KR102506393B1 - 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법 - Google Patents

분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102506393B1
KR102506393B1 KR1020210161908A KR20210161908A KR102506393B1 KR 102506393 B1 KR102506393 B1 KR 102506393B1 KR 1020210161908 A KR1020210161908 A KR 1020210161908A KR 20210161908 A KR20210161908 A KR 20210161908A KR 102506393 B1 KR102506393 B1 KR 102506393B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
film sample
multilayer thin
reflection coefficient
sample
Prior art date
Application number
KR1020210161908A
Other languages
English (en)
Inventor
권대원
김상준
Original Assignee
(주)오로스 테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)오로스 테크놀로지 filed Critical (주)오로스 테크놀로지
Priority to KR1020210161908A priority Critical patent/KR102506393B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102506393B1 publication Critical patent/KR102506393B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0641—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/255—Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G01N2021/213—Spectrometric ellipsometry

Abstract

본 발명은 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 두꺼운 다층 박막 시료의 반사 경로차와 이로 인한 오차를 최소화하기 위한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법에 관한 것이다. 본 발명은, a) 순차적으로 형성된 복수의 박막 층들을 구비한 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계와, b) 입사광의 초점을 상기 다층 박막 시료의 내부에 맞춘 상태에서 타원계(ellipsometer)를 이용하여, 상기 다층 박막 시료의 측정 영역으로부터의 반사광의 편광의 변화를 나타내는 측정 스펙트럼(SE)을 획득하는 단계와, c) 다중 반사(multi-reflection) 현상에 기초하여 상기 다층 박막 시료의 전체 반사 계수를 계산하는 단계로서, 상기 측정 영역을 벗어나는 반사광의 영향의 적어도 일부를 배제한 계산식을 이용하여 전체 반사 계수를 구하는 단계와, d) 상기 전체 반사 계수와 상기 측정 스펙트럼을 이용하여, 상기 복수의 박막 층들의 물성 값을 계산하는 단계를 포함하는 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공한다.

Description

분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법{Method for analyzing optical properties of a sample having a plurality of thin film layers using a spectroscopic ellipsometer}
본 발명은 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 두꺼운 다층 박막 시료의 반사 경로차와 이로 인한 오차를 최소화하기 위한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법에 관한 것이다.
반도체 박막의 두께 및 굴절률(refractive index, n), 흡광계수(extinction coefficient, k), 광학적 밴드갭 (optical bandgap) 등의 정보를 도출하기 위한 방법으로서 분광 타원법(Spectroscopic Ellipsometry, SE)이 사용된다. 분광 타원법은 물질에 입사된 빛이 표면에서 반사 또는 투과 후, 그 매질의 굴절률이나 두께에 따라 편광 상태가 변화하는 성질을 이용하여 물질의 광학적인 특성을 조사하는 분석법이다.
분광 타원법은 반도체 재료의 광학적 물성분석을 위해 유용하게 사용된다. 하지만, 물성에 관한 직접적인 정보를 제공하는 X선 회절 분석이나 라만 분석 등과 달리, 분광 타원법에서의 측정은 P파와 S파가 반사 후에 갖게 되는 위상차(Δ)와 P파와 S파의 반사계수의 크기 비(tanΨ)와 같은 간접적인 정보만을 제공하기 때문에, 측정된 스펙트럼으로부터 재료의 물성에 관한 정보를 얻기 위해서는 모델링이 필요하다.
기판 위에 형성된 복수의 박막 층들로 이루어진 시료(이하, '다층 박막 시료')일 경우에는 시료의 내부에서 다중 반사(Multi-reflection) 현상이 발생하며, 이를 이용하여 박막의 두께와 굴절률 값을 얻을 수 있다.
도 1에 도시된, 공기, 박막 층, 기판으로 이루어진 3 상계 시료 내부에서 발생하는 다중 반사를 고려한 전체 반사 계수(r012)는 아래의 수학식 1과 같이 수열 형태로 표현된다. 이때, P파, S파 별로 각각 다중 반사가 발생한다.
