KR102399493B1 - 반도체 칩 표면검사 장치 및 이를 이용한 반도체 칩의 표면검사 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 칩 표면검사 장치 및 방법이 개시된다. 주기성을 갖는 연속파 레이저를 생성하고 이를 변형하여 반도체 칩의 표면 사이즈보다작은 광 단면 사이즈를 갖는 검사용 레이저 빔을 생성한다. 다수의 반도체 칩의 표면을 국부적으로 동시에 조사하여 가열한 후, 검사용 레이저 빔에 대응하여 반도체 칩으로부터 방사되는 열파를 검출하여 반도체 칩의 열화상 이미지를 생성한다. 열화상 이미지를 영상처리하여 반도체 칩의 표면결함을 표시하는 표면 이미지를 수득한다. 주기성을 갖는 연속파 레이저를 다수의 반도체 칩 표면으로 동시에 국부적으로 조사하여 표면검사를 행함으로써 표면검사 시간을 단축하고 검사 정확도를 높일 수 있다.

Description

반도체 칩 표면검사 장치 및 이를 이용한 반도체 칩의 표면검사 방법 {Surface inspection apparatus for semiconductor chips and method of inspecting surfaces of semiconductor chips using the same}

본 발명은 표면검사 장치 및 이를 이용한 표면검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반도체 칩에 대한 비파괴 표면검사 장치 및 이를 이용한 반도체 칩의 비파괴 표면검사 방법에 관한 것이다.

반도체 칩의 표면결함을검사하기 위하여 다양한 비파괴 검사방법이 이용되고 있지만, 검출할 수 있는 표면결함의 사이즈가 한정되어 미세결함을 검사하는데 한계가 있고 반도체 칩의 표면에 이물질이 존재하는 경우 검사오류가 빈번하게 발생하고 있다.

특히, 웨이퍼에 정렬된 반도체 칩을 개별적으로 검사하는 비파괴 검사의 특성상 긴 검사 시간을 요구하게 되어 반도체 칩의 공정효율을 저하시키는 원인으로 기능하고 있다. 최근 반도체 칩을 제조하기 위한 웨이퍼의 사이즈가 대구경화 하면서 웨이퍼 상에 제조되는 반도체 칩의 개수가 증대되면서 반도체 칩의 표면검사에 소요되는 시간은 더욱 증가하고 있으며 이에 따라 표면검사 시간을 단축하는 것이 반도체 칩의 공정효율을 높이는 중요한 요소가 되고 있다.

또한, 광학검사 기법을 이용하여 표면검사를 수행하는 경우, 반도체 칩의 표면 상태에 따라 검사오류가 빈번하게 발생하여 검사시간을 증대시키는 원인으로 작용하고 있다.

이에 따라, 반도체 칩의 표면상태에 크게 영향을 받지 않으면서 표면결함을 정확하게 검사하여 반도체 칩에 대한 검사시간을 단축할 수 있는 새로운 반도체 칩 표면검사 장치 및 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 실시예들은 주기성을갖도록 변조된 연속파 레이저와 위상잠금 열화상 장치를 조합하여 표면검사 시간을 단축하고 표면결함 검출 정확도를 높일 수 있는 반도체 칩 표면검사 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예들은 상기 반도체 칩 표면검사장치를 이용하여 반도체칩의 표면결함을 검사하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 실시예들에 의한 반도체 칩 표면검사 장치는 주기성을 갖는 연속파 레이저를 생성하는 레이저 생성유닛, 상기 연속파 레이저를 변형하여 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 광 사이즈를 갖는 검사용 레이저 빔을 생성하고, 다수의 상기 반도체 칩의 표면을 국부적으로동시에 조사하여 가열하는 레이저 제어유닛, 상기 검사용 레이저 빔에 대응하여 상기 반도체 칩으로부터 방사되는(radiated) 열파(thermal wave)를 검출하여 상기 반도체 칩의 열화상 이미지(thermal image)를 생성하는 열화상 생성유닛, 및 위상잠금 기법으로 상기 열화상 이미지를 처리하여 상기 반도체 칩의 표면결함을 포함하는 위상잠금 이미지를 생성하는 위상잠금 처리유닛을 포함한다.

일실시예로서, 상기 레이저 생성 유닛은 트리거 신호(trigger signal)에 따라 일정한 파형을 갖는 전압을 생성하는 함수 생성기(function generator), 상기 함수 생성기에서 생성된 전압을 증폭하고 상기 전압의 파형에 따라 변조된 전류신호를 생성하는 변조 구동기, 및 상기 변조 구동기 에 의해 구동되어 일정한 주기를 갖도록 변조된(modulated) 연속 파형(continuous waveform)의 레이저인 연속파 레이저(continuous wave laser, CW laser)를 생성하는 레이저 발진기(laser oscillator)를 포함한다.

일실시예로서, 상기 함수 생성기에서 생성되는 상기 전압은 주기적인 사각파형(periodic square waveform)을 구비하고 상기 연속파 레이저는 상기 사각파형에따라 변조되어 상기 반도체 칩은 상기 사각파형의주기에 따라 냉각과 가열이 반복된다.

일실시예로서, 상기 레이저 제어유닛은상기 레이저 생성유닛으로부터 생성된 상기 연속파 레이저의 광선속(bundle of rays)을 확장하여 확장 레이저를 생성하는 빔 확장기(beam expander), 상기 확장 레이저를 광 단면 사이즈가 상기 반도체 칩의 표면보다 작고 상기 반도체 칩의 서로 다른 조사점에 각각 개별적으로 조사되는 다수의 평행 스팟 빔으로 분할하여 상기 검사용 레이저 빔을 생성하는 빔 분할기, 및 다수의 상기 반도체 칩들이 배치된 기판에 대한 상기 빔 분할기의 상대위치를 변경하여 조사점을 변경하는 위치 가이드를 포함한다.

일실시예로서, 상기 빔 분할기는 상기 검사용 레이저 빔이 개별적으로 통과하는 다수의 레이저 관통 홀을 구비하여 상기 단면 사이즈를 조절하는 패턴 마스크를 포함한다.

일실시예로서, 상기 레이저 관통 홀은 단일한 상기 반도체 칩에 3-5개의 평행 스팟 빔이 조사되도록 상기 반도체 칩의 3-5 배수로 배치된다.

일실시예로서, 상기 확장 레이저의 광선속을 가우시안 분포(Gaussian distribution)로부터 균등분포(uniform distribution)로 변환하여 상기 검사용 레이저 빔들이 균일한 세기를 갖도록 하는 평탄광 생성기(flat beam generator)를 더 포함한다.

일실시예로서, 상기 열화상 생성 유닛은 상기 빔 분할기와 상기 기판 사이에 배치되고 2 이상의 상기 검사용 레이저 빔이 투과하는 다수의 투과 홀을 구비하는 기저판, 및 상기 투과 홀에 대응하여 상기 기저판의 표면에 배치되고 상기 조사점으로부터 발산되는 상기 열파(thermal wave)를 검출하여 상기 열화상 이미지를 생성하는 다수의 열화상 칩을 포함한다.

일실시예로서, 상기 열파는 상기 검사용 레이저 빔에 의해 상기 조사점으로부터 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖고 발산하는 적외선 파를 포함하고, 상기 열화상 생성 유닛은 상기 기판의 외측 상부에 배치되는 적외선 카메라를 포함한다.

