WO2017217590A1 - 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2017217590A1
WO2017217590A1 PCT/KR2016/009500 KR2016009500W WO2017217590A1 WO 2017217590 A1 WO2017217590 A1 WO 2017217590A1 KR 2016009500 W KR2016009500 W KR 2016009500W WO 2017217590 A1 WO2017217590 A1 WO 2017217590A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
equation
thin film
light
phase
thickness
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/009500
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김영식
이혁교
이윤우
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to US15/538,846 priority Critical patent/US10466031B2/en
Publication of WO2017217590A1 publication Critical patent/WO2017217590A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/17—Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method

Definitions

  • the present invention relates to a thickness and shape measuring apparatus and a measuring method of a multilayer film structure using an image spectroscopic optical system.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the basic structure of a conventional reflector for measuring the thickness of a thin film.
  • the conventional reflector for measuring thin film thickness may include a light source 11, a beam splitter 2, a condenser lens 3, a detector 4, and the like. Can be. Light is emitted from the light source 11 to separate the emitted light by the beam splitter 2 at a ratio of 50:50, and the reflected light is collected through the condenser lens 3 and irradiated to the measurement object 1. do.
  • the irradiated light is divided into light reflected from the upper layer of the measurement object 1 and light reflected from the lower layer, and the phase difference is measured and analyzed by the detector 4 to measure the thickness of the thin film.
  • FIG. 2 shows a block diagram showing a thin film thickness and shape measurement apparatus using the interferometer principle.
  • a thin film thickness and shape measuring apparatus using an interferometer principle includes a light source 11, a first beam splitter 20, a second beam splitter 23, a first condenser lens 5, and a second light source. It can be seen that it can be configured to include a condenser lens 6, a reference mirror 34, a detector (4).
  • the light source emitted from the light source 11 is partially reflected by the first beam splitter 20 and the other is transmitted, and the light reflected by the first beam splitter 20 is
  • the light incident on the second beam splitter 23 and reflected by the second beam splitter 23 passes through the second condenser lens 6 and is reflected by the reference mirror 34, and then the second beam splitter 23.
  • Is incident on the detector 4 as the second reflected light while the light transmitted through the second beam splitter 23 is transmitted through the first condenser lens 5 to be reflected on the measurement object 1, and then the first light is reflected.
  • the interference light includes both shape information and thickness information of the thin film.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a detector composed of an image spectrometer.
  • the image spectrometer shown in FIG. 3 may analyze light intensity distribution of each wavelength for one line. That is, as shown in FIG. 3, the image spectrometer 40 includes a slit 42, a diffraction optical element 43, and a CCD 44 to acquire only one line of an image from a measurement target to be measured. This is a device that obtains hundreds of consecutive spectral bands for one line by spectroscopically spectroscopically through diffractive optics. Through such an image spectrometer, the shape and thickness of the thin film may be measured and analyzed.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, according to an embodiment of the present invention, by using the reflected light measuring method to obtain the absolute reflectance value for the measurement object having a multilayer thin film and at the same time phase shift It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring the thickness and shape of a multilayer thin film structure by applying a method of extracting a phase from an interference signal with a reference mirror using an algorithm.
  • An object of the present invention is a method for obtaining thickness information and shape information of a measurement object coated with a thin film, the method comprising: splitting light emitted from a light source into two lights by a beam splitter; A second step in which the image spectrometer acquires a first reflected light interfering with the light reflected from the upper and lower portions of the thin film after injecting one of the two lights divided in the first step into the measurement object coated with the thin film; A third step of acquiring a second reflected light by injecting and reflecting the other one of the two lights divided in the first step into the reference mirror; A fourth step of acquiring, by the image spectrometer, the interference light in which the first reflected light and the second reflected light are combined; A fifth step of obtaining an absolute reflectance value by obtaining an interference fringe of the first reflected light; Extracting a phase component value having thickness information and shape information from the interference fringe of the interference light; A seventh step of measuring thin film thickness information from the absolute reflectance value and the
  • the interferometer module may include a blocking plate provided between the beam splitter and the reference mirror to selectively absorb light incident on the reference mirror side, and the second step may include: It may be characterized in that for absorbing the light incident to the reference mirror side.
  • the blocking plate may perform the second to fourth steps without blocking light incident to the reference mirror side.
  • the phase component value for measuring the thin film thickness information may be a non-linear component among the phase component values extracted in the sixth step.
  • the thin film thickness information measured in the seventh step may be measured by Equation 1 below.
  • the thin film shape information measured in the eighth step may be measured by Equation 2 below using the thin film thickness information obtained by Equation 1.
  • the thin film shape information measured in the eighth step may be measured by Equation 2 below using the thin film thickness information obtained by Equation 1.
  • Is the measured total phase component value Is a theoretical phase component value mathematically calculated in advance using the film thickness information d obtained through Equation 1.
  • the surface shape information h of the multilayer thin film may improve measurement accuracy through the optimization process as described above.
  • the surface shape information h may be calculated using Equation 2 or Equation 3 using the thin film thickness information d obtained through Equation 1 above.
  • the thin film thickness information d is a value including all the thickness information of the multilayer thin film.
  • the method may further include a piezoelectric driver for changing a distance between the interferometer module and the measurement object, and executing the interference mode while shifting a phase by a distance set by a number of times set by the piezoelectric driver.
  • the method may further include measuring the interference signal of the interference light at each frequency of the phase shift and extracting the phase component value through a phase shift algorithm.
  • the phase shift algorithm may include steps 6-1 that assume a reference phase as an arbitrary value ⁇ j 0 ; Step 6-2 of substituting ⁇ j k into Equation 4 below to obtain C i k and S i k , which minimize the error function E i ; 6-3 to obtain ⁇ j k + 1 to minimize the error function E j by substituting C i k and S i k obtained in Step 6-2 into Equation 5 below; ⁇ j k +1 converges 6-6 step of repeating steps 6-2 and 6-3 by increasing the repetition number k if not satisfied; And step 6-5 of substituting ⁇ j k + 1 into Equation 4 below to obtain C i k and S i k for minimizing the error function E i and then obtaining a phase component value by Equation 7; It can be characterized by.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus for obtaining thickness information and shape information of a measurement object coated with a thin film, comprising: an illumination optical module having a light source for emitting light; A beam splitter for dividing the light emitted from the illumination optical module, a reference mirror for inputting and reflecting the partial light split by the beam splitter to emit a second reflected light, and the partial light incident to the reference mirror Interferometer module having a blocking plate to block with; A piezoelectric driver for changing a distance between the interferometer module and the measurement object formed of a multilayer thin film; A plate driver configured to drive a blocking plate to selectively block the partial light incident to the reference mirror; And after the remaining light of the divided light is incident on the measuring object coated with the thin film, first reflected light interfering with the light reflected from the upper and lower layers of the thin film is intercepted, and the first reflected light and the second reflected light are combined.
  • an absolute reflectance value from the interference fringes of the first reflected light extract a phase component value having thickness information and shape information from the interference fringes of the interference light, and thin film thickness from the absolute reflectance value and the phase component value. It can be achieved as an apparatus for measuring thickness and shape of a multilayer film structure using an image spectroscopy system, comprising: an image spectroscopy module for measuring information and measuring thin film shape information from the measured thin film thickness information and the phase component values. have.
  • the image spectroscopy module may measure thin film thickness information from the non-linear phase component value extracted from the absolute reflectance value and the phase component value.
  • the plate driving unit drives the blocking plate to block the light incident on the reference mirror side of the blocking plate, and in the interference mode, the plate driving unit detects the light incident on the reference mirror side of the blocking plate.
  • the blocking plate may be driven so as not to block.
  • the interference mode may be executed while shifting a phase by a distance set by the number of times set by the piezoelectric driver.
  • the method may further include measuring the interference signal of the interference light at each frequency of the phase shift and extracting the phase component value through a phase shift algorithm.
  • the reflected light measurement method by using the reflected light measurement method to obtain the absolute reflectance value for the measurement object having a multi-layer thin film and to extract a phase from the interference signal with the reference mirror using a phase shift algorithm
  • the thickness and the shape of the multilayer thin film structure can be measured.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the basic structure of a conventional reflector for measuring the thickness of a thin film
  • FIG. 2 is a block diagram showing a thin film thickness and shape measurement apparatus using the interferometer principle
  • FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a detector composed of an image spectroscope
  • FIG. 4 is a block diagram of a thickness measuring device and a shape measuring apparatus using a reflected light and an interference light according to an embodiment of the present invention in a reflected light measuring mode;
  • FIG. 5 is a block diagram of a thickness measuring device and a shape measuring apparatus of a multilayer film structure using reflected light and interference light according to an embodiment of the present invention in an interference mode;
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a process of calculating thickness and shape information of a multilayer structure according to an embodiment of the present invention
  • 15 is a cross-sectional view schematically showing reflection and transmission of light inside a multilayer thin film
  • 20 to 26 are interference signals of the image spectrometer according to the number of phase shifts obtained through the simulation of the present invention.
  • FIG. 30 is a non-linear phase due to the thickness of the thin film
  • FIG. 31 is a thickness distribution graph obtained through an optimization algorithm
  • FIG. 32 is a measurement error of the IZTO thin film layer
  • FIG. 33 is a measurement error graph of the ZTO thin film layer
  • FIG. 34 is a non-linear phase and reflectance graph based on the thickness of the thin film
  • FIG. 35 is a thickness distribution graph obtained through an optimization algorithm
  • FIG. 36 is a measurement error of the IZTO thin film layer
  • FIG. 37 is a measurement error graph of the ZTO thin film layer
  • FIG. 39 illustrates an IZTO thin film layer measurement error graph when only the phase value is used and the phase value and the reflectance are applied to the thin film thickness measurement.
  • Measurement object 2 Beam splitter 3: Condensing lens
  • first beam splitter 30 interferometer module 31: housing
  • FIG. 4 illustrates a configuration diagram of a thickness measuring device 100 and a shape of a multilayer film structure using reflected light and interference light according to an embodiment of the present invention in the reflected light measuring mode.
  • Figure 5 shows the thickness of the multilayer structure using the reflected light and interference light according to an embodiment of the present invention in the interference mode, the configuration diagram of the shape measuring device 100.
  • the blocking plate 35 is driven by the plate driver to be configured by selecting the reflection light measurement mode and the interference mode.
  • the apparatus 100 for measuring thickness and shape of a multilayer structure using reflected light and interference light provides an illumination optical module for uniformly injecting a beam of light source 11 having a broadband wavelength width to a measurement object. 10, the interferometer module 30 for measuring the reflectance and phase of the measurement object, and the image splitting module 40 for obtaining the measured light intensity distribution by wavelength.
