KR101242470B1 - Apparatus and Method for measuring viahole of silicon wafer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼를 손상시키지 않고 비아홀의 깊이를 정확하게 측정할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 광 투과 특성이 우수한 실리콘 웨이퍼에 광대역 적외선 광을 조사하여 웨이퍼의 각 경계면으로부터 반사되는 빛과 기준광의 간섭 신호로부터 비아홀의 깊이를 측정할 수 있게 한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 비아홀 측정 장치는 광대역의 적외선 광을 생성하는 광원부와 상기 광원부로부터 생성된 광을 실리콘 웨이퍼에 조사하여 상기 실리콘 웨이퍼로부터 반사된 빛의 간섭 신호의 스펙트럼 주기로부터 웨이퍼에 형성된 비아홀의 깊이를 측정하는 간섭계를 포함한다.The present invention relates to a silicon wafer via hole measuring apparatus and method that can accurately measure the depth of the via hole without damaging the wafer. The present invention relates to a via hole measuring apparatus and method for a silicon wafer capable of measuring the depth of the via hole from an interference signal of light and reference light. The via hole measuring apparatus of the present invention measures a depth of a via hole formed in a wafer from a spectral period of an interference signal of light reflected from the silicon wafer by irradiating a light source unit generating broadband infrared light and light generated from the light source unit to the silicon wafer. It includes an interferometer.
Description
본 발명은 비아홀 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼를 손상시키지 않고 비아홀의 깊이와 지름을 정확하게 측정할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a via hole measuring apparatus and method, and more particularly, to a via hole measuring apparatus and method of a silicon wafer capable of accurately measuring the depth and diameter of the via hole without damaging the wafer.
고집적도의 반도체 회로를 구현하기 위해 노광을 통해 미세 선폭을 구현해 왔으나, 회절 한계로 인해 구현할 수 있는 선폭에 제한을 받게 되었다.Although fine line widths have been realized through exposure to realize high-density semiconductor circuits, the diffraction limit has limited the line widths that can be achieved.
이를 극복하기 위해, 극자외선(EUV)과 같은 가시광 보다 짧은 파장의 광을 이용하여 회절 한계를 줄여가는 방법과, 공정이 완료된 다수의 웨이퍼 칩를 수직 적층하여 집적도를 높이는 3D 반도체 패키징(3D semi-conductor packaging) 공정이 제안되었다.To overcome this, a method of reducing diffraction limit by using light of wavelength shorter than visible light such as extreme ultraviolet (EUV), and 3D semiconductor packaging (3D semi-conductor) which increases integration density by vertically stacking a plurality of processed wafer chips packaging process has been proposed.
다수 개의 웨이퍼 칩을 수직으로 적층하는 3D 반도체 패키징 공정에서, 다수 적층 웨이퍼 칩들 사이에서 전기 신호를 주고 받는 회로를 구성하기 위해서는 각 웨이퍼 층의 회로가 전기적으로 서로 연결되어야 한다. 웨이퍼 층간의 전기적 연결을 위해 실리콘 웨이퍼에는 TSV(Through Silicon Via)라는 가늘고 긴 구멍(이하, "비아홀"이라 한다)을 형성하고 이 비아홀에 도전물질을 채워 웨이퍼 층간의 회로를 연결한다. 현재 TSV 공정은 딥 에칭(deep etching) 등을 통해 구현될 수 있다.In a 3D semiconductor packaging process in which a plurality of wafer chips are stacked vertically, circuits of each wafer layer must be electrically connected to each other in order to configure a circuit for transmitting and receiving electrical signals between the plurality of stacked wafer chips. For the electrical connection between the wafer layers, silicon wafers form thin long holes called TSVs (hereinafter referred to as "via holes") and fill the via holes with conductive materials to connect the circuits between wafer layers. Currently, the TSV process may be implemented through deep etching.
이러한 비아홀은 상기한 바와 같이 지름이 작고 깊이는 긴 구조, 즉 종횡비(aspect ratio)가 커서, 형성된 비아홀이 원하는 소정의 깊이와 지름을 가지도록 정상적으로 형성되었는지 확인하기에 어려움이 있다.As described above, the via hole has a small diameter and a long depth, that is, a large aspect ratio, so that it is difficult to confirm whether the formed via hole is normally formed to have a desired depth and diameter.
비아홀은 한 웨이퍼 상에서 모두 동일한 깊이와 지름을 가지도록 형성되어야하고, 서로 다른 지름이나 깊이로 형성될 경우에는 연삭 후 다른 웨이퍼 칩과 적층되었을 경우 일부 회로가 전기적으로 연결되지 않아 제품 불량이 생길 수 있다. 따라서, 웨이퍼에 형성된 비아홀이 소정의 깊이와 지름으로 만들어졌는지 여부를 검사하는 것은 3D 반도체 패키지의 제조 공정에서 중요한 과정의 하나라 할 수 있다.Via holes should be formed to have the same depth and diameter all on one wafer, and if they are formed with different diameters or depths, some circuits may not be electrically connected when stacked with other wafer chips after grinding, resulting in product defects. . Therefore, inspecting whether the via hole formed in the wafer is made to a predetermined depth and diameter is one of important processes in the manufacturing process of the 3D semiconductor package.
실리콘 웨이퍼의 비아홀의 깊이와 지름을 검사하는 종래의 방법으로는 비아홀이 형성된 웨이퍼 면에 광을 조사하여 그 깊이와 지름을 측정하는 광학적 측정 방법과, 비아홀이 형성된 웨이퍼 단면을 절단하여 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)으로 검사하는 방법 등이 있다. 종래의 광학적 측정 방법 중 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용한 측정법은 비아홀 측면과 바닥면에서의 난반사 때문에 깊이 측정 오차가 심하여 정확한 깊이 판정이 곤란하고, 백색광 간섭계(white-light scanning interferometer)를 이용한 측정법은 측정 시편의 높은 종횡비로 빛이 비아홀의 바닥면까지 도달하지 못하거나, 비아홀 입구에서 생기는 회절 현상으로 인해 정확한 비아홀의 깊이 측정이 곤란하다.Conventional methods for inspecting the depth and diameter of via holes in silicon wafers include optical measurement methods for measuring the depth and diameter of a via hole on a wafer surface, and scanning electron microscopy by cutting the end surface of the via hole. And scanning electron microscope (SEM). The conventional optical measuring method using a confocal microscope is difficult to accurately determine the depth because of the deep measurement error due to diffuse reflection at the via hole side and the bottom surface, and the measuring method using a white-light scanning interferometer. The high aspect ratio of the silver test specimen prevents light from reaching the bottom of the via hole, or it is difficult to accurately measure the depth of the via hole due to diffraction phenomenon at the inlet of the via hole.
주사전자주사현미경(SEM)을 이용한 방법은 시편을 손상시키는 단점이 있고, 따라서 반도체 패키징 공정에서 웨이퍼 전수 검사 등에 이용될 수 없다.The method using a scanning electron scanning microscope (SEM) has a disadvantage of damaging the specimen, and thus cannot be used for inspection of wafers in a semiconductor packaging process.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘 웨이퍼를 손상시키지 않고 실리콘 웨이퍼에 형성된 비아홀의 깊이와 지름을 정확하게 측정할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to provide an apparatus and method for measuring the via hole of the silicon wafer capable of accurately measuring the depth and diameter of the via hole formed in the silicon wafer without damaging the silicon wafer.
