KR101275793B1 - 표면 거칠기 측정 시스템 및 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 표면 거칠기 측정 시스템은 막 돌출부위의 수평방향 지름을 측정하는 지름 측정부, 막 돌출부위의 수평방향 지름에 따른 돌출부위의 높이에 대한 데이터를 저장하는 데이터 저장부, 지름 측정부에서 측정된 막 돌출부위의 지름 정보가 입력되고, 데이터 저장부로부터 데이터가 입력되며, 지름 정보와 데이터를 상호 비교하여 막의 표면 거칠기를 산출하는 연산부 및 연산부에서 산출된 표면 거칠기를 표시하는 출력부를 포함한다.
표면, 거칠기, 레이저, AFM, 마이크로 러프니스, 러프니스

Description

표면 거칠기 측정 시스템 및 측정방법{SYSTEM FOR MEASURING SURFACE ROUGHNESS AND MEHTOD OF MEASURING SURFACE ROUGHNESS}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 거칠기 측정 시스템의 블록도이다.
도 2는 지름 측정부에서 돌출부위의 지름을 측정하는 것을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표면 거칠기 측정방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 표면 거칠기(roughness) 측정 시스템 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉식 표면 거칠기 측정 시스템 및 측정방법에 관한 것이다.
디스플레이 소자 등의 제조에 사용되는 다결정 실리콘 막은 그 표면에서 우수한 평탄도가 요구된다. 특히, 소자의 고집적화 및 피쳐 사이즈(feature size)의 축소에 수반하여 표면의 마이크로 러프니스(micro roughness)가 더욱 중요시되고 있다.
소자의 제조에 사용되는 기판 표면에서는 기판 전체에서 균일한 평탄도를 가 져야 하며, 러프니스의 평균 사이즈도 작아야 한다. 따라서 기판 표면의 마이크로 러프니스를 효과적으로 측정하고 제어할 수 있는 방법 및 장치가 필요하다.
일반적으로, 기판 표면의 마이크로 러프니스를 측정하기 위한 방법으로서 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 사용하는 방법이 알려져 있다.
AFM은 기판의 표면을 따라 원자 사이즈의 프로브(probe)를 이동시키면서 상기 기판 표면의 마이크로 러프니스를 측정하는 것으로, 원자와 프로브 사이에서 반데르발스 힘(Van der Waals forces)으로 대표되는 미세한 힘(microscopic forces)을 검출하고, 이들 힘이 원자간의 거리의 근소한 차이에 의해 변화되는 것을 검출하여 마이크로 러프니스를 측정한다.
AFM을 사용한 마이크로 러프니스 측정방법에서는, 이미 설정되어 있는 일정한 범위, 예를 들면 0.1㎛×0.1㎛, 1㎛×1㎛, 또는 10㎛×10㎛등과 같은 측정 사이즈를 가지는 스캐닝 영역 내에서 수 포인트(several points)에 대하여 마이크로 러프니스를 측정한다.
AFM을 이용하여 얻어진 마이크로 러프니스는 통상적으로 검출된 포인트들의 RMS(Root Mean Square)로 표시된다.
이러한 AFM을 사용한 기판 표면의 마이크로 러프니스 측정방법은 기판 표면을 파괴시키지 않고 마이크로 러프니스를 측정할 수 있다.
그러나 AFM을 사용하여 반도체 기판상의 마이크로 러프니스를 측정하는 경우, 상대적으로 매우 좁은 영역에 대하여만 마이크로 러프니스를 측정하게 되므로, 일면적인 평가 결과만 얻어질 뿐이며, 반도체 기판의 전체적인 마이크로 러프니스 를 정확하게 측정할 수 없고 기판 표면의 형상을 전체적으로 파악하는 것이 곤란하다.
또한, AFM을 이용하는 방법은 매우 느리기 때문에 제조 공정 중에 기판상의 마이크로 러프니스를 실시간으로 제어하기에는 적합하지 않다.