  • the light source 11 of the illumination optical module 10 may be composed of a tungsten-halogen lamp that emits white light, and is emitted by parallel light having a constant width by the optical system 12.
  • the white light transmitted through the optical system 12 is incident on the first beam splitter 20.
  • the first beam splitter 20 separates the incident white light at a ratio of 50:50, and the separation is sequentially performed according to a measurement process rather than being simultaneously performed.
  • the interferometer module 30 is positioned to correspond to the reflection angle of the first beam splitter 20.
  • the interferometer module 30 includes a first lens 32, a second beam splitter 33, a reference mirror 34, and a blocking plate 35. 32, the second beam splitter 33, the reference mirror 34, and the blocking plate 35 are mounted in the housing 31.
  • the interferometer module 30 is configured to include a transfer device for moving the housing 31 to the measurement object side.
  • Focusing is performed so that the white light reflected by the first beam splitter 20 is collected at one point while passing through the first lens 32, and the white light passing through the first lens 32 is collected at one point, that is, focusing.
  • the second beam splitter 33 is positioned in front of this position to be fitted. At this time, a part of the light reaching the second beam splitter 33 passes through the second beam splitter 33 and is irradiated to the measurement object. In the reflected light measuring mode, the light reflected by the second beam splitter 33 is absorbed and removed by the convex plate 35.
  • the blocking plate 35 is opened, and the light reflected by the second beam splitter 33 is reflected by the reference mirror 34 and reflected by the second beam splitter 33.
  • the interferometer module 30 is a system including the first lens 32, the second beam splitter 33, and the reference mirror 34, and the blocking plate 35 is included in the blocking plate 35. It operates in two modes depending on the selective white light blocking.
  • the change in amplitude and phase is caused by having shape information and thickness information, and the respective information can be separately measured according to each mode according to the operation of the blocking plate 35.
  • the white light irradiated as described above is reflected again to transmit the second beam splitter 33, and then passes through the first lens 32 to realign the traveling width to become parallel light.
  • the first beam splitter passes through the second lens 41 and enters the image splitting module 40.
  • the image spectroscopy module 40 is an image spectrometer composed of a slit 42, a diffraction optical element 43, and a CCD 44 for obtaining an interference fringe due to an optical path difference. It is obtained by an interference signal having a.
  • the white light split from the second beam splitter 33 is incident on the measurement object coated with the multilayer thin film to obtain the thin film thickness information, and is reflected by the upper layer of the thin film and the lower layer of the thin film.
  • the blocking plate 35 may be turned on to acquire the first reflected light and obtain the phase of the first reflected light, thereby obtaining only thickness information of the thin film.
  • the blocking plate 35 is turned off to obtain the shape information, thereby interfering the first reflected light reflected from the measurement object from the white light split by the second beam splitter 33 and the second reflected light from the reference mirror 34.
  • the shape information of the thin film may be obtained by obtaining interference light. That is, the surface information of the thin film including the thickness information of the thin film is obtained from the phase of the interference light.
  • the thickness of the thin film is obtained from the surface information of the thin film including the thickness information of the thin film obtained from the first reflection light and the thickness information of the thin film obtained from the interference light. Acquire information and surface information of the thin film.
  • the light source 11 emitting white light is divided into two by applying the first beam splitter 20, and one white light of the divided white light is incident on a measuring object coated with a thin film, and then the thin film is thinned.
  • the second reflected light is obtained by injecting the other white light of the divided white light into the reference mirror 34 and reflecting the same.
  • the first reflected light and the second reflected light are combined to generate interference light.
  • the transfer device shifts the phase and acquires the reflected light and the interference light for each transitioned phase to more accurately measure the thickness and shape of the thin film.
  • the transfer apparatus is composed of a piezoelectric driver 36 (PZT), the piezoelectric driver 36 is moved by scanning in the optical axis direction to obtain the interference due to the optical path difference by the image spectrometer.
  • the transfer of the interferometer module 30 by the piezoelectric actuator 36 requires a precise transfer mechanism, and the piezoelectric actuator 36 enables the transfer of nanometer resolution using a position detection sensor.
  • linear variable differential transformers LVDTs
  • FIG. 6 illustrates a reflected light image of a single-layer thin film specimen obtained through an image spectrometer
  • FIG. 7 illustrates an interference fringe image of the single-layer thin film specimen obtained through an image spectrometer.
  • the light used as the light source of FIGS. 6 and 7 is a tungsten-halogen lamp, which has a Gaussian-type wavelength distribution of approximately 400 nm to 700 nm. Looking at the intensity distribution, you get a spectroscopic image in only a few areas (center).
  • the wavelength band was widened by using a supercontinum white light source having a wavelength range of 450 nm to 2400 nm. 8 shows the spectrum of a supercontinum white light source.
  • the wavelength distribution is broad over almost the entire band from the visible light band to the infrared region.
  • the limit of the wavelength band that can be obtained is determined by the detector.
  • the detector used in the experiment of the present invention is a CCD, and the wavelength distribution band is as shown in FIG.
  • FIG. 10 illustrates an interference fringe image when a tungsten halogen lamp light source is used
  • FIG. 11 illustrates an interference fringe image when a supercontinum white light source light source is used.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a process of calculating thickness and shape information of a multilayer structure according to an embodiment of the present invention.
  • an algorithm used to measure the thickness and shape of a multilayer thin film structure obtains an absolute reflectance value for a test specimen using a reflected light measurement method and uses a phase shift algorithm to obtain a reference mirror.
  • the method of extracting a phase from an interference signal is used.
  • Fig. 13 shows the measured absolute reflectance graph in the reflected light measurement mode.
  • 14 illustrates a phase graph extracted through the phase shift algorithm in the interference mode.
  • the interference with the reference mirror is blocked by the blocking plate (reflected light measurement mode) to obtain an absolute reflectance value for the measurement object, and as shown in FIG. 14, the blocking plate is opened to open the reference.
  • the blocking plate reflected light measurement mode
  • the obtained phase components can be divided into linear components and nonlinear components, as shown in FIG. 14. Since the components by the thickness of the thin film are nonlinear components, the absolute reflectance and the nonlinear phase components for the measurement object (sample) are used.
  • the function of the thin film thickness can be configured as in Equation 1 below.
  • Is the weight by the absolute reflectance value Denotes a weight due to nonlinear phase component values.
  • Wow The weight value determines the convergence of the function of the film thickness and the accuracy of the film thickness d, so adjust these two values accordingly.
  • the shape information h is finally obtained using the thin film thickness information d obtained through Equation 1 above. Will be measured.
  • the shape information h is finally obtained using the thin film thickness information d obtained through Equation 1 above. Will be measured.
  • Is the measured total phase component value Is a theoretical phase component value mathematically calculated in advance using the film thickness information d obtained through Equation 1.
  • the surface shape information h of the multilayer thin film may improve measurement accuracy through the optimization process as described above.
  • the surface shape information h may be calculated using Equation 2 using the thin film thickness information d obtained through Equation 1 above.
  • the thin film thickness information d is a value including all the thickness information of the multilayer thin film.
  • FIG. 15 is a sectional view schematically showing reflection and transmission of light inside the multilayer thin film.
  • FIG. 15 the light Ei incident in the multilayer thin film structure repeatedly performs the process of reflection and transmission as it enters each medium. Therefore, the display method using a determinant is effective for indicating the progress of incident light in such a complex multilayer thin film structure.
  • the distribution of light in the j-th layer can be classified into light traveling in the opposite direction to light traveling in the z-axis direction. If the former is represented by + and the latter is represented by-, the light distribution at any z position is represented by a matrix as shown in Equation 4 below.
  • Equation 5 may be simply expressed as Equation 5 as follows.
  • Equation 6 S is defined as a characteristic matrix of a multi-film structure. This characteristic matrix is a function that determines the relationship at any two positions in the thin film, and consists of the characteristic matrices at the interface and the characteristic matrices of the j th layer. When light travels from the i th layer to the j th layer, the characteristic matrix at the interface is expressed as in Equation 6 below.
  • Equation 7 represents the change in amplitude and phase that occurs when light is reflected or transmitted at the interface.
  • Equation 12 The characteristic matrix in the j-th layer having a thickness d j is expressed by Equation 12 below.
  • N i and N j represent the complex refractive indices of the incident medium and the transmission medium, respectively
  • r ijp and r ijs represent Fresnel reflection coefficients of p and s waves
  • t ijp and t iijs represent Fresnel transmission coefficients of p and s waves, respectively. it means.
  • Equation 12 Equation 12 below.
  • Equation 12 represents the amount of phase change experienced when light passes through the thin film layer. Assuming that the thin film structure is linear, the characteristic matrix is expressed as the product of all I ij and L ij matrices between the two layers when light travels from the i th layer to the j th layer.
  • Equation 15 the reflection coefficient is summarized as in Equation 15 below.
  • the reference phase change is an arbitrary phase irrespective of the wavelength of the measurement light source.
  • a method of obtaining the reference phase by the iterative calculation method using only the measured light intensity is applied to the measurement method according to the present invention. do.
  • the concept of a random phase measurement algorithm called A-bucket is as follows.
  • Equation 19 The light intensity difference ⁇ ij in Equations 17 and 18 is defined by Equation 19 below.
  • Equation 20 the error function is defined by the least-square method as shown in Equation 20 below.
  • Equation 21 The conditional expression for obtaining C i and S i , which minimizes the error function of Equation 20, is shown in Equation 21 below.
  • Equation 21 When Equation 21 is converted into a matrix form, Equation 21 may be expressed as Equation 22 below.
  • phase ⁇ i obtained from Equation 23 can be obtained without any constraint on the reference phase, only information on the reference phase ⁇ j is needed. Therefore, in order to calculate C i and S i in Equation (2-21), a reference phase value must be obtained.
  • Equation 24 the error function of ⁇ ij is defined by the least square method as in Equation 24.
  • Equation 26 is as follows.
  • Equation 26 cos ⁇ j and sin ⁇ j can be obtained, and the reference phase ⁇ j can be obtained from Equation 27 below.
  • Equation 21 is the reference phase and the equation for obtaining the C i, S i that minimizes the error function E i of the respective measuring point from the ⁇ j, Equation 26 and Equation 27 is a C i, S i is determined at all measurement points error function an equation for obtaining the ⁇ j which minimizes E j.
  • Step 1 Assume the reference phase is of arbitrary value ⁇ j 0 .
