[논문]편향법을 이용한 웨이퍼 변형 측정

이호동; 신상훈; 유영훈

doi:10.3807/kjop.2013.24.6.324

편향법을 이용한 웨이퍼 변형 측정
Measurement of Wafer Deformation using Deflectometry 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.24 no.6, 2013년, pp.324 - 330

초록
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편향법을 이용하여 면적이 비교적 크고 거울과 같이 산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정을 하였다. 편향법을 통해 얻은 왜곡 무늬로부터 위상과 기울기를 구하기 위해 푸리에변환 방법을 이용하였고, 구한 기울기로부터 높이를 구하기 위해 최소자승법을 이용하였다. 웨이퍼에 미세 응력을 주었을 때 변형을 편향법을 이용하여 측정할 수 있음을 확인하였다.

Phase-measuring deflectometry is a full-field gradient measuring technique that lends itself very well to testing specular optical surfaces. We have measured deformation of a large specular surface by deflectometry. In this work, we have used a Fourier-transform method to get the phase from a measured deformed fringe pattern, and we have used least squares method to obtain the height information of the specular surface from the calculated slope. Experimentally, we have confirmed that deflectometry can be used for deformation measurement of a specular surface like that of a wafer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 웨이퍼에 응력을 주었을 때 변형을 편향법을 이용하여 측정하는 연구를 하였다.

대상 데이터

실험적 보정방법으로 시료의 위치별 기울어짐 보정을 위하여 크기가 5 cm × 5 cm인 평면 사각 거울을 시료로 사용하였다. 평면 사각 거울의 평탄도는 λ/4이다.

데이터처리

즉 픽셀 위치별 보정이 필요 없다. 이상의 결과로 본 연구에서는 보다 간단한 방법인 기준면을 이용하는 방법을 사용하여 측정 결과를 분석하였다.

이론/모형

본 연구에서는 푸리에변환 방법을 이용하여 위상을 측정하였으며, 이로부터 국소 기울기를 계산하였다. 측정된 기울기를 이용하여 시료의 3차원 형상을 구현하는 알고리즘은 층밀리기 간섭계(Shear interferomery), 삭하트만 센서(SchackHatmman Sensor) 분야에서 많이 연구되어 왔다.
웨이퍼와 같이 면이 거울 같아서 산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정을 위하여 편향법을 이용하였다. 산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정은 간섭계를 이용하여 정밀한 측정이 가능하나, 측정기구가 조금 복잡하고 진동에 영향을 받는 단점과, 정밀도를 유지하기 위해 측정 면적이 작아진다는 문제점이 있다.

성능/효과

산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정은 간섭계를 이용하여 정밀한 측정이 가능하나, 측정기구가 조금 복잡하고 진동에 영향을 받는 단점과, 정밀도를 유지하기 위해 측정 면적이 작아진다는 문제점이 있다. 그러나 편향법은 넓은 면적의 3차원 측정이 용이하고 진동과 같은 외부환경에 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다. 본 연구에서는 웨이퍼를 미세 변형시켜 웨이퍼의 휨 정도를 편향법을 이용하여 측정하였고, 실험 결과 편향법을 이용하여 측정 범위 내에서 3차원 측정이 가능함을 확인하였다.
그림 8(a), (b), (c), (d)는 웨이퍼를 변형시키기 위해 마이크로메터 이동 거리를 각각 0µm, 5 µm, 10 µm, 20 µm로 하고 편향법을 이용하여 측정한 3차원 회색조 데이터이고, 그림 8(e), (f)는 이동거리가 0(●), 5 µm(■), 10 µm(+), 20 µm (◆) 일 때 x축, y축의 프로화일이다. 마이크로메터 이동거리가 증가하면서 웨이퍼의 휨 정도가 증가함을 알 수 있다.
그러나 편향법은 넓은 면적의 3차원 측정이 용이하고 진동과 같은 외부환경에 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다. 본 연구에서는 웨이퍼를 미세 변형시켜 웨이퍼의 휨 정도를 편향법을 이용하여 측정하였고, 실험 결과 편향법을 이용하여 측정 범위 내에서 3차원 측정이 가능함을 확인하였다.
웨이퍼와 같이 면이 거울 같아서 산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정을 위하여 편향법을 이용하였다. 산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정은 간섭계를 이용하여 정밀한 측정이 가능하나, 측정기구가 조금 복잡하고 진동에 영향을 받는 단점과, 정밀도를 유지하기 위해 측정 면적이 작아진다는 문제점이 있다. 그러나 편향법은 넓은 면적의 3차원 측정이 용이하고 진동과 같은 외부환경에 영향을 거의 받지 않는다는 장점이 있다.
그리고 이동 거리가 작을 때 그 차이 값이 큰 것을 볼 수 이는데 이는 간섭 방법에 비해 편향법의 측정 정밀도가 떨어지기 때문이라 생각된다. 위의 실험 결과로부터 편향법은 간단한 실험 구성으로 산란이 거의 없는 물체의 휨 정도를 측정하는데 이용할 수 있음을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	편향법은 어떤 방식인가?	이러한 편향법은 실험기구가 기준 문양을 만들어 주는 모니터와 변형된 문양을 저장할 수 있는 카메라만으로 구성되어 측정 장치가 매우 간단하고, 넓은 면적을 측정할 수 있고, 외부 환경에 영향을 거의 받지 않아 생산 현장에 적용할 수 있는 장점이 있다. 편향법은 모아레방법, 간섭방법과는 달리 시료의 높이를 측정하는 것이 아니고, 시료의 국소적 기울기를 구하고 이를 적분 혹은 최소자승법 방법을 이용하여 시료의 형상을 측정하는 방식이다.
	문양 빔을 이용하여 3차원 측정을 하는 것은 어떤 방법으로 많이 연구되고 있는가?	다른 방법은 문양 빔을 이용하여 3차원 측정을 하는 경우이다.[3-6] 이러한 방법은 삼각 측정법 및 간섭방법 중 하나인 모아레 방법으로 많이 연구되고 사용되고 있다. 이러한 방법은 문양을 물체에 조사하고 조사된 문양의 변형 정도를 측정하여 3차원을 측정하는 방식이다.
	편향법의 기본 원리는 무엇인가?	이러한 시료의 3차원 측정에 모아레 방법이나 삼각 측정법도 사용되나, 이보다는 문양을 시료에 조사하지 않고, 즉 시료 표면에 문양을 형성하지 않고 반사된 문양의 변형을 측정하는 위상 측정 편향법(PMD: Phase measuring deflectometry or fringe reflection method)이 제안되고 연구 되고 있다.[7-10] 편향법의 기본 원리는 시료에서 반사된 문양은 시료 표면의 모양에 영향을 받는다는 것이다. 그러므로 변형된 문양을 분석하여 시료의 3차원 형상을 역으로 구하는 방식이다.

참고문헌 (24)

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