薄膜厚度测量方法及装置与流程

1.本公开涉及薄膜厚度测量方法及薄膜厚度测量装置，且更具体地，涉及用于测量厚度小于厚度测量装置的测量极限的薄膜的厚度的方法及装置。


背景技术：

2.对于需要薄膜形成技术的装置来说，薄的膜厚度以及高均匀度是保障装置的性能最佳化、小型化和运行可靠性所必须的。
3.一般为了测量薄膜的厚度，会采用一种将光入射到试料中并分析其反射光的光学变动的方法。这种方法由于厚度测量装置的测量极限，而具有难以适用于具有小于或等于一定厚度的薄膜的问题。因此，对于薄膜而言，存在这样一种情况，即，当在确保装置的性能及小型化方面得到最优化的薄膜的厚度小于或等于厚度监测装置的测量极限时，为了避免监测极限，不得不以比最优厚度更厚的厚度形成膜并在装置中使用。在这种情况下，则会存在因材料消耗而导致的生产成本增加以及由于所形成的物质超出最优范围导致的装置性能降低等的问题。
4.此外，存在这样一种情况，即，为了确保装置性能并实际性地实现小型化，形成厚度小于或等于上述测量极限的薄膜，并接受适当的监测方面的不足。此时，即便薄膜具有缺陷，也无法通过监测来检测并矫正，因此难以确保装置的驱动可靠性。
5.另外，为了定性及定量地测量试料的组成物质，适用各种质量分析方法。这种方法可以是基于以下原理的：通过分析试料物质被入射到试料中的光或粒子等激发之后恢复到正常状态时所释放出的光来确认物质的种类及其量。


技术实现要素：

6.解决的技术问题
7.本发明的技术思想旨在测量和监测厚度小于或等于厚度测量装置的测量极限的薄膜的厚度。由此，能够将薄膜的厚度形成为最优值，从而在确保装置的驱动可靠性的同时，防止生产成本增加以及装置性能降低。
8.解决方法
9.基于本发明技术思想的薄膜厚度测量方法可以包括：测量堆叠有第一层和第二层的试料的整体厚度的步骤；利用质谱仪来测量所述第一层和所述第二层中分别包含的第一物质和第二物质的信号强度值的步骤；利用所述质谱仪来导出表示所述第一物质的物质量与信号强度之间的线性关系以及所述第二物质的物质量与信号强度之间的线性关系的第一线性关系式的步骤；利用所述第一线性关系式以及所述试料所包含的第一物质和第二物质的信号强度值来分别换算所述第一物质和所述第二物质的物质量，并获得所述试料的物质组成比的步骤；导出表示所述第一物质的物质量与层厚度的线性关系以及所述第二物质的物质量与层厚度之间的线性关系的第二线性关系式的步骤；利用所述物质组成比和所述第二线性关系式来获得第一层与第二层的厚度比的步骤；以及利用所述整体厚度和所述厚
度比来换算所述第一层和所述第二层中的每一个的厚度的步骤。
10.在一些实施例中，所述测量试料的整体厚度的步骤可以由厚度测量仪执行，并且在作为测量对象的所述试料中，所述第一层和第二层中的至少一个层的厚度可以小于或等于所述厚度测量仪的测量极限。
11.在一些实施例中，所述导出第一线性关系式的步骤可以包括：制备以彼此不同的量包含所述第一物质和第二物质的多个试料的步骤；利用所述质谱仪来分别测量多个试料所包含的第一物质和第二物质的信号强度的步骤；以及计算所述第一物质的物质量与信号强度之间的线性关系以及所述第二物质的物质量与信号强度之间的线性关系的步骤。
12.在一些实施例中，在获得所述试料的物质组成比的步骤中，所述物质组成比可以是元素浓度比。
13.在一些实施例中，获得所述试料的物质组成比的步骤还可以包括将所述物质组成比与所述第一物质和所述第二物质各自的分子量相乘的步骤，且所述物质组成比可以是质量浓度比。
14.在一些实施例中，所述导出第二线性关系式的步骤可以包括：制备所述第二层的厚度相同而所述第一层的厚度彼此不同的多个第一试料的步骤；测量所述多个第一试料中的每一个的整体厚度的步骤；测量所述多个第一试料中的每一个所包含的所述第一物质的信号强度，并利用所述第一线性关系式来换算成第一物质的物质量的步骤；计算所述第一物质的层厚度与所述物质量之间的第2-1线性关系式的步骤；制备所述第一层的厚度相同而所述第二层的厚度彼此不同的多个第二试料的步骤；测量所述多个第二试料中的每一个的整体厚度的步骤；测量所述多个第二试料中的每一个所包含的所述第二物质的信号强度，并利用所述第一线性关系式来换算成第二物质的物质量的步骤；以及计算所述第二物质的层厚度与所述物质量之间的第2-2线性关系式的步骤。
15.在一些实施例中，作为所述薄膜厚度测量方法的测量对象的所述试料的所述第一层可以是不具有掺杂物的主体层，且所述第二层可以是对所述主体进行掺杂的掺杂物层。
16.在一些实施例中，所述掺杂物可以具有包含金属元素及与之结合的配体的结构，且在所述测量第一物质和第二物质的信号强度值的步骤中，可以测量对于所述第二物质的所述金属元素的信号强度值。
17.在一些实施例中，作为所述薄膜厚度测量方法的对象的所述试料的所述第一层和第二层可以分别由彼此不同的物质构成，且所述第一层和第二层中的每一个可以是单一金属物质、包含多种金属物质的合金以及有机物质中的任一种。
18.在一些实施例中，所述测量试料的整体厚度的步骤可以是利用入射到所述试料的光被所述试料反射而引起的偏振状态的变化来执行的步骤。
19.在一些实施例中，所述信号强度可以通过电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma-mass spectrometry，icp-ms)、拉曼光谱仪(raman spectroscopy)、飞行时间二次离子质谱仪(time of flight secondary ion mass spectrometry，tof-sims)和激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy，libs)中的至少一个来测量。
