KR102125624B1 - Handheld spectroscopic ellipsometer and method for measuring spectral elepsometric parameter using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공간적 제약없이 휴대가 가능하며, 실시간으로 측정대상물의 분광편광 정보가 측정가능한 핸드헬드형 분광타원편광계측장치 및 이를 이용한 분광타원편광 파라미터 측정방법에 관한 것이다. 본 발명은 실시간으로 분광편광의 측정이 가능하고, 외부의 외란에 강인하며, 휴대가 가능한 핸드헬드 타입의 분광타원편광계측장치를 제공함으로써 평명기판 뿐 아니라 자유곡면 기판에 만들어진 박막과 주기나노패턴을 측정할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to a handheld spectroscopic ellipsometer that can be carried without spatial restrictions and capable of measuring spectral polarization information of a measurement object in real time, and a method of measuring spectroscopic ellipsoidal parameters using the same. The present invention enables the measurement of spectral polarization in real time, is robust against external disturbances, and provides a portable handheld spectral ellipsometer that provides a thin film and periodic nanopattern made on a free-form substrate as well as a plain surface substrate. It has measurable effects.

Description

핸드헬드형 분광타원편광계측장치 및 이를 이용한 분광타원편광 파라미터 측정방법{HANDHELD SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETER AND METHOD FOR MEASURING SPECTRAL ELEPSOMETRIC PARAMETER USING THE SAME}Handheld spectroscopic ellipsometer and method of measuring spectroscopic ellipsoidal parameters using the same{HANDHELD SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETER AND METHOD FOR MEASURING SPECTRAL ELEPSOMETRIC PARAMETER USING THE SAME}

본 발명은 핸드헬드형 분광타원편광계측장치로서, 보다 상세하게는 공간적 제약없이 휴대가 가능하며, R2R(ROLL TO ROLL)공정과 같은 실린더형, 자유곡면 기판(SUBSTRATE) 위에 도포된 나노수준의 박막 및 주기나노패턴의 분광편광 정보를 실시간으로 측정가능한 핸드헬드형 분광타원편광계측장치 및 이를 이용한 분광타원편광 파라미터 측정방법에 관한 것이다.The present invention is a handheld type spectroscopic ellipsometer, which can be carried in more detail without spatial restrictions, and is a nano-level thin film coated on a cylindrical, free-form substrate (SUBSTRATE), such as the R2R (ROLL TO ROLL) process. And a handheld spectroscopic ellipsometer capable of measuring spectral polarization information of a periodic nanopattern in real time and a method of measuring spectroscopic ellipsoidal parameters using the same.

반도체에 도포되는 수 nm에서 수십 nm 크기의 박막공정, 리소그래피공정 등은 반도체 수율에 직접적으로 영향을 주는 핵심공정으로, 박막공정 및 패터닝공정을 실시간으로 모니터링하고 계측, 검사할 수 있는 다양한 기술이 개발되어 사용되고 있다. 이 중 박막두께 및 주기나노패턴을 측정하고 공정에 반영할 수 있는 엘립소메트리(ELLIPSOMETRY) 기술은 반도체공정관리의 가장 중요한 핵심기술로 사용되고 있다. 엘립소메트리(ELLIPSOMETER)는 얇은 필름의 광학 특성을 특성화하기 위해 광범위하게 사용되는 비 침투성 광학 측정방법이며, 특히 박막의 두께가 빛의 파장보다 작은 상황에서 유용하다. Thin film processes ranging from several nm to several tens of nm applied to semiconductors, lithography processes, etc. are key processes that directly affect the yield of semiconductors, and various technologies for real-time monitoring, measurement, and inspection of thin film processes and patterning processes are developed. Has been used. Among them, ELIPSOMETRY technology that can measure and reflect thin film thickness and periodic nanopattern is used as the most important core technology for semiconductor process management. ELIPSOMETER is a non-permeable optical measurement method widely used to characterize the optical properties of thin films, and is particularly useful in situations where the thickness of the thin film is less than the wavelength of light.

