KR101245097B1 - Device for measuring thickness of thin film - Google Patents

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Abstract

형상측정기능의 고 분해능을 유지함과 동시에 두께 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 박막 두께 측정장치 및 방법이 개시된다. 반사광도계의 원리(Reflectometry)를 이용하여 박막의 두께를 측정하는 박막 두께 측정장치는, 광원, 광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며 선택적으로 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 조리개부, 조리개부를 통과한 광을 박막에 집속하고 박막 측으로부터 반사된 광을 안내하는 대물렌즈를 포함하는 광학계, 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 두께를 측정하는 제1검출부, 및 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 영상 정보를 검출하는 제2검출부를 포함하며, 제1검출부가 박막의 두께를 측정하는 동안, 조리개부는 광원으로부터 조사되는 광 중 일부를 차단하고 나머지 일부만을 부분적으로 통과시킨다.Disclosed is a thin film thickness measuring apparatus and method capable of improving thickness measurement accuracy while maintaining high resolution of a shape measuring function. A thin film thickness measuring apparatus for measuring the thickness of a thin film by using a reflectometry principle includes a light source and an aperture and an aperture provided on a path of light irradiated from the light source and selectively adjusting an irradiation area of light irradiated from the light source. An optical system including an objective lens for focusing the light passing through the thin film and guiding the light reflected from the thin film side, a first detection unit measuring the thickness of the thin film using light guided from the optical system, and light guided from the optical system And a second detector configured to detect image information of the thin film, wherein the aperture blocks a part of the light irradiated from the light source and partially passes the remaining part while the first detector measures the thickness of the thin film.

Description

박막 두께 측정장치{DEVICE FOR MEASURING THICKNESS OF THIN FILM}Thin Film Thickness Measurement Equipment {DEVICE FOR MEASURING THICKNESS OF THIN FILM}

본 발명은 형상측정기능이 통합된 박막 두께 측정장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 형상측정기능의 고 분해능을 유지함과 동시에 두께 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 박막 두께 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film thickness measuring apparatus incorporating a shape measuring function, and more particularly, to a thin film thickness measuring apparatus which can improve thickness measuring accuracy while maintaining high resolution of a shape measuring function.

반도체 및 FPD 분야에서 많이 사용되는 박막층의 두께는 품질 및 후공정에 큰 영향을 미치기 때문에, 공정 중에 박막층의 두께를 정확하게 모니터링할 수 있어야 한다. 참고로, 박막층이란 기저층 즉, 기판의 표면 또는 다른 박막층 위에 형성되는 매우 미세한 두께(예를 들어, 수십 Å ~ 수㎛)를 가지는 층을 의미한다.Since the thickness of the thin film layer, which is widely used in the semiconductor and FPD fields, has a great influence on the quality and the post process, the thickness of the thin film layer must be accurately monitored during the process. For reference, the thin film layer means a base layer, that is, a layer having a very fine thickness (for example, several tens of micrometers to several micrometers) formed on the surface of a substrate or another thin film layer.

일반적으로 박막층의 두께는 탐침(stylus)를 이용한 기계적인 방법 및 광학적인 방법 등에 의해 측정될 수 있으며, 광학적인 방법에 의한 두께 측정에는 비접촉식 측정장치인 간섭계(Interferometer)와 반사계(Reflectometer)가 널리 이용되고 있다.In general, the thickness of the thin film layer may be measured by a mechanical method or an optical method using a stylus, and an interferometer and a reflectometer, which are non-contact measuring devices, are widely used for measuring thickness by an optical method. It is used.

도 1은 종래 반사광도계의 원리(Reflectometry)를 이용한 두께 측정 장치를 도시한다.1 illustrates a thickness measuring apparatus using a reflectometry of a conventional reflection photometer.

도 1을 참조하면, 종래 반사광도계를 이용한 두께 측정장치의 경우, 광원으로부터 조사된 광은 각종 렌즈(22,28)를 통과한 후 광분할기(beam splitter)(32)와 대물렌즈(34)를 통해 기판 위에 형성된 박막층(F)으로 입사된다. 그 후, 박막층(F)에 의해 반사된 광은 대물렌즈(34) 및 광분할기(32)를 거쳐 반투과미러(혹은 특정 반사율의 하프미러)로 입사될 수 있으며, 반투과미러로 입사된 광 중 일부는 반투과미러에서 반사된 후 분광기(spectrometer)(40)로 입사될 수 있다. 그 후, 분광기(40)를 이용하여 입사된 광을 분광시켜서 각각의 개별 파장에 대한 빛의 강도(intensity)를 취득할 수 있으며, 이러한 강도 데이터는 박막층의 반사도를 구하는데 활용되어 최종적으로는 파장에 대한 반사도 변화를 나타내는 반사도분포곡선을 완성시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, in the case of a thickness measuring apparatus using a conventional reflection photometer, light irradiated from a light source passes through various lenses 22 and 28 and then uses a beam splitter 32 and an objective lens 34. Through the thin film layer (F) formed on the substrate through. Thereafter, the light reflected by the thin film layer F may enter the transflective mirror (or the half mirror of a specific reflectance) through the objective lens 34 and the light splitter 32, and the light incident into the transflective mirror Some of which may be incident on the spectrometer 40 after being reflected off the transflective mirror. Thereafter, the incident light can be spectroscopically obtained using the spectroscope 40 to obtain the intensity of light for each individual wavelength, and this intensity data is utilized to obtain the reflectivity of the thin film layer. It is possible to complete a reflectivity distribution curve indicating a reflectance change with respect to.

박막층의 두께를 결정하기 위하여, 상기와 같이 측정된 반사도분포곡선과, 수학식에 의해 모델링된 반사도분포곡선을 비교하는 방법이 활용되고 있다. 우선 서로 다른 두께의 다양한 박막층을 가정하고, 각각의 박막층에 대하여 수학식을 이용하여 반사도분포곡선을 생성한다. 이후 모델링된 다수의 반사도분포곡선 중 측정된 반사도분포곡선과 가장 일치하는 모델링된 반사도분포곡선을 선택함으로써, 그 모델링된 반사도분포곡선에 대응되는 두께를 박막층의 두께로 결정할 수 있다. 이러한 두께측정기능은 단순한 박막이 아닌 반도체, LCD 등 micron 레벨의 복잡한 패턴이 존재하는 박막에서 수행되며, 이 때 측정을 원하는 부분을 정밀하게 찾기 위하여 형상측정기능을 같은 광학계로 수행하게 된다.In order to determine the thickness of the thin film layer, a method of comparing the reflectance distribution curve measured as described above and the reflectance distribution curve modeled by the equation is utilized. First, various thin film layers having different thicknesses are assumed, and a reflectance distribution curve is generated for each thin film layer by using an equation. Thereafter, by selecting a modeled reflectance distribution curve that most closely matches the measured reflectivity distribution curve among the plurality of modeled reflectance distribution curves, the thickness corresponding to the modeled reflectance distribution curve may be determined as the thickness of the thin film layer. Such a thickness measurement function is performed on a thin film having a micron level complex pattern such as a semiconductor and an LCD, rather than a simple thin film. In this case, a shape measuring function is performed by the same optical system to precisely find a desired part.

이를 위하여, 반투과미러로 입사된 광 중 분광기를 통과한 광은 CCD와 같은 광검출부(50)로 입사되어 측정위치의 형상이나 초점확인 등을 관찰하는데 이용할 수 있다.To this end, the light passing through the spectrometer of the light incident to the transflective mirror is incident on the light detector 50 such as a CCD can be used to observe the shape of the measurement position, the focus check, and the like.

