WO2024048800A1 - 웨이퍼 검사 시스템 - Google Patents

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WO2024048800A1
WO2024048800A1 PCT/KR2022/012847 KR2022012847W WO2024048800A1 WO 2024048800 A1 WO2024048800 A1 WO 2024048800A1 KR 2022012847 W KR2022012847 W KR 2022012847W WO 2024048800 A1 WO2024048800 A1 WO 2024048800A1
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wafer
stage
arm
wafer inspection
unit
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PCT/KR2022/012847
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백승균
이재열
신호철
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(주)구일엔지니어링
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/68—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for positioning, orientation or alignment

Definitions

  • the present invention relates to a wafer inspection system, and more specifically, to a wafer inspection system that inspects semiconductor wafers for abnormalities.
  • this invention is supported by the Ministry of Trade, Industry and Energy and is part of the 'Development of holography-based automatic optical inspection equipment for large-area inspection of semiconductor 3D packaging three-dimensional structures' project among the 'Next-generation intelligent semiconductor technology development' project managed by the Korea Institute of Industrial Technology Evaluation and Planning. It is the result.
  • 3D packaging processes such as TSV (Through Silicon Via) and POP (Package on Package), which are next-generation semiconductor technologies, are attracting attention to improve the integration of devices in the semiconductor industry.
  • a stacked circuit is made and then subjected to an actual operation test or a sample is destroyed and confirmed using equipment such as a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • the present applicant proposed the present invention to solve the above problems, and related prior art documents include 'Optical measurement of aperture size in a wafer' in Republic of Korea Patent No. 10-2228029.
  • the present invention is intended to solve the above problems, so that workers can easily perform the wafer supply, three-dimensional image generation and control process in inspecting the wafer for abnormalities, and check the wafer for abnormalities with high accuracy.
  • the purpose is to provide a structured wafer inspection system.
  • the present invention includes a wafer transfer unit for loading and unloading a wafer to be inspected; a wafer inspection unit that receives the wafer from the wafer transfer unit and acquires three-dimensional information of the wafer using a holographic image; and a control unit that determines whether there is an abnormality in the wafer from the 3D information measured from the wafer inspection unit and controls the wafer transfer unit and the wafer inspection unit.
  • the wafer transfer unit includes a load port where a cassette containing a wafer is placed; a robot arm that picks up the wafer from the cassette placed in the load port; and an alignment unit that aligns the wafer picked up by the robot arm.
  • the robot arm includes a first arm whose longitudinal end is rotatably connected to a drive shaft; a first arm whose longitudinal end is rotatably connected to the other longitudinal end of the first arm; and a pickup arm whose longitudinal end is rotatably connected to the other longitudinal end of the second arm, and where a pickup member for holding a wafer is provided at the longitudinal other end.
  • the wafer inspection unit includes a rotation stage on which the wafer transported by the robot arm is placed and aligns the wafer; a first stage on which the rotation stage is mounted and which transports the rotation stage forward or backward; a second stage on which the first stage is mounted and which transports the first stage in a left or right direction; and an optical module that acquires three-dimensional information of the wafer placed on the rotation stage.
  • the rotation stage is rotated by receiving power from a driving unit and includes a rotation plate on which the wafer to be inspected is placed, and the rotation plate has a seating groove into which the pickup member of the pickup arm holding the wafer is inserted. It can be provided.
  • the second stage includes a surface on which the second stage is mounted, wherein the second stage is arranged along the longitudinal direction of the surface, and the first stage is mounted on the second stage while being arranged along the width direction of the surface. It can be.
  • it may further include a lifting stage provided on a support frame provided on the platform to raise or lower the optical module.
  • a vibration isolation table may be provided at the lower edge of the surface.
  • the optical module may be a reflective digital holographic microscope (DHM) that measures three-dimensional information of the wafer by generating hologram information using reflected light.
  • DHM digital holographic microscope
  • the wafer inspection system provides a configuration for removing a wafer from a cassette placed in a load port or inserting a wafer into the cassette in an automated manner, so that the wafer transfer process can be quickly performed.
  • the wafer inspection system provides a configuration that can continuously move the wafer left/right or forward/backward in response to the imaging and inspection area of the digital holographic microscope, so 3-way inspection of the wafer through holographic images is possible. With dimensional information, the presence or absence of abnormalities in the wafer can be accurately identified.
