KR100531957B1

KR100531957B1 - 전/후면 겸용 불량 위치 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100531957B1
Application number: KR10-2003-0006360A
Authority: KR
Inventors: 유흥렬
Original assignee: 동부아남반도체 주식회사
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2005-11-30
Also published as: KR20040069818A

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 불량 분석 장비에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반도체 소자의 물리적 특성을 이용하여 결함의 위치를 파악하는 결함 위치 검출 장비의 전/후면 겸용 장비에 관한 것이다.

본 발명의 상기 목적은 소정의 각도로 회전 가능한 광원 발생기(100); 상기 광원 발생기(100)로부터 광을 받아 반사하는 미러(110); 상기 미러(110)로부터 반사된 광을 집광하여 광원(102)을 생성하는 제 2 광학 시스템(111)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전/후면 겸용 불량 위치 검출 장치에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명의 전/후면 겸용 불량 위치 검출 장치 및 방법은 소정의 각도로 회전 가능한 광원 발생기, 미러, 제 2광학 시스템을 이용하여 후면 검사 및 분석을 위해 웨이퍼 및 프로브된 위치를 변경하는 번거로움을 해결하고, 프로브 카드를 이용한 후면 분석으로 정밀한 분석을 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

전/후면 겸용 불량 위치 검출 장치 및 방법{Front and backside failure localization tool}

반도체 기판에 전자회로를 형성하는 공정은 매우 복잡하고 비용도 많이 소요된다. 그러나 이러한 제조 공정을 끝낸 후 기판에 형성된 전자 회로가 제대로 동작을 하지 못하면 그 반도체 칩은 불량한 제품이 되어서 사용할 수가 없다. 기판에 회로를 형성한 후 회로에 결함이 발생되는 원인을 분석하면, 제조 공정 중에 발생되는 불량도 있지만, 반도체 웨이퍼 자체가 가지고 있는 결함에 의하는 경우도 많이 발생되고 있다.

이러한 결함 요소들을 가진 반도체 웨이퍼를 회로 형성 공정 실시 전에 미리 선별하기 위하여 여러 가지 결함 검출 방법들이 제안되어 이용되고 있다.

이러한 방법들 중에는 웨이퍼를 X 선이나 레이저 광선으로 조사하여 결함을 발견하는 방법 또는 웨이퍼를 열처리하여 결함이 크게 되도록 성장시킨 후 화학적인 식각 공정을 통하여 결함을 발견하는 방법 등이 주로 사용하고 있다.

피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위해, 웨이퍼 등의 피검사체의 복수의 전극과 프로브 카드의 복수의 접촉자('프로브'라 칭함)를 전기적으로 접촉시키는 것이 필요하다.

프로브 장치는 예를 들면 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 반송하는 로더실(1), 로더실(1)로부터 반송된 웨이퍼의 전기적 특성을 검사하는 프로브실(2)을 구비하고 있다. 로더실(1)은 웨이퍼(W)가 수납된 카세트(C)를 재치하기 위한 카세트 재치부(3), 웨이퍼(W)를 로더실(1)로 이송하기 위한 이송 기구(핀셋)(4), 핀셋(4)에 의해 웨이퍼가 이송되는 과정에서, 웨이퍼의 오리엔테이션 플랫(orientation flat)을 기준으로 하여 웨이퍼를 사전 정렬하는 서브 척(5)을 구비하고 있다. 프로브실(2)은 사전 정렬된 웨이퍼를 재치하고, 동시에 X, Y, Z 및 θ방향으로 이동시키는 메인 척(6)과, 메인 척(6) 상의 웨이퍼를 정확히 위치 결정하는 기구(얼라인먼트 기구)(7)와, 프로브(8A)를 갖는 프로브 카드(8)를 구비하고 있다. 프로브 카드(8)는 프로브실(2)의 상면에 배치된 헤드 플레이트실(2)의 상면에 배치된 헤드 플레이트(2A)에 고정되어 있다.