기존의 분광타원편광계(SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETRY)는 nm이하의 박막두께를 정밀하게 측정할 수 있는 고정밀도를 가지고 있다 하지만 편광변조를 위해서 편광자나 위상지연자를 기계적으로 회전시켜야 하는 번거로움이 있으며, 일반적으로 수 초 수준의 측정속도의 한계를 갖는다. 이러한 느린 측정속도는 측정시료가 매우 안정적으로 수초 이상 고정되어 있어야 정확한 측정이 가능함을 의미한다. 이러한 이유로 현재까지의 분광타원편광계장치는 대부분 고정밀 측정분석장치와 같이 안정적인 작업테이블에서만 작동하는 벤치탑(BENCHTOP)형태로만 사용가능한 한계를 지니고 있다.Existing spectroscopic ellipsometers (SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETRY) have high precision to accurately measure thin film thicknesses below nm, but there is a hassle of mechanically rotating the polarizer or phase retarder for polarization modulation. It has a limit of second level measurement speed. This slow measurement speed means that the measurement sample must be very stable and fixed for a few seconds or more to enable accurate measurement. For this reason, most of the spectroscopic ellipsometers to date have limitations that can only be used in the form of a benchtop (BENCHTOP) that operates only on a stable work table, such as a high-precision measurement analysis device.

최근들어 플렉서브 디바이스(FLEXIBLE DEVICE)등 미래 IT산업에 대응하기 위한 R2R 등 미래나노생산공정기술이 대두되고 있지만 이에 적용할 수 있는 박막측정이나 주기나노패턴 측정기술은 측정속도 및 측정조건의 제약성으로 거의 전무하다. 즉, 실린더형이나 자유곡면 기판에 도포된 박막을 측정하기 위한 환경은 대부분 기존의 벤치탑형태의 분광타원계측장치로는 해결이 어려운 실정이다. 따라서 일반 환경에서 손으로 계측기를 들고 나노박막 및 주기나노패턴을 측정할 수 있는 새로운 형태의 분광타원편광계측장치의 필요성과 산업적 중요도가 점점 커지고 있다. In recent years, future nano production process technologies such as R2R to respond to the future IT industry such as flexible devices (FLEXIBLE DEVICE) have emerged, but the thin film measurement and periodic nano pattern measurement technologies that can be applied are limited by measurement speed and measurement conditions. Almost none. That is, most environments for measuring a thin film coated on a cylindrical or free-form substrate are difficult to solve with an existing benchtop type spectroscopic ellipsometer. Therefore, in a general environment, the necessity and industrial importance of a new type of spectroscopic ellipsometer capable of measuring a nano-thin film and periodic nanopattern by hand with a measuring instrument are increasing.

한국 등록특허 제10-1812508호(이하 '선행문헌'이라 칭함)는 측정대상이 되는 오브젝트를 투과/반사한 백색광의 분광편광 정보를 나타내는 분광 스톡스 벡터(Spectral Stokes vector)를 고속으로 측정하는 분광편광계에 관한 것이다. 선행문헌은 간섭계의 두 빔이 일직선상의 평행한 구조를 갖는 일체형 인라인(in-line) 편광간섭계를 채용하여 외란에 강인한 분광편광 현상 스냅샷 측정이 가능해져 측정물의 분광편광정보의 변화를 실시간으로 높은 측정 반복도 및 정확도를 달성할 수 있는 효과가 있다.Korean Registered Patent No. 10-1812508 (hereinafter referred to as'prior literature') is a spectrophotometer that measures spectrally Stokes vector of white light that transmits/reflects the object to be measured at a high speed. It is about. The prior literature adopts an integrated in-line polarization interferometer in which the two beams of the interferometer have a straight parallel structure, enabling snapshot measurement of robust spectral polarization phenomena that are robust to disturbances. It has the effect of achieving measurement repeatability and accuracy.