그런데, 종래 형상측정기능이 통합된 두께 측정 장치에서는, 대물렌즈(34)의 개구수가 커질수록 형상측정기능의 분해능(해상도)이 높아질 수 있으나, 두께측정기능에서는 대물렌즈(34)가 물체로부터 받아들이는 빛이 개구(aperture) 전체에 걸쳐 상대적인 경로차 발생함에 따라 측정값의 평균화 효과가 나타나 정확한 측정 결과를 산출하기 어려운 문제점이 있다. 예를 들어, 대물렌즈(34)의 중앙부를 통해 박막층에 수직으로 입사된 후 반사되는 광과, 대물렌즈(34)의 가장자리 부위를 통해 박막층에 경사지게 입사된 후 반사되는 광이 취하는 경로차(θ)는, 대물렌즈의 확대률이 커질수록(대물렌즈의 중앙부와 가장자리 부위 사이의 거리가 커질수록) 더욱 크게 발생하게 되는 바, 대물렌즈(34)를 통과하는 광의 경로차가 커질수록 실제 측정에 의한 반사도분포곡선의 생성이 매우 어렵거나 불가능한 문제점이 있다.By the way, in the conventional thickness measuring apparatus incorporating the shape measuring function, the resolution (resolution) of the shape measuring function may be increased as the numerical aperture of the objective lens 34 increases, but in the thickness measuring function, the objective lens 34 receives the object from the object. The problem is that it is difficult to calculate an accurate measurement result because the averaging effect of the measured values is shown as the relative path difference occurs over the entire aperture. For example, a path difference θ between light reflected after being incident perpendicularly to the thin film layer through the center portion of the objective lens 34 and light reflected after being obliquely incident on the thin film layer through the edge portion of the objective lens 34 is reflected. The larger the magnification of the objective lens (the greater the distance between the center portion and the edge portion of the objective lens), the larger the path difference of the light passing through the objective lens 34 is. There is a problem that the generation of reflectivity distribution curve is very difficult or impossible.

이에 따라, 최근에는 형상측정기능의 높은 분해능을 보장하면서 두께 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 박막 두께 측정장치에 대한 일부 대책들이 제안되고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.Accordingly, in recent years, some measures have been proposed for the thin film thickness measuring apparatus that can improve the thickness measurement accuracy while ensuring a high resolution of the shape measurement function, but it is still insufficient and there is an urgent need for development thereof.

본 발명은 형상측정기능의 분해능(해상도)을 유지 및 향상시킴과 동시에 두께측정기능의 정확도를 유지 및 향상시킬 수 있는 박막 두께 측정장치를 제공한다.The present invention provides a thin film thickness measuring apparatus capable of maintaining and improving the resolution (resolution) of the shape measuring function and at the same time maintaining and improving the accuracy of the thickness measuring function.

특히, 본 발명은 고성능의 대물렌즈를 통과하는 광의 경로차에 의한 두께측정기능 성능 저하현상을 방지할 수 있으며, 고 해상도로 박막을 관찰하면서 박막의 두께를 정확히 측정할 수 있는 박막 두께 측정장치를 제공한다.In particular, the present invention can prevent the degradation of the thickness measurement function due to the path difference of the light passing through the high-performance objective lens, and a thin film thickness measuring apparatus capable of accurately measuring the thickness of the thin film while observing the thin film at high resolution. to provide.

또한, 본 발명은 보다 효율적이고 정교한 측정이 가능한 박막 두께 측정장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a thin film thickness measuring apparatus capable of more efficient and sophisticated measurement.

또한, 본 발명은 측정 편의성을 향상시킬 수 있으며, 측정 시간을 단축할 수 있는 박막 두께 측정장치를 제공한다.In addition, the present invention can improve the measurement convenience, and provides a thin film thickness measuring apparatus that can shorten the measurement time.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반사광도계의 원리(Reflectometry)를 이용하여 박막의 두께를 측정하는 박막 두께 측정장치는, 광원, 광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며 선택적으로 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하는 조리개부, 조리개부를 통과한 광을 박막에 집속하고 박막 측으로부터 반사된 광을 안내하는 대물렌즈를 포함하는 광학계, 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 두께를 측정하는 제1검출부, 및 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 영상 정보를 검출하는 제2검출부를 포함하며, 제1검출부가 박막의 두께를 측정하는 동안, 조리개부는 광원으로부터 조사되는 광 중 일부를 차단하고 나머지 일부만을 부분적으로 통과시킨다. 본 발명은 대물렌즈가 아닌 광원부를 조작함으로써 목적을 달성하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, a thin film thickness measuring apparatus for measuring the thickness of the thin film by using a reflectometry, the light source, on the path of the light irradiated from the light source An optical system including an aperture provided at and selectively controlling an irradiation area of light emitted from the light source, an objective lens for focusing light passing through the aperture to the thin film and guiding light reflected from the thin film side; A first detector for measuring the thickness of the thin film using a second detector and a second detector for detecting image information of the thin film using light guided from the optical system, wherein the aperture is a light source while the first detector measures the thickness of the thin film. Some of the light irradiated from it is blocked and only the remaining part is partially passed. The present invention is characterized by achieving an object by operating a light source unit rather than an objective lens.

이와 같이, 본 발명은 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 선택적으로 가변시킴으로써, 박막의 영상 정보 검출시와 박막의 두께 측정시 각각 대물렌즈를 통과하는 광의 유효면적의 크기를 조절할 수 있다. 여기서, 대물렌즈를 통과하는 광의 유효면적이라 함은, 대물렌즈를 통과하는 광(조명)의 면적 중 영상 정보 검출 및 두께 측정을 위해 사용되는 광(조명)의 면적으로 이해될 수 있다.As described above, according to the present invention, by selectively varying the irradiation area of the light irradiated from the light source, the effective area of the light passing through the objective lens can be adjusted at the time of detecting the image information of the thin film and measuring the thickness of the thin film. Here, the effective area of light passing through the objective lens may be understood as the area of light (lighting) used for image information detection and thickness measurement among the areas of light (lighting) passing through the objective lens.

참고로, 본 발명에서 박막의 영상 정보라 함은 측정이 이루어지고 있는 위치에 관련된 정보, 측정위치의 형상에 관련된 정보, 및 초점확인에 관련된 정보 등 사용자가 시각적으로 관찰할 수 있는 정보를 모두 포함할 수 있다.For reference, in the present invention, the image information of the thin film includes all information that the user can visually observe, such as information related to the position at which the measurement is being made, information related to the shape of the measurement position, and information related to focus confirmation. can do.

광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 조리개부에 의해 차단되는 부위는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 변경될 수 있다. 일 예로, 조리개부는 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위를 차단하고, 광원의 광축 중심부에 인접한 부위만을 부분적으로 통과시키도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 조리개부가 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위가 아닌 여타 다른 부위를 차단하도록 구성될 수도 있다.The part of the irradiation area of the light irradiated from the light source, which is blocked by the diaphragm, may be changed according to required conditions and design specifications. For example, the aperture unit may be configured to block a peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the light source, and partially pass only a portion adjacent to the optical axis center of the light source. In some cases, the iris may be configured to block other portions other than the peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the light source.

조리개부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 조리개부는 광원으로부터 조사된 광을 집광하는 집광렌즈, 및 집광렌즈를 통과한 광이 집광되는 부위에 제공되며 집광렌즈에 의해 집광된 광이 통과되는 면적을 선택적으로 조절하는 구경조리개(aperture stop)를 포함하여 구성될 수 있다.Aperture may be provided in various structures according to the requirements and design specifications. For example, the aperture part may be provided at a condenser lens for condensing light emitted from a light source, and at an area where light passing through the condenser lens is condensed, and an aperture for selectively adjusting an area through which condensed light is passed by the condenser lens. stop).

구경조리개는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 구경조리개로서는 구멍(홀) 형태의 고정된 크기의 구경을 갖는 조리개 구조, 또는 통상의 카메라에 사용되는 조리개와 같이 구경의 크기를 변경 가능한 조리개 구조가 적용될 수 있으며, 구경조리개의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 아울러, 구경조리개가 크게 열릴수록(또는 구경이 클수록) 구경조리개를 통과하는 광의 면적이 증가할 수 있고, 반대로 구경조리개가 작게 열릴수록(또는 구경이 작을수록) 구경조리개를 통과하는 광의 면적이 감소할 수 있다.The aperture can be provided in a variety of configurations depending on the required conditions and design specifications. For example, as the aperture stop, an aperture structure having a fixed size aperture in the form of a hole, or an aperture structure that can change the aperture size, such as an aperture used in a conventional camera, may be applied. The present invention is not limited or limited by the nature. In addition, the larger the aperture (or larger aperture), the greater the area of light passing through the aperture, and conversely, the smaller the aperture (or smaller aperture) reduces the area of light passing through the aperture. can do.

