KR20150028455A

KR20150028455A - 박막 두께 측정 방법 및 박막 두께 측정 장치

Info

Publication number: KR20150028455A
Application number: KR20130107011A
Authority: KR
Inventors: 김덕호; 최희덕
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-16

Abstract

박막 두께 측정 방법은 소자 패턴이 형성되는 패턴 영역과 패턴 영역을 포위하는 주변 영역을 구비하는 기판 상에 박막을 형성하고, 박막에 기판의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 형성하며, 샘플링 개구부에 조사된 샘플링 입사광 및 기판에 의해 반사된 샘플링 반사광에 기초하여 기판의 반사 계수를 측정하고, 박막에 조사된 측정 입사광, 박막에 의해 반사된 측정 반사광 및 반사 계수에 기초하여 박막 두께를 측정한다.

Description

박막 두께 측정 방법 및 박막 두께 측정 장치{METHOD AND DEVICE FOR MEASURING A THIN FILM THICKNESS}

본 발명은 박막의 특성을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 박막의 두께를 측정하는 박막 두께 측정 방법 및 박막 두께 측정 장치에 관한 것이다.

박막이란, 어떤 기판의 표면에 형성시킨 매우 미세한 두께를 가지는 하나 이상의 층을 말한다. 일반적으로, 박막은 10Å 내지 100μm의 두께를 가지는 층을 말하고, 박막을 이용하여 각종 전자 기기들을 구성하는 여러 소자들이 형성될 수 있다. 이 경우, 소자들이 올바르게 기능하기 위해서는 박막 두께, 조성, 전기적 특성, 광학적 특성 등을 자세히 파악할 필요가 있다. 특히, 최근 소자들이 소형화 및 집적화되면서, 박막의 특성들을 정확하게 측정하는 기술은 더욱 중요시되고 있다.

박막 두께는 박막의 여러 물리량 중에서 중요한 물리량에 해당하며, 이를 측정하는 기술은 크게 광학(optical)에 기초를 둔 방법과 탐침(stylus)을 이용한 기계적 방법이 있다. 특히, 광학에 기초를 둔 방법은 비 파괴적이고, 비 접촉적이며, 빠르고, 간편하게 두께 측정이 가능하여 널리 이용되고 있으며, 광의 편광 특성을 이용하는 편광 측정 장치, 광의 간섭 현상을 이용하는 광 간섭 측정 장치, 광의 반사를 이용하는 반사광 측정 장치 등이 있다. 광의 편광 특성을 이용하는 편광 측정 장치의 경우, 특정 편광의 광을 박막에 입사하고, 반사된 광의 편광 상태 변화를 분석하여 박막 두께를 측정하는 장치이다.

일반적으로, 박막에 의해 반사된 광은 박막의 하부면에서 반사될 때, 편광 상태의 변화를 일으킨다. 하지만, 입사된 광이 모두 박막의 하부면에서만 반사를 일으키는 것은 아니며, 실제로는 박막 하부에 존재하는 기판의 하부면에서도 반사가 발생된다. 특히, 기판의 두께가 얇은 경우, 기판 하부면에서 발생하는 반사는 박막 하부면에서 발생하는 반사에 영향을 미치고, 박막 두께를 정확하게 산출하는데 영향을 미치게 된다. 종래에는 기판이 충분히 두꺼워서 기판에서의 반사를 아예 고려하지 않거나, 고려하더라도 기판의 표준적인 반사 계수를 적용하여 박막 두께를 산출하였는데, 실제 기판은 내부 원자들의 배열이나 구조에 따라 반사 계수가 달라질 수 있으므로, 표준적인 반사 계수를 획일적으로 적용하면 많은 오차가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 목적은 박막 두께를 정확하게 측정할 수 있는 박막 두께 측정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 박막 두께를 정확하게 측정할 수 있는 박막 두께 측정 장치를 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명의 목적은 상술한 목적들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 박막두께 측정 방법은 기판 상에 박막을 형성하고, 상기 박막에 상기 기판의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 형성하고, 상기 샘플링 개구부에 조사된 샘플링 입사광 및 상기 기판에 의해 반사된 샘플링 반사광에 기초하여 상기 기판의 반사 계수를 측정하고, 상기 박막에 조사된 측정 입사광, 상기 박막에 의해 반사된 측정 반사광 및 상기 반사 계수에 기초하여 박막 두께를 측정할 수 있다. 상기 기판은 소자 패턴이 형성되는 패턴 영역과 상기 패턴 영역을 포위하는 주변 영역을 구비할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 박막과 상기 샘플링 개구부는 동시에 형성될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 샘플링 개구부는 상기 패턴 영역의 상부에 형성될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 샘플링 개구부는 상기 주변 영역의 상부에 형성될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 기판은 유리 기판일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 기판은 투명한 고분자 기판일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 반사 계수는 상기 샘플링 입사광과 상기 샘플링 반사광의 편광 상태 변화에 기초하여 산출될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 박막 두께는 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 반사 계수에 기초하여 산출될 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 방법은 기판 상에 박막을 형성하고, 상기 박막에 상기 기판의 표면을 노출시키는 n(단, n은 2이상의 정수)개의 샘플링 개구부들을 형성하고, 상기 n개의 샘플링 개구부들에 조사된 n개의 샘플링 입사광들 및 상기 기판에 의해 반사된 n개의 샘플링 반사광들에 기초하여 상기 기판의 평균 반사 계수를 측정하고, 상기 박막에 조사된 측정 입사광, 상기 박막에 의해 반사된 측정 반사광 및 상기 평균 반사 계수에 기초하여 박막 두께를 측정할 수 있다. 상기 기판은 소자 패턴이 형성되는 패턴 영역과 상기 패턴 영역을 포위하는 주변 영역을 구비할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 평균 반사 계수는 상기 n개의 샘플링 입사광들과 상기 n개의 샘플링 반사광들 각각의 편광 상태 변화들에 기초하여 n개의 반사 계수들을 산출하고, 상기 n개의 반사 계수들의 평균값으로 결정될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 박막 두께는 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 평균 반사 계수에 기초하여 산출될 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 장치는 박막 기판, 광 발생부, 수광부 및 광 분석부를 포함할 수 있다. 상기 박막 기판은 기판, 상기 기판 상에 형성되는 박막 및 상기 박막에 형성되어 상기 기판의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 포함할 수 있으며, 상기 기판은 소자 패턴이 형성되는 패턴 영역 및 상기 패턴 영역을 포위하는 주변 영역을 구비할 수 있다. 상기 광 발생부는 상기 박막 기판의 상기 샘플링 개구부에 샘플링 입사광을 조사하고, 상기 박막 기판의 상기 박막에 측정 입사광을 조사할 수 있다. 상기 수광부는 상기 기판으로부터 반사된 샘플링 반사광을 수신하고 상기 박막으로부터 반사된 측정 반사광을 수신할 수 있다. 상기 광 분석부는 상기 샘플링 입사광 및 상기 샘플링 반사광에 기초하여 상기 기판의 반사 계수를 산출할 수 있고, 상기 측정 입사광, 상기 측정 반사광 및 상기 반사 계수에 기초하여 상기 박막의 두께를 산출할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 샘플링 개구부는 상기 패턴 영역 상부에 배치될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 샘플링 개구부는 상기 주변 영역 상부에 배치될 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 기판은 유리 기판일 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 광 분석부는 상기 샘플링 입사광과 상기 샘플링 반사광의 편광 상태 변화에 기초하여 상기 반사 계수를 산출할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 광 분석부는 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 반사 계수에 기초하여 상기 박막의 두께를 산출할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 박막 기판은 n(단, n은 2이상의 정수)개의 샘플링 개구부들을 포함하고, 상기 광 발생부는 상기 n개의 샘플링 개구부에 n개의 샘플링 입사광들을 조사하며, 상기 수광부는 상기 기판으로부터 반사된 n개의 샘플링 반사광들을 수신하고, 상기 광 분석부는 상기 n개의 샘플링 입사광들과 상기 n개의 샘플링 반사광들 각각의 편광 상태 변화들에 기초하여 상기 기판의 평균 반사 계수를 산출하고, 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 평균 반사 계수에 기초하여 상기 박막의 두께를 산출할 수 있다.