선행문헌은 측정시간을 줄이기 위해서 스냅샷 기반의 분광편광측정기술이 제안되었으나, 샘플을 기존의 벤치탑형태로 측정해야 되는 공간적 제약을 가지고 있다.In the prior literature, a snapshot-based spectral polarization measurement technique has been proposed to reduce the measurement time, but has a spatial limitation in which samples should be measured in the form of an existing benchtop.

한국 등록특허 제10-1812508호 (발명의 명칭 : 일체형 편광간섭계 및 이를 적용한 스냅샷 분광편광계, 등록일자 : 2017.12.20.)Korean Registered Patent No. 10-1812508 (Invention name: All-in-one polarization interferometer and snapshot spectropolarimeter using the same, Registration date: 2017.12.20.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 실시간으로 분광편광측정이 가능하고, 외부의 외란에 강인하며, 휴대가 가능한 핸드헬드 타입의 분광타원편광계측장치를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a handheld type spectroscopic ellipsometer that is capable of real-time spectral polarization measurement, robust to external disturbances, and portable to solve the above problems.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 핸드헬드형 분광타원편광계측장치는 몸체, 상기 몸체내 구비되어, 편광 변조된 파동을 생성하고, 측정대상물로 상기 파동을 출력하며, 상기 측정대상물에서 반사된 파동의 분광편광 정보를 측정하는 분광타원편광계측부, 외부로 상기 파동을 출사 및 상기 파동이 입사되는 개구부, 상기 몸체의 일측부에 구비되며, 상기 분광타원편광계측부를 조작할 수 있는 손잡이, 및 상기 몸체와 상기 측정대상물간의 측정위치를 정렬시키기 위한 정렬보조장치를 포함한다. A handheld spectroscopic ellipsometer according to an aspect of the present invention for achieving the above object is provided in the body, the body, generates a polarized modulated wave, outputs the wave as a measurement object, and in the measurement object A spectroscopic ellipsometer that measures the spectral polarization information of the reflected wave, a handle that is provided on one side of the body, an opening through which the wave is incident and the wave is incident, and a handle capable of manipulating the spectral ellipsometer And an alignment aid for aligning the measurement position between the body and the measurement object.

본 발명에 따른 상기 분광타원편광계측부는 광원에서 조사된 광을 평행광으로 변환하는 평행광렌즈, 상기 평행광을 수광하여 선형편광으로 변환하는 선형편광자, 상기 선형편광을 분리 및 반사시켜 편광 변조된 상기 파동을 생성하는 일체형 편광간섭계, 상기 파동은 소정의 입사각으로 상기 측정대상물로 지향되며, 상기 측정대상물에서 반사된 파동을 선형편광하는 또 다른 선형편광자, 상기 또 다른 선형편광자에 의해 선형편광되어 간섭이 발생된 광의 분광정보를 측정하는 분광기, 상기 몸체 또는 손잡이내에 배치되며, 상기 분광타원편광계측부에 전력을 공급하는 배터리를 포함한다. The spectroscopic ellipsometer according to the present invention is a parallel light lens that converts light irradiated from a light source into parallel light, a linear polarizer that receives the parallel light and converts it into linearly polarized light, and is polarized and modulated by separating and reflecting the linearly polarized light An integrated polarization interferometer that generates the wave, the wave is directed to the measurement object at a predetermined angle of incidence, another linear polarizer linearly polarizing the wave reflected from the measurement object, and linearly polarized by the another linear polarizer to interfere A spectrometer for measuring the spectral information of the generated light, a battery disposed in the body or the handle, and supplying power to the spectroscopic ellipsometer.