얼라인먼트 기구(7)는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 하부 CCD 카메라(7A) 및 상부 CCD 카메라(7B)를 구비한다. 얼라인먼트 기구(7)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 하부 CCD 카메라(7A)는 메인 척(6)에 부설되어, 프로브 카드(8)의 프로브(8A)를 아래쪽에서 촬상한다. 상부 CCD 카메라(7B)는 얼라인먼트 브리지(7C)의 중앙에 설치되고, 메인 척(6) 상의 웨이퍼(W)를 윗쪽으로부터 촬상한다. 촬상된 프로브(8A) 및 웨이퍼(W)의 상은 표시 장치(9)의 모니터 화면(9A) 상에 표시된다. 얼라인먼트 브리지(7C)는 프로브실(2)의 윗쪽에 Y 방향을 따라 설치된 가이드 레일(7D, 7D)을 따라, 프로브실(2)의 최 내측부(도 6b의 상부)로부터 프로브 중앙까지 이동한다. 메인 척(6)은 하부 CCD 카메라의 윗쪽까지 진퇴가능한 타겟(7E)을 갖고 있다. 타겟(7E)을 거쳐서, 하부 CCD 카메라(7A)와 상부 CCD 카메라(7B)의 광축이 일치된다. 이것이 일치되었을 때의 메인 척(6)의 위치는 웨이퍼(W)와 프로브(8A) 사이의 위치를 맞출 때의 기준 위치로 사용된다.

프로브실(2)은 선회 가능한 테스트 헤드(T)를 갖는다. 테스트 헤드(T)는 프로브 카드(8)에 인터페이스부(도시되지 않음)를 거쳐 전기적으로 접속된다. 테스트 헤드(T) 및 프로브(8A)를 거쳐 테스터로부터의 검사용 신호는 웨이퍼의 전극 패드로 송신된다.

프로브 카드(8)의 프로브(8A)와 웨이퍼(W)의 전극 패드의 위치 정렬이 설명된다. 상부 CCD 카메라(7A) 및 하부 CCD 카메라(7B)가 위치 정렬의 대상이 되는 복수의 프로브(8A)(이하, '대상 프로브'라 기재함) 및 이들에 대응하는 복수의 전극 패드(이하, '대상 전극 패드'라 기재함)를 촬상한다. 프로브의 센터에 배치된 상부 CCD 카메라(7B)와, 메인 척에 고정된 하부 CCD 카메라(7A)의 광축을 타겟(7E)을 거쳐 일치시킨다. 상기 위치는 메인 척(6)의 기준 위치가 된다. 촬상 위치에서의 각 대상 프로브(8A)의 위치 좌표와 기준 위치 좌표에 따라서, 대상 프로브(8A)의 기준 위치로부터의 어긋남량이 산출된다. 마찬가지로, 각 대상 전극 패드의 기준 위치로부터의 어긋남량이 산출된다. 복수의 대상 전극 패드의 각각의 기준 위치로부터의 어긋남량에 따라서, 대상 프로브(8A)와 대상 패드가 일치하는 위치 좌표가 산출된다. 상기 산출 결과에 따라, 메인 척(6)을 이동시킴으로써, 대상 프로브(8A)와 대상 전극 패드의 위치 정렬이 실행된다.

그러나 결함 위치 검출 장비의 후면 검사 방식이 중요해짐에 따라 여러가지 장비들이 개발되었지만 정지된 광원과 디텍터(Detector)에 웨이퍼 프로브(Wafer Probe)된 상태만 변경시키는 방법으로 실제 이용 시 불편함은 물론 프로브 카드(Probe Card)를 이용할 경우 후면 검사 방식은 구현되기 어려운 상황이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미러를 이용한 디텍터 빔의 이동으로 프로브된 웨이퍼의 위치를 변경시키지 않고 웨이퍼의 전면은 물론 후면의 물리적 상태를 보다 정밀하게 분석할수 있는 검사 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 반도체 소자의 결함의 위치를 파악하는 결함 위치 검출 장치에 있어서, 전/후면에 프로브(105)가 설치된 웨이퍼(103); 소정의 각도로 회전 가능한 광원 발생기(100); 상기 광원 발생기(100)로 부터 광을 받아 집광하여 상기 웨이퍼(103)의 전면에 광원(102)를 생성하는 제 1 광학 시스템(101); 상기 광원 발생기(100)로 부터 광을 받아 반사하는 미러(110); 상기 미러(110)로 부터 반사된 광을 집광하여 상기 웨이퍼(103)의 후면에 광원(102)을 생성하는 제 2 광학 시스템(111)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전/후면 겸용 불량 위치 검출 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 도면이다.

우선 검사 장비의 검사의 동작에 대하여 기술한다.

