KR100742982B1

KR100742982B1 - 초점 타원계측기

Info

Publication number: KR100742982B1
Application number: KR1020060056275A
Authority: KR
Inventors: 이중환; 고영준; 박영선; 박윤종; 정치운; 예상헌; 조용재; 조현모; 제갈원
Original assignee: 케이맥(주); 한국표준과학연구원
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2007-07-26
Also published as: US20100045985A1; TWI331672B; JP2009541735A; WO2007148918A1; TW200809170A; US8004677B2; CN101473212A

Abstract

본 발명은 타원계측기(ellipsometer)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 편광상태(polarization)를 지니고 시편의 표면에 입사한 빛이 반사된 후에 가지게 되는 편광상태의 변화를 분석하여 시편의 광학적 특성을 찾아내는 기술이다.

이를 위하여 본 발명의 타원계측기는 광원(light source); 상기 광원으로부터 방출된 빛을 선편광시키는 선형 편광자(linear polarizer), 편광상태에 따라 진행파의 위상을 다르게 바꾸는 보정기(compensator) 등이 구비된 광원부 모듈; 상기 광원부 모듈로부터 편광된 빛을 분할하는 광분할기(beam splitter); 상기 광분할기로부터 분할된 일부의 빛이 통과되어 시편에 집중시켜 조사시키는 대물렌즈(objective lens); 상기 시편으로부터 반사된 빛을 편광시키는 수광부 모듈; 상기 수광부 모듈을 통과한 빛을 단위소자(pixel)로 검출하는 광검출기(optical detector); 상기 광검출기로 검출된 빛의 세기를 각각의 단위소자에 해당되는 값으로 수치화하여 연산처리하는 연산처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초점 타원계측기{Focused-Beam Ellipsometer}

본 발명은 초점 타원계측기(focused-beam ellipsometer)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 편광상태를 지니고 시편의 표면에 입사한 빛이 반사된 후에 가지게 되는 편광상태를 분석하여 시편의 광학적 특성을 찾아내는 타원계측기에 관한 것이다.

대부분의 물리, 화학, 재료 분야의 연구에 있어서 물질의 광학적 특성을 측정하고, 박막의 두께를 측정하는 것은 매우 중요한 요소이다. 특히 최근의 반도체 및 디스플레이 산업에서 각 제조공정 사이의 PR, ITO, Gate Oxide 막 등의 두께와 광학적 특성을 정의하고 이를 조절하는 일은 제품의 수율 및 성능향상 측면에서 매우 중요한 일이라 할 수 있다.

현재, 물질의 광학적 특성과 박막의 두께를 측정하는 원리로써 잘 알려져 있는 방법은 다양하다. 이중에서도 타원계측(ellipsometry)은 광원, 광검출기(optical detector), 컴퓨터 등의 발전과 함께 그 성능이 많이 개선이 되고 또한 박막과 표면을 이용한 공정이 늘면서 응용분야가 크게 증가하게 되었다.

타원계측은 반사형과 투과형으로 나눌 수 있는데 이 중에서 입사각을 가지고 시편의 표면에서 반사된 빛의 편광상태를 분석하는 반사형 타원계측기술이 널리 사용되고 있다. 시편에 의해 반사된 빛의 편광상태 변화를 측정함으로써 주로 굴절률(refractive index) 또는 소광계수(extinction coefficient)와 같은 시편의 광특성을 추출하는데 사용될 수 있으며, 시편 계면의 상태 등의 특성을 추출하는데도 사용될 수 있다.

한 시편의 표면에 수직하고 빛의 경로상에 있는 평면을 입사면이라고 정의한다. 빛의 전기장 벡터 방향이 입사면에 수직한 경우를 s파라고 하고, 입사면에 있는 경우는 p파라고 부른다. 어떤 시편의 구조와 그 구성물질들의 광학적 성질, 박막두께, 그리고 입사각을 알면 특정파장에서의 s파와 p파의 반사계수 와 는 다음과 같은 식으로 계산되어진다.