  • the wafer inspection system provides a configuration in which the wafer to be inspected is transported using a rotation stage, a first stage, and a second stage, so wafer transport accuracy can be increased, and defects in each stage can be increased.
  • the process of replacing the defective stage is shortened and the cost is reduced.
  • the wafer inspection system provides a configuration in which the rotation stage on which the wafer is seated rotates and is transferred from the first stage and the second stage, so the wafer is initially placed freely in accordance with the position of the wafer transfer unit. You can set it.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wafer inspection system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view of the overall configuration of the wafer transfer unit according to an embodiment of the present invention as seen from the rear.
  • Figure 3 is a plan view of the wafer transfer unit shown in Figure 2.
  • Figure 4 is a perspective view of a wafer inspection unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a plan view of the wafer inspection unit shown in Figure 4.
  • Figure 6 is a side view of the wafer inspection unit shown in Figure 4.
  • Figure 7 is a view showing a state in which a wafer is placed on a rotation stage according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a perspective view showing a state in which the rotation stage according to an embodiment of the present invention is disposed below the optical module.
  • FIGS. 1 to 8 a wafer inspection system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
  • detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order to make the gist of the invention unambiguous.
  • FIG. 1 is a perspective view of a wafer inspection system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the overall configuration of the wafer transfer unit according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a perspective view of the wafer transfer unit shown in Figure 2.
  • FIG. 4 is a perspective view of the wafer inspection unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a top view of the wafer inspection unit shown in FIG. 4
  • FIG. 6 is a side view of the wafer inspection unit shown in FIG. 4
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which a wafer is placed on a rotation stage according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8 is a perspective view showing a state in which the rotation stage according to an embodiment of the present invention is placed below the optical module.
  • the wafer inspection system 100 includes a wafer transfer unit 200 for loading and unloading a wafer (W, see FIG. 7) to be inspected; a wafer inspection unit 300 that receives the wafer W from the wafer transfer unit 200 and obtains three-dimensional information of the wafer using a holographic image; And a control unit 400 that detects abnormalities in the wafer (W) from the three-dimensional information measured by the wafer inspection unit 300 and controls the wafer transfer unit 200 and the wafer inspection unit 300. You can.
  • the wafer transfer unit 200 is a device for loading or unloading the wafer (W) into the wafer inspection unit 300, which will be described later, and is provided inside the housing 10 shown in FIG. 1. .
  • the wafer transfer unit 200 includes a load port 210 on which a cassette (not shown) containing a wafer (W, see FIG. 7) is placed; a robot arm 220 that picks up the wafer (W) from the cassette placed in the load port 210; and an alignment unit 230 that aligns the wafer W picked up by the robot arm 220.
  • the load port 210 is provided on one side of the housing 10 and provides a predetermined space where the wafer W can be placed. In addition, it includes a gate 211 so that the wafer W placed in the space can be transferred into the interior of the housing 10.
  • a pair of load ports 210 are provided on one surface of the housing 10.
  • a cassette containing a wafer (W) to be inspected may be placed in one load port 210, and a wafer (W) for which inspection has been completed may be placed in the other load port 210.
  • a cassette to store can be placed. Therefore, it is preferable that at least one load port 210 is provided on one surface of the housing 10.
  • the robot arm 220 may be placed on one inner side of the housing 10 and serves to transport the wafer W placed on the load port 210.
  • the robot arm 220 has a configuration that can be rotated in the direction in which the load port 210 or the alignment unit 230 is disposed, and also has a configuration that can be rotated in the direction in which the wafer inspection unit 300, which will be described later, is disposed.
  • the robot arm 220 includes a first arm 221 whose longitudinal end is rotatably connected to a drive shaft; a second arm 222 whose longitudinal end is rotatably connected to the other longitudinal end of the first arm 221; and a pickup arm 223, one longitudinal end of which is rotatably connected to the other longitudinal end of the second arm 222, and a pickup member 223a for holding the wafer W at the other longitudinal end. can do.
  • the first arm 221, the second arm 222, and the pickup pressure 223 have a configuration that can be rotated in one direction or the other direction, and can be rotated in various directions individually or simultaneously.
