KR20230115864A - 두께 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

두께 측정 장치가 제공된다. 상기 두께 측정 장치는, 제1 층 및 상기 제1 층의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서, 한 번의 조사를 통하여, 상기 제1 층과 제2 층에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 상기 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠파 조사부; 상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층의 노출된 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.

Description

두께 측정 장치 및 방법{Device and method for measuring thickness}
본 발명은 두께 측정 장치 및 방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 테라헤르츠파의 반사 모드를 통하여 두께 측정 대상체에 대한 신뢰성 있는 두께 정보를 획득할 수 있는, 두께 측정 장치 및 방법에 관련된 것이다.
현재 반도체 산업 분야 또는 디스플레이 산업 분야와 같은 최첨단 산업이 발전함에 따라 고밀도화 및 소형화 기술이 각광받고 있어, 비 파괴 검사 기술에 대한 발전 역시 요구되고 있다.
특히, 반도체 산업 분야 또는 디스플레이 산업 분야에서는 미소 정밀 부품에 사용되는 여러 두께 및 형태를 가지는 시편들이 제조되고 있다. 상기 시편들은 제품의 성능에 큰 영향을 미치기 때문에, 상기 시편의 두께가 고르게 형성되도록 제조할 필요성이 있다. 따라서, 아기 시편의 제조 과정에서 시편의 두께를 정밀하게 측정할 필요가 있다.
한편, 테라헤르츠파는 금속을 제외한 비전도성 물질에 대해서 우수한 투과성이 있고, X-ray보다 낮은 에너지로 인체에 무해하다는 특성을 가진다. 이러한 테라헤르츠파의 특성들에 따라, 테라헤르츠파는 비 파괴 검사 기술에 대한 응용이 가능하다.
또한, 시편 제조 공정에 있어서, 상기 시편은 다층의 박막으로 구성될 수 있다. 다층의 박막으로 구성된 시편의 경우 제조 공정상 각각의 층별로 분리하여 두께를 측정하기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 시편이 다층의 박막으로 이루어진 경우, 상기 시편을 각각의 박막으로 분리하지 않으면서, 시편을 구성하는 각각의 박막 층에 대한 두께를 측정할 필요성이 있다.
한편, 종래에는 투과 모드를 통하여 다층의 박막 각각에 대한 굴절률을 측정하였다. 하지만, 다층의 박막이 금속과 비금속의 적층으로 이루어진 경우, 빛이 금속에서 반사되기 때문에, 투과 모드로는 박막의 두께 산출을 위한 기반이 되는 박막의 굴절률에 대한 정확한 정보 획득이 어려운 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 테라헤르츠파의 반사 모드를 통하여 두께 측정 대상체에 대한 신뢰성 있는 두께 정보를 획득할 수 있는, 두께 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 두께 측정 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 두께 측정 장치는, 제1 층 및 상기 제1 층의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서, 한 번의 조사를 통하여, 상기 제1 층과 제2 층에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 상기 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠파 조사부; 상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층의 노출된 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연산부는 하기의 수식 6을 통하여 상기 제2 층의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
[수식 6]
여기서, 상기 nair은 공기의 굴절률이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1)는 하기의 수식 1로 정의되고, 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)는 하기의 수식 3으로 정의되며, 상기 수식 1은 하기의 수식 2로 정리되고, 상기 수식 3은 하기의 수식 4로 정리되며, 상기 수식 2와 수식 3은 하기의 수식 5로 정리되되, 상기 수식 5는 상기 수식 6으로 정리되며, 상기 연산부는 상기 수식 2 또는 수식 4를 통하여, 상기 제2 층의 두께를 산출할 수 있다.
[수식 1]
[수식 2]
[수식 3]
[수식 4]
[수식 5]
여기서, 상기 C는 광속이고, 상기 d1과 d2는 상기 제2 층의 두께이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 테라헤르츠파 검출부는 제2 층의 표면에 대해 설정된 M(1 이상의 양의 정수) × N(1 이상의 양의 정수) 개의 포인트 별로 각각 반사되는 테라헤르츠파를 검출하며, 상기 연산부는 하기의 수식 7을 통하여, 각 포인트 별 두께를 산출할 수 있다.
[수식 7]
일 실시 예에 따르면, 상기 테라헤르츠파 조사부가 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 상기 테라헤르츠파를 조사하는 경우, 상기 연산부는 상기 수식 1로부터 변환된 하기의 수식 8, 상시 수식 2로부터 변환된 하기의 수식 9, 상기 수식 3으로부터 변환된 하기의 수식 10, 상기 수식 4로부터 변환된 하기의 수식 11 및 상기 수식 5로부터 변환된 하기의 수식 12를 통하여, 상기 제2 층의 두께를 산출할 수 있다.
[수식 8]
[수식 9]
[수식 10]
[수식 11]
[수식 12]
다른 실시 예에 따르면, 두께 측정 장치는, 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서, 상기 제2 층에 대한 입사각이 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를, 상기 제2 층을 향하여 조사하는 테라헤르츠파 조사부; 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 어느 하나의 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 어느 하나의 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1), 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 다른 하나의 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 다른 하나의 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2) 및 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부는 하기의 수식 17을 통하여 상기 제2 층의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
[수식 17]
여기서, 상기 nair은 공기의 굴절률이고, C는 광속이며, 상기 θ1은 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 어느 하나의 테라헤르츠파(I1)의 상기 제2 층에 대한 입사각이며, 상기 θ2는 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 다른 하나의 테라헤르츠파(I2)의 상기 제2 층에 대한 입사각이고, 상기 d1과 d2는 상기 제2 층의 두께이다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 수식 17은 하기의 수식 13 내지 수식 16을 통하여 도출될 수 있다.
[수식 13]
[수식 14]
[수식 15]
[수식 16]
여기서, 상기 l 1 은 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 어느 하나의 테라헤르츠파(I1)가 상기 제2 층 내부에서 전파된 거리이고, 상기 l 2 는 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 다른 하나의 테라헤르츠파(I2)가 상기 제2 층 내부에서 전파된 거리이고, 상기 n1과 n2는 상기 제2 층의 굴절률이다.
또 다른 실시 예에 따르면, 두께 측정 장치는, 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서, 상기 제2 층을 향하여 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠파 조사부; 상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제2 층의 내부에서 반사가 한 번 더 이루어진 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2), 제3 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기(I1, I2, I3)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부는 하기의 수식 32를 통하여 상기 제2 층의 굴절률(ns)을 산출하고, 하기의 수식 33을 통하여 상기 제2 층의 두께(d)를 산출할 수 있다.