20.在一些实施例中，所述质谱仪可以利用激光照射试料的方式，且所述测量第一物质和第二物质的信号强度值的步骤可以包括：利用所述质谱仪来对所述试料进行等离子消
融的步骤；以及通过由所述第一物质和第二物质的等离子体发射的光来同时输出所述第一物质和第二物质的光谱数据的步骤。
21.根据本发明技术思想的薄膜厚度测量装置包括：厚度测量部，布置在试料台上，并测量试料的整体厚度值；质量分析部，布置在所述试料台上，并定量地测量所述试料所包含的物质，以测量信号强度值；以及计算部，接收从所述厚度测量部及所述质量分析部获得的整体厚度值及所述信号强度值，并换算出包含在所述试料中的多个薄膜层中的每一个的厚度。
22.在一些实施例中，所述计算部可以包括：第一计算部，计算并存储表示所述试料所包含的物质的物质量与信号强度之间的线性关系的第一线性关系式、以及表示所述物质的物质量与层厚度的线性关系的第二线性关系式；以及第二计算部，利用所述第一线性关系式以及所述试料所包含的物质的信号强度值来计算所述试料的物质组成比，利用所述物质组成比和所述第二线性关系式来计算构成所述试料的多个薄膜层的厚度比，并且利用所述整体厚度值和所述厚度比来换算所述多个薄膜层中的每一个的厚度。
23.在一些实施例中，所述薄膜厚度测量装置还包括用于置放所述试料台的搬运台，所述搬运台可以以第一位置模式或第二位置模式移动，在所述第一位置模式中，所述搬运台将所述试料台布置到所述厚度测量部的内部，且在所述第二位置模式中，所述搬运台将所述试料台布置到所述质量分析部的内部。
24.在一些实施例中，所述薄膜厚度测量装置还可以包括移动部件，所述移动部件与所述厚度测量部及所述质量分析部连接，并将所述厚度测量部和所述质量分析部中的任一者布置到所述试料台上方。
25.在一些实施例中，所述厚度测量部可以是利用入射到所述试料的光被所述试料反射而引起的偏振状态的变化的装置。
26.在一些实施例中，所述质量分析部可以是电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma-mass spectrometry，icp-ms)、拉曼光谱仪(raman spectroscopy)、飞行时间二次离子质谱仪(time of flight secondary ion mass spectrometry，tof-sims)和激光诱导击穿光谱技术中的任一种。
27.根据本发明技术思想的薄膜厚度测量方法可以包括：测量包含多种物质的试料的整体厚度值的步骤；导出所述多种物质的物质组成比的步骤；导出所述多种物质中的每一者的物质量与层厚度之间的线性关系的步骤；利用所述物质组成比及所述线性关系来获得所述多种物质的厚度比的步骤；以及利用所述整体厚度值及所述厚度比来换算所述多种物质中的每一者的厚度的步骤。
28.在一些实施例中，所述导出物质组成比的步骤可以是导出所述试料所包含的物质的元素浓度比的步骤。
29.在一些实施例中，所述导出物质量与层厚度之间的线性关系的步骤可以包括：制备仅改变所述多种物质中的某一种特定物质的物质量的多个试料的步骤；测量所述多个试料中的每一个的整体厚度的步骤；导出所述特定物质的层厚度与所述物质量之间的线性关系式的步骤；以及分别针对所述多种物质，重复执行制备所述多个试料的步骤、测量每个的整体厚度的步骤以及导出线性关系式的步骤，以导出所述多种物质中的每一者的层厚度与物质量之间的线性关系式的步骤。
30.有益效果
31.根据基于本发明技术思想的多个实施例，能够测量厚度小于或等于厚度测量装置的测量极限的薄膜的厚度，从而对厚度均匀度以及是否存在缺陷进行监测。由此，能够在确保装置的驱动可靠性的同时，还能够将薄膜的厚度形成为最优值，从而防止生产成本增加以及装置性能降低。
附图说明
32.图1是依次示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量方法m100的各步骤的流程图。
33.图2a和图2b是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置10、15的图。
34.图3是用于说明图2a和图2b的薄膜厚度测量装置10、15所包含的厚度测量部100的厚度测量原理的图。放大图举例示出作为本发明的厚度测量对象的试料sp。
35.图4是为了更详细地说明图1的薄膜厚度测量方法m100中的用于导出信号强度与物质量之间的第一线性关系式的步骤s107而依次示出各步骤的流程图。
36.图5a至图5c是示出通过图4的用于导出第一线性关系式的步骤s107导出的线性关系的图表。
37.图6是为了更详细地说明图1的薄膜厚度测量方法m100中的用于导出信号强度与层厚度之间的第二线性关系式的步骤s113而依次示出各步骤的流程图。
38.图7是通过图6的用于导出第二线性关系式的步骤s113中的用于测量多个试料中的每一个的整体厚度的步骤s113b获得的图表。
39.图8是通过图6的用于导出第二线性关系式的步骤s113中的用于测量多个试料的测量对象层所包含的物质的信号强度的步骤s113c获得的图表。
40.图9是举例示出可以利用图1的薄膜厚度测量方法m100及图2a的薄膜厚度测量装置10的包含测量对象层的试料sp2的图。
41.图10a及图10b是示出适用于图9的试料sp2的第一线性关系式及其线性关系的图表。
42.图11是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置20的图。