  • Step 2 Substitute ⁇ j k into Equation 21 to find C i k , S i k , which minimizes the error function E i .
  • Step 3 Substitute C i k , S i k obtained in Step 2 into Equations 25 and 26 to obtain ⁇ j k + 1 which minimizes the error function E j .
  • Step 4 ⁇ j k +1 converges Check whether the condition is satisfied, and if it is not satisfied, repeat step 2 and step 3 by increasing the repeating number k.
  • ⁇ is a very small value close to zero.
  • Step 5 Substitute ⁇ j k + 1 into Equation 27 to obtain C i k , S i k , which minimizes the error function E i, and then obtain the phase ⁇ i by Equation 23.
  • the number of measurement data needed to execute the A-bucket algorithm should be at least two and the number of phase shifts should be at least four times.
  • the phase shift method using the A-bucket algorithm mentioned above, and the thickness measurement of any thin film specimen using the reflected light measurement method was performed through simulation.
  • FIGS. 16 to 18 show the structure of the measurement sample during the simulation of the present invention.
  • the characteristics of the light source used were assumed to be a Gaussian-type spectrum distributed from 435 nm to 720 nm in consideration of the wavelength characteristics of the tungsten-halogen lamp, which is widely used, and the measurement sample is shown in FIGS. 16 to 18. It is assumed that two layers of transparent thin films (ZTO layer, IZTO layer) are coated on Cr substrate.
  • phase shift value ⁇ j 0 assumes a total of six phase shifts at equal intervals of 50 nm, but the actual phase shift amount is 33 nm, 97 nm, 92 nm, 170 nm, 230 nm as shown in FIG. 19. In this case, it was assumed that various driving was performed at 190 nm.
  • FIG. 20 to 26 illustrate interference signals of an image spectrometer according to the number of phase shifts obtained through simulations of the present invention. That is, FIG. 20 is an interference signal obtained by the image spectroscope after one phase shift, FIG. 21 is an interference signal obtained by the image spectroscope after two phase shift, and FIG. 22 is an interference obtained by the image spectrometer after three phase shift. 23 is an interference signal obtained by an image spectrometer after four phase shifts, FIG. 24 is an interference signal obtained by an image spectrometer after five phase shifts, and FIG. 25 is obtained by an image spectrometer after six phase shifts. 25 shows an interference signal acquired by the image spectrometer after seven phase shifts.
  • the convergent ⁇ j k + 1 was obtained for the wavelength range of the used light source and compared with the actual phase shift. It can be seen that the convergence degree is very high because the phase error amount is less than 1 nm.
  • FIG. 28 and 29 show graphs comparing the amount of phase shift and the amount of error obtained by A-bucket with respect to the actual amount of phase shift. That is, when the analysis is performed based on 570 nm, which is the center wavelength of the light source, the amount of phase shift obtained through A-bucket compared to the actual amount of phase shift is FIG. 28, and the amount of error corresponds to FIG. 29.
  • FIG. 30 shows a non-linear phase by thin film thickness
  • FIG. 31 shows a thickness distribution graph obtained through an optimization algorithm
  • FIG. 32 shows a measurement error of the IZTO thin film layer
  • FIG. 33 shows a graph of the measurement error of the ZTO thin film layer.
  • FIGS. 34 to 37 show a nonlinear phase and reflectance graph based on the thickness of the thin film
  • FIG. 35 shows a thickness distribution graph obtained through an optimization algorithm
  • FIG. 36 shows a measurement error of the IZTO thin film layer
  • FIG. 38 shows a graph of the measurement error of the ZTO thin film layer.
  • the calculation result shows a very small error value of 0.0105 nm or less.
  • FIG. 38 illustrates the IZTO thin film layer measurement error graph when only the phase value is used and the phase value and the reflectance are applied when measuring the thickness of the thin film.
  • FIG. 39 shows both the phase value and the reflectance when the phase value is used when the thin film thickness is measured. When applied, it shows the IZTO thin film measurement error graph.
  • the present invention can also be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which are also implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet). Include.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.
  • the above-described apparatus and method may not be limitedly applied to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be selectively combined in whole or in part in each of the embodiments so that various modifications may be made. It may be configured.
  • the present invention relates to a thickness and shape measuring apparatus and a measuring method of a multilayer film structure using an image spectroscopic optical system.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 반사광 측정법을 이용하여 다층 박막을 갖는 측정대상물에 대한 절대 반사율 값을 획득함과 동시에 위상천이 알고리즘을 이용해 기준미러와의 간섭신호로부터 위상을 추출하는 방법을 적용하여 다층 박막 구조물의 두께 및 형상을 측정할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법
본 발명은 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다.
박막의 두께를 측정하기 위한 측정법으로서 반사광 측정방법이 적용되고 있다. 도 1은 종래 박막 두께 측정을 위한 반사광 측정기의 기본 구조를 나타낸 구성도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 박막 두께 측정을 위한 반사광 측정기는 대략적으로 광원(11), 빔스플리터(2), 집광렌즈(3), 디텍터(4) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 광원(11)에서 광이 출사되어 빔스플리터(2)에 의해 출사광을 50:50의 비율로 분리시키고 분리되는 광 중 반사광은 집광렌즈(3)를 통해 집광되어 측정대상물(1)로 조사되게 된다.
조사되는 광은 측정대상물(1)의 상부층에서 반사되는 광과 하부층에서 반사되는 광으로 나누어지고 이러한 위상차를 디텍터(4)에서 측정, 분석하여 박막의 두께를 측정하게 된다.
또한, 박막 두께와 표면 형상을 동시에 측정할 수 있는 측정법은 아직도 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 분산형 백색광 간섭계에 대한 연구는 1994년 J.Schwider 와 Liang Zhou에 four-step grating에 대한 윤곽을 측정한 이래(J.Schwider, Liang Zhou, "Dispersive interferometric profilometer", Optics Letters, Vol.19, No.13, pp.995∼997), 1996년 U. Schnell(U. Schnell, R.Dandliker, S. Gray, "Dispersive white-light interferometry for absolute distance measurement with dielectric multilayer systems on the targer", Optics Letters, Vol. 21, No. 7, pp.528∼530)에 의해 다층 박막에 대한 표면 형상과 두께 측정이 보고 되었다.
도 2는 간섭계 원리를 이용한 박막 두께 및 형상 측정장치를 나타낸 구성도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 간섭계 원리를 이용한 박막 두께 및 형상 측정장치는 광원(11), 제1빔스플리터(20), 제2빔스플리터(23), 제1집광렌즈(5), 제2집광렌즈(6), 기준미러(34), 디텍터(4) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
도 2에 도시된 측정장치에 의하여, 광원(11)에서 출사된 광원은 제1빔스플리터(20)에 의해 일부는 반사되고 나머지는 투과되며, 제1빔스플리터(20)에 의해 반사된 광은 제2빔스플리터(23)에 입사되어 제2빔스플리터(23)에 의해 반사된 광은 제2집광렌즈(6)를 투과하여 기준미러(34)에 의해 반사된 후, 제2빔스플리터(23)에 반사되어 제2반사광으로서 디텍터(4)로 입사되고, 반면 제2빔스플리터(23)를 투과한 광은 제1집광렌즈(5)를 투과하여 측정대상물(1)에 반사된 후 제1반사광으로서 디텍터(4)에 입사되게 된다. 즉, 제1반사광과 제2반사광의 간섭광이 디텍터(4)에 입사되게 된다. 이러한 간섭광에는 박막에 대한 형상정보와 두께정보가 모두 포함되어 있게 된다.
도 3은 영상분광기로 구성된 디텍터의 구조를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 영상분광기는 한 라인에 대한 파장별 광강도분포를 분석할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 영상분광기(40)는 슬릿(42), 회절광학소자(43), CCD(44)를 포함하여, 측정하고자 하는 측정대상물에서 한 라인만의 영상만 획득하여 이를 회절광학소자(Diffractive Optics)를 통해 파장별 분광시킴으로서 한 라인에 대한 수백 개의 연속된 분광밴드를 얻는 장치에 해당한다. 이러한 영상분광기를 통해 박막의 형상 및 두께를 측정, 분석할 수 있게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 반사광 측정법을 이용하여 다층 박막을 갖는 측정대상물에 대한 절대 반사율 값을 획득함과 동시에 위상천이 알고리즘을 이용해 기준미러와의 간섭신호로부터 위상을 추출하는 방법을 적용하여 다층 박막 구조물의 두께 및 형상을 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은, 박막이 코팅된 측정대상물의 두께정보와 형상정보를 획득하기 위한 방법에 있어서, 광원에서 출사된 광을 빔스플리터에 의해 2개의 광으로 분할하는 제1단계; 상기 제1단계에서 분할된 2개의 광 중 하나의 광을 박막을 입힌 측정대상물에 입사시킨 후, 박막의 상층부와 하층부에서 반사되는 광이 간섭된 제1반사광을 영상분광기가 획득하는 제2단계; 상기 제1단계에서 분할된 2개의 광 중 나머지 하나의 광을 기준미러에 입사시킨 후 반사시켜 제2반사광을 획득하는 제3단계; 상기 제1반사광과 상기 제2반사광이 합쳐진 간섭광을 영상분광기가 획득하는 제4단계; 상기 제1반사광의 간섭무늬를 획득하여 절대 반사율 값을 구하는 제5단계; 상기 간섭광의 간섭무늬로부터 두께정보와 형상정보를 갖는 위상 성분값을 추출하는 제6단계; 상기 절대 반사율 값과 상기 위상 성분값으로부터 박막 두께정보를 측정하는 제7단계; 및 상기 제7단계에서 측정된 박막 두께정보와 상기 위상 성분값으로부터 박막 형상정보를 측정하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 간섭계 모듈은, 상기 빔스플리터와 상기 기준미러 사이에 구비되어, 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 선택적으로 흡수하는 블록킹 플레이트를 포함하고, 상기 제2단계는, 반사광 측정모드에서 상기 블록킹 플레이트가 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 흡수하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 간섭 모드에서, 상기 블록킹 플레이트는 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 차단하지 않고, 상기 제2단계 내지 제 4단계를 실행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 박막 두께정보를 측정을 위한 상기 위상 성분값은, 상기 제6단계에서 추출된 위상 성분값 중 비선형 성분인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 제7단계에서 측정되는 박막 두께정보는 이하의 수학식 1에 의해 측정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000001
상기 수학식 1에서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000002
는 영상분광기에서 획득한 파수(wave-number)별 절대 반사율 값,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000003
는 박막 두께에 의한 이론적 파수별 절대 반사율 값이고,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000004
는 영상분광기에서 획득한 파수별 비선형 위상 성분 값,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000005
는 박막 두께에 의한 이론적 파수별 위상 성분 값이며,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000006
는 절대 반사율 값에 의한 가중치,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000007
는 비선형 위상 성분 값에 의한 가중치이다.