일 실시예에 의하면, 상기 광 분석부는 상기 n개의 샘플링 입사광과 상기 n개의 샘플링 반사광들 각각의 편광 상태 변화들에 기초하여 n개의 반사 계수들을 산출하고, 상기 n개의 반사 계수들의 평균값으로 상기 기판의 상기 평균 반사계수를 결정할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 방법은 기판의 반사 계수를 별도로 측정하여 박막의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 장치는 박막 기판에 구비된 샘플링 개구부를 통해 기판의 반사 계수를 별도로 측정할 수 있고, 이를 이용하여 박막 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 박막 두께 측정 장치의 박막 두께 측정 원리를 설명하기 위한도면이다.
도 3은 도 2의 박막 두께 측정 원리에 있어서, 기판의 하부면에서 발생하는 반사가 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의해 형성되는 샘플링 개구부를 구비한 박막 기판의 예들을 나타내는 평면도들이다.
도 6은 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 기판의 반사 계수가 산출되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 기판의 반사 계수가 산출 될 때 필요한 샘플링 입사광 및 샘플링 반사광의 광 경로를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 박막 두께가 산출되는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 9는 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 박막 두께가 산출될 때 필요한 측정 입사광 및 측정 반사광의 광 경로를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 도 10의 박막 두께 측정 방법에 의하여 기판의 평균 반사 계수가 산출되는 일 예를 나타내는 순서도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복되는 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 박막 두께 측정 장치(10)는 박막 기판(100), 광 발생부(200), 수광부(300), 광 분석부(400) 및 박막 기판 장착부(500)를 포함할 수 있다.

박막 두께 측정 장치(10)는 광을 사용하여 박막 두께와 같은 여러 특징 등을 측정하는 장비이며, 비 접촉식이고, 비 파괴적이며, 정확도 및 측정 속도가 우수하다. 예를 들어, 박막 두께 측정 장치(10)는 입사광과 반사광의 편광 상태 변화를 분석하여 박막 두께를 측정하는 타원 편광 측정 장치(ellipsometer)일 수 있다. 구체적으로, 박막 두께 측정 장치(10)는 소광 타원 편광 측정 장치(null ellipsometer), 분광 타원 편광 측정 장치(spectral ellipsometer), 편광자 회전형 타원 편광 측정 장치(rotating-polarizer ellipsometer), 분석기 회전형 타원 편광 측정 장치(rotating-analyzer ellipsometer), 보정기 회전형 타원 편광 측정 장치(rotating-compensator ellipsometer) 등일 수 있다.

광 발생부(200)는 박막 기판(100)에 입사광(IL)을 조사할 수 있으며, 구체적으로, 광을 발생시키는 광원, 광원으로 방출된 빛을 특정 편광 상태로 편광 시키는 편광자(polarizer) 및 광의 초점을 맞추는 렌즈 등을 포함할 수 있다. 광원은 예를 들어, 텅스텐 할로겐 램프, 제논 방전 램프 등의 백색 광원과 레이저 등의 단색 광원일 수 있으며, 레이저의 경우 자체적으로 편광된 빛을 방출하는 광원일 수 있다. 편광자는 광원의 광을 편광시키며, 선형 편광자 또는 타원 편광자일 수 있다. 예를 들어, 박막 두께 측정 장치(10)가 타원 편광 측정 장치일 때, 상기 편광자는 타원 편광자일 수 있다. 렌즈는 광이 박막 기판(100) 상에서 원하는 곳으로 조사되도록 광의 초점을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈는 대물 렌즈로 구성될 수 있다.