43.图12是依次示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量方法m200的各步骤的流程图。
44.图13是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置30的图。
45.图14是举例示出可以利用图12的薄膜厚度测量方法m200及图13的薄膜厚度测量装置30的包含测量对象层的试料sp3的图。
46.图15是示出基于作为图13的薄膜厚度测量装置30所包含的质量分析部600的测量对象的掺杂物浓度的信号强度的图表。
47.图16是示出适用于图14的试料sp3的第一线性关系式及其线性关系的图表。
48.图17是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置40的图。
49.图18是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置50的图。
50.图19a和图19b是用于说明图18的薄膜厚度测量装置50的分辨率的图。
51.图20是示出通过图18的薄膜厚度测量装置50同时测量试料所包含的物质的信号强度的状态的图表。
52.附图标记的说明
53.m100、m200：薄膜厚度测量方法
54.10、15、20、30、40和50：薄膜厚度测量装置
55.100、500：厚度测量部
56.200、600、700和800：质量分析部
57.300：搬运台
58.350：移动部件
59.400：计算部
具体实施方式
60.以下，将参照附图详细说明本发明的多个实施例，以便本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易地实施。本发明能够实现为各种不同的形态，而并不限于此处所说明的实施例。
61.为了清楚地说明本发明，省略了与说明无关的部分，且在整个说明书中，对于相同或相似的构成要素赋予相同的附图标记。
62.此外，为了便于描述，图示的各个构件的大小和厚度是任意示出的，而本发明并不一定限于图示。在图中，为了清楚地呈现多个层和区域，将厚度放大示出。而且在图中，为了便于描述，将一些层和区域的厚度夸大示出。
63.此外，当层、膜、区域及板等部分被称为在另一个部分“上”或“上方”时，其不仅包括在另一个部分的“正上方”的情况，还包括中间存在其他部分的情况。反之，当某个部分被称为在另一个部分的“正上方”时，其意味着中间不存在其他部分。此外，当提及在作为基准的部分“上”或“上方”时，其表示位于作为基准的部分的上方或下方，而并不一定意味着位于重力的相反方向上的“上”或“上方”。
64.此外，在整个说明书中，当提及某个部分“包括”某个构成要素时，除非存在明显相反的记载，否则其意味着还可以包括其他的构成要素，而不是排除其他的构成要素。
65.此外，在整个说明书中，当提及“平面上”时，其意味着从上方观察对象部分时的情况，且当提及“截面上”时，其意味着从侧面观察竖直截取对象部分的截面时的情况。
66.图1是依次示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量方法(以下也称为“厚度测量方法”)m100的各步骤的流程图。图2a和图2b是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置(以下也称为“厚度测量装置”)10、15的图。图2a和图2b相似，区别仅在于进行对准试料台301与厚度测量部100之间的定位或试料台301与质量分析部200之间的定位的装置。图3是用于说明图2a的薄膜厚度测量装置10所包含的厚度测量部100的厚度测量原理的图。放大图举例示出作为本发明的厚度测量对象的试料sp。
67.参照图1，首先准备厚度测量装置10和作为测量对象的试料sp(s101)。
68.一并参照图2a至图3，作为测量对象的试料sp可以是由测量对象层sp1和参考层sp2堆叠而成的结构。此时，测量对象层sp1的厚度t1范围可能处在小于或等于厚度测量装置10的测量极限的范围内，且可能处在难以单独测量厚度的范围内，而试料sp的整体厚度
t
sp
是将测量对象层sp1的厚度t1和参考层sp2的厚度t2相加的厚度，其可以处在大于或等于厚度测量装置10的测量极限的范围内。
69.另外，测量对象层sp1和参考层sp2由不同的物质形成。测量对象层sp1和参考层sp2可以是彼此不同的金属物质，但并不限于此。在一些实施例中，参考层sp2可以是由至少两种彼此不同的金属物质形成的合金。例如，测量对象层sp1可以由镱(yb)金属形成，且参考层sp2可以由银-镁(agmg)合金形成。然而，本发明的技术思想并不限于此，即使参考层sp2由单一物质形成，也可以用作作为本发明的厚度测量方法m100及厚度测量装置10、15的测量对象的试料sp。
70.厚度测量装置10可以包括厚度测量部100、质量分析部200、搬运台300和计算部400。试料sp可以置放及固定在布置于搬运台300上的试料台301上。厚度测量部100及质量分析部200可以布置在搬运台300上，且试料台301可以通过搬运台300的移动而处于布置在厚度测量部100内部的第一位置模式或布置在质量分析部200内部的第二位置模式。
71.在图2a中，通过搬运台300将试料sp定位到厚度测量部100或质量分析部200，但本发明的技术思想并不限于此。参照图2b，厚度测量装置15还可以包括用于移动厚度测量部100及质量分析部200的位置的移动部件350。移动部件350分别与厚度测量部100和质量分析部200连接，且厚度测量部100和质量分析部200中的任一者可以配置为通过移动部件350定位到试料台301上。
