KR101107507B1 - 반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계 - Google Patents

반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 반사도분포곡선의 모델링방법은 일정 두께의 박막층에 대하여 빛의 파장의 변화에 따른 박막층의 반사도 분포를 모델링하는 반사도분포곡선 모델링방법에 있어서, 빛의 파장의 변화에 따른 상기 박막층의 반사도(reflectance) 분포를 나타내는 반사도분포곡선을 마련하는 반사도분포곡선 마련단계; 백색광을 특정파장에 대하여 밴드패스(bandpass)하여 상기 특정파장을 중심으로 일정 파장대역에서 빛의 강도(intensity) 분포를 나타내는 강도분포곡선을 마련하고, 상기 강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 상기 특정파장의 입력강도로 설정하는 입력강도 설정단계; 임의의 파장값에 대하여 상기 반사도분포곡선의 반사도 값과 상기 강도분포곡선의 강도 값을 서로 곱하여 상기 반사도분포곡선과 상기 강도분포곡선을 결합한 복합강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 상기 특정파장의 출력강도로 설정하는 출력강도 설정단계; 상기 특정파장의 출력강도를 상기 특정파장의 입력강도로 나눈 값을 상기 특정파장에 대한 상기 박막층의 적분반사도로 설정하는 적분반사도 설정단계; 및 상기 특정파장을 변화시키면서 상기 입력강도 설정단계, 상기 출력강도 설정단계 및 상기 적분반사도 설정단계를 반복하여, 파장의 변화에 따른 상기 적분반사도 분포를 나타내는 적분반사도분포곡선을 생성하는 적분반사도분포곡선 생성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계{Method for modeling distibution curve of reflectance and method, reflectometer for measuring thickness using the same}
본 발명은 반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 파장대역 내에서 적분하는 방식을 이용하여 밴드패스(bandpass)된 빛에 대한 박막층의 반사도분포곡선을 모델링하는 방법을 개선한 반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계에 관한 것이다.
LCD, 반도체 분야에서 많이 사용되는 투명 박막층은 그 특성상 두께의 분포도가 후공정에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 박막층의 두께를 모니터링할 수 있는 시스템이 산업 전반에서 요구된다. 박막층의 두께 측정에는 비접촉식 측정장치인 간섭계(Interferometer)와 반사계(Reflectometer)가 널리 이용된다.
종래의 반사계에서는 백색광을 박막층에 조사하고 박막층에 의해 반사된 빛을 분광기(Spectrometer)를 이용하여 분광시켜서 백색광에 포함된 각각의 개별 파장에 대한 빛의 강도(intensity)를 얻는다. 이러한 강도 데이터는 박막층의 반사도 를 구하는데 활용되어 최종적으로는 파장에 대한 반사도 변화를 나타내는 반사도분포곡선이 완성된다.
박막층의 두께를 결정하기 위하여, 위와 같이 측정된 반사도분포곡선과 수학식에 의해 모델링된 반사도분포곡선을 비교하는 방법이 활용되어 왔다. 우선 서로 다른 두께의 다양한 박막층을 가정하고, 각각의 박막층에 대하여 수학식을 이용하여 반사도분포곡선을 생성한다. 이후 모델링된 다수의 반사도분포곡선 중 측정된 반사도분포곡선과 가장 일치하는 모델링된 반사도분포곡선을 선택하여, 그 모델링된 반사도분포곡선에 대응되는 두께를 박막층의 두께로 결정하였다.
