KR102141228B1 - Method and apparatus for measuring physical quantity of a thin layer using terahertz spectroscopy - Google Patents

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KR102141228B1 KR1020190137679A KR20190137679A KR102141228B1 KR 102141228 B1 KR102141228 B1 KR 102141228B1 KR 1020190137679 A KR1020190137679 A KR 1020190137679A KR 20190137679 A KR20190137679 A KR 20190137679A KR 102141228 B1 KR102141228 B1 KR 102141228B1
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Abstract

The present disclosure relates to a thin film measuring apparatus for measuring a physical quantity of a thin film, and comprises: a terahertz wave generator for generating a broadband pulsed terahertz wave for irradiating a thin film sample; a detector detecting the terahertz wave reflected from the thin film sample after irradiation to the thin film sample; and a calculation device calculating the thickness and physical properties of the thin film through frequency analysis of a reflected wave signal detected by the detector. The thickness and physical properties of the thin film are simultaneously measured by a least squares method using a Drude model.

Description

테라헤르츠파 분광기술기반 박막 물리량 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITY OF A THIN LAYER USING TERAHERTZ SPECTROSCOPY}METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITY OF A THIN LAYER USING TERAHERTZ SPECTROSCOPY}

본 발명은 테라헤르츠파 분광기술기반 박막 물리량 측정 방법과 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 테라헤르츠파를 시료에 조사하고 그 반사파를 분광 분석함으로써 시료에 형성되어 있는 박막의 두께와 물성(전기전도도, 도핑 농도, 저항)을 동시에 측정하는 방법과 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for measuring the physical quantity of a thin film based on terahertz wave spectroscopy technology, and more specifically, the thickness and physical properties of the thin film formed on the sample by irradiating terahertz waves to the sample and spectroscopically analyzing the reflected wave (electric conductivity) , Doping concentration, resistance).

반도체, 태양전지 셀 또는 이차전지 막 등의 제조에는 기판(substrate) 위에 다양한 소재의 박막층을 형성하는 공정이 필수적으로 사용되고 있다. CVD(Chemical Vapor Deposition)나 이온도핑 등의 기법으로 박막을 형성함에 있어서 박막의 두께나 전기전도도 등의 물성을 목표한 값으로 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 박막의 두께나 물성이 목표값에서 벗어나면 제품의 불량으로 이어지기 때문에 성막 공정마다 박막의 두께와 물성을 측정하여 양품과 불량품을 용이하게 식별하는 기술은 전체 제조공정의 수율을 올리는 데 있어서 필수적이다.In the manufacture of semiconductors, solar cell cells or secondary battery films, a process of forming a thin film layer of various materials on a substrate is essential. When forming a thin film by a technique such as CVD (Chemical Vapor Deposition) or ion doping, it is important to keep the physical properties such as the thickness and electrical conductivity of the thin film at a target value. If the thickness or physical properties of the thin film deviate from the target value, it may lead to product defects. Therefore, the technology of easily identifying good and bad products by measuring the thickness and physical properties of each thin film process is essential to increase the yield of the entire manufacturing process. .

특히 반도체용 에피웨이퍼(epitaxial wafer)는 마이크로프로세서, 이미지센서, 파워디바이스 등의 반도체 소자의 제조를 위해 필요한 것으로, 해당 소자 수요의 증가에 따라 생산량이 계속 증가되고 있다. In particular, epitaxial wafers for semiconductors are required for the manufacture of semiconductor devices such as microprocessors, image sensors, and power devices, and production continues to increase as the demand for the devices increases.

반도체용 에피택셜 웨이퍼(epitaxial wafer, 에피웨이퍼)는 도 1과 같이 연마된 웨이퍼 실리콘층(1차 성장층) 위에 수 μm 두께로 실리콘 단결정층(2차 성장층)을 추가로 증착 또는 이온 도핑한 것이다. 연마된 1차 성장층 위에 형성된 2차 성장층인 에피층은 반도체소자를 만들 때 전기전도도를 제어하기 위해 중요한 역할을 한다. 예를 들어 n+ 또는 p+형의 1차 고농도웨이퍼기판(high doped Si wafer) 위에 이온주입이나 CVD방식을 통해 도펀트(dopant)를 주입하여 형성되는, 상대적으로 저농도인 n타입 또는 p타입의 2차 성장층이다. A semiconductor epitaxial wafer (epitaxial wafer) is further deposited or ion-doped with a silicon single crystal layer (secondary growth layer) with a thickness of several μm on a polished wafer silicon layer (primary growth layer) as shown in FIG. 1. will be. The epitaxial layer, which is a secondary growth layer formed on the polished primary growth layer, plays an important role in controlling electrical conductivity when making a semiconductor device. For example, secondary growth of a relatively low concentration of n-type or p-type, formed by implanting dopants through ion implantation or CVD on an n+ or p+ type primary high doped Si wafer. It is a layer.

에피층에 대한 목표 사양으로는 층 두께와 도핑 농도가 매우 중요하며, 도 2와 같이 두께는 2 내지 80 μm, 도핑 농도는 1014 ~ 1018 개/cm3 사이에서 설계 사양에 맞게 제작한다. 제작된 에피웨이퍼에 대해 두께, 전기전도도 등의 물리량을 측정한 후에 목표 사양에 맞는 에피웨이퍼만을 다음 공정에 투입하게 된다.As a target specification for the epi layer, the layer thickness and the doping concentration are very important. As shown in FIG. 2, the thickness is 2 to 80 μm, and the doping concentration is produced between 10 14 and 10 18 pieces/cm 3 according to the design specifications. After measuring the physical quantity such as thickness and electrical conductivity of the produced epi wafer, only the epi wafer that meets the target specification is put into the next process.

도핑농도 측정을 위한 종래의 기술로는, 도 3과 같이 프로브를 박막에 접촉하여 전압을 인가하여 측정하는 4-점 프로브(4-point probe) 방식이 있는데, 프로브 팁에 의해 제품의 손상 및 파티클(particle) 발생을 야기할 수 있다. 또한 이러한 손상을 최소화하기 위해 측정대상 박막에 천천히 접촉을 해야하므로 측정시간(40sec/point)이 과다하게 소요되고, 제품 전체면의 균일도에 대한 도핑 농도 맵을 얻기 어렵다.As a conventional technique for measuring the doping concentration, there is a 4-point probe method in which a probe is contacted with a thin film to measure voltage by applying a voltage as shown in FIG. 3. It can cause particle generation. In addition, in order to minimize such damage, it is necessary to make slow contact with the thin film to be measured, so it takes too much measurement time (40sec/point), and it is difficult to obtain a doping concentration map for uniformity of the entire surface of the product.

전기전도도(electric conductivity)는 정공 또는 전자 등 캐리어(carrier)의 농도에 의존하는 것이고 비저항(electrical resistivity, ΩM)은 전기전도도의 역수이므로, 도핑 농도는 전도도 또는 저항으로 환산될 수 있다. 도 4는 이러한 도핑 농도와 비저항의 함수 관계를 나타낸 그래프이다. Since electrical conductivity depends on the concentration of carriers such as holes or electrons, and electrical resistivity (ΩM) is the reciprocal of electrical conductivity, the doping concentration can be converted into conductivity or resistance. 4 is a graph showing a function relationship between the doping concentration and the specific resistance.

한편, 불투명 반도체 박막의 두께를 정밀측정하기 위한 종래의 기술로는 타원계측기(ellipsometer)가 있다. 그러나 이 기술은 고가의 장비를 필요로 할 뿐만 아니라 반도체 에피층(epitaxial layer)과 같이 기판 소재와 결정학적으로 정합(coherent)을 이루는 박막의 경우에는 정확한 두께를 측정하는 데 어려움이 있다. 또한 타원계측기는 두께 이외의 물성인 전기전도도(도핑농도)는 측정할 수 없어 물성 측정을 위해서는 별도의 장비가 필요하다.On the other hand, a conventional technique for precisely measuring the thickness of the opaque semiconductor thin film is an ellipsometer. However, this technology not only requires expensive equipment, but also has difficulty in accurately measuring thickness in the case of thin films that crystallize coherently with a substrate material, such as a semiconductor epitaxial layer. Also, the ellipsometer cannot measure the electrical conductivity (doping concentration), which is a property other than the thickness, so separate equipment is required to measure the properties.

이와 같이 종래의 기술로는 박막 두께와 전기전도도(도핑농도)를 별개의 장비로 측정해야 하므로 두 가지 중요 인자의 측정을 위하여 고가의 장비를 따로 구비하여야 하며, 측정 시간도 오래 걸리고 측정 정확도에도 한계가 있다는 단점이 있었다. As described above, since the thin film thickness and electrical conductivity (doping concentration) must be measured with separate equipment, expensive equipment must be provided separately for measuring two important factors, measurement time is long, and measurement accuracy is limited. There were disadvantages.

등록특허공보 제10-1788450호Registered Patent Publication No. 10-1788450

본 발명은 상기 문제점들을 해결하여 박막의 두께와 전기전도도(도핑 농도)를 동시에 측정하는 장치와 방법을 제공하고자 한다.The present invention solves the above problems to provide an apparatus and method for simultaneously measuring the thickness and electrical conductivity (doping concentration) of a thin film.