[수식 32]
[수식 33]
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 테라헤르츠파 조사부가 상기 제2 층을 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 상기 테라헤르츠파를 조사하는 경우, 상기 연산부는 상기 수식 33으로부터 변환된 하기의 수식 37을 통하여, 상기 제2 층의 두께(d)를 산출할 수 있다.
[수식 37]
한편, 본 발명은 두께 측정 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 두께 측정 방법은 제1 층 및 상기 제1 층의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에 대하여, 한 번의 조사를 통하여, 상기 제1 층과 제2 층에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 상기 테라헤르츠파를 조사하는 단계; 상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층의 노출된 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 단계; 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 두께 측정 방법은, 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에 대하여, 상기 제2 층에 대한 입사각의 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를, 상기 제2 층을 향하여 조사하는 단계; 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)를 검출하는 단계; 및 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 어느 하나의 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 어느 하나의 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1), 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 다른 하나의 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 다른 하나의 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2) 및 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에 대하여, 상기 제2 층을 향하여 테라헤르츠파를 조사하는 단계; 상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제2 층의 내부에서 반사가 한 번 더 이루어진 다음 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 단계; 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2), 제3 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기(I1, I2, I3)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 층 및 상기 제1 층의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서, 한 번의 조사를 통하여, 상기 제1 층과 제2 층에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 상기 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠파 조사부; 상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층의 노출된 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.
이에 따라, 테라헤르츠파의 반사 모드를 통하여 두께 측정 대상체에 대한 신뢰성 있는 두께 정보를 획득할 수 있는, 두께 측정 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 두께 측정 대상체를 향하여 조사된 다음 이로부터 반사되는 테라헤르츠파가 검출되는 시간 파라미터에 기반하여 두께 측정 대상체의 굴절률을 산출할 수 있고, 산출된 굴절률에 기반하여 상기 두께 측정 대상체의 두께를 산출할 수 있는, 두께 측정 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
특히, 금속과 비금속이 적층된 경우, 종래의 투과 모드로는 굴절률과 두께에 대한 정확한 정보 획득이 어려웠던 반면, 본 발명의 실시 예에 따르면, 굴절률 및 두께에 대한 정확한 정보 획득이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 조사부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 검출부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 연산부를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 통하여, 두께 측정 대상체의 표면에 설정된 포인트 별로 두께를 특정하는 방식을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 두께 측정 대상체의 전 면적에 대한 두께 측정 맵핑(mapping)도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치에서, 입사각이 90°가 아닌 경우, 대상체의 두께를 측정하는 방식을 설명하기 위한 모식도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 조사부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 검출부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 연산부를 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 실시 예1을 설명하기 위한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 조사부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 검출부를 설명하기 위한 모식도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 연산부를 설명하기 위한 그래프이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치에서, 입사각이 90°가 아닌 경우, 대상체의 두께를 측정하는 방식을 설명하기 위한 모식도이다.
도 22는 실시 예2를 설명하기 위한 그래프이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 조사부를 설명하기 위한 모식도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 검출부를 설명하기 위한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 연산부를 설명하기 위한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 통하여, 두께 측정 대상체의 표면에 설정된 포인트 별로 두께를 특정하는 방식을 설명하기 위한 모식도이고 ,도 6은 두께 측정 대상체의 전 면적에 대한 두께 측정 맵핑(mapping)도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치에서, 입사각이 90°가 아닌 경우, 대상체의 두께를 측정하는 방식을 설명하기 위한 모식도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치(100)는 제1 층(10) 및 상기 제1 층(10)의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 제1 층(10) 상에 적층되는 제2 층(20)을 포함하는 시편에서, 두께 측정 대상체인 상기 제2 층(20)의 두께를 측정하기 위한 장치이다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치(100)는 테라헤르츠파(THz 파)의 반사 모드를 통하여 제2 층(20)의 두께를 측정하므로, 제1 층(10)이 금속으로 구비되더라도 제2 층(20)의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치(100)는 테라헤르츠파 조사부(110), 테라헤르츠파 검출부(120) 및 연산부(130)를 포함할 수 있다.
상기 테라헤르츠파 조사부(110)는 상기 시편을 향하여 테라헤르츠파를 조사하는 장치이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 테라헤르츠파 조사부(110)는 한 번의 조사를 통하여, 서로 다른 높이에 있는 제1 층(10)과 제2 층(20)에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 제2 층(20)의 가장자리를 향하여 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
