KR101414255B1

KR101414255B1 - Ｔｓｖ 측정장치 및 측정방법

Info

Publication number: KR101414255B1
Application number: KR1020130034050A
Authority: KR
Inventors: 황영민; 김성룡; 조태영
Original assignee: 에스엔유 프리시젼 주식회사
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-07-01
Also published as: TW201447222A; JP2016519427A; CN105164518A; CN105164518B; WO2014157882A1; JP6052700B2; TWI485360B

Abstract

TSV와 같은 비아홀을 측정할 수 있는 TSV 측정장치 및 측정방법이 개시된다. 측정대상물에 형성된 TSV를 측정하기 위한 TSV 측정장치는, 광원, 광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며 TSV의 종횡비(aspect ratio)에 따라 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 디지털 가변 조리개부, 디지털 가변 조리개부를 통과한 광을 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할하여 출력하고 제1방향에 배치된 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광 및 제2방향에 배치된 미러로부터 반사되는 제2반사광을 결합하여 결합광으로 출력하는 빔 스플리터, 및 빔 스플리터로부터 안내된 결합광을 이용하여 TSV를 측정하는 검출부를 포함하고, 디지털 가변 조리개부는 물리적인 이동없이 TSV의 종횡비에 대응하여 선택적으로 서로 다른 구경 크기를 갖는 조리개 기능을 수행한다.

Description

ＴＳＶ 측정장치 및 측정방법{DEVICE AND METHOD FOR MEASURING THROUGH SILICON VIA}

본 발명은 TSV 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 디지털 가변조리개를 적용한 간섭계를 이용하여 TSV와 같은 비아홀을 측정할 수 있는 TSV 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

고집적도의 반도체 회로를 구현하기 위해 노광을 통해 미세 선폭을 구현해 왔으나, 회절 한계로 인해 구현할 수 있는 선폭에 제한을 받게 되었다.

이를 극복하기 위해, 극자외선(EUV)과 같은 가시광보다 짧은 파장의 광을 이용하여 회절 한계를 줄여가는 방법, 공정이 완료된 다수의 웨이퍼 칩을 수직 적층하여 집적도를 높이는 3D 반도체 패키징(3D semi-conductor packaging) 공정 등이 제안되고 있다.

다수 개의 웨이퍼 칩을 수직으로 적층하는 3D 반도체 패키징 공정에서는, 다수 적층 웨이퍼 칩들 사이에서 전기신호를 주고 받는 회로를 구성하기 위해서 각 웨이퍼 층의 회로가 전기적으로 서로 연결되어야 한다. 웨이퍼층간의 전기적 연결을 위해, 실리콘 웨이퍼에는 TSV(Through Silicon Via)라는 가늘고 긴 구멍(이하, 비아홀이라 한다)을 형성하고, 이 비아홀에 도전물질을 채워 웨이퍼 층간의 회로를 연결한다. 일반적으로 TSV 공정은 딥 에칭(deep etching) 등을 통해 구현될 수 있다.

한편, 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.

TSV(비아홀)의 형성상태를 검사하기 위한 TSV 측정방법으로서는 간섭계를 이용하는 방법, TSV가 형성된 웨이퍼 단면을 절단하여 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)으로 검사하는 방법 등이 있다.

이 중, 간섭계를 이용하는 방법에서 가장 대표적으로 사용되는 간섭계는 백색광 간섭계(WLI, White Light Interferometer)로서, 하나의 광원에서 나온 광을 두 갈래로 나누고, 나눠진 두 광들이 직각을 이루도록 진행시킨 후 다시 합류되게 하고, 두광들의 광행로차에 의해 간섭무늬를 형성하는 방법이다.

그런데, 종래 간섭계를 이용하는 방법의 경우에는, TSV로 광이 출사되도록 하는 렌즈가 광각렌즈를 통해 출사될 시, TSV로 입사되는 광의 입사각이 TSV의 직경보다 커서 실질적으로 TSV의 내부로 입사되는 광량이 작아 TSV의 바닥면까지 광이 도달하지 못하게 됨에 따라 TSV의 측정이 매우 어렵거나 사실상 불가능한 문제점이 있다.

