반도체 웨이퍼·IC 패턴의 현미경을 이용한 관찰과 측정
제품의 소형화·다기능화와 생산 효율 향상, 비용 절감을 둘러싸고 치열한 경쟁이 이어지는 반도체 업계. 패턴의 미세화 및 웨이퍼의 대구경화에 따른 품질 보증 요구도 꾸준히 고도화되는 동시에 연구 개발 및 검사의 속도도 요구되고 있습니다.
여기에서는 반도체 업계에서 이루어졌던 기존의 검사를 크게 고도화·효율화하는 새로운 4K 디지털 마이크로스코프의 최신 사례를 소개합니다.
웨이퍼의 대구경화와 새로운 요구
반도체 제조에 필수인 웨이퍼. 디바이스의 세분화를 배경으로 더 작고 기능과 품질이 높은 반도체 제품이 요구되고 있습니다. 부가가치가 높은 제품을 얼마나 효율적으로 제조할 수 있는지, 연구 개발 및 생산 기술, 품질 관리를 두고 각사가 경쟁하고 있습니다.
한 예로, 실리콘 웨이퍼를 대구경화 하여 한 번에 많은 칩을 생산함으로써 생산성을 향상시키는 방법이 주목받아 왔습니다. 웨이퍼의 대구경화는 결함에 따른 손실 절감 및 높은 평면도, 비용 등의 요구를 충족하기 위해 오랫동안 연구되고 있습니다. 대구경화와 평면화의 양립과 관련하여 편면 연마보다 양면 연마 웨이퍼가 우위를 차지하여, 직경 12인치의 양면 연마 웨이퍼가 주류가 되었습니다. 최근에는 12인치를 넘는 웨이퍼도 등장하여 장래에는 15인치 이상의 웨이퍼도 전개할 수 있다고 하며, 안정적인 웨이퍼 품질과 IC 칩의 생산 효율을 더욱 향상시키기 위한 연구 개발이 진행 중입니다.
또한, 회로 패턴 구축에서는 MEMS에도 대응하는 미세한 패턴 인쇄를 고효율로 실현하는 고해상도 스크린 인쇄 및 제판이 없어도 데이터로 패턴을 도포할 수 있게 하여 소량 다품종 생산의 효율화 및 신속한 시제품 제작·검증을 실현하는 잉크젯 코터(잉크젯 프린터) 등이 주목받고 있습니다. 이러한 배경을 바탕으로 더욱 정도가 높고 신속한 관찰·검사·평가가 요구되고 있습니다.
웨이퍼·IC 패턴의 관찰·검사와 기존의 과제
웨이퍼 및 그곳에 미세한 패턴이 다수 형성되는 IC 칩 등 반도체의 연구 개발·품질 보증에 필수인 것이 확대 관찰에 의한 검사와 평가입니다.
반도체 제조에서는 매우 미세한 결함이나 이물질 부착(오염)이 불량으로 이어지기 때문에 기존부터 로더로 피검 물체를 반송하여 광학식 현미경이나 주사 전자 현미경(SEM) 등 여러 장치를 이용하여 관찰·검사해 왔습니다. 그러나 최근의 치열한 시장 경쟁, 관찰 부분 미세화 등에 의해 관찰·검사의 높은 정도뿐 아니라 속도도 요구되는 가운데, 기존의 장치로는 아래와 같은 과제가 발생하고 있습니다.
기존의 관찰 수단에서 발생하는 과제
- 광학식 현미경
- 미세화된 패턴 등의 고배율 관찰에서 해상도가 부족하고, 미세한 부분의 관찰에서는 주사 전자 현미경(SEM) 및 레이저 현미경 등으로 이행할 필요가 있어 사전 준비에 긴 시간이 걸렸다.
- 미세한 오염을 발견하려면 관찰에 긴 시간이 걸렸다.
- 앵글이 고정되어 있으므로 웨이퍼의 단면(에지) 관찰이 불가능.
- 각종 측정을 실시하지 못하므로 별도의 검사기로 반송·위치 결정·측정이 필요하여 검사 공정이 증가.