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여기서 는 입사파의 전기장의 세기 와 반사파의 전기장의 세기 의 크기 비이다. 그리고 는 반사에 의한 위상변화이다. 타원계측에서는 s파에 대한 p파의 반사계수비인 복소 반사계수비 가 다음과 같이 정의된다.

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이로부터 타원계측각 ψ와 Δ는 다음과 같이 정의된다.

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여기서 는 반사계수의 크기 비이고, Δ는 같은 위상으로 입사한 p파와 s파가 반사 후에 갖게되는 상호간의 위상차이 이다.

다양한 기능 및 구조를 갖는 타원계측기들이 선행 특허 또는 논문에 발표되어 있다. 그중에서 타원계측기의 대표적 구조는 선형편광자(linear polarizer)와 보정기(compensator)를 조절하여 소광점을 찾아내는 소광 타원계측기(null ellipsometer), 광원부 모듈의 선형편광자가 정속 회전하는 편광자회전형 타원계측기(rotating-polarizer ellipsometer), 수광부 모듈의 선형 편광자가 정속 회전하는 검광자회전형 타원계측기(rotating-analyzer ellipsometer), 또는 수광부 모듈의 보정기가 정속 회전하는 보정기회전형 타원계측기(rotating-compensator ellipsometer) 등이있다.

도 1에서는 널리 사용되고 있는 타원계측기의 한 종류인 편광자회전형 타원계측기를 도시하였다. 상기 편광자회전형 타원계측기(300)는 광원(310)으로부터 방출된 빛(320)을 스텝모터 또는 직류전류 모터에 의해 선형 편광자가 정속 회전하는 광원부 모듈(330)을 구비한다. 여기서 광원부 모듈(330)은 시준렌즈, 선형 편광자 등으로 구성될 수 있다. 상기 광원부 모듈(330)을 통과한 빛은 선편광되고 편광축은 구동모타와 같은 속력으로 회전을 하게 된다. 시편(340)의 표면에서 반사된 빛은 시편(340)의 광학적 특성에 의해 편광상태가 변화한 후 수광부 모듈(350)에 의해 수광되게 된다. 상기 수광부 모듈(350)은 선형 편광자, 보정기 등으로 구성될 수 있으며, 여과된 특정 편광성분만을 투과시킨다. 상기 수광부 모듈(350)을 통과한 빛은 광검출기(360)에 의해 입사한 빛의 세기를 전압 또는 전류의 전기적 신호로 검출하게 된다. 수집된 빛의 세기신호는 연산처리장치(370)에서 광원부 모듈(330) 내의 편광자의 편광축 방위각 정보와 수광부 모듈(350) 내의 편광자의 편광축 방위각 정보와 조합되어 처리되게 된다.

상기 타원계측기에서 광원은 텅스텐할로겐 램프, 제논 램프 등의 백색광원 또는 레이저 등의 단색광원이 사용될 수 있으며, 백색광원을 사용할 때는 광원부 모듈 또는 수광부 모듈에 분광장치가 추가된다. 상기 타원계측기 구조 이외에도 다양한 형태의 타원계측기가 개발되어 있으며, 상기의 기본 구조로부터 보정기, 위상변조 소자 등을 추가, 제거 또는 구동을 통하여 변형된 구조를 이룰 수 있다.

도 1의 구조에서 광원부 모듈(320)과 수광부 모듈(350)이 각각 선형 편광자로만 이루어져 있고 광원부 모듈(320)의 편광자의 편광축 방위각이 일정한 각진동수 ω로 회전할 경우에 광검출기에서 의해서 검출되는 전압 신호 V(t)는 시간 t의 함수로 다음과 같이 표현이 가능하다.