이에 따라, 상기 테라헤르츠파 조사부(110)로부터 방출되는 테라헤르츠파는 제2 층(20)의 표면에 조사될 수 있고, 동시에 제1 층(10)의 노출된 표면에 조사될 수 있으며, 동시에 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 조사될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 테라헤르츠파 조사부(110)는 상기 시편의 표면에 수직한 방향으로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
상기 테라헤르츠파 검출부(120)는 제1 층(10)과 제2 층(20)에 동시에 조사된 후 이들의 표면 혹은 계면에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출할 수 있다. 이때, 상기 테라헤르츠파는 상기 제1 층(10)과 제2 층(20)에 수직하게 조사되었으므로, 이에 따라, 수직하게 반사될 수 있다. 이에, 상기 테라헤르츠파 검출부(120)는 수직하게 반사되는 테라헤르츠파를 검출할 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 테라헤르츠파 검출부(120)는 연산부(130)에 제2 층(20)의 두께 산출을 위한 데이터를 제공하기 위하여, 시편의 세 부분에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 테라헤르츠파 검출부(120)는 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여 제2 층(20)의 표면에 수직 조사된 후, 이 표면에서 수직 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)를 검출할 수 있다.
또한, 상기 테라헤르츠파 검출부(120)는 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여 제1 층(10)의 노출된 표면에 수직 조사된 후, 이 표면에서 수직 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)를 검출할 수 있다.
그리고 상기 테라헤르츠파 검출부(120)는 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 수직 조사된 후, 이 계면에서 수직 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출할 수 있다.
상기 연산부(130)는 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여 시편에 조사되고, 테라헤르츠파 검출부(120)를 통하여 검출되는 테라헤르츠파의 시간 파라미터에 기반하여, 시편, 보다 상세하게는 두께 측정 대상체인 제2 층(20)의 굴절률을 산출할 수 있고, 산출된 굴절률에 기반하여 상기 제2 층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연산부(130)는 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여 제2 층(20)의 표면에 수직 조사되고, 이 표면에서 수직 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간 및 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여 제1 층(10)의 노출된 표면에 수직 조사되고, 이 표면에서 수직 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간 및 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 수직 조사되고, 이 계면에서 수직 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층(20)의 굴절률을 산출할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연산부(130)는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간을 결정할 때, 도시된 바와 같이, 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최대 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 연산부(130)는 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최소 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수도 있으며, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 검출 시간을 결정할 수도 있다.
그리고 상기 연산부(130)는 산출된 제2 층(20)의 굴절률에 기반하여 제2 층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이를 위하여, 상기 연산부(130)는 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1)를 제2 층(20)의 두께와 공기의 굴절률에 관한 하기의 수식 1로 정의할 수 있다.
[수식 1]
이때, 상기 연산부(130)는 상기 수식 1을 하기의 수식 2로 정리할 수 있다.
[수식 2]
여기서, 상기 d1은 상기 제2 층(20)의 두께이고, 상기 nair은 공기의 굴절률이며, 상기 C는 광속이다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연산부(130)는 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)를 제2 층(20)의 두께와 공기의 굴절률에 관한 하기의 수식 3으로 정의할 수 있다.
[수식 3]
이때, 상기 연산부(130)는 상기 수식 3을 하기의 수식 4로 정리할 수 있다.
[수식 4]
여기서, 상기 d2는 제2 층(20)의 두께이고, 상기 C는 광속이며, 상기 ns는 상기 제2 층(20)의 굴절률이다.
계속해서, 상기 연산부(130)는 d1과 d2가 제2 층(20)의 두께로 동일하므로, 상기 수식 2를 상기 수식 3에 대입하여, 하기의 수식 5로 정리할 수 있다.
[수식 5]
그리고 상기 연산부(130)는 상기 수식 5를 제2 층(20)의 굴절률(ns)에 관한 수식 6으로 정리할 수 있다.
[수식 6]
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연산부(130)는 상기 수식 6을 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
상기 수식 6에서 확인되는 바와 같이, 제2 층(20)의 굴절률(ns)은 시간 파라미터인 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)만으로 산출될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연산부(130)는 상기 수식 2를 통하여 제2 층(20)의 두께를 산출하거나 상기 수식 6을 통하여 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 상기 수식 4에 적용하여, 제2 층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치(100)는 제2 층(20)의 전면적에 대해 두께를 측정할 수 있다.
이를 위하여, 도 5를 참조하면, 제2 층(20)의 표면에는 M(1 이상의 양의 정수) × N(1 이상의 양의 정수) 개의 포인트가 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 테라헤르츠파 검출부(120)는 상기 제2 층(20)의 표면에 대해 설정된 복수 개의 포인트 별로 각각 반사되는 테라헤르츠파를 검출할 수 있다.
이에, 상기 연산부(130)는 상기 수식 6을 통하여 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)과 하기의 수식 7을 통하여, 각 포인트 별 두께를 산출할 수 있다.
[수식 7]
층(20)의 표면에 조사되고 이 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 제1 층(10)과 제2 층(20)의 계면에 조사되고, 이 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이이다.
이때, 상기 mn은 제2 층(20) 표면에서 포인트의 좌표를 정의할 수 있다. 예를 들어, 포인트 P23는 세로 방향으로 2번째 열 및 가로 방향으로 세번째 열이 교차하는 지점의 좌표를 의미할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 연산부(130)는 산출된 제2 층(20)의 각 포인트 별 두께에 관한 정보를 맵핑(Mapping)하여 시각적을 표시할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 테라헤르츠파는 테라헤르츠파 조사부(110)를 통하여, 상기 제2 층(20)의 가장자리를 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 조사되고, 상기 입사각(θ)과 대칭을 이루는 각도로 반사되어 테라헤르츠파 검출부(120)에 의해 검출될 수 있다.
이에, 연산부(130)는 기존 수식에 입사각(θ)을 반영할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연산부(130)는 상기 수식 1에 테라헤르츠파의 입사각(θ)을 반영하여, 상기 수식 1을 하기의 수식 8로 변환할 수 있다.
[수식 8]
이때, 상기 연산부(130)는 상기 수식 8을 하기의 수식 9로 정리할 수 있다.
[수식 9]
