박막 두께 형상 및 굴절률 측정용 분산 백색광 간섭법

Abstract

박막은 다양한 목적을 위해 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있고, 이러한 박막의 정밀한 두께 및 형상 측정은 빠르게 성장하고 있는 반도체 및 디스플레이 산업에서의 미세 광전자 부품을 비 파괴적인 방법으로 측정할 때 매우 중요하게 된다. 본 논문에서는 박막의 두께 및 형상을 측정함에 있어 기존에 제시된 여러 측정방법보다 보다 빠르고 정확하고, 더 얇은 두께까지 측정이 가능한 새로운 방식의 간섭계를 제안하였다. 제안한 방법의 기본 원리는 분산 백색광 간섭법에 근거하고 있으며 실시간 측정을 위해 영상 분광기를 이용하여 측정 영역 중 한 줄에 대한 실시간 분광 간섭신호를 얻고, 이를 해석함으로써 박막의 두께 및 형상을 측정하였다. 본 논문의 핵심 아이디어는 그 동안 2차원 비선형 최적화문제로 간주되어왔던 박막두께형상추출 알고리즘을 다양한 방법으로 접근을 하여 1차원 비선형 최적화문제나 아니면 더 쉬운 선형문제로 바꾸어 해를 구함으로써 효과적인 두께형상측정방법을 제시하고 더 나아가서는 현재까지 측정이 어려웠던 100 nm이하의 박막두께형상까지도 측정하는 것이다. 이를 위해 본 논문에서는 dual-shot interferometric techniques과 single-shot interferometric techniques을 제안하고 이에 대한 연구를 수행하였다. 그리고, 측정 속도를 높이기 위한 방법으로 푸리에 변환법에 근거한 초고속 박막두께형상측정법을 개발하였고, 100 nm이하의 얇은 박막의 두께 형상을 측정하기 위해 반사광측정법에 근거한 초 박막두께형상측정법도 성공적으로 개발하였다. 본 논문에서 제시한 박막두께형상측정법은 외부진동과 환경에 매우 강인하고 실시간 측정이 가능하여 향후 반도체 및 디스플레이 산업 등에서 요구하고 있는 박막에 대한 두께형상측정이 가능하여 향후 차세대 측정기술로 각광을 받으리라 생각된다.