KR100574776B1 - 분광결상을 이용한 타원계측 장치 및 타원계측 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분광결상을 이용하는 타원계측장치 및 타원계측방법에 관한 것으로, 시료의 표면에 지정/구획된 다점영역으로 해당 다점영역에 맞게 시준하고 편광시킨 백색광을 입사시키기 위한 광원 그룹과, 반사되는 백색광을 광분석을 위해 편광시키는 광분석 그룹과, 편광된 백색광을 분광/결상시키기 위한 분광결상 그룹을 포함하여 구성됨이 특징이 있다. 특히 분광결상 그룹에는 다점영역에 맞게 시준된 백색광이 입사되고, 분광소자에 의해 파장별로 분광되므로, 결상면의 한축에는 다점영역을 이루는 각 지점의 위치별로 결상되고, 다른 한축에는 파장별로 결상되어 위치별/파장별 물성정보를 갖는 광학 데이터의 수득이 가능하다. 따라서 다점영역의 물성 정보를 동시에 획득하고, 또한 파장별로 분광하여 획득하는 등의 풍부한 데이터의 획득이 가능하여 측정의 신속성과 신뢰성 제고의 효과가 있다.
분광, 결상, 타원계측, 다점영역, 파장
Description
도 1은 종래 타원계측기의 제 1구성도,
도 2는 종래 타원계측기의 제 2구성도,
도 3은 본 발명에 따른 분광결상을 이용하는 타원계측장치의 구성도,
도 4는 도 3에 도시된 분광결상 그룹의 상세 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 분광결상을 이용하는 타원계측방법의 순서도이다.
< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >
100: 광원 그룹, 110: 광원 모듈,
120: 편광자, 130: 제 1위상지연자,
200: 광분석 그룹, 210: 제 2위상지연자,
220: 검광자, 300: 분광결상 그룹,
310: 입사슬릿, 320: 분광소자,
330: 집광렌즈, 340: 고체촬상소자,
400: 컴퓨터, 1000: 타원계측장치,
2000: 시료.
본 발명은 편광상태 변화의 측정에 기초하여 시료의 물성 정보를 획득하기 위한 타원계측 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료에 지정/구획된 다점영역에 맞게 시준된 백색광을 측정광으로 사용하고, 이를 분광/결상시켜 다점영역을 이루는 각 지점별 위치에 따른 물성정보를 한번에 수득하고, 이는 파장별로 획득함이 가능하여 보다 풍부한 광학 데이터를 획득함이 가능한 분광결상을 이용한 타원계측장치 및 타원계측방법에 관한 것이다.
일반적으로 특정 물체에 입사되고, 반사 또는 투과되는 빛의 편광 상태는 해당 물체의 물성과 구조에 기초하는 특성을 나타낸다고 알려져 있다. 이러한 빛의 편광 특성을 이용하여 해당 물체의 특성(예를 들어 표면의 구조, 막구조 등)을 측정하는 것을 편광 광학 측정기술이라 한다.
그런데 보통 선편광 상태의 빛은 시료에 입사되고, 반사된 이후 타원편광 상태를 갖게 된다고 알려져 있다. 이와 같이 수득된 타원편광 상태의 빛으로부터 해당 시료의 물성과 표면 구조에 관한 데이터를 수득하는 것을 타원계측(ellipsometry)이라 한다.
한편, 반도체 또는 광학재료 분야 및 그 공정 분야에서는, 측정의 신뢰성 제고를 위해 시료를 분해하거나 제조설비로부터 이탈시키지 않고, 존재하는 그대로 측정하는 in-situ 측정방법 또는 그 구조의 필요성이 증대되고 있다. 이에 기술적으로 대응할 수 있는 측정기술 분야가 앞에서 언급된 광학 측정기술 분야로서, 특 히 반도체 산업에서 산화막의 두께 및 밀도분포 측정과 같은 박막 분석분야에는 타원계측이 주로 이용된다.
타원계측은, 시료가 대기, 진공, 플라즈마, 산 또는 염기성 용액 등에 놓여 있더라도 빛이 투과할 수 있는 환경만 조성된다면, 그 측정을 진행할 수 있는 특징이 있다. 또한 고온이나 극저온의 환경에서도 측정의 진행이 가능하다.
그리고 시료의 표면 상태와 박막의 구조해석 능력이 우수하다고 알려져 있는바, 그 예로서 시료에 반사되면서 발생되는 위상 변화가 해당 시료의 표면 변화에 기초하여 극히 민감하기 때문에, 초박막(monolayer)에서 그 표면에 약 2∼3Å 정도의 변화가 형성되는 것도 감지가 가능하다. 경우에 따라서는 그러한 변화가 발생하기 직전에 그 변화를 감지할 수 있다고 알려져 있다.