아울러, 조리개부는 조명의 파장, 밝기 등을 조정하는 기능의 필터를 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 아울러, 가변 혹은 고정된 구경 크기의 구경조리개는 하우징의 일면에 선택적으로 분리 및 조립 가능하게 모듈화될 수 있는 바, 고정된 구경 크기의 구경조리개가 경우 하우징에 조립된 상태에서는 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 일부가 차단될 수 있으며, 고정된 구경 크기의 구경조리개가 하우징으로부터 분리된 상태에서는 광원으로부터 조사되는 광 전체를 조명으로 사용할 수 있다.In addition, the aperture unit may include a housing including a filter having a function of adjusting a wavelength, brightness, and the like of the illumination. In addition, the aperture of the variable or fixed aperture size can be modularized to be selectively detachable and assembled on one surface of the housing. In this case, the aperture of the fixed aperture size is irradiated from the light source when it is assembled to the housing. A part of the area may be blocked, and in a state in which a fixed aperture size aperture is separated from the housing, the entire light irradiated from the light source may be used as illumination.

또한, 하우징의 타면에는 광원으로부터 조사된 광의 광학적 특성을 가변시키기 위한 광학필터가 선택적으로 분리 및 조립 가능하게 모듈화될 수 있다. 일 예로, 광학필터로서는 반사광도계(Reflectometry)에서 사용되는 파장만을 통과시키기 위한 밴드패스필터(band-pass filter), 및 밝기를 조정하기 위한 필터가 사용될 수 있으며, 광학필터의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.In addition, on the other side of the housing, an optical filter for varying the optical characteristics of the light irradiated from the light source may be modularized to be selectively separated and assembled. For example, a band-pass filter for passing only wavelengths used in a reflectometry, and a filter for adjusting brightness may be used as the optical filter. The invention is not limited or limited.

또한, 전술한 구경조리개 및 광학필터는 구조적으로 서로 연결되어 하우징에 동시에 조립 및 분리되도록 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 구경조리개 및 광학필터가 하우징에 각각 별도로 조립 및 분리되도록 구성될 수도 있다.In addition, the iris and the optical filter described above may be structurally connected to each other to be assembled and separated at the same time in the housing, and in some cases, the iris and the optical filter may be separately assembled and separated from the housing.

본 발명의 실시예에서는 조리개부가 광원에 인접하게 배치되어 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 가변시키도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 조리개부를 대물렌즈의 상부에 인접하게 배치하고, 조리개부에 의해 대물렌즈로 안내되는 광의 조사면적이 선택적으로 가변되도록 구성하는 것도 가능하다.In the embodiment of the present invention, the aperture is arranged to be adjacent to the light source, for example, and configured to vary the irradiation area of the light irradiated from the light source. However, in some cases, the aperture is disposed adjacent to the upper portion of the objective lens. It is also possible to configure so that the irradiation area of the light guided to the objective lens by means is selectively variable.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 광원, 광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며 선택적으로 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 가변시키는 가변 혹은 고정된 구경 크기의 조리개부, 조리개부를 통과한 광을 박막에 집속하고 박막 측으로부터 반사된 광을 안내하는 대물렌즈를 포함하는 광학계, 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 두께를 측정하는 제1검출부, 및 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 영상 정보를 검출하는 제2검출부를 포함하는 박막 두께 측정장치를 이용한 박막 두께 측정방법은, 광원으로부터 광을 조사하는 단계, 광학계를 통과한 광을 이용하여 제2검출부에서 박막의 영상 정보를 검출하는 단계, 조리개부를 이용하여 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 가변시키는 단계, 조사면적이 가변된 상태로 광학계를 통과한 광을 이용하여 제1검출부에서 박막의 두께를 측정하는 단계를 포함하고, 광의 조사면적을 가변시키는 단계에서 광원으로부터 조사되는 광 중 일부는 차단되고 나머지 일부만이 부분적으로 통과된다.According to another preferred embodiment of the present invention, the light passing through the light source, the aperture of the variable or fixed aperture size, which is provided on the path of the light irradiated from the light source and optionally varies the irradiation area of the light irradiated from the light source, An optical system including an objective lens for focusing the thin film and guiding light reflected from the thin film side, a first detection unit measuring the thickness of the thin film using light guided from the optical system, and an image of the thin film using light guided from the optical system In the thin film thickness measuring method using a thin film thickness measuring apparatus including a second detection unit for detecting information, the step of irradiating light from a light source, detecting the image information of the thin film in the second detection unit using the light passing through the optical system Varying the irradiation area of the light irradiated from the light source using the diaphragm; Measuring the thickness of the thin film in the first detection unit by using the light that has passed through the optical system in a closed state, and in the step of varying the irradiation area of the light, some of the light irradiated from the light source is blocked and only the remaining part is partially passed. do.

아울러, 광의 조사면적을 가변시키는 단계에서, 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위가 차단될 수 있고, 광원의 광축 중심부에 인접한 부위만이 부분적으로 통과될 수 있다. 또한, 조리개부에서 광학계로 조사되는 광의 광학적 특성을 가변시킬 수 있다.In addition, in the step of varying the irradiation area of the light, the peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the light source may be blocked, and only a portion adjacent to the optical axis center of the light source may be partially passed. In addition, it is possible to vary the optical properties of the light irradiated with the optical system from the aperture.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 반사광도계의 원리(Reflectometry)를 이용하여 박막의 두께를 측정하는 박막 두께 측정장치는, 제1광원, 상기 제1광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 선택적으로 특정 파장 대역의 단파장 광을 조사하는 제2광원, 상기 제1 및 제2광원으로부터 각각 조사된 광을 박막에 집속하고, 박막 측으로부터 반사된 광을 안내하는 대물렌즈를 포함하는 광학계, 상기 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 두께를 측정하는 제1검출부, 및 상기 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 영상 정보를 검출하는 제2검출부를 포함하며, 제1검출부가 박막의 두께를 측정하는 동안, 제2광원은 단파장 광을 조사하고, 제1검출부는 제1광원으로부터 조사된 광 중 제2광원으로부터 조사된 단파장 광과 겹쳐지는 부위를 제외한 나머지를 이용하여 박막의 두께를 측정한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the thin film thickness measuring apparatus for measuring the thickness of the thin film by using the reflectometry principle, the first light source, selectively specified on the path of the light irradiated from the first light source An optical system including a second light source for irradiating short wavelength light in a wavelength band, an objective lens for focusing light irradiated from the first and second light sources, respectively, and guiding light reflected from the thin film side; and guiding from the optical system A first detector for measuring the thickness of the thin film using the light, and a second detector for detecting the image information of the thin film using the light guided from the optical system, while the first detector measures the thickness of the thin film. , The second light source irradiates short wavelength light, and the first detection unit excludes a portion overlapping the short wavelength light irradiated from the second light source among the light irradiated from the first light source. By using paper to measure the thickness of the thin film.

제2광원으로서는 특정 파장 대역의 단파장 피크 광을 조사 가능한 통상의 광원이 사용될 수 있다. 일 예로, 제2광원으로서는 통상의 레이저가 사용될 수 있다.As the second light source, a conventional light source capable of irradiating short wavelength peak light of a specific wavelength band can be used. For example, a conventional laser may be used as the second light source.

