3차 조화파 기반의 깊이 방향 고분해능을 갖는 실리콘 웨이퍼의 비파괴 측정 시스템 개발

Abstract

실리콘 웨이퍼는 반도체 집적 회로, 태양 전지 등 다양한 산업에서 활발히 응용되고 있으며, 높은 품질의 실리콘 웨이퍼에 대한 수요가 점점 증가되고 있다. 그에 따라 산업계에서는 실리콘 웨이퍼의 고분해능, 비파괴 측정 시스템이 점점 더 많이 요구되고 있으며, 이를 위해 광학적 방법이 많이 적용되고 있다. 하지만 기존의 광학적 방법의 경우, 두께 방향 선택성 및 분해능의 한계가 존재한다. 본 연구에서, 우리는 1,550 nm 파장 대역의 근적외선 펨토초 레이저를 실리콘 웨이퍼의 표면에 집광함으로써 발생하는 3 차 조화파를 이용해 실리콘 웨이퍼의 두께를 측정하는 방법을 제시하고자 한다. 실리콘 웨이퍼의 두께 측정에 적용하고자 하는 비선형 현상인 다차 조화파 발생은, 물질에 펨토초 레이저와 같은 높은 출력을 가지는 광원을 집광하게 되면 기존 광원의 광자 에너지의 정수배에 해당하는 광자가 발생하는 현상이다. 이 중에서도 3 차 조화파는 물질의 대칭성이 깨지는 계면에서 발생하는 표면 현상으로 높은 두께 선택성을 가지며, 이를 적용한 측정법은 기존 기술에 비해 높은 깊이 방향 분해능 및 두께 선택성을 가지게 된다. 본 기술을 적용할 때에 최적의 빔 조건을 찾기 위해, 여러 두께를 가지는 환형 빔(Annular Beam)을 이용해 두께를 측정하고 그 정확도를 확인하였다. 본 연구를 통해, 웨이퍼의 두께뿐만 아니라 웨이퍼 내부 두께 방향의 미세 오염이나 화학적 특성 등의 고분해능 검출이 가능한 비선형 측정 방식이 활발히 연구될 수 있을 것으로 기대된다.