첨단 반도체 및 디스플레이 소자 제조 공정에서 수율 향상을 위해서는 고정밀 삼차원 형상 측정 기술이 필수적이다. 이를 위해 기존의 측정 방식으로 백색광 주사 간섭계와 공초점 현미경이 널리 사용되고 있다. 하지만 이 방법들은 기본적으로 형상 정보를 획득하기 위해 광축 방향으로의 주사 과정이 요구되며, 포인트 측정이 아닌 영역 측정을 위해서는 추가적인 공간 축 주사가 필요하다는 한계를 가지고 있다. 따라서, 고정밀 측정이 가능하다는 장점에도 불구하고 실시간 검사가 요구되는 생산 공정에는 적용하기 어렵다. 한편, 이와 달리 분광 간섭계 기술을 활용하면 별도의 광축 방향 기계적 주사 없이 실시간으로 표면 형상을 측정할 수 있으나, 마찬가지로 포인트 측정이라는 한계로 인해 물체 이송 방향에 따라 특정 라인 프로파일 정보만 획득할 수 있다는 단점이 있다. 본 연구에서는 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 활용할 수 있는 초분광 기반의 실시간 삼차원 형상 측정 기술을 제안한다. 제안된 방법은 기본적으로 분광 간섭계를 기반으로 하기 때문에 광축 방향 주사가 필요하지 않고, 포인트가 아닌 라인에 해당하는 데이터를 동시에 획득할 수 있어 고속으로 이송 중인 물체의 표면 형상을 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 높은 파장 분해능을 가지는 초분광기를 구현함으로써 단차가 큰 형상도 정밀한 측정이 가능함을 보였다. 제안된 기술을 통한 형상 측정 결과의 신뢰성 검증을 위해 한국표준과학연구원이 인증 및 보급하고 있는 단차 인증표준물질을 측정하여 인증 값을 기준으로 불확도 이내에서 측정 결과가 일치하는지를 확인하였고, 측정 성능의 정량적 평가를 위해 측정 불확도 평가를 수행하였다. 본 연구결과를 통해 제안된 기술은 대영역에서 실시간 고정밀 형상 측정이 요구되는 반도체 웨이퍼 레벨 미세패턴 검사, 이차전지 절연막 두께 분포 검사 등에 충분히 활용이 가능할 것으로 기대한다.