그러나 밴드패스(bandpass)되어 일정 파장대역으로 입사되는 빛의 경우, 실제 측정에 의해 얻어진 반사도분포곡선이 종래의 모델링 방법에 의해 생성된 반사도분포곡선과 상당히 큰 오차를 보이면서 불일치하게 된다. 따라서 종래의 모델링 방법을 이용하여서는 박막층의 두께를 결정할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밴드패스(bandpass)되어 일정 파장대역으로 입사되는 빛의 경우, 파장대역 내에서 적분하는 방식을 이용하여 박막층에 의해 반사되는 빛의 반사도분포곡선을 모델링함으로써, 실제 측정에 의해 얻어진 반사도분포곡선에 실질적으로 근접한 반사도분포곡선을 수학적으로 모델링할 수 있는 반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반사도분포곡선의 모델링방법은, 일정 두께의 박막층에 대하여 빛의 파장의 변화에 따른 박막층의 반사도 분포를 모델링하는 반사도분포곡선 모델링방법에 있어서, 빛의 파장의 변화에 따른 상기 박막층의 반사도(reflectance) 분포를 나타내는 반사도분포곡선을 마련하는 반사도분포곡선 마련단계; 백색광을 특정파장에 대하여 밴드패스(bandpass)하여 상기 특정파장을 중심으로 일정 파장대역에서 빛의 강도(intensity) 분포를 나타내는 강도분포곡선을 마련하고, 상기 강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 상기 특정파장의 입력강도로 설정하는 입력강도 설정단계; 임의의 파장값에 대하여 상기 반사도분포곡선의 반사도 값과 상기 강도분포곡선의 강도 값을 서로 곱하여 상기 반사도분포곡선과 상기 강도분포곡선을 결합한 복합강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 상기 특정파장의 출력강도로 설정하는 출력강도 설정단계; 상기 특정파장의 출력강도를 상기 특정파장의 입력강도로 나눈 값을 상기 특정파장에 대한 상기 박막층의 적분반사도로 설정하는 적분반사도 설정단계; 및 상기 특정파장을 변화시키면서 상기 입력강도 설정단계, 상기 출력강도 설정단계 및 상기 적분반사도 설정단계를 반복하여, 파장의 변화에 따른 상기 적분반사도 분포를 나타내는 적분반사도분포곡선을 생성하는 적분반사도분포곡선 생성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사도분포곡선 모델링방법이 제공된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 두께 측정방법은, 백색광 반사계를 이용하여 기저층 위에 적층된 박막층의 두께 측정방법에 있어서, 서로 다른 두께를 가지는 복수의 샘플 박막층을 가정하고, 상기 반사도분포곡선 모델링방법을 이용하여 각각의 샘플 박막층에 대응되는 적분반사도분포곡선을 마련하는 모델링단계; 상기 박막층 측으로 백색광을 조사하여 빛의 파장의 변화에 따른 상기 박막층의 측정반사도분포곡선을 획득하는 획득단계; 복수의 적분반사도분포곡선과 상기 측정반사도분포곡선의 실질적인 일치 여부를 각각 비교하는 비교단계; 상기 측정반사도분포곡선과 실질적으로 일치하는 적분반사도분포곡선을 선택하고, 상기 적분반사도분포곡선에 대응되는 두께를 상기 박막층의 두께로 결정하는 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 두께 측정 반사계는, 백색광을 출사하는 광원; 입사되는 백색광을 특정파장에 대하여 밴드패스(bandpass)하여 상기 특정파장을 중심으로 일정 파장대역을 통과시키며, 길이방향을 따라 통과 가능한 특정파장이 변경되는 선형가변필터; 상기 선형가변필터를 상기 길이방향을 따라 왕복이동시키는 필터이송부; 상기 선형가변필터를 통과한 빛을 박막층 측으로 조사하고, 상기 박막층 또는 상기 박막층을 지지하는 기저층에 의해 반사된 빛이 입사되는 광학계; 및 상기 광학계를 통과한 반사된 빛이 조사되어 이미지로 결상되는 카메라부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반사도분포곡선의 모델링방법 및 두께 측정방법에 따르면, 밴드패스(bandpass)된 빛을 파장대역 내에서 적분하는 방식을 이용하여 박막층에 의해 반사되는 빛의 반사도분포곡선을 모델링함으로써, 실제 측정에 의해 얻어진 반사도분포곡선에 실질적으로 근접한 반사도분포곡선을 수학적으로 모델링할 수 있다.
