KR20030091100A - 적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치 및 방법 - Google Patents
적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 비파괴적인 방법으로 박막의 2차원적 불균질성을 시각적(영상화)으로 분석할수 있고, 영상처리를 통해 광원세기의 분산에 관계없이 박막만의 영상을 추출할 수 있는 적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 박막의 균질도 검사 장치는, 광원세기 콘트롤러; 적외선을 발생하는 광원발생수단; 샘플에 광의 세기를 귤질하게 조사하도록 하는 광분산수단; 샘플을 통과한 적외선을 취득하기 위한 카메라 수단; 및 취득된 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하고 처리하는 처리수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 본 발명의 박막의 균질도 검사 방법은, 샘플 위치에 기판만을 위치시켜 광원의 2차원적 세기분산을 영상화하고 제1영상을 얻는 단계; 상기 샘플 위치에 박막이 증착된 기판을 위치시키고 제2영상을 얻는 단계; 박막에 의한 영상만을 구하기 위해 A와 B의 차영상을 구하는 단계; 및 상기 차영상에 영상 컨트래스드 증강 또는 특징추출의 영상처리를 이용해 상기 박막의 균질성에 대한 정보를 구하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 적외선 영상기법(Infrared Transmission Imaging Technique)을 이용하여 박막(통상 Ⅲ-Ⅴ, Ⅱ-Ⅵ 화합물 반도체)을 영상화하여 국지적인 박막의 두께 변동 또는 결함의 농도분산에 따른 박막의 균질성(homogeneity)정도를 시각적으로 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.
광전소자에서 많이 이용되는 화합물 박막반도체는 진공증착(vacuum deposition)이나 증발성장(vapor growth) 기법 등을 통해 만들어 지는데 공정조건상 박막의 전 부분에 걸쳐 두께나 결함의 분포가 일정할 수 없다. 그러나 이러한 재료들이 IC의 기판으로 이용되기 위해서는 가능한 넓은 범위에 걸쳐 물리, 전기적으로 균질한 특성을 가져야만 한다.
특히 화합물 반도체는 여러 가지의 결함들을 내재하고 있기 때문에 결함분포와 농도에 따라 전기적인 성질이 공간적으로 일정하지 않게 되고 이러한 재료에 기반 하여 소자를 구현하면 소자 성능에 분산을 가져오게 한다.
IC나 개별소자에 이용될 수 있는 고품질의 박막에 대한 신뢰를 확보하기 위해서는 먼저 비파괴적이고 박막 전체를 일괄적으로 평가할 수 있는 기법이 필요하게 된다.
박막의 측정에는 두 가지의 주된 분류가 있는데 그것은 광학적인 기법과 스타이러스(stylus)에 기반된 기법이다. 스타이러스(Stylus) 측정에서는 두께와 표면거칠기(roughness)를 예리한 끝을 가진 스타이러스(stylus)가 박막의 표면을 지나가게 할 때 이의 변형(편향) 정도를 모니터링함으로써 측정한다.
그런데 이러한 스타이러스(stylus) 장치는 속도와 정확도에 있어서 한계가 있고 또한 두께를 측정하기 위해서는 박막에 “step"이 있어야만 한다.
광학적인 기법은 빛이 박막과 어떻게 상호작용하는지를 측정함으로써 박막의 특성을 분석한다. 광학적인 기법은 박막을 측정하는데 보다 바람직스러운 방법이 될 수 있는데 왜냐하면 이 방법은 정확하며 비파괴적이고 측정샘플에 대해 별다른 준비가 필요하지 않기 때문이다.
