KR20140133992A - Measuring Method For Three-dimensional Thickness Profile - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 두께 측정 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 백색광 간섭법을 이용한 박막 두께 형상 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film thickness measuring method, and more particularly, to a thin film thickness measuring method using a white light interference method.
(특허문헌 1) KR10-0290086 B (Patent Document 1) KR10-0290086 B
(특허문헌 1) KR10-0290086 B (Patent Document 1) KR10-0290086 B
(특허문헌 1) KR10-0290086 B (Patent Document 1) KR10-0290086 B
백색광주사간섭법(white-light scanning interferometry)은 반도체 패턴과 같이 마이크로 미터 또는 마이크로 미터 이하의 크기를 가지는 패턴의 3차원 형상(profile)을 측정하는데 이용되고 있다.BACKGROUND ART White-light scanning interferometry is used to measure a three-dimensional profile of a pattern having a size of micrometers or less, such as a semiconductor pattern.
백색광주사간섭법은 종래의 위상천이간섭법(phase-shifting interferometry)이 가지는 위상 모호성(2π ambiguity)을 극복하여 거친면(rough surface)이나 고단차(high step height)를 가지는 측정면도 고 분해능(high resolution)으로 측정할 수 있도록 하는 장점을 가진다.The white light scanning interferometry overcomes the phase ambiguity (2π ambiguity) of the conventional phase-shifting interferometry to produce a measurement surface with a rough surface or high step height, resolution).
백색광주사간섭법의 기본 측정 원리는 백색광의 짧은 가간섭 거리(short coherence length) 특성을 이용한다. 백색광주사간섭법은 광분할기(beam splitter)에서 분리되는 기준광과 측정광이 거의 동일한 광경로차(optical path difference)를 겪을 때에만 간섭 신호(interference signal)가 발생하는 원리를 이용한다.The basic measurement principle of the white light scanning interferometry utilizes the short coherence length characteristic of white light. The white light scanning interferometry uses the principle that an interference signal occurs only when the reference light and the measurement light separated by the beam splitter undergo substantially the same optical path difference.
그러므로 측정물을 광축 방향으로 수 나노 미터(nanometer)의 미소 간격씩 이동하면서 측정 영역내의 각 측정점에서의 간섭 신호를 관찰하면, 각 점이 기준 거울와 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서 짧은 간섭 신호가 발생한다.Therefore, by observing the interference signal at each measurement point in the measurement area while moving the measurement object by a minute distance of several nanometers in the direction of the optical axis, a short interference signal occurs at a point where each point has the same optical path difference as the reference mirror .
이러한 간섭 신호의 발생 위치를 측정 영역내의 모든 측정점에서 산출하면 측정면의 3차원 형상을 측정할 수 있다.When the generation position of such an interference signal is calculated at all measurement points within the measurement region, the three-dimensional shape of the measurement plane can be measured.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 작은 계산량으로 정확한 박막 두께 형상 측정 방법을 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a method of accurately measuring a thin film thickness with a small calculation amount.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법은 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하는 단계; 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계; 및 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a signal processing method comprising: extracting a measured phase signal by processing an interference signal including thin film thickness information and surface shape information at a given refractive index and a given incident angle; Calculating a thin film thickness corresponding to thin film thickness information using the theoretical thin film phase according to thin film thickness and wave number and the measured phase signal; And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 생성하는 단계는 상기 간섭 신호를 푸리에 변환하여 저주파 성분을 제거하도록 필터링하는 단계; 저주파 성분이 제거된 신호에서 고주파 필터를 사용하여 위상 함수를 포함하는 신호를 추출하는 단계; 상기 위상 함수를 포함하는 신호를 역푸리어 변환(Inverse-Fourier Transformation)하는 단계; 및 역푸리어 변환된 신호의 허수부를 추출하여 파수에 따른 측정 위상 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of processing the interference signal to generate a measured phase signal includes filtering the interference signal to remove a low frequency component by Fourier transforming the interference signal; Extracting a signal including a phase function using a high-frequency filter in a signal from which a low-frequency component has been removed; Performing inverse-Fourier transformation on the signal including the phase function; And extracting an imaginary part of the inverse Fourier transformed signal to generate a measured phase signal according to the wave number.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계는 상기 측정 위상 신호를 선형 측정 위상 신호 성분과 비선형 측정 위상 신호 성분으로 분리하는 단계; 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 비선형 박막 위상 성분을 생성하는 단계; 및 파수에 따라 상기 비선형 측정 위상 신호 성분과 상기 이론적 비선형 박막 위상 성분의 차이를 최소화하도록 상기 박막 두께를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of calculating the thin film thickness corresponding to the thin film thickness information using the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the number of waves and the measured phase signal includes the step of: Separating into non-linear measured phase signal components; Generating a theoretical nonlinear thin film phase component according to a thin film thickness and a wave number; And determining the thin film thickness to minimize the difference between the nonlinear measured phase signal component and the theoretical nonlinear thin film phase component according to the wavenumbers.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계는 결정된 박막 두께를 이용하여 파수에 따른 이론적 박막 위상을 산출하는 단계; 및 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of extracting the upper surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase may be performed by using the determined thin film thickness, ; And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하고 주파수(frequency) 또는 파수(wavenumber)에 따른 간섭 신호는 백색광, 광대역 광원, 또는 파장 가변 광원을 이용하여 얻어질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the interference signal according to frequency or wavenumber including thin film thickness information and surface shape information can be obtained using white light, a broadband light source, or a wavelength tunable light source.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 백색 광원을 기준면에 제공하고, 상기 백색 광원을 표면에 박막을 포함하는 시료에 제공하는 단계; 및 상기 시료 및 상기 기준면에서 반사된 광을 광센서 어레이를 이용하여 주파수 또는 파수에 따른 상기 간섭 신호를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method of producing a white light source, comprising: providing a white light source to a reference surface and providing the white light source to a sample comprising a thin film on a surface; And obtaining the interference signal according to frequency or wave number using the optical sensor array using the sample and the light reflected from the reference surface.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 파장 가변 광원을 기준면에 제공하고, 상기 파장 가변 광원을 표면에 박막을 포함하는 시료에 제공하는 단계; 상기 시료 및 상기 기준면에서 반사된 광을 광센서 어레이를 이용하여 주파수 또는 파수에 따른 상기 간섭 신호를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, comprising: providing a tunable light source to a reference surface and providing the tunable light source to a sample comprising a thin film on a surface; And obtaining the interference signal according to frequency or wave number using the optical sensor array using the sample and the light reflected from the reference surface.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 시료의 위치에 따른 상기 간섭 신호를 획득하도록 상기 시료를 공간적으로 스캔하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include spatially scanning the sample to obtain the interference signal according to the position of the sample.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 주파수(frequency) 또는 파수(wavenumber)에 따른 상기 간섭 신호를 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further comprise preparing the interference signal according to a frequency or a wavenumber.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 간섭계의 기준 거울의 스캔 거리에 따른 간섭 신호를 준비하는 단계를 더 포함하고, 상기 간섭 신호는 파장 적분된 신호일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method further comprises preparing an interference signal according to a scan distance of a reference mirror of the interferometer, wherein the interference signal may be a wavelength-integrated signal.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 생성하는 단계는 상기 간섭 신호를 푸리어 변환하고 필터를 사용하여 특정한 케리어 공간 주파수 성분을 추출하는 단계; 및 필터링된 신호의 위상으로부터 상기 측정 위상 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of processing the interference signal to generate a measured phase signal comprises: Fourier transforming the interference signal and extracting a specific carrier spatial frequency component using a filter; And generating the measured phase signal from the phase of the filtered signal.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 판독가능한 기록 매체는 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 생성하는 단계; 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계; 및 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium for processing an interference signal including thin film thickness information and surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film to generate a measured phase signal. Calculating a thin film thickness corresponding to thin film thickness information using the theoretical thin film phase according to thin film thickness and wave number and the measured phase signal; And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
본 발명의 일 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 장치는 광원; 상기 광원의 출력광을 제공받아 기준 거울에 의한 기준 빔과 시료에 의한 물체 빔을 결합하는 간섭계; 상기 간섭계의 출력 신호를 제공받아 주파수에 따라 분광하는 분광부; 상기 분광부의 출력신호를 주파수에 따라 획득하는 광감지부; 및 상기 광 감지부의 간섭 신호를 처리하는 처리부를 포함한다. 상기 처리부는 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하고, 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하고, 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출한다.]An apparatus for measuring thickness and shape according to an embodiment of the present invention includes a light source; An interferometer that receives the output light of the light source and combines the reference beam by the reference mirror and the object beam by the sample; A spectroscope unit for receiving an output signal of the interferometer and performing spectroscopy according to a frequency; A light sensing unit for acquiring an output signal of the light splitting unit according to a frequency; And a processing unit for processing the interference signal of the light sensing unit. The processing unit processes the interference signal including the thin film thickness information and the surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film to extract a measured phase signal and uses the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the wave number and the measured phase signal The thin film thickness corresponding to the thin film thickness information is calculated and the top surface height corresponding to the surface shape information is extracted by using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
본 발명의 일 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 장치는 파장 가변 광원; 상기 파장 가변 광원의 출력광을 제공받아 기준 거울에 의한 기준 빔과 시료에 의한 물체 빔을 결합하는 간섭계; 상기 간섭계의 출력신호를 주파수에 따라 획득하는 광감지부; 및 상기 광 감지부의 간섭 신호를 처리하는 처리부를 포함한다. 상기 처리부는 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하고, 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하고, 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출한다.An apparatus for measuring thickness and shape according to an embodiment of the present invention includes: a tunable light source; An interferometer that receives the output light of the wavelength variable light source and combines the reference beam by the reference mirror and the object beam by the sample; A light sensing unit for acquiring an output signal of the interferometer according to a frequency; And a processing unit for processing the interference signal of the light sensing unit. The processing unit processes the interference signal including the thin film thickness information and the surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film to extract a measured phase signal and uses the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the wave number and the measured phase signal The thickness of the thin film corresponding to the thin film thickness information is calculated and the height of the top surface corresponding to the surface shape information is extracted by using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
본 발명의 일 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 장치는 광원; 상기 광원의 출력광을 제공받아 기준 거울에 의한 기준 빔과 시료에 의한 물체 빔을 결합하는 간섭계; 상기 기준 거울의 스캔 거리에 따라 상기 간섭계의 출력신호를 획득하는 광감지부; 및 상기 광 감지부의 간섭 신호를 처리하는 처리부를 포함한다. 상기 처리부는 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하고, 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하고, 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출한다.An apparatus for measuring thickness and shape according to an embodiment of the present invention includes a light source; An interferometer that receives the output light of the light source and combines the reference beam by the reference mirror and the object beam by the sample; A light sensing unit for acquiring an output signal of the interferometer according to a scan distance of the reference mirror; And a processing unit for processing the interference signal of the light sensing unit. The processing unit processes the interference signal including the thin film thickness information and the surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film to extract a measured phase signal and uses the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the wave number and the measured phase signal The thickness of the thin film corresponding to the thin film thickness information is calculated and the height of the top surface corresponding to the surface shape information is extracted by using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법은 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하고 주파수(frequency) 또는 파수(wavenumber)에 따른 간섭 신호를 효율적으로 처리하여, 박막 두께 및 상부면 높이를 측정할 수 있다.The signal processing method according to an embodiment of the present invention includes thin film thickness information and surface shape information at a given refractive index of a thin film and a given incident angle and efficiently processes an interference signal according to a frequency or a wavenumber, Thickness and height of the top surface can be measured.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법은 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하고 기준 거울의 스캔 거리에 따른 간섭 신호를 효율적으로 처리하여, 박막 두께 및 상부면 높이를 측정할 수 있다.The signal processing method according to an embodiment of the present invention includes thin film thickness information and surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film and efficiently processes the interference signal according to the scan distance of the reference mirror, The height can be measured.