따라서 타원계측은 반도체 공정에서의 증착/에칭/열처리/표면반응 등과 같은 공정 관측에 있어 연속적인 데이터 획득이 여타 광학 측정기술에 비해 현저하게 유리한 조건을 갖추고 있다.
이와 같은 타원계측은 타원계측기(ellipsometer)라는 장치구조에 의해 구현된다. 이러한 타원계측기에서 측정하고자 하는 것은, 해당 분야에서 주로 ψ와 Δ로 표시되는 파장에 대한 계측각이다.
특히 타원계측각은 해당 시료의 물성정보를 나타내는 주요 데이터이다. 종래에는 광경로를 입사광 경로와 반사광 경로로 구분할 경우, 분광기를 입사광 경로 또는 반사광 경로에 위치시키고, 시료를 별도의 이송장치로 이송시키면서 광학적인 스캔을 시행하는 작동구조를 갖고 있다.
종래 분광기를 입사광 경로와 반사광 경로에 위치시킨 구조가 도 1 및 도 2에 각각 도시되어 있다. 도 1에서 보면, 종래 타원계측기는, 입사광 경로상에 배열되는 광원부(10), 분광기(20), 편광자(30)와, 반사광 경로상에 배열되는 검광자(40) 및 광감지기(50) 등을 포함하여 구성된다.
광원부(10)로부터 빛(화살표식으로 표시됨)이 출사되면, 분광기(20), 편광자(30)을 거쳐 시료(60) 위에 입사된다. 이 때 광원부(10)로부터 출사되는 빛은 백색광으로 모든 파장의 빛이 포함되어 있다. 분광기(20)는 이중 하나의 파장을 갖는 빛을 얻도록 필터링한다. 편광자(30)는 특정 편광상태 예를 들어 선편광 상태로 빛의 편광 상태를 변화시킨다.
이에 따라 특정 파장의 빛으로 만일 육안상으로 청색을 나타내는 빛을 예로 들자면, 청색광이 선편광 상태로 시료(60)의 표면에 입사되고 반사된다.
그리고 반사광 경로상에, 배치된 검광자(40)에는, 청색광이 선편광 상태로 시료에 반사되고 이후 타원편광 상태로 변화된 청색광이 입사된다. 이 후 광감지기(50)에서 이를 감지함으로써, 시료(60)의 해당 표면의 물성이나 구조에 대한 데이터를 수득할 수 있다. 이 때에는 분광기(20)에서 미리 백색광을 분광하여 측정광으로 사용하므로 파장 정보를 미리 알 수 있다. 따라서 분광 이후 반사된 빛의 편광 상태를 통해 타원계측각을 산출하는데, 이러한 타원계측각은 일반적으로 최종 편광 데이터를 수득하고, 이를 기초로 분광된 입사광에 대한 반사광의 진폭의 비와 위상차에 관해 수학적으로 정리함으로써 구할 수 있다.
그리고 도 2에 도시된 타원계측기는, 분광기(20)가 반사광 경로에 배치된 종 래 타원 계측기가 도시되고 있다. 이러한 타원계측기는, 입사광 경로상에 배열되는 광원부(10), 편광자(30)와, 반사광 경로상에 배열되는 검광자(40), 분광기(20) 및 광감지기(50) 등을 포함하여 구성된다.
이러한 타원계측기 구조에서는, 광원부(10)의 백색광이 편광자(30)를 통과하면서 선편광 상태로 조성되고, 시료(60)에 반사된 이후, 타원편광 상태를 갖게 된다. 그리고 검광자(40)를 거쳐 다시 선편광되고, 분광기(20)에 입사될 경우 필터링되어 소정 파장의 빛만이 광감지기에서 감지된다.
이 때에는 반사 이후 분광이 실시되므로, 측정이 완료되면서 파장정보를 수득할 수 있다. 그리고 앞서 언급된 바와 같이, 반사 이후 편광 상태를 기초로 소정의 수학적 계산을 통해 타원 계측각을 획득할 수 있다.
이러한 종래 타원계측기의 측정과정에서는, 만일 시료(60)의 표면에서 하나의 점으로 표시되는 특정위치의 독특한 물성 또는 구조를 알고 싶다면, 해당 지점에 다양한 파장의 빛을 입사하고 반사하는 과정을 진행한다. 이에 따라 해당 지점으로부터 반사되는 다양한 파장의 빛을 통해 보다 풍부한 데이터를 수득할 수 있다.