또한, TSV의 바닥면으로 도달하는 광의 강도가 강해지도록 광원을 교체하더라도, TSV로 출사되는 광의 초점을 TSV가 형성된 방향으로 일정거리마다 측정해야 하므로 측정 시간이 오래 걸리고, 결과데이터의 용량 또한 매우 커져 전체 시스템에 과부하의 원인이 되는 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 TSV의 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 TSV 측정장치에 대한 일부 대책들이 제안되고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 TSV(비아홀)의 형성상태를 정확하게 측정할 수 있는 TSV 측정장치 및 측정방법을 제공한다.

특히, 본 발명은 디지털 가변조리개를 이용하여 TSV의 형성상태를 정확히 측정할 수 있는 TSV 측정장치 및 측정방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 구조를 간소화할 수 있으며, 보다 효율적이고 정교한 측정이 가능한 TSV 측정장치 및 측정방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 TSV 측정 편의성을 향상시킬 수 있으며, 측정 시간을 단축할 수 있는 TSV 측정장치 및 측정방법을 제공한다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 측정대상물에 형성된 TSV를 측정하기 위한 TSV 측정장치는, 광원, 광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며 TSV의 종횡비(aspect ratio)에 따라 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 디지털 가변 조리개부, 디지털 가변 조리개부를 통과한 광을 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할하여 출력하고 제1방향에 배치된 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광 및 제2방향에 배치된 미러로부터 반사되는 제2반사광을 결합하여 결합광으로 출력하는 빔 스플리터, 및 빔 스플리터로부터 안내된 결합광을 이용하여 TSV를 측정하는 검출부를 포함하고, 디지털 가변 조리개부는 물리적인 이동없이 TSV의 종횡비에 대응하여 선택적으로 서로 다른 구경 크기를 갖는 조리개 기능을 수행한다.

참고로, 본 발명에서 TSV의 종횡비에 따라 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적이 조절된다 함은, TSV의 종횡비에 따라 디지털 가변 조리개부를 통과하는 광의 면적(구경 크기)이 조절되는 것으로 이해될 수 있다.

디지털 가변 조리개부는 물리적인 이동없이 구경 수치(크기)를 가변시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 디지털 가변 조리개부는 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하여 제공될 수 있으며, TSV의 종횡비에 따라 서로 다른 크기(직경)를 갖는 광투과 영역(조리개 구경에 대응)이 활성화(activate)될 수 있다. 참고로, 광원으로부터 조사된 광은 LCD에서 활성화된 광투과 영역을 통과할 수 있으나, LCD에서 광투과 영역을 제외한 나머지 차단 영역에서는 광이 차단될 수 있다. 여기서, 활성화된 광투과 영역이라 함은, LCD에서 아무런 색상도 표현되지 않고 백색 광이 그대로 통과할 수 있는 영역으로 이해될 수 있고, 차단 영역이라 함은, LCD에서 검정색과 같은 빛 차단색상을 디스플레이하여 빛이 통과할 수 없는 영역으로 이해될 수 있다.

아울러, 디지털 가변 조리개부는 TSV의 종횡비에 따라 f/1.4, f/2, f/2.8, f/4 등과 같이 규격화된 조리개 비율로 가변될 수 있을 뿐만 아니라, f/1.6, f/2.1, f/4.4 등과 같이 규격화되지 않은 조리개 비율을 갖도록 가변되는 것이 가능하다. 또한, 조리개 형상(광투과 영역의 형상)은 원형으로 형성될 수 있음은 물론, 사각형과 같은 다각형 또는 여타 다른 기하학적 형상을 갖도록 형성되는 것이 가능하다.

또한, 디지털 가변 조리개부를 통과한 광의 경로 상에는, 디지털 가변 조리개부를 통과한 광의 특성을 유지 및 가변시키기 위한 콜리메이팅(collimating) 렌즈 및 광학필터 등과 같은 각종 광학부재가 제공될 수 있으며, 광학부재의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 TSV 측정장치는 빔 스플리터에서 분할되어 미러로 입사되는 광의 경로상에 제공되며, 선택적으로 미러로 입사되는 광의 광량을 조절하기 위한 광량조절부를 포함할 수 있다.