도 1은 3차원 필름 두께 형상 측정을 위한 미라우 타입 낮은 가간섭성 간섭계(Mirau-type low coherence interferometry)에 기초한 계통도(schematic diagram)이다.
도 2는 도 1의 미라우 간섭계를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1의 분광부 및 광 감지부를 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법의 흐름도이다.
도 6a는 위상 함수와 상기 위상 함수에 대응하는 선형 위상 함수 성분과 비선형 위상 함수 성분이 표시된다.
도 6b는 박막 위상과 상기 박막 위상에 대응하는 선형 박막 함수 성분과 비선형 박막 위상 성분이 표시된다.
도 7a는 파수에 따른 낮은 가간섭성 간섭 신호를 표시하고, 도 7b는 위상 함수 분포와 그에 대응하는 선형 성분 및 비성형 성분를 표시한다. 도 7c는 측정된 비선형 위상 함수 성분(흑색 실선)과 해석적 비선형 박막 위상 모델(적색 x-마크)를 표시한다. 도 7d는 필름 두께 및 표면 높이에 관련된 분광 위상 함수 및 표면 높이에 관련된 상대 위상이 표시된다.
도 8a는 시뮬레이션된 박막 위상에 가장 잘 피팅된 기울기를 계산하여 구해진 근사 박막 두께(d')를 표시한다.
도 8b는 도 8a의 근사 박막 두께(d')의 퍼센트 에러를 표시한다.
도 8c는 박막 두께에 따른 비선형 박막 위상의 피크투벨리(peak-to-valley)를 표시한다.
도 8d는 본 발명에 따른 박막 두께를 표시한다.
도 8e는 도 8d의 퍼센트 에러를 표시한다.
도 9a는 라인-스캔 영상 소자를 통한 2D 광 센서 어레이를 통하여 획득한 분광 영상을 나타낸다. 수평축은 2D 광 센서 어레의 공간 정보를 제공하고, 수직축은 영상화된 라인에서 각 픽셀에 대한 분광 정보를 제공한다.
도 9b는 본 발명을 사용하여 얻은 도 9a의 2D 분광 영상을 분석한 하나의 라인의 상부면 형상 및 바닥면 형상을 나타낸다.
도 9c는 마이크로 스테이지를 가지고 측면 방향(lateral direction) 또는 y축 방향으로 스캐닝하여 얻은 시료의 체적 두께 형상(volumetric thickness profile)을 보인다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 두께 및 형상 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 13은 도 12의 박막 두께 및 형상 측정 장치를 이용하여 박막 두께와 형상을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.FIG. 1 is a schematic diagram based on a Mirau-type low coherence interferometry for measuring a three-dimensional film thickness shape.
Fig. 2 is a view for explaining the interlaced interferometer of Fig. 1. Fig.
FIG. 3 is a view for explaining the light separating unit and the light sensing unit of FIG. 1;
4 and 5 are flowcharts of a signal processing method according to an embodiment of the present invention.
6A shows a phase function and a linear phase function component and a nonlinear phase function component corresponding to the phase function.
6B shows the thin film phase and the linear thin film function component corresponding to the thin film phase and the nonlinear thin film phase component.
FIG. 7A shows a low coherence interfering signal according to wavenumbers, and FIG. 7B shows a phase function distribution and corresponding linear and non-forming components. 7C shows the measured nonlinear phase function component (black solid line) and the analytical nonlinear thin film phase model (red x-mark). 7D shows the spectral phase function associated with the film thickness and surface height and the relative phase relative to the surface height.
FIG. 8A shows the approximate film thickness d 'calculated by calculating the best fitted slope to the simulated thin film phase.
Figure 8b shows the percent error of the approximate film thickness d 'of Figure 8a.
FIG. 8C shows the peak-to-valley of the non-linear thin film phase according to the thin film thickness.
8D shows the thickness of the thin film according to the present invention.
FIG. 8E shows the percentage error in FIG. 8D.
9A shows a spectroscopic image acquired through a 2D photosensor array through a line-scan imaging element. The horizontal axis provides spatial information for the 2D photo sensor array, and the vertical axis provides spectral information for each pixel in the imaged line.
FIG. 9B shows the top surface shape and the bottom surface shape of one line obtained by analyzing the 2D spectroscopic image of FIG. 9A obtained using the present invention.
FIG. 9C shows a volumetric thickness profile of a sample obtained by scanning with a microstage in a lateral direction or a y-axis direction.
10 is a view for explaining a thickness and shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining a thickness and shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining a thin film thickness and shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
13 is a flow chart for explaining a method of measuring the thickness and shape of a thin film using the thin film thickness and shape measuring apparatus of FIG.
백색광간섭법(White-light inferemetry)은 3D 형상 수단으로 반도체 소자 분야에서 주목받아왔다. 그러나 백색광간섭법 응용은 오직 불투명한 표면의 측정으로 한정되었다.White-light inferemetry has attracted attention in the field of semiconductor devices as a 3D shape means. However, the application of white light interference was limited to measurements of opaque surfaces only.
백색광 확장 소스(white-light extended sources)를 이용한 연구는 박막 구조의 바닥면 및 상부면을 동시에 측정하고 있다. 구체적으로, 박막의 두께가 광원의 가간섭성 길이(coherence length)보다 얇은 경우, 박막의 상부면 및 바닥면으로부터 반사된 2 개의 파는 겹치고, 간섭 신호는 불투명한 표면에서 생성된 것보다 더욱 복잡하게 된다. 따라서, 복잡한 인터페로그람(complex interferograms)으로부터 박막의 두께와 표면 높이를 명확히 분리하는 것이 필수적인 과제이다.Studies using white-light extended sources have simultaneously measured the bottom and top surfaces of thin film structures. Specifically, when the thickness of the thin film is thinner than the coherence length of the light source, the two waves reflected from the top and bottom surfaces of the film overlap and the interference signal is more complex than that produced on the opaque surface do. Therefore, it is essential to clearly separate the thickness of the thin film from the surface height from the complex interferograms.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 간단한 신호 처리 과정으로 필름 두께(thin-film thickness)와 상부면 높이 형상(top surface height profile )을 측정할 수 있다. 미라우-타입 낮은 가간섭성 간섭계(Mirau-type low-coherence interferometer)는 상기 신호 처리에 필요한 간섭 신호를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a thin film thickness and a top surface height profile can be measured by a simple signal processing process. A Mirau-type low coherence interferometer may provide an interfering signal necessary for the signal processing.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법은 필름 두께에 따른 측정 에러를 시뮬레이션을 통하여 보이고, 패턴화된 실리콘 산화물 필름 구조에 적용하였다.In the signal processing method according to an embodiment of the present invention, measurement errors according to film thickness are shown through simulation and applied to a patterned silicon oxide film structure.
