KR102659131B1 - 간섭계와 fpm을 이용한 미세홈 측정시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세홈 측정시스템으로서, 측정대상물의 미세홈의 주변부에서 반사된 광과, 상기 미세홈의 바닥면에서 반사된 광이 간섭된 간섭광을 기반으로 상기 미세홈의 깊이를 측정하는 분광간섭계; 및 상기 미세홈의 직경을 측정하는 FPM 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 깊이 측정시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 간섭계와 FPM을 유기적으로 결합하여 반도체 공정상 TSV(through-silicon via)의 직경과 깊이를 정밀하게 측정하기 위한 시스템에 대한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 산업은 실리콘과 같은 기판 상에 적층되고 패터닝되는 반도체 물질을 사용하여 집적회로를 제조하는 매우 복잡한 기술을 수반한다. 집적 회로는 전형적으로 복수의 레티클로부터 제조된다. 레티클의 생성 및 이와 같은 레티클의 후속 광학 검사는 반도체 생산에 있어 표준 단계가 되었다. 로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스의 제조는 통상적으로 다수의 레티클을 갖는 많은 수의 반도체 제조 프로세스를 사용하여 반도체 웨이퍼를 처리하여, 다양한 피처 및 다수의 레벨의 반도체 디바이스를 형성하는 것을 포함 한다. 다수의 반도체 디바이스는 단일 반도체 웨이퍼상의 배열로 제조된 다음, 개별적인 반도체 디바이스로 분리될 수 있다.
레티클 또는 웨이퍼 상에 결함이 있다면, 결과적인 반도체 디바이스는 적절히 기능하지 않을 수 있다. 또한, 웨이퍼 상의 다양한 구조는 사전 정의된 사양을 충족하거나 품질 제어 목적으로 모니터링될 필요가 있다. 따라서, 개선된 측정 메커니즘에 대한 지속적인 요구가 있다.
TSV(through-silicon via) 구조의 특성을 측정하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 빔 프로파일 반사 측정(beam profile reflectometry, BPR) 툴은 TSV 구조를 갖는 제1 위치 (x, y)로 이동하는 데 사용된다. 그다음, BPR 툴은 제1 위치 (x, y)에서의 측정치를 얻기 위해 z 위치를 제1 최적 z 위치로 조정함으로써, 제1 위치 (x, y)에서 최적의 초점을 얻는데 사용된다. BPR 툴을 통해, 복수의 입사각(angle of incidence, AOI)에대한 반사율 측정치가 제1 위치 (x, y)에서 얻어진다. TSV 구조 상의 하나 이상의 막 두께가 반사율 측정치에 기초하여 결정된다. 하나 이상의 인접 위치 (x, y)뿐만 아니라 그러한 TSV 구조의 높이를 결정하기 위하여, z 위치가 또한 기록되어 사용될 수 있다.
또한 광대역 광원과 분광기를 이용한 분광형 간섭계는 일반적인 광간섭계와 달리 위상모호성이 없고, 측정 속도가 빠르다는 장점으로 인해 3차원 형상 측정 분야에서 많이 사용되어 왔다.
광대역 광원으로는 백색광 램프, 발광다이오드(LED), SLD(Superluminescent diode) 등이 많이 사용되어 왔으나, 짧은 가간섭 거리로 인해 측정 가능한 절대거리 영역이 매우 제한될 수 밖에 없었다.
모드잠금 광빗 레이저는 매우 좁은 선폭을 가지는 수많은 모드들로 이루어져 있어 넓은 파장 대역폭을 가지면서 동시에 가간섭 거리가 매우 길다는 장점을 가지고 있어서 분광형 간섭계 기반의 긴거리 측정에 사용되기 시작하 였다.
그러나, 모드잠금 광빗 레이저를 이용한 기존의 분광형 간섭계는 절대거리 측정에 있어서 근본적으로 ‘측정 불가 구간’과 ‘방향 모호성’이라는 문제를 가지고 있다.
도 1은 통상적인 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)를 설명하는 도면이다. 도 2는 도 1의 타겟 거울의 위치에 따른 간섭 스펙트럼, 푸리에 변환 결과, 및 거리 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 마이켈슨 형태의 광간섭계(10)에서, 타겟 거울(14)이 이동하는 동안 지속적으로 신호 위치를 관찰함으로써 절대거리가 측정될 수 있다.