또한 만일 시료(60)의 표면에 있어 그 전반적인 형상 구조를 알고 싶다면, 시료의 위치를 별도의 이송장치로 변경시키면서, 다점 측정을 실시한다. 즉 하나의 파장을 갖는 빛을 시료(60) 표면 전반에 걸쳐 입사 및 반사시키는 과정을 진행한다.
그런데, 종래의 타원계측기의 구조를 이용할 경우, 시료(60)의 표면에서 하 나의 점에 대해 다양한 파장의 빛을 입사 및 반사시키는 측정 또는 하나의 파장을 갖는 빛을 다점에 대해 입사 및 반사시켜 측정을 실시할 경우, 한번 빛이 입사 및 반사되고 이를 감지하여 그 데이터를 수득하는데, 보통 약 0.1초 내지 1초의 시간이 소요된다고 알려져 있다.
이에 따라 만일 1000개의 서로 다른 파장의 빛을 이용하여 하나의 점에 대한 측정 또는 1000개의 다점에 대해 하나의 파장을 갖는 빛을 이용하여 측정할 경우 약 100초 내지 1000초 정도의 시간이 소요되는 등 측정의 신속성이 보장되지 못하는 문제점이 있어왔다.
또한 이와 같은 문제점은, 측정 과정에서 소요되는 시간 중에 시료(60)가 변질되거나 이물질에 의해 오염되는 사태를 초래하게 되고, 광원부(10)로부터 출사되는 빛의 불안정성으로 인해 측정 이후 수득되는 데이터에 대한 신뢰도가 저감되는 등의 문제점을 유발하게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 다점영역에 맞게 시준된 백색광을 측정광으로 사용하므로, 다점영역을 이루는 각 지점의 물성정보를 한번에 획득할 수 있는 분광결상을 이용한 타원계측장치 및 타원계측방법을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 제 2 목적은, 다점영역에 맞게 시준된 백색광을 파장별로 분광하여 결상시키므로, 하나의 지점에 관한 물성정보를 파장별로 분광된 각 빛을 통해 여러개 획득이 가능하여 보다 풍부한 광학 데이터의 수득이 가능한 분광결상 을 이용한 타원계측장치 및 타원계측방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적들은, 시료의 표면으로 일방향을 따라 연속되는 다점영역에 대해 위치적으로 상응하여 백색광을 시준/출사하도록 광원과 시준 구조가 일체화된 광원 모듈을 포함하고, 상기 백색광을 선편광시키도록 상기 광출사 경로상에 배치되는 편광자를 포함하는 광원 그룹;
상기 광원 그룹에 대해 광학적으로 대향 배치되고, 상기 시료의 다점영역에 의해 반사되어 상기 다점영역에 대한 위치정보 및 물성정보를 갖고 타원편광되는 백색광을 선편광시키는 검광자를 포함하는 광분석 그룹;
상기 광분석그룹과 동일 광축상에 배치되고, 상기 백색광을 파장별로 분광시키는 분광소자와, 분광된 각 빛이 해당 파장 및 상기 다점영역을 이루는 각 지점별 위치에 기초하여 결상면의 각축방향을 따라 동시 결상되는 광검지수단을 포함하는 분광결상 그룹; 및
상기 광검지수단으로부터 전송되는 데이터를 기초로 상기 각 빛의 파장 및 파장별 해당 빛의 타원계측각을 동시 산출하도록 상기 광검지수단에 전기적으로 연결되는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측장치에 의하여 달성된다.