또한, 본 발명의 두께 측정 반사계에 따르면, 원하지 않는 주변파장을 가지는 빛 등과 같은 노이즈가 없는, 측정하고자 하는 특정파장 중심의 파장대역을 가지는 빛만을 통과시켜 박막층의 두께를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 두께 측정 반사계에 따르면, 박막층의 두께뿐만 아니라 박막층의 상대적인 두께 차이를 의미하는 표면형상을 동시에 구할 수 있으므로, 박막층에 대한 종합적인 정보를 산출 및 가시화할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 반사도분포곡선의 모델링방법 및 이를 이용하는 두께 측정방법, 두께 측정 반사계의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 반사계의 개략도이고, 도 2는 도 1의 두께 측정 반사계의 선형가변필터에 의해 밴드패스된 빛의 강도분포곡선들을 도시한 도면이고, 도 7은 측정된 박막층의 표면형상의 일례를 도시한 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 본 실시예의 두께 측정 반사계(100)는 광원(110)과, 선형가변필터(120)와, 필터이송부(130)와, 집광렌즈(160)와, 광학계(140)와, 카메라부(150)를 포함한다.
상기 광원(110)은 백색광을 출사하며 본 실시예에서는 할로겐 조명이 이용된다. 광원(110)으로부터 380nm ~ 800nm 의 가시광 파장대역의 빛(L)이 출력된다. 광원(110)으로는 할로겐 조명 외에 다양한 소스의 조명이 사용될 수 있다.
상기 선형가변필터(120)는 하이패스 필터(high-pass filter)와 로우패스 필터(low-pass filter)를 조합하여 만들어진 것으로, 백색광이 입사되면 특정파장(31)을 중심으로 일정 파장대역(32)의 빛만을 통과시킨다. 선형가변필터(120)를 길이방향을 따라 이송하여 선형가변필터(120)에서 빛(L)이 조사되는 영역을 변경시키면, 통과 가능한 특정파장(31) 역시 변경된다. 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 선형가변필터(120)의 가장 좌측 영역으로 빛이 조사되면, 500nm의 특정파장(31)을 중심으로 일정 파장대역(32)을 가지는 빛만이 통과하여 도시된 바와 같은 강도분포곡선(30)을 보이게 된다. 빛(L)이 조사되는 영역이 우측으로 변경되면서, 각각 550nm, 600nm, 650nm, 700nm의 특정파장(31)을 중심으로 일정 파장대역(32)을 가지는 빛만이 통과하게 된다.
상기 필터이송부(130)는 선형가변필터(120)를 길이방향을 따라 왕복이동시키는 것으로서, 선형가변필터(120)에서 빛이 조사되는 영역을 변경시키게 된다. 필터이송부(130)는 회전모터, 볼스크류, 직선운동가이드의 조합유닛이나 리니어 모터유닛 등으로 구성될 수 있는데, 이는 당업자에게 공지된 것이므로 더이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 집광렌즈(160)는 광원(110)과 선형가변필터(120) 사이에 배치되며, 광원(110)으로부터 입사되는 빛(L)을 집광하여 선형가변필터(120) 측으로 출사한다. 집광렌즈(160)에 의해 선형가변필터(120)를 통과하는 빛의 지름이 작아지게 된다.
본 실시예의 두께 측정 반사계(100)에서는 광원(110)과 광학계(140) 사이에 선형가변필터(120)를 배치하여 빛(L)을 밴드패스시킨다. 선형가변필터(120)를 광학계(140)와 카메라부(150) 사이에 배치하여 박막층(11)에 의해 반사된 빛(L)을 밴드패스시키게 되면, 선형가변필터(120)를 통과하는 빛(L)의 지름이 커서 원하는 특정파장(31) 중심의 파장대역(32)뿐만 아니라 주변파장의 노이즈까지 신호로 검출되는 단점이 있다. 본 발명에서는 빛의 지름이 작은 단계에서 빛(L)이 선형가변필터(120)를 통과함으로써, 노이즈 없이 원하는 특정파장(31) 중심의 파장대역(32)을 가지는 빛만이 통과하게 된다.
