KR102631633B1 - System for measuring thickness of thin film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인장강도에 따라 변화되는 위치별 굴절률 차이에 상관없이 박막 필름의 두께값을 정확하게 측정할 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 수직으로 조사하고, 박막 필름을 바로 투과한 제1 수직 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 가지면서 투과한 제2 수직 투과광에 의해 생성된 수직 간섭광 정보를 출력하는 수직 OCT 측정장치와, 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 일정 경사각을 갖도록 조사하고, 박막 필름을 바로 투과한 제1 경사 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 가지면서 투과한 제2 경사 투과광에 의해 생성된 경사 간섭광 정보를 출력하는 경사 OCT 측정장치 및, 상기 경사 간섭광 정보를 퓨리에 변환하여 획득한 수직 차수와 경사 차수를 이용하여 박막 필름의 굴절률을 산출하고, 수직 간섭광 정보를 퓨리에 변환하여 획득한 주 파장 및 차수정보와 경사 간섭광 정보에 의해 산출된 굴절률을 이용하여 박막 필름의 두께를 산출하는 두께 측정장치를 포함하여 구성되고, 상기 박막 필름 두께(d)는 하기 수학식에 의해 산출되며. 여기서, λ는 주 파장, m 은 차수, n 은 굴절률이다. 그리고 상기 박막 필름의 굴절률(n)은 하기 수학식에 의해 산출되며, 여기서, m1 은 수직 차수, m2 는 경사 차수, θ1은 경사각이다.The present invention relates to a technology that allows the thickness value of a thin film to be accurately measured regardless of the difference in refractive index at each location that changes depending on the tensile strength.
Measurement light for thickness measurement is radiated vertically to the thin film according to the present invention, and the vertical transmitted light is generated by the first vertical transmitted light that directly passes through the thin film and the second vertical transmitted light that transmits while having a reflection path within the thin film. A vertical OCT measurement device that outputs interference light information and a thin film are irradiated with measurement light for thickness measurement at a certain inclination angle, and the first oblique transmitted light directly passes through the thin film and is transmitted while having a reflection path within the thin film. An oblique OCT measuring device that outputs oblique interference light information generated by a second oblique transmitted light, calculates the refractive index of the thin film using the vertical order and oblique order obtained by Fourier transforming the oblique interference light information, and calculates the refractive index of the thin film It is configured to include a thickness measuring device that calculates the thickness of the thin film using the main wavelength and order information obtained by Fourier transforming the interference light information and the refractive index calculated by the oblique interference light information, and the thin film thickness (d) is calculated by the following equation. Here, λ is the dominant wavelength, m is the order, and n is the refractive index. And the refractive index (n) of the thin film is calculated by the following equation, Here, m 1 is the vertical order, m 2 is the inclined order, and θ 1 is the inclined angle.
Description
본 발명은 인장강도에 따라 변화되는 위치별 굴절률 차이에 상관없이 박막 필름의 두께값을 정확하게 측정할 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technology that allows the thickness value of a thin film to be accurately measured regardless of the difference in refractive index at each location that changes depending on the tensile strength.
일반적으로 반도체 및 평판표시장치에 사용되는 박막 즉, 필름을 특정한 용도로 응용하기 위해서는 필름의 두께, 조성, 조도 등의 물리적, 광학적 특성이 필요하다. In order to apply thin films, or films, generally used in semiconductors and flat panel displays for specific purposes, physical and optical properties such as thickness, composition, and roughness of the film are required.
필름의 두께를 측정하는 방법은 크게 광학을 이용하거나, 탐침을 이용하거나, 현미경으로 관찰하는 방법이 있으며, 정확도 및 측정 속도가 가장 높은 광학적 방법이 가장 보편화되어 있다. There are three ways to measure the thickness of a film: using optics, using a probe, or observing with a microscope. The optical method, which has the highest accuracy and measurement speed, is the most common.
광학적 측정 방법으로는 광 간섭 두께측정(OCT : (Optical coherence tomography) 방식 및, Ellipsometry 방식이 있다.Optical measurement methods include optical coherence tomography (OCT) and ellipsometry.