그리고, 상기 제8단계에서 측정되는 박막 형상정보는 상기 수학식 1에 의해 얻어진 박막 두께 정보를 이용하여 이하의 수학식 2에 의해 측정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000008
상기 수학식 2에서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000009
는 측정된 전체 위상 성분값이고,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000010
는 박막 두께의 의한 이론적 위상 성분값이다.
그리고, 상기 제8단계에서 측정되는 박막 형상정보는 상기 수학식 1에 의해 얻어진 박막 두께 정보를 이용하여 이하의 수학식 2에 의해 측정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000011
상기 수학식 3에서,
여기서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000012
는 측정된 전체 위상 성분값이고,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000013
는 수학식 1을 통해 획득된 박막두께 정보 d를 이용하여 수학적으로 미리 계산된 이론적 위상 성분값이다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다층박막의 표면 형상 정보 h는 상기와 같은 최적화 과정을 통해 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 상기의 수학식 1을 통해 획득된 박막두께 정보 d를 이용하여 표면형상 정보 h는 상기의 수학식 2 또는 수학식 3을 통해 계산이 가능하다. 이때 박막두께 정보 d는 다층 박막의 모든 두께정보를 포함한 값이다.
그리고, 간섭계 모듈과 상기 측정대상물 간의 거리를 변화시키는 압전구동기를 포함하고, 상기 압전구동기에 의해 설정된 횟수만큼 설정된 거리로 위상을 천이하면서 상기 간섭모드를 실행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상천이 횟수마다 상기 간섭광의 간섭신호를 측정하고, 위상천이 알고리즘을 통해 상기 위상 성분값을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 위상천이 알고리즘은, 기준 위상을 임의의 값 δj 0로 가정하는 제6-1단계; δj k를 이하의 수학식 4에 대입하여 오차함수 Ei를 최소화하는 Ci k, Si k를 구하는 제6-2단계; 상기 단계 6-2에서 구한 Ci k, Si k를 이하의 수학식 5에 대입하여 오차함수 Ej를 최소화하는 δj k + 1를 구하는 제6-3단계; δj k +1가 수렴하면서
Figure PCTKR2016009500-appb-I000014
의 조건을 만족하는지 확인하고, 만족하지 않으면 반복번호 k를 증가시켜 상기 제6-2단계와 제6-3단계를 반복하는 제6-4단계; 및 δj k + 1를 이하의 수학식 4에 대입하여 오차함수 Ei를 최소화하는 Ci k, Si k를 구한 후 수학식 7에 의해 위상 성분값을 구하는 제6-5단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000015
상기 수학식 4에서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000016
이고,
[수학식 5]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000017
상기 수학식 5에서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000018
이며,
[수학식 6]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000019
[수학식 7]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000020
또 다른 카테고리로서 본 발명의 목적은, 박막이 코팅된 측정대상물의 두께정보와 형상정보를 획득하기 위한 장치에 있어서, 광을 출사하는 광원을 갖는 조명광학모듈; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광을 분할하는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터에서 분할된 일부광을 입사시킨 후 반사시켜 제2반사광을 출사시키는 기준미러와, 상기 기준미러로 입사되는 상기 일부광을 선택적으로 차단시키는 블록킹 플레이트를 갖는 간섭계 모듈; 상기 간섭계 모듈과, 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물 간의 거리를 변화시키는 압전구동부; 상기 기준미러로 입사되는 상기 일부광을 선택적으로 차단시키도록 블록킹 플레이트를 구동시키는 플레이트 구동부; 및 분할된 광 중 나머지 광이 박막을 입힌 측정대상물에 입사된 후, 박막의 상층부와 하층부에서 반사되는 광이 간섭된 제1반사광을 획득하고, 상기 제1반사광과 상기 제2반사광이 합쳐진 간섭광을 획득하여, 상기 제1반사광의 간섭무늬로부터 절대 반사율 값을 구하고, 상기 간섭광의 간섭무늬로부터 두께정보와 형상정보를 갖는 위상 성분값을 추출하며, 상기 절대 반사율 값과 상기 위상 성분값으로부터 박막 두께정보를 측정하고, 측정된 박막 두께정보와 상기 위상 성분값으로부터 박막 형상정보를 측정하는 영상분광모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치로서 달성될 수 있다.
그리고, 상기 영상분광모듈은 상기 절대 반사율 값과 상기 위상 성분값으로부터 추출한 비선형 위상성분값으로부터 박막 두께정보를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 반사광 측정모드에서 상기 플레이트 구동부는 블록킹 플레이트가 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 차단하도록 상기 블록킹 플레이트를 구동하고, 간섭 모드에서, 상기 플레이트 구동부는 상기 블록킹 플레이트가 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 차단하지 않도록 상기 블록킹 플레이트를 구동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 압전구동기에 의해 설정된 횟수만큼 설정된 거리로 위상을 천이하면서 상기 간섭모드를 실행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상천이 횟수마다 상기 간섭광의 간섭신호를 측정하고, 위상천이 알고리즘을 통해 상기 위상 성분값을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 반사광 측정법을 이용하여 다층 박막을 갖는 측정대상물에 대한 절대 반사율 값을 획득함과 동시에 위상천이 알고리즘을 이용해 기준미러와의 간섭신호로부터 위상을 추출하는 방법을 적용하여 다층 박막 구조물의 두께 및 형상을 측정할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 박막 두께 측정을 위한 반사광 측정기의 기본 구조를 나타낸 구성도,
도 2는 간섭계 원리를 이용한 박막 두께 및 형상 측정장치를 나타낸 구성도,
도 3은 영상분광기로 구성된 디텍터의 구조를 나타낸 사시도,
도 4는 반사광 측정모드에서의 본 발명의 일실시예에 따른 반사광과 간섭광을 이용한 다층막 구조물의 두께, 형상 측정장치의 구성도,
도 5는 간섭 모드에서의 본 발명의 일실시예에 따른 반사광과 간섭광을 이용한 다층막 구조물의 두께, 형상 측정장치의 구성도,
도 6은 영상분광기를 통해 획득한 단층 박막 시편의 반사광 영상,
도 7은 영상분광기를 통해 획득한 단층 박막 시편의 간섭무늬 영상,
도 8은 supercontinum white light source의 스펙트럼,
도 9는 CCD의 파장별 민감도 특성을 나타낸 그래프,
도 10은 텅스텐 할로겐 램프 광원을 사용한 경우 간섭무늬 영상,
도 11은 supercontinum white light source 광원을 사용한 경우 간섭무늬 영상,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 다층막 구조물의 두께 및 형상 정보를 산출해 내는 과정을 나타낸 도면,
도 13은 반사광 측정모드에서, 측정된 절대 반사율 그래프,
도 14는 간섭 모드에서의 위상천이알고리즘을 통해 추출된 위상 그래프,
도 15는 다층박막 내부의 광의 반사 및 투과를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 16 내지 도 18은 본 발명의 모의 실험시 측정 샘플의 구조,
도 19는 위상천이 횟수에 따른 초기위상천이량과 실제위상천이량 그래프,
도 20 내지 도 26은 본 발명의 모의 실험을 통해 획득된 위상천이 횟수에 따른 영상분광기의 간섭신호,
도 27은 본 발명의 모의 실험을 통해 획득된 파장에 따른 위상천이 최대 오차량
도 28 및 도 29는 실제 위상천이량 대비 A-bucket으로 획득한 위상천이량 및 오차량 비교그래프,
도 30은 박막두께에 의한 비선형 위상, 도 31은 최적화 알고리즘을 통해 획득된 두께 분포 그래프, 도 32는 IZTO 박막층 측정오차, 도 33은 ZTO 박막층 측정오차 그래프,
도 34는 박막두께에 의한 비선형 위상 및 반사율 그래프, 도 35는 최적화 알고리즘을 통해 획득된 두께 분포 그래프, 도 36은 IZTO 박막층 측정오차, 도 37은 ZTO 박막층 측정오차 그래프,
도 38은 박막두께 측정시 위상값만을 이용한 경우와 위상값과 반사율을 모두 적용한 경우 IZTO 박막층 측정 오차그래프,
도 39는 박막두께 측정시 위상값만을 이용한 경우와 위상값과 반사율을 모두 적용한 경우 IZTO 박막층 측정 오차그래프를 도시한 것이다.
<부호의 설명>
1:측정대상물 2:빔스플리터 3:집광렌즈
4:디텍터 5:제1집광렌즈 6:제2집광렌즈
10:조명광학모듈 11:광원 12:조명 광학계
20:제1빔스플리터 30:간섭계모듈 31:하우징
32:제1렌즈 33:제2빔스플리터 34:기준미러
35:블록킹 플레이트 36:압전구동기 40:영상분광모듈
41:제2렌즈 42:슬릿 43:회절광학소자
44:CCD
100:영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 반사광과 간섭광을 이용한 다층막 구조물의 두께 및 형상 측정장치, 그리고 그 장치를 이용한 다층막 구조물의 두께 및 형상 측정방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 4는 반사광 측정모드에서의 본 발명의 일실시예에 따른 반사광과 간섭광을 이용한 다층막 구조물의 두께, 형상 측정장치(100)의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 5는 간섭 모드에서의 본 발명의 일실시예에 따른 반사광과 간섭광을 이용한 다층막 구조물의 두께, 형상 측정장치(100)의 구성도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 플레이트 구동부에 의해 블록킹 플레이트(35)가 구동되어 반사광 측정모드와 간섭모드를 선택하여 구성되어 질 수 있음을 알 수 있다. 전체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 반사광과 간섭광을 이용한 다층막 구조물의 두께 및 형상 측정장치(100)는 광대역 파장 폭을 가진 광원(11)을 측정대상물에 균일하게 빔을 입사시키기 위한 조명광학모듈(10)과, 측정대상물의 반사율과 위상을 측정하기 위한 간섭계모듈(30)과, 측정광을 파장별 광강도 분포로 얻기 위한 영상분광모듈(40) 부분으로 나누어질 수 있다.
조명광학모듈(10)의 광원(11)은 백색광을 출사하는 텅스텐-할로겐 램프로 구성될 수 있고, 광학계(12)에 의해 일정한 폭의 평행광으로 출사되게 된다.
