의 불량 검출방법은 반도체 소자가 불량으로 판단된 경우의 조치가 도 14a와 동일할 수 있다. 그러나 도 14b와 같은 조치를 배제하는 것은 아니다. 예컨대, 불량 검출 대상이 웨이퍼 단위인지 개별 다이 단위인지에 따라, 도 14a 또는 도 14b에서의 조치가 본 실시예에의 불량 검출방법에 적용될 수 있다.

지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

110: 센서, 110A: AE 센서, 110B: 초음파 센서, 112: 발신소자, 114: 수신소자, 120: 신호 조정부, 122: 전치-증폭기, 124: 필터, 126: 증폭기, 130: 신호 변환기, 130a: DAQ 모듈, 140: 신호 분석기, 150: 설비 제어장치, 200: 반도체 공정 설비, 310, 310A, 310B, 310C: 척 테이블 또는 반도체 공정 설비, 310D: 히터 블럭, 320: 반도체 소자 또는 웨이퍼, 320A: 다이, 330: 핸드, 340: DAF, 400: 연삭기, 510: 링 마운트, 520: 테이프, 600: 블레이드, 700: 콜릿

Claims (23)

1. 반도체 공정 설비에 장착되고, 상기 반도체 공정 설비에 콘택하는 반도체 소자에서 발생하는 신호를 검출하는 적어도 하나의 센서; 및
   소정 주파수 범위 내의 검출된 신호에 기초하여 상기 반도체 소자의 손상 여부를 판단하는 신호 분석기;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 센서는 AE 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 소정 주파수 범위는 20kHz ~ 300kHz인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 소정 주파수 범위 내에서 상기 검출된 신호의 발생과 소멸 사이의 시간 범위가 0.1초 이내일 때, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 또는 문턱 에너지가 초과되었을 때, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 반도체 공정 설비에 의한 상기 반도체 소자에 대한 공정이 진행될 때, 상기 신호가 상기 반도체 소자로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
8. 반도체 공정 설비의 척 테이블 상에 장착되고, 상기 척 테이블에 콘택하는 반도체 소자에서 발생하는 신호를 검출하는 적어도 하나의 센서; 및
   소정 기준을 이용하여 상기 반도체 소자의 손상 여부를 판단하기 위하여 상기 검출된 신호를 분석하는 신호 분석기;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 센서는 AE 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 척 테이블은 금속 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
11. 제8 항에 있어서,
    상기 소정 기준은 탄성파의 문턱 전압, 탄성파의 문턱 에너지 및 탄성파의 주파수 범위를 포함하고,
    상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 및 상기 검출된 신호의 문턱 에너지들이 초과될 때 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
12. 제8 항에 있어서,
    상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출장치.
13. 반도체 공정 설비에 장착된 센서에 의해서, 상기 반도체 공정 설비에 콘택하여 공정이 수행되는 반도체 소자로부터 발생된 신호를 실시간으로 검출하는 단계; 및
    신호 분석기에 의해서, 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호에 기초하여 상기 반도체 소자가 불량인지를 판단하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출 방법.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 센서는 AE 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출 방법.
15. 제13 항에 있어서,
    상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 또는 문턱 에너지가 초과되었을 때, 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출 방법.
16. 제13 항에 있어서,
    제어 장치에 의해 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출.
17. 반도체 공정 설비의 척 테이블 상에 장착된 센서에 의해서, 상기 반도체 공정 설비의 상기 척 테이블에 콘택하는 반도체 소자로부터 발생된 신호를 실시간으로 검출하는 단계; 및
    신호 분석기에 의해서, 소정 기준을 이용하여 상기 반도체 소자가 불량인지를 결정하기 위하여 상기 검출된 신호를 분석하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출방법.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 센서는 AE 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출방법.
19. 제17 항에 있어서,
    상기 척 테이블은 금속 또는 세라믹인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출방법.
20. 제17 항에 있어서,
    상기 소정 기준은 탄성파의 문턱 전압, 탄성파의 문턱 에너지 및 탄성파의 주파수 범위를 포함하고,
    상기 소정 주파수 범위에서 상기 검출된 신호의 문턱 전압 및 상기 검출된 신호의 문턱 에너지들이 초과될 때 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출방법.
21. 제17 항에 있어서,
    제어 장치에 의해 상기 반도체 소자가 불량인 것으로 판단된 경우에 상기 반도체 공정 설비를 중단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출방법.
22. 반도체 공정 설비의 척 테이블 상에 장착된 적어도 3개의 센서에 의해서, 상기 반도체 공정 설비의 상기 척 테이블에 콘택하는 반도체 소자로부터 발생된 신호를 실시간으로 검출하는 단계;
    신호 분석기에 의해서, 검출된 신호에 기초하여 상기 반도체 소자가 불량인지를 판단하는 단계;
    제어 장치에 의해서 반도체 소자의 불량 위치에 대한 정보를 저장하는 단계; 및
    상기 제어 장치에 의해서, 상기 저장된 정보에 기초하여, 반도체 공정 설비에 의한 상기 불량 위치 상에 수행되는 후속 공정을 생략하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 불량 검출방법.
23. 제22 항에 있어서,
    상기 반도체 소자의 불량 위치는 상기 적어도 3개의 센서로부터 출력된 신호에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 불량 검출방법.
    

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