광 간섭 두께측정 방식은 모두 필름 표면을 반사하거나 투과한 광의 간섭광을 이용하여 두께를 측정하는 기술로서, 반사형 광 간섭 두께측정기는 광학계가 한쪽에만 설치되는 간단한 구조를 갖는 장점이 있고, 투과형 광 간섭 두께측정기는 필름의 양측에 광학계를 설치하고 이를 연동하여 구동시켜야 하기 때문에 구조적 으로 복잡한 단점이 있으나, 반사형 광 간섭 두께측정기에 비해 필름의 기울어짐에 둔감한 장점을 갖는다. The optical interference thickness measurement method is a technology that measures thickness using the interference light of light reflected or transmitted through the film surface. The reflective optical interference thickness measurement method has the advantage of having a simple structure in which the optical system is installed on only one side, while the transmission type optical thickness measurement method has the advantage of having a simple structure in which the optical system is installed on only one side. Interferometric thickness meters have the disadvantage of being structurally complex because they must install optical systems on both sides of the film and operate them in conjunction, but have the advantage of being insensitive to the tilt of the film compared to reflective optical interference thickness meters.
한편, 필름은 일반적으로 생산과정에서 필름에 텐션을 주기 위해 일정 강도로 필름이 당겨진 상태로 롤형태로 말려있게 되고, 롤 형태로 말려진 상태에서 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정을 수행하여 목적하는 용도로 이용하게 된다. 롤투롤 공정은 롤(Roll)형태로 말려진 필름(이하, 필름이라 칭함)에 다양한 공정을 수행하는 것을 의미한다.Meanwhile, the film is generally rolled into a roll with the film pulled at a certain strength to provide tension to the film during the production process, and a roll-to-roll process is performed while it is rolled into a roll. It is used for its intended purpose. The roll-to-roll process refers to performing various processes on a film rolled into a roll (hereinafter referred to as film).
그러나 필름이 일정 강도로 당겨진다 하더라도 그 위치마다 다른 인장강도가 작용하게 되고, 이러한 인강강도의 차이는 필름의 두께 측정결과에 영향을 준다. However, even if the film is pulled with a certain strength, a different tensile strength is applied at each location, and this difference in tensile strength affects the thickness measurement results of the film.
즉, 실제 필름 두께값이 동일함에도 불구하고, 필름에 작용된 인장강도에 따라 필름 두께값이 다르게 산출되는 문제가 있다. That is, even though the actual film thickness value is the same, there is a problem in which the film thickness value is calculated differently depending on the tensile strength applied to the film.
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 박막 필름으로 수직 입사된 투과광에 대한 수직 간섭광과 박막 필름으로 경사 입사된 투과광에 대한 경사 간섭광을 분석하여 굴절률을 산출함과 더불어, 이 굴절률을 이용하여 인장강도에 따라 변화된 두께값을 보정하여 산출함으로써, 물성 특성이 변화되는 박막 필름의 두께값을 정확하게 측정할 수 있도록 해 주는 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템을 제공함에 그 기술적 목적이 있다. Accordingly, the present invention was created in consideration of the above circumstances, and calculates the refractive index by analyzing the vertical interference light for the transmitted light vertically incident on the thin film and the oblique interference light for the transmitted light obliquely incident on the thin film. The technical purpose is to provide a precision thickness measurement system for thin films that allows accurate measurement of the thickness of thin films with changing physical properties by using this refractive index to correct and calculate the thickness value that changes depending on the tensile strength. there is.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 수직으로 조사하고, 박막 필름을 바로 투과한 제1 수직 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 가지면서 투과한 제2 수직 투과광에 의해 생성된 수직 간섭광 정보를 출력하는 수직 OCT 측정장치와, 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 일정 경사각을 갖도록 조사하고, 박막 필름을 바로 투과한 제1 경사 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 가지면서 투과한 제2 경사 투과광에 의해 생성된 경사 간섭광 정보를 출력하는 경사 OCT 측정장치 및, 상기 경사 간섭광 정보를 퓨리에 변환하여 획득한 수직 차수와 경사 차수를 이용하여 박막 필름의 굴절률을 산출하고, 수직 간섭광 정보를 퓨리에 변환하여 획득한 주 파장 및 차수정보와 경사 간섭광 정보에 의해 산출된 굴절률을 이용하여 박막 필름의 두께를 산출하는 두께 측정장치를 포함하여 구성되고, 상기 박막 필름 두께(d)는 하기 수학식에 의해 산출되며, 여기서, λ는 주 파장, m 은 차수, n 은 굴절률임. 또한, 상기 박막 필름의 굴절률(n)은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템. 여기서, m1 은 수직 차수, m2 는 경사 차수, θ1은 경사각임.