빛의 이해
빛은 반도체 제조 공정에서 중요한 역할을 하는 전자기파로, 빛의 성질을 이해하는 것은 매우 중요합니다. 빛은 균일한 매질에서는 직진하지만, 매질이 불균일하거나 다른 매질과 만나면 굴절, 반사, 또는 편광이 발생할 수 있습니다.
- 반사:
- 빛이 서로 다른 굴절률을 가진 두 매질 사이를 통과할 때 경계면에서 일부가 반사됩니다. 이때 입사각과 반사각이 동일합니다.
- 굴절:
- 빛이 한 매질에서 다른 매질로 이동할 때, 일부는 반사되고 일부는 매질 속으로 투과됩니다. 이때 빛이 굴절되며, 굴절률은 매질의 광학적 특성을 나타냅니다.
- 편광:
- 빛은 일반적으로 다양한 방향으로 진동하지만, 특정 방향으로만 진동하는 경우 편광된 빛이라고 합니다. 편광의 형태는 무편광, 선형 편광, 원형 편광, 타원 편광으로 나눌 수 있습니다.
주사전자 현미경(SEM)의 원리
주사전자 현미경은 시료의 표면을 전자빔으로 조사하여 구조와 조성을 분석하는 장비입니다.
- 동작 원리:
- 전자총에서 방출된 전자가 시료에 조사되면, 시료 표면에서 이차전자, 후방산란전자, X선 등이 방출됩니다. 이 신호들을 포착하여 시료의 표면 구조를 이미지화합니다.
- 구조:
- SEM은 전자총, 전자기 렌즈, 시료 스테이지, 영상신호 검출장치, 고전압 발생장치 등으로 구성됩니다. 각 구성 요소는 전자빔을 생성, 가속, 조준, 검출하는 역할을 하며, 이를 통해 고해상도 이미지를 얻을 수 있습니다.
광학적 두께 측정 장비 개요
- 분광반사 광도계(Spectroscopic Reflectometer):
- 분광반사 광도계는 다양한 파장에서 시료 표면에 입사된 빛이 반사되는 강도를 측정하여 박막의 두께를 분석합니다. 정확한 반사 강도를 얻기 위해 주기적인 레퍼런스가 필요합니다.
- 엘립소미터(Spectroscopic Ellipsometer):
- 엘립소미터는 빛이 물질 표면에서 반사 또는 투과되면서 발생하는 편광 상태 변화를 이용하여 박막의 두께와 광학적 특성을 측정합니다. 타원해석법을 통해 얻어진 데이터를 분석하여 물질의 굴절률 및 흡수 계수를 계산합니다.
- 엘립소미터는 수 옹스트롱(Å) 수준의 초박막 측정이 가능하지만, 두꺼운 박막 측정에 한계가 있으며, 측정 속도가 느린 단점이 있습니다.
이러한 장비들은 반도체 제조 과정에서 박막의 두께 및 특성을 정확하게 분석하는 데 필수적인 도구입니다.