수광부(300)는 광 발생부(200)에서 발생된 입사광(IL)이 박막 기판(100)에 의해 반사되면, 그 반사광(RL)을 수광할 수 있다. 수광부(300)는 반사광(RL)을 파장별로 분광시키는 분광기(spectrometer) 및 광 검출기를 포함할 수 있으며, 광 검출기는 광의 각종 특성을 검출할 수 있다. 예를 들어, 광 검출기는 반사광(RL)의 편광 상태를 검출하거나, 광의 세기, 위상 차 등의 특성을 검출할 수 있다.

박막 기판 장착부(500)는 박막 기판(100)을 지지하며, 박막 기판(100)을 적당한 위치로 이동시킬 수 있다. 박막 기판 장착부(500)는 박막 기판(100)을 단단하게 고정하도록 고정부를 포함할 수 있다.

박막 기판(100)은 박막 두께 측정 장치(10)의 측정 대상물이며, 기판, 기판 상에 형성되는 박막 및 박막에 형성되고 기판의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 포함한다. 박막 기판(100)은 각종 전자 기기의 회로 기판으로 사용될 수 있으며, 박막 기판(100)의 박막은 특정 형상으로 패터닝되어 전자 기기의 각종 회로 소자들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막 기판(100)이 표시 장치의 표시 기판으로 사용되는 경우, 박막 기판(100)의 박막은 표시 장치의 표시 소자들로 형성될 수 있다. 박막 기판(100)이 전자 기기의 회로 기판으로 사용될 때, 회로 기판에 형성되는 회로 소자들은 박막의 두께에 따라 특성이 변할 수 있기 때문에, 박막 기판(100)의 정확한 박막 두께 측정은 회로 기판의 제조 과정에서 매우 중요하다.

광 분석부(400)는 광 발생부(200)에서 발생된 입사광(IL)의 정보와 수광부(300)에서 수신된 반사광(RL)의 데이터들을 기초로 박막 기판(100)의 박막에 대한 정보들을 생성할 수 있다. 광 분석부(400)는 데이터들을 비교 분석하기 위한 연산부를 포함할 수 있으며, 광 발생부(200) 및 수광부(300)를 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광 분석부(400)는 박막 기판(100)의 박막 두께를 산출할 수 있으며, 입사광(IL)과 반사광(RL)의 편광 상태 변화에 기초하여 박막의 두께를 산출할 수 있다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 광 분석부(400)의 박막 두께 산출 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 박막 두께 측정 장치의 박막 두께 측정 원리를 설명하기 위한도면이다.

도 2를 참조하면, 박막 두께 측정 장치(10)는 박막 기판(100)의 박막(TF)을 통해 반사되는 반사광(I)의 편광 상태 변화를 기초로 박막 두께(D1)를 산출할 수 있다. 구체적으로, 박막 기판(100)은 기판(SB) 및 기판(SB) 상에 형성된 박막(TF)을 포함하며, 박막 기판(100)에 조사된 입사광(I0)은 박막(TF)에 의해 반사될 수 있다. 이 경우, 반사광(I)은 박막(TF)의 상부면을 통해 반사되는 상부 반사광(I10)과 박막(TF)의 하부면을 통해 반사되는 하부 반사광(I20)이 있으며, 하부 반사광(I20)의 경우 광이 박막(TF) 매질을 통과하여 반사가 이루어지므로, 편광 상태의 변화가 발생한다. 박막 두께 측정 장치(10)의 광 분석부(400)는 하부 반사광(I20)의 편광 상태 변화를 기초로 박막 두께(D1)를 산출할 수 있다. 즉, 편광 상태의 변화는 입사광(I0)과 하부 반사광(I20)의 진폭비(ψ)와 입사광(I0)과 하부 반사광(I20)의 위상차(△)로 나타나는데, 이를 통해 박막 두께(D1)와 박막(TF)의 복소 굴절율(N)을 산출할 수 있다. 여기서, 박막(TF)의 복소 굴절율(N)은 아래 [수식 1]로 정의되는 물리량을 나타낸다.

[수식 1]

N = n - ik

(여기서, n은 박막(TF)의 굴절률을 나타내고, k는 박막(TF)의 소광 계수를 나타내며, i는 단위 허수를 나타낸다.)

박막 기판(100)의 박막 두께(D1)와 박막(TF)의 복소 굴절율(N)은 입사광(I0)과 하부 반사광(I20)의 진폭비(ψ), 입사광(I0)과 하부 반사광(I20)의 위상차(△), 입사광(I0)의 파장(λ), 입사광(I0)의 입사 각도(φ)를 변수로 갖는 함수 즉, (D1, n, k)= f(ψ(λ, φ), △(λ, φ))로 표현될 수 있다.

따라서, 수광부(300)에서 측정된 진폭비(ψ) 및 위상차(△)에 기초하여 박막 두께(D1)가 산출될 수 있다. 진폭비(ψ) 및 위상차(△)는 수광부(300)에서 수신된 하부 반사광(I20)의 광 신호를 퓨리에 해석법으로 분석하여 구할 수 있다. 세부적인 해석법은 "S. Y. Kim, Ellipsometry (Ajou University, Korea, 2000), chapter 3"에 설명되어 있다. 그러나, 박막 두께(D1)를 측정하는데 활용되는 하부 반사광(I20)은 실제로 박막(TF)의 하부면에서만 발생되지 않는다. 즉, 기판(SB)이 투명 기판 또는 반투명 기판인 경우, 기판(SB)에 의해서도 반사가 발생되며, 기판(SB)에서 발생되는 반사도 진폭비(ψ)와 위상차(△)에 영향을 미치게 된다.