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, measurement light for measuring thickness is irradiated vertically to a thin film, and the first vertical transmitted light directly passes through the thin film and is transmitted while having a reflection path within the thin film. A vertical OCT measurement device that outputs vertical interference light information generated by a second vertical transmitted light, radiates measurement light for thickness measurement to a thin film at a certain inclination angle, and first oblique transmitted light that directly transmits the thin film An oblique OCT measurement device that outputs oblique interference light information generated by second oblique transmitted light having a reflection path within the thin film and using the vertical order and oblique order obtained by Fourier transforming the oblique interference light information. It includes a thickness measuring device that calculates the refractive index of the thin film and calculates the thickness of the thin film using the refractive index calculated by the main wavelength and order information obtained by Fourier transforming the vertical interference light information and the oblique interference light information. It is configured, and the thin film thickness (d) is calculated by the following equation, Here, λ is the dominant wavelength, m is the order, and n is the refractive index. In addition, a precise thickness measurement system for a thin film, characterized in that the refractive index (n) of the thin film is calculated by the following equation. Here, m 1 is the vertical order, m 2 is the inclined order, and θ 1 is the inclined angle.
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본 발명에 의하면, 인장강도에 따른 박막 필름의 위치별 굴절률 차이에 상관없이 박막 필름의 두께값을 정확하게 측정할 수 있다. According to the present invention, the thickness value of a thin film can be accurately measured regardless of the difference in refractive index at each position of the thin film depending on the tensile strength.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 수직 OCT 측정장치(100)의 구성을 설명하기 위한 도면.
도3은 도1에 도시된 경사 OCT 측정장치(200)의 구성을 설명하기 위한 도면.
도4는 도1에 도시된 수직 OCT 측정장치(100)에서의 수직 측정광 박막 필름 투과 특성을 설명하기 위한 도면.
도5는 도1에 도시된 경사 OCT 측정장치(200)에서의 경사 측정광 박막 필름 투과 특성을 설명하기 위한 도면.
도6은 도1에 도시된 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.
도7은 입사광의 서로 다른 매질에서의 굴절률 특성을 설명하기 위한 도면.1 is a diagram showing a schematic configuration of a precision thickness measurement system for a thin film according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining the configuration of the vertical OCT measurement device 100 shown in Figure 1.
Figure 3 is a diagram for explaining the configuration of the tilt OCT measurement device 200 shown in Figure 1.
Figure 4 is a diagram for explaining the vertical measurement light thin film transmission characteristics in the vertical OCT measurement device 100 shown in Figure 1.
FIG. 5 is a view for explaining the transmission characteristics of a thin film of tilt measurement light in the tilt OCT measuring device 200 shown in FIG. 1.
Figure 6 is a diagram for explaining the operation of the precision thickness measurement system for the thin film shown in Figure 1.
Figure 7 is a diagram for explaining the refractive index characteristics of incident light in different media.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The embodiments described in the present invention and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention and do not express the entire technical idea of the present invention. Therefore, the scope of rights of the present invention is limited to the embodiments and drawings described in the text. It should not be construed as limited by. In other words, since the embodiments can be modified in various ways and can have various forms, the scope of rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical idea. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all or only such effects, so the scope of the present invention should not be understood as limited thereby.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with the meaning they have in the context of the related technology, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning that is not clearly defined in the present invention.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. Figure 1 is a diagram showing the schematic configuration of a precision thickness measurement system for a thin film according to a first embodiment of the present invention.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템은 수직OCT 측정장치(100)와 경사 OCT 측정장치(200) 및, 두께 측정장치(300)를 포함하여 구성된다.Referring to Figure 1, the precision thickness measurement system for a thin film according to the present invention is comprised of a vertical OCT measurement device 100, an oblique OCT measurement device 200, and a thickness measurement device 300.
수직 OCT 측정장치(100)는 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 수직으로 조사하고, 이에 대응되는 박막 필름에 대한 수직 간섭광 정보를 두께 측정장치(300)로 출력한다. The vertical OCT measurement device 100 vertically radiates measurement light for thickness measurement to a thin film and outputs vertical interference light information for the corresponding thin film to the thickness measurement device 300.