광원 발생기(100)에 의해 광원이 발생된 다음, 제 1 광학 시스템(101)에 의해 집광되어 광원(102)이 생성된다. 상기 광원(102)을 이용하여 반도체 웨이퍼(103)의 관측 영역을 주사한다. 이 주사는 제어 화상 처리 시스템(106)의 제어 하에서 상기 제 1 광학 시스템(101)에 의한 광원(102)의 편향에 의해 수행된다.

본딩 패드(104)를 프로빙하고 있는 프로버(105)에 의해 전류가 발생 및 추출된다. 이 전류는 전류변화 검출기(107)에 의해 검출되어, 제어 화상 처리 시스템 (106) 의 제어 하에서 화상 표시 장치(108)의 스크린에 표시된다. 여기서, 전류의 변화는 주사 위치에 대한 휘도의 변화를 나타내는 화상으로서 표시된다.

제어 시스템 처리 시스템 (106)의 제어 하에서, 제 1 광학 시스템(101)에 의해 집속된 광원(102)을 이용하여 반도체 웨이퍼(103)의 관측 영역에 대해 주사가 수행된다. 주사 전류변화 화상은 주사에 따라서, 예를 들어 전류변화 검출기(107)로 흘러 들어오는 전류는 '명'으로 표시되는 한편 그 역방향 전류는 '암'으로 표시하는 방식으로 휘도 표시된다. 이 때, 명암 사이의 콘트라스트를 이용하여 농담(gradation)도 함께 표시된다.

결함의 근처에 레이저빔이 조사되는 경우에, 열기전력이 일시적으로 발생되게 되어 전술한 회로 내에 전류가 흐르게 된다. 이와 대조적으로, 비결함 영역에 레이저가 조사되는 경우에는, 열기전력이 발생되지 않게 되어 회로 내에 전류가 발생하지 않게 된다. 따라서, 화상 표시 장치(108)는 결함의 근처에서 명암의 콘트라스트가 나타나도록 화상을 표시한다. 상기 화상이 얻어짐과 동시 또는 전후에 광원의 주사와 관련하여 나타나는 광학적 반사상에 대하여 주사 현미경상이 촬영되게 된다.

다음으로, 범용 화상 처리 기술을 이용하여 상기 두 화상을 합성함으로써, 2 개 화상으로 구성된 합성 화상을 생성한다. 이러한 합성 화상을 이용함으로써, 주사 전류변화 화상에서의 명암의 콘트라스트에 대응되는 위치를 명확하게 인식할 수 있으며, 반도체 웨이퍼 상에서의 결함위치를 식별해 낼 수 있다.

최근, 반도체 장치는 보통 다층 배선 구조를 채용하고 있다. 상층의 배선의 폭이 더 넓기 때문에 하층의 배선이 덮이는 경우가 많다. 또한, 반도체 웨이퍼 표면을 실장 기판면을 향하게 하며, 패키지의 리드에 의해 칩 표면이 덮이도록 한 구조를 채용한 반도체 장치가 많다.

상술한 칩의 패키징 및 실장으로 인해, 칩 표면으로부터 광원을 조사하는 것으로는 다수의 배선을 가열하는 것은 어렵다. 이 때문에, 칩의 후면으로부터 레이저빔을 조사할 필요가 있다.

상기와 같은 검사를 수행하기 위하여 소정의 각도로 회전 가능한 광원 발생기(100), 상기 광원발생기(100)에서 발생된 광의 위치를 바꾸어 주는 미러(100) 및 제 2 광학 시스템(111)을 구비하여 전면 검사뿐만 아니라 후면 검사를 인시츄로 검사한다.

전면을 검사가 끝난후에 광원 발생기(100)는 소정의 각도로 회전하여 미러(100)를 향하여 광을 발생한다. 상기 미러(100)는 광원 발생기(100)로부터 나온 광을 제 2 광학 시스템(111)으로 반사시켜 준다. 상기 제 2 광학 시스템(111)은 미러로부터 받은 광을 집광하여 광원(102)이 생성된다. 상기 광원(102)을 이용하여 반도체 웨이퍼(103)의 후면 영역을 주사한다.

상기 미러(110)는 한개로 구성될수도 있고 장소의 효율적인 이용과 관련하여 여러개로 구성될수도 있다.

검사 방법은 상기의 기술된 검사 방법으로 전면을 검사하고, 제어부에 의하여 소정의 각도로 광원 발생기(100)가 회전하고, 상기 광원 발생기(100)에서 발생된 광이 미러(110)를 통하여 제 2 광학 시스템(111)으로 들어가고, 상기 제 2 광학 시스템(111)에 의하여 광원(102)이 발생하여 반도체 웨이퍼의 후면을 검사한다.

