원형 편광을 이용한 초고속 이미징 엘립소미트리 개발 및 응용

Abstract

Ellipsometry는 빛의 편광을 이용하여 물질의 광특성 (n: 굴절률, k: 소광계수) 및 박막의 두께를 동시에 측정하는 기술이다. 그 중 단파장 광원을 사용하는 Imaging Ellipsometry는 미세 영역에서의 표면을 연구하는데 유용한 기술이다. 본 논문에서는 원편광을 이용한 고속 Imaging ellipsometer (IE)의 개발과정과 그에 대한 두 가지 응용에 대해 다룰 것이다. 우선 고속 IE 개발은 원편광을 이용하였는데, 좌원편광과 우원편광에 대한 이미지로부터 ellipsometry 이미지의 측정이 가능하였다. 스텝 모터를 이용하여 좌원편광과 우원 편광을 만드는 방식을 통해 초 단위의 측정 속도를 달성하였고 또한 Wollaston 편광기 및 대면적 카메라를 이용함으로써 좌원편광과 우원편광을 동시에 측정하는 초고속 측정 속도도 실현할 수 있었다. 특히, 이 장비는 광부품의 방위각을 찾아야하는 calibration 과정이 필요하지 않아 매우 편리하다. 이와 같이 개발한 장비를 응용한 분야는 다음과 같다. 첫째는 Extreme Ultra Violet (EUV) 펠리클의 검사장비이다. IE를 이용해 EUV 펠리클의 정성적인 광 특성 분포를 확인한 후 Spectroscopic Ellipsometer (SE)를 이용해 구체적인 광특성 및 두께를 분석할 것이다. 둘째는 극도로 희미한 지문 검출장비이다. 기존에 존재하는 지문 검출 방식들은 지문이 형성된 표면을 손상시키는 파괴 검사이다. 그리고 광학을 이용하는 비파괴적인 검출은 반사되는 빛의 색깔 (파장), 세기 (광량)의 차이를 이용하기 때문에 희미한 흔적의 경우에는 검출하기가 매우 어렵다. 반면에 IE는 비파괴적인 방식을 가지고 있기 때문에 표면에 손상을 주지 않는 장점을 가지고 있다. 더불어 편광과 관련된 정보를 추출하므로 기존의 광학적인 장비로는 검출할 수 없는 흔적을 검출 할 수 있다.