KR20200030400A - 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 반송실, 로드 포트, 및 웨이퍼 반송 로봇을 포함하고, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비에 관한 것으로서, 상기 컴포넌트는 웨이퍼의 정렬을 위한 얼라이너이고, 상기 얼라이너는, 하부 본체; 상기 하부 본체의 상부면 전방측에 수평회전가능하게 구비되고 웨이퍼를 수평방향으로 지지할 수 있도록 구성된 웨이퍼 받침대; 및 후방측에서 상기 하부 본체에 결합되어 상기 하부 본체에 의해 지지됨으로써, 상기 하부 본체와의 사이에 정렬하고자 하는 웨이퍼가 위치될 수 있도록 상기 하부 본체와 일정 거리 상측으로 이격되어 구비된 상부 본체;를 포함하여 이루어지되, 상기 하부 본체 및 상부 본체는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리가 상기 하부 본체 및 상부 본체 너머로 돌출되지 않는 크기 및 형상으로 형성되며, 상기 하부 본체 상부면의 전방 좌우측 중 일측에는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리를 하측에서 촬영하기 위한 하부 카메라와 상기 하부 카메라로 촬영되는 웨이퍼 부분에 빛을 조사하는 하부 조명이 구비되고, 상기 상부 본체 하부면의 전방 좌우측 중 타측에는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리를 상측에서 촬영하기 위한 상부 카메라와 상기 상부 카메라로 촬영되는 웨이퍼 부분에 빛을 조사하는 상부 조명이 구비되되, 상기 하부 카메라 및 상부 카메라는 웨이퍼의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼의 가장자리 부근을 향하도록 설치된다.

Description

웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비{Wafer Handling Apparatus Loaded with Components Capable of Inspecting Wafer Chipping and Robot Repeatability}
본 발명은 웨이퍼 핸들링 장비에 관한 것으로서, 특히 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사를 할 수 있는 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 중 통상적으로 전공정(前工程)으로 불리는 웨이퍼 공정에서 웨이퍼를 핸들링하는 장치, 특히 웨이퍼의 이송에 관여하는 장치로 EFEM(Equipment Front End Module), 소터(Sorter) 등의 장비가 있다.
최근 반도체 제조 공정에서는 수율/품질의 향상을 위하여 클린룸 내 전체의 청정도 향상을 꾀하기보다는 웨이퍼 주위의 국소적인 공간에 대해서만 청정도를 더욱 향상시키는 “미니 인바이런먼트 방식”을 채택하고 그 국소적인 공간 내에서 웨이퍼의 반송 등의 처리를 수행하는 수단이 개발 및 채용되고 있다.
미니 인바이런먼트 방식에서는, 웨이퍼를 고청정 환경에서 반송 및 보관하기 위하여 FOUP(Front-Opening Unified Pod)라고 불리는 저장용 용기가 사용되는데, 이때 FOUP 내의 웨이퍼를 웨이퍼 반송실과의 사이에서 출입할 때나 FOUP 반송 장치와의 사이에서 FOUP의 전달을 행할 때의 인터페이스부로서 기능하는 로드 포트(Load Port)가 중요한 장치로서 이용되고 있다.
즉, 로드 포트에 설치한 도어부를 FOUP의 전방면에 설치한 도어에 밀착시킨 상태에서 이들 도어부 및 도어가 동시에 개방되고, 웨이퍼 반송실 내에 설치한 아암 로봇 등의 웨이퍼 반송 로봇에 의해, FOUP 내의 웨이퍼를 웨이퍼 반송실 내에 취출하거나, 웨이퍼를 웨이퍼 반송실 내로부터 로드 포트를 통하여 FOUP 내에 수납할 수 있도록 구성되어 있는 바, 이와 같은 웨이퍼 반송 로봇을 배치한 공간인 웨이퍼 반송실 및 로드 포트로 이루어지는 모듈을 EFEM 으로 지칭한다.
이러한 EFEM의 일례는 공개특허공보 제10-2014-0089517호(특허문헌1)에서 볼 수 있다.
웨이퍼 소터(Wafer Sorter) 역시 상기 언급한 국소적인 고청정 환경에서 웨이퍼의 핸들링과 분류(Sorting)를 수행하기 위한 장비로서 FOUP와 웨이퍼 반송실을 포함하는 점에서 EFEM과 공통된다. 웨이퍼 소터는 반도체 공정 중에 웨이퍼의 이동, 웨이퍼 ID의 판독, ID별 분류/병합, 웨이퍼의 노치 정렬 등의 작업을 수행함으로써 공정관리 와 로트(Lot) 관리에 유용하게 활용된다.
이러한 웨이퍼 소터의 일례가 등록특허공보 제10-0751495호(특허문헌2)에 제시되어 있다.