본 발명의 목적은 또한 실리콘 웨이퍼의 비아홀의 깊이를 고속으로 고해상도로 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide an apparatus and method capable of measuring the depth of a via hole of a silicon wafer at high speed and at high resolution.
본 발명의 목적 중 하나는 외부 진동으로 인한 측정 노이즈를 줄일 수 있는 실리콘 웨이퍼의 비아홀의 깊이 및 지름 측정 장치와 방법을 제공하는 것이다.One of the objects of the present invention is to provide an apparatus and method for measuring the depth and diameter of the via hole of a silicon wafer, which can reduce the measurement noise caused by external vibration.
본 발명의 또 다른 목적은 비아홀이 형성된 면의 반대면에 적외선 대역의 빛을 조사하여 비아홀 바닥면에서 반사된 빛의 간섭 신호를 감지하여 웨이퍼에 형성된 비아홀의 깊이와 지름을 측정함으로써, 비아홀의 지름이 작아도 고정밀도로 비아홀의 깊이와 지름을 측정할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to detect the interference signal of the light reflected from the bottom surface of the via hole by irradiating light in the infrared band to the opposite surface of the via hole formed by measuring the depth and diameter of the via hole formed on the wafer, the diameter of the via hole An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring a via hole of a silicon wafer which can measure the depth and diameter of the via hole with high accuracy.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치는 광원부와, 상기 광원부로부터 생성된 광을 실리콘 웨이퍼에 조사하여 상기 실리콘 웨이퍼로부터 반사된 빛의 간섭 신호로부터 웨이퍼에 형성된 비아홀의 깊이를 측정하는 간섭계를 포함한다. 상기 광원부는 광대역의 적외선 광을 생성하고, 상기 간섭계는 상기 광대역 적외선 광이 상기 비아홀의 바닥면, 상기 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 배면의 경계면에서 반사됨으로써 생성되는 간섭 신호를 감지하며, 상기 간섭 신호의 스펙트럼 주기 분석을 통해 다수 주파수 성분에 대한 광경로차를 동시에 획득함으로써 상기 비아홀의 깊이와 지름을 측정한다.In order to achieve the above object, the via hole measuring apparatus of the silicon wafer of the present invention includes a light source unit and a via hole formed in the wafer from an interference signal of light reflected from the silicon wafer by irradiating light generated from the light source unit to the silicon wafer. It includes an interferometer for measuring depth. The light source unit generates broadband infrared light, and the interferometer detects an interference signal generated by reflecting the broadband infrared light on the bottom surface of the via hole, the front surface or the back surface of the silicon wafer, and the spectrum of the interference signal. Periodic analysis measures the depth and diameter of the via hole by simultaneously acquiring optical path differences for multiple frequency components.
상기 간섭계는 상기 광원부로부터 출력되는 빛을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈와 상기 시준렌즈를 통과한 빛은 투과하고 웨이퍼에서 반사되어 오는 빛은 반사하여 빛의 경로를 분할하는 빔 분할기와 상기 웨이퍼(100)에서 반사되는 빛 중 웨이퍼의 일 표면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 하여 측정광과 기준광이 합쳐져 생성되는 간섭 신호를 검출하는 검출기를 포함하는 것이 바람직하다.The interferometer is a beam splitter and the
상기 간섭계는 스펙트럼 분석기를 포함하여 각 주파수 성분에 따른 간섭 신호를 획득할 수 있다. 상기 검출기는 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)를 포함하는 것이 바람직하다.The interferometer may include a spectrum analyzer to obtain an interference signal according to each frequency component. The detector preferably comprises an optical spectrum analyzer.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 간섭계는 상기 광원부로부터 출력되는 빛을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈와; 상기 시준렌즈를 통과한 빛은 투과하고 웨이퍼에서 반사되어 오는 빛은 반사하여 빛의 경로를 분할하는 빔 분할기와; 상기 웨이퍼에서 반사되는 빛 중 웨이퍼의 표면으로부터 반사되는 측정광과 기준광이 합쳐져 생성되는 간섭 신호를 검출하는 검출기와 상기 빔 분할기로부터 반사된 빛을 이용하여 상기 검출기에 기준광을 제공하는 기준 미러를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, the interferometer includes a collimating lens for making the light output from the light source unit into parallel light; A beam splitter for transmitting the light passing through the collimating lens and reflecting the light reflected from the wafer to split the light path; And a detector for detecting an interference signal generated by combining the measurement light reflected from the surface of the wafer and the reference light among the light reflected from the wafer, and a reference mirror for providing the reference light to the detector using the light reflected from the beam splitter. .
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 간섭계는 상기 실리콘 웨이퍼의 비아홀이 형성된 면의 반대면에 대향되게 설치되어 상기 광원부로부터 조사되는 광대역 적외선이 상기 실리콘 웨이퍼를 투과하여 비아홀의 바닥면이나 웨이퍼의 반대측 표면과의 경계면에서 반사된 빛을 감지한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the interferometer is installed opposite to the opposite surface of the via hole of the silicon wafer so that the broadband infrared radiation emitted from the light source unit passes through the silicon wafer and the bottom surface of the via hole or the opposite side of the wafer Sensing light reflected from the interface with the surface.
상기 광원부는 적외선 영역의 단일 파장 레이저 광을 생성하는 시드 레이저,상기 시드 레이저가 출력하는 적외선 영역의 단일 파장 레이저 광으로부터 광대역 적외선 광을 생성하는 주파수발생기 및 상기 주파수발생기에 의해 생성된 광대역 적외선 광을 상기 간섭계에 적용하기 충분한 광량이 되도록 증폭하는 증폭기를 포함하는 것이 바람직하다.The light source unit may include a seed laser for generating a single wavelength laser light in an infrared region, a frequency generator for generating broadband infrared light from a single wavelength laser light in the infrared region output by the seed laser, and a broadband infrared light generated by the frequency generator. It is preferable to include an amplifier that amplifies the amount of light sufficient to be applied to the interferometer.
상기 광원부가 생성하는 광대역 적외선 광은 주파수 간격이 1 kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 2000 nm일 수 있다.The broadband infrared light generated by the light source unit may have a frequency interval of 1 kHz to 100 GHz and a bandwidth of 0.1 nm to 2000 nm.
상기 광원부가 생성하는 광대역 적외선 광은 반복율이 1 kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 2000 nm인 펄스 레이저인 것이 바람직하다.The broadband infrared light generated by the light source unit is preferably a pulse laser having a repetition rate of 1 kHz to 100 GHz and a bandwidth of 0.1 nm to 2000 nm.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 간섭계는 또한 상기 광원부로부터 출력되는 광대역 적외선 광을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈, 상기 실리콘 웨이퍼를 사이에 두고 상기 시준 렌즈와 대향 배치되어, 상기 시준 렌즈를 지나 상기 실리콘 웨이퍼를 투과한 적외선 광을 집속하는 집속 렌즈, 상기 집속 렌즈에 대면 배치되어 상기 실리콘 웨이퍼에 형성된 비아홀을 통과한 적외선 광과 상기 실리콘 웨이퍼의 비아홀이 형성되지 않은 부분을 투과한 적외선 광의 광경로차로 인한 간섭 신호를 검출하는 검출기를 포함하는 구성인 것이 바람직하다.According to another embodiment of the present invention, the interferometer is also collimating the collimating lens to make the broadband infrared light output from the light source unit into parallel light, the collimating lens disposed between the silicon wafer, the collimating lens A focusing lens for focusing infrared light passing through the silicon wafer, an infrared light passing through a via hole formed in the silicon wafer facing the focusing lens, and an infrared light passing through a portion where the via hole of the silicon wafer is not formed. It is preferable that it is the structure containing the detector which detects the interference signal resulting from a rocha.