상기 광학계(140)는 선형가변필터(120)를 통과한 빛(L)을 기저층(10) 상측에 적층된 박막층(11) 측으로 조사하고, 박막층(11) 또는 기저층(10)에 의해 반사된 빛은 다시 광학계(140)로 입사된다. 광학계(140)는 입사되는 빛을 반사하는 반사미러, 입사되는 빛을 분할하여 서로 다른 경로로 전송하는 빔스플리터, 입사되는 빛을 박막층 또는 카메라부 측으로 집광하는 집광렌즈 등 다양한 미러, 렌즈 및 광학 부품 등의 조합으로 구성될 수 있으며, 이러한 다양한 미러, 렌즈 및 광학 부품의 조합은 당업자에게 공지된 것이므로 더이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 카메라부(150)는 박막층(11) 또는 기저층(10)에 의해 반사되어 광학 계(140) 측으로 입사되어 광학계(140)를 경유한 빛(L)이 조사되며, 빛의 강도(intensity) 등의 정보가 이미지로 결상된다. 본 실시예의 카메라부(150)는 측정하고자 하는 영역에 적합한 화수 개수를 가지는 CCD(charge coupled device) 카메라가 이용되는데, 특히 박막층(11)의 일정 면적을 단일의 트리거 신호에 의해 촬상할 수 있는 에어리어 카메라가 이용된다.
에어리어 카메라를 이용함으로써, 일정 면적 내의 두께 정보를 동시에 획득하고 이를 3차원 그래프로 도시하여 도 7에 도시된 바와 같이, 그 면적 내의 표면형상 정보 또한 획득할 수 있다. 박막층(11)의 두께들의 상대적인 차이를 통해, 박막층(11)의 표면이 얼마만큼의 높낮이를 가지며 형성되었는지 가시화할 수 있는데, 박막층(11)의 두께들의 상대적인 차이를 본 명세서에서는 표면형상이라 정의한다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 두께 측정 반사계(100)를 이용하여 본 발명에 따른 두께 측정방법의 실시예들에 대하여, 도 3 내지 도 6을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정방법을 개략적으로 설명한 도면이고, 도 4는 박막층으로 입사된 빛의 반사경로를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사도분포곡선 모델링방법을 개략적으로 설명한 도면이고, 도 6은 측정반사도분포곡선, 적분반사도분포곡선 및 종래의 모델링방법에 의한 반사도분포곡선을 비교하는 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 두께 측정방법은 모델링단계(S110) 와, 획득단계(S120)와, 비교단계(S130)와, 결정단계(S140)를 포함한다.
상기 모델링단계(S110)에서는 서로 다른 두께를 가지는 복수의 샘플 박막층을 가정하고, 본 발명의 반사도분포곡선 모델링방법을 이용하여 각각의 샘플 박막층에 대응되는 적분반사도분포곡선(20)을 마련한다.
여기서, 샘플 박막층은 실제 존재하는 박막층이 아니라 수학식을 이용하여 모델링을 수행하기 위한 서로 다른 두께를 가지는 가상의 박막층이다. 샘플 박막층에 대한 적분반사도분포곡선(20)을 모델링할 때는, 샘플 박막층을 실제 그 두께를 측정할 박막층(11)과 동일한 물질로 가정하여, 두께를 측정할 박막층(11)의 물성치, 예컨대 반사계수(reflection coefficient), 복소 굴절률(complex refractive index) 등을 이용하여 모델링한다.
모델링할 적분반사도분포곡선(20)에 대응되는 두께의 상한과 하한은 실제 공정에서 처리되는 박막층(11) 두께의 상한과 하한에 관한 정보를 통해 미리 결정하고, 상한 두께와 하한 두께를 일정 간격으로 분할한 후, 각각의 두께에 대하여 적분반사도분포곡선(20)을 모델링한다.
각각의 샘플 박막층에 대응되는 적분반사도분포곡선(20)을 마련하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반사도분포곡선 모델링방법은, 반사도분포곡선 마련단계(S111)와, 입력강도 설정단계(S112)와, 출력강도 설정단계(S113)와, 적분반사도 설정단계(S114)와, 적분반사도분포곡선 생성단계(S115)를 포함한다.
