KR20180120115A - 기판 절단 제어 및 검사 - Google Patents

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KR20180120115A
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스탬 카렐 메이켈 리차드 반데르
가이도 크닙펠스
러슬란 리포브흐 숩크한글로브
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에이에스엠 테크놀러지 싱가포르 피티이 엘티디
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Abstract

웨이퍼 기판을 양면에서 조사하고, 기판을 통해 반사 및 투과된 이미징 광을 조사함으로써 웨이퍼 기판이 검사된다. 기판은 스테이지 상에 지지되고, 제 1 및 제 2 조명원들은 각각 스테이지에 의해 지지된 기판의 제 1 기판을 조명하고, 사용시 스테이지에 의해 지지된 기판의 제 2 표면을 조명하도록 배치된다. 적어도 하나의 카메라는 제 1 조명원 및/또는 제 2 조명원에 의해 조명될 때 기판으로부터 수신된 광을 이미징하도록 구성된다. 검사는 절단 공정 동안 발생할 수 있다.

Description

기판 절단 제어 및 검사{SUBSTRATE CUTTING CONTROL AND INSPECTION}
본 발명은 검사 시스템, 기판 절단 장치, 기판을 검사하는 방법, 및 기판 절단 공정에 관한 것이다.
다이싱(Dicing) 및 그루빙(grooving)은 반도체 산업에서 잘 알려진 공정들이고, 예를 들어, 실리콘을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않는 반도체 웨이퍼와 같은 공작물(workpiece) 또는 기판을 가공하기 위해 절단 기계가 사용된다. 본 명세서 전반에 걸쳐, "기판(substrate)"이라는 용어는 모든 이러한 제품들을 포함하는 데 사용된다. 예를 들어, 원형 톱을 사용하는 기계식 절단 기계들이 통상적으로 이를 위해 사용되었지만, 더욱 최근에 레이저 절단 기계들이 광범위하게 되어, 기계들이 하나 이상의 레이저 빔들(예를 들어, 레이저 빔들의 어레이)을 생성하고 기판 위쪽을 향하게 한다. 레이저 다이싱(예를 들어, 레이저 싱귤레이션(laser singulation), 절단(severing), 절삭(cleaving)이라고도 함)에서, 하나 이상의 레이저 빔들이 기판을 개별적인 다이들로 단일화하기 위해 기판을 완전히 절단하는 데 사용된다. 레이저 그루빙(예를 들어, 레이저 스크라이빙(laser scribing), 스코링(scoring), 가우징(gouging) 또는 항적(furrowing))에서, 하나 이상의 레이저 빔들은 채널을 절단하거나 기판으로 그루빙(groove)하는 데 사용된다. 예를 들어, 레이저-절단 채널들을 따라 물리적인 톱을 사용함으로써 완전한 싱귤레이션과 같은 다른 공정들이 이어서 적용될 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐, "레이저 절단"이라는 용어는 레이저 다이싱 및 레이저 그루빙 양자 모두를 포함하도록 사용될 것이다.
레이저 절단, 즉 레이저 다이싱 및 레이저 그루빙 양자 모두에 대해, 절단 공정의 제어가 두 가지 방식들로 발생한다:
1) 예를 들어, 레이저 전력, 레이저 주파수 등과 같은 입력 파라미터들은 레이저 절단 기계에 의해 잘 제어되고,
2) 레이저 공정의 결과는 레이저 절단 기계 내부의 이미징 시스템으로 확인되거나 기계에서 기판을 제거하고 현미경 또는 3차원 프로파일러와 같은 별도의 검사 도구로 결과를 검사한다.
레이저 공정의 입력 파라미터들은 매우 정확하게 제어될 수 있다. 그러나, 현재 레이저 공정의 결과를 검사하는 것은 상당한 한계들을 갖는다. 별도의 검사를 위해 기계에서 기판을 제거하는 것은 고품질의 검사를 가능하게 하지만, 시간과 자원이 많이 소모되므로, 검사 또는 정기적인 품질 관리에만 적합하다. 생산 중에는 신속한 인-라인 검사가 필요하다.
현재의 기계들에서, 검사는 일반적으로 기판을 위에서부터 조명한 다음 카메라를 사용하여 기판 표면으로부터의 반사 이미지를 얻음으로써 수행된다. 카메라 이미지는 그 후 검사된다. 이러한 방법은 그러나, 여러 제한들을 갖는다, 예를 들어:
1) 이미지 품질은 레이저 절단 공정 중에 생성되는 기판 표면의 오염의 존재에 의해 제한된다. 기판은 각 검사 이전에 물론 청소될 수 있지만, 생산성을 대폭 감소시킬 것이다;
2) 이미징 기술은 기판의 상부 표면에만 민감하다. 기판 물질에 대한 정보는 얻지 못한다;
3) 이미징 기술은 토폴로지에서 큰 편차를 따르는 데 한계가 있다. 예를 들어, 깊은 좁은 껍질들은 정확하게 감지될 수 없다.
배경기술로 언급될 수 있는 공지된 선행 기술은: US-B2-7494900, US-B2-9266192, US-A1-2011/0132885 및 US-A1-2013/0329222.