본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치를 이용한 비아홀 측정 방법은 상기 광원부로부터 상기 광대역 적외선 광을 상기 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 배면에 조사하여 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면, 비아홀 바닥면에서 반사되게 하고, 웨이퍼의 일 표면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 하여 상기 비아홀 바닥면에서 반사되는 적외선 광과의 간섭 신호를 측정하여 비아홀의 깊이를 측정하고, 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 광대역 적외선 광에 대해 수직 방향으로 미세하게 이동시키면서 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면과 비아홀 바닥의 경계면에서 반사된 광과 상기 기준광의 간섭신호를 측정하여 상기 비아홀의 지름을 측정하는 것이 바람직하다.In the via hole measuring method using the via hole measuring apparatus of the silicon wafer according to an embodiment of the present invention, the broadband infrared light is irradiated from the light source to the front surface or the rear surface of the silicon wafer so as to interface with both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole. The depth of the via hole is measured by measuring the interference signal with infrared light reflected from the bottom surface of the via hole using the light reflected from one surface of the wafer as a reference light. The diameter of the via hole may be measured by measuring the interference signal between the reference light and the light reflected from the interface between both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole, while moving in the vertical direction.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치를 이용한 비아홀 측정 방법은 상기 광원부로부터 광대역 적외선 광을 실리콘 웨이퍼에 조사하여 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면과 비아홀 바닥의 경계면에서 반사되게 하고, 상기 반사된 광과 기준미러로부터 반사된 기준광의 간섭 신호를 측정하여 비아홀의 깊이를 측정한다.A via hole measuring method using a via hole measuring apparatus of a silicon wafer according to another embodiment of the present invention is irradiated with a broadband infrared light from the light source to the silicon wafer to be reflected at the interface between both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole bottom. The depth of the via hole is measured by measuring the interference signal between the reflected light and the reference light reflected from the reference mirror.
상기 웨이퍼를 상기 광원부로부터 조사되는 상기 광대역 적외선 광에 대해 수직 방향으로 미세하게 이동시키면서 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면과 비아홀 바닥의 경계면에서 반사된 광과 기준광의 간섭신호를 측정하여 비아홀의 지름을 측정할 수 있다.The diameter of the via hole is measured by measuring the interference signal between the reference light and the reflected light at the interface between both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole while moving the wafer in a vertical direction with respect to the broadband infrared light emitted from the light source unit. Can be measured.
상기와 같은 본 발명의 수단에 의하면, 실리콘 웨이퍼를 손상시키지 않고 실리콘 웨이퍼에 형성된 비아홀의 깊이와 지름을 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the means of the present invention as described above, there is an effect that can accurately measure the depth and diameter of the via hole formed in the silicon wafer without damaging the silicon wafer.
또한 실리콘 웨이퍼의 비아홀의 깊이와 지름을 고속으로 고정밀도로 측정할 수 있다.In addition, the depth and diameter of the via hole of the silicon wafer can be measured at high speed with high accuracy.
본 발명의 일 실시예에 의한 비아홀 측정 장치 및 측정 방법에 의하면, 비아홀 측정 분해능이 향상되며 펄스 폭이 짧은 펄스를 이용함으로써 신호/노이즈 비가 높은 효과가 있다.According to the via hole measuring apparatus and the measuring method according to an embodiment of the present invention, the via hole measuring resolution is improved and the signal / noise ratio is high by using a pulse having a short pulse width.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 비아홀 측정 장치 및 방법은 비파괴 방식으로 비아홀의 불량여부를 고속으로 정확히 확인할 수 있으므로 3D 반도체 패키징 공정에서의 활용도가 우수하고, 반도체 패키지의 수율이 향상되며, 기계진동이 측정 품질에 미치는 영향이 최소화된다.Via hole measuring apparatus and method according to a preferred embodiment of the present invention is a non-destructive method can accurately determine whether the via hole defects at high speed, excellent utilization in the 3D semiconductor packaging process, improve the yield of the semiconductor package, mechanical vibration The impact on measurement quality is minimized.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치를 실리콘 웨이퍼의 배면에 적용한 구성도,
도 3은 도 2의 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치를 이용하여 비아홀의 깊이와 지름을 측정할 때 빛의 반사 경로를 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치의 간섭계의 또 다른 실시예의 구성도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치의 구성도,
도 7은 주파수 도메인으로 나타낸 mode locked pulse laser 광의 도면이다.1 is a configuration diagram of a via-hole measuring apparatus of a silicon wafer according to an embodiment of the present invention;
2 is a configuration diagram in which a via hole measuring apparatus of a silicon wafer according to an embodiment of the present invention is applied to a back surface of a silicon wafer;
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a reflection path of light when measuring a depth and a diameter of a via hole using the via hole measuring apparatus of the silicon wafer of FIG. 2;
4 is a configuration diagram of a via hole measuring apparatus of a silicon wafer according to still another embodiment of the present invention;
5 is a configuration diagram of another embodiment of an interferometer of a via hole measuring apparatus for a silicon wafer of the present invention;
6 is a configuration diagram of a via hole measuring apparatus for a silicon wafer according to a preferred embodiment of the present invention;
7 is a diagram of mode locked pulse laser light in the frequency domain.
이하, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an apparatus for measuring a via hole of a silicon wafer according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치는 실리콘 웨이퍼에 형성된 비아홀 바닥의 경계면(이하, 바닥면이라 함)에서 반사되는 빛의 간섭현상을 이용하여 비아홀의 깊이와 지름을 측정하는 장치이다.An apparatus for measuring a via hole of a silicon wafer according to an embodiment of the present invention is an apparatus for measuring a depth and a diameter of a via hole using an interference phenomenon of light reflected from a boundary surface (hereinafter, referred to as a bottom surface) of a bottom of a via hole formed in a silicon wafer. to be.
반도체용 실리콘 웨이퍼는 매우 균일하게 결정이 형성되는 단결정 구조이므로 빛은 단일 매질인 실리콘 웨이퍼를 통과할 때 매질의 중간에서는 굴절되지 않게 되며, 이에 따라 비아홀 바닥의 경계면과 웨이퍼 전면 또는 배면의 외부 경계면으로부터 반사된 빛으로부터 비아홀의 깊이에 대한 정보를 얻을 수 있는 것이다.Since the silicon wafer for semiconductor is a single crystal structure in which crystals are formed in a very uniform manner, light is not refracted in the middle of the medium when passing through a silicon wafer as a single medium. Thus, the interface between the bottom surface of the via hole and the outer boundary surface It is possible to obtain information on the depth of the via hole from the reflected light.