측정대상물로부터 반사되는 제1반사광(시편광) 및 미러로부터 반사되는 제2반사광(기준광)에 의한 이상적인 간섭신호가 발생되기 위해서는 제1반사광의 광량과 제2반사광의 광량이 대략 비슷한 수준으로 유지될 수 있어야 한다.

즉, 제1반사광은 측정대상물로부터 반사되기 때문에 제2반사광에 비해 반사도가 급격히 줄어들고, 이에 따라 제1반사광의 광량이 제2반사광의 광량보다 현저하게 작게 나타나는 현상이 발생된다. 그런데, 이와 같이 제1반사광의 광량이 제2반사광의 광량보다 현저하게 작을 경우(제1반사광〈 제2반사광)에는, 제1반사광 및 제2반사광에 의한 보강 간섭 및 상쇄 간섭 신호가 명확하게 구분되기 어려운 문제점이 있다.

반면, 제1반사광의 광량과 제2반사광의 광량이 대략 비슷한 수준으로 유지될 경우에는, 제1반사광 및 제2반사광에 의한 보강 간섭 및 상쇄 간섭 신호가 명확하게 구분될 수 있다. 이와 같이, 광량조절부는 제1반사광과 제2반사광의 광량이 대략 비슷한 수준으로 유지될 수 있게 함으로써 이상적인 간섭신호가 발생될 수 있게 한다.

바람직하게 광량조절부는 전술한 TSV의 종횡비에 따라 미러로 입사되는 광의 광량을 조절할 수 있되, 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광은 하기 수학식[1]에 의해 산출될 수 있고,

수학식[1]

광량조절부는 미러로 입사되는 광의 광량이 제1반사광의 광량의 0.5~2배의 배율을 갖도록 조절할 수 있다.

광량조절부로서는 미러로 입사되는 광의 광량을 조절 가능한 다양한 광량조절수단이 사용될 수 있으며, 광량조절부의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 광량조절부는 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하여 제공될 수 있다. 아울러, LCD를 이용한 광량조절부는 LCD에 인가되는 전압을 조절하거나 특정 픽셀을 OFF함으로써 광량조절부를 통과하는 광의 광량을 조절할 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 방법을 이용하여 LCD를 통과하는 빛의 광량을 조절하도록 구성할 수 있다. 다르게는 광량을 감소시킬 수 있는 기능성 필터(예를 들어, ND filter) 등을 이용하여 광량조절부를 구성할 수 있으며, 여타 다른 광학부재를 이용하여 광량조절부를 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 측정대상물에 형성된 TSV를 측정하기 위한 TSV 측정방법은, 광원으로부터 광을 조사하는 단계; 디지털 가변 조리개부를 이용하여, TSV의 종횡비(aspect ratio)에 따라 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 단계; 디지털 가변 조리개부를 통과한 광을 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할하여 출력하고, 제1방향에 배치된 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광 및 제2방향에 배치된 미러로부터 반사되는 제2반사광을 결합하여 결합광으로 출력하는 단계; 및 결합광을 이용하여 TSV를 측정하는 단계;를 포함하고, 디지털 가변 조리개부는 TSV의 종횡비에 대응하여 물리적인 이동없이 서로 다른 구경 크기를 갖는 조리개 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 TSV 측정장치 및 측정방법에 의하면, TSV(비아홀)의 형성상태를 정확하게 측정할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면 디지털 가변조리개를 이용하여 TSV의 형성상태를 보다 빠르고 정확히 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 TSV의 내부 바닥면까지 충분한 광이 도달될 수 있게 함으로써, TSV의 내부에서의 광량 부족에 의한 측정 불능 현상을 방지할 수 있으며, 보다 효율적이고 정교한 측정을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 디지털 가변조리개를 이용하기 때문에, 조리개 구경 크기의 제약없이 요구되는 조건에 따라 조리개 구경 크기를 자유롭게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 모터 등을 이용한 아날로그 조리개 대신 디지털 가변조리개를 이용하기 때문에, 구조를 간소화할 수 있으며, 조리개 구경 크기를 보다 빠르고 쉽게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 TSV의 종횡비에 따라 물리적으로 조리개를 변경해야 할 필요가 없기 때문에, 측정 편의성을 향상시킬 수 있으며, 측정 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 TSV 측정장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 제1반사광(시편광) 및 제2반사광(기준광)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 디지털 가변조리개를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 광량조절부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광의 산출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 TSV 측정장치에 의한 간섭현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 TSV 측정장치를 이용한 TSV의 측정예를 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 TSV 측정장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 제1반사광(시편광) 및 제2반사광(기준광)을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 디지털 가변조리개를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 광량조절부를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 TSV 측정장치로서, 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광의 산출 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 TSV 측정장치에 의한 간섭현상을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 TSV 측정장치를 이용한 TSV의 측정예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 TSV(110) 측정장치는 복수개의 측정대상물(100)(예를 들어, 웨이퍼 칩)이 수직으로 적층되는 3D 반도체 패키징 공정에서, 각 측정대상물(100) 간의 전기적 연결을 위해 측정대상물(100)에 형성되는 TSV(110)(Through Silicon Via)와 같은 비아홀이 설계 조건에 따라 정확히 형성되었는지를 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 광원(10), 디지털 가변 조리개부(20), 빔 스플리터(50) 및 검출부(90)를 포함한다.