그리고, 광학계(12)를 투과한 백색광은 제1빔스플리터(20)에 입사된다. 제1빔스플리터(20)는 입사되는 백색광을 50:50의 비율로 분리시키고, 분리는 동시에 진행되는 것이 아닌 측정과정에 따라 순차적으로 이루어진다.
제1빔스플리터(20)의 반사각은 백색광의 입사방향에 대해 약 45°정도이므로, 반사되는 백색광은 입사방향에 수직하게 반사된다. 제1빔스플리터(20)의 반사각에 대응하여 간섭계모듈(30)이 위치하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 간섭계모듈(30)은 제1렌즈(32)와, 제2빔스플리터(33), 기준미러(34), 블록킹 플레이트(35)를 포함하여 구성되며, 제1렌즈(32), 제2빔스플리터(33), 기준미러(34), 블록킹 플레이트(35)는 하우징(31) 내에 장착되게 된다. 또한, 간섭계모듈(30)은 하우징(31)을 측정대상물 측으로 이동시키는 이송장치를 포함하여 구성된다.
제1빔스플리터(20)에서 반사된 백색광은 제1렌즈(32)를 투과하면서 한 지점으로 모아지도록 초점 맞추기가 실행되며, 제1렌즈(32)를 투과한 백색광이 한 지점에 모아지는 즉 초점이 맞추어지는 위치 전방에 제2빔스플리터(33)가 위치하게 된다. 이때 제2빔스플리터(33)에 도달한 광의 일부는 제2빔스플리터(33)를 투과하여 측정대상물에 조사되게 된다. 그리고, 반사광 측정모드에서 나머지는 제2빔스플리터(33)에 반사된 광은 볼록킹 플레이트(35)에 흡수되어 제거되게 된다.
그리고, 간섭모드에서는 블록킹 플레이트(35)가 열리게 되면서, 제2빔스플리터(33)에 반사된 광은 기준미러(34)에 반사되고 제2빔스플리터(33)에 반사되어 출사되게 된다.
이와 같이 간섭계모듈(30)은, 제1렌즈(32) 및 제2빔스플리터(33) 및 기준미러(34)로 이루어진 시스템이며, 여기에 블록킹 플레이트(35)가 포함됨으로써, 블록킹 플레이트(35)의 선택적인 백색광 차단에 따라 2가지 모드로 동작하게 된다.
아울러 제2빔스플리터(33)에 의해 분리되어 기준미러(34)와 측정대상물에 각각 입사되었던 백색광은 특히 측정대상물에 조사되면서 진폭 및 위상의 변화를 겪게 된다. 이러한 진폭 및 위상의 변화는 형상정보와, 두께 정보를 가지므로 인해 발생되는 것으로, 이러한 각 정보를 블록킹 플레이트(35)의 동작 여하에 따른 각 모드에 따라 분리하여 측정할 수 있다.
이와 같이 조사되었던 백색광은 다시 반사되어 제2빔스플리터(33)를 투과한 뒤, 제1렌즈(32)를 투과하면서 진행 폭이 다시 정렬되어 평행광이 된다. 그리고 제 1빔스플리터와 제2렌즈(41)를 통과하여 영상분광모듈(40)로 입사되게 된다. 이러한 영상분광모듈(40)은 슬릿(42), 회절광학소자(43), 그리고 광경로차에 의한 간섭무늬를 얻을 수 있는 CCD(44) 등으로 구성된 영상분광기로서 박막의 두께 정보와 표면 형상정보를 갖는 간섭신호로 획득된다.
즉, 이러한 과정을 모드별로 살펴보면, 먼저 박막두께정보를 획득하기 위해 제2빔스플리터(33)에서 분할된 백색광은 다층박막을 입힌 측정대상물에 입사되어 박막의 상층부와 박막의 하층부에서 반사되어 간섭된 제1반사광을 획득하고 제1반사광의 위상을 구하기 위해 블록킹 플레이트(35)가 온되어 박막의 두께 정보만을 획득할 수 있다.
그리고, 형상정보를 획득하기 위해 블록킹 플레이트(35)를 오프시켜 제2빔스플리터(33)에서 분할된 백색광으로부터 측정대상물에서 반사된 제1반사광과 기준미러(34)로 부터의 제2반사광을 간섭시켜 간섭광을 획득하여 박막의 형상정보를 획득할 수 있다. 즉, 간섭광의 위상으로부터 박막의 두께정보가 포함된 박막의 표면정보를 획득하게 되는데, 제1반사광으로 얻는 박막두께정보와 간섭광으로부터 얻은 박막의 두께정보가 포함된 박막의 표면정보로부터 박막의 두께정보와 박막의 표면정보를 획득한다.
이러한 과정을 단계별로 살펴보면, 백색광을 출사하는 광원(11)을 제1빔스플리터(20)를 적용하여 2개로 분할하고 분할된 2개의 백색광 중 하나의 백색광을 박막을 입힌 측정대상물에 입사시킨 후 박막의 상층부와 박막의 하층부에서 반사되는 광으로 간섭된 제1반사광을 획득한다. 그리고 분할된 2개의 백색광 중 나머지 하나의 백색광을 기준미러(34)에 입사시킨 후 반사시켜 제2반사광을 획득한다. 여기서, 제1반사광과 제2반사광을 합쳐 간섭광을 생성한다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 간섭계모듈(30)을 이송시키는 이송장치를 포함하여 구성된다. 따라서 이러한 이송장치에 의해 위상을 천이시키고 천이된 위상별로 반사광과 간섭광을 획득하여 보다 정밀하게 박막의 두께와 형상을 측정할 수 있게 된다.
이러한 이송장치는 압전구동기(36)(PZT)로 구성되며, 압전구동기(36)는 광축방향으로 주사이동시켜서 광경로차에 의한 간섭무뉘를 영상분광기에 의해 얻을 수 있게 된다. 압전구동기(36)에 의한 간섭계모듈(30)의 이송은 정밀 이송메카니즘이 요구되며, 위치점출센서를 이용하여 압전구동기(36)가 나노미터 분해능의 이송이 가능하도록 하며, 위치검출기는 정전용량형이나 LVDT(linear variable differential transformer)가 널리 사용된다.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 일실시예에 따른 반사광과 간섭광을 이용한 다층막 구조물의 두께 및 형상 측정장치를 이용한 실험 결과에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 앞서 언급한 측정장치를 제작하여 다층박막을 측정하기에 앞서 단층박막시편에 대해서 반사율과 간섭무늬를 획득해 보았다. 도 6은 영상분광기를 통해 획득한 단층 박막 시편의 반사광 영상을 도시한 것이고, 도 7은 영상분광기를 통해 획득한 단층 박막 시편의 간섭무늬 영상을 도시한 것이다.
현재 도 6 및 도 7의 광원으로 사용된 광은 텅스텐-할로겐 램프로 광원의 스펙트럼 분포가 대략 400 nm부터 700 nm까지 가우시안 형태의 파장 분포를 가지고 있어 현재 사용된 영상 분광기를 통해 획득한 파장별 광강도 분포를 살펴보면 일부 영역(가운데 부분)에서만 분광된 영상을 얻게 된다.
이를 확장시키기 위해서는 좀 더 광대역 분포가 더 넓은 광원을 사용하는 것이 좋다. 이는 파장 대역이 더 넓을수록 측정하고자 하는 시편에 대한 정보(파장별 반사율 및 위상 정보)를 더 많이 얻을 수 있기 때문이다. 따라서 파장대역의 분포가 450 nm부터 2400nm의 파장 분포를 가지고 있는 supercontinum white light source를 사용하여 파장 대역을 넓혔다. 도 8은 supercontinum white light source의 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가시광선 대역에서부터 적외선 영역에 이르기까지 거의 전 대역에 걸친 넓은 파장분포를 보임을 알 수 있다. 하지만 디텍터의 반응 대역이 제한적이다 보니 실제로 얻을 수 있는 파장대역의 한계는 디텍터에 의해 결정이 된다. 본 발명의 실험에서 사용하고 있는 디텍터는 CCD로서 파장분포 대역은 도 9와 같다.
도 10은 텅스텐 할로겐 램프 광원을 사용한 경우 간섭무늬 영상을 도시한 것이고, 도 11은 supercontinum white light source 광원을 사용한 경우 간섭무늬 영상을 도시한 것이다. 본 발명의 실험을 통해 파장별 간섭무늬를 획득한 결과 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 기존의 텅스텐-할로겐 램프를 광원으로 사용했을 때보다 더 넓은 파장대역에 걸친 간섭무늬를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 다층막 구조물의 삼차원 형상 및 두께 측정 알고리즘을 실험결과를 토대로 설명하도록 한다. 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 다층막 구조물의 두께 및 형상 정보를 산출해 내는 과정을 나타낸 도면을 도시한 것이다.
본 발명의 일실시예에서는 박막의 두께 및 형상을 동시에 측정하기 위해 반사광 측정법과 분산 백색광 측정원리를 결합하여 도 12에 도시된 바와 같이, 복잡한 구조물의 두께 및 형상을 독립적으로 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따라 다층의 박막 구조물의 두께 및 형상을 측정하기 위해 사용된 알고리즘은 반사광 측정법을 이용한 측정 시편에 대한 절대 반사율 값을 획득함과 동시에, 위상천이 알고리즘을 이용해 기준미러와의 간섭신호로부터 위상을 추출하는 방법을 이용하는 것이다.
도 13은 반사광 측정모드에서, 측정된 절대 반사율 그래프를 도시한 것이다. 그리고, 도 14는 간섭 모드에서의 위상천이알고리즘을 통해 추출된 위상 그래프를 도시한 것이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 블록킹 플레이트에 의해 기준미러와의 간섭을 차단하여(반사광 측정모드) 측정 대상물에 대한 절대반사율 값을 획득하고, 도 14에 도시된 바와 같이, 블록킹 플레이트를 개방하여 기준미러와의 간섭을 통해 파장별 위상성분을 얻을 수 있게 된다.
이때, 얻어진 위상성분은 도 14에 도시된 바와 같이, 크게 선형성분과 비선형 성분으로 나눌 수 있는데 박막 두께에 의한 성분은 비선형 성분이기 때문에 측정대상물(시편)에 대한 절대 반사율과 비선형 위상성분을 이용하면 박막 두께에 대한 함수를 이하의 수학식 1과 같이 구성할 수 있게 된다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000021
이때,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000022
는 실험을 통해 획득한 파수(wave-number)별 절대 반사율 값,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000023
는 박막 두께 d에 의한 이론적 파수별 절대 반사율 값이다.
또한,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000024
는 실험을 통해 획득한 파수 별 비선형 위상 성분 값,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000025
는 박막 두께 d에 의한 이론적 파수 별 위상 성분 값이다.
