[t-Nova Series – Applications]
반도체, 배터리, 디스플레이 분야의 소자들에서 다양한 재질의 박막들이 사용되고 있습니다. 여러가지 재질 중 높은 전도성을 가진 금속은 금속화 공정(Metallization)을 통해 소자들을 전기적으로 제어하고 연결해주는 전극과 회로 패턴을 형성하는 데에 사용됩니다. 대표적으로 사용되는 금속으로는 알루미늄(Al)과 구리(Cu)가 있으며, 나노미터(nm) 수준의 두께를 가진 박막으로 형성됩니다. 소자 내 형성된 다른 막들과 마찬가지로, 수율 향상을 위해 소자의 전기적 성능을 결정하는 금속 박막의 두께에 대한 측정이 필요합니다.
미터랩의 t-Nova 시리즈 중 가시광 분광 반사계의 원리를 이용하여 수 나노미터의 박막까지 측정 가능한 t-Nova-525R(시제품)은 가시광 대역에서 투명한 비금속 또는 비금속 화합물뿐만 아니라, 불투명한 금속까지 측정 가능한 고정밀 박막 두께 측정 센서입니다.
일반적으로 금속은 빛이 내부로 투과하지 못하여 일부 광학식 방법으로는 측정이 불가능한 것으로 여겨지고 있습니다. 하지만, 금속의 두께가 수 나노미터 수준으로 얇은 박막인 경우 빛이 내부로 투과한 후 아랫면에서 반사된 빛을 획득함으로써 두께 측정이 가능합니다. 후막과 달리 금속 박막의 두께 측정이 가능한 이유는 금속의 재질에 따라 가시광 대역에서의 침투 깊이(Penetration depth)*가 대체로 수십 나노미터 이하이기 때문입니다.
*빛이나 전자기 복사(electromagnetic radiation)가 매질을 얼마나 깊이 침투할 수 있는지 나타낸 물리량
그림 1은 t-Nova-525R과 동일한 원리의 가시광 분광 반사계를 이용하여 측정한 금속류 박막 샘플의 구조입니다. 준금속(Metalloid)에 해당하는 실리콘(Si) 기판과 박막 사이에 실리콘 산화물(SiO2) 박막이 존재합니다.
그림 2는 가시광 분광 반사계를 이용하여 측정한 금속류 박막 샘플의 실물과 측정광 모식도, 실험 및 이론 반사율 스펙트럼이며, 표 1은 그림 2(a)와 (b)의 조건에 따른 두께 측정 결과입니다. 그림 2(a)와 같이 금속류 후막의 경우, 측정광이 샘플의 윗면에서만 반사되어 표 1과 같이 샘플의 모든 막에 대한 두께 측정이 불가능합니다. 하지만, 그림 2(b)와 같이 금속류 박막의 경우, 빛이 샘플 내부로 투과하여 금속류 박막뿐만 아니라 아래에 존재하는 실리콘 산화물 박막의 두께까지 측정 가능한 것을 확인할 수 있습니다.
이처럼 가시광 분광 반사계의 원리를 이용하는 미터랩의 t-Nova-525R이 여러 첨단 소자들에서 사용되는 비금속뿐만 아니라 금속 그리고 각종 화합물 등 다양한 재질의 박막 두께 측정에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대합니다.
