KR101174274B1

KR101174274B1 - 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치

Info

Publication number: KR101174274B1
Application number: KR1020100089447A
Authority: KR
Inventors: 정치운
Original assignee: 케이맥(주)
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-08-16
Also published as: KR20120027702A

Abstract

본 발명의 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치는 광원(101); 측정광을 평행광으로 만들어주는 콜리메이터(collimator)(104); 평행광의 특정파장영역 빛을 통과시키는 다수개의 밴드패스필터(band pass filter)(122)와 적어도 하나의 공필터(123)가 마운팅되며, 이들에게 선택적으로 조사되도록 하는 필터휠(121); 상기 필터휠을 통과한 평행광을 편광된 빛으로 분할하는 제1광분할기(105); 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150) 표면에 조사시켜 간섭광을 생성시키는 간섭렌즈부(130); 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150)에 조사시켜 반사광을 생성시키는 반사광도렌즈부(140); 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 상기 간섭렌즈부(130) 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 선택적으로 조사되도록 회전가능한 대물렌즈 마운팅부(106); 시편(150)으로부터 반사된 간섭광 또는 반사광을 집광시켜 주기 위한 결상렌즈(108); 집광된 간섭광 또는 반사광을 검출하기 위한 검출기(109);를 포함한다.

Description

간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치{Apparatus for measuring surface characteristics of compositive}

본 발명은 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치에 관한 것으로, 간섭계와 2차원-반사광도계를 하나의 광학계에 구성함으로써 분리된 시스템에 비해 간소화된 시스템을 제공하고, 두 광학계의 원리를 이용하여 투명박막과 불투명박막을 모두 포함하고 있는 복합시편의 표면형상과 박막특성의 정밀한 공간적인 매칭(matching)이 가능하고 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치에 관한 것이다.

반도체 및 FPD 공정 중에서 코팅공정과 에칭공정은 완성된 제품의 품질을 결정하는 매우 중요한 공정들 중 하나이다. 코팅공정에서는 기판 위에 증착된 박막층의 두께와 특성을 모니터링하고, 에칭공정에서는 식각된 패턴의 내부 막의 두께와 단차 등을 모니터링 하는 것이 최종 제품의 품질을 향상시키고 불량품을 조기에 발견하여 공정경비를 절감하는데 매우 중요한 역할을 한다. 최근에 이들 공정에서는 증착과 식각을 수회 반복하여 시편이 복잡화되고 단위 면적당 소자의 개수를 증가시키기 위하여 소자의 크기를 점점 줄여가고 있는 추세이다. 이러한 복합화된 시편에서도 여전히 박막두께와 특성, 식각된 패턴의 단차 등은 제품의 품질을 결정하는 중요한 요소이다.

박막의 두께와 특성, 식각된 패턴의 단차 등을 측정하기 위해서는 여러가지 측정방법이 있지만 공정상의 모니터링 조건을 만족하고, 시편에 대해 비파괴적이며, 측정 시편의 전처리 과정이 필요하지 않다는 점에서 광학적인 방법이 널리 이용되고 있다. 이러한 광학적인 방법 중에 공정상에 일반적으로 이용되는 방법은 반사광도계의 원리를 이용한 방법과 간섭계의 원리를 이용한 방법이다.

각 원리에 대해 간단히 설명하자면, 반사광도계를 이용한 방법은 박막층의 내부에서 파장에 따라 보강, 상쇄 간섭의 정도가 달라지는 현상을 이용한 원리로써 주로 막의 두께 측정에 이용되며, 투명한 막에 대해서 유효하나 불투명한 막의 경우에는 측정 가능한 두께가 제한적이다. 반면 간섭계를 이용한 방법은 대상의 표면에서 반사한 측정광과 기준광의 경로차에 의해 발생하는 간섭현상을 이용한 원리로써 주로 시편내의 단차 및 표면형상 측정에 이용되며, 표면반사가 잘 되는 시편에서는 매우 효과적이 방법이나 그렇지 못한 경우에는 측정이 제한적이다. 또한 간섭계의 검출기로 2차원형 검출기를 이용함으로써 측정하고자 하는 시편의 표면형상 분포를 쉽게 측정할 수 있다. 이는 SNU사의 등록특허 제10-0947464호(발명의 명칭: 두께 측정장치)에도 잘 나타나있다.