본 발명은 얇은 박막에 대하여 종래의 방법이 갖는 한계와 단점을 극복하면서 두께와 물성을 시료 전체면에 대하여 빠르고 정확하게 측정함으로써 공정시간과 공정비용을 감소시키고자 한다.The present invention seeks to reduce process time and process cost by quickly and accurately measuring the thickness and physical properties of the entire sample surface while overcoming the limitations and disadvantages of the conventional method for thin films.

본 발명의 또 다른 목적은 빠른 시간 내에 전체 측정면에 대한 도핑 농도 맵을 확보하여 박막의 균일성(UNIFORMITY)를 확인할 수 있으면서 설비 공간을 줄일 수 있는 박막 측정 장치 및 방법을 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide a thin film measuring apparatus and method capable of reducing the facility space while ensuring uniformity (UNIFORMITY) of the thin film by securing a doping concentration map for the entire measuring surface within a short time.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 박막 측정장치는 테라헤르츠파 펄스를 생성하는 테라헤르츠파 생성기; 상기 박막이 형성된 시료를 거치하는 정밀 스테이지; 시료에 조사되어 반사된 테라헤르츠파를 감지하는 검출기; 및 상기 검출기에서 검출된 신호를 처리하는 연산장치;를 포함한다. 상기 연산장치는 박막의 반사율에 기초하여 박막의 물리량을 산출하는 것이 바람직하다. In order to solve the above problems, the thin film measuring apparatus of the present invention includes a terahertz wave generator that generates a terahertz wave pulse; A precision stage that mounts the sample on which the thin film is formed; A detector that detects terahertz waves reflected by the sample; And a computing device that processes a signal detected by the detector. Preferably, the computing device calculates the physical quantity of the thin film based on the reflectance of the thin film.

본 발명의 일 측면에 의한 박막 측정장치는 테라헤르츠파를 집속하여 박막 시료로 조사하고, 박막 시료에서 반사된 테라헤르츠파를 검출기로 가이드하는 광학계를 더 포함한다. The thin film measuring apparatus according to an aspect of the present invention further includes an optical system that focuses terahertz waves and irradiates them with a thin film sample, and guides the terahertz waves reflected from the thin film sample to a detector.

상기 연산장치는 Drude 모델에 의해 시뮬레이션한 반사율 Rs과 상기 검출된 신호로부터 산정된 박막의 실측 반사율에 기초하여 박막의 물리량을 산출하는 것이 바람직하다.The computing device preferably calculates the physical quantity of the thin film based on the reflectance Rs simulated by the Drude model and the measured reflectance of the thin film calculated from the detected signal.

상기 연산장치(500)는 검출된 테라헤르츠파 신호를 FFT(fast Fourier transformation) 변환 후 기준 신호로 나누어 정규화(normalization)하여 박막의 실측 반사율 스펙트럼을 산출하고, 상기 실측 반사율 스펙트럼에 근사하도록 Drude Model에 의해 반사율 스펙트럼(Rs)을 시뮬레이션함으로써 시료의 물리량을 산출한다. The arithmetic unit 500 divides the detected terahertz wave signal into a reference signal after FFT (fast Fourier transformation) conversion, and normalizes it to calculate the measured reflectance spectrum of the thin film, and to the Drude Model to approximate the measured reflectance spectrum. The physical quantity of the sample is calculated by simulating the reflectance spectrum Rs.

상기 테라헤르츠파는 중심주파수가 1 내지 100 테라헤르츠인 광대역 펄스이고, 상기 박막의 물리량은 박막의 두께, 도핑 농도, 전기전도도, 비저항 중 하나 이상인 것이 바람직하다. The terahertz wave is a broadband pulse having a center frequency of 1 to 100 terahertz, and the physical quantity of the thin film is preferably one or more of the thickness, doping concentration, electrical conductivity, and resistivity of the thin film.

상기 박막의 두께는 100 μm 이하이고, 상기 박막 측정장치는 박막의 2 가지 이상의 물리량을 동시에 측정할 수 있다.The thickness of the thin film is 100 μm or less, and the thin film measuring device can simultaneously measure two or more physical quantities of the thin film.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 테라헤르츠파 생성기, 박막 시료를 거치하는 정밀 스테이지, 박막 시료에 조사되어 반사된 테라헤르츠파를 감지하는 검출기 및 상기 검출기에서 검출된 신호를 처리하는 연산장치를 포함하는 박막 측정장치를 이용하여 박막의 물리량을 측정하는 방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, a terahertz wave generator, a precision stage for mounting a thin film sample, a detector for detecting the reflected terahertz wave irradiated to the thin film sample, and a computing device for processing a signal detected by the detector It provides a method for measuring the physical quantity of the thin film using a thin film measuring device.

상기 측정 방법은, 테라헤르츠파 생성기가 광대역 테라헤르츠 펄스를 생성하는 단계; 상기 테라헤르츠 펄스를 박막 시료에 조사하는 단계; 검출기가 박막 시료에 의해 반사된 테라헤르츠 반사파를 검출하는 단계; 및 상기 테라헤르츠 반사파로부터 산출된 반사율에 기초하여 시료의 물리량을 산출하는 단계;를 포함한다. The measurement method includes: a terahertz wave generator generating a broadband terahertz pulse; Irradiating the terahertz pulse to a thin film sample; A detector detecting terahertz reflected waves reflected by the thin film sample; And calculating a physical quantity of the sample based on the reflectance calculated from the terahertz reflected wave.

상기 방법은 Drude 모델에 의해 시뮬레이션한 반사율 스펙트럼(Rs)과 상기 반사파로부터 산출된 실측 반사율 스펙트럼에 기초하여 박막의 물리량을 산출하는 것이 바람직하다. It is preferable to calculate the physical quantity of the thin film based on the reflectance spectrum Rs simulated by the Drude model and the measured reflectance spectrum calculated from the reflected wave.

상기 시료의 물리량을 산출하는 단계는, 검출된 상기 테라헤르츠파 반사파를 푸리에 변환하는 단계; 푸리에 변환된 테라헤르츠파 반사파를 기준 신호로 나누어 박막의 실측 반사율 스펙트럼을 산출하는 정규화(normalization) 단계; 및 상기 실측 반사율 스펙트럼에 근사하도록 Drude Model에 의해 반사율 스펙트럼(Rs)을 시뮬레이션하는 단계;를 포함한다. The calculating of the physical quantity of the sample may include: Fourier transforming the detected terahertz wave reflection wave; A normalization step of dividing the Fourier transformed terahertz wave reflected wave into a reference signal to calculate a measured reflectance spectrum of the thin film; And simulating a reflectance spectrum (Rs) by a Drude Model to approximate the measured reflectance spectrum.

상기 반사율 스펙트럼(Rs)을 시뮬레이션하는 단계는, 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 설정하는 단계; 설정된 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 Drude Model에 대입하여 시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)을 계산하는 단계; 시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)과 상기 실측 반사율 스펙트럼의 차이를 정량화하는 단계; 정량화된 차이값이 기준값 이하가 되도록 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 변경하면서 반복 계산을 수행하는 단계; 및 상기 차이값이 기준값 보다 작다면 설정한 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 시료의 막두께 d와 도핑 농도 NA 로 결정하고 계산을 종료하는 단계;를 포함한다. The step of simulating the reflectance spectrum (Rs) includes: setting a film thickness d and a doping concentration N A ; Calculating the simulated reflectance spectrum (Rs) by substituting the set film thickness d and the doping concentration N A into the Drude Model; Quantifying a difference between a simulated reflectance spectrum (Rs) and the measured reflectance spectrum; Performing the iterative calculation while changing the film thickness d and the doping concentration N A so that the quantified difference value is equal to or less than the reference value; And if the difference value is smaller than the reference value, determining the set film thickness d and the doping concentration N A as the film thickness d of the sample and the doping concentration N A and ending the calculation.

상기 정량화하는 단계는 Drude Model에 의한 시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)와 실측 반사율 스펙트럼을 최소자승법에 의해 정량화하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고, 다른 여러가지 정량화 방법에 의할 수 있다. The quantification step is preferably to quantify the simulated reflectance spectrum (Rs) and the measured reflectance spectrum by the Drude Model by the least square method, but is not limited thereto, and may be performed by various other quantification methods.

본 발명은 양산용 웨이퍼 에피층(epitaxial layer)에서 요구되는 정도의 고정밀도로 막 두께와 전기전도도를 동시에 측정하는 기술을 제공한다.The present invention provides a technique for simultaneously measuring film thickness and electrical conductivity with a high degree of precision required in a wafer epitaxial layer for mass production.

본 발명은 또한 CVD(Chemical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 등 성막 장비의 장비내(in-situ) 모니터링용 계측기로서도 사용이 가능하다.The present invention can also be used as an in-situ monitoring instrument for deposition equipment such as CVD (Chemical Vapor Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition).