여기서 상기 광원 그룹에는, 상기 선편광된 백색광을 원편광, 타원편광 중 소망하는 어느 하나로 편광시키도록 상기 편광자의 후방으로 동일 광축선상에 배치되는 제 1위상지연자가 더 포함되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 광분석 그룹에는, 상기 타원편광된 백색광을 상기 제 1위상지연 자와 광학적으로 상응시켜 대등하게 편광시키도록 상기 검광자의 전방으로 동일 광축선상에 배치되는 제 2위상지연자가 더 포함되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 광검지수단은, CCD형 고체촬상소자인 것이 바람직하고,
이 때 상기 분광결상 그룹에는, 상기 CCD형 고체촬상소자의 결상면으로 상기 분광된 각 빛을 집광시키도록 상기 분광소자와 상기 CCD형 고체촬상소자의 사이에 배치되는 집광렌즈가 더 포함되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 분광결상그룹에는, 상기 백색광의 시준상태를 광학적으로 정렬시키도록 상기 분광소자의 전방으로 동일 광축상에 배치되고, 초기 백색광의 시준 형상에 대응하는 입사슬릿이 더 포함되는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명의 상기와 같은 목적들은, 시료의 표면으로 일방향을 따라 연속되는 다점영역에 대해 위치적으로 상응하여 백색광을 시준/출사시키는 단계(S1000);
상기 백색광을 선편광시키는 단계(S2000);
상기 시료의 해당 다점영역에 의해 반사되어 상기 다점영역에 대한 위치정보 및 물성정보를 갖고 타원편광된 백색광을 선편광시키는 단계(S3000);
상기 백색광의 시준상태를 광학적으로 정렬시키는 단계(S4000);
상기 정렬된 백색광을 파장별로 분광시키는 단계(S5000);
상기 분광된 각 빛을 해당 파장 및 상기 다점영역을 이루는 각 지점별 위치에 기초하여 결상면의 각축방향을 따라 동시 결상시키는 단계(S6000); 및
상기 결상으로 수득되는 데이터에 기초하여 상기 각 빛의 파장 및 파장별 해 당 빛의 타원계측각을 산출하는 단계(S7000);를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법에 의하여 달성된다.
여기서 상기 백색광의 선편광단계(S2000) 이후 후처리 단계로서, 상기 선편광된 백색광을 위상 지연방식을 통해 원편광, 타원편광 중 소망하는 어느 하나로 편광시키는 단계(S2000a)가 더 포함되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 반사된 백색광의 선편광단계(S3000) 이전 전처리 단계로서, 상기 백색광의 반사 이전의 편광단계(S2000a)와 광학적으로 상응되도록 상기 백색광을 대등하게 편광시키는 단계(S2500)가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한 상기 빛의 결상 단계(S6000)에서는, 상기 분광된 각 빛의 광경로상에 배치되는 CCD형 고체촬상소자에 상기 각 빛을 결상시키는 것이 바람직하다.
그리고 상기 백색광의 분광단계(S5000) 이후, 상기 분광된 각 빛을 상기 CCD형 고체촬상소자의 결상면으로 집광하는 단계(S5000a)가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한 상기 집광단계(S5100)에서는, 상기 분광된 각 빛의 광경로상으로 상기 CCD형 고체촬상소자의 전방에 집광렌즈를 배치하여 상기 각 빛을 집광하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 백색광 시준상태의 정렬단계(S4000)에서는, 초기 백색광의 시준 형상에 대응하는 입사슬릿을 배치하여 상기 백색광의 시준상태를 정렬하는 것이 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들 과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하 본 발명에 따른 분광결상을 이용하는 타원계측장치 및 타원계측방법에 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 분광결상을 이용하는 타원계측장치(1000)의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 분광결상 그룹(300)의 상세 구성도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타원계측장치(1000)는, 시료(2000)의 다점영역에 상응하여 백색광(플레이트 형상으로 표시됨)을 시준/입사/반사시켜 다점영역의 위치에 따른 물성정보를 갖는 백색광을 수득하고, 백색광을 파장에 따라 분광하고 파장 및 다점영역을 이루는 각 지점의 위치에 기초하여 결상시킴으로써, 분광된 각 빛의 파장정보와 각 지점의 위치별 해당 빛의 타원계측각 정보를 동시에 획득할 수 있도록 구성된 장치이다.
이를 위해 본 발명에 따른 타원계측장치(1000)는, 시료(2000)의 다점영역을 사이에 두고 백색광의 입사 및 반사경로를 따라 광학적으로 대향 배치되는 광원 그룹(100) 및 광분석 그룹(200)을 포함한다. 그리고 광분석 그룹(200)과 동일한 광축선상으로 배치되는 분광결상 그룹(300)을 포함한다.
광원 그룹(100)은, 시료(2000)의 다점영역에 위치적으로 상응하여 백색광을 시준/출사하는 광원 모듈(110)을 포함한다. 광원 모듈(110)은 백색광을 시준을 위해 시준 구조가 광원과 일체로 구성된다. 그리고 다점영역은 시료(2000)의 표면에 서 일렬로 위치하는 각 지점으로 이루어진 계측 대상영역으로서, 광원 모듈(110)은 이러한 다점영역과 대응하는 형상으로 선형적으로 시준된 백색광을 출사한다. 따라서 시준/출사된 백색광이 다점영역에 입사/반사될 경우 다점영역 각 지점의 위치에 따른 물성정보를 포함하는 백색광을 수득할 수 있다.