상기 광원(10)으로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 광원(10)이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 광원(10)으로서는 백색광을 조사하는 발광다이오드(LED)가 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 할로겐 램프와 같은 여타 다른 통상의 백색광원이 사용될 수 있다.

상기 디지털 가변 조리개부(20)는 광원(10)으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며 상기 광원(10)으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절할 수 있도록 구성되는 바, 상기 디지털 가변 조리개부(20)를 통과하는 광의 조사면적은 TSV(110)의 종횡비(aspect ratio)에 따라 가변될 수 있다.

여기서, TSV(110)의 종횡비에 따라 광원(10)으로부터 조사되는 광의 조사면적이 조절된다 함은, TSV(110)의 종횡비에 따라 디지털 가변 조리개부(20)를 통과하는 광의 면적(구경 크기)이 조절되는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 본 발명에서 TSV(110)의 종횡비라 함은, TSV(110)의 깊이를 TSV(110)의 직경으로 나눈 비를 의미하고, TSV(110)의 종횡비를 통해 TSV(110)로 입사되는 광의 입사각을 산출할 수 있다.

상기 디지털 가변 조리개부(20)는 물리적인 이동없이 구경 수치(크기)를 가변시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 디지털 가변 조리개부(20)는 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하여 제공될 수 있으며, TSV(110)의 종횡비에 따라 서로 다른 크기(직경)를 갖는 광투과 영역(22)(조리개 구경에 대응)이 활성화(activate)될 수 있다.

이와 같이, LCD를 이용한 디지털 가변 조리개부(20)는 모터 등을 이용한 물리적인 이동없이 전기적인 신호에 의해 서로 다른 크기를 갖는 광투과 영역(22)이 활성화될 수 있게 함으로써 조리개 기능을 수행할 수 있다. 도 3을 참조하면, 디지털 가변 조리개부(20)는 TSV(110)의 종횡비에 따라 f/1.4, f/2, f/2.8, f/4 등과 같은 다양한 조리개 수치(광투과 영역의 직경)를 갖도록 가변될 수 있다.

또한, 상기 디지털 가변 조리개부(20)는 전술한 규격화된 조리개 수치뿐만 아니라 규격화되지 않은 조리개 비율로도 가변될 수 있다. 예를 들어, 디지털 가변 조리개부(20)는 f/1.6, f/2.1, f/4.4 등과 같이 규격화되지 않은 조리개 비율로 가변될 수 있다. 기존의 기계식 조리개의 경우에는 미리 정해진 조리개 비율로만 가변되도록 구성되기 때문에 정밀한 제어가 어려운 문제점이 있으며, 다양한 종횡비에 대응하여 최적의 조리개 비율을 가지기 어렵다. 하지만, 본 발명에 따르면 디지털 가변 조리개부(20)가 규격화되지 않은 조리개 비율로도 가변될 수 있기 때문에, 다양한 종횡비에 대응하여 최적의 조리개 비율을 가질 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시예에서는 조리개 형상(광투과 영역의 형상)이 원형으로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 광투과 영역이 사각형과 같은 다각형 또는 여타 다른 기하학적 형상을 갖도록 형성되는 것이 가능하다.