72.在准备步骤s101之后，使试料sp位于厚度测量部100内，并利用厚度测量部100测量试料sp的整体厚度t
sp
(s103)。
73.厚度测量部100可以是诸如椭偏仪的装置，其利用的原理是：使具有特定偏振状态的光li入射到试料sp上，并根据被试料sp反射的反射光lr所具有的偏振状态的变化δ、ψ来换算出试料sp的整体厚度t
sp
。光li、lr的电场向量根据其在试料表面的入射面上还是垂直于入射面而具有s波和p波。入射光li的电场向量e
ip
、e
is
和由试料sp反射的反射光lr的电场向量e
rp
、e
rs
在大小和相位上具有差异。即，ψ是入射光li与反射光lr之间的复数反射系数比，且δ是以相同的相位入射的p波和s波在被反射后所具有的相互之间的相位差。
74.具体地，厚度测量部100可以包括光源101、光源部模块103、受光部模块105和光检测器107。光源101可以具有使光以不与试料sp的入射面垂直的特定入射角θ入射的结构，且射出的光经由其中线偏振器匀速旋转的光源部模块103而被偏振。在光源部模块103中偏振的入射光li可以在试料sp的表面上被反射，并由受光部模块105收集偏振状态随试料sp的光学特性而改变的反射光lr。受光部模块105可以包括线偏振器等，并且仅能够透射特定的偏振成分。穿过受光部模块105的光可以被光检测器107检测为电流或电压的信号强度。通过对反射光lr进行信号分析，可以获得椭偏角ψ和δ，并基于此来提取试料sp的厚度等物理量。
75.根据本发明技术思想，薄膜厚度测量方法m100及厚度测量装置10、15并不限于前述的椭偏法，而是可以基于各种厚度测量装置的原理。即，薄膜厚度测量方法m100及厚度测量装置10、15的厚度测量部100可以是通过调节线偏振器(linear polarizer)和补偿器来找出消光点的消光椭偏仪(null ellipsometer)、光源部模块103的线偏振器匀速旋转的旋转偏振器型椭偏仪(rotating-polarizer ellipsometer)、受光部模块105的线偏振器匀速旋转的旋转检偏器型椭偏仪(rotating-analyzer ellipsometer)或受光部模块105的补偿
器匀速旋转的旋转补偿器型椭偏仪(rotating-compensator ellipsometer)。
76.在测量整体厚度t
sp
的步骤(s103)之后，使试料sp位于质量分析部200内，并利用质量分析部200测量试料sp所包含的物质的信号强度(s105)。如前所述，以下举例示出试料sp由镱(yb)金属的测量对象层sp1和银-镁合金的参考层sp2构成的情况，且为了便于描述，将银(ag)称作第一物质，将镁(mg)称作第二物质，并且将镱(yb)金属称作第三物质。即，在该步骤中，利用质量分析部200分别测量试料sp所包含的第一物质至第三物质的信号强度i1、i2和i3。
77.质量分析部200可以是基于确认试料物质的种类及其量的原理的装置。例如，质量分析部200作为利用电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma-mass spectrometry，icp-ms)的原理的装置，其可以在试料物质被电离的过程中提取电子而产生自由电子和原子，从而定量地检测出电离的原子。
78.质量分析部200可以包括光源201、分光器203、物镜205、腔室207、载体源209、质量测量部211、聚光透镜213、分光部215和光检测部217。
79.具体地，将待分析的试料sp导入腔室207内，且试料sp可以通过由载体源209形成的载气和从光源201经由分光器203和物镜205射出的激光而雾化(atomize)和电离。被电离的试料进入质量测量部211，且质量测量部211可以输出针对构成试料sp的各物质的浓度的信号强度(intensity)值。聚光透镜213和分光部215可以收集在腔室207内由试料sp产生的光。计算部400可以根据由分光部215收集的数据来分析出试料sp所包含的物质的种类。
80.然而，根据本发明技术思想的质量分析部200并不限于电感耦合等离子体质谱仪，而可以是拉曼光谱仪、飞行时间二次离子质谱仪(time of flight secondary ion mass spectrometry，tof-sims)和激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy，libs)等借助能够对物质进行定性定量分析的其他种类的质量分析技术的装置。以下参照图13和图17对利用拉曼光谱仪、飞行时间二次离子质谱仪和激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy，libs)的原理的薄膜厚度测量装置30、40进行说明。
81.另外，为了将试料sp所包含的物质的信号强度换算成物质量，需要用于导出第一物质至第三物质中的每一个的信号强度与物质量之间的第一线性关系式的步骤(s107)。
82.图4是为了更详细地说明图1的薄膜厚度测量方法m100中的用于导出信号强度与物质量之间的第一线性关系式的步骤s107而依次示出各步骤的流程图。图5a至图5c是示出通过图4的用于导出第一线性关系式的步骤s107导出的线性关系的图表。
83.参照图4、图5a至图5c，首先，制备以彼此不同的量包含第一物质至第三物质的第一试料s1、第二试料s2、第三试料s3、第四试料s4和第五试料s5等多个试料(s107a)。在该步骤中，第一试料s1至第五试料s5可以通过添加硝酸和纯水(di water)的混合溶液并加热干燥后添加纯水的预处理工艺而被制备为能够进行质量分析的状态。
