간섭계 기반 분광편광타원계를 이용한 박막두께 측정

국문 초록 (Abstract)

최근 국내 반도체 DRAM 및 NAND flash 메모리 제조 기술 고도화로 인하여 wafer 상단에 수 나노 스케일 수준의 박막증착 및 패턴 제작이 이루어지고 있으며, 이에 공정라인에서 제작되는 시편을 검사/계측하기 위한 기술에 대한 필요성이 요구되는 추세이다. 반도체 생산 제조 공정라인의 검사/계측 기술로 활용되는 ellipsometry 기술은 산란을 이용한 비파괴성 광학적 측정 기술로, 시편에 의해 변화된 편광정보(Ψ, △)를 획득하고, 이를 분석하여 제작 시편의 물성 및 박막 두께, 나노 패턴의 3D 형상을 계측하는 기술이다. 현 반도체 산업계에서 제작되는 wafer의 균일도는 기업의 수율과 관계하므로 측정속도에 대한 솔루션의 필요성이 크게 증대되고 있는 상황이며, 이에 기존 ellipsometry 기술이 지닌 기계적 메커니즘 및 전기 변조 장치 등의 구동부로 인한 초 단위 이상의 측정속도 제한 문제를 극복하기 위하여 본 연구팀은 2016년 마하젠더 scheme의 분광편광타원계측 기술을 제안한바 있다. 이는 간섭편광변조모듈로부터 발생된 분광편광간섭신호를 시스템 알고리즘을 통해 분광편광위상정보(△)를 20Hz 이상 고속으로 획득 가능하다. 본 연구팀은 최근 간섭편광변조모듈을 일체형 마이켈슨 간섭계로 구성함에 따라, 측정 반복능을 ±1˚ 수준의 외란에 강인성을 지닌 시스템으로 성능을 크게 개선하였다. 아래 figure(a)의 Blue, Red line은 각각 reference(bare wafer), SiO2 30nm를 제안된 시스템으로 획득된 간섭spectrum이고, figure(b)의 Blue, red line은 각각 간섭계 기반 분광편광타원계와 상용 ellipsometer를 이용하여 측정된 분광편광위상정보(△)이다. SiO2 30nm 측정결과를 통해 간섭계 기반 분광편광타원계는 측정 반복능 뿐만 아니라, 측정에 사용된 전체파장에 대해서 상용장비 수준의 높은 정확도가 확보됨을 검증하였다.
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