경사 OCT 측정장치(200)는 박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 일정 경사각으로 갖도록 조사하고, 이에 대응되는 박막 필름에 대한 경사 간섭광 정보를 두께 측정장치(300)로 출력한다. 여기서, 경사각은 박막 필름의 법선과 이루는 각이 클수록 이후 산출되는 박막 필름의 굴절률 오차가 작게 나타나는 바, 일정 이상의 경사작을 갖도록 설정할 수 있다. The oblique OCT measuring device 200 radiates measurement light for thickness measurement to a thin film at a certain inclination angle and outputs oblique interference light information for the corresponding thin film to the thickness measuring device 300. Here, the tilt angle can be set to have a tilt angle of a certain level or more because the larger the angle formed with the normal line of the thin film film, the smaller the refractive index error of the thin film film calculated thereafter.
두께 측정장치(300)는 상기 수직 OCT 측정장치(100)로부터 인가되는 수직 간섭광 정보와 경사 OCT 측정장치(200)로부터 인가되는 경사 간섭광 정보를 이용하여 박막 필름의 굴절률 및 이 굴절률에 의해 보정된 박막 필름의 두께값을 산출한다. The thickness measuring device 300 uses the vertical interference light information applied from the vertical OCT measuring device 100 and the oblique interference light information applied from the oblique OCT measuring device 200 to correct the refractive index of the thin film and this refractive index. Calculate the thickness value of the thin film.
이때, 두께 측정장치(300)는 각 OCT 측정장치(100,200)로부터 수신되는 간섭광의 파장별 빛의 강도 데이터를 획득하고, 이 강도 데이터를 퓨리에 변환하여 결정된 주 파장 및 광경로 차수를 이용하여 두께값을 산출하되, 경사 간섭광에 의해 산출된 박막 필름의 굴절률을 두께값 산출시 반영함으로써, 박막 필름의 굴절률에 의해 보정된 두께값을 산출한다. At this time, the thickness measuring device 300 acquires light intensity data for each wavelength of the interference light received from each OCT measuring device 100 and 200, and uses the main wavelength and optical path order determined by Fourier transforming the intensity data to obtain a thickness value. Calculate a thickness value corrected by the refractive index of the thin film by reflecting the refractive index of the thin film calculated by oblique interference light when calculating the thickness value.
도2와 도3은 도1에 도시된 OCT 측정장치(100,200)의 구성을 설명하기 위한 도면으로, 도2에는 수직 OCT 측정장치(100) 구성이 예시되어 있고, 도3에는 경사 OCT 측정장치(200) 구성이 예시되어 있다.Figures 2 and 3 are diagrams for explaining the configuration of the OCT measurement device 100 and 200 shown in Figure 1. Figure 2 illustrates the configuration of the vertical OCT measurement device 100, and Figure 3 shows the oblique OCT measurement device ( 200) The configuration is illustrated.
도2를 참조하면, 수직 OCT 측정장치(100)는 투과형 광간섭계 구조로, 측정 광원(110)에서 방출되는 수직 측정광은 박막 필름(10)으로 수직하게 조사되고, 박막 필름(10)을 투과한 수직 투과광은 디텍터(120)를 경유하여 두께 측정장치(300)로 인가되도록 구성된다. Referring to Figure 2, the vertical OCT measurement device 100 has a transmission optical interferometer structure, and the vertical measurement light emitted from the measurement light source 110 is irradiated vertically to the thin film 10 and transmits through the thin film 10. One vertically transmitted light is configured to be applied to the thickness measuring device 300 via the detector 120.
이때, 측정 광원(110)과 박막 필름(10) 사이와 박막 필름(10) 하측에는 제1 및 제2 렌즈(130,140)가 추가로 구비될 수 있고, 측정 광원(110)으로부터 출력되는 수직 측정광은 제1 광섬유(150)를 통해 박막 필름(10)으로 인가된다.At this time, first and second lenses 130 and 140 may be additionally provided between the measurement light source 110 and the thin film 10 and below the thin film 10, and the vertical measurement light output from the measurement light source 110 is applied to the thin film 10 through the first optical fiber 150.
그리고, 박막 필름(10)을 투과한 수직 투과광은 제2 광섬유(160)를 통해 집속되어 디텍터(120)로 인가될 수 있다.And, the vertically transmitted light passing through the thin film 10 may be focused through the second optical fiber 160 and applied to the detector 120.
도3을 참조하면, 경사 OCT 측정장치(200)는 수직 OCT 측정장치(100)와 동일한 구성요소를 가지면서 박막 필름(10)에 대해 일정 경사각을 갖도록 광축만 달리하는 배치 구조를 갖는다.Referring to FIG. 3, the oblique OCT measurement device 200 has the same components as the vertical OCT measurement device 100 and has an arrangement structure in which only the optical axis is different so as to have a constant inclination angle with respect to the thin film 10.
즉, 경사 OCT 측정장치(200)는 측정 광원(210)에서 박막 필름(10)으로 일정 경사각을 갖도록 광원을 조사하여 경사 측정광을 박막 필름(10)으로 조사하고, 박막 필름(10)을 투과한 경사 투과광이 디텍터(220)을 통해 두께 측정장치(300)로 인가되도록 구성된다. That is, the tilt OCT measuring device 200 irradiates a light source from the measurement light source 210 to the thin film 10 at a certain tilt angle, irradiates the tilt measurement light to the thin film 10, and transmits the thin film 10. An oblique transmitted light is configured to be applied to the thickness measuring device 300 through the detector 220.
이때, 경사 OCT 측정장치(200)는 수직 OCT 측정장치(100)와 마찬가지로, 측정 광원(210)과 박막 필름(10) 사이와 박막 필름(10) 하측에는 제1 및 제2 렌즈(230,240)가 추가로 구비될 수 있고, 측정 광원(210)으로부터 출력되는 수직 측정광은 제1 광섬유(250)를 통해 박막 필름(10)으로 인가될 수 있다. 그리고, 박막 필름(10)을 투과한 수직 투과광은 제2 광섬유(260)를 통해 집속되어 디텍터(220)로 인가될 수 있다.At this time, the oblique OCT measurement device 200, like the vertical OCT measurement device 100, has first and second lenses 230 and 240 between the measurement light source 210 and the thin film 10 and below the thin film 10. It may be additionally provided, and the vertical measurement light output from the measurement light source 210 may be applied to the thin film 10 through the first optical fiber 250. Additionally, the vertically transmitted light passing through the thin film 10 may be focused through the second optical fiber 260 and applied to the detector 220.
또한, 상기 디텍터(120,220)는 수직 OCT 측정장치(100)와 경사 OCT 측정장치(200) 구성에서 상호 공유될 수 있다. 즉, 하나의 디텍터를 통해 수직 간섭광 및 경사 간섭광을 생성할 수 있다. Additionally, the detectors 120 and 220 may be shared between the vertical OCT measurement device 100 and the oblique OCT measurement device 200. That is, vertical interference light and oblique interference light can be generated through one detector.
한편, 일반적으로 박막 필름(10)으로 조사된 측정광은 박막 필름(10)의 제1 경계면(박막 필름의 표면)을 통해 입사된 후 제2 경계면(박막 필름의 밑면)에서 일부는 투과되고 일부는 반사된다. 그리고, 제2 경계면에서 반사된 측정광은 제1 경계면에서 반사된 후 제2 경계면에서 투과된다.Meanwhile, in general, the measurement light irradiated to the thin film 10 is incident through the first boundary surface (surface of the thin film) of the thin film 10, and then part of it is transmitted and part of it is transmitted through the second border surface (bottom of the thin film). is reflected. And, the measurement light reflected from the second boundary surface is reflected from the first boundary surface and then transmitted through the second boundary surface.
즉, 도4에 도시된 바와 같이, 박막 필름(10)을 통해 출력되는 수직 투과광은 제1 경계면에서 제2 경계면으로 바로 투과되는 제1 수직 투과광(X)과 박막 필름(10) 내에서 반사 경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 수직 투과광(Y)으로 이루어진다. 이때, 디텍터(120)는 제1 수직 투과광(X)과 제2 수직 투과광(Y)의 간섭에 의해 생성되는 수직 간섭광정보를 출력한다. That is, as shown in Figure 4, the vertical transmitted light output through the thin film 10 is divided into the first vertical transmitted light (X) directly transmitted from the first boundary surface to the second boundary surface and the reflection path within the thin film 10. It consists of a second vertical transmitted light (Y) that is transmitted through the second boundary surface after forming. At this time, the detector 120 outputs vertical interference light information generated by interference between the first vertically transmitted light (X) and the second vertically transmitted light (Y).