제조 기술의 빠른 진보에 따라, 개별 부품의 형상 및 구조는 점차 복잡하게 된다. 특히, 패턴화된 표면에 증착된 박막의 복잡한 표면은 소자 성능 및 실장 요구 사항(package requirements)를 만족하기 위하여 요구된다.With the rapid advances in manufacturing technology, the shape and structure of discrete components becomes increasingly complex. In particular, the complex surface of a thin film deposited on a patterned surface is required to satisfy device performance and package requirements.
더욱이, 이러한 부품을 위한 효율적인 제조 공정은 대량 생산 및 원가 절감을 위하여 중요하다. 상기 제조 공정은 적절한 평가 과정을 수반한다. 상기 제조 공정의 평가를 위하여, 반사광측정법(reflectometry), 타원편광 반사법(ellipsometry), 및 간섭법(interferometry)과 같은 비파괴적 광학 방식(Non-destructive optical methods)이 개발되었다.Moreover, efficient manufacturing processes for these components are important for mass production and cost savings. The manufacturing process involves an appropriate evaluation process. Non-destructive optical methods such as reflectometry, ellipsometry, and interferometry have been developed for the evaluation of the fabrication process.
반사광측정법은 수직 입사 조건에서 광대역 파장에 대하여 반사광의 세기를 측정하는 간단하고 저렴한 기술이다. 타원편광 반사법은 샘플에서 반사되는 광의 편광 상태의 변화를 분석하여 수행하는 정밀한 방법이다. 이러한 방법들은 기본적으로 포인트-바이-포인트(pint-by-point) 측정법으로, 넓은 영역을 측정하기 위하여 다축 이송대(multi-axial stage)를 요구하고, 3차원 필름 두께 또는 표면 형상(surface profile)에 집중되지 않는다.Reflectometry is a simple and inexpensive technique for measuring the intensity of reflected light over a broadband wavelength under normal incidence conditions. The elliptically polarized reflection method is a precise method of analyzing and performing the change of the polarization state of the light reflected from the sample. These methods are basically pint-by-point measurements, require a multi-axial stage to measure a large area, and have a three-dimensional film thickness or surface profile, .
간섭법은 낮은 가간섭성 광원을 사용하여 분광 주사 소자(spectral scanning device) 또는 기계적 스캐너(mechanical scanner)를 사용하여 간섭무늬 패턴(interference fringe patterns)을 획득한다. 광대역 광원의 파장에 따라 얻어진 위상 정보는 측정 대상에 관한 3차원 기하학적 정보(three-dimensional geometric information)를 제공한다.The interference method uses a low coherent light source to acquire interference fringe patterns using a spectral scanning device or a mechanical scanner. The phase information obtained according to the wavelength of the broadband light source provides three-dimensional geometric information about the object to be measured.
주사 백색광 간섭법(scanning white light interferometry)은 투명한 필름이 존재하는 경우에 체적 필름 두께(volumetric film thickness)와 상부면 형상(top surface profiles)을 측정할 수 있다. 필름 두께가 얇아지는 경우, 상기 필름 계면(film interfaces)에 의하여 발생하는 겹치는 신호(overlapped interference signals)는 더욱 복잡하게 된다. 따라서, 복잡한 신호에서 박막 두께 정보와 상부면 형상 정보를 동시에 분리하는 것이 어렵다. 따라서, 겹치는 간섭 신호(overlapped interference signals))에서 박막 두께 정보와 상부면 형상 정보를 분리하는 것이 중요하다. 필름 두께 형상 측정에서 통상적인 방법은 측정된 위상(measured phase)과 해석적 위상 모델(analytical phase model)을 두께와 높이의 두 변수를 최적화하여 피팅(fitting)하는 것이다. 그러나, 이 최적화 방법은 다차원 비선형 접근법에 의하여 많은 계산량을 요구하는 시간 소요 과정(time-consuming process)이다.Scanning white light interferometry can measure volumetric film thickness and top surface profiles in the presence of a transparent film. When the film thickness is thinned, the overlapped interference signals caused by the film interfaces become more complicated. Therefore, it is difficult to simultaneously separate the thin film thickness information and the top surface shape information in a complicated signal. Therefore, it is important to separate thin film thickness information from top surface shape information in overlapped interference signals). A typical method for film thickness shape measurement is to optimally fit measured phase and analytical phase model into two parameters, thickness and height. However, this optimization method is a time-consuming process requiring a large amount of computation by a multidimensional nonlinear approach.
최근에는, 본 출원의 발명자는 박막으로부터 다중반사 빔(multi-reflected beam) 중에서 발생하는 자기-간섭(self-interference)만을 독립적으로 수집하여 박막의 두께를 측정하고, 이미 측정된 박막 두께를 고려하여 표면형상을 추출하는 방법을 제안하였다. 그러나, 이 방법은 분광 위상 정보( spectral phase information ) 및 반사 정보(reflectance information)를 모두 사용한다. 따라서, 이 방법은 신호 처리의 측면에서 많은 시간을 소요하고 다단계 과정(multi-step process)을 요구한다.In recent years, the inventors of the present invention independently collected only self-interference generated in a multi-reflected beam from a thin film to measure the thickness of the thin film, and considering the thin film thickness already measured We proposed a method to extract the surface shape. However, this method uses both spectral phase information and reflectance information. Therefore, this method takes much time in terms of signal processing and requires a multi-step process.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우리는 간단한 측정 절차를 가지고 필름 두께 및 상부면 형상을 동시에 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제안한다. 이 장치는 미라우 구성(Mirau configuration)에 기초한 낮은 가간섭 현미경(low coherence microscope) 구조일 수 있다. 통상적인 방법과 달리, 본 측정 방법은 겹치는 간섭 신호(overlapping interferece signals)로부터 필름 두께와 표면 높이 정보를 분리하기 위하여 분광 위상 정보만을 사용한다.According to one embodiment of the present invention, we propose an apparatus and method that can simultaneously measure film thickness and top surface shape with a simple measuring procedure. The device may be a low coherence microscope structure based on a Mirau configuration. Unlike conventional methods, this measurement method uses only spectral phase information to separate film thickness and surface height information from overlapping interferece signals.
낮은 가간섭성 간섭법(Low coherence interferometry) 또는 백색광 간섭법은 광대역 광원을 사용하고 좁게 국지화된 인터페로그램(narrowly localized interferogram)을 제공할 수 있다. 좁게 국지화된 인터페로그램(narrowly localized interferogram)은 많은 단색 간섭 무늬 패턴(many monochromatic interference fringe patterns)의 혼합(mixture)일 수 있다. 광대역 광원은 모든 가시광선 영역을 커버(cover)하는 제논 램프(Xenon lamp) 또는 텅스텐 램프(tungsten lamp)를 포함할 수 있다. 따라서, 낮은 가간섭성 간섭 무늬(low coherence interference fringes)는 광원의 모든 주파수의 위상 및 진폭 정보를 포함한다. 따라서, 우리는 필름 특성을 확인하기 위하여 인터페로그램(interferogram)에 암호화된 정보를 이용할 수 있다.Low coherence interferometry or white light interferometry may use a broadband light source and provide a narrowly localized interferogram. A narrowly localized interferogram may be a mixture of many monochromatic interference fringe patterns. The broadband light source may include a xenon lamp or a tungsten lamp that covers all visible light areas. Thus, low coherence interference fringes include phase and amplitude information of all frequencies of the light source. Thus, we can use the encrypted information in the interferogram to identify the film properties.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
도 1은 3차원 필름 두께 형상 측정을 위한 미라우 타입 낮은 가간섭성 간섭계(Mirau-type low coherence interferometry)에 기초한 계통도(schematic diagram)이다.FIG. 1 is a schematic diagram based on a Mirau-type low coherence interferometry for measuring a three-dimensional film thickness shape.
도 2는 도 1의 미라우 간섭계를 설명하는 도면이다.Fig. 2 is a view for explaining the interlaced interferometer of Fig. 1. Fig.