84.然后，利用质量分析部200测量第一试料s1至第五试料s5中的每一者所包含的第一物质至第三物质的信号强度(intensity)(s107b)。各物质的信号强度可以由各物质固有的彼此不同的波段的光来体现。
85.然后，在制备试料的步骤s107a中，可以基于各试料的已知物质量以及在测量信号强度的步骤s107b中所测量的信号强度值，导出对于第一物质至第三物质中的每一者的信
号强度与物质量之间的第一线性关系式。
86.一并参照图5a至图5c，第一试料s1至第五试料s5所包含的第一物质(ag)在328.068cm-1
波长下显现出信号强度值。此时，第一试料s1至第五试料s5中的每一者中的第一物质(ag)的物质量m1与信号强度值i1的关系可以是如图5a的图表所示，并且可以由此导出两个变量之间的第1-1线性关系式(m1＝i1*p1，p1是第一物质的信号强度与物质量的比例系数)。
87.另外，第一试料s1至第五试料s5所包含的第二物质(mg)在285.213cm-1
波长显现出信号强度值。此时，第一试料s1至第五试料s5中的每一者中的第二物质(mg)的物质量m2与信号强度值i2的关系可以是如图5b的图表所示，并且可以由此导出两个变量之间的第1-2线性关系式(m2＝i2*p2，p2是第二物质的信号强度与物质量的比例系数)。
88.第一试料s1至第五试料s5所包含的第三物质(yb)在328.937cm-1
波长显现出信号强度值。此时，第一试料s1至第五试料s5中的每一者中的第三物质(yb)的物质量m3与信号强度值i3的关系可以是如图5c的图表所示，并且可以由此导出两个变量之间的第1-3线性关系式(m3＝i3*p3，p3是第三物质的信号强度与物质量的比例系数)。
89.以下为了便于描述，将第1-1线性关系式(m1＝i1*p1)、第1-2线性关系式(m2＝i2*p2)和第1-3线性关系式(m3＝i3*p3)统称为第一线性关系式m＝i*p(p是物质的信号强度与物质量的比例系数)。
90.在导出第一线性关系式(s107)之后，可以利用先前测量而得的第一物质至第三物质的信号强度值i和上述第一线性关系式m＝i*p来换算出试料sp所包含的第一物质至第三物质的物质量m1、m2、m3(s109)。此外，可以基于第一物质至第三物质的物质量，换算出试料sp的物质组成比m1:m2:m3(s111)。物质组成比是元素浓度比，且可以利用各物质的分子量将物质组成比换算为质量浓度比。
91.另外，为了将试料sp的物质量换算为层厚度，或将物质组成比换算为厚度比，需要用于导出第一物质至第三物质的物质量m与层厚度t之间的第二线性关系式t＝m*q(q是物质量与厚度值的比例系数)的步骤s113。即，可以导出第一物质的物质量m1与层厚度t1之间的第2-1线性关系式t1＝m1*q1(q1是第一物质的物质量与厚度值的比例系数)、第二物质的物质量m2与层厚度t2之间的第2-2线性关系式t2＝m2*q2(q2是第二物质的物质量与厚度值的比例系数)以及第三物质的物质量m3与层厚度t3之间的第2-3线性关系式t3＝m3*q3(q3是第三物质的物质量与厚度值的比例系数)。
92.图6是为了更详细地说明图1的薄膜厚度测量方法m100中的导出物质量与层厚度之间的第二线性关系式的步骤s113而将导出第三物质的第2-3线性关系式t3＝m3*q3的各步骤依次示出的流程图。图7是通过用于导出第三物质的第二线性关系式的步骤s113中的用于测量多个试料k1至k8中的每一个的整体厚度的步骤s113b获得的图表。图8是通过图6的用于导出第二线性关系式的步骤s113中的用于测量多个试料k1至k8的测量对象层所包含的物质的信号强度的步骤s113c获得的图表。
93.参照图6，首先，可以制备第一试料k1、第二试料k2、第三试料k3、第四试料k4、第五试料k5、第六试料k6、第七试料k7和第八试料k8等多个试料(s113a)，上述多个试料具有厚度相同且包含第一物质和第二物质的参考层，并具有厚度彼此不同且以彼此不同的量包含第三物质的测量对象层。此时，测量对象层的彼此不同的量或彼此不同的厚度可以根据形
成测量对象层的工艺中所投放的物质量来大致调节。第一试料k1可以是不包括测量对象层的试料，第二试料k2至第八试料k8可以是以一定的增量来改变测量对象层的物质量和厚度的试料。
94.然后，利用厚度测量部100来分别测量第一试料k1至第八试料k8中的每一者的整体厚度值(s113b)。一并参照图7，其示出从第一试料k1的整体厚度值约增加至第八试料k8的整体厚度值约即，在第一试料k1至第八试料k8中的每一者中，测量对象层的厚度从到约离散分布。
95.利用质量分析部200来测量第一试料k1至第八试料k8中的每一者所包含的第三物质的信号强度i3(s113c)。一并参照图8，相对于第一试料k1至第八试料k8的分别从到约离散分布的厚度，可以测量出以一定增量增加的信号强度值。由此，可以导出第一试料k1至第八试料k8的测量对象层的厚度值t3与信号强度值i3之间的线性关系式t3＝i3*k(k是第三物质的信号强度值与厚度值的比例系数)。
96.进一步地，由于信号强度值i3可以利用前述的第一线性关系式m3＝i3*p3来表示为物质量值m3，因此可以导出第三物质的厚度值t3与物质量值m3之间的第2-3线性关系式t3＝m3*q3(s113d)。
