[t-Nova Series – Applications]

반도체, 배터리, 디스플레이와 같은 여러 분야의 첨단 소자들에서 두꺼운 기판 위에 수십에서 수백 나노미터 두께의 다양한 기능을 가진 얇은 박막들이 다수 증착된 구조가 널리 사용되고 있습니다. 여러 가지 용도에 따라 다층으로 증착된 박막은 두께와 균일도에 따라 광학적, 전기적, 화학적 특성이 달라지며, 소자의 성능을 결정짓는 중요한 요소로 작용합니다. 이에 따라, 소자의 품질 관리와 수율 향상을 위해, 여러 분야의 공정에서 소자 내 다층 박막의 두께와 균일도 측정을 필요로 하고 있습니다. 특히, 인라인 공정에 적용 가능한 실시간 모니터링 기술에 대한 수요가 크게 나타나고 있습니다.

고정밀 광학식 두께 측정 센서인 미터랩의 t-Nova 시리즈는 수십 나노미터의 박막에서 수 밀리미터에 이르는 후막까지 측정 가능한 여러 모델을 제공하고 있습니다. 그 중 현재 미터랩에서 개발하고 있는 시제품인 그림 1의 t-Nova-525R은 가시광 대역(중심파장 525 nm)의 빛을 이용하여 수십 나노미터에서 수백 나노미터에 이르는 두께의 박막 샘플 측정에 특화된 반사형 센서입니다.

t-Nova-525R은 현존하는 광학식 박막 두께 측정 기술 중 수십 나노미터 이상의 두께를 가진 박막을 높은 수준의 정밀도로 가장 고속으로 측정할 수 있는 ‘분광 반사계(Spectroscopic reflectometry)’의 원리를 이용합니다. 이를 통해 영상 1과 같이 나노미터 이하의 높은 정밀도를 가진 실시간 다층 박막 두께 측정 기술을 구현하였습니다.

그림 2는 산업계에서 샘플의 미세 형상 및 구조 관찰에 사용되는 가장 대표적인 전자식 검사 장비인 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 영상 1에서 측정된 세 가지 박막 샘플을 촬영한 이미지이며, 표 1은 t-Nova-525R의 층별 두께 측정값 및 SEM과의 측정값 편차입니다. SEM은 샘플을 잘라낸 단면 이미지를 통해 박막 두께 측정이 가능하며, 층별 두께 구별이 되지 않고 전체 두께만 측정 가능합니다. 반면, t-Nova-525R은 샘플을 파괴하지 않고 실시간으로 측정 가능하면서도, 표 1과 같이 SEM과 큰 차이 없이 유사한 측정값을 나타내면서 층별 두께까지 구분 가능한 것을 확인할 수 있습니다.

이처럼 고정밀, 고속 다층 박막 두께 측정 성능을 나타내는 미터랩의 t-Nova-525R이 실시간 다층 박막 두께 모니터링을 요구하는 다양한 첨단 소자들의 제조 공정에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대합니다.