KR20230046032A - 웨이퍼 검사장치 - Google Patents

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백승균
이재열
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Abstract

본 발명은, 검사하고자 하는 웨이퍼가 안착되며, 상기 웨이퍼를 정렬시키는 회전 스테이지; 상기 회전 스테이지가 장착되며, 상기 회전 스테이지를 전방 또는 후방으로 이송시키는 제1스테이지; 상기 제1스테이지가 장착되며, 상기 제1스테이지를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이송시키는 제2스테이지; 및 상기 회전 스테이지에 놓여진 상기 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하는 광학모듈;을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 검사장치{WAFER INSPECTION APPARATUS}
본 발명은, 웨이퍼 검사장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 홀로그램 이미지로 3차원 정보를 생성후 반도체 웨이퍼의 이상 유무를 측정할 수 있도록 구성된 웨이퍼 검사장치에 관한 것이다.
최근 전자 제품들의 소형화, 다기능화, 박막형화가 요구되면서, 반도체 산업에서 디바이스들의 집적도를 향상시키기 위해 차세대 반도체 기술인 TSV(Through Silicon Via), POP(Package on Package) 등 3D 패키지 공정이 주목을 받고 있다.
특히 TSV 공정 중 불량을 확인하기 위해서는 적층형 회로를 만든 후 실제 동작 시험을 거치거나 시료를 파괴하여 SEM(scanning electron microscope) 등의 장비를 이용하여 확인하고 있다.
공초점 현미경, WSI 등을 활용한 비접촉/비파괴 방식으로 접근을 하고는 있지만, 단층면을 Z축으로 스캔하는 방식으로 인해 3차원 정보를 획득하는 데에 있어 시간적 지연 및 진동 영향으로 인라인 장비로 탑재되는 것에 한계가 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic microscopy, DHM)을 이용한 샘플 테스트 수준의 검사가 진행되고 있지만, 검사하고자 하는 웨이퍼 영역에 비하여 디지털 홀로그래픽 현미경에 의한 검사 영역이 매우 작기 때문에, 실질적으로 반도체 검사 라인에 적용되지 못하고 있다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 등록특허 제10-2228029호의 '웨이퍼 내의 개구 치수의 광학적 측정'이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디지털 홀로그래픽 현미경으로 구성된 광학모듈로 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하고, 그 정보를 이용하여 웨이퍼의 이상유무를 확인할 수 있도록 구성된 웨이퍼 검사장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 검사하고자 하는 웨이퍼가 안착되며, 상기 웨이퍼를 정렬시키는 회전 스테이지; 상기 회전 스테이지가 장착되며, 상기 회전 스테이지를 전방 또는 후방으로 이송시키는 제1스테이지; 상기 제1스테이지가 장착되며, 상기 제1스테이지를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이송시키는 제2스테이지; 및 상기 회전 스테이지에 놓여진 상기 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하는 광학모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전 스테이지는, 구동부로부터 동력을 전달받아 회전되며, 검사하고자 하는 웨이퍼가 놓여지는 회전 플레이트를 포함하며, 상기 회전 플레이트에는 상기 웨이퍼를 파지한 로봇암의 선단부가 삽입되는 안착홈이 마련될 수 있다.
또한, 상기 제2스테이지가 장착되는 정반을 포함하며, 상기 제2스테이지는 상기 정반의 길이방향을 따라 배치되고, 상기 제1스테이지는 상기 정반의 폭방향을 따라 배치된 채 상기 제2스테이지에 장착될 수 있다.
또한, 상기 정반에 마련된 지지 프레임에 마련되어 상기 광학모듈을 상승 또는 하강시키는 승강 스테이지;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 정반의 하부 모서리부에는 제진대가 마련될 수 있다.