SNU사의 등록특허에서는 일반적인 반사광도계와 간섭계를 이용하여 각 원리가 가지는 단점을 보완하고자 하였는데, 일반적인 반사광도계는 그 원리상 측정면적이 광학 배율에 의해 결정되기 때문에 측정면적이 수십㎛에서 수mm에 이르고 측정결과는 측정영역의 평균값 정도가 측정된다. 이는 간섭계의 측정에 비해 수에서 수십배에 달하는 면적으로 두 원리에 의한 측정결과를 위치적으로 정밀하게 일치시키기 어렵다는 단점이 있어 최근 복합화 된 시편에 적합하지 않다.

반면, 케이맥사의 등록특허 제10-0490325호(발명의 명칭: 2차원형 검출기를 이용한 박막 특성 측정 장치 및 그 측정 방법)를 참조하면, 미세패턴의 박막 특성 및 두께 측정에 대해 2차원형 검출기를 이용함으로써 일반적인 반사광도계의 한계를 극복하고, 수 ㎛ 이하의 단위 측정면적을 가지고 측정하고자 하는 시편의 박막두께 분포를 2차원적으로 측정할 수 있는 이점을 가진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 투명막과 불투명막이 공존하는 복합시편의 박막두께, 특성과 단차 등을 간섭계의 원리와 2차원-반사광도계의 원리를 이용하여 정밀하게 측정하고, 이들 원리에 의한 측정결과를 위치적으로 정밀하게 일치시켜 향상된 공간정보를 제공하도록 함으로써 최근의 복합화된 시편에 적용하는 것이 용이한 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치를 제공함에 있다.

본 발명의 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치는 측정광을 발생시키는 광원(101); 상기 광원(101)으로부터 발생된 측정광을 평행광으로 만들어주기 위한 콜리메이터(collimator)(104); 상기 콜리메이터(104)에 의한 평행광의 특정파장영역 빛을 통과시키는 다수개의 밴드패스필터(band pass filter)(122)와 상기 콜리메이터(104)에 의한 평행광을 그대로 통과시키는 적어도 하나의 공필터(123)가 마운팅되며, 상기 콜리메이터(104)에 의한 평행광을 상기 밴드패스필터(122) 또는 공필터(123)에 선택적으로 조사되도록 하는 필터휠(121)이 구비된 필터부(120); 상기 밴드패스필터(122) 또는 상기 공필터(123)를 통과한 평행광의 진행방향을 수직으로 바꿔주는 제1광분할기(105); 상기 공필터(123)를 통과하여 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150) 표면에 조사시키고 조사된 기준광과 시편(150)에 의해 반사된 측정광과의 광경로차에 의한 간섭광을 생성시키는 간섭렌즈부(130); 상기 밴드패스필터(122)를 통과하여 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150)에 조사시켜 시편(150)에 의해 반사광을 생성시키는 반사광도렌즈부(140); 상기 간섭렌즈부(130)와 상기 반사광도렌즈부(140)가 마운팅되며 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 상기 간섭렌즈부(130) 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 선택적으로 조사되도록 회전가능한 대물렌즈 마운팅부(106); 시편(150)으로부터 반사된 상기 간섭렌즈부(130)에 의한 간섭광 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 의한 반사광을 집광시켜 주기 위한 결상렌즈(108); 상기 결상렌즈(108)에 의해 집광된 간섭광 또는 반사광을 검출하기 위한 검출기(109);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명은 상기 필터휠(121)과 상기 대물렌즈 마운팅부(106)는 각각 회전가능하며, 상기 필터휠(filter-wheel)(121)을 회전구동하기 위한 제1구동모터(164)와, 상기 대물렌즈 마운팅부(106)를 회전구동하기 위한 제2구동모터(165)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2구동모터(165)를 회전제어하기 위한 대물렌즈제어부(163)와, 상기 제1구동모터(164)를 회전제어하기 위한 필터휠제어부(162) 및 간섭광 또는 반사광의 측정모드에 따라 상기 대물렌즈제어부(163)와 필터휠제어부(162)의 동작을 제어하는 측정모드결정부(161)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 검출기(109)는 CCD(Charge Coupled Detector) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 카메라인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 콜리메이터(collimator)(104)와 필터휠(121) 사이에 위치하며, 상기 광원(101)으로부터 발생된 측정광을 한 점에 모아주기 위한 집광렌즈(102)와, 주변광들을 제거하여 더욱 선명한 이미지를 얻기 위한 조리개(103)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 측정장치는 간섭계와 2차원-반사광계를 단일 장치로 구성함으로써 설비공간 효용성을 높이고, 설비 구매에 따른 가격적인 이점을 가진다.