본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 광원부(1)와 간섭계(2)를 포함한다. 간섭계는 동일한 광원으로부터 나온 빛을 분할하여 진행 경로차가 생기도록 한 후 다시 합쳐진 빛에서 관측되는 간섭현상을 이용한 측정기이다. 상기 광원부(1)는 실리콘 웨이퍼에 조사되는 빛을 생성하며, 상기 간섭계(2)는 광원부(1)로부터 실리콘 웨이퍼에 조사되고 그로부터 반사된 빛의 간섭 신호로부터 웨이퍼에 형성된 비아홀의 깊이와 지름을 측정한다.An apparatus for measuring a via hole of a silicon wafer according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명에 의하면, 상기 광원부(1)는 광대역의 적외선을 생성하는데, 적외선 광은 실리콘 웨이퍼(100)에 대해 투과 특성을 가지므로 실리콘 웨이퍼의 전면(비아홀이 형성된 면의 경계면, 이하 전면이라 함)과 배면(비아홀이 형성된 면의 반대쪽 경계면, 이하 배면이라 함) 중 어느 쪽으로 조사되어도 좋다. 이처럼 적외선 광을 실리콘 웨이퍼에 조사함으로써 비아홀 전면에서의 회절의 문제나 높은 종횡비로 인해 비아홀 바닥면에 도달하지 못하는 문제 없이, 비아홀 바닥면에서 반사되는 반사 적외선과 기준광의 간섭 신호를 획득하여 처리함으로써 비아홀의 깊이를 정확히 측정할 수 있다.According to the present invention, the
상기 간섭계(2)는 실리콘 웨이퍼의 비아홀이 형성된 면인 웨이퍼 전면 또는 그 반대면인 배면에 대향되게 설치되어, 광원으로부터 조사되는 빛이 실리콘 웨이퍼를 투과하여 비아홀의 바닥면이나 웨이퍼의 전면 또는 배면에서 반사되고 상호 간섭된 빛을 감지할 수 있게 한 것이다.The
일반적으로 간섭계로부터 얻어진 간섭신호 I(L)은 광경로차 L의 함수로, 다음 식과 같이 표현된다.Generally, the interference signal I (L) obtained from the interferometer is a function of the optical path difference L and is expressed by the following equation.
I(L)=I0(1+γcos(2π/c·L·f)I (L) = I 0 (1 + γcos (2π / c · L · f)
여기서, I0는 배경과의 세기, γ는 가시도, c는 빛의 속도, L은 광경로차, f는 광원의 주파수이다.Where I 0 is the intensity with the background, γ is the visibility, c is the speed of light, L is the optical path difference, and f is the frequency of the light source.
일반적으로 단일광을 사용하는 경우, 정확한 위상을 구하기 위해 기준 거울을 일정 거리만큼 이동시켜 간섭무늬를 획득하고 이를 분석해야 거리 정보를 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명은 대역폭이 넓은 적외선 광을 사용하므로, 광주파수 f에 따른 간섭 신호를 스펙트럼 영역에서 획득하여 그 주기를 구함으로써 광경로차 L을 구할 수 있다. 따라서 이러한 빛의 성질을 이용하여, 본 발명의 간섭계는 광대역 적외선을 실리콘 웨이퍼에 적용하여 기준 거울을 광경로 방향으로 이동하는 스캐닝 과정 없이도 광대역 적외선 간섭신호를 동시에 획득하고 스펙트럼 분석함으로써 실시간으로 다수의 광경로차를 동시에 얻을 수 있다. 이에 따라 고속으로 비아홀 깊이의 측정이 가능하며, 측정 정밀도도 우수하다.In general, when a single light is used, an interference pattern is acquired by moving a reference mirror a certain distance to obtain an accurate phase, and the distance information can be obtained by analyzing the interference pattern. However, since the present invention uses infrared light having a wide bandwidth, the optical path difference L can be obtained by acquiring an interference signal according to the optical frequency f in the spectral region and obtaining its period. Therefore, by using the properties of the light, the interferometer of the present invention by applying the broadband infrared ray to the silicon wafer simultaneously acquires and spectral analyzes the broadband infrared interference signal without the scanning process of moving the reference mirror in the optical path direction, the multiple scenes in real time You can get the rocha at the same time. As a result, the via hole depth can be measured at high speed, and the measurement accuracy is excellent.
상기 간섭계는 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)를 포함하여 각 주파수 성분에 따른 간섭 신호를 획득하는 것이 바람직하다.The interferometer may include an optical spectrum analyzer to obtain an interference signal according to each frequency component.
도 1에는 실리콘 웨이퍼의 전면에 대향하는 위치에 간섭계가 설치되어 적외선 광이 비아홀로 바로 입사하고 비아홀 바닥면에서 반사되며, 일부는 그대로 투과하여 배면에서 반사되며, 이 두 반사 성분의 기준광과의 간섭 신호를 분석함으로써 비아홀의 깊이를 산정할 수 있다. 간섭신호의 스펙트럼 주기를 얻는 것은 푸리에 변환을 통해 가능하며, 푸리에 영역에서 보다 정확한 피크 위치를 얻기 위해서 원하는 피크만 필터링하여 역푸리에 변환하여 위상으로 측정하는 방법도 이용될 수 있다.In FIG. 1, an interferometer is installed at a position opposite to the front surface of a silicon wafer so that infrared light is directly incident to the via hole and reflected from the bottom of the via hole, and some of the light is transmitted through the reflection surface and reflected from the rear surface. By analyzing the signal, the depth of the via hole can be estimated. Obtaining the spectral period of the interference signal is possible through Fourier transform. In order to obtain a more accurate peak position in the Fourier domain, a method of filtering only the desired peak and carrying out inverse Fourier transform and measuring it in phase can also be used.
비아홀이 형성되지 않은 실리콘 웨이퍼의 부분에서는 실리콘 웨이퍼 전면과 배면 두 경계점으로부터 적외선 광이 반사되는데 이로부터 실리콘 웨이퍼의 두께 정보도 얻을 수 있다.In the portion of the silicon wafer where no via hole is formed, infrared light is reflected from two boundary points of the front and rear surfaces of the silicon wafer, thereby obtaining thickness information of the silicon wafer.
이하, 도 2 내지 4를 참조하여, 광대역 적외선 광을 실리콘 웨이퍼의 배면으로 조사하여 간섭신호를 얻는 본 발명의 일 실시예에 의한 비아홀 측정 장치 및 방법을 상세히 설명하겠다. 실리콘 웨이퍼의 전면으로 적외선 광을 조사하여 비아홀을 측정하는 장치와 배면에서 조사하는 장치는 그 구조가 동일하며, 다만 웨이퍼의 배치 방향이 상이하다.Hereinafter, a via hole measuring apparatus and method according to an exemplary embodiment of the present invention for obtaining an interference signal by irradiating broadband infrared light to the back surface of a silicon wafer will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4. The apparatus for measuring via holes by irradiating infrared light to the front surface of the silicon wafer and the apparatus for irradiating the back surface have the same structure, but different arrangement directions of the wafers.