도 3은 도 1의 분광부 및 광 감지부를 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining the light separating unit and the light sensing unit of FIG. 1;
도 1 내지 도 3을 을 참조하면, 두께 및 형상 측정 장치(100)는 광원(110), 간섭계(130), 및 시료(10)에서 반사된 물체 빔과 기준면에서 반사된 기준 빔의 간섭 신호를 획득하는 광 감지부(160)를 포함한다.1 and 2, the thickness and
광원(110)은 백색 광원, 펨토초 레이저, 광대역 광원 또는 파장 가변 광원일 수 있다. 상기 광원(110)은 450 nm 내지 700 nm 대역의 스펙트럼을 방출하는 텅스텐 할로겐 램프(tungsten halogen lamp)일 수 있다.The
상기 시료(10)는 패턴화된 기판(12) 및 상기 기판(12) 상에 증착된 투명 박막(14)을 포함할 수 있다.The
렌즈부(120)는 제1 렌즈(122), 제2 렌즈(124), 및 제3 렌즈(126)를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(122)의 좌측 초점에 상기 광원(110)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 렌즈(122)는 평행광을 출력할 수 있다. 상기 제2 렌즈(124)는 상기 제1 렌즈(122)를 통과한 광을 상기 제2 렌즈(124)의 초점에 집중시킬 수 있다. 상기 제3 렌즈(126)와 상기 제2 렌즈(124)는 동일한 초점을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 렌즈(126)는 빔의 직경이 확대된 평행광을 제공할 수 있다.The
상기 렌즈부(120)의 출력광은 간섭계(130)에 제공될 수 있다. 상기 간섭계(130)는 빔 스플릿터(132)와 미라우 대물 렌즈(134)를 포함하는 마라우 간섭계일 수 있다. 상기 빔 스플릿터(132)는 상기 광원(110)의 빔을 상기 미라우 대물 렌즈(134)에 제공할 수 있다. 상기 미라우 대물 렌즈(134)는 기준 거울(reference mirror)에서 반사하는 기준 빔(reference beam)과 시료에서 반사하는 물체 빔(object beam)을 제공할 수 있다.The output light of the
상기 미라우 대물 렌즈(134)는 현미경 렌즈(134a), 기준 거울(134b), 및 반투과 거울(134c)을 포함할 수 있다. 상기 시료(10)는 상기 현미경 렌즈(134a)의 초점에 배치되고, 상기 현미경 렌즈(134a)를 투과한 빔의 일부는 상기 반투과 거울(134c)에서 반사하고, 상기 현미경 렌즈(134a)를 투과한 빔의 나머지 일부는 상기 반투과 거울(134c)을 투과할 수 있다.The mirau
상기 반투과 거울(134c)에서 반사된 빔은 기준 거울(134b)에서 반사되고, 상기 반투과 거울에서 다시 반사되어 상기 현미경 렌즈(134a)에 기준 빔을 제공할 수 있다.The beam reflected from the
또한, 상기 반투과 거울을 투과한 빔은 상기 시료(10)에서 반사되어, 상기 반투과 거울(134c)을 투과하고, 상기 현미경 렌즈(134a)를 투과하여 물체 빔을 제공할 수 있다. 상기 기준 빔과 상기 물체 빔은 서로 간섭 신호를 제공할 수 있다.The beam transmitted through the semi-transmission mirror can be reflected by the
상기 간섭계(130)는 마라우 간섭계일 수 있다. 상기 미라우 간섭계(130)는 개구수(numerical aperture; NA) NA=0.4를 가지고 20x 배율을 가진 마라우 간섭 대물렌즈(Mirau interference objective)를 포함할 수 있다. 상기 간섭계(130)는 기준면에서 반사되는 기준 빔(reference beam)와 시료의 측정면에서 반사되는 물체 빔(object beam)을 발생시킬 수 있다.The
상기 기준 빔과 상기 물체 빔 사이의 교차 상관된 간섭 신호(cross-correlated interference signal)는 h와 d의 두 변수(parameter)에 의하여 규정되되는 표면 지형(surface topography)을 포함한다. 여기서, h는 기준 평면으로부터 벗어난 표준 높이이고, d는 필름 두께이다.The cross-correlated interference signal between the reference beam and the object beam includes surface topography defined by two parameters, h and d. Where h is the standard height off the reference plane and d is the film thickness.
상기 기준 빔과 상기 물체 빔은 다시 상기 빔 스플릿터(132)에 제공된다. 상기 기준 빔과 상기 물체 빔은 상기 빔 스플릿터(132)를 투과하여 공간 필터부(140)에 제공된다. 상기 공간 필터(140)는 상기 시료(10)의 측정하고자 하는 라인 형태의 영역을 한정할 수 있다. 구체적으로, 상기 공간 필터부(140)는 제1 렌즈(142), x축 방향으로 연장된 슬릿(144), 및 제2 렌즈(144)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 렌즈(142)를 통과한 광은 상기 슬릿(144)을 통과하면서 관측하고자 하는 영역을 한정한다. 상기 제2 렌즈(146)는 상기 슬릿을 통과한 상기 간섭 신호를 상기 분광부(150)에 제공한다.The reference beam and the object beam are again provided to the
상기 분광부(150)는 파장에 따라 간섭 신호를 분광할 수 있다. 상기 분광부(150)는 회절 격자 또는 프리즘을 포함할 수 있다. 상기 분광부(150)는 회절 격자(152) 및 렌즈(154)를 포함할 수 있다. 상기 분광부(150)는 파장에 따라 입력광을 공간적으로 분해할 수 있다. 서로 다른 위치의 제1 빔(B1)과 제2 빔(B2)은 공간적으로 분리될 수 있다. 제1 빔은 주파수에 따라 공간적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 제1 빔은 제1 주파수 (f1) , 제2 주파수(f2), 및 제3 주파수(f3)로 공간적으로 분해될 수 있다.The
광감지부(160)는 2차원 광 센서 어레이일 수 있다. 상기 슬릿(144)은 x 축 방향으로 연장되는 경우, 상기 광감지부(160)는 소정의 x 위치에서 파장에 따른 ( Y' 축을 따라) 광신호(I(X'(x), Y'(f)))를 측정할 수 있다. 상기 광감지부(160)의 배치 평면은 X'Y' 평면일 수 있다. 광신호(I(X'(x), Y'(f)))는 특정한 위치에서 파수 또는 주파수에 따른 간섭 신호를 제공할 수 있다.The
획득된 인터페로그램은 라인-스캔 분광 이미지 소자에 의하여 분석될 수 있다. 상기 라인-스캔 분광 이미지 소자는 분광 소자 (dispersive device) 및 2차원 광소자 어레이(two-dimensional photodetector array)를 포함할 수 있다. The obtained interferogram can be analyzed by a line-scan spectroscopic image element. The line-scan spectroscopic image element may comprise a dispersive device and a two-dimensional photodetector array.
상기 2차원 광 센서 어레이 또는 광감지부(160)의 수평축은 이미지화된 라인 상의 공간 정보를 제공하고, 2차원 광 센서 어레이의 수직축은 고정된 위치에서 분광 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 3차원 조사(3D inspection)을 위하여, 시료(10)는 라인-바이-라인(line by line)으로 또는 이동대(moving stage)를 통하여 y축 방향으로 이동될 수 있다. The horizontal axis of the two-dimensional photosensor array or
처리부(170)는 상기 광감지부(160)가 획득한 광신호(I(X'(x), Y'(f))) 또는 간섭 신호를 처리한다.The
이하 , 상기 처리부의 처리 과정이 설명된다.Hereinafter, the process of the processing unit will be described.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법의 흐름도이다.4 and 5 are flowcharts of a signal processing method according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 신호 처리 방법은 주파수(frequency) 또는 파수(wavenumber)에 따른 상기 간섭 신호를 준비하는 단계(S110), 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하는 단계(S120), 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계(S130), 및 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계(S140)를 포함한다.4 and 5, the signal processing method includes preparing the interference signal according to a frequency or a wavenumber (S110), calculating a thin film thickness at a given incident angle and a refractive index of a given thin film, Calculating a thin film thickness corresponding to the thin film thickness information by using the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the number of waves and the measured phase signal (step S120) S130) and extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase (S140).
상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 생성하는 단계(S120)는 상기 간섭 신호를 푸리에 변환하여 저주파 성분을 제거하도록 필터링하는 단계(S122), 저주파 성분이 제거된 신호에서 고주파 필터를 사용하여 위상 함수를 포함하는 신호를 추출하는 단계(S124), 상기 위상 함수를 포함하는 신호를 역푸리어 변환(Inverse-Fourier Transformation)하는 단계(S126), 및 역푸리어 변환된 신호의 허수부를 추출하여 파수에 따른 측정 위상 신호를 생성하는 단계(S128)를 포함할 수 있다.The step of generating the measured phase signal by processing the interference signal includes a step of filtering the interference signal by Fourier transform to remove the low frequency component in operation S122, A step S124 of performing inverse Fourier transform on the signal including the phase function, and a step S126 of extracting an imaginary part of the inverse Fourier transformed signal, And generating (S128) a measured phase signal corresponding to the measured phase signal.
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계(S130)는 상기 측정 위상 신호를 선형 측정 위상 신호 성분과 비선형 측정 위상 신호 성분으로 분리하는 단계(S132), 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 비선형 박막 위상 성분을 생성하는 단계(S134), 및 파수에 따라 상기 비선형 측정 위상 신호 성분과 상기 이론적 비선형 박막 위상 성분의 차이를 최소화하도록 상기 박막 두께를 결정하는 단계(S136)를 포함한다.(S130) of calculating a thin film thickness corresponding to the thin film thickness information using the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the number of waves and the thin film thickness information using the measured phase signal is performed by using the measured phase signal as a linear measured phase signal component and a non- (S134) of generating a theoretical nonlinear thin film phase component according to the thin film thickness and the number of waves, and a step (S134) of separating the nonlinear thin film phase component And determining a thickness (S136).
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계(S140)는 결정된 박막 두께를 이용하여 파수에 따른 이론적 박막 위상을 산출하는 단계(S142), 및 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계(S144)를 포함한다.The step of extracting the upper surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase (S140) includes calculating a theoretical thin film phase according to the wave number using the determined thin film thickness And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase (S144).
주파수에 따라 분해된 간섭 신호(spectrally resolved interference signal; I(h,d;k))는 분광 영역 또는 k-도메인(spectral domain or k-domain)에서 다음과 같이 주어질 수 있다(S110).The spectrally resolved interference signal I (h, d; k) may be given in the spectral domain or the k-domain as S110.