V(t)= V _av +acos (2ωt)+bsin (2ωt)

여기서 V _av 는 전압의 시간 평균값이고 a와 b는 2ω의 각진동수에 대한 퓨리에 계수(Fourier coefficient)이다. 상기 식의 양변을 V _av 로 나누어서 정규화된 퓨리에 계수(normalized Fourier coefficient)는

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여기서 A는 수광부 모듈(350)에서의 선형편광자의 편광축 방위각이다. 상기 수학식을 다시 정리하면 타원계측각은 다음의 관계식을 사용하여 얻어지게 된다.

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상기에서 도출된 결과 타원계측각 ψ와 Δ는 p편광된 빛과 s편광된 빛의 프레넬 반사계수인 와 로 표현이 가능하므로, 시편(340)의 광학적 특성에 알맞은 모델식을 이용해 계산된 ψ, Δ의 값과 비교하는 과정에서 구하고자 하는 시편의 물리량들을 추출할 수 있게 된다.

타원계측은 물질의 광학적 특성 및 박막두께의 측정방법 중 광학식 측정방법(optical metrology)에 속하는 기술로서 반사광 측정법(reflectometry), 광간섭무늬 측정법(interferometry) 등의 유사기술에 비해 초박막에 민감한 우수성을 가진다. 일반적으로 널리 사용되고 있는 검광자회전형 타원계측기, 편광자회전형 타원계측기 및 보상기회전형 타원계측기는 그 구조상 스텝 모터 또는 직류전류 모터에 의해 기계적으로 회전하는 구동부를 가지고 있으므로, 상기 모터의 속도에 따라서 측정 시간에 제약이 생기게 되며 기계적 회전운동으로부터 발생하는 진동에 의한 신호잡음이 항상 존재하게 된다.

타원편광계측기의 또 다른 구조인 위상변조방식의 경우 위상변조소자(photoelastic modulator)의 위상변조 주파수에 의해 측정시간이 제약을 받게 된다. 편광자회전형 방식은 편광자의 회전속도가 약 수십에서 100 Hz 이내이고, 위상변조방식은 50 kHz로 위상변조 방식이 비교적 고속측정에 적합하나 위상변조 소자의 온도 의존성 및 빛의 파장 의존성의 단점을 갖고 있어서 항온장치를 구비해야하고 사용되는 빛의 파장들에 대한 위상변조 소자의 광특성을 교정해야 하는 어려움이 있다.