광원(11)은 넓은 스펙트럼을 가진 출력광을 광분할기(12)에 제공한다. 상기 광분할기(12)는 상기 출력광을 두개의 서로 다른 경로로 분할하고, 기준 경로를 통하여 기준 빔을 제공하고 측정 경로를 통하여 측정 빔을 제공한다. 상기 측정 빔은 상기 광분할기(12)를 투과하고, 상기 타켓 거울(14)에서 반사되고, 상기 광분할기(12)에서 다시 반사되어 광스펙트럼 분석기(15)에 입사한다. 상기 기준 빔은 상기 광분할기(12)에서 반사되고, 기준거울(13)에서 반사되고, 상기 광분할기(12)를 투과하여 상기 광 스펙트럼 분석기(15)에 입사한다.
도 2는 각각의 타겟 거울(14)의 위치(A, B, C, E)에 따라 획득하게 되는 간섭 스펙트럼의 형태와 이를 푸리에 변환한 진폭결과, 그리고 이를 통해 측정되는 타겟거울의 거리를 나타낸다.
A 위치는 광경로차가 영에 가까운 위치로 간섭스펙트럼에서 보듯이 간섭스펙트럼 상에 주기신호가 전혀 나타나지 않는다. 설령 주기신호의 측정이 가능하다고 하더라도 광원 자체의 스펙트럼 분포특성으로 인해 푸리에변환의 진폭 결과 상에서 타겟 거울의 광경로차 신호가 배경광 신호에 묻히게 되면 측정이 불가능하게 된다. 이와 같은 구간을 측정 불가 구간이라 부른다.
상기 타겟 거울(14)이 움직이면서 거리가 증가하게 되면 (B 위치 또는 C 위치) 간섭 스펙트럼에서 보듯이 간섭무늬 주기가 점차 촘촘해지는 형태를 보인다. 푸리에 변환의 진폭 결과 상에서도 타겟 거울 신호 피크의 위치가 광경로차가 증가하는 오른쪽 방향으로 이동하게 된다. 상기 광원(11)으로 사용하는 모드잠금 광빗 레이저는 펄스열 형태로 발진하는 레이저로 일정한 값의 반복률(fr, repetition frequency) 주파수를 가진다. 이와 같은 특성으로 인해 비모호성구간(non-ambiguity range)이 나타나게 된다. 비모호성 구간은 1/(4·fr)의 크기를 가지며, 타겟 거울의 위치가 비모호성 구간(D)을 지나가게 되면 간섭스펙트럼은 E와 같이 다시 점차 느슨해지면 서 실제로 측정되는 광경로차의 값 또한 작아지게 된다.
E 위치는 B 위치보다 더 긴 거리를 가지고 있음에도 불구하고, 간섭스펙트럼 형태가 동일하게 나타난다. 이에 따라, 광경로차 측정값 또한 동일하게 나타나게 된다. 이와 같이 일반적인 분광형 간섭계에서는 비모호성 구간으로 인해 B와 E의 위치를 구별하지 못하는 방향모호성 문제가 발생하게 된다.
또한 Fourier Ptychographic Microscopy(FPM)은 2013년 Guoan Zheng에 의해 개발된 위상복구(phase retrieval) 방법으로 기존의 digital holographic microscopy와 같이 기준(reference)빔을 이용하지 않아도 위상이 계산될 수 있다.
이러한 FPM은 기준빔이 없이 위상계산이 가능하므로 시스템이 컴팩트해 질 수 있고, 신호빔/기준빔이 구분되지 않으므로 진동에 강한 장점이 있다.
또한, 기존의 digital holographic microscopy는 로 고해상도를 얻기위해 높은 NA의 대물렌즈를 사용할 경우 적은 FOV(field of view)와 DOF(depth of focus)를 갖는 반면, FPM은 집광렌즈를 LED 어레이로 대체해서 높은 illumination angle이 가능하게 함으로써 낮은 NA의 대물렌즈로도 고해상도를 얻기 때문에 넓은 FOV와 DOF를 갖는 장점이 있다. 또한, LED어레이로 높은 illumination angle을 얻기 때문에 기계적 구동부가 필요없다.
도 3은 투과타입 FPM 시스템(1)의 구성도를 도시한 것이고, 도 4는 측정대상물의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 투과타입 FPM시스템(1)은 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 조사되는 다수의 LED 광원(11)으로 구성되는 LED 어레이(10)와, 측정대상물(2)을 투과한 LED 빔이 결상되는 대물렌즈(20)와, 집광렌즈(30) 그리고 측정대상물(2)에 조사된 LED빔의 이미지를 획득하는 광검출기(40) 등을 포함하여 구성된다.