제2광원으로부터 조사된 단파장 광과 제1광원에서 조사된 광이 겹쳐지는 부위는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 일 예로, 제2광원으로부터 조사되는 단파장 광은 제1광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위에 겹쳐지도록 조사될 수 있다. 경우에 따라서는 제2광원으로부터 조사되는 단파장 광이 제1광원으로부터 조사되는 광의 조사면적의 둘레 가장자리 부위가 아닌 여타 다른 부위에 겹쳐지도록 조사되는 것도 가능하다.The portion where the short wavelength light irradiated from the second light source and the light irradiated from the first light source overlap may be appropriately changed according to the required conditions and design specifications. For example, the short wavelength light irradiated from the second light source may be irradiated to overlap the peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the first light source. In some cases, it is also possible for the short wavelength light irradiated from the second light source to be irradiated so as to overlap other portions other than the peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the first light source.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 대물렌즈를 통과하는 광 영역 중 광 경로차를 유발하는 부위에 의도적으로 단파장 피크 광을 조사함으로써, 측정을 통한 반사도분포곡선이 모델링된 반사도분포곡선과 비교 가능한 형태로 산출될 수 있다. 따라서, 제1검출부는 제1광원으로부터 조사된 광 영역 중 제2광원으로부터 조사된 단파장 광과 겹쳐지는 부위를 제외한 나머지 부위를 이용하여 박막의 두께를 측정할 수 있다.As described above, according to another embodiment of the present invention, by intentionally irradiating short wavelength peak light to a portion of the optical region passing through the objective lens causing the optical path difference, the reflectivity distribution curve measured by the measurement It can be calculated in comparable form. Therefore, the first detection unit may measure the thickness of the thin film by using the remaining portion except for the portion overlapping with the short wavelength light irradiated from the second light source among the light regions irradiated from the first light source.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제1광원, 제1광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 선택적으로 특정 파장 대역의 단파장 광을 조사하는 제2광원, 제1 및 제2광원으로부터 각각 조사된 광을 박막에 집속하고 박막 측으로부터 반사된 광을 안내하는 대물렌즈를 포함하는 광학계, 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 두께를 측정하는 제1검출부, 및 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 박막의 영상 정보를 검출하는 제2검출부를 포함하는 박막 두께 측정장치를 이용한 박막 두께 측정방법은, 제1광원으로부터 광을 조사하는 단계, 제1광원으로부터 조사되어 광학계를 통과한 광을 이용하여 제2검출부에서 박막의 영상 정보를 검출하는 단계, 제2광원으로부터 단파장 광을 조사하는 단계, 제1 및 제2광원으로부터 각각 조사되어 광학계를 통과한 광을 이용하여 제1검출부에서 박막의 두께를 측정하는 단계를 포함하고, 박막의 두께를 측정하는 단계에서, 제1검출부는 제1광원으로부터 조사된 광 중 제2광원으로부터 조사된 단파장 광과 겹쳐지는 부위를 제외한 나머지를 이용하여 박막의 두께를 측정한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the first light source, the light irradiated from the second light source, the first and second light sources respectively irradiating short wavelength light of a specific wavelength band selectively on the path of the light irradiated from the first light source The optical system including an objective lens for focusing the light on the thin film and guiding the light reflected from the thin film side, a first detection unit for measuring the thickness of the thin film using light guided from the optical system, and light guided from the optical system. In the thin film thickness measuring method using the thin film thickness measuring apparatus including a second detection unit for detecting the image information, the step of irradiating light from the first light source, the second detection unit using the light irradiated from the first light source and passed through the optical system Detecting image information of the thin film, irradiating short wavelength light from the second light source, and irradiating from the first and second light sources, respectively, And measuring the thickness of the thin film in the first detection unit using one light, and in the measuring the thickness of the thin film, the first detection unit includes short wavelength light irradiated from the second light source among the light irradiated from the first light source. The thickness of the thin film is measured using the remaining portions except the overlapping portion.

아울러, 단파장 광을 조사하는 단계에서, 단파장 광은 제1광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위 혹은 전체 조명 조사 영역에 겹쳐지도록 조사될 수 있다.In addition, in the step of irradiating the short wavelength light, the short wavelength light may be irradiated to overlap the peripheral portion or the entire illumination irradiation area of the irradiation area of the light irradiated from the first light source.

본 발명에 따른 박막 두께 측정장치에 의하면, 높은 개구수(N.A; Numerical aperture)를 가지는 대물렌즈의 전체 개구수를 사용하여 형상측정기능에서 고 분해능(해상도)을 유지함과 동시에 두께측정기능에서는 상대적으로 낮은 개구수를 사용하여 두께측정기능의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the thin film thickness measuring apparatus according to the present invention, the total numerical aperture of the objective lens having a high numerical aperture (NA) is used to maintain a high resolution (resolution) in the shape measurement function and at the same time relatively in the thickness measurement function. Using a low numerical aperture can improve the accuracy of the thickness measurement function.

특히, 본 발명에 따르면 광원 측에 제공되는 조리개부를 이용하여 박막의 영상 정보 검출시와 박막의 두께 측정시 각각 대물렌즈를 통과하는 조명(광)의 유효면적이 선택적으로 가변될 수 있게 함으로써, 대물렌즈를 통하는 현미경조명시스템의 개구수만을 능동적으로 조정하여 대물렌즈를 통과하는 광의 경로차에 의한 측정 불능 현상을 방지할 수 있으며, 전체 구조의 단순화를 이루는 동시에, 여러 개의 대물렌즈를 사용하는 시스템에서 구조의 복잡화를 막고, 고 해상도로 박막을 관찰하면서 박막의 두께를 정확히 측정할 수 있다.In particular, according to the present invention by using the aperture provided on the light source side, the effective area of the illumination (light) passing through the objective lens can be selectively changed at the time of detecting the image information of the thin film and the thickness of the thin film, respectively, By actively adjusting only the numerical aperture of the microscope illumination system through the lens, it is possible to prevent the unmeasurable phenomenon caused by the path difference of the light passing through the objective lens, while simplifying the overall structure, and in a system using multiple objective lenses. The thickness of the thin film can be accurately measured while preventing the complexity of the structure and observing the thin film at high resolution.

또한, 본 발명에 따르면 대물렌즈에 다파장 광과 함께 단파장 피크 광이 함께 입사될 수 있게 함으로써, 대물렌즈를 통과하는 광의 경로차에 의한 측정 불능 현상을 방지할 수 있으며, 고 해상도로 박막을 관찰하면서 박막의 두께를 정확히 측정할 수 있다.In addition, according to the present invention, by allowing the short wavelength peak light together with the multi-wavelength light to be incident on the objective lens, it is possible to prevent the inability to measure due to the path difference of the light passing through the objective lens, and to observe the thin film at high resolution. The thickness of the thin film can be measured accurately.

또한, 본 발명에 따르면 고배율 대물렌즈를 사용하더라도, 대물렌즈를 통과하는 광의 경로차에 의한 측정 불능 현상을 방지할 수 있으며, 보다 효율적이고 정교한 측정을 수행할 수 있다.In addition, according to the present invention, even when a high magnification objective lens is used, it is possible to prevent an inability to measure due to a path difference of light passing through the objective lens, and to perform a more efficient and precise measurement.

또한, 본 발명에 따르면 박막의 두께 측정을 위해 고 배율 대물렌즈를 저 배율 대물렌즈로 별도로 교체해야 해야 할 필요가 없기 때문에, 측정 편의성을 향상시킬 수 있으며, 측정 시간을 단축할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is not necessary to replace the high magnification objective lens with a low magnification objective lens for measuring the thickness of the thin film, thereby improving measurement convenience and shortening the measurement time.