여기서, I0(k)는 기준면(reference surface) 및 시료(specimen)의 상부면에서 반사된 두 빔의 분광 강도(spectral intensity)이다. I1(k)는 상기 기준면에서 반사된 기준 빔과 시료의 박막에서 다중 반사된 시료 빔 사이의 교차 간섭(cross interference)에 관련된 가시도 함수(visibility function)를 나타낸다. k는 전자기파의 파수(wave number; k=2π/λ; λ는 전자기파의 파장). Φ(h,d;k)는 위상 함수(phase function; Φ(h,d;k))이다. h는 시료의 상부면과 기준면 사이의 높이이고, d는 박막의 두께이다. 상기 간섭 신호는 광감지부(160)의 광신호로부터 구해질 수 있다.Where I 0 (k) is the spectral intensity of the two beams reflected from the reference surface and the top surface of the specimen. I 1 (k) represents a visibility function related to cross interference between the reference beam reflected from the reference surface and the sample beam reflected from the thin film of the sample. k is the wave number of the electromagnetic wave (k = 2π / λ; λ is the wavelength of the electromagnetic wave). ? (H, d; k) is a phase function (? (H, d; k)). h is the height between the upper surface of the sample and the reference surface, and d is the thickness of the thin film. The interference signal may be obtained from the optical signal of the
위상 함수(phase function; Φ(h,d;k))는 다음과 같이 표시될 수 있다. The phase function Φ (h, d; k) can be expressed as:
여기서, Ψ(d;k)는 박막 내에서 다중 반사된 빔의 박막 위상이다. 상기 박막 위상은 박막 두께와 파수에만 의존한다.Where d (k) is the thin film phase of the multiple reflected beam in the film. The thin film phase depends only on the film thickness and wave number.
상기 박막 위상은 다음과 같이 표시될 수 있다.The thin film phase can be expressed as follows.
여기서, r01은 박막의 상부 경계면에서 프레넬 반사 계수(Fresnel reflection coefficient)이고, r12는 박막의 하부 경계면에서 프레넬 반사 계수(Fresnel reflection coefficient )이다. N은 박막의 굴절률이고, θ는 박막에 입사하는 입사 빔(incident beam)의 입사각(incident angle)이다.Where r 01 is the Fresnel reflection coefficient at the top interface of the film and r 12 is the Fresnel reflection coefficient at the bottom interface of the film. N is the refractive index of the thin film, and [theta] is the incident angle of the incident beam incident on the thin film.
상기 박막 위상은 다음과 같이 표시될 수 있다.The thin film phase can be expressed as follows.
Ψlinear(d';k)는 선형 박막 위상 성분(linear thin-film phase component)을 나타내고, Ψnonlinear(d;k)는 비선형 박막 위상 성분(nonlinear thin-film phase component)을 나타낸다. d'은 박막 위상에 선형 피팅을 사용하여 얻은 상기 박막 두께(d)의 근사값(approximate value)이다.Ψ linear (d '; k) denotes a linear thin-film phase component, and Ψ nonlinear (d; k) denotes a nonlinear thin-film phase component. d 'is an approximate value of the thin film thickness d obtained using linear fitting in the thin film phase.
따라서, 상기 위상 함수는 다음과 같이 주어질 수 있다.Therefore, the phase function can be given as follows.
여기서, 선형 위상 함수(Φlinear (h,d';k))는 2(h+d')k로 주어지고, 비선형 위상 함수(Φnonlinear (d;k))은 선형 박막 위상 성분(Ψnonlinear(d;k))으로 주어진다.Here, the linear phase function (Φ linear (h, d ' ; k)) is a 2 (h + d') is given by k, non-linear phase function (Φ nonlinear (d; k) ) is a linear thin-phase component (Ψ nonlinear (d; k)).
상기 위상 함수의 선형 피팅 데이터의 기울기는 2(h+d')이다. 비선형 위상 함수(Φnonlinear (d;k))는 상기 위상 함수(Φ(h,d;k))에서 상기 선형 피팅 데이터 또는 선형 위상 함수(Φlinear (h,d';k))를 빼서 얻을 수 있다.The slope of the linear fitting data of the phase function is 2 (h + d '). A non-linear phase function (Φ nonlinear (d; k) ) is the phase function (Φ (h, d; k )) from the linear fit of data or a linear phase function; obtained by subtracting the (Φ linear (h, d ' k)) .
도 6a는 위상 함수와 상기 위상 함수에 대응하는 선형 위상 함수 성분과 비선형 위상 함수 성분이 표시된다.6A shows a phase function and a linear phase function component and a nonlinear phase function component corresponding to the phase function.
도 6b는 박막 위상과 상기 박막 위상에 대응하는 선형 박막 함수 성분과 비선형 박막 위상 성분이 표시된다.6B shows the thin film phase and the linear thin film function component corresponding to the thin film phase and the nonlinear thin film phase component.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 실리콘 기판 상에 2 마이크로미터의 실리콘산화막이 증착되고 실리콘산화막의 상부면과 기준면 사이의 높이가 5 마이크로미터인 경우, 위상 함수와 박막 위상의 시뮬레이션 결과가 표시된다. 상기 위상 함수의 비선형 성분은 상기 박막 위상의 비선형 성분과 정확히 대응된다. 이것은 비선형 박막 위상 성분은 상기 위상 함수에서 선형 위상 성분을 제거하여 얻을 수 있다는 것을 의미한다.6A and 6B, simulation results of a phase function and a thin film phase are displayed when a 2-micrometer silicon oxide film is deposited on a silicon substrate and a height between a top surface of the silicon oxide film and a reference surface is 5 μm . The nonlinear component of the phase function corresponds exactly to the nonlinear component of the thin film phase. This means that the nonlinear thin film phase component can be obtained by removing the linear phase component in the phase function.
도 7a는 파수에 따른 낮은 가간섭성 간섭 신호를 표시하고, 도 7b는 위상 함수 분포와 그에 대응하는 선형 성분 및 비성형 성분를 표시한다. 도 7c는 측정된 비선형 위상 함수 성분(흑색 실선)과 해석적 비선형 박막 위상 모델(적색 x-마크)를 표시한다. 도 7d는 필름 두께 및 표면 높이에 관련된 분광 위상 함수 및 표면 높이에 관련된 상대 위상이 표시된다.FIG. 7A shows a low coherence interfering signal according to wavenumbers, and FIG. 7B shows a phase function distribution and corresponding linear and non-forming components. 7C shows the measured nonlinear phase function component (black solid line) and the analytical nonlinear thin film phase model (red x-mark). 7D shows the spectral phase function associated with the film thickness and surface height and the relative phase relative to the surface height.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 박막 두께(d)와 상부면 높이(h)가 어떻게 결정되는지를 설명된다.Referring to Figs. 7A to 7D, how the thin film thickness d and the top surface height h are determined will be described.
도 7a를 참조하면, 간섭 신호(I(h,d;k))는 광감지부(160)의 광신호로부터 추출될 수 있다. 상기 간섭 신호는 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보(d) 및 표면 형상 정보(h)를 포함하고 파수(wavenumber, k)의 함수로 주어진다(S110). Referring to FIG. 7A, the interference signal I (h, d; k) may be extracted from the optical signal of the
I0(k)는 광원의 주파수 분포함수로서 저주파 성분을 포함한다. 따라서 수학식 1에 포함되어 있는 I0(k)를 제거하기 위해, 고주파 통과 필터가 사용될 수 있다. 이를 위하여, 상기 간섭 신호(I(h,d;k))는 푸리어 변환될 수 있다. 이어서, 상기 고주파 필터를 연산을 수행하여, 저주파 성분이 제거될 수 있다(S122). 상기 저주파 성분이 제거된 신호가 역푸리어 변환(Inverse Fourier Transformation)되면, 필터링된 간섭 신호(I'(h,d;k))는 다음과 같이 표시된다.I 0 (k) includes a low-frequency component as the frequency distribution function of the light source. Therefore, in order to eliminate I 0 (k) included in
수학식 6에서, 상기 위상 함수(Φ(h,d;k))를 분리하기 위하여, 수학식 6은 푸리어 변환되어 다음과 같이 표시될 수 있다.In Equation (6), in order to separate the phase function? (H, d; k), Equation (6) can be Fourier transformed and expressed as follows.
여기서, FT는 푸리어 변환을 나타내고, A는 을 나타내고, B는 를 나타낸다. Here, FT represents Fourier transform, and A represents And B represents .
따라서, 수학식 7에서 푸리어 도메인에서 A 성분은 고주파 필터를 사용하여 추출될 수 있다(S124). 이어서, A 성분은 위상 함수를 포함하는 성분일 수 있다. 상기 위상함수를 포함하는 성분은 역푸리어 변환(Inverse Fourier Transformation)될 수 있다(S126).Therefore, in Equation (7), the A component in the Fourier domain can be extracted using a high-frequency filter (S124). Then, the A component may be a component including a phase function. The component including the phase function may be subjected to inverse Fourier transform (S126).
따라서, 위상 함수를 포함하는 다음과 같이 주어질 수 있다.Thus, a phase function can be given as follows.
여기서, IFT는 역푸리어 변환(Inverse Fourier Transformation)을 나타낸다.Here, IFT represents Inverse Fourier Transformation.
수학식 8에 자연 로그 연산이 수행되면, 수학식 8은 다음과 같이 주어진다.When a natural logarithm is performed in Equation (8), Equation (8) is given as follows.
수학식 9에서 우변의 둘째 항인 허수부(imaginary term)만이 추출되면, 위상 함수(Φ(h,d;k))가 얻어질 수 있다(S128).If only the imaginary term that is the second term of the right side in Equation 9 is extracted, the phase function? (H, d; k) can be obtained (S128).