그리고,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000026
는 절대 반사율 값에 의한 가중치,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000027
는 비선형 위상 성분 값에 의한 가중치를 뜻한다. 즉,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000028
와
Figure PCTKR2016009500-appb-I000029
가중치 값에 따라 박막두께에 대한 함수의 수렴도와 박막 두께 d의 정확도가 달라지므로 상황에 맞춰 이 두 값을 조절해야 한다.
그리고, 기준미러와의 간섭을 통한 위상 신호는 이하의 수학식 2와 같이 박막의 형상과 두께 정보를 모두 포함하고 있으므로 상기의 수학식 1을 통해 얻은 박막 두께 정보 d를 이용해 최종적으로 형상정보 h를 측정하게 된다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000030
이때,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000031
는 측정된 전체 위상 신호를 나타내고,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000032
는 박막 두께의 의한 이론적 위상 신호로서 박막 두께 정보 d를 알면 이론적으로 계산이 가능하다.
또는, 기준미러와의 간섭을 통한 위상 신호는 이하의 수학식 3과 같이 박막의 형상과 두께 정보를 모두 포함하고 있으므로 상기의 수학식 1을 통해 얻은 박막 두께 정보 d를 이용해 최종적으로 형상정보 h를 측정하게 된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000033
상기 수학식 3에서,
여기서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000034
는 는 측정된 전체 위상 성분값이고,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000035
는 수학식 1을 통해 획득된 박막두께 정보 d를 이용하여 수학적으로 미리 계산된 이론적 위상 성분값이다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다층박막의 표면 형상 정보 h는 상기와 같은 최적화 과정을 통해 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 상기의 수학식 1을 통해 획득된 박막두께 정보 d를 이용하여 표면형상 정보 h는 상기의 수학식 2를 통해 계산이 가능하다. 이때 박막두께 정보 d는 다층 박막의 모든 두께정보를 포함한 값이다.
다층의 박막의 경우 이론적 위상성분값은 아래와 같이 계산이 된다. 도 15는 다층박막 내부의 광의 반사 및 투과를 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 다층의 박막 구조에서 입사된 광 Ei는 각 매질로 입사될 때마다 반사와 투과의 과정을 반복적으로 수행한다. 따라서 이러한 복잡한 다층의 박막구조에서 입사광의 진행을 나타낼 때는 행렬식을 이용하여 표시하는 방법이 효과적이다.
입사광 Ei가 박막 내부에서 파면이 진행할 때 j번째 층에서의 광의 분포는 크게 z축 방향으로 진행하는 광과 반대 방향으로 진행하는 광으로 분류할 수 있다. 전자를 +로 표현하고 후자를 -로 표현하면 임의의 z위치에서 광의 분포는 이하의 수학식 4와 같이 행렬로 표현된다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000036
임의의 z축 상의 두 위치 z1과 z2 사이에는 다음과 같은 수학식 5의 관계가 존재한다고 가정한다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000037
그리고, 이러한 수학식 5는 아래와 같이 수학식 5로 간단히 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000038
수학식 6에서 S를 다중 박막구조의 특성 행렬이라 정의한다. 이 특성 행렬은 박막 내의 임의의 두 위치에서 관계를 결정하는 함수로서, 경계면에서의 특성 행렬들과 j번째 층의 특성 행렬들로 구성된다. 광이 i번째 층에서 j번째 층으로 진행할 때, 경계면에서의 특성 행렬은 이하의 수학식 6과 같이 표현된다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000039
수학식 7에서 rij, tij는 이하의 수학식 7 내지 10에서와 같이 i, j층에서의 Fresnel 반사계수, 투과계수를 의미한다. 수학식 7은 경계면에서 광이 반사 또는 투과될 때 겪는 진폭과 위상의 변화를 나타낸다. 두께 dj인 j번째 층에서의 특성 행렬은 이하의 수학식 12와 같이 표현된다.
[수학식 8]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000040
[수학식 9]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000041
[수학식 10]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000042
[수학식 11]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000043
여기서, Ni, Nj는 각각 입사매질과 투과매질의 복소 굴절률을 나타내고, rijp와 rijs는 p파와 s파의 Fresnel 반사계수, tijp와 tiijs는 p파와 s파의 Fresnel 투과계수를 의미한다.
[수학식 12]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000044
수학식 12에서 β는 이하의 수학식 12로 표현된다.
[수학식 13]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000045
상기 수학식 12는 광이 박막층을 통과할 때 겪는 위상 변화량을 나타낸다. 박막구조가 선형적이라 가정하면, 광이 i번째 층에서 j번째 층으로 진행할 때 특성 행렬은 두 층 사이의 모든 Iij와 Lij행렬의 곱으로 표현이 된다.
앞서 언급한 수학식 5를 이용하여 반사계수를 구할 경우, zo위치는 0번 층에 접한 최상층 표면이고, zs는 기저층(substrate)의 위치가 된다. 일반적으로 기저층 안으로 진행하는 광은 반사광을 만들지 않는다고 가정하므로 E-(zs)=0이 된다. 이를 적용하면 상기 수학식 5는 아래와 같이 표현된다.
[수학식 14]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000046
그리고, 이를 이용하면 반사 계수는 다음의 수학식 15와 같이 정리된다.
[수학식 15]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000047
즉
Figure PCTKR2016009500-appb-I000048
는 수학식 15의 반사 계수의 위상을 나타내기 때문에 이하의 수학식 16과 같이 표현된다.
[수학식 16]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000049
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따라 앞서 언급한 수학식 2 또는 3으로 표현되는 기준미러와의 광 간섭을 획득하는 방법에 대해서 설명하도록 한다.
측정된 간섭무늬로부터 위상을 획득하기 위해서는 기준위상변화량을 사용하는 광원의 파장을 기준으로 등간격으로 움직여야 한다. 하지만 실제적으로 기준위상변화량을 정확하게 본 발명에서 사용하고 있는 다파장 광원의 전체 파장 대역에 맞춰 등간격으로 동일하게 움직이기는 불가능하다.
따라서 측정광원의 파장에 무관하게 기준위상변화가 임의의 위상이라고 가정하고, 이때 측정된 광강도만을 가지고 반복연산법에 의한 기준위상을 구하는 방법을 본 발명에 따른 측정방법에 적용해 위상을 구하고자 한다. A-bucket이라고 불리는 임의위상 측정알고리즘의 개념은 다음과 같다.
임의의 측정점 i(i=1,...,n)에서 j(j=1,...,m)번째 간섭무늬의 광강도는 아래와 같이 표현된다.
[수학식 17]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000050
여기서 Φi는 박막의 두께 및 형상 정보가 포함된 측정하고자 하는 위상 값이고 δj는 기준위상변화값을 나타낸다. 따라서 기준위상변화를 시작하기 전(δ0=0)의 광강도는 이하의 수학식 18로 표현된다.
[수학식 18]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000051
수학식 17과 수학식 18에서의 광강도 차(ψij)는 이하의 수학식 19로 정의된다.
[수학식 19]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000052
수학식 20에서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000053
가 된다.
ψij의 실제 측정값을
Figure PCTKR2016009500-appb-I000054
라 하면 위상 Φi는 오차를 포함하는
Figure PCTKR2016009500-appb-I000055
로 부터 최적의 Φi를 구하는 문제이기 때문에, 오차함수를 최소자승법에 의해 정의하면 아래의 수학식 20과 같다.
[수학식 20]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000056
수학식 20의 오차함수를 최소화하는 Ci, Si를 구하기 위한 조건식은 이하의 수학식 21과 같다.
[수학식 21]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000057
그리고, 수학식 21을 행렬 형태로 변환하면 이하의 수학식 22로 표현될 수 있다.
[수학식 22]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000058
수학식 22에서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000059
이다.
또한, 수학식 22에서 Ci, Si를 구하면 이로부터 위상 Φi를 수학식 23과 같이 구할 수 있게 된다.
[수학식 23]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000060
수학식 23으로부터 구한 위상 Φi은 기준위상에 대한 어떠한 제약조건도 없이 구해질 수 있기 때문에 기준 위상 δj에 대한 정보만 있으면 된다. 따라서 식 (2-21)에서의 Ci, Si를 구하기 위해서 기준 위상 값을 구해야 된다.
기준 위상 δj를 구하기 위해 ψij의 오차함수를 앞에서와 같이 최소자승법에 의해 정의를 하면 수학식 24와 같다.
[수학식 24]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000061
ψij의 실제 측정값을
Figure PCTKR2016009500-appb-I000062
라 하면 기준위상 δj는 오차를 포함하는
Figure PCTKR2016009500-appb-I000063
로부터 최적의 δj를 구하는 문제이기 때문에 오차 함수를 최소화하는 δj를 구하기 위한 조건식은 이하의 수학식 25와 같다.
[수학식 25]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000064
그리고, 수학식 25를 정리하여 행렬 형태로 표현하면 이하의 수학식 26과 같다.
[수학식 26]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000065
수학식 26에서,
Figure PCTKR2016009500-appb-I000066
이다.
수학식 26에서 cosδj, sinδj를 구하고 이로부터 기준위상 δj를 이하의 수학식 27과 같이 구할 수 있게 된다.
[수학식 27]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000067
수학식 21은 기준위상 δj로부터 각 측정점들의 오차함수 Ei를 최소화하는 Ci, Si를 구하는 식이고, 수학식 26와 수학식 27은 모든 측정점에서 Ci, Si가 결정되면 오차함수 Ej를 최소화하는 δj를 구하는 식이다.
따라서 오차함수를 최소화하는 Ci, Si, δj를 구하기 위해서는 아래 단계와 같은 반복연산을 사용해야 한다. 여기서 k는 반복횟수이다.
단계 1: 기준 위상을 임의의 값 δj 0로 가정한다.
단계 2: δj k를 수학식 21에 대입하여 오차함수 Ei를 최소화하는 Ci k, Si k를 구한다.
단계 3: 단계 2에서 구한 Ci k, Si k를 수학식 25와 수학식 26에 대입하여 오차함수 Ej를 최소화하는 δj k+1를 구한다.
단계 4: δj k +1가 수렴하면서
Figure PCTKR2016009500-appb-I000068
의 조건을 만족하는지 확인하고, 만족하지 않으면 반복번호 k를 증가시켜 단계 2와 단계 3을 반복하게 된다. 이때 ε은 0에 가까운 아주 작은 값이다.
단계 5: δj k + 1를 수학식 27에 대입하여 오차함수 Ei를 최소화하는 Ci k, Si k를 구한 후 수학식 23에 의해 위상 Φi를 구한다.