상기 수식 9는 상기 수식 2에 테라헤르츠파의 입사각(θ)을 반영한 변환 수식이다.
또한, 상기 연산부(130)는 상기 수식 3에 테라헤르츠파의 입사각(θ)을 반영하여, 상기 수식 3을 하기의 수식 10으로 변환할 수 있다.
[수식 10]
이때, 상기 연산부(130)는 상기 수식 10을 하기의 수식 11로 정리할 수 있다.
[수식 11]
상기 수식 11은 상기 수식 4에 테라헤르츠파의 입사각(θ)을 반영한 변환 수식이다.
계속해서, 상기 연산부(130)는 상기 수식 9를 수식 10에 대입하여, 하기의 수식 12로 정리할 수 있다.
[수식 12]
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연산부(130)는 테라헤르츠파가 시편에 수직으로 조사되지 않은 경우, 즉, 테라헤르츠파가 시편을 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 조사된 경우, 상기 수식 12를 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 연산부(130)는 상기 수식 9를 통하여 제2 층(20)의 두께를 산출하거나 상기 수식 12를 통하여 산출된 제2 층(10)의 굴절률(ns)을 상기 수식 11에 적용하여, 제2 층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 방법에 대하여 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 방법은 S110 단계 내지 S130 단계를 포함할 수 있다.
S110 단계
상기 S110 단계에서는 제1 층(10) 및 상기 제1 층(10)의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 제1 층(10) 상에 적층되는 제2 층(20)을 포함하는 시편에서, 제2 층(20)의 가장자리를 향하여 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
이때, 상기 S110 단계에서는 한 번의 조사를 통하여, 서로 다른 높이에 있는 제1 층(10)과 제2 층(20)에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 제2 층(20)의 가장자리를 향하여 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
이에 따라, 테라헤르츠파는 제2 층(20)의 표면에 조사될 수 있고, 동시에 제1 층(10)의 노출된 표면에 조사될 수 있으며, 동시에 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 조사될 수 있다.
S120 단계
상기 S120 단계에서는 제1 층(10)과 제2 층(20)에 동시에 조사된 후 이들의 표면 혹은 계면에서 반사되는 테라헤르츠파를 검출할 수 있다.
구체적으로, 상기 S120 단계에서는 제2 층(20)의 표면에 조사된 후, 이 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)를 검출할 수 있다. 또한, 상기 S120 단계에서는 제1 층(10)의 노출된 표면에 조사된 후, 이 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)를 검출할 수 있다. 그리고 상기 S120 단계에서는 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 조사된 후, 이 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출할 수 있다.
S130 단계
상기 S130 단계에서는 제2 층(20)의 표면에 조사되고, 이 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간 및 제1 층(10)의 노출된 표면에 수직 조사되고, 이 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간 및 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 조사되고, 이 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
이때, 상기 S130 단계에서는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최대 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 S130 단계에서는 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최소 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수도 있으며, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 검출 시간을 결정할 수도 있다.
그 다음, 상기 S130 단계에서는 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)에 기반하여 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 S130 단계에서는 테라헤르츠파가 상기 시편, 보다 상세하게는 제2 층(20)의 가장자리를 향하여 수직하게 조사되는 경우, 상기 수식 6을 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)를 산출할 수 있으며, 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 상기 수식 4에 적용하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
또한, 상기 S130 단계에서는 상기 테라헤르츠파가 상기 시편, 보다 상세하게는 제2 층(20)의 가장자리를 향하여, 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 조사되는 경우, 상기 수식 12를 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)를 산출할 수 있으며, 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 상기 수식 11에 적용하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
한편, 상기 S130 단계에서는 제2 층(20)의 표면에 격자 형태로 M(1 이상의 양의 정수) × N(1 이상의 양의 정수) 개의 포인트가 설정된 경우, 설정된 복수 개의 포인트 별 두께를 상기 수식 6과 수식 7을 통하여 산출할 수 있다.
이와 같이, 상기 S130 단계에서는 제2 층(20)의 전면적, 다시 말해, 제2 층(20)의 표면 전체에 대해 포인트 별 두께를 측정하여, 제2 층(20)의 두께 편차에 대한 정보를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치에 대하여, 도 10 내지 도 14를 참조하여 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 나타낸 블록도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치를 설명하기 위한 모식도이며, 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 테라헤르츠파 조사부를 설명하기 위한 모식도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 검출부를 설명하기 위한 모식도이며, 도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치의 연산부를 설명하기 위한 그래프이며, 도 15는 실시 예1을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치(200)는 제1 층(10) 및 상기 제1 층(10) 상에 적층되는 제2 층(20)을 포함하는 시편에서, 두께 측정 대상체인 상기 제2 층(20)의 두께를 측정하기 위한 장치이다. 이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치(200)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 두께 측정 장치(도 1의 100)와 마찬가지로, 테라헤르츠파(THz 파)의 반사 모드를 통하여 제2 층(20)의 두께를 측정하므로, 제1 층(10)이 금속으로 구비되더라도 제2 층(20)의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치(200)는 테라헤르츠파 조사부(210), 테라헤르츠파 검출부(220) 및 연산부(230)를 포함할 수 있다.
상기 테라헤르츠파 조사부(210)는 제2 층(20)에 대한 입사각이 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를, 상기 제2 층(20)을 향하여 조사할 수 있다.
이때, 도 11에 도시된 바와 같이, 테라헤르츠파 조사부(210)는 입사각이 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를 조사하기 위하여, 두 개의 테라헤르츠파 조사 장치로 구비될 수 있다. 하지만, 이는 일례일 뿐, 상기 테라헤르츠파 조사부(210)는 하나의 테라헤르츠파 조사 장치로 구비될 수 있으며, 이에 따라, 상기 하나의 테라헤르츠파 조사 장치가 이동되면서 테라헤르츠파를 두 번 조사할 수 있다.
상기 테라헤르츠파 검출부(220)는 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층(20)의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S)를 검출할 수 있다.