이러한 AFM에 구비되는 프로브는 작은 핀의 형태로 이루어지는데, 막의 거칠기를 측정하기 위해 막의 표면에 접촉하는 과정에서 쉽게 마모가 된다.
이와 같이, 프로브가 마모됨에 따라 자주 교체해 주어야 하므로 이에 따른 추가적인 비용이 많이 발생하게 되는 문제점이 있다.
또한, 이러한 AFM을 이용한 거칠기 측정은 막의 상부 표면에서 직접 접촉하여 측정하게 되므로, 막이 형성되는 기판 자체의 불균일을 고려할 수 없게 되어 막 자체의 거칠기 특성을 정확하게 파악할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 추가적인 비용의 발생을 줄이면서, 막의 자체의 전체적인 거칠기 특성을 측정할 수 있는 표면 거칠기 측정 시스템 및 측정방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 표면 거칠기 측정 시스템은 막 돌출부위의 수평방향 지름을 측정하는 지름 측정부, 막 돌출부위의 수평방향 지름에 따른 돌출부위의 높이에 대한 데이터를 저장하는 데이터 저장부, 지름 측정부에서 측정된 막 돌출부위의 지름 정보가 입력되고, 데이터 저장부로부터 데이터 가 입력되며, 지름 정보와 데이터를 상호 비교하여 막의 표면 거칠기를 산출하는 연산부 및 연산부에서 산출된 표면 거칠기를 표시하는 출력부를 포함한다.
이 경우, 지름 측정부는 막 돌출부위에 빛을 조사하는 광원 및 막 돌출부위에서 산란되는 빛을 감지하는 감지기를 포함할 수 있다.
이 경우, 광원은 막 돌출부위의 일정 높이에서 수평방향으로 빛을 조사할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 표면 거칠기 측정방법은 막 돌출부위의 수평방향 지름에 따른 돌출부위의 높이에 대한 데이터를 저장하는 단계, 막 돌출부위의 수평방향 지름을 측정하는 단계, 지름 정보와 돌출부위의 높이에 대한 데이터를 상호 비교하여 막의 표면 거칠기를 산출하는 단계 및 연산부에서 산출된 표면 거칠기를 출력하는 단계를 포함한다.
이 경우, 수평방향 지름 측정 단계는 막 돌출부위에 빛을 조사하는 단계,
막 돌출부위에서 산란되는 빛을 감지하는 단계 및 산란되는 빛의 강도로부터 돌출부위의 지름을 계산하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 거칠기 측정 시스템의 블록도이고, 도 2는 지름 측정부(100)에서 돌출부위들(30)의 지름을 측정하는 것을 도시한 개략도 이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 표면 거칠기 측정 시스템은 지름 측정부(100), 데이터 저장부(200), 연산부(300), 출력부(400)를 포함한다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 지름 측정부(100)는 기판(20)에 형성된 돌출부위들(30)의 수평방향으로 빛을 조사하는 광원(10)과 돌출부위들(30)로부터 산란된 빛을 감지하는 감지기(미도시)를 구비한다.
이때, 광원(10)은 돌출부위들(30)의 일정 높이로 위치하여 빛을 조사하게 된다. 산란된 빛은 감지기에서 감지되며, 산란된 빛의 강도에 따라 돌출부위들(30)의 지름이 계산된다.
이와 같이 측정된 돌출부위들(30)의 지름 정보는 연산부(300)로 입력된다. 이때, 전체적인 막의 표면 거칠기 산포를 측정하기 위해 돌출부위들(30)의 지름은 복수 회에 걸쳐 측정될 수 있다.
또한, 데이터 저장부(200)에는 돌출부위들(30)의 지름에 따른 높이에 관한 데이터가 저장되며, 이러한 데이터가 연산부(300)로 입력된다.
연산부(300)에서는 상기한 데이터와 측정된 지름에 따라서 돌출부위들(30)의 높이를 예측하고, 이로부터 막의 표면 거칠기 정보를 산출한다.