상기 언급한 EFEM이나 웨이퍼 소터 등의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치의 내부에는 웨이퍼 반송 로봇에 의해 FOUP 내로부터 웨이퍼 반송실 내로 반송된 웨이퍼에 대하여 각종 처리 또는 가공을 실시하기 위한 여러 반도체 처리장치가 구비된다.
일례로, EFEM 이나 소터 내부에는 반도체 웨이퍼를 일정한 방향으로(통상적으로 웨이퍼에 형성된 노치가 특정 방향을 향하도록) 정렬시키는 얼라이너가 구비될 수 있다.
EFEM이나 소터 내부에 구비된 얼라이너는 노치의 위치를 확인하기 위하여 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼에서 노치가 형성된 가장자리 부분을 집중적으로 관찰하도록 구성된다.
한편, 웨이퍼는 중심부보다 가장자리 부분에서 크랙 등의 결함이 발생할 가능성이 높으며, 웨이퍼의 가장자리에 존재하는 크랙은 웨이퍼 중심부로 성장할 수 있으므로, 웨이퍼 가장자리에 크랙이 존재하는 웨이퍼를 조기에 선별하여 분리할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼에 발생하는 크랙은 초기부터 크랙의 형태로 발생하기보다는 웨이퍼 가장자리가 일부 떨어져 나가는 치핑(chipping)의 형태로 결함이 발생한 후에, 이러한 치핑 부위로부터 크랙이 성장하여 웨이퍼 중심부로 진행하는 경우가 많으므로, 웨이퍼 가장자리에 치핑이 존재하는지 여부를 판별하는 일이 중요하다고 할 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이 얼라이너는 노치 위치 확인을 위하여 웨이퍼의 가장자리를 집중적으로 관찰하고 특이 형상(노치)을 검출하도록 구성되므로, 이러한 얼라이너를 웨이퍼 가장자리의 치핑 등 결함 검출을 위한 장치로 사용하는 것을 생각해볼 수 있다.
종래에는 웨이퍼 가장자리의 치핑 등 결함을 검출하기 위한 장치는 상기 EFEM이나 소터 등과는 별도로 구비되어 웨이퍼 공정의 공정단계가 증가하고 공정시간과 비용이 추가적으로 소요되는 등의 문제가 있었다.
공개특허공보 제10-2014-0089517호(2014.07.15.공개)“로드 포트, EFEM” 등록특허공보 제10-0751495호(2007.08.23.공고)“반도체웨이퍼 분류장치 및 그것을 이용한 분류방법”
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 EFEM, 소터 등의 반도체 웨이퍼 핸들링 장치 내에서 반도체 웨이퍼 얼라이너와 반도체 웨이퍼 가장자리 결함 검사장치가 하나의 장치로 결합되어 구비됨으로써, 반도체 웨이퍼 관련 공정의 효율을 증대시킬 수 있는 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 웨이퍼 면에 이물이 침착된 경우와 치핑이 발생된 경우를 명확히 구분함으로써 치핑 검출률이 크게 향상된 웨이퍼 치핑 검사장치를 포함하는 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 로봇 반복 정밀도 검사시스템을 구비함으로써 웨이퍼 치핑 결함 검사 뿐 아니라 관련 장비의 로봇 반복 정밀도 측정 또한 가능한 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비는, 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 공정에서 웨이퍼의 각종 처리, 가공 등을 수행하는 여러 장치들이 설치된 웨이퍼 반송실, 상기 웨이퍼 반송실의 전방측에 구비된 로드 포트, 및 FOUP 내에 수용된 채로 상기 로드 포트를 통해 상기 웨이퍼 반송실 내로 반송되는 웨이퍼, 및 상기 웨이퍼 반송실내에 설치된 반도체 처리 장치에서 각종 처리 또는 가공이 실시된 후에 상기 웨이퍼 반송실 내로부터 상기 로드 포트를 통하여 상기 FOUP 내에 다시 수용되는 웨이퍼의 반송을 담당하는 웨이퍼 반송 로봇을 포함하고, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비로서, 상기 컴포넌트는 웨이퍼의 정렬을 위한 얼라이너이고, 상기 얼라이너는, 하부 본체; 상기 하부 본체의 상부면 전방측에 수평회전가능하게 구비되고 웨이퍼를 수평방향으로 지지할 수 있도록 구성된 웨이퍼 받침대; 및 후방측에서 상기 하부 본체에 결합되어 상기 하부 본체에 의해 지지됨으로써, 상기 하부 본체와의 사이에 정렬하고자 하는 웨이퍼가 위치될 수 있도록 상기 하부 본체와 일정 거리 상측으로 이격되어 구비된 상부 본체;를 포함하여 이루어지되, 상기 하부 본체 및 상부 본체는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리가 상기 하부 본체 및 상부 본체 너머로 돌출되지 않는 크기 및 형상으로 형성되며, 상기 하부 본체 상부면의 전방 좌우측 중 일측에는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리를 하측에서 촬영하기 위한 하부 카메라와 상기 하부 카메라로 촬영되는 웨이퍼 부분에 빛을 조사하는 하부 조명이 구비되고, 상기 상부 본체 하부면의 전방 좌우측 중 타측에는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리를 상측에서 촬영하기 위한 상부 카메라와 상기 상부 카메라로 촬영되는 웨이퍼 부분에 빛을 조사하는 상부 조명이 구비되되, 상기 하부 카메라 및 상부 카메라는 웨이퍼의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼의 가장자리 부근을 향하도록 설치된다.