본 발명의 목적은 이러한 문제점들을 극복하고 더 높은 품질의 검사를 가능하게 하는 것이다. 이러한 검사는 예를 들어, 절단 작업 중에 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 기판의 하부 및 상부 양자 모두로부터의 조명을 제공함으로써, 즉 광이 하부 외면 및 기판의 상부 외면 양자 모두에 입사됨으로써 달성된다. 바람직하게는, 이후 기판을 통해 전송된 광뿐만 아니라 기판으로부터 반사된 광을 사용하여 이미지들이 얻어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 기판은 아래로부터 조명된다. 이러한 조명의 파장은 기판 재료(흡수가 너무 높지 않아야 함)에 대해 특정적일 수 있거나, '백색 광'과 같은 광대역 조명이 사용될 수 있다. 조명 소스는 예를 들어, 기판이 투명한 스테이지 상에 장착될 때 단일 점 소스 일 수 있지만, 하나의 바람직한 구현 예에서 조명 소스는 스테이지 내에 통합된다. 기판상의 모든 지점이 이미징 되어야 하기 때문에, 스테이지는 예를 들어, 과도한 가열을 방지하기 위해 개별적으로 제어될 수 있는 LED들과 같은 개별 소스들의 어레이를 갖추고 있을 수 있다(이상적으로 레이저 처리되는 포인트만이 검사 및 조명되어야 한다는 것이 주의된다). 대안적인 바람직한 구현 예에서, 투명한 또는 반투명 스테이지는 측면으로부터, 예를 들어, 레이저에 의해 조명될 수 있고, 스테이지 내에서의 산란은 스테이지 상부의 광이 나가는 것을 야기한다.
이러한 기술들을 사용하여, 모든 필요한 절단 공정 기준은 즉, 그루브 폭, 그루브/커프(kerf) 위치, 그루브/커프 깊이, 및 나머지 금형의 결정을 포함하여 절단 공정 동안 "즉시(on the fly)" 측정될 수 있다.
피드백 루프가 추가됨으로써, 공정은 "즉시" 측정들을 기반으로 자동으로 조정될 수 있다.
바람직한 시스템은 카메라 상에 전송된 광을 이미징하기 위한 광학을 제공한다. 아래에서의 조명이 광대역인 경우, 필터는 신호 대 잡음비 비욜을 증가시키는 데 적용될 수 있다.
레이저 절단 공정동안, 제거된 재료(즉, 레이저 그루브 또는 레이저 다이싱 커프)는 기판 두께의 국부적인 감소로 인한 전송된 광의 증가에 의해 가시화될 것이다. 전송된 광을 카메라 상으로 이미징 함으로써, 기판의 흡수 패턴이 시각화될 수 있다. 따라서, 이러한 흡수화 패턴은 레이저 공정의 실시간 정보를 제공하며, 이러한 카메라 이미지로부터의 레이저 커프의 깊이, 폭, 및 위치가 얻어질 수 있다.
본원에 설명된 방법들은 또한 기판 정렬을 가능하게 하는데 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, 메모리 웨이퍼들, 몰딩된 웨이퍼들의 경우일 수 있는 바와 같이, 기판의 상부 표면이 정확한 기판 위치 설정을 위한 충분한 정보를 포함하지 않는 상황들에서 특히 유용할 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따라서, 기판을 검사하기 위한 검사 시스템이 제공되고, 상기 기판은 실질적으로 평면이고, 대향 측면들 상에 제 1 및 제 2 주 표면들을 갖고, 상기 검사 시스템은:
사용시 기판을 지지하기 위한 스테이지,
사용시 스테이지에 의해 지지되는 기판의 제 1 표면을 조명하도록 배치된 제 1 조명원,
사용시 상기 스테이지에 의해 지지되는 기판의 제 2 표면을 조명하도록 배치된 제 2 조명원, 및
제 1 조명원 및/또는 제 2 조명원에 의해 조명될 때, 기판으로부터 수신된 광을 이미징하도록 구성된 적어도 하나의 카메라를 포함한다.
본 발명의 제 2 양태에 따라서, 제 1 양상 및 기판 절단 수단에 따른 검사 시스템을 포함하는 기판 절단 장치가 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 따라서, 기판을 검사하는 방법이 제공되고, 상기 기판은 실질적으로 평면이고, 대향 측면들 상에 제 1 및 제 2 주 표면들을 갖는 것으로서, 상기 방법은:
ⅰ) 기판의 제 1 표면을 조명하는 단계,
ⅱ) 기판의 제 2 표면을 조명하는 단계, 및
ⅲ) 기판으로부터 수신된 광을 이미징하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 단계 ⅰ), ⅱ), 및 ⅲ)는 효율을 향상시키고, 처리 시간을 단축시키고, "즉시" 처리를 가능하게 하기 위해 바람직하게 기판의 절단 동안 동시에 수행된다.
본 발명의 제 4 양태에 따라서, 제 3 양태의 기판 검사 방법을 수행하는 단계를 포함하는 기판 절단 공정이 제공된다.
기판 절단 공정 동안 기판을 지지하기 위한 스테이지가 또한 기술되며, 이는:
사용 동안 그 위에 기판을 지지하기 위한 표면:
스테이지 내의 캐비티,
조명원에 의해 방출된 광이 캐비티를 빠져나가 사용중에 기판 상에 입사되도록 상기 캐비티 내에 장착된 조명원을 포함한다.
표면은 사용시 기판이 지지되는 제 1 측면 상에 투명 윈도우를 포함할 수 있으며, 상기 캐비티는 상기 제 1 측면에 대향하는 상기 윈도우의 제 2 측면에 인접하여 위치한다.
표면은 사용시 지지된 기판 아래에 개구를 포함할 수 있고, 개구는 캐비티으로 이어진다.
조명원은 개별적인 조명원들의 어레이를 포함할 수 있다. 조명원들의 어레이는 개별적으로 조절가능할 수 있다.
또한, 기판을 지지하기 위한 스테이지가 기술되며, 이는:
사용시 그 위에 기판의 하부 표면을 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 본체, 및
상기 상부 표면에 대향하는 하부 표면을 포함하고,
상기 하부 표면은 광을 내부적으로 반사한다.
상기 본체는 광을 내부적으로 반사하는 적어도 하나의 측벽을 포함할 수 있다.
상기 또는 각각의 내부적으로 반사한 표면은 미러링된 표면을 포함할 수 있다.
검사 시스템은 이러한 스테이지 및 조명원을 포함할 수 있으며, 상기 조명원은 사용중인 스테이지의 측면 부분을 조명하도록 동작한다. 상기 조명원은 레이저를 포함할 수 있다. 검사 시스템은 사용 중에 조명원으로부터 방출된 광을 측면 부분으로 유도하도록 동작하는 광학 방향 시스템을 포함할 수 있다.
