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레이저 초음파에 의한 정밀음속측정과 반도체공정의 온도계측

전문가 제언: ○ 최근 새로운 비파괴 평가기법으로 기존의 방법으로는 적용이 어려운 대상물체에 대한 평가를 위해 광학기법을 활용하는 방법들이 활발하게 연구되고 있다. 그 중에서도 레이저 유도 초음파를 활용하는 방법은 기존의 초음파 이용방법에서 새로운 장점을 활용하는 방법으로, 기존의 초음파 이용방식은 접촉방식이었지만 이 레이저 유도 초음파 이용방식은 광학적 비접촉 방식의 초음파 비파괴 평가 기법이다.

○ 광학적 기법에 의한 레이저 유도 초음파 기법은 기존의 초음파 기법과는 달리 공진현상이 없으며 넓은 주파수 범위에서도 적용할 수 있는 비접촉 첨단 초음파 기법이다. 또한 자기보상기법에 의한 표면파 전달계수 측정기법도 연구되고 있는데 이 방법은 표면균열의 깊이에 대해 대단히 민감하기 때문에 균열깊이 측정에 가장 실용적인 기법이라 할 수 있다.

○ 또한 최근에는 레이저 유도 초음파 기법과 자기보상기법에 의한 표면파 전달계수 측정기법을 융합하여 비접촉 첨단 초음파기법의 연구가 활발히 진행되고 있다. 반도체 제조 공정에서는 웨이퍼의 온도분포를 파악하는 것이 대단히 중요한데 이 웨이퍼의 온도분포는 실시간으로 정확하게 계측되어야 한다.

○ 웨이퍼의 정밀한 온도를 계측하는 방법으로는 복사온도계, 웨이퍼의 열전대를 이용하는 방법, 라만분광법, 초음파의 음속-온도 특성을 이용하는 방법 등이 있다. 그러나 이들 대부분의 측정방식은 접촉방식으로 시료의 오염이 문제가 된다.

○ 이 글에서는 반도체공정에서 웨이퍼 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 초음파시스템 개발에 대해 기술하고 있다. 100MHz 협대역 레이저 초음파와 펄스 에코오버랩 방법을 조합시켜 음속-온도 특성을 이용하여 광범위한 온도범위에서 비접촉이면서 정밀하게 계측하는 기술을 개발하였다. 개발된 이 방법은 500℃ 및 1,000℃ 부근의 분해능이 2℃보다 높아 기존의 복사온도계나 라만분광법, 음속-온도 특성을 이용한 실리콘 웨이퍼 온도계측 분해능의 2배 이상의 성능을 얻었다.

저자: Youichi Matsuda, Hidetoshi Nakano, Satoshi Nagai and Kazushi Yamanaka
자료유형: 학술정보