본 발명은 적외선 영상기법을 이용하여 박막의 공간적 비균질성을 간단히 구할 수 있어 박막재료의 특성분석에 활용가능한 적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 비파괴적인 방법으로 박막의 2차원적 불균질성을 시각적(영상화)으로 분석할수 있고, 영상처리를 통해 광원세기의 분산에 관계없이 박막만의 영상을 추출할 수 있는데 적합한 적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 적용된 원리의 도식적 해석을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예를 나타낸 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 광원제어장치
2 : 광원
3 : 광분산장치
4 : 샘 플
5 : 영상캡쳐장치
5-1 : 카메라 모니터
6 : 개인용 컴퓨터
6-1 : 영상처리 알고리즘이 내재된 영상처리보드
6-2 : 영상모니터(출력장치)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막의 균질도 검사 장치는, 광원세기콘트롤러; 적외선을 발생하는 광원발생수단; 샘플에 광의 세기를 귤질하게 조사하도록 하는 광분산수단; 샘플을 통과한 적외선을 취득하기 위한 카메라 수단; 및 취득된 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하고 처리하는 처리수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 박막의 균질도 검사 방법은, 샘플 위치에 기판만을 위치시켜 광원의 2차원적 세기분산을 영상화하고 제1영상을 얻는 단계; 상기 샘플 위치에 박막이 증착된 기판을 위치시키고 제2영상을 얻는 단계; 박막에 의한 영상만을 구하기 위해 A와 B의 차영상을 구하는 단계; 및 상기 차영상에 영상 컨트래스드 증강 또는 특징추출의 영상처리를 이용해 상기 박막의 균질성에 대한 정보를 구하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
광학적인 방법으로서 가장 많이 적용되는 방법은 광흡수가 일어나지 않는 기판에 균질하게 증착된 샘플에 대한 광투과량(T)와 반사량(R)의 측정에 기초한 것들이다.
굴절률이()이고 흡광계수가 ()인 어떤 기판에 증착된 박막이 있을 때 이 박막이 굴절률, 흡광계수그리고 두께 d를 가지고 있다면
샘플에 직각적으로 입사된 광에 대해 반사량(R)은 다음 식으로 주어진다.
수학식1은 상대적으로 두꺼운(수㎛)박막에만 적용가능하다. 얇은 박막에 대해서는 기판의 굴절계수와 흡광계수를 고려해 넣어야 한다.
그러나 비흡광성의 기판인 경우, 간섭이 없을 때에는 근사식이 가능하며 반사량 R은 다음과 같이 된다.
투과영역,에서는 수학식1 및 수학식 2가 같게 되고 모든 분석 스펙트럼에 대해 시편의 두께에 관계없이 R을 측정함으로써 굴절률 n을 계산할수 있게 된다.
투과량(T)은 다음과 같은 Dubrowskii 식으로 주어진다.
(여기서, A : 흡수량, A+T+R = 1)
광흡수가 심하게 일어난 경우에는 수학식3은 Moss의 식으로 근사화 할 수 있으며 이를 표현하면 수학식4와 같다.
그런데 T, R은 광 파장의 함수이고 수학식4에서의 T는 입사광에 대한 투과량의 비이므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(여기서: 투과광의 세기,: 입사광의 세기)
투과광의 세기는 다음과 같이 된다.
그러므로 투과된 빛의 세기는 샘플의 두께와 흡수계수에 따라 변하게 된다.
GaAs의 경우에는에서 최대 투과율을 가지므로 수학식6은 다음과 같이 된다.
본 발명은 수학식7에 의거한 샘플의 광투과량을 영상화 한것으로써 만일 영상 캡쳐 소자(CCD)가 특정영역의 파장대에서 입사광에 선형적으로 동작한다면 영상의 출력(그레이레벨)은 샘플을 투과한 광의세기에 직접 비례하게 된다.
즉, 수학식7로부터 만일 박막이나 또는 웨이퍼가 두께나 결함의 분포측면에서 균질하지 않다면값이 공간적으로 변하게 되고 이러한 공간적 변화는 흑백의 컨트래스트를 갖는 영상으로 출력되게 된다. 만일 샘플이 완전히 균질하다면 그레이 레벨이 일정한 흑백 컨트래스트가 없는 영상으로 출력된다.
즉 두께의 국지적 변화나 어떤 결함 분포의 공간적 분산은 흑백영상 상에 어떤 특징(feature)들로 형상화 됨으로써 박막이나 웨이퍼의 균질도를 분석할 수 있게 된다.
고속 통신소자 또는 광전소자들은 높은 전자이동도와 광전효율 때문에 직적갭을 갖는 반도체로 만들어져야 하고 이들은 에너지 갭으로서 통상 1.5 eV～3eV을 가지고 있기 때문에 근 적외선의 광은 모두 투과하게 된다.