또한, 상기 광학모듈은, 반사광을 이용한 홀로그램 정보를 생성하여 웨이퍼의 3차원 정보를 측정하는 반사형 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic microscopy, DHM)으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치는, 디지털 홀로그래픽 현미경의 촬영 및 검사 영역에 대응하여 웨이퍼를 지속적으로 좌/우방향 또는 전/후진 시킬 수 있는 구성을 제공하므로, 홀로그램 이미지를 통한 웨이퍼의 3차원 정보로 웨이퍼의 이상유무를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치는, 검사하고자 하는 웨이퍼를 회전 스테이지, 제1스테이지, 제2스테이지를 이용하여 이송시키는 구성을 제공하므로, 웨이퍼의 이송 정확도를 높일 수 있고, 각 스테이지에 결함이 발생되었을 때, 결함이 발생된 스테이지를 교체하는 작업과정이 단축되고, 그 비용도 절감하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치는, 웨이퍼가 안착되는 회전 스테이지가 제1스테이지 및 제2스테이지로부터 이송되는 구성을 제공하므로, 웨이퍼 공급장치의 위치에 대응하여 웨이퍼를 제공받는 위치를 자유롭게 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치의 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 스테이지에 웨이퍼가 놓여진 상태를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 스테이지가 광학모듈의 하부에 배치된 상태를 보여주는 사시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치가 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치의 측면도이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 스테이지에 웨이퍼가 놓여진 상태를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 스테이지가 광학모듈의 하부에 배치된 상태를 보여주는 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치(100)는, 도시되지 않은 웨이퍼 공급부로부터 검사하고자 하는 웨이퍼(W, 도4참조)를 전달받아 웨이퍼의 이상유무를 검사하는 장치라 할 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사장치(100)는, 검사하고자 하는 웨이퍼(W)가 안착되며, 상기 웨이퍼(W)를 정렬시키는 회전 스테이지(200); 상기 회전 스테이지(200)가 장착되며, 상기 회전 스테이지(200)를 전방 또는 후방으로 이송시키는 제1스테이지(300); 상기 제1스테이지(300)가 장착되며, 상기 제1스테이지(300)를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이송시키는 제2스테이지(400); 및 상기 회전 스테이지(200)에 놓여진 상기 웨이퍼(W)의 3차원 정보를 획득하는 광학모듈(500);을 포함할 수 있다.
회전 스테이지(200)는 도시되지 않은 구동부로부터 동력을 전달받아 회전되며, 검사하고자 하는 웨이퍼가 놓여지는 회전 플레이트(210);를 포함할 수 있다.
회전 플레이트(210)는, 웨이퍼(W)가 놓여질 수 있는 소정의 면적을 제공한다.
또한, 진공 흡착 방식으로 웨이퍼(W)를 고정시키기 위하여 회전 플레이트(210)는 다공성 재료로 제작될 수 있다. 회전 플레이트(210)의 하부에는 공기가 유동될 수 있는 유로가 형성될 수 있으며, 도시되지 않은 에어펌프가 작동되면, 웨이퍼(W)가 회전 플레이트(210)에 흡착될 수 있다.
또한, 회전 플레이트(210)에는 안착홈(220)이 마련될 수 있다.
회전 플레이트(210)의 안착홈(220)에는 웨이퍼(W)를 파지한 로봇암의 선단부가 삽입될 수 있다. 따라서, 안착홈(220)은 로봇암의 선단부에 마련된 그리퍼(G)와 대응되는 형태를 가질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 파지한 로봇암의 그리퍼(G)가 회전 플레이트(210)에 마련된 안착홈(220)에 삽입되면, 웨이퍼(W)는 회전 플레이트(210)의 윗면에 놓여질 수 있다.
위와 같은 상태에서 로봇암의 그리퍼(G)가 슬라이딩 이동되어 안착홈(220)에서 이탈되면, 웨이퍼(W)는 회전 플레이트(210)에 진공 흡착될 수 있다.