그런데 타원계측의 원리상 시료(2000)에 입사되는 빛을 선편광시켜야 한다. 이에 따라 광원 그룹(100)에는, 광원 모듈(110)의 백색광 출사 광축상으로 배치되는 편광자(120)가 포함된다. 따라서 백색광이 선편광되고, 시료(2000)의 다점영역에 입사되는 구조가 마련된다.
여기서 편광자(120)의 후방으로 동일한 광축상에 배치되는 것이 제 1위상지연자(130)이다. 제 1위상지연자(130)는, 빛의 위상값을 변화시켜 특정 편광상태를 유도하는 것이다. 특히 시료(2000)의 종류에 따라 특정한 편광상태의 빛이 보다 큰 실효성을 갖는 측정광으로 기능한다고 알려져 있는 바, 제 1위상지연자(130)는, 편광자(120)에서 선편광된 백색광을, 예를 들어 원편광, 타원편광 등으로 특정 편광화하기 위해 광원 그룹(100)에 포함될 수 있다.
이와 같이 광원 그룹(100)에는 시준 및 편광 구조가 포함되기 때문에, 제 1위상지연자(130)에 의해 원형 또는 타원형으로 편광된 백색광이, 시료(2000)의 다점영역에 의해 반사되면, 다점영역을 이루는 각 지점의 위치정보와 함께 해당 각 지점의 물성정보를 갖는 백색광을 수득할 수 있다.
그리고 다점영역에 의해 반사된 백색광의 반사경로에 배치되는 것이, 광분석 그룹(200)이다. 광분석 그룹(200)에는, 다점영역을 이루고 있는 각 지점의 위치별 물성정보를 갖는 백색광이 반사되고 입사된다. 그리고 이러한 백색광의 물성정보 및 위치정보를 광학적으로 분석하기 위해서는 광원 그룹(100)에 광학적으로 대응하여 편광상태를 조성할 필요가 있다.
따라서 광분석 그룹(200)에는, 백색광을 선편광하기 위한 검광자(220)를 포함한다. 또한 검광자(220)의 전방으로 동일한 광축선상 즉 반사광 경로상에 배치되는 제 2위상지연자(210)를 포함한다. 이에 따라 광원 그룹(100)의 편광기 및 제 1위상지연자(130)와 광학적으로 대응하는 구조를 갖는다. 따라서 다점영역에 의해 반사된 백색광이 제 2위상지연자(210)에서 제 1위상지연자(130)와 광학적으로 대등한 편광 상태로 조성되고, 검광자(220)에서 다시 선편광될 수 있는 광분석 구조가 마련된다.
또한 분광결상 그룹(300)은, 선편광된 백색광을 정렬/분광/결상하는 구조를 갖추고 있다. 이를 위해 분광결상 그룹(300)은, 광분석 그룹(200)과 동일한 광축선상에 배치되는 입사슬릿(310), 분광소자(320), 광검지수단을 포함하여 구성된다.
여기서 입사슬릿(310)은, 초기 백색광의 시준 형상에 대응하는 형상을 갖는다. 다점영역에 의해 반사되는 백색광은 초기의 시준 형상과 같은 형상적 일관성을 그대로 유지하기 어렵다. 따라서 초기의 시준 형상으로 정렬할 필요가 있는데, 이러한 백색광의 반사경로상에 입사슬릿(310)이 배치되면서 백색광이 초기의 시준 형상으로 정렬되는 구조가 마련된다.
그리고 입사슬릿(310)의 후방으로 동일한 광축선상에 배치되는 것이 분광소자(320)이다. 분광소자(320)는, 도 4에서와 같이, 백색광을 파장별로 분광하는데 기능한다. 앞에서 입사슬릿(310)은 세워져 있다.
이와 같이 세워져 있는 입사슬릿(310)에 의해 정렬된 백색광은 형상적으로 높이방향을 따라 선형이고 이것이 광경로상을 따라 연속되는 등 시각적으로 높이방향으로 세워진 플레이트의 형상을 갖는다.
그런데 입사슬릿(310)의 후방으로 분광소자(320)가 배치됨에 따라 분광소자(320)에 의해 분광되면서 이러한 플레이트의 형상의 백색광이 파장별로 분광된다. 즉 시각적으로 분광소자(320)의 폭방향을 따라 분리되는 구조에 마련된다.
여기서 분광소자(320)에 의해 백색광이 분광되므로, 동일한 다점영역의 물성정보를 갖는 다양한 파장별 빛을 수득할 수 있는 구조가 마련되고, 이에 따라 보다 풍부한 파장별 광학적 데이터를 동시에 수득할 수 있다.