본 발명은 또한 ITO(Indium Tin Oxide)나 그래핀 등 전기적 특성이 중요한 제품들에 대하여 전체 면적에 대한 전기전도도의 균일성을 빠르게 측정하기 위한 방법으로 사용할 수 있다.The present invention can also be used as a method for quickly measuring the uniformity of electrical conductivity over the entire area for products in which electrical properties are important, such as ITO (Indium Tin Oxide) or graphene.

본 발명은 또한 비싼 가격에 구입하고 있는 다수 개의 계측기들을 하나로 통합함으로써 비용을 절감하고, 장비가 차지하는 공간을 줄일 수 있다. The present invention can also reduce the cost and reduce the space occupied by the equipment by integrating a plurality of instruments that are being purchased at an expensive price into one.

본 발명을 이용하면 반도체 제조공정의 인라인 모니터링을 통하여 품질관리가 조기에 이루어질 수 있으므로 반도체 불량률을 줄일 수 있고, 이에 따라 희토류 등 핵심재료들의 낭비를 줄이는 데 기여할 수 있다.If the present invention is used, quality control can be performed early through in-line monitoring of the semiconductor manufacturing process, thereby reducing the semiconductor defect rate and contributing to reducing waste of core materials such as rare earth.

도 1은 반도체용 에피택셜 웨이터의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 에피택셜 웨이퍼의 제조 사양을 예시로 나타낸 도면이다.
도 3은 에피웨이퍼의 물성, 특히 도핑 농도를 측정하는 종래의 4-point probe 방식의 개념도이다.
도 4는 도핑 농도와 비저항(Resistivity)의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 테라헤르츠(THz)파의 주파수 영역을 나타낸 도면이다.
도 6은 실리콘 도핑 농도에 따른 주파수별 흡수율과 흡수율 차이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 테라헤르츠(THz)파 분광기술기반 측정 장치의 개략도이다.
도 8은 테라헤르츠(THz)파 발생장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 테라헤르츠파 분광기반 박막 두께 및 물성 측정장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 10은 에피층에서의 테라헤르츠파 펄스의 입사파 및 반사파의 거동을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 에피웨이퍼에서 반사된 테라헤르츠파 신호의 그래프이다.
도 12는 Drude Model에 의한 반사율과 막 두께, 물성의 관계에 대한 수식을 나타낸 도면이다.
도 13은 Drude Model에 의한 수식을 나타낸 도면이다.
도 14은 연산장치(500)가 Drude Model을 이용하여 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 산출하는 순서도이다.
도 15는 Drude Model로 계산한 반사파 스펙트럼과 실제로 측정한 반사파의 스펙트럼을 함께 나타낸 그래프이다.
도 16는 실측 대상 에피웨이퍼의 다수 측정 지점들과 사양을 나타낸 것이다.
도 17은 Drude Model에 의해 반사율을 산정하기 위해, 실리콘 기판의 도핑 농도를 가정한 경우의 상수값들을 적용한 식들이다.
도 18은 실측값에 의한 반사율, Drude model에 의해 산출된 반사율, 그리고 그 차이를 그래프로 나타낸 것이다.
도 19은 본 발명의 방법 및 장치를 이용하여 도 18의 그래프에 도시한 바와 같이 산출한 에피층의 물리량을 타 장비들을 이용하여 실측한 값과 비교하여 나타낸 표이다.
1 is a view showing a cross-sectional structure of an epitaxial waiter for semiconductors.
2 is a view showing an example of the manufacturing specifications of the epitaxial wafer.
Figure 3 is a conceptual diagram of a conventional 4-point probe method for measuring the physical properties of the epiwafer, especially the doping concentration.
4 is a graph showing the correlation between the doping concentration and resistivity.
5 is a diagram showing a frequency region of terahertz (THz) waves.
6 is a graph showing a difference in absorption rate and absorption rate by frequency according to silicon doping concentration.
7 is a schematic diagram of a measurement device based on terahertz (THz) wave spectroscopy technology according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram schematically showing a terahertz (THz) wave generator.
9 is a perspective view of an embodiment of the apparatus for measuring the thickness and properties of a thin film based on terahertz spectrum of the present invention.
10 is a view schematically showing the behavior of the incident wave and the reflected wave of the terahertz wave pulse in the epi layer.
11 is a graph of the terahertz wave signal reflected from the epi wafer.
12 is a view showing a formula for the relationship between the reflectance, film thickness, and physical properties by the Drude Model.
13 is a view showing an equation by the Drude Model.
14 is a flowchart in which the computing device 500 calculates the film thickness d and the doping concentration N A using a Drude Model.
15 is a graph showing a spectrum of reflected waves actually calculated by a Drude Model and a spectrum of reflected waves actually measured.
16 shows the measurement points and specifications of the epi-wafer to be measured.
17 are equations in which constant values are applied when a doping concentration of a silicon substrate is assumed to calculate reflectance by a Drude Model.
FIG. 18 is a graph showing reflectance by measured values, reflectance calculated by the Drude model, and the difference.
FIG. 19 is a table showing the physical quantity of the epi layer calculated as shown in the graph of FIG. 18 using the method and apparatus of the present invention, compared with a value measured using other devices.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 또는 통신으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, it is not only "directly connected", but also "electrically or communicatively connected" with another element in between. Also includes. Also, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding other components, unless otherwise specified.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 장치와 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, the apparatus and method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 5에 도시된 바와 같이 테라헤르츠파는 적외선과 전자기파 사이 구간의 1012~1014 Hz의 테라(Tera)급 주파수를 가지는 것으로, 대상체의 전기적 특성에 따라 투과량 및 반사량이 달라지는 특성을 갖는다. 더욱이, 일반적인 광으로 투과되지 않는 불투명한 시료에 대해서도 투과를 할 수 있고, radio frequency에 비해서는 파장이 짧아 얇은 박막층의 두께를 측정할 수 있다는 장점이 있다.As shown in FIG. 5, the terahertz wave has a tera-level frequency of 10 12 ~ 10 14 Hz between the infrared and electromagnetic waves, and has a characteristic in which a transmission amount and a reflection amount vary according to an electrical characteristic of the object. Moreover, it is possible to transmit even an opaque sample that is not transmitted through normal light, and has a merit in that the thickness of the thin film layer can be measured because the wavelength is short compared to radio frequency.

도 6은 실리콘웨이퍼에서 high-doped Si과 low-doped Si에서 전자기파의 주파수별 흡수율의 관계를 보여주고 있는데, 테라헤르츠파 영역에서 그 흡수율의 차이가 가장 크다는 것을 알 수 있다. 도 6에서 확인할 수 있듯이, 테라헤르츠파는 실리콘 웨이퍼에 도핑된 에피층(epitaxial layer)의 도핑농도에 따라 흡수율이 크게 변하는 특징이 있으므로, 도핑 농도(전기전도도)를 감도 높게 측정할 수 있다. Figure 6 shows the relationship between the absorption rate of electromagnetic waves in high-doped Si and low-doped Si in a silicon wafer, and it can be seen that the difference in absorption rate is the largest in the terahertz wave region. As can be seen in FIG. 6, the terahertz wave has a characteristic in that the absorption rate is greatly changed according to the doping concentration of an epitaxial layer doped on a silicon wafer, and thus the doping concentration (electric conductivity) can be measured with high sensitivity.

본 발명은 테라헤르츠파를 에피웨이퍼 시료에 조사하고, 에피층과 기판층의 물리적 특성과 계면의 특성에 따라 반사파가 달라지는 사실을 이용하여, 반사파를 분석함으로써, 에피층(박막)의 두께와 물성(전기전도도, 도핑 농도, 저항)을 동시에 측정할 수 있는 방법과 장치를 제공한다.The present invention analyzes the reflected wave using the fact that the terahertz wave is irradiated to the epi wafer sample, and the reflected wave is changed according to the physical properties of the epi layer and the substrate layer, and the properties of the interface, so that the thickness and physical properties of the epi layer (thin film) are analyzed. Provided is a method and apparatus capable of simultaneously measuring (electric conductivity, doping concentration, resistance).

본 발명의 일 실시예에 의한 테라헤르츠파 분광기술기반 박막 측정장치는, 테라헤르츠파를 생성하는 테라헤르츠파 생성기; 테라헤르츠파를 박막 시료에 조사하고 그 반사파를 집광하기 위한 광학계; 상기 박막 시료에서 반사된 테라헤르츠파를 감지하는 테라헤르츠파 검출기; 상기 검출기 신호를 주파수 도메인(frequency domain)으로 변환하는 분광분석기; 및 상기 분광분석기 데이터로부터 박막의 두께와 도핑농도를 도출하는 Drude model 계산장치를 포함한다. 상기 테라헤르츠파는 광대역 펄스인 것을 특징으로 한다.A thin film measuring apparatus based on terahertz wave spectroscopy technology according to an embodiment of the present invention includes: a terahertz wave generator for generating terahertz waves; An optical system for irradiating terahertz waves to a thin film sample and condensing the reflected waves; A terahertz wave detector that senses the terahertz wave reflected from the thin film sample; A spectroscopic analyzer that converts the detector signal into a frequency domain; And a Drude model calculation device for deriving the thickness and doping concentration of the thin film from the spectrometer data. The terahertz wave is characterized in that it is a broadband pulse.