회전 플레이트(210)는, 웨이퍼(W)를 흡착한 상태에서 회전되어 웨이퍼(W)의 검사 영역을 후술할 광학모듈(500)의 렌즈와 대응되도록 일치시킬 수 있다.
상기 제1스테이지(300)는, 회전 스테이지(200)를 전진 또는 후진 시키기 위한 가이드 레일을 구비하고 있으며, 이 가이드 레일은 회전 스테이지(200)와 연결된다.
제1스테이지(300)에 장착된 회전 스테이지(200)를 이송시키기 위한 동력원은 구동모터나 공지의 액추에이터로 구성될 수 있다.
상기 제2스테이지(400)는, 제1스테이지(300)를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이송시키기 위한 가이드 레일을 구비하고 있으며, 이 가이드 레일은 제1스테이지(300)와 연결된다.
마찬가지로, 제2스테이지(400)에 장착된 제1스테이지(300)를 이송시키기 위한 동력원은 구동모터나 공지의 액추에이터로 구성될 수 있다.
상기에서 설명된 회전 스테이지(200), 제1스테이지(300) 및 제2스테이지(400)는 정반(110)에 마련될 수 있다.
이때, 제2스테이지(400)는 정반(110)의 길이방향을 따라 배치되고, 제1스테이지(300)는 정반의 폭방향을 따라 배치될 수 있다.
제1스테이지(300)와 제2스테이지(400)는, 회전 플레이트(210)에 놓여진 웨이퍼(W)를 정반(110)의 길이방향 또는 폭방향을 따라 이송시키는 역할을 한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1스테이지(300)와 제2스테이지(400)도, 검사하고자 하는 웨이퍼(W)의 검사 영역이 광학모듈(500)의 렌즈와 대응될 수 있도록 한다.
상기 광학모듈(500)은, 정반에 마련된 지지 프레임(120)에 상승 또는 하강 가능하게 장착될 수 있다.
지지 프레임(120)은 겐트리(Gantry) 형태를 가진 채 정반(110)에 마련되며, 그 중앙부에는 승강 스테이지(600)가 마련된다.
광학모듈(500)은, 상기 승강 스테이지(600)에 장착되며, 반사광을 이용한 홀로그램 정보를 생성하여 웨이퍼(W)의 3차원 정보를 측정하는 반사형 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic microscopy, DHM)으로 구성될 수 있다.
따라서, 광학모듈(500)은 승강 스테이지(600)에 의하여 웨이퍼(W)가 배치된 방향으로 하강되거나 또는 원상태로 상승될 수 있다.
참고로, 반사형 디지털 홀로그래픽 현미경은, 홀로그램의 앞에서 빛을 비추어 반사하여 나온 상을 홀로그램 앞에서 관찰할 수 있도록 구성된 것으로, 기존의 홀로그래픽 현미경과는 다르게 뚜렷한 입체감을 보유한 것에 장점이 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 이상유무를 확인하는데 있어서 적합하다고 할 수 있다.
한편, 광학모듈(500)이 웨이퍼(W)를 촬영하여 3차원 정보를 획득할 수 있는 검사 영역은, 웨이퍼(W)가 형성하는 전체 면적 중에서 일부 면적이라 할 수 있다.
즉, 광학모듈(500)이 3차원 홀로 그래픽 정보를 획득할 수 있는 촬영 영역은, 예컨대, 웨이퍼(W)가 형성하는 전체 면적 중에서 30분의 1 내지 40분 1 이라 할 수 있다.
따라서, 회전 플레이트(210)에 놓여진 웨이퍼(W)를 전술한 회전 스테이지(200)와 제1스테이지(300) 및 제2스테이지(400)를 이용하여 지속적으로 이송시키는 것이 매우 중요하다. 다시 말해, 20~30cm의 직경을 가지는 웨이퍼(W)의 전체 영역을 검사하기 위해서는, 광학모듈(500)의 렌즈에 웨이퍼(W)의 전체 영역 중에서 검사하고자 하는 일부 영역을 지속적으로 순차 대응시키는 과정이 요구되며, 이러한 과정을 상기 회전 플레이트(210)와 제1스테이지(300) 및 제2스테이지(400)가 수행할 수 있다.