본 발명에 따른 초점 타원계측기의 구조와 유사한 내용이 미국특허 제 4,999,014호, 제 5,042,951호, 제 5,181,080호에 게시되어 있다. 이러한 종래의 특허는 타원계측의 일부 기술을 취하거나, 반사광 측정방법과 타원계측의 일부 기술을 융합함으로써 나노 박막의 측정결과의 정확성을 향상시키고자 하였다. 그러나 종래 특허의 초점 타원계측 기술은 초점 타원계측기의 구조에 의해서 형성되는 반사광의 일부만을 취하여 타원계측각 ψ와 Δ를 계산하도록 고안되어 있으므로 ψ와 Δ의 측정 정밀도 향상에는 한계가 있을 수밖에 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 모타에 의한 정속회전 구동부가 필요한 종래의 검광자 회전형 타원계측기와 편광자 회전형 타원계측기에서 정속 구동부 없이 측정할 수 있도록 개선하여 정적인 상태에서 360^o의 다중 입사면들에 대한 편광성분을 취함으로써 타원계측각을 보다 정밀하게 고속 측정이 가능한 타원계측기의 새로운 원리를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 타원계측기는 광원; 상기 광원으로부터 방출된 빛을 편광시키는 선형 편광자가 구비된 광원부 모듈; 상기 광원부모듈로부터 편광된 빛을 분할하는 광분할기; 상기 광분할기로부터 분할된 일부의 빛을 통과시켜 시편에 집중시켜 조사시키는 대물렌즈; 상기 시편으로부터 반사된 빛의 특정 편광상태를 걸러내기 위한 선형 편광자인 검광자가 구비되고, 상기 대물렌즈 및 상기 광분할기를 통과한 빛을 수광하는 수광부 모듈; 상기 수광부 모듈로 수광된 빛을 단위소자로 검출하는 광검출기; 상기 광검출기에 의해 검출된 빛의 세기를 360^o의 다중 입사면 경로를 따라 상기 광검출기의 단위소자에 해당되는 값으로 보정하여 연산처리하는 연산처리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 광검출기는 여러 개의 단위소자를 갖고 있어서 2차원의 광세기 영상을 측정할 수 있는 전하결합소자 등으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광원부 모듈과 수광부 모듈은 특정 파장 범위의 빛을 통과시키는 대역 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 광원부 모듈과 수광부 모듈은 시준렌즈 및 보정기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 타원계측기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 타원계측기의 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 대물렌즈로 입사한 빛을 광검출기의 단위소자 위치에 따라 표현한 도면이고, 도 4는 선편광의 시준된 빛이 대물렌즈에 의해 시편에 입사될 때에 입사면 위치에 따른 빛의 편광상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 시편의 표면에 빛이 입사되고 반사되는 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 시편의 표면에서 반사된 빛이 광검출기로 입사된 빛을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 박막두께 및 시편의 광학특성 측정을 수행하는 본 발명에 의한 타원계측기는 광원(110); 상기 광원(110)으로부터 방출된 빛을 선편광시키는 선형 편광자가 구비된 광원부 모듈(120); 상기 광원부 모듈(120)로부터 편광된 빛을 분할하는 광분할기(130); 상기 광분할기(130)로부터 분할된 일부의 빛을 시편에 집중 조사시키는 대물렌즈(140); 상기 시편으로부터 반사된 빛을 수광하는 수광부 모듈(160); 상기 수광부 모듈(160)로 수광된 빛을 단위소자로 검출하는 광검출기(170); 상기 광검출기(170)로 검출된 빛의 세기를 보정하여 연산처리하는 연산처리장치(180); 로 구성된다.

상기 광원(110)은 종래에 일반적으로 사용하는 텅스텐할로겐 램프, 제논방전램프 등의 백색광원과 레이저 등의 단색광원이 광원으로 사용될 수 있는데, 특정 레이져의 경우 자체적으로 편광된 빛을 방출하는 제품도 있다. 그러나 본 발명에서는 광원으로부터 방출된 빛의 편광방향을 명확히 정의하기 위하여 광원부 모듈(120)에서 빛의 편광방향을 소정의 방향으로 정렬시킨다. 상기 광원(110)으로부터 방출된 빛은 광원부 모듈(120)로 입사되게 된다.

상기 광원부 모듈(120)은 상기 광원(110)으로부터 방출된 빛을 선편광시키는 선형 편광자가 구비된다. 상기 광원(110)으로부터 방출된 빛은 선형 편광자, 보정기 등으로 구성된 광원부 모듈(120)을 통과한다. 상기 광원부 모듈(120)을 통과한 빛은 광원부 모듈을 구성하고 있는 광학소자의 정렬위치에 따라서 소정의 편광방향을 가지게 된다.

상기 광분할기(130)는 상기 광원부 모듈(120)로부터 편광된 빛을 분할하는 역할을 한다. 분할된 일부의 빛은 상기 광분할기(130)의 하부에 위치한 대물렌즈(140)를 통과하게 되며, 나머지 빛은 상기 광분할기(130)의 상부에 위치하는 수광부모듈(160)로 입사되게 된다. 광분할기(130)에 의해 분할된 나머지 빛은 상기 수광부모듈(160)로 입사되어 측정간에 광원의 안정성을 확인하는 용도로 사용되게 된다.

상기 광분할기(130)를 통과한 빛은 시편에 수직한 방향으로 입사되게 되는데, 도 2에서와 같이 큰 개구수를 가지는 대물렌즈(140)에 의해 시편의 표면에서 초점이 맞게 조절된다.

상기 대물렌즈(140)는 상기 광분할기(130) 하부에 위치하며 상기 광분할기(130)로부터 분할된 일부의 빛이 통과하여 하부에 위치한 시편에 집중시켜 조사시키는 역할을 한다.