상기 반사도분포곡선 마련단계(S111)에서는 빛의 파장의 변화에 따른 박막층(11)의 반사도(reflectance) 분포를 나타내는 반사도분포곡선(40)을 마련한다. 반사도분포곡선(40)은 아래의 수학식들을 이용하여 수학적인 모델링에 의해 마련된다.
Figure 112009017280977-pat00001
여기서, Rp(d,λ)는 입사면에 평행인 P파의 토털 반사계수이고, rp 12는 공기층(12)과 박막층(11)층의 경계면에서의 P파의 프레넬(Fresnel) 반사계수이고, rp 23은 박막층(11)과 기저층(10)의 경계면에서의 P파의 프레넬 반사계수이고, β는 빛(L)이 박막층(11)을 지날 때 발생하는 위상변화량이다.
Figure 112009017280977-pat00002
여기서, Rs(d,λ)는 입사면에 수직인 S파의 토털 반사계수이고, rs 12는 공기층(12)과 박막층(11)층의 경계면에서의 S파의 프레넬(Fresnel) 반사계수이고, rs 23은 박막층(11)과 기저층(10)의 경계면에서의 S파의 프레넬 반사계수이다.
Figure 112009017280977-pat00003
여기서, d는 박막층(11)의 두께이고,
Figure 112009017280977-pat00004
는 박막층(11)의 복소 굴절률이고, φ2는 박막층(11)에서의 굴절각이다.
Figure 112009017280977-pat00005
여기서, R1은 수학적 모델링에 의한 반사도이고, Ii는 입사되는 빛(L)의 강도(intensity)이고, Ir은 반사되는 빛(L)의 강도이다.
수학식 1 내지 수학식 3을 수학식 4에 대입하여, 일정 두께의 박막층(11)에 대하여 반사도를 구할 수 있고, 파장을 변화시키면서 반사도 분포를 그래프로 도시하면 도 5에 도시된 바와 같은 반사도분포곡선(40)을 생성할 수 있다.
상기 입력강도 설정단계(S112)에서는, 강도분포곡선(30)을 일정 파장대역(32) 내에서 적분하여 그 적분한 값을 입력강도(Ii)로 설정한다.
백색광을 특정파장(31)에 대하여 밴드패스(bandpass)하게 되면 도 5에 도시된 바와 같이 특정파장을 중심으로 일정 파장대역에서 빛의 강도(intensity) 분포를 나타내는 강도분포곡선(30)이 출력된다. 본 실시예에서는 백색광을 선형가변필 터(120)를 통과시켜 밴드패스된 강도분포곡선(30)을 마련한다. 도 5에는 600nm를 중심으로 밴드패스된 빛의 강도분포곡선(30)이 일례로 도시되어 있다.
특정파장(31)에 대한 강도분포곡선(30)이 마련되면 그 강도분포곡선(30)을 파장대역(32) 내에서 적분하여 특정파장(31)의 입력강도(Ii)로 설정한다.
상기 출력강도 설정단계(S113)에서는 우선 반사도분포곡선(40)과 특정파장에 대한 강도분포곡선(30)을 결합한 복합강도분포곡선(50)을 생성한다. 복합강도분포곡선(50)은 특정파장에 대한 것이며, 도 5에는 일례로 600nm에 대한 복합강도분포곡선(50)이 도시되어 있다. 특정파장(31)에 대한 복합강도분포곡선(50)이 마련되면 그 복합강도분포곡선(50)을 파장대역(32) 내에서 적분하여 특정파장의 출력강도(Ir)로 설정한다.
상기 적분반사도 설정단계(S114)에서는 특정파장의 출력강도(Ir)를 특정파장의 입력강도(Ii)로 나눈 값을 특정파장에 대한 박막층의 적분반사도(R2)로 설정한다. 도 5에는 일례로 600nm의 특정파장에 대한 박막층의 적분반사도(R2,21)가 그래프 상에 표시되어 있다.
