KR102045442B1 - 타원해석기 - Google Patents

Abstract

타원해석기는, 기준시편이 장착되는 기준시편 장착대; 기준시편 장착대의 일단에 마련되며, 선편광된 광을 발생시켜 기준시편에 입사시키는 광원부; 일단이 기준시편 장착대의 타단에 결합되며, 측정시편이 장착되는 측정시편 장착대; 및 측정시편 장착대의 타단에 마련되며, 측정시편에서 반사되는 광의 영상을 획득하는 광영상부; 를 포함할 수 있다.
이와 같은 타원해석기에 의하면, 편광발생기나 편광분석기 등과 같은 광부품의 회전없이 1회 측정을 진행하므로, 측정시간이 매우 짧아진다. 또한, 편광발생기 및 편광분석기가 서로 수직으로 고정되어 있고, 기준시편도 항상 고정 장착되어 있어 광부품과 시편의 정렬에 따른 정렬오차를 감소시킬 수 있다. 또한, 기준시편과 측정시편을 함께 장착하여 비교 측정하므로, 측정시점 차이에 따른 장비상태의 차이나 장비 사용자가 다름에 따라 발생하는 운용오차 등을 감소시킬 수 있다. 또한, {Δ, Ψ}를 산출할 필요 없이, 출력되는 밝기 영상을 확인함으로써 측정시편의 불량여부 또는 불량위치 등을 즉각 인지할 수 있다. 또한, 회전편광자 타원해석기의 구성을 포함하고 있으므로, 편광발생기의 회전을 통해 불량선별 외에도 불량의 원인 등을 분석하는데 이용될 수 있다.

Description

타원해석기{Ellipsometer}

본 발명은 측정시편을 검사하는 타원해석기에 관한 것이다.

타원해석기술(ellipsometry)은 시편으로 입사된 선편광된 빛이 표면에서 반사될 때 그 시편을 구성하고 있는 물질의 굴절률이나 박막의 두께에 따라 빛의 편광상태가 변화하는 성질을 이용하여 시편의 광학 또는 구조적 특성을 조사하는 분석법으로, 종래의 타원해석기는 도 1에 도시된 바와 같은 회전편광자(rotating polarizer) 타원해석기와 도 2에 도시된 바와 같은 널(null) 타원해석기로 분류될 수 있다.

도 1을 참조하면, 회전편광자(rotating polarizer) 타원해석기는 광원(121), 편광발생기(123), 편광분석기(221), 및 검출기(225)로 구성되며, 이 중 편광발생기(123)를 회전시키면서 측정된 검출기(225)의 신호를 이용하여 시편(S)에 의한 변화된 편광상태를 찾아낸다.

편광발생기(123)에 의해 발생된 선편광은 전기장의 진동방향에 따라 두 편광성분 즉, 상하로 진동하면서 시편(S)으로 입사하는 편광‘p-파’및 좌우로 진동하면서 시편(S)으로 입사하는 편광‘s-파’로 구분될 수 있는데, 회전편광자 타원해석기는 편광발생기(123)가 회전하는 동안 시편(S)에서 반사되는 두 편광성분의 반사특성으로부터 편광상태의 변화량 {Δ, Ψ}을 산출하는 것이다. 여기서, Δ은 시편(S)에서 반사된 후 발생하는 두 편광성분의 위상차이고, 변수 Ψ는 시편(S)에서 반사 후 발생하는 두 편광성분의 전기장 세기의 반사비율을 각각 의미한다.

도 2를 참조하면, 널(null) 타원해석기는 광원(121), 편광발생기(123), 사분파장판(quarter waveplate, 125), 편광분석기(221), 및 검출기(225)로 구성된다. 즉, 사분파장판(125)은 서로 수직으로 편광된 빛에 대해 90도의 위상차를 발생시키는 광학부품으로, 널 타원해석기는 회전편광자 타원해석기에 비해 사분파장판(125)를 추가로 구성한다.

널 타원해석기는 편광발생기(123) 사분파장판(125), 및 편광분석기(221)를 각각 독립적으로 회전시키면서, 편광발생기(123) 사분파장판(125), 및 편광분석기(221)의 회전각이 특정 조합을 이룰 때 검출기(225)로 입사되는 광이 사라지게 되는데, 이 때를 소광(null)상태라 하고, 이 특정 회전각을 이용하여 편광상태의 변화량 {Δ, Ψ}을 산출하게 된다.

