KR20070065725A - 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법 - Google Patents

광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070065725A
KR20070065725A KR1020050126461A KR20050126461A KR20070065725A KR 20070065725 A KR20070065725 A KR 20070065725A KR 1020050126461 A KR1020050126461 A KR 1020050126461A KR 20050126461 A KR20050126461 A KR 20050126461A KR 20070065725 A KR20070065725 A KR 20070065725A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
surface roughness
optical microscope
quantitative analysis
cross
silicon wafer
Prior art date
Application number
KR1020050126461A
Other languages
English (en)
Inventor
정정규
Original Assignee
주식회사 실트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 실트론 filed Critical 주식회사 실트론
Priority to KR1020050126461A priority Critical patent/KR20070065725A/ko
Publication of KR20070065725A publication Critical patent/KR20070065725A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법이 개시된다. 개시된 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법은, 실리콘 웨이퍼 제조공정 중 식각 공정 후 표면거칠기 정량화 방법에 있어서, (a) 상기 실리콘 웨이퍼 표면 이미지를 광학현미경으로 측정하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 측정된 이미지에서 상용 이미지 프로그램을 이용하여 픽셀에 따른 회색톤 수준의 단면곡선을 측정한 후 저장하는 단계와; (c) 측정된 상기 단면곡선 내 각 변위의 제곱값이 최소가 되는 기준선을 산출하여 최소제곱 평균선에 대한 잔차(Residual)로 레벨링 하는 단계와; (d) 상기 잔차(Residual)로 레벨링(leveling)된 단면곡선(Profile)에 대하여 Ra(평균거칠기)와 Rms(제곱평균 거칠기) 등의 정량화된 파라미터로 계산하여 표면거칠기를 정량화 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래의 고가 정밀 측정장비를 필요로 하는 측정 방법을 대신하여 일반적인 광학현미경만으로도 정량화 가능하다.
광학현미경, 표면거칠기, 실리콘 웨이퍼

Description

광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법{QUANTITATIVE ANALYSIS METHOD FOR SURFACE ROUGHNESS USING OPTICAL MICROSCOPE}
도 1은 종래의 표면 조도계에서 표면거칠기 정량화 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법에 있어 회색톤 차이를 설명하기 위한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.
도 5 및 도 6은 도 3에 도시된 광학현미경 이미지에서 측정된 단면곡선과 파라미터 산출을 위해 잔차를 이용한 레벨링 후 단면곡선을 나타내 보인 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법을 이용하여 산출된 표면거칠기 파라미터와, 종래의 표면 조도계를 이용하여 산출된 표면거칠기 파라미터의 상관관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼(Si Wafer) 제조공정에서 식각(etching) 공정 후, 광학현미경을 이용한 표면거칠기를 정량적으로 평가하기 위한 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법에 관한 것이다.
표면거칠기(Surface roughness)는 재료 상태나 가공방법의 고유 작용에 의해 표면에 생기는 미세한 요철의 정도를 말하며, 표면 조도라고도 한다.
이러한 표면거칠기는 사용하는 공작기계의 종류, 기계마모, 절삭공구 조건, 가공표면 성분, 절삭방법, 작업자의 습관, 환경의 조건에 따라 변화하므로 제품규격 통제에 있어 가장 효율적인 방법 중 하나이다.
도 1에는 종래의 표면 조도계(Surface profiler)에서 표면거칠기 정량화 방법을 나타낸 순서도가 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 촉침(Stylus), 탐침(probe), 광학계 등을 이용하여 표면을 주사(Scanning)하여 실리콘 웨이퍼 표면에 대한 실측단면곡선(Total Profile)을 측정한다.(단계 110).