- 주사 전자 현미경(SEM)
- 로더로 진공실에 반송한 후 진공화 등의 전처리를 하는 시간이 오래 걸린다.
- 흑백 화상으로 관찰하게 되기 때문에 검사할 수 있는 내용이 제한된다.
웨이퍼·IC 패턴 관찰·검사의 최신 솔루션
기존의 광학식 현미경 및 주사 전자 현미경(SEM)의 과제를 해결하여 더 고도의 관찰 환경을 제공하기 위해 KEYENCE는 20년 이상에 걸쳐 현장의 의견을 반영하여 디지털 마이크로스코프를 거듭 개량해 왔습니다. 그리고 최첨단 4K 기술 등에 의해 큰 진화를 이룬 것이 고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」입니다.
여기에서는 고해상도 4K 화상에 의한 SEM에 가까운 선명한 고배율 관찰·해석, 2D·3D 측정, 자동 면적 계측 등 여러 항목의 검사를 마이크로스코프 1대로 실현하는 「VHX 시리즈」를 이용한 웨이퍼 및 IC 패턴의 검사 사례를 소개합니다.
웨이퍼의 4K「Optical Shadow Effect Mode」를 이용한 관찰
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 전용 설계한 고분해능 HR 렌즈·4K CMOS·조명에 의해 완전히 새로운 관찰 방법인 「Optical Shadow Effect Mode」를 실현했습니다.
여러 방향의 조명으로 촬영한 화상의 변위(콘트라스트)를 해석하는 「다방향 조명 변위 해석」으로 표면의 미세한 요철을 검출할 수 있게 되었습니다. SEM에 가까운 관찰 화상으로 웨이퍼 표면의 미세한 요철 형상까지 선명하게 관찰할 수 있습니다.
또한, Optical Shadow Effect Mode 화상에 컬러 정보를 겹쳐 요철 정보와 컬러 정보를 동시에 표현할 수 있습니다. 또한, 요철 정보를 색으로 구분하여 표시할 수 있기 때문에 더 알기 쉽게 표현됩니다.
웨이퍼의 에지 관찰·측정
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「프리 앵글 관찰 시스템」으로 웨이퍼의 단면(에지)을 경사 관찰할 수 있습니다.
깊은 피사계 심도와 「라이브 심도 합성」으로 고배율에서도 웨이퍼 표면·단면·불량 부분 전체에 풀 포커스가 맞는 선명한 4K 화상을 취득할 수 있습니다.
또한, 고해상도의 확대 화상에서 그대로 고정도 2D 치수 측정 및 불량 부분의 3D 형상·프로파일 측정이 실현되기 때문에 1대로 끊김 없이 신속하게 작업이 완결됩니다.
웨이퍼 프로세스 결함의 관찰·해석
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 기존의 일반적인 광학식 현미경에 비해 약 20배 이상의 피사계 심도를 실현했습니다. 또한, 셔터 속도가 다른 여러 화상으로 고계조·고콘트라스트의 화상을 취득할 수 있는 「HDR 기능」을 탑재했습니다. 콘트라스트가 매우 낮고 반사율이 높은 대상 물체라도 간단한 조작으로 미세한 결함을 빠르게 해석할 수 있습니다.
뿐만 아니라, 적은 수의 화상으로 3D 화상의 생성·3D 형상 측정을 실행하거나, 높이 컬러 화상으로 결함 부분의 요철 측정값을 취득 및 해석할 수 있습니다. 그 밖에도 「자동 면적 계측 툴」에 의해 포토 마스킹의 계측과 계측값·막대 그래프를 표시할 수 있어 작업 효율이 비약적으로 향상됩니다.
웨이퍼에 부착된 이물질의 관찰과 3D 형상 측정
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 최고 6000배까지의 고배율에 대응하여 고해상도의 4K 화상을 얻을 수 있습니다. 웨이퍼에 부착된 미세한 이물질의 고배율 관찰에서 그대로 서브미크론 단위의 고정도 3D 형상 측정을 실시할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 이물질의 임의 단면에 대해 프로파일로 측정할 수 있기 때문에 고도의 관찰부터 측정까지 마이크로스코프로 완결됩니다. 또한, 「자동 면적 계측·카운트 기능」으로 오염을 자동으로 해석할 수 있습니다.
