KR100426045B1 - 다중 박층 구조물의 두께를 결정하는 방법 - Google Patents

다중 박층 구조물의 두께를 결정하는 방법 Download PDF

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Abstract

기판에 제공된 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법에 따라, 측정 방법이 간단하고 확실하게 구성되고 확실한 측정 결과는 파장에 따라 제로 정도의 반사 및/또는 투과 광 세기값을 측정하며 개별 층 파라미터에 따르는 반복 모델을 이용하여 반사 및/또는 투과 광 세기값을 계산함으로써 얻을 수 있다. 층 파라미터는 측정값과 계산값을 일치시키기 위하여 변경되며 기판은 지오메트릭 크기가 반복 모델의 부가적인 파라미터로서 이용되는 지오메트릭 구조물을 가진다. 또한 본 발명의 방법은 기판의 구조물의 지오메트리, 예를 들면 CD와 같은 지오메트릭 저장 매체를 위한 블랭크의 홈의 깊이, 폭 및 주기적 간격을 결정하는 수단을 제공한다.

Description

다중 박층 구조물의 두께를 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING THE THICKNESS OF A MULTI-THIN-LAYER STRUCTURE}
기판에 층을 적용할 때, 소정의 층 두께를 생성시키거나 유지시키는 것이 필요하다. 이것은 저장 매체, 특히 CD, CD-R, DVD, CD-RW, DVD-RW, MO와 같은 광학 데이터 저장 매체, 및 정보 전송층(information carrier layers), 보호층(protective layers), 또는 반사층(reflective layers)과 같은 상이한 층들이 적용되는 각종 저장 매체의 제조에 있어서 특히 중요하다. 품질 제어를 위해 제조 프로세스 동안 층 두께를 측정하기 위한 다양한 층 두께 측정 프로세스가 공개되어 있지만, 이들 프로세스는 홈이 형성된 기판에는 적용할 수 없다. 홈의 지오메트리(geometry)를 결정하기 위해서는, 다양한 회절도(orders of diffraction)에 대해서 반사 및/또는 투과가 측정된다. 그러나, 광선의 더 높은 회절도로의 측정 프로세스는 더욱 복잡한 측정 장치 및 교정 측정법(calibration measures)을 필요로 한다. 기판 자체가 광학적 저장 매체 내에 예를 들면 소위 홈이라 지칭되며 데이터를 기록(writing), 판독(reading) 및/또는 삭제(deleting)하기 위하여 요구되는 골(trough)과 같은 구조물을 가지는 경우에는, 층 두께를 측정하는 것이 불가능하거나 극히 제한된 정밀도 범위에서만 가능하다.독일 특허공개 제 42 28 870호에는 파라미터 종속 모델 계산(parameter-dependent model calculations)과는 대조되는 반사/스펙트럼 데이터로부터 층 두께를 계산하는 방법이 공개되어 있지만, 층 하부에 있는 기판 표면상의 지오메트릭 구조물이 포함되어 있지 않다.미국 특허 제 5 835 226호에는 지오메트릭 구조물을 갖지 않는 기판 표면상에 위치되는 층 시스템에서 하나의 층의 두께를 결정하는 방법이 공개되어 있다. 이러한 공지된 방법에서, 층 표면의 지오메트릭 구조물 또는 기판 표면의 지오메트릭 구조물이 완전히 측정되지 못한다.미국 특허 제 587 792호에는 두께를 측정하는 또 다른 방법 및 장치가 공개되어 있는데, 이러한 방법 및 장치에서는 다중 층 시스템상에 반사되는 광선의 간섭파 형상의 분산 스펙트럼이 광학 특성 매트릭스를 이용한 수치 계산으로부터 얻어지는 파형과 비교된다. 이러한 방법에서도, 층 표면상의 구조물 또는 기판 표면상의 구조물이 완전히 측정되지 못한다.국제 특허 공개공보 99/31483호에는 제조 프로세스 동안 반도체 직접 회로에 적용되는 조합된 층의 두께를 결정하기 위한 스펙트럼적 방법이 설명된다. 이러한 방법은 반복 모델을 이용하여 반사 및/또는 투과 광선 세기치를 계산하는 동안 부가적인 파라미터로서 반도체 부품 또는 층상의 구조물이 완전히 측정되지 못한다.