본 발명에 따른 상기 분광기는 상기 간섭이 발생된 광이 상기 측정대상물로 최대로 전달될 수 있는 상기 개구부와 상기 측정대상물간의 거리, 상기 입사각의 기준영역이 설정되는 기준영역설정부, 및 상기 기준영역을 만족했을 시 상기 분광편광 정보를 측정하는 정보측정부를 포함한다. The spectrometer according to the present invention is a reference area setting unit for setting a reference area of the distance between the opening and the measurement object, and the incident angle where the interference-generated light can be transmitted to the measurement object to the maximum, and the reference area It includes an information measuring unit for measuring the spectral polarization information when satisfied.

본 발명에 따른 상기 정렬보조장치는 레이저발생기에서 출사되는 광을 또 다른 평행광으로 변환하는 또 다른 평행광렌즈, 상기 또 다른 평행광을 수광하여 두 개의 파동으로 분리시키는 빔 분리부, 분리된 상기 두 개의 파동 중 하나의 파동을 반사시키기 위한 평면미러, 및 상기 평면미러에서 반사된 파동과 상기 측정대상물에서 반사된 파동 간의 간섭무늬이미지를 획득하는 이미지센서부를 포함한다.The alignment aid according to the present invention is another parallel light lens for converting the light emitted from the laser generator into another parallel light, a beam separation unit for receiving the other parallel light and splitting into two waves, the separated It includes a plane mirror for reflecting one of the two waves, and an image sensor unit for acquiring an interference fringe image between the wave reflected from the plane mirror and the wave reflected from the measurement object.

본 발명에 따른 상기 정보측정부는 상기 간섭무늬이미지의 공간적 분포를 통해 확인된 기울어짐 정보에 따라 상기 몸체와 상기 측정대상물 간의 측정위치가 정렬되고, 상기 기준영역을 만족했을 시 상기 분광편광 정보를 측정한다.The information measuring unit according to the present invention aligns the measurement position between the body and the measurement object according to the inclination information identified through the spatial distribution of the interference fringe image, and measures the spectral polarization information when the reference region is satisfied do.

상기 목적을 달성하기 위한 핸드헬드형 분광타원편광계측장치를 이용한 분광타원편광 피라미터 측정방법은 기준시료에 대한 광원이 차단된 백그라운드 스펙스럼을 측정하는 백그라운드측정단계, 2개의 간섭계 경로에 배치된 셔터를 사용하여 p- 및 s- 편광에 대한 강도를 측정하는 편광강도측정단계, 푸리에 변환 방법을 사용하여 2개의 간섭된 스펙트럼으로부터 상기 기준시료에 대한 분광타원편광 파라미터 중 위상차(Δ(k))를 추출하는 위상차추출단계, 상기 편광의 강도에 따라 검색된 스펙트럼 코히어런스 함수에 푸리에 변환 방법을 적용하여 상기 기준시료에 대한 분광타원편광 파라미터 중 진폭비(Ψ(k))를 추출하는 진폭비추출단계, 및 상기 기준시료에 대한 분광타원편광 파라미터 위상차(Δ(k)) 및 (Ψ(k))로부터 측정하고자 하는 측정대상물의 막 두께, 물질 굴절률 및 주기적인 나노 패턴 3D 형상과 같은 광학 파라미터를 도출하는 파라미터도출단계를 포함한다. A method of measuring a spectroscopic elliptical polarization parameter using a handheld spectroscopic ellipsometer for achieving the above object is a background measuring step of measuring a background spectra with a light source blocked for a reference sample, and shutters arranged in two interferometer paths The phase difference (Δ(k)) of the spectral elliptical polarization parameters for the reference sample from the two interfered spectra using the Fourier transform method, a polarization intensity measurement step of measuring the intensity for p- and s- polarization using A phase difference extraction step of extracting, an amplitude ratio extraction step of extracting an amplitude ratio (Ψ(k)) among spectral elliptic polarization parameters for the reference sample by applying a Fourier transform method to the spectral coherence function searched according to the intensity of the polarization, and Parameters deriving optical parameters such as film thickness, material refractive index, and periodic nano-pattern 3D shape to be measured from the spectral elliptical polarization parameter phase difference (Δ(k)) and (Ψ(k)) for the reference sample It includes a derivation step.

