KR100765491B1 - 웨이퍼 자동 정렬 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 웨이퍼 또는 PCB(printed circuit board) 등과 같이 표면에 패턴이 형성된 대상체를 정렬하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 행렬의 좌표 변환을 이용한 웨이퍼 자동 정렬 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 기구상에 올려진 웨이퍼를 시각 인식 기능을 이용하여 가공 조건과 편차를 측정하고, 기구의 보상량을 산출하여, 기구를 보정하여 웨이퍼를 정렬하며, 편차 및 기구 보상량을 계산하는 방법이 행렬과 좌표 변환 수식으로 구성되는 웨이퍼 자동 정렬 방법이 제공된다. 이와 같은 웨이퍼 자동 정렬 방법에 의하면, 웨이퍼의 패턴을 인식하여 행렬과 좌표의 변환 수식을 이용하여, 정렬의 안정성과 신뢰성이 향상되며, 종래 관측 화상을 이용한 방법에 비하여 정렬의 공정이 단순화되어 영상 처리 계산량이 감소함으로써, 웨이퍼의 정렬의 시간을 단축할 수 있다.

웨이퍼, PCB, 다이싱, 정렬, 얼라인먼트, 반도체, 커팅 마크, 패턴 인식

Description

웨이퍼 자동 정렬 방법{Method for automatic alignment of wafer}

도 1 및 도 2는 웨이퍼의 다이싱 공정에서 자동 정렬의 개념을 나타내기 위한 개략도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 정렬의 시스템을 나타낸 구성도,

도 4는 본 발명의 웨이퍼 자동 정렬 방법을 흐름에 따라 순차적으로 나타낸 흐름도,

도 5는 블레이드의 커팅 방향을 나타낸 예시도,

도 6은 웨이퍼의 커팅 라인을 나타낸 예시도,

도 7은 제어 컴퓨터의 관측 화면상에 표시된 패턴을 나타낸 예시도,

도 8은 회전 테이블의 상부면의 중심부를 확대하여 각 중심점을 나타낸 예시도,

도 9는 웨이퍼의 중심점과 패턴과의 거리 관계를 나타낸 예시도이다.

본 발명의 웨이퍼 또는 PCB(printed circuit board) 등과 같이 표면에 패턴이 형성된 대상체를 정렬하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 행렬 의 좌표 변환을 이용한 웨이퍼 자동 정렬 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정은 생산량과 수율의 관계가 중요하므로 다른 분야에 비하여 자동화율이 높은 편이다. 과거 인력 위주로 형성되어 있는 반도체 생산 라인은 생산 단가와 불량률 하향화를 위하여 최근 설비 중심으로 변화해왔다.

반도체 생산 자동화에 있어서 가장 큰 문제 가운데 하나는 반도체 웨이퍼의 자동 정렬에 관한 문제로서, 전 단계의 공정이 완료된 웨이퍼를 다음 단계의 공정을 위하여 공정수단에 장착하고, 이후, 작업의 정확한 위치를 조정하는 작업에 있다.

그러나, 상기와 같은 작업은 반도체의 가공 정밀도가 수 나노 ~ 수 마이크론으로서 정밀한 작업이 요구되기 때문에, 많은 시간과 인력이 필요하게 되고, 이에 따라 반도체 제작 비용이 상승하는 문제점을 갖게 된다.

종래의 웨이퍼 정렬 공정은 테이블 상에 진공 등에 의하여 흡착된 웨이퍼를 현미경으로 관찰하면서, 이송 기구를 움직여 기준 위치에 맞추게 된다. 일반적으로 정렬 작업에서는 평면상의 x-y-θ 3방향으로 축을 이송시키며, 웨이퍼 표면의 양 끝단의 마크 위치가 기준 위치에 부합될 때까지 반복하게 된다.

웨이퍼에 형성된 다수의 칩 설계에 맞게 반도체 웨이퍼를 자르는 것을 다이싱(dicing) 공정이라 하며, 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면, 다이싱 공정에서 회전 테이블에 올려진 웨이퍼(110)에 다이싱 블레이드(120)가 접촉하면서 다이싱 방향(130)으로 진행시키면 웨이퍼 표면에는 커팅 라인(140)이 형성된다.