도 7은 본 발명의 테라헤르츠파 분광기술기반 박막 측정장치의 개략도이다. 도 7을 참조하면, 테라헤르츠파 생성기(100), 상기 테라헤르츠파 생성기로부터 생성된 테라헤르츠 파를 시료로 조사하는 제1 광학계(201), 박막 시료를 거치하고 XY 축 이동이 가능한 정밀 스테이지(300), 상기 시료에 조사되어 반사된 테라헤르츠파를 검출기로 가이드 하는 제2 광학계(202), 상기 반사된 테라헤르츠파를 검출하는 검출기(400) 및 상기 검출기에서 검출된 신호를 처리하여 박막의 두께와 물성을 산출하는 연산장치(500)를 포함한다.7 is a schematic diagram of a thin film measuring apparatus based on terahertz wave spectroscopy technology of the present invention. Referring to FIG. 7, a terahertz wave generator 100, a first optical system 201 for irradiating terahertz waves generated from the terahertz wave generator as a sample, a precision stage capable of mounting a thin film sample and moving the XY axis ( 300), a second optical system 202 that guides the terahertz waves reflected by the sample to the detector, a detector 400 for detecting the reflected terahertz waves, and a signal detected by the detector to process the thin film. It includes a computing device 500 for calculating the thickness and physical properties.

상기 연산장치(500)는 상기 검출기(400)가 검출한 테라헤르츠파 반사 신호를 처리하여 주파수 도메인(frequency domain)으로 변환하는 분광분석기; 및 상기 분광분석기가 도출한 주파수 데이터로부터 박막의 두께와 도핑 농도를 산출하는 Drude model 연산부를 포함한다. The computing device 500 includes a spectroscopic analyzer that processes the terahertz wave reflected signal detected by the detector 400 and converts it into a frequency domain; And a Drude model calculator that calculates the thickness and doping concentration of the thin film from the frequency data derived by the spectrometer.

이하, 각 구성요소의 구조와 작동 방식을 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and operation method of each component will be described in detail.

테라헤르츠파 생성기(100)는 도 7, 도 8에 도시된 바와 같이, 펨토초 펄스 광원(femtosecond pulse laser source), 상기 펨토초 펄스 광원에 반응하는 광전도체(photoconductor)를 포함하고, 광정류(optical rectification) 방식을 이용하여 테라헤르츠파를 발생시키는 장치이다. 도 8에 의하면, 펨토초 펄스는 PCA(photoconductive antenna)를 포함하는 테라헤르츠 에미터(THz emitter)에 조사된 후, 테라헤르츠파 펄스가 생성된다. The terahertz wave generator 100 includes a femtosecond pulse laser source, a photoconductor responsive to the femtosecond pulse light source, and optical rectification, as shown in FIGS. 7 and 8. ) Is a device that generates terahertz waves using a method. According to FIG. 8, a femtosecond pulse is irradiated to a terahertz emitter including a photoconductive antenna (PCA), and then a terahertz wave pulse is generated.

한편, 도 7에 의하면 상기 펨토초 펄스 광원으로부터 나온 펨토초 펄스는 빔 스플리터에 의해 분기되어 일부는 검출기로 안내되어 프로브 빔(probe beam)으로 기능하고, 다른 일부는 지연 스테이지(delay stage)를 거쳐 테라헤르츠 에미터(THz emitter)에 조사되어 테라헤르츠파 펄스 발생을 위한 펌프광으로 기능한다. 상기 펨토초 펄스에 의해 테라헤르츠 에미터에서 발생한 테라헤르츠파 펄스는 제1 광학계(201)에 의해 집속되어 시료의 특정 위치에 조사되고 에피층의 상하부 계면에서 반사된 후 제2광학계(202)에 의해 검출기(400)로 가이드되어 반사광의 세기가 검출된다. 프로브 빔은 시료에 의해 반사된 테라헤르츠파 보다 먼저 검출기에 도달하여 테라헤르츠파 검출의 기준시점을 설정하는 역할을 한다. Meanwhile, according to FIG. 7, the femtosecond pulse from the femtosecond pulse light source is branched by a beam splitter, some of which are guided to a detector, functioning as a probe beam, and the other part through a delay stage through terahertz. It is irradiated to the emitter (THz emitter) and functions as a pump light for generating terahertz wave pulses. The terahertz wave pulse generated in the terahertz emitter by the femtosecond pulse is focused by the first optical system 201, irradiated to a specific location of the sample, and reflected by the upper and lower interfaces of the epi layer, and then by the second optical system 202. Guided to the detector 400, the intensity of the reflected light is detected. The probe beam reaches the detector prior to the terahertz wave reflected by the sample, and serves to set a reference point for terahertz wave detection.

도 10은 에피층에서의 테라헤르츠파 펄스의 입사 및 반사파의 거동을 도식적으로 나타낸 도면이다. 도 10에 의하면, 테라헤르츠파 생성기(100)로부터 나온 테라헤르츠파 펄스는 시료에 조사되어, 시료 표면, 즉 에피층의 상부 표면에서 반사된 제1반사파(반사율 R12)와, 에피층을 투과한 후 에피층과 1차 성장층의 계면에서 반사되어 나온 제2반사파(반사율 R23)가 중첩되어 전체 반사파(최종반사율 R123)를 구성한다. 제2 광학계(202)는 시료에서 상기 반사된 테라헤르츠파(전체 반사파)를 집속하여 검출기(400)로 가이드하고, 검출기는 반사파의 세기를 측정한다. 10 is a diagram schematically showing the behavior of incident and reflected waves of a terahertz wave pulse in an epi layer. According to FIG. 10, the terahertz wave pulse from the terahertz wave generator 100 is irradiated to the sample, and transmits the first reflected wave (reflectance R 12 ) reflected from the sample surface, that is, the upper surface of the epi layer, and the epi layer. After that, the second reflected wave (reflectance R 23 ) reflected from the interface between the epi layer and the primary growth layer is overlapped to form the entire reflected wave (final reflectance R 123 ). The second optical system 202 focuses the reflected terahertz wave (total reflected wave) on the sample to the detector 400, and the detector measures the intensity of the reflected wave.

에피층의 두께가 수 μm 정도로 얇을 경우, 상기 제1 반사파와 제2 반사파는 시간적으로 뚜렷이 분리되지 않고 도 11에서와 같이 거의 시간차가 없이 검출된다. 따라서 제1 및 제2 반사파의 시간차를 식별하여 에피층의 두께를 산출하는 종래의 기술을 사용할 경우에는, 박막의 두께가 얇은 경우 정확도가 떨어지게 된다. When the thickness of the epi layer is as thin as several μm, the first reflected wave and the second reflected wave are not clearly separated in time and are detected with little time difference as shown in FIG. 11. Therefore, when using the conventional technique of calculating the thickness of the epi layer by identifying the time difference between the first and second reflected waves, the accuracy decreases when the thickness of the thin film is thin.

그러므로 시간축에서 구분되지 않는 반사파 파형으로부터 막 두께와 도핑 농도를 구하기 위한 방법이 필요하며, 본 발명에서는 Drude model을 사용한 시뮬레이션 값과 실제로 검출한 반사파의 차이를 최소자승법(least square method)으로 정량화하고, 이 차이가 일정 오차 이내가 되는 시뮬레이션 값을 취하여 막 두께와 도핑 농도를 구한다. Therefore, there is a need for a method for obtaining film thickness and doping concentration from reflected wave waveforms that are not distinguished in the time axis. In the present invention, the difference between the simulated value using the Drude model and the actually detected reflected wave is quantified using a least square method, The film thickness and the doping concentration are obtained by taking a simulation value in which the difference is within a certain error.

도 12는 Fresnel's equation에 의한 반사율의 수학식 1 내지 3과, Drude Model을 박막층에 적용하여 물성을 구하기 위한 수식 4, 5를 나타내고 있다. 도 12의 수학식을 이용한 시뮬레이션에 의해 반사율 R123를 연산할 수 있다. 12 shows Equations 1 to 3 of reflectance by Fresnel's equation and Equations 4 and 5 for obtaining physical properties by applying a Drude Model to a thin film layer. Reflectance R 123 may be calculated by simulation using the equation of FIG. 12.

도 12를 참조하여 상세히 설명하면, 1차 성장층인 high doped substrate(P+) 상에 low doped epi-layer(P-)층(에피층)이 있는 구조에서, 입사된 THz파의 최종 반사율 R123는 에피층 표면에서 반사된 제1 반사파의 반사율 R12와 에피층을 투과한 후 1차 성장층과의 계면에서 반사되어 나온 제2 반사파의 반사율 R23 및 ??2 의 관계에 따른 아래 수학식 (1)에 의해 결정된다.Referring to FIG. 12 in detail, in a structure having a low doped epi-layer (P-) layer (epi layer) on a high doped substrate (P+), which is a primary growth layer, the final reflectance of incident THz wave R 123 Reflects the reflectance R 12 of the first reflected wave reflected from the surface of the epi layer and the reflectance R 23 of the second reflected wave reflected from the interface with the primary growth layer after passing through the epi layer and ?? It is determined by the following equation (1) according to the relationship of 2 .

