[논문]분산형 백색광 간섭계를 이용한 미세 박막 구조물의 삼차원 두께 형상 및 굴절률의 실시간 측정

김영식; 김승우

분산형 백색광 간섭계를 이용한 미세 박막 구조물의 삼차원 두께 형상 및 굴절률의 실시간 측정
Dispersive White-light Interferometry for in-situ Volumetric Thickness Profile of Thin-film Layers and a refractive index 원문보기

김영식 (한국과학기술원) , 김승우 (한국과학기술원)

We present a dispersive scheme of white-light interferometry that enables not only to perform tomographical measurements of thin-film layers but also to measure a refractive index without mechanical depth scanning. The interferometry is found useful particularly for in-situ 3-D inspection of micro-engineered surfaces such as liquid crystal displays, semi-conductor and MEMS structure, which requires for high-speed implementation of 3-D surface metrology.

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문제 정의

卩, 기하지만 이들 방법들 역시 측정 시간이 너무 오래 걸리는 단점으로 인해 효과적으로 투명한 물체의 형상을 측정하지 못한다. 따라서 본 논문에서는 분산형 백색광간섭계의 개념을 도입하여 기존의 방법들이 갖고 있는 느린 측정속도를 개선하고 효과적으로 박막 구조물의 두께 형상과 굴절률까지 실시간으로 측정하는 방법을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 박막의 두께 형상을 실시간으로 측정할 수 있는 편광을 이용한 마이켈슨 간섭계 구조의 분산형 백색광간섭계를 제안하고 기초 실험을 수행하였다. 그 결과 다양한 형상을 가진 박막 구조물의 두께 형상을 효과적으로 빠르게 측정함을 확인하였다.

제안 방법

1 은박막 구조물의 두께와 형상을 동시에 측정하도록 구성된 분산형 백색광간섭계의 개념도이다’ 박막의 두께와 형상을 동시에 측정하기 위해 편광 광 분할기를 이용한 마이켈슨 구조의 간섭계가 적용되었고, 별도의 2개의 CCD 와 회절격자를 사용해 두께와 형상을 독립적으로 분리해 측정하도록 하였다. 2D CCD1 에서는 박막의 윗면과 아랫면에서 반사되어 나온 자체 간 섭 무늬를 분광시켜 박막 두께만을 측정하고 2D CCD2 에서는 기준 면과 측정 면이 서로 간섭된 합성 간섭 광을 분광 시켜 측정 면의 형상을 측정하였다. 따라서 2D CCD1 과 2D CCD2 에서의 신호를 분석하게 되면 측정 물체의 두께 형상뿐만 아니라 굴절률까지 실시간으로 측정할 수가 있다.
Fig. 1 은박막 구조물의 두께와 형상을 동시에 측정하도록 구성된 분산형 백색광간섭계의 개념도이다’ 박막의 두께와 형상을 동시에 측정하기 위해 편광 광 분할기를 이용한 마이켈슨 구조의 간섭계가 적용되었고, 별도의 2개의 CCD 와 회절격자를 사용해 두께와 형상을 독립적으로 분리해 측정하도록 하였다. 2D CCD1 에서는 박막의 윗면과 아랫면에서 반사되어 나온 자체 간 섭 무늬를 분광시켜 박막 두께만을 측정하고 2D CCD2 에서는 기준 면과 측정 면이 서로 간섭된 합성 간섭 광을 분광 시켜 측정 면의 형상을 측정하였다.
본 논문에서 제안한 분산형 백색광간섭계를 이용하여 다양한 형태의 미세 박막 구조물을 측정해보았다. 결과는 Fig.

성능/효과

수행하였다. 그 결과 다양한 형상을 가진 박막 구조물의 두께 형상을 효과적으로 빠르게 측정함을 확인하였다. 뿐만 아니라 본 방법은 별도의 이송 장치 없이 분광 측정법을 사용해 측정하기 때문에 외부 진동에 강인하 여 향후 TFT-LCD 둥의 평판 디스플레이와 반도체 산업 등에서 요구하고 있는 다층박막 두께 형상 측정이 가능해, 향후 차세대 측정기술로 부각 받으리라 예상된다.

후속연구

그 결과 다양한 형상을 가진 박막 구조물의 두께 형상을 효과적으로 빠르게 측정함을 확인하였다. 뿐만 아니라 본 방법은 별도의 이송 장치 없이 분광 측정법을 사용해 측정하기 때문에 외부 진동에 강인하 여 향후 TFT-LCD 둥의 평판 디스플레이와 반도체 산업 등에서 요구하고 있는 다층박막 두께 형상 측정이 가능해, 향후 차세대 측정기술로 부각 받으리라 예상된다.

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