도 3은 도 2의 박막 두께 측정 원리에 있어서, 기판의 하부면에서 발생하는 반사가 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 박막 두께(D1)를 측정하기 위해 수광부(300)에서 수신하는 박막(TF)의 하부 반사광(I20)은 박막(TF)과 기판(SB)의 계면에서 발생되는 제1 하부 반사광(I21)과 기판(SB)의 하부면에서 발생하는 제2 하부 반사광(I22)의 결합으로 주어질 수 있다. 즉, 제1 하부 반사광(I21)과 제2 하부 반사광(I22)은 서로 간섭을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 기판(SB)의 두께가 충분히 두꺼울 경우, 기판(SB)의 후면에서 반사되는 제2 하부 반사광(I22)과 제1 하부 반사광(I21)은 광 분석부(400)에서 충분히 구별할 수 있다. 그러나, 기판(SB)의 두께가 얇은 경우, 기판(SB)의 후면에서 반사된 제1 하부 반사광(I21)과 제2 하부 반사광(I22)은 구별하기가 어렵고, 서로 결맞지 않는 합성(incoherent superposition)을 발생시킬 수 있다. 따라서, 박막 두께(D1)의 정확한 값을 측정하기 위해서는 제2 하부 반사광(I22)의 영향을 고려하여야 한다. 구체적으로, 제1 하부 반사광(I21)과 제2 하부 반사광(I22)이 서로 결맞지 않은 합성을 하게 되는 경우, 하부 반사광(I20)의 세기는 제1 하부 반사광(I21)과 제2 하부 반사광(I22) 세기의 대수적인 합과 같으며, 아래 [수식 2]로 표현될 수 있다.

[수식 2]

(여기서, rp는 박막(TF)과 기판(SB) 계면에서 p파의 반사 계수를 나타내고, rs는 s파의 반사 계수를 나타내며, tp는 박막(TF)에서 기판(SB)으로의 p파의 투과 계수를 나타내고, ts는 s파의 투과 계수를 나타낸다. 또한, rp0는 기판(SB)의 하부면에서의 p파의 반사 계수를 나타내고, rs0는 기판(SB)의 하부면에서의 s파의 반사 계수를 나타낸다. βs는 기판(SB)을 통과하는 동안 광이 겪는 위상 변화로서 위상 두께를 나타내고, P는 광 발생부(200)에 구비된 편광자의 방위각을 나타내며, A는 수광부(300)에 구비된 광 검출부의 방위각을 나타낸다.)

p파와 s파는 박막 기판(100)의 표면에 수직하고 입사광(I0)의 경로 상에 있는 평면을 입사면이라 정의 할 때, 광의 전기장 벡터 방향이 입사면에 수직한 경우를 s파, 입사면과 수평한 경우를 p파라 정의한다. 즉, [수식 2]로부터 알 수 있듯이, 하부 반사광(I20)의 세기는 기판(SB)의 하부면의 반사 계수(rp0, rs0)에 영향을 받는다. 따라서, 기판 하부면의 반사 계수(rp0, rs0)를 고려하지 않고 산출하는 박막 두께는 실제 박막 두께(D1)와 차이가 있다. 따라서, 정확한 박막 두께(D1)를 측정하기 위해서는 기판(SB)의 반사 계수(rp0, rs0)를 먼저 측정할 필요가 있다. 보다 상세한 오차 발생원인 내지 오차의 정도는 "Korean Journal of Optics and Photonics, Volume 22, Number 4, August 2011"의 "반투명 기층에 의한 후면 반사를 고려한 회전검광자 방식의 타원 측정 및 분석"의 연구 논문을 통해 알 수 있다.

기판(SB)의 반사로 인한 영향은 기판(SB)이 투명한 기판인 경우 크게 발생된다. 예를 들어, 기판(SB)이 투명한 유리 기판이거나 폴리에틸렌 테라프탈레이트(Polyethylen terephthalate: PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylen naphthalate: PEN), 폴리이미드(Polyimide) 등을 포함하는 투명한 플라스틱 기판인 경우, 기판(SB)에 의한 반사는 크게 발생한다. 또한, 박막(TF)이 복수의 층상 구조로 이루어진 경우, 각 층에서 발생되는 반사 역시 진폭비(ψ)와 위상차(△) 값에 영향을 미친다. 그러나, 그 영향은 박막(TF)을 구성하는 각각의 층에 비해 상대적으로 두껍고, 투명한 기판(SB)에서 발생하는 반사에 비해 미비하다. 따라서, 복수의 층상 구조로 이루어진 박막(TF)에서 특정 층의 두께를 측정함에 있어서도, 기판(SB)의 반사 계수(rp0, rs0)는 중요한 요소로 작용할 수 있다. 상기 박막(TF)이 복수의 층상 구조로 이루어진 경우, 각각의 층에서 발생하는 반사가 진폭비(ψ)와 위상차(△)에 미치는 영향은 "Journal of Korean Physical Society, Vol. 36, No.5, May 2000, pp. 304 ~ 310"의 "Influence of Multiple Reflection and Optical Interference on the Magneto-optical Properties of Co-Pt Alloy films Investigated by using the Characteristic Matrix Method"의 연구 논문을 통해 알 수 있다.