이러한 분광결상 그룹(300)에는, 파장별로 분광된 빛을 광검지수단의 결상면으로 집광하여 입사시키기 위한 집광렌즈(330)가 포함된다. 집광렌즈(330)는 분광소자(320)와 광검지수단의 사이에 동일한 광축선상으로 배치된다. 집광렌즈(330)는 집광을 위해 분광소자(320) 측과 광검지수단 측이 대칭을 이루는 실린더형 렌즈 구조를 갖는다. 즉 분광소자(320)에 의해 분광된 각 빛은 그 진행경로가 서로 멀어지는 등 광학적으로 확산된다. 그러나 집광렌즈(330)에 투과되면서 광검지수단의 결상면으로 집광될 수 있다.
이 때 광검지수단으로 CCD형 고체촬상소자(340)가 예시되고 있는데, 집광렌즈(330)의 배치위치는 CCD형 고체촬상소자(340)의 결상면의 면적에 대한 집광렌즈(330)의 포커싱 범위를 감안하여, 만일 결상면이 작은 고체촬상소자(340) 를 사용할 경우에는 보다 고체촬상소자(340) 측에 근접시키고, 그렇지 않을 경우 보다 멀리 배치시킨다.
이와 같이 광검지수단으로서 CCD형 고체촬상소자(340)가 구비되므로, 별다른 코딩 구조가 필요없이 디지털 광학 데이터를 곧바로 획득할 수 있는 구조가 마련된다.
여기서 고체촬상소자(340)의 결상면에는, 앞에서 언급된 바와 같이, 분광소자(320)의 폭방향 즉 결상면의 폭방향(X축 방향)을 따라 분광된 각 빛이 결상되고, 이와 동시에 결상면의 높이방향(Y축 방향)을 따라 다점영역을 이루는 각 지점의 위치에 대응하여 반사된 빛이 결상된다.
이 때 고체촬상소자(340)는 분석용 컴퓨터(400)에 전기적으로 연결되어, 수득한 광학 데이터를 컴퓨터(400)에 전송하게 된다. 컴퓨터(400)에는 타원계측각을 곧바로 산출할 수 있는 소정의 해석 프로그램이 내장되어 있으므로, 이를 통해 광학 데이터를 기초로 타원 계측각을 즉각적으로 산출할 수 있는 구조가 마련된다.
특히 다점영역을 이루는 일지점에 관하여 타원 계측각에 관한 수치를 파장별로 분광된 각 빛을 통해 다수개 획득이 가능하므로, 이를 평균화하는 작업을 통해 보다 신뢰성 있는 해당 지점의 물성 데이터의 획득이 가능하다.
이와 같이 본 발명에 따른 타원계측장치(1000)에는, 다점영역의 위치 및 형상에 맞게 백색광을 시준하는 광원 그룹(100)과, 반사되면서 다점영역을 이루는 각 지점의 위치정보 및 형상정보를 갖는 백색광을 파장별로 분광하는 분광결상 그룹(300)이 포함된다. 따라서 결상면의 X축과 Y축을 따라 파장별 및 각 지점의 위 치별로 각 빛이 동시 결상된다. 결국 시료의 물성정보를 수득함에 있어 다점영역을 이루는 각 지점에 관한 물성정보를 동시에 수득함이 가능하고, 또한 파장별로 분광하는 구조에 의해 동일한 다점영역에 관한 보다 풍부한 광학 데이터의 확보를 진행시킬 수 있는 구조가 마련된다.
도 5는 본 발명에 따른 분광결상을 이용하는 타원계측방법의 순서도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 타원계측방법은, 시료(2000)의 표면에 측정대상으로서 구획한 다점영역에 맞게 백색광을 시준하고, 이렇게 시준된 백색광을 다점영역으로 입사/반사시키고, 파장별로 분광시켜 해당 다점영역의 물성정보를 파장별/지점의 위치별로 동시에 수득할 수 있는 계측방법이다.
이를 위해 우선 시료(2000)의 표면에 다점영역을 구획하여 지정하고, 백색광을 이러한 다점영역에 맞게 시준한 뒤, 출사시킨다.(S1000)
그리고 출사되는 백색광을 선편광시킨다.(S2000)
그런데 시료(2000)의 종류에 따라 백색광을 원편광 또는 타원편광시키는 것이 계측의 실효성을 크게 하는데 기능한다고 알려져 있는 바, 선편광의 후처리 단계로서, 위상지연 구조를 사용하여 백색광을 원편광 또는 타원편광화할 수 있다.(S2000a)
그리고 이러한 백색광이 해당 다점영역에 입사되고 반사되면, 반사된 백색광은 타원편광상태를 갖으면서, 다점영역을 이루는 각 지점의 위치정보 및 위치별 물성정보가 포함된다.