검사 시스템은:
사용시 스테이지에 의해 지지되는 기판의 상부 표면을 조명하도록 배치된 상부 조명원, 및
기판으로부터 수신된 광을 이미징하도록 구성되는 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특정 양태들 및 특징들은 첨부된 청구항들에 기재되어있다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 이제부터 기술될 것이다
도 1a는 다이싱 동작 동안 사용하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 검사 시스템을 개략적으로 도시한 도면;
도 1b는 도 1a의 다이싱 동작 동안 촬영된 카메라 이미지를 개략적으로 도시한 도면;
도 2a는 그루빙 동작 동안 사용하기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 검사 시스템을 개략적으로 도시한 도;
도 2b는 도 2a의 그루빙 동작 동안 촬영된 카메라 영상을 개략적으로 도시한 도면;
도 3a는 몰드 다이싱 동작 동안 사용하기 위한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 검사 시스템을 개략적으로 도시한 도면;
도 3b는 도 3a의 몰드 다이싱 동작 동안 촬영된 카메라 이미지를 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 검사 시스템을 개략적으로 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 검사 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
본 발명의 제 1 실시예는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 이제부터 설명될 것이고,
다이싱 동작 동안 사용중인 검사 시스템(1) 및 다이싱 동작 동안 촬영된 카메라 이미지를 개략적으로 도시한다. 도 1a는 기판의 절단이 종이의 평면에 수직 인 축을 따라 발생하는 부분-단면도이다.
이러한 실시예에서, 검사 시스템(10)은 다이싱 동작을 검사하는 데 사용되고, 이러한 실시예에서, 레이저 다이싱 동작은 실리콘 기판(때때로, 워크피스 또는 웨이퍼로 지칭됨) 상에서 수행된다. 기판(2)은 그 대향 측면들 상의 제 1 및 제 2 주 표면들(2a 및 2b)갖는 실질적으로 평탄하다. 기판(2)은 그 상부/제 1 표면(2a) 상에 위치된 다수의 장치들(3)을 갖는다. 업계에서 표준인 것과 같이, 기판(2)에는 제 2 표면(2b)에 접착된 다이싱 테이프 백킹(23)이 제공된다. 검사 시스템(1)은 레이저 절단 장비를 또한 포함하는 기판 절단 장치의 구성 부품을 형성한다. 레이저 절단 장비는 레이저 빔을 기판(2) 상으로 유도하는 안내 수단, 여기서는 거울(24)에 입사하는 빔을 생성하는 절단 레이저(20)를 포함한다. 적합한 레이저 절단 장비는 당 업계에 잘 알려져있다. 이러한 장비를 가지고, 하나 이상의 레이저 빔들은 기판 상으로 지향되어 기판의 깊이의 전체 또는 일부를 제거할 수 있다. 도 1a에서 명확하게 도시되지는 않았지만, 회절 광학 요소(DOE: diffractive optical element)는 레이저 빔의 경로에 배치되어 더 효율적인 절단을 위한 수정된 빔 패턴을 생성할 수 있다.
기판(2)은 척 또는 스테이지(4)상에서 사용시 지지된다. 당 업계에 공지된 바와 같이, 기판(2)은 진공 클램핑(도시되지 않음)을 사용하여 스테이지(4) 상에 유지될 수 있다. 절단 작업이 수행되도록 하기 위해, 기판(2) 및 그에 따른 지지 스테이지(4)는 절단이 수평 범위, 즉 기판의 평면을 따라 이루어지도록, 각 또는 전체 레이저 절단 빔에 대해 이동되어야한다. 레이저 셋업이 움직임에 민감할 수 있기 때문에, 일반적으로 레이저 절단 장비를 정지 상태로 유지하면서 스테이지 및 그에 따라 지지되는 기판을 수평 방향으로 이동시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 구동 수단은 스테이지(4)를 이동시키도록 제공된다. 명료성을 위해, 이들은 도1a에서 생략되어 있지만, 이들은 당 업계에 잘 알려져있다. 검사 시스템(1)은 스테이지 이동 방향, 즉 기판(2)의 절단부(14)를 검사하도록 레이저 절단 장비를 따르도록 위치된다.
기판(2)의 상부에는 제 1 주파수 범위에서 광을 방출하도록 작동하는 제 1의, 상부 조명원(5)이 제공된다. 이러한 실시예에서, 제 1 조명원(5)은 자외선(UV) 범위, 즉 약 10nm 내지 약 400nm 범위의 파장, 바람직하게는 200nm 내지 400nm 범위의 파장을 갖는 광을 방출한다. 제 1 조명원(5)은 절단 장치 내에 작동 전력을 제공하기 위해 절단 장치 내에 위치된 연관된 제어 가능한 전력원(도시되지 않음)을 갖는다. 이하 설명될 바와 같이, 제 1 조명원(5)은 기판(2)의 제 1 표면(2a)을 조명하도록 배치된다.
이러항 실시예에서, UV 레이저는 제 1 조명원으로서, 또는 대안적으로 UV 발광 다이오드(LED) 어레이 또는 램프 등과 같은 적절하게 시준된 UV 소스로서 사용될 수 있다.