이러한 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 광대역 폭의 적외선 광을 조사하는 광원부(1)와 ; 상기 광원부(1)로부터 조사되고 실리콘 웨이퍼로부터 반사된 빛의 간섭 신호로부터 웨이퍼에 형성된 비아홀의 깊이와 지름을 측정하는 간섭계(2)를 포함하여 구성된 비아홀을 측정하는 장치로서, 상기 간섭계(2)는 실리콘 웨이퍼의 비아홀이 형성된 면의 반대면에 대향되게 설치되어 조사되는 빛이 웨이퍼를 투과하여 비아홀의 바닥면이나 웨이퍼의 반대측 표면과의 경계면에서 반사된 빛을 감지할 수 있게 한 것이다.The via hole measuring apparatus for a silicon wafer according to the present invention includes a
상기 광원부(1)는 웨이퍼(100)에 조사되는 빛이 웨이퍼를 구성하는 재질을 잘 투과할 수 있도록 조절하는 수단이 구비되어 있으며, 단일 주파수가 아닌 광대역 적외선 광을 생성한다.The
상기 광원부(1)는 적외선 영역에 속하는 단일 파장의 시드 레이저(seed laser), 상기 시드 레이저로부터 출력되는 적외선 광으로부터 적외선 영역의 광대역 광을 발생하는 주파수 발생기 및 상기 주파수 발생기로부터 생성된 광대역 적외선 레이저 광을 증폭하는 증폭기를 포함한다.The
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 광원부(1)는 중심파장이 1541 nm인 단일 파장의 시드 레이저를 발생시키는 DFB레이저(Distributed Feed Back laser)(11)와 ; 상기 DFB레이저로부터 출력되는 레이저 빛으로부터 광대역 빛을 생성하는 주파수발생기(12)와 ; 상기 주파수발생기에 의해 생성된 빛을 상기 간섭계(2)에 적용하기 충분한 광량이 되도록 증폭하는 증폭기(13)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the
상기 주파수발생기(12)에 의해 발생되는 광대역 빛은 반복률이 수 kHz내지 수백 GHz 이고, 대역폭이 수 nm내지 수백 nm인 스펙트럼의 광대역 빛이고, 바람직하게는 반복률이 1 kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 1000 nm이다.The broadband light generated by the
상기와 같이 구성된 광원부(1)에 의해 조사되는 빛은 대역폭이 넓어 위상천이(phase shifting)없이도 광로차(optical path difference)를 얻을 수 있게 하기 위한 것이다.The light irradiated by the
본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치는 상기한 바와 같이 조사되는 빛이 실리콘 웨이퍼(100)을 투과할 수 있어야하므로 상기 실리콘 웨이퍼(100)에 조사되는 빛으로는 적외선 대역의 빛을 사용하는 것이 바람직하다.In the apparatus for measuring a via hole of a silicon wafer according to the present invention, since the light irradiated as described above should be able to penetrate the
상기 간섭계(2)는 하나의 광원으로부터 조사된 광을 둘 또는 그 이상으로 나누어 광로차(光路差)를 갖도록 하여 다시 파면(波面)을 중첩할 때 생기는 간섭을 관측하는 장치의 하나로 이는 형상측정장치 등에 많이 이용되는 것 중 하나이며, 이는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 광원부(1)로부터 출력되는 빛을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈(21)와 ; 상기 시준렌즈(21)를 통과한 빛은 투과하고 웨이퍼(100)에서 반사되어 오는 빛은 반사하여 빛의 경로를 분할하는 빔분할기(22)와 ; 상기 웨이퍼(100)에서 반사되는 빛 중 웨이퍼의 표면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 하여 측정광과 기준광이 합쳐져 생성되는 간섭 신호를 검출하는 검출기(23)를 포함하여 구성된다. 상기 검출기는 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)를 포함하여, 광대역 적외선 광의 간섭 신호를 검출한다.The interferometer (2) is a device for observing interference generated when the wavefront is overlapped again by dividing the light irradiated from one light source into two or more to have an optical path difference. It is one of many uses, and the like, which is, as shown in Figure 2, the collimating
이렇게 구성된 간섭계(2)는 웨이퍼(100)로부터 반사된 측정광과 비교하기 위한 기준광이 요구되며, 이 기준광은 웨이퍼의 양 표면과의 경계면에서 반사되는 빛 중 하나의 표면과의 경계면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 정의하고, 이 기준광과 다른 측정광의 간섭 신호를 측정하여 비아홀의 깊이를 측정할 수 있다.The
이렇게 웨이퍼(100)의 어느 일측의 경계면에서 반사된 측정광을 기준광으로 사용함으로써 후술하는 기준미러를 설치하였을 때 발생될 수 있는 기준광의 오차를 줄일 수 있다. 즉, 웨이퍼(100)가 흔들려도 기준광은 흔들리는 웨이퍼로부터 반사된 빛이 되고, 이렇게 기준광이 흔들릴 때 측정광 역시 같이 흔들리게 되므로 기준광을 웨이퍼(100)의 어느 일측의 경계면에서 반사된 빛으로 설정할 경우 기준광과 측정광 사이의 진동 오차를 완벽히 제거할 수 있는 것이다.Thus, by using the measurement light reflected from the boundary surface of any one side of the
또한, 상기와 같이 구성된 본 발명의 측정장치는 비아홀(100a)의 지름이나 폭을 측정할 수 있으며, 비아홀(100a)의 지름이나 폭을 측정하는 방법은 상기 웨이퍼(100)를 광원부(1)로부터 조사되는 빛과 수직 방향으로 미세하게 이동시키면서 반사된 측정광과 기준광의 간섭신호를 측정하여 비아홀의 지름을 측정한다.In addition, the measuring apparatus of the present invention configured as described above can measure the diameter or width of the via hole (100a), the method of measuring the diameter or width of the via hole (100a) is the
즉, 비아홀(100a) 바닥의 경계면으로부터 반사되는 측정광의 영역을 확인함으로서 비아홀(100a)의 지름이나 폭을 확인할 수 있는 것이다.That is, the diameter or width of the via
상기 간섭계(2)는 상기한 기준광을 생성하기 위한 수단으로 기준미러(24)를 더 설치할 수 있다.The interferometer (2) can be further installed to the
상기 기준미러(24)는 상기 빔분할기(22)로부터 반사된 빛을 이용하여 기준광을 생성하는 수단으로 이 기준광과 측정광의 간섭 신호로부터 비아홀(100a)의 깊이와 지름이나 폭이 측정될 수 있다. The
이렇게 기준미러(24)를 설치할 경우 상기한 바와 같이 기준미러의 흔들림에 의해 기준광의 오류가 발생될 수 있으므로 상기한 바와 같이 웨이퍼(100)의 어느 일측 경계면으로부터 반사된 빛을 기준광으로 설정하는 것이 바람직하다.When the
상기한 바와 같이, 기준미러(24)를 사용하지 않고, 웨이퍼(100)의 어느 일측의 경계면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 하여 측정광과의 간섭 신호로부터 깊이나 지름을 측정할 경우 웨이퍼(100)가 진동에 둔감한 특성까지 얻어낼 수 있어 공정 내 실시간 측정이 가능하다.As described above, when the depth or diameter is measured from the interference signal with the measurement light using the light reflected from the boundary surface of any one side of the
상기와 같이 구성된 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치와 이를 이용한 측정 방법을 상세하게 설명한다.The via hole measuring apparatus and the measuring method using the same of the silicon wafer of the present invention configured as described above will be described in detail.