그러면 반사된 백색광을 선편광시키는 일반적으로 타원계측의 광분석 방법을 시행하는데, 이러한 선편광단계 이전에 전처리 단계로서, 위상지연 구조를 사용하여 백색광을 원편광 또는 타원편광시켜 앞에서 언급된, 반사 이전의 원형 또는 타원편광단계(S2000a)와 광학적으로 상응시킨다.(S2500)
이와 같은 위상지연 구조를 사용한 편광 이후, 백색광을 다시 선편광시켜 광분석을 용이하게 하기 위한 상태로 조성시킨다.(S3000)
그런데 백색광은 다점영역에 의해 반사되면서 그 초기의 시준상태가 훼손될 소지가 다분하다. 이에 따라 그 시준상태를 초기화하기 위해 정렬할 필요가 있는데, 따라서 초기의 시준상태와 형상적으로 대응하는 입사슬릿(310)을 준비하고 앞에서 선편광된 백색광을 통과시켜 광학적으로 정렬시킨다.(S4000)
그리고 이와 같이 정렬되고, 또한 반사되면서 다점영역의 각 지점에 관한 위치별 물성정보를 갖는 백색광을 파장별로 분광시킨다. (S5000) 분광되는 각 빛은 파장별로 분화/진행되는데, 이에 따라 파장별로 분화/진행되고 구분 결상되므로, 획득할 경우 결국 보다 풍부한 광학 데이터를 수득할 수 있게 된다.
이후 파장별 분광된 각 빛을 결상시키게 되는데, 이전에 결상면으로 파장별로 분광된 각 빛이 집광되도록 집광렌즈(330)를 사용하여 각 빛을 결상면으로 집광시킨다.(S5000a)
이 때 빛이 결상되는 소자로서, CCD형 고체촬상소자(340)를 사용한다. 따라서 파장별로 분광된 각 빛이 해당 파장 및 다점영역을 이루는 각 지점별 위치에 기초하여 고체촬상소자(340)의 결상면 각축방향을 따라 동시 결상된다.(S6000)
그리고 이와 같은 결상으로 수득되는 데이터에 기초하여 각 빛의 파장 및 각 지점별 위치에 상응하는 해당 빛의 타원계측각 데이터를 산출한다.(S7000) 이 때 얻어지는 타원계측각 데이터는 해당 다점영역의 구체적인 물성 데이터를 얻는 기초 데이터로서, 특히 파장별로 구분하여 같이 지점에 대해 보다 많은 타원계측각을 얻을 수 있고 이를 평균화할 수 있으므로, 보다 정확한 물성 데이터의 획득이 가능하다.
상술한 본 발명에 따른 분광결상을 이용하는 타원계측장치(1000) 및 타원계측방법에서, 시준구조가 일체로 내장된 광원 모듈(110)이 예시되고 있지만 이외에, 광원과 시준구조가 별도로 분리된 구조로 사용할 수 있음은 당연할 것이다.
그리고 시료(2000)의 지지구조 및 지지구조를 이동시킬 수 있는 구동수단 예를 들어 리니어 모터 등의 사용이 가능하다. 이러한 구동수단 및 지지구조의 사용은 시료(2000)를 이동시켜 미리 선정된 다점영역으로 시준된 백색광을 입사시키기 위한 것이며, 일반화된 타원계측에서 사용하는 방식/구조가 이미 알려져 있기 때문에, 본 발명에 이러한 구조를 첨가하더라도 본 발명이 지향하는 기술적 범주에서 벗어나는 것은 아니다.
이상과 같은 본 발명에 따른 분광결상을 이용하는 타원계측장치 및 타원계측방법에 의하면, 다점영역에 관한 물성정보를 한번에 수득함이 가능하여 측정에 소요되는 시간이 대폭 단축되기 때문에, 보다 신속한 측정이 가능한 특징이 있다.