일실시예로서, 상기 레이저 제어유닛은상기 레이저 생성유닛으로부터 생성된 상기 연속파 레이저를 일방향을 따라 연장하는 라인 형상을 갖고 상기 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 빔 폭을 갖는 선형 레이저 빔으로 변형하여 상기 검사용 레이저 빔을 생성하는 라인 빔 생성기, 및 상기 라인을 따라 정렬된 상기 반도체 칩들의 조사점으로 상기 선형 검사용 레이저 빔을 동시에 조사하는 빔 공급자를 포함한다.

일실시예로서, 상기 빔 공급자는 갈바노 거울(Galbano mirror)을 포함한다.

일실시예로서, 상기 열파는 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 조사점으로부터 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖고 발산하는 적외선 파를 포함하고, 상기 열화상 생성 유닛은 상기 조사점의 각각으로부터 상기 열화상 이미지를 생성하고 생성된 상기 원시 열화상 이미지를 상기 반도체 칩 별로 구분하여 저장하는 적외선 카메라를 포함한다.

일실시예로서, 상기 위상잠금 처리유닛은상기 열화상 이미지에 대응하는 상기 열파의 진폭(amplitude)을 처리하여 위상잠금진폭 이미지(lock-in amplitude image)를 생성하는 위상잠금 진폭처리기를 포함한다.

일실시예로서, 상기 위상잠금진폭 이미지를 처리하여 상기 표면결함을 시각적으로 확인할 수 있도록 표시한 표면 이미지를 생성하는 이미지 처리유닛을 더 포함한다.

일실시예로서, 상기 이미지 처리유닛은상기 위상잠금진폭 이미지를 가공하여 상기 표면결함에 의한 이미지 불연속 영역인 이미지 특이점(image singularities)을 검출하고 상기 위상잠금 진폭 이미지의 불연속부를표시하는 불연속 이미지 검출기, 및 상기 표면결함이 표시된 상기 위상잠금 이미지로부터 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 포함한다.

일실시예로서, 상기 불연속 이미지 검출기는 홀더 지수 분석기(holder exponent analyzer)를 구비하여 홀더 지수 분석기법에 의해 상기 이미지 특이부를 검출한다.

일실시예로서, 상기 레이저 생성유닛, 상기 레이저 제어유닛, 상기 열화상 생성유닛 및 위상잠금 처리유닛을 제어하고 상기 레이저 생성유닛과 상기 열화상 생성유닛을 동기화하는 동기신호를 전송하는 중앙 제어유닛을 더 포함한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 실시예들에 의한 반도체 표면검사 방법에 의하면, 주기성을 갖도록 변조된 연속파 레이저를 생성하고, 상기 연속파 레이저를 변형하여 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 광 단면 사이즈를 갖도록 검사용 레이저 빔을 생성한다. 이어서, 다수의 상기 반도체 칩을 구비하는 기판으로 상기 검사용 레이저 빔을 조사하여 다수의 상기 반도체 칩의 표면을 국부적으로동시에 가열하고, 가열된 상기 반도체 칩으로부터 방사되는 열파를 검출하여 상기 각 반도체 칩의 열화상 이미지를 생성한다. 위상잠금 기법으로 상기 열화상 이미지를 처리하여 상기 반도체 칩의 표면결함을 나타내는 위상잠금 이미지를 생성한다.

일실시예로서, 상기 연속파 레이저는 주기적인 사각파형(periodic square waveform)의 형태로 제공되고 상기 열화상 이미지는 상기 연속파 레이저의 매 주기마다 생성된다.

일실시예로서, 상기 연속파 레이저를 생성하는 제1 제어신호와 상기 열화상 이미지를 생성하는 제2 제어신호는 서로 동기화되어 상기 연속파 레이저의 주기 별로 상기 열화상 이미지를 생성한다.

일실시예로서, 상기 연속파 레이저는 다수의 레이저 관통 홀을 구비하는 패턴 마스크에 의해 개별적인 다수의 검사용 레이저 빔으로 분할되어, 다수의 상기 검사용 레이저 빔이 개별적으로 상기 각 반도체 칩의 표면으로 조사된다.

일실시예로서, 상기 연속파 레이저는 상기 기판의 길이 방향을 따라 연장하도록 변형되어 상기 검사용 레이저 빔은 선형 레이저 빔으로 생성되고, 상기 선형 레이저 빔은 상기 제1 방향을 따라 정렬되는 다수의 상기 반도체 칩의 표면으로 동시에 조사된다.

일실시예로서, 상기 위상잠금 이미지를 영상처리하여 상기 반도체 칩의 표면결함을 표시하는 표면 이미지를 생성한다.

일실시예로서, 상기 표면 이미지를 생성하는 것은, 홀더 지수 분석기법에 의해 상기 위상 잠금 이미지를 처리하여 상기 표면결함에 의한 이미지 불연속 영역인 이미지 특이점 (image singularities)을 검출하여 표시하고, 상기 이미지 특이점이 표시된 상기 위상잠금 이미지로부터 노이즈를 제거한다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 주기성을 갖도록 변조된 연속파 레이저를 검사대상 반도체 칩의 칩 사이즈보다 작은 광 사이즈를 갖도록 변형하여 기판으로 조사함으로써 다수의 반도체 칩을 국부적으로 동시에 가열할 수 있다. 다수 반도체 칩의 다수 조사점으로부터 열화상 이미지를 생성하고 상기 열화상 이미지를 영상처리하여 반도체 칩의 표면결함을 짧은 시간에 정확하게 검사할 수 있다. 이에 따라, 반도체 칩의 표면검사 공정의 신뢰도와 공정시간을 현저하게 개선할 수 있다. 이에 따라, 대구경 웨이퍼에 제조되는 다수의 반도체 칩의 표면에 대한 결함을 짧은 시간에 정확하게 검출함으로써 반도체 제조의 공정효율을 높일 수 있다.

또한, 변조된 레이저를 열원으로 하고 이를 동기화된 열화상 카메라로 계측함으로써 검사 대상물에 추가적인 손상 없이 건전성 평가가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 칩 표면 검사장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 레이저 생성유닛(100)을 상세하게 나타내는 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 제어유닛 및 열화상 생성유닛의결합구조를 나타내는 구성도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 열화상 생성유닛(300)의 구성을 간략하게 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저 제어유닛 및 열화상 생성유닛의 결합구조를 나타내는 구성도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 레이저 제어유닛 및 열화상 생성유닛의 결합구조를 나타내는 구성도이다.
도 5b는 도 5a의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 표면검사 장치를 이용하여 반도체 칩의 표면결함을 검사하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7a는 상기 레이저 생성유닛(100)에서 생성된 연속파 레이저(L1)를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 상기 연속파 레이저(L2)에 동기화되어 상기 조사점으로부터 검출되는 열파를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 6에 도시된 표면 이미지를 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것은 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 칩 표면 검사장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 칩 표면 검사장치(1000)는 주기성을 갖는 연속파 레이저를 생성하는 레이저 생성유닛(100), 상기 연속파 레이저를 변형하여 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 광 단면 사이즈를 갖는 검사용 레이저 빔을 생성하고, 다수의 상기 반도체 칩의 표면을 국부적으로 동시에 조사하여 가열하는 레이저 제어유닛(200), 상기 검사용 레이저에 대응하여 상기 반도체 칩으로부터 방사되는(radiated) 열파(thermal wave)를 검출하여 상기 반도체 칩의 열화상 이미지(thermal image)를 생성하는 열화상 생성유닛(300) 및 위상잠금 기법으로 상기 열화상 이미지를 처리하여 상기 반도체 칩(C)의 표면결함을 표시하는 위상잠금 이미지를 생성하는 위상잠금 처리유닛(400) 및 상기 위상잠금 이미지를 처리하여 상기 표면결함을 시각적으로 확인할 수 있도록 표시한 표면 이미지를 생성하는 이미지 처리유닛(500)을 포함한다.