Figure 112019111750357-pat00001
(1)
Figure 112019111750357-pat00001
(One)

Figure 112019111750357-pat00002
(1-1)
Figure 112019111750357-pat00002
(1-1)

이다. 여기에서, d는 박막(2차성장층)의 두께이고,

Figure 112019111750357-pat00003
는 2차 성장층(에피층)의 복소굴절율,
Figure 112019111750357-pat00004
는 파장이고,
Figure 112019111750357-pat00005
이고,
Figure 112019111750357-pat00006
는 테라헤르츠파 펄스의 에피층(박막)으로의 입사각이다(도 10 참조). to be. Here, d is the thickness of the thin film (secondary growth layer),
Figure 112019111750357-pat00003
Is the complex refractive index of the secondary growth layer (epi layer),
Figure 112019111750357-pat00004
Is the wavelength,
Figure 112019111750357-pat00005
ego,
Figure 112019111750357-pat00006
Is the angle of incidence of the terahertz wave pulse to the epi layer (thin film) (see FIG. 10).

스넬의 굴절 법칙과 삼각함수의 법칙을 이용하여, 도 12의 식 (1-1)로부터 다음의 식 (1-1-1)을 유도할 수 있다. The following equation (1-1-1) can be derived from equation (1-1) in FIG. 12 using Snell's law of refraction and the law of trigonometric functions.

Figure 112019111750357-pat00007
식 (1-1-1)
Figure 112019111750357-pat00007
Equation (1-1-1)

한편, 반사율 R12 은 식(2), 반사율 R23 는 식 (3)으로 표시될 수 있으며, 이 식의 유도는 Fesnel's equation에 스넬의 법칙과 삼각함수의 법칙을 적용하여 유도한 것이다.On the other hand, the reflectance R 12 can be represented by Equation (2) and the reflectance R 23 by Equation (3), and the derivation of this equation is derived by applying Snell's law and trigonometric law to Fesnel's equation.

Figure 112020019420776-pat00008
Figure 112020019420776-pat00008

Figure 112019111750357-pat00009
Figure 112019111750357-pat00009

식 (1) 내지 (3)에 의하면, 반사율 R123는 입사각 θ1, 진공중의 굴절율 n1, 측정대상인 상부의 박막의 복소굴절율

Figure 112019111750357-pat00010
, 하부의 기판층의 복소굴절율
Figure 112019111750357-pat00011
에 의해 결정됨을 알 수 있다.According to equations (1) to (3), the reflectance R 123 is the incident angle θ 1 , the refractive index n1 in vacuum, and the complex refractive index of the upper thin film to be measured.
Figure 112019111750357-pat00010
, Complex refractive index of the underlying substrate layer
Figure 112019111750357-pat00011
It can be seen that is determined by.

입사각과 진공 중의 굴절율은 정해져 있으므로, 복소굴절율

Figure 112019111750357-pat00012
,
Figure 112019111750357-pat00013
에 의해 R123는 결정되는데, 이는 도 13에 기재된 Drude Model에 의해 산출된다.Since the angle of incidence and the refractive index in the vacuum are fixed, the complex refractive index
Figure 112019111750357-pat00012
,
Figure 112019111750357-pat00013
R 123 is determined by, which is calculated by the Drude Model described in FIG. 13.

Figure 112019111750357-pat00014
의 경우, 도 13에 기재된 Drude Model에 의하면, 2차 성장층의 복소굴절율(
Figure 112019111750357-pat00015
)은 다음의 식 (4)와 같다.
Figure 112019111750357-pat00014
In the case of, according to the Drude Model described in Figure 13, the complex refractive index of the secondary growth layer (
Figure 112019111750357-pat00015
) Is as in the following equation (4).

Figure 112019111750357-pat00016
Figure 112019111750357-pat00016

여기에서, NA 는 에피층(2차성장층)의 도핑 농도,ω는 angular frequency, Here, N A is the doping concentration of the epi layer (secondary growth layer), ω is the angular frequency,

ρDC는 비저항(resistivity)이고, ωp 는 plasma frequency, ε0 는 진공에서의 유전상수이고, meff는 charge carrier의 유효 질량이고, ν는 collision frequency이고, e는 전자의 전하량이다. 다른 값들은 입력되지만, NA 는 시뮬레이션을 위해 임의로 설정되는데, 이에 대해서는 후술한다. ρ DC is the resistivity, ω p is the plasma frequency, ε0 is the dielectric constant in vacuum, m eff is the effective mass of the charge carrier, ν is the collision frequency, and e is the electron charge. Other values are input, but N A is arbitrarily set for simulation, which will be described later.

1차 성장층인 기판의 복소굴절율

Figure 112019111750357-pat00017
에 대해서도 동일한 식이 적용될 수 있고, 다만 각 값이 달라질 뿐이다. 즉, 1차 성장층(기판층)의 도핑 농도, 비저항, 플라즈마 주파수 등이 변수가 된다.
Figure 112019111750357-pat00018
는 알려진 수치(상수값)와 기판층의 도핑농도를 입력하여 산출할 수 있다. 다만, 그 값을 확보하지 못한 경우 시뮬레이션 값으로 같이 넣어 산출되는 것도 고려될 수 있다. Complex refractive index of the substrate as the primary growth layer
Figure 112019111750357-pat00017
The same equation can be applied to, but each value is only different. That is, the doping concentration, specific resistance, plasma frequency, etc. of the primary growth layer (substrate layer) are variables.
Figure 112019111750357-pat00018
Can be calculated by inputting a known value (constant value) and the doping concentration of the substrate layer. However, if the value is not secured, it may be considered to be calculated by putting it as a simulation value.

도 12에서 확인할 수 있듯이, 반사율을 구하는 식 1 내지 3에는 에피층의 막두께 d가 포함되어 있고, 박막의 복소굴절율

Figure 112019111750357-pat00019
는 Drude Model에 의해 도핑 농도 NA에 의존하므로, d와 NA를 가정하면 복소 함수로 반사율이 계산될 수 있다. 그러므로 Drude 모델에 의한 도핑 농도와, 막 두께를 가정하여 상기 식 1, 1-1-1, 2, 3, 4, 5를 이용한 시뮬레이션에 의해 반사율 스펙트럼을 산출할 수 있다. As can be seen in FIG. 12, the film thickness d of the epi layer is included in Equations 1 to 3 for obtaining the reflectance, and the complex refractive index of the thin film
Figure 112019111750357-pat00019
Is dependent on the doping concentration N A by the Drude Model, so assuming d and N A the reflectance can be calculated as a complex function. Therefore, assuming the doping concentration and film thickness by the Drude model, the reflectance spectrum can be calculated by simulation using Equations 1, 1-1-1, 2, 3, 4, and 5 above.

한편, 상기 반사율 R123은 앞에서 설명한 제1반사파와 제2반사파가 중첩된 전체 테라헤르츠 반사파의 반사율인데, 검출기에서 검출되는 값은 정규화(normalize) 되지 않은 반사파의 세기이므로, 반사율 R123 =(측정 시료의 반사파 세기)/(기준 시료의 반사파 세기)를 구하기 위해 기준이 되는 반사파가 필요하다. 기준이 되는 반사파의 세기는 기준 시료 웨이퍼를 이용하여 측정한다. 기준 시료는 완전 반사체, 예를 들어 금으로 표면이 코팅된 웨이퍼를 본 발명의 테라헤르츠파 측정장치를 이용하여 측정한다.On the other hand, the reflectance R 123 is the reflectance of the entire terahertz reflected wave in which the first and second reflected waves are overlapped. The value detected by the detector is the intensity of the reflected wave that is not normalized, so the reflectance R 123 = (measurement The reflected wave intensity of the sample)/(reflected wave intensity of the reference sample) is required as a reference. The intensity of the reflected wave as a reference is measured using a reference sample wafer. The reference sample is measured using a terahertz wave measuring device of the present invention for a wafer having a surface coated with a complete reflector, for example, gold.

검출기(400)에서 검출된 테라헤르츠 반사파 검출값은 연산장치(500)로 전달되고, 연산장치(500)는 에피웨이퍼 시료에서 반사된 테라헤르츠파 신호를 처리하여 상기 식의 원리로부터 에피웨이퍼의 에피층의 물리량을 산출한다.The terahertz reflected wave detection value detected by the detector 400 is transmitted to the computing device 500, and the computing device 500 processes the terahertz wave signal reflected from the epi wafer sample to epitaxial the epi wafer from the above principle. Calculate the physical quantity of the layer.

FFT(fast Fourier transformation)에 의해 주파수 도메인 값으로 변환된 후 기준 신호로 나누어 정규화하면 주파수별 반사율 R123이 산정된다. 여기에서 기준 신호는 기준 시료의 반사파 세기를 FFT(fast Fourier transformation)에 의해 주파수 도메인 값으로 변환한 것이다. 도 15의 파란색 곡선은 이런 방식으로 정규화(normalize)하여 산출된 주파수별 반사율 스펙트럼 (R123)을 나타낸 것이다. After transforming into a frequency domain value by FFT (fast Fourier transformation) and dividing it into a reference signal and normalizing it, the reflectance for each frequency R 123 is calculated. Here, the reference signal is obtained by converting the reflected wave intensity of the reference sample into a frequency domain value by fast Fourier transformation (FFT). The blue curve of FIG. 15 shows the reflectance spectrum (R 123 ) for each frequency calculated by normalizing in this way.