제 1 조명원(5)으로부터의 UV광은 제 1 및 제 2 빔 스플리터들(15, 16)을 순차적으로 통과하여, 예를 들어, 단방향 또는 부분적으로 은박된 거울의 형태를 취하여 포커싱 렌즈(13)에 전달된다. 포커싱 렌즈(13)는 UV 광을 기판(2)의 표면 근처에 포커싱한다. UV 광은 기판의 절단 영역 상에 입사될 것이며, 그 성질상 다양한 깊이일 수 있음을 알아야 한다. 이와 같이 렌즈(13)에 의한 포커싱은 일정 범위의 깊이를 맞추기에 적합해야한다. UV 광 경로는 기판(2)의 평면에 실질적으로 수직하게 배치된다. 기판(2) 상에 입사된 UV 광의 상당한 부분은 포커싱 렌즈(13)를 통해 다시 되돌아 가기 위해, 표면에 의해 반사된다. 제 2 빔 스플리터(16)는, 따라서 이러한 제 2 빔 스플리터를 통해 다시 제 1 빔 스플리터(15)로 통과하는 UV 광에 대해 투명하도록 선택된다. 제 1 빔 스플리터(15)는 UV 광을 반사하며, 반사된 광을 제 1 이미지 렌즈(11)를 통해 제 1의, UV-감응 카메라(9)를 향해 지향하도록 배치된다. 제 1 카메라(9)로부터의 이미지 정보는 분석을 위해 프로세서 또는 컴퓨터와 같은 별도의 제어 수단으로 전달된다. 바람직하게는, 이 제어 수단은 또한 수신된 이미지 정보에 따라 기판 절단 장치의 레이저 커터를 제어하도록 동작 가능할 수 있다.
상술한 제 1 조명기구 이외에, 검사 시스템(1)은 기판(2), 본 실시 예에서는 적외선(IR) 광을 통해 광을 전송시키도록 배치된 제 2 조명기구를 또한 포함한다. 본 실시예에서 LED들(7)의 개개의 포인트 광원들의 어레이를 포함하는 제 2 조명 원(6)은 스테이지(4) 내의 리세스로서 형성된 캐비티(8) 내에 장착되고, 사용시 그 상부 범위는 지지 기판 아래의 표면의 개구(opening)이다. LED들(7)은 캐비티의 하부 플로어 상에 위치하여, 어레이로부터 방출된 광이 일반적으로 개구 및 기판(2)을 향해 상방으로 향하게 되어, 방출된 광이 캐비티(8)를 빠져나갈 수 있게 한다. 다이싱 테이프(23)는 IR 광에 대해 투명하기 때문에, IR 광은 테이프를 통과하여 사용시 기판(2)의 제 2 표면(2B)에 입사되도록 통과할 수 있다. 상기 어레이는 적어도 하나의 LED(7)가 상기 또는 각각의 절단 선을 따라 임의의 지점 바로 아래의 기판(2) 밑면을 조명 할 수 있도록 2차원이다. 대안의 실시예들(도시되지 않음)에서, 투명 윈도우 또는 커버는 캐비티를 덮고 닫히기 위해 캐비티(8)에 인접하여 위치될 수 있고, 광이 통과할 수 있게 하면서, 캐비티는 제 1 측면에 대향하는 투명 윈도우의 제 2의, 하부 측면에 인접하게 위치된다. 그러나, 추가 실시예들(도시되지 않음)에서, 캐비티(8)의 전체는 LED들(7)을 보호하기 위해 투명 포팅 화합물로 채워질 수 있다. LED들(7)에 대한 전력원(도시되지 않음)은 절단 장치 내의 위치에 제공되어, 전원이 소스로부터의 전력선을 통해 LED들에 공급 될 수 있도록 한다. 따라서, LED들(7)의 동작은 입력 전력의 적절한 제어에 의해 제어될 수 있고, 제어 수단은 유리하게 어레이 내의 LED들(7)의 각각을 개별적으로 제어할 수 있다. 스테이지(4)는 움직일 수 있기 때문에, 전력선은 손상 위험 없이 스테이지와 함께 움직이도록 구성되어야 한다. 적절한 구성에서, 전력선은 스테이지(4) 내에 형성된 전용 채널(도시되지 않음)을 통해 캐비티(8)와 전원 사이에서 통신되는 긴 와이어를 포함한다.
이러한 실시예에서, 제 2 조명원(6)은 적외선(IR) 광, 즉 약 600nm 내지 약 2000nm 범위 내의 파장을 갖는 광을 방출하도록 작동하며, 따라서 제 1 및 제 2 조명원들(5,6)은 상기 제 1 및 제 2 주파수 범위는 서로 동일하지 않은 각각의 주파수 범위에서 광을 방출하도록 배치된다. 적외선은 다양한 유형의 작업물을 통해 전송될 수 있으므로 매우 적합하다. 사용된 실제 범위는 해당 작업물에 대해 선택될 수 있다. 다양한 기판 물질들에 대한 몇몇 적합한 파장 범위가 하기 표 1에 제시되어있다:

물질
최적의 작동 파장
바람직한 작동 파장 범위
가능한 작동 파장 범위

실리콘
850nm
750nm-850nm
650nm-2000nm

몰드 복합체
980nm
900nm-1100nm
600nm-2000nm

GaA들
800nm
700nm-900nm
600nm-2000nm
제 2 조명원(6)으로부터 전송된 광을 이미징하도록 작동하는 제 2 카메라(10)는 제 1 카메라(9)와 같은 기판(2)의 동일한 측에 위치한다. 사용 중에, 제 2 조명원으로부터 방출된 광은 기판(2)을 통과하고, 렌즈(13)에 의해 포커싱되고, 이후 제 2 빔 스플리터(16)에 의해 제 2 이미징 렌즈(12)를 통해 제 2 카메라(10)로 지향된다. 약 1um 이하의 파장에 대해, 제 2 카메라(10)는 표준 IR 카메라를 포함할 수 있음에 유의해야한다. 더 긴 파장의 경우, InGaAs 카메라가 선호될 수 있다. 제 2 카메라(10)로부터의 이미지 정보는 분석을 위해 제어 수단으로 전달된다.
