미세 관통 전극의 삼차원 형상 측정에 관한 연구 :A study on three-dimensional surface profile measurement of micro-sized through-silicon via

안흘비

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자료유형: 학위논문

저자정보: 안흘비 (과학기술연합대학원대학교, 과학기술연합대학원)

지도교수: 진종한

발행연도: 2021

저작권: 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2022

미세 TSV의 삼차원 형상 측정을 위한 광계측 시스템 개발

안흘비 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2022.05 학술대회자료

2021

미세 관통 전극의 삼차원 형상 측정에 관한 연구

안흘비 2021.01 학위논문

2016

미세 TSV 의 삼차원 형상 측정 기술

안흘비 , 박정재 , 진종한 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2016.05 학술대회자료

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적층형 반도체에서 사용되고 있는 실리콘 관통 전극을 생성하기 위한 여러 공정 중에 발생하는 불량을 줄이기 위해, 실리콘 관통 전극의 지름과 깊이를 실시간으로 정밀하게 측정할 수 있는 기술이 필요하다. 이를 위해, 공초점 현미경과 분광 간섭계로 지름과 깊이를 정밀하게 측정하면서, 동시에 측정할 수 있는 기술이 필요하다.
본 논문에서는 실리콘 관통 전극의 지름과 깊이를 동시에 측정하기 위해 두 가지의 구현 방법을 제안하고 구현하였다. 첫 번째 제안 시스템은 광섬유 소자를 이용하여 공초점 현미경과 분광 간섭계를 통합하였다. 간단한 광학 구성과 장치의 소형화를 위해 대부분 광섬유 소자를 사용하였다. 장치의 성능 평가를 위해, 관통 전극을 측정하였다. 측정 결과, 지름은 평균 6.074 μm, 깊이는 평균 48.255 μm이었다. 지름과 깊이 측정값의 확장 불확도는 각각 200 nm (k = 2)와 36 nm (k = 2)였다.
두 번째 제안 시스템은 편광 성분을 이용하여 두 기술을 통합한 방법이다. 측정빔과 기준빔의 편광 성분을 다르게 하여, 공초점 현미경은 측정빔만 수광하고, 분광 간섭계는 측정빔과 기준빔을 모두 수광하게 하였다. 또한, 시편 이미지를 통해 측정 위치 확인을 위해 광학 현미경을 한 시스템 내에 통합하였다. 마지막으로, 미세 관통 전극의 짧은 깊이 측정을 위해, 분광 간섭계의 검출기인 분광기의 개발을 통해 분해능을 높였다. 장치의 성능 평가를 위해, 관통 전극을 측정하였고, 지름은 평균 5.954 μm, 깊이는 평균 40.420 μm이었다. 지름과 깊이 측정값의 확장 불확도는 각각 208 nm (k = 2)와 50 nm (k = 2)였다.
본 논문에서 제안된 두 가지의 측정 시스템 모두, 관통 전극의 지름과 깊이를 동시에 높은 정밀도로 측정이 가능함을 확인하였다. 장치의 성능 평가를 위해 실리콘 관통 전극을 측정하였지만, 그 이외에 반도체 제작 공정과 같은 산업계에서 다양하게 제작되어 사용되고 있는 마이크로미터 크기를 갖는 패턴의 삼차원 형상 측정에도 활용될 수 있다.

To reduce defects that occur during various processes for generating through-silicon vias used in three-dimensional integrated circuit, a technology capable of accurately measuring the diameter and depth of through-silicon vias (TSVs) in real time is required. For this reason, a technology that can accurately measure diameter and depth with a confocal microscope and a spectral-domain interferometer while simultaneously measuring is required.
In this paper, two methods were proposed and implemented to measure the diameter and depth of TSVs at the same time. The first proposed system integrates a confocal microscope and a spectral-domain interferometer using a fiber optic coupler. Most of the optical fiber components were used for simple optical configuration and miniaturization of the measurement system. To evaluate the performance of the measurement system, a TSV was measured. As a result of the measurement, the mean values of the diameter was 6.074 μm and the depth was 48.255 μm. The expanded uncertainties of the diameter and depth were 200 nm (k = 2) and 36 nm (k = 2), respectively.
The second proposed system integrates a confocal microscope and a spectral-domain interferometer using the polarization. By making the polarization of the measurement beam and the reference beam orthogonal, the confocal microscope received only the measurement beam, and the spectral-domain interferometer received both the measurement beam and the reference beam. In addition, an optical microscope was integrated into the measurement system to confirm the measurement location through the specimen image. Finally, to measure the short depth of the fine TSVs, a spectrometer was developed to increase the depth measurement resolution of a spectral-domain interferometer. To evaluate the performance of the measurement system, a TSV was measured. The mean values of the diameter was 5.954 μm and the depth was 40.420 μm. The expanded uncertainties of the diameter and depth were 208 nm (k = 2) and 50 nm (k = 2), respectively.
It was confirmed that the two measurement systems proposed in this paper can measure the diameter and depth of the TSVs with high precision, simultaneously. Although the TSV was measured to evaluate the performance of the device, it can also be used to measure the three-dimensional profile of a pattern having a micrometer size that is variously manufactured and used in industries such as semiconductor manufacturing processes.

#실리콘 관통 전극 #분광 간섭계 #공초점 현미경 #광학 현미경

Ⅰ. 서 론 ·················································································· 1
1. 연구 배경 ···········································································1
2. 연구 현황 ···········································································4
3. 연구 목표 ·········································································10
Ⅱ. 기본 이론 ···········································································13
1. 측정 위치 확인을 위한 광학 현미경의 기본 원리····················13
2. 지름 측정을 위한 공초점 현미경의 기본 원리 ·······················15
3. 깊이 측정을 위한 분광 간섭계의 기본 원리 ··························20
4. 미세 관통 전극의 깊이 측정 가능성 ·····································30
Ⅲ. 광섬유 소자를 이용한 관통 전극의 삼차원 형상 측정 시스템 ···40
1. 측정 시스템의 광학 구성 및 구현 ········································40
2. 미세 관통 전극의 지름, 깊이 측정 절차 ·······························45
3. 측정 결과 및 분석 ·····························································53
4. 요약 ················································································70
Ⅳ. 편광 성분을 이용한 관통 전극의 삼차원 형상 측정 시스템 ·······71
1. 측정 시스템의 광학 구성 및 구현 ·········································71
2. 실험 결과 및 분석 ······························································93
3. 요약 ···············································································107
Ⅴ. 결 론 ················································································108
참고문헌 ················································································110

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