표면 거칠기 정보는 돌출부들의 높이에 대한 RMS값으로 나타낼 수 있으며, 이는 출력부(400)로 입력되어 표시된다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표면 거칠기 측정방법을 나타낸 순서도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표면 거칠기 측정방법은 돌출부위들(30)의 지름에 따른 높이에 대한 데이터를 저장하는 단계(S10), 표면 돌출부위들(30)의 지름을 측정하는 단계(S20), 상기한 데이터와 측정된 지름을 상호 비교하여 돌출부위들(30)의 높이를 예측하고, 이로부터 표면 거칠기를 산출하는 단계(S30) 및 산출된 표면 거칠기 정보를 출력하는 단계(S40)를 포함한다.
이때, 돌출부위들(30)의 지름에 따른 높이에 대한 데이터는 사전에 측정된 정보로부터 얻어낼 수 있다.
또한, 표면 돌출부위들(30)의 지름을 측정하는 단계(S20)에서는 레이저 광원(10)의 산란 또는 회절 현상을 이용할 수 있다. 즉, 광원(10)에서 조사된 빛의 산란광을 감지하고, 산란 강도로부터 돌출부위들(30)이 지름을 측정하게 된다.
상기와 같이, 수평방향으로 빛을 조사하여 돌출부위의 지름으로부터 표면 거칠기를 측정함에 따라 기판 자체의 불균일함에 관계없는 막 자체의 거칠기 특성을 파악할 수 있다.
이와 같은 표면 거칠기 측정방법은 유기 발광 표시 장치 등의 디스플레이 소자에 사용되는 다결정 실리콘 기판의 표면 거칠기를 측정하는 데 사용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명의 표면 거칠기 측정 시스템 및 측정방법에 따르면 비접촉 방식을 사용함으로써 프로브의 교체에 따른 추가 비용이 발생하지 않는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 대면적의 기판에 대하여도 신속하게 전체적인 표면 거칠기의 산포를 측정할 수 있으며, 수평방향에서 빛을 조사하는 방식을 사용함에 따라 기판의 불균일함에 관계없이 막 자체의 표면 거칠기 특성을 파악할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 막 돌출부위의 수평방향 지름을 측정하는 지름 측정부;
    사전에 측정된 정보로부터 얻어진 막 돌출부위의 수평방향 지름에 따른 돌출부위의 높이에 대한 데이터가 저장된 데이터 저장부;
    상기 지름 측정부에서 측정된 상기 막 돌출부위의 지름 정보가 입력되고, 상기 데이터 저장부로부터 상기 데이터가 입력되며, 상기 지름 정보를 상기 데이터와 비교하여 상기 돌출부위의 높이를 구하고, 상기 돌출부위의 높이를 평균내어 상기 막의 표면 거칠기를 산출하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 산출된 상기 표면 거칠기를 표시하는 출력부
    를 포함하는 표면 거칠기 측정 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 지름 측정부는,
    상기 막 돌출부위에 빛을 조사하는 광원; 및
    상기 막 돌출부위에서 산란되는 빛을 감지하는 감지기
    를 포함하는 표면 거칠기 측정 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 막 돌출부위의 일정 높이에서 수평방향으로 빛을 조사하는 표면 거칠기 측정 시스템.
  4. 막 돌출부위의 수평방향 지름에 따른 돌출부위의 높이에 대한 데이터를 사전에 측정하여 저장하는 단계;
    막 돌출부위의 수평방향 지름을 측정하는 단계;
    상기 지름 정보를 상기 돌출부위의 높이에 대한 데이터와 비교하여 상기 돌출부위의 높이를 구하고, 상기 돌출부위의 높이를 평균내어 상기 막의 표면 거칠기를 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 표면 거칠기를 출력하는 단계
    를 포함하는 표면 거칠기 측정방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 수평방향 지름 측정 단계는,
    상기 막 돌출부위에 빛을 조사하는 단계;
    상기 막 돌출부위에서 산란되는 빛을 감지하는 단계; 및
    상기 빛의 산란 강도로부터 지름을 계산하는 단계
    를 포함하는 표면 거칠기 측정방법.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    다결정 실리콘 막의 표면 거칠기를 측정하는 표면 거칠기 측정방법.
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