또한, 상기 테라헤르츠파 검출부(220)는 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)를 검출할 수 있다.
이러한 테라헤르츠파 검출부(220)는 테라헤르츠파 조사부(210)가 두 개의 테라헤르츠파 조사 장치로 구비되는 경우, 이와 대응되게 두 개의 테라헤르츠파 검출 장치로 구비될 수 있으며, 하나의 테라헤르츠파 조사 장치가 이동되면서 입사각이 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를 조사하는 경우, 반사되는 네 개의 테라헤르츠파((R1S, R2S, R1T, R2T)를 이동되면서 검출하는 하나의 테라헤르츠파 검출 장치로 구비될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 연산부(230)는 제2 층(20)의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 어느 하나의 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간 및 상기 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 어느 하나의 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1), 상기 제2 층(20)의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 다른 하나의 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간 및 상기 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 다른 하나의 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2) 및 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)에 기반하여 상기 제2 층(20)의 굴절률을 산출할 수 있다.
이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(230)는 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 및 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)의 검출 시간을 결정할 때, 이들의 최대 값을 기준으로 검출 시간을 결정하거나, 이들의 최소 값을 기준으로 검출 시간을 결정하거나, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 검출 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)은 0° ~ 90°일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(230)는 산출된 제2 층(20)의 굴절률에 기반하여 제2 층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이를 위하여, 상기 연산부(230)는 조사된 테라헤르츠파(I1)를 기준으로, 제2 층(20)의 굴절률(n1)을, 빛의 속도(C), 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간(Δt1) 차이 및 상기 조사된 테라헤르츠파(I1)가 제2 층(20) 내부에서 전파된 거리(l 1 )에 관한 하기의 수식 13으로 정의할 수 있다.
[수식 13]
또한, 상기 연산부(230)는 조사된 테라헤르츠파(I2)를 기준으로, 제2 층(20)의 굴절률(n2)을, 빛의 속도(C), 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간(Δt2) 차이 및 상기 조사된 테라헤르츠파(I2)가 제2 층(20) 내부에서 전파된 거리(l 2 )에 관한 하기의 수식 14로 정의할 수 있다.
[수식 14]
이때, 상기 연산부(230)는 조사된 테라헤르츠파(I1)가 제2 층(20) 내부에서 전파된 거리(l 1 )를 제2 층(20)의 두께(d1), 제2 층(20)의 굴절률(n1), 공기의 굴절률(nair) 및 조사된 테라헤르츠파(I1)의 입사각(θ1)에 관한 하기의 수식 15로 정의할 수 있다.
[수식 15]
또한, 상기 연산부(230)는 조사된 테라헤르츠파(I2)가 제2 층(20) 내부에서 전파된 거리(l 2 )를 제2 층(20)의 두께(d2), 제2 층(20)의 굴절률(n2), 공기의 굴절률(nair) 및 조사된 테라헤르츠파(I2)의 입사각(θ2)에 관한 하기의 수식 16으로 정의할 수 있다.
[수식 16]
그리고 상기 연산부(230)는 상기 수식 13의 전파 거리(l 1 )에 상기 수식 15를 대입하고, 상기 수식 14의 전파 거리(l 2 )에 상기 수식 16을 대입하며, 조사된 테라헤르츠파(I1)를 기준으로 한 제2 층(20)의 굴절률(n1)과 조사된 테라헤르츠파(I2)를 기준으로 한 제2 층(20)의 굴절률(n2)이 동일한 값을 가지고 조사된 테라헤르츠파(I1)를 기준으로 한 제2 층(20)의 두께(d1)와 조사된 테라헤르츠파(I2)를 기준으로 한 제2 층(20)의 두께(d2)가 동일한 값을 가지는 것으로 가정하면, 하기의 수식 17로 정의할 수 있다.
[수식 17]
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(230)는 상기 수식 17을 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
상기 수식 17에서 확인되는 바와 같이, 제2 층(20)의 굴절률(ns)은 시간 파라미터인 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 차이(Δt1) 및 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 차이(Δt2) 그리고 조사된 테라헤르츠파(I1)의 입사각(θ1)과 조사된 테라헤르츠파(I2)의 입사각(θ2)으로 산출될 수 있다.
이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(230)는 상기 수식 17을 통하여 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 적용하여 제2 층(20)의 두께(d) 또한 산출할 수 있다.
실시 예1
도 15를 참조하면, 실시 예1에서는 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되어 있는 제2 층으로 이루어진 시편에서, 제2 층을 향하여 입사각(θ1) 30°로 테라헤르츠파를 조사한 후 제2 층의 표면에서 반사되는 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 제1 층과 제2 층의 계면에서 반사된는 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1)를 측정하였다. 이와 동시에 입사각 (θ2) 60°로 테라헤르츠파를 조사한 후, 제2 층의 표면에서 반사되는 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 제1 층과 제2 층의 계면에서 반사된는 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)를 측정하였다.
상기 Δt1은 5.26419 ps로 측정되었고, 상기 Δt2는 5.7061 ps로 측정되었다.
이 측정 값을 상기 수식 17에 대입한 결과, 제2 층의 굴절률(ns)은 1.89951로 산출되었으며, 이를 적용한 제2 층의 두께(d)는 400.764㎛로 산출되었다. 이때, 공기의 굴절률(nair)은 1이며, 광속(C)은 299792458 ㎧이다.
실제 제2 층으 len께는 391.2㎛이므로, 산출된 값, 즉, 측정 값의 오차율은 대략 2.44%인 것으로 확인되었다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법에 대하여 도 16을 참조하여 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법은 S210 단계 내지 S230 단계를 포함할 수 있다.
S210 단계
상기 S210 단계에서는 제2 층(20)에 대한 입사각이 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를, 상기 제2 층(20)을 향하여 조사할 수 있다. 이때, 상기 S210 단계에서는 상기 제2 층(20)에 대한 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)을 0° ~ 90° 내에서 설정할 수 있다.
S220 단계
상기 S220 단계에서는 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층(20)의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S)를 검출할 수 있다.
또한, 상기 S220 단계에서는 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)를 검출할 수 있다.
S230 단계