이와 같은 회전편광자 타원해석기와 널 타원해석기 중에서, 불량시편 또는 시편표면의 불량지점을 검출하고자 하는 경우에는 널 타원해석기가 이용되고 있으며, 불량의 원인을 분석하고자 하는 경우에는 회전편광자 타원해석기가 이용되고 있다.

그러나 널 타원해석기를 이용하여 불량시편이나 불량지점을 검출하기 위해서는, 편광발생기(123), 사분파장판(125), 및 편광분석기(221)와 같은 광부품을 소광상태가 발행할 때까지 회전시키며 측정하므로 측정시간 오래 걸린다. 또한, 측정값 {Δ, Ψ}은 시편의 정렬, 장비의 상태, 사용자의 장비사용 숙련도 등 장비운용에 민감한데, 기준시편 측정 후 새로 제작되는 측정대상시편(이하, 간단히 ‘측정시편’이라 칭함)을 측정하기까지 상당한 시간이 경과하여 측정오차가 발생할 가능성이 커진다.

따라서, 측정시간 또는 측정오차를 감소시키면서, 불량시편이나 불량지점을 검출할 수 있는 타원해석기의 새로운 구조도입이 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0138136호(2010.12.31)

본 발명은 기준시편과 측정시편을 함께 장착하여 측정시편을 용이 검사할 수 있는 타원해석기를 제공하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 타원해석기가 제공된다.

타원해석기는, 기준시편이 장착되는 기준시편 장착대; 기준시편 장착대의 일단에 마련되며, 선편광된 광을 발생시켜 기준시편에 입사시키는 광원부; 일단이 기준시편 장착대의 타단에 결합되며, 측정시편이 장착되는 측정시편 장착대; 및 측정시편 장착대의 타단에 마련되며, 측정시편에서 반사되는 광의 영상을 획득하는 광영상부; 를 포함할 수 있다.

기준시편에서 반사되는 광은, 측정시편에 입사하는 광을 형성할 수 있다.

측정시편에 입사하는 광의 입사각은, 기준시편에 입사하는 광의 입사각과 동일하게 형성될 수 있다.

타원해석기는, 측정시편 장착대의 일단에 회전 가능하게 마련되어, 측정시편 장착대의 일단을 기준시편 장착대의 타단에 회전 결합시키는 회전결합기; 를 더 포함할 수 있다.

측정시편에 입사하는 광의 입사각은, 회전결합기의 회전에 의해 기준시편에 입사하는 광의 입사각과 동일하게 형성될 수 있다.

타원해석기는, 기준시편 및 측정시편 사이의 광 경로상에 마련되어, 기준시편에서 반사되는 광의 편광방향을 회전시키는 편광회전기; 를 더 포함할 수 있다.

편광회전기는, 기준시편에서 반사되는 광의 편광방향을 90도 회전시키는 90도-편광회전기로 마련될 수 있다.

측정시편 장착대는, 측정시편이 장착되며, 수평방향으로 이동 가능하게 마련되는 이동 스테이지를 포함하고, 측정시편은, 기준시편에서 반사되는 광이 측정시편에 입사하도록 이동 스테이지의 이동에 의해 위치가 조절될 수 있다.

광영상부는, 기준시편 및 측정시편에 의한 편광상태의 변화를 밝기 영상으로 획득할 수 있다.

영상은, 기준시편과 상기 측정시편의 광특성이 동일한지 여부를 보여줄 수 있다.

기준시편 장착대, 광원부, 측정시편 장착대, 및 광영상부는, 동일 평면상에 배치될 수 있다.

이와 같은 타원해석기에 의하면, 편광발생기나 편광분석기 등과 같은 광부품의회전없이 1회 측정을 진행하므로, 측정시간이 매우 짧아진다.

또한, 편광발생기 및 편광분석기가 서로 수직으로 고정되어 있고, 기준시편도 항상 고정 장착되어 있어 광부품과 시편의 정렬에 따른 정렬오차를 감소시킬 수 있다.

또한, 기준시편과 측정시편을 함께 장착하여 비교 측정하므로, 측정시점 차이에 따른 장비상태의 차이나 장비 사용자가 다름에 따라 발생하는 운용오차 등을 감소시킬 수 있다.

또한, {Δ, Ψ}를 산출할 필요 없이, 출력되는 밝기 영상을 확인함으로써 측정시편의 불량여부 또는 불량위치 등을 즉각 인지할 수 있다.