그리고 측정된 실측단면곡선은 주사 시 발생하는 측정장비와 실리콘 웨이퍼 표면 사이의 경사를 포함하고 있으므로 단면곡선(Profile) 내 각 변위의 제곱값이 최소가 되는 평균선이나, 측정장비에서 거칠기(Roughness)와 파상도(Waviness) 단면곡선을 분리하기 위해 적용되는 컷오프(Cutoff)에 따라 결정되는 평균선으로 레벨링(leveling) 한다.(단계 120)
또한 실제의 표면은 매우 복잡하고 다양한 모습을 지니고 있기 때문에 어느 곳을 측정하느냐가 측정결과에 많은 영향을 미치므로, 레벨링한 실측단면곡선은 측정코자 하는 기준길이(Sampling length)를 컷오프로 설정하여 표면거칠기 및 파상 도 단면곡선으로 필터링(Filtering)한다.(단계 130)
이어서, 정량적으로 표현되는 표면거칠기 파라미터 Ra(평균거칠기), Rms(제곱평균 거칠기)는 필터링된 거칠기 단면곡선 변위의 높이 편차(height deviation)에 대하여 각각 절대값의 산술평균 및 제곱평균에 대한 제곱근(Root-Mean-square)의 방법으로 계산한다.(단계 140)
그리고 산출에 이용되는 수학식1,2는 다음과 같다.
[수학식 1]
Figure 112005074718411-PAT00001
[수학식 2]
Rms
Figure 112005074718411-PAT00002
상기한 바와 같이, 표면조도계를 이용한 종래의 표면거칠기 정량화 방법은, 촉침, 탐침, 광학계 등을 이용하여 주사하므로 고가의 정밀 측정장비를 필요로 하며, 측정에 있어 실리콘 웨이퍼 표면의 오염상태 및 형상 기울기 등의 표면 상태에 따라 많은 제약이 따른다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 반도체 실리콘 웨이퍼 제조공정 중 식각 공정 후 표면거칠기의 정량적인 평가에 있어 고가의 측정장비를 이용하지 않고, 상용화된 일반적인 광학현미경(Optical microscope)을 이용하여 정량화가 가능하도록 록 한 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법은, 실리콘 웨이퍼 제조공정 중 식각 공정 후 표면거칠기 정량화 방법에 있어서, (a) 상기 실리콘 웨이퍼 표면 이미지를 광학현미경으로 측정하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 측정된 이미지에서 상용 이미지 프로그램을 이용하여 픽셀에 따른 회색톤 수준의 단면곡선을 측정한 후 저장하는 단계와; (c) 측정된 상기 단면곡선 내 각 변위의 제곱값이 최소가 되는 기준선을 산출하여 최소제곱 평균선에 대한 잔차(Residual)로 레벨링 하는 단계와; (d) 상기 잔차(Residual)로 레벨링(leveling)된 단면곡선(Profile)에 대하여 아래의 수학식1, 2를 이용하여 Ra(평균거칠기)와 Rms(제곱평균 거칠기) 등의 정량화된 파라미터로 계산하여 표면거칠기를 정량화 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
[수학식 1]
Figure 112005074718411-PAT00003
[수학식 2]
Rms
Figure 112005074718411-PAT00004
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2에는 후술하는 본 발명에 따른 광학현미경을 이용한 표면거칠기 정량적 분석방법에 있어, 회색톤 수준(Gray level) 차이를 설명하기 위한 개략도가 도시되어 있다.
일반적으로 광학현미경 이미지에서 밝기(Brightness) 차이는 표면의 조성, 결정방위, 표면조직의 형상에 의해 차이를 나타낸다.
특히, 반도체 실리콘 웨이퍼는 단일 조성과 결정방위를 가지므로 표면에 나타나는 밝기 차이는 순수하게 표면조직의 형상에 의해 발생하며, 이러한 밝기 차이는 광학현미경 상용 이미지 프로그램을 이용하여 픽셀(Pixel)에 따른 회색톤 수준의 단면곡선(profile)으로 표현 가능하다.
도 3에는 본 발명에 따른 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 우선, 실리콘 웨이퍼 표면 이미지를 광학현미경으로 측정한다.(단계 210)
그리고 상기 단계 210에서 측정된 실리콘 웨이퍼 표면 이미지에서 상용 이미지 프로그램을 이용하여 픽셀에 따른 회색톤 수준(Gray level)의 단면곡선(Profile)을 측정 후 저장하고, 저장된 데이터는 예컨대, 엑셀(Excel) 프로그램을 이용하여 픽셀을 X축으로, 회색톤 수준(Gray level)을 Z축으로 하는 단면곡선(Profile)으로 표현한다.(단계220)
이때, X축 픽셀은 실리콘 웨이퍼 표면 이미지에서의 거리에 대응된다.