참고로, 광원(10)으로부터 조사된 광은 LCD에서 활성화된 광투과 영역(22)을 통과할 수 있으나, LCD에서 광투과 영역(22)을 제외한 나머지 차단 영역에서는 광이 차단될 수 있다. 여기서, 활성화된 광투과 영역(22)이라 함은, LCD에서 아무런 색상도 표현되지 않고 백색 광이 그대로 통과할 수 있는 영역으로 이해될 수 있고, 차단 영역이라 함은, LCD에서 검정색과 같은 빛 차단색상을 디스플레이하여 빛이 통과할 수 없는 영역으로 이해될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 빔 스플리터(50)(Beam Splitter)는 디지털 가변 조리개부(20)를 통과한 광이 입사되어 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할하여 출력되도록 설치되며, 상기 제1방향에 배치된 측정대상물(100)로부터 반사되는 제1반사광 및 제2방향에 배치된 미러(70)로부터 반사되는 제2반사광을 결합하여 결합광으로 출력한다.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 디지털 가변 조리개부(20)와 빔 스플리터(50) 사이에 보조 빔 스플리터(30)가 제공되며, 보조 빔 스플리터(30)에 의해 디지털 가변 조리개부(20)를 통과한 광이 측정대상물(100) 측으로 전환될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 측정대상물(100)은 전술한 제1방향에 배치되고, 상기 미러(70)(mirror)는 전술한 제2방향에 배치되며, 상기 빔 스플리터(50)에 의해 분할된 출력광은 측정대상물(100) 및 미러(70)로 입사된 후 다시 빔 스플리터(50)로 반사될 수 있다. 참고로, 본 발명의 실시예에서는 제1방향에 측정대상물(100)이 배치되고 제2방향에 미러(70)가 배치된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1방향에 미러가 배치되고 제2방향에 측정대상물이 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 디지털 가변 조리개부(20)와 빔 스플리터(50)의 사이, 및 상기 빔 스플리터(50)와 후술할 검출부(90)의 사이 중 적어도 어느 한곳에는 광학계가 제공될 수 있다. 아울러, 상기 광학계의 개구수(N.A; Numerical aperture)는 디지털 가변 조리개부(20)의 구경(광투과 영역) 크기에 따라 적절히 조절될 수 있다. 이하에서는 상기 디지털 가변 조리개부(20)와 빔 스플리터(50)의 사이에 제1광학계(40)가 제공되고, 상기 빔 스플리터(50)와 후술할 검출부(90)의 사이에 제2광학계(80)가 제공된 예를 들어 설명하기로 한다.

상기 제1광학계(40) 및 제2광학계(80)는 입사되는 광을 일 부위에 집속할 수 있도록 렌즈와 같은 통상의 광학 부품 등을 조합하여 구성될 수 있으며, 광학계의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 디지털 가변 조리개부(20)를 통과한 광의 경로 상에는, 디지털 가변 조리개부(20)를 통과한 광의 특성을 유지 및 가변시키기 위한 콜리메이팅(collimating) 렌즈 및 광학필터 등과 같은 각종 광학부재가 제공될 수 있으며, 광학부재의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

상기 검출부(90)는 빔 스플리터(50)로부터 안내된 결합광을 이용하여 TSV(110)를 측정하기 위해 제공된다. 상기 검출부(90)로서는 통상의 CCD 카메라가 사용될 수 있으며, 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 여타 다른 검출장비가 사용될 수도 있다.

상기 검출부(90)에는 미러(70) 및 측정대상물(100)로부터 반사되어 빔 스플리터(50)를 경유하여 결합된 결합광이 입력되어 간섭신호가 형성될 수 있으며, 검출부(90)로부터 획득된 간섭신호는 소정의 분석수단을 통해 분석되어 간섭신호를 토대로 TSV(110)를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 TSV(110) 측정장치는 빔 스플리터(50)에서 분할되어 미러(70)로 입사되는 광의 경로상에 제공되며, 선택적으로 미러(70)로 입사되는 광의 광량을 조절하기 위한 광량조절부(60)를 포함할 수 있다.