상기 S230 단계에서는 제2 층(20)의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 어느 하나의 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 상기 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 어느 하나의 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1), 상기 제2 층(20)의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 다른 하나의 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 상기 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 다른 하나의 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2) 및 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)에 기반하여 상기 제2 층(20)의 굴절률을 산출할 수 있다.
이때, 상기 S230 단계에서는 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 및 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)의 검출 시간을 결정할 때, 이들의 최대 값을 기준으로 검출 시간을 결정하거나, 이들의 최소 값을 기준으로 검출 시간을 결정하거나, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 검출 시간을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 S230 단계에서는 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 차이(Δt1) 및 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 차이(Δt2) 그리고 조사된 테라헤르츠파(I1)의 입사각(θ1)과 조사된 테라헤르츠파(I2)의 입사각(θ2)을 상기 수식 17에 대입하여, 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있으며, 산출된 제2 층의 굴절률(ns)을 이용하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치에 대하여, 도 17 내지 도 22를 참조하여 설명하기로 한다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치(300)는 제1 층(10) 및 상기 제1 층(10) 상에 적층되는 제2 층(20)을 포함하는 시편에서, 두께 측정 대상체인 상기 제2 층(20)의 두께를 측정하기 위한 장치이다. 이때, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치(300)는 테라헤르츠파(THz 파)의 반사 모드를 통하여 제2 층(20)의 두께를 측정하므로, 제1 층(10)이 금속으로 구비되더라도 제2 층(20)의 두께를 측정할 수 있다.
이러한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 장치(300)는 테라헤르츠파 조사부(310), 테라헤르츠파 검출부(320) 및 연산부(330)를 포함할 수 있다.
상기 테라헤르츠파 조사부(310)는 제2 층(20)을 향하여 테라헤르츠파를 조사할 수 있다. 이때, 상기 테라헤르츠파 조사부(310)는 상기 시편, 보다 상세하게는 상기 제2 층(20)의 표면에 수직한 방향으로 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
상기 테라헤르츠파 검출부(320)는 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 제2 층(20)의 표면에서 수직 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)를 검출할 수 있다. 또한, 상기 테라헤르츠파 검출부(320)는 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 수직 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)를 검출할 수 있다. 그리고 상기 테라헤르츠파 검출부(320)는 상기 제2 층(20)의 내부에서 반사가 한 번 더 이루어진 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출할 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 연산부(330)는 테라헤르츠파 조사부(310)를 통하여 제2 층(20)의 표면에 수직 조사되고, 이 표면에서 수직 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과, 테라헤르츠파 조사부(310)를 통하여 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 수직 조사되고, 이 계면에서 수직 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2), 제3 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기(I1, I2, I3)에 기반하여 상기 제2 층(20)의 굴절률을 산출할 수 있다.
이때, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(330)는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간을 결정할 때, 도시된 바와 같이, 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최대 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 연산부(130)는 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최소 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수도 있으며, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 검출 시간을 결정할 수도 있다.
그리고 상기 연산부(330)는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기를 결정할 때, 도시된 바와 같이, 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최대 값을 기준으로 신호 세기를 결정하거나, 이들의 최소 값을 기준으로 신호 세기를 결정하거나, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 신호 세기를 결정할 수도 있다.
그리고 상기 연산부(330)는 산출된 제2 층(20)의 굴절률에 기반하여 제2 층(20)의 두께를 산출할 수 있다.
이를 위하여, 상기 연산부(330)는 반사율(R)과 투과율(T)의 관계를 하기의 수식 18로 정의할 수 있다.
[수식 18]
또한, 상기 연산부(330)는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)에 대응되는 신호 세기(I1, I2, I3)를 하기의 수식 19 내지 수직 21로 표시되는 반사율(R), 투과율(T), 흡수율(A) 및 기본 신호 세기(Iref)로 정의할 수 있다.
[수식 19]
[수식 20]
[수식 21]
이때, 상기 연산부(330)는 상기 수식 18을 하기의 수식 22로 정리할 수 있다.
[수식 22]
또한, 상기 연산부(330)는 상기 수식 19를 하기의 수식 23으로 정리할 수 있다.
[수식 23]
그리고 상기 연산부(330)는 상기 수식 20을 하기의 수식 24로 정리할 수 있다.
[수식 24]
계속해서, 상기 연산부(330)는 상기 수식 22 내지 수식 23을 상기 수식 21에 대입하여, 하기의 수식 25로 정리할 수 있다.
[수식 25]
계속해서, 상기 연산부(330)는 상기 수식 25를 풀이하여, 투과율(T)에 관한 하기의 수식 26, 반사율(R)에 관한 하기의 수식 27, 흡수율(A)에 관한 하기의 수식 28 및 기본 신호 세기(Iref)에 관한 하기의 수식 29를 도출할 수 있다.
[수식 26]
[수식 27]
[수식 28]
[수식 29]
이때, 상기 연산부(330)는 제2 층(20)의 반사율(R), 제2 층(20)의 굴절률(ns) 및 공기의 굴절률(nair) 관계를 하기의 수식 30으로 정의할 수 있다.
[수식 30]
그리고 상기 연산부(330)는 제2 층(20)의 두께(d)를 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1)와 굴절률(ns)에 관한 하기의 수식 31로 정의할 수 있다.
[수식 31]
여기서, 상기 C는 광속이다.
계속해서, 연산부(330)는 상기 수식 30에 상기 수식 27의 반사율(R)을 대입하여 굴절률(ns)에 관한 하기의 수식 32를 도출할 수 있다.
[수식 32]
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(330)는 상기 수식 32를 통하여, 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
계속해서, 연산부(330)는 상기 수식 31에 상기 수식 27을 통하여 산출한 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 대입하여 제2 층(20)의 두께(d)에 관한 하기의 수식 33을 도출할 수 있다.
[수식 33]
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(330)는 상기 수식 33을 통하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