  • one of the first arm 221, the second arm 222, and the pickup pressure 223 is selectively driven or driven simultaneously to pick up the wafer W from the cassette placed in the load port 210.
  • the picked wafer (W) can be transferred to the alignment unit 230 or the wafer inspection unit 300.
  • the pickup member 223a provided at the tip of the pickup arm 233 can be said to be a component that directly holds the wafer.
  • the pickup member 223a may have an overall fork shape and may be disposed at the top and bottom of the wafer W, respectively. That is, the pickup member 223A may be composed of a pair, and can grip the wafer W when moved in a direction close to each other and retracted.
  • the alignment unit 230 is a component for aligning the wafer W supported by the pickup arm 233, and may be implemented with a generally known aligner for wafer equipment.
  • a typical aligner can align the wafer by means of a CCD camera, infrared or ultrasonic sensor.
  • the wafer transfer unit 200 configured as described above includes the process of picking up the wafer (W) placed in the load port 210, the process of aligning the picked wafer (W), and the aligned wafer (W) to the wafer inspection unit 300. ) can be performed sequentially.
  • the wafer inspection unit 300 may be a device that receives the wafer W to be inspected from the wafer transfer unit 200 and inspects the wafer W for abnormalities.
  • the wafer inspection unit 300 includes a rotation stage 310 on which a wafer (W) to be inspected is placed and the wafer (W) is aligned. ; A first stage 320 on which the rotation stage 310 is mounted and which transports the rotation stage 310 forward or backward; a second stage 330 on which the first stage 320 is mounted and which transports the first stage 320 in the left or right direction; and an optical module 340 that acquires three-dimensional hologram information by photographing the wafer W placed on the rotation stage 310.
  • the rotation stage 310 rotates by receiving power from a driving unit (not shown) and may include a rotation plate 311 on which the wafer to be inspected is placed.
  • the rotating plate 311 provides a predetermined area on which the wafer W can be placed.
  • the rotating plate 311 may be made of a porous material in order to fix the wafer W using a vacuum adsorption method. That is, a flow path through which air can flow may be formed in the lower part of the rotating plate 311, and when an air pump (not shown) is operated, the wafer W may be adsorbed to the rotating plate 311.
  • a seating groove 312 may be provided on the rotating plate 311.
  • the tip of the pickup arm 223 holding the wafer W may be inserted into the seating groove 312 of the rotating plate 311. Accordingly, the seating groove 312 may have a shape corresponding to the pickup member 223a provided at the front end of the pickup arm 223.
  • the wafer W may be vacuum adsorbed to the rotating plate 311.
  • the rotation plate 311 can be rotated while the wafer W is adsorbed to align the inspection area of the wafer W with the lens of the optical module 340, which will be described later.
  • the first stage 320 is provided with a guide rail for moving the rotation stage 310 forward or backward, and this guide rail is connected to the rotation stage 310.
  • the power source for transporting the rotation stage 310 mounted on the first stage 320 may be comprised of a drive motor or a known actuator.
  • the second stage 330 is provided with a guide rail for transporting the first stage 320 in the left or right direction, and this guide rail is connected to the first stage 320.
  • the power source for transporting the first stage 320 mounted on the second stage 330 may be comprised of a drive motor or a known actuator.
  • the rotation stage 310, first stage 320, and second stage 330 described above may be provided on the surface plate 370.
  • the second stage 330 may be arranged along the longitudinal direction of the base 370, and the first stage 320 may be arranged along the width direction of the base 370.
  • the first stage 320 and the second stage 330 serve to transport the wafer W placed on the rotating plate 311 along the longitudinal or width direction of the surface plate 370.
  • the first stage 320 and the second stage 330 also enable the inspection area of the wafer W to be inspected to correspond to the lens of the optical module 340.
  • the optical module 340 may be mounted to be raised or lowered on the support frame 380 provided on the platform 370.
  • the support frame 380 has a gantry shape and is provided on the platform 370, and a lifting stage 350 is provided at its center.
  • the optical module 340 is mounted on the lifting stage 350 and is a reflective digital holographic microscope (DHM) that measures three-dimensional information of the wafer W by generating hologram information using reflected light. It can be configured.