이때, 상기 웨이퍼 핸들링 장비는 EFEM 또는 소터(Sorter)일 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼 핸들링 장비의 상기 로드 포트 뒤쪽에 위치된 포트 프레임; 상기 포트 프레임의 상측좌우에 구비된 이미터 센서; 상기 포트 프레임의 하측 좌우에 구비된 리시버 센서;를 더 포함하여, 상기 로드 포트로부터 상기 웨이퍼 반송실 내로 또는 그 반대방향으로 이송되는, 웨이퍼가 저장된 FOUP의 출입을 센싱함으로써, FOUP를 이동시키는 웨이퍼 반송실 내에 설치한 웨이퍼 반송 로봇의 로봇 반복 정밀도를 검사할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비에 의하면, 반도체 웨이퍼 가장자리 결함 검사장치가 EFEM, 소터 등의 웨이퍼 핸들링 장치 내에 구비된 반도체 웨이퍼 얼라이너와 하나의 장치로 통합되어 구비됨으로써, 반도체 웨이퍼 관련 공정이 단순화되고 웨이퍼 공정에 소요되는 공정 시간 및 비용을 절감함으로써 웨이퍼 관련 공정의 효율을 증대시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 웨이퍼 면에 이물이 침착된 경우와 치핑이 발생된 경우를 명확히 구분가능하여 치핑이 발생된 웨이퍼의 검출정확도가 크게 향상됨으로써, 검사오류에 따른 정상 웨이퍼의 재검사나 폐기 등의 불필요한 작업과 자원낭비를 방지할 수 있게 되는 이점이 있다.
나아가, 웨이퍼 핸들링 장비의 로봇 반복 정밀도 측정이 가능하여, 별도의 부가장비 없이 간편하게 웨이퍼 핸들링 장비의 로봇 반복 정밀도를 측정하고 필요한 경우 시의적절하게 유지보수를 실시할 수 있다고 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비 중 EFEM의 일례를 개략적으로 나타낸 측면도(A) 및 정면도(B)이다.
도 2는 도 1에 도시된 EFEM의 내부배치도이다.
도 3은 종래 웨이퍼 결함 검사장치에 따른 검사오류의 예를 나타낸 카메라 이미지이다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비 중 상기 컴포넌트의 일례로 얼라이너의 구성을 도시한 정면도(A) 및 측면도(B)이다.
도 5은 도 4의 얼라이너에서 카메라 및 조명 부분의 구성을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 얼라이너에 의한 웨이퍼 치핑 검사방법을 나타낸다.
도 7은 도 4의 얼라이너에 의해 명확히 식별가능한 실제 치핑의 3가지 예를 카메라 이미지와 치핑 발생 위치 및 치핑의 크기를 도시한 치핑 검사결과 그래프로 나타낸다.
도 8는 도 4의 얼라이너에 의한 하나의 웨이퍼에 대한 치핑 검사 결과 보고서의 일례를 나타낸 것이다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비에 대하여 설명한다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발명에서 웨이퍼 핸들링 장비란 EFEM, 소터 등 웨이퍼 공정에서 웨이퍼의 이송에 관여하는 장비를 지칭하고, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트는 EFEM, 소터 등의 장비 내부의 웨이퍼 반송실에 설치되는 컴포넌트로서, 예를 들어 얼라이너 등의 장치를 들 수 있다.
이에 따라, 이하에서는 먼저 웨이퍼 핸들링 장비의 일례로서 EFEM에 대하여 설명하고, 이어서 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비, 즉 EFEM의 내부에 설치된 얼라이너에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비 중 EFEM의 일례를 개략적으로 나타낸 측면도(A) 및 정면도(B)이고, 도 2은 도 1에 도시된 EFEM의 내부배치도이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비인 EFEM(10)은 종래의 EFEM(10)과 마찬가지로 웨이퍼의 각종 처리, 가공 등을 수행하는 여러 장치들이 설치된 웨이퍼 반송실(30)과 상기 웨이퍼 반송실(30)의 외측, 즉 웨이퍼 반송실(30)의 전방측에 구비된 로드 포트(20)로 이루어진다. 즉, 로드 포트(20)를 통해 웨이퍼 반송 로봇(350)에 의해 FOUP 내로부터 웨이퍼 반송실(30) 내로 반송된 웨이퍼는, 웨이퍼 반송실(30)의 배면에 배치된 반도체 처리 장치에서 각종 처리 또는 가공이 실시된 후에 웨이퍼 반송실(30) 내로부터 로드 포트(20)를 통하여 FOUP 내에 다시 수용된다.