상기 측정대상물(100)로부터 반사되는 제1반사광(시편광) 및 미러(70)로부터 반사되는 제2반사광(기준광)에 의한 이상적인 간섭신호가 발생되기 위해서는 제1반사광의 광량과 제2반사광의 광량이 대략 비슷한 수준으로 유지될 수 있어야 한다. 상기 광량조절부(60)는 제1반사광과 제2반사광의 광량이 대략 비슷한 수준으로 유지될 수 있게 함으로써 이상적인 간섭신호의 발생을 가능하게 한다.

즉, 도 6을 참조하면, 상기 제1반사광(시편광)은 측정대상물로부터 반사되기 때문에 제2반사광(기준광)에 비해 반사도가 급격히 줄어들고, 이에 따라 제1반사광의 광량이 제2반사광의 광량보다 현저하게 작게 나타나는 현상이 발생된다. 그런데, 이와 같이 제1반사광의 광량이 제2반사광의 광량보다 현저하게 작을 경우(제1반사광〈 제2반사광)에는, 제1반사광 및 제2반사광에 의한 보강 간섭 및 상쇄 간섭 신호가 명확하게 구분되기 어려운 문제점이 있다.

반면, 도 7과 같이, 제1반사광(시편광)의 광량과 제2반사광(기준광)의 광량이 대략 비슷한 수준으로 유지될 경우에는, 제1반사광 및 제2반사광에 의한 보강 간섭 및 상쇄 간섭 신호가 명확하게 구분될 수 있다.

이와 같이, 상기 광량조절부(60)는 제1반사광과 제2반사광의 광량이 대략 비슷한 수준으로 유지될 수 있게 함으로써 이상적인 간섭신호가 발생될 수 있게 한다. 바람직하게 상기 광량조절부(60)는 전술한 TSV(110)의 종횡비에 따라 미러(70)로 입사되는 광의 광량을 조절할 수 있다.

즉, 상기 TSV(110)의 종횡비에 따라 전술한 광투과 영역(22)의 직경(조리개 수치)가 가변될 수 있고, 광투과 영역(22)의 직경의 크기에 비례하여 제1반사광의 광량이 가변되기 때문에, 광량조절부(60)는 TSV(110)의 종횡비에 따라 미러(70)로 입사되는 광의 광량을 조절하는 것이 바람직하다. 가령, 도 4를 참조하면, 광량조절부(60)는 TSV(110)의 종횡비에 따라 소정 비율(100:80, 100:60, 100:40)로 미러(70)로 입사되는 광(빔 스플리터에서 분할되어 미러로 입사되는 광)의 광량을 축소시킬 수 있다.

상기와 같이, 상기 광량조절부(60)는 TSV(110)의 종횡비에 따라 미러(70)로 입사되는 광의 광량을 조절하되, 상기 측정대상물(100)로부터 반사되는 제1반사광은 하기 수학식[1]에 의해 산출될 수 있다.

수학식[1]

아울러, 상기 광량조절부(700)는 미러(70)로 입사되는 광의 광량이 상기와 같이 산출된 제1반사광의 광량의 0.5~2배의 배율을 갖도록 조절할 수 있다.