N 개의 LED광원(11)으로 구성된 LED 어레이(10)를 이용해 N 개의 서로 다른 조사 각도의 빔을 순서대로 측정대상물(2)에 조사하고 N 개의 이미지를 광검출기(40)에 저장하게 된다.
그리고 분석수단은 N 개의 이미지를 FFT하여 도 2에 도시된 바와 같이(도 2에서 ○은 하나의 LED에서 나오는 빔을 통해 대물렌즈가 집속하는 신호의 스펙트럼이다), 스펙트럼 도메인에서 θx, θy의 각 위치에 해당하는 것에 위치시키면서 스티칭(stitching)하여 위상을 산출하게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 분광간섭계와 FPM을 유기적으로 결합하여 반도체 공정상 TSV(through-silicon via)의 직경과 깊이를 정밀하게 측정하기 위한 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분광간섭계에 있어서, 기준미러를 사용하지 않고, TSV의 주변부에서 반사된 광과, TSV의 바닥면에서 반사된 광이 간섭된 간섭광(자체 간섭광)을 기반으로 스펙트럼 분광후, 푸리에 영역에서 피크값을 검출하여 TSV의 깊이를 측정하여, 종래 분광간섭계에서의 진동취약성을 개선할 수 있고, 반복능을 증대시킬 수 있는, 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 분광간섭계와 FPM유닛을 하나의 시스템 상에서 유기적으로 조합하여, 하나의 시스템을 통해 TSV의 직경과 깊이를 정밀하게 측정할 수 있는, 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은 미세홈 측정시스템으로서, 측정대상물의 미세홈의 주변부에서 반사된 광과, 상기 미세홈의 바닥면에서 반사된 광이 간섭된 간섭광을 기반으로 상기 미세홈의 깊이를 측정하는 분광간섭계; 및 상기 미세홈의 직경을 측정하는 FPM 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계와 FPM을 이용한 미세측정시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 분광간섭계는, 광을 조사하는 광원부와, 상기 광원부에서 조사된 광을 제1방향으로 편광시키는 편광기와, 제1방향으로 편광된 제1편광을 대물렌즈 측으로 반사시키고 상기 측정대상물에서 반사되어 형성된 간섭광이 투과되는 제1빔스플리터를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제1빔스플리터를 투과한 간섭광을 분광기로 입사시키는 편광빔스플리터;를 포함하고, 상기 분광기는 스펙트럼 분광후, 푸리에 영역에서 피크값을 검출하여 상기 미세홈의 깊이를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 FPM 유닛은, LED 어레이로 구성된 LED 광원; 상기 LED광원에서 조사된 광을 대물렌즈의 후초점면에 결상시키기 위한 결상광학계; 상기 LED 광을 상기 제1방향과 다른 방향인 제2방향으로 편광시키는 편광자; 및 상기 후초점면에 결상된 결상이미지를 촬영하는 카메라;를 포함하고, 상기 결상이미지를 기반으로 상기 미세홈의 직경을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제2방향으로 편광된 제2편광을 반사시키는 제2빔스플리터; 및 상기 제2빔스플리터에 반사된 제2편광을 반사키시고, 상기 제1편광을 투과시켜 제1빔스플리터 측으로 입사키시는 제3빔스플리터;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 결상광학계는 상기 LED 광원과 제2빔스플이터 사이, 및 상기 제2빔스플리터와 제3빔스플리터 사이 각각에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 대물렌즈를 x,y,z 축상으로 이동시키는 피에조구동부; 및 상기 측정대상물에 레이저를 조사하는 레이저조사수단; 및 반사된 레이저 데이터를 기반으로, 상기 피에조구동부를 제어하여 초점을 조절하는 자동초점조절기;를 포함하며, 상기 레이저조사수단에서 조사되는 레이저는 제4빔스플리터에 의해 반사되어 측정대상물로 입사되어 반사되고 상기 제4빔스플리터에 다시 모두 반사되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 카메라 상의 이미지를 기반으로 상기 미세홈의 중심에 초점이 생성되도록 상기 피에조구동부에 의해 상기 대물렌즈를 x,y 축방향으로 이동하고, 상기 자동초점조절기를 통해 상기 피에조구동부에 의해 상기 대물렌즈를 Z축으로 조정하여, 상기 미세홈의 주변부와, 상기 미세홈의 바닥면 중앙 각각에서 광이 반사되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템에 따르면, 분광간섭계와 FPM을 유기적으로 결합하여 반도체 공정상 TSV(through-silicon via)의 직경과 깊이를 정밀하게 측정할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템에 따르면, 분광간섭계에 