상기 광원 발생기(100), 미러(110), 광학 시스템(102,111)은 광의 보호를 위하여 진공시스템 내에 설치될 수 있다.

전면 검사에서 결함이 불분명한 위치를 후면 검사에서 재 검사하여 검사의 정밀도를 높일수 있고, 또한 기존의 웨이퍼를 뒤집어 검사하는 방식보다 반도체 및 프로브 상태를 고정시킴으로써 사용에 편리할 뿐만 아니라 프로브 카드를 이용한 후면 분석이 가능해진다.

분석용 툴은 메뉴얼 프러버나 세미오토 프로버를 이용하며, 또한 멀티 프로브 카드를 메뉴얼로 이용할 수도 있다.

매뉴얼 프로버는 주로 싱글 프로브를 이용하여 웨이퍼의 특정 몇개 칩에 대한 특성을 검출할 때 사용되고, 오토 프로버는 멀티 프로브 카드를 이용하여 웨이퍼내의 모든 칩을 자동적으로 프로브할 수 있게 하는 장치로 보통 웨이퍼 전면 테스트시 이용된다.

상기 분석 방법은 레이저빔 등을 주사하여 전류변화의 검출을 통해 불량위치를 얻는 방법에 관하여 기술하였지만 전기적인 신호를 가한 상태에서 불량위치에서 발생되는 물리적 특성을 검사 하는 방법에 관한 것; 예를 들어 에미션 마이크로스코프(Emission Microscope)로 전기적인 신호를 가한 후 불량위치에서 핫 일렉트론(Hot Electron)들이 발생되는 경우 에미션(Emission)현상으로 인해 포톤이 발생하며 상기 포톤을 디텍터를 이용하여 그 위치를 검출하는 경우나 써멀 라디에이션(Thermal Radiation)을 이용하여 전기적인 신호를 가했을 때 불량위치에서 다량의 주울열이 발생할 경우 열감지 적외선을 이용하여 그 위치를 검출하는 방법에 관해서도 적용할 수 있다.

상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

도 1 및 도 2는 프로브 장치를 도시한 도면으로서, 도 1은 정면을 파단하여 도시한 정면도, 도 2는 도 1의 내부를 모식적으로 도시한 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

7 : 얼라인먼트 기구 7A : 하부 CCD 카메라

7B : 상부 CCD 카메라 8A : 프로브

8B : 제 2 이미지 화상 9A : 모니터 화면

100 : 광원발생기 101 : 제 1 광학 시스템

102 : 광원 103 : 웨이퍼

104 : 본딩 패드 105 : 프로버

106 : 제어 화상 처리 시스템 107 : 검출기

108 : 화상 표시 장치 110 : 미러

111 : 제 2 광학 시스템

Claims

반도체 소자의 결함의 위치를 파악하는 결함 위치 검출 장치에 있어서,

전/후면에 프로브(105)가 설치된 웨이퍼(103);

소정의 각도로 회전 가능한 광원 발생기(100);

상기 광원 발생기(100)로 부터 광을 받아 집광하여 상기 웨이퍼(103)의 전면에 광원(102)를 생성하는 제 1 광학 시스템(101);

상기 광원 발생기(100)로 부터 광을 받아 반사하는 미러(110);

상기 미러(110)로 부터 반사된 광을 집광하여 상기 웨이퍼(103)의 후면에 광원(102)을 생성하는 제 2 광학 시스템(111)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전/후면 겸용 불량 위치 검출 장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원 발생기(100), 미러(110) 및 제 2 광학 시스템(111)은 광의 보호를 위하여 진공시스템내에 설치된 것을 특징으로 하는 전/후면 겸용 불량 위치 검출 장치
반도체 소자의 결함의 위치를 파악하는 결함 위치 검출 방법에 있어서,

공지된 검사 방법으로 웨이퍼의 전면을 검사하는 단계;

광원 발생기(100)가 소정의 각도로 회전하는 단계;

상기 광원 발생기(100)에서 발생한 광을 미러(110)를 통하여 반사시키는 단계;

상기 미러(110)로부터 반사된 광을 받아서 제 2 광학 시스템(111)에 의하여 광원(102)을 생성하여 반도체 웨이퍼의 후면을 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전/후면 겸용 불량 위치 검출 방법.