또한, 불투명박막의 단차 측정에는 간섭계의 원리를 적용하고, 투명박막의 두께와 특성 측정에는 2차원-반사광도계의 원리를 적용함으로 단일 측정장치로 얻을 수 있는 효과를 증대시킨다.

또, 간섭계 원리에 의한 측정광과 2차원-반사광도계에 의한 측정광을 동일한 검출기를 이용하여 검출함으로써 공간정보를 정밀하게 매칭(matching)할 수 있기 때문에 더욱 신뢰성 높은 정보를 얻는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 측정장치는 투명박막과 불투명박막에 대해 간섭계와 2차원-반사광도계의 원리를 선택적으로 적용할 수 있기 때문에 투명박막과 불투명박막이 공존하는 복합시편에 대해 세밀한 정보를 얻는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면으로 간섭계모드일 때의 상태를 나타낸 도면
도 2는 2차원-반사광도계모드일 때 측정되는 상태를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 의한 필터부를 나타낸 도면

이하, 본 발명의 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면으로 간섭계모드일 때의 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 2차원-반사광도계모드일 때 측정되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 측정장치(100)는 간섭계의 원리와 2차원-반사광도계의 원리를 이용한 측정장치로써, 두 가지 측정원리를 하나의 검출기로 공유하는 것을 특징으로 한다.(간섭계와 2차원-반사광도계가 검출기(109)를 공유하는 것)

또한, 본 발명에 의한 측정장치(100)는 광원(101); 측정광을 평행광으로 만들어주는 콜리메이터(collimator)(104); 평행광의 특정파장영역 빛을 통과시키는 다수개의 밴드패스필터(band pass filter)(122)와 적어도 하나의 공필터(123)가 마운팅되며, 이들에게 선택적으로 조사되도록 하는 필터휠(121); 상기 필터휠을 통과한 평행광의 진행방향을 수직으로 바꿔주는 제1광분할기(105); 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150) 표면에 조사시켜 간섭광을 생성시키는 간섭렌즈부(130); 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150)에 조사시켜 반사광을 생성시키는 반사광도렌즈부(140); 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 상기 간섭렌즈부(130) 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 선택적으로 조사되도록 회전가능한 대물렌즈 마운팅부(106); 시편(150)으로부터 반사된 간섭광 또는 반사광을 집광시켜 주기 위한 결상렌즈(108); 집광된 간섭광 또는 반사광을 검출하기 위한 검출기(109);를 포함한다.

상기 광원(101)은 할로겐 램프를 포함한 다양한 다색광 소스 램프를 사용할 수 있다.

상기 집광렌즈(102)는 광경로상에 구비되는 조리개(103), 콜리메이터(collimator)(104)와 함께 선명한 상을 얻기 위한 조명계로 구성된다. 광원(101)으로부터 발생된 측정광을 집광렌즈(102)가 한 점에 모아주고 조리개를 이용하여 주변광을 제거한다. 이때 조리개는 선명한 상을 얻기 위해 사용되는데 집광렌즈(102), 콜리메이터(collimator)(104)의 성능이 충분한 경우 사용하지 않아도 무방하다.

상기 콜리메이터(collimator)(104)를 통과한 측정광은 평행광이 된 후 필터부(120)를 통과하게 된다. 도 3을 참조하면, 필터부(120)는 필터휠(121)에 수십 개의 밴드패스필터(band pass filter)(122)와 하나의 공필터(123)가 마운팅되며, 필터휠(121)을 회전시켜 각 필터의 위치를 광경로상에 위치되도록 하는 제 1 구동모터(165)가 구비된다.