시편(150)의 표면에서 반사된 빛은 대물렌즈(140)와 광분할기(110)를 통과하여 수광부 모듈(160)로 전달되게 된다.

도면에서 상기 대물렌즈(140)와 시편(150)은 상기 광분할기(130)의 후방에 일렬로 위치하여도 무방하다.

상기 수광부 모듈(160)은 상기 광분할기(130)의 상부에 위치하며, 상기 시편(150)로부터 반사된 빛의 특정 편광을 걸러내는 선형 편광자가 구비되고, 상기 대물렌즈(140) 및 상기 광분할기(130)를 통과되는 빛을 수광하게 된다. 여기서 수광부 모듈(160)의 역할은 통과한 빛의 방향이 광검출기(170)에 수직하도록 빛을 시준시키고, 일정한 편광성분만을 여과하는데 있다. 상기 수광부 모듈(160)의 구성품은 광원부 모듈(120)과 유사하게 시준렌즈, 핀홀 등이 될 수 있으며, 경우에 따라서 광원부 모듈(120)과 동일하게 선형 편광자, 보정기 등으로 구성될 수도 있다. 상기 수광부모듈(160)을 통과한 빛은 광검출기(170)로 전달되게 된다.

상기 광검출기(170)는 상기 수광부 모듈로 수광된 빛을 단위소자로 검출하게 되며, 상기 광검출기(170)의 각 위치에서 획득된 정보는 연산처리장치(180)로 전달되어 처리되게 된다.

상기 연산처리장치(180)는 상기 광검출기(170)로 검출된 빛의 세기를 360^o의 다중 입사면 경로를 따라 상기 광검출기(170)의 각각의 단위소자[예를 들어, 광검출기가 전하결합소자(CCD)인 경우 단위소자는 픽셀(pixel)이 된다]에 해당되는 값으로 보정하여 연산처리하게 된다. 여기서 광검출기(170)는 여러 개의 단위소자를 갖고 있으며 2차원 영상을 측정할 수 있는 전하결합소자 등이 해당된다.

아래에서는 이상에서 설명한 초점 타원계측기의 기본원리를 구현하기 위한 본 발명의 장치적 원리에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 대물렌즈(140)에 의해 시편에 입사한 빛을 광검출기의 단위소자 위치에 따라 표현한 도면이다. 142A로 입사한 광선은 시편(150)의 표면에서 반사되어 대물렌즈(140)의 중심(141)을 기준으로 대칭이 되는 위치(142C)를 통과하며, 동일하게 142C로 입사한 빛은 시편(150)의 표면에서 반사된 후 142A를 통과하게 된다. 도 5에서 대물렌즈(140)의 모든 위치에서 입사한 빛은 대물렌즈의 중심(141)을 기준으로 대칭이 되는 지점을 통과하게 되며, 이때 대물렌즈(140)의 반지름이 r인 동일한 원주 상의 위치로 입사한 빛은 동일한 입사각(θ)을 가지게 된다.

도 2의 광원(110)으로부터 방출된 빛은 광원부 모듈(120)을 통과하며 소정의 편광방향을 가지게 되므로 대물렌즈(140)로 입사하는 빛의 위치에 따른 편광방향은 도 4와 같이 표현된다.