본 발명은 기판에 제공된 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 프로세스가 적용된 광학 저장 매체의 개략도이고,
도 2 내지 도 4는 반사 광 세기값이 파장에 적용되는 다이어그램이며,
도 5는 기판 구조물의 국부적으로 분석된 크기를 결정하는 일 실시예의 도면이다.
본 발명의 목적은 간단하고 확실한 측정 프로세스를 제공하며 특히 층 적용 프로세스 동안 제어 및 조절을 위한 확실한 측정을 제공하며 기판의 표면상에 형성되거나 기판에 포함된 구조물을 구비한 기판에 대한 확실한 측정을 제공하는 방법, 및 구조물 지오메트리를 결정할 수 있도록 하는 방법을 창안하기 위한 것이다.
이러한 목적은 기판의 하나 이상의 층의 두께를 측정하는 방법으로 달성되는데, 상기 방법은 파장의 함수로서 제로 회절도(zero order of diffraction)의 반사 및/또는 투과 광 세기값을 측정하는 단계,기판의 지오메트릭 구조물(geometric structures)의 지오메트릭 크기 및 개별 층 파라미터가 부가적인 파라미터로서 포함되는 반복 모델을 사용하여 반사 및/또는 투과 광선 세기값을 계산하는 단계, 및상기 측정값과 상기 계산값을 일치시키도록 파라미터를 변경시키는 단계를 포함하는 방법에 의하여 달성된다.
종래의 측정 프로세스에 비하여, 본 발명의 측정법은 흔히 있는 일이지만 예를 들면 광학 데이터 저장 매체를 제조하기 위하여 각각 연속적으로 결정되는 층 두께를 가지는 다양한 층이 적용되어야 하는 홈을 갖는 CD 블랭크(CD blanks)를 구비한 구조물을 갖는 기판 조차 층 두께를 정확히 측정할 수 있도록 한다. 게다가, 특히 측정 장치가 제공되는 방법은 매우 간단한데, 이는 본 발명의 방법이 제로 회절도의 반사/투과 광 세기값을 측정하는 것만이 필요하기 때문이다. 이것은 특히예를 들면, 광학 데이터 캐리어(optical data carriers)의 제조 프로세스에 사용될 수 있는 매우 간단한 측정 장치를 가능하게 한다. 더욱이, 제로 회절도의 광선 값만이 측정되는 본 발명에 따른 방법의 보정은 종래의 프로세스에서의 방법 보다 대체로 들 복잡하다. 그러므로, 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 단일 측정 장치를 구비한 매우 다양한 측정 프로세스를 수행하는 것이 가능하다.
특히 샘플 프리퍼레이션(sample preparation)은 본 발명의 방법에 더이상 요구되지 않으며, 이는 구조물을 구비한 기판에 적용되거나 적용될 층의 두께가 정확하고 확실하게 결정될 수 있기 때문이다. 그러므로 프로세스는 제조 프로세스 동안 조차, 즉 인 라인(in-line)이 이용될 수 있는 프로세스에서 특히 적용가능한데, 이는 두께 측정 및 제어가 광학 데이터 저장 매체와 같은 제조 제품에 직접적으로 가능하기 때문이다.
그러므로, 본 발명의 방법에 따라, 반사 및/또는 투과의 광 세기값이 스펙트럼으로, 즉 파장의 함수로서 측정된다. 이러한 측정값은 광학적 계산을 사용하여 구할 수 있다. 이러한 접근 방법은 층 시스템에 대한 광학적 모델로부터 반사 및/또는 투과 광 세기값을 계산하며 측정과 계산 사이의 최소 편차가 달성될 때까지 층 두께 및/또는 굴절률(n) 및/또는 흡수율(k)과 같은 분광 재료 파라미터(spectral material parameters)를 계산하는 모든 단계에서 변화되는 것이다. 그러므로, 층 두께 제어가 가능하며, 구조물을 구비한 기판상의 층 시스템, 예를 들면 홈을 구비한 CD에 대한 광학적 특성의 모니터링이 가능하다.