도 14은 연산장치(500)가 Drude Model을 이용하여 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 산출하는 순서도이다. 도 14을 참조하면, 연산장치(500)가 Drude Model을 이용하여 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 산출하는 방법은, 검출기에서 검출된 테라헤르츠 반사파 신호를 획득하는 단계; 획득한 반사파 신호를 FFT(Fast Fourier Transformation) 처리하는 단계; FFT에 의해 변환된 신호를 기준 신호(별도로 검출된 기준 시료의 반사파 세기를 FFT 처리한 값)로 나누어 시료의 실측 반사율을 계산하는 정규화(Normalization) 단계; 및 산정된 시료의 실측 반사율을 Drude Model에 의한 시뮬레이션값 Rs와 비교하여 최소자승법에 의해 시료의 물리량을 산출하는 단계;를 포함한다. 14 is a flowchart in which the computing device 500 calculates the film thickness d and the doping concentration N A using a Drude Model. Referring to FIG. 14, a method in which the computing device 500 calculates a film thickness d and a doping concentration N A using a Drude Model includes: obtaining a terahertz reflected wave signal detected by a detector; Processing the acquired reflected wave signal by Fast Fourier Transformation (FFT); A normalization step of calculating the measured reflectance of the sample by dividing the signal converted by the FFT by a reference signal (the value of the reflected wave intensity of the separately detected reference sample FFT processed); And calculating the physical quantity of the sample by a least squares method by comparing the measured reflectance of the calculated sample with a simulation value Rs by the Drude Model.

최소자승법에 의해 시료의 물리량을 산출하는 단계는, 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 설정하는 단계; 설정된 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 Drude Model에 대입하여 시뮬레이션한 반사율(Rs)를 계산하는 단계, R123 와 Rs의 차이에 의한 최소자승법 계산값 R2를 계산하는 단계; 최소자승법에 의한 계산값 R2 가 소정 오차 인 기준값 보다 작은지 여부를 확인하는 단계; 및 계산값 R2 가 소정 오차 인 기준값 보다 작다면 설정한 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 시료의 막두께 d와 도핑 농도 NA 로 결정하고 계산을 종료하는 단계;를 포함한다. 만약, 계산값 R2 가 소정 오차인 기준값 이상이라면 최소자승법에 의해 시료의 물리량을 산출하는 단계를 기준값 보다 작은 값이 나올 때까지 반복한다. The step of calculating the physical quantity of the sample by the least squares method includes: setting the film thickness d and the doping concentration N A ; Calculating the simulated reflectance (Rs) by substituting the set film thickness d and the doping concentration N A into the Drude Model, and calculating the least square method calculation value R 2 by the difference between R 123 and Rs; Checking whether the calculated value R 2 by the least squares method is smaller than a reference value that is a predetermined error; And if the calculated value R 2 is smaller than the reference value, which is a predetermined error, determining the set film thickness d and the doping concentration N A as the film thickness d of the sample and the doping concentration N A and ending the calculation. If the calculated value R 2 is greater than or equal to a predetermined error, the step of calculating the physical quantity of the sample by the least squares method is repeated until a value smaller than the reference value is obtained.

도 14을 참조하여 상술한 Drude Model을 이용하여 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 산출하는 방법을 단계별로 상세히 설명한다. A method of calculating the film thickness d and the doping concentration N A using the above-described Drude Model will be described in detail step by step with reference to FIG. 14.

먼저, 연산장치(500)는 검출기에서 검출된 테라헤르츠 반사파 신호를 획득한다. 검출기는 테라헤르츠 반사파를 전기적 신호로 검출한다. 검출된 신호 파형은 시간 영역에서의 반사파 세기를 나타낸다. First, the computing device 500 acquires the terahertz reflected wave signal detected by the detector. The detector detects terahertz reflected waves as electrical signals. The detected signal waveform represents reflected wave intensity in the time domain.

연산장치(100)에 포함된 분광분석기는 획득한 반사파 신호를 FFT(Fast Fourier Transformation) 처리하여 주파수 도메인 신호로 변환한다. 이러한 FFT는 분광분석기에 의해 이루어지는데, 별도의 분광분석기 없이 단일 연산장치에 의해 이루어질 수도 있다. 즉, 테라헤르츠파 펄스는 광대역(broadband)로서 다양한 주파수 성분을 포함하되, 중심 주파수는 테라헤르츠 영역에 속한다. 에피층에 조사된 테라헤르츠파 펄스는 에피층에서 일부 흡수되면서 반사되는데 주파수 성분에 따라 그 흡수율은 달라진다. 이러한 주파수별 흡수 factor인 도핑 농도/비저항은 Drude Model에서 최종적으로 주파수별 반사율에 반영되고 막두께 d 또한 ?읏? 의해 반사율에 반영된다. The spectrometer included in the computing device 100 converts the obtained reflected wave signal into a frequency domain signal by processing Fast Fourier Transformation (FFT). This FFT is performed by a spectroscopic analyzer, but may be performed by a single computing device without a separate spectroscopic analyzer. That is, the terahertz wave pulse is a broadband, and includes various frequency components, but the center frequency belongs to the terahertz region. The terahertz wave pulses irradiated to the epi layer are partially absorbed and reflected by the epi layer, but the absorption rate varies depending on the frequency component. The doping concentration/resistivity, which is the absorption factor for each frequency, is finally reflected in the reflectance for each frequency in the Drude Model, and the film thickness d is also? By reflectance.

시료의 반사율을 계산하기 위해, 푸리에 변환된 반사파 신호를 주파수별로 기준 신호(기준 시료의 반사광 세기를 FFT 처리한 값)로 나누는 정규화(Normalization) 단계를 거쳐 실측 반사율 스펙트럼 R123를 산출한다.In order to calculate the reflectance of the sample, the measured reflectance spectrum R 123 is calculated through a normalization step of dividing the Fourier transformed reflected wave signal into a reference signal (a value obtained by performing FFT on the reflected light intensity of the reference sample) for each frequency.

다음으로, Drude Model에 임의의 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 대입하여 반사율의 시뮬레이션값 Rs를 계산하고, R123 와 Rs의 차이를 최소자승법에 따라 계산하여, 최소자승법에 의한 계산값 R2 가 소정의 오차 범위 내로 들어올 때까지 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 변경하면서 반복 계산을 수행한다. 이러한 최소자승법에 의한 과정은 계산값 R2 가 최소가 되는 변수값을 찾기 위해 변수값을 변경해가면서 수행하는 과정이다. Next, the random value d and the doping concentration N A are substituted into the Drude Model to calculate the simulation value Rs of the reflectance, and the difference between R 123 and Rs is calculated according to the least squares method, and the calculated value R 2 by the least squares method. Iterative calculation is performed while changing film thickness d and doping concentration N A until is within a predetermined error range. The process by the least squares method is a process performed by changing the variable value in order to find the variable value where the calculated value R 2 is the minimum.

계산 결과값인 R2가 소정의 오차 범위 내로 들어오면 그 때의 막두께 d와 도핑 농도 NA를 시료의 막두께와 도핑 농도로 산출하고 계산을 종료한다. When the calculated result R 2 falls within a predetermined error range, the film thickness d and the doping concentration N A at that time are calculated as the film thickness and the doping concentration of the sample, and the calculation ends.

도 15는 주파수별(가로축) 반사율의 실측값(R123, 파란색)과 Drude Model에 의한 시뮬레이션 값(Rs, 빨간색), 그리고 두 값의 차이(초록색)를 도시한 그래프이다. 빨간색으로 표시된 그래프는 연산장치가 설정한 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 Drude Model(도 12의 식 1 내지 3 참조)에 대입하여 계산한 시뮬레이션 반사율(Rs)이다. 15 is a graph showing the measured value (R 123, blue) of the reflectance by frequency (horizontal axis), the simulation value (Rs, red) by the Drude Model, and the difference (green) between the two values. The graph shown in red is a simulated reflectance (Rs) calculated by substituting the film thickness d and the doping concentration N A set by the calculator into the Drude Model (see equations 1 to 3 in FIG. 12).

본 명세서 전체에 걸쳐, Rs는 Drude model에 기초하여 도 12의 식 1에 의해 R123를 계산한 시뮬레이션 반사율을 의미한다. Throughout this specification, Rs refers to a simulated reflectance in which R 123 is calculated by Equation 1 of FIG. 12 based on the Drude model.

본 발명의 방법 및 장치에 의해 측정된 박막의 두께와 도핑 농도를 산출한 후, 도핑 농도와 비저항(Resistivity)의 상관 관계를 나타낸 도 4의 관계성에 기초하여 도핑 농도로부터 비저항과 전기전도도를 간단히 산출할 수 있다. After calculating the thickness and the doping concentration of the thin film measured by the method and apparatus of the present invention, the specific resistance and electrical conductivity are simply calculated from the doping concentration based on the relationship of FIG. 4 showing the correlation between the doping concentration and the resistivity. can do.