먼저, 비아홀 측정 방법은 상기 광원부(1)로부터 조사되는 빛을 웨이퍼(100)에 조사하되 조사되는 빛이 웨이퍼에 형성된 비아홀(100a)의 반대면에 조사되게 하여 조사된 빛이 웨이퍼의 양 표면과의 경계면, 비아홀(100a) 바닥의 경계면에서 반사되게 하고, 반사된 빛과 기준광의 간섭 신호를 이용하여 비아홀의 깊이를 측정한다.First, the via hole measuring method irradiates the light emitted from the
상기 간섭계(2)는 높은 측정 분해능뿐만 아니라 길이 표준 소급성도 확보할 수 있어 초정밀 측정에 널리 사용되는 것이지만 위상을 결정하기 위해 기준 미러(23)를 이동시키거나 위상 반전하여야 하는 문제가 있으므로 대역폭이 넓은 광원을 이용하여 스펙트럼 해석을 함으로써 기준 미러(24)를 이동시키거나 위상반전 없이 광로차를 얻을 수 있게 하였다.The interferometer (2) is widely used for ultra-precise measurement because it can secure not only high measurement resolution but also length standard traceability, but it has a problem that the
도 2는 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 측정 장치의 구성도로서, 실리콘 웨이퍼(100)의 투과 특성을 이용하기 위한 빛인 시드 레이저(seed laser)로 중심파장 1541 nm를 갖는 DFB레이저(11)를 사용하였고, 상기 DFB레이저(11)에서 나온 빛은 주파수발생기(12)로 입사되어 주파수가 20 GHz내지 30 GHz이고, 대역폭이 15 nm내지 25 nm인 스펙트럼을 생성한다.FIG. 2 is a configuration diagram of a measuring apparatus according to the present invention as described above, wherein a
상기 주파수발생기(12)의 반복률(repetition rate)은 기준클럭(Rb-reference clock)에 잠금되어 안정화되어 있고, 이렇게 생성된 광빗(optical comb)은 실제 간섭계에 적용하여 사용하기 충분한 광량이 되도게 하기 위해 증폭기(13)를 통해 증폭된다.The repetition rate of the
이렇게 증폭된 빛은 간섭계(2)로 입력되고, 상기 시준렌즈(21)를 거쳐 시준된 빛은 빔분할기(22)를 통과하여 웨이퍼(100)로 나뉘어 입사되고, 실리콘 웨이퍼(100)로부터 반사되어 되돌아온 빛 중 어느 일 측 표면의 경계면으로부터 반사된 빛을 기준광으로 하여 측정광과의 간섭 신호를 검출기(23)에서 검출 및 계산하여 비아홀(100a)의 깊이와 지름 또는 폭을 측정한다.The light thus amplified is input to the
물론, 상기 광원부(1)에서 웨이퍼(100)에 조사되는 빛은 웨이퍼(100)의 비아홀(100a)이 형성된 면의 반대면에 조사하며, 웨이퍼(100)로부터 반사되는 빛의 반사면은 세 부분이 된다.Of course, the light emitted from the
즉, 도 3에 도시한 바와 웨이퍼(100)의 배면(비아홀이 형성된 면을 정면으로 보았을 때), 정면, 및 비아홀(100a)의 바닥면의 경계면에서 빛의 반사가 이루어지므로, 이 세 개의 측정광(반사광)과 기준미러로부터 반사된 기준광 사이의 간섭 신호를 측정함으로써 비아홀(100a)의 깊이를 측정할 수 있다.That is, as shown in FIG. 3, light is reflected on the back surface of the wafer 100 (when the via hole is formed in front), the front surface, and the boundary surface of the bottom surface of the via
이렇게 기준미러를 사용하지 않을 경우에는 도 2에 도시한 바와 같이 배면을 기준면으로 설정하여 이 배면에서 반사된 빛을 기준광으로 설정하거나 도시하지는 않았으나 정면을 기준면으로하고 이로부터 반사된 빛을 기준광으로 설정할 수 있다.When the reference mirror is not used in this way, as shown in FIG. 2, the back surface is set as the reference plane, and the light reflected from the back surface is set as the reference light or not shown, but the front plane is the reference plane and the light reflected therefrom is set as the reference light. Can be.
물론 도 4에 도시한 바와 같이 기준미러(24)를 설치할 경우에는 기준미러로부터 반사된 빛을 기준광으로 설정하게 된다.Of course, when the
본 발명의 또 다른 실시예를 도 5를 참조하여 상세히 설명하겠다.Another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5.
이 실시예는 간섭 현상을 이용하여 비아홀의 깊이와 지름을 측정하는 원리는 다른 실시예와 동일하며, 아래의 상이점을 제외한 구성도 동일하다.In this embodiment, the principle of measuring the depth and diameter of the via hole using the interference phenomenon is the same as in the other embodiments, and the configuration except for the following differences is the same.
도 5에 도시된 바와 같이, 광원으로부터 발생한 광대역 적외선 광은 실리콘 웨이퍼의 전면으로 조사되어, 비아홀의 바닥면을 일단 투과한 후 일부는 배면을 투과하고 나머지 일부는 배면에서 반사되고 그 중 일부는 다시 비아홀의 바닥면에서 재반사된다. 따라서, 반사없이 투과된 적외선 광과 비아홀 투과 후 2번에 걸쳐 반사된 적외선 광은 그 광경로차에 따라 간섭 신호를 생성하고 이를 검출기가 측정하여 비아홀과 배면의 거리를 측정할 수 있게 된다.As shown in Fig. 5, the broadband infrared light generated from the light source is irradiated to the front surface of the silicon wafer so that once it passes through the bottom surface of the via hole, part of it penetrates the back side and some of it is reflected from the back side, some of which is again Reflected again at the bottom of the via hole. Therefore, the infrared light transmitted without reflection and the infrared light reflected two times after the via hole transmission generate an interference signal according to the optical path difference, and the detector can measure the distance between the via hole and the rear surface.
도 5와 동일한 구조의 간섭계의 경우 실리콘 웨이퍼와 검출기 사이에 집속렌즈를 설치하는 것도 가능하다. 이 경우 기준광은 비아홀이 형성되지 않은 실리콘 웨이퍼면을 투과한 광이 되고, 비아홀을 투과한 광은 굴절률 차이로 인해 광의 진행 속도가 달라지므로 결국 광경로차가 생기게 되며, 이 두 광을 집속 렌즈로 집속하여 간섭신호를 얻게 된다.In the case of an interferometer having the same structure as in FIG. 5, it is also possible to provide a focusing lens between the silicon wafer and the detector. In this case, the reference light becomes light that passes through the silicon wafer surface without via holes, and the light passing through the via hole changes the speed of light due to the difference in refractive index, resulting in optical path difference. The interference signal is obtained.
이하, 도 6 내지 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치를 설명하겠으며, 다른 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Hereinafter, an apparatus for measuring a via hole of a silicon wafer according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 7, and a description of the same configuration as in the other embodiments will be omitted.