그리고 측정된 단면곡선 내 각 변위의 제곱값이 최소가 되는 기준선, 즉 최소제곱 평균선을 산출하고, 픽셀(Pixel)을 Z축으로, 최소제곱 평균선으로부터 각 변위들 사이의 거리인 잔차(Residual)를 Z축으로 표현하면, 레벨링(Leveling)된 단면곡선이 된다.(단계 230).
또한 이러한 잔차(Residual)는 종래의 측정장비에 의해 산출된 표면 높이 편차(Height deviation)와 대응하므로 상기한 수학식1, 2를 이용하여 Ra(평균거칠기)와 Rms(제곱평균 거칠기) 등의 정량화된 파라미터로 계산할 수 있다.(단계 240)
한편, 도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 광학현미경 이미지에서 측정된 단면곡선(Profile)과 파라미터(parameter) 산출을 위해 잔차(Residual)를 이용한 레벨링(leveling) 후 단면곡선(profile)을 나타낸다.
특히, 도 5는 도 4의 광학현미경 이미지 측정하는 단계 210에서 측정한 결과이며, 도 6은 상기 단계 320에서 측정된 이미지에서 특정 부분에 대하여 회색톤 수준(Gray level) 단면곡선(Profile)으로 표현된다.
그리고 도 6은 도 5의 단면곡선(Profile)을 잔차(Residual)를 이용한 레벨링(Leveling) 후 단면곡선(Profile)을 나타낸다.
또한 도 7은 거칠기 수준을 달리하는 실리콘 웨이퍼 표면에 대하여 광학현미경을 이용하여 산출된 표면거칠기 파라미터(Surface parameter)와 기존 표면 조도계(Surface profiler)를 이용하여 산출된 표면거칠기 파라미터의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 광학현미경을 이용하여 산출된 표면거칠기 파라미터는, 기존 표면 조도계를 이용하여 산출된 표면거칠기 파라미터와 동일한 경향을 나타내고 있다.
본 발명에 따르면, 식각(etching) 공정 후 반도체 실리콘 웨이퍼 표면에서 광학현미경 이미지에서 발생하는 밝기 차이는 표면조직의 형상에 의한 것으로, 픽셀에 따른 회색톤 수준의 단면곡선으로 표현 가능하다.
이러한 단면곡선 내 변위들에 대하여 최소제곱 평균선을 구하고, 잔차로 레벨링한 후 표면거칠기 파라미터를 산출함으로써, 종래의 고가 정밀 측정장비를 필요로 하는 측정 방법을 대신하여 일반적인 광학현미경만으로도 정량화 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
반도체 실리콘 웨이퍼 제조공정 중 식각 공정 후 표면거칠기를 광학현미경 이미지에서 회색톤 수준(Gray level)의 단면곡선(Profile)을 구하고, 최소제곱 평균선에 대한 잔차(Residual)로 레벨링(leveling) 후 표면거칠기 파라미터(Surface parameter)를 산출하므로써, 종래의 고가 정밀 측정장비를 필요로 하는 측정 방법을 대신하여 일반적인 광학현미경만으로도 정량화 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 실리콘 웨이퍼 제조공정 중 식각 공정 후 표면거칠기 정량화 방법에 있어서,
    (a) 상기 실리콘 웨이퍼 표면 이미지를 광학현미경으로 측정하는 단계와;
    (b) 상기 단계 (a)에서 측정된 이미지에서 상용 이미지 프로그램을 이용하여 픽셀에 따른 회색톤 수준의 단면곡선을 측정한 후 저장하는 단계와;
    (c) 측정된 상기 단면곡선 내 각 변위의 제곱값이 최소가 되는 기준선을 산출하여 최소제곱 평균선에 대한 잔차(Residual)로 레벨링 하는 단계와;
    (d) 상기 잔차(Residual)로 레벨링(leveling)된 단면곡선(Profile)에 대하여 아래의 수학식1, 2를 이용하여 Ra(평균거칠기)와 Rms(제곱평균 거칠기) 등의 정량화된 파라미터로 계산하여 표면거칠기를 정량화 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법.