Figure 112021134754269-pat00001
rij, tij 는 각각 계면 간의 반사계수를 나타낸다. 예를 들어, i값 0은 공기, 1은 박막 층, 2는 기판을 의미할 수 있다. 이때 r12는 박막 층과 기판 사이의 계면의 반사 계수를 의미한다. β는 박막의 위상 두께(phase thickness)를 나타낸다.
그리고 다층의 박막으로 이루어진 시료에서의 전체 반사 계수는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다음과 같은 방법으로 계산할 수 있다.
두 나란한 평면 사이에 있는 하나의 박막 층은 박막 층 내의 다중 반사 효과를 포함하고 있는 유효 반사 계수와 유효 위상 변화를 가진다. 따라서 기판과 기판 바로 위의 박막 층으로 이루어진 계를 시점으로 하여 이 계의 유효 반사 계수를 구할 수 있다. 그리고 이 유효 반사 계수와 같은 반사계수를 가지는 유효 기판을 도입한 다음, 이전의 박막 층과 기판으로 된 계를 이 유효 기판으로 대치한다.
다시 이 유효 기판과 그 위의 하나의 박막 층으로 구성된 계의 유효 반사 계수를 구하고, 유효 기판과 박막 층을 이에 대응하는 새로운 유효 기판으로 대치시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 과정을 단계별로 되풀이하면 최종단계에서는 최상층의 박막 층과 그 밑의 유효 기판으로 구성된 계의 유효 반사 계수를 구할 수 있다. 그리고 그 유효 반사 계수가 다층 박막 시료의 전체 반사 계수가 된다.
이를 수식으로 표현하면 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112021134754269-pat00002
Figure 112021134754269-pat00003
수학식 2의 ρmeiδm은 m층 박막과 그 밑의 유효 기판으로 구성된 계의 유효 반사 계수를 의미한다. m이 1일 경우에는 최상층 박막 층과 그 밑의 유효 기판으로 구성된 계의 유효 반사 계수를 구하게 되며 이 값이 전체 반사 계수가 된다. rm은 m층 박막의 반사율, βm은 m층 박막의 위상 두께, nm은 m층 박막의 굴절률, dm은 m층 박막의 두께, Φm은 m층 박막으로의 입사각을 의미한다.
이러한 방법으로 P파와 S파의 전체 반사 계수를 각각 구한 후에 이들의 비를 구한 후, 분광 타원법에서의 측정 결과인 P파와 S파가 반사 후에 갖게 되는 위상차(Δ)와 P파와 S파의 반사계수의 크기 비(tanΨ) 측정 스펙트럼 등과 비교하면 박막 층들의 두께 등을 측정할 수 있다.
다층 박막 시료일 경우, 수백 ㎚ 정도의 두께까지는 다중 반사 형태의 반사 법칙이 유지된다. 그러나 DRAM과 같이 수백 층의 박막이 수 ㎛ 정도의 두께로 적층될 경우에는 수학식 2와 같은, 기존의 다층 박막 시료를 분석하는데 사용되는 다중 반사를 고려한 합친 반사계수 방식을 그대로 적용할 수 없게 된다.