97.同样地，可以通过相似的过程来导出第一物质的厚度值t1与物质量值m1之间的第2-1线性关系式t1＝m1*q1以及第二物质的厚度值t2与物质量值m2之间的第2-2线性关系式t2＝m2*q2。即，在制备具有厚度相同的测量对象层以及包括彼此不同的量或彼此不同的厚度的参考层的多个试料之后，可以基于整体厚度值、参考层的信号强度值和物质量值来导出针对参考层的第一物质和第二物质的厚度值与物质量值之间的第2-1线性关系式和第2-2线性关系式。
98.重新参照图1，在测量试料sp所包含的第一物质至第三物质的信号强度i之后(s105)，可以利用信号强度i与物质量m之间的第一线性关系式m＝i*p来换算第一物质至第三物质的物质量值m1、m2、m3(s109)或物质组成比m1:m2:m3(s111)，并且可以利用物质量m与厚度值t之间的第二线性关系式t＝m*q来获得第一物质至第三物质的厚度值t1、t2、t3和/或厚度比t1:t2:t3。由此，可以通过第二线性关系式来直接计算出第一物质至第三物质的厚度值t1、t2、t3，而在将表面积大的试料sp作为测量对象时，则可以通过利用厚度比t1:t2:t3来实际性地实现去除有关表面积的误差的益处。由此，可以利用试料sp的整体厚度值t
sp
和厚度比t1:t2:t3来换算各层的厚度(s117)。
99.或者，可以采用利用第一物质至第三物质的信号强度值和比例系数，通过如下的关系式(1)至(3)来直接导出厚度值的方式。
100.t1＝m1*q1＝i1*p1*q1
ꢀꢀꢀ
(1)
101.t2＝m2*q2＝i2*p2*q2
ꢀꢀꢀ
(2)
102.t3＝m3*q3＝i3*p3*q3
ꢀꢀꢀ
(3)
103.或者，当已知试料sp的第一物质至第三物质的物质组成比r1:r2:r3时，可以采用利用比例系数和整体厚度值t
sp
来导出各层的厚度值的方式。即，第一物质至第三物质的厚度比可以表示为如下的关系式(4)。
104.t1:t2:t3＝r1*q1:r2*q2:r3*q3
ꢀꢀꢀ
(4)
105.由此，相对于整体厚度值t
sp
、可以如下关系式(5)至(7)所示换算出第一物质至第三物质的厚度值。
[0106][0107][0108][0109]
如上的计算过程可以由前述的计算部400来执行，计算部400可以包括：第一计算部，用于计算及存储用于表示试料sp所包含的物质的物质量与信号强度之间的线性关系的第一线性关系式、以及用于表示物质的物质量与层厚度的线性关系的第二线性关系式；以及第二计算部，用于利用第一线性关系式以及试料所包含的物质的信号强度值来计算试料的物质组成比，利用物质组成比和第二线性关系式来计算构成试料的多个薄膜层的厚度比，以及利用整体厚度值和厚度比来换算第一层及第二层中的每一个的厚度。
[0110]
如上所述，根据本发明技术思想，可以基于诸如试料sp所包含的物质的信号强度、物质量和/或物质组成比的物质的定量值、试料sp的整体厚度值、以及前述的变量之间的线性关系式或比例系数来换算出试料sp所包含的各别薄膜层的厚度。根据本发明技术思想，利用变量来换算薄膜层的厚度的过程并不限于前述的示例，而是还涉及能够由本领域技术人员进行变型的各种不同的计算步骤。
[0111]
此外，虽然在图1至图8中举例示出并描述了利用厚度测量装置10来执行薄膜厚度测量方法m100，但本发明的技术思想并不限于此。不仅可以通过后述的厚度测量装置20、30、40来执行薄膜厚度测量方法m100，而且也可以通过各种装置来各别地执行薄膜厚度测量方法m100的各别步骤。
[0112]
同样地，虽然举例示出并描述了由图2a的厚度测量装置10来执行薄膜厚度测量方法m100，但本发明的技术思想并不限于此。厚度测量装置10可以利用装置所包含的厚度测量部100、质量分析部200、搬运台300和计算部400等来执行各种厚度测量方法。
[0113]
图9是举例示出可以利用图1的薄膜厚度测量方法m100及图2a的厚度测量装置10的包含测量对象层的试料sp2的图。图10a及图10b是示出适用于图9的试料sp2的第一线性关系式及其线性关系的图表。
[0114]
参照图9，根据本发明技术思想的薄膜厚度测量方法m100及图2a的、图2b的厚度测量装置10、15可适用于测量包括主体及掺杂在主体中的掺杂物的试料(例如，发光元件结构中的掺杂物层)的情况。
[0115]
具体地，试料sp2可以是由阳极and和阴极ctd、以及被包含在两者之间的电子注入层eil(electron injection layer)、电子传输层etl(electron transport layer)、发光层eml1和eml2(light emitting layer)、空穴注入层hil(hole injection layer)和空穴传输层htl(hole transport layer)堆叠而成的结构。
[0116]
此时，发光层eml1、eml2可以包括具有彼此不同种类及掺杂浓度的掺杂物的第一发光层eml1及第二发光层eml2，由此，各发光层eml1、eml2的发光颜色可以彼此不同。例如，第一发光层eml1可以是以第一浓度包含第一掺杂物的红色发光层，且第二发光层eml2可以
是以第二浓度包含第二掺杂物的绿色发光层。掺杂物可以是有机物，且可以具有在配体内包含金属元素的结构。掺杂物可以是ir(ppy)3、ir(bq)3、ir(thpy)3、ir(bo)3、ir(bt)3、ir(btpy)3、ir(bq)2acac和ir(thpy)2acac等，但并不限于此。
[0117]
另外，由于第一发光层eml1和第二发光层eml2具有在主体内掺杂有微量的掺杂物的结构，因此掺杂物层的厚度可能小于厚度测量部100的测量极限。由此，可以利用前述的薄膜厚度测量方法m100来测量第一发光层eml1和第二发光层eml2中的每一个的厚度。由于掺杂物具有金属元素核m以及与之结合的配体l的结构，因此可以通过测量金属元素核m的信号强度来间接获得掺杂物自身的物质量。由此，可以获得试料sp2的基于掺杂物的厚度。