    [수학식 1]
    Figure 112005074718411-PAT00005
    [수학식 2]
    Rms
    Figure 112005074718411-PAT00006
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서, 저장된 데이터는 픽셀을 X축으로, 상기 회색톤 수준을 Z 축으로 하는 단면곡선으로 표현하는 것을 특징으로 하는 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서,
    상기 X축 픽셀은 상기 실리콘 웨이퍼 표면 이미지에서의 거리에 대응되는 것을 특징으로 하는 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서,
    상기 최소제곱 평균선으로부터 각 변위들 사이의 거리인 잔차(Residual)를 Z축으로 표현하면 레벨링(Leveling)된 단면곡선이 되는 것을 특징으로 하는 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법.
KR1020050126461A 2005-12-20 2005-12-20 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법 KR20070065725A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050126461A KR20070065725A (ko) 2005-12-20 2005-12-20 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050126461A KR20070065725A (ko) 2005-12-20 2005-12-20 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070065725A true KR20070065725A (ko) 2007-06-25

Family

ID=38364969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050126461A KR20070065725A (ko) 2005-12-20 2005-12-20 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070065725A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100838492B1 (ko) * 2007-07-04 2008-06-16 주식회사 실트론 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법 및 그프로그램이 기록된 기록매체
KR101349447B1 (ko) * 2012-11-05 2014-01-16 세종대학교산학협력단 증착 박막의 표면 거칠기 측정방법 및 장치
CN113701680A (zh) * 2021-08-26 2021-11-26 中国科学院电工研究所 一种材料表面粗糙度的确定方法及系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100838492B1 (ko) * 2007-07-04 2008-06-16 주식회사 실트론 피검사물의 에지 결함 및 표면 거칠기 검사방법 및 그프로그램이 기록된 기록매체
KR101349447B1 (ko) * 2012-11-05 2014-01-16 세종대학교산학협력단 증착 박막의 표면 거칠기 측정방법 및 장치
WO2014069962A1 (ko) * 2012-11-05 2014-05-08 세종대학교 산학협력단 증착 박막의 표면 거칠기 측정방법 및 장치
CN113701680A (zh) * 2021-08-26 2021-11-26 中国科学院电工研究所 一种材料表面粗糙度的确定方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101587176B1 (ko) 무라 검출 및 계측을 위한 방법 및 장치
US20020057839A1 (en) Method and measuring instrument for determining the position of an edge of a pattern element on a substrate
Klapetek et al. Methods for determining and processing 3D errors and uncertainties for AFM data analysis
US9404843B2 (en) System and method for determining wear of a worn surface
Sola et al. Predicting crack initiation site in polycrystalline nickel through surface topography changes
Mathieu et al. Image-based identification procedure of a crack propagation law
CN111899230A (zh) 基于钢铸坯低倍组织三维特征的质量量化及自动多级评判方法
Yong et al. A rapid field measurement method for the determination of Joint Roughness Coefficient of large rock joint surfaces
Vanrusselt et al. International comparison of noise in areal surface topography measurements
KR20070065725A (ko) 광학현미경을 이용한 표면거칠기의 정량적 분석방법
Marinello et al. Development and analysis of a software tool for stitching three-dimensional surface topography data sets
Dixson et al. Dimensional metrology with the NIST calibrated atomic force microscope
WO2021070531A1 (ja) ウェーハ形状の測定方法
Dixson et al. Implementation of reference measurement system using cd-afm
CN110146024B (zh) 基于自适应搜索的双精度位移测量方法
US6886394B1 (en) Roughness measuring method and apparatus
CN114396929B (zh) 一种激光陀螺腔体光阑孔形位公差检测方法
Orji et al. Progress on implementation of a CD-AFM-based reference measurement system
CN111633559B (zh) 一种基于表面微观三维形貌的最小加工余量预测方法
Oliveira Luiz et al. Residual stress characterization in cross-sections of small parts by combining the contour method and scanning white-light interferometry
Bachtiak-Radka et al. Susceptibility of SPG parameters to the environment conditions and the method of acquisition of cloud of points with optical measuring systems applied
Baleani et al. Surface roughness measurements of turned parts through a vision-based measurement system: uncertainty analysis and performance comparison with state-of-the-art instruments
Leach et al. Determination of the metrological characteristics of optical surface topography measuring instruments
Saraiva et al. A novel traceability route to the SI in roughness measurements at IPQ
Stępień et al. The study on influence of the method of handling of measuring head on measurement results obtained with the use of a portable profilometer

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination