KR101873966B1

KR101873966B1 - 타원해석기

Info

Publication number: KR101873966B1
Application number: KR1020160149520A
Authority: KR
Inventors: 안일신; 김슬기; 이창호; 박성모
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-07-04
Also published as: KR20180052328A

Abstract

타원해석기는, 수평 방향으로 이동 가능하게 마련되는 스테이지(stage); 및 스테이지의 상부에 마련되는 광학대; 를 포함하고, 광학대는, 선편광된 광을 발생키는 광원부; 선편광된 광을 두 편광성분으로 분리하여 시편에 입사시키고, 시편으로부터 반사된 두 편광성분을 결합하여 출사시키는 빔 디스프레이서(beam displacer); 및 출사된 두 편광성분을 이용하여 시편 표면의 영상을 획득하는 광영상부; 를 포함할 수 있다.
이와 같은 타원해석기에 의하면, 수직입사 방식을 이용하므로 입사각 설정의 어려움을 해소할 수 있으며, 광부품의 정렬에 용이하다.
또한, ‘p-파’ 와 ‘s-파’ 가 시편 표면의 서로 다른지점에서 반사되도록 구조화되어, 표면 전반을 검사할 수 있으며, 표면상의 박막이나 결함 등으로 인해 높이차가 있는 표면 검사에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

타원해석기{Ellipsometer}

본 발명은 표면 검사용 타원해석기에 관한 것이다.

타원해석기술(ellipsometry)은 시편으로 사입사된 편광된 빛이 표면에서 반사될 때 그 시편을 구성하고 있는 물질의 굴절률이나 박막의 두께에 따라 빛의 편광상태가 변화하는 성질을 이용하여 시편의 광학 또는 구조적 특성을 조사하는 분석법이다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 타원해석기는, 시편(30)을 기준으로 두 개의 광학대 즉, 광학측 광학대(10)와 검출기측 광학대(20)가 특정각(α)을 이루고 있고, 각각의 광학대에는 필요한 광부품이 장착된다. 예를 들어, 광원측 광학대(10)에는 광원(11), 콜리메이션 렌즈(12), 편광발생기(13)가 순차적으로 장착되고, 검출기측 광학대(20)에는 편광분석기(21)와 검출기(22)가 장착된다. 그리고 타원해석기는 편광발생기(13) 또는 편광분석기(21)를 회전시키며 측정된 검출기(22)의 신호를 이용하여 시편(30)에 의해 변화된 편광상태를 찾아낸다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 타원해석기에서 빛은 특정한 입사각(α)으로 사입사하며, 입사하는 빛의 편광방향은 빛이 지닌 전기장의 진동방향에 따라 구분된다. 이 때, 입사광(R1)의 전기장이 진행방향에 대해 좌우로 진동하면서 시편(30)으로 입사하는 편광을 ‘s-파’ 라 칭하고, 상하방향으로 진동하면서 시편(30)으로 입사하는 편광을 ‘p-파’라고 칭할 수 있다.

이와 같은 구조의 타원해석기에 의하면, 입사각(α)을 두고 두 광학대의 방향이 꺾여져 있어 광부품 및 광학대의 정렬이 어렵다. 또한, ‘p-파’ 와 ‘s-파’ 가 시편의 동일지점에서 반사되며, 결과적으로는 타원해석기가 시편상 한 지점의 특성을 산출하는데에만 이용된다는 한계를 발생시킨다. 따라서, 내부 광부품 및 광학대의 정렬이 용이하며, 시편의 표면 전반을 검사할 수 있는 타원해석기의 새로운 구조도입이 필요한 실정이다.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0138136호(발명의 명칭: 다중채널 분광타원해석기, 공개일자: 2010. 12. 31)가 있다.

본 발명은 표면을 검사하는 표면 검사용 타원해석기를 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 타원해석기가 제공된다.

타원해석기는, 수평 방향으로 이동 가능하게 마련되는 스테이지(stage); 및 스테이지의 상부에 마련되는 광학대; 를 포함하고, 광학대는, 선편광된 광을 발생키는 광원부; 선편광된 광을 두 편광성분으로 분리하여 시편에 입사시키고, 시편으로부터 반사된 두 편광성분을 결합하여 출사시키는 빔 디스프레이서(beam displacer); 및 출사된 두 편광성분을 이용하여 시편 표면의 영상을 획득하는 광영상부; 를 포함할 수 있다.

분리된 두 편광성분은, 진동방향이 서로 수직일 수 있다.

빔 디스플레이서는, 분리된 두 편광성분을 시편에 수직 입사시킬 수 있다.

빔 디스플레이서는, 분리된 두 편광성분을 시편의 서로 다른 지점에 입사시킬 수 있다.

광영상부는, 출사된 두 편광성분의 위상차 또는 전기장의 세기 비율을 측정할 수 있다.

광영상부는, 위상차 또는 전기장의 세기 비율을 이용하여 출사된 두 편광성분의 차이값을 획득할 수 있다.

차이값은, 출사된 두 편광성분의 경로차 또는 반사율의 차일 수 있다.

광영상부는, 차이값을 이용하여 시편 표면의 영상을 획득할 수 있다.

광영상부는, 위상차를 이용하여 경로차를 획득할 수 있다.

광영상부는, 전기장의 세기 비율을 이용하여 반사율의 차를 획득할 수 있다.

광원부는, 스테이지가 이동하는 동안 선편광된 광을 복수회 발생시킬 수 있다.

광영상부는, 선편광된 광의 발생 횟수에 대응하여 차이값을 복수개 산출하고, 복수개의 차이값을 이용하여 시편 표면에 대한 영상을 획득할 수 있다.

광원부는, 광을 조사하는 광원; 및 조사되는 광을 선편광시키는 편광발생기; 를 포함하고, 조사되는 광은, 단색광일 수 있다.

이와 같은 타원해석기에 의하면, 수직입사 방식을 이용하므로 입사각 설정의 어려움을 해소할 수 있으며, 광부품의 정렬에 용이하다.

또한, ‘p-파’ 와 ‘s-파’ 가 시편 표면의 서로 다른지점에서 반사되도록 구조화되어, 표면 전반을 검사할 수 있으며, 표면상의 박막이나 결함 등으로 인해 높이차가 있는 표면 검사에 유용하게 사용될 수 있다.

도 1에 종래 타원해석기의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 입사각 및 p-파 와 s-파를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 타원해석기의 외관 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 타원해석기의 내부 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 타원해석기의 표면 검사과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5a 및 도 5b의 검사과정를 통해 획득된 시편의 타원해석 상을 예시한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 타원해석기를 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 3은 일 실시예에 따른 타원해석기의 외관 사시도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 타원해석기의 내부 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 타원해석기는 광학대(100) 및 스테이지(stage, 200)를 포함하여, 스테이지(200) 상에 위치한 시편(30)에 선편광을 발생시켜 입사시키고, 그로부터 반사되는 편광간의 차이값을 이용하여 시편 표면을 영상화한다.

스테이지(200)는 시편(30)이 놓여지는 공간으로, 시편(30)은 스테이지(200) 상에서 움직이지 않도록 고정되어 설치된다. 스테이지(200)는 수평 방향으로 이동가능하게 마련되어 스테이지(200)의 이동에 따라 시편(30)의 위치가 조절될 수 있다.

광학대(100)는 시편(30)과 수직으로 배치된다. 광학대(100)는 광원부(110), 광분할기(120), 빔 디스플레이서(beam displacer, 130), 및 광영상부(140)를 포함할 수 있다.

광원부(110)는 광원(111), 렌즈(112), 및 편광발생기(113)를 포함하여, 선편광된 광을 발생시켜 시편(30)으로 입사시킨다.

광원(111)은 예를 들어, 레이저와 같이 결맞음이 좋은 단색광으로 마련될 수 있다. 광원(111)으로부터 조사된 단색광은 렌즈(112)를 통과하면서 평행광, 발산광, 또는 집속광 형태로 변환로 변환된다.

편광발생기(113)는 입사된 광을 선편광시키는 구성으로, 복굴절 특성을 가지는 소재로 이루어지며, 그 굴절률 방향이 서로 상이한 두 개의 삼각 프리즘을 접합한 형태로 구성될 수 있다. 편광발생기(113)는 넓은 스펙트럼 영역의 광을 투과할 수 있도록, 마그네슘 플루라이드(magnesium fluoride)로 이루어질 수도 있다. 도 4는 편광발생기(113)만을 도시하고 있으나, 광학대(100)는 편광발생기(113) 외에 위상 또는 파장변화를 주기 위한 위상지연판(retarder)를 더 포함할 수도 있다.

광원(111)과 렌즈(112)에서 입사된 광은 편광발생기(113)를 통과하면서 특정 편광상태로 선편광되며, 편광발생기(113)를 통해 선편광된 광은 광분할기(120) 및 빔 디스플레이서(130)를 거쳐 시편(30)으로 입사하게 된다.

광분할기(120)는 광을 반사시키거나 투과시키는 구성으로, 광분리 프리즘, 반투과성 광분리판 등을 채용할 수 있다. 광분할기(120)의 반사율과 투과율의 비율은 특별히 한정되지 않는 것으로, 예를 들어, 반사율과 투과율이 1:1인 것을 이용할 수 있다. 광분할기(120)는 광원부(110)에서 입사된 광은 투과시키고, 시편(30)에서 반사된 광은 반사시키는 것과 같이 입사광과 반사광을 분리시킬 수도 있다.

도 4는 광분할기(120)만을 도시하고 있으나, 광학대(100)는 광분할기(120)를 대신하여 광의 진행을 물리적으로 개방하거나 폐쇄시키는 개폐기(shutter)를 포함할 수도 있다. 또는, 광학대(100)는 광분할기(120) 및 개폐기를 모두 포함할 수도 있다

빔 디스플레이서(130)는 광분할기(120)로부터 입사된 광을 두개의 편광성분 p-파와 s-파로 분리하고, 시편(30) 표면의 두 지점에 각각 수직 입사시킨다. 여기서, p-파 및 s-파는 진동방향이 서로 수직인 편광을 의미하는 것으로 한다. 즉, 편광발생기(113)에 의해 선편광된 광은 광분할기(120)를 통과한 후 빔 디스플레이서(130)에 입사되어 서로 수직으로 편광된 두 개의 편광성분 p-파와 s-파로 분리되고, 빔 디스플레이서(130)에 의해 분리된 p-파와 s-파는 서로 다른 광경로 L1 및 L2를 따라 시편(30)으로 수직 입사하게 된다. 예를 들어, p-파는 광경로 L1을 따라 시편(30)으로 수직 입사하고, s-파는 광경로 L2를 따라 시편(30)으로 수직 입사할 수 있다.

빔 디스플레이서(130)는 시편(30)의 각기 다른 지점에서 수직 반사된 두 개의 편광성분을 결맞음 결합시킨다.

구체적으로, 시편(30)의 한 지점에서는 p-파만을 반사시키고, 다른 지점에서는 s-파만을 반사시킨다. 반사된 p-파와 s-파는 입사된 광경로 L1 및 L2를 따라 빔 디스플레이서(130)를 통과하게 된다. 예를 들어, p-파가 광경로 L1을 따라, s-파가 광경로 L2를 따라 각각 시편(30)에 수직 입사하는 경우, 시편(30) 표면에서 반사된 p-파는 입사 경로와 동일하게 광경로 L1을 따라 빔 디스플레이서(130)를 통과하고, 이와 마찬가지로 반사된 s-파는 광경로 L2를 따라 빔 디스플레이서(130)를 통과하게 된다. 시편(30)의 표면에서 각각 반사된 p-파와 s-파는 빔 디스플레이서(130)를 통과하면서 결맞음이 있도록 결합된다. 이 때, p-파와 s-파는 결맞음을 유지한 채로 반사되기 때문에 타원편광 형태로 결합될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 시편(30)의 표면에 박막, 결함 등(30a)에 의해 높이차(이하, 'd'라 칭함)가 생기는 경우, 광경로 L1 및 L2의 길이는 서로 달라지게 된다. 즉, 광경로 L1 및 L2 중 어느 하나의 길이가 더 짧아지게 된다. 예를 들어, 두 개의 편광성분인 p-파와 s-파 중, s-파는 광경로 L2를 따라 박막 등(30a)이 형성된 지점으로 입사되고, p-파는 광경로 L1을 따라 박막 등(30a)이 형성되지 않은 지점으로 입사되는 경우, 광경로 L2는 L1보다 박막 등(30a)의 높이 d 만큼 짧아진다.

두 개의 편광성분은 빔 디스플레이서(130)에서 광경로 L1 및 L2를 따라 시편(30)의 표면으로 입사된 후 반사되기 때문에, 두 편광성분의 이동경로는 높이차의 2배인 2d(이하. 'd’'이라 칭함) 만큼의 경로차를 가지게 된다. 또한, 이와 같은 경로차 d’에 의존하여, 타원해석기의 측정값 Δ이 결정되게 된다. 여기서, Δ는 시편(30)의 두 지점에서 서로 수직으로 반사된 편광(즉, p-파 및 s-파)간의 위상차로 정의할 수 있다.

예를 들어, 두 편광성분 p-파 및 s-파의 위상차 Δ는 하기의 [수학식 1]과 같이 경로차 d’에 의존하여 표현될 수 있다.

여기서, Δ는 시편(30)의 두 지점에서 서로 수직으로 반사된 편광 p-파 및 s-파 간의 위상차, d’은 빔 디스플레이서(130)에 의해 분리되어 재결합되기 까지 두 편광 p-파 및 s-파의 이동 경로차이(즉, d’= 2d), λ는 사용한 광의 파장을 각각 의미한다.

상술한 바와 같이, 시편(30) 표면 위 두 지점에서 반사되는 두 편광성분은 경로차 d’을 갖으며, 위상차 Δ는 두 편광성분의 경로차 d' 에 의존하여 표현될 수 있다.

이와 마찬가지로, 타원해석기의 측정값 Ψ는 시편(30) 표면 위 두 지점에서의 반사되는 두 편광성분의 반사율의 차에 의존하여 결정될 수 있다. 여기서, Ψ는 시편(30)의 두 지점에서 서로 수직으로 반사된 편광(즉, p-파 및 s-파)간의 전기장의 세기의 비율로 정의할 수 있다.

즉, 위상차 Δ 및 전기장의 세기의 비율 Ψ은 시편(30) 표면 위 두 지점에서 반사되는 편광간의 차이값(경로차 또는 반사율의 차)에 의해 결정될 수 있으며, 위상차 Δ 및 전기장의 세기의 비율 Ψ을 측정함으로써 반사되는 편광간의 차이값(경로차 또는 반사율의 차)을 산출할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 위상차 Δ 및 경로차 d’에 대해서만 상술하기로 한다. 또한, 위상차 Δ 및 경로차 d’의 이용에 대해서는 후술될 광영상부(140) 및 도 5a 내지 도 6를 통해 더욱 구체적으로 상술하기로 한다.

전술한 바 있듯이, 시편(30) 표면의 서로 다른 두 지점에서 반사된 p-파와 s-파는 빔 디스플레이서(130)를 역방향 통과하면서 결맞음이 있도록 결합된 편광을 형성하며, 결합된 편광은 광분할기(120)에서 반사되어 광영상부(140)에 입사하게 된다.

광영상부(140)는 위상지연판(141), 편광분석기(142), 줌렌즈(143), 및 검출기(144)를 포함하여, 광영상부(140)에 입사된 편광의 편광상태를 분석하고 시편(30) 표면을 영상화한다.

위상지연판(141)은 입사광의 위상 또는 편광을 변화시켜 출사시키는 구성으로, 광경로상에서 편광분석기(142)의 전단부에 마련되어 빔 디스플레이서(130) 및 광분할기(120)를 통해 입사된 편광의 편광상태를 변화시켜 편광분석기(142)로 전달한다. 위상지연판(141)은 일 예로, 1/4 만큼의 파장변화(즉, π/2 위상차)를 주는 사분파장지연판으로 마련될 수 있다.

도 4에서는 위상지연판(141)이 포함된 것을 도시하고 있으나, 광영상부(140)는 편광분석기(142)의 전단부에 위상지연판(141)이 생략된 구조로 마련될 수도 있다. 이 경우, 빔 디스플레서(130) 및 광분할기(120)로부터 광영상부(140)에 입사된 편광은 편광분석기(142)에 바로 전달된다.

편광분석부(142)는 광영상부(140)에 입사된 편광의 편광상태를 분석한다. 편광분석부(142)는 편광상태의 분석을 위해, 회전하는 형태로 마련될 수 있다.

예를 들어, 타원해석기는 편광분석기(142)와 결합된 스테핑 모터를 더 포함할 수 있으며, 모터구동펄스를 인가하여 스테핑 모터를 회전시킬 수 있다. 스테핑 모터는 모터구동펄스가 인가될 때마다 단위각도 만큼씩 회전하며, 스테핑 모터의 회전에 따라 이와 결합된 편광분석기(142)가 회전할 수 있다. 스테핑 모터의 회전으로 편광분석기(142)를 통과하는 광의 편광방향은 주기적으로 달라지게 되며, 이를 통해 결맞음 결합되어 입사된 두 편광성분 p-파 및 s-파가 분리될 수 있다. 즉, 결맞음 결합된 편광은 편광분석부(142)를 통과하면서 진동방향이 서로 수직인 두 개의 편광성분 p-파 및 s-파로 다시 분리되어 출사될 수 있다.

이와 같은 편광분석기(142)는 편광발생기(113)와 동일한 형태로 마련될 수 있다. 편광분석기(142)는 복굴절 특성을 가지는 소재로 이루어지며, 그 굴절률 방향이 서로 상이한 두 개의 삼각 프리즘을 접합한 형태로 구성될 수 있다. 편광분석기(142)는 넓은 스펙트럼 영역의 광을 투과할 수 있도록, 마그네슘 플루라이드(magnesium fluoride)로 이루어질 수도 있다.

편광분석기(142)에서 분석된 편광상태 즉, 편광분석기(142)에서 분리된 두 편광성분 p-파 및 s-파는 줌 렌즈(143)를 거쳐 검출기(144)에 전달된다.

검출기(144)는 편광분석기(142)로부터 전달된 두 편광성분의 차이값을 획득하고, 이를 이용하여 시편(30)을 영상화한다.

먼저, 검출기(144)는 두 편광성분 p-파 및 s-파의 위상차 Δ를 측정하고, 상술한 [수학식 1]을 이용하여 경로차 d’ 즉, 시편(30)에 입사되고 시편(30)으로부터 반사되는 과정에서 형성된 두 편광성분의 경로차 d’을 획득할 수 있다. 전술한 바 있듯이, 두 편광성분의 경로차 d’는 박막 등(30a)에 의해 형성된 시편(30)의 높이차 d와 의 관계를 갖는다. 따라서, 검출기(144)가 두 편광성분의 경로차 d’을 획득하는 것은 시편(30)의 높이차 d를 획득하는 것과 동일하게 볼 수 있다.

검출기(144)는 획득된 두 편광성분의 경로차 d’ 또는 박막 등(30a)에 의해 형성된 시편(30)의 높이차 d를 이용하여 시편(30)에 대한 2차원 영상을 생성할 수 있다. 이를 위해, 검출기(144)는 2차원 어레이 검출기로 마련될 수 있다. 또한, 검출기(144)는 CCD(charge coupled device)나 포토 다이오드(photodiode)로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 시편(30) 표면을 영상화할 수만 있다면 공지된 다른 형태로 마련될 수 있음은 물론이다.

이상으로 시편 표면을 검사하는 타원해석기의 각 구성에 대해 설명하였으며, 이하에서는 도 5a 내지 도 6을 참조하여 시편 표면을 검사하고 영상화하는 과정에 대해 상술하기로 한다.

도 5a 및 도 5b는 타원해석기의 표면 검사과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5a 및 도 5b는 박막 등(30a)에 의해 높이차 d가 있는 시편(30) 표면에 두 편광성분 p-파 및 s-파가 입사되는 과정을 나타내고 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 스테이지(200)는 앞뒤, 좌우의 수평 방향으로 이동가능하게 마련되므로, 스테이지(200)의 이동에 따라 시편(30)의 위치는 조절되게 된다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 빔 디스플레이서(130)를 통해 분리된 두 편광성분 p-파 및 s-파는 모두 박막 등(30a)이 형성되지 않은 부위에 수직 입사될 수 있다. 이 때, 설명의 편의를 위해, 광경로 L1을 형성하는 편광성분을 p-파로 하고, 광경로 L2을 형성하는 편광성분을 s-파로 가정할 수 있다. 즉, p-파는 박막 등(30a)이 없는 시편(30) 표면 P1에서 수직 입사되고 반사되어 광경로 L1을 형성하고, 이와 마찬가지로 s-파도 박막 등(30a)이 없는 시편(30) 표면 P3에 수직 입사되고 반사되어 광경로 L2를 형성하는 것으로 가정할 수 있다.