또한, 도5에 도시된 바와 같이, 박막 필름(10)을 통해 출력되는 경사 투과광은 제1 경계면에서 제2 경계면으로 바로 투과된 제1 경사 투과광(R)과 박막 필름(10) 내에서 반사 경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 경사 투과광(Q)으로 이루어진다. 이때, 디텍터(120)는 제1 경사 투과광(R)과 제2 경사 투과광(Q)의 간섭에 의해 생성되는 경사 간섭광정보를 출력한다.In addition, as shown in Figure 5, the oblique transmitted light output through the thin film 10 is divided into the first oblique transmitted light (R) directly transmitted from the first boundary to the second boundary and a reflection path within the thin film 10. It consists of a second oblique transmitted light (Q) that is transmitted through the second boundary surface after forming. At this time, the detector 120 outputs oblique interference light information generated by interference between the first obliquely transmitted light (R) and the second obliquely transmitted light (Q).
여기서, 디텍터(120)는 빛을 분산시켜 스펙트럼을 생성하고, 각 파장에 대한 스펙트럼 강도를 정량적으로 측정하는 분광기(spectrometer)로 구성될 수 있다.Here, the detector 120 may be configured as a spectrometer that disperses light to generate a spectrum and quantitatively measures the intensity of the spectrum for each wavelength.
이어, 상기한 구성으로 된 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템의 동작을 도6를 참조하여 설명한다. Next, the operation of the precision thickness measurement system for thin films configured as described above will be described with reference to FIG. 6.
먼저, 두께 측정장치(300)는 수직 OCT 측정장치(100)를 통해 수직 측정광을 박막 필름(10)으로 조사하도록 제어하고, 이에 대한 수직 간섭광을 수신한다(ST100). First, the thickness measuring device 300 controls vertical measurement light to be irradiated to the thin film 10 through the vertical OCT measuring device 100 and receives vertical interference light therefrom (ST100).
즉, 수직 OCT 측정장치(100)는 측정 광원(110)으로부터 출력되는 수직 측정광은 박막 필름(10)을 투과하여 출력되고, 박막 필름(10)의 제1 경계면에서 제2 경계면으로 바로 투과되는 제1 수직 투과광과 박막 필름(10) 내에서 반사 광경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 수직 투과광간의 간섭에 의해 생성되는 수직 간섭광정보를 두께 측정장치(300)로 제공한다.That is, in the vertical OCT measurement device 100, the vertical measurement light output from the measurement light source 110 is output through the thin film 10, and is transmitted directly from the first boundary surface of the thin film 10 to the second boundary surface. Vertical interference light information generated by interference between the first vertically transmitted light and the second vertically transmitted light that forms a reflected optical path within the thin film 10 and then transmits to the second boundary surface is provided to the thickness measuring device 300.
또한, 두께 측정장치(300)는 경사 OCT 측정장치(200)를 통해 박막 필름(10)의 제1 경계면에 대해 일정 경사각을 갖는 경사 측정광을 박막 필름(10)으로 조사하도록 제어하고, 이에 대한 경사 간섭광을 수신한다(ST200). In addition, the thickness measuring device 300 controls the tilt measurement light having a certain tilt angle with respect to the first boundary surface of the thin film 10 to be irradiated to the thin film 10 through the tilt OCT measuring device 200, and Oblique interference light is received (ST200).
즉, 경사 OCT 측정장치(200)는 측정 광원(110)으로부터 출력되는 수직 측정광은 박막 필름(10)을 투과하여 출력되고, 박막 필름(10)의 제1 경계면에서 제2 경계면으로 바로 투과되는 제1 경사 투과광과 박막 필름(10) 내에서 반사 광경로를 형성한 후 제2 경계면으로 투과되는 제2 경사 투과광간의 간섭에 의해 생성되는 경사 간섭광정보를 두께 측정장치(300)로 제공한다. That is, in the oblique OCT measurement device 200, the vertical measurement light output from the measurement light source 110 is output through the thin film 10, and is transmitted directly from the first boundary surface of the thin film 10 to the second boundary surface. Oblique interference light information generated by interference between the first oblique transmitted light and the second oblique transmitted light transmitted through the second boundary surface after forming a reflection optical path within the thin film 10 is provided to the thickness measuring device 300.