도 1a의 검사 시스템의 동작이 이제 설명될 것이다. 초기에, 표면 디바이스(3)를 갖는 기판(2)은 당 업계의 표준에서와 같이 스테이지(4) 상에 적재되고 예를 들어, 진공 클램핑에 의해 위치가 유지된다. 기판(2)은 스테이지 캐비티(8)와 정렬되어, 의도된 절단선 아래 및 기판(2)의 아래쪽 전체가 제 2 조명원(6)에 의해 조명 가능하게 되도록 한다. 스테이지(4)는 기판(2)이 조명되고 그루브(14)가 절단 레이저 빔에 대해 스테이지(4)의 이동 방향에 의해 결정되는 절단선으로 절단 레이저(20)에 의해 생성된 고정 절단 레이저 빔에 의해 절단되도록 수평으로 이동된다. 이것은 다이싱 동작이므로, 절단 공정의 끝에서 기판(2)은 완전히 절단되지만, 도 1a는 완전한 분리가 아직 발생하지 않은 공정의 중간 "스냅샷"을 도시한다. 검사 시스템은 절단의 효과가 관찰될 수 있도록 절단을 팔로우한다. UV 광 경로 및 그 관련 광학 장치들(5, 15, 13, 11 및 9)은 기판(2)의 표면 피처들을 검사하는데 사용된다. 추가로, 제 2 조명원(6)의 어레이 내의 하나 이상의 LED들(7)은 포커싱 렌즈(13) 아래의 기판의 일부를 조명하기 위해 점등되고, 제 2 카메라(10)는 기판(2)을 통해 전달된 수신된 광을 이미징한다. 일단 기판(2)이 움직이면, 이들 LED들은 예를 들어, 가열 및 전력 소비를 줄이기 위해 스위치 오프 될 수 있고, 포커싱 렌즈(13) 아래의 인접한 LED들(7)은 턴 온 되고, 이러한 시퀀스는 적어도 하나의 LED(7)에 의해 기판이 절단선을 따라 아래로부터 일정하게 조명되도록 반본된다.
제 2 카메라(10)에 의해 캡쳐된 이미지는 기판의 깊이에 관한 정보를 제공하며, 이러한 이미지의 예시적인 예가 도 1b에 개략적으로 도시된다. 커프(14)는 이미지의 상부에서 하부로 연장되어 명확히 보여지며, 커프에서 제거된 물질의 양 때문에 기판을 통한 투과율이 증가된다. 이러한 이미지에서, 커프(14)의 폭은 결정하기 쉽다. 도 1b는 장치들(3)로부터의 임의의 영향력을 도시하지 않는 반면, 이들 장치들(3)에 관한 정보는 시야가 충분히 크면 이미지로부터 얻어질 수 있음을 유의해야 한다.
기판(2)의 제 1 표면(2A), 기판의 제 2 표면(2B), 및 기판으로부터 수신된 영상 광을 동시에 조명함으로써, 특히 이들 단계들이 기판의 절단 중에 수행되는 경우 효율이 향상된다.
기판(2)의 정렬은 다수의 방식으로 결정 및 제어될 수 있다. 예를 들어, 기판(2)의 상부 표면 상에 있는 장치들(3)이 이러한 이미지에서 시각화될 것이기 때문에, 제 1 카메라(9)에 의해 이미징된 UV 광이 분석되어 정렬을 결정할 수 있다. 이와 같이, 장치(3)는 기판 위치에 대한 기준으로서 작용한다.
대안으로서, 장치(3)의 존재가 이 이미지 내에서 눈에 띌 것이기 때문에, 제 2 카메라(10)에 의해 이미징된 IR 광은 정렬을 위해 사용될 수 있다. 여기서 다시, 장치들(3)은 기판 위치에 대한 기준으로서 작용한다. 추가 대안으로서, 정렬은 UV 이미지 및 IR 이미지 양자 모두로부터 획득된 정보를 기반으로 결정될 수 있고, 하나의 이미지는 다른 이미지에 대한 확인 및 백업을 제공한다.
UV 및 IR 이미지들 양자 모두로부터 얻어진 정보는 제어 수단에 의해 처리된다. 두 가지 모두에서 얻어진 정보의 수준은 "즉시", 즉 절단 작업 중에 충분한 분석을 가능하게 하기에 충분하다. 커프(Kerf) 위치, 커프 폭(kerf width)(커프의 하단) 및 다이싱 깊이(dicing depth)는 모두 즉시 측정될 수 있다. 얻어진 정보에 따라 절단 작업디 조정될 수 있도록, 피드백이 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 제어 가능한 동작 파라미터들은 예를 들어, 스테이지 속도, 절단 전력, 포커싱, 사용된 임의의 회절 광학 요소들(DOEs) 또는 능동 광학 요소들의 제어를 포함할 수 있다.
일단 기판이 절단되면, 새로운 기판이 처리를 위해 절단 장치로 들어간다.
본 발명의 제 2 실시예가 도 2a 및 도 2b에 개략적으로 도시되고, 그루빙 작업 동안 사용되는 검사 시스템(1') 및 그루빙 작업 동안 촬영되는 카메라 이미지를 개략적으로 각각 도시한다. 도 2a는 기판의 그루빙이 종이의 평면에 수직인 축을 따라 발생하는 부분 단면도이다.
이러한 제 2 실시예는 제 1 실시예와 많은 유사점들을 갖고 있음을 알 수 있으며, 따라서 가능한 한 동일한 참조 번호들이 유지된다. 실제로, 도 1a에 도시된 것과 동일한 검사 시스템이 그루빙 작업으로 사용될 수 있다. 중요한 차이점은 절단 장치가 기판(2') 내에 비교적 넓은 그루브(17)를 생성하도록 구성된다는 것이다.
그루빙 동작 동안 본 검사 시스템(1')을 사용하면, 그루브 위치, 폭, 및 깊이를 '즉시' 측정되는 것을 가능하게 한다. 또한, UV 및 IR 이미지들 양자 모두에서 장치들(3')의 가시성으로 인해, 제 1 실시예와 유사한 방식으로 정렬 프로세싱이 수행될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예가 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 도시되고, 몰드 다이싱 작업 동안 사용을 위한 검사 시스템(1'') 및 몰드 다이싱 작업 동안 촬영되는 카메라 이미지를 개략적으로 각각 도시한다. 도 3a는 기판의 다이싱이 종이의 평면에 수직인 축을 따라 발생하는 부분 단면도이다.