도 1은 종래 박막 두께 측정장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치로서, 구경조리개 및 광학필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치에 의한 박막 두께 측정과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 두께 측정장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 두께 측정장치에 의한 박막 두께 측정과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a conventional thin film thickness measuring apparatus.
2 is a view for explaining a thin film thickness measuring apparatus according to the present invention.
3 is a thin film thickness measuring apparatus according to the present invention for explaining the aperture and the optical filter.
4 to 7 are views for explaining the thin film thickness measurement process by the thin film thickness measuring apparatus according to the present invention.
8 is a view for explaining a thin film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
9 to 12 are views for explaining the thin film thickness measurement process by the thin film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치로서, 구경조리개 및 광학필터를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치에 의한 박막 두께 측정과정을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a thin film thickness measuring apparatus according to the present invention, Figure 3 is a thin film thickness measuring apparatus according to the present invention, a view for explaining the aperture and the optical filter. 4 to 7 are views for explaining a thin film thickness measurement process by the thin film thickness measuring apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 박막 두께 측정장치는 기판(기저층) 혹은 다른 박막 위에 형성된 1층 혹은 다층의 박막의 형상을 관찰하면서 두께를 측정할 수 있도록 구성되며, 박막의 영상 정보 검출시와 박막의 두께 측정시 각각 대물렌즈를 통과하는 광의 유효면적의 크기가 선택적으로 가변될 수 있도록 구성된다. 참고로, 본 발명에서 대물렌즈를 통과하는 광의 유효면적이라 함은, 대물렌즈를 통과하는 광(조명)의 면적 중 영상 정보 검출 및 두께 측정을 위해 사용되는 광(조명)의 면적으로 이해될 수 있다. 아울러, 박막의 두께 측정은 통상의 반사광도계의 원리(Reflectometry)를 이용하여 수행될 수 있다.Thin film thickness measuring apparatus according to the present invention is configured to measure the thickness while observing the shape of a single layer or a multi-layer thin film formed on a substrate (base layer) or another thin film, when detecting the image information of the thin film and when measuring the thickness of the thin film The size of the effective area of the light passing through the objective lens, respectively, is configured to be selectively varied. For reference, the effective area of light passing through the objective lens in the present invention may be understood as the area of light (lighting) used for image information detection and thickness measurement among the areas of light (lighting) passing through the objective lens. have. In addition, the thickness measurement of the thin film can be performed using the principle (reflectometry) of the conventional reflectometer.

이하에서는 광원으로부터 조사된 광의 조사면적으로 가변시킴으로써, 대물렌즈를 통과하는 광의 유효면적이 가변될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, an example configured to change the effective area of the light passing through the objective lens by varying the irradiation area of the light irradiated from the light source will be described.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치는 광원(110), 조리개부(120), 광학계(130), 제1검출부(140), 및 제2검출부(150)를 포함한다.2 to 7, the thin film thickness measuring apparatus according to the present invention includes a light source 110, an aperture 120, an optical system 130, a first detector 140, and a second detector 150. do.

상기 광원(110)으로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 광원(110)이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 광원(110)으로서는 백색광을 조사하는 발광다이오드(LED)가 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 할로겐 램프와 같은 여타 다른 통상의 백색광원이 사용될 수 있다.As the light source 110, various light sources 110 may be used according to required conditions and design specifications. For example, a light emitting diode (LED) for emitting white light may be used as the light source 110, and in some cases, other conventional white light sources such as halogen lamps may be used.

상기 조리개부(120)는 광원(110)으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며, 광원(110)으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 조리개부(120)는 광원(110)으로부터 조사된 광 중 일부를 차단하고 나머지 일부만을 부분적으로 통과시킬 수 있도록 구성된다. 일 예로, 상기 조리개부(120)는 광원(110)으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위를 차단하고, 광원(110)의 광축 중심부에 인접한 부위만을 부분적으로 통과시키도록 구성될 수 있다.The aperture 120 is provided on a path of light irradiated from the light source 110 and is configured to adjust an irradiation area of light irradiated from the light source 110. That is, the aperture 120 is configured to block some of the light irradiated from the light source 110 and to partially pass only the remaining part. For example, the aperture 120 may be configured to block a peripheral edge portion of the irradiation area of the light emitted from the light source 110 and partially pass only a portion adjacent to the optical axis center of the light source 110.

상기 조리개부(120)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 조리개부(120)가 집광렌즈(122) 및 구경조리개(124)를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.The stopper 120 may be provided in various structures according to required conditions and design specifications. Hereinafter, the aperture part 120 will be described with an example including the condenser lens 122 and the aperture 124.

상기 집광렌즈(122)는 광원(110)으로부터 조사된 광을 일 부위에 집중시키기 위해 제공된다. 일 예로, 상기 집광렌즈(122)는 볼록한 입사면 및 볼록한 출사면을 갖는 볼록렌즈 형태로 제공될 수 있다.The condenser lens 122 is provided to focus the light irradiated from the light source 110 on a portion. For example, the condenser lens 122 may be provided in the form of a convex lens having a convex entrance surface and a convex exit surface.

상기 구경조리개(aperture stop)(124)는 집광렌즈(122)를 통과한 광이 집광되는 부위에 배치될 수 있으며, 상기 집광렌즈(122)에 의해 집광된 광이 통과되는 면적을 조절할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 구경조리개(124)가 크게 열릴수록 구경조리개(124)를 통과하는 광의 면적이 증가할 수 있고, 반대로 구경조리개(124)가 작게 열릴수록 구경조리개(124)를 통과하는 광의 면적이 감소할 수 있다.The aperture stop 124 may be disposed at a portion where the light passing through the condenser lens 122 is collected, and configured to adjust an area through which the light condensed by the condenser lens 122 passes. do. That is, as the aperture 124 is opened larger, the area of the light passing through the aperture 124 may increase. On the contrary, as the aperture 124 is opened smaller, the area of the light passing through the aperture 124 decreases. can do.

상기 구경조리개(124)로서는 통상의 카메라에 사용되는 가변 가능한 구경 크기 또는 고정된 구경 크기를 갖는 조리개 구조가 적용될 수 있으며, 구경조리개(124)의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.As the aperture 124, an aperture structure having a variable aperture size or a fixed aperture size used in a conventional camera may be applied, and the present invention is limited or limited by the structure and characteristics of the aperture 124. no.

본 발명의 실시예에서는 구경조리개가 집광렌즈의 후방에 배치된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 구경조리개가 집광렌즈의 전방 또는 여타 다른 위치에 배치되는 것이 가능하다.In the embodiment of the present invention, the aperture is described as an example disposed behind the condenser lens. However, in some cases, the aperture may be disposed at the front or other position of the condenser lens.

상기 조리개부(120)는 하우징(123)을 포함할 수 있으며, 전술한 구경조리개(124)는 하우징(123)의 일면에 선택적으로 분리 및 조립 가능하게 모듈화될 수 있다. 일 예로, 상기 하우징(123)은 내부에 소정의 수용공간을 갖는 박스 형태로 제공될 수 있으며, 구경조리개(124)는 하우징의 측면 또는 상하면으로부터 진입되어 하우징 내부에 수용될 수 있다. 경우에 따라서는 구경조리개가 하우징의 외면에 부착되도록 구성할 수도 있다.The aperture 120 may include a housing 123, and the aperture 124 may be modularized to be selectively detachable and assembled on one surface of the housing 123. For example, the housing 123 may be provided in the form of a box having a predetermined receiving space therein, and the aperture 124 may be received from the side or the upper and lower surfaces of the housing and accommodated in the housing. In some cases, the iris may be configured to be attached to an outer surface of the housing.

아울러, 고정된 구경 크기를 갖는 구경조리개가 사용될 경우, 구경조리개가 하우징에 조립된 상태에서는 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 일부가 차단될 수 있으며, 구경조리개가 하우징으로부터 분리된 상태에서는 광원으로부터 조사되는 광 전체를 조명으로 사용할 수 있다. 한편, 가변 가능한 구경 크기를 갖는 구경조리개가 사용될 경우에는 별도의 조립 및 분리없이 구경조리개 자체의 구경 크기를 조절함으로써 대물렌즈를 통과하는 조명(광)의 유효면적을 조절할 수 있다.In addition, when an aperture stop having a fixed aperture size is used, a part of the irradiation area of the light irradiated from the light source may be blocked while the aperture stop is assembled to the housing, and when the aperture is separated from the housing, the aperture is irradiated from the light source. The whole light can be used as lighting. On the other hand, when an aperture stop having a variable aperture size is used, the effective area of the illumination (light) passing through the objective lens can be adjusted by adjusting the aperture size of the aperture stop itself without separate assembly and separation.