레이저 생성유닛(100), 레이저 제어유닛(200), 열화상 생성유닛(300) 및 위상잠금처리 유닛(400)은 중앙 제어유닛(600)에 의해 서로 유기적으로 연결되어 상기 반도체 칩 표면 검사장치(1000)를 구성한다.

일실시예로서, 상기 레이저 생성유닛(100)은 반도체 칩(C)에 대한 손상을 방지할 수 있는 저출력 레이저를 연속적으로 발진시켜 연속파 레이저(continuous wave laser, CW laser, L1)를 생성한다. 이때, 상기 연속파 레이저는 검사대상 반도체 칩(C)의 표면에 일정한 주기(T)를 갖고 조사된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 레이저 생성유닛(100)을 상세하게 나타내는 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 레이저 생성유닛(100)은 트리거 신호(trigger signal)에 따라 일정한 파형을 갖는 전압을 생성하는 함수 생성기(function generator, 110), 상기 함수 생성기(110)에서 생성된 전압을 증폭하고 상기 전압의 파형에 따라 변조된 전류신호(modulated current signals)를 생성하는 변조 구동기(modulating driver, 120), 및 상기 변조 구동기(120)에 의해 구동되어 상기 주기를 갖도록 변조된(modulated) 연속 파형(continuous waveform)의 레이저(continuous wave laser, CW laser)를 생성하는 레이저 발진기(130)를포함한다.

상기 함수 생성기(110)는 상기 중앙 제어유닛(500)으로부터 인가되는 검사 개시 신호인 트리거 신호(trigger signal)에 의해 설정된 파형을 갖는 전압신호를 생성한다. 이에 따라, 상기 함수 생성기(110)는 반도체 칩(C)의 표면을 검사하기에 적합한 특성을 갖는 레이저를 생성하기 위한 기본 파형을 갖는 전압을 생성한다.

본 실시예의 경우, 상기 함수 생성기(110)는 일정한 주기를 갖고 사각파형(square waveform)의 전압을 생성한다. 이에 따라, 상기 연속파 레이저(L1)는 상기 사각파형에 따라 한 주기 내에서 일정시간의 활성모드(active mode)와 비활성 모드(inactive mode)를 갖고 반복적으로 조사된다. 따라서, 상기 검사대상 반도체 칩(C)은 상기 사각파형의 주기에 따라 냉각과 가열이 반복된다.

상기 변조 구동기(modulating driver, 120)는 함수 생성기(110)에서 생성된 주기적인 전압파형을 증폭하고 변조하여 상기 전압파형에 대응하는 전류를 생성한다. 예를 들면, 상기 변도 구동기(120)는 레이저 다이오드 구동기(laser diode driver, LDD)를 포함한다.

상기 레이저 발진기(130)는 내부에 전류신호에 의해 구동되는 공진기(resonator, 미도시)를 구비하여 시간적으로 일정한 출력을 구비하는 레이저를 연속적으로 출력한다. 이때, 상기 공진기 는 상기 변조 구동기(120)에 의해 변조된 전류 신호(current signal)따라 주기적으로 작동되므로출력하는 레이저도 상기 변조신호에 따라 주기성을 갖는 연속파 레이저(L1)로 생성된다.

일실시예로서, 상기 레이저 제어유닛(200)은 상기 연속파 레이저(L1)를 기하학적으로 변형하여 다수의 반도체 칩(C)을 국부적으로 동시에 조사할 수 있는 검사용 레이저 빔을 생성한다. 이에 따라, 다수 반도체 칩(C)은 상기 검사용 레이저 빔에 의해 동시에 국부적으로 가열된다. 또한, 상기 열화상 생성유닛(300)은 각 반도체 칩(C)의 조사점(scanning point)을 열원으로 하는 열파(thermal wave)를 검출하여 각 조사점별로 열화상 이미지를 생성한다.

상기 레이저 제어유닛(200)은 열원으로 기능하는 검사용 레이저 빔(L2)을 반도체 칩(C)으로 조사하고 상기 열화상 생성유닛(300)은 검사용 레이저 빔(L2)에 의해 생성된 열파를 검출하여 열화상 이미지를 생성하므로 레이저 제어유닛(200)의 구조와 형태에 따라 상기 열화상 생성유닛(300)은 다양하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 이하에서는 상기 레이저 제어유닛(200)과 열화상 생성유닛(300)의 결합구조를 중심으로 반도체 칩 표면검사 장치(1000)를 설명한다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 제어유닛 및 열화상 생성유닛의결합구조를 나타내는 구성도이다.

도 3a를 참조하면, 상기 레이저 제어유닛(200)은 상기 레이저 생성유닛(100)으로부터 생성된 상기 연속파 레이저(L1)의 광선속(bundle of rays)을 확장하여 확장 레이저(L11)를 생성하는 빔 확장기(beam expander, 210), 상기 확장 레이저(L11)를 단면 사이즈가 상기 반도체 칩(C)의 표면 사이즈보다 작고 상기 반도체 칩(C)의 서로 다른 조사점에 각각 개별적으로 조사되는 다수의 평행 빔으로 분할하여 다수의 검사용 레이저 빔(L2)을 생성하는 빔 분할기(230) 및 다수의 상기 반도체 칩들(C)이 배치된 기판(S)에 대한 상기 빔 분할기(230)의 상대위치를 변경하여 상기 조사점을 변경하는 위치 가이드(240)를 구비한다.

상기 연속파 레이저(L1)는 광의 단면 사이즈가 작고 지향성이 우수한 평행빔으로서 점광원(point light source)의 특성을 갖는다. 따라서, 상기 연속파 레이저(L1)를 검사용 광원으로 사용하는 경우 동시에 다수의 반도체 칩(C)의 표면으로 조사할 수 없다. 이에 따라, 상기 연속파 레이저(L1)의 광선속을 확장하여 동시에 다수 반도체 칩(C)으로 조사될 수 있도록 기하학적인 형상을 변형할 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 연속파 레이저(L1)는 상기 빔 확장기(210)에 의해 광선속이 확장되어 점광원 형상이 면광원 형상으로 변형될 수 있다. 예를 들면, 초점이 일치된 한 쌍의 렌즈(미도시)를 나란하게 배치하여 초점거리의 비율만큼 광선속의 지름을 확장함으로써 점광원 형상을 갖는 상기 연속파 레이저(L1)는 원형 면광원 형상으로 확장된 확장 레이저(L11)로 변형할 수 있다.

이때, 상기 확장 레이저(L11)의 광선속은 빔 확장기(210)의 초점을 중심으로 가우스 분포(Gaussiandistribution)를 갖도록 확장된다. 따라서, 확장 레이저(L11)의 분포를 균등분포(uniform distribution)로 전환하기 위한 평탄광 생성기(flat beam generator, 220)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 평탄광 생성기(220)는 회절 광학 소자나 다양한 렌즈의 조합을 구비하는 빔 호모저나이저(beam homogenizer)를 포함한다. 이에 따라, 상기 확장 레이저(L11)는 가우시안 광에서 플랫탑 빔(flat-top beam)과 같은 평탄광(L12)으로 변형된다.