상기 수식 32 및 수식 33에서 확인되는 바와 같이, 제2 층(20)의 굴절률(ns)과 제2 층(20)의 두께(d)는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)에 대응되는 신호 세기(I1, I2, I3) 및 테라헤르츠파 조사부(310)를 통하여 제2 층(20)의 표면에 수직 조사되고, 이 표면에서 수직 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과, 테라헤르츠파 조사부(310)를 통하여 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 수직 조사되고, 이 계면에서 수직 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1)만으로 산출될 수 있다.
한편, 도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 테라헤르츠파는 테라헤르츠파 조사부(310)를 통하여, 상기 제2 층(20)을 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 조사된 후 제2 층(20)의 표면 및 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에서 반사되어 테라헤르츠파 검출부(120)에 의해 검출될 수 있다.
이에, 연산부(130)는 기존 수식에 입사각(θ)을 반영할 수 있다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시 에에 따르면, 상기 연산부(330)는 테라헤르츠파의 입사각(θ)에 따른 제2 층(20)의 반사율(R)을 하기의 수식 34로 정의할 수 있다.
[수식 34]
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(330)는 테라헤르츠파가 시편에 수직으로 조사되지 않은 경우, 즉, 테라헤르츠파가 시편을 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 조사된 경우, 상기 수식 34를 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 연산부(330)는 상기 수식 31에 테라헤르츠파의 입사각(θ)을 반영하여, 상기 수식 31을 하기의 수식 35로 변환할 수 있다.
[수식 35]
이때, 상기 θα는 하기의 수식 36으로 정의될 수 있다.
[수식 36]
상기 연산부(330)는 상기 수식 36을 상기 수식 35에 대입하여, 제2 층(20)의 두께(d)에 관한 하기의 수식 37을 도출할 수 있다.
[수식 37]
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 연산부(330)는 테라헤르츠파가 시편에 수직으로 조사된 경우에는 상기 수식 33을 통하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있으며, 테라헤르츠파가 시편에 수직으로 조사되지 않은 경우, 즉, 테라헤르츠파가 시편을 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 조사된 경우, 상기 수식 37을 통하여 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
실시 예2
도 22를 참조하면, 실시 예2에서는 실리콘 웨이퍼 시편에 설정된 포인트 A.1, A.2, A.3 및 A.4에 테라헤르츠파를 수직하게 조사한 후 상부층 표면에서 수직 반사되는 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과, 상부층과 하부층의 계면에서 수직 반사되는 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 상부층 표면에서 수직 반사되는 테라헤르츠파(R1), 상부층과 하부층의 계면에서 수직 반사되는 테라헤르츠파(R2) 및 상부층 내부에서 반사가 한 번 더 이루어진 후 수직 반사되는 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기(I1, I2, I3)를 측정하였다.
그리고 검출 시간 차이(Δt1)와 신호 세기(I1, I2, I3)를 수식 32 및 수식 33에 대입하여 포인트 A.1, A.2, A.3 및 A.4 각각의 굴절률(ns) 및 두께(d)를 산출하였다. 하기의 표 1은 상기 포인트 A.1, A.2, A.3 및 A.4 각각에 대해 산출된 굴절률(ns) 및 두께(d)를 보여준다.
point I1(a.u.) I2(a.u.) I3(a.u.) △t1(ps) ns d(㎛) dact(㎛) error(%)
A.1 112.64 301.29 98.14 2.49 1.98 188.39 184.2 2.27
A.2 102.66 296.20 102.49 2045 1.97 185.99 181.8 2.30
A.3 104.04 288.62 97.27 2.49 1.98 188.54 183 3.03
A.4 102.48 295.83 102.01 2.48 1.97 188.75 783 3.14
상기 표 1에서 보여지는 바와 같이, 실시 예2를 통하여 실리콘 웨이퍼의 각 포인트 별 두께(d) 측정 결과는 현미경을 이용한 두께(dact) 측정 결과와 비교하여 오차율이 4% 이내인 것을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법에 대하여, 도 23을 참조하여 설명하기로 한다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 두께 측정 방법은 S310 단계 내지 S330 단계를 포함할 수 있다.
S310 단계
상기 S310 단계에서는 제1 층(10) 및 제1 층(10) 상에 적층되는 제2 층(20)을 포함하는 시편에서, 상부층인 제2 층(20)을 향하여 테라헤르츠파를 조사할 수 있다.
S320 단계
상기 S320 단계에서는 제2 층(20)의 표면에 조사된 후, 이 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1)를 검출할 수 있다.
또한, 상기 S320 단계에서는 제1 층(10)과 제2 층(20)이 이루는 계면에 조사된 후, 이 계면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2)를 검출할 수 있다. 또한, 상기 S320 단계에서는 상기 제2 계면에 조사된 후 반사되다가 제2 층(20)의 표면에서 다시 반사된 다음 상기 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출할 수 있다.
S330 단계
상기 S330 단계에서는 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2), 제3 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기(I1, I2, I3)에 기반하여 상기 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 산출할 수 있다.
이때, 상기 S330 단계에서는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최대 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수 있다. 또한, 상기 S330 단계에서는 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최소 값을 기준으로 검출 시간을 결정할 수도 있으며, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 검출 시간을 결정할 수도 있다.
이때, 상기 S330 단계에서는 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2) 및 제3 테라헤르츠파(R3)의 최대 값을 기준으로 신호 세기를 결정하거나, 이들의 최소 값을 기준으로 신호 세기를 결정하거나, 상기 최대 값과 최소 값의 중간 값으로 신호 세기를 결정할 수도 있다.
그 다음, 상기 S330 단계에서는 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)에 기반하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 S330 단계에서는 테라헤르츠파가 상기 시편, 보다 상세하게는 상기 제2 층(20)의 표면을 향하여 수직하게 조사되는 경우, 상기 수식 32를 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)를 산출할 수 있으며, 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 상기 수식 33에 적용하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
또한, 상기 S330 단계에서는 상기 테라헤르츠파가 상기 시편, 보다 상세하게는 제2 층(20)의 표면을 향하여, 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 조사되는 경우, 상기 수식 34를 통하여 제2 층(20)의 굴절률(ns)를 산출할 수 있으며, 산출된 제2 층(20)의 굴절률(ns)을 상기 수식 37에 적용하여, 제2 층(20)의 두께(d)를 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 테라헤르츠파의 반사 모드를 통하여 두께 측정 대상체인 제2 층(20)에 대한 신뢰성 있는 두께 정보를 획득할 수 있는 두께 측정 장치(100, 200, 300) 및 방법이 제공될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100, 200, 300; 두께 측정 장치
110, 210, 310; 테라헤르츠파 조사부
120, 220, 320; 테라헤르츠파 검출부
130, 230, 330; 연산부
10; 제1 층
20; 제2 층