수학식 5를 참조하면, 상기 위상 함수(Φ(h,d;k))는 선형 성분과 비선형 성분으로 분리될 수 있다(S132).Referring to Equation (5), the phase function? (H, d; k) may be divided into a linear component and a non-linear component (S132).
수학식 3을 참조하면, 상기 박막의 두께와 파수에 따른 이론적 비선형 박막 위상 성분이 준비될 수 있다. 이 경우, 박막의 굴절률과 입사각은 이미 주어진다. 또한, 기판의 굴절률은 이미 정해진다. 따라서, 경계면에서의 반사계수는 계산될 수 있다. 따라서, 상기 박막 위상의 비선형 성분이 박막의 두께에 따라 계산될 수 있다(S134).Referring to Equation (3), a theoretical nonlinear thin film phase component according to the thickness and wave number of the thin film can be prepared. In this case, the refractive index and incident angle of the thin film are already given. Further, the refractive index of the substrate is already determined. Thus, the reflection coefficient at the interface can be calculated. Accordingly, the nonlinear component of the thin film phase can be calculated according to the thickness of the thin film (S134).
박막의 두께(d)는 다음과 같은 비선형 피팅을 통하여 결정될 수 있다(S136).The thickness d of the thin film can be determined through the following nonlinear fitting (S136).
여기서, 는 메릿 함수(merit function)이다.는 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 이론적으로 계산한 비선형 박막 위상이다(S134). 은 측정된 간섭 신호(I(h,d;k)를 처리하여 얻은 위상 함수(Φ(h,d;k))의 비선형 성분이다. 비선형 최적화 기술(nonlinear optimization techinque)를 사용하여 박막 두께(d)는 구해질 수 있다(S136).here, Is a merit function. Is the nonlinear thin film phase calculated theoretically using Equations (3) and (4) (S134). Is a nonlinear component of the phase function Φ (h, d; k) obtained by processing the measured interference signal I (h, d; k). Using a nonlinear optimization techinque, Can be obtained (S136).
박막 두께(d)가 구해진 경우, 수학식 2를 사용하면, 박막 위상(Ψ(d;k))이 모든 파수(wavenumber)에 대하여 구해질 수 있다(S142). 다만, 박막 위상(Ψ(d;k))의 계산을 위하여, 박막의 굴절률과 입사각은 이미 알려져 있다.. When the thin film thickness d is obtained, the thin film phase? (D; k) can be obtained for all the wavenumber using the equation (2) (S142). However, for calculation of the thin film phase (d (k)), the refractive index and incident angle of the thin film are already known.
이어서, 수학식 4 및 수학식 5를 참조하면, 상부면의 높이(h)는 측정된 위상 함수(Φ(h,d;k))와 이미 결정된 박막 위상(Ψ(d;k))의 차이를 이용하여 다음과 같이 구해질 수 있다(S144).Next, referring to equations (4) and (5), the height h of the top surface is determined by the difference between the measured phase function? (H, d; k) and the previously determined thin film phase? Can be obtained as follows (S144).
여기서, 는 측정 위상 함수(Φ(h,d;k))와 박막 위상(Ψ(d;k))의 차이를 나타내는 상대 위상이다.here, Is a relative phase indicating the difference between the measured phase function? (H, d; k) and the thin film phase? (D; k).
일련의 다양한 시뮬레이션이 필름 두께에 따른 제안된 방법의 측정 성능을 평가하기 위하여 수행되었다. 실리콘 산화막 층은 실리콘 기판 상에 증착되고, 실리콘 산화막 층의 두께는 10 nm 내지 5 μm이다. 광원의 스펙트럼은 450 nm 내지 700 nm이다.A series of simulations were performed to evaluate the measurement performance of the proposed method with film thickness. The silicon oxide film layer is deposited on the silicon substrate, and the thickness of the silicon oxide film layer is 10 nm to 5 占 퐉. The spectrum of the light source is 450 nm to 700 nm.
도 8a는 시뮬레이션된 박막 위상에 가장 잘 피팅된 기울기를 계산하여 구해진 근사 박막 두께(d')를 표시한다.FIG. 8A shows the approximate film thickness d 'calculated by calculating the best fitted slope to the simulated thin film phase.
도 8b는 도 8a의 근사 박막 두께(d')의 퍼센트 에러를 표시한다. Figure 8b shows the percent error of the approximate film thickness d 'of Figure 8a.
도 8c는 박막 두께에 따른 비선형 박막 위상의 피크투벨리(peak-to-valley)를 표시한다. FIG. 8C shows the peak-to-valley of the non-linear thin film phase according to the thin film thickness.
도 8d는 본 발명에 따른 박막 두께를 표시한다. 8D shows the thickness of the thin film according to the present invention.
도 8e는 도 8d의 퍼센트 에러를 표시한다.FIG. 8E shows the percentage error in FIG. 8D.
도 8a 내지 도 8e를 참조하면, 근사 필름 두께(d')에서 퍼센트 에러는 0.6 μm근처에 도달할 때까지 진동하고, 0.6 μm를 넘어서면 안정화된다. 이것은 박막 위상의 비선형 성분의 크기의 피크투벨리(peak-to-valley)의 경향성과 유사하다. 비록 근사 필름 두께(d')에 큰 퍼센트 에러가 있지만, 본 발명에 따른 샘플의 박막 두께를 측정하는 경우, 근사 필름 두께(d')은 박막 두께의 좋은 추정치(good estimate)를 제공할 수 있다.Referring to Figures 8A-8E, in the approximate film thickness d ', the percent error oscillates until it reaches near 0.6 μm and stabilizes when it exceeds 0.6 μm. This is similar to the peak-to-valley tendency of the magnitude of the nonlinear component of the thin film phase. Although there is a large percentage error in the approximate film thickness d ', in the case of measuring the thin film thickness of the sample according to the present invention, the approximate film thickness d' can provide a good estimate of the thin film thickness .
도 9a는 라인-스캔 영상 소자를 통한 2D 광 센서 어레이를 통하여 획득한 분광 영상을 나타낸다. 수평축은 2D 광 센서 어레의 공간 정보를 제공하고, 수직축은 영상화된 라인에서 각 픽셀에 대한 분광 정보를 제공한다.9A shows a spectroscopic image acquired through a 2D photosensor array through a line-scan imaging element. The horizontal axis provides spatial information for the 2D photo sensor array, and the vertical axis provides spectral information for each pixel in the imaged line.
도 9b는 본 발명을 사용하여 얻은 도 9a의 2D 분광 영상을 분석한 하나의 라인의 상부면 형상 및 바닥면 형상을 나타낸다.FIG. 9B shows the top surface shape and the bottom surface shape of one line obtained by analyzing the 2D spectroscopic image of FIG. 9A obtained using the present invention.
도 9c는 마이크로 스테이지를 가지고 측면 방향(lateral direction) 또는 y축 방향으로 스캐닝하여 얻은 시료의 체적 두께 형상(volumetric thickness profile)을 보인다.FIG. 9C shows a volumetric thickness profile of a sample obtained by scanning with a microstage in a lateral direction or a y-axis direction.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 높이 1 μm의 직선 형상의 패턴을 가진 실리콘 기판 상에 2 μm의 두께를 가진 실리콘 산화막의 측정 결과를 나타낸다. 패턴의 수직 벽들은 정확하게 측정될 수 없었다. 이것은 패턴의 가장자리에서 발생하는 회절에 기인하는 것으로 해석된다. 상기 회절은 스텝의 가장자리에서 점프 또는 스파이크를 보일 수 있다. 딸서, 우리는 이웃한 적절한 점으로 대체하여 이러한 아티팩트(artifacts)를 제거하였다.9A to 9C, measurement results of a silicon oxide film having a thickness of 2 mu m are shown on a silicon substrate having a linear pattern with a height of 1 mu m. The vertical walls of the pattern could not be accurately measured. This is interpreted as a result of the diffraction occurring at the edge of the pattern. The diffraction can show a jump or spike at the edge of the step. As a daughter, we removed these artifacts by replacing them with appropriate neighbors.