상기 빔 분할기(230)는 상기 평탄광(L12)을 다수의 평행 빔으로 분할하여 반도체 칩(C)으로 조사되는 검사용 레이저 빔(L2)으로 변환한다. 즉, 단일한 점광원인 상기 연속파 레이저(L1)는 상기 빔 확장기(210), 평탄광 생성기(220) 및 빔 분할기(230)를 거쳐 균일한 세기를 갖는 다수의 평행 빔으로 분할되어 다수의 반도체 칩(C)이 정렬된 상기 기판(S)으로 조사된다. 이에 따라, 동시에 다수의 반도체 칩(C)으로 검사용 레이저 빔(L2)을 조사할 수 있다.

예를 들면, 상기 빔 분할기(230)는 상기 검사용 레이저 빔(L2)이 개별적으로 통과하는 다수의 레이저 관통 홀(231)을 구비하여 상기 검사용 레이저 빔의 단면 사이즈를 조절하는 패턴 마스크를 포함한다. 예를 들면, 상기 패턴 마스크는 광과 선택적으로 반응할 수 있는 포토-레지스트 패턴(photoresist pattern)을 포함한다.

상기 평탄광(L12)이 패턴 마스크의 전면을 통하여 균일하게 공급되면, 상기 레이저 관통홀(231)을 통해서만 평탄광(L12)이 진행하고 패턴 마스크의 표면은 평탄광(L12)의 진행을 막아 버린다. 이에 따라, 상기 평탄광(L12)은 레이저 관통 홀(231)과 나란하게 패턴 마스크의 하부로 진행되어 다수의 평행 빔으로 분기되어 기판(S)으로 조사된다.

상기 평행빔의 단면 사이즈는 상기 레이저 관통홀(231)의 사이즈를 변경함으로써 적절하게 조절될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 평행빔의 단면 사이즈는 상기 반도체 칩(C)의 표면 사이즈보다 작게 형성되어, 반도체 칩(C)의 표면으로 다수의 검사용 레이저 빔(L2)이 조사될 수 있다. 즉, 각 반도체 칩(C)에 다수의 조사점을 형성하고 상기 검사용 레이저 빔(L2)은 상기 조사점에 각각 개별적으로 조사된다. 이에 따라, 상기 검사용 레이저 빔(L2)은 다수의 반도체 칩(C)으로 조사되고 각 반도체 칩(C)에서 동시에 다수의 조사점이 열파를 생성하는 열원이 될 수 있다.

따라서, 상기 레이저 관통홀(231)은 단일한 반도체 칩(C)에 형성되는 조사점의 개수에 대응하도록 제공되어 상기 반도체 칩(C)의 배수로 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(S) 상에 300개의 반도체 칩(C)이 배치되고 각 반도체 칩(C)에 대하여 3개의 조사점을 형성하는 경우, 상기 패턴 마스크는 900개의 레이저 관통 홀(231)을 구비하도록 제공될 수 있다.

상기 위치 가이드(240)는 기판(S)에 대한 상기 빔 분할기(230)의 상대위치를 변경하여 반도체 칩(C) 표면의 조사점을 변경한다. 예를 들면, 상기 빔 분할기(230)는 상기 기판(S)의 형상을 갖도록 제공되고 상기 위치 가이드(240)는 상기 빔 분할기(230)의 측부와 접촉하는 한 쌍의 선형 가이드(liner guide)를 포함할 수 있다.

상기 위치 가이드(240)는 위치 조정기(P)를 통하여 상기 중앙 제어유닛(600)에 의해 제어된다. 이에 따라, 상기 기판(S)과 빔 분할기(230)의 위치를 적절하게 조절함으로써 상기 검사용 레이저 빔(L2)이 반도체 칩(C)의 지정된 조사점으로조사될 수 있도록 제어할 수 있다.

상기 검사용 레이저 빔에 대응하여 상기 반도체 칩(C)의 각 조사점으로부터 발산되는 열파는 상기 열화상 생성유닛(300)에 의해 검출되어 열화상 이미지로 생성된다.

본 실시예의 경우, 상기 열화상 생성유닛(300)은 빔 분할기(230)와 기판(S) 사이에 배치되고 2 이상의 상기 검사용 레이저 빔(L2)이 투과하는 다수의 투과 홀(311)을 구비하는 기저판(310) 및 상기 투과 홀(311)에 대응하여 상기 기저판(310)의 표면에 배치되고 상기 각 조사점으로부터 발산되는 열파(thermal wave)를 검출하여 열화상 이미지를 생성하는 다수의 열화상 칩(320)을 포함한다.

도 3b는 도 3a에 도시된 열화상 생성유닛(300)의 구성을 간략하게 나타내는 구성도이다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 기저판(310)은 상기 기판(S)에 대응하는 형상과 사이즈를 갖고 소정의 두께를 갖는 원판형태로 제공되고, 상기 투과홀(311)은 기저판(310)을 관통하고 상기 원판의 표면에 균일하게 분포하는 다수의 관통 홀로 제공된다.

상기 투과 홀(311)은 일정한 묶음의 상기 검사용 레이저 빔(L2)이 투과될 수 있는 사이즈를 구비하여 투과홀(311)을 투과한 검사용 레이저 빔(L2)이 조사되는 반도체 칩(C)의 개수를 조정할 수 있다. 이때, 상기 열화상 칩(320)은 각 투과 홀(311)과 인접하도록 상기 원판의 하면에 고정되어 상기 투과 홀(311)을 경유한 검사용 레이저 빔(L2)이 조사되는 반도체 칩(C)으로부터 방사되는 열파를 검출한다.

예를 들면, 상기 투과 홀(311)은 약 6-7개의 반도체 칩(C)으로 다수의 검사용 레이저 빔(L2)을 조사하도록 구성되고 상기 투과 홀(311)에 대응하여 배치되는 열화상 칩(320)은 6-7개의 반도체 칩(C)의 각 조사점에서 발산하는 열파를 개별적으로 검출한다.

따라서, 상기 반도체 칩(C)이 각각 3개의 조사점을 구비하는 경우, 상기 투과 홀(311)은 18-21개의 검사용 레이저 빔(L2)을 투과시키고 상기 열화상 칩(320)은 18-21개의 조사점으로부터 상기 열원을 검출하여 열화상 이미지를 생성한다. 이때, 상기 열화상 칩(320)은 각 조사점에 관한 열화상 이미지를 조사점이 위치하는 반도체 칩(C)별로 구분하여 저장한다.

본 실시예의 경우, 상기 열파는 상기 검사용 레이저 빔(L2)에 의해 상기 조사점으로부터 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖고 발산하는 적외선 파를 포함하고, 상기 열화상 칩(320)은 상기 적외선 파를 검출하는 적외선 검출 칩을 구비한다. 특히, 상기 열파가 적외선 파로 방사되는 경우, 열화상 칩(320)을 구비하는 상기 열화상 생성유닛(300)은 적외선 카메라로 대체될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저 제어유닛 및 열화상 생성유닛의 결합구조를 나타내는 구성도이다. 도 4는 도 3a에 도시된 결합구조와 비교하여 열화상 생성유닛을 적외선 카메라로 대체한 것을 제외하고는 도 3a와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 도 4에서 도 3a와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 열화상 생성유닛(300)은 상기 기판(S)의 외측 상부에 배치되는 적외선 카메라(360)로 구성될 수 있다.

상기 열화상 카메라(360)는 기판(S)의 전면에서 방사되는 열파를 검출하고 각 조사점에 대한 열화상 이미지를 생성한다. 이어서, 각 반도체 칩(C)별로 상기 열화상 이미지를 저장한다. 예를 들면, 상기 기판(S)과 기판 상에 배치된 반도체 칩(C)에 관한 레이아웃을 기준으로 상기 조사점과 반도체 칩(C)을 구분하고 조사점으로부터 생성된 열화상 이미지를 반도체 칩(C) 단위로 구분하여 저장한다.