또한, 상기 하우징(123)의 타면에는 광학필터(126)가 선택적으로 분리 및 조립 가능하게 모듈화될 수 있다. 상기 광학필터(126)로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 광학필터(126)가 사용될 수 있다. 일 예로, 광학필터(126)로서는 반사광도계(Reflectometry)에서 사용되는 특정 파장만을 통과시키기 위한 밴드패스필터(band-pass filter), 및 밝기를 조정하기 위한 필터가 사용될 수 있고, 이외에도 광원으로부터 조사된 광을 스펙트럼 특성을 바꾸지 않고 단지 휘도만을 줄이기 위한 회색 필터(Neutal Density filter) 등이 사용될 수 있으며, 광학필터(126)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.In addition, the other surface of the housing 123 may be modularized so that the optical filter 126 can be selectively separated and assembled. As the optical filter 126, various optical filters 126 may be used according to required conditions and design specifications. For example, as the optical filter 126, a band-pass filter for passing only a specific wavelength used in a reflectometry, and a filter for adjusting the brightness may be used. A gray filter or the like may be used to reduce light only without changing spectral characteristics, and the present invention is not limited or limited by the type and characteristics of the optical filter 126.

또한, 상기 조리개부(120)는 구경조리개(124)를 통과한 광을 평행 광선으로 변환하는 콜리메이팅(collimating) 렌즈(128)를 포함할 수 있으며, 구경조리개(124)를 통과한 광은 콜리메이팅 렌즈(128)에 의해 평행 광선 상태로 후술할 광학계(130)에 입사될 수 있다. 참고로, 본 발명에서는 콜리메이팅 렌즈가 단일 렌즈로 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 복수개의 렌즈를 이용하여 콜리메이팅 렌즈를 구성할 수도 있다.In addition, the aperture 120 may include a collimating lens 128 that converts the light passing through the aperture 124 into parallel rays, and the light passing through the aperture 124 is collie. The mating lens 128 may be incident on the optical system 130 to be described later in a parallel ray state. For reference, in the present invention, the collimating lens is described as an example in which a single lens is configured, but in some cases, the collimating lens may be configured using a plurality of lenses.

상기 광학계(130)는 조리개부(120)를 통과한 광을 기판 위에 형성된 박막(F)으로 안내하고, 박막(F) 측으로부터 반사된 광을 안내하기 위해 제공된다. 상기 광학계(130)는 미러, 렌즈 등과 같은 통상의 광학 부품 등을 조합하여 구성될 수 있으며, 광학계(130)의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.The optical system 130 is provided to guide the light passing through the aperture 120 to the thin film F formed on the substrate and to guide the light reflected from the thin film F side. The optical system 130 may be configured by combining conventional optical components such as a mirror, a lens, and the like, and the present invention is not limited or limited by the structure and characteristics of the optical system 130.

일 예로, 광학계(130)는 조리개부(120)를 통과한 광을 분할하기 위한 광분할기(beam splitter)(132), 입사되는 광을 박막(F)에 집속하고 박막(F) 측으로부터 반사된 광을 안내하기 위한 대물렌즈(134), 박막(F) 측으로부터 반사되어 대물렌즈(134)를 통과한 광을 집광하기 위한 보조렌즈(136)를 포함하여 구성될 수 있다.For example, the optical system 130 is a beam splitter 132 for splitting the light passing through the aperture 120, focuses the incident light onto the thin film F and is reflected from the thin film F side. The objective lens 134 for guiding the light and the auxiliary lens 136 for condensing the light passing through the objective lens 134 reflected from the thin film F side may be configured.

상기 조리개부(120)를 통과한 광은 광분할기(132)와 대물렌즈(134)를 통해 기판 위에 형성된 박막(F)으로 입사될 수 있으며, 박막(F) 측으로부터 반사된 광은 다시 대물렌즈(134) 및 광분할기(132)를 거쳐 후술할 제1검출부(140) 및 제2검출부(150)로 안내될 수 있다.The light passing through the diaphragm 120 may be incident on the thin film F formed on the substrate through the light splitter 132 and the objective lens 134, and the light reflected from the thin film F may be reflected again. 134 and the light splitter 132 may be guided to the first detector 140 and the second detector 150 to be described later.

상기 제1검출부(140)는 광학계(130)로부터 안내된 광을 이용하여 반사광도계의 원리에 의해 박막(F)의 두께를 측정하도록 구성된다. 상기 제1검출부(140)는 입사된 광을 개별 파장 대역 별로 분광시키기 위한 분광기(spectrometer)(미도시) 및 분광기에서 획득된 신호를 처리하는 처리부를 포함하여 구성될 수 있다.The first detection unit 140 is configured to measure the thickness of the thin film F by the principle of the reflection photometer using the light guided from the optical system 130. The first detector 140 may include a spectrometer (not shown) for spectrosing incident light for each wavelength band and a processor for processing a signal obtained from the spectrometer.

상기 광학계(130)로부터 안내된 광은 통상의 반투과미러(또는 특정 반사율의 하프미러)(미도시)를 이용하여 분광기(spectrometer)로 입사될 수 있는 바, 분광기를 이용하여 입사된 광을 분광시켜서 각각의 개별 파장에 대한 빛의 강도(intensity)를 취득할 수 있으며, 이러한 강도 데이터는 박막(F)의 반사도를 구하는데 활용되어 최종적으로는 파장에 대한 반사도 변화를 나타내는 반사도분포곡선(도 7의 A)을 완성시킬 수 있다. 그 후, 상기와 같이 측정된 반사도분포곡선(도 7의 A)과, 수학식에 의해 모델링된 반사도분포곡선(도 7의 B)을 비교 및 결정함으로써 박막(F)의 두께를 측정할 수 있다.The light guided from the optical system 130 may be incident to a spectrometer using a conventional transflective mirror (or a half mirror of a specific reflectance) (not shown). Intensity of light for each individual wavelength can be obtained, and this intensity data is used to obtain reflectivity of the thin film F, and finally reflectivity distribution curve showing the change in reflectance with respect to the wavelength (FIG. 7). A) can be completed. Thereafter, the thickness of the thin film F may be measured by comparing and determining the reflectance distribution curve (A of FIG. 7) and the reflectivity distribution curve (B of FIG. 7) modeled by the above equation. .

상기 제2검출부(150)는 광학계(130)로부터 안내된 광을 이용하여 박막(F)의 영상 정보를 검출할 수 있도록 제공된다. 상기 제2검출부(150)로서는 측정하고자 하는 영역에 적합한 화소 개수를 가지는 통상의 CCD 카메라가 사용될 수 있으며, 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 여타 다른 검출장비가 사용될 수도 있다.The second detector 150 is provided to detect image information of the thin film F using light guided from the optical system 130. As the second detector 150, a conventional CCD camera having a pixel number suitable for a region to be measured may be used, and other detection equipment may be used according to required conditions and design specifications.

참고로, 본 발명에서 박막의 영상 정보라 함은 측정이 이루어지고 있는 위치에 관련된 정보, 측정위치의 형상에 관련된 정보, 및 초점확인에 관련된 정보를 모두 포함할 수 있다.For reference, in the present invention, the image information of the thin film may include all information related to the position at which the measurement is being made, information related to the shape of the measurement position, and information related to focus confirmation.

전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 단 하나의 대물렌즈가 사용된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 실시간으로 교체 가능한 서로 다른 분해능을 갖는 복수개의 대물렌즈가 사용될 수 있으며, 대물렌즈의 개수 및 분해능에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.In the above-described and illustrated embodiments of the present invention, an example in which only one objective lens is used has been described. However, in some cases, a plurality of objective lenses having different resolutions that can be replaced in real time may be used. The present invention is not limited or limited by the number and resolution.

이하에서는 본 발명에 따른 박막 두께 측정장치에 의한 박막 두께 측정과정을 설명하기로 한다. 도 4 내지 도 7은 조리개부에 의해 광원으로부터 조사된 광의 조사면적이 가변됨에 따른, 대물렌즈를 통과하는 광의 유효면적 변화를 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, the thin film thickness measuring process by the thin film thickness measuring apparatus according to the present invention will be described. 4 to 7 are views for explaining the change in the effective area of the light passing through the objective lens as the irradiation area of the light irradiated from the light source by the aperture is changed.