이와 같이 시편(30)의 두 지점 P1와 P3에 p-파와 s-파가 각각 입사되는 경우, p-파와 s-파의 이동 거리는 동일하여 경로차는 0이 되며, 이에 따라 위상차 또한 발생하지 않게 된다.

스테이지(200)의 이동에 따라 시편(30)의 위치가 변경되면서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 두 편광성분 p-파 및 s-파 중 하나는 박막 등(30a)이 형성되지 않은 부위 P2에 수직 입사되고, 다른 하나는 박막 등(30a)이 형성된 부위 P4에 수직 입사될 수 있다. 즉, p-파는 박막 등(30a)이 없는 시편(30) 표면 P2에서 수직 입사되고 반사되어 광경로 L1을 형성하고, s-파는 박막 등(30a)이 있는 시편(30) 표면 P4에 수직 입사되고 반사되어 광경로 L2를 형성할 수 있다.

이와 같이 시편(30)의 두 지점 P2와 P4에 p-파와 s-파가 각각 입사되는 경우, p-파와 s-파의 이동 거리가 달라지며 경로차 d’가 발생하게 된다. p-파 및 s-파의 이동 경로차는 박막 등(30a)에 의한 시편(30)의 높이차 d에 의존하며, p-파의 이동 경로는 s-파의 이동 경로보다 높이차 d의 2배 즉, d’= 2d 만큼 길어진다. 이에 따라, p-파 및 s-파간의 위상차 또한 발생하게 된다.

상술한 바와 같이 타원해석기는 스테이지(200)를 이동시키면서, 복수회의 선편광을 발생시킨다. 발생된 선편광 각각에 대해 p-파와 s-파가 시편(30)에 입사되면, 타원해석기는 시편(30)에서 반사되는 두 편광성분의 위상차를 각각 측정하게 된다. 타원해석기는 측정된 위상차로부터, p-파와 s-파가 입사된 서로 다른 두 지점간의 높이차(또는 경로차)를 각각 획득한다.

예를 들어, 타원해석기는 도 5a에 도시된 바와 같은 스테이지(200) 또는 시편(30)의 위치에서 선편광을 발생시켜 p-파 및 s-파를 서로 다른 두 지점 P1 및 P3에 입사시키고, 반사된 두 편광성분의 위상차를 측정함으로써, 서로 다른 두 지점 P1 및 P3의 높이차가 0임을 확인할 수 있다.

또한, 타원해석기는 스테이지(200)를 이동시켜 선편광을 다시 발생시킨다. 예를 들어, 타원해석기는 도 5b에 도시된 바와 같은 스테이지(200) 또는 시편(30)의 위치에서 선편광을 발생시켜 p-파 및 s-파를 서로 다른 두 지점 P2 및 P4에 입사시키고, 반사된 두 편광성분의 위상차를 측정함으로써, 서로 다른 두 지점 P2 및 P4의 높이차가 d임을 확인할 수 있다.

타원해석기는 스테이지(200)를 이동하면서 복수회의 선편광을 발생시키고, 각각에 대해 높이차를 획득하여 영상화한다. 타원해석기는 이와 같이 생성된 복수의 영상을 분석하여 시편 표면 전반의 2차원 타원해석 상을 획득할 수 있다.

도 6은 도 5a 및 도 5b의 검사과정를 통해 획득된 시편의 타원해석 상을 예시한 도면이다.

도 6에서, 타원해석 상의 왼쪽 영역(I1)은 도 5a에서와 같이 p-파 및 s-파가 서로 다른 두 지점 P1 및 P3에 입사될 때의 결과 영상이며, 오른쪽 영역은(I2)는 도 5b에서와 같이 p-파 및 s-파가 서로 다른 두 지점 P2 및 P4에 입사될 때의 결과 영상을 나타낸다.