  • DHM digital holographic microscope
  • the optical module 340 can be lowered in the direction in which the wafer W is placed or raised to its original state by the lifting stage 350.
  • the reflective digital holographic microscope is designed to allow light to be shined in front of a hologram and the reflected image to be observed in front of the hologram. Unlike existing holographic microscopes, it has the advantage of having a clear three-dimensional effect, so the wafer It can be said to be suitable for checking whether there is an abnormality in (W).
  • the inspection area in which the optical module 340 can acquire three-dimensional information by photographing the wafer W may be said to be a portion of the total area formed by the wafer W.
  • the imaging area in which the optical module 340 can acquire 3D holographic information may be, for example, 1/30 to 1/40 of the total area formed by the wafer W.
  • preventing the wafer W from flowing during the process of moving the wafer W is very important in terms of enabling the optical module 340 to acquire three-dimensional holographic information with high accuracy.
  • a vibration isolation table 360 is provided at the lower edge of the surface plate 370.
  • the vibration isolation table 360 serves to correct the position of the base 370 to a preset position when shock or vibration due to an external force occurs on the base 370.
  • the tilt of the surface plate 370 is corrected in the horizontal direction, and the wafer (W ) can be corrected for the height or tilt of the surface plate 370 so that it sticks to the preset position.
  • the wafer inspection unit 300 configured as described above provides a configuration that can continuously move the wafer W in the left/right direction or forward/backward in response to the imaging and inspection area of the digital holographic microscope, With 3D information on the wafer through a holographic image, the presence or absence of any abnormalities in the wafer can be accurately identified.
  • the control unit 400 can receive three-dimensional information measured by the wafer inspection unit 300. Additionally, the presence or absence of abnormalities in the wafer (W) can be determined from the measurement information and the presence or absence of abnormalities in the wafer (W) can be communicated to the inspector.
  • control unit 400 may control the wafer transfer unit 200 to separate the abnormal wafer W from the wafer inspection unit 300.
  • control unit 400 may control the wafer transfer unit 200 to transfer the wafer W determined to be a good product to the load port 210. .
  • the control unit 400 as described above may be arranged on one side of the wafer transfer unit 200, and the inspector controls the driving commands of the wafer transfer unit 200 and the wafer inspection unit 300, and controls three of the wafers (W). It can be configured to include various control buttons and displays so that dimensional information can be checked with the naked eye.
  • the present invention can be applied and sold in the semiconductor industry.

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Abstract

본 발명은, 검사하고자 하는 웨이퍼를 로딩 및 언로딩 시키는 웨이퍼 이송부; 상기 웨이퍼 이송부로부터 웨이퍼를 전달받으며, 홀로그램 이미지를 이용하여 상기 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하는 웨이퍼 검사부; 및 상기 웨이퍼 검사부로부터 측정된 3차원 정보로부터 상기 웨이퍼의 이상유무를 파악하고, 상기 웨이퍼 이송부와 상기 웨이퍼 검사부를 제어하는 제어부;를 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 검사 시스템
본 발명은, 웨이퍼 검사 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는, 반도체 웨이퍼의 이상유무를 검사하는 웨이퍼 검사 시스템에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 산업통상자원부에서 지원하며, 한국산업기술평가원에서 관리하는 ‘차세대 지능형 반도체 기술개발‘사업 중 ’반도체 3D 패키징 입체구조의 대면적 검사를 위한 홀로그래피 기반 자동 광학 검사 장비 개발‘사업의 결과물이다.