본 발명의 모든 바람직한 실시예에 따라, 지오메트릭 구조물에 의하여 발생되는 간섭은 부가적인 파라미터에 사용된다. 이러한 실시예에 따른 본 발명의 방법은 구조물, 예를 들면 기판 또는 블랭크의 홈, 및 이에 따른 이러한 부분파의 간섭상의 전자기적 부분파의 동상의 중첩(inphase overlap)을 계산하는 것을 기초로 한다. 이러한 파라미터를 변경시킴으로써, 구조물, 예를 들면 채널 또는 홈의 폭과 깊이는 측정 프로세스에 포함될 수 있다. 구조물 파라미터, 폭, 깊이, 및/또는 구조물들 또는 채널들 사이의 간격이 측정된 샘플상의 채널의 구조물 파라미터, 폭, 깊이, 및/또는 간격과 일치하지 않으면 측정과 계산의 광학적 일치가 가능하지 않다.
구조물, 즉 채널 또는 홈을 기초로 한 반사 및/또는 투과 광 세기값에서의 변화의 스펙트럼적 종속에 의해, 구조물이 없는 광 세기값에 비하여, 구조물 파라미터의 정보, 예를 들면 폭, 깊이, 및 채널들 또는 홈들 사이의 간격은 제로 회절도의 광 세기값에 이미 포함되어 있다.
본 발명의 유용한 실시예에 따라, 구조물의 지오메트릭 크기(geometric dimensions), 예를 들면 깊이, 폭 및/또는 채널들 또는 홈들 사이의 간격이 결정된다. 이러한 지오메트릭 크기는 층 두께의 결정과 동시에 계산될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 몰딩 프로세스(molding process), 예를 들면 광학적 저장 매체를 제조하는 동안 품질을 모니터링 및 제어하는 것이 가능하다. 기판에 층이 적용되지 않는, 즉 층 두께가 제로인 특별한 경우에 대해, 구조물의 지오메트릭 크기에 대한 측정값이 결과로서 나오며, 이에 의해 기판을 제조하는 동안, 예를 들면 CD 기판의 사출 몰딩 도중 제조 에러를 신속히 감지하기 위하여 전체 기판 표면상의 이러한 지오메트릭 구조물의 국부적 측정을 수행하는 것이 가능하다.
본 발명의 유용한 다른 실시예에서, 층 두께 및/또는 지오메트릭 구조물에 대해 계산된 데이터는 기판으로 하나 이상의 층의 적용 및/또는 기판 구조물의 전개(development)를 위한 제조 프로세스를 조절하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 방법에서 제로 회절도의 광선 세기만이 측정되는 것이 요구되므로 측정 장치 및 교정이 매우 복잡하지 않으며 매우 다양한 측정 옵션이 단일 측정 장치, 예를 들면 층 두께 측정만으로 또는 기판 구조물의 지오메트릭 크기와의 조합 또는 기판 구조물의 지오메트릭 크기만으로 가능하므로, 본 발명의 방법은 인 라인 분야(in-line application)에 매우 적합하다. 이것은 광학 데이터 캐리어를 제조하는 동안 예를 들면 기판을 제조하는 동안, 기판 구조물이 전개될 때 또는 예비 특정된 층 두께를 구비한 기판의 코팅 동안, 본 발명의 방법은 제조 프로세스를 조절하고 제어하기 위하여 직접 적용될 수 있으며 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로 층 두께 및/또는 기판 구조물을 위한 본 발명의 방법으로 계산된 데이터는 제조 설비에서의 정정 변수용 값을 후속적으로 결정하기 위하여 사용된다. 이러한 방식으로 제조 동안 자동적으로 조정, 제어 및 조절될 수 있다.