이러한 제 3 실시예는 제 1 및 제 2 실시예들과 많은 유사점들을 갖고 있음을 알 수 있으며, 따라서 가능한 한 동일한 참조 번호들이 유지된다. 실제로, 도 1a 및/또는 도 2a 에 도시된 것과 동일한 검사 시스템들이 몰드 다이싱 작업으로 사용될 수 있다. 몰드 다이싱 작업에서, 당 업계에 공지된 바와 같이, 장치들(3")이 몰드 복합 재료(19)에 넣어지는 다수의 장치들(3")을 갖는 기판(2")이 처리된다. 이러한 유형의 공정에서, 제 2 조명원(6)에 대해 선택된 파장 범위는 해당 몰드 복합 재료(19)를 통한 전송에 적합해야한다. 적합한 파장들은 상기 표1에 제시되어 있다.
도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 몰드 다이싱 절단(18)은 최대 IR 투과율을 갖는 영역으로서 명확하게 보여진다. 절단(18)은 감소된 투과의 영역들에 의해 경계지어지며, 나머지 몰드 복합(19)의 영역과 상관 관계가 있다. 따라서, 커프와 잔류 몰드 화합물 양자 모두의 위치가 '즉시' 측정될 수 있다는 것이 명백하다. 몰드 다이 싱 공정에서, 장치들(3")은 몰드 복합 재료(19) 내에 포함되어 가시성을 흐리게하므로 반사된 UV 이미지를 사용하여 정렬을 제공하는 것이 불가능할 수 있다. 그러나, 정렬은 전송된 IR 이미지를 사용하여 여전히 수행될 수 있고, 투과는 몰드 복합(19)의 주변 영역들에 의한 것보다 장치들(3'')에 의한 방해가 적을 것이기 때문에, 장치(3'')가 이미지에서 가시화될 수 있게 한다.
본 발명의 제 4 실시예가 도 4에 개략적으로 도시되고, 기판(2)의 다이싱이 종이의 평면에 수직인 축을 따라 발생하는 부분 단면도이다. 이러한 제 4 실시예는 제 1 실시예와 많은 유사점들을 갖고 있음을 알 수 있으며, 따라서 가능한 한 동일한 참조 번호들이 유지된다. 이러한 도면에서, 레이저 절단 장비는 명료성을 위해 생략되었지만, 여전히 존재할 것이다.
이러한 실시예에서, 검사 시스템(31)은 척 또는 스테이지(44)의 외부 및 하부의 지지부(21) 내에 장착된 제 2 조명원을 포함한다. 본원에서, 제 2 조명원(20)은 개별 소스들의 어레이보다는 IR 조명을 제공하는 단일 IR 소스(22)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 소스(22)는 기판(2)으로부터 이격되어 있기 때문에, 가열 효과들은 그다지 뚜렷하거나 문제가 되지 않으며, 따라서 단일 소스(22)가 사용될 수 있다. 소스(22)는 스테이지(34)를 향하여 일반적으로 수직 상 방향으로 광을 방출하도록 장착된다. 광이 스테이지(34)를 관통하여 스테이지(34)를 통한 투과 후에 기판(2)의 제 2면(2B)을 조명하기 위해, 스테이지는 유리 또는 플라스틱 재료와 같은 투명 또는 적어도 반투명 재료로 형성된다. 그렇지 않으면, 검사 시스템(31)의 동작은 제 1 실시예와 유사하다.
본 발명의 제 5 실시예가 도 5에 개략적으로 도시되고, 기판(2)의 다이싱이 종이의 평면에 수직인 축을 따라 발생하는 부분 단면도이다. 이러한 제 5 실시예는 제 1 실시예와 많은 유사점들을 갖고 있음을 알 수 있으며, 따라서 가능한 한 동일한 참조 번호들이 유지된다. 이러한 도면에서, 레이저 절단 장비는 명료성을 위해 생략되었지만, 여전히 존재할 것이다. 이러한 실시예는 제한된 헤드 하중을 가능하게 하는 도 4의 것보다 많은 이점을 갖는다.
이러한 실시예에서, 검사 시스템(41)은 예를 들어, 유리 또는 플라스틱 본체와 같은 투명 또는 적어도 반투명 본체를 갖는 척 또는 스테이지(44)를 포함한다. 스테이지 본체는 기판(2)을 그 위에 장착하기 위한 상부 표면(42)을 갖는다. 사용시 상부 표면(42) 및 기판(2)에 평행한 측면인 스테이지(44)의 하부 표면(45)은, 예를 들어, 실버 코팅을 적용함으로써 미러링되어, 하부 표면(45)이 적어도 부분적으로 내부적으로 반사하도록, 적어도 상기 제 2 조명원에 의해 방출된 광의 파장에 대해 광을 방출하도록 된다. 유사하게, 하부 표면(45)과 직교하는 벽인 스테이지(44)의 측벽들(46)도 이러한 방식으로 미러링된다. 그러나, 비-미러링된 영역(47)은 제 1 측벽 상에 유지되어 "윈도우"을 형성한다. 이러한 영역(47)의 크기는 적용 예에 따라 선택 될 수 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이 이 실시 예에서 선택된다. 도 5는 도시된 바와 같이 가장 좌측 벽의 전체 높이 및 너비를 연장한다. 영역(47)은 제 2 조명원, 이 경우에는 IR 레이저(48)로서 작용하는 조명원으로부터의 광이 영역(47)을 통해 스테이지(44)로 들어갈 수 있도록 제공된다. 미러링된 표면들(45, 46)은 레이저(48)로부터의 어떠한 입사광의 적어도 일부가 내부적으로 반사되도록 한다. 스테이지(44) 내에서의 산란은 스테이지의 상부로부터 최종적으로 광을 출사시키고, 이 광의 적어도 일부는 기판(2)에 입사하여 기판(2)을 통해 투과한다. 투과된 광은 제 1 실시예에서와 유사한 방식으로 카메라(10)에 의해 이미징된다.