도 4 및 도 5를 참조하면, 구경조리개(124)가 최대로 개방된 상태에서는 광원(110)으로부터 조사된 광(B1)이 전체적으로 대물렌즈(134)를 통과할 수 있다. 이때는 제2검출기에 의한 박막(F)의 영상 정보 검출에 필요한 조명 광이 충분히 확보될 수 있으며, 사용자는 고 분해능(해상도)(Resolving power)으로 박막(F)을 관찰할 수 있다.4 and 5, in the state in which the aperture 124 is opened to the maximum, the light B1 emitted from the light source 110 may pass through the objective lens 134 as a whole. In this case, the illumination light necessary for detecting the image information of the thin film F by the second detector may be sufficiently secured, and the user may observe the thin film F with a high resolution (resolution).

도 4 및 도 6을 참조하면, 구경조리개(124)가 일부 닫힌 상태에서는 광원(110)으로부터 조사된 광 중 특정 일부(B2)만이 부분적으로 대물렌즈(134)를 통과할 수 있다. 이때는, 광원(110)으로부터 조사되는 광 중 일부가 차단되고 나머지 일부(광축 중심부에 인접한 부위)만이 부분적으로 대물렌즈(134)를 통과할 수 있기 때문에, 대물렌즈(134)를 통과하는 광(B2',B2")의 경로차(θ2)를 최소화할 수 있으며, 대물렌즈(134)를 통과하는 광의 경로차가 커짐(θ1>θ2)에 따른 전술한 측정 불능 현상을 방지할 수 있다.4 and 6, when the aperture 124 is partially closed, only a specific portion B2 of the light emitted from the light source 110 may partially pass through the objective lens 134. At this time, part of the light irradiated from the light source 110 is blocked, and only the remaining part (the portion adjacent to the optical axis center) can partially pass through the objective lens 134, so that the light B2 passing through the objective lens 134 The path difference θ2 of “, B2”) can be minimized, and the aforementioned unmeasurable phenomenon can be prevented as the path difference of light passing through the objective lens 134 becomes large (θ1> θ2).

한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 두께 측정장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 두께 측정장치에 의한 박막 두께 측정과정을 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, Figure 8 is a view for explaining a thin film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention, Figures 9 to 12 illustrate a thin film thickness measuring process by the thin film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention It is a figure for following. In addition, the same or equivalent portions as those in the above-described configuration are denoted by the same or equivalent reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

전술한 실시예에서는 광원으로부터 조사된 광의 조사면적으로 가변시킴으로써 대물렌즈를 통과하는 광의 유효면적이 가변될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 대물렌즈에 다파장 광과 함께 단파장 피크 광이 함께 입사될 수 있게 함으로써, 대물렌즈를 통과하는 광의 경로차에 의한 측정 불능 현상을 방지할 수 있다.In the above embodiment, the effective area of the light passing through the objective lens can be varied by varying the irradiation area of the light irradiated from the light source. However, according to another embodiment of the present invention, multi-wavelength light is applied to the objective lens. In addition, by allowing the short wavelength peak light to be incident together, it is possible to prevent an unmeasurable phenomenon due to the path difference of the light passing through the objective lens.

도 8 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 두께 측정장치는 제1광원(210), 상기 제1광원(210)으로부터 조사되는 광의 경로 상에 선택적으로 특정 파장 대역의 단파장 광을 조사하는 제2광원(212), 상기 제1 및 제2광원(212)으로부터 각각 조사된 광을 박막(F)에 집속하고, 박막(F) 측으로부터 반사된 광을 안내하는 대물렌즈(234)를 포함하는 광학계(230), 상기 광학계(230)로부터 안내된 광을 이용하여 박막(F)의 두께를 측정하는 제1검출부(240), 및 상기 광학계(230)로부터 안내된 광을 이용하여 박막(F)의 영상 정보를 검출하는 제2검출부(250)를 포함한다.8 to 12, the thin film thickness measuring apparatus according to another embodiment of the present invention selectively short wavelengths of a specific wavelength band on a path of light irradiated from the first light source 210 and the first light source 210. An objective lens for focusing the light irradiated from the second light source 212 for irradiating light and the first and second light sources 212 onto the thin film F and for guiding the light reflected from the thin film F side ( An optical system 230 including a 234, a first detector 240 measuring a thickness of the thin film F using light guided by the optical system 230, and light guided by the optical system 230. The second detector 250 detects the image information of the thin film F.

상기 제1광원(210)으로서는 전술한 실시예의 광원과 동일 또는 유사한 통상의 백색광원이 사용될 수 있다.As the first light source 210, a common white light source that is the same as or similar to the light source of the above-described embodiment may be used.

상기 제2광원(212)은 제1광원(210)으로부터 조사되는 광의 경로 상에 선택적으로 특정 파장 대역의 단파장 피크 광을 조사하도록 제공된다. 상기 제2광원(212)으로부터 조사되는 광의 파장 대역은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 제2광원(212)으로서는 레이저가 사용될 수 있으며, 경우에 따라서는 제2광원으로서 단파장 피크 광을 조사 가능한 여타 다른 통상의 단파장 광원이 사용될 수 있다.The second light source 212 is provided to selectively irradiate short wavelength peak light of a specific wavelength band on a path of light irradiated from the first light source 210. The wavelength band of the light irradiated from the second light source 212 may be appropriately changed according to required conditions and design specifications. For example, a laser may be used as the second light source 212, and in some cases, another conventional short wavelength light source capable of irradiating short wavelength peak light may be used as the second light source.

상기 제2광원(212)으로부터 조사된 단파장 광은 제1광원(210)에서 조사된 광의 조사면적 중 적어도 일부에 겹쳐지도록 조사된다. 일 예로, 상기 제2광원(212)으로부터 조사되는 단파장 광은 제1광원(210)으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위(대물렌즈를 통과하는 광 영역 중 광 경로차를 유발하는 부위)에 겹쳐지도록 조사될 수 있다. 경우에 따라서는 제2광원으로부터 조사되는 단파장 광이 제1광원으로부터 조사되는 광의 조사면적의 둘레 가장자리 부위가 아닌 여타 다른 부위에 겹쳐지도록 조사되는 것도 가능하다.The short wavelength light irradiated from the second light source 212 is irradiated to overlap at least a part of the irradiation area of the light irradiated from the first light source 210. For example, the short wavelength light irradiated from the second light source 212 may be disposed at a peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the first light source 210 (a portion causing an optical path difference in the light region passing through the objective lens). It can be investigated to overlap. In some cases, it is also possible for the short wavelength light irradiated from the second light source to be irradiated so as to overlap other portions other than the peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the first light source.

본 발명의 실시예에서는 제1광원에 대해 제2광원이 교차되는 방향으로 배치되고, 제2광원으로부터 조사된 단파장 광이 하나의 반투과성 미러에 의해 안내되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제2광원으로부터 조사된 단파장 광이 복수개의 반투과성 미러에 의해 안내되도록 구성될 수 있으며, 다르게는 제1광원에 대해 제2광원이 동일 선상에 배치되는 것도 가능하다.In the embodiment of the present invention, an example in which the second light source is intersected with respect to the first light source and disposed so that the short-wavelength light irradiated from the second light source is guided by one semi-transmissive mirror is described. May be configured such that the short wavelength light irradiated from the second light source is guided by a plurality of semi-transmissive mirrors, or alternatively, the second light source may be arranged on the same line with respect to the first light source.

전술한 실시예와 동일 또는 유사한 방식으로, 제1광원(210) 및 제2광원(212)으로부터 조사된 광은 광학계(230)를 통해 박막(F)으로 안내될 수 있으며, 제1검출부(240)는 광학계(230)를 통해 안내된 광을 이용하여 박막(F)의 두께를 측정할 수 있고, 제2검출부(250)는 광학계(230)를 통해 안내된 광을 이용하여 박막(F)의 영상 정보를 검출할 수 있다.In the same or similar manner as the above-described embodiment, the light irradiated from the first light source 210 and the second light source 212 may be guided to the thin film F through the optical system 230, and the first detection unit 240 ) May measure the thickness of the thin film F using light guided through the optical system 230, and the second detector 250 may measure the thickness of the thin film F using light guided through the optical system 230. Image information can be detected.