또한 한 지점에 의해 반사되고 해당 지점의 물성정보를 갖는 백색광을 파장에 따라 분광하기 때문에, 한 지점에 관해 보다 풍부한 데이터를 획득함이 가능하 여 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
Claims (13)
- 시료(2000)의 표면으로 일방향을 따라 연속되는 다점영역에 대해 위치적으로 상응하여 백색광을 시준/출사하도록 광원과 시준 구조가 일체화된 광원 모듈(110)을 포함하고, 상기 백색광을 선편광시키도록 상기 광출사 경로상에 배치되는 편광자(120)를 포함하는 광원 그룹(100); 상기 광원 그룹(100)에 대해 광학적으로 대향 배치되고, 상기 시료(2000)의 다점영역에 의해 반사되어 상기 다점영역에 대한 위치정보 및 물성정보를 갖고 타원편광되는 백색광을 선편광시키는 검광자(220)를 포함하는 광분석 그룹(200); 상기 광분석 그룹(200)과 동일 광축상에 배치되고, 상기 백색광을 파장별로 분광시키는 분광소자(320)와, 분광된 각 빛이 해당 파장 및 상기 다점영역을 이루는 각 지점별 위치에 기초하여 결상면의 각축방향을 따라 동시 결상되는 광검지수단을 포함하는 분광결상 그룹(300); 및 상기 광검지수단으로부터 전송되는 데이터를 기초로 상기 각 빛의 파장 및 상기 각 지점별 위치에 상응하는 해당 빛의 타원계측각을 산출하도록 상기 광검지수단에 전기적으로 연결되는 컴퓨터(400);를 포함하는 분광결상을 이용하는 타원계측장치에 있어서,상기 광원 그룹(100)에는, 상기 선편광된 백색광을 원편광, 타원편광 중 소망하는 어느 하나로 편광시키도록 상기 편광자(120)의 후방으로 동일 광축선상에 배치되는 제 1위상지연자(130)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 광분석 그룹(200)에는, 상기 타원편광된 백색광을 상기 제 1위상지연자(130)와 광학적으로 상응시켜 대등하게 편광시키도록 상기 검광자(220)의 전방으로 동일 광축선상에 배치되는 제 2위상지연자(210)가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 분광결상 그룹(300)에는, 상기 광검지 수단의 결상면으로 상기 분광된 각 빛을 집광시키도록, 상기 분광소자(320)와 상기 광검지수단의 사이에 배치되는 집광렌즈(330)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 분광결상 그룹(300)에는, 상기 백색광의 시준상태를 광학적으로 정렬시키도록 상기 분광소자(320)의 전방으로 동일 광축상에 배치되고, 초기 백색광의 시준 형상에 대응하는 입사슬릿(310)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측장치.
- 시료(2000)의 표면으로 일방향을 따라 연속되는 다점영역에 대해 상응하여 시준된 백색광을 출사시키는 단계(S1000);상기 백색광을 선편광시키는 단계(S2000);상기 시료(2000)의 해당 다점영역에 의해 반사되어 상기 다점영역에 대한 위치정보 및 물성정보를 갖고 타원편광된 백색광을 선편광시키는 단계(S3000);상기 백색광의 시준상태를 광학적으로 정렬시키는 단계(S4000);상기 정렬된 백색광을 파장별로 분광시키는 단계(S5000);상기 분광된 각 빛을 해당 파장 및 상기 다점영역을 이루는 각 지점별 위치에 기초하여 결상면의 각축방향을 따라 동시 결상시키는 단계(S6000); 및상기 결상으로 수득되는 데이터에 기초하여 상기 각 빛의 파장 및 상기 각 지점별 위치에 상응하는 해당 빛의 타원계측각을 산출하는 단계(S7000);를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 백색광의 선편광단계(S2000) 이후의 편광학적 후처리 단계로서, 상기 선편광된 백색광을 위상 지연방식을 통해 원편광, 타원편광 중 소망하는 어느 하나로 편광시키는 단계(S2000a)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 반사된 백색광의 선편광단계(S3000) 이전의 편광학적 전처리 단계로서, 상기 백색광의 반사 이전의 편광단계(S2000a)와 광학적으로 상응되도록 백색광을 대등하게 편광시키는 단계(S2500)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 빛의 결상 단계(S6000)에서는,상기 분광된 각 빛의 광경로상에 배치되는 CCD형 고체촬상소자(340)에 상기 각 빛을 결상시키는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 백색광의 분광단계(S5000) 이후,상기 분광된 각 빛을 상기 CCD형 고체촬상소자(340)의 결상면으로 집광하는 단계(S5000a)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 집광단계(S5000a)에서는,상기 분광된 각 빛의 광경로상으로 상기 CCD형 고체촬상소자(340)의 전방에 집광렌즈(330)를 배치하여 상기 각 빛을 집광하는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 백색광 시준상태의 정렬단계(S4000)에서는,초기 백색광의 시준 형상에 대응하는 입사슬릿(310)을 배치하여 상기 백색광 의 시준상태를 정렬하는 것을 특징으로 하는 분광결상을 이용하는 타원계측방법.
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