도 3은 두꺼운 다층 박막 시료의 표면에 초점을 맞출 경우에 반사광의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 위쪽 도면은 측정 영역(9)을 위에서 바라본 도면이며, 아래쪽 도면은 다층 박막 시료의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판(1)과 기판(1) 위에 형성된 복수의 박막 층들(2)를 포함하는 두꺼운 다층 박막 시료의 표면에 입사광(3)의 초점(7)을 맞추게 되면 표면에서 반사된 반사광(4)은 분광 타원계의 측정 영역(9)에 들어온다. 입사각이 0이 아니므로, 반사된 빛은 시료의 두께 방향과 수직하는 방향으로도 이동한다. 그리고 시료의 하부 박막 층의 표면에서 반사되는 반사광(5)은 시료의 두께 방향과 수직하는 방향으로 더 많이 이동하게 된다. 따라서 시료의 하부 박막 층의 표면에서 반사된 반사광(5)의 일부가 측정 영역(9)을 벗어나는 현상이 발생한다. 이럴 경우에는 분광 타원계의 측정 스펙트럼에는 하부 박막 층의 표면에서 반사되는 반사광(5)에 의한 영향이 배제된다. 그러나 수학식 2는 모든 층에서 다중 반사가 일어나는 것을 가정한다. 따라서 측정 스펙트럼과 수학식 2를 활용하여 다층 박막 시료의 물성을 해석하면 오류가 생긴다.
한국등록특허 10-1360540 한국등록특허 10-1261495
Ka-Hyun Kim, "Spectroscopic Ellipsometry Measurement and Modeling of Hydrogenated Amorphous Silicon" Journal of the Korean Solar Energy Society Vol.39, No.1, pp.11-19, February 2019.
본 발명은 반사광의 일부가 분광 타원계의 측정 영역을 벗어나기 때문에 기존의 다층 박막 시료의 분석에 사용되는 다중 반사를 고려한 합친 반사계수 방식을 그대로 적용하기 어려운 두꺼운 다층 박막 시료의 물성을 측정할 수 있는 새로운 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, a) 순차적으로 형성된 복수의 박막 층들을 구비한 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계와, b) 입사광의 초점을 상기 다층 박막 시료의 내부에 맞춘 상태에서 타원계(ellipsometer)를 이용하여, 상기 다층 박막 시료의 측정 영역으로부터의 반사광의 편광의 변화를 나타내는 측정 스펙트럼(SE)을 획득하는 단계와, c) 다중 반사(multi-reflection) 현상에 기초하여 상기 다층 박막 시료의 전체 반사 계수를 계산하는 단계로서, 상기 측정 영역을 벗어나는 반사광의 영향의 적어도 일부를 배제한 계산식을 이용하여 전체 반사 계수를 구하는 단계와, d) 상기 전체 반사 계수와 상기 측정 스펙트럼을 이용하여, 상기 복수의 박막 층들의 물성 값을 계산하는 단계를 포함하는 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공한다.
또한, 상기 a) 단계는, a-1) 상기 다층 박막 시료의 표면에 입사광의 초점을 맞추는 단계와, a-2) 상기 다층 박막 시료의 복수의 박막 층들 전체의 예상 두께 정보를 획득하는 단계와, a-3) 상기 예상 두께 정보에 기초하여, 상기 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계를 포함하는 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공한다.
또한, 상기 a-3) 단계는 예상 두께의 1/3 내지 2/3 위치에 입사광의 초점을 맞추는 단계인 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공한다.
또한, 상기 물성 값은 박막 층의 두께인 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공한다.
또한, 상기 c) 단계는 일부 박막 층에서의 다중 반사를 고려하지 않거나 제한적으로 고려한 계산식을 이용하여 전체 반사 계수를 구하는 단계인 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공한다.
또한, 상기 c) 단계는 유한급수 형태의 유효 반사 계수 계산 단계를 포함하는 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법을 제공한다.
본 발명의 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법에 따르면, 분광 타원계의 측정 영역을 벗어나는 반사광을 줄일 수 있다. 따라서 다층 박막 시료의 물성에 관한 정보가 더 많이 포함된 측정 스펙트럼(SE)을 획득할 수 있다.
또한, 측정 스펙트럼(SE)의 해석에 사용되는 계산식에서도 측정 영역을 벗어나는 반사광의 영향이 최소화되므로, 두꺼운 다층 박막 시료의 물성을 좀 더 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 기판 위에 하나의 박막 층이 형성된 시료에서의 다중 반사 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다층 박막에서의 전체 반사 계수를 구하는 방법을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 두꺼운 다층 박막 시료의 표면에 초점을 맞출 경우에 반사광의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법의 순서도이다.
