Publications
Detailed Information
백색광 간섭계를 이용한 표면 형상과 박막 두께의 동시 측정에 관한 연구
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 박희재 | - |
| dc.contributor.author | 김민수 | - |
| dc.date.accessioned | 2017-07-13T06:27:35Z | - |
| dc.date.available | 2020-02-03T23:55:39Z | - |
| dc.date.issued | 2017-02 | - |
| dc.identifier.other | 000000140721 | - |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10371/118570 | - |
| dc.description | 학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2017. 2. 박희재. | - |
| dc.description.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. | - |
| dc.description.tableofcontents | Chapter 1. 서론 1
1.1. 서론 1 1.2. 연구 동향 7 1.3. 연구 내용 11 Chapter 2. 배경 이론 13 2.1. 반사도 이론 13 2.1.1. 복소 굴절 계수 13 2.1.2. 빛의 반사 및 굴절 15 2.1.2.1. 스넬의 법칙 15 2.1.2.2. 프레넬 방정식 15 2.1.3. 단층 막에서의 반사 17 2.1.4. 다층 막에서의 반사 19 2.2. 간섭 신호 이론 21 2.3. 측정 방법 23 2.3.1. 두께 측정 방법 23 2.3.2. 높이 측정 방법 26 2.3.2.1. 위상 천이 간섭계(Phase Shifting Interferometry, PSI) 27 2.3.2.2. 백색광 주사 간섭계(White-light Scanning Interferometry, WSI) 29 2.3.2.3. 백색광 위상 천이 간섭계(White Light Phase Shifting Interferometry, WLPSI) 32 2.3.2.4. 주파수 영역 분석법(Frequency Domain Analysis, FDA) 33 2.3.2.5. 칼라 간섭계(Color interferometry, 3-PSI) 34 2.3.3. 간섭계를 이용한 두께 측정 방법 36 Chapter 3. 투명 박막의 영향 39 3.1. 투명 박막의 영향 39 3.1.1. 단파장 위상에의 영향 41 3.1.2. 백색광 간섭 신호에의 영향 42 3.1.3. 가시도 함수에의 영향 44 3.1.4. 파장 별 위상에의 영향 46 3.2. 박막에 의한 높이 측정 오차 48 Chapter 4. 파장 별 성분 복원 방법 51 4.1. 분광 방법(Spectral resolved method) 51 4.1.1. 시스템 구성 52 4.1.2. 파장 별 성분 복원 방법 53 4.2. 푸리에 변환 방법(Fourier transform method) 55 4.2.1. 시스템 구성 55 4.2.2. 파장 별 성분 복원 방법 56 4.2.3. Zoom FFT 57 4.2.3.1. Zoom FFT 과정 58 4.2.3.2. Zoom FFT의 효과 60 Chapter 5. 두께 측정 방법 63 5.1. 기존 두께 측정 방법 63 5.2. Phase Extraction Method(PEM) 65 5.2.1. 위상 추출 67 5.2.2. 두께 계산 방법 71 5.3. Advanced Phase Extraction Method(APEM) 72 5.3.1. 위상 추출 방법 73 5.3.2. 두께 계산 방법 77 5.3.3. 측정 분해능 78 5.3.4. 측정 가능 범위 80 5.4. APEM과 PEM의 비교 82 5.4.1. 소광 계수의 영향 83 5.4.2. 측정 민감도(measurement sensitivity) 85 Chapter 6. 높이 측정 방법 91 6.1. 반사도만 이용한 두께 측정 94 6.2. 참된 높이 측정 96 6.2.1. 높이 성분의 위상 분리 96 6.2.2. 높이 측정 97 6.3. 복소수를 이용한 두께 측정 방법 98 6.3.1. 두께 성분의 위상 분리 98 6.3.2. 복소수를 이용한 두께 측정 방법 99 6.4. 반복 연산 100 Chapter 7. 시뮬레이션 102 7.1. 높이 측정 시뮬레이션 102 7.1.1. SiO2/Si의 높이 측정 103 7.1.2. PR/Si의 높이 측정 105 7.1.3. SiO2/BK7의 높이 측정 107 7.1.4. 높이 측정 결과 109 7.2. 두께 측정 시뮬레이션 110 7.2.1. SiO2/Si의 두께 측정 110 7.2.2. PR/Si의 두께 측정 112 7.2.3. SiO2/BK7의 두께 측정 114 7.2.4. 두께 측정 결과 116 Chapter 8. 실험 117 8.1. 시스템 구성 118 8.2. 파수 분해능에 관한 실험 120 8.3. 반복 연산에 관한 실험 127 8.4. 시료에 관한 실험 133 8.4.1. 표준 시편 133 8.4.2. 표준 4분할 시편 141 8.5. 연산 시간 148 Chapter 9. 결론 151 References 153 APPENDICES 162 A. 개구수에 의한 영향 162 B. 기존 높이 측정 방법의 노이즈에 대한 강건성 166 B１. 광원에 의한 오차( n1 ) 166 B２. 외부 진동에 의한 오차( n2 ) 167 B３. 검출기에 의한 오차( n3 ) 168 | - |
| dc.format | application/pdf | - |
| dc.format.extent | 4633702 bytes | - |
| dc.format.medium | application/pdf | - |
| dc.language.iso | ko | - |
| dc.publisher | 서울대학교 대학원 | - |
| dc.subject | 백색광 간섭계(white light interferometry) | - |
| dc.subject | FFT | - |
| dc.subject | 표면 형상 측정 | - |
| dc.subject | 두께 분포 측정 | - |
| dc.subject | 동시 측정 | - |
| dc.subject | 체적 측정 | - |
| dc.subject | 개선된 위상 추출법 | - |
| dc.subject.ddc | 621 | - |
| dc.title | 백색광 간섭계를 이용한 표면 형상과 박막 두께의 동시 측정에 관한 연구 | - |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.description.degree | Doctor | - |
| dc.citation.pages | 170 | - |
| dc.contributor.affiliation | 공과대학 기계항공공학부 | - |
| dc.date.awarded | 2017-02 | - |
- Appears in Collections:
- Files in This Item:
Item View & Download Count
Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.