백색광 간섭계를 이용한 표면 형상과 박막 두께의 동시 측정에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 백색광 간섭계를 이용하여 시료의 표면 형상과 박막의 두께 분포를 동시에 측정 할 수 있는 방안에 관한 연구를 진행하였다. 반도체와 디스플레이 산업이 발달함에 따라 패턴이 미세화 되고 박막의 두께가 얇아지면서 표면 형상과 박막의 측정에 관한 요구가 증가하고 있다. 투명 박막의 두께가 얇아지면서 간섭계를 이용한 표면 형상 측정이 어려워지고 있으며, 패턴이 미세화 되면서 박막의 두께 측정도 어려워지고 있다. 따라서 기존의 방법으로 측정이 어려운 투명 박막이 있을 때의 표면 형상 측정과 박막의 두께 분포를 동시에 측정 할 수 있는 방법에 관한 연구를 진행하였다. 표면 형상과 박막의 두께를 측정하기 위해 백색광 간섭 신호로부터 단색광 성분을 복원하였으며, 높은 파장 분해능과 짧은 연산 시간을 위해 zoom FFT를 적용하였다. 복원된 파장 별 성분을 이용하여 표면 형상과 박막의 두께를 동시에 체적으로 측정하였다. 박막의 두께를 측정하기 위해 복원된 파장 별 성분의 크기와 위상을 모두 이용하기 때문에 파장 별 성분 중 크기와 위상 중 하나만 사용하는 기존의 두께 측정 방법에 비해 정확하고 안정적인 두께 측정이 가능하다. 또한 기존의 두께 측정 방법과 달리 두께를 직접 계산하기 때문에 빠른 측정이 가능하다. 표면 형상인 높이를 측정하기 위해 복원된 파장 별 성분 중 위상을 이용하였으며, 파장 별 위상으로부터 두께 성분을 제거하였기 때문에 박막의 영향을 받지 않는 참된 높이 측정이 가능하다. 그렇기 때문에 불투명 시료만 측정 가능하던 기존의 방법과 달리 투명 박막이 있는 시료의 표면 형상 측정이 가능하다. 제안한 측정 방법의 성능을 검증하기 위해 다양한 시뮬레이션과 실험을 진행 하였다. 그 결과 높이 측정 오차율은 3 % 이하, 두께 측정 오차율도 3 % 이하, 640 x 480개의 총 307200개 픽셀의 높이와 두께를 측정하는데 약 12초의 시간이 걸리는 것을 확인 하였다.