그러나, 웨이퍼의 정렬 작업을 수행하지 않으면, 실제로 다이싱 공정이 수행 되어야 하는 웨이퍼의 라인인 웨이퍼의 소잉(sawing) 라인(150)과 커팅 라인(140)의 오차가 발생하게 되므로, 오절단이 발생하게 된다.

따라서, 양단의 관측점(160a,160b)에서 관측되는 패턴(170)이 블레이드와 평행이 되도록 기구를 적절히 조절시켜 실제 커팅 라인(140)과 웨이퍼의 소잉 라인(150)을 일치시키는 과정이 요구된다.

상기에서 살펴본 바와 같이 웨이퍼의 정렬을 위하여, "샘 장비의 웨이퍼 정렬 방법(국내특허, 공개번호 10-2002-0036086 (2002.05.16))"에서는 웨이퍼의 정렬 시간을 줄이기 위하여 웨이퍼 하단에 크로스마크를 새겨 넣어 웨이퍼를 정렬하는 방법이 개시되어 있다.

또한, "반도체 웨이퍼 정렬 방법(국내특허, 공개번호 2001-0026895 (2001.04.06))"에서는 복수개의 지점들에서 패턴간의 거리를 측정하고, 측정 패턴 중 기준 패턴에 가장 가까운 결과를 보인 위치로 이동하여 측정된 평균값으로 웨이퍼를 정렬하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 두 개의 공개특허에서 제시하고 있는 방법은 포토 마스킹 공정을 위한 방법으로 분진과 절삭수가 분출되는 다이싱 공정에 적용하기 어려운 단점이 있다.

따라서, 반도체의 웨이퍼를 정렬함에 있어서, 다이싱 공정에 적용될 수 있으며, 신뢰성 높은 정렬 오차를 측정하여 웨이퍼를 자동 정렬시킬 수 있는 방법과 정렬의 오차를 계산함에 있어서, 시스템에 과부하가 걸리지 않도록 하는 간단한 계산에 의하여 정렬 시스템에 적용하여 웨이퍼를 정렬할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고, 상기와 같은 필요성에 의하여 창출된 것으로서, 패턴 인식 방식과 행렬의 좌표변환을 이용하여 웨이퍼를 자동으로 정렬시킬 수 있는 웨이퍼 자동 정렬 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 자동 정렬 방법은 패턴을 설정하기 위한 기준 웨이퍼를 회전 테이블에 고정시켜 자동 정렬의 기준이 되는 기준 패턴을 설정하며, 상기 기준 패턴을 제어 컴퓨터에 저장하는 기준 패턴 설정단계; 카메라에 의하여 상기 기준 웨이퍼를 촬영하여 상기 제어 컴퓨터 화면의 기준점에 상기 기준 패턴을 위치시켜 관측의 기준 위치를 설정하는 기준 위치 설정단계; 상기 회전 테이블에서 상기 기준 웨이퍼를 제거하며, 정렬의 대상이 되는 웨이퍼의 패턴이 상기 제어 컴퓨터의 관측 화면상에 들어오도록 상기 웨이퍼를 상기 회전 테이블에 장착하는 웨이퍼 장착단계; 상기 기준 패턴과 상기 웨이퍼 장착단계에서 장착된 상기 웨이퍼 패턴의 정렬을 위한 정렬 오차를 측정하는 정렬 오차 측정단계; 상기 정렬 오차 측정단계에서 측정된 정렬 오차에 따라 상기 패턴의 수평 변환 행렬(T)과 병진 변환 행렬(R)을 산출하여 행렬의 좌표 변환을 이용하여 상기 패턴의 보상값을 결정하는 보상값 결정단계; 상기 보상값 결정단계에서 결정된 보상값을 적용하여 상기 웨이퍼를 정렬시키는 보상값 적용단계; 및 상기 보상값 적용단계에서 정렬된 상기 웨이퍼의 정렬 오차가 기설정된 허용 범위를 만족시키도록 상기 정렬 오차 측정단계, 상기 보상값 결정단계, 상기 보상값 적용단계를 반복 수행하는 정렬 오차 확인단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 정렬의 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 4는 본 발명의 웨이퍼 자동 정렬 방법을 흐름에 따라 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 자동 정렬 방법은 기준 패턴 설정단계(S410), 기준 위치 설정단계(S420), 웨이퍼 장착단계(S430), 정렬 오차 측정단계(S440), 보상값 결정 단계(S450), 보상값 적용단계(S460), 정렬 오차 확인 단계(S470,S480)를 포함한다.