있어서, 기준미러를 사용하지 않고, TSV의 주변부에서 반사된 광과, TSV의 바닥면에서 반사된 광이 간섭된 간섭광(자체 간섭광)을 기반으로 스펙트럼 분광후, 푸리에 영역에서 피크값을 검출하여 TSV의 깊이를 측정하여, 종래 분광간섭계에서의 진동취약성을 개선할 수 있고, 반복능을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템에 따르면, 분광간섭계와 FPM유닛을 하나의 시스템 상에서 유기적으로 조합하여, 하나의 시스템을 통해 TSV의 직경과 깊이를 정밀하게 측정할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 통상적인 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)를 설명하는 도면이다
도 2는 도 1의 타겟 거울의 위치에 따른 간섭 스펙트럼, 푸리에 변환 결과, 및 거리 측정 결과를 나타내는 그래프
도 3은 투과타입 FPM 시스템의 구성도,
도 4는 측정대상물의 스펙트럼,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템의 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 1은 통상적인 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)를 설명하는 도면이다
도 2는 도 1의 타겟 거울의 위치에 따른 간섭 스펙트럼, 푸리에 변환 결과, 및 거리 측정 결과를 나타내는 그래프
도 3은 투과타입 FPM 시스템의 구성도,
도 4는 측정대상물의 스펙트럼,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템의 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 깊이 측정시스템의 구성, 기능에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 깊이 측정시스템보다 간섭계와 FPM을 유기적으로 결합하여 반도체 공정상 TSV(through-silicon via)의 직경과 깊이를 정밀하게 측정하기 위한 시스템이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정방법의 흐름도를 도시한 것이다. 도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 분광 간섭계의 구성도, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 FPM 유닛의 구성도를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템(1)은, 분광간섭계(100) 유닛과, FPM 유닛(200)이 유기적으로 결합되어 하나의 시스템으로 일체화되어 있으며, 이러한 구성을 통해 반도체 공정상의 2nm 급의 TSV의 홈 직경과, 홈 깊이를 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 분광간섭계(100)는, 측정대상물(2)의 미세홈(TSV,3) 의 주변부에서 반사된 광과, 이러한 미세홈(3)의 바닥면(5)에서 반사된 광이 간섭된 간섭광을 기반으로 미세홈의 깊이를 측정하도록 구성된다.
또한 FPM 유닛은 미세홈의 직경을 측정하도록 구성된다.
도 5 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분광간섭계(100) 유닛은, 광원부(10), 컬리메이션 렌즈(20), 편광기(30), 제3빔스플리터(110), 제1빔스플리터(120), 제4빔스플리터(130), 피에조구동기(140), 대물렌즈(150), 집광렌즈(190), 카메라(170), 분광기(40) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
광원부(10)에서 광이 조사되며(S1), 광원부(10)에서 조사된 광은 편광기(30)에 의해 제1방향으로 편광된다(S2). 제1방향으로 편광된 제1편광은 제3빔스플리터(110)를 투과하고(S3), 제1빔스플리터(120)에 반사되고(S4), 제4빔스플리터(130)를 투과하여 대물렌즈(150) 측으로 입사된다(S5).
대물렌즈(150)에 의해 측정대상물(2)측으로 입사되어 반사되는 광은 간섭광을 형성한다. 즉, 일부광은 미세홈(3)의 바닥면(5)에 반사되고, 일부광은 미세홈(3)의 주변부(4)에 반사되어(S6), 바닥면(5)에 반사된 광과, 주변부(4)에 반사된 광 간의 간섭이 발생하게 된다(S7).
본 발명의 실시예에 따른 시스템(1)은 피에조구동부(140)를 통해 대물렌즈를 x,y,z 축상으로 미세 이동 제어가 가능하다. 카메라(170)를 통해 촬상을 진행하면서 대물렌즈(150)를 X,Y 수평방향으로 이동시켜 미세홈의 중심점과 광축이 일치되도록 하고, Z방향으로 미세 이동하여, 일부광은 미세홈(3)의 바닥면(5)에 반사되고, 일부광은 미세홈(3)의 주변부(4)에 반사되도록 위치를 조정하여, 바닥면(5)에 반사된 광과, 주변부(4)에 반사된 광 간의 간섭이 발생하도록 한다.