CD와 같은 광학 데이터 캐리어의 제조의 경우, 본 발명의 방법은 실제값을 결정하기 위하여 제조된 제품에 직접 사용될 수 있다. 이러한 실제값은 스퍼터 시간, 스퍼터 비율, 제조 설비에서의 제조 프로세스 동안 압력, 온도 및 가스 유동과 같은 새로운 정정 변수를 제공하기 위하여 직접 이용된다. 본 발명의 방법은 제조 프로세스내에 목표값을 입력하는 것이 가능하며, 이러한 목표값은 폐쇄형 루프를 경유하여 달성된다. 광학 데이터 매체의 제조의 경우, 층 두께에 부가하여, 또한 홈의 지오메트리가 본 발명의 방법으로 결정되므로, 이러한 방식으로 지오메트릭 구조물을 구비한 기판 또는 블랭크의 품질, 즉 몰딩 프로세스의 품질이 제어될 수 있다.
본 발명의 프로세스에 대한 특별한 경우는 기판이 지오메트릭 구조물을 가지지 않는 경우, 즉 층 두께만이 측정 및/또는 조절되는 경우이다.
기판은 CD와 같은 데이터 저장 매체를 위한 블랭크인 것이 바람직하며, 이에 따라 지오메트릭 구조물은 블랭크내의 채널 또는 홈으로서 형성되고, 하나 이상의 정보 전송층(information-carrying layers)이 이러한 블랭크에 적용된다. 정보 전송층은 2상(two phases) 사이의 광선의 비임으로부터 에너지에 의하여 변형될 수 있는 금속 합금인 것이 바람직하다. 정보 전송층은 두개의 완충층(buffer layers) 사이에 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명은 도면에 관한 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 후술된다.
도 1에는 CD-RW로서 공지된, 판독가능하고, 소거가능하며 재기록가능한 CD가 도시되어 있다. 층 시스템(2)의 후술되는 층이 두께(d0)를 가지는 폴리카보네이트(polycarbonate)로 제조된 기판(1)에 다음과 같은 순서로 캐쏘드 스퍼터링(cathode sputtering)에 의해 적용된다. 즉, 기판에는 유전체 재료로 제조되고, 바람직하게는 산화 금속 혼합물을 포함하며 층 두께(d1)를 가지는 제 1 완충층(3), 금속 합금을 포함하며 레이저 비임의 에너지에 의하여 2상 사이를 교대로 발생하여 신속 변화층(fast-change layer)이라고 명명되는 두께(d2)를 가지는 정보 전송층(4), 유전체이고 바람직하게는 산화 금속 혼합물을 포함하며 층 두께(d3)를 가지는 제 2 완충층(5), 금속 또는 금속 합금을 포함하고 기록을 위하여 요구되는 레이저 비임으로부터 에너지를 인출하고 층 두께(d4)를 가지는 제 4 층(6)의 순서로 적용된다. 두 개의 완충층(3 및 5)은 정보 전송층(4)을 둘러싸 보호하며 게다가 기록 및 미기록 상태 사이의 반사의 세기 및 상(phase) 차이에 대하여 CD-RW의 광학 특성을 최적으로 제어한다. 실시예에서, 층(3 내지 6)의 두께가 d1=96.0nm, d2=20 내지 25nm, d3=24.0nm, 및 d4=100 내지 130nm이다.
기판(1)에 소위 홈(7)이 형성되고, 실시예에서, 예를 들면, 홈의 깊이 t=40nm이고, 홈의 폭 b=570nm이며, 서로에 대한 주기적 간격 a=1600nm이다.