또한, 회전편광자 타원해석기의 구성을 포함하고 있으므로, 편광발생기의 회전을 통해 불량선별 외에도 불량의 원인 등을 분석하는데 이용될 수 있다.

도 1에 종래 회전편광자 타원해석기의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 종래 널 타원해석기의 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 타원해석기의 내부 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 타원해석기의 작동원리를 설명하기 위해 도 3을 단순화한 도면이다.
도 5는 두 편광성분의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 기준시편 및 측정시편의 광특성이 동일한 경우, 획득되는 타원해석 상을 예시한 도면이다.
도 6b에 기준시편 및 측정시편의 광특성이 상이한 경우, 획득되는 타원해석 상을 예시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 실리콘 웨이퍼를 시편으로 하여 획득한 결과를 설명하기 위한 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 내부 단면도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 타원해석기의 작동원리를 설명하기 위해 도 3을 단순화한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 타원해석기는 기준시편 광학대(100), 측정시편 광학대(200), 및 편광회전기(300)를 포함하여, 측정시편에 불량발생 여부 및 불량위치 등을 사용자로 하여금 즉각 검출할 수 있도록 한다.

먼저, 타원해석기는 기준시편 광학대(100) 및 측정시편 광학대(200)를 포함하여, 기준시편 및 측정시편을 함께 장착할 수 있도록 구성된다.

기준시편 광학대(100)는 기준시편 장착대(110) 및 광원부(120)를 포함한다.

기준시편 장착대(110)은 기준시편(S1)이 장착되는 부분으로, 기준시편(S1)이 놓여지는 공간인 스테이지를 포함할 수 있다. 이 때, 스테이지는 고정 스테이지로 마련되어, 기준시편(S1)를 고정 장착할 수 있다.

기준시편 장착대(110)는 바(bar) 형태로 형성되며, 일단에는 광원부(120)가 마련될 수 있다. 광원부(120)는 광원(121), 분광기(122), 및 편광발생기(123)를 포함하여, 선편광된 광을 발생시키고 이를 기준시편(S1)에 입사시킨다.

광원(121)은 예를 들어, 할로겐 램프, 제논램프 (Xe arc lamp), 중수소 램프(deuterium lamp) 등과 같은 백색광원으로 마련되며, 광원(121)으로부터 조사된 백색광은 분광기(122)를 통과하면서 단색광이 선택된다.

편광발생기(123)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(123)는 넓은 스펙트럼 영역의 광을 투과할 수 있도록, 마그네슘 플루라이드(magnesium fluoride)로 이루어질 수도 있다.

광원(121)과 분광기(122)에서 입사된 광은 편광발생기(123)를 통과하면서 특정 편광상태로 선편광되며, 편광발생기(123)를 통해 선편광된 광은 소정의 입사각(θ)을 형성하며 기준시편(S1)으로 입사하게 된다.

여기서, 입사각이란 시편의 수직축과 해당시편에 입사되는 입사광이 이루는 각으로 정의되는 것으로, 입사광이 시편으로부터 기울어진 정도를 의미한다. 그리고 입사각은 타원해석기의 측정감도 향상을 위해 70도 전후의 각도를 채택할 수 있다.

측정시편 광학대(200)는 측정시편 장착대(210) 및 광영상부(220)를 포함한다.

측정시편 장착대(210)은 측정시편(S2)이 장착되는 부분으로, 측정시편(S2)이 놓여지는 공간인 스테이지(215)를 포함할 수 있다. 이 때, 스테이지(215)는 이동 스테이지로 마련되며, 기준시편(S1)에서 반사되는 광이 측정시편(S2)에 입사하도록 스테이지의 이동에 의해 측정시편(S2)의 위치가 조절될 수 있다. 즉, 기준시편(S1)에서 반사되는 광이 측정시편(S2)의 입사하는 광을 형성하도록 마련된다.

측정시편 장착대(210)는 기준시편 장착대(110)와 마찬가지로 바(bar) 형태로 형성되며, 측정시편 장착대(210)의 일단은 기준시편 장착대(110)의 타단과 결합된다. 측정시편 장착대(210)의 일단과 기준시편 장착대(110)의 타단의 결합에 의해 측정시편 장착대(210)는 기준시편 장착대(110)와 소정의 기울기를 형성하게 되는데, 이 때, 소정의 기울기는 측정시편에(S2)에 입사하는 광의 입사각이 기준시편(S1)에 입사하는 광의 입사각과 동일해지도록 설정된다. 즉, 측정시편에(S2)에 입사하는 광의 입사각이 기준시편(S1)에 입사하는 광의 입사각과 동일하도록 설정되는 것이다.

측정시편 장착대(210)의 일단은 회전 가능하게 마련되는 회전결합기(400)를 더 포함할 수도 있다. 회전결합기(400)에 의해 측정시편 장착대(210)의 일단은 기준시편 장착대(110)의 타단에 회전결합될 수 있다. 또한, 회전결합기(400)의 회전에 의해, 측정시편 장착대(210)와 기준시편 장착대(110)는 소정의 기울기를 형성하고, 측정시편(S2)에 입사하는 광의 입사각은 기준시편(S1)에 입사하는 입사각과 동일하도록 설정될 수 있다.

측정시편 장착대(210)의 타단에는 광영상부(220)가 마련될 수 있다. 광영상부(220)는 편광분석기(221), 줌렌즈(222), 및 검출기(223)를 포함하여, 측정시편(S2)에서 반사되는 광의 편광상태를 영상화한다.

편광분석기(221)는 측정시편(S2)에서 반사되는 광을 수광하고, 기준시편(S1) 및 측정시편(S2)에 의한 편광상태의 변화를 분석한다. 편광분석기(221)는 편광발생기(123)와 동일한 부품으로 마련되어 편광축 방향의 편광성분만을 통과시킨다. 편광분석기(221)는 복굴절 특성을 가지는 소재로 이루어지며, 그 굴절률 방향이 서로 상이한 두개의 삼각 프리즘을 접합한 형태로 구성될 수 있다. 편광분석기(221)는 넓은 스펙트럼 영역의 광을 투과할 수 있도록, 마그네슘 플루라이드(magnesium fluoride)로 이루어질 수도 있다.’

편광분석기(221)에서 통과한 편광성분은 줌렌즈(222)를 거쳐 검출기(223)에 전달되며, 검출기(223)은 전달된 편광성분으로부터 기준시편(S1) 및 측정시편(S2)에 의한 편광상태의 변화를 영상화한다. 검출기(223)는 기준시편(S1) 및 측정시편(S2)에 의한 편광상태의 변화를 밝기 영상으로 획득하며, 이에 대한 구체적인 설명은 편광회전기와 함께 후술하기로 한다.

또한, 검출기(223)는 2차원 영상장치로서, CCD(charge coupled device)나 포토 다이오드(photodiode)로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 편광상태의 변화를 2차원 영상화할 수만 있다면 공지된 다른 형태로 마련될 수 있음은 물론이다.

편광회전기(300)는 기준시편(S1) 및 측정시편(S2) 사이의 광 경로상에 마련되어, 기준시편(S1)에서 반사된 광의 편광방향을 회전시킨다. 편광회전기(300)는 편광방향을 90도 회전시키는 90도-편광회전기로 마련될 수 있다. 즉, 편광회전기(300)는 90도-편광회전기로 마련되어, 기준시편(S1)에서 반사된 광의 편광방향을 90도 회전시키고 측정시편(S2)에 입사시킬 수 있다. 이와 같은 편광회전기(300)는 90도 회전 가능한 액정형 편광회전기(Liquid crystal(LC) polarization rotator), 결정형 편광회전기, 2분파장 지연판 등으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 편광방향을 회전시키는 역할을 수행할 수만 있다면 임의의 다른 형태로 마련되는 것도 가능하다.

편광회전기(300) 및 편광회전기(300)의 역할에 대한 보다 구체적인 설명은 도 5의 편광성분의 특성을 살펴보면서 보다 구체적으로 상술하기로 한다. 도 5는 두 편광성분의 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 시편(S)에 대해 소정의 입사각(θ)으로 입사하는 광의 편광방향은 광이 지닌 전기장의 진행방향에 따라 구분될 수 있다. 전술한 바 있듯이, ‘p-파’는 입사하는 광(R1)의 전기장이 진행방향에 대해 상하로 진동하면서 시편(S)으로 입사하는 편광으로 정의되며, ‘s-파’는 좌우로 진동하면서 시편(S)에 입사하는 편광으로 정의될 수 있다.

또한, 시편(S)에서 반사될 때, 각각의 편광성분은 각기 다른 반사특성을 보이게 된다. 예를 들어, 같은 크기를 가진 ‘p-파’와 ‘s-파’가 동시에 입사하더라도, ‘p-파’는 반사 후에 ‘s-파’에 비해 크기가 20% 줄어들고, 거리도 50 nm 뒤쳐지는 반사특성을 보일 수 있다.

이렇게 차이가 발생한 ‘p-파’와 ‘s-파’를 동일 시편(S)에 방향만을 바꾸어 재입사시키면 즉, ‘p-파’가 ‘s-파’ 가 되게 하고 ‘s-파’가 ‘p-파’ 가 되게 하여 입사시키면 발생한 차이는 상쇄된다. 즉, 검출기 입장에서는 시편이 없는 것과 같은 효과를 얻게 되는 것이다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 기준시편(S1)에서 반사된 광은 ‘p-파’와 ‘s-파’ 의 반사특성에 의해 차이가 발생하는데, 90도-편광회전기(300)를 통과하면서 ‘p-파’와 ‘s-파’의 방향이 서로 바뀌어 측정시편(S2)에 입사시키게 된다. 즉, 90도-편광회전기(300)의 존재로 인해, 측정시편(S2)에서의 반사특성은 기준시편(S1)에서와 정반대로 작용하게 되며, 측정시편(S2)이 기준시편(S1)의 광특성이 동일한 경우 두 시편에서의 반사특성이 서로 상쇄되는 것이다.

구체적으로, 기준시편(S1)에서 반사된 광은 ‘p-파’와 ‘s-파’ 의 반사특성의 차이에 의해 일반적으로 타원편광을 형성한다. 즉, 기준시편(S1)에서 반사된 광은 ‘p-파’와 ‘s-파’ 간의 위상차 Δ1과 ‘p-파’와 ‘s-파’ 간의 전기장 세기의 반사비율 Ψ1을 가지게 되며, 따라서 기준시편(S1)에 의한 편광상태 변화량은 {Δ1, Ψ1}로 표현될 수 있다.

기준시편(S1)에서 반사된 타원편광은 90도-편광회전기(300)를 통과하면서 90도 회전하여 ‘p-파’와 ‘s-파’의 방향이 서로 바뀌게 된다. 90도-편광회전기(300)에 의해 방향이 바뀐 타원편광이 동일한 입사각(θ)으로 측정시편(S2)에 입사하게 된다. 즉, ‘p-파’와 ‘s-파’의 방향이 서로 바뀌어 측정시편(S2)에 입사하게 되는 것이다.

측정시편(S2)에서 반사된 광은 ‘p-파’와 ‘s-파’ 간의 위상차 Δ2과 ‘p-파’와 ‘s-파’ 간의 전기장 세기의 반사비율 Ψ2을 가지게 되는데, ‘p-파’와 ‘s-파’가 서로 바뀌었으므로 측정시편(S2)에 의한 편광상태 변화량은 원래 편광을 기준으로 {-Δ2, 1/Ψ2}로 표현될 수 있다.

따라서, 두 시편에서 반사된 후의 ‘p-파’와 ‘s-파’ 간의 위상차는 (Δ1-Δ2) 가 되고, 전기장 세기의 반사비율은 (Ψ1/Ψ2) 가 된다.

만일 기준시편(S1)과 측정시편(S2)의 광특성이 동일하다면, (Δ1-Δ2)=0이 되어 위상차는 상쇄되어 없어지고, (Ψ1/Ψ2)=1이 되어 두 시편에 의한 반사특성도 사라지게 된다. 즉, 두 시편에 의해 발생한 편광상태의 변화가 서로 반대로 작용하여 상쇄되므로, 측정시편(S2)에서 반사된 광은 원래 편광발생기(123)에서 발생한 선편광 상태를 그대로 유지하게 된다. 그런데, 편광분석기(221)의 평광축이 편광발생기(123)의 편광축과 서로 수직이 되게 놓여 있으므로, 이 선평광은 편광분석기(221)를 통과할 수 없으며, 검출기(223)에 도달하는 광은 소광상태가 된다.

만일 기준시편(S1)과 측정시편(S2)의 광특성이 다르다면, 두 시편을 통과한 광의 편광상태는 (Δ1-Δ2)≠0 및 (Ψ1/Ψ2)≠1 가 되는데, 이것은 타원편광을 의미한다. 타원편광의 경우 그 성분의 일부가 편광분석기(221)의 편광축과 같은 성분을 가지므로 편광분석기(221)를 통과하는 광이 발생하게 되며, 검출기(223)에 도달하는 광은 비소광상태가 된다.

전술한 바 있듯이, 검출기(223)는 기준시편(S1) 및 측정시편(S2)에 의한 편광상태의 변화를 밝기 영상으로 획득하는 2차원 영상장치로서, 두 시편에서 반사된 후의 ‘p-파’와 ‘s-파’ 간 위상차 (Δ1-Δ2)와 전기장 세기의 반사비율 (Ψ1/Ψ2)의 값에 따른 2차원 밝기 영상을 획득하게 된다.

구체적으로, 두 시편의 광특성이 동일한 경우, 검출기(223)에 도달하는 광은 소광상태가 되어 블랙 영상을 획득하게 되고, 두 시편의 광특성이 일부 또는 전체 영역에서 차이가 나는 경우, 블랙 영상 중 일부 또는 전부가 밝아지게 되고 그 밝기의 크기는 두 시편의 광특성 차이에 따라 달라진다.

도 6a 및 도 6b는 기준시편 및 측정시편의 광특성이 동일한지 여부에 따라 검출기가 획득하는 영상을 나타내는 도면이다. 좀 더 구체적으로, 도 6a는 기준시편 및 측정시편의 광특성이 동일한 경우, 획득되는 타원해석 상을 예시한 도면이며, 도 6b은 기준시편 및 측정시편의 광특성이 상이한 경우, 획득되는 타원해석 상을 예시한 도면이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 기준시편(S1) 및 측정시편(S2)의 광특성이 동일한 경우, 편광분석기(221)에 의해 통과되는 광은 존재하지 않으며 소광상태가 되어 검출기(223)는 블랙 영상의 타원해석 상을 획득하게 된다. 따라서, 사용자는 검출기(223)에 의해 획득되는 영상으로부터 역으로 측정시편(S2)의 광특성이 기준시편(S1)의 광특성과 동일하며, 측정시편(S2)에 불량이 없음을 확인할 수 있다.

반면, 기준시편(S1) 및 측정시편(S2)의 광특성이 상이한 부분이 존재하는 경우, 해당부분만큼 편광분석기(221)를 통과하는 광이 존재하여 비소광상태가 되며, 검출기(223)는 블랙 영상(I1)에 밝은 영역(I2)이 일부 존재하는 타원해석 상을 획득하게 된다. 따라서, 사용자는 측정시편(S2)의 광특성이 기준시편(S1)의 광특성과 일부 상이하며, 이로써 측정시편(S2)에 불량부분이 발생한 것과 발생된 불량부분의 위치를 즉시 확인할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 실리콘 웨이퍼를 시편으로 하여 획득한 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 7a는 실리콘 웨이퍼 조각을 측정시편으로 예시한 도면이며, 도 7b는 도 7a의 측정시편에 대한 영상의 밝기를 수치화한 그래프이다. 여기서, 측정시편의 ⓐ 및 ⓒ 지점은 오염되지 않았으나, ⓑ 지점은 오염된 상태이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, ⓐ 및 ⓒ 지점의 광특성은 기준시편과 같으므로 측정된 광이 없으며, ⓑ 지점의 광특성은 기준시편과 다르므로 측정된 광이 있음을 확인할 수 있다. 사용자는 도 7b의 그래프를 통해 역으로 측정시편의 ⓑ 지점에 불량이 발생하였음을 즉시 확인할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 타원해석기는 기준시편 광학대(100), 측정시편 광학대(200), 및 편광회전기(300)를 포함하여, 측정시편에 불량발생 여부 및 불량위치 등을 사용자로 하여금 즉각 검출할 수 있도록 한다. 또한, 기준시편 광학대(100), 측정시편 광학대(200) 및 편광회전기(300)는 동일 평면상에 배치될 수 있으며, 이에 따라 광부품의 배열이나 타원해석기의 세팅이 용이해진다.

또한, 상술한 타원해석기에 의하면, 편광발생기나 편광분석기 등과 같은 광부품의 회전없이 1회 측정을 진행하므로, 측정시간이 매우 짧아진다. 또한, 편광발생기 및 편광분석기가 서로 수직으로 고정되어 있고, 기준시편도 항상 고정 장착되어 있어 광부품과 시편의 정렬에 따른 정렬오차를 감소시킬 수 있다. 또한, 기준시편과 측정시편을 함께 장착하여 비교 측정하므로, 측정시점 차이에 따른 장비상태의 차이나 장비 사용자가 다름에 따라 발생하는 운용오차 등을 감소시킬 수 있다. 또한, {Δ, Ψ}를 산출할 필요 없이, 출력되는 밝기 영상을 확인함으로써 측정시편의 불량여부 또는 불량위치 등을 즉각 인지할 수 있다. 또한, 회전편광자 타원해석기의 구성을 포함하고 있으므로, 편광발생기의 회전을 통해 불량선별 외에도 불량의 원인 등을 분석하는데 이용될 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 : 기준시편 광학대 110 : 기준시편 장착대
120 : 광원부 121 : 광원
122 : 분광기 123 : 편광발생기
125 : 사분파장판 200 : 측정시편 광학대
210 : 측정시편 장착대 220 : 광영상부
221 : 편광분석기 222 : 줌렌즈
223 : 검출기 300 : 편광회전기
400 : 회전 결합기

Claims (7)

1. 기준시편이 장착되는 기준시편 장착대;
   상기 기준시편 장착대의 일단에 마련되며, 선편광된 광을 발생시켜 상기 기준시편에 입사시키는 광원부;
   일단이 상기 기준시편 장착대의 타단에 결합되며, 측정시편이 장착되는 측정시편 장착대;
   상기 측정시편 장착대의 타단에 마련되며, 상기 측정시편에서 반사되는 광의 영상을 획득하는 광영상부;
   상기 측정시편 장착대의 일단에 회전 가능하게 마련되어, 상기 측정시편 장착대의 일단을 상기 기준시편 장착대의 타단에 회전 결합시키는 회전결합기; 및
   상기 기준시편 및 측정시편 사이의 광 경로상에 마련되어, 상기 기준시편에서 반사되는 광의 편광방향을 90° 회전시킴으로써 상기 기준시편에서 반사되는 p파와 s파의 방향을 서로 바꾸어 상기 측정시편으로 입사시키는 편광회전기를 포함하되,
   상기 회전결합기의 회전에 의해, 상기 측정시편 장착대와 상기 기준시편 장착대는 소정의 기울기를 형성하는 것을 특징으로 하며,
   상기 측정시편에 입사하는 광의 입사각은, 70도 전후의 각도로 채택되며, 상기 회전결합기의 회전에 의해 상기 기준시편에 입사하는 광의 입사각과 동일하게 형성되고,
   상기 영상은 상기 기준시편과 상기 측정시편의 광특성이 동일한지 여부를 보여주되, 상기 기준시편과 상기 측정시편의 광특성이 동일한 경우 블랙 영상이고, 상기 기준시편과 상기 측정시편의 광특성이 일부 또는 전체 영역에서 차이가 나는 경우 블랙 영상 중 일부 또는 전부가 밝아지는 영상인 것을 특징으로 하되,
   상기 광원부는
   백색광원으로 마련되는 광원;
   상기 광원으로부터 조사된 백색광을 통과시켜 단색광을 선택하는 분광기; 및
   마그네슘 플루라이드로 이루어져 입사된 광을 선편광시키는 편광발생기;를 포함하고,
   상기 광영상부는
   마그네슘 플루라이드로 이루어져, 상기 측정시편에서 반사되는 광을 수광하고, 기준시편 및 측정시편에 의한 편광상태의 변화를 분석하는 편광분석기; 및
   줌렌즈를 통과한 편광성분으로부터 기준시편 및 측정시편에 의한 편광상태의 변화를 영상화하는 검출기;를 포함하는 타원해석기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기준시편에서 반사되는 광은,
   상기 측정시편에 입사하는 광을 형성하는 타원해석기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정시편에 입사하는 광의 입사각은,
   상기 기준시편에 입사하는 광의 입사각과 동일하게 형성되는 타원해석기.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정시편 장착대는,
   상기 측정시편이 장착되며, 수평방향으로 이동 가능하게 마련되는 이동 스테이지를 포함하고,
   상기 측정시편은,
   상기 기준시편에서 반사되는 광이 상기 측정시편에 입사하도록 상기 이동 스테이지의 이동에 의해 위치가 조절되는 타원해석기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 광영상부는,
   상기 기준시편 및 측정시편에 의한 편광상태의 변화를 밝기 영상으로 획득하는 타원해석기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 기준시편 장착대, 광원부, 측정시편 장착대, 및 광영상부는, 동일 평면상에 배치되는 타원해석기.

Images