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, 웨이퍼의 이상유무를 검사하는데 있어서 웨이퍼의 공급과 3차원 이미지 생성 및 제어 과정을 작업자가 간편하게 수행하고, 높은 정확도로 웨이퍼의 이상유무를 확인할 수 있도록 구성된 웨이퍼 검사 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 검사하고자 하는 웨이퍼를 로딩 및 언로딩 시키는 웨이퍼 이송부; 상기 웨이퍼 이송부로부터 웨이퍼를 전달받으며, 홀로그램 이미지를 이용하여 상기 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하는 웨이퍼 검사부; 및 상기 웨이퍼 검사부로부터 측정된 3차원 정보로부터 상기 웨이퍼의 이상유무를 파악하고, 상기 웨이퍼 이송부와 상기 웨이퍼 검사부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 이송부는, 웨이퍼가 수납된 카세트가 놓여지는 로드포트; 상기 로드포트에 놓여진 카세트에서 상기 웨이퍼를 픽업하는 로봇암; 및 상기 로봇암에 의해 픽업된 웨이퍼를 정렬시키는 정렬부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 로봇암은, 구동축에 길이방향 일단이 회동 가능하게 연결되는 제1암; 상기 제1암의 길이방향 타단에 길이방향 일단이 회동 가능하게 연결되는 제1암; 및 상기 제2암의 길이방향 타단에 길이방향 일단이 회동 가능하게 연결되며, 길이방향 타단에는 웨이퍼를 파지하기 위한 픽업부재가 마련된 픽업암;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 웨이퍼 검사부는, 상기 로봇암에 의해 이송된 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 상기 픽업암의 픽업부재가 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)일 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템은, 자동화 방식으로 로드포트에 놓여진 카세트에서 웨이퍼를 인출하거나 상기 카세트에 웨이퍼를 삽입하는 구성을 제공하므로, 웨이퍼의 이송과정을 신속하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 검사 시스템은, 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 검사 시스템은, 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 검사 시스템은, 웨이퍼가 안착되는 회전 스테이지가 제1스테이지 및 제2스테이지로부터 회전 및 이송되는 구성을 제공하므로, 웨이퍼 이송부의 위치에 대응하여 웨이퍼가 최초 놓여지는 위치를 자유롭게 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 이송부의 전체적인 구성을 후방에서 바라본 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 이송부의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사부의 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 웨이퍼 검사부의 평면도.
도 6은 도 4에 도시된 웨이퍼 검사부의 측면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 스테이지에 웨이퍼가 놓여진 상태를 보여주는 도면.
도 8은 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 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 시스템이 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 검사 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 이송부의 전체적인 구성을 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 이송부의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사부의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 웨이퍼 검사부의 평면도이고, 도 6은 도 4에 도시된 웨이퍼 검사부의 측면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 스테이지에 웨이퍼가 놓여진 상태를 보여주는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 스테이지가 광학모듈의 하부에 배치된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사 시스템(100)은, 검사하고자 하는 웨이퍼(W, 도7참조)를 로딩 및 언로딩 시키는 웨이퍼 이송부(200); 상기 웨이퍼 이송부(200)로부터 웨이퍼(W)를 전달받으며, 홀로그램 이미지를 이용하여 상기 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하는 웨이퍼 검사부(300); 및 상기 웨이퍼 검사부(300)로부터 측정된 3차원 정보로부터 상기 웨이퍼(W)의 이상유무를 파악하고, 상기 웨이퍼 이송부(200)와 상기 웨이퍼 검사부(300)를 제어하는 제어부(400);를 포함할 수 있다.
먼저, 웨이퍼 이송부(200)는, 후술할 웨이퍼 검사부(300)에 웨이퍼(W)를 로딩(Loading)하거나 언로딩(Unloading)하는 장치로서, 도 1에 도시된 하우징(10)의 내부에 마련된다.
상기 웨이퍼 이송부(200)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W, 도7참조)가 수납된 카세트(미도시)가 놓여지는 로드포트(210); 상기 로드포트(210)에 놓여진 카세트에서 상기 웨이퍼(W)를 픽업하는 로봇암(220); 및 상기 로봇암(220)에 의해 픽업된 웨이퍼(W)를 정렬시키는 정렬부(230);를 포함할 수 있다.
로드포트(210)는, 하우징(10)의 일면상에 마련되며, 웨이퍼(W)가 놓여질 수 있는 소정의 공간을 제공한다. 또한, 상기 공간에 놓여진 웨이퍼(W)가 하우징(10)의 내부로 이송될 수 있도록 게이트(211)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 하우징(10)의 일면상에 한 쌍의 로드포트(210)가 마련되는 것으로 도면상에 도시되어 있다.
한 쌍의 로드포트(210) 중에서 어느 하나의 로드포트(210)에는 검사하고자 하는 웨이퍼(W)가 수납된 카세트가 놓여질 수 있고, 나머지 하나의 로드포트(210)에는 검사가 완료된 웨이퍼(W)를 수납할 카세트가 놓여질 수 있다. 따라서, 하우징(10)의 일면상에는 적어도 하나 이상의 로드포트(210)가 마련되는 것이 바람직하다.