이 같은 저장 매체의 품질은 기판(1)상의 층 시스템(2)의 수정 층 두께를 선택하고 유지하는 것에 상당히 좌우된다. 그러므로, 인 라인 프로세스(in-line process)에서의 코팅 절차 동안 각각의 개별 층(3 내지 6)의 두께를 가능한 정확한 결정 및/또는 품질 제어가 필요하다. 이것은 본 발명의 프로세스를 이용함으로써 달성되는데, 광원(9)으로부터의 광선(8)의 비임이 적용된 층으로부터 이격되어 직면하는 기판(1)의 측면으로부터 기판(1)으로 수직하게 지향된다. 측정 프로세스 동안 기판상으로 지향되는 광선(8)의 비임의 파장은 약 400 내지 1100 nm의 파장 범위에서 변형된다.
도 2에는 도 1에 도시된 바와 같이 층 구성의 반사율이 방사 광선의 파장의 함수로서 도시되어 있는 다이어그램이 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 기판(1)은 평면형, 즉 도 1에 도시된 바와 같은 소정의 홈을 가지고 있지 않다. 곡선(21)은 계산된 반사율을 나타내고 곡선(22)은 측정된 반사율을 나타낸다. 반사율은 층 시스템을 위하여 초기에 예비 특정된 광학 모델로부터 계산된다. 그때, 도 2에 도시된 바와 같이, 측정 및 계산 사이의 최소 편차가 달성될 때까지 층 두께 및/또는 분광 재료 파라미터, 예를 들면 투과 측정의 경우 굴절률(n) 또는 흡수율(k)이 각각의 계산 단계에 의하여 변한다. 이러한 프로세스에서의 결과로서, 층(3 내지 6)의 두께가 d1=96.0nm, d2=20.1nm, d3=24.0nm, 및 d4=130.0nm이다.
전술된 프로세스가 홈 또는 채널(7)을 구비한 기판(1)에 적용되거나 적용될 층 시스템(3)에 적용되는 경우, 이것은 도 3에 도시된 바와 같이 부정확하고 수용할 수 없는 결과를 초래한다. 곡선(31)의 측정된 반사값에 대하여 계산된 반사값과 곡선(32)의 만족스런 일치를 얻는 것이 더 이상 가능하지 않다.
홈을 가진 기판상에 층 시스템의 층 두께를 확실하게 측정하고 만족스런 결과를 얻기 위하여, 본 발명에 따라, 샘플상의 수직 입사에서의 광선 손실이 고려되는데, 이러한 광선 손실은 기판의 홈에 기인한다. 본 발명에 따라, 전자기적 부분 파의 동상의 중첩이 계산되는 것이 바람직하며, 따라서 상기 부분파의 간섭이 계산된다. 그러므로 본 실시예에서 홈(7)의 폭(b) 및 깊이(t)는 파라미터의 변화에 포함된다.
도 4에서 볼 수 있는 계산된 반사 곡선(41)과 측정된 반사 곡선(42)의 일치, 즉 측정과 계산의 일치는 홈(7)의 폭(b)과 깊이(t)가 측정된 샘플의 홈의 폭(b)과 깊이(t)가 일치할 때 발생한다.
일 실시예에서, 홈의 지오메트리가 알려지지 않았을 때, 본 발명의 방법은 다음과 같은 층(3 내지 6)에서의 파라미터를 결정하기 위하여 사용된다. 즉 층(3 내지 6)의 지오메트리는 홈 깊이 t=40.5nm, 홈 폭 b=501.0nm, 및 두께 d1=95.0nm, d2=20.6nm, d3=22.9nm, 및 d4=130nm이다.
전술된 CD-RW를 위한 층 시스템(2)에 대한 실시예에서, 층(3)은 ZnSSiox로 이루어지고, 층(4)은 AglnSbTe로 이루어지며, 층(5)은 ZnSSiox로 이루어지고, 층(6)은 ALTi로 이루어진다. 이러한 층들은 홈(7)을 가지고 폴리카보네이트로 이루어지는 기판 또는 블랭크(1) 상에 배치된다.
