박막두께 측정법

비전공자로써 과제 수행하려니 쉽지 않아 여러분께 문의 드립니다. 박막 두께를 측정하는데 있어 측정기에 대한 신뢰도가 확보 되지 않고 있습니다. 측정법의 문제인지 측정기 선정의 문제인지 방향을 못잡고 있습니다. 처음에 알파 스텝을 이용했는데 예상과 달리 분해능과 재현성이 떨어져 다른 측정기를 사용해 보았는데 역시 만족할 만한 결과를 얻지 못했습니다. 제가 원하는 측정 스펙과 궁금점은... 1) Vertical Resolution:  0.1nm~1nm 정도 2) Target에 상관없이 측정될 것. 3) adhesion의 차이로 인해 측정값의 변화가 있을 수 있는지? 그리고 측정 환경은 아래와 같습니다. [증착 환경] - PVD 증착 - Target은 Sn,Si,Al-Si 등 입니다. - 박막 두께는 대략 1nm~100nm 사이 입니다. - 실제 Substrate는 3차원의 PC 재질 또는 금속(스테인레스,마그네슘 등)이나    두께 측정시 투명한 평면 Galss 시편(20x50mm 정도)에 증착시킴 - Substrate의 온도는 그리 높지 않습니다. (Max 6~80C정도) [측정 방법] - 투과율 측정    -> 균일도 판정에만 사용. - Reflectometer를 이용한 방법. (K-Mac사 ST4000-DLX. )    -> 투과율 낮은(불투명) 박막의 경우 측정 어려움. - 광학 간섭계를 이용한 방법(ANI사 Nano3D. http://www.anieng.com/main/?skin=prod_02_08.htm)    -> 주의 환경에 민감함. 측정 물질에 대한 보상값 신뢰도 낮음. - Alpha-Step (KLA-Tencor사)    -> Resolution 및 반복 재현성이 떨어짐. (주위 환경(예:진동) 때문인지 의심중) 이상입니다.

돌아온백수 (2009-01-29 00:44:58)

샘플을 쪼개서 SEM 이나 TEM 으로 보세요. 알파 스텝이나 AFM/SPM 이 잘 못 읽는 다는 건, 필름이 균일하지 않다는 겁니다.

dsl (2009-01-29 01:25:48)

SEM은 좀 힘들구요 아마 TEM 으로 보셔야 할듯... 보통 SEM resolution이 ~2.5nm 정도거든요 (15kV에)

개가죽 (2009-01-30 10:42:11)

눼~ 필름 표면이 논바닥 갈라진것 같은 구조를 가지고 있어 완전 균일하지 않습니다. 그때의 도막 두께과 특성을 보려 하는 거거든요. 현재 자체 SEM이나 TEM이 없어 손쉽게 빨리 볼 수 있는 방법을 찾고 있었습니다. 측정을 자주해야 하는데 SEM,TEM 의뢰시 비용과 시간이 만만치 않아 고민입니다. 답변 고맙습니다.

4닥 (2009-01-30 11:36:20)

FIB (Focused Ion Beam) 추천. 경계가 불분명하다면 두께를 정하기가 어렵지요. 그럴때, 이온빔으로 두께방향으로 깎아내면 그 경계가 분명해지므로 두께도 알아낼 수 있습니다. 하지만 역시나.........SEM수준의 고가 장비. 1 nm resolution은 TEM 이외에는 무리라고 봅니다.

avaritia (2009-01-30 16:23:19)

1 nm resolution 그것도 vertical 후덜덜..  TEM도 HRTEM이나 가야 .. 나노를 너무 쉽게 생각하시는 건 아닌지요..  근데 TEM copper grid에 올리지도 못할 듯 한데.. PVD인데 1 nm 까지 봐야 하나요? 수십~수백나노 쌓였을 것 같은데.. 게다가 표면이 고르지도 않다면서 지나치게 자세히 보는 것은 오버같은데요. 거북등 + 고저차 있는 증착면은 쫌 괜찮은 SEM으로 100 nm 급 구조 확인할 수 있을만큼만 봐도 될텐데요. 옆으로 돌려서 단면도 찍을 수 있고 두께도 잴 수 있는데..  알파스텝이 재현성 떨어진다면 증착 상태가 그닥 완벽 균일하지 않다고밖에 볼 수 없는데요. 그런 시료를 HRTEM 물리는 건 낭비죠.  XRD는 찍어 보셨는지요? Si이나 Si-Al 이면 박막두께도 계산 가능할 듯.

박지훈 (2009-01-30 17:17:19)

알파스텝으로 수나노를 측정할 수 있나요? --;; 알파스텝으론(경험상) 그 두께는 측정하지 못할 것 같습니다. 그리고 수 나노를 증착시 '균일'하게 박막이 형성되었느냐도 먼저 고려해봐야할 것 같습니다. 균일하지 않다면(ex. 박막이 기판을 다 덮지 못했다) 박막이 형성되었다도 말하기 어려울 것 같습니다. ^^ 수십~100나노 수준이라면 증착 시 단차를 만들게 한 쪽을 가려두고 AFM(Atomic Forces Microscope)으로 그 경계면을 측정하는 방법을 추천합니다. SEM, TEM 보단 측정비도 저렴하고 ^^;; 측정해 주는 센터도 많습니다~

박지훈 (2009-01-30 17:18:37)

AFM으로 측정한다면 궁금증 1,2번은 어느 정도 커버하고 3번은 측정시  non-contact법으로 한다면 역시 해결될 것 같습니다.

avaritia (2009-01-30 18:01:31)

거북등 고저차 증착편이라면 AFM 오퍼레이터가 난색을 표명하지 않을까요... 고저차가 수십 nm에 이르고 예측도 안되는 상황일텐데..

QED (2009-03-20 11:05:17)

In situ에서 ellipsometry를 사용하면 말씀하신 spec정도로 측정 가능할 거 같습니다. 다만 target에 상관이 있고 adhesion에 의한 차이를 잴 수 있을 지는 모르겠습니다.