상기 로봇암(220)은, 하우징(10)의 내부 일측에 배치될 수 있으며, 상기 로드포트(210)에 놓여진 웨이퍼(W)를 이송시키는 역할을 한다.
로봇암(220)은 로드포트(210) 또는 정렬부(230)가 배치된 방향으로 회동 가능한 구성을 가지고 있고, 또한, 후술할 웨이퍼 검사부(300)가 배치된 방향으로 회동 가능한 구성을 가진다.
로봇암(220)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 구동축에 길이방향 일단이 회동 가능하게 연결되는 제1암(221); 상기 제1암(221)의 길이방향 타단에 길이방향 일단이 회동 가능하게 연결되는 제2암(222); 및 상기 제2암(222)의 길이방향 타단에 길이방향 일단이 회동 가능학 연결되며, 길이방향 타단에는 웨이퍼(W)를 파지하기 위한 픽업부재(223a)가 마련된 픽업암(223);을 포함할 수 있다.
제1암(221)과 제2암(222) 및 픽업압(223)은 일방향 또는 타방향으로 회동 가능한 구성을 가지고 있으며, 개별적으로 또는 동시에 다양한 방향으로 회동될 수 있다. 예컨대, 제1암(221)과 제2암(222) 및 픽업압(223) 중에서 어느 하나의 구성이 선택적으로 구동되거나 동시에 구동되어 로드포트(210)에 놓여진 카세트에서 웨이퍼(W)를 픽업하거나 픽업된 웨이퍼(W)를 정렬부(230) 또는 웨이퍼 검사부(300)로 이송시킬 수 있다.
한편, 픽업암(233)의 선단부에 마련된 픽업부재(223a)는 웨이퍼를 직접적으로 파지하는 구성요소라 할 수 있다. 픽업부재(223a)는 전체적으로 포크의 형태를 가질 수 있으며, 웨이퍼(W)의 상부와 하부에 각각 배치될 수 있다. 즉, 픽업부재(223A)는 한 쌍으로 구성될 수 있으며, 서로 근접한 방향으로 이동되어 오므려지면 웨이퍼(W)를 파지할 수 있다.
정렬부(230)는, 픽업암(233)에 의해 지지된 웨이퍼(W)를 정렬시키기 위한 구성요소로서, 통상적으로 공지의 웨이퍼 장비용 정렬기로 구현될 수 있다. 통상적인 정렬기는 CCD 카메라, 적외선이나 초음파 센서에 의하여 웨이퍼를 정렬시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 웨이퍼 이송부(200)는, 로드포트(210)에 놓여진 웨이퍼(W)를 픽업하는 과정과, 픽업한 웨이퍼(W)를 정렬하는 과정 및 정렬된 웨이퍼(W)를 웨이퍼 검사부(300)로 공급하는 과정을 순차적으로 수행할 수 있다.
상기 웨이퍼 검사부(300)는, 웨이퍼 이송부(200)로부터 검사하고자 하는 웨이퍼(W)를 전달받아 웨이퍼(W)의 이상유무를 검사하는 장치라 할 수 있다.
도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 검사부(300)는, 검사하고자 하는 웨이퍼(W)가 안착되며, 상기 웨이퍼(W)를 정렬시키는 회전 스테이지(310); 상기 회전 스테이지(310)가 장착되며, 상기 회전 스테이지(310)를 전방 또는 후방으로 이송시키는 제1스테이지(320); 상기 제1스테이지(320)가 장착되며, 상기 제1스테이지(320)를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이송시키는 제2스테이지(330); 및 상기 회전 스테이지(310)에 놓여진 상기 웨이퍼(W)를 촬영하여 3차원 홀로그램 정보를 획득하는 광학모듈(340);을 포함할 수 있다.
회전 스테이지(310)는 도시되지 않은 구동부로부터 동력을 전달받아 회전되며, 검사하고자 하는 웨이퍼가 놓여지는 회전 플레이트(311);를 포함할 수 있다.
회전 플레이트(311)는, 웨이퍼(W)가 놓여질 수 있는 소정의 면적을 제공한다.