제안된 방법의 측정 정밀도는 반사광측정법(reflectometry) 기판 기술에 의하여 측정된 박막 두께와 비교되어 증명되었다. 동일한 위치에 정확한 비교는 실질적으로 불가능하다. 따라서, 다른 위치에서 3 번의 측정이 수행되었다. 각 위치에서 측정은 시료 상에 15 포인트에서 평균하여 구해졌다. 이 두 방법 사이의 측정 에러는 15 nm 최대 차이의 범위 내이다.The measurement accuracy of the proposed method is demonstrated by comparison with the thin film thickness measured by reflectometry substrate technology. Correct comparisons at the same location are virtually impossible. Thus, three measurements were performed at different locations. Measurements at each location were averaged at 15 points on the sample. The measurement error between these two methods is within the range of 15 nm maximum difference.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 장치를 설명하는 도면이다.10 is a view for explaining a thickness and shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 두께 및 형상 측정 장치(100a)는 광원(110), 간섭계(130a), 및 시료(10)에서 반사된 물체 빔과 기준면에서 반사된 기준 빔의 간섭 신호를 획득하는 광 감지부(160)를 포함한다.10, the thickness and
상기 광원(110)은 백색 광원일 수 있다. 상기 간섭계(130a)는 빔 스플릿터(132a)와 기준 거울(134a)을 포함할 수 있다. 상기 빔 스플릿터(132a)와 상기 기준 거울(134a) 사이의 거리는 L이다. 따라서, 상기 시료의 상부면에서 기준 위치(reference position) 사이의 거리는 h이다. 상기 간섭계(130a)는 간섭 신호를 형성할 수 있는 한 다양하게 변형될 수 있다.The
상기 분광부(150)는 간섭 신호를 파장에 따라 공간적으로 분해할 수 있다. 상기 광감지부(160)는 상기 공간 분해된 간섭 신호를 측정하고, 처리부(170)는 위에 설명한 알고리즘을 통하여 두께 및 형상을 측정을 수행할 수 있다.The
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 두께 및 형상 측정 장치를 설명하는 도면이다.11 is a view for explaining a thickness and shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 두께 및 형상 측정 장치(200)는 광원(210), 간섭계(130a), 및 시료(10)에서 반사된 물체 빔과 기준면에서 반사된 기준 빔의 간섭 신호를 획득하는 광 감지부(260)를 포함한다. 상기 광원(210)은 파장 가변 광원일 수 있다. 따라서, 분광부가 제거될 수 있다. 이에 따라, 수학식 1에 의한 간섭 신호를 얻기 위하여, 상기 광감지부(260)는 상기 광원의 파장에 따라 광신호를 측정될 수 있다. 상기 광감지부(260)는 2D 광센서 어레이일 수 있다.11, the thickness and
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막 두께 및 형상 측정 장치를 설명하는 도면이다.12 is a view for explaining a thin film thickness and shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 13은 도 12의 박막 두께 및 형상 측정 장치를 이용하여 박막 두께와 형상을 측정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.13 is a flow chart for explaining a method of measuring the thickness and shape of a thin film using the thin film thickness and shape measuring apparatus of FIG.
도 12 및 도 13을 참조하면, 박막 두께 및 형상 측정 장치(300)는 광원(310), 간섭계(330), 및 시료(10)에서 반사된 물체 빔과 기준면에서 반사된 기준 빔의 간섭 신호를 획득하는 광 감지부(360)를 포함한다. 상기 처리부(170)는 상기 광 감지부(360)가 획득한 간섭 신호를 처리한다.12 and 13, the thin film thickness and
상기 광원(310)은 백색 광원일 수 있다. 상기 간섭계(330)는 빔 스플릿터(332)와 기준 거울(334)을 포함할 수 있다. 상기 시료는 고정되어 있고, 상기 기준 거울(334)은 시간에 따라 광축 방향(X축 방향)으로 스캔할 수 있다. 상기 기준 거울(334)의 스캔 거리를 조절하기 위하여, PZT와 같은 엑츄에이터가 사용될 수 있다.The
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 기준 거울(334)은 고정되고, 대신에 시료(10)가 시간에 따라 광축 방향(Y축 방향)으로 스캔할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the
상기 광 감지부(360)는 상기 기준 거울(334)의 스캔 거리(z)에 따른 간섭 신호를 측정될 수 있다. 상기 광 감지부(360)는 2D 광센서 어레이일 수 있다. 이에 따라, 백색광 간섭 무늬와 유사한 형태의 간섭 신호(G(h,d;z))가 획득될 수 있다(S210).The
광축 방향으로 시료 또는 기준면을 이동하여 광 경로가 변화되는 경우, 파장 적분 간섭 신호(G(h,d;z))는 아래와 같이 표현될 수 있다.When the optical path is changed by moving the sample or reference plane in the optical axis direction, the wavelength integration interference signal G (h, d; z) can be expressed as follows.
상기 시료 또는 기준면의 광축 방향을 따른 스캔 거리는 z이다. G0 는 백색광 간섭무늬의 배경광이다. γ는 가시도 함수(visibility function)이다. k는 전자기파의 파수(wave number; k=2π/λ; λ는 전자기파의 파장), kc는 중심 파수이고, Δk는 상기 광원(310)의 대역폭이고, Φ(h,d;k)는 파장에 따른 위상 함수(phase function)이고, F(k)는 상기 광원(310)의 주파수 분포 함수이다. h는 시료의 상부면과 기준면 사이의 높이이고, d는 박막의 두께이다. 상기 위상 함수는 h와 d에 관한 정보를 포함한다. Ψ(d;k)는 박막 내에서 다중 반사된 빔의 박막 위상이다. 상기 박막 위상은 박막 두께와 파수에만 의존한다.The scan distance along the optical axis direction of the sample or reference plane is z. G 0 Is a background light of a white light interference pattern. and? is a visibility function. k is the electromagnetic wave number (wave number; k = 2π / λ; λ is a wavelength of the electromagnetic wave), k c is the center frequency and, Δk is the bandwidth of the light source (310), Φ (h, d; k) is the wavelength And F (k) is a function of the frequency distribution of the
스캔 거리(z)에 따라 얻은 상기 파장 적분 간섭 신호(G(h,d;z))는 스캔 거리(z)를 기준으로 푸리에 변환될 수 있다. 이 경우, 푸리에 변환된 식은 아래와 같이 표현된다.The wavelength integration interference signal G (h, d; z) obtained according to the scan distance z may be Fourier transformed based on the scan distance z. In this case, the Fourier transformed expression is expressed as follows.
여기서, Λ는 백색광 간섭신호의 공간 주파수를 나타낸다. 첫 번째 항은 백색광 간섭 신호의 DC 성분을 나타내고, 두 번째 항은 박막의 두께 정보 및 형상 정보를 포함한 위상 함수(Φ(h,d;k))가 케리어 공간 주파수(carrier spatial frequency; Λ/2 )에 실려 특정한 주파수 영역(백색광원의 주파수 영역)에 분포되어 있는 것을 나타내다.Here, A represents the spatial frequency of the white light interference signal. The first term represents the DC component of the white light interfering signal and the second term represents the carrier spatial frequency (Λ / 2) of the phase function (Φ (h, d; k) (A frequency region of a white light source).
수학식 13의 두 번째 항의 일부는 필터를 사용하여 추출되면, 다음과 같이 표시될 수 있다(S222).If a part of the second term of Equation 13 is extracted using a filter, it can be expressed as follows (S222).
수학식 14에서 주파수 영역에 대한 위상 함수만을 추출하면, 다음과 같이 주어진다(S224). If only the phase function for the frequency domain is extracted in Equation (14), it is given as follows (S224).
따라서, 상기 위상 함수는 수학식 2와 동일한 형태가 얻어질 수 있다. 따라서, 수학식 2 이하에서 설명한 알고리즘이 적용될 수 있다(S230,S240). 따라서, 박막의 두께와 시료의 형상이 구해질 수 있다.Therefore, the phase function can be obtained in the same manner as in Equation (2). Therefore, the algorithm described below in Equation (2) can be applied (S230, S240). Therefore, the thickness of the thin film and the shape of the sample can be obtained.
수학식 1은 파수에 따라 획득된 분광 간섭 신호를 표시하고, 수학식 12는 스캔 거리에 따라 획득된 파장 적분 간섭 신호를 표시한다. 그러나, 위상 함수가 얻어진 이후의 박막의 두께와 시료의 형상을 구하는 동일한 알고리즘이 적용된다.Equation (1) represents the spectroscopic interference signal obtained according to the wave number, and Equation (12) represents the wavelength integrated interference signal obtained according to the scan distance. However, the same algorithm for obtaining the thickness of the thin film and the shape of the sample after the phase function is obtained is applied.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법은 간섭계의 기준 거울의 스캔 거리에 따른 간섭 신호를 준비하는 단계(210), 주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하는 단계(S220), 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계(S130), 및 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 상기 간섭 신호는 파장 적분된 신호일 수 있다.A signal processing method according to an embodiment of the present invention includes a
상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 생성하는 단계(S220)는 상기 간섭 신호를 푸리어 변환하고 필터를 사용하여 특정한 케리어 공간 주파수 성분을 추출하는 단계(S222), 및 필터링된 신호의 위상으로부터 상기 측정 위상 신호를 생성하는 단계(S224)를 포함할 수 있다.The step (S220) of processing the interference signal to generate a measurement phase signal includes a step (S222) of extracting a specific carrier spatial frequency component using the Fourier transform of the interference signal and using a filter, And generating a measurement phase signal (S224).
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계(S130)는 상기 측정 위상 신호를 선형 측정 위상 신호 성분과 비선형 측정 위상 신호 성분으로 분리하는 단계(S132), 박막 두께 및 파수에 따른 이론적 비선형 박막 위상 성분을 생성하는 단계(S134),및 파수에 따라 상기 비선형 측정 위상 신호 성분과 상기 이론적 비선형 박막 위상 성분의 차이를 최소화하도록 상기 박막 두께를 결정하는 단계(S136)를 포함한다.(S130) of calculating a thin film thickness corresponding to the thin film thickness information using the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the number of waves and the thin film thickness information using the measured phase signal is performed by using the measured phase signal as a linear measured phase signal component and a non- (S134) of generating a theoretical nonlinear thin film phase component according to the thin film thickness and the number of waves, and a step (S134) of separating the nonlinear thin film phase component And determining a thickness (S136).
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계(S240)는 결정된 박막 두께를 이용하여 파수에 따른 이론적 박막 위상을 산출하는 단계(S142), 및 상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계(S144)를 포함한다.(S240) of extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase, calculating a theoretical thin film phase according to the number of waves using the determined thin film thickness (S142 And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase (S144).