또한, 상기 필터부(120)는 특정 파장영역만 통과시키는 밴드패스필터(band pass filter)(122)가 5~10nm 간격으로 수십 개가 배치되어 2차원-반사광도계 모드에 사용되며, 밴드패스필터(band pass filter)(122)가 배치되지 않은 적어도 한 개의 공필터(123)가 간섭계 모드에 사용되며, 이 공필터(123)는 평행광을 그대로 통과시키게 된다. 측정 모드(mode)에 따라 필터휠(121)의 회전에 의해 필터휠(121)에 배치된 밴드패스필터(band pass filter)(122) 또는 공필터(123)가 광경로상에 선택적으로 배치되게 되며 이를 선택적으로 통과하게 되는데 반사광도계 모드(mode)에서는 배치된 수십개의 밴드패스필터(band pass filter)(122)를 순차적으로 통과하게 되고, 간섭계 모드(mode)에서는 공필터(123)만을 통과한다.

상기 필터휠(121)을 통과한 측정광은 제1광분할기(105)로 입사한다. 제1광분할기(105)로 입사한 측정광은 일부는 투과하고 일부는 진행방향의 수직으로 반사하게 되는데, 반사한 일부는 대물렌즈부(130, 140)로 향하게 된다. 이때 광분할기는 5~7 : 5~3 비율을 사용할 수 있는데 본 실시예에서는 5:5 비율의 광분할기를 사용하였다.

상기 제1광분할기(105)는 밴드패스필터(122) 또는 상기 공필터(123)를 통과한 평행광의 진행방향을 수직으로 바꿔 대물렌즈부(130,140)를 향하게 하는 역할을 한다.

상기 간섭렌즈부(130)는 상기 공필터(123)를 통과하여 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150) 표면에 조사시키고 조사된 기준광과 시편(150)에 의해 반사된 측정광과의 광경로차에 의한 간섭광을 생성시키는 역할을 하며, 간섭계 측정모드에서 사용되게 된다.

상기 반사광도렌즈부(140)는 상기 밴드패스필터(122)를 통과하여 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150)에 조사시켜 시편(150)에 의해 반사광을 생성시키는 역할을 하며, 반사광도계 측정모드에서 사용되게 된다.

대물렌즈 마운팅부(일명: 대물렌즈 마운팅부(revolver))(106)에는 간섭계에 사용되는 대물렌즈와 반사광도계에 사용되는 대물렌즈가 고정된다.

대물렌즈 마운팅부(106)는 상기 간섭렌즈부(130)와 상기 반사광도렌즈부(140)가 마운팅되며 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 상기 간섭렌즈부(130) 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 선택적으로 조사되도록 회전가능하다. 이의 작동을 설명하면, 간섭계 모드(mode)와 2차원-반사광도계 모드(mode)에 따라 대물렌즈 마운팅부(106)에 고정된 간섭계에 사용되는 간섭렌즈부(130)와 2차원-반사광도계에 사용되는 반사광도렌즈부(140)가 대물렌즈 마운팅부(106)의 회전에 의해 광경로 상으로 위치이동을 하여 선택적으로 간섭계 모드(mode) 또는 2차원-반사광도계 모드(mode)의 측정이 가능하게 된다.

상기 간섭렌즈부(130)로 입사한 측정광은 제1대물렌즈(131)에 의해 측정 시편(150)의 표면으로 집광된다.

또한, 간섭렌즈부(130)는 측정 시편(150)에 의해 반사되는 측정광과 광경로차를 생성하기 위한 기준미러(132), 제2광분할기(133)를 포함한다.

상기 제2광분할기(123)는 측정광을 투과시키거나 반사시키는 역할을 한다. 제2광분할기(133)에 의해 반사된 측정광은 기준미러(122)에 조사되고 투과한 측정광은 측정 시편(150)에서 반사되어 이들 광이 서로 광경로차를 생성하여 간섭무늬를 생성시키게 된다. 이러한 간섭계는 거칠기나 표면형상 등의 표면특성을 측정하기 위한 것으로 이미 공지된 것이다.

상기 반사광도렌즈부(140)는 측정시편(150)에 측정광을 집광시키기 위한 제2대물렌즈(141)을 포함한다.

