(자료) 박막 두께 측정기 종류 (출처:인터넷)

 

1. 박막공정의 중요성

박막(0.001∼100micron)은 스핀 코팅, 진공휘발, 스퍼터링, 기상 증착, dip 코팅 등으로 형성시키며, 이의 기능으로서는 passivation, 전도체 사이에서의 절연, 확산층(diffusion barriers), hardness 부여 등, 반도체 및 LCD 제조공정에 필수적으로 이용되는 중요한 기술 분야이다. 

 

박막 층 구조

단층

단차

박막 두께의 종류

형상 두께

질량 두께

물성 두께

참고: http://marriott.tistory.com/134

2. 여러가지 박막두께 측정 방식 분류

박막 측정에 많이 쓰이는 장비로는 SEM(Scanning Electron Microscopy), alpha-step, Ellipsometer, Reflectometer, FT-IR, AFM 등이 있으며 특별하게 금속박막 등을 측정하기 위해 XRF 등을 이용하기도 한다.

SEM(Scanning Electron Microscopy)

주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)은 전자가 표본을 통과하는 것이 아니라 초점이 잘 맞추어진 전자선 electron beam을 표본의 표면에 주사한다. 주사된 전자선이 표본의 한 점에 집중되면 일차전자만 굴절되고 표면에서 발생된 이차전자는 검파기 detector에 의해 수집된다. 그 결과 생긴 신호들이 여러 점으로부터 모여들어 음극선관 cathod ray tube에 상을 형성하게 한다. 

주사전자현미경의 특징

초점이 높은 심도를 이용해서 비교적 큰 표본을 입체적으로 관찰할 수 있다는 것이다. 전자 beam을 시료 위에 주사시켜서 시료로부터 튀어나온 2차 전자를 모아서 검출한 후 여러가지 복잡한 기계장치를 거친 후 CRT에 영상화시키는 전자현미경이다. 검출기는 scintillater라고도 하는데 scintillater로 검출된 2차 전자는 광전 중배관으로 운반되어 여기서 신호가 증폭 된 후 다시 video amplifier에서 영상신호 증폭을 거쳐 CRT에서 관찰하게 된다. SEM은 시료 위를 주사된 상을 관찰하므로 3차원적인 입체 상을 관찰할 수 있다.
단점은 측정하고자 하는 물질에 대한 시편을 만들어야 하는 불편함이 있다. 

단층, 단차 측정

 

두께 측정 결과: https://m.blog.naver.com/nurian/50092677513

 

TEM

 

2차원 두께 측정

alpha-step : Surface profiler

WAFER 표면 위의 단차가 있는 박막의 두께(수Å 이상) 및 Step profile을 측정하기 위하여 개발한 장비로, 탐침(stylus)이 WAFER 표면을 긁고(scan) 지나감으로써 표면 단자의 변화로 발생하는 압력을 감지하여 그 단차의 두께를 측정하는 장비이다.
보통 2μm 정도의 반지름을 가지는 다이아몬드 바늘 Stylus가 사용되며, Stylus의 힘은 보통 100μN도로 고정하여 사용하고 있다. 측정하고자 하는 sample을 직접 contact하므로, 유기막은 물론 금속 박막의 두께도 쉽게 구할 수 있다. 

단차의 두께만을 구할 수 있으므로, 여러 층의 두께 각각을 한번에 측정할 수 없으며, 측정하고자 하는 곳에 미리 단차를 만들어 놓아야 한다. 

단층 측정은 안된다. 

 

Ellipsometer

빛(전자기파)이 어떤 물질을 통과하게 되면 빛은 그 물질의 영향을 받아 변화하는데, 이 변화의 정도는 빛이 통과한 Film의 굴절률과 두께에 비례한다. 위와 같은 원리를 이용하여 굴절률을 알고 있는 투명한 Film에 빛을 입사시켜서 반사되어 나오는 빛을 분석하여 그 Film의 두께를 측정하는 장치이다.
장점: 얇은 박막의 두께와 함께 굴절률도 측정 가능

단점: 측정시간이 길다
단층, 단차 측정

 

Reflectometer

비누방울(층구조 : 외부공기 / 비누층 / 내부공기), 수면의 기름층(외부공기 / 기름층 / 물) 등에서 나타나는 색은 이들 막의 두께에 따라 변화한다. 이러한 현상은 두 부분의 다른 광 밀도를 갖는 층 구조의 첫번째 층과 두번째 층에서 각각 반사되는 빛의 위상차로 나타나는 보강 및 상쇄 간섭현상에 기초를 둔다.

측정 가능 두께 : 1

μm∼50μm

코팅 박막 두께 측정기 적용 분야 : 

   

유전체 박막, Polymer

산화물, 질화물, 감광제(PR), Poly-Si 
Cell Gap, a-Si, n+-a-Si, Gate-SiNx, 산화물, PI, ITO 
경도 코팅, 무반사 코팅, 필터 
감광성 드럼, 비디오헤드, 포토마스크, 광디스크
CRT 새도우마스크의 PR, 박막금속필름(광간섭영역), 필터 단점: 얇은 박막 측정 불가단층, 단차 측정

 

FT-IR

Fourier Transform Infrared Spectrometer

 

단차, 단층 측정

 

AFM

Atomic Force Microscope단차 측정
XRF금속 박막 측정
WSI단차 측정
laser단차 측정