[0118]
如以上在图1至图8中所述，可以经过测量试料sp2所包含的第一发光层eml1和第二发光层eml2以及其他层and、ctd、etl、eil、htl、hil的信号强度的步骤(s105)、以及导出信号强度与物质量之间的第一线性关系式(s107)并利用其来获取第一发光层eml1和第二发光层eml2以及其他层and、ctd、etl、eil、htl、hil的物质量和/或物质组成比的步骤(s109、s111)，导出物质量与厚度值之间的第二线性关系式(s113)，并利用其来获得第一发光层eml1和第二发光层eml2以及其他层and、ctd、etl、eil、htl、hil的厚度比和/或厚度值(s115、s117)。
[0119]
一并参照图10a和图10b，举例示出表示第一发光层eml1和第二发光层eml2中的每一个的第一线性关系式的图表。图10a是利用具有彼此不同的掺杂浓度的第一试料g1至第五试料g5来示出基于第一发光层eml1的掺杂浓度的信号强度值的图表，其可以导出掺杂浓度与信号强度值之间的第一线性关系式。第一试料g1至第五试料g5中的第一掺杂物具有处于约1.0％至约3.0％的范围内的第一掺杂浓度。图10b是利用具有不同的掺杂浓度的第一试料h1至第五试料h5来示出基于第二发光层eml2的掺杂浓度的信号强度值的图表，其可以导出掺杂浓度与信号强度值之间的第一线性关系式。第一试料h1至第五试料h5中的第二掺杂物具有处于约3.0％至约7.0％的范围内的第二掺杂浓度。
[0120]
图11是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置20的图。薄膜厚度测量装置20与图2a的厚度测量装置10相似，区别仅在于厚度测量部500的结构。与图2a相同的附图标记表示相同的部件，且将省略对此详细的说明。
[0121]
参照图11，厚度测量部500的光源501可以具有垂直入射到试料sp的入射面上的结构。由光源501发射的光可以在经由光源部模块503而发生偏振之后，经由分光器509和物镜511入射到试料sp中。在试料sp的表面处反射的反射光在根据试料sp的光学特性而改变偏振状态之后，可以被受光部模块505收集，并被光检测器507检测为信号强度。可以通过对反射光的信号分析获得椭偏角ψ和δ，并基于此来提取试料sp的厚度等物理量。
[0122]
然后，可以通过质量分析部200测量试料sp的物质量和/或物质组成比。在厚度测量部100及质量分析部200中测量的各个值可以被传递到计算部400，且在计算部400中可以利用所测量的试料sp的整体厚度值、试料sp的物质量和/或物质组成比、变量之间的比例系数来计算出试料sp的测量对象层等的厚度值。
[0123]
图12是依次示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量方法m200的各步骤的流程图。薄膜厚度测量方法m200与图1的厚度测量方法m100相似，区别仅在于作为测量对象的试料sp3的种类。由此，在厚度测量方法m200中利用的厚度测量装置30可以与图1的厚度测量方法m100中利用的厚度测量装置10、15、20不同。
[0124]
图13是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置30的图。薄膜厚度测量装置30与图2a的厚度测量装置10相似，区别仅在于质量分析部600的结构。与图2a相同的附图标记表示相同的部件，且将省略对此详细的说明。
[0125]
图14是举例示出可以利用图12的薄膜厚度测量方法m200及图13的厚度测量装置30的包含测量对象层的试料sp3的图。
[0126]
参照图12至图14，根据本发明技术思想的薄膜厚度测量方法m200及薄膜厚度测量装置30可以将有机物层作为对象。例如，薄膜厚度测量方法m200的测量对象可以是包括主体hm以及掺杂在其中的有机物质掺杂物dm的试料sp3，并且可以仅测量出未掺杂部分的厚度t5以及掺杂物dm的厚度t6。
[0127]
另外，薄膜厚度测量装置30的质量分析部600可以是利用基于拉曼分光法的质量分析技术的装置。具体地，质量分析部600将由光源601输出的激光通过物镜603照射到试料sp3上，并用滤光器607从被试料sp3散射的光中仅筛选出符合拉曼位移(raman shift)的成分，并用分光部611求出其光谱。即，可以通过滤光器607选择性地仅将所散射的光的成分中波长改变的成分以光谱形式呈现。呈现于光谱中的峰值成分是各个物质固有的成分，其可以用于解释试料sp3所包含的物质的种类。此外，峰值成分的大小表示信号强度，因此可以表示物质浓度。为了聚光和分光等，质量分析部600可以包括物镜603、分光器605和聚光透镜609等。
[0128]
利用厚度测量装置30的薄膜厚度测量方法m200如下。首先，制备包括主体hm以及掺杂在其中的有机物质掺杂物dm的试料sp3(s201)，并利用厚度测量部100来测量试料sp3的整体厚度值t
sp3
(s203)。然后，测量主体hm以及掺杂物dm的信号强度(s205)，并导出信号强度与物质量之间的第一线性关系式(s207)。由此，可以利用第一线性关系式来获得试料sp3的物质量和/或物质组成比(s209、s211)。然后，可以导出物质量与厚度值之间的第二线性关系式(s213)，并利用其来获得主体hm以及掺杂物dm层的厚度比和/或厚度值(s215、s217)。