그러나, 홈의 지오메트리를 알기 위하여 층 두께로부터 초기에 독립적으로 기판의 홈의 지오메트리를 결정하는 것도 가능하다. 이에 따라, 우선 층 두께가 본 발명의 방법에 따라 측정된다. 전술된 실시예에서 사용된 층 시스템에서, 층(3 내지 6)에 대해 홈의 지오메트리가 t=41nm, b=485nm, 및 a=1600nm일 때, 층 두께는 상기와 같은 순서에서 d1=96.5nm, d2=17.1nm, d3=21.3nm, 및 d4=100nm이다.
본 발명의 방법에 따른 다른 실시예에 따라, 또한 국소화된 방식으로 전체 CD의 표면상의 홈의 지오메트리를 결정하는 것이 가능하다.
도 5에는 홈을 가지는 폴리카보네이트 블랭크상의 홈 깊이(t)를 결정하기 위한 하나의 측정 결과가 도시되어 있다. 블랭크에 층이 적용되지 않는다. 기판의 표면상의 홈 깊이(t)의 차이를 기초로 하여, 기판 또는 블랭크의 사출 몰딩 동안 제조 에러를 신속히 그리고 간단히 확인하는 것이 가능하다.
본 발명의 방법 및 상기 방법을 기초로 한 측정 장치는 광학적 저장 매체를 위한 제조 설비에서의 많은 장점을 가지고 사용될 수 있다. 반사 및/또는 투과 광 세기값은 스펙트럼으로 해결되고 제로 회절도에서 측정되고, 층 두께 및 홈의 지오메트리가 상기 제로 회절도로부터 동시에 계산되거나, 또는 홈의 지오메트리를 알고 있는 경우, 층 두께가 결정된다. 목표값으로부터 편이되는 방식으로 층 두께의 실제 값이 계산될 때, 제조 설비에서의 정정 변수를 위한 값, 예를 들면 스퍼터 비율 및/또는 스퍼터 시간이 후속적으로 결정되거나 조정되어 제조 설비로 전달된다.
본 발명은 바람직한 실시예를 이용하여 전술되었다. 그러나, 본 기술분야의 기술자에게, 본 발명의 사상으로부터 이탈됨이 없이 변형 및 실시가 가능하다. 또한 전술된 실시예에서 이용된 반사 측정 대신 투과 측정을 이용하여 본 발명의 방법에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (10)

  1. 광선의 회절을 발생시키는 지오메트릭 구조물(7)을 가지는 기판(1)의 하나 이상의 층(3 내지 6)의 두께를 결정하는 방법으로서,
    제로 회절도의 반사 또는 투과 광 세기값을 파장의 함수로서 측정하는 단계,
    상기 기판(1)의 지오메트릭 구조물(7)의 개별 층 파라미터 및 지오메트릭 크기가 부가적인 파라미터로서 포함되는 반복 모델을 이용하여 상기 반사 또는 투과 광선 세기값을 계산하는 단계, 및
    상기 측정값과 계산값을 일치시키기 위하여 파라미터를 변경하는 단계를 포함하는,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물(7)의 지오메트릭 크기가 결정되는,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 층 두께(n) 또는 지오메트릭 구조물(7)에 대하여 계산된 데이터가 하나 이상의 층(3 내지 6)을 상기 기판(1)에 적용하는 제조 프로세스 또는 기판 구조물(7)을 전개시키는 제조 프로세스를 제어하는데 사용되는,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판(1)은 데이터 저장 매체(5)용 블랭크인,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지오메트릭 구조물(7)은 상기 블랭크내의 채널로서 제공되는,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 층(3 내지 6)은 정보 전송층인,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정보 전송층(4)은 2상 사이의 광선의 비임으로부터 발생되는 에너지에 의하여 변형될 수 있는 금속 합금인,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 정보 전송층(4)은 두 개의 완충층 사이에 제공되는,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    광학적 데이터 저장 매체의 제조 동안 이용되는,
    기판의 하나 이상의 층의 두께를 결정하는 방법.
  10. 삭제
KR10-2001-7005969A 1998-11-12 1999-11-06 다중 박층 구조물의 두께를 결정하는 방법 KR100426045B1 (ko)

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