도 3을 참조하여 본 발명의 웨이퍼 자동 정렬 방법을 위한 시스템을 살펴보면, 표면에 패턴이 형성되어 정렬 작업이 수행되는 웨이퍼(310)가 작업의 대상이 되며, 본 발명은 상기 웨이퍼(310)는 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, PCB(printed circuit board) 등과 같이 표면에 패턴이 형성된 판상의 다양한 제품에 적용시키는 것이 가능하다.

상기 웨이퍼(310)는 회전 가능한 회전 테이블(320)에 올려져 고정되며, 하나 이상의 카메라(330)는 상기 웨이퍼(310)의 평면에 대하여 수직 방향으로 설치되고, 이송수단(332)에 의하여 x, y 방향으로 이동이 가능하며, 상기 웨이퍼(310) 표면의 영상을 획득하여 제어 컴퓨터(340)로 획득된 영상을 전송하며, 상기 카메라(330)는 수직 방향으로 유동하여 상기 웨이퍼(310) 표면과 초점을 맞출 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼(310)의 표면의 정밀한 영상의 획득을 위하여 조명을 조절하기 위한 조명 조절 장치(350)가 구비되어 조명의 세기를 조절할 수 있으며, 상기 제어 컴퓨터(340)는 상기 카메라(330)로부터 획득한 상기 웨이퍼(310) 표면의 영상을 전송받아 패턴을 인식할 수 있으며, 웨이퍼 정렬 작업을 위한 제어를 담당하게 된다.

상기와 같은 시스템에 의하여 본 발명의 웨이퍼 자동 정렬 방법을 도 4의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다.

상기 기준 패턴 설정단계(S410)는 웨이퍼의 자동 정렬을 위하여 기준이 되는 패턴을 설정하는 단계로서, 상기 조명 조절 장치(350)에 의하여 웨이퍼에 조사되는 조명, 상기 웨이퍼(310) 표면에 대한 상기 카메라(330)의 초점 등의 최적의 관측 화면 조건을 설정한 후, 기준 웨이퍼를 상기 회전 테이블(320)에 올려놓고, 유동하지 않도록 고정한다.

이후, 사용자가 수동으로 상기 기준 웨이퍼를 정렬하고, 자동 정렬시 사용할 패턴을 상기 제어 컴퓨터(340)에 전송하여 저장하여, 도 5에 도시한 바와 같은 기준 웨이퍼(510)의 기준 패턴(512a,512b)의 설정을 완료한다.

상기 제어 컴퓨터(340)는 상기 카메라(330)로 획득한 영상에 대하여 픽셀 당 거리를 실거리로 환산하여 거리를 측정할 수 있다.

상기 기준 위치 설정 단계(S420)는 다이싱 공정이 수행되는 프로세싱 라인에 대하여 대응되는 패턴이 있는 곳을 상기 카메라(330)의 상기 이송수단(332)에 의하여 찾으며, 라인당 두 개의 관측 위치를 정의한다.

상기 두 개의 관측위치는 이하에서 제1관측점 및 제2관측점으로 정의하여 설명하기로 한다.

상기 제어 컴퓨터(340)의 화면상의 기준점에 상기 기준 웨이퍼(510) 양단의 각 패턴이 위치되는 지점을 관측의 기준 위치로 설정하고, 한 라인의 두 개의 각 패턴에 대하여 두 개의 기준 위치가 설정되는 것이다.

