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제안 방법
- 8 μm로 측정되었다. 광원에서 나온 빛은 SS-OCT와 마찬가지로 기준단과 샘플단으로 나뉘어 전송되는데, 각 단에서 반사되어 되돌아온 빛은 광분배기에서 다시 만나 간섭을 일으키고 2차원 광검출이 가능한 CCD 카메라를 통해 그 간섭무늬가 측정한다. 이 때, 기준단과 샘플단 간의 광 경로차이(Optical Path-length Difference: OPD)가 광원의 가간섭길이(Coherence length) 보다 짧을 때만 간섭무늬가 생성된다.
- 다른 깊이에 대한 정보를 획득하기 위해선 기준단의 길이를 변경하는 것이 정석이나 광정렬의 문제로 인하여 샘플단을 전동 스테이지를 이용하여 상하로 움직이는 방법을 주로 사용한다. 대상 시료의 특정 깊이에서 얻은 간섭무늬로부터 시료에 대한 이미지 정보를 추출하기 위해선 기준단을 압전 소자인 PZT(Piezo electric transducer)를 이용하여 상하로 미세하게 움직여 간섭신호의 위상을 변조하는 방법을 사용한다[4]. 주로 일정 간격으로 위상 변조된 4장의 간섭신호를 CCD 카메라로 캡처한 후 일련의 신호 처리 과정을 거쳐 한 장의 단층 이미지를 획득하며, 이렇게 얻은 여러 장의 단층 이미지를 적층하는 것으로 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
- 그림 1(c)는 간단하지만 매우 효율적인 구조의 공통경로형 광섬유 기반 OCT 센서를 나타낸 것이다[5]. 시스템 구성의 간소화를 위하여 기존의 OCT와 다르게 샘플단과 기준단을 하나의 경로로 구성하는 공통경로형 간섭계를 구현하여 두 단 사이에 측정하고자 하는 시료를 위치시키는 방법을 사용한다. 이 때, 입력된 830 nm 대역의 광대역 광원(Super Luminescent Diode: SLD)의 일부분은 광섬유 끝에서 반사되고 나머지는 투과되어 시료를 통과한 뒤 외부에 위치한 거울에 반사되어 다시 광섬유로 돌아와 간섭을 발생시킨다.
- 웨이퍼의 표면 평탄화 측정을 위하여 그 동안 주사전자 현미경(SEM), 촉침식 표면측정기(Stylus profiler), 공초점 형광현미경 등을 이용한 다양한 정량화 방법들이 사용되어 왔지만, 이들은 패드 위에 있는 슬러리 용액 때문에 연마공정 중에 바로 표면을 측정하는 것이 불가능하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위해 FF-OCT를 적용하여 여러 CMP 패드에 대한 단층촬영을 진행하여 보았다. 높은 개구수(Numerical Aperture: NA)를 가진 렌즈를 사용하여 보다 정확한 표면 측정을 수행하도록 하였고, 기존 측정 방법들과는 다르게 슬러리 용액 내에서 패드를 촬영함으로 공정 진행 중에도 표면 측정이 가능함을 보였다.
- 이를 위해 CMP 패드를 표면으로부터 0.5 μ m 깊이마다 1초에 5번의 평균화 과정을 거쳐 패드에 대한 3차원 단층 OCT 이미지를 얻었다.
- 전역 광학단층 영상기(FF-OCT)를 구성하여 여러 분야에 적용해 보았는데, 첫번째로 살아있는 암세포에 대한 식별 가능성을 보기 위해, 세 종류의 유방 상피세포들에 대한 일련의 단층촬영을 시도하여 그림 3과 같은 결과를 얻었다[3]. 그림 3(a)는 정상적인 유방 상피세포(MCF-10A)이고 그림 3(b)는 유방선암종세포(MCF-7) 이며 그림 3(c)는 악성 전이성 유방암종세포(MDA-MB 231)이다[7][8].
- 패드 표면의 거칠기에 대한 정량적 지표인 Ra 지수의 변화를 연마횟수에 따라 보기 위하여 사용하지 않은 새 패드와 68, 139, 178번 사용한 패드, 그리고 수명이 다한 패드의 표면 상태를 FF-OCT를 이용하여 슬러리 용액 속에서 단층촬영하였다. 또한, 일반적으로 사용하는 표면 상태 측정 장비인 Wyko와 FF-OCT 장비 간의 Ra 지수 측정 결과를 비교하여 그림 6에 도표로 나타내었다.
대상 데이터
- 본 예에서 사용한 시스템은 광섬유 기반으로 구성이 되었으며 실험으로 측정한 깊이 방향 분해능은 11.5 μm이었고 측정 감도는 105 dB이었다.
- 또한, 매 실험 후 액체시료를 제거하였을 때 피크가 초기 위치로 돌아옴을 아래쪽 삽화를 통해 확인할 수 있는데, 이는 센서의 재현성과 신뢰성이 우수함을 입증하는 결과이다. 실험에서 사용한 액체시료는 589 nm의 파장에서 1.4부터 1.44까지의 굴절률 값을 갖는 용액(Cargille Laboratories Inc.)이기 때문에 현재 시스템의 동작 파장인 830 nm에서의 결과와는 약간의 차이를 가질 수 밖에 없다. 그림 7(b)는 용액의 라벨에 표기된 굴절률 값과 실제 측정한 굴절률 값을 비교한 것으로 둘 간의 선형적 관계를 보았을 때, 광섬유 기반의 공통경로형 OCT를 기반으로 구현한 센서는 굴절률 측정에 탁월한 성능을 보인다고 할 수 있겠다.
이론/모형
- 두번째로 대상시료의 표면 높낮이에 대한 고정밀 측정 기술인 프로필로메트리(Profilometry)에 FF-OCT 기법을 적용해 보았다[9]. 반도체 공정 중 실리콘 웨이퍼의 광역 평탄화를 위한 필수 과정인 화학적 기계 연마 (Chemical Mechanical Polishing: CMP)는 일반적으로 회전 테이블, 연마패드, 슬러리, 그리고 웨이퍼 캐리어로 그림 4와 같이 구성되어 있다.
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