두께 측정장치(300)는 경사 간섭광을 분석하여 박막 필름(10)의 굴절률을 산출한다(ST300). 이때, 두께 측정장치(300)는 수직으로 입사될 때의 수직 차수와 경사각을 갖고 입사될 때의 경사 차수를 이용하여 박막 필름(10)의 굴절률을 산출한다. The thickness measuring device 300 calculates the refractive index of the thin film 10 by analyzing the oblique interference light (ST300). At this time, the thickness measuring device 300 calculates the refractive index of the thin film 10 using the vertical order when incident perpendicularly and the inclined order when incident at an inclined angle.
먼저, 도7과 같이 서로 다른 매질에서의 굴절률은 수학식1와 같은 성질을 갖는다.First, as shown in Figure 7, the refractive index in different media has the same properties as Equation 1.
여기서, θ1은 입사각, θ2는 굴절각, v1은 대기중에서의 입사 속도, v2는 매질에서의 속도, n1 은 공기의 굴절률, n2는 매질의 굴절률이다.Here, θ 1 is the angle of incidence, θ 2 is the angle of refraction, v 1 is the incident velocity in the air, v 2 is the velocity in the medium, n 1 is the refractive index of air, and n 2 is the refractive index of the medium.
이러한 원리를 적용하여 상기 ST300 단계에서 굴절률은 하기 수학식2를 통해산출될 수 있다. By applying this principle, the refractive index in the ST300 step can be calculated through Equation 2 below.
여기서, θ1은 입사각, θ2는 굴절각, m1은 수직 차수, m2는 경사 차수, n1 은 공기의 굴절률, n2는 필름의 굴절률이다. 이때, 수직 차수(m1)과 경사 차수(m2)는 경사 간섭광의 파장별 빛의 강도 데이터를 퓨리에 변환하여 획득할 수 있고, 입사각(θ1)과 공기의 굴절률(n1)은 미리 설정된다. 그리고, 굴절각(θ2)은 도4에서 "r"이다.Here, θ 1 is the angle of incidence, θ 2 is the angle of refraction, m 1 is the vertical order, m 2 is the oblique order, n 1 is the refractive index of air, and n 2 is the refractive index of the film. At this time, the vertical order (m 1 ) and the oblique order (m 2 ) can be obtained by Fourier transforming the light intensity data for each wavelength of oblique interference light, and the angle of incidence (θ 1 ) and the refractive index of air (n 1 ) are preset. do. And, the refraction angle (θ 2 ) is “r” in FIG. 4 .
이어, 두께 측정장치(300)는 수직 간섭광을 분석하여 주 파장과 차수를 획득하고, 주 파장과 차수 및 상기 ST300 단계에서 산출된 굴절률을 이용하여 박막 필름(10)의 두께값을 산출한다(ST400). 이때, 수직 측정광은 입사각이 0°로 박막 필름(10)내에서의 굴절각 또한 0°가 된다. 이에 도3과 같은 수직 측정광의 경우, 제1 수직 투과광(X)과 제2 수직 투과광(Y)간의 광경로차(OPD)는 필름 두께의 2배로 설정할 수 있다. Next, the thickness measuring device 300 analyzes the vertical interference light to obtain the main wavelength and order, and calculates the thickness value of the thin film 10 using the main wavelength and order and the refractive index calculated in the ST300 step ( ST400). At this time, the vertical measurement light has an incident angle of 0° and a refraction angle within the thin film 10 also becomes 0°. Accordingly, in the case of vertical measurement light as shown in FIG. 3, the optical path difference (OPD) between the first vertically transmitted light (X) and the second vertically transmitted light (Y) can be set to twice the film thickness.
즉, 상기 ST400 단계에서 두께값 산출식은 하기 수학식3과 같다.That is, the thickness value calculation formula in the ST400 step is as shown in Equation 3 below.
여기서, OPD 는 광경로차, d 는 필름의 두께값, m 은 차수, n 은 필름의 굴절률, λ는 광경로차의 주 파장, m 은 주 파장의 차수이다.Here, OPD is the optical path difference, d is the thickness value of the film, m is the order, n is the refractive index of the film, λ is the main wavelength of the optical path difference, and m is the order of the main wavelength.
이때, 박막 필름 내에서의 광경로차는 파장의 배수(차수, m)로 반복하여 발생하는 바, 두께 측정부(300)는 수직 간섭광의 파장별 빛의 강도 데이터를 퓨리에 변환하여 가장 높은 스펙트럼을 갖는 주파수를 추출하고, 이 주파수를 주 파장(λ)으로 설정하며, 스펙트럼으로부터 이 주 파장(λ)의 차수(m)를 획득한다. At this time, the optical path difference within the thin film occurs repeatedly in multiples of the wavelength (order, m), and the thickness measurement unit 300 performs Fourier transformation on the light intensity data for each wavelength of vertical interference light to obtain the highest spectrum. Extract the frequency, set this frequency as the dominant wavelength (λ), and obtain the order (m) of this dominant wavelength (λ) from the spectrum.
즉, 상기 400 단계에서 두께 측정장치(300)는 박막 필름의 굴절률에 따라 자동 보정된 박막 필름의 두께값을 산출한다. That is, in step 400, the thickness measuring device 300 calculates the thickness value of the thin film automatically corrected according to the refractive index of the thin film.
100 : 수직 OCT 측정장치, 200 : 경사 OCT 측정장치,
300 : 두께 측정장치,
110 : 측정 광원, 120 : 디텍터,
130, 140 : 렌즈, 150, 160 : 광섬유,
10 : 박막 필름.100: vertical OCT measurement device, 200: oblique OCT measurement device,
300: Thickness measuring device,
110: measurement light source, 120: detector,
130, 140: lens, 150, 160: optical fiber,
10: Thin film.
Claims (2)
박막 필름으로 두께 측정을 위한 측정광을 일정 경사각을 갖도록 조사하고, 박막 필름을 바로 투과한 제1 경사 투과광과 박막 필름내에서 반사 경로를 가지면서 투과한 제2 경사 투과광에 의해 생성된 경사 간섭광 정보를 출력하는 경사 OCT 측정장치 및,
상기 경사 간섭광 정보를 퓨리에 변환하여 획득한 수직 차수와 경사 차수를 이용하여 박막 필름의 굴절률을 산출하고, 수직 간섭광 정보를 퓨리에 변환하여 획득한 주 파장 및 차수정보와 경사 간섭광 정보에 의해 산출된 굴절률을 이용하여 박막 필름의 두께를 산출하는 두께 측정장치를 포함하여 구성되고,
상기 박막 필름 두께(d)는 하기 수학식에 의해 산출되며,
여기서, λ는 주 파장, m 은 차수, n 은 굴절률임.
상기 박막 필름의 굴절률(n)은 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 박막 필름의 정밀 두께 측정 시스템.
여기서, m1 은 수직 차수, m2 는 경사 차수, θ1은 경사각임.
Measurement light for thickness measurement is irradiated vertically to a thin film, and vertical interference light information generated by the first vertically transmitted light that directly transmitted through the thin film and the second vertically transmitted light that transmitted while having a reflection path within the thin film was used. A vertical OCT measurement device that outputs,
Measurement light for thickness measurement is irradiated to a thin film at a certain inclination angle, and oblique interference light is generated by the first oblique transmitted light that directly passes through the thin film and the second oblique transmitted light that transmits while having a reflection path within the thin film. An oblique OCT measuring device that outputs information,
The refractive index of the thin film is calculated using the vertical and oblique orders obtained by Fourier transforming the oblique interference light information, and calculated using the main wavelength and order information and oblique interference information obtained by Fourier transforming the vertical interference light information. It is composed of a thickness measuring device that calculates the thickness of the thin film using the refractive index,
The thin film thickness (d) is calculated by the following equation,
Here, λ is the dominant wavelength, m is the order, and n is the refractive index.
A precision thickness measurement system for a thin film, characterized in that the refractive index (n) of the thin film is calculated by the following equation.
Here, m 1 is the vertical order, m 2 is the inclined order, and θ 1 is the inclined angle.
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