본 발명은 실시간으로 분광편광의 측정이 가능하고, 외부의 외란에 강인하며, 휴대가 가능한 핸드헬드 타입의 분광타원편광계측장치를 제공함으로서 평면기판 뿐 아니라 자유곡면 기판에 만들어진 박막과 주기나노패턴을 측정할 수 있는 효과가 있다.The present invention enables the measurement of spectral polarization in real time, is robust to external disturbances, and provides a portable handheld spectral ellipsometer that provides a thin film and periodic nanopattern made on a free-form substrate as well as a flat substrate. It has measurable effects.

도 1은 본 발명에 따른 핸드헬드형 분광타원편광계측장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 편광간섭계의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 기준영역에 따른 분광편광 정보의 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 기준영역을 평면기판에 대해서 유지시키기 위한 정렬보조장치의 일 실시예이다.
도 5는 실리콘기판에 도포된 100nm와 500nm의 SiO2 박막 공칭 두께를 물체의 간섭된 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 6은 공칭 두께가 100nm 인 SiO2 박막의 분광타원 파라미터 Δ(k), Ψ(k)를 보여주는 도면이다.
도 7은 공칭 두께가 500nm 인 SiO2 박막의 분광타원 파라미터 Δ(k), Ψ(k)를 보여주는 도면이다.
도 8은 입사각 45 °에서 70 °까지 5°간격으로 공칭두께가 1μm 인 SiO2 박막의 분광타원 파라미터 Δ(k)을 나타내는 도면이다.
1 is a configuration diagram of a handheld spectroscopic ellipsometer according to the present invention.
2 is a block diagram of an integrated polarization interferometer according to the present invention.
3 is a view for explaining the measurement of spectral polarization information according to the reference area of the present invention.
4 is an embodiment of an alignment auxiliary device for maintaining a reference area according to the present invention with respect to a flat substrate.
5 is a view showing the interference spectrum of an object with a nominal thickness of SiO 2 thin films of 100 nm and 500 nm applied to a silicon substrate.
6 is a view showing spectral ellipse parameters Δ(k) and Ψ(k) of a SiO 2 thin film having a nominal thickness of 100 nm.
7 is a view showing spectral oval parameters Δ(k) and Ψ(k) of a SiO 2 thin film having a nominal thickness of 500 nm.
8 is a view showing a spectral ellipse parameter Δ(k) of a SiO 2 thin film having a nominal thickness of 1 μm at an interval of 5° from an incident angle of 45° to 70°.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the embodiments of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 핸드헬드형 분광타원편광계측장치의 구성도이다. 도 1은 분광타원편광계측장치의 정면도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 핸드헬드형 분광타원편광계측장치는 크게 몸체(100), 손잡이(400)로 구성될 수 있다. 몸체(100) 내에는 편광 변조된 파동을 생성하고, 측정대상물로 파동을 출력하며, 측정대상물에서 반사된 파동의 분광편광 정보를 측정하는 분광타원편광계측부가 구비된다. 분광타원편광계측부는 광원(210), 평행광렌즈(220), 선형편광자(230), 일체형 편광간섭계(240), 이미징렌즈(250), 또 다른 선형편광자(260), 분광기(270)를 포함할 수 있다. 1 is a configuration diagram of a handheld spectroscopic ellipsometer according to the present invention. 1 shows a front view of a spectroscopic ellipsometer. Referring to FIG. 1, the handheld spectroscopic ellipsometer can be largely composed of a body 100 and a handle 400. The body 100 is provided with a spectroscopic ellipsometer that generates a polarized modulated wave, outputs a wave to a measurement object, and measures spectral polarization information of the wave reflected from the measurement object. The spectroscopic ellipsometer includes a light source 210, a parallel light lens 220, a linear polarizer 230, an integrated polarization interferometer 240, an imaging lens 250, another linear polarizer 260, and a spectrometer 270. can