다음으로, 상기 기준 웨이퍼는 다이싱 공정을 수행하는 다이싱 블레이드(520)에 의하여 가공이 수행되며 상기 기준 웨이퍼의 다이싱 가공 시작 위치와 가공에 필요한 파라미터를 측정하여 상기 제어 컴퓨터(340)에 저장한다.

상기 웨이퍼 장착단계(S430)는 상기 회전 테이블(320)에서 상기 기준 웨이퍼 (510)를 제거하고, 정렬의 대상이 되는 웨이퍼(610)의 패턴(612a,612b)이 상기 제어 컴퓨터(340)의 화면상에 들어오도록 상기 웨이퍼(610)를 상기 회전 테이블(320)에 장착하여 고정한다.

상기 정렬 오차 측정단계(S450)는 상기 기준 패턴(512a,512b)과 상기 웨이퍼(610)의 패턴(612a,612b)의 정렬을 위한 오차를 측정하는 단계로서, 상기 기준 위치 설정단계(S420)에서 설정된 기준 위치에서 관측된 상기 패턴(612a,612b)이 도 7에 도시한 바와 같이 상기 제어 컴퓨터(340)의 관측 화면상에 표시되면, 상기 기준 패턴(512a,512b)과 상기 패턴(612a,612b) 간의 정렬 오차를 측정하게 된다.

이와 같은 정렬 오차는 관측 화면(710)에서 상기 웨이퍼의 패턴(512a)을 관찰하여 수평 기준선(720)과의 y축 거리(722) 및 수직 기준선(730)과의 x축 거리(732)를 측정한다.

이하에서는 상기 기준 패턴의 평면상의 좌표 행렬을 P_t라 정의하고, 상기 패턴(612a,612b)의 공간상의 평면 좌표 행렬을 P_c라 정의하여 다음의 [수학식 1]과 같이 표현하기로 한다.

여기서, x_t1(제1관측점의 기준 패턴 x좌표), x_t2(제2관측점의 정렬 패턴 x좌표), y_t1(제1관측점의 기준 패턴 y좌표), y_t2(제2관측점의 정렬 패턴 y좌표), θ_t1(제1관측점의 기준 패턴 각), θ_t2(제2관측점의 정렬 패턴 각),

x_c1(제1관측점의 기준 패턴 x좌표), x_c2(제2관측점의 정렬 패턴 x좌표), y_c1(제1관측점의 기준 패턴 y좌표), y_c2(제2관측점의 정렬 패턴 y좌표), θ_c1(제1관측점의 기준 패턴 각), θ_c2(제2관측점의 정렬 패턴 각)이다.

여기서, 웨이퍼 정렬에서 오차각은 일반적으로 2° 이하이므로, 상기 제어 컴퓨터(340)에서 관측된 오차량을 δ라고 정의하여, Pc는 [수학식 2]와 같이 근사화하여 구해진다.

상기 보상값 결정단계(S450)는 상기 정렬 오차 측정단계(S440)에서 측정된 정렬 오차에 따라 상기 패턴(612a,612b)을 수평 변환 행렬(T)과 병진 변환 행렬(R)을 산출하여 행렬의 좌표 변환을 이용하여 상기 패턴(612a,612b)의 보상값을 결정하게 된다.

이하에서, 패턴을 이용한 자동 정렬의 원리를 구체적으로 살펴보도록 한다.

2차원 평면상의 점 P가 점 P'으로 회전 및 병진 운동이 수반되어 이동하는 경우를 가정하여 각각의 좌표를 다음의 [수학식 3]으로 정의할 수 있다.

점 P가 회전 중심 C=[C_x, C_y, 0, 0]을 기준으로 회전한다면 회전 변환 행렬 (R)과 병진 변환 행렬(T)를 정의하면 좌표 변환 공식은 [수학식 4]와 같다.

여기서, 병진 및 회전 이동량을 △x, △y, △θ라고 한다면, 수평 변환 행렬(T)와 회전 변환 행렬(R)은 [수학식 5]와 같이 정의된다.

측정된 오차를 근거로 x-y-θ 방향으로 상기 회전 테이블(320)을 적절히 이동시키게 되면, 상기 패턴(612a,612b)의 평면상의 위치 P_c를 기준 패턴의 설정 상태인 P_t와 동일하도록 만들 수 있다.

