최근 사용하는 주요 소자 제작에서는 대부분 박막이나 표면 형태의 재료를 사용하고, 이들 재료의 박막이나 표면의 특성을 제어하는 일이 매우 중요한 사항이 되고 있다. 따라서, 연구나 공정 단계에서 박막이나 표면에 대한 효과적인 분석법의 사용은 최종 소자의 특성을 연구하거나 공정 과정을 제어하는데 중요한 역할을 담당하게 된다. 다양한 분석법들 중 ellipsometry는 박막 시편에 대한 두께 ...
최근 사용하는 주요 소자 제작에서는 대부분 박막이나 표면 형태의 재료를 사용하고, 이들 재료의 박막이나 표면의 특성을 제어하는 일이 매우 중요한 사항이 되고 있다. 따라서, 연구나 공정 단계에서 박막이나 표면에 대한 효과적인 분석법의 사용은 최종 소자의 특성을 연구하거나 공정 과정을 제어하는데 중요한 역할을 담당하게 된다. 다양한 분석법들 중 ellipsometry는 박막 시편에 대한 두께 해상도가 수 Å단위로 정밀하기 때문에 박막 구조 측정이나, 광특성 조사에 매우 유용하다. 그러나 사용하는 beam의 단면 크기가 수 ㎜가 되어 공간 해상도에 있어 좋지 못하다. 일반적으로 많이 사용하고 있는 광학 현미경의 경우는 시편의 표면 상태를 공간적 해상도로써 확인할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 이는 명암이나 색깔 분포에 따른 상을 얻는 것으로써 미세한 두께의 분포나, 광특성에 대한 분석은 거의 불가능하다. 따라서 공간적 분포로써 시편을 측정할 수 있는 광학 현미경과 두께 및 광특성을 측정하는데 좋은 ellipsometer를 결합함으로써 두 장비의 장점을 지닌 새로운 측정기술이 가능하다.
본 연구에 있어서는 마이크론 단위의 공간 해상도를 가진 현미경을 도입한 타원편광해석기(imaging ellipsometer, IE)를 개발함으로써 생물학 분야 및 반도체 소자 검사 분야, 재료 산업 등에 활용하고자 한다. 개발 단계에 있어 회전편광기형, 복수 회전 편광기형, 그리고 회전 보상기형 등 다양하게 시도하였다. 또한 광원과 편광기, 그리고 이차원 검출기에 있어서도 다양한 종류를 적용하여 최적화를 도모하였다.
자체 개발된 IE에 대한 평가를 하기 위해 c-Si wafer를 기준 시편으로 하여 사입사에 따른 초점심도 차이로 발생되는 ellipsomerty 계수에 오차로 인한 이미지화의 오차를 평가하였다.
또한, 40 ㎛의 line and space pattern을 가진 시편을 제작하여 측정, 비교함으로써 개발된 IE의 성능을 평가하였다.
이런 과정을 거쳐 개발된 IE를 여러 분야에 적용하여 보았는데, 특히 immersion광노광 공정에서 photo-resist (PR)의 soaking 정도와 mask를 이용한 공정에 있어서 생겨난 haze에 대한 측정을 통해 반도체 산업에 있어서의 응용가능성을 확인해 보았다. 또한 생명공학 분야와 재료 공학 분야에서의 활용가능성이 있음을 확인할 수 있었다.
최근 사용하는 주요 소자 제작에서는 대부분 박막이나 표면 형태의 재료를 사용하고, 이들 재료의 박막이나 표면의 특성을 제어하는 일이 매우 중요한 사항이 되고 있다. 따라서, 연구나 공정 단계에서 박막이나 표면에 대한 효과적인 분석법의 사용은 최종 소자의 특성을 연구하거나 공정 과정을 제어하는데 중요한 역할을 담당하게 된다. 다양한 분석법들 중 ellipsometry는 박막 시편에 대한 두께 해상도가 수 Å단위로 정밀하기 때문에 박막 구조 측정이나, 광특성 조사에 매우 유용하다. 그러나 사용하는 beam의 단면 크기가 수 ㎜가 되어 공간 해상도에 있어 좋지 못하다. 일반적으로 많이 사용하고 있는 광학 현미경의 경우는 시편의 표면 상태를 공간적 해상도로써 확인할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 이는 명암이나 색깔 분포에 따른 상을 얻는 것으로써 미세한 두께의 분포나, 광특성에 대한 분석은 거의 불가능하다. 따라서 공간적 분포로써 시편을 측정할 수 있는 광학 현미경과 두께 및 광특성을 측정하는데 좋은 ellipsometer를 결합함으로써 두 장비의 장점을 지닌 새로운 측정기술이 가능하다.