상술한 입력강도 설정단계(S112), 출력강도 설정단계(S113) 및 적분반사도 설정단계(S114)는 아래의 수학식 5에 의해 구해질 수 있다.
Figure 112009017280977-pat00006
여기서, R2는 수학적 모델링에 의한 적분반사도이고, λ*는 특정파장이고, Ii는 입력강도이고, Ir은 출력강도이고, I0는 특정파장에서의 강도의 최대값이고, I0×Fλ는 특정파장의 강도분포곡선이고, R1은 반사도분포곡선이다.
상기 적분반사도분포곡선 생성단계(S115)에서는, 특정파장(31)을 변화시키면서 입력강도 설정단계(S112), 출력강도 설정단계(S113) 및 적분반사도 설정단계(S114)를 반복하여, 파장의 변화에 따른 적분반사도 분포를 나타내는 적분반사도분포곡선(20)을 생성한다. 501nm, 502nm, 503nm, …, 600nm, … 등의 복수의 특정파장에 대한 적분반사도(R2)를 구하고 파장의 대한 적분반사도(R2)의 변화를 그래프로 표시하면 도시하면 도 5에 도시된 바와 같은 적분반사도분포곡선(20)을 생성할 수 있다.
하나의 두께의 샘플 박막층에 대하여 적분반사도분포곡선(20)을 구한 후, 두께를 변화시키면서 상술한 단계를 수행하면서 서로 다른 두께에 대한 적분반사도분포곡선(20)을 각각 마련할 수 있다. 이와 같이 다양한 두께에 대한 적분반사도분포곡선(20)들이 마련되면 모델링단계(S110)는 완성된다.
다시 본 실시예의 두께 측정방법에 대해 설명하면, 상기 획득단계(S120)에서 는 박막층(11) 측으로 백색광을 조사하여 빛(L)의 파장의 변화에 따른 박막층(11)의 측정반사도분포곡선(60)을 획득하며, 상기 획득단계(S120)는 제1강도 설정단계(S121)와, 제2강도 설정단계(S122)와, 측정반사도 설정단계(S123)와, 측정반사도분포곡선 생성단계(S124)를 포함한다.
상기 제1강도 설정단계(S121)에서는, 백색광을 밴드패스(bandpass)하여 특정파장(31)을 중심으로 일정 파장대역(32)에서 강도 분포를 가지게 한 후, 상면에 박막층이 적층되지 않은 기저층(10) 측으로 밴드패스된 빛(L)을 조사한다. 이후, 기저층(10)에 의해 반사된 빛의 강도분포곡선을 파장대역(32) 내에서 적분하여 이를 제1강도로 설정한다.
상기 제2강도 설정단계(S122)에서는, 백색광을 밴드패스(bandpass)하여 특정파장(31)을 중심으로 일정 파장대역(32)에서 강도 분포를 가지게 한 후, 박막층(11) 측으로 밴드패스된 빛(L)을 조사한다. 이후, 박막층(11) 및 기저층(10)에 의해 반사된 빛의 강도분포곡선을 파장대역(32) 내에서 적분하여 이를 제2강도로 설정한다.
상기 측정반사도 설정단계(S123)에서는 제2강도를 제1강도로 나눈 값을 특정파장에 대한 박막층의 측정반사도로 설정한다. 즉, 박막층이 적층되지 않은 기저층(10)의 강도에 대한 박막층(11)의 강도의 비를 박막층의 측정반사도로 정한다.
상기 측정반사도분포곡선 생성단계(S124)에서는 특정파장(31)을 변화시키면서 제1강도 설정단계(S121), 제2강도 설정단계(S122) 및 측정반사도 설정단계(S123)를 반복하여, 파장의 변화에 따른 측정반사도 분포를 나타내는 측정반사도 분포곡선(60)을 생성한다. 501nm, 502nm, 503nm, …, 600nm, … 등의 복수의 특정파장에 대한 측정반사도를 구하고 파장의 대한 측정반사도의 변화를 그래프로 표시하면 도시하면 도 3에 도시된 바와 같은 측정반사도분포곡선(60)을 생성할 수 있다.