위의 과정에서 수렴여부와 수렴속도는 측정해야 되는 데이터 수인 i (i=1,...,n)와 위상천이 횟수인 j (j=1,...,m), 초기 위상 예상치 δj 0에 따라 달라진다. 만약에 측정 데이터의 수가 n, 위상천이 횟수가 m이라 가정하면 총 미지수의 개수는 2n+m-1이 되고, 총 방정식의 개수는 n(m-1)이 된다. 따라서 유일한 해를 구하기 위해서는 총 미지수의 개수보다 방정식의 개수가 많아야 하므로 수학식 28과 같은 관계가 성립해야 된다.
[수학식 28]
Figure PCTKR2016009500-appb-I000069
위 식으로부터 A-bucket 알고리즘을 수행하기 위해 필요한 측정 데이터의 수는 최소 2개 이상이며 위상천이 회수는 최소 4번 이상을 해야된다.
본 발명의 실험예에서는 앞서 언급한 A-bucket 알고리즘을 이용한 위상천이 방법과, 반사광 측정법을 사용하여 임의의 박막 시편에 대한 두께 측정을 모의 실험을 통해 수행해 보았다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 모의 실험시 측정 샘플의 구조를 도시한 것이다. 사용 광원의 특성은 주로 많이 사용되고 있는 텅스텐-할로겐 램프의 파장 특성을 고려하여 435 nm부터 720 nm까지 가우시안 형태의 스펙트럼이 분포되어 있다고 가정을 하였고, 측정 샘플은 도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이 Cr 재질의 기저층(substrate) 위에 2개의 각기 다른 매질의 투명 박막(ZTO층, IZTO층)층이 도포되어 있다고 가정을 하였다.
도 19는 위상천이 횟수에 따른 초기위상천이량과 실제위상천이량 그래프를 도시한 것이다. 기 위상 천이 값인 δj 0는 50 nm씩 등 간격으로 총 6번의 위상천이를 하였다고 가정하였지만 실제 구동된 위상 천이량은 도 19에 도시된 바와 같이 33 nm, 97 nm, 92nm, 170 nm, 230 nm, 190 nm로 다양하게 구동되었다고 가정하였다.
그리고, 도 20 내지 도 26은 본 발명의 모의 실험을 통해 획득된 위상천이 횟수에 따른 영상분광기의 간섭신호를 나타낸 것이다. 즉, 도 20은 1회 위상천이 후 영상분광기에서 획득된 간섭신호이고, 도 21은 2회 위상천이 후 영상분광기에서 획득된 간섭신호이며, 도 22는 3회 위상천이 후 영상분광기에서 획득된 간섭신호이고, 도 23은 4회 위상천이 후 영상분광기에서 획득된 간섭신호이며, 도 24는 5회 위상천이 후 영상분광기에서 획득된 간섭신호이고, 도 25는 6회 위상천이 후 영상분광기에서 획득된 간섭신호이며, 도 25는 7회 위상천이 후 영상분광기에서 획득된 간섭신호를 나타낸 것이다.
본 발명에서 적용된 A-bucket 알고리즘을 이용해 사용된 광원의 파장 범위에 대해서 수렴된δj k + 1를 구해 실제 위상 천이량과 비교를 해본 결과 도 27에서 보는 바와 같이 사용광원의 전 파장대역에 걸쳐 1 nm 이하의 위상 오차량을 보여 매우 높은 수렴도를 보임을 알 수 있다.
도 28 및 도 29는 실제 위상천이량 대비 A-bucket으로 획득한 위상천이량 및 오차량 비교그래프를 도시한 것이다. 즉, 광원의 중심 파장인 570 nm를 기준으로 분석해 보면 실제 위상 천이량 대비 A-bucket을 통해 획득한 위상 천이량은 도 28이고, 오차량은 도 29에 해당한다.
다음으로는 A-bucket으로 획득한 위상천이량을 바탕으로 박막두께에 의한 비선형 위상을 뽑아내고 이로부터 IZTO층과 ZTO층의 박막 두께 값을 산출해 보았다. 도 30은 박막두께에 의한 비선형 위상, 도 31은 최적화 알고리즘을 통해 획득된 두께 분포 그래프, 도 32는 IZTO 박막층 측정오차, 도 33은 ZTO 박막층 측정오차 그래프를 도시한 것이다. 도 30 내지 도 33에 도시된 바와 같이, 측정 결과 약 1 nm 이하의 오차값을 보임을 알 수 있다.
다음으로는 박막 두께에 의한 비선형 위상 추출과 동시에 반사율을 통한 박막두께 값을 모의 실험을 통해 산출하였다. 도 34는 박막두께에 의한 비선형 위상 및 반사율 그래프, 도 35는 최적화 알고리즘을 통해 획득된 두께 분포 그래프, 도 36은 IZTO 박막층 측정오차, 도 38은 ZTO 박막층 측정오차 그래프를 도시한 것이다. 도 34 내지 도 37에 도시된 바와 같이, 산출 결과 0.0105 nm 이하의 매우 작은 오차값을 보임을 알 수 있다.
도 38은 박막두께 측정시 위상값만을 이용한 경우와 위상값과 반사율을 모두 적용한 경우 IZTO 박막층 측정 오차그래프를 도시한 것이고, 도 39는 박막두께 측정시 위상값만을 이용한 경우와 위상값과 반사율을 모두 적용한 경우 IZTO 박막층 측정 오차그래프를 도시한 것이다.
즉, 다층박막의 두께 측정시 위상값만을 사용했을 때보다 위상값과 반사율 값을 동시에 사용하여 본 발명에서 제시된 수학식 1을 이용하여 최적화를 수행하게 되면 100배 이상의 측정 정확도를 향상시킴을 알 수 있다.
한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다.

Claims (16)

  1. 박막이 코팅된 측정대상물의 두께정보와 형상정보를 획득하기 위한 방법에 있어서,
    광원에서 출사된 광을 빔스플리터에 의해 2개의 광으로 분할하는 제1단계;
    상기 제1단계에서 분할된 2개의 광 중 하나의 광을 박막을 입힌 측정대상물에 입사시킨 후, 박막의 상층부와 하층부에서 반사되는 광이 간섭된 제1반사광을 영상분광기가 획득하는 제2단계;
    상기 제1단계에서 분할된 2개의 광 중 나머지 하나의 광을 기준미러에 입사시킨 후 반사시켜 제2반사광을 획득하는 제3단계;
    상기 제1반사광과 상기 제2반사광이 합쳐진 간섭광을 영상분광기가 획득하는 제4단계;
    상기 제1반사광의 간섭무늬를 획득하여 절대 반사율 값을 구하는 제5단계;
    상기 간섭광의 간섭무늬로부터 두께정보와 형상정보를 갖는 위상 성분값을 추출하는 제6단계;
    상기 절대 반사율 값과 상기 위상 성분값으로부터 박막 두께정보를 측정하는 제7단계; 및
    상기 제7단계에서 측정된 박막 두께정보와 상기 위상 성분값으로부터 박막 형상정보를 측정하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    간섭계 모듈은, 상기 빔스플리터와 상기 기준미러 사이에 구비되어, 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 선택적으로 흡수하는 블록킹 플레이트를 포함하고,
    상기 제2단계는, 반사광 측정모드에서 상기 블록킹 플레이트가 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    간섭 모드에서,
    상기 블록킹 플레이트는 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 차단하지 않고, 상기 제2단계 내지 제 4단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 박막 두께정보를 측정을 위한 상기 위상 성분값은,
    상기 제6단계에서 추출된 위상 성분값 중 비선형 성분인 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제7단계에서 측정되는 박막 두께정보는 이하의 수학식 1에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법:
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000070
    상기 수학식 1에서,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000071
    는 영상분광기에서 획득한 파수(wave-number)별 절대 반사율 값,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000072
    는 박막 두께에 의한 이론적 파수별 절대 반사율 값이고,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000073
    는 영상분광기에서 획득한 파수별 비선형 위상 성분 값,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000074
    는 박막 두께에 의한 이론적 파수별 위상 성분 값이며,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000075
    는 절대 반사율 값에 의한 가중치,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000076
    는 비선형 위상 성분 값에 의한 가중치이다.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제8단계에서 측정되는 박막 형상정보는 상기 수학식 1에 의해 얻어진 박막 두께 정보를 이용하여 이하의 수학식 2에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법:
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000077
    상기 수학식 2에서,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000078
    는 측정된 전체 위상 성분값이고,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000079
    는 박막 두께의 의한 이론적 위상 성분값이다.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제8단계에서 측정되는 박막 형상정보는 상기 수학식 1에 의해 얻어진 박막 두께 정보를 이용하여 이하의 수학식 3에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법:
    [수학식 3]
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000080
    상기 수학식 3에서,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000081
    는 측정된 전체 위상 성분값이고,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000082
    는 수학식 1을 통해 획득된 박막두께 정보 d를 이용하여 수학적으로 미리 계산된 이론적 위상 성분값이다.
  8. 제 6항 또는 제7항에 있어서,
    간섭계 모듈과 상기 측정대상물 간의 거리를 변화시키는 압전구동기를 포함하고,
    상기 압전구동기에 의해 설정된 횟수만큼 설정된 거리로 위상을 천이하면서 상기 간섭모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 위상천이 횟수마다 상기 간섭광의 간섭신호를 측정하고, 위상천이 알고리즘을 통해 상기 위상 성분값을 추출하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 위상천이 알고리즘은,
    기준 위상을 임의의 값 δj 0로 가정하는 제6-1단계;
    δj k를 이하의 수학식 4에 대입하여 오차함수 Ei를 최소화하는 Ci k, Si k를 구하는 제6-2단계;
    상기 단계 6-2에서 구한 Ci k, Si k를 이하의 수학식 5와 수학식 6에 대입하여 오차함수 Ej를 최소화하는 δj k+1를 구하는 제6-3단계;
    δj k +1가 수렴하면서
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000083
    의 조건을 만족하는지 확인하고, 만족하지 않으면 반복번호 k를 증가시켜 상기 제6-2단계와 제6-3단계를 반복하는 제6-4단계; 및
    δj k + 1를 이하의 수학식 4에 대입하여 오차함수 Ei를 최소화하는 Ci k, Si k를 구한 후 수학식 7에 의해 위상 성분값을 구하는 제6-5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정방법:
    [수학식 4]
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000084
    상기 수학식 4에서,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000085
    이고,
    [수학식 5]
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000086
    상기 수학식 5에서,
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000087
    이며,
    [수학식 6]
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000088
    [수학식 7]
    Figure PCTKR2016009500-appb-I000089
  11. 컴퓨터에 의해 판독가능하며,
    제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 측정방법을 실행시키는 기록매체.