전술한 바와 같이, p-파 및 s-파가 서로 다른 두 지점 P1 및 P3에 입사될 때는, 높이차(또는 경로차)가 발생하지 않으므로, 타원해석 상의 왼쪽 영역(I1)는 밝게 나타나게 된다. 즉, 낮은 영상값을 갖게 된다. 반면, p-파 및 s-파가 서로 다른 두 지점 P2 및 P4에 입사될 때는, 높이차 d(또는 경로차 d’)가 발생하므로, 타원해석 상의 오른쪽 영역(I2)는 어둡게 나타나게 된다. 즉, 높은 영상값을 갖게 된다.

이와 같이, 타원해석기는 시편 표면에 대한 2차원 영상을 획득함으로써, 시편 표면 전반을 검사할 수 있게 된다.

상술한 타원해석기에 의하면, 수직입사 방식을 이용하므로 입사각 설정의 어려움을 해소할 수 있으며, 광부품의 정렬에 용이하다. 또한, ‘p-파’ 와 ‘s-파’ 가 시편 표면의 서로 다른지점에서 반사되도록 구조화되어, 표면 전반을 검사할 수 있으며, 표면상의 박막이나 결함 등으로 인해 높이차가 있는 표면 검사에 유용하게 사용될 수 있다.

이상으로 예시된 도면을 참조로 하여, 타원해석기의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 광학대 110 : 광원부
111 : 광원 112 : 렌즈
113 : 편광발생기 120 : 광분할기
130 : 빔 디스플레이서 140 : 광영상부
141 : 위상지연판 142 : 편광분석기
143 : 줌 렌즈 144 : 검출기

Claims

수평 방향으로 이동 가능하게 마련되는 스테이지(stage); 및
상기 스테이지의 상부에 마련되는 광학대;
를 포함하고,
상기 광학대는,
선편광된 광을 발생키는 광원부;
상기 선편광된 광을 두 편광성분으로 분리하여 상기 스테이지의 상부에 위치한 시편에 수직으로 입사시키고, 상기 시편으로부터 반사된 상기 두 편광성분을 결합하여 출사시키는 빔 디스플레이서(beam displacer); 및
상기 출사된 두 편광성분을 이용하여 상기 시편의 표면의 영상을 획득하는 광영상부;
를 포함하는 타원해석기.
제 1 항에 있어서,
상기 분리된 두 편광성분은,
진동방향이 서로 수직인 타원해석기.
제 1 항에 있어서,
상기 빔 디스플레이서는,
상기 시편으로부터 수직으로 반사된 상기 두 편광성분을 결맞음 결합하여 출사시키는 타원해석기.
제 1 항에 있어서,
상기 빔 디스플레이서는,
상기 분리된 두 편광성분을 상기 시편의 서로 다른 지점에 입사시키는 타원해석기.
제 1 항에 있어서,
상기 광영상부는,
상기 출사된 두 편광성분의 위상차 또는 전기장의 세기 비율을 측정하는 타원해석기.
제 5 항에 있어서,
상기 광영상부는,
상기 위상차 또는 전기장의 세기 비율을 이용하여 상기 출사된 두 편광성분의 차이값을 획득하는 타원해석기.
제 6 항에 있어서,
상기 차이값은,
상기 출사된 두 편광성분의 경로차 또는 반사율의 차인 타원해석기.
제 6 항에 있어서,
상기 광영상부는,
상기 차이값을 이용하여 상기 시편 표면의 영상을 획득하는 타원해석기.
제 7 항에 있어서,
상기 광영상부는,
상기 위상차를 이용하여 상기 경로차를 획득하는 타원해석기.
제 7 항에 있어서,
상기 광영상부는,
상기 전기장의 세기 비율을 이용하여 상기 반사율의 차를 획득하는 타원해석기.
제 6 항에 있어서,
상기 광원부는,
상기 스테이지가 이동하는 동안 선편광된 광을 복수회 발생시키는 타원해석기.
제 11 항에 있어서,
상기 광영상부는,
상기 선편광된 광의 발생 횟수에 대응하여 상기 차이값을 복수개 산출하고, 상기 복수개의 차이값을 이용하여 상기 시편 표면에 대한 영상을 획득하는 타원해석기.
제 1 항에 있어서,
상기 광원부는,
광을 조사하는 광원; 및
상기 조사되는 광을 선편광시키는 편광발생기; 를 포함하고,
상기 조사되는 광은, 단색광인 타원해석기.