상기 열화상 카메라(360)는 상기 검사용 레이저 빔(L2)의 경로를 방해하지 않는 한 열화상 이미지의 해상도를 높일 수 있는 다양한 위치에 배치될 수 있음은 자명하다. 예를 들면, 상기 기판(S)의 외측 상부에 배치되어 상기 검사용 레이저 빔(L2)의 경로에 대하여 일정한 경사를 갖도록 배치될 수 있다.

상기 기판(S)은 웨이퍼 카세트(wafer cassette)와 같은 기판 이송기(WC)에 의해 검사대(inspection board, B)에 로딩되고 상기 레이저 제어유닛(200) 및 열화상 생성유닛(300)은 상기 기판(S)에 대하여 적정한 위치에 배치된다.

특히, 상기 열화상 카메라(360)와 기판(S)이 서로 수직하게 배치되도록 상기 레이저 제어유닛(200)과 기판(S)을 서로 경사지게 배치할 수도 있다. 이에 따라, 생성되는 열화상 이미지의 품질을 높일 수 있다.

따라서, 상기 반도체 칩(C)의 각 조사점으로 동시에 다수의 평행 빔인 상기 검사용 레이저 빔(L2)을 조사하고 각 조사점으로부터 발산되는 열파를 검출하여 열화상 이미지를 생성한다. 각 조사점에 대한 상기 열화상 이미지를 조사점이 구비된 반도체 칩()별로 저장하여 상기 반도체 칩(C)에 대한 열화상 이미지를 생성한다.

상기 열화상 생성유닛(300)은 일정시간 동안 각 조사점으로부터 발산하는 열파를 검출하여 각 시간대별로 열화상 이미지를 생성하여 시간 도메인(time domain) 상에서 생성한다.

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 레이저 제어유닛 및 열화상 생성유닛의 결합구조를 나타내는 구성도이다. 도 5a는 도 4에 도시된 결합구조와 비교하여 레이저 제어유닛을 제외하고는 도 4와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 도 5a에서 도 4와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저 제어유닛(200a)은 상기 레이저 생성유닛(100)으로부터 생성된 상기 연속파 레이저(L1)를 일방향을 따라 연장하는 라인 형상을 갖고 상기 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 라인 폭을 갖는 선형 레이저 빔으로 변형하여 상기 검사용 레이저 빔(L2)을 생성하는 라인 빔 생성기(210a) 및 상기 라인을 따라 정렬된 상기 반도체 칩(C)들의 조사점으로상기 선형 검사용 레이저 빔(L2)을 동시에 조사하는 빔 공급자(220a)를 포함한다.

예를 들면, 상기 라인 빔 생성기(210a)는 빔의 입사부와 출력부 사이에 다수의 경사진 미러(mirror)들을 구비하여 점광원으로 제공되는 상기 연속파 레이저(L1)를 상기 기판(S)의 제1 방향(x)을 따라 균일하게 연장하는 라인 형상의 선형 빔으로 변환한다.

특히, 상기 선형 빔의 폭(Wb)을 검사대상 반도체 칩(C)의 길이(Lc) 보다 작게 형성함으로써 선형 빔에 의해 반도체 칩이 국부적으로 조사되도록 조절한다. 이에 따라, 상기 검사용 레이저 빔(L2)은 제1 방향을 따라 인접하게 배치되는 다수의 반도체 칩(C)으로 동시에 국부적으로 조사될 수 있다.

상기 빔 공급자(220a)는 선형 빔의 형상으로 제공되는 상기 검사용 레이저 빔(L2)을 기판 상에 정렬된 반도체 칩(C)의 검사영역인 조사점으로 유도한다. 예를 들면, 상기 빔경로 변경자(220a)는 상기 기판(S)과 라인 빔 생성기(220a)사이에 배치되는 갈바노 거울(Galbano mirror)을 포함한다.

도 5b는 도 5a의 A 영역을 확대한 도면이다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 라인형상으로 제공되는 상기 검사용 레이저 빔(L2)의 폭(Wb)은 기판(S) 상에 정렬된 반도체 칩(C))의 폭(Wc) 보다 작도록 변형된다. 예를 들면, 상기 라인 빔 생성기(210a)를 조절하여 상기 라인 빔의 선폭을 적절하게 조절할 수 있다.

상기 라인 빔은 갈바노 거울과 같은 빔 경로 변경자(220a)에 의해 조사방향이 제어되어 반도체 칩(C)의 특정한 조사점으로 조사된다. 예를 들면, 제1 방향(x)을 따라 인접하는 다수의 반도체 칩(C)의 제1 조사점(sc1)으로 조사되어 서로 인접한 제1 조사점(sc1)들을 동시에 가열한다. 이어서, 상기 갈바노 거울을 제어하여 상기 반도체 칩(C)들의 제2 조사점(sc2)으로 선형 빔을 조사하여 서로 인접한 제2 조사점(sc2)들을 동시에 가열한다.

본 실시예에서는 단일한 반도체 칩을 2개의 조사영역으로 구분하여 검사용 레이저 빔(L2)을 조사하는 것을 예시하고 있지만, 표면검사의 정밀도를 높이기 위하여 반도체 칩의 표면을 3개 이상의 조사영역으로 구분하여 각 반도체 칩을 국부적으로 동시에 조사할 수도 있음은 자명하다.

이때, 상기 열파는 라인 빔에 의해 상기 조사점으로부터 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖고 발산하는 적외선 파를 포함하고, 상기 열화상 생성 유닛(300)은 상기 조사점(sc1, sc2)의 각각으로부터 상기 열화상 이미지를 생성하는 적외선 카메라 시스템을 포함한다. 상기 적외선 카메라는 도 4와 동일하게 구성되어 상기 원시 열화상 이미지를 상기 반도체 칩 별로 구분하여 저장한다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 열화상 이미지는 일정한 알고리즘에 따라 처리되어 상기 반도체 칩(C)의 표면결함을 표시하는 표면 이미지를 생성한다.

예를 들면, 상기 위상잠금 처리유닛(400)은 상기 열화상 이미지를 가공하여 주변의 열적 외란(thermal disturbances)을 제거하고 상기 검사용 레이저 빔(L2)에 의해 생성된 이미지만을 표현하는 위상잠금 이미지(lock-in amplitude image)를 생성한다.

반도체 칩(C)의 각 조사점에 대하여 시간 도메인 상에서 생성된 다수의 열화상 이미지들은 열화상 생성유닛(300)으로부터 상기 위상잠금 진폭 처리기(410)로 전송된다.

상기 위상 잠금 진폭 처리기(410)는 내장된(built-in) 위상잠금 계산 알고리즘을 이용하여 상기 조사점을 중심으로 형성되는 열화상 이미지의 임의의 영역에서의 위상잠금 값(lock-in amplitude value)을 계산한다. 이어서, 상기 조사점을 중심으로 한 일정한 영역에 대한 모든 위상잠금 값들을 결합(assembling)하여 상기 조사점에 관한 상기 위상 잠금 이미지를 생성한다.