  12. 박막이 코팅된 측정대상물의 두께정보와 형상정보를 획득하기 위한 장치에 있어서,
    광을 출사하는 광원을 갖는 조명광학모듈;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광을 분할하는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터에서 분할된 일부광을 입사시킨 후 반사시켜 제2반사광을 출사시키는 기준미러와, 상기 기준미러로 입사되는 상기 일부광을 선택적으로 차단시키는 블록킹 플레이트를 갖는 간섭계 모듈;
    상기 간섭계 모듈과, 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물 간의 거리를 변화시키는 압전구동부;
    상기 기준미러로 입사되는 상기 일부광을 선택적으로 차단시키도록 블록킹 플레이트를 구동시키는 플레이트 구동부; 및
    분할된 광 중 나머지 광이 박막을 입힌 측정대상물에 입사된 후, 박막의 상층부와 하층부에서 반사되는 광이 간섭된 제1반사광을 획득하고, 상기 제1반사광과 상기 제2반사광이 합쳐진 간섭광을 획득하여, 상기 제1반사광의 간섭무늬로부터 절대 반사율 값을 구하고, 상기 간섭광의 간섭무늬로부터 두께정보와 형상정보를 갖는 위상 성분값을 추출하며, 상기 절대 반사율 값과 상기 위상 성분값으로부터 박막 두께정보를 측정하고, 측정된 박막 두께정보와 상기 위상 성분값으로부터 박막 형상정보를 측정하는 영상분광모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 영상분광모듈은 상기 절대 반사율 값과 상기 위상 성분값으로부터 추출한 비선형 위상성분값으로부터 박막 두께정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    반사광 측정모드에서 상기 플레이트 구동부는 블록킹 플레이트가 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 차단하도록 상기 블록킹 플레이트를 구동하고,
    간섭 모드에서, 상기 플레이트 구동부는 상기 블록킹 플레이트가 상기 기준미러 측으로 입사되는 광을 차단하지 않도록 상기 블록킹 플레이트를 구동하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 압전구동기에 의해 설정된 횟수만큼 설정된 거리로 위상을 천이하면서 상기 간섭모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 위상천이 횟수마다 상기 간섭광의 간섭신호를 측정하고, 위상천이 알고리즘을 통해 상기 위상 성분값을 추출하는 것을 특징으로 하는 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치.
PCT/KR2016/009500 2016-06-16 2016-08-26 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법 WO2017217590A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/538,846 US10466031B2 (en) 2016-06-16 2016-08-26 Apparatus for measuring thickness and surface profile of multilayered film structure using imaging spectral optical system and measuring method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2016-0075238 2016-06-16
KR1020160075238A KR101886919B1 (ko) 2016-06-16 2016-06-16 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017217590A1 true WO2017217590A1 (ko) 2017-12-21

Family

ID=60664152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/009500 WO2017217590A1 (ko) 2016-06-16 2016-08-26 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10466031B2 (ko)
KR (1) KR101886919B1 (ko)
WO (1) WO2017217590A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101937043B1 (ko) * 2017-08-07 2019-01-14 한국표준과학연구원 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
KR102015216B1 (ko) * 2018-03-12 2019-08-28 한국표준과학연구원 편광에 따른 각도분해 분광간섭 영상을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
JP6956673B2 (ja) * 2018-04-09 2021-11-02 三菱電機株式会社 膜厚測定装置
KR102202789B1 (ko) 2018-05-24 2021-01-14 주식회사 엘지화학 3층 구조의 연료전지용 수소이온교환 강화막 비파괴 두께 측정 방법
JP7210367B2 (ja) * 2019-04-23 2023-01-23 株式会社ディスコ 厚み計測装置、及び厚み計測装置を備えた加工装置
WO2021020604A1 (ko) * 2019-07-29 2021-02-04 한국표준과학연구원 편광에 따른 각도분해 분광간섭 영상을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
JP7358185B2 (ja) 2019-10-15 2023-10-10 株式会社ディスコ 厚み計測装置、及び厚み計測装置を備えた加工装置
KR102494082B1 (ko) 2021-01-28 2023-01-31 서울대학교산학협력단 간섭과 파수 고주파 변조를 이용한 박막 두께와 형상을 측정하는 장치 및 그 장치를 이용한 박막 두께와 형상 측정 방법
KR102570084B1 (ko) 2021-06-28 2023-08-24 서울대학교산학협력단 3차원 반사도 곡면을 이용한 두께 측정 방법
WO2024005484A1 (ko) * 2022-06-27 2024-01-04 (주)오로스테크놀로지 다중 모드 형상 계측 장치 및 이를 이용한 다중 모드 형상 계측 방법
CN116734750B (zh) * 2023-08-15 2023-10-27 山西锦烁生物医药科技有限公司 基于光纤传感器的冰场冰层厚度智能检测方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001311609A (ja) * 2000-04-28 2001-11-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 膜厚測定方法および膜厚測定装置
JP2001356050A (ja) * 2000-06-14 2001-12-26 Toray Ind Inc 分光方法及びフィルムの製造方法
JP2003222616A (ja) * 2002-01-30 2003-08-08 Seiko Instruments Inc ビート光共振による薄膜評価装置
KR20060052004A (ko) * 2004-11-10 2006-05-19 한국과학기술원 백색광 간섭계를 이용한 투명박막의 두께 및 형상을측정하는 장치 및 방법
KR20080111723A (ko) * 2007-06-19 2008-12-24 한국과학기술원 반사광측정법에 근거한 분산 백색광 간섭법을 이용한박막두께 및 형상측정방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US91903A (en) * 1869-06-29 Improvement in the construction of sheet-metal boilers
US5042949A (en) * 1989-03-17 1991-08-27 Greenberg Jeffrey S Optical profiler for films and substrates
US5129724A (en) * 1991-01-29 1992-07-14 Wyko Corporation Apparatus and method for simultaneous measurement of film thickness and surface height variation for film-substrate sample
US5555471A (en) * 1995-05-24 1996-09-10 Wyko Corporation Method for measuring thin-film thickness and step height on the surface of thin-film/substrate test samples by phase-shifting interferometry
US7139081B2 (en) * 2002-09-09 2006-11-21 Zygo Corporation Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures
US7106454B2 (en) * 2003-03-06 2006-09-12 Zygo Corporation Profiling complex surface structures using scanning interferometry
TWI335417B (en) * 2003-10-27 2011-01-01 Zygo Corp Method and apparatus for thin film measurement
US7483147B2 (en) * 2004-11-10 2009-01-27 Korea Advanced Institute Of Science And Technology (Kaist) Apparatus and method for measuring thickness and profile of transparent thin film using white-light interferometer
US20170314914A1 (en) * 2016-04-28 2017-11-02 Scott A. Chalmers Optical profilometer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001311609A (ja) * 2000-04-28 2001-11-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 膜厚測定方法および膜厚測定装置
JP2001356050A (ja) * 2000-06-14 2001-12-26 Toray Ind Inc 分光方法及びフィルムの製造方法
JP2003222616A (ja) * 2002-01-30 2003-08-08 Seiko Instruments Inc ビート光共振による薄膜評価装置
KR20060052004A (ko) * 2004-11-10 2006-05-19 한국과학기술원 백색광 간섭계를 이용한 투명박막의 두께 및 형상을측정하는 장치 및 방법
KR20080111723A (ko) * 2007-06-19 2008-12-24 한국과학기술원 반사광측정법에 근거한 분산 백색광 간섭법을 이용한박막두께 및 형상측정방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170142240A (ko) 2017-12-28
KR101886919B1 (ko) 2018-09-11
US20190101373A1 (en) 2019-04-04
US10466031B2 (en) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017217590A1 (ko) 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법
WO2015030343A1 (en) Optical element rotation type mueller-matrix ellipsometer and method for measuring mueller-matrix of sample using the same
WO2016148422A1 (ko) 무색수차 광소자-회전형 타원계측기 및 이를 이용한 시편의 뮬러-행렬 측정 방법
WO2019031680A1 (ko) 평판 메타렌즈 및 이를 포함하는 커버글라스
WO2022055194A1 (ko) 스캔 거울과 트랜슬레이션 스테이지를 사용한 플라잉 오버 빔 패턴 스캐닝 홀로그램 현미경 장치
WO2020013517A1 (ko) 수직입사 타원계측기 및 이를 이용한 시편의 광물성 측정 방법
WO2020080692A1 (ko) 광 간섭성 단층 촬영 장치 및 이를 이용한 영상 생성 방법
WO2019117453A1 (ko) 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법, 결함 검출 방법 및 결함 검출 장치
WO2013172561A2 (ko) 절대 위치 측정 방법, 절대 위치 측정 장치, 및 스케일
WO2017213464A1 (ko) 디지털 마이크로미러 소자와 시간 복합 구조화 조명을 이용한 구조화 조명 현미경 시스템 및 그 동작 방법
WO2016200166A1 (ko) 특성 평가를 통한 광센서 어레이 모듈 보정방법
WO2015156635A1 (ko) 상태 변분 원리를 이용한 진동 변위 측정 방법
WO2020045852A1 (ko) 시편 두께 측정 장치 및 시편 두께 측정 방법
WO2017034057A1 (ko) 기판처리장치와 기판처리방법
WO2020004837A1 (ko) 자동 편광 조절 장치 및 방법
WO2019083247A1 (ko) 회절 도광판 및 회절 도광판의 제조 방법
WO2013051831A2 (ko) 배향막 형성용 조성물, 그로부터 제조된 배향막 및 위상차 필름
WO2020075955A1 (ko) 롤 간 상대적 자세정보 검출장치 및 이를 이용한 롤 정렬상태 측정방법
WO2020050532A1 (ko) 광 스캐닝 홀로그래피 시스템
WO2020222454A1 (ko) 두께 측정 장치
WO2021020604A1 (ko) 편광에 따른 각도분해 분광간섭 영상을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
WO2018182360A1 (ko) 두께 측정 장치, 두께 측정 방법 및 두께 측정 프로그램
WO2020251299A1 (ko) 라인 검출 방법
WO2023113226A1 (ko) 다중 굴절률층을 이용한 빔스플리터 및 이를 포함하는 불량소자 검출장치
WO2020085758A1 (ko) 검사 영역 결정 방법 및 이를 이용하는 외관 검사 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16905574

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16905574

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1