참고로, 상기 수학식[1]에서 최초 대물렌즈(제1광학계)에서 투과된 빛의 양, 시편(측정대상물)의 반사도, 및 대물렌즈(제1광학계)로 입사되는 빛의 양은 도 5에 도시된 수학식에 의해 산출될 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 빔 스플리터에서 출력된 광이 광량조절부를 통과할 시에만 광량이 축소되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 빔 스플리터에서 출력된 광이 광량조절부를 통과하면서 1차적으로 광량이 조절된 후, 미러로부터 반사되어 다시 광량조절부를 통과할 시 2차적으로 광량이 조절되도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 광량조절부(60)로서는 미러(70)로 입사되는 광의 광량을 조절 가능한 다양한 광량조절수단이 사용될 수 있으며, 광량조절부(60)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 광량조절부(60)는 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하여 제공될 수 있다. 아울러, LCD를 이용한 광량조절부(60)는 LCD에 인가되는 전압을 조절하거나 특정 픽셀을 OFF함으로써 광량조절부(60)를 통과하는 광의 광량을 조절할 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 방법을 이용하여 LCD를 통과하는 빛의 광량을 조절하도록 구성할 수 있다. 다르게는 광량을 감소시킬 수 있는 기능성 필터(예를 들어, ND filter) 등을 이용하여 광량조절부를 구성할 수 있으며, 여타 다른 광학부재를 이용하여 광량조절부(60)를 구성하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 측정대상물(100)에 형성된 TSV(110)를 측정하기 위한 TSV(110) 측정방법은, 광원(10)으로부터 광을 조사하는 단계; 디지털 가변 조리개부(20)를 이용하여, 상기 TSV(110)의 종횡비(aspect ratio)에 따라 상기 광원(10)으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 단계; 상기 디지털 가변 조리개부(20)를 통과한 광을 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할하여 출력하고, 상기 제1방향에 배치된 상기 측정대상물(100)로부터 반사되는 제1반사광 및 상기 제2방향에 배치된 미러(70)로부터 반사되는 제2반사광을 결합하여 결합광으로 출력하는 단계; 및 상기 결합광을 이용하여 상기 TSV(110)를 측정하는 단계;를 포함하고, 상기 디지털 가변 조리개부(20)는 상기 TSV(110)의 종횡비에 대응하여 물리적인 이동없이 서로 다른 구경 크기를 갖는 조리개 기능을 수행할 수 있다.

먼저, 광원(10)으로 광이 조사되면 디지털 가변 조리개부(20)는 TSV(110)의 종횡비(aspect ratio)에 따라 광원(10)으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절한다. 전술한 바와 같이, 상기 디지털 가변 조리개부(20)는 TSV(110)의 종횡비에 대응하여 물리적인 이동없이 서로 다른 구경 크기를 갖도록 조리개 기능을 수행한다.

다음, 디지털 가변 조리개부(20)를 통과한 광은 빔 스플리터(50)에 의해 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할되어 출력되고, 상기 제1방향에 배치된 측정대상물(100)로부터 반사되는 제1반사광 및 제2방향에 배치된 미러(70)로부터 반사되는 제2반사광은 다시 빔 스플리터(50)에서 결합되어 결합광으로 출력될 수 있다.

다음, 검출부(90)는 빔 스플리터(50)에서 출력되는 결합광을 이용하여 TSV(110)를 측정하게 된다.

한편, 본 발명에 따르면 측정대상물(100)의 표면 및 TSV(110)의 연속적인 측정이 가능하다.

도 8을 참조하면, 측정대상물(100)의 표면의 기준 높이를 측정할 시에는 디지털 가변 조리개부(20)를 제1세팅조건(S1)으로 세팅하고, TSV(110)를 측정할 시에는 디지털 가변 조리개부(20)를 제2세팅조건(S2)으로 세팅하여 측정을 수행할 수 있다. 일 예로, 상기 제1세팅조건(S1)에서는 디지털 가변 조리개부(20)가 별도의 차단 영역 없이 디지털 가변 조리개부(20)의 전체 영역이 광투과 영역(22)으로 설정될 수 있고, 제2세팅조건(S2)에서는 특정 TSV(110)의 종횡비에 대응하여 디지털 가변 조리개부(20)에서 광투과 영역(22)의 크기가 설정될 수 있다.

아울러, TSV(110)를 측정할 시에는 TSV(110)의 바닥면에 입사광의 초점을 맞추기 전(TSV(110)를 최초 스캔하는 도중)에, 디지털 가변 조리개부(20)가 미리 TSV(110)의 종횡비에 대응하는 조리개 특성(광투과 영역(22)의 크기)을 갖도록 설정될 수 있기 때문에, 디지털 가변 조리개부(20)를 설정을 변경하기 위한 별도의 대기시간 없이 연속적으로 TSV(110)를 측정할 수 있다. 가령, TSV(110)의 깊이가 100㎛ 일 경우, TSV(110)의 내부로 입사되는 입사광의 초점이 대략 20㎛~60㎛ 깊이에 해당하는 부위에 도달할 경우, 디지털 가변 조리개부(20)는 미리 TSV(110)의 종횡비에 대응하는 조리개 특성을 갖도록 설정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 광원 20 : 디지털 가변 조리개부
30 : 보조 빔 스플리터 40 : 제1광학계
50 : 빔 스플리터 60 : 광량조절부
70 : 미러 80 : 제2광학계
90 : 검출부 100 : 측정대상물
110 : TSV