결과적으로, 박막(TF)의 두께 측정에 앞서 기판(SB)의 반사 계수(rp0, rs0)를 먼저 측정할 필요가 있으며, 기판(SB)의 반사 계수(rp0, rs0)측정을 위해, 박막 측정 장치(10)의 박막 기판(100)은 기판(SB)의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 구비하고 있다. 박막 측정 장치(10)는 샘플링 개구부를 통해 기판(SB)의 반사 계수(rp0, rs0)를 정확하게 측정하고, 이에 기초하여 박막(TF)의 정확한 두께(D1)를 산출할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예들에 따른 박막 측정 장치(10)를 이용하여 박막 두께(D1)를 정확하게 측정하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의해 형성되는 샘플링 개구부를 구비한 박막 기판의 예들을 나타내는 평면도들이다.

도 4 내지 도 5b를 참조하면, 도 4의 박막 두께 측정 방법은 기판 상에 박막을 형성(S100)하고, 기판의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 형성(S200)하며, 기판의 반사 계수를 측정(S300)하고, 박막 기판의 박막 두께를 산출(S400)할 수 있다.

기판은 박막(122)이 형성되는 바탕이 되며, 박막(122)을 패터닝하여 소자들을 형성할 경우, 그 소자들을 지지하는 지지 기판으로 기능한다. 기판은 다양한 소재로 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판이 표시 장치의 표시 기판으로 사용되는 경우, 기판은 투명성을 갖는 유리 기판이거나, PET, PEN, 폴리이미드 등을 포함하는 투명한 플라스틱 기판일 수 있다.

일 실시예에서, 박막(122)은 기판의 일면 상부에 형성될 수 있다. 기판 상에 형성되는 소자들의 종류에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판 상에 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)를 형성하는 경우, 박막(122)은 폴리 실리콘(poly silicon), 비정질 실리콘(amorphous silicon), 산화물 반도체(oxide semiconductor)등을 포함하는 반도체 층으로 형성될 수 있으며, 게이트 전극(gate electrode)을 형성하기 위한 금속층으로 형성될 수 있다. 박막(122)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정(CVD), 원자층 적층 공정(ALD), 스핀 코팅 공정, 진공 증착 공정, 펄스 레이저 증착(PLD)공정, 프린팅 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.

샘플링 개구부(124)는 기판의 표면 일부를 노출시키도록 박막(122)에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 샘플링 개구부(124)는 박막(122)을 기판 상에 형성한 이후, 그 일부를 제거하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 개구부(124)는 사진 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 이 경우, 샘플링 개구부(124)가 형성되는 영역을 노출시키는 마스크를 사용하여 박막(122)을 노광시키고, 노광된 박막(122)의 일부를 습식 식각(wet etching) 또는 건식 식각(dry etching) 공정을 통해 제거함으로써 샘플링 개구부(124)가 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 샘플링 개구부(124)와 박막(122)은 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 개구부(124)가 형성되는 영역을 차단하는 미세 금속 마스크(fine metal mask: FMM)를 기판 상에 부착하고 마스크 성막 공정을 통해 박막(122)을 형성하면, 특정 패턴으로 박막(122)이 형성되며, 박막(122)이 형성되지 않는 영역은 샘플링 개구부(124)로 기능하게 된다. 이 경우, 공정 과정이 간소화되어 박막 기판(101, 102)을 쉽게 제조할 수 있으며, 공정 상 발생되는 오차도 감소될 수 있다.

샘플링 개구부(124)는 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 사각형의 모양으로 형성될 수 있고, 이와 상이하게 다각형, 원형, 타원형으로 형성될 수도 있다. 샘플링 개구부(124)는 기판 상에 소자가 형성되는 영역을 제외한 다른 영역 상에 형성될 수 있다. 즉, 박막(122)을 패터닝하여 소자를 형성할 때, 기판 상에는 소자가 형성되지 않는 여유의 공간이 존재할 수 있다. 샘플링 개구부(124)는 박막(122)을 패터닝하여 형성되는 소자들에게 영향이 없도록 소자가 형성되지 않는 여유의 공간에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 샘플링 개구부(124)는 패턴 영역(PTA) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 패턴 영역(PTA)은 소자들을 형성하기 위해 박막(122)이 패터닝되는 영역을 말하며, 패턴 영역(PTA) 상에도 실제로 소자들이 형성되는 영역과 소자들이 형성되지 않는 여유의 공간이 존재할 수 있다. 이 경우, 샘플링 개구부(124)는 소자들이 형성되지 않는 여유의 공간에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 샘플링 개구부(124)는 패턴 영역(PTA)을 포위하는 주변 영역(PPA)에 배치될 수 있다. 주변 영역(PPA)은 패터닝이 이루어 지지 않는 영역이며, 예를 들어, 기판의 테두리 부분일 수 있다. 즉, 패턴 영역(PTA)의 대부분에 소자들이 형성되는 경우, 샘플링 개구부(124)를 형성할 수 있는 여유의 공간이 없을 수도 있다. 이 경우, 샘플링 개구부(124)는 기판의 테두리 부분에 형성되어 소자들의 패터닝에 영향을 미치지 않을 수 있다.