즉, 카메라 상의 이미지를 기반으로 미세홈의 중심에 초점이 생성되도록 상기 피에조구동부(140)에 의해 대물렌즈를 x,y 축방향으로 이동하고, 피에조구동부(140)에 의해 대물렌즈를 Z축으로 조정하여, 미세홈의 주변부(4)와, 미세홈의 바닥면(50) 중앙 각각에서 광이 반사되도록 한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 기준미러를 사용하지 않고, TSV의 주변부에서 반사된 광과, TSV의 바닥면에서 반사된 광이 간섭된 간섭광(자체 간섭광)을 기반으로 TSV의 깊이를 측정하여, 종래 분광간섭계에서의 진동취약성을 개선할 수 있다.
그리고 간섭광은 제4빔스플리터(130)와, 제1빔스플리터를 투과하고, 집광렌즈(190)를 거쳐 편광빔스플리터(160)에서 편광 반사되어 분광기(40)로 입사되게 된다.
분광기(40)를 통해 스펙트럼 분광후, 푸리에 영역에서 피크값을 검출하여 상기 미세홈의 깊이를 측정하게 된다(S8).
또한 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 하나의 시스템 내에서 FPM 유닛(200)을 포함하여 구성된다. FPM 유닛(200)은 도 5 및 도 7b에 도시된 바와 같이, LED 어레이로 구성된 LED 광원(210), 제1결상광학계(220), 편광자(230), 제2빔스플리터(140), 제2결상광학계(250) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
LED 광원(210)에서 LED 어레이가 on되면서 LED 광이 조사되게 된다(S11). 그리고 LED광은 제1결상광학계(220)를 투과한 후(S12), 제1편광방향과 반대인 제2편광되게 된다(S13). 제2편광은 제2빔스플리터(240)에 반사된 후(S14), 제2결상광학계(250)를 투과한다(S15).
그리고, 제3빔스플리터(110)와(S16), 제1빔스플리터(120)에 반사되어(S17), 제4빔스플리터를 투과한 후, 대물렌즈(150) 거쳐(S18) 측정대상물(2)에 반사되어 대물렌즈(150)의 후초점면에 결상되게 된다(S19).
그리고 카메라(170)에서 후초점면에 결상된 결상이미지를 촬영하게 되고, 이러한 결상이미지를 기반으로 미세홈(2)의 직경을 측정하게 된다(S20).
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 피에조구동부(140)는 대물렌즈를 x,y,z 축상으로 이동시키도록 구성된다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 측정대상물(2) 측으로 레이저를 조사하는 레이저조사수단(180)과, 반사된 레이저 데이터를 기반으로, 피에조구동부(140)를 제어하여 초점을 자동 조절하는 자동초점조절기를 포함하여 구성된다.
이러한 레이저조사수단(180)에서 조사되는 레이저는 제4빔스플리터(130)에 의해 반사되어 측정대상물(2)로 입사되어 반사되고 제4빔스플리터(130)에 다시 모두 반사되게 된다.
또한 본 발명의 실시예에서 레이저 주사수단(90)은 AF(Athleste’s Foot Laser) 레이저로 구성될 수 있다. 피에조구동기(140)는 대물렌즈(40)를 평면방향과, 광축으로 미세 이동조절하도록 구성될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 반사된 레이저 데이터를 기반으로, 피에조구동기(140)를 제어하여 초점을 자동으로 조절할 수 있도록 구성된다.