도 5는 도 4의 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계의 순서도이다.
도 6은 두꺼운 다층 박막 시료의 내면에 초점을 맞출 경우에 반사광의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명의 일실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법의 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 박막의 두께를 측정하기 위한 방법은 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계(S1)로 시작된다.
본 단계에서는 분광 타원계를 이용하여 기판과 기판 위에 순차적으로 형성된 복수의 박막 층들을 구비한 시료로부터 스펙트럼을 획득한다. 기판은 유리 기판이나 반도체 기판일 수 있다. 박막 층들은 반도체 소자나, 디스플레이 장치, 태양 전지 등의 전자 소자를 구성하는 층일 수 있다. 박막 층들은 반도체, 유전체 또는 금속 층일 수 있다.
분광 타원계는 편광된 광을 타겟 영역에 조사한 후 타겟 영역으로부터 되돌아온 광의 편광 변화량을 측정하는 장치이다. 분광 타원계는 조명장치와 분광계를 포함할 수 있다.
조명장치는 편광된 광을 다층 박막 시료의 타겟 영역에 입사시킬 수 있다. 편광은 선형 편광일 수 있다. 광은 소정의 파장 대역을 가지는 광일 수 있다.
분광계는 조명장치에 의해서 타겟 영역에 입사된 후에 타겟 영역으로부터 반사된 광의 편광 상태를 측정할 수 있다. 반사된 광은 반사되면서 편광 상태가 변화할 수 있다. 예를 들어 반사된 광은 타원 편광의 편광 상태를 가질 수 있다.
분광 타원계에서는 광자 에너지(photon energy) 또는 파장(wavelength)에 따른α값과β값의 변화를 나타낸 스펙트럼이나, Ψ값과 Δ값의 변화를 나타낸 스펙트럼을 획득할 수 있다. α값은 코사인 푸리에 계수이며, β값은 사인 푸리에 계수이다. Δ값은 타겟 영역에 같은 위상으로 입사되는 P파 및 S파가 반사 후에 갖게 되는 위상차이며, Ψ값은 반사된 광의 P파와 S파의 반사계수비(tan Ψ)의 각도를 나타낸다.
더욱 상세하게 본 단계는, 도 5에 도시된 바와 같이, 다층 박막 시료의 표면에 입사광의 초점을 맞추는 단계(S11)와, 다층 박막 시료의 복수의 박막 층들 전체의 예상 두께 정보를 획득하는 단계(S12)와, 예상 두께 정보에 기초하여, 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계(S13)를 포함한다.
먼저, 다층 박막 시료의 표면에 입사광의 초점을 맞추는 단계(S11)에 대해 설명한다. 본 단계에서는 분광 타원계의 대물렌즈, 다층 박막 시료의 높이를 조절할 수 있는 높이 조절 장치, 자동 초점 장치 등을 이용하여 선형 편광된 빛의 초점이 다층 박막 시료의 표면에 위치하도록 한다.
다음, 다층 박막 시료의 복수의 박막 층들 전체의 예상 두께 정보를 획득한다(S12). 예를 들어, 측정 대상인 다층 박막 시료의 모델 정보를 읽어들여서, 모델 정보에 포함된 기판을 제외한 박막 층들 전체의 두께 정보를 획득할 수 있다.
다음, 예상 두께 정보에 기초하여, 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞춘다. 본 단계에서는 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점이 위치하도록, 다층 박막 시료의 높이를 조절한다. 다층 박막 시료의 높이는 높이 조절 장치를 이용하여 조절할 수 있다. 입사광의 초점은 예상 두께의 1/3 내지 2/3 위치에 위치시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 박막 층들 전체의 두께가 3000㎚일 경우에 입사광의 초점은 기판의 박막 층 측 표면을 기준으로 1000 내지 2000㎚ 높이에 위치할 수 있다.