도 6은 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 기판의 반사 계수가 산출되는 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 7은 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 기판의 반사 계수가 산출 될 때 필요한 샘플링 입사광 및 샘플링 반사광의 광 경로를 나타내는 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 도 4의 박막 두께 측정 방법은 샘플링 개구부(124)에 샘플링 입사광(SI)을 조사(S310)하고, 기판(110)의 하부면을 통해 반사된 샘플링 반사광(SR)을 수신(S320)하며, 샘플링 입사광(SI)과 샘플링 반사광(SR)에 기초하여 기판(110)의 반사 계수를 산출(S330)할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 샘플링 입사광(SI)은 샘플링 개구부(124)에 의해 노출된 기판(110)에 조사될 수 있다. 샘플링 입사광(SI)은 기판(110)의 상부면을 통해 반사되거나 기판(110)의 하부면을 통해 반사될 수 있으며, 기판(110)의 반사 계수를 산출하기 위해 기판(110)의 하부면을 통해 반사된 샘플링 반사광(SR)이 활용될 수 있다. 즉, 기판(110)의 하부면을 통해 반사된 샘플링 반사광(SR)은 기판(110)의 매질을 통과하면서 편광 상태의 변화가 발생하며, 샘플링 반사광(SR)과 샘플링 입사광(SI)의 진폭비(ψ)와 위상차(△) 데이터가 각각 발생될 수 있다. 이를 광 분석부(400)를 통해 분석함으로써, 기판(110)의 반사 계수가 산출될 수 있다. 일반적으로, 어떠한 시편의 복소 반사 계수비 ρ는 아래 [수식 3]으로 정의될 수 있다.

[수식 3]

(여기서, rp는 p파의 반사 계수를 나타내고, rs는 s파의 반사 계수를 나타내며, δp는 반사 후 p파의 위상을 나타내고, δs는 반사 후 s파의 위상을 나타낸다.)

또한, 진폭비(ψ)와 위상차(△)는 아래 [수식 4]와 [수식 5]로 정의될 수 있다.

[수식 4]

[수식 5]

즉, 샘플링 입사광(SI) 및 샘플링 반사광(SR)으로부터 얻은 진폭비(ψ)와 위상차(△) 데이터를 [수식 3]과 비교하여 기판(110)의 반사 계수를 알 수 있다.

도 8은 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 박막의 두께가 산출되는 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 9는 도 4의 박막 두께 측정 방법에 의하여 박막의 두께가 산출될 때 필요한 측정 입사광 및 측정 반사광의 광 경로를 나타내는 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 도 4의 박막 두께 측정 방법은 박막(122)에 측정 입사광(MI)을 조사(S410)하고, 박막(122)에서 반사된 측정 반사광(MR)을 수신(S420)하며, 기판(110)의 반사 계수, 측정 입사광(MI) 및 측정 반사광(MR)에 기초하여 박막 두께(D2)를 산출(S430)할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 측정 입사광(MI)은 박막(122)에 조사될 수 있다. 조사된 측정 입사광(MI)은 박막(122)을 통해 반사되는데, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 박막(122)의 하부면을 통해 반사되거나, 기판(110)의 하부면을 통해 반사될 수 있다. 따라서, 측정 반사광(MR)은 박막(122)의 하부면에서 발생하는 제1 측정 반사광(MR1)과 기판(110)의 하부면에서 발생하는 제2 측정 반사광(MR2)으로 구성될 수 있고, 측정 반사광(MR)의 세기는 제1 측정 반사광(MR1)과 제2 측정 반사광(MR2)의 세기의 대수적인 합으로 표현될 수 있다. 한편, 측정 반사광(MR)의 세기를 I라 하면, I는 퓨리에 해석법에 따라 아래 [수식 6]으로 나타낼 수 있다.

[수식 6]

(여기서, αexp, βexp 는 각각 퓨리에 계수를 나타낸다.)

상기 퓨리에 계수들을 통해 측정 반사광(MR)의 진폭비(ψ)와 위상차(△)가 산출될 수 있고, 이를 기판(110) 하부면에서 발생되는 반사를 고려한 모델링 식[수식 2]와 비교 분석하여 박막 두께(D2)를 산출할 수 있다. 이 경우, [수식 2]는 기판(110)의 반사 계수를 미지수로 갖기 때문에, 앞서 샘플링 개구부(124)를 통해 측정된 기판(110)의 반사 계수가 [수식 2]에 적용될 수 있다. [수식 2]와 [수식 6]의 세부적인 비교 방법은 "Korean Journal of Optics and Photonics, Volume 22, Number 4, August 2011"의 "반투명 기층에 의한 후면 반사를 고려한 회전 검광자 방식의 타원 측정 및 분석"의 연구 논문을 통해 알 수 있다.

결과 적으로, 박막 두께 측정 방법은 퓨리에 해석법을 적용하여 산출된 진폭비(ψ)와 위상차(△) 데이터와 기판(110)의 하부면에서 발생되는 반사를 고려한 모델링 식 [수식 2]에 기초하여 박막 두께(D2)를 산출할 수 있다. 이 때, 기판(110)의 반사 계수가 필요 하며, 반사 계수를 측정하기 위해, 박막 기판(100)에 샘플링 개구부(124)를 형성하고, 샘플링 개구부(124)에 샘플링 입사광을 조사하여 기판의 반사 계수를 측정할 수 있다. 따라서, 박막 두께(D2)는 정확하게 측정되며, 이를 기초로 정밀한 소자들의 제조가 가능하다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 10을 참조하면, 도 10의 박막 두께 측정 방법은 기판(110) 상에 박막(122)을 형성(S101)하고, 박막(122)에 n(단, n은 2이상의 정수)개의 샘플링 개구부(124)들을 형성(S201)하며, n개의 샘플링 개구부(124)들을 통해 기판(110)의 평균 반사 계수를 측정(S301)하고, 박막(122)에 측정 입사광(MI)을 조사하여 반사된 측정 반사광(MR)과 기판(110)의 평균 반사 계수를 기초로 박막 두께(D2)를 측정(S401)할 수 있다.