전자산업에서 이용되는 화합물 반도체나 박막은 모두 직접갭을 가지고 있으므로 광학적인 방법으로 특성분석 할 수 있게 된다.
적외선 영상에 의한 박막분석의 원리가 도1에 도식적으로 설명되어 있고 이 방법의 실시예가 도2에 나와있다.
도2를 참조하면, 광원세기 콘트롤러(1), 적외선을 발생하는 광원발생수단(2), 샘플에 가능하면 광의 세기를 귤질하게 조사하도록 하는 광분산장치(3), 샘플(4)을 통과한 적외선을 취득하기 위한 카메라 수단(5)과, 취득된 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하고 처리하는 PC(6)로 구성된다.
광원발생수단(2)으로써는 할로겐램프를 사용하고 광분산장치(3)로써는 트레이싱페이퍼 또는 간유리를 이용할 수 있다. 영상취득을 위한 카메라 수단(5)으로써는 1～3 eV 광 에너지에 만감한 적외선 카메라를 이용한다. 적외선 카메라 대신 실리콘 비디콘(Silicon vidicon)또는 CCD(Chage Coupled Device)카메라를 이용할 수도 있다. 카메라(5)를 통해 얻어진 아날로그 영상신호를 디지털 영상화하고 이러한 영상을 저장할 수 있는 디지털 영상시스템(6-1)을 PC(6)에 삽입하여 필요한 영상처리를 한다. 카메라 모니터(5)를 통해 카메라에서 얻어진 영상을 모니터한다. 또한 PC의 영상처리에 필요한 영상모니터는 일반적인 PC모니터(6-2)를 이용한다. 디지털 영상시스템으로서는 상용화된 일반적인 영상 캡쳐보드를 이용할 수 있다.
본 실시예에 따른 박막영상추출알고리즘을 설명하면 다음과 같다.
첫째, 광분산장치를 채용해도 광원세기가 2차원적으로 같을 수는 없기 때문에 샘플을 조사하게 될 적외선 세기의 공간적 분포를 알아내기 위해서 샘플위치에 기판만을 위치시켜 광원의 2차원적 세기분산을 영상화한다. 이 때 얻은 영상을 A영상이라 하자.
둘째, 샘플위치에 박막이 증착된 기판을 위치시키고 영상을 얻는다. 이 때 얻어진 영상을 B영상이라 하자.
세째, 박막에 의한 영상만을 구하기 위해 A와 B의 차영상을 구한다. 즉 C=A-B에서 얻어진 C 영상이 박막에 의한 영상이 된다.
네째, C영상에 영상 컨트래스드 증강, 또는 특징추출등의 영상처리를 이용해 최종적으로 박막의 균질성에 대한 정보를 구한다.
본 발명은 시스템이 간단하고 특히 비파괴적인 방법으로 박막에 대한 2차원적인 균질성을 영상화하여 시각적으로 보여줌과 동시에 박막과 같이 두께가 매우 얇은 샘플에 대해서도 영상처리를 이용해 정보를 추출할 수 있는 특징을 가지고 있다.
Claims (3)
- 광원세기 콘트롤러;적외선을 발생하는 광원발생수단;샘플에 광의 세기를 귤질하게 조사하도록 하는 광분산수단;샘플을 통과한 적외선을 취득하기 위한 카메라 수단; 및취득된 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하고 처리하는 처리수단을 포함하여 이루어진 적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치.
- 제1항에 있어서,상기 광분산수단은 트레이싱페이퍼 또는 간유리임을 특징으로 하는 적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치.
- 샘플 위치에 기판만을 위치시켜 광원의 2차원적 세기분산을 영상화하고 제1영상을 얻는 단계;상기 샘플 위치에 박막이 증착된 기판을 위치시키고 제2영상을 얻는 단계;박막에 의한 영상만을 구하기 위해 제1영상과 제2영상의 차영상을 구하는 단계; 및상기 차영상에 영상 컨트래스드 증강 또는 특징추출의 영상처리를 이용해 상기 박막의 균질성에 대한 정보를 구하는 단계를 포함하여 이루어진 적외선 영상기법을 이용한 박막의 균질도 검사 장치.
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