다만, 본발명에 따른 EFEM(10)에서는 EFEM(10)의 로드 포트(20) 뒤쪽에 위치된 포트 프레임(310)에 센서가 부착되는 점에서 종래의 구성과 차이가 있다. 즉, 본 발명에 따른 EFEM(10)에서는 1개의 로드 포트(20)에 대응하는 포트 프레임(310)마다 이미터 센서(320; Emitter Sensor)와 리시버 센서(330; Receiver Sensor) 각 한 쌍이 좌우 대칭으로 부착된다. 도시된 실시예에서, 이미터 센서(320)는 포트 프레임(310)의 상측 좌우에, 리시버 센서(330)는 포트 프레임(310)의 하측 좌우에 구비되어, 로드 포트(20)로부터 웨이퍼 반송실(30) 내로 또는 그 반대방향으로 이송되는, 웨이퍼가 저장된 FOUP(도시되지 않음)의 출입을 센싱함으로써, FOUP를 이동시키는 웨이퍼 반송실 내에 설치한 아암 로봇 등의 웨이퍼 반송 로봇의 로봇 반복 정밀도를 검사할 수 있다. 즉, 평소 웨이퍼 공정 진행 중에 연속적으로, 또는 소정의 간격으로 웨이퍼 반송 로봇의 로봇 반복 정밀도를 측정함으로써, 이상 발생 여부를 조기에 확인하여 필요한 유지보수를 실시하거나 정기적인 장비 점검을 적시에 실시하도록 할 수 있고, 이로써 웨이퍼 공정이 예상치 못한 문제의 발생으로 정지하거나 지연되는 것을 최소화함으로써, 반도체 공정 전체의 효율을 증대시킬 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, EFEM 내부의 웨이퍼 반송실에는 웨이퍼 반송 로봇(350)과 함께 웨이퍼(W)를 정렬하기 위한 얼라이너(100)가 설치될 수 있다. 로드 포트(20) 뒤쪽에 위치한 포트 프레임(310)의 상측에 이미터 센서(320)가, 그 하측에는 리시버 센서(330)가 구비된 것을 또한 볼 수 있다.
한편, 반도체 웨이퍼의 끝부분, 즉 가장자리 부분에 크랙이나 치핑 등의 결함이 있는 경우 후속 공정의 진행중에(때로는 후속 공정으로의 이송중에도) 가해지는 외력, 충격 등에 의해 상기 결함으로부터 크랙이 진행되어 웨이퍼가 깨지는 상황이 발생할 수 있다. 상기와 같은 결함이 있는 웨이퍼를 가지고 상기 반도체 소자 제조 공정을 거쳐서 제조된 반도체 소자는 불량품으로 판명될 가능성이 높으므로, 반도체 소자 제조에 관련된 상기 후속 공정을 진행하기 전에, 반도체 웨이퍼의 결함 유무를 판별하여 결함이 없는 웨이퍼를 선별하는 일이 매우 중요하다.
웨이퍼의 결함은 중심부보다는 가장자리 부분에서 발생할 가능성이 높으며, 또한 웨이퍼에 발생하는 크랙은 초기부터 크랙의 형태로 발생하기보다는 웨이퍼 가장자리가 일부 떨어져 나가는 치핑(chipping)의 형태로 결함이 발생한 후에, 이러한 치핑 부위로부터 크랙이 성장하여 웨이퍼 중심부로 진행하는 경우가 많으므로, 웨이퍼 가장자리에 치핑이 존재하는지 여부를 판별하는 일이 중요하다고 할 수 있다.
종래 웨이퍼 가장자리에 치핑 존재 여부를 검사하는 검사장치에서는, 치핑 유무를 검사하기 위한 카메라와 조명이 웨이퍼를 회전가능하게 지지하는 검사장치의 웨이퍼 지지부 부근에서 웨이퍼 가장자리 방향을 향하도록 설치되어, 웨이퍼 직경의 안쪽에서 바깥쪽 방향으로 검사를 수행하였던 바, 치핑이 발생하지 않은 웨이퍼를 불량 웨이퍼라고 보고하는 경우가 자주 있었다.
종래의 웨이퍼 결함 검사 장치에 의한 검사 결과 치핑이 아님에도 불구하고 치핑이 발생한 것으로 보고된 사례들을 도 3를 참조하여 살펴보면, 알루미늄 도포면에 의한 오류(도 3(A) 참조), 가장자리면 번짐 현상으로 인한 오류(도 3(B) 참조), 가장자리면 반사율 저하에 의한 오류(도 3(C) 참조) 등이 있다. 종합적으로 볼 때, 웨이퍼 면에 이물이 침착된 경우와 치핑이 발생한 경우의 콘트라스트(Contrast) 차이를 구분하지 못하는 문제가 있다.