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 시료 110: 광원
120: 렌즈부 130: 간섭계
140: 공간 필터부 150: 분광부
160: 광감지부 170: 처리부10: Sample 110: Light source
120: lens unit 130: interferometer
140: spatial filter unit 150:
160: light sensing unit 170:
Claims (15)
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계; 및
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계를 포함하는 신호 처리 방법.Extracting a measured phase signal by processing an interference signal including thin film thickness information and surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film;
Calculating a thin film thickness corresponding to thin film thickness information using the theoretical thin film phase according to thin film thickness and wave number and the measured phase signal; And
And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using a difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 생성하는 단계는:
상기 간섭 신호를 푸리에 변환하여 저주파 성분을 제거하도록 필터링하는 단계;
저주파 성분이 제거된 신호에서 고주파 필터를 사용하여 위상 함수를 포함하는 신호를 추출하는 단계;
상기 위상 함수를 포함하는 신호를 역푸리어 변환(Inverse-Fourier Transformation)하는 단계; 및
역푸리어 변환된 신호의 허수부를 추출하여 파수에 따른 측정 위상 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein processing the interference signal to generate a measured phase signal comprises:
Filtering the interference signal by Fourier transform to remove a low-frequency component;
Extracting a signal including a phase function using a high-frequency filter in a signal from which a low-frequency component has been removed;
Performing inverse-Fourier transformation on the signal including the phase function; And
And extracting an imaginary part of the inverse Fourier transformed signal to generate a measured phase signal according to a wavenumber.
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계는:
상기 측정 위상 신호를 선형 측정 위상 신호 성분과 비선형 측정 위상 신호 성분으로 분리하는 단계;
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 비선형 박막 위상 성분을 생성하는 단계;및
파수에 따라 상기 비선형 측정 위상 신호 성분과 상기 이론적 비선형 박막 위상 성분의 차이를 최소화하도록 상기 박막 두께를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Calculating the thin film thickness corresponding to the thin film thickness information according to the thin film thickness and the number of waves and the thin film thickness corresponding to the thin film thickness information using the measured phase signal includes:
Separating the measured phase signal into a linear measured phase signal component and a non-linear measured phase signal component;
Generating a theoretical nonlinear thin film phase component according to a thin film thickness and a wave number;
And determining the thin film thickness to minimize a difference between the nonlinear measured phase signal component and the theoretical nonlinear thin film phase component according to a wavenumber.
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계는:
결정된 박막 두께를 이용하여 파수에 따른 이론적 박막 위상을 산출하는 단계; 및
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of extracting the top surface height corresponding to the surface shape information using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase comprises:
Calculating a theoretical thin film phase according to a wavenumber using the determined thin film thickness; And
And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using a difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하고 주파수(frequency) 또는 파수(wavenumber)에 따른 간섭 신호는 백색광, 광대역 광원, 또는 파장 가변 광원을 이용하여 얻어진 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Wherein the interference signal according to a frequency or a wavenumber includes thin film thickness information and surface shape information and is obtained using a white light, a broadband light source, or a variable wavelength light source.
백색 광원을 기준면에 제공하고, 상기 백색 광원을 표면에 박막을 포함하는 시료에 제공하는 단계; 및
상기 시료 및 상기 기준면에서 반사된 광을 광센서 어레이를 이용하여 주파수 또는 파수에 따른 상기 간섭 신호를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Providing a white light source to a reference surface and providing the white light source to a sample comprising a thin film on a surface; And
Further comprising the step of acquiring the interference signal according to frequency or wave number by using the optical sensor array for the light reflected from the sample and the reference plane.
파장 가변 광원을 기준면에 제공하고, 상기 파장 가변 광원을 표면에 박막을 포함하는 시료에 제공하는 단계;
상기 시료 및 상기 기준면에서 반사된 광을 광센서 어레이를 이용하여 주파수 또는 파수에 따른 상기 간섭 신호를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Providing a tunable light source to a reference surface and providing the tunable light source to a sample comprising a thin film on a surface;
Further comprising the step of acquiring the interference signal according to frequency or wave number by using the optical sensor array for the light reflected from the sample and the reference plane.
상기 시료의 위치에 따른 상기 간섭 신호를 획득하도록 상기 시료를 공간적으로 스캔하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of spatially scanning the sample to obtain the interference signal according to the position of the sample.
주파수(frequency) 또는 파수(wavenumber)에 따른 상기 간섭 신호를 준비하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of preparing the interference signal according to a frequency or a wavenumber.
간섭계의 기준 거울의 스캔 거리에 따른 간섭 신호를 준비하는 단계를 더 포함하고,
상기 간섭 신호는 파장 적분된 신호인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of preparing an interference signal according to the scan distance of the reference mirror of the interferometer,
Wherein the interference signal is a wavelength-integrated signal.
상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 생성하는 단계는:
상기 간섭 신호를 푸리어 변환하고 필터를 사용하여 특정한 케리어 공간 주파수 성분을 추출하는 단계; 및
필터링된 신호의 위상으로부터 상기 측정 위상 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.11. The method according to claim 1 or 10,
Wherein processing the interference signal to generate a measured phase signal comprises:
Performing Fourier transform on the interference signal and extracting a specific carrier spatial frequency component using a filter; And
And generating the measured phase signal from the phase of the filtered signal.
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하는 단계; 및
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 단계를 포함하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.Processing an interference signal including thin film thickness information and surface shape information at a given incident angle with a refractive index of a given thin film to generate a measured phase signal;
Calculating a thin film thickness corresponding to thin film thickness information using the theoretical thin film phase according to thin film thickness and wave number and the measured phase signal; And
And extracting a top surface height corresponding to the surface shape information using a difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
상기 광원의 출력광을 제공받아 기준 거울에 의한 기준 빔과 시료에 의한 물체 빔을 결합하는 간섭계;
상기 간섭계의 출력 신호를 제공받아 주파수에 따라 분광하는 분광부;
상기 분광부의 출력신호를 주파수에 따라 획득하는 광감지부;및
상기 광 감지부의 간섭 신호를 처리하는 처리부를 포함하고,
상기 처리부는:
주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하고,
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하고,
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정 장치.Light source;
An interferometer that receives the output light of the light source and combines the reference beam by the reference mirror and the object beam by the sample;
A spectroscope unit for receiving an output signal of the interferometer and performing spectroscopy according to a frequency;
A light sensing unit for acquiring an output signal of the light splitting unit according to a frequency;
And a processing unit for processing an interference signal of the light sensing unit,
Wherein the processing unit comprises:
Processing the interference signal including thin film thickness information and surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film to extract a measured phase signal,
The thin film thickness corresponding to the thin film thickness information is calculated by using the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the wave number and the measured phase signal,
Wherein the upper surface height corresponding to the surface shape information is extracted using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
상기 파장 가변 광원의 출력광을 제공받아 기준 거울에 의한 기준 빔과 시료에 의한 물체 빔을 결합하는 간섭계;
상기 간섭계의 출력신호를 주파수에 따라 획득하는 광감지부;및
상기 광 감지부의 간섭 신호를 처리하는 처리부를 포함하고,
상기 처리부는:
주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하고,
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하고,
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정 장치.A wavelength tunable light source;
An interferometer that receives the output light of the wavelength variable light source and combines the reference beam by the reference mirror and the object beam by the sample;
A light sensing unit for acquiring an output signal of the interferometer according to a frequency;
And a processing unit for processing an interference signal of the light sensing unit,
Wherein the processing unit comprises:
Processing the interference signal including thin film thickness information and surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film to extract a measured phase signal,
The thin film thickness corresponding to the thin film thickness information is calculated by using the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the wave number and the measured phase signal,
Wherein the upper surface height corresponding to the surface shape information is extracted using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
상기 광원의 출력광을 제공받아 기준 거울에 의한 기준 빔과 시료에 의한 물체 빔을 결합하는 간섭계;
상기 기준 거울의 스캔 거리에 따라 상기 간섭계의 출력신호를 획득하는 광감지부;및
상기 광 감지부의 간섭 신호를 처리하는 처리부를 포함하고,
상기 처리부는:
주어진 박막의 굴절률과 주어진 입사각에서 박막 두께 정보 및 표면 형상 정보를 포함하는 상기 간섭 신호를 처리하여 측정 위상 신호를 추출하고,
박막 두께 및 파수에 따른 이론적 박막 위상과 상기 측정 위상 신호를 이용하여 박막 두께 정보에 대응하는 박막 두께를 산출하고,
상기 측정 위상 신호와 상기 이론적 박막 위상의 차이를 이용하여 상기 표면 형상 정보에 대응하는 상부면 높이를 추출하는 것을 특징으로 하는 두께 및 형상 측정 장치.Light source;
An interferometer that receives the output light of the light source and combines the reference beam by the reference mirror and the object beam by the sample;
A light sensing unit for acquiring an output signal of the interferometer according to a scan distance of the reference mirror;
And a processing unit for processing an interference signal of the light sensing unit,
Wherein the processing unit comprises:
Processing the interference signal including thin film thickness information and surface shape information at a given incident angle and a refractive index of a given thin film to extract a measured phase signal,
The thin film thickness corresponding to the thin film thickness information is calculated by using the theoretical thin film phase according to the thin film thickness and the wave number and the measured phase signal,
Wherein the upper surface height corresponding to the surface shape information is extracted using the difference between the measured phase signal and the theoretical thin film phase.
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