Claims (14)

  1. 제1 층 및 상기 제1 층의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서,
    한 번의 조사를 통하여, 상기 제1 층과 제2 층에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 상기 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠파 조사부;
    상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층의 노출된 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및
    상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 연산부;를 포함하는, 두께 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연산부는 하기의 수식 6을 통하여 상기 제2 층의 굴절률(ns)을 산출하는, 두께 측정 장치.

    [수식 6]


    여기서, 상기 nair은 공기의 굴절률임.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1)는 하기의 수식 1로 정의되고, 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)는 하기의 수식 3으로 정의되며,
    상기 수식 1은 하기의 수식 2로 정리되고, 상기 수식 3은 하기의 수식 4로 정리되며, 상기 수식 2와 수식 3은 하기의 수식 5로 정리되되, 상기 수식 5는 상기 수식 6으로 정리되며,
    상기 연산부는 상기 수식 2 또는 수식 4를 통하여, 상기 제2 층의 두께를 산출하는, 두께 측정 장치.

    [수식 1]


    [수식 2]


    [수식 3]


    [수식 4]


    [수식 5]


    여기서, 상기 C는 광속이고, 상기 d1과 d2는 상기 제2 층의 두께임.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파 검출부는 제2 층의 표면에 대해 설정된 M(1 이상의 양의 정수) × N(1 이상의 양의 정수) 개의 포인트 별로 각각 반사되는 테라헤르츠파를 검출하며,
    상기 연산부는 하기의 수식 7을 통하여, 각 포인트 별 두께를 산출하는, 두께 측정 장치.

    [수식 7]

  5. 제3 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파 조사부가 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 상기 테라헤르츠파를 조사하는 경우, 상기 연산부는 상기 수식 1로부터 변환된 하기의 수식 8, 상시 수식 2로부터 변환된 하기의 수식 9, 상기 수식 3으로부터 변환된 하기의 수식 10, 상기 수식 4로부터 변환된 하기의 수식 11 및 상기 수식 5로부터 변환된 하기의 수식 12를 통하여, 상기 제2 층의 두께를 산출하는, 두께 측정 장치.

    [수식 8]


    [수식 9]


    [수식 10]


    [수식 11]


    [수식 12]

  6. 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서,
    상기 제2 층에 대한 입사각이 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를, 상기 제2 층을 향하여 조사하는 테라헤르츠파 조사부;
    상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및
    상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 어느 하나의 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 어느 하나의 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1), 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 다른 하나의 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 다른 하나의 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2) 및 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는, 두께 측정 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 연산부는 하기의 수식 17을 통하여 상기 제2 층의 굴절률(ns)을 산출하는, 두께 측정 장치.

    [수식 17]


    여기서, 상기 nair은 공기의 굴절률이고, C는 광속이며, 상기 θ1은 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 어느 하나의 테라헤르츠파(I1)의 상기 제2 층에 대한 입사각이며, 상기 θ2는 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 다른 하나의 테라헤르츠파(I2)의 상기 제2 층에 대한 입사각이고, 상기 d1과 d2는 상기 제2 층의 두께임.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 수식 17은 하기의 수식 13 내지 수식 16을 통하여 도출되는, 두께 측정 장치.

    [수식 13]


    [수식 14]


    [수식 15]


    [수식 16]


    여기서, 상기 l 1 은 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 어느 하나의 테라헤르츠파(I1)가 상기 제2 층 내부에서 전파된 거리이고, 상기 l 2 는 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2) 중 다른 하나의 테라헤르츠파(I2)가 상기 제2 층 내부에서 전파된 거리이고, 상기 n1과 n2는 상기 제2 층의 굴절률임.
  9. 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에서 상기 제2 층의 두께를 측정하기 위한 두께 측정 장치로서,
    상기 제2 층을 향하여 테라헤르츠파를 조사하는 테라헤르츠파 조사부;
    상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제2 층의 내부에서 반사가 한 번 더 이루어진 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 테라헤르츠파 검출부; 및
    상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2), 제3 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기(I1, I2, I3)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 연산부;를 포함하는, 두께 측정 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 연산부는 하기의 수식 32를 통하여 상기 제2 층의 굴절률(ns)을 산출하고, 하기의 수식 33을 통하여 상기 제2 층의 두께(d)를 산출하는, 두께 측정 장치.

    [수식 32]


    [수식 33]

  11. 제10 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠파 조사부가 상기 제2 층을 향하여 0° 초과, 90° 미만의 입사각(θ)으로 상기 테라헤르츠파를 조사하는 경우, 상기 연산부는 상기 수식 33으로부터 변환된 하기의 수식 37을 통하여, 상기 제2 층의 두께(d)를 산출하는, 두께 측정 장치.

    [수식 37]

  12. 제1 층 및 상기 제1 층의 가장자리를 상측으로 노출시키는 형태로 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에 대하여, 한 번의 조사를 통하여, 상기 제1 층과 제2 층에 테라헤르츠파가 동시에 직접 조사되도록, 상기 제2 층의 가장자리를 향하여 상기 테라헤르츠파를 조사하는 단계;
    상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층의 노출된 표면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 단계; 및
    상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제3 테라헤르츠파(R3)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 단계;를 포함하는, 두께 측정 방법.
  13. 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에 대하여, 상기 제2 층에 대한 입사각의 다른 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)를, 상기 제2 층을 향하여 조사하는 단계;
    상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 및 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T)를 검출하는 단계; 및
    상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 어느 하나의 제1 테라헤르츠파((R1S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 어느 하나의 제2 테라헤르츠파(R1T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1), 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 두 개의 제1 테라헤르츠파(R1S, R2S) 중 다른 하나의 제1 테라헤르츠파((R2S)의 검출 시간과 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 두 개의 제2 테라헤르츠파(R1T, R2T) 중 다른 하나의 제2 테라헤르츠파(R2T)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt2) 및 상기 조사된 두 개의 테라헤르츠파(I1, I2)의 입사각(θ1, θ2)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 단계;를 포함하는, 두께 측정 방법.
  14. 제1 층 및 상기 제1 층 상에 적층되는 제2 층을 포함하는 시편에 대하여, 상기 제2 층을 향하여 테라헤르츠파를 조사하는 단계;
    상기 조사된 테라헤르츠파가 반사되는 위치를 기준으로, 상기 제2 층의 표면에서 반사되는 제1 테라헤르츠파(R1), 상기 제1 층과 제2 층이 이루는 계면에서 반사되는 제2 테라헤르츠파(R2) 및 상기 제2 층의 내부에서 반사가 한 번 더 이루어진 다음 반사되는 제3 테라헤르츠파(R3)를 검출하는 단계; 및
    상기 제1 테라헤르츠파(R1)의 검출 시간과 상기 제2 테라헤르츠파(R2)의 검출 시간 간의 검출 시간 차이(Δt1) 및 상기 제1 테라헤르츠파(R1), 제2 테라헤르츠파(R2), 제3 테라헤르츠파(R3)의 신호 세기(I1, I2, I3)에 기반하여 상기 제2 층의 굴절률을 산출하고, 상기 산출된 제2 층의 굴절률에 기반하여 상기 제2 층의 두께를 산출하는 단계;를 포함하는, 두께 측정 방법.
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