상기 검사용 레이저 빔(L2)은 활성모드와 비활성모드를 주기적으로 반복하게 되고 이에 따라 상기 반도체 칩(C) 표면의 조사점도 주기적으로 가열과 냉각이 반복된다. 이때, 상기 위상잠금 이미지는 반도체 칩(C)의 주기적인 가열과 냉각에 의한 온도 편차(temperature gradient)만 결합되고 검사용 레이저 빔(L2)을 제외한 기타 열적외란(thermal disturbances)에 의한 온도편차는 위상잠금 이미지에 표시되지 않는다. 따라서, 상기 열화상 이미지로부터 검사대상 반도체 칩(C) 주변의 열적 외란(thermal disturbances)을 제거하고 상기 검사용 레이저 빔(L2)에 의해 생성된 온도편차만을 반영하는 이미지만 표시할 수 있다. 즉, 상기 위상잠금 이미지는 상기 열화상 이미지로부터 주변의 열적외란에 이미지를 제거하여 주사된 검사용 레이저 빔(L2)에 의해 반응하는 상기 반도체 칩(C)의 표면 이미지만을 표시하게 된다.

상기 이미지 처리유닛(500)은 상기 위상잠금진폭 이미지를 처리하여 상기 표면결함을 시각적으로 확인할 수 있도록 표시한 표면 이미지를 생성한다.

예를 들면, 상기 이미지 처리유닛(5000은 상기 위상잠금진폭 이미지를 가공하여 상기 표면결함에 의한 이미지 불연속 영역인 이미지 특이점(image singularities)을 검출하고 상기 위상잠금 진폭 이미지의 불연속부를 표시하는 불연속 이미지 검출기(510), 상기 표면결함이 표시된 상기 위상잠금 이미지로부터 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부(520)를 포함한다.

상기 열파는 조사점을 중심으로 가우시안 분포를 갖고 전파(propagating)되며, 반도체 칩의 표면에 크랙(crack)이나 스크래치(scratch)와 같은 표면결함이 있는 영역에서는 파동이 전파되지 못하게 되어 표면결합 영역에서는 열파의 왜곡이 발생한다. 이에 따라, 상기 표면결합에 대응하는 이미지 영역은 정상영역과 상이하거나 이미지가 존재하지 않게 되어 이미지 불연속 영역 또는 특이점(image singularities)을 형성하게 된다.

본 실시예의 경우, 상기 불연속 이미지 검출기 (510)는 홀더 지수 분석기(holder exponent analyzer, 미도시)를 내장하고 상기 위상 잠금 이미지에 대하여 홀더 지수 분석을 수행하여 상기 위상잠금 이미지에 포함된 이미지 특이점 (또는 이미지 불연속 영역)을 명료하게 표시한다. 이에 따라, 상기 위상잠금 이미지로부터 표면결함을 검출하고 표시한다.

상기 노이즈 제거부(520)는 상기 표면결함이 표시되도록 가공된 위상잠금 이미지에 포함된 노이즈 성분을 제거함으로써 상기 위상잠금 이미지로부터 노이즈가 제거되고 표면결함은 명료하게 표시된 표면 이미지를 생성한다.

본 실시예의 경우, 상기 노이즈 제거기(520)는 상기 위상잠금 이미지를 구성하는 각 픽셀 값을 통계적으로 분석하여 일정한 문턱값을 넘는 픽셀값만 디스플레이하고 나머지 픽셀값은 제거하는 픽셀값 통계 분석기(미도시)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 포면결함이 표시되도록 가공된 위상잠금 이미지의 픽셀값들에 대한 와이불 분포(Weibull distribution)을 수득하고 상기 와이불 분포의 특정 신뢰구간(confidence interval)을 포함하도록 상기 문턱값을 설정할 수 있다.

이에 따라, 상기 표면 이미지는 주변의 다양한 열적 외란에 의한 이미지 성분은 모두 제거하고 오직 표면결함만을 반영하는 반도체 칩의 표면 이미지를 수득함으로써 상기 표면결함을 간단하고 정확하게 검사할 수 있다.

상기 중앙 제어유닛(600)은 상기 레이저 생성유닛(100), 레이저 제어유닛(200) 및 상기 열화상 생성유닛(300), 위상잠금 처리유닛(400) 및 이미지 처리유닛(500)과 전기적으로 연결되어 제어 신호를 통해 유기적으로제어한다. 이에 따라, 상기 반도체 칩의 표면검사장치(1000)는 상기 중앙 제어유닛(600)의 통제하에 반도체 칩(C)에 대한 표면검사를 수행한다.

예를 들면, 상기 중앙 제어유닛(600)은 작동자에 의한 동작 신호를 수신하고 상기 표면 검사장치(1000)에 대한 다양한 제어신호를 생성하는 제어 신호 처리기(610) 및 상기 제어신호 처리기(610)에 의해 구동되어 레이저 생성유닛(100), 레이저 제어유닛(200), 열화상 생성유닛(300), 위상잠금 처리유닛(400) 및 이미지 처리유닛(500)으로 제어신호를 인가하는 신호 전송부(620)를 구비한다.

선택적으로, 상기 신호 전송부(620)는 상기 이미지 처리 유닛(500)에 의해 생성된 반도체 칩(C)의 표면 이미지를 디스플레이 유닛(700)으로 전송하여 시각적으로 표시할 수도 있다.

특히, 상기 신호 전송부(620)는 상기 레이저 생성유닛(100)과 상기 열화상 생성유닛(300)의 구동을 서로 동기화시킨다. 이에 따라, 상기 연속파 레이저(L1)를 생성하는 제1 제어신호(SS1)와 상기 열화상 이미지를 생성하는 제2 제어신호(SS2)는 서로 동기화되어 연속파 레이저와 열화상 이미지를 일대일로 매칭시킬 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 제1 및 제2 제어신호(SS1, SS2)를 동기화하는 동기신호는 중앙 제어유닛(600)에서 레이저 생성유닛(100) 및 상기 열화상 생성유닛(300)으로 동시에 전송되는 트리거 신호에 포함될 수 있다.

따라서, 상기 연속파 레이저(L1)는 일정한 주기를 갖고 반복적으로 조사되지만, 상기 열화상 이미지는 각 조사시점에 대응하는 열화상 이미지를 수득함으로써 상기 연속파 레이저(L2)의 각 주기별로 구별되는 열화상 이미지를 생성할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 의한 반도체 칩 표면 검사장치는주기성을 갖도록 변조된 연속파 레이저를 검사대상 반도체 칩의 칩 사이즈보다 작은 광 사이즈를 갖도록 변형하여 기판으로 조사함으로써 다수의 반도체 칩을 국부적으로 동시에 가열할 수 있다. 다수 반도체 칩의 다수 조사점으로부터 열화상 이미지를 생성하고 상기 열화상 이미지를 영상처리하여 반도체 칩의 표면결함을 짧은 시간에 정확하게 검사할 수 있다.

이하에서, 상기 표면 검사장치(1000)를 이용한 반도체 칩의 표면 검사방법에 대하여 상술한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에 도시된 표면검사 장치를 이용하여 반도체 칩의 표면결함을 검사하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 레이저 생성기(100)를 구동하여 주기성을 갖도록 변조된 상기 연속파 레이저(L1)를 생성한다 (단계S100).

상기 중앙 제어유닛(600)에 의해 상기 레이저 생성기(100)로 트리거 신호가 인가되면 상기 제1 제어신호(SS1)에 의해 상기 함수 생성기(110)로부터 일정한 주기를 갖는 전압신호가 생성된다. 상기 주기성 전압신호는 변조 구동기(120)에 의해 증폭 및 변조되어 변조된 전류신호(modulated current signal)로 변환(converted)되고 상기 레이저 발진기(130)는 상기 변조된 전류신호에 의해 주기성을 갖는 연속파 레이저(L1)를 출력한다.

이어서, 상기 연속파 레이저(L2)를 반도체 칩(C)의 표면 사이즈보다 작은 광 사이즈를 갖는 검사용 레이저 빔(L2)으로 변형한다 (단계 S200).