도 4는 대물렌즈(140)로 입사한 빛의 입사 위치에 따른 편광방향을 나타낸다. 빛에 있어서 편광방향의 정의는 빛이 진행하는 입사면이 기준이 되기 때문에 대물렌즈(140) 상의 동일한 축 상의 위치에서의 편광방향은 모두 같고, 동일한 원주상의 위치에서의 편광방향은 모두 다르다. 142A와 142C로 입사한 빛은 p편광되어 시편에 반사된 후 각각 142C와 142A를 통과하여 광검출기(170)로 향한다. 142B와 142D로 입사한 빛은 s편광되어 시편에 반사된 후 각각 142D와 142B를 통과하여 광검출기로 향한다. 따라서 142A에서 142C로 이어지는 선분과 142B에서 142D로 이어지는 선분의 사이에 위치한 대물렌즈(140) 영역에서 입사하는 빛의 편광방향은 p파와 s파 성분을 모두 갖는 편광방향을 가지게 된다. 이 때의 편광방향은 p편광의 위치로부터 P(φ)만큼 축이 회전한 것과 동일하다. 이 때 대물렌즈(140) 상의 편광성분은 대물렌즈(140)로 입사하는 빛의 편광성분에 의해 결정되는 값이다.

도 5는 대물렌즈(140)와 대물렌즈(140)를 통과한 빛이 시편(150)의 표면에서 초점이 맞게 되는 단계를 나타낸다. 상기 대물렌즈(140)로 입사한 광선은 대물렌즈(140)의 개구수에 의해 굴절되어 시편(150)의 표면으로 입사되게 되는데, 여기서 시편(150)의 표면으로 입사되는 광선의 입사각(θ)은 대물렌즈(140)의 개구수에 의해 결정된다. 대물렌즈(140)의 중심을 통과하는 광선과 최외각을 통과하는 빛의 사이각을 θ _max 라고 하면, θ _max 는 대물렌즈의 개구수(N.A.)에 의해 다음과 같은 수학식으로 표현된다.

조금 더 상세하게 최외각으로 입사된 빛(142A)은 시편(150)의 표면에서 반사되어 대물렌즈(140)의 중심(141)을 기준으로 대칭이 되는 위치(142C)를 통과하여 광검출기(170)로 입사되게 된다. 그 다음 위치로 입사한 광선(144A,146A)은 동일하게 시편(150)의 표면에서 반사되어 대물렌즈(140)의 중심을 기준으로 대칭이 되는 위치(144C,146C)를 통과하여 광검출기(170)로 입사되게 된다. 반면 대물렌즈(140)의 중심으로 입사한 광선(70)은 시편(150)의 표면에서 반사되어 다시 대물렌즈(140)의 중심을 통과하여 광검출기(170)로 입사되게 된다. 즉, 대물렌즈(140)의 중심으로부터 최외각 사이의 빛은 시편(150)의 표면에서 반사되어 대물렌즈(140)의 중심을 기준으로 대칭이 되는 위치를 통과한 후 광검출기(170)로 입사되게 된다.

이 때 시편(150)의 표면에서 반사될 때 입사각(θ)의 정의는 대물렌즈(140)의 중심(141)과 입사한 빛이 통과하는 경로 간의 내각으로 정의된다. 광검출기(170)로 입사하는 빛의 신호를 광검출기(170)의 단위소자 위치에 따라 획득하면 다양한 입사각에서 시편(150)의 표면에서 반사된 빛의 변화를 획득하게 된다. 도 3과 5에서는 몇 개의 광선만을 표현하여 설명하였으나 실제는 빛의 특성에 의하여 무수히 많은 광선이 존재하게 되므로, 광검출기(170)의 단위소자의 크기 및 간격에 의해 입사각의 분해능이 결정된다.

도 6은 시편(150)의 표면에서 반사된 빛이 대물렌즈(140)를 통과하여 광검출기(170)로 입사한 빛을 나타낸다. 이때, 상기 광검출기(170)의 표면은 많은 단위소자(171)들로 구성되어 있으므로 이 단위소자(171)들이 나열된 한 방향을 시편(150)로 입사하는 빛의 편광성분과 일치시키면 도 5에서와 같이 광검출기(170)에 맺힌 상을 광검출기의 단위소자(171)에 대해 분석할 수 있게 된다. 도 4를 참조하여 142A로 입사하여 시편(150)의 표면에서 반사된 후 142C로 나온 빛은 도 6의 172C에 맺히게 된다. 동일하게 도 4, 도 5를 참조하여 142C로 입사하여 142A로 나온 후 광검출기(170)로 전달된 빛은 172A에 상이 맺히게 되고, 142B로 입사하여 142D로 출사된 빛은 광검출기(170)의 172D에 상이 맺히게 되고, 142D로 입사하여 142B로 출사된 빛은 광검출기(170)의 172B에 상이 맺히게 된다.