이처럼 본 발명의 테라헤르츠파 분광기술 기반 박막 두께 및 물성(도핑 농도, 전기전도도) 측정 장치는 단일 장치에 의해 박막의 두께와 물성을 동시에 측정할 수 있어, 장비가 차지하는 공간을 절약할 수 있고, 테라헤르츠파 반사광 검출 및 연산에 의해 빠른 시간 내에 물리량 측정이 가능하다. As described above, the thin film thickness and physical property (doped concentration, electrical conductivity) measurement device based on the terahertz wave spectroscopy technology of the present invention can simultaneously measure the thickness and physical properties of the thin film by a single device, thereby saving space occupied by equipment. It is possible to measure physical quantity in a short time by detecting and calculating terahertz wave reflected light.

상기 시료가 거치되는 정밀 스테이지는 XY축으로 2차원 정밀 이동이 가능하여 에피 웨이퍼 전체면에 대해 빠른 시간 내에 박막 두께와 물성을 비접촉 측정할 수 있어, 공정 중에 실시간 측정이 가능하다. 즉, CVD, ALD 등 성막장비의 In-situ 모니터링 계측기로도 이용될 수 있어, 박막 제조 공정의 품질 관리를 향상시킬 수 있다. 이하에서, 본 발명의 방법 및 장치를 이용하여, 실제 에피웨이퍼의 에피층 두께와 도핑 농도를 측정하였다. The precision stage on which the sample is mounted is capable of two-dimensional precision movement in the XY axis, so that the thickness and physical properties of the thin film can be measured in a non-contact manner in a short time on the entire surface of the epi wafer. That is, it can be used as an in-situ monitoring instrument for film-forming equipment such as CVD and ALD, thereby improving the quality control of the thin film manufacturing process. Hereinafter, using the method and apparatus of the present invention, the epilayer thickness and doping concentration of the actual epiwafer were measured.

도 16 내지 17은 본 발명의 테라헤르츠파 분광기술기반 박막의 물리량 측정 방법과 장치를 이용하여 에피웨이퍼의 물리량을 실측한 과정과 결과를 나타낸 것이다. 도 16는 실측 대상 에피웨이퍼의 다수 측정 지점들과 사양을 나타낸 것이다. 상부의 표는 FTIR, CV 등의 방법에 의해 각기 측정된 두께와 도핑 농도이고, 우측 하부의 표는 본 발명의 방법에 의해 측정된 값이다. 16 to 17 show the process and results of measuring the physical quantity of the epiwafer using the method and apparatus for measuring the physical quantity of the thin film based on the terahertz wave spectroscopy technology of the present invention. 16 shows the measurement points and specifications of the epi-wafer to be measured. The upper table is the thickness and the doping concentration respectively measured by a method such as FTIR, CV, etc., and the lower right table is a value measured by the method of the present invention.

도 17은 반사율을 산정하기 위해, Drude Model에 의한 ε을 구하기 위한 상수값을 적용한 것이다. FIG. 17 is a constant value for obtaining ε by the Drude Model to calculate reflectance.

도 18은 시뮬레이션 값과 측정 값을 비교하여 측정하기 위해 실측값과 산출된 반사율의 최소자승법에 의한 계산값 R2 를 그래프로 나타낸 것이다. 도 18의 그래프를 이용하여 산출한 에피층의 두께 및 농도는 도 19의 표에 나타난 바와 같다. 도 19은 타 장비들을 이용하여 실측한 값과 본 발명의 방법 및 장치를 이용하여 산출한 에피층의 두께 및 도핑 농도를 나타낸 표이다.FIG. 18 is a graph showing the calculated value R 2 by the least square method of the measured value and the calculated reflectance in order to compare and measure the simulation value and the measured value. The thickness and concentration of the epi layer calculated using the graph of FIG. 18 are as shown in the table of FIG. 19. 19 is a table showing values measured using other equipment and thicknesses and doping concentrations of epilayers calculated using the method and apparatus of the present invention.

표에서 알 수 있듯이 2개의 물리량을 동시에 측정하면서도 다른 장비들에 의한 측정값과 오차가 매우 작음을 확인할 수 있다. As can be seen from the table, it can be confirmed that while measuring two physical quantities simultaneously, the measured values and errors by other equipment are very small.

본 발명의 장치 및 방법은 에피웨이퍼 뿐 아니라 그래핀, ITO, 태양전지 셀, 이자전지막 등의 물리량을 측정할 수 있다. The apparatus and method of the present invention can measure physical quantities such as graphene, ITO, solar cell, and secondary battery film as well as epi wafers.

또한, 본 발명은 Drude model에 입각한 측정 알고리즘을 사용함으로써 테라헤르츠파의 파장 보다 얇은 박막의 특성도 정밀하게 측정할 수 있다.In addition, the present invention can precisely measure the properties of thin films thinner than the wavelength of terahertz waves by using a measurement algorithm based on the Drude model.

본 발명의 일 실시예에 의한 테라헤르츠파 기반 박막 측정장치는 테라헤르츠파가 대기 중의 수증기에 흡수되어 측정 정밀도가 저하되는 것을 방지하기 위하여 건조챔버(dry chamber)를 구비하고 광학계들을 상기 건조챔버 안에 설치할 수 있다. The terahertz wave-based thin film measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a dry chamber to prevent terahertz waves from being absorbed by water vapor in the atmosphere and deteriorating measurement accuracy, and optical systems are placed in the drying chamber. Can be installed.

또한, X-Ray와 같은 전리선(ionizing wave)은 검사시료에 열적반응과 더불어 원자단위에 영향을 미칠 수 있지만, 테라헤르츠 파는 비전리선(non-ionizing wave)이기 때문에 낮은 에너지 수준에서 시료를 검사할 수 있는 매우 큰 장점을 가진다.In addition, ionizing waves such as X-Ray can affect atomic units in addition to thermal reactions to test samples, but terahertz waves are non-ionizing waves, so samples are tested at low energy levels. It has a very big advantage to do.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The above description of the present invention is for illustration only, and those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified to other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be interpreted that all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. do.

Claims (10)