상기 비교단계(S130)에서는 수학적 모델링에 의해 마련된 복수의 적분반사도분포곡선(20)과 측정반사도분포곡선(60)의 실질적인 일치 여부를 각각 비교한다. 실질적인 일치 여부를 확인하는 과정에서는 최소 자승법을 이용한 오차 함수를 구하여 최소의 오차를 가지는 적분반사분포곡선(20)과 측정반사도분포곡선(60)을 "실질적인 일치"로 판정하는데, 이러한 방법은 당업자에게 널리 공지된 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 결정단계(S140)에서는 측정반사도분포곡선(60)과 실질적으로 일치하는 적분반사도분포곡선(20)을 선택하고, 적분반사도분포곡선(20)에 대응되는 두께를 박막층(11)의 두께로 최종적으로 결정한다.
도 6은 측정반사도분포곡선(60), 본 발명의 모델링방법에 의한 적분반사도분포곡선(20) 및 종래의 모델링방법에 의한 반사도분포곡선(1)을 비교하는 도면인데, 실제 두께 측정 반사계(100)에 의해 측정된 측정반사도분포곡선(60)이 종래의 모델링방법에 의한 반사도분포곡선(1)보다 본 발명의 모델링방법에 의한 적분반사도분포곡선(20)에 훨씬 잘 매치되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 반사도분포곡선 모델링방법과 두께 측정방법은, 밴드패스(bandpass)되어 일정 파장대역으로 입사되는 빛에 있어서, 파장대 역 내에서 적분하는 방식을 이용하여 박막층에 의해 반사되는 빛의 반사도분포곡선을 모델링함으로써, 실제 측정에 의해 얻어진 반사도분포곡선에 실질적으로 근접한 반사도분포곡선을 수학적으로 모델링할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 두께 측정 반사계는, 광원과 광학계 사이에 선형가변필터를 배치하여 빛을 밴드패스시킴으로써, 원하지 않는 주변파장을 가지는 빛 등과 같은 노이즈가 없는, 측정하고자 하는 특정파장 중심의 파장대역을 가지는 빛만을 통과시켜 박막층의 두께를 보다 정밀하게 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 두께 측정 반사계는, 박막층의 두께뿐만 아니라 박막층의 상대적인 두께 차이를 의미하는 표면형상을 동시에 구할 수 있으므로, 박막층에 대한 종합적인 정보를 산출 및 가시화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정 반사계의 개략도이고,
도 2는 도 1의 두께 측정 반사계의 선형가변필터에 의해 밴드패스된 빛의 강도분포곡선들을 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두께 측정방법을 개략적으로 설명한 도면이고,
도 4는 박막층으로 입사된 빛의 반사경로를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사도분포곡선 모델링방법을 개략적으로 설명한 도면이고,
도 6은 측정반사도분포곡선, 적분반사도분포곡선 및 종래의 모델링방법에 의한 반사도분포곡선을 비교하는 도면이고,
도 7은 측정된 박막층의 표면형상의 일례를 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 기저층 11: 박막층
20: 적분반사도분포곡선 30: 강도분포곡선
40: 반사도분포곡선 50: 복합강도분포곡선
60: 측정반사도분포곡선
100: 두께 측정 반사계 110: 광원
120: 선형가변필터 130: 필터이송부
140: 광학계 150: 카메라부

Claims (7)

  1. 일정 두께의 박막층에 대하여 빛의 파장의 변화에 따른 박막층의 반사도 분포를 모델링하는 반사도분포곡선 모델링방법에 있어서,
    빛의 파장의 변화에 따른 상기 박막층의 반사도(reflectance) 분포를 나타내는 반사도분포곡선을 마련하는 반사도분포곡선 마련단계;
    백색광을 특정파장에 대하여 밴드패스(bandpass)하여 상기 특정파장을 중심으로 일정 파장대역에서 빛의 강도(intensity) 분포를 나타내는 강도분포곡선을 마련하고, 상기 강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 상기 특정파장의 입력강도로 설정하는 입력강도 설정단계;
    임의의 파장값에 대하여 상기 반사도분포곡선의 반사도 값과 상기 강도분포곡선의 강도 값을 서로 곱하여 상기 반사도분포곡선과 상기 강도분포곡선을 결합한 복합강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 상기 특정파장의 출력강도로 설정하는 출력강도 설정단계;
    상기 특정파장의 출력강도를 상기 특정파장의 입력강도로 나눈 값을 상기 특정파장에 대한 상기 박막층의 적분반사도로 설정하는 적분반사도 설정단계; 및
    상기 특정파장을 변화시키면서 상기 입력강도 설정단계, 상기 출력강도 설정단계 및 상기 적분반사도 설정단계를 반복하여, 파장의 변화에 따른 상기 적분반사도 분포를 나타내는 적분반사도분포곡선을 생성하는 적분반사도분포곡선 생성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사도분포곡선 모델링방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강도분포곡선은 백색광을 선형가변필터(Linear Variable Filter)에 통과시킴으로써 마련되는 것을 특징으로 하는 반사도분포곡선 모델링방법.