도 6은 두꺼운 다층 박막 시료의 내면에 초점을 맞출 경우에 반사광의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 위쪽 도면은 측정 영역(9)을 위에서 바라본 도면이며, 아래쪽 도면은 다층 박막 시료의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 단계에서는 이렇게 입사광(3)의 초점(7)을 다층 박막 시료의 내부로 이동시킴으로써 다층 박막 시료로부터의 반사광(4, 5)이 분광 타원계의 측정 영역(9)을 벗어나는 현상을 최소화한다. 특히, 기판(1)에 가까운 하부 박막 층들로부터의 반사광(5)이 분광 타원계의 측정 영역(9)을 벗어나는 현상이 최소화된다.
다음, 다층 박막 시료의 측정 영역으로부터의 반사광의 편광의 변화를 나타내는 측정 스펙트럼(SE)을 획득하는 단계(S2)에 대해서 설명한다.
본 단계에서는 다층 박막 시료의 측정 영역으로부터의 반사광이 분광 타원계의 대물렌즈, 회전하는 편광 분석 장치를 통과한 후 광 검출 장치로 입사한다. 광 검출 장치에서 측정된 광량의 변화를 이용하여 측정 스펙트럼을 획득한다. 이 측정 스펙트럼에는 다층 박막 시료로부터의 모든 반사광의 정보가 포함되어 있지는 않다. 입사광의 초점을 내부로 이동시킴으로써, 획득될 수 있는 정보량이 증가하였으나, 여전히 일부 반사광은 검출 장치로 입사하지 않는다.
다음, 측정 영역을 벗어나는 반사광의 영향의 적어도 일부를 배제한 계산식을 이용하여 전체 반사 계수를 구한다(S3).
본 단계는 다중 반사(multi-reflection) 현상에 기초하여 다층 박막 시료의 전체 반사 계수를 계산하는 단계이다. 상술한 바와 같이, 입사광의 초점을 내부로 이동시켜도, 여전히 일부 반사광은 검출 장치로 입사하지 않는다. 따라서 다층 박막 시료의 전체 반사 계수를 계산하는 단계에서도 이를 고려하여야 한다. 이를 고려하지 않는다면 계산된 전체 반사 계수에는 측정된 스펙트럼에는 포함되지 않은 반사광에 의한 영향까지 포함되므로, 이를 기초로 계산한 다층 박막 시료의 물성 값에는 오류가 생길 수 있다.
본 단계에서는 이러한 오류를 최소화하기 위해서, 종래의 다중 반사를 고려한 합친 반사계수 계산식을 수정한다.
이전 박막 층과 기판을 동일한 유효 반사 계수를 가진 새로운 기판으로 대치시키는 과정을 최하층부터 단계별로 되풀이하는 종래의 계산 방식에서는 모든 반사광을 고려하기 때문에, 단계별로 구해지는 유효 반사 계수가 무한급수 형태 또는 무한급수의 합 형태로 표현된다.
본 단계에서는 모든 반사광이 광 검출 장치로 입사하지 않는다는 점을 고려하여, 각 단계의 유효 반사 계수를 구하는 단계에서 이를 고려한다. 즉, 일부 단계의 유효 반사 계수를 구할 때에는 반사가 제한적으로 일어나는 것으로 가정하고 유효 반사 계수를 구한다.
예를 들어, 아래의 수학식 3과 같이, 기판 또는 대치된 기판으로부터 1회만 반사하는 것으로 가정하고, 유효 반사 계수를 구할 수 있다.
Figure 112021134754269-pat00004
수학식 3에서는 1회만 반사하는 것으로 가정하였으나, 반사 횟수는 각 단계의 박막 층의 위치에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 하부 박막 층과 대체된 기판을 포함된 계의 유효 반사 계수를 구할 때에는 반사 횟수를 최소한으로 제한하여 유효 반사 계수를 구하고, 상부 박막 층으로 갈수록 반사 횟수를 증가시켜 유효 반사 계를 구하고, 상부 박막 층과 대체된 기판이 포함된 계의 유효 반사 계수를 구할 때에는 반사횟수를 제한하지 않고 무한급수의 합 형태로 유효 반사 계수를 구할 수 있다.