예를 들면, 단일한 점광원인 상기 연속파 레이저(L1)는 상기 레이저제어유닛(200)의 패턴 마스크(도 3a의 220)에 의해 반도체 칩(C)의 표면 사이즈보다 작은 광 사이즈를 갖는 다수의 평행 빔으로 분기된다. 이에 따라, 상기 검사용 레이저 빔(L2)은 단일한 반도체 칩(C)의 표면으로 조사될 수 있는 평행한 다수의 점광원인 평행 빔으로 생성된다.

이와 달리, 단일한 점광원인 상기 연속파 레이저(L1)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레이저 제어유닛(200a)의 라인 빔 생성기(도 5a의 210)에 의해 반도체 칩(C)의 반도체 칩(C)의 폭(Lc)보다 작은 광 폭(Wb)을 갖고 상기 기판(S)의 제1 방향을 따라 연장하는 라인 형상을 갖는 선형 빔으로 분기된다.

이어서, 상기 검사용 레이저 빔(L2)을 조사하여 다수 반도체 칩(C)의 표면을 국부적으로 동시에 가열한다 (단계 S300).

상기 검사용 레이저 빔(L2)이 점광원 형태를 갖는 다수의 평행 빔으로 변형된 경우, 상기 기판(S) 상에 배치된 각 반도체 칩(C)의 표면으로 동시에 조사된다. 상기 검사용 레이저 빔(L2)의 광 사이즈는 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작게 형성되므로 단일한 반도체 칩의 표면으로 다수의 검사용 레이저 빔(L2)이 조사된다. 이에 따라, 상기 검사용 레이저 빔(L2)은 다수의 반도체 칩(C)의 표면을 국부적으로 동시에 가열하게 된다.

이와 달리, 상기 검사용 레이저 빔(L2)이 라인 빔으로 변형된 경우, 상기 제1방향을 따라 인접하도록 배치된 반도체 칩(C)의 표면으로 동시에 조사된다. 상기 검사용 레이저 빔(L2)의 선폭은 반도체 칩의 폭보다 작게 형성되므로 각 반도체 칩(C)은 상기 검사용 레이저 빔(L2)의 선폭에 대응하는 조사점에서 국부적으로 가열된다.

이어서, 상기 반도체 칩(C)의 각 조사점으로부터 방사되는 열파를 검출하여 각 조사점에 대한 열화상 이미지를 생성한다 (단계 S400).

예를 들면, 상기 검사용 레이저 빔(L2)가 조사되는 조사점으로부터 가우시안분포를 갖는 적외선 열파가 발산되고, 상기 기판(S)의 상면에 배치된 열화상 칩(320)이나 기판(S)의 외곽에 배치된 적외선 카메라(360)를 이용하여 상기 반도체 칩(C)의 각 조사점에서 발산되는 열파를 검출하여 각 조사점에 대한 열화상 이미지를 생성한다. 상기 열화상 이미지는 상기 반도체 칩(C) 단위로 저장된다.

도 7a는 상기 레이저 생성유닛(100)에서 생성된 연속파 레이저(L1)를 나타내는 그래프이고, 도 7b는 상기 연속파 레이저(L2)에 동기화되어 상기 조사점으로부터 검출되는 열파를 나타내는 그래프이다.

도 7a를 참조하면, 상기 연속파 레이저(L1)는 주기 T를 갖는 사각파로 공급되고 T/2 동안 활성모드를 유지한 후 T/2동안 비활성모드를 유지한다. 활성모드에서는 균일한 세기(I)로 공급된다. 따라서, 상기 연속파 레이저(L1)는 T/2 시간 동안은 균일한 세기로 가열되고 나머지 T/2 시간 동안은 냉각되도록 기판으로 조사된다.

따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 검사용 레이저 빔(L2)이 조사된 후 T/2시간이 경과한 후 가장 센 열파가 검출되고 이후 열파의 강도가 약해지는 거동을 보인다. 상기 열화상 생성유닛(300)에서 생성되는 열화상 이미지는 도 7b에 도시된 열파를 이미지로 변환한 것으로서 연속파 레이저(L1)의 주기성이 상기 열화상 이미지에도 동기화되어 주기적으로 반복된다.

상기 열화상 이미지는 반도체 칩(C)의 자체의 광 발산율(emissivity)이나 상기 열화상 생성유닛(300)에 의해 반사된 열파에 의한 이미지 등이 혼재되어 있다. 따라서, 열화상이미지 자체만으로는 정확한 표면결함을 발견하기 어렵다.

이에 따라, 위상 잠금진폭 기법(lock-in amplitude technology)에 의해 상기 열화상 이미지를 처리하여 위상 잠금 이미지를 생성한다 (단계 S500).

반도체 칩(C)의 각 조사점으로부터 발산되는 열파는 상기 조사점을 중심으로 가우시안 분포를 형성하면서 발산되므로 상기 열화상 이미지도 상기 조사점을 중심으로 가우시안 분포에 대응하는 이미지 영역을 구비하게 된다. 상기 이미지 영역 중 표면결함을 나타내는 것으로 의심되는 관심영역의 픽셀값에 대한 위상잠금진폭 값(lock-in amplitude value)을 개별적으로 계산하고, 모든 픽셀에 대한 위상잠금진폭 값을 결합(assembling)함으로써 상기 관심영역에 관한 위상잠금 이미지를 생성한다.

상기 열화상 이미지는 표면결함뿐만 아니라 다양한 열적외란(thermal disturbances)에 의한 이미지까지 중첩되어 표시된다. 상기 위상잠금진폭 기법은 상기 조사점에 관한 가열과 냉각에 의한 온도구배(temperature gradients)에 의한 이미지만을 잔류시키고 열적외란에 의한 이미지를 제거함으로써 검사용 레이저 빔(L2)와 연관된(locking) 이미지만을 표시한다. 따라서, 상기 위상 잠금 진폭 이미지는 열적외란에 이미지를 제거하고 검사용 레이저 빔의 조사에 의한 이미지만을 표시하게 된다.

상기 표면결함의 사이즈가 충분히 큰 경우 상기 반도체 칩의 표면에 대한 상기 위상잠금 이미지 자체만으로도 검출할 수 있으며, 미세한 표면결함의 경우에도 각 조사점에 대한 상기 위상잠금 이미지를 서로 비교함으로써 표면결함을 정확하게 검사할 수 있다. 상기 검사용 레이저 빔(L2)은 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 광폭을 갖고 다수의 조사영역으로 조사되므로 반도체 칩의 각 조사영역에 대한 위상잠금 이미지를 서로 비교함으로써 상기 표면결함 여부를 더욱 효과적을 검사할 수 있다.

선택적으로, 상기 표면결함의 형상과 위치 및 크기 등을 정확하게 정확하게 검사하기 위하여 추가적인 영상처리를 더 수행할 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 위상잠금 이미지를 처리하여 상기 반도체 칩의 표면결함을표시하는 표면 이미지를 생성한다 (단계 S600). 이에 따라, 반도체 칩의 표면결함을 시각적으로 명료하게 표시하고 표면결함을 시각적으로 명료하게 표시하고, 반도체 칩 표면검사의 효율과 정확성을 높일 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 도 6에 도시된 표면 이미지를 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 먼저, 홀더 지수 분석기법(holder exponent analysis technology)에 의해 상기 위상잠금 이미지를 영상처리하여 상기 표면결함에 의한 이미지 불연속 영역인 이미지 특이점(image singularities)을 검출하여 표시한다 (단계 S610).