절단 작업 중에 스테이지(44)가 움직이기 때문에, 레이저(48)로부터의 광이 작동 중에 영역(47)을 목표로 유지되는 것을 보장할 필요가 있음을 알 것이다. 레이저(48)는 따라서, 그와 함께 이동하기 위해 스테이지(44)에 장착될 수 있거나, 대안적으로 레이저(48)는 정적으로 장착될 수 있고, 광학 방향 시스템은 스테이지로부터의 빔이 스테이지의 이동을 따르도록 보장된다. 이는 예를 들어, 스테이지를 따라 측면으로 이동 가능하거나 또는 스테이지를 향해 빔을 지향하도록 회전 가능한 미러 네트워크를 사용하여 달성될 수있다. 대안으로서, 가요성 광섬유는 레이저(48)와 영역(47) 사이에 광학적으로 및 기계적으로 연결될 수 있다. 다른 지향성 광 네트워크들이 당업자에게 명백할 것 이다.
유사한 기술들을 사용하는 대안적인 실시예들(도시되지 않음)에서, 스테이지의 하부 표면만 미러링 될 수 있으며, 모든 측벽들은 전송을 위해 개방 상태로 남는다. 스테이지의 크기에 따라, 대부분의 광이 스테이지의 상부 표면을 통해 빠져 나올 수 있다.
전술한 실시예들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 범주 내의 다른 가능성들 및 대안들이 당업자에게 명백 할 것이다. 예를 들어:
- 광원의 가열 효과가 충분히 낮으면, 불투명/반투명 스테이지 내에서 단일 IR 소스가 사용될 수 있다;
- 투명/반투명 스테이지가 사용되는 경우, 스테이지의 외부 및 하부의 지지체 내에 IR 소스들의 어레이가 제공될 수 있다;
- 제 1 조명원은 UV 광을 방출할 필요는 없지만, 예를 들어, 녹색 또는 IR 광과 같은 다른 파장 광을 방출할 수 있다;
- 제 2 조명원은 IR 광을 방출할 필요는 없지만, 예를 들어, 광대역 광을 방출할 수 있다. 광대역 조명이 사용되는 경우, 적절한 필터가 신호-대-잡음비를 증가시키기 위해 카메라 바로 앞에 있는 광대역 광 경로에 적용될 수 있다;
- 제 1 및 제 2 조명원에 의해 사용된 파장들에 따라, 단일 카메라가 상술한 제 1 및 제 2 카메라들을 대체할 수 있다. 이러한 카메라는 제 1 및 제 2 조명원으로부터 수신된 광을 구별할 수 있어야한다;
- 전술 한 실시예들 모두는 레이저 절단 장비를 사용하지만, 본 검사 시스템은 또한 기계 절단 장비와 함께 사용될 수 있다;
- 본 발명은 다른 공정들, 예를 들어, 일정하지 않은 광 흡수 프로파일이 있는 절단을 포함하지 않는 다른 공정들에도 동일하게 적용 가능하다. 적합한 공정들은 예를 들어, 몰딩된 샘플들에서 보이드(void) 검출 또는 실리콘 기판에서의 크랙 검출을 포함할 수 있다.
1, 1', 1'', 31, 41 - 검사 시스템
2, 2', 2'' - 기판 / 웨이퍼
5 2A - 기판의 제 1 표면
2B - 기판의 제 2 표면
3, 3', 3'' - 장치들
4, 34, 44 - 스테이지 / 척(chuck)
5 - 제 1 조명원
10 6, 20 - 제 2 조명원
7 - 개별적인 LED들
8 - 캐비티
9 - 제 1 카메라
10 - 제 2 카메라
15 11 - 제 1 영상 렌즈
12 - 제 2 영상 렌즈
13 - 초점 렌즈
14 - 커프(kerf)
15 - 제 1 빔 스플리터
20 16 - 제 2 빔 스플리터
17 - 홈(groove)
18 - 몰드 다이싱 절단
19 - 몰드 복합 재료
20 - 절단 레이저
25 21 - 지지부
22 - IR 소스
23 - 다이싱 테이프
24 - 레이저 미러
42 - 스테이지 바디의 상부면
45, 46 - 미러링된 표면들
47 - 비-미러링된 영역
48 - 레이저 입력

Claims (39)

  1. 기판을 검사하기 위한 검사 시스템으로서, 상기 기판은 실질적으로 평면이고 대향 측면들 상에 제 1 및 제 2 주 표면들을 갖는 상기 검사 시스템에 있어서:
    사용시 상기 기판을 지지하기 위한 스테이지,
    사용시 상기 스테이지에 의해 지지되는 상기 기판의 상기 제 1 표면을 조명하도록 배치된 제 1 조명원,
    사용시 상기 스테이지에 의해 지지되는 상기 기판의 상기 제 2 표면을 조명하도록 배치된 제 2 조명원, 및
    상기 제 1 조명원 및/또는 상기 제 2 조명원에 의해 조명될 때, 상기 기판으로부터 수신된 광을 이미징하도록 구성된 적어도 하나의 카메라를 포함하는, 검사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 카메라들을 포함하고, 상기 제 1 카메라는 상기 제 1 표면으로부터 반사된 상기 제 1 조명원으로부터의 광을 수신하도록 위치되고, 상기 제 2 카메라는 상기 기판을 통해 전송된 상기 제 2 조명원으로부터의 광을 수신하도록 위치되는, 검사 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 조명원은 각각의 주파수 범위들에서 광을 방출하도록 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 주파수 범위는 동일하지 않은, 검사 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 카메라들은 모두 상기 기판의 제 1 측면 상에 위치되는,검사 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 조명원은 사용시 약 10nm 내지 약 400nm 범위의 파장을 갖는 자외선을 방출하도록 배치되는, 검사 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 조명원은 약 10 nm 내지 약 400nm 범위의 파장을 갖는 광을 방출하도록 배치되는, 검사 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 조명원은 사용시 광대역 파장 광을 방출하도록 배치되는, 검사 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광대역 광의 광 경로 내의 필터를 포함하는, 검사 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 조명원은 사용시 약 600nm 내지 약 2000nm 범위의 파장을 갖는 적외선을 방출하도록 배치되는, 검사 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지는 투명 또는 반투명한, 검사 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 조명원은 상기 스테이지를 통해 방출된 광의 전송에 