이 과정은 회전 및 병진 운동으로 구성되어 있으므로 상기 [수학식 4]에 대입하여 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있다.

여기서, 각 축의 임의의 보상값을 a=(a_x,a_y,a_θ,0)로 가정하면, 수평 변환 행렬(T) 및 회전 변환 행렬(R)은 다음의 [수학식 7]로 나타낼 수 있다.

여기서, a_x(x축 보상값), a_y(y축 보상값), a_θ(회전 보상값)이다.

웨이퍼의 정렬 작업에서는 시편의 일부분을 확대하여 관측하므로, 하나의 프로세싱라인(740)을 정렬시키기 위해서 최소 두 지점에서 관측이 필요하게 된다. 따라서, 기준 위치 Pt와 실제 위치 Pc, 중심점 C는 [수학식 8]에서와 같이 두 개의 열로 구성되어야 한다.

여기서, x_t1(제1관측점의 변환된 패턴 x좌표), x_t2(제2관측점의 변환된 패턴 x좌표), y_t1(제1관측점의 변환된 패턴 y좌표), y_t2(제2관측점의 변환된 패턴 y좌표), θ_t1(제1관측점의 변환된 패턴 각), θ_t2(제2관측점의 변환된 패턴 각),

x_c1(제1관측점의 변환되는 패턴 x좌표), x_c2(제2관측점의 변환되는 패턴 x좌표), y_c1(제1관측점의 변환되는 패턴 y좌표), y_c2(제2관측점의 변환되는 패턴 y좌표), θ_c1(제1관측점의 변환되는 패턴 각), θ_c2(제2관측점의 변환되는 패턴 각),

C_x(중심점의 x좌표), C_y(중심점의 y좌표)이다.

일반적인 머신 비전 화면에서 관측되는 오차는 x-y-θ 방향을 검출할 수 있지만, θ 방향을 검출하는 경우 연산량이 늘어나 관측 시간 및 시스템 부하가 증가한다. 또한, 국소 부위에 대하여 한정된 픽셀 수로 각도를 검출하는 것이므로 정밀도가 낮다.

예를 들면, 640 X 480 화면에서 수직으로 한 픽셀이 어긋날 경우 머신 미전에서 검출할 수 있는 정밀도는 9°/100이지만, 다이싱 시스템에서 회전축의 정밀도 는 0.1°/100 정도이다. 따라서 정렬 오차(δ)는 정렬 시간 단축과 정밀도 향상을 위해 수평거리(722)와 수직거리(732)의 두 가지 정보만을 측정하는 것이 가능하며, 이경우 정렬 오차는 [수학식 9]로 구성된다.

한편, 좌표 변환 행렬 T와 R에 대하여 상기 [수학식 7] 내지 [수학식 9]를 상기 [수학식 6]에 대입하여 정리하면 [수학식 9] 내지 [수학식 11]과 같이 보상값을 산출할 수 있다.

여기서, 상기 θ각 보상값인 a_θ의 tan값과 상기 제n관측점(n=1 또는 n=2)의 x보상값 및 y보상값은 상기 [수학식 10,11,12] 에 의하여 산출되며, a_θ(θ각 보상값), a_xn(제n관측점에서 x축 보상값), a_yn(제n관측점에서 y축 보상값)이다. (n=1 또는 n=2)

상기 보상값 적용단계(S460)는 상기 보상값 결정 단계에서 산출되어 결정된 보상값을 적용하여 상기 웨이퍼(610)를 정렬시키는 단계로서, 상기 회전 테이블(320)을 보상값에 맞도록 x-y-θ 방향으로 이동시켜 상기 패턴(612a,612b)을 상기 기준 패턴(512a,512b)과 일치시키도록 한다.

상기 [수학식 10,11,12]에서 n은 관측점의 번호로서, n=1 또는 n=2의 값을 가지며, 이상적으로는 관측점1과 관측점2에서 구해진 보상값이 일치하지만, 실제로는 외란에 의해 다를 수 있으므로, 각 방향의 평균을 보상값으로 취할 수 있다.