  3. 백색광 반사계를 이용하여 기저층 위에 적층된 박막층의 두께 측정방법에 있어서,
    서로 다른 두께를 가지는 복수의 샘플 박막층을 가정하고, 제1항의 반사도분포곡선 모델링방법을 이용하여 각각의 샘플 박막층에 대응되는 적분반사도분포곡선을 마련하는 모델링단계;
    상기 박막층 측으로 백색광을 조사하여 빛의 파장의 변화에 따른 상기 박막층의 측정반사도분포곡선을 획득하는 획득단계;
    복수의 적분반사도분포곡선과 상기 측정반사도분포곡선의 실질적인 일치 여부를 각각 비교하는 비교단계;
    상기 측정반사도분포곡선과 실질적으로 일치하는 적분반사도분포곡선을 선택하고, 상기 적분반사도분포곡선에 대응되는 두께를 상기 박막층의 두께로 결정하는 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 획득단계는,
    상면에 박막층이 적층되지 않은 기저층 측으로 밴드패스(bandpass)된 빛을 조사하고, 상기 기저층에 의해 반사된 빛의 강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 그 값을 제1강도로 설정하는 제1강도 설정단계;
    상기 박막층 측으로 밴드패스된 빛을 조사하고 상기 박막층에 의해 반사된 빛의 강도분포곡선을 상기 파장대역 내에서 적분하여 그 값을 제2강도로 설정하는 제2강도 설정단계;
    상기 제2강도를 상기 제1강도로 나눈 값을 상기 특정파장에 대한 상기 박막층의 측정반사도로 설정하는 측정반사도 설정단계; 및
    상기 특정파장을 변화시키면서 상기 제1강도 설정단계, 상기 제2강도 설정단계 및 상기 측정반사도 설정단계를 반복하여, 파장의 변화에 따른 상기 측정반사도 분포를 나타내는 측정반사도분포곡선을 생성하는 측정반사도분포곡선 생성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 이용되는 두께 측정 반사계로서,
    백색광을 출사하는 광원;
    입사되는 백색광을 특정파장에 대하여 밴드패스(bandpass)하여 상기 특정파장을 중심으로 일정 파장대역을 통과시키며, 길이방향을 따라 통과 가능한 특정파장이 변경되는 선형가변필터;
    상기 선형가변필터를 상기 길이방향을 따라 왕복이동시키는 필터이송부;
    상기 선형가변필터를 통과한 빛을 박막층 측으로 조사하고, 상기 박막층 또는 상기 박막층을 지지하는 기저층에 의해 반사된 빛이 입사되는 광학계; 및
    상기 광학계를 통과한 반사된 빛이 조사되어 이미지로 결상되는 카메라부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 반사계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카메라부는, 상기 박막층 또는 상기 기저층의 일정 면적을 일시에 촬상 가능한 에어리어 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 반사계.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광원과 상기 선형가변필터 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 집광하여 상기 선형가변필터 측으로 출사하는 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 두께 측정 반사계.
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