박막의 물리량을 측정하기 위한 박막 측정장치로서,
테라헤르츠파 펄스를 생성하는 테라헤르츠파 생성기;
상기 박막이 형성된 시료를 거치하는 정밀 스테이지;
시료에 조사되어 반사된 테라헤르츠파를 감지하는 검출기; 및
상기 검출기에서 검출된 신호를 처리하는 연산장치;를 포함하고,
상기 연산장치는 상기 검출된 신호로부터 산정된 박막의 실측 반사율에 근사하도록 시뮬레이션 반사율을 계산함으로써 박막의 물리량을 산출하되,
상기 시뮬레이션 반사율은 박막의 막두께와 도핑 농도를 가정하여 계산되고,
박막의 물리량은, 상기 시뮬레이션 반사율과 박막의 실측 반사율의 차이값이 기준값 보다 작은 경우의 막두께와 도핑 농도에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 박막 측정장치.
A thin film measuring device for measuring the physical quantity of a thin film,
A terahertz wave generator that generates a terahertz wave pulse;
A precision stage that mounts the sample on which the thin film is formed;
A detector that detects terahertz waves reflected by the sample; And
Includes; a computing device for processing the signal detected by the detector,
The computing device calculates the physical quantity of the thin film by calculating the simulated reflectance to approximate the measured reflectance of the thin film calculated from the detected signal,
The simulation reflectance is calculated by assuming the film thickness and doping concentration of the thin film,
The physical quantity of the thin film is calculated based on the film thickness and the doping concentration when the difference between the simulated reflectance and the measured reflectance of the thin film is smaller than the reference value.
제1항에 있어서,
테라헤르츠파를 집속하여 박막 시료로 조사하고, 박막 시료에서 반사된 테라헤르츠파를 검출기로 가이드하는 광학계;를 더 포함하고,
상기 연산장치는 박막의 막두께와 도핑 농도를 설정하고, 설정된 막두께와 도핑 농도를 Drude Model에 대입하여 시뮬레이션 반사율을 계산하고, 시뮬레이션 반사율과 상기 실측 반사율의 차이값이 기준값 보다 작을 경우 설정된 막두께와 도핑 농도를 박막의 막두께와 도핑 농도로 결정하는 것을 특징으로 하는 박막 측정장치.
According to claim 1,
The optical system for focusing the terahertz wave to irradiate the thin film sample and guiding the terahertz wave reflected from the thin film sample to the detector.
The computing device sets the film thickness and doping concentration of the thin film, calculates the simulation reflectance by substituting the set film thickness and doping concentration into the Drude Model, and sets the film thickness when the difference between the simulated reflectance and the measured reflectance is less than the reference value. And a doping concentration is determined by a film thickness and a doping concentration of the thin film.
제1항에 있어서,
상기 연산장치는 검출된 테라헤르츠파 신호를 FFT(fast Fourier transformation) 변환 후 기준 신호로 나누어 정규화(normalization)하여 박막의 실측 반사율 스펙트럼을 산출하고, 상기 실측 반사율 스펙트럼에 근사하도록 Drude Model에 의해 반사율 스펙트럼(Rs)을 시뮬레이션함으로써 박막의 물리량을 산출하는 박막 측정장치.
According to claim 1,
The arithmetic unit divides the detected terahertz wave signal into a reference signal after FFT (fast Fourier transformation) conversion and normalizes to calculate the measured reflectance spectrum of the thin film, and reflects the spectra by Drude Model to approximate the measured reflectance spectrum. A thin film measuring device that calculates the physical quantity of a thin film by simulating (Rs).
제1항에 있어서,
상기 테라헤르츠파는 중심주파수가 1 내지 100 테라헤르츠인 광대역 펄스이고,
상기 박막의 물리량은 박막의 두께, 도핑 농도, 전기전도도, 비저항 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 박막 측정장치.
According to claim 1,
The terahertz wave is a broadband pulse having a center frequency of 1 to 100 terahertz,
The thin film measuring device, characterized in that the physical quantity of the thin film is at least one of the thickness, doping concentration, electrical conductivity, and resistivity of the thin film.
제1항에 있어서,
상기 연산장치는 시뮬레이션 반사율과 박막의 실측 반사율의 차이값을 정량화하는 것을 특징으로 하는 박막 측정장치.
According to claim 1,
The computing device is a thin film measuring device characterized in that to quantify the difference between the simulated reflectivity and the actual reflectance of the thin film.
테라헤르츠파 생성기, 박막 시료를 거치하는 정밀 스테이지, 박막 시료에 조사되어 반사된 테라헤르츠파를 감지하는 검출기 및 상기 검출기에서 검출된 신호를 처리하는 연산장치를 포함하는 박막 측정장치를 이용하여 박막의 물리량을 측정하는 방법으로서,
테라헤르츠파 생성기가 광대역 테라헤르츠 펄스를 생성하는 단계;
상기 테라헤르츠 펄스를 박막 시료에 조사하는 단계;
검출기가 박막 시료에 의해 반사된 테라헤르츠 반사파를 검출하는 단계; 및
상기 테라헤르츠 반사파로부터 산출된 실측 반사율에 근사하도록 시뮬레이션 반사율을 계산함으로써 박막의 물리량을 산출하는 단계;를 포함하고,
상기 시뮬레이션 반사율은 박막의 막두께와 도핑 농도를 가정하여 계산되고,
박막의 물리량은, 상기 시뮬레이션 반사율과 박막의 실측 반사율의 차이값이 기준값 보다 작은 경우의 막두께와 도핑 농도에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 박막 측정 방법.
Terahertz wave generator, a precision stage for mounting a thin film sample, a thin film measuring device using a thin film measuring device including a detector for detecting the reflected terahertz wave irradiated on the thin film sample and a signal processing device detected by the detector As a method of measuring the physical quantity,
A terahertz wave generator generating a broadband terahertz pulse;
Irradiating the terahertz pulse to a thin film sample;
A detector detecting terahertz reflected waves reflected by the thin film sample; And
Including; calculating the physical quantity of the thin film by calculating a simulation reflectance to approximate the measured reflectance calculated from the terahertz reflected wave;
The simulation reflectance is calculated by assuming the film thickness and doping concentration of the thin film,
The physical quantity of the thin film is calculated based on the film thickness and the doping concentration when the difference between the simulated reflectance and the measured reflectance of the thin film is smaller than the reference value.
제6항에 있어서,
상기 박막의 물리량을 산출하는 단계는,
박막의 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 설정하는 단계;
설정된 막두께 d와 도핑 농도 NA를 대입하여 시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)을 계산하는 단계; 및
시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)과 상기 실측 반사율 스펙트럼의 차이값이 기준값 보다 작다면 설정한 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 박막의 막두께 d와 도핑 농도 NA 로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 측정 방법.
The method of claim 6,
The step of calculating the physical quantity of the thin film,
Setting a film thickness d and a doping concentration N A of the thin film;
Calculating the simulated reflectance spectrum (Rs) by substituting the set film thickness d and the doping concentration N A ; And
Characterized by including; simulated reflectance spectrum determining (Rs) and the measured spectral reflectance film thickness d and the doping concentration N A the difference value is less than the reference value set to the film thickness d and the doping concentration N A of the film Thin film measurement method.
제6항에 있어서,
상기 박막의 물리량을 산출하는 단계는,
검출된 상기 테라헤르츠 반사파를 푸리에 변환하는 단계;
푸리에 변환된 테라헤르츠 반사파를 기준 신호로 나누어 박막의 실측 반사율 스펙트럼을 산출하는 정규화(normalization) 단계; 및
상기 실측 반사율 스펙트럼에 근사하도록 Drude Model에 의해 반사율 스펙트럼(Rs)을 시뮬레이션하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 측정 방법.
The method of claim 6,
The step of calculating the physical quantity of the thin film,
Fourier transforming the detected terahertz reflected wave;
A normalization step of dividing the Fourier transformed terahertz reflected wave into a reference signal to calculate a measured reflectance spectrum of the thin film; And
And simulating a reflectance spectrum (Rs) by a Drude Model to approximate the measured reflectance spectrum.
제8항에 있어서,
상기 반사율 스펙트럼(Rs)을 시뮬레이션하는 단계는,
막두께 d와 도핑 농도 NA 를 설정하는 단계;
설정된 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 Drude Model에 대입하여 시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)을 계산하는 단계;
시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)과 상기 실측 반사율 스펙트럼의 차이를 정량화하는 단계;
정량화된 차이값이 기준값 이하가 되도록 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 변경하면서 반복 계산을 수행하는 단계; 및
상기 차이값이 기준값 보다 작다면 설정한 막두께 d와 도핑 농도 NA 를 시료의 막두께 d와 도핑 농도 NA 로 결정하고 계산을 종료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 측정 방법.
The method of claim 8,
The step of simulating the reflectance spectrum (Rs),
Setting a film thickness d and a doping concentration N A ;
Calculating the simulated reflectance spectrum (Rs) by substituting the set film thickness d and the doping concentration N A into the Drude Model;
Quantifying a difference between a simulated reflectance spectrum (Rs) and the measured reflectance spectrum;
Performing the iterative calculation while changing the film thickness d and the doping concentration N A so that the quantified difference value is equal to or less than the reference value; And
Thin film measurement methods comprising the; comprising: if the difference value is smaller than the reference value determines a film thickness d and the doping concentration N A is set to a film thickness d and the doping concentration N A of the sample and exit the calculation.
제9항에 있어서,
상기 정량화하는 단계는 Drude Model에 의한 시뮬레이션 반사율 스펙트럼(Rs)와 실측 반사율 스펙트럼을 최소자승법에 의해 정량화하는 것을 특징으로 하는 박막 측정 방법.
The method of claim 9,
The quantification step is a method for measuring a thin film, characterized in that the simulated reflectance spectrum (Rs) and the measured reflectance spectrum by the Drude Model are quantified by a least square method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113866503A (en) * 2021-09-03 2021-12-31 中国科学院空天信息研究院粤港澳大湾区研究院 Method and device for measuring film conductivity, computer equipment and medium
CN113899787A (en) * 2021-05-10 2022-01-07 天津大学 Method for measuring conductivity of metal film in film-based structure
CN115863200A (en) * 2022-12-30 2023-03-28 瀚天天成电子科技(厦门)有限公司 Method for detecting thickness of silicon carbide epitaxial layer in real time

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015122354A (en) * 2013-12-20 2015-07-02 東京エレクトロン株式会社 Thickness/temperature measuring apparatus, thickness/temperature measuring method and substrate processing system
KR101788450B1 (en) 2016-03-17 2017-10-19 연세대학교 산학협력단 Apparatus and method for inspecting thickness of transparent thin film using terahertz wave
KR20180111424A (en) * 2017-03-30 2018-10-11 한양대학교 산학협력단 Thickness measuring device, thickness measuring method and thickness measuring program

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015122354A (en) * 2013-12-20 2015-07-02 東京エレクトロン株式会社 Thickness/temperature measuring apparatus, thickness/temperature measuring method and substrate processing system
KR101788450B1 (en) 2016-03-17 2017-10-19 연세대학교 산학협력단 Apparatus and method for inspecting thickness of transparent thin film using terahertz wave
KR20180111424A (en) * 2017-03-30 2018-10-11 한양대학교 산학협력단 Thickness measuring device, thickness measuring method and thickness measuring program

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113899787A (en) * 2021-05-10 2022-01-07 天津大学 Method for measuring conductivity of metal film in film-based structure
CN113866503A (en) * 2021-09-03 2021-12-31 中国科学院空天信息研究院粤港澳大湾区研究院 Method and device for measuring film conductivity, computer equipment and medium
CN115863200A (en) * 2022-12-30 2023-03-28 瀚天天成电子科技(厦门)有限公司 Method for detecting thickness of silicon carbide epitaxial layer in real time
CN115863200B (en) * 2022-12-30 2023-10-20 瀚天天成电子科技(厦门)股份有限公司 Method for detecting thickness of silicon carbide epitaxial layer in real time

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