상기 측정시편(150)의 표면에 집광된 측정광은 반사되어 제1광분할기(105)까지 동일한 광경로를 통과한다.

상기 검출기(109)는 측정시편(150)에서 반사된 측정광이 대물렌즈부(130, 140)를 통과한 후 제1광분할기를 투과하여 진행하는 경로상에 배치되고, 반사된 측정광이 검출기(109)에 정확히 결상될 수 있도록 검출기(109) 상단에 결상렌즈(108)가 구비된다.

상기 결상렌즈(108)는 시편(150)으로부터 반사된 상기 간섭렌즈부(130)에 의한 간섭광 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 의한 반사광을 집광시켜 준다. 즉, 간섭계 측정모드시에는 간섭광을 집광시키게 되고, 반사광도계 측정모드시에는 반사광을 집광시키게 된다.

상기 검출기(109)는 간섭계 모드(mode)와 2차원 반사광도계 모드(mode)에 동일하게 적용되는 특징을 가진다. 즉, 상기 검출기(109)는 상기 결상렌즈(108)에 의해 집광된 간섭계 모드시 간섭광 또는 반사광도계 모드시 반사광을 검출하게 된다.

간섭계 모드(mode)에서는 측정시편(150)에서 반사되는 측정광과 기준미러(132)에서 반사되는 기준광의 경로차에 의해 발생하는 간섭무늬를 2차원 이미지로 검출하고, 2차원-반사광도계 모드(mode)에서는 각 밴드패스필터(band pass filter)(122)의 이미지를 검출하게 된다. 일반적으로 검출기는 CCD(charge coupled detector) 또는 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 카메라가 사용되는데 본 실시 예에서는 CCD가 사용되었다.

상기 대물렌즈 마운팅부(106)는 하나의 광학계에 여러 종류의 대물렌즈를 사용하기 위한 것으로써 대물렌즈 마운팅부(106)의 중심을 기준으로 회전시켜 각각의 대물렌즈(간섭계 또는 2차원-반사광도계에 사용되는 대물렌즈)를 선택적으로 광경로 상에 위치시키는 역할을 하며, 대물렌즈 마운팅부(106)를 회전시키기 위한 제2구동모터(165)를 구비한다.

상기 미세구동장치(107)는 간섭렌즈부를 측정시편에 수직한 방향으로 미세 구동시켜 간섭무늬의 변화를 발생시키는 장치이다. 일반적으로 미세구동장치(107)는 스텝모터(step motor) 또는 PZT 액츄레이터(Piezo Electric Acturator) 등이 사용되는데 본 실시 예에서는 PZT 액츄레이터를 사용하였다.

또한, 본 발명에 의한 측정장치(100)는 필터휠(filter-wheel)(121)을 구동하기 위한 제1구동모터(164); 제1구동모터(164)를 제어하기 위한 필터휠제어부(162); 대물렌즈 마운팅부를 구동하기 위한 제2구동모터(165); 제2구동모터(165)를 제어하기 위한 대물렌즈제어부(163); 측정모드를 결정하고 측정모드에 따라 필터휠제어부(162)와 대물렌즈제어부(163)에 동작명령을 내리는 측정모드결정부(161);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 시스템제어부(160)는 측정모드결정부(161), 대물렌즈제어부(163), 필터휠제어부(162)를 포함한다.

상기 측정모드결정부(161)는 측정하고자 하는 원리를 결정하는 요소로써 반사광모드와 간섭계모드 중에서 결정을 내린다. 측정하고자 하는 모드(mode)가 결정되면 대물렌즈제어부(163)와 필터휠제어부(162)로 신호를 인가한다.

상기 대물렌즈제어부(163)는 제2구동모터(165)와 직접 연결되어 측정하고자 하는 측정원리가 간섭계 모드(mode)일 경우에는 간섭렌즈부(130)가 광경로 상에 위치하도록 제2구동모터(165)를 제어하고, 반사광도계 모드(mode)일 경우에는 반사광도렌즈부(140)가 광경로 상에 위치하도록 제어한다.