본 연구에 있어서는 마이크론 단위의 공간 해상도를 가진 현미경을 도입한 타원편광해석기(imaging ellipsometer, IE)를 개발함으로써 생물학 분야 및 반도체 소자 검사 분야, 재료 산업 등에 활용하고자 한다. 개발 단계에 있어 회전편광기형, 복수 회전 편광기형, 그리고 회전 보상기형 등 다양하게 시도하였다. 또한 광원과 편광기, 그리고 이차원 검출기에 있어서도 다양한 종류를 적용하여 최적화를 도모하였다.
자체 개발된 IE에 대한 평가를 하기 위해 c-Si wafer를 기준 시편으로 하여 사입사에 따른 초점심도 차이로 발생되는 ellipsomerty 계수에 오차로 인한 이미지화의 오차를 평가하였다.
또한, 40 ㎛의 line and space pattern을 가진 시편을 제작하여 측정, 비교함으로써 개발된 IE의 성능을 평가하였다.
이런 과정을 거쳐 개발된 IE를 여러 분야에 적용하여 보았는데, 특히 immersion 광노광 공정에서 photo-resist (PR)의 soaking 정도와 mask를 이용한 공정에 있어서 생겨난 haze에 대한 측정을 통해 반도체 산업에 있어서의 응용가능성을 확인해 보았다. 또한 생명공학 분야와 재료 공학 분야에서의 활용가능성이 있음을 확인할 수 있었다.
We report the development and application of imaging ellipsometer based on rotating compensator principle. Rotating compensator ellipsometry is known to have many advantages over rotating polarizer or rotating analyzer mode. The sensitivity is high for the surfaces for which the reflected light is n...
We report the development and application of imaging ellipsometer based on rotating compensator principle. Rotating compensator ellipsometry is known to have many advantages over rotating polarizer or rotating analyzer mode. The sensitivity is high for the surfaces for which the reflected light is nearly linearly polarized. Also, as both the polarizer and analyzer are fixed during operation, it is immune to errors due to residual source polarization or polarization sensitivity of the detection system.
It can generate two-dimensional images of ellipsometric parameters (Δ, Ψ) or processed parameters such as thickness or optical properties using conventional analysis method. It consists of a light source, a fixed polarizer, a rotating compensator, a fixed analyzer, and the imaging detection system. For the latter, a parfocal zoom microscope and CCD assembly were adopted in order to vary the magnification. For monochromatic source, light emitting diode (LED) with variable power and color filter were used to narrow bandwidth. Irradiation control was important to get high signal-to-noise ratio at different levels of magnification.
We report the development and application of imaging ellipsometer based on rotating compensator principle. Rotating compensator ellipsometry is known to have many advantages over rotating polarizer or rotating analyzer mode. The sensitivity is high for the surfaces for which the reflected light is nearly linearly polarized. Also, as both the polarizer and analyzer are fixed during operation, it is immune to errors due to residual source polarization or polarization sensitivity of the detection system.
It can generate two-dimensional images of ellipsometric parameters (Δ, Ψ) or processed parameters such as thickness or optical properties using conventional analysis method. It consists of a light source, a fixed polarizer, a rotating compensator, a fixed analyzer, and the imaging detection system. For the latter, a parfocal zoom microscope and CCD assembly were adopted in order to vary the magnification. For monochromatic source, light emitting diode (LED) with variable power and color filter were used to narrow bandwidth. Irradiation control was important to get high signal-to-noise ratio at different levels of magnification.
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