KEYENCE에서는 요망에 맞는 특별 주문 시스템의 제안·편성에도 대응하고 있으므로 로더와 같은 기능을 추가할 수도 있습니다.
「VHX 시리즈」에 대한 자세한 사항 및 라인업에 관해서는 아래의 버튼을 클릭하여 카탈로그를 다운로드하여 확인해 주십시오.
또한, 제품 및 특별 주문 시스템에 관한 질문은 「상담·문의」 버튼을 클릭하여 부담 없이 문의해 주십시오.
IC 패턴의 고해상도 관찰
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고분해능 HR 렌즈와 4K CMOS로 고해상도의 화상을 촬영할 수 있습니다. 일반적인 마이크로스코프를 사용한 IC 패턴의 고배율 관찰에서는 해상도가 부족하여 선명하지 않은 화상만 나오는 경우가 있었습니다. 그러나 「VHX 시리즈」는 고해상도 4K 화상을 통해 미세한 IC 패턴을 고해상도로 관찰할 수 있게 되었습니다.
IC 패턴의 전체상 관찰과 줌 관찰
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고분해능 HR 렌즈와 전동 리볼버로 20~6000배까지 감각적인 조작을 통해 렌즈를 자동 전환하는 「심리스 줌」을 실현했습니다.
또한, 고배율로 관찰하고 싶은 부분을 바꿔도 항상 풀 포커스의 고해상도 화상을 취득할 수 있는 「내비게이션 라이브 합성」 기능이 탑재되었습니다. 보고 싶은 부분을 클릭하기만 하면 되는 간단한 조작으로 스테이지 이동·심도 합성을 자동 실행합니다. 미세한 요철이 있는 IC 표면 패턴의 고배율 관찰에서 시야를 놓치지 않고 선명한 화상으로 관찰할 수 있습니다.
또한, 버튼을 누르기만 하면 고배율·고해상도의 4K 화상을 자동으로 어긋나지 않게 고속 연결하는 「초고속 화상 연결」에 의해 50000×50000픽셀까지 광시야로 풀 포커스가 맞는 전체 화상을 얻을 수 있습니다. 간단한 조작으로 다양한 관찰 목적에 신속하게 대응합니다.
IC 패턴의 3D 형상 측정
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 요철이 있는 IC 패턴도 초점 위치가 다른 화상을 합성하여 풀 포커스가 맞는 화상을 순간적으로 얻을 수 있습니다. 이 데이터들을 이용하여 「3D로 표시」하면, IC 패턴의 표면 형상을 다양한 각도로 자유롭게 관찰할 수 있습니다.
또한, 그대로 높이 데이터를 활용한 고정도의 프로파일 측정도 가능하므로 검사의 정도와 작업 효율이 크게 향상됩니다.
반도체 분야의 강력한 새로운 파트너, VHX 시리즈
고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 여기에서 소개한 내용 외에도 연구 개발 및 생산 현장에 도움이 되는 다양한 기능이 탑재되었습니다. 반도체 웨이퍼 및 IC 패턴의 확대 관찰·해석부터 2D·3D 측정, 그리고 취득한 화상 및 수치를 이용한 리포트의 자동 작성까지 1대로 완결할 수 있습니다.
고도의 자동 제어 및 비전 시스템으로 숙련도와 관계없이 간단한 조작을 통해 선명한 4K 화상을 빠르게 취득할 수 있습니다. 따라서 검사 정도와 작업 속도를 모두 비약적으로 향상시킬 수 있습니다.
「VHX 시리즈」에 관한 자세한 내용을 알아보시려면 아래의 버튼을 클릭하여 카탈로그를 다운로드하시거나 부담 없이 상담·문의해 주시기 바랍니다.
