반도체 공정 - ellipsometer[엘립소미트리]에 대해서

◆ Ellipsometer (타원평광해석)
타원평광의 해석은 응용 박막광학으로 확립되었으나, 그 후 논리해석이 복잡해서 숙련된 소수의 전문가 밖에는 이용 할 수 없었다. 그러나 마이크로컴퓨터에 의한 측정과 계산을 자동적으로 하는 측정기가 시판되어 현재는 널리 사용되고 있다.
투명한 박막과기판의 경계면에 반사하는 광의 반사율과 편광각을 측정함으로써, 막의 굴절율과 광학적 두께를 동시에 구할 수 있다. 기판재료의 굴절률을 알고 있지 않으면 안 된다.
측정하는 것은 기판에 입사하는 광의 입사면 내의 편광폭 t반사율과 입사 수치면 내의 진폭 반사율의 비 tan 편광각도의 위상차 △이다. 이것들의 값과 굴절률 n 광학적 막두께 d와의 관계식은 제법 복잡하고 더구나 다양한 변수가 있기 때문에 여기에서는 생략한다.
측정 정밀도는 광학적 막두께에 다라 다르다. 막두께가 클 때에는 컴퓨터의 표시 값은 1차의 값으로만 표시된다.

◆ Ellipsometer의 원리
우선, ellipsometry 각 (, )에 대해 알아보자면, 편광방향이 입사면에 놓인 p-파와 입사면과 수직인 s-파에 대한 반사계수(rp, rs)로부터 ellipsometry 측정값인 (, )와의 관계를 유도한다.

그림: Polarizer에 의한 선형편광과 시편에 반사 후 발생한 타원편광

여기서 |rp(s)|는 입사파의 전기장의 세기(Eip(s))와 반사파의 전기장의 세기(Erp(s))의 크기의 비이다. 그리고 p(s)는 반사 후의 위상변화이다.
복소 반사계수비()를 정의하면

이로부터 두 ellipsometry 각이 정의가 된다. 즉,

따라서 는 같은 위상으로 입사한 p-파와 s-파가 반사 후에 갖게 되는 상호간의 위상차이고 tan는 그 반사계수의 크기 비이다.
대부분의 경우에 있어 ellipsometry의 운용원리는 다음과 같다.
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