Claims

측정대상물에 형성된 TSV를 측정하기 위한 TSV 측정장치에 있어서,
광원;
상기 광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며, 상기 TSV의 종횡비(aspect ratio)에 따라 상기 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 디지털 가변 조리개부;
상기 디지털 가변 조리개부를 통과한 광을 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할하여 출력하고, 상기 제1방향에 배치된 상기 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광 및 상기 제2방향에 배치된 미러로부터 반사되는 제2반사광을 결합하여 결합광으로 출력하는 빔 스플리터; 및
상기 빔 스플리터로부터 안내된 상기 결합광을 이용하여 상기 TSV를 측정하는 검출부;를 포함하고,
상기 디지털 가변 조리개부는 물리적인 이동없이 상기 TSV의 종횡비에 대응하여 선택적으로 서로 다른 구경 크기를 갖는 조리개 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 TSV 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 디지털 가변 조리개부는 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 TSV 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 빔 스플리터에서 분할되어 상기 미러로 입사되는 광의 경로상에 제공되며, 선택적으로 상기 미러로 입사되는 광의 광량을 조절하는 광량조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TSV 측정장치.
제3항에 있어서,
상기 광량조절부는 상기 TSV의 종횡비에 따라 상기 미러로 입사되는 광의 광량을 조절하되,
상기 측정대상물로부터 반사되는 상기 제1반사광은 하기 수학식[1]에 의해 산출되고,
수학식[1]

상기 광량조절부는 상기 미러로 입사되는 광의 광량이 상기 제1반사광의 광량의 0.5~2배의 배율을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 TSV 측정장치.
제3항에 있어서,
상기 광량조절부는 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 TSV 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 디지털 가변 조리개부와 상기 빔 스플리터의 사이, 및 상기 빔 스플리터와 상기 검출부의 사이 중 적어도 어느 한곳에 제공되는 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TSV 측정장치.
측정대상물에 형성된 TSV를 측정하기 위한 TSV 측정방법에 있어서,
광원으로부터 광을 조사하는 단계;
디지털 가변 조리개부를 이용하여, 상기 TSV의 종횡비(aspect ratio)에 따라 상기 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 단계;
상기 디지털 가변 조리개부를 통과한 광을 서로 수직인 제1방향과 제2방향으로 분할하여 출력하고, 상기 제1방향에 배치된 상기 측정대상물로부터 반사되는 제1반사광 및 상기 제2방향에 배치된 미러로부터 반사되는 제2반사광을 결합하여 결합광으로 출력하는 단계; 및
상기 결합광을 이용하여 상기 TSV를 측정하는 단계;를 포함하고,
상기 디지털 가변 조리개부는 상기 TSV의 종횡비에 대응하여 물리적인 이동없이 서로 다른 구경 크기를 갖는 조리개 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 TSV 측정방법.
제7항에 있어서,
광량조절부를 이용하여 상기 미러로 입사되는 광의 광량을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TSV 측정방법.
제8항에 있어서,
상기 광량조절부는 상기 TSV의 종횡비에 따라 상기 미러로 입사되는 광의 광량을 조절하되,
상기 측정대상물로부터 반사되는 상기 제1반사광은 하기 수학식[1]에 의해 산출되고,
수학식[1]

상기 광량조절부는 상기 미러로 입사되는 광의 광량이 상기 제1반사광의 광량의 0.5~2배의 배율을 갖도록 조절하는 것을 특징으로 하는 TSV 측정방법.
제8항에 있어서,
상기 디지털 가변 조리개부 및 상기 광량조절부 중 적어도 어느 하나는 LCD(Liquid Crystal Display)를 이용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 TSV 측정방법.