[0129]
图15是示出作为质量分析部600的测量对象的掺杂物浓度的拉曼位移和信号强度的图表。图16是示出适用于图14的试料sp3的掺杂物浓度与信号强度之间的第一线性关系式及其线性关系的图表。
[0130]
虽然在图12和图13中，举例示出并描述了利用厚度测量装置30来执行薄膜厚度测量方法m200，但本发明的技术思想并不限于此。薄膜厚度测量方法m200的各别步骤可以通过各种装置单独执行。
[0131]
同样地，虽然举例示出并描述了由图13的厚度测量装置30来执行薄膜厚度测量方法m200，但本发明的技术思想并不限于此。厚度测量装置30可以利用装置所包含的厚度测量部100、质量分析部600、搬运台300和计算部400等来执行各种厚度测量方法。
[0132]
图17是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置40的图。薄膜厚度测量装置40与图2a的厚度测量装置10相似，区别仅在于质量分析部700的结构。与图2a相同的附图标记表示相同的部件，且将省略对此详细的说明。
[0133]
参照图17，薄膜厚度测量装置40的质量分析部700可以是利用基于飞行时间二次离子质谱仪(time of flight secondary ion mass spectrometry，tof-sims)的质量分析技术的装置。具体地，离子束产生部701可以使具有一定能量的离子束冲击试料sp的表面，
并由此通过光检测器709提取从试料sp物质发射出的光，以测量物质的种类及其信号强度。为了聚焦离子束或容易地收集从试料sp产生的光，可以包括聚光透镜703、705。
[0134]
虽然图17的厚度测量装置40可以执行图1和图12的薄膜厚度测量方法m100、m200，但本发明的技术思想并不限于此。厚度测量装置40可以利用装置所包含的厚度测量部100、质量分析部700、搬运台300和计算部400等来执行各种厚度测量方法。
[0135]
图18是示出根据基于本发明技术思想的一实施例的薄膜厚度测量装置50的图。薄膜厚度测量装置50与图2a的厚度测量装置10相似，区别仅在于质量分析部800的结构。与图2a相同的附图标记表示相同的部件，且将省略对此详细的说明。
[0136]
参照图18，薄膜厚度测量装置50的质量分析部800是基于激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy，libs)来进行质量分析的装置，其可以根据分析通过激光诱导的等离子体的光谱的原理来驱动。具体地，由光源801产生的高功率激光经由分光器803和物镜805照射至试料sp。此时，激光可以在试料sp处诱导等离子消融(plasma ablation)，并由此在腔室807内形成等离子体。
[0137]
光收集部813收集根据试料sp释放等离子体而产生的光，并将其传递至分光部815，且分光部815和光检测部817对所收集的光进行光谱分析，并输出构成试料sp的物质的光谱数据。光谱数据可以是与根据波长而测量到的信号强度相关的数据。
[0138]
另外，薄膜厚度测量装置50的质量分析部800可以将包含金属物质的试料sp作为测量对象。例如，试料sp可以是由多种金属物质形成堆叠结构的结构。然而，本发明的技术思想并不限于此，而是可以用于试料sp具有包括主体和掺杂在主体中的掺杂物的结构的情况。即，如以上参照图9所述，当掺杂物是包括金属元素核的配体时，可以通过配体内部的金属元素核来测量信号强度，间接地获得掺杂物自身的物质量。由此，即便在试料sp中分布有微量的掺杂物时，也可以测量形成有掺杂物的层的厚度。
[0139]
图19a和图19b是用于说明图18的厚度测量装置50的分辨率的图。
[0140]
一并参照图19a和图19b，各图表示出利用厚度测量装置50测量的三种试料v1、v2、v3的信号强度，其中，在三种试料v1、v2、v3中，测量对象层的物质具有彼此不同的量或彼此不同的厚度，而其余层的物质则具有相同的量和厚度。
[0141]
厚度测量装置50可以针对三种试料v1、v2、v3的测量对象层物质分别测量第一信号强度值i01、第二信号强度值i02和第三信号强度值i03，并根据基于本发明技术思想的厚度测量方法m100、m200将其分别换算成层厚度和因此，通过厚度测量装置50，不仅能够换算出厚度小于或等于作为厚度测量部100测量极限的约的层的厚度，还能够进行能够分辨具有彼此不同的厚度的多个试料的约的厚度差的高质量的厚度分析。
[0142]
图20是示出通过图18的厚度测量装置50同时测量试料sp所包含的多种物质(例如，第一物质mt1、第二物质mt2和第三物质mt3)的信号强度的状态的图表。
[0143]
一并参照图18和图20，通过厚度测量装置50获得的光谱数据可以同时呈现由第一物质mt1、第二物质mt2和第三物质mt3产生的多个峰值(peak)。多个峰值通过第一物质mt1、第二物质mt2和第三物质mt3发射固有波长的光而呈现在光谱数据中。因此，通过提取出现多个峰值的波长而将各峰值与产生各峰值的第一物质mt1、第二物质mt2和第三物质mt3进行匹配，从而实际性地实现能够同时提取第一物质mt1、第二物质mt2和第三物质mt3的信号强度值的益处。然后，可以根据前述的厚度测量方法m100、m200的其余步骤来换算出试料sp
所包含的物质层的厚度。
[0144]
以上虽然详细说明了本发明的实施例，但是本发明的权利范围并不限于此，本领域普通技术人员利用随附的权利要求书中所限定的本发明的基本概念而获得的各种变型和改良形态亦属于本发明的权利范围内。