상기 필터휠제어부(162)는 제1구동모터(164)와 직접 연결되어 측정하고자 하는 모드에 따라 필터휠(121)을 제어한다. 간섭계 모드(mode)일 경우에는 공필터(123)가 광경로 상에 위치하도록 필터휠(121)을 회전시키고 반사광도계 모드(mode)일 경우에는 밴드패스필터(band pass filter)(122)가 순차적으로 광경로 상에 위치하도록 필터휠(121)을 제어한다.

이하, 상기와 같은 구성으로 된 본 발명에 의한 측정장치(100)의 작동원리에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.

상기 측정장치(100)는 필터휠(121)과 대물렌즈 마운팅부(106)를 제어하여 광경로 상에 필터와 대물렌즈를 위치시킴으로써 간섭계 모드(mode)와 2차원-반사광도계 모드(mode)를 달리한다.

먼저, 측정모드결정부(161)가 간섭계모드(mode)인 경우 필터휠제어부(162)는 제1구동모터(164)를 제어하여 필터휠(121)의 공필터(123)를 광경로 상에 위치시킨다. 이것은 간섭계모드(mode)는 그 측정원리상 광원(101)에서 발생한 측정광을 필터를 통해 거르지 않고 모두 사용하기 때문이다. 또한, 대물렌즈제어부(163)는 제2구동모터(165)을 제어하여 간섭렌즈부(130)를 광경로 상에 위치시킨다.

광원(101)으로부터 발생하여 공필터(123)를 통과한 측정광은 제1광분할기(105)에서 일부는 투과되고, 일부는 반사되어 간섭렌즈부(130)로 조사된다. 조사된 빛은 집광렌즈(131)에 의해 측정시편(150)의 표면에 집광되는데 제2광분할기(133)에 의해 측정시편을 향하는 측정광과 기준미러(132)로 향하는 기준광으로 분리되고, 이후 측정광과 기준광에서 발생한 경로차에 의해 간섭무늬가 발생하고 이 간섭광은 결상렌즈(108)에 의해 집광되어 검출기(109)로 검출되게 된다.

검출기(109)로 검출된 간섭광의 세기는 미세구동장치(107)에 의해 제어되는 측정시편(150)과의 거리에 의해 결정되기 때문에 간섭계모드(mode)의 측정은 미세구동장치(107)를 일정 영역에서 수에서 수십 nm 간격으로 이동하며 검출기(109)에서 얻어진 화상을 분석함으로써 완료된다.

한편, 측정모드결정부(161)가 반사광도계모드(mode)인 경우 필터휠제어부(164)는 제1구동모터(164)를 제어해 밴드패스필터(band pass filter)(122)를 광경로 상에 위치시킨다. 또한, 대물렌즈제어부(163)는 제2구동모터(165)를 제어하여 반사광도렌즈부(140)를 광경로 상에 위치시킨다. 이때, 2차원 반사광도계는 한 점에서 반사된 광을 측정하는 기존 방식과는 달리 2차원 평면에서 반사된 빛을 동시에 측정하는 원리로써 수십개의 특정파장의 측정광을 검출하여야 하기 때문에 필터휠(121)의 수십개의 밴드패스필터(band pass filter)(122)를 순차적으로 광경로 상에 위치시켜 측정광을 검출하여야 한다.

광원(101)으로부터 발생하여 밴드패스필터(band pass filter)(122)를 통과한 빛은 제1광분할기(105)에서 일부는 투과되고, 일부는 반사되어 반사광도렌즈부(140)로 조사된다. 조사된 빛은 집광렌즈(141)에 의해 측정시편(150)의 표면에 집광된다. 측정시편(150)의 표면에 집광된 빛은 공기와 박막층에서 일부는 반사되고, 일부는 투과한다

본 발명의 측정장치는, 간섭계의 원리와 2차원-반사광도계 원리에 따른 측정을 동일한 광학계로 수행함으로써 기존에 비해 간단한 구조를 가지고, 가격적인 이점을 가진다.