다음, 전체 반사 계수와 측정 스펙트럼을 이용하여, 복수의 박막 층들의 물성 값을 계산한다(S4).
본 단계에서는 반사 횟수를 고려한 전체 반사 계수와 다층 박막 시료의 내부에 초점을 맞춘 상태에서 얻어진 스펙트럼을 이용하여 복수의 박막 층들의 물성 값을 계산한다. 즉, P파와 S파 각각에 대한 전체 반사 계수를 구하고, 이들의 비와 측정 스펙트럼을 비교하여 복수의 박막 층들의 물성 값을 계산한다. 측정 스펙트럼도 P파와 S파 각각에 대한 전체 반사 계수에 관련된 정보를 포함하고 있으므로, 측정값과 계산 값을 비교하여 복수의 박막 층들의 물성 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 박막 층들 각각의 두께를 계산할 수 있다. 본 단계는 종래에 사용되던 방법과 동일한 방법으로 진행될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
1: 기판
2: 박막 층들
3: 입사광
4, 5: 반사광
7: 초점
9: 측정 영역

Claims (6)

  1. a) 순차적으로 형성된 복수의 박막 층들을 구비한 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계와,
    b) 입사광의 초점을 상기 다층 박막 시료의 내부에 맞춘 상태에서 타원계(ellipsometer)를 이용하여, 상기 다층 박막 시료의 측정 영역으로부터의 반사광의 편광의 변화를 나타내는 측정 스펙트럼(SE)을 획득하는 단계와,
    c) 다중 반사(multi-reflection) 현상에 기초하여 상기 다층 박막 시료의 전체 반사 계수를 계산하는 단계로서, 상기 측정 영역을 벗어나는 반사광의 영향의 적어도 일부를 배제한 계산식을 이용하여 전체 반사 계수를 구하는 단계와,
    d) 상기 전체 반사 계수와 상기 측정 스펙트럼을 이용하여, 상기 복수의 박막 층들의 물성 값을 계산하는 단계를 포함하는 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    a-1) 상기 다층 박막 시료의 표면에 입사광의 초점을 맞추는 단계와,
    a-2) 상기 다층 박막 시료의 복수의 박막 층들 전체의 예상 두께 정보를 획득하는 단계와,
    a-3) 상기 예상 두께 정보에 기초하여, 상기 다층 박막 시료의 내부에 입사광의 초점을 맞추는 단계를 포함하는 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 a-3) 단계는 예상 두께의 1/3 내지 2/3 위치에 입사광의 초점을 맞추는 단계인 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물성 값은 박막 층의 두께인 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계는 일부 박막 층에서의 다중 반사를 고려하지 않거나 제한적으로 고려한 계산식을 이용하여 전체 반사 계수를 구하는 단계인 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 c) 단계는 유한급수 형태의 유효 반사 계수 계산 단계를 포함하는 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법.