또한, 종래의 웨이퍼 결함 검사 장치는 요구되는 센서장치나 필요한 기구적 구성이 상이하여 웨이퍼 얼라이너와는 별개의 장치로 구분되어 구비되는데, 웨이퍼 얼라이너 역시 웨이퍼 가장자리 결함 검사장치와 마찬가지로 웨이퍼의 가장자리 부분을 시각적으로 관찰하는 구성을 구비한다는 점에서, 두 장치가 보다 유기적으로 연관될 수 있도록 한다면 웨이퍼 공정의 효율을 증대되는 이점이 있을 것이다. 더욱이, 종래에는 EFEM이나 소터 등의 웨이퍼 핸들링 장비는 웨이퍼 치핑 검사 기능을 구비하지 아니하였던 바, EFEM이나 소터 등에 웨이퍼 치핑 검사 기능을 구비할 수 있다면 그 자체로 새로운 상승효과를 얻을 수 있다.
이하 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비, 즉 EFEM, 소터 등의 장비 내부에 설치되며, 웨이퍼 치핑 검사가 가능한 얼라이너에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비 중 상기 컴포넌트의 일례로 얼라이너의 구성을 도시한 정면도(A) 및 측면도(B)이고, 도 5은 도 4의 얼라이너에서 카메라 및 조명 부분의 구성을 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 얼라이너(100)는 하부 본체(110), 상부 본체(150) 및 웨이퍼 받침대(130)를 포함하여 이루어진다.
하부 본체(110)는 얼라이너(100)를 전체적으로 지지하는 부분으로서 상부 본체(150)를 지지하는 동시에 웨이퍼 받침대(130)를 회전가능하도록 구비하고 있다.
하부 본체(110)의 상부면 전방측에는 웨이퍼 받침대(130)가 구비된다. 웨이퍼 받침대(130)는 하부 본체(110) 내부에 장착된 회전모터(도시되지 않음)에 의해 수평회전가능하게 구비되는 한편 웨이퍼 받침대(130)에 로딩되는 웨이퍼를 수평방향으로 지지할 수 있도록 구성된다. 웨이퍼 받침대(130)는 회전중에 웨이퍼를 웨이퍼 받침대(130)에 고정시키는 웨이퍼 회전고정부(도시되지 않음)를 포함한다.
상부 본체(150)는 후방측에서 상기 하부 본체(110)에 결합되어 상기 하부 본체(110)에 의해 지지된다. 이로써 상기 하부 본체(110)와 결합된 후방측을 제외하고는, 상기 상부 본체(150)는 상기 하부 본체(110)로부터 일정 거리 상측으로 이격되어 위치되도록 구비되고, 그에 따라 상기 상부 본체(150)와 하부 본체(110)의 사이에는 정렬시키고자 하는 웨이퍼가 위치될 수 있다.
이때 상기 하부 본체(110) 및 상부 본체(150)는, 상기 웨이퍼 받침대(130)에 위치된 웨이퍼의 가장자리가 상기 하부 본체(110) 및 상부 본체(150) 너머로 돌출되지 않는 크기 및 형상으로 형성된다. 다만, 이러한 크기 및 형상은 일방향, 예를 들어 좌우 방향으로만 적용되고 전후방 방향으로는 하부 본체(110) 및 상부 본체(150)의 크기가 웨이퍼 직경보다 작게 형성되거나, 전후방 방향으로만 적용되고 좌우 방향으로는 하부 본체(110) 및 상부 본체(150)의 크기가 웨이퍼 직경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 하부 본체(110) 상부면의 전방 좌우측 중 일측에는, 상기 웨이퍼 받침대(130)에 위치된 웨이퍼(W)의 가장자리를 하측에서 촬영하기 위한 하부 카메라(211) 및 하부 조명(215)이 구비된다. 하부 조명(215)은 상기 하부 카메라(211)로 촬영되는 (웨이퍼 가장자리를 포함하는) 웨이퍼 부분에 빛을 조사하도록 구성된다. 도시된 실시예에서는, 하부 본체(110)의 상부면의 전방 우측에 하부 카메라(211) 및 하부 조명(215)이 구비된다.
상기 상부 본체(150) 하부면의 전방 좌우측 중 타측(도시된 실시예에서 전방 좌측)에는, 상기 웨이퍼 받침대(130)에 위치된 웨이퍼(W)의 가장자리를 상측에서 촬영하기 위한 상부 카메라(231) 및 상부 조명(235)이 구비된다. 상부 조명(235)은 상기 하부 조명(215)과 마찬가지로 상기 상부 카메라(231)로 촬영되는 (웨이퍼 가장자리를 포함하는) 웨이퍼 부분에 빛을 조사하도록 구성된다.
또한, 상기 하부 카메라(211) 및 상부 카메라(231)는 웨이퍼(W)의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼(W)의 가장자리 부근을 향하도록 설치된다. 하부 카메라(211)와 상부 카메라(231)를 웨이퍼(W)의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼(W)의 가장자리 부근을 향하도록 설치할 수 있는 것은, 웨이퍼 치핑 검사장치를 웨이퍼 얼라이너와 통합하여 구현한 덕분에 가능해진 것이다. 종래의 웨이퍼 치핑 검사장치는 불필요한 기구적 요소를 최소화하기 위하여 웨이퍼를 지지하고 회전시키는 기구부를 중심으로 최대한 간소하게 장치를 구성하다보니 웨이퍼 치핑 검사장치가 로딩된 웨이퍼의 중심 부근에 설치되어 웨이퍼의 중심쪽에서 반경방향 외측을 향하여 웨이퍼 가장자리를 촬영하고 검사할 수밖에 없었고, 이에 따라 전술한 바와 같은 검사오류가 빈번이 발생하였다. 본 발명에서와 같이 상기 하부 카메라(211) 및 상부 카메라(231)가 웨이퍼(W)의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼(W)의 가장자리 부근을 향하도록 설치됨으로서, 웨이퍼 면에 이물이 침착된 경우와 치핑이 발생한 경우의 콘트라스트 차이를 명확히 구분할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비에 탑재된 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 얼라이너에서는, 상기와 같이 하부 카메라(211) 및 상부 카메라(231)를 구비함으로써 웨이퍼(W) 상부면의 가장자리와 하부면의 가장자리를 각각 촬영하여 두 이미지를 비교함으로써 보다 정확하게 웨이퍼에 발생된 치핑 등의 결함을 검출하여 불량 웨이퍼를 분리해낼 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비에 탑재된 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 얼라이너에서는, 상기 하부 카메라(211)와 상부 카메라(231)를 웨이퍼(W)에 대하여 대칭적으로 구성할 수도 있지만, 비대칭적으로 구성하여 웨이퍼 결함 검출율을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 웨이퍼 받침대(130)에서 상기 하부 카메라(211)까지의 거리인 제1 거리(D1)와 상기 웨이퍼 받침대(130)에서 상기 상부 카메라(231)까지의 거리인 제2 거리(D2)를 상이하게 형성함으로써, 하부 카메라(211)는 웨이퍼의 결함 부분 위주로(즉, 가장자리 부분을 확대하여) 화각을 좁게 하여 촬영하고 상부 카메라(231)는 웨이퍼의 결함 주변부까지 화각을 좀더 넓게 설정하여 촬영하도록 할 수 있다. 이처럼 화각을 달리한 두 이미지를 촬영함으로써, 웨이퍼 가장자리의 결함을 보다 다양한 관점에서 관찰할 수 있고 이로써 결함 검출율을 높일 수 있다. 특히, 이때 웨이퍼(W)에서 더 멀리 떨어져 설치된 상부 카메라(231)에 망원렌즈를 부착하여 실질적인 화각이 하부 카메라(211)와 유사하게 되도록 설정하면, 망원렌즈에 의한 원근감 왜곡에 의해 결함 부위를 보다 다각도로 관찰할 수 있게 되는 이점이 있다.
다른 예로, 상기 하부 카메라(211)가 웨이퍼(W)의 하부면을 향하는 각도와 상기 상부 카메라(231)가 웨이퍼(W)의 상부면을 향하는 각도가 상이하게 되도록 구성할 수도 있다. 이 역시 웨이퍼(W)의 결함 부위를 다각도로 관찰하여 결함 검출율을 높이도록 해 주는 이점이 있다. 상기 하부 카메라(211)와 상부 카메라(231)가 웨이퍼(W)의 하부면을 향하는 각도를 상이하게 형성하는 구성은 상기 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)를 상이하게 형성하는 구성과 복합적으로 적용될 수도 있고, 독립적으로 적용될 수도 있다.
한편, 상기 하부 카메라(211) 및/또는 상기 상부 카메라(231)에 변위 센서(도시되지 않음)를 구비하여 웨이퍼 가장자리와의 수직거리 및/또는 수평거리를 검출하도록 할 수 있다. 이처럼 변위 센서를 구비함으로써, 별도의 장치를 구비하지 않더라도, 웨이퍼(W)를 상기 얼라이너(100)의 상기 웨이퍼 받침대(130)에 로딩하기 위한 웨이퍼 반송 로봇(350) 및/또는 상기 웨이퍼 받침대(130)의 로봇 반복 정밀도를 측정 및 검사할 수 있다고 하는 이점이 있다.
이하 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비에 탑재된, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 얼라이너를 사용하여 웨이퍼 가장자리의 치핑 유무를 검사하는 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 도 4의 얼라이너에 의한 웨이퍼 치핑 검사방법을 나타낸다.
웨이퍼(W)의 치핑 등 결함을 검사하기 위하여, 먼저 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비에 탑재된 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트의 일례인 반도체 웨이퍼 얼라이너(100)에 있어서, 얼라이너(100)의 하부 본체(110) 상부면의 전방 좌우측 중 일측에 구비된 하부 카메라(211) 및 하부 조명(215)이 웨이퍼(W)의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼(W)의 가장자리 부근을 향하도록 설치하고, 상기 하부 카메라(211) 및 하부 조명(215)의 방향 및 웨이퍼와의 거리를 조절한다(S110).
이어서 상기 반도체 웨이퍼 얼라이너(100)의 상부 본체(150) 하부면의 전방 좌우측 중 타측에 구비된 상부 카메라(231) 및 상부 조명(235)이 웨이퍼(W)의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼(W)의 가장자리 부근을 향하도록 설치하고, 상기 상부 카메라(231) 및 상부 조명(235)의 방향 및 웨이퍼와의 거리를 조절한다(S120). 물론, 상기 하부 카메라(211) 및 하부 조명(215)의 설치 및 조절 단계(S110)와 상기 상부 카메라(231) 및 상부 조명(235)의 설치 및 조절 단계(S120)는 순서를 바꾸어 수행되거나 동시에 수행되어도 무방하다.
다음으로 EFEM 내에서 상기 반도체 웨이퍼 얼라이너(100)의 외측에 구비된 웨이퍼 반송 로봇(350)에 의해 웨이퍼(W)를 상기 반도체 웨이퍼 얼라이너(100)의 웨이퍼 받침대(130)에 로딩하여 고정한다(S130). 웨이퍼 받침대(130)에 로딩된 웨이퍼(W)의 고정은 상기 웨이퍼 받침대(130)에 포함된, 회전중인 웨이퍼(W)를 잡아주는 웨이퍼 회전고정부(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼 얼라이너(100)에 웨이퍼(W)의 로딩이 완료되면, 로딩된 웨이퍼(W)를 회전시켜 웨이퍼(W)에 형성된 노치(N)를 검출하고 검출된 노치(N)의 각도위치를 0으로 설정함으로써, 웨이퍼(W)의 회전각도 측정을 위한 각도위치 기준값을 설정한다(S140).
웨이퍼(W)의 각도위치 기준값이 설정되면, 회전중인 웨이퍼(W)의 상부면 가장자리를 상기 상부 카메라(231)에 의해 촬영하는 동시에 촬영시점의 웨이퍼 각도위치를 기록하고, 회전중인 웨이퍼(W)의 하부면 가장자리를 상기 하부 카메라(211)에 의해 촬영하는 동시에 촬영시점의 웨이퍼 각도위치를 기록한다(S150).
웨이퍼 촬영이 이루어진 후에, 웨이퍼(W)의 동일 각도위치에 대한 웨이퍼의 상기 상부면 가장자리 촬영 이미지와 상기 하부면 가장자리 촬영 이미지를 비교한다(S160).
비교결과 동등한 결함 이미지, 즉 동일한 결함 이미지 또는 동일한 결함을 나타내는 것으로 인정될 수 있는 유사한 이미지가 검출되는 경우에는, 웨이퍼(W)의 상기 각도위치에 대하여 일련번호를 부여하고, 결함의 크기를 측정하며, 결함을 그 크기와 형상에 따라 분류하여 등급을 부여한 후에, 상기 일련번호, 결함의 크기, 결함의 각도위치 및 결함의 등급을 기록한다(S170).
웨이퍼의 결함 검사는 웨이퍼 1회전 동안에 대해서만 실시될 수 있고, 검출율 향상을 위하여 2회전 이상 수회전 동안에 대해서 실시될 수도 있다. 따라서, 노치 검출 이후에 웨이퍼를 1회전 또는 미리 결정된 소정 회전수만큼 회전시켜서 웨이퍼 결함 검사를 수행하고, 결함 검사가 완료된 후에는 웨이퍼의 노치가 소정 방향을 향하도록 웨이퍼(W)를 정렬시킨다(S180).
웨이퍼(W) 정렬이 완료되면, 정렬된 웨이퍼(W)를 얼라이너(100)에서 언로딩하여 다음 공정으로 이송시키게 되며(S190), 이로써 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비에 탑재된 얼라이너(100)에서의 웨이퍼 결함 검사 및 정렬 공정이 완료된다.
이하에서는 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명에 따른 웨이퍼 핸들링 장비에 탑재된 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트인 얼라이너에 의하여 상기와 같은 방법으로 웨이퍼 검사를 실시한 결과와 그 분석내용에 대하여 예를 들어 설명한다.
도 7은 도 4의 얼라이너에 의해 명확히 식별가능한 실제 치핑의 3가지 예를 카메라 이미지와 치핑 발생 위치 및 치핑의 크기를 도시한 치핑 검사결과 그래프로 나타낸 것이고, 도 8는 도 4의 얼라이너에 의한 하나의 웨이퍼에 대한 치핑 검사 결과 보고서의 일례를 나타낸 것이다.
도 7에서 보는 바와 같이 다양한 형태의 치핑이 명확히 촬영 및 검출되어 그 위치와 크기가 수치화되어 출력된 것을 볼 수 있다.
도 8를 참조하면, 웨이퍼 치핑 검사 결과 보고서에는 웨이퍼의 각 로트(Lot) 및 슬롯(Slot)별로 웨이퍼(W)의 각도위치 기준값(노치의 위치를 0으로 설정)에 대하여 반시계방향으로 결함의 각도위치를 측정하였을 때의 각 결함의 크기, 각도위치 및 결함 등급을 결함의 일련번호와 함께 나타내고 결함의 총 개수를 적시하고 있음을 알 수 있다.
이상 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비와 상기 컴포넌트의 일례인 얼라이너에 대하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 범위는 오직 하기의 청구범위의 기재에 의하여 정하여지는 것임에 유의하여야 할 것이다.
10 : EFEM 20 : 로드 포트
30 : 웨이퍼 반송실
100 : 얼라이너 110 : 하부 본체
130 : 웨이퍼 받침대 150 : 상부 본체
211 : 하부 카메라 215 : 하부 조명
231 : 상부 카메라 235 : 상부 조명
310 : 포트 프레임 320 : 이미터 센서
330 : 리시버 센서 350 : 웨이퍼 반송 로봇
N : 노치 W : 웨이퍼

Claims (3)

  1. 반도체 제조 공정 중 웨이퍼 공정에서 웨이퍼의 각종 처리, 가공 등을 수행하는 여러 장치들이 설치된 웨이퍼 반송실,
    상기 웨이퍼 반송실의 전방측에 구비된 로드 포트, 및
    FOUP 내에 수용된 채로 상기 로드 포트를 통해 상기 웨이퍼 반송실 내로 반송되는 웨이퍼, 및 상기 웨이퍼 반송실내에 설치된 반도체 처리 장치에서 각종 처리 또는 가공이 실시된 후에 상기 웨이퍼 반송실 내로부터 상기 로드 포트를 통하여 상기 FOUP 내에 다시 수용되는 웨이퍼의 반송을 담당하는 웨이퍼 반송 로봇을 포함하고, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비로서,
    상기 컴포넌트는 웨이퍼의 정렬을 위한 얼라이너이고, 상기 얼라이너는,
    하부 본체;
    상기 하부 본체의 상부면 전방측에 수평회전가능하게 구비되고 웨이퍼를 수평방향으로 지지할 수 있도록 구성된 웨이퍼 받침대; 및
    후방측에서 상기 하부 본체에 결합되어 상기 하부 본체에 의해 지지됨으로써, 상기 하부 본체와의 사이에 정렬하고자 하는 웨이퍼가 위치될 수 있도록 상기 하부 본체와 일정 거리 상측으로 이격되어 구비된 상부 본체;
    를 포함하여 이루어지되,
    상기 하부 본체 및 상부 본체는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리가 상기 하부 본체 및 상부 본체 너머로 돌출되지 않는 크기 및 형상으로 형성되며,
    상기 하부 본체 상부면의 전방 좌우측 중 일측에는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리를 하측에서 촬영하기 위한 하부 카메라와 상기 하부 카메라로 촬영되는 웨이퍼 부분에 빛을 조사하는 하부 조명이 구비되고,
    상기 상부 본체 하부면의 전방 좌우측 중 타측에는, 상기 웨이퍼 받침대에 위치된 웨이퍼의 가장자리를 상측에서 촬영하기 위한 상부 카메라와 상기 상부 카메라로 촬영되는 웨이퍼 부분에 빛을 조사하는 상부 조명이 구비되되,
    상기 하부 카메라 및 상부 카메라는 웨이퍼의 반경방향 외측에서 내측방향으로 웨이퍼의 가장자리 부근을 향하도록 설치된 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼 핸들링 장비는 EFEM 또는 소터(Sorter)인 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼 핸들링 장비의 상기 로드 포트 뒤쪽에 위치된 포트 프레임;
    상기 포트 프레임의 상측좌우에 구비된 이미터 센서; 및
    상기 포트 프레임의 하측 좌우에 구비된 리시버 센서;를 더 포함하여,
    상기 로드 포트로부터 상기 웨이퍼 반송실 내로 또는 그 반대방향으로 이송되는, 웨이퍼가 저장된 FOUP의 출입을 센싱함으로써, FOUP를 이동시키는 웨이퍼 반송실 내에 설치한 웨이퍼 반송 로봇의 로봇 반복 정밀도를 검사할 수 있는 것을 특징으로 하는, 웨이퍼 치핑 검사 및 로봇 반복 정밀도 검사 가능한 컴포넌트가 탑재된 웨이퍼 핸들링 장비.
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