기판(110) 상에 박막(122)을 형성(S101)하는 것은 도 4를 참조하여 설명한 기판(110) 상에 박막(122)을 형성(S100)하는 것과 실질적으로 동일하므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

n개의 샘플링 개구부(124)들은 기판(110)의 표면 일부를 노출시키도록 박막(122)에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, n개의 샘플링 개구부(124)들은 박막(122)을 기판 상에 형성한 이후, 그 일부를 제거하는 방식으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, n개의 샘플링 개구부(124)들과 박막(122)은 동시에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 마스크 성막법을 이용해 n개의 샘플링 개구부(124)들과 박막(122)이 동시에 형성될 수 있다. n개의 샘플링 개구부(124)들은 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 사각형의 모양으로 형성될 수 있고, 이와 상이하게 다각형, 원형, 타원형으로 형성될 수도 있다. n개의 샘플링 개구부(124)들은 기판(110) 상에 소자가 형성되는 영역을 제외한 다른 영역 상에 형성될 수 있다. 즉, 박막(122)을 패터닝하여 소자를 형성할 때, 기판(110) 상에는 소자가 형성되지 않는 여유의 공간이 존재할 수 있다. n개의 샘플링 개구부(124)들은 박막(122)을 패터닝하여 형성되는 소자들에게 영향이 없도록 소자가 형성되지 않는 여유의 공간에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, n개의 샘플링 개구부(124)들은 패턴 영역(PTA) 상에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 5b에 도시된 바와 같이, n개의 샘플링 개구부(124)들은 패턴 영역(PTA)을 포위하는 주변 영역(PPA) 상에 형성될 수 있다. 주변 영역(PPA)은 패터닝이 이루어 지지 않는 영역이며, 예를 들어, 기판(110)의 테두리 부분 일 수 있다. 일 실시예에서, n개의 샘플링 개구부(124)들은 일정한 간격으로 규칙성 있게 배열될 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 평균 반사 계수를 측정하는 과정이 용이하게 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, n개의 샘플링 개구부(124)들은 규칙성 없이 자유롭게 배열될 수 있다.

도 11은 도 10의 박막 두께 측정 방법에 의하여 기판의 평균 반사 계수가 산출되는 일 예를 나타내는 순서도이다.

도 11을 참조하면, 도 10의 박막 두께 측정 방법은 n개의 샘플링 개구부(124)들에 n개의 샘플링 입사광(SI)들을 조사(S311)하고, 기판(110)에 의해 반사된 n개의 샘플링 반사광(SR)들을 수신(S321)하며, n개의 샘플링 입사광(SI)들과 n개의 샘플링 반사광(SR)들을 기초로 n개의 반사 계수들을 산출(S331)하고, n개의 반사 계수들로 기판의 평균 반사계수를 산출(S341)할 수 있다.

n개의 샘플링 입사광(SI)들은 n개의 샘플링 개구부(124)들 각각에 조사될 수 있다. 조사된 n개의 샘플링 입사광(SI)들은 각각 샘플링 개구부(124)들에 의해 노출된 기판(110)에 의해 반사될 수 있으며, 반사는 기판(110)의 상부면 또는 하부면을 통해 발생될 수 있다. 기판(110)의 평균 반사 계수를 산출하기 위해 기판(110)의 하부면을 통해 반사된 n개의 샘플링 반사광(SR)들이 활용될 수 있다. 즉, 기판(110)의 하부면을 통해 반사된 n개의 샘플링 반사광(SR)들은 각각 기판(110)의 매질을 통과하면서 편광 상태의 변화가 발생하며, 이로부터 n개의 샘플링 반사광(SR)들과 n개의 샘플링 입사광(SI)들의 진폭비(ψ)와 위상차(△) 데이터들이 각각 발생될 수 있다. 이를 광 분석부(400)를 통해 분석함으로써, n개의 반사 계수들이 산출될 수 있고, 산출된 n개의 반사 계수들의 평균값을 계산하여 기판(110)의 평균 반사 계수가 결정될 수 있다. n개의 반사 계수들 각각의 구체적인 산출 방법은 도 7을 참조하여 설명한 박막 두께 측정 방법의 반사 계수 산출 방법과 실질적으로 동일하므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

박막 두께(D2)를 산출하기 위해, 측정 입사광(MI)은 박막(122)에 조사 될 수 있다. 조사된 측정 입사광(MI)은 박막(122)을 통해 반사되는데, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 박막(122)의 하부면을 통해 반사되거나, 기판(110)의 하부면을 통해 반사될 수 있다. 박막 두께 측정 방법은 이렇게 반사된 측정 반사광(MR)의 세기를 퓨리에 해석법으로 분석하여 진폭비(ψ)와 위상차(△) 데이터를 산출하고, 이를 기판(110) 하부면에서 발생되는 반사를 고려한 모델링 식[수식 2]와 비교 분석하여 박막 두께(D2)를 산출할 수 있다. 이 경우, 기판(110)의 반사 계수가 필요한데, 앞서 n개의 샘플링 개구부(124)들을 통해 측정된 기판(110)의 평균 반사 계수가 적용될 수 있다. 이와 같이, 도 10의 박막 두께 측정 방법은 n개의 샘플링 개구부(124)들을 통해 n개의 반사 계수들을 얻고, 그 평균값을 이용하여 보다 정확한 박막(122)의 두께(D2)를 측정할 수 있다. 박막 두께(D2)의 구체적인 측정 방법은 도 9를 참조하여 설명한 박막 두께 측정 방법과 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상, 본 발명의 실시예들에 따른 박막 두께 측정 방법 및 박막 두께 측정 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 소광 타원 편광 측정 장치, 분광 타원 편광 측정 장치, 편광자 회전형 타원 편광 측정 장치, 분석기 회전형 타원 편광 측정 장치, 보정기 회전형 타원 편광 측정 장치와 같은 타원 편광 측정 장치에 적용될 수 있으며, 선형 편광 측정 장치에도 적용될 수 있다.