KR1020210161908A 2021-11-23 2021-11-23 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법 KR102506393B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210161908A KR102506393B1 (ko) 2021-11-23 2021-11-23 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210161908A KR102506393B1 (ko) 2021-11-23 2021-11-23 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102506393B1 true KR102506393B1 (ko) 2023-03-06

Family

ID=85509908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210161908A KR102506393B1 (ko) 2021-11-23 2021-11-23 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102506393B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040048405A (ko) * 2001-09-06 2004-06-09 가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼 분광타원계를 사용한 박막층 구조의 해석방법
KR101261495B1 (ko) 2011-06-02 2013-05-13 단국대학교 산학협력단 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법
KR101360540B1 (ko) 2012-08-30 2014-02-25 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법
KR20150028455A (ko) * 2013-09-06 2015-03-16 삼성디스플레이 주식회사 박막 두께 측정 방법 및 박막 두께 측정 장치
KR101519932B1 (ko) * 2006-12-22 2015-05-13 지고 코포레이션 표면 특징물의 특성을 측정하기 위한 장치 및 방법
KR20210041407A (ko) * 2019-10-07 2021-04-15 ㈜넥센서 병렬처리를 이용한 기판내 박막의 두께측정 방법 및 이를 이용한 두께 측정 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040048405A (ko) * 2001-09-06 2004-06-09 가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼 분광타원계를 사용한 박막층 구조의 해석방법
KR101519932B1 (ko) * 2006-12-22 2015-05-13 지고 코포레이션 표면 특징물의 특성을 측정하기 위한 장치 및 방법
KR101261495B1 (ko) 2011-06-02 2013-05-13 단국대학교 산학협력단 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법
KR101360540B1 (ko) 2012-08-30 2014-02-25 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법
KR20150028455A (ko) * 2013-09-06 2015-03-16 삼성디스플레이 주식회사 박막 두께 측정 방법 및 박막 두께 측정 장치
KR20210041407A (ko) * 2019-10-07 2021-04-15 ㈜넥센서 병렬처리를 이용한 기판내 박막의 두께측정 방법 및 이를 이용한 두께 측정 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ka-Hyun Kim, "Spectroscopic Ellipsometry Measurement and Modeling of Hydrogenated Amorphous Silicon" Journal of the Korean Solar Energy Society Vol.39, No.1, pp.11-19, February 2019.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10365163B2 (en) Optical critical dimension metrology
US7271921B2 (en) Method and apparatus for determining surface layer thickness using continuous multi-wavelength surface scanning
KR100831806B1 (ko) 박막 및 ｃｄ 측정들을 위한 빔 프로파일 복합 반사율시스템 및 방법
US7177030B2 (en) Determination of thin film topography
US8139232B2 (en) Multiple measurement techniques including focused beam scatterometry for characterization of samples
US10088413B2 (en) Spectral matching based calibration
US20130245985A1 (en) Calibration Of An Optical Metrology System For Critical Dimension Application Matching
US8976369B2 (en) Method for evaluating thin-film-formed wafer
US20120140235A1 (en) Method for measuring the film element using optical multi-wavelength interferometry
US20190101373A1 (en) Apparatus for measuring thickness and surface profile of multilayered film structure using imaging spectral optical system and measuring method
KR20190118603A (ko) 높은 공간 해상도의 일립소메트리에서 사용하기 위한 시스템 및 방법
CN111183509B (zh) 在高反射膜堆叠上的高吸收膜层的光学测量系统与方法
US5526117A (en) Method for the determination of characteristic values of transparent layers with the aid of ellipsometry
JP4224028B2 (ja) 改善された高速フ−リエ変換を利用した膜厚の測定装置及び方法
US11835447B1 (en) Method for measuring characteristic of thin film
JPH09119812A (ja) 多層皮膜構造を特徴づけ、その皮膜に直面する２つの面の間の距離を測定する方法及び装置
KR102506393B1 (ko) 분광 타원계를 사용한 다층 박막 시료의 물성 해석 방법
AU2008243203B2 (en) Measurement method of layer thickness for thin film stacks
WO2017122248A1 (ja) 薄膜付ウェーハの膜厚分布の測定方法
US5717490A (en) Method for identifying order skipping in spectroreflective film measurement equipment
CN114910007B (zh) 一种用于集成电路制造中的集成式膜厚测量系统和方法
CN111076668A (zh) 用于纳米厚度SiO2厚度的差分反射光谱测量方法
CN114910422A (zh) 一种可变入射角的光谱椭偏仪
Ferrarini et al. Thin Films Characterization and Metrology
US11668645B2 (en) Spectroscopic ellipsometry system for thin film imaging

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant