KR20030025891A - 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 2차원형반사광도계의 원리를 이용하여 측정하는 장치와 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층박막의 두께형상(thickness profile) 및 굴절률분포(refractive index distribution)를 반사광도계의 원리를 이용하여 측정하는 비접촉, 비파괴성 측정장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 한 개 이상의 협대역광필터와 2차원으로 배열된 광검출기를 사용하고 또 박막두께와 굴절율이 비선형 함수로 표시되는 원리상의 수식을 반복적인 수치연산방법에 의해서 최적치를 찾음으로서 기판상의 다층박막의 두께형상, 굴절률의 분포 등등을 국부적으로 동시에 측정한다.

Description

다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 2차원형 반사광도계의 원리를 이용하여 측정하는 장치와 그 측정방법{Apparatus for measuring thickness profile and refractive index distribution of multiple layers of thin films by means of two-dimensional refrectometry and method of measuring the same}

반도체 및 각종 디스플레이(display)를 위한 제품의 코팅(coating)공정에서 기판에 증착된 박막의 두께와 굴절률 등을 측정하는 과정은 반도체 제품의 형성과정을 관찰하고 감시함으로서(monitoring) 품질을 향상시키고 또 불량품을 조기에 발견함으로써 공정경비를 절감하는 데 중요한 역할을 한다. 특히 두께형상이나 박막층 표면의 평탄도를 감시하는 것은 반도체 품질향상에 없어서는 안 될 과정이다.

요즘 널리 쓰여지고 있는 박막층의 두께 및 굴절률 측정장치는 반사광도계의 원리(reflectometry)에 의한 것이다. 넓은 의미에서 박막층 측정장치(thin film layer measurement system)라고도 불리는 반사광도계(reflectometer)는 비접촉, 비파괴성 측정장치로서 다중층 박막의 특성을 측정할 수 있고 또 목표로 하는 시료에특별한 준비과정이나 가공할 필요없이 직접 측정이 가능하다.

통상적으로 널리 쓰여지고 있는 반사광도계의 구성은 개략적으로 도 1a와 1b에 표시한 바와 같다. 광원(100)에서 출발한 광이 광분할기(102)에서 반사되어 대물렌즈(104)를 통하여 시료박막(110)에 입사된다. 시료기판(108)은 기판(106)과 그 위에 형성된 시료박막(110)으로 구성되어 있다. 시료박막(110)에 투사된 광은 일부는 시료박막(110)의 표면, 즉 시료박막(110)과 대기와의 경계(112)의 한 점(116)에서, 반사가 되고 일부는 시료박막(110)을 투과해서 기판(106)의 표면(114), 즉 기판(106)과 시료박막(110)과의 경계면(114)에서 반사가 되어 다시 대물렌즈(104)를 통하여 광분할기(102)와 반사판(118)의 중앙부위에 있는 광검출구멍(120)을 통해서 분광기(spectroscope)(130)에 투사된 후 이 분광기(130)에서는 투사된 반사광을 분석하여 주로 반사광의 강도를 광파장의 함수로 구한다. 이 결과는 수치변환기(132)와 정보처리기(134)를 거쳐서 시료박막(110)의 두께, 굴절률 등을 계산하여 측정치를 구한다.

도 1a의 예에서는 시료박막(110)의 표면(112)(경계면)의 한점(116)에 투사된 광은 일부분을 반사가 되고 남은 부분은 경계면(112)을 지나서 시료박막(110) 내부로 굴절(침투)되는데 이 침투한 광의 일부분은 시료박막(110)과 기판(106)과의 경계면(114)에서 반사되고 나머지는 기판(106) 내부로 굴절(침투)된다. 도 2에서는 도 1a의 예와는 달리 두께의 다른 박막층이 있는 경우를 예시하였다.

도 2를 참고로 하면, 도 1a에서 대물렌스(104)를 통해서 투사된 광선(210)이 제 1경계면(207)상의 한 점(217)에서 일부는 반사가 되어 반사광선(222)방향으로향하고 일부는 박막층(202)을 투과하여(212) 경계면(208)의 한 점(218)에서 반사되고(224) 또 일부는 박막층 경계면(208)을 투과(214)한다. 이 투과한 광(214)의 일부는 경계면(209)의 한 점(219)에서 반사되어 반사광선(226)방향으로 가고 또 일부(216)는 기판(206)으로 투과된다.

도 2에 도시한 바와 같이 시료기판(230)에서 반사되어 나오는 광들(222, 224, 226)은 기판(206)상의 제 1 박막층(202), 제 2 박막층(204) 등 여러 매질(media)간의 광학적 경계면(207, 208, 209)에서 평행다중반사되어 나오는 광선들이기 때문에 공기중의 시작선(228)을 기준으로 하면 상호간에 미세한 광학적 경로차를 갖게 되고, 이 서로간의 광학적 경로차에 의해서 간섭현상을 일으킨다. 여기에서 이 미세한 광학적 경로차는 광학적으로 볼 때 각 파장별로 상이한 경로차가 발생함으로 광선의 파장에 따라 상호보강간섭(mutually re-enforcing interference)이나 상호상쇄간섭(mutually cancelling interference)등의 서로 다른 간섭현상을 일으킨다. 이러한 간섭현상 때문에 반사율을 광파장의 함수로 나타내면 도 3에 표시한 바와 같은 전형적인 모양을 갖는다. 여기에서 횡축은 광파장이고 종축은 반사광을 입사광으로 나눈 반사율이다.

도 1a를 다시 참고로 하면, 시료기판(108)에서 반사되어 나온 광선은 여러 파장성분의 중첩파(superimposed wave)이기 때문에 이 중첩파로부터 파장별 반사율을 구하기 위하여는 먼저 반사광선신호를 파장별로 분리해야 하는데 이 파장별 반사광선 분리가 분광기(130)에서 이루어진다. 물리적으로는 프리즘이 가장 간단한 형태의 분광기이지만, 통상적으로 회절발(diffraction grating)을 이용하여 단색광성분으로 분해를 한다. 따라서 회전식 회절발로 만들어진 단색분광기(monochromator)와 단일검출기 또는 고정형 회절발과 배열형 검출기를 사용하여 여러 파장들에 대한 반사광의 강도를 검출한 후 수치변환기(132)에서 수치자료로 변환하여 정보처리기(134)에서 파장별 반사율을 계산해 낸다.

도 3에 표시한 바와 같은 반사광율 그래프는 박막층의 두께 및 각 박막층과 기판의 굴절률 분포의 특성에 따라 독특한 모양과 크기를 갖고 있다. 단일박막층의 경우에, 이론적으로 반사율은 닫힌형(closed-form)으로 주어진다. 하지만 다중박막층의 경우에는 각 박막층에 대한 고유행렬(characteristic matrix)들의 곱으로 표현되는 전장 - 자장(electric field - magnetic field)의 연관 관계로부터 반사율을 수치적으로 계산할 수 있다. 상기한 고유행렬식을 정리하면, 세 가지 변수, 즉, 굴절률, 박막층의 두께, 그리고 반사율을 서로 결정적으로(deterministically) 함수적으로 연관시켜주는, 단일층인 경우와는 달리, 비선형 함수로 주어진다. 이러한 비선형인 경우에는 반복적인 시행착오방법으로 최적해를 구하는 것이 실질적인 방법인 경우가 많다. 구체적으로, 도 3과 같은 반사율 그래프를 알고 있으면 박막층 두께를 변수로 하여 그 초기치를 설정하고 여기에서 설정한 초기치를 써서 상기한 비선형 함수식에서 계산한 반사율과 실제로 측정한 반사율을 비교하여 오차를 구한 후 이 오차가 최소가 되도록 박막층 두께를 반복적인 시행착오 방법으로 반복적으로 연산함으로서 상기 계산한 반사율과 실제로 측정한 반사율과의 오차를 최소로 해 주는 박막층 두께를 구하면 이렇게 구한 박막층 두께가 원하는 값이 된다. 여기에서 반사율을 계산하기 위한 입사광의 세기는 알고 있는 시료기판과 광원을 써서측정한다. 굴절률은 반사율과 그에 관련된 숫자정보를 사용해서 계산하면 된다. 이러한 방법이 소위 "모델에 의한 측정방법(model-based measurement method)"의 한 분야이다. 이상 서술한 바와 같이 광학적으로 반사율을 측정한 후, 상기한 시행착오에 의한 "최적화 기법"을 적용하여 박막의 두께나 굴절률을 구하는 것이 반사광도계의 원리이다.

일반적으로 널리 쓰여지고 있는 반사광도계는 박막층 두께의 균일성 등을 알기 위해서 형성된 박막층의 특정한 "점"에서의 박막층 두께를 측정하는데 사용된다. 특정한 점에서의 두께를 측정하기 위해서 도 1a와 1b의 반사판(118)의 중앙부위에 있는 직경 200㎛정도의 광검출구멍(120)을 통하여 도 1b의 조사된 실상(projected image)(122)중에서 특정한 부분의 반사광만을 채광하여 즉, 광검출구멍(120)을 통해서 입사되는 반사광을 이용하여 박막층의 두께를 측정한다. 분광기에 따라서는 도 4에 도시한 바와 같이 채광용으로 직경 200㎛정도의 유리섬유(424)를 상판(423)에 구멍을 뚫어서 설치하여 상판(423)에 투사된 도 1b에 도시한 바와 같은 조사부실상(122) 중에서 상기한 200㎛직경의 구멍을 통해서 유리섬유(424)를 지나가는 광을 채광하는 방법을 사용하기도 한다.

한편으로, 넓은 면적에 걸쳐서 두께형상을 측정하는 장치와 방법이 레저(Anthony M. Ledger)에 의해서 미국특허 US5,333,049에 제시(disclose) 되었다. 레저의 발명에 의하면 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)의 크기가 100mm나 되는 두께 측정장치를 백색광과 간섭계의 원리(interferometry)를 써서 구현하였는데 그 측정방법은 웨이퍼 영역을 400개의 작은 영역으로 나눈 후, 이 작은 영역 각각에대해서 반사율을 측정한 다음 표준웨이퍼(calibration wafer)를 사용하여 미리 정한 반사율 대비 두께 표(table)에서 두께를 읽는다. 여기에서 두께의 범위(scale)는 적어도 500개의 구분으로 만든다. 다시 말하면, 시료에서 반사율을 측정한 후 표준웨이퍼에서 구한 룩엎테이블(look-up table)에서 두께의 값을 읽는 것이다. 이 방법은 측정속도가 빠르고 웨이퍼 전체를 관찰할 수 있다는 장점이 있지만, 표준웨이퍼의 데이타(data)를 구할때에 발생하는 오류가 생산 웨이퍼(production wafer) 전체에 전달이 되는(propagate) 단점이 있고, 또 통상적으로 사용되는 카메라의 CCD 감지기(sensor) 로는 100㎛ 이상이나 되는 시료웨이퍼 전체의 면적에 걸쳐서(cover) 측정하기에는 그 해상도(resolution)가 충분하지 못하다는 단점들이 있다. 여기에서 해상도 문제는 전기회로의 집적도(circuit density)가 높은 반도체 공정에서 특정된 회로의 일부분을 검사(inspect)할 때에 발생한다. 왜냐하면 회로의 집접도가 높은 웨이퍼를 처리하는 공정에서는 웨이퍼상의 국부적인 부분의 박막두께나 그 형성상태를 자세히 관찰하고 검사할 필요성이 있기 때문이다. 그리고, 레저의 발명의 또 다른 단점은 웨이퍼의 공정(process)이 바뀔적마다 새로운 표준웨이퍼(calibration wafer)의 반사율 대비 박막 두께 데이타 베이스(database)를 현장에서(in-situ) 재구성해야 하는 것이다. 또한, 상기한 레저의 특허에서는 시료웨이퍼에서 측정한 반사율의 값에 포함되어 있는 소위 노이스(noise)가 그대로 박막 두께의 값에 반영이 되고(reflected) 또 전달이 되는(propagate) 단점이 있다. 이러한 단점을 일부분 극복하기 위해서 레저(Ledger)의 또 다른 특허 US5,365,340에서는 시료웨이퍼(sample wafer)에서 측정한 반사율의 값을 자체표준화(self-normalized)한 다음에 표준웨이퍼(calibration wafer)의 데이타 베이스(database)의 값과 비교해서 두께의 값을 읽는 방법을 제시(disclose) 하였다. 여기에서 측정한 반사율값의 자체표준화(self-normalized)는 주어진 척도함수(merit function)의 값을 계산한 후 최적화 값을 찾음으로써 시행한다. 하지만, 상기한 특허 US5,333,049가 수반하는 나머지 단점들이 모두 US5,365,340에도 적용이 된다.

상기한 레저(Ledger)의 두개의 특허 US5,333,049와 US5,365,340가 갖고 있는 공통적이고 심각한 단점은 박막의 두께의 값을 표준웨이퍼(calibration wafer)에 의해 미리 측정하고 정리해 놓은 데이타 베이스(database)의 값과 비교해서 결정하기 때문에 박막 두께의 값이 표준웨이퍼 데이타 베이스의 값에 의해서 너무 영향을 많이 받는 것이다. 다시 말하면, 표준웨이퍼에 의한 반사율 대비 박막 두께 데이타 베이스는 단순히 전반적인 평균치에 의해서 결정된 반사율 대비 박막 두께의 표(table)에 불과하기 때문에, 표준웨이퍼와 시료웨이퍼들의 막의 표면 상태가 대부분이 균일할 때에는 그 정확도가 어느 정도 보장이 된다. 하지만 표면에 약간 굴곡이 있어서 반사율과 박막 두께의 관계가 불규칙할 때에는 박막 두께의 값의 정확도가 떨어진다.

이러한 단점을 극복하기 위해서 클래피스와 대니엘(Paul J. Clapis and Keith E. Daniell)은 미국특허 US5,555,472에서 반사율(reflectivity)과 같은 계수특성(signature)을 이론적인 수식에 의해서 계산한 이론적인 계수특성(theoretical signatures)의 라이브라리(library)를 작성한 후 시료웨이퍼 상의 여러점에서 측정한 반사율의 값들과 이론적인 계수특성(theoretical signatures)의 값과의 오차값을 최소화 함으로써 박막의 두께의 값을 최적의 방법으로 정하는 과정을 제시(disclose) 하였다. 이 방법을 두개의 막의 두께를 측정하는데 응용하였는데, 여기에서도 역시 두층 중에 한층은 대부분 그 균일성을 유지한다는 가정하에 막층의 두께를 측정하는 방법을 제시하였다.

상기한 세가지 선행기술의 예는 모두 시료 웨이퍼(sample wafer) 전체를 측정하는 장치들이다. 따라서, CCD 카메라로 반사율을 시료웨이퍼 전면적에 걸쳐서 측정하기에는 그 해상도(resolution)에 한계가 있고 제한된 영역의 두께 형상을 자세하게 측정하기에는 해상도 문제가 심각하며 또 상기한 바와 같은 반사율 측정장치에 노이스(noise)가 발생이 되고 또 전달이 된다.

여기에 비해서, 예를 들어서, 미국특허 US4,999,014, US4,999,508 그리고 US4,999,509에서는 시료웨이퍼 상의 박막의 한 "점"에서의 반사율을 측정함으로써(spot measurement) 박막의 두께의 값을 결정하는 방법을 제시(disclose) 하였다. 이들은 전형적인 종래의 분광광도계를 이용하여 박막의 두께를 측정하는 박막 두께 측정장치로써 특정된 한 지점에서의 박막층의 두께와 굴절률을 측정하는 장치이다. 하지만 한 점에서 측정한 박막층 두께와 굴절률에 관한 정보만 가지고는 박막층의 특성이나 품질을 평가하기에는 불충분하다. 오히려 좀 더 넓은 면적의 두께형상과 굴절률분포에 관한 정보를 얻을 수 있으면 박막층의 특성이나 품질을 평가하는데 종래의 점측정(spot measuring)방법에 비해서 훨씬 더 의미있는 결과를 얻을 수 있다. 더욱이, 현존하는 분광광도계로는 상대적으로 넓은대상영역전체의 박막두께 형상이나 근접한 여러 점에서의 박막 두께 분포를 한꺼번에 측정하는 것은 불가능하다. 물론, 어떤 영역에서의 박막 두께 분포를 구하려면 시료기판을 계속해서 단계적으로 조금씩 좌우, 상하 방향으로 움직이면서 반복 측정하면 되지만, 이렇게 하기 위해서는 초정밀 시료기판 이송장치가 필요하고 측정하는데도 많은 시간이 소요된다. 더욱이 미세영역에서의 박막 두께 분포를 구하려면 시료기판이 장착된 초정밀 시료기판 이송장치의 움직임이 0.1 micron 이하의 정밀도로 움직여야 하기 때문에 그 제어기능도 쉽지 않고 초미세 이동대(臺)를 채용해야 하는 등 전체측정기기가 기능적으로 그리고 구조적으로 매우 복잡하며 비용도 많이 들어간다는 문제점들이 있다. 이 경우에 고가인(highly priced) 초미세선형이동대가 사용될 수도 있지만 경제적인 면에서 실질적이지 못하다.

상기한 바와 같이, 종래의 반사 광도계를 사용하여 시료기판상의 박막의 주어진 면적에 걸쳐서 박막층의 두께형상과 굴절률분포를 동시에 측정하는 것이 실질적으로 불가능하고 또한 두께형상을 주어진 면적에 걸쳐서 단계적으로 측정하기 위해서는 측정장치를 고가의 구조로 만들어서 저속으로 단계적인 측정 방법을 쓸수 밖에는 없다는 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 새로운 측정장치와 방법을 제시(disclose)한다. 본 발명의 주 목적은 시료박막상의 주어진 일정 면적내의 여러 점에서의 다층박막의 두께 형상과 굴절률(refractive index)을 일괄적으로 측정하여 짧은 시간 내에 박막층의 두께형상과 굴절률분포를 얻을 수 있으면서도 그 구조가 간단한 반사광도계 원칙에 의한 장비를 제시하는 데 있다. 여기에서 굴절률은 통상적으로 반사율로부터 연산하고 반사율은, 측정한 값과 박막층의 두께와 굴절률이 비선형 함수로 표시되는 광학 원리상의 수식을 반복적인 수치 연산법에 의해서 계산한 값과의 오차를 최소화 하도록 최적치를 찾음으로써 구한다.

도 1a는 종래의 반사광도계 원리도

도 1b는 도 1a의 반사광도계에 사용되는 미세구멍이 중앙부위에 뚫여진 반사판의 상세도

도 2는 다층시료기판(multi-layered sample substrate)의 경계면에서의 다중(multiple)반사 현상을 설명하는 개념도

도 3은 대표적인 반사율 그래프

도 4는 채광용으로 유리섬유를 사용한 기존 반사광도계의 구조도

도 5는 본 발명에 의한 박막두께형상 및 굴절률분포 측정장치

도 6은 여러 개의 광휠터가 장착된 휠터바퀴(filter wheel)

도 7은 휠터바퀴를 사용해서 얻은 대표적인 반사광 강도 그래프

도 8는 선형가변휠터의 개념적인 구조도

도 9는 부분원형가변휠터의 개념적인 구조도

도 10은 휠터바퀴를 사용하여 두께 및 굴절률을 측정하는 과정을 설명하는순서도(flow chart)

[ 발명에 의한 측정장치에 관한 도 5의 주요부분에 대한 부호의 설명]

500 광원 508 광분할기 514 시료

516 시료기판 518 시료박막층 504 조리개

510 대물렌스 524 시료기판이송대 530 보조렌스

534 휠터바퀴 542 2차원배열형 광검출기 546 프레임그래버

532 광축 548 화상처리부 554 화상인식부

550 정보처리부 552 시스템제어부 556 모니터

도 5는 본 발명에 의한 박막층 두께형상 및 굴절률분포 측정장치의 개념도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 다층박막 두께형상과 굴절률분포 측정장치는 크게 나누에서 광학부, 시료기판이송부, 화상포착처리부(picture image acquisition processor), 화상처리부(image processor)(548), 정보처리부(information processor)(550), 시스템제어부(system controller)(552), 그리고 정보표시부로 구성되어 있다.

광학부는 측정용 광을 발생시켜주는 광원(500)과 집속렌즈(502), 조리개(504), 투사렌즈(506), 광분할기(508), 대물렌즈(510), 보조렌즈(530), 그리고 협대역통과광휠터(538)가 다수개 장착된 휠터바퀴(534)로 구성되어 있다. 박막층 두께 측정용 광원(500)으로는 통상적으로 쓰이는 가시광 광원을 사용된다. 이 광원에서 발생된 광은 집속렌즈(502), 시료기판(514)상에 투사되는 집속광의 투사면적을 조절해 주는 조리개(504)와 평행광 렌즈(506)를 통해 평행광으로 만들어져 광분할기(508)에 투시된 후 반사되어 대물렌즈(510)를 통해서 시료기판(514) 상부에 있는, 예를 들어서, 단층 박막층(518)의 윗표면인 경계면 I(520)과 아랫표면인 경계면 II(522)에서 반사가 된다. 시료기판에서 반사된 광은 다시 대물렌즈(510)를 통하고, 광분할기(508)를 거친 후 보조렌즈(530)에 의해서협대역통과광휠터(538)를 통과한 후 CCD 광검출기(542)에 집광이 된다. 협대역통과광휠터(538)를 통과한 반사광은 상기 광휠터에 의해서 결정되는 특정파장대에 대응하는 광으로 2차원형 광검출기(542)에 그 영상이 맺히게 된다.

화상포착처리부는 2차원형 광검출기(542)와 화상포착기(546)로 구성되어 있다. 시료기판(514)상의 박막층(518)의 경계면 I(520)과 경계면 II(522)에서 반사된 반사광이 대물렌즈(510), 광분할기(508), 보조렌즈(530) 그리고 협대역통과 광휠터(538)로 구성되어 있는 광통로를 거쳐 2차원형 광검출기(542)에 투사된 광영상으로부터 2차원형 광검출기(542) 내에 장착되어 있는 전하연계소자(charge coupled device: CCD)에 의한 광감지기를 통하여 화소(pixel)단위의 광세기정보로 바뀐다. 이 2차원 화상(picture frame)은 화상포착기(546)에 의해서 포착된 후 프레임메모리(비표시)에 저장된다. 좀 더 자세히 설명하면, 2차원형 광검출기(542)내에는 전하연계소자(CCD)들이 2차원형으로 배열되어 있다. 상기한 시료박막층(518)의 경계면 I(520)과 경계면 II(522)에서 반사된 반사광은 협대역통과광필터(538)를 통과한 후 이 협대역에 속하는 파장의 광만이 상기한 2차원형 전하연계소자(CCD)에 투사되면 이 CCD들에 의해서 감지된 화소들은 2차원 화소군을 형성한다. 이 때 형성된 화소군을 화상포착기(546)를 통해서 포착한 후 프레임메모리(비표시)에 저장한다.

시료기판이송부는 시료기판이송대(524), 시료기판이송대구동부(526), 그리고 시료기판이송대제어부(528)로 구성되어 있다. 시료기판이송대(524)는 시료기판(514)을 지지해 주는 스테이지(stage)인데 시료기판이송대구동부(526)의모터에 의해서 종횡 그리고 상하방향으로 움직인다. 이 움직임은 시료기판이송대제어부(528)에 의해서 제어되고 또 이 시료기판이송대제어부(528)는 시스템제어부(552)에 의해서 제어된다. 그리고 이 시스템제어부(552)는 입력/출력 장치(I/O unit)(558)와 정보전달(interface)을 한다.

화상처리부(548)는 화상포착기(546)가 포착한 영상정보로부터 반사광의 강도를 파장의 함수로 추출하여 도 7에 도시한 바와 같은 반사율그래프(reflectivity graph)를 광파장의 함수로 구한다. 여기에서 반사율은 반사율 = 반사광강도/입사광강도로 정의되고 입사광강도는 알려져 있는 표준시료를 써서 측정한다.

정보처리부(550)는 기능상으로 일종의 변수연산부로서, 도 7에 표시한 바와 같은 반사율그래프로부터 박막층의 두께, 박막의 두께 형상, 굴절률분포 등을 2차원에 걸쳐서 연산해 내는 기능을 한다. 설계에 따라서는, 화상처리부(548)와 정보처리부(550)는 한 제어부(controller)에서 제어되게 할 수도 있다. 한 걸음 더 나아가, 화상처리부(548), 정보처리부(550) 그리고 시스템제어부(552), 시료기판제어부(528) 들을 통합해서 총 제어부(master controller) 또는 컴퓨터가 제어하도록 설계할 수도 있다.

화상인식부(554)와 모니터(556)는 화상포착기(546)에서 포착한 화소정보를 기초로 하여 화상처리부(548)와 정보처리부(550)에 의해서 처리 및 차출된 정보를 모니터(556)를 통해서 화면표시(display)를 함으로써 측정장치사용자가 측정장치 사용을 쉽고 그리고 편리하도록 한다. 특히, 화상처리부(548)와 정보처리부(550)에서 추출한(extracted) 박막층 두께형상과 굴절률분포 등을 포함한매개변수(parameters)들을 모니터(556)를 통해서 화면표시한다.

시스템제어부(552)는 본 발명에 의한 모니터(556)를 포함한 측정장치를 전체적으로 제어 및 조정해 주는 역할을 한다.

다음에는, 본 발명에 의한 다층박막의 두께 형상과 굴절률분포를 측정하는 장치의 동작원리와 기능을 도 5를 참조로 해서 상세하게 설명한다.

광원(500)에서 나온 광은 집속렌즈(502), 조리개(504), 평행광렌즈(506), 광분할기(508), 대물렌즈(510)를 통하는 광로를 지나 시료기판(514)에 투사된다. 여기에서 측정할 시료 박막(518)은 그 기판(516) 위에 도 2에 도시한 것과 같이 두 층의 박막(202, 204)으로 형성된 구조를 시료기판(514)으로 사용한 경우의 예를 들어 설명한다. 도 1b를 참조로 하면, 시료기판(230)은 기판(206) 위에 제1 박막층(204)와 제2 박막층(202)가 형성된 구조를 갖고 있다. 이 경우에 이들 박막층들은 굴절률 등 광학적 특성이 서로 다르고 제2 박막층(202)과 공기와의 경계면 I(207), 상기한 제2 박막층(202)과 제1 박막층(204)간의 경계면 II(208), 그리고 제1 박막층(204)과 기판(206)과의 경계면 III(209)의 3개의 경계면이 존재한다. 광학적 특성이 서로 다른 박막층간의 광학적 경계면에서는 반사(reflection), 굴절(refraction), 그리고 투과(transmission)현상이 발생함으로 도 2에 도시한 바와 같이 시료기판(230)전체에서 반사된 반사광은 광경로차(light path differentials)(210 → 222, 210 → 212 → 224, 210 → 212 → 214 → 226)가 있는 여러 경계면에서의 반사광들의 중첩된 광(superposition of reflected lights)(222, 224 그리고 226)으로 이루어진다. 일반적으로, 측정하고자 하는 박막층의 두께는 수 마이크론 내지 수십옹스트롱 정도로 얇으므로, 박막들에서 반사되는 반사광들간의 경로차이는 소위 광학적 가간섭거리(coherence length)보다 짧기 때문에, 광학에서 잘 알려진 바와 같이, 반사광들이 겹쳐질 때에 반사광들 사이에 간섭현상이 일어난다. 더구나. 기하학적으로 두 개의 광경로가 같다 하더라도 광신호의 파장이 다를 때에는 파장에 따라서 그 광경로가 다르게 됨으로 파장별로 다른 간섭현상이 일어난다. 따라서 어떤 파장에서는 상쇄간섭(destructive interference)현상이, 다른 파장에서는 보강간섭(constructive interference)현상이 일어나게 되는데 이 때의 반사광의 강도는 광파장에 따라서 다른 값을 갖는다. 그리고 입사광과 반사광의 강도도 협대역내의 파장에 따라서 다른 값을 갖는다. 또한 상기한 간섭현상은 반사광의 기하학적인, 즉, 박막층의 두께에 의한 광경로차, 그리고 매체층(media layers)의 광학적인 특성에 따라서 변하는 굴절률의 차이에서 오는 광경로차에 의해서 발생한다. 반사율은 반사율 = 반사광강도/입사광강도 로 정의되기 때문에 입사광강도를 표준시료를 써서 측정하면 도 3에 표시한 바와 같은 반사율 그래프를 광파장의 함수로 구하게 된다. 본 발명에서는, 박막층의 두께 그리고 박막층의 특성인 반사율과 굴절률을 연관시켜 주는 비선형 함수관계를 구하고, 본 발명에서 제시(disclose)하는 방법으로 반사율을 측정한 후, 박막층의 두께와 굴절률 분포를 반복적인 시행착오에 의한 최적치 찾는 방법에 의해서 연산한다.

본 발명에 의하여 박막층의 두께와 굴절률의 최적값을 찾기 위한 이론적 배경에 관해서 헥트(Eugene Hecht)의 "광학"("Optics" by Eugene Hecht, 4thEdition, Addison-Wedley, 2002)을 참조로 하여 아래에 전개한다.

박막층의 두께나 굴절률을 알고 있을 경우의 이론적인 반사율은 단일 박막층의 경우에는 비교적으로 간단한 닫힌 형태(closed form)로 주어진다. 하지만 다중박막층인 경우에는 각 박막층에 해당하는 특성행렬(characteristic matrix)의 곱(multiplication)으로 주어지는 전장(electric field)과 자장(magnetic field)의 박막 사이의 경계면 조건에서 오는 연계식을 사용하여 수치적으로 이론적인 전달율(transfer rate) 그래프를 구하는 것으로부터 시작된다.

본 발명에 의하면, 광원에서 나오는 광은 측정하고자 하는 시료기판에 거의 수직(plane of incidence)으로 투사되는 경우로서, 입사매질 즉 공기-박막층-기판 으로 구성된 단일 박막 시료의 경우를 먼저 고려한다. 도 5를 참조하면, 이때에 반사계수(reflection coeffocient)은 복소수로서 다음 수식[1]에 주어진 바와 같은 닫힌 형태로 표현되고 에너지의 의미를 가진 절대반사율은 복소수로 표현되는 반사계수의 제곱인 수식[2]로 주어진다.

[1]

[2]

여기에서과는 입사매질(공기)-박막층간의 경계면, 즉 경계면 I(520), 과 박 막층-기판간의 경계면, 즉 경계면 II(522), 각각에서의 프렌넬 반사계수(Fresnel's reflection coefficients)이고는 광이 박막층을 통과할 때에 일어나는 위상변화량(phase shift)으로써로 주어진다. 여기에서 η은 굴절률,는 박막층의 두께, 그리고는 광파장이다. 그리고는 공액복소수임을 표시한다. 여기에서 주목할 만한 것은 위상변화량(phase shift)와 굴절률 η를 광파장를 변수로 하여 측정하면 박막의 두께를 알 수 있다. 미국특허 US5,042,949가 한 예이다.

다중박막층의 경우에는 상기한 수식[1] 그리고 수식[2]와 같은 닫힌 형태(closed form)의 식으로 표현되지 않고 i-번째 박막층의 상하 경계면에서의 광의 전장과 자장의 강도는 다음과 같은 수학식[3]에 주어진 바와 같은 함수관계를 갖는다.

[3]

여기에서=1, 2, 3, ···, p 이고는번째 박막층의 상부경계면과 하부경계면 들간의 전장과 자장관계를 함수로 연결시켜주는 특성행렬이고 행렬 의 각 요소,,,,는번째 박막층의 상하경계면에서의 복소굴절률, 박막층두께 그리고 광파장 등의 함수이다. 상기 수식[3]으로부터 p개의 박막으로 구성된 다중박막 시료기판의 입사매질-최상층박막과 최하층박막-기판간의 경계면에서의 광의 전장과 자장의 강도는 다음과 같은 수식[4]로 주어진 함수관계를 갖는다

[4]

여기에서 행렬은 벡터와 벡터을 연결해 주는 특성행렬이다. 그리고, 최상층 박막과 최하층 박막 경계면에서의 전장과 자장이 만족해야 할 경계면 조건에서 다음과 같은 행렬 방정식을 얻는다.

이것을 정리하면 아래의 식[5]를 얻는다.

[5]

여기에서,,,,은 반사계수(amplitude coefficient of reflection), 그리고는 통과계수(amplitude coefficient of transmission)이다. 상기 식[5]를 반사계수(amplitude coefficient of reflection)에 관해서 풀면 다음과 같은 식[6]을 얻는다.

[6]

여기에서와는 각각 입사매질(공기)과 기판의 복소굴절률이고,,,, 는 특성행렬의 요소들이다.,,그리고는 수식[4]에 표시한 바와 같이,,...,를 모두 곱함으로서 구할 수 있으며, 이들 각각의 요소들은 박막층의 두께반사광의 반사각도 그리고, 절대굴절률(absolute refraction index)의 함수이다. 그리고 절대반사율은 식[2]로 구할 수 있다. 즉로 주어진다. 여기에서는 공액복소수임을 의미한다.

본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이 이론적인 반사율의 식[6]을 유도할 수 있음으로, 반사율 그래프를 측정에 의해서 구하면 이론적으로 계산한 반사율과 측정한 반사율 그래프의 반사율과의 오차를 최소화함으로써 역으로 박막의 두께나 반사율을 구할 수 있다. 좀 더 자세히 설명하면, 상기 식[6]에서 반사율은 박막층 두께의 비선형 함수이므로, 굴절률의 측정값이 주어졌을 때 박막층의 두께를 구하기 위해서는 우선 박막층의 두께를 임의의 값으로 설정한 후 이 두께에 해당하는 이론적인 반사율을 광파장별로 식[6]으로부터 연산하면, 여기에서 구한 이론적인 반사율과 측정한 반사율과의 차이를 얻게 되는데 위에서 가정한 박막층의 두께가 정확할 경우 이 오차는 이상적으로는 영(zero)이 된다. 하지만, 실제로는,박막층 두께의 값이 진치(true value) 일지라는 측정한 반사율과 수식[6]을 통해서 계산한 반사율 사이에는 일반적으로 오차가 존재한다. 이때에, 박막층 두께를 변수로 설정하고 반사율 오차를 최소화시키기 위하여 시행착오를 반복적으로 시행함으로써 두께의 최적치를 구하는 최적화기법을 사용하여 박막층의 "최적" 두께를 정할 수가 있다. 여기에서, 본 발명에 의하면, 반사율은 반사광의 파장에 따라서 변하기 때문에 오차를 최소화하는 방법으로는 모든 파장에서의 반사율의 측정치에 대한 오차의 합을 최소화하는 비선형 최소오차 찾는 방법을 사용하면 된다. 예 로써 라벤버그-마르쿼르트(Lavenberg-Marquradt)방법 같은 비선형 최소오차자승법을 사용하면 된다.

상기한 바와 같이 반사율이 주어지면 굴절률을 쉽게 구할 수 있기 때문에, 본 발명에 의하면, 박막층의 굴절률을 모르는 경우에는 광파장에 대한 굴절률의 분포를 코오쉬 모델(Cauchy model) 또는 로렌쯔 진동자 모델(Lorentz oscillator model) 등의 모델을 써서 구하면 된다. 이 경우에, 박막층의 굴절률이 선택한 모델로 표현된다고 가정하면, 이론적인 반사율과 가정한 모델에 의해 계산한 반사율간의 오차가 가정한 모델의 모델계수(model coefficient)의 함수로 표현되며 계산한 굴절률과 측정한 굴절률과의 오차가 최소가 되도록 모델계수를 정하면 이 때의 모델계수의 값은 최적의 값이 되는 것이다. 다시 말하면, 오차가 가장 적도록 하는 최적굴절률을 정하는 것이다. 따라서, 박막층 두께의 경우와 같이 굴절률 모델의 계수를 변수로 설정하고 반사율오차에 최적화기법을 적용하면 광파장에 따른 굴절률을 얻을 수 있다. 상기한 방법과 같은 최적화 방법에도 동일하게 비선형 최소 오차법이 적용하면 된다.

본 발명에 의하면, 상기 설명한 바와 같이, 2차원 배열형 광검출기의 각 화소영역에서 박막층의 두께와 굴절률을 "측정"하는데 이렇게 해서 구한 박막층의 두께와 굴절률을 각각 해당되는 시료면적상의 위치를 찾으면 시료면적상의 박막층 두께 형상과 굴절률분포를 얻게 되고 이들 분포들을 모니터에 2차원이나 3차원으로 표시를 할 수 있고 이렇게 3차원으로 가시화 한 박막층 두께형상으로부터 박막층의 두께분포를 직관적으로 쉽게 파악할 수 있다. 같은 방법으로 측정하고자 하는 시료 면적 상에서의 굴절률분포도 쉽게 직관적으로 파악할 수 있도록 할 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 검출기 내의 광 세기 신호 감지기를 2차원적으로 배열이 되어 있는 광감지기를 사용하면 시료의 측정대상 부위가 검출기의 시야 범위 내에 들어오기만 하면 검출기의 시야 범위 내의 어느 위치에서도 박막층의 두께를 구할 수 있다. 따라서 종래 기술과는 달리 시료의 측정대상 부위가 검출기의 시야범위 내에 들어올 정도로만 시료기판을 일차로 이송해 주면 충분하다. 즉, 측정대상부가 시야 범위에 들어오기만 하면 화상인식 기술에 의해 측정대상부가 시야범위의 어디에 위치해 있는지를 알 수 있음으로 그 위치에서의 박막층 두께를 구하기만 하면 된다. 따라서 선행기술과는 달리 이차적인 미세 이송기구(micro-manipulator)가 필요 없게 된다.

효율적인 측정을 하기 위해서는, 현실적으로, 박막층의 두께나 굴절률을 시료의 어느 특정된 부분 또는 특정된 패턴(pattern)을 따라서 측정하는 경우가 종종 있는데, 본 발명에 의하면, 이러한 경우에 소프트웨어를 바꾸어줌으로써 쉽게 측정할 수 있다. 즉, 2차원형 광검출기에서 얻을 수 있는 박막층의 두께와 굴절률을 맵핑(mapping)하여 실제 시료기판표면상의 원하는 특정된 부분에 해당하는 두께와 굴절률에 관한 값을 용이하게 구할 수 있다. 다시 말하면, 상기한 모든 과정을 소프트웨어로 프로그래밍(programming)을 하여 시행한다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 2차원 반사광도기의 원리를 이용하여 측정하는 장치와 그 측정방법에 있어서, 도 5에 도시한 바와 같이 휠터바퀴(534)를 사용하여 광파장을 분별(discriminate)을 하는 방법을 제시(disclosed)한다. 본 발명에 의하면, 휠터바퀴 대신에 도 8에 도시한 바와 같은 모양의 선형가변휠터(linear variable filter)의 구조를 사용해도 되고 또, 도 9에 도시한 바와 같은 모양의 부분원형가변휠터(circular variable filter)의 구조를 사용해도 된다. 여기에서 선형가변휠터나 부분원형가변휠터는 그 휠터 기능의 광파장이 연속적으로 변하는 것일 수도 있고 상기한 휠터바퀴처럼 단계적으로 변하는 것일 수도 있다. 부분원형가변휠터는 그 구조가 완전히 원형으로 만들어질수도 있고 또 원의 일부분으로 만들어질 수도 있다. 또한, 선형가변휠터와 마찬가지로 그 휠터기능이 연속적으로 변하는 것일수도 있고 상기한 휠터바퀴처럼 단계적으로 변하는 것일 수도 있다. 본 발명에 의하면, 도 5에서 휠터바퀴(534)는 그 회전축(536)을 중심으로 회전하도록 되어 있고, 이 회전운동은 시스템제어부(552)나 정보처리부(550)와 같은 제어기능을 갖고 있는 블록(block)에서 제어하도록 한다(비표시).

또한, 본 발명에 의하면, 도 5에 도시한 바와 같이 광휠터바퀴(538) 대신에액정동조휠터(liquid crystal tunable filter)나 음향광학동조휠터(acousto-optic tunable filter) 등과 같은 동조휠터(tunable filter)(539)(점선으로 표시)를 사용해도 된다. 예로서, 액정동조휠터의 원리와 대표적인 구조는 크리엔과 쵸빗, 그리고 밀러("Imaging Spectrometry Using Liquid Crystal Tunable Filters", by Tom Chrien and Chris Chovit, Jet Propulsion Laboratory, and Peter Miller, Cambridge Research and Instrumentation, Inc, April, 1993)에 의해서 제시(disclose)되었고 음향광학동조휠터의 원리와 구조는 미국의 부림로오즈회사[Brimrose Corporation of America, "Introduction to Acousto-Optics", and also AOTF(acousto-optic tunable filter) Sepectroscopy]에 의해서 제시(disclose)되었다. 도 5에서, 휠터바퀴(534) 대신에 사용하는 동조휠터(539)에 입사되는 광원에 대하여 광휠터바퀴를 사용할 때와 마찬가지로 정보처리부(550)와 시스템제어부(552)에 의해서 조건에 맞는 특정파장만을 선별함으로써 동조휠터 역시 협대역통과광휠터로서 동작을 한다. 상기한 동조휠터의 경우, 기계적인 구동부 없이 전기적 신호에 따라 동작하기 때문에 마이크로 초(㎲) 단위의 실시간에 가까운 짧은 시간내에 그 동작의 가능을 완료한다. 따라서, 실제공정 현장에서 측정에 소요되는 시간이 크게 줄어든다.

본 발명에 의한 상기 측정장치는 측정시료의 광학적 경계면에서 반사되는 광이 상기한 협대역통과광휠터나 가변휠터 또는 동조휠터를 통과한 후 2차원 배열형 광검출기(542)에 실상을 투사시키는 구조로 되어 있지만, 본 발명에 의하면, 광휠터의 기능이 전자적으로 되어 있기 때문에 동조휠터(539)를 사용하는 경우에는 동조휠터(539)와 2차원 배열형 광검출기(542)를 통합(integrate)해서 그 구조를 더 효율적으로 만들 수도 있다.

상기한 바와 같이, 굴절률은 박막층의 두께의 비선형 함수로 표시되고 따라서 굴절률과 박막층의 두께는 비선형함수 관계를 갖고 있기 때문에 반복적인 시행착오방법에 의하여 최적치를 구하는 것이 실질적이다. 하지만, 예를 들어서, 측정하고자 하는 박막층 두께의 범위 내에서 굴절률 오차의 최소치가 하나 이상 존재하여 지역적최소치를 구하기가 어려울 때가 있다. 이러한 경우에는 측정장비 사용자가 경험에 의해서 최소치를 선택하여 그 값에 해당하는 박막층의 두께를 선택하면 된다. 이 방법에 대한 대안으로는, 본 발명에 의하면, 광원으로 자외선이나 적외선 광원을 사용하면 된다. 예를 들어서, 측정대상의 박막층 두께가 얇아지면 도 3의 반사율 그래프가 평탄해지는 경향이 있어서 반사율이 둔화된다. 즉, 통상적으로 쓰이는 가시광 광원을 사용하는 경우 측정하고자 하는 박막층의 최소두께가 100Å 내지 200Å정도로 제한된다. 이에 반해서, 자외선 영역에서는 반사율 그래프가 조밀하게 나타남으로, 자외선 광원을 사용할 경우에는 박막층의 두께가 수십옴스트롬까지도 측정이 가능하다. 반대로, 박막층의 두께가 상대적으로 매우 두꺼운 경우 가시광 광원만을 사용하면 도 3의 반사율그래프가 광파장 방향으로 너무 조밀하게 나타나기 때문에, 즉, 정상(peaks)과 골짜기(valley)가 너무 잦기 때문에 반사율 오차값의 국부적인 최소점(local minimum)이 너무 많이 존재하게 된다. 따라서, 비선형 최소오차법 등의 최적화방법 적용시 전역최소치(global minimum)에 잘 수렴하지 않는 경우가 종종 있다. 이러한 경우에 수 마이크론 파장대의 적외선 영역의 광원을 사용하면, 이 영역에서는 도 3에 도시한 바와 같은 반사율 그래프의 파형이 보다 넓게 분포되기 때문에, 국부최소점(local minimum point)을 찾는 문제가 줄어들고 전역최소치에 수렴할 가능성이 높아짐으로 수십 마이크론 이상의 박막층의 두께도 측정이 용이하게 된다.

상기한 실시예는 본 발명의 원리와 내용을 설명하기 위한 한 예에 불과하고 본 발명의 원리와 기본사상을 제한하기 위한 것은 전혀 아니다. 이 분야에 익숙한 자는 상기 발명의 상세한 설명들의 변형들을 쉽게 이해하고 생각해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명과 관련된 기술에 익숙한 자는 상기한 본 발명의 상세한 설명을 통해서 그 원리와 기본사상의 의미를 넓은 범위에서 이해하고 생각해 낼 수 있을 것이다.

[실시예]

본 발명의 실시예를 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명에 의한 다층박막의 두께형상(thickness profile)과 굴절률분포(refractive index distribution)를 측정하는 장치는 도 5의 개념도에 도시한 구조를 갖고 있는데 크게 나누어서 광학부, 시료기판이송부, 화상포착처리부, 화상처리부(548), 정보처리부(550) 그리고 시스템제어부(552)로 구성되어 있다.

광학부는 광원(500), 집속렌즈(502), 조리개(504), 투사렌즈(506), 광분할기(508), 대물렌즈(510), 보조렌즈(530) 그리고 협대역통과광휠터바퀴(534)로 구성되어 있고, 시료기판이송부는 시료기판이송대(524), 시료기판이송대구동부(526) 그리고 시료기판이송대제어부(528)로 구성이 되어 있다. 화상포착처리부는 2차원형 광검출기(542)와 화상포착기(frame grabber)(546)로 구성이 되어 있고 화상표시부는 화상인식부(554)와 모니터(556)로 구성되어 있다. 본 측정장치는 또 화상처리부(548)와 정보처리부(550)를 구비하고 있으며, 끝으로, 측정장치 전체를 제어해 주는 시스템제어부(552)가 있고, 여기에 프린터나 각종 기록장치 그리고 데이타 전송장치 등등의 기능을 갖춘 정보교환장치(interface) 등을 연결시킬 수 있도록 되어 있다.

상기한 발명의 구성 및 작용(detailed description of the present invention)에서 서술한 바와 같이, 본 측정장치는 박막층의 두께형상과 굴절률 분포를 넓은 영역에 걸쳐서 측정하는 범용측정장치이다. 광원으로써는 가시광선, 적외선, 자외선 등의 광원을 사용할 수 있고 이 실시예에서는 가시광선을 광원으로 사용한 경우를 예를 들어 설명한다.

가시광선의 광파장 대역에서 흔히 측정하는 박막은 근래에 많이 쓰이는 최첨단기술용 반도체 소자 제조에 사용되는 포토레지스트(PR:photoresist)이고 그 두께의 범위는 대략 0.3 마이크론(micron) 내지 3.0 마이크론(micron)이다. 시료로서는 실리콘기판상에 포토레지스트 박막을 입힌 것을 사용하였고, 반사율을 알고 있는 표준기판도 측정용 표준지침으로 사용하였다.

광학부는 전형적인 현미경(microscope)과 비슷한 구조를 갖으며 광원으로서는 일반적으로 널리 쓰이고 있는, 예를 들어서, 텅스텐 할로겐 전구(tungsten halogen lamp)를 사용하였다. 우선, 시료기판 위에 올려놓은 반사율을 이미 알고 있는 표준기판으로부터 반사되어 오는 반사광이 협대역통과광휠터바퀴(534)를 통과한 후, CCD(542)에 투사된 반사광의 강도를 CCD가 2차원형으로 장착되어 있는 광검출기(542)를 통해서 측정하였다. 다음에는, 실리콘 시료기판(514)을 시료기판이송대에 올려놓고, 표준기판일 경우와 마찬가지로 CCD가 2차원형으로 장착되어 있는 광검출기(542)를 통해서 반사광의 강도를 측정하였다. 이 때에 CCD 광검출기(542)로 투입되는 반사광은 협대역통과광휠터바퀴(534)에 장착되어 있는 협대역통과광휠터(538)를 통해서 휠터링(filtering)이 되기 때문에 시료기판상의 선택된 지점에서 반사되는 반사광의 강도는 실제로 사용된 광필터에 의해서 결정되는 광파장의 함수로 주어진다. 본 실시예에 사용된 협대역통과광휠터바퀴(534)의 개략도를 도 6에 도시하였다. 협대역통과광휠터바퀴(634)에는 이 실시예에서 28개의 광휠터가 장착되어 있으며 광휠터들의 통과영역은 최하 400에서부터 최상 800 나노미터(nanometer)이다. 이 휠터바퀴는 중심부에 위치한 회전축(636)[도 5에서는 (536)]을 중심으로 회전하게 되어 있는데 회전운동은 시스템제어기(552), 화상처리부(548) 또는 정보처리부(550)에서 제어한다. 이 협대역통과광휠터 바퀴의 회전은 소프트웨어에 의해서 자동제어되게 되어 있고 시료박막상(520)의 선택된 특정 지역에서의 광파장별 반사광의 측정이 끝날 때까지 단계별로 회전한다. 반사율은 시료기판으로 측정한 반사광강도와 표준기판으로 측정한 입사광강도의 비율, 즉, 반사율 = 반사광강도/입사광강도로 주어지고 광파장의 함수이다. 따라서 측정한 반사광의 강도로부터 얻은 반사율 그래프는 도 7에 도시한 바와 같다. 본 발명에 의하면, 여기에서 협대역통과광휠터바퀴(534) 대신에 도 8에 도시한 선형가변 광휠터(800) 또는 도 9에 도시한 바와 같은 부분 원형가변 광휠터(900)를 사용하여도 된다. 물론, 여기에도 적절한 구동장치가 필요하다. 즉, 선형가변 광휠터(800)인 경우에는 광휠터를 선형으로 움직이도록 함으로써 2차원형 광검출기(542)에 투사되는 반사광을 광파장별로 차별화하여 측정한다. 부분원형가변 광휠터(900)인 경우에는 상기한 광휠터바퀴(534 또는 634)의 경우와 비슷하게 부분 회전운동을 하도록 한다.

또한, 상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광휠터로서 액정동조휠터나 음향광학동조휠터 등과 같은 동조휠터(539)를 사용하여도 된다. 동조휠터(539)는 광을 직접 다루는 광휠터와는 달리 간접적인 전자휠터로서 도 5에서 휠터바퀴(534) 대신에 사용한다. 원리는, 입사되는 광으로부터 정보처리부(550) 또는 시스템제어부(552)에 의한 조건에 맞는 특정파장만을 전자적으로 선별함으로서 협대역 통과 광휠터와 유사한 동작을 전자적으로 한다. 동조휠터의 경우, 기계적인 구동부 없이 전기적신호에 따라 동작하기 때문에 마이크로 초(micro seconds)단위의 실시간 내에 휠터기능의 구동이 가능하다. 따라서, 기계적으로 휠터몸체를 움직여서 광파장대를 변화시켜 주어야 하는 광휠터보다 훨씬 빠른 시간내에 휠터기능의 실시가 가능하기 때문에 측정시간이 광휠터의 경우에 비해서 현저히 단축된다.

본 발명에 의하면, 동조휠터는 전자휠터이기 때문에 광검출기(CCD)(542)와 쉽게 통합(integrate)될 수 있고 광휠터 또는 동조휠터 등의 물리적 위치는 휠터기능을 효율적으로 하기 위해서는 광원(500)과 광검출기(CCD)(542)간의 광경로(532)에 광이 집중되는 곳에 위치하면 된다. 예를 들면, 광원(500) 앞, 조리개(504)의 앞 또는 뒤, 시료상의 초점(512) 바로 위, 그리고 이 실시예에서와 같이 광휠터바퀴(534)의 현위치에 휠터를 위치시키면 된다. 이들 가능성이 있는 위치 중에서 광원(500) 바로 앞의 위치에서는 잡광(optical noise)이 제일 적게 영향을 미치기 때문에 휠터의 기능이 좀더 효율적이다. 또한 상기한 휠터의 가능한 위치는, 이론적으로는, 광원(500)과 광검출기(CCD)(542)간의 광경로 중간의 임의의 지점에 위치시켜도 무관하다. 하지만 실질적으로는 광경로 중에서 광이 집중되는 점에 휠터를 위치하도록 하면 휠터의 크기, 구조, 또 기능의 관점에서 더욱 효율적이다.

상기한 모든 경우에 각 협대역통과광휠터를 통과하는 광의 파장은 하나의 고정된 광파장이 아니고 좁은 통과영역에 걸친 광파장대이므로 이 때에 이 협대역광휠터를 통과한 광은 협대역통과 범위내에서의 광파장에 대한 실질적인 평균치를 의미하는 것이다. 또 상기한 선형가변 광휠터와 부분 원형가변 광휠터의 움직임을 제어하는 구동장치를 자동으로 구성하여 반사광의 강도를 측정한다. 일단, 표준기판에서의 반사광과 시료기판에서의 반사광을 광파장의 함수로 측정하면, 상대적인 반사율은 시료기판에서 반사가 되어오는 반사광의 강도를 표준기관에서 반사가 되어 오는 반사광의 강도로 나눔으로서 구한다. 즉, 반사율 = 시료기판으로부터의 반사광의 강도/표준기판으로부터의 반사광의 강도 로 주어진다. 결과적으로는 도 7에 도시한 바와 같은 반사율대 광파장(reflective index v.s wavelength) 그래프를 얻게 된다.

본 발명에 의하면, 광학부는 전술한 바와 같이 원리상으로는 통상적인 광현미경(optical microscope)의 구조로 되어 있고 광원(500)으로는 가시광선, 적외선 그리고 자외선을 선택적으로 필요와 용도에 따라서 사용한다. 전술한 바와 같이본 실시예에서는 가시광선 광원을 써서 포토레지스트의 두께와 굴절률을 측정하였다. 대물렌즈(510)는 현미경과 같이 그 확대율을 바꿀 수 있는데 본 실시예에서는 50배 대물렌즈를 사용하였다. 시료기판으로부터 포착한 영상은 직경이 60㎛에서부터 80㎛정도 되는 영역(512)을 측정목표영역으로 잡았으며 이 크기의 영역(512)에서 반사되어오는 반사광이 대물렌즈(510), 광분할기(508), 보조렌즈(530), 협대역통과광휠터(538)를 통하여 광검출기(542) 내부에 장착되어 있는 2차원형 CCD(charge coupled devices)로 구성되어 있는 감지기에 투사되어 반사광의 강도가 측정되었다. CCD감지기의 면적은 시료상에서 60㎛ ×80㎛ 정도에 해당하고 이 영역내에서 640 ×480개 화소(pixels) 밀도의 해상도로 반사광을 감지하였다. 실제로는 CCD감지기에서 발생된 전기적 신호가 화상포착기(frame grabber)(546)를 통해서 포착된 후, 프레임메모리(비표시)에 저장되고 이 프레임 메모리에 저장된 화상은 화상처리부(548)에서 분석되어 반사광의 강도를 추출(extract)해 냈다. 더 구체적으로 설명하면, 예를 들어서, (3 ×3) 크기의 기본 화소군 단위로 만들어서 (32 x 32) 단위의 크기의 화소군으로 CCD의 전체 화소영역을 분할하여 이 (32 ×32)크기의 화소군에 대해서 반사광의 강도의 평균치를 구했다. 이 과정을 협대역통과광휠터바퀴에 있는 협대역통과광휠터개수만큼 반복함으로서 얻은 반사광의 강도를 광파장의 함수로 구한 후 표준기판에서 읽은 표준반사광의 강도를 사용하여 표준화(normalize)함으로써 도 7에 도시한 것과 같은 반사율 그래프를 얻었다. 640 ×480개의 전화소에 해당하는 화상전체에 걸쳐서 그리고 협대역통과광휠터 바퀴에 장착되어 있는 28개의 휠터 개수대로 측정하기 위해서는, 이 실시예의 경우, (32×32) 화소단위의 크기 대신에 (35 ×35) 크기의 화소단위로 분할함으로써, {(640 ×480)/(35 ×35)} ×28번 측정을 시행하였다. 그리고 한 화상(one picture frame)에서 개의 반사광의 강도가 광주파수의 함수로 구해졌다. 이 과정은 주로 화상처리부(548)에서 진행되었다.

여기에서, 본 발명의 상세한 설명에서 설명한 바와 같이, 반사율 오차 최소화 방법을 활용하여 측정하고자 하는 박막층인 포토레지스트 막의 두께를 측정하였는데 이 때에 필요한 연산은 정보처리부(550)에서 주로 시행되었다. 본 발명에 의하면, 이 때에 필요한 연산을 화상처리부(548)에서 할 수도 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 상기 측정한 반사광 강도들을 측정한 표준 반사광 강도로 나누어서 측정치를 반사율로 표시하여 반사율 그래프를 광파장의 함수로 도 7에 표시한 바와 같이 구했다. 이렇게 구한 그래프들의 값을 임시로 메모리에 저장한 후 박막층의 두께를 계산하는데 사용하였다. 여기에서 그래프의 값을 임시메모리에 저장하지 않고 직접 계산할 수도 있다. 이 실시예에서는 반사율 그래프의 값을 임시 저장한 후 화상처리부에서 박막층의 두께를 연산하였다.

본 발명에 의하면, 발명의 상세한 설명에서 수식[2]는 단일 박막층인 경우의 반사율의 자승으로 표현이 된다. 즉 반사율이고은 식 [1]로 주어진 복소반사율로서 복소수이며, 이 복소반사율은 박막층 두께의 함수이다. 여기에서은 절대반사율이다. 그리고 실제로, 측정한 반사율을이라고부르고 연산한 반사율을이라고 부르면 반사율의 오차는로 주어진다. 여기에서,,,는 모두 실수이다. 결과적으로 박막층의 두께의 초기치을 정한 후을 수식[2]에 의해서 계산한 후 오차을 구하였다. 다음에 두께를만큼 바꾼 후에를 다시 계산한 후 오차를 또 구하였다. 여기에서 만일 오차가 오차보다 작으면 계속해서 박막층 두께의 값을 조금씩 증가시키면서 오차가 최소화 될 때까지 진행한다. 중간에 오차가 증가하면 반대로 두께의 값을 감소시킨다. 이 때에 두께를 감소시키는 양을 증가시킨 값보다 더 작게 변화를 시켜준다. 두께의 초기치을 설정해서 계산한 결과, 만일 오차가보다 크면 반대로 박막층 두께의 값을 감소시키면서 오차를 계산해 나감으로서 오차가 최소값이 될 때까지 반복한다. 이 때에, 오차가 증가할 경우에는 상기한 바와 같이 박막층의 두께를 약간 증가시킨다. 이러한 과정을 반복하여 오차가 최소가 될 때의 박막층 두께를 찾아낸다. 상기한 반복적인 시행착오법을 적용해서 앞에서 예를 든 (3 ×3)크기의 각 화소군에 해당되는 박막층의 두께를 연산함으로서 선택한 시료상의 측정영역에서의 박막층 두께형상을 구하였다. 이 결과를 모니터(556)에 2차원과 3차원 영상으로 표시하였다(displayed).

상기한 박막층 두께 측정과정은 도 7에 도시한 바와 같이 반사율이 반사광파장에 따라서 변하기 때문에 광휠터의 숫자대로, 즉, 본 실시예에서는 28가지의 연산을 반복한 후 28개의 오차를 합산하여 계산시에 사용하였다.

전술한 바와 같이 가시광선 광원으로 측정할 수 있는 박막층의 최소두께는 100Å 내지 200Å정도로 제한된다. 따라서 박막층의 두께가 예컨대 100Å 이하일 때에는 자외선 광원을 사용하여 박막층두께를 측정을 한다. 즉, 박막층의 두께가 얇을수록 광원의 파장이 짧아야 한다. 이 결과는 도 7의 반사율그래프에서 광파장 방향으로 조밀한 그래프로 나타난다. 자외선 광원을 사용할 때에는 협대역통과광휠터의 파장이 짧은 쪽으로 변하기 때문에 예를 들어서 이 실시예의 첫 번째 예에서 광휠터바퀴에 장착된 28개로 되어 있는 광휠터세트도 광파장이 짧은 협대역통과 광휠터세트로 바뀌어야 한다. 반대로, 측정하고자 하는 박막층의 두께가 두꺼우면, 예컨데 5μ내지 10μ일 경우에는, 광원을 적외선광원으로 바꾸어주면 측정이 용이하다. 이 경우에는 도 7의 반사율 그래프가 광파장 축으로 퍼진다(spread). 이 때에도 역시 실시예의 한 예로서 광휠터 바퀴에 장착된 광휠터세트가 파장이 긴 협대역통과광휠터로 바뀌어야 한다. 나머지 화상처리과정은 자외선광원을 사용할 경우나 적외선 광원을 사용할 경우에도 가시광선 광원을 사용할 경우와 같다.

화상포착기(frame grabber)(546)를 통해서 화상처리부(548)가 받은 시료영상정보는 2차원형 광검출기(542)에 장착된 CCD를 통해서 주어진 (3 ×3)크기의 화소군의 위치에서 감지된 광의 강도(light intensity)와 그 (3 ×3)크기의 화소군의 실제적인 위치이고 상기 화소군에 입사되는 광파장에 관한 정보는 광휠터바퀴(534)에 장착된 광휠터셋트 중에서 선택된 특정 광휠터의 위치에 의해서 결정된다. 이광파장에 관한 정보는 광휠터바퀴(534)로부터 직접 화상처리부(548)나 시스템제어부(552)에 전달된다. 이 때에 상기 CCD감지기(542)의 화소군에 입사하는 광과 그 광파장에 관한 정보를 동기화(synchronize)시켜 준다.

상기한 바와 같이 주어진 (3 ×3)크기의 화소군에 해당하는 광의 강도와 그 화소군으로 표현되는 영상의 위치 그리고 이 화소군에 대응하는 광파장, 또 초기치로서 임의로 가정한 박막층 두께의 값들을 수식[2]에 적용하여 반사율를 연산하는데, 수식[2]내에는 여러 개의 상수(constants)와 계수(coefficients)들이 있고 또 sine과 cosine함수들도 있다. 더구나를 반복적으로(iteratively) 연산하여 반사율 오차가 최소가 될 때까지 반복적인 연산을 한다. 본 발명에 의하면, 연산시간을 단축시키기 위해서는 수식[2]를 부분적으로 연산한 후 그 값들을 메모리에 미리 저장한 다음 이 저장한 값을 읽어서 사용함으로서 연산을 빠른 시간에 시행하는 룩업테이블(look-up table)방식을 쓰면 된다. 여기에서 수식[2]의 부분적 계산을 어떻게 나누어서 할 것이냐 하는 것은 설계자가 하는 것이 통례이지만 사용자선택 방식으로 설계할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 예를 들어서, 상기한 (3 ×3)크기의 화소군을 한 영역으로 보고 3 ×3 = 9 개의 화소들로 구성된 화소군에 대해서 각 화소에 대응하는 반사율 오차를 모든 광파장에 걸쳐서 연산한 후 그 평균치를 최소화해야 하기 때문에 이 때에 사용하는 평균반사율의 오차를 최소화하는 "최적화 연산과정"은 상당히 복잡하다. 더구나 주어진 화소군의 위치에서의 반사율 오차는 입사광의 파장, 박막의 두께 등의 비선형 함수이기 때문에 소위 비선형 오차 최소화 연산과정을 반복적으로 적용할 필요가 있다. 본 발명에서는, 한 예로서, 상기한 비선형 오차 최소화 방법중의 하나인 "레덴버그-마르쿠알트(Levenberg-Marquardt) 비선형 오차 자승 최소화 방법"을 적용하였다. 즉,의 값을 최소화하는 것이다. 하지만 본 발명에서는, 상기 방법과 유사한 다른 오차 최소화 방법을 적용하여도 된다.

본 실시예의 경우에는 주어진 포토레지스트 박막층의 반사율을 측정하기 때문에 피측정시료의 굴절률을 알고 있다. 그러나 경우에 따라서는 측정하고자 하는 박막층의 굴절률을 모르는 경우가 있는데 이 때에는 광파장에 대한 굴절률의 분포를 코오시 모형(Cauchy model)이나 로렌즈 진동자 모형(Lorentz Oscillator model)등의 모형을 사용해서 구하는 방법이 제시되었다.("Spectroscopic Ellipsometry and Reflectometry" by H.G.Tompkins, W.A.McGahan, John Wiley, 1999). 박막층의 굴절률을 상기한 특정모형으로 모델링(modeling)을 하면, 이론적인 반사율과 측정한 반사율간의 오차가 해당 모형의 모형계수(model coefficient)의 함수로 표시되며 이 모형계수를 갖춘 특정모형의 값이 실제의 굴절률의 값에 제일 가까울 경우에는 상기 오차가 최소로 된다. 이 때에도, 박막층의 경우와 마찬가지로, 굴절률모형의 계수를 변수로 설정하고 반사율 오차에 최적화방법을 적용해서 광파장에 따른 굴절률을 얻는다. 최적화 방법으로는 상기한 바와 마찬가지로 비선형 최소오차방법을 적용한다.

상기한 바와 같은 복잡한 연산은 화상처리부(548)와 정보처리부(550)에서 시행된다. 화상처리부(548)의 기능은 다른 역할도 하지만 반사율 오차 연산에 필요한 반사율 측정치를 추출해 내는 역할 등등을 수행하고, 굴절률 연산, 반사율 오차 연산, 반사율 오차 최적화, 굴절률을 모를 경우의 굴절률 모델(model) 선정 및 연산 등은 주로 정보처리부(550)에서 처리한다. 그러나 화상처리부(548)와 정보처리부(550)의 기능분담은 설계자의 재량에 달려있기 때문에 경우에 따라서는 화상처리부(548)와 정보처리부(550)를 합쳐서 하나로 설계를 할 수도 있다. 이 실시예에서는 편의상 화상처리부(548)와 정보처리부(550)를 두 개의 다른 블록(block)으로 구분하여 도 5에 도시하였다. 본 발명에 의해서 구성된 룩업테이블(look-up table)을 효율적으로 사용하기 위해서는 통상적으로 정보처리부(550) 또는 화상처리부(548)와 밀접하게 그 기능을 수행하도록 연산시스템을 구성한다.

화상포착기(frame grabber)(546)에서 추출한 주어진 화소에 해당하는 신호는 화상인식부(554)에도 전달이 되고 이 화상인식부(554)에서는 시료상의 선택된 측정영역, 즉 도 5의 협대역통과광휠터바퀴(534)를 통과하는 시료표면의 영상을 재합성(reconstruct)하여 모니터(556)를 통해서 화면표시(display) 한다. 측정기 사용자는 모니터 스크린상에서 원하는 측정영역을 지정하여 화상처리부(548)와 정보처리부(550)에서 측정에 필요한 연산을 수행한다. 이 때에 사용자는 측정시간을 절약하기 위해서 국한된 측정영역만을 지정할 수도 있고, 예를 들어서, 도 5의 협대역통과광휠터바퀴(534)를 통과하는 측정영역전면의 영상을 모니터(556)에 화면표시(display) 할 수도 있다. 이 모니터(556)상에 화면 표시하는 화상정보는 시료기판의 표면상태(surface image condition), 박막층 두께 형상(profile), 굴절률분포, 반사율 분포, 시료의 X-Y좌표, 협대역통과광휠터바퀴에 관한 정보, 선택한 측정영역 영상의 배율(multiplication factor) 등등의 정보들이다.

본 발명에 의한 박막층 두께형상 및 굴절률분포 측정장치는 시료기판(514)의 여러 곳을 측정할 경우에는 광학부의 대물렌즈(510)의 초점을 자동으로 맞추는 자동초점 맞춤장치(auto-focusing system)를 사용한다. 이 때에 대물렌즈(510)와 시료기판(514)의 상대적인 위치가 X-Y-Z 3방향으로 움직인다. 이때에 시료기판(514)과 같이 움직이는 시료기판이송대(524)의 움직임은 시료기판이송대 구동부(526)와 이것을 조정해 주는 시료기판이송대 제어부(528)에서 제어해 준다.

본 발명에 의하면, 이 실시예에서 예시한 박막층 두께형상 및 굴절율분포 측정장치의 전반적인 제어는 시스템제어부(552)가 시행한다. 시스템제어부(552)는 기본적으로 마이크로프로세서(microprocessor), 마이크로컴퓨터(microcomputer) 또는 마이크로컨트롤러(micro controller)를 중심으로 구성되어 있는 제어기이다. 시스템제어부(552)는 하드웨어(hardware)와 소프트웨어(software)로 구성되어 있는데 하드웨어는 대표적인 예로 주로 마이크로프로세서, 메인메모리, 하드디스크, I/O 연결부분(I/O interface parts), 프린터와 같은 I/O 장치들(I/O devices) 등으로 구성되어 있고 소프트웨어는 크게 나누어서 시작프로그램(initialization program), 주제어프로그램(main control program) 등으로 구성되어 있다. 이 시스템 제어부(552)는 박막층 두께 및 굴절률분포 측정장치의 여러 부분을 제어한다. 즉 광학부, 시료기판이송대제어부(528), 협대역통과광휠터바퀴(534), 2차원형 광검출기(542), 프레임그래버(546), 정보처리부(550), 화상처리부(548), 화상인식부(554), 모니터(556) 등 모든 기계적인 움직임은 물론 복잡한 계산기능을 포함하여 모든 연산과정 및 정보처리 기능을 제어해 준다.

상기한 실시예는 본 발명의 원리와 내용을 설명하기 위한 한 예에 불과하고 본 발명의 원리와 기본사상을 제한하기 위한 것은 전혀 아니다. 이 분야에 익숙한 자는 이 실시예와 비슷하거나 그 변형들을 쉽게 이해하고 생각해 낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명과 관련된 기술에 익숙한 자는 이 실시예를 통해서 그 원리와 기본사상의 의미를 넓은 범위에서 이해하고 생각해 낼 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 박막층의 두께 형상(profile)과 굴절률분포 측정장치와 방법은 기존하는 장비에 비하여 선택한 점에서의 두께와 굴절률을 측정하는 것이 아니라 선택한 특정 면적상에서의 두께의 형상과 굴절률분포를 측정하고 한 눈에 볼 수 있도록 한다. 따라서 한 점에서의 측정치보다는 좀 더 신뢰성이 있고 점보다는 넓은 측정 영역에 걸쳐서 박막층의 두께 형상과 굴절률분포를 측정하고, 더구나 시료표면상의 선택한 측정영역의 영상을 평면이나 입체로 보여주기 때문에 점 측정에 배해서 훨씬 더 정확한 정보를 얻는다. 더 나아가서 본 발명에 의하면 광원과 협대역통과광휠터를 자외선광원이나 적외선광원을 사용하고 또 광원의 파장 대역에 해당하는 적절한 가변광휠터를 사용함으로서 가시광선을 사용할 때보다 얇거나 또는 두꺼운 박막층의 두께나 굴절률을 측정하는데 편리하고 용이하다. 더구나 협대역통과광휠터세트를 사용함으로서 측정속도가 빠르다. 또한 본 발명에 의하면, 박막두께 형상, 굴절률 분포 등등을 화소군 마다 연산하기 때문에 측정치의 분해도(resolution)가 높고 국부적인 변화도 측정이 가능하다. 본 발명에 의하면, 선택한 측정영역의 박막층 두께 형상과 굴절률분포를 2차원 화면 영상으로 모니터에 표시하기 때문에 사용자가 시료기판의 박막층 표면이나 굴절률의 상태를 2차원에서 관찰하고 평가할 수 있다. 따라서 사용자는 박막층의 상태나 특성에 대해서 강건하고 확고한(robust)판단을 내릴 수 있다. 다시 말하면, 한 점을 중심으로 해서 측정하는 기존하는 기술에 비해서 2차원 형상은 신뢰도가 훨씬 높고(reliable) 또 보다 많은 정보(information)를 얻을 수 있다.

Claims (20)

1. 다층박막의 두께형상 및 굴절률분포를 측정하는 장치에 있어서,

   시료기판를 지지하여주는 시료기판이송부;

   상기 시료기판에 투사되는 광을 마련해 주는 광학부;

   상기 시료기판으로 투사되는 광이나 시료기판으로부터 반사되는 반사광을 광파장 별로 선택적으로 휠터링해 주는 협대역통과광휠터셋트;

   상기 광휠터 셋트에 장착되어 있는 광휠터를 통하여 입사되는 반사광을 감지하는 2차원으로 배열된 전하연계 소자(CCD)들;

   상기 전하연계소자에 의하여 감지한 상기 반사광에 포함된 영상데이타를 포착하는 화상포착기(frame grabber);

   상기 화상포착기로 포착한 데이타를 이용하여 박막두께, 박막두께형상 또는굴절률 중에서 적어도 한가지를 비선형오차 최소화방법을 반복적으로 (iteratively)써서 연산하여 그 값을 구하는 연산기; 및

   상기 연산기제어 및 영상데이타 처리를 하기 위한 화상처리, 정보처리 및 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상 및 굴절률분포를 측정 하는 장치
2. 제 1항에 있어서,

   상기 박막두께, 박막두께형상 또는 굴절률 등의 정보를 표시하는 화상인식부 및 모니터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상 및 굴절률분포를 측정하는 장치
3. 제 1항에 있어서,

   상기 시료상의 다층박막의 선정된 측정영역에서의 두께형상 및 굴절률 분포를 측정하는 장치
4. 제 1항에 있어서,

   상기 시료기판을 순차적으로 움직임으로써 상기 시료기판상의 다층박막의 넓은 측정영역에 걸쳐서 다층박막 두께형상 및 굴절률 분포를 측정하는 장치
5. 제 1항에 있어서,

   상기 광학부가 가시광선 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
6. 제 1항에 있어서,

   상기 광학부가 자외선 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
7. 제 1항에 있어서,

   상기 광학부가 적외선 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
8. 제 1항에 있어서,

   상기 광휠터셋트가 광휠터바퀴의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
9. 제 1항에 있어서,

   상기 광휠터셋트가 선형가변광휠터의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
10. 제 1항에 있어서,

    상기 광휠터셋트가 부분원형가변광휠터의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
11. 제 1항에 있어서,

    상기 광휠터셋트가 선형협대역통과휠터들로 구성되어 있는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
12. 제 1항에 있어서,

    상기 광휠터셋트가 부분원형협대역통과휠터들로 구성되어 있는 구조를 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
13. 제 1항에 있어서,

    상기 광휠터셋트가 동조휠터의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
14. 제 1항에 있어서,

    상기 동조휠터가 액정동조휠터의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
15. 제 1항에 있어서,

    상기 동조휠터가 음향광학동조휠터의 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 장치
16. 제 1항에 있어서,

    상기 화상처리 및 제어기에서의 연산처리를 빨리 하기 위하여 여러 번 반복적(iteratively)으로 사용되는 연산계수 및 변수를 룩업테이블(look-up table)로 구성하여 사용하는 것을 특징으로 하는 다층박막 두께형상 및 굴절률분포 측정장치
17. 제 2항에 있어서,

    상기 제어기, 화상처리부 및 화상인식부에서 처리한 상기 시료 박막의 표면 상태를 2차원적 화상으로 모니터를 통하여 표시하는 것을 특징으로 하는 다층박막 두께형상 및 굴절률분포 측정 장치
18. 제 2항에 있어서,

    상기 제어기, 화상처리부 및 화상인식부에서 처리한 상기 시료 박막의 표면 상태를 3차원적 화상표시 방법으로 모니터를 통하여 표시하는 것을 특징으로 하는 다층박막 두께형상 및 굴절률분포 측정 장치
19. 제 2항에 있어서,

    다층박막의 두께형상, 굴절률분포 및 다층박막표면 형상(profile)을 인위적인 칼라표현방법을 써서 칼라로 표현함으로서 2차원이나 3차원 칼라로 차별화하여 모니터상에 표시하는 방법
20. 다층박막의 두께형상과 굴절률분포를 측정하는 방법에 있어서,

    2차원형으로 배열된 전하연계소자(CCD)센서로 2차원 영상을 포착하는 방법

    협대역광휠터를 써서 전하연계소자센서로 투사되는 광을 쉽고 빨리 분리하는 방법

    적절한 크기의 화소군별로 화상처리를 함으로서 측정치의 안정성을 유지하면서 두께형상을 2차원적으로 측정하는 방법

    적절한 크기의 화소군별로 화상처리를 함으로서 측정치의 안정성을 유지하면서 시료표면의 위치별로 굴절률분포를 2차원적으로 측정하는 방법

    상기 2차원형 전하연계소자를 통해서 포착한 반사광 데이타를 이용하여 박막두께, 박막두께형상 또는 굴절률 중에서 적어도 한가지를 비선형오차 최적화 방 법을 반복적으로(iteratively) 써서 연산하여 그 값을 구하는 방법

    광파장별로 전하연계소자에 입사된 광의 강도를 처리하여 다층박막의 두께형상과 굴절률분포 측정결과 및 박막표면 상태를 2차원 또는 3차원으로 선택적으로 모니터에 표시하는 방법