따라 상기 기판의 상기 제 2 표면을 조명하도록 상기 스테이지에 외부적으로 배치되는, 검사 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 기판이 사용시 지지되는 상부 표면, 및 상기 상부 표면에 대향하는 하부 표면을 포함하고, 상기 하부 표면은 상기 제 2 조명원으로부터의 광을 내부적으로 반사하는, 검사 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스테이지는 광을 내부적으로 반사하는 적어도 하나의 측벽을 포함하는, 검사 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 또는 각각의 내부적으로 반사한 표면은 미러링된 표면을 포함하는, 검사 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 조명원은 사용시 상기 스테이지의 측면부를 조명하도록 동작하는, 검사 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 조명원은 레이저를 포함하는, 검사 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    사용시 상기 제 2 조명원으로부터 방출된 광을 상기 측면부로 유도하도록 동작하는 광학 방향 시스템을 포함하는, 검사 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 조명원은 상기 스테이지 내에 장착되는, 검사 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 스테이지는:
    사용시 상기 기판을 상부에 지지하기 위한 표면,
    상기 스테이지 내의 캐비티를 포함하고,
    상기 제 2 조명원은 상기 제 2 조명원에 의해 방출된 광이 상기 캐비티를 빠져나가 사용시 상기 기판 상에 입사되도록 상기 캐비티 내에 장착되는, 검사 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 표면은 사용시 상기 기판이 지지되는 제 1 측면 상에 투명 윈도우를 포함하고, 상기 캐비티는 상기 제 1 측면에 대향하는 상기 윈도우의 제 2 측면에 인접하여 위치되는, 검사 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 표면은 사용시 상기 지지된 기판 아래에 개구를 포함하고, 상기 개구는 상기 캐비티에 이르는, 검사 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 조명원은 광원들의 어레이를 포함하는, 검사 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 광원들의 어레이는 개별적으로 제어가능한, 검사 시스템.
  24. 제 1 항의 검사 시스템 및 기판 절단 수단을 포함하는 기판 절단 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 기판 절단 수단은 기계적 커터를 포함하는, 기판 절단 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 기판 절단 수단은 레이저 커터를 포함하는, 기판 절단 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 레이저 커터를 제어하기 위한 제어 수단을 포함하고, 상기 제어 수단은 상기 제 1 및 제 2 카메라들로부터 이미지 정보를 수신하고, 상기 수신된 이미지 정보에 따라 상기 레이저 커터를 제어하도록 동작가능한, 기판 절단 장치.
  28. 기판을 검사하는 방법으로서, 상기 기판은 실질적으로 평면이고 대향 측면들 상에 제 1 및 제 2 주 표면들을 갖는, 상기 기판 검사 방법에 있어서:
    ⅰ) 상기 기판의 상기 제 1 표면을 조명하는 단계,
    ⅱ) 상기 기판의 상기 제 2 표면을 조명하는 단계, 및
    ⅲ) 상기 기판으로부터 수신된 광을 이미징하는 단계를 포함하는, 기판 검사 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 단계 ⅲ)는 상기 수신된 광을 이미징하도록 제 1 및 제 2 카메라들을 사용하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 카메라는 상기 제 1 표면으로부터 반사된 제 1 조명원으로부터의 광을 수신하도록 위치되고, 상기 제 2 카메라는 상기 기판을 통해 전송된 제 2 조명원으로부터의 광을 수신하도록 위치되는, 기판 검사 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 단계 ⅱ)는 상기 기판이 지지되는 투명 또는 반투명 스테이지의 측벽의 적어도 한 영역을 조명하는 단계를 포함하는, 기판 검사 방법.
  31. 제 28 항에 있어서, 단계 ⅰ)는 제 1 주파수 범위의 광으로 상기 기판의 상기 제 1 표면을 조명하는 단계를 포함하고, 단계 ⅱ)는 제 2 주파수 범위의 광으로 상기 기판의 상기 제 2 표면을 조명하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 주파수 범위들은 동일하지 않은, 기판 검사 방법.
  32. 제 28 항에 있어서, 단계들 ⅰ), ⅱ), 및 ⅲ)은 동시에 수행되는, 기판 검사 방법.
  33. 제 28 항에 있어서, 기판 절단 동작의 일부로서 수행되고, 단계들 ⅰ), ⅱ), 및 ⅲ)은 상기 기판의 절단 동안 수행되는, 기판 검사 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 절단 동작은 레이저 절단 동작인, 기판 검사 방법.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 절단 동작은 기판 그루빙 동작(substrate grooving operation)인, 기판 검사 방법.
  36. 제 33 항에 있어서, 상기 절단 동작은 기판 다이싱 동작인, 기판 검사 방법.
  37. 제 33 항에 있어서, 상기 절단 동작은 기판 몰드 다이싱 동작인, 기판 검사 방법.
  38. 제 28 항에 있어서:
    ⅳ) 단계 ⅱ)에서 수행된 조명으로부터 수신된 광을 사용하여 상기 기판을 정렬시키는 단계를 더 포함하는, 기판 검사 방법.
  39. 제 28 항의 상기 기판 검사 방법을 수행하는 것을 포함하는 기판 절단 공정.
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