광대역 적외선 광을 생성하는 광원부는 시드 레이저, 광변조기 및 광증폭기를 포함한다. 상기 시드 레이저는 중심 파장 1541nm를 갖는 단일 파장의 레이저 광을 생선하는 DFB레이저(11)이며, 상기 DFB 레이저에서 나온 단일 파장의 레이저 광은 위상변조 광 빗 발생기(comb generator)로 입사되어 반복률이 20 내지 30 GHz이고, 대역폭이 15 nm내지 25 nm인 스펙트럼을 생성한다. 바람직하기로 상기 반복률은 10 MHz 이상이고 대역폭은 10 nm 이상이다. 도 7에는 주파수 도메인으로 나타낸 광 빗을 도시한 것이다. 이러한 광 빗(optical comb)은 주파수 도메인에서 중심 주파수를 중심으로 일정 간격으로 잘 정의된 주파수 성분들로 표현되며, 시간 도메인 영역에서 볼 때는 여러 주파수 성분을 포함한 레이저 펄스가 일정한 주기로 반복되는데 일반적으로 이를 펄스 레이저라 한다. 이와 같이 광 빗을 형성한 펄스 레이저는 여러 주파수 성분을 가지나 동시에 각 주파수 성분이 매우 잘 정의되고 안정화되어 있어, 간섭 신호의 주기 분석 측면에서 유리하여 비아홀의 깊이 측정의 정밀도가 보다 향상된다.The light source unit for generating broadband infrared light includes a seed laser, an optical modulator and an optical amplifier. The seed laser is a
상기 광 빗 발생기는 일종의 주파수 발생기로, 그에 의해 생성되는 광대역 레이저 펄스의 반복률(repetition rate)은 기준클럭(Rb-reference clock)에 잠금되어 안정화되어 있고, 이렇게 생성된 광 빗(optical comb)은 실제 간섭계에 적용하여 사용하기 충분한 광량이 되도록 하기 위해 증폭기(13)를 통해 증폭된다. 상기 증폭기로는 EDFA(Er doped fiber amplifier)가 사용될 수 있다.The optical comb generator is a kind of frequency generator, in which the repetition rate of the broadband laser pulse generated is locked and stabilized by a reference clock (Rb-reference clock), and the optical comb thus generated is actually It is amplified by the
이렇게 증폭된 빛은 간섭계(2)로 입력되고, 상기 시준렌즈(21)를 거쳐 시준된 빛은 빔분할기(22)를 통과하여 웨이퍼(100)로 나뉘어 입사되고, 실리콘 웨이퍼(100)로부터 반사되어 되돌아온 빛 중 어느 일측 표면의 경계면으로부터 반사된 빛 또는 기준 미러에서 반사된 빛을 기준광으로 하여 측정광과의 간섭 신호를 검출기(23)에서 검출 및 계산하여 비아홀(100a)의 깊이와 지름 또는 폭을 측정한다.The light thus amplified is input to the
한편, 상기 광 빗 발생기에 스펙트럼을 생성한 펄스 레이저는 펨토 초 레이저 즉, 시간 도메인에서의 펄스 폭이 수 내지 수백 펨토 초인 것이 바람직하며, 이 경우 아주 짧은 시간 동안만 간섭이 생기기 때문에 측정 분해능이 향상되며 발진된 펄스의 첨두 광량이 매우 크기 때문에 신호/노이즈 비가 높은 효과가 있다.On the other hand, the pulse laser generated the spectrum in the optical comb generator is a femtosecond laser, that is, the pulse width in the time domain is preferably several to several hundred femtoseconds, in this case, because the interference occurs only for a very short time, the measurement resolution is improved In addition, since the peak amount of the oscillated pulse is very large, the signal / noise ratio is high.
펨토초 레이저 발진기(femto second laser oscillator)는 그 자체로서 광 빗을 형성한 펄스 레이저를 생성하므로 별도의 시드 레이저로부터 광 빗을 형성할 필요가 없다.A femto second laser oscillator by itself produces a pulsed laser with optical combs, so there is no need to form optical combs from separate seed lasers.
이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 비아홀 측정 장치 및 방법은 비파괴 방식으로 비아홀의 불량여부를 고속으로 정확히 확인할 수 있으므로 3D 반도체 패키징 공정에서의 활용도가 우수하고, 반도체 패키지의 수율이 향상되며, 기계진동이 측정 품질에 미치는 영향이 최소화된다.The apparatus and method for measuring a via hole according to the preferred embodiment of the present invention can accurately check whether or not a via hole is defective at a high speed in a non-destructive manner, thereby increasing the utilization of the 3D semiconductor packaging process and improving the yield of the semiconductor package. The effect of vibration on measurement quality is minimized.
산업상 이용가능성Industrial availability
이와 같은 본 발명의 비아홀 측정 장치 및 방법은 비파괴 방식으로 비아홀의 불량여부를 고속으로 정확히 확인할 수 있으므로 3D 반도체 패키징 공정 등에 적용될 경우 실리콘 웨이퍼의 비아홀의 불량여부를 확인할 수 있어, 그 활용도가 우수하고, 반도체 패키지의 수율이 향상된다. 또한 기계진동이 측정 품질에 미치는 영향이 최소화되므로 고속으로 정확히 비아홀의 깊이와 지름을 측정할 수 있다.Since the via hole measuring apparatus and method of the present invention can accurately check whether the via hole is defective at a high speed in a non-destructive manner, it is possible to check whether the via hole of the silicon wafer is defective when applied to a 3D semiconductor packaging process and the like. The yield of the semiconductor package is improved. In addition, the effects of mechanical vibration on the measurement quality are minimized, enabling accurate measurement of via hole depth and diameter.
비아홀 뿐 아니라 실리콘 웨이퍼의 여러 미세 구조를 측정하는 장치로도 사용될 수 있다.It can be used as a device for measuring various microstructures of silicon wafers as well as via holes.
Claims (12)
상기 광원부(1)는 광대역의 적외선 광을 생성하고,
상기 간섭계(2)는 상기 광대역 적외선 광이 상기 비아홀의 바닥면, 상기 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 배면의 경계면에서 반사됨으로써 생성되는 간섭 신호를 감지하며,
상기 간섭 신호의 스펙트럼 주기 분석을 통해 다수 주파수 성분에 대한 광경로차를 동시에 획득함으로써 상기 비아홀의 깊이와 지름을 측정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치. A silicon wafer comprising a light source unit 1 and an interferometer 2 for irradiating the silicon wafer with light generated from the light source unit 1 to measure the depth of the via hole formed in the wafer from the interference signal of the light reflected from the silicon wafer. In the via hole measuring device,
The light source unit 1 generates broadband infrared light,
The interferometer 2 detects an interference signal generated by reflecting the broadband infrared light from the bottom surface of the via hole, the boundary surface of the front surface or the back surface of the silicon wafer,
And measuring the depth and diameter of the via hole by simultaneously obtaining optical path differences for a plurality of frequency components through spectral period analysis of the interference signal.
상기 간섭계(2)는
상기 광원부(1)로부터 출력되는 빛을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈(21)와 ;
상기 시준렌즈(21)를 통과한 빛은 투과하고 웨이퍼(100)에서 반사되어 오는 빛은 반사하여 빛의 경로를 분할하는 빔분할기(22)와 ;
상기 웨이퍼(100)에서 반사되는 빛 중 웨이퍼의 일 표면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 하여 측정광과 기준광이 합쳐져 생성되는 간섭 신호를 검출하는 검출기(23)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.The method of claim 1,
The interferometer 2
A collimating lens 21 for making the light output from the light source unit 1 into parallel light;
A beam splitter 22 for transmitting the light passing through the collimating lens 21 and reflecting the light reflected from the wafer 100 to split the light path;
And a detector 23 for detecting an interference signal generated by combining the measurement light and the reference light, based on the light reflected from one surface of the wafer among the light reflected by the wafer 100 as a reference light. Via hole measuring device.
상기 간섭계는 스펙트럼 분석기를 포함하여 각 주파수 성분에 따른 간섭 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.The method of claim 1,
The interferometer includes a spectrum analyzer to obtain an interference signal according to each frequency component, via hole measuring apparatus of a silicon wafer.