따라서, 대물렌즈에서와 같이 p파 방향과 s파 방향 사이에는 p파 성분과 s파 성분이 혼재하고, 시편의 표면으로 입사하는 빛의 편광방향에 일치시킨 축으로부터 반지름이 r인 동일 원주 상의 단위소자에서 측정되는 값들을 획득하면 시편의 표면으로 입사하는 빛의 편광방향 변화에 따른 측정치를 획득할 수 있게 된다. 이와 같은 방법으로 동일한 입사각을 가지는 성분을 대물렌즈(140)의 중심축(141)을 기준으로 획득하게 되면, 검광자 회전형 또는 편광자 회전형 타원계측기와 유사한 결과를 획득할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초점 타원계측기는 현재 널리 사용되고 있는 종래의 검광자 회전형, 편광자 회전형 및 보정기 회전형 타원계측기들과 비교하면 스텝모터 또는 직류전류 모터에 의한 정속 구동부가 없이 타원계측상수를 측정할 수 있기 때문에 모타 진동에 의한 신호잡음과 광부품의 회전에 의한 오차를 제거할 수 있음으로써 상대적으로 측정 정밀도가 향상되고 측정 속도는 광검출기의 구동속도까지로 향상된 장점을 가진다. 또한, 단일 입사면에서 편광특성을 취하는 종래의 초점 타원계측기에 비해 정적인 상태에서 360^o의 다중 입사면들에 대한 편광성분을 취함으로써 타원계측상수를 보다 정밀한 측정이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래의 타원계측기의 구조를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 의한 초점 타원계측기의 구조를 나타낸 도면.

도 3은 대물렌즈에 의해 시편에 입사한 빛을 광검출기에 의해 측정된 영상위치에 따라 표현한 도면.

도 4는 대물렌즈에 의해 시편에 입사되는 빛의 위치에 따른 편광상태를 나타낸 도면.

도 5는 시편의 표면에 빛이 입사되고 반사되는 상태를 나타낸 도면.

도 6은 시편의 표면에서 반사된 빛이 광검출기의 단위소자들로 입사된 빛을 나타낸 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

광원(110)

광원부 모듈(120)

광분할기(130)

대물렌즈(140)

시편(150)

수광부 모듈(160)

광검출기(170)

단위소자(171)

연산처리장치(180)

Claims

광원;

상기 광원으로부터 방출된 빛을 편광시키는 편광자가 구비된 광원부 모듈;

상기 광원부 모듈로부터 편광된 빛을 분할하는 광분할기;

상기 광분할기로부터 분할된 일부의 빛을 통과시켜 시편에 집중시켜 조사시키는 대물렌즈;

상기 시편으로부터 반사된 빛을 타원편광시키는 편광자가 구비되고, 상기 시편으로부터 반사되어 상기 대물렌즈 및 상기 광분할기를 통과한 빛을 수광하는 수광부 모듈;

상기 수광부 모듈로 수광된 빛을 단위소자로 검출하는 광검출기;

상기 광검출기로 검출된 빛의 세기를 다중 입사면의 경로를 따라서 상기 광검출기의 단위소자(pixel)에 해당되는 값으로 보정하여 연산처리하는 연산처리장치;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 타원계측기.
제 1 항에 있어서,

광검출기는 다수의 단위소자(pixel)로 구성된 2차원 영상측정 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 타원계측기.
제 1항에 있어서,

광원부 모듈과 수광부 모듈은 특정 파장 범위의 빛을 통과시키는 대역필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타원계측기.
제 3 항에 있어서,

상기 광원부 모듈과 수광부 모듈은 시준렌즈 및 보정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타원계측기.