즉, 각 방향의 평균 보상값을 취하는 것은 다음의 [수학식 13]과 같이 나타낸다.

도 8에서 도시한 바와 같이, 정렬 기구에서 상기 웨이퍼(610)의 중심 부분(810)을 확대하여 살펴보면, 웨이퍼의 면적 중심(812)과 상기 회전 테이블(320)의 면적 중심(814) 및 모터에 의한 웨이퍼의 회전 중심(816)은 서로 일치하지 않는다.

따라서, 모터에 의한 웨이퍼의 회전 중심(816)의 정확한 위치를 측정하는 것 은 상당히 어렵고 시간이 많이 걸리게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 웨이퍼의 회전 중심(816)을 소거할 수 있는 방법을 제공한다. 즉, 웨이퍼의 회전 중심(816)을 배제하여 상기 웨이퍼(610)를 정렬할 수 있는 것이다.

구체적으로, 도 9를 참조하여 설명하면 상기 웨이퍼(610)의 상기 패턴(612a)과 상기 패턴(612b) 사이의 x 방향 거리는 일반적으로 상수 ℓ로 표현할 수 있으며, 정렬 오차의 영향이 작을 정도로 큰 값을 갖는다.

상기 웨이퍼(610)가 놓여지는 위치는 회전 중심(910)을 기준으로 대략 대칭이 되므로 상기 패턴(612a)과 상기 패턴(612b)의 x 좌표 평균은 C_x와 유사하며, x 좌표의 차는 ℓ과 유사하다.

그리고, 회전 보상값 a_θ는 2°이하의 작은 값이므로 tan aθ항은 aθ로, cos aθ항은 1.0으로 근사화시킬 수 있다.

또한, 각각의 y 좌표의 차이는 대부분 수평면상에 정의되므로 각각의 y 좌표의 차이는 0.0으로 근사화한다.

상기와 같이 근사화시킨 값을 [수학식 10]에 적용하면 다음과 같은 [수학식 14]가 구해진다.

상기와 같이 근사화되어 구해진 [수학식 14]를 상기 [수학식13]에 적용하면, 보상값은 [수학식 15]와 같이 산출된다.

상기와 같이 산출된 보상값은 실질적으로 기구 설계시 다양한 이유로 관측 화면의 방향이 변경되는 경우가 발생할 수 있다.

이러한 경우, 화면 방향 전환 행렬(D_v)에 의하여 해결할 수 있다.

상기 방향 전환 행렬은 대각 방향 요소가 전부 1 또는 -1을 가지고 나머지 부분은 0으로 채워진 것으로 left-hand rule 방향과 일치하는 경우는 1, 반대 방향인 경우는 -1의 값을 갖는다.

상기 방향 전환 행렬은 다음의 [수학식 16]과 같이 표현된다.

상기 [수학식 16]의 방향 전환 행렬 Dv를 [수학식 2] 및 [수학식 6]과 연계하여 정리하면, [수학식 17]과 같이 정리된다.

또한, 이송 기구의 방향이 반대가 되는 경우에도 상기와 같은 [수학식 16] 및 [수학식 17]에 의하여 실제적인 보상값이 산출될 수 있다.

상기 정렬 오차 확인단계(S470,S480)는 상기 보상값 적용단계에서 정렬된 상기 웨이퍼의 정렬 오차가 기설정된 허용 범위를 만족시키도록 상기 정렬 오차 측정단계, 상기 보상값 결정단계, 상기 보상값 적용단계를 반복 수행하여 정렬 오차를 줄여나가는 단계이다.

일반적인 경우, 정렬 보상값 β를 현재 위치 P_c에 보상해 줌으로써 정렬 오차를 줄일 수 있으나, 정밀하게 오차를 줄일 수 있는 방법은 관측과 보상의 과정을 반복하는 것이다.

또한, 웨이퍼의 중심을 정확하게 회전 중심에 일치시키기 어렵고, 생산 라인에서 인식 마크 상태도 차이가 있으므로 반복에 의한 수렴과정이 필요하다.