상기 간섭계(2)는
상기 광원부(1)로부터 출력되는 빛을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈(21)와 ;
상기 시준렌즈(21)를 통과한 빛은 투과하고 웨이퍼(100)에서 반사되어 오는 빛은 반사하여 빛의 경로를 분할하는 빔분할기(22)와 ;
상기 웨이퍼(100)에서 반사되는 빛 중 웨이퍼의 표면으로부터 반사되는 측정광과 기준광이 합쳐져 생성되는 간섭 신호를 검출하는 검출기(23)와
상기 빔분할기(22)로부터 반사된 빛을 이용하여 상기 검출기(23)에 기준광을 제공하는 기준미러(24)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.The method of claim 1,
The interferometer 2
A collimating lens 21 for making the light output from the light source unit 1 into parallel light;
A beam splitter 22 for transmitting the light passing through the collimating lens 21 and reflecting the light reflected from the wafer 100 to split the light path;
Detector 23 for detecting an interference signal generated by combining the measurement light and the reference light reflected from the surface of the wafer of the light reflected from the wafer 100 and
And a reference mirror (24) for providing a reference light to the detector (23) by using light reflected from the beam splitter (22).
상기 간섭계는 상기 실리콘 웨이퍼의 비아홀이 형성된 면의 반대면에 대향되게 설치되어 상기 광원부로부터 조사되는 광대역 적외선이 상기 실리콘 웨이퍼를 투과하여 비아홀의 바닥면이나 웨이퍼의 반대측 표면과의 경계면에서 반사된 빛을 감지함을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.The method of claim 1,
The interferometer is disposed opposite to a surface opposite to a surface on which a via hole of the silicon wafer is formed, so that broadband infrared rays emitted from the light source unit penetrate the silicon wafer to reflect light reflected from a bottom surface of the via hole or an interface with an opposite surface of the wafer. A via-hole measuring device for a silicon wafer, characterized by detecting.
상기 광원부(1)는
적외선 영역의 단일 파장 레이저 광을 생성하는 시드 레이저(11);
상기 시드 레이저가 출력하는 적외선 레이저 광으로부터 광대역 적외선 광을 생성하는 주파수발생기(12); 및
상기 주파수발생기에 의해 생성된 광대역 적외선 광을 상기 간섭계(2)에 적용하기 충분한 광량이 되도록 증폭하는 증폭기(13);를
포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.The method of claim 1,
The light source unit 1
A seed laser 11 for generating single wavelength laser light in the infrared region;
A frequency generator (12) for generating broadband infrared light from the infrared laser light output by the seed laser; And
An amplifier 13 for amplifying the wideband infrared light generated by the frequency generator to an amount of light sufficient to be applied to the interferometer 2;
Via hole measuring apparatus for a silicon wafer comprising a.
상기 광원부가 생성하는 광대역 적외선 광은 주파수 간격이 1 kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 2000 nm인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Broadband infrared light generated by the light source unit has a frequency interval of 1 kHz to 100 GHz, the bandwidth of the silicon wafer via hole measuring apparatus, characterized in that from 0.1 nm to 2000 nm.
상기 광원부가 생성하는 광대역 적외선 광은 반복율이 1 kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 2000 nm인 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The broadband infrared light generated by the light source unit is a pulse laser having a repetition rate of 1 kHz to 100 GHz and a bandwidth of 0.1 nm to 2000 nm.
상기 간섭계(2)는
상기 광원부(1)로부터 출력되는 광대역 적외선 광을 평행광으로 만들어 주는 시준렌즈(21) ;
상기 실리콘 웨이퍼(100)를 사이에 두고 상기 시준 렌즈와 대향 배치되어, 상기 시준 렌즈를 지나 상기 실리콘 웨이퍼를 투과한 적외선 광을 집속하는 집속 렌즈;
상기 집속 렌즈에 대면 배치되어 상기 실리콘 웨이퍼에 형성된 비아홀을 통과한 적외선 광과 상기 실리콘 웨이퍼의 비아홀이 형성되지 않은 부분을 투과한 적외선 광의 광경로차로 인한 간섭 신호를 검출하는 검출기(23);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치.The method of claim 1,
The interferometer 2
A collimating lens 21 for converting the broadband infrared light output from the light source unit 1 into parallel light;
A focusing lens disposed to face the collimating lens with the silicon wafer 100 interposed therebetween to focus infrared light passing through the collimating lens and passing through the silicon wafer;
A detector (23) disposed facing the focusing lens and detecting an interference signal due to an optical path difference between infrared light passing through a via hole formed in the silicon wafer and infrared light passing through a portion where the via hole of the silicon wafer is not formed;
Via hole measuring apparatus of the silicon wafer comprising a.
상기 광원부(1)로부터 상기 광대역 적외선 광을 상기 실리콘 웨이퍼의 전면 또는 배면에 조사하여 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면, 비아홀 바닥면에서 반사되게 하고, 웨이퍼의 일 표면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 하여 상기 비아홀 바닥면에서 반사되는 적외선 광과의 간섭 신호를 측정하여 비아홀의 깊이를 측정하고,
상기 실리콘 웨이퍼를 상기 광대역 적외선 광에 대해 수직 방향으로 미세하게 이동시키면서 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면과 비아홀 바닥의 경계면에서 반사된 광과 상기 기준광의 간섭신호를 측정하여 상기 비아홀의 지름을 측정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 방법.In the via hole measuring method using the via hole measuring apparatus of claim 1,
The broadband infrared light is irradiated from the light source unit 1 onto the front surface or the rear surface of the silicon wafer to be reflected at the interface between both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole, and the light reflected from one surface of the wafer is used as the reference light. By measuring the interference signal with the infrared light reflected from the bottom of the via hole to measure the depth of the via hole,
The diameter of the via hole is measured by measuring the interference signal between the reference light and the reflected light at the interface between both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole, while moving the silicon wafer in the vertical direction with respect to the broadband infrared light. Via hole measuring method of a silicon wafer, characterized in that.
상기 광원부(1)로부터 광대역 적외선 광을 실리콘 웨이퍼(100)에 조사하여 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면과 비아홀 바닥의 경계면에서 반사되게 하고, 상기 반사된 광과 기준미러로부터 반사된 기준광의 간섭 신호를 측정하여 비아홀의 깊이를 측정함을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 방법.In the via hole measuring method using the via hole measuring apparatus of claim 4,
Irradiating broadband infrared light from the light source unit 1 to the silicon wafer 100 to reflect at the interface between both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole, and the interference between the reflected light and the reference light reflected from the reference mirror. A method of measuring a via hole of a silicon wafer characterized by measuring the signal to measure the depth of the via hole.
상기 웨이퍼(100)를 상기 광원부(1)로부터 조사되는 상기 광대역 적외선 광에 대해 수직 방향으로 미세하게 이동시키면서 상기 실리콘 웨이퍼의 양 표면과의 경계면과 비아홀 바닥의 경계면에서 반사된 광과 기준광의 간섭신호를 측정하여 비아홀의 지름을 측정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 방법.The method of claim 11,
The interference signal between the reference light and the reflected light reflected from the interface between both surfaces of the silicon wafer and the bottom of the via hole while moving the wafer 100 in a vertical direction with respect to the broadband infrared light emitted from the light source unit 1 Via hole measuring method of the silicon wafer, characterized in that for measuring the diameter of the via hole by measuring.
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