또한, 진공 흡착 방식으로 웨이퍼(W)를 고정시키기 위하여 회전 플레이트(311)는 다공성 재료로 제작될 수 있다. 즉, 회전 플레이트(311)의 하부에는 공기가 유동될 수 있는 유로가 형성될 수 있으며, 도시되지 않은 에어펌프가 작동되면, 웨이퍼(W)가 회전 플레이트(311)에 흡착될 수 있다.
또한, 회전 플레이트(311)에는 안착홈(312)이 마련될 수 있다.
회전 플레이트(311)의 안착홈(312)에는 웨이퍼(W)를 파지한 상기 픽업암(223)의 선단부가 삽입될 수 있다. 따라서, 안착홈(312)은 픽업암(223)의 선단부에 마련된 픽업부재(223a)와 대응되는 형태를 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 파지한 픽업부재(223a)가 회전 플레이트(311)에 마련된 안착홈(312)에 삽입되면, 웨이퍼(W)는 회전 플레이트(311)의 윗면에 놓여질 수 있다.
위와 같은 상태에서 픽업암(223) 픽업부재(223a)가 슬라이딩 이동되어 안착홈(312)에서 이탈되면, 웨이퍼(W)는 회전 플레이트(311)에 진공 흡착될 수 있다.
회전 플레이트(311)는, 웨이퍼(W)를 흡착한 상태에서 회전되어 웨이퍼(W)의 검사 영역을 후술할 광학모듈(340)의 렌즈와 대응되도록 일치시킬 수 있다.
상기 제1스테이지(320)는, 회전 스테이지(310)를 전진 또는 후진 시키기 위한 가이드 레일을 구비하고 있으며, 이 가이드 레일은 회전 스테이지(310)와 연결된다.
제1스테이지(320)에 장착된 회전 스테이지(310)를 이송시키기 위한 동력원은 구동모터나 공지의 액추에이터로 구성될 수 있다.
상기 제2스테이지(330)는, 제1스테이지(320)를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이송시키기 위한 가이드 레일을 구비하고 있으며, 이 가이드 레일은 제1스테이지(320)와 연결된다.
마찬가지로, 제2스테이지(330)에 장착된 제1스테이지(320)를 이송시키기 위한 동력원은 구동모터나 공지의 액추에이터로 구성될 수 있다.
상기에서 설명된 회전 스테이지(310), 제1스테이지(320) 및 제2스테이지(330)는 정반(370)에 마련될 수 있다.
이때, 제2스테이지(330)는 정반(370)의 길이방향을 따라 배치되고, 제1스테이지(320)는 정반의 폭방향을 따라 배치될 수 있다.
제1스테이지(320)와 제2스테이지(330)는, 회전 플레이트(311)에 놓여진 웨이퍼(W)를 정반(370)의 길이방향 또는 폭방향을 따라 이송시키는 역할을 한다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1스테이지(320)와 제2스테이지(330)도, 검사하고자 하는 웨이퍼(W)의 검사 영역이 광학모듈(340)의 렌즈와 대응될 수 있도록 한다.
상기 광학모듈(340)은, 정반(370)에 마련된 지지 프레임(380)에 상승 또는 하강 가능하게 장착될 수 있다.
지지 프레임(380)은 겐트리(Gantry) 형태를 가진 채 정반(370)에 마련되며, 그 중앙부에는 승강 스테이지(350)가 마련된다.
광학모듈(340)은, 상기 승강 스테이지(350)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(340)은 승강 스테이지(350)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(340)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(340)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(311)에 놓여진 웨이퍼(W)를 전술한 회전 스테이지(310)와 제1스테이지(320) 및 제2스테이지(330)를 이용하여 지속적으로 이송시키는 것이 매우 중요하다. 다시 말해, 20~30cm의 직경을 가지는 웨이퍼(W)의 전체 영역을 검사하기 위해서는, 광학모듈(340)의 렌즈에 웨이퍼(W)의 전체 영역 중에서 검사하고자 하는 일부 영역을 지속적으로 순차 대응시키는 과정이 요구되며, 이러한 과정을 상기 회전 플레이트(311)와 제1스테이지(320) 및 제2스테이지(330)가 수행할 수 있다.