즉, i번째 반복 과정을 거치고 있다고 가정하면, 보상 과정은 수렴 계수(η)를 고려하여 [수학식 18]로 표현할 수 있다.

여기서, ⁱ⁺¹P(i+1번째 정렬된 패턴 행렬), ⁱP(i번째 정렬된 패턴 행렬), η( 수렴계수), i(정렬 횟수), β(정렬 보상값)이다.

이와 같은 과정은 정렬 오차가 허용 공차 ε 이하로 떨어질 때까지 반복이 되므로, 반복 과정이 계속되는 조건은 다음의 [수학식 19]의 조건과 같다.

즉, 정렬 오차(δ)가 기설정된 허용 공차(ε) 보다 클 경우에는 상기 정렬 오차 확인단계(S470,S480)가 반복 수행되며, 정렬 오차(δ)가 기설정된 허용 공차(ε)보다 작아지는 경우에는 웨이퍼 자동 정렬이 종료되는 것이다.

여기서, 정렬 오차(δ)가 허용 공차(ε) 들어올 수 있도록 반복 수행함에 있어서, 반복횟수를 설정하여 설정된 반복횟수를 초과하는 경우 오류메시지를 표시하며(S490), 반복 수행 과정이 종료될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 웨이퍼 자동 정렬 방법에 다음과 같은 효과가 창출된다.

첫째, 웨이퍼의 패턴을 인식하여 행렬과 좌표의 변환 수식을 이용하여, 정렬의 안정성과 신뢰성이 향상되며, 종래 관측 화상을 이용한 방법에 비하여 정렬의 공정이 단순화되어 영상 처리 계산량이 감소함으로써, 웨이퍼의 정렬의 시간을 단축할 수 있다.

둘째, 영상과 기구의 정보를 연계하여 적용하고, 웨이퍼 양단의 영상을 획득함으로써, 크기가 큰 웨이퍼에도 용이하게 적용할 수 있게 된다.

셋째, 웨이퍼의 회전 중심에 대한 계산을 근사화하여 회전 중심을 배제한 수식을 이용함으로써, 회전 중심을 측정해야하는 복잡한 과정이 생략된다.

넷째, 웨이퍼의 정렬 작업이 허용 공차 이내로 들어올 때까지 반복수행하여 정렬의 신뢰도가 향상되며, 전후 공정을 로더로 연결하여 공정 자동화에 용이하게 적용될 수 있다.

Claims (10)

1. 패턴을 설정하기 위한 기준 웨이퍼를 회전 테이블에 고정시켜 자동 정렬의 기준이 되는 기준 패턴을 설정하며, 상기 기준 패턴을 제어 컴퓨터에 저장하는 기준 패턴 설정단계;

   카메라에 의하여 상기 기준 웨이퍼를 촬영하여 상기 제어 컴퓨터 화면의 기준점에 상기 기준 패턴을 위치시켜 관측의 기준 위치를 설정하는 기준 위치 설정단계;

   상기 회전 테이블에서 상기 기준 웨이퍼를 제거하며, 정렬의 대상이 되는 웨이퍼의 패턴이 상기 제어 컴퓨터의 관측 화면상에 들어오도록 상기 웨이퍼를 상기 회전 테이블에 장착하는 웨이퍼 장착단계;

   상기 기준 패턴과 상기 웨이퍼 장착단계에서 장착된 상기 웨이퍼 패턴의 정렬을 위한 정렬 오차를 측정하는 정렬 오차 측정단계;

   상기 정렬 오차 측정단계에서 측정된 정렬 오차에 따라 상기 패턴의 수평 변환 행렬(T)과 병진 변환 행렬(R)을 산출하여 행렬의 좌표 변환을 이용하여 상기 패턴의 보상값을 결정하는 보상값 결정단계;