그리고, 웨이퍼(W)를 이동시키는 과정에서 웨이퍼(W)의 유동을 방지하는 것이 광학모듈(500)이 3차원 홀로 그래픽 정보를 높은 정확도로 획득하는 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다.
따라서, 정반(110)의 하부 모서리에는 제진대(700)가 마련된다.
제진대(700)는, 정반(110)에 외력에 의한 충격이나 진동이 발생하였을 때, 정반(110)의 위치를 기설정된 위치로 바로잡는 역할을 한다. 상세하게는, 정반(110)의 기울기를 수평방향으로 보정하고, 회전 스테이지(200), 제1스테이지(300), 제2스테이지(400)의 이송과정에서 발생되는 마찰력이나 미세 진동으로부터 웨이퍼(W)가 기설정된 위치를 고수하도록 정반(110)의 높이나 기울기를 보정할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치(100)는, 디지털 홀로그래픽 현미경의 촬영 및 검사 영역에 대응하여 웨이퍼(W)를 지속적으로 좌/우방향 또는 전/후진 시킬 수 있는 구성을 제공하므로, 홀로그램 이미지를 통한 웨이퍼의 3차원 정보로 웨이퍼의 이상유무를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치(100)는, 검사하고자 하는 웨이퍼(W)를 회전 스테이지(200), 제1스테이지(300), 제2스테이지(400)를 이용하여 이송시키는 구성을 제공하므로, 웨이퍼(W)의 이송 정확도를 높일 수 있고, 각 스테이지에 결함이 발생되었을 때, 결함이 발생된 스테이지를 교체하는 작업과정이 단축되고, 그 비용도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 검사장치(100)는, 웨이퍼(W)가 안착되는 회전 스테이지(200)가 제1스테이지(300) 및 제2스테이지(400)로부터 이송되는 구성을 제공하므로, 웨이퍼 공급장치의 위치에 대응하여 웨이퍼를 제공받는 위치를 자유롭게 설정할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 웨이퍼 검사장치
110 : 정반 120 : 지지 프레임
200 : 회전 스테이지 210 : 회전 플레이트
220 : 안착홈 300 : 제1스테이지
400 : 제2스테이지 500 : 광학모듈
600 : 승강 스테이지 700 : 제진대

Claims (6)

  1. 검사하고자 하는 웨이퍼가 안착되며, 상기 웨이퍼를 정렬시키는 회전 스테이지;
    상기 회전 스테이지가 장착되며, 상기 회전 스테이지를 전방 또는 후방으로 이송시키는 제1스테이지;
    상기 제1스테이지가 장착되며, 상기 제1스테이지를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이송시키는 제2스테이지; 및
    상기 회전 스테이지에 놓여진 상기 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하는 광학모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 스테이지는,
    구동부로부터 동력을 전달받아 회전되며, 검사하고자 하는 웨이퍼가 놓여지는 회전 플레이트를 포함하며,
    상기 회전 플레이트에는 상기 웨이퍼를 파지한 로봇암의 선단부가 삽입되는 안착홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2스테이지가 장착되는 정반을 포함하며,
    상기 제2스테이지는 상기 정반의 길이방향을 따라 배치되고,
    상기 제1스테이지는 상기 정반의 폭방향을 따라 배치된 채 상기 제2스테이지에 장착되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 정반에 마련된 지지 프레임에 마련되어 상기 광학모듈을 상승 또는 하강시키는 승강 스테이지;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 정반의 하부 모서리부에는 제진대가 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학모듈은, 반사광을 이용한 홀로그램 정보를 생성하여 웨이퍼의 3차원 정보를 측정하는 반사형 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic microscopy, DHM)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
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