또한, 본 실시예에 따른 측정장치는 간섭계 원리에 의한 측정광과 2차원-반사광도계에 의한 측정광을 동일한 검출기를 이용하여 검출함으로써 공간정보 정밀하게 매칭(matching)할 수 있기 때문에 더욱 신뢰성 높은 정보를 얻는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 측정장치는 투명박막과 불투명박막에 대해 간섭계와 2-차원 반사광도계의 원리를 선택적으로 적용할 수 있기 때문에 투명박막과 불투명박막이 공존하는 복합시편에 대해 세밀한 정보를 얻는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

101: 광원 102: 집광렌즈
103: 조리개 104: 콜리메이터(collimator)
105: 제1광분할기 106: 대물렌즈 마운팅부
108: 결상렌즈 109: 검출기
120: 필터부 121: 필터휠
122: 밴드패스필터(band pass filter)
123: 공필터 130: 간섭렌즈부
140: 반사광도렌즈부 150: 시편
161: 측정모드결정부 162: 필터휠제어부
163: 대물렌즈제어부 164: 제1구동모터
165: 제2구동모터

Claims

측정광을 발생시키는 광원(101);
상기 광원(101)으로부터 발생된 측정광을 평행광으로 만들어주기 위한 콜리메이터(collimator)(104);
상기 콜리메이터(104)에 의한 평행광의 특정파장영역 빛을 통과시키는 다수개의 밴드패스필터(band pass filter)(122)와 상기 콜리메이터(104)에 의한 평행광을 그대로 통과시키는 적어도 하나의 공필터(123)가 마운팅되며, 상기 콜리메이터(104)에 의한 평행광을 상기 밴드패스필터(122) 또는 공필터(123)에 선택적으로 조사되도록 하는 필터휠(121)이 구비된 필터부(120);
상기 밴드패스필터(122) 또는 상기 공필터(123)를 통과한 평행광의 진행방향을 수직으로 바꿔 대물렌즈부(130,140)을 향하게하는 제1광분할기(105);
상기 공필터(123)를 통과하여 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150) 표면에 조사시키고 조사된 기준광과 시편(150)에 의해 반사된 측정광과의 광경로차에 의한 간섭광을 생성시키는 간섭렌즈부(130);
상기 밴드패스필터(122)를 통과하여 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 시편(150)에 조사시켜 시편(150)에 의해 반사광을 생성시키는 반사광도렌즈부(140);
상기 간섭렌즈부(130)와 상기 반사광도렌즈부(140)가 마운팅되며 상기 제1광분할기(105)로부터 분할된 일부의 빛을 상기 간섭렌즈부(130) 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 선택적으로 조사되도록 회전가능한 대물렌즈 마운팅부(106);
시편(150)으로부터 반사된 상기 간섭렌즈부(130)에 의한 간섭광 또는 상기 반사광도렌즈부(140)에 의한 반사광을 집광시켜 주기 위한 결상렌즈(108);
상기 결상렌즈(108)에 의해 집광된 간섭광 또는 반사광을 검출하기 위한 검출기(109);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치.
제 1 항에 있어서,
상기 필터휠(121)과 상기 대물렌즈 마운팅부(106)는 각각 회전가능하며, 상기 필터휠(filter-wheel)(121)을 회전구동하기 위한 제1구동모터(164)와, 상기 대물렌즈 마운팅부(106)를 회전구동하기 위한 제2구동모터(165)가 더 구비된 것을 특징으로 하는, 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제2구동모터(165)를 회전제어하기 위한 대물렌즈제어부(163)와, 상기 제1구동모터(164)를 회전제어하기 위한 필터휠제어부(162) 및 간섭광 또는 반사광의 측정모드에 따라 상기 대물렌즈제어부(163)와 필터휠제어부(162)의 동작을 제어하는 측정모드결정부(161)가 더 구비된 것을 특징으로 하는, 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(109)는 CCD(Charge Coupled Detector) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 카메라인 것을 특징으로 하는, 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치.
제 4 항에 있어서,
상기 콜리메이터(collimator)(104)와 필터휠(121) 사이에 위치하며, 상기 광원(101)으로부터 발생된 측정광을 한 점에 모아주기 위한 집광렌즈(102)와, 주변광들을 제거하여 더욱 선명한 이미지를 얻기 위한 조리개(103)가 더 구비된 것을 특징으로 하는, 간섭계와 2차원-반사광도계의 측정이 가능한 복합시편 표면특성 측정장치.