본 발명은 박막 두께 측정 방법 및 박막 두께 측정 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 반사광의 편광 상태 변화에 기초하여 박막의 특성을 검사하는 타원 편광 측정 장치, 선형 편광 측정 장치 등에 적용될 수 있고, 이를 이용하여 박막 두께를 측정하는 방법에 적용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

10: 박막 두께 측정 장치 100: 박막 기판
110: 기판 122: 박막
124: 샘플링 개구부 200: 광 발생부
300: 수광부 400: 광 분석부
500: 기판 장착부 SI: 샘플링 입사광
SR: 샘플링 반사광 MI: 측정 입사광
MR: 측정 반사광 D2: 박막 두께
PTA: 패턴 영역 PPA: 주변 영역

Claims

소자 패턴이 형성되는 패턴 영역과 상기 패턴 영역을 포위하는 주변 영역을 구비하는 기판 상에 박막을 형성하는 단계;
상기 박막에 상기 기판의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 형성하는 단계;
상기 샘플링 개구부에 조사된 샘플링 입사광 및 상기 기판에 의해 반사된 샘플링 반사광에 기초하여 상기 기판의 반사 계수를 측정하는 단계; 및
상기 박막에 조사된 측정 입사광, 상기 박막에 의해 반사된 측정 반사광 및 상기 반사 계수에 기초하여 박막 두께를 측정하는 단계를 포함하는 박막 두께 측정 방법.
제1 항에 있어서, 상기 박막과 상기 샘플링 개구부는 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
제1 항에 있어서, 상기 샘플링 개구부는 상기 패턴 영역의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
제1 항에 있어서, 상기 샘플링 개구부는 상기 주변 영역의 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
제1 항에 있어서, 상기 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
제1 항에 있어서, 상기 기판은 투명한 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
제1 항에 있어서, 상기 반사 계수는 상기 샘플링 입사광과 상기 샘플링 반사광의 편광 상태 변화에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
제7 항에 있어서, 상기 박막 두께는 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 반사 계수에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
소자 패턴이 형성되는 패턴 영역과 상기 패턴 영역을 포위하는 주변 영역을 구비하는 기판 상에 박막을 형성하는 단계;
상기 박막에 상기 기판의 표면을 노출시키는 n(단, n은 2이상의 정수)개의 샘플링 개구부들을 형성하는 단계;
상기 n개의 샘플링 개구부들에 조사된 n개의 샘플링 입사광들 및 상기 기판에 의해 반사된 n개의 샘플링 반사광들에 기초하여 상기 기판의 평균 반사 계수를 측정하는 단계; 및
상기 박막에 조사된 측정 입사광, 상기 박막에 의해 반사된 측정 반사광 및 상기 평균 반사 계수에 기초하여 박막 두께를 측정하는 단계를 포함하는 박막 두께 측정 방법.
제9 항에 있어서, 상기 평균 반사 계수는 상기 n개의 샘플링 입사광들과 상기 n개의 샘플링 반사광들 각각의 편광 상태 변화들에 기초하여 n개의 반사 계수들을 산출하고, 상기 n개의 반사 계수들의 평균값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
제10 항에 있어서, 상기 박막 두께는 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 평균 반사 계수에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.
소자 패턴이 형성되는 패턴 영역 및 상기 패턴 영역을 포위하는 주변영역을 구비하는 기판, 상기 기판 상에 형성되는 박막 및 상기 박막에 형성되어 상기 기판의 표면을 노출시키는 샘플링 개구부를 포함하는 박막 기판;
상기 박막 기판의 상기 샘플링 개구부에 샘플링 입사광을 조사하고, 상기 박막 기판의 상기 박막에 측정 입사광을 조사하는 광 발생부;
상기 기판으로부터 반사된 샘플링 반사광을 수신하고, 상기 박막으로부터 반사된 측정 반사광을 수신하는 수광부; 및
상기 샘플링 입사광 및 상기 샘플링 반사광에 기초하여 상기 기판의 반사 계수를 산출하고, 상기 측정 입사광, 상기 측정 반사광 및 상기 반사 계수에 기초하여 상기 박막의 두께를 산출하는 광 분석부를 포함하는 박막 두께 측정 장치.
제12 항에 있어서, 상기 샘플링 개구부는 상기 패턴 영역 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 장치.
제12 항에 있어서, 상기 샘플링 개구부는 상기 주변 영역 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 장치.
제12 항에 있어서, 상기 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 장치.
제12 항에 있어서, 상기 기판은 투명한 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 장치.
제12 항에 있어서, 상기 광 분석부는 상기 샘플링 입사광과 상기 샘플링 반사광의 편광 상태 변화에 기초하여 상기 반사 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 장치.
제17 항에 있어서, 상기 광 분석부는 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 반사 계수에 기초하여 상기 박막의 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 장치.
제12 항에 있어서, 상기 박막 기판은 n(단, n은 2이상의 정수)개의 샘플링 개구부들을 포함하고, 상기 광 발생부는 상기 n개의 샘플링 개구부에 n개의 샘플링 입사광들을 조사하며, 상기 수광부는 상기 기판으로부터 반사된 n개의 샘플링 반사광들을 수신하고, 상기 광 분석부는 상기 n개의 샘플링 입사광들과 상기 n개의 샘플링 반사광들 각각의 편광 상태 변화들에 기초하여 상기 기판의 평균 반사 계수를 산출하고, 상기 측정 입사광과 상기 측정 반사광의 편광 상태 변화 및 상기 평균 반사 계수에 기초하여 상기 박막의 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 장치.
제19 항에 있어서, 상기 광 분석부는 상기 n개의 샘플링 입사광과 상기 n개의 샘플링 반사광들 각각의 편광 상태 변화들에 기초하여 n개의 반사 계수들을 산출하고, 상기 n개의 반사 계수들의 평균값으로 상기 평균 반사 계수를 결정하는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정 방법.