그리고 레이저주사수단(180)에서 조사되는 레이저는 제4빔스플리터(130)에 의해 모두 반사되어 측정대상물(2)로 반사되고, 제4빔스플리터(130)에 다시 모두 반사되어 수광되게 된다. 자동초점조절기는 피에조 구동기(140)를 통해 대물렌즈(150)의 위치를 변경하는 것을 예시로 하였으나, 측정대상물을 Z축 상으로 이동시키는 Z축구동부, 모듈하우징 자체를 Z축상으로 이동시키는 모듈 구동부 중 적어도 어느 하나를 제어하여 초점을 조절하도록 구성될 수도 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템에 따르면, 분광간섭계와 FPM을 유기적으로 결합하여 반도체 공정상 TSV(through-silicon via)의 직경과 깊이를 동시에 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템에 따르면, 분광간섭계에 있어서, 기준미러를 사용하지 않고, TSV의 주변부에서 반사된 광과, TSV의 바닥면에서 반사된 광이 간섭된 간섭광(자체 간섭광)을 기반으로 스펙트럼 분광후, 푸리에 영역에서 피크값을 검출하여 TSV의 깊이를 측정하여, 종래 분광간섭계에서의 진동취약성을 개선할 수 있고, 반복능을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템
2:측정대상물
3:미세홈, TSV
4:홈주변부
5:홈바닥면
10:광원부
20:콜리메이션 렌즈
30:편광기
40:분광간섭계
100:간섭계유닛
110:제3빔스플리터
120:제1빔스플리터
130:제4빔스플리터
140:피에조구동기
150:대물렌즈
160:편광빔스플리터
170:카메라
180:레이저주사수단
200:FPM 유닛
2:측정대상물
3:미세홈, TSV
4:홈주변부
5:홈바닥면
10:광원부
20:콜리메이션 렌즈
30:편광기
40:분광간섭계
100:간섭계유닛
110:제3빔스플리터
120:제1빔스플리터
130:제4빔스플리터
140:피에조구동기
150:대물렌즈
160:편광빔스플리터
170:카메라
180:레이저주사수단
200:FPM 유닛
Claims (8)
- 미세홈 측정시스템으로서,
측정대상물의 미세홈의 주변부에서 반사된 광과, 상기 미세홈의 바닥면에서 반사된 광이 간섭된 간섭광을 기반으로 상기 미세홈의 깊이를 측정하는 분광간섭계; 및 상기 미세홈의 직경을 측정하는 FPM 유닛;을 포함하고,
상기 분광간섭계는, 광을 조사하는 광원부와, 상기 광원부에서 조사된 광을 제1방향으로 편광시키는 편광기와, 제1방향으로 편광된 제1편광을 대물렌즈 측으로 반사시키고 상기 측정대상물에서 반사되어 형성된 간섭광이 투과되는 제1빔스플리터를 포함하며,
상기 제1빔스플리터를 투과한 간섭광을 분광기로 입사시키는 편광빔스플리터;를 포함하고, 상기 분광기는 스펙트럼 분광후, 푸리에 영역에서 피크값을 검출하여 상기 미세홈의 깊이를 측정하고,
상기 FPM 유닛은, LED 어레이로 구성된 LED 광원와, 상기 LED광원에서 조사된 광을 대물렌즈의 후초점면에 결상시키기 위한 결상광학계와, 상기 LED 광을 상기 제1방향과 다른 방향인 제2방향으로 편광시키는 편광자와, 상기 후초점면에 결상된 결상이미지를 촬영하는 카메라를 포함하고, 상기 결상이미지를 기반으로 상기 미세홈의 직경을 측정하는 것을 특징으로 하는 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제2방향으로 편광된 제2편광을 반사시키는 제2빔스플리터; 및
상기 제2빔스플리터에 반사된 제2편광을 반사키시고, 상기 제1편광을 투과시켜 제1빔스플리터 측으로 입사키시는 제3빔스플리터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 결상광학계는 상기 LED 광원과 제2빔스플이터 사이, 및 상기 제2빔스플리터와 제3빔스플리터 사이 각각에 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템.
- 제 6항에 있어서,
상기 대물렌즈를 x,y,z 축상으로 이동시키는 피에조구동부; 및
상기 측정대상물에 레이저를 조사하는 레이저조사수단; 및
반사된 레이저 데이터를 기반으로, 상기 피에조구동부를 제어하여 초점을 조절하는 자동초점조절기;를 포함하며,
상기 레이저조사수단에서 조사되는 레이저는 제4빔스플리터에 의해 반사되어 측정대상물로 입사되어 반사되고 상기 제4빔스플리터에 다시 모두 반사되는 것을 특징으로 하는 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템.
- 제 7항에 있어서,
상기 카메라 상의 이미지를 기반으로 상기 미세홈의 중심에 초점이 생성되도록 상기 피에조구동부에 의해 상기 대물렌즈를 x,y 축방향으로 이동하고,
상기 자동초점조절기를 통해 상기 피에조구동부에 의해 상기 대물렌즈를 Z축으로 조정하여, 상기 미세홈의 주변부와, 상기 미세홈의 바닥면 중앙 각각에서 광이 반사되도록 하는 것을 특징으로 하는 간섭계와 FPM을 이용한 미세홈 측정시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020240015803A KR102659131B1 (ko) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 간섭계와 fpm을 이용한 미세홈 측정시스템 |
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