도 9 및 도 10을 참조하면, 제1광원(210)으로부터 단독적으로 광(B1)이 조사될 시에는 제1광원(210)으로부터 조사된 광(B1)이 전체적으로 대물렌즈를 통과할 수 있다. 이때는 제2검출기(250)에 의한 박막(F)의 영상 정보 검출에 필요한 조명 광이 충분히 확보될 수 있으며, 사용자는 고 분해능으로 박막(F)을 관찰할 수 있다.9 and 10, when the light B1 is irradiated from the first light source 210 alone, the light B1 irradiated from the first light source 210 may pass through the objective lens as a whole. In this case, illumination light necessary for detecting image information of the thin film F by the second detector 250 may be sufficiently secured, and the user may observe the thin film F with high resolution.

도 9 및 도 11을 참조하면, 박막(F)의 두께 측정시에는 제1광원(210)으로부터 광(B1)이 조사됨과 동시에 제2광원(212)에서 단파장 피크 광(B2)이 조사될 수 있다. 이때, 상기 제2광원(212)으로부터 조사되는 단파장 피크 광(B2)은 제1광원(210)으로부터 조사되는 광(B1)의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위에 겹쳐지도록 조사될 수 있기 때문에, 대물렌즈(234)를 통과하는 광(B2',B2")의 경로차에 의한 전술한 측정 불능 현상을 방지할 수 있다.9 and 11, when measuring the thickness of the thin film F, light B1 may be irradiated from the first light source 210 and short wavelength peak light B2 may be irradiated from the second light source 212. have. In this case, since the short wavelength peak light B2 irradiated from the second light source 212 may be irradiated to overlap the peripheral portion of the irradiation area of the light B1 irradiated from the first light source 210, the objective lens The aforementioned unmeasurable phenomenon due to the path difference of the light B2 'and B2 "passing through 234 can be prevented.

즉, 제1광원(210)에서 조사된 광만을 이용할 경우에는 대물렌즈(234)를 통과하는 광의 경로차(특히, 대물렌즈의 중앙부를 통과하는 광과, 가장자리 부위를 통과하는 광 간의 경로차)에 의해 측정을 통한 반사도분포곡선이 수학식에 의해 모델링된 반사도분포곡선과 비교하기 어려운 형태(일 예로, 대략 직선 형태)로 산출될 수 있다. 하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 대물렌즈(234)를 통과하는 광 영역 중 전술한 광 경로차를 유발하는 부위(대물렌즈의 가장자리 부위)에 의도적으로 단파장 피크 광을 조사함으로써, 도 12와 같이, 측정을 통한 반사도분포곡선이 모델링된 반사도분포곡선(도 7의 B 참조)과 비교 가능한 형태로 산출될 수 있다. 따라서, 상기 제1검출부(250)는 제1광원(210)으로부터 조사된 광 영역(면적) 중 제2광원(212)으로부터 조사된 단파장 광과 겹쳐지는 부위(피크 부위)를 제외한 나머지 부위를 이용하여 박막(F)의 두께를 측정할 수 있다.That is, when using only the light irradiated from the first light source 210, the path difference of the light passing through the objective lens 234 (in particular, the path difference between the light passing through the center portion of the objective lens and the light passing through the edge portion) The reflectivity distribution curve through the measurement may be calculated in a form that is difficult to compare with the reflectivity distribution curve modeled by the equation (for example, a substantially straight line shape). However, according to another embodiment of the present invention, by intentionally irradiating the short wavelength peak light to the portion (edge portion of the objective lens) causing the above-described optical path difference among the light region passing through the objective lens 234, Likewise, the reflectivity distribution curve through the measurement may be calculated in a form comparable to the modeled reflectivity distribution curve (see B of FIG. 7). Therefore, the first detection unit 250 uses the remaining portion of the light region (area) irradiated from the first light source 210 except for the portion (peak portion) overlapping the short wavelength light irradiated from the second light source 212. The thickness of the thin film F can be measured.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

110 : 광원 120 : 조리개부
130 : 광학계 140 : 제1검출부
150 : 제2검출부110: light source 120: aperture
130: optical system 140: first detection unit
150: second detector

Claims (16)

반사광도계의 원리(Reflectometry)를 이용하여 박막의 두께를 측정하는 박막 두께 측정장치에 있어서,
광원;
상기 광원으로부터 조사되는 광의 경로 상에 제공되며, 선택적으로 상기 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적을 조절하며, 상기 광원으로부터 조사된 광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈에 의해 집광된 광이 통과되는 면적을 조절하는 구경조리개(aperture stop)를 구비하는 조리개부;
상기 조리개부를 통과한 광을 상기 박막에 집속하고, 상기 박막 측으로부터 반사된 광을 안내하는 대물렌즈를 포함하는 광학계;
상기 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 상기 박막의 두께를 측정하는 제1검출부; 및
상기 광학계로부터 안내된 광을 이용하여 상기 박막의 영상 정보를 검출하는 제2검출부;를 포함하며,
상기 제1검출부가 상기 박막의 두께를 측정하는 동안, 상기 조리개부는 상기 광원으로부터 조사되는 광 중 일부를 차단하고 나머지 일부만을 부분적으로 통과시키며,
상기 조리개부는 하우징을 포함하며, 상기 구경조리개는 상기 하우징의 일면에 선택적으로 분리 및 조립 가능하게 모듈화되되,
상기 구경조리개가 상기 하우징에 조립된 상태에서는 상기 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 일부가 차단될 수 있고, 상기 구경조리개가 상기 하우징으로부터 분리된 상태에서는 상기 광원으로부터 조사되는 광 전체를 조명으로 사용 가능한 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정장치.In the thin film thickness measuring apparatus for measuring the thickness of the thin film by using the reflectometry (Reflectometry),
Light source;
A condensing lens provided on a path of light irradiated from the light source, and selectively adjusting an irradiation area of light irradiated from the light source, and condensing the light condensed by the condensing lens; An aperture part having an aperture stop for adjusting an area;
An optical system including an objective lens for focusing the light passing through the aperture to the thin film and guiding the light reflected from the thin film side;
A first detector for measuring a thickness of the thin film using light guided from the optical system; And
And a second detector configured to detect image information of the thin film by using the light guided from the optical system.
While the first detection unit measures the thickness of the thin film, the aperture blocks a part of the light irradiated from the light source and partially passes only the remaining part,
The aperture includes a housing, the aperture is modularized to be selectively removable and assembled on one surface of the housing,
Part of the irradiation area of the light irradiated from the light source may be blocked when the iris is assembled in the housing, and in the state where the iris is separated from the housing, the entire light irradiated from the light source may be used as illumination. Thin film thickness measuring apparatus, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 조리개부는,
상기 광원으로부터 조사되는 광의 조사면적 중 둘레 가장자리 부위를 차단하고, 상기 광원의 광축 중심부에 인접한 부위만을 부분적으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정장치.The method of claim 1,
The aperture portion,
And a peripheral edge portion of the irradiation area of the light irradiated from the light source and partially passes only a portion adjacent to an optical axis center of the light source. 제1항에 있어서,
상기 조리개부는 선택적으로 가변 가능한 구경 크기 또는 고정된 구경 크기를 가지며,
상기 조리개부의 구경의 크기에 따라 상기 대물렌즈의 개구수(N.A; Numerical aperture)를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정장치.The method of claim 1,
The aperture has an optionally variable aperture size or a fixed aperture size,
And a numerical aperture (NA) of the objective lens according to the size of the aperture of the aperture. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 하우징의 타면에 선택적으로 분리 및 조립 가능하게 제공되며, 상기 광원으로부터 조사된 광의 광학적 특성을 가변시키기 위한 광학필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정장치.The method of claim 1,
A thin film thickness measuring apparatus further provided on the other surface of the housing to be selectively separated and assembled, and further comprising an optical filter for varying optical characteristics of light irradiated from the light source. 제6항에 있어서,
상기 광학필터는 상기 광원으로부터 조사되는 광 중 특정 파장만을 통과시키기 위한 필터, 및 상기 광원으로부터 조사되는 광의 밝기를 조절하기 위한 필터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 두께 측정장치.The method according to claim 6,
The optical filter includes at least one of a filter for passing only a specific wavelength of the light irradiated from the light source, and a filter for adjusting the brightness of the light irradiated from the light source. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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