   상기 보상값 결정단계에서 결정된 보상값을 적용하여 상기 웨이퍼를 정렬시키는 보상값 적용단계; 및

   상기 보상값 적용단계에서 정렬된 상기 웨이퍼의 정렬 오차가 기설정된 허용 범위를 만족시키도록 상기 정렬 오차 측정단계, 상기 보상값 결정단계, 상기 보상 값 적용단계를 반복 수행하는 정렬 오차 확인단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 기준 위치 설정단계에서 상기 카메라는 상기 웨이퍼의 x방향 및 y방향으로 이동하여 상기 기준 웨이퍼 표면의 영상을 획득하며, 획득된 영상을 상기 제어 컴퓨터로 전송하여 상기 제어 컴퓨터에서 상기 기준 웨이퍼의 패턴을 인식하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 기준 위치 설정단계에서 상기 기준 위치는 제1관측점과 제2관측점의 두 관측점을 설정하여 기준 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 행렬의 좌표 변환은 다음의 수학식에 의한 변환인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.

   

   P_t(변환된 좌표 행렬), T(병진 변환 행렬), R(회전 변환 행렬), P_c(변환되는 좌표 행렬), C(회전 변환의 회전 중심 행렬).
5. 제4항에 있어서,

   상기 T(병진 변환 행렬) 및 R(회전 변환 행렬)은 다음의 수학식과 같은 병진 변환 행렬 및 회전 변환 행렬인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.

   

   여기서, a_x(x축 보상값), a_y(y축 보상값), a_θ(회전 보상값)이다.
6. 제5항에 있어서,

   상기 P_t(변환된 좌표 행렬)와 P_c(변환되는 좌표 행렬) 및 C(회전 변환의 회전 중심 행렬)는 다음의 수학식과 같은 행렬인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.

   

   여기서, x_t1(제1관측점의 변환된 패턴 x좌표), x_t2(제2관측점의 변환된 패턴 x좌표), y_t1(제1관측점의 변환된 패턴 y좌표), y_t2(제2관측점의 변환된 패턴 y좌표), θ_t1(제1관측점의 변환된 패턴 각), θ_t2(제2관측점의 변환된 패턴 각),

   x_c1(제1관측점의 변환되는 패턴 x좌표), x_c2(제2관측점의 변환되는 패턴 x좌표), y_c1(제1관측점의 변환되는 패턴 y좌표), y_c2(제2관측점의 변환되는 패턴 y좌표), θ_c1(제1관측점의 변환되는 패턴 각), θ_c2(제2관측점의 변환되는 패턴 각),

   C_x(중심점의 x좌표), C_y(중심점의 y좌표)이다.
7. 제6항에 있어서,

   상기 θ각 보상값인 a_θ의 tan값과 상기 제n관측점(n=1 또는 n=2)의 x보상값 및 y보상값은 다음의 수학식에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.

   

   

   

   여기서, a_θ(θ각 보상값), a_xn(제n관측점에서 x축 보상값), a_yn(제n관측점에서 y축 보상값)이다. (n=1 또는 n=2)
8. 제7항에 있어서,

   상기 보상값 결정단계는 상기 웨이퍼의 상기 회전 보상값(a_θ)을 tan a_θ 값을 a_θ로, cos a_θ 값을 1.0으로 근사화시킴에 따라 회전 중심 C를 소거하여 보상값을 결정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 제어 컴퓨터의 관측 화면의 방향의 변경을 위하여

   방향 전환 행렬을 다음과 같이 정의하고,

   

   다음의 수학식의 좌표 변환에 의하여 상기 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.

   

   여기서, D_v(방향 전황 행렬),δ(정렬 오차)이다.
10. 제7항에 있어서,

    상기 정렬 오차 확인단계는 상기 정렬 오차 측정단계, 상기 보상값 결정단계, 상기 보상값 적용단계를 반복 수행함에 있어서, 수렴계수(η)를 설정하여 다음의 수학식에 의하여 수렴 속도를 조절하며,

    

    정렬 오차(δ)가 허용 공차(ε) 이내에 들어올 때까지 상기 오차 확인단계가 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 자동 정렬 방법.

    여기서, ⁱ⁺¹P(i+1번째 정렬된 패턴 행렬), ⁱP(i번째 정렬된 패턴 행렬), η(수렴계수), i(정렬 횟수), β(정렬 보상값)이다.

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