그리고, 웨이퍼(W)를 이동시키는 과정에서 웨이퍼(W)의 유동을 방지하는 것이 광학모듈(340)이 3차원 홀로 그래픽 정보를 높은 정확도로 획득하는 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다.
따라서, 정반(370)의 하부 모서리에는 제진대(360)가 마련된다.
제진대(360)는, 정반(370)에 외력에 의한 충격이나 진동이 발생하였을 때, 정반(370)의 위치를 기설정된 위치로 바로잡는 역할을 한다. 상세하게는, 정반(370)의 기울기를 수평방향으로 보정하고, 회전 스테이지(310), 제1스테이지(320), 제2스테이지(330)의 이송과정에서 발생되는 마찰력이나 미세 진동으로부터 웨이퍼(W)가 기설정된 위치를 고수하도록 정반(370)의 높이나 기울기를 보정할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 웨이퍼 검사부(300)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.
상기 제어부(400)는, 웨이퍼 검사부(300)에서 측정된 3차원 정보를 전달받을 수 있다. 그리고, 측정 정보로부터 웨이퍼(W)의 이상유무를 파악하고 검사자에게 웨이퍼(W)의 이상유무를 전달할 수 있다.
예컨대, 제어부(400)는, 웨이퍼(W)에 이상이 발생되었을 경우, 상기 웨이퍼 이송부(200)를 제어하여 이상이 발생된 웨이퍼(W)를 웨이퍼 검사부(300)에서 별도로 분리시킬 수 있다.
또 따른 예로, 제어부(400)는, 웨이퍼(W)에 이상이 발생되지 않았을 경우, 상기 웨이퍼 이송부(200)를 제어하여 양품으로 판정된 웨이퍼(W)를 로드포트(210)로 이송시킬 수 있다.
상기와 같은 제어부(400)는 웨이퍼 이송부(200)의 일측에 배치된 채 마련될 수 있으며, 검사자가 웨이퍼 이송부(200)와 웨이퍼 검사부(300)의 구동 명령을 제어하고, 웨이퍼(W)의 3차원 정보를 육안으로 확인할 수 있도록 각종 제어 버튼과 디스플레이를 포함하여 구성될 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.
본 발명은 반도체 산업 분야에 적용되어 판매될 수 있다.

Claims (9)

  1. 검사하고자 하는 웨이퍼를 로딩 및 언로딩 시키는 웨이퍼 이송부;
    상기 웨이퍼 이송부로부터 웨이퍼를 전달받으며, 홀로그램 이미지를 이용하여 상기 웨이퍼의 3차원 정보를 획득하는 웨이퍼 검사부; 및
    상기 웨이퍼 검사부로부터 측정된 3차원 정보로부터 상기 웨이퍼의 이상유무를 파악하고, 상기 웨이퍼 이송부와 상기 웨이퍼 검사부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 이송부는,
    웨이퍼가 수납된 카세트가 놓여지는 로드포트;
    상기 로드포트에 놓여진 카세트에서 상기 웨이퍼를 픽업하는 로봇암; 및
    상기 로봇암에 의해 픽업된 웨이퍼를 정렬시키는 정렬부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 로봇암은,
    구동축에 길이방향 일단이 회동 가능하게 연결되는 제1암;
    상기 제1암의 길이방향 타단에 길이방향 일단이 회동 가능하게 연결되는 제1암; 및
    상기 제2암의 길이방향 타단에 길이방향 일단이 회동 가능학 연결되며, 길이방향 타단에는 웨이퍼를 파지하기 위한 픽업부재가 마련된 픽업암;을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 검사부는,
    상기 로봇암에 의해 이송된 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 검사 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전 스테이지는,
    구동부로부터 동력을 전달받아 회전되며, 검사하고자 하는 웨이퍼가 놓여지는 회전 플레이트를 포함하며,
    상기 회전 플레이트에는 상기 웨이퍼를 파지한 상기 픽업암의 픽업부재가 삽입되는 안착홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사 시스템.
  6. 제 4 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 검사 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정반에 마련된 지지 프레임에 마련되어 상기 광학모듈을 상승 또는 하강시키는 승강 스테이지;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 정반의 하부 모서리부에는 제진대가 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 검사장치.
  9. 제 4 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 검사 시스템.
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