위상추출법과 이미징 분광 반사계를 이용한 박막 두께 형상 측정

Abstract

본 논문에서는 투명 박막의 두께 분포를 측정하기 위하여 이미징 분광 반사계의 새로운 해석 알고리즘인 위상 추출법을 제안하였다. 반도체 및 디스플레이 분야의 지속적인 성장에 따라 미세하고 복잡한 형태의 패턴에 대한 두께 분포 측정이 필요하다. 기존의 반사계 해석 알고리즘들은 정확도와 연산속도를 동시에 만족시키지 못하기 때문에 이미징 분광 반사계에 적용하기가 어렵다. 비선형 피팅법은 높은 정확도를 가지지만 연산 속도가 느리고, 피크 검출법은 연산 속도는 빠르지만 정확도가 낮다. 이 논문에서 제시하고 있는 위상 추출법은 비선형적인 특성을 가지는 반사도 수식에서 선형적인 특성을 가지는 위상 수식을 추출함으로써 빠르고 정확한 두께 측정이 가능하다. 또한 실제 측정 환경에서 발생할 수 있는 왜곡의 원인에 대하여 분석하였고, 이를 보정하기 위하여 정규 반사도의 변형과 유효 입사각을 이용하는 방법을 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 SiO2 박막의 두께 100 ? 4000 nm 범위 내에서 0.01 % 이내의 측정 정확도를 가짐을 확인하였다. 또한 실제로 SiO2 박막 시편을 준비하여 측정한 실험에서도 최대 0.3 % 이내의 측정 정확도를 보였다. 측정 속도를 확인하여 위하여 640*480 픽셀을 가지는 CCD 카메라를 이용하여 측정을 수행한 결과, 데이터 획득에서 해석까지 모든 과정을 포함하여 3 초 이내에 완료하는 빠른 연산 속도를 보였다.