가우시안 분포를 갖고 전파하는 열파가 반도체 칩(C)의 표면에 형성된 크랙과 같은 표면결함을 만나는 경우, 매질의 변화로 인해 열파는 전파되지 않고 표면결함 포인트(defect point)에서는 열파가 검출되지 않는 특이점을 형성하게 된다. 따라서, 반도체 칩(C)의 표면에 표면결함이 형성된 경우 상기 위상잠금 이미지는 표면결함에 의한 다수의 이미지 특이점을 포함한다.

상기 홀더 지수 분석기법은 상기 위상잠금 이미지에 포함된 이미지의 불연속 영역을 검출함으로써 상기 위상잠금 이미지에 포함된 상기 이미지 특이점들을 검출한다. 이미지 특이점들은 표면결함의 형상을 따라 분포하므로 위상잠금 이미지에서는 이미지의 불연속 영역으로 표시되고 이는 반도체 칩(C)의 표면에 형성된 표면결함의 형상과 크기 및 위치를 반영하게 된다. 이에 따라, 반도체 칩(C)의 표면에 위치하는 표면결함의 형상, 크기 및 위치를 시각적으로 정확하게 확인할 수 있다.

이어서, 이미지 특이점이 표시된 상기 위상잠금 이미지로부터 노이즈를 제거함으로써 표면결함의 시각적 표시품질(visual display quality)을 높일 수 있다 (단계 S620).

예를 들면, 상기 노이즈 제거기(430)에 내장된 픽셀값 분석기를 구동하여 상기 위상잠금 이미지를 구성하는 각 픽셀 값(pixel value)을 통계적으로 분석하여 일정한 문턱값을 넘는 픽셀 값만 디스플레이하고 나머지 픽셀값은 제거한다. 본 실시예의 경우, 상기 위상잠금 이미지의 픽셀값들에 대한 와이불 분포(Weibull distribution)를 수득하고 상기 와이불 분포의 특정 신뢰구간(confidence interval)을 포함하도록 상기 문턱값을 설정할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반도체 칩 표면검사 장치 및 이를 이용한 표면검사 방법에 의하면, 주기성을 갖도록 변조된 연속파 레이저를 검사대상 반도체 칩의 칩 사이즈보다 작은 광 사이즈를 갖도록 변형하여 기판으로 조사함으로써 다수의 반도체 칩을 국부적으로 동시에 가열할 수 있다. 다수 반도체 칩의 다수 조사점으로부터 열화상 이미지를 생성하고 상기 열화상 이미지를 영상처리하여 반도체 칩의 표면결함을 짧은 시간에 정확하게 검사할 수 있다.

특히, 대구경 웨이퍼에 제조되는 다수의 반도체 칩의 표면에 대한 결함을 짧은 시간에 정확하게 검출함으로써 반도체 제조의 공정효율을 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

1. 주기성을 갖는 연속파 레이저를 생성하는 레이저 생성유닛
   상기 연속파 레이저를 변형하여 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 광 사이즈를 갖는 검사용 레이저 빔을 생성하고, 다수의 상기 반도체 칩의 표면을 국부적으로동시에 조사하여 가열하는 레이저 제어유닛
   상기 검사용 레이저 빔에 대응하여 상기 반도체 칩으로부터 방사되는(radiated) 열파(thermal wave)를 검출하여 상기 반도체 칩의 열화상 이미지(thermal image)를 생성하는 열화상 생성유닛 및
   위상잠금 기법으로 상기 열화상 이미지를 처리하여 상기 반도체 칩의 표면결함을 포함하는 위상잠금 이미지를 생성하는 위상잠금 처리유닛을 포함하고,
   상기 위상잠금 처리유닛은 상기 열화상 이미지에 대응하는 상기 열파의 진폭(amplitude)을 처리하여 상기 위상잠금 이미지로부터 상기 검사용 레이저 빔이 조사되는 조사점 주변의 열적외란에 의한 이미지를 제거하는 위상잠금 진폭처리기를 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 생성 유닛은
   트리거 신호(trigger signal)에 따라 일정한 파형을 갖는 전압을 생성하는 함수 생성기(function generator);
   상기 함수 생성기에서 생성된 전압을 증폭하고 상기 전압의 파형에 따라 변조된 전류신호를 생성하는 변조 구동기 및
   상기 변조 구동기 에 의해 구동되어 일정한 주기를 갖도록 변조된(modulated) 연속 파형(continuous waveform)의 레이저인 연속파 레이저(continuous wave laser, CW laser)를생성하는 레이저 발진기(laser oscillator)를 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 레이저 제어유닛은,
   상기 레이저 생성유닛으로부터 생성된 상기 연속파 레이저의 광선속(bundle of rays)을 확장하여 확장 레이저를 생성하는 빔 확장기(beam expander);
   상기 확장 레이저를 광 단면 사이즈가 상기 반도체 칩의 표면보다 작고 상기 반도체 칩의 서로 다른 조사점에 각각 개별적으로 조사되는 다수의 평행 스팟 빔으로 분할하여 상기 검사용 레이저 빔을 생성하는 빔 분할기 및
   다수의 상기 반도체 칩들이 배치된 기판에 대한 상기 빔 분할기의 상대위치를 변경하여 조사점을 변경하는 위치 가이드를 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 빔 분할기는 상기 검사용 레이저 빔이 개별적으로 통과하는 다수의 레이저 관통 홀을 구비하여 상기 단면 사이즈를 조절하는 패턴 마스크를 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
6. 삭제
7. 제4항에 있어서, 상기 확장 레이저의 광선속을 가우시안 분포(Gaussian distribution)로부터 균등분포(uniform distribution)로 변환하여 상기 검사용 레이저 빔들이 균일한 세기를 갖도록 하는 평탄광 생성기(flat beam generator)를 더 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
8. 제4항에 있어서, 상기 열화상 생성 유닛은,
   상기 빔 분할기와 상기 기판 사이에 배치되고 2 이상의 상기 검사용 레이저 빔이 투과하는 다수의 투과 홀을 구비하는 기저판 및
   상기 투과 홀에 대응하여 상기 기저판의 표면에 배치되고 상기 조사점으로부터 발산되는 상기 열파(thermal wave)를 검출하여 상기 열화상 이미지를 생성하는 다수의 열화상 칩을 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
9. 제4항에 있어서, 상기 열파는 상기 검사용 레이저 빔에 의해 상기 조사점으로부터 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖고 발산하는 적외선 파를 포함하고, 상기 열화상 생성 유닛은 상기 기판의 외측 상부에 배치되는 적외선 카메라를 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 레이저 제어유닛은,
    상기 레이저 생성유닛으로부터 생성된 상기 연속파 레이저를 일방향을 따라 연장하는 라인 형상을 갖고 상기 반도체 칩의 표면 사이즈보다 작은 빔 폭을 갖는 선형 레이저 빔으로 변형하여 상기 검사용 레이저 빔을 생성하는 라인 빔 생성기 및
    상기 라인을 따라 정렬된 상기 반도체 칩들의 조사점으로 상기 선형 검사용 레이저 빔을 동시에 조사하는 빔 공급자를 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
11. 삭제
12. 제10항에 있어서, 상기 열파는 상기 선형 레이저 빔에 의해 상기 조사점으로부터 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 갖고 발산하는 적외선 파를 포함하고, 상기 열화상 생성 유닛은 상기 조사점의 각각으로부터 상기 열화상 이미지를 생성하고 생성된 원시 열화상 이미지를 상기 반도체 칩 별로 구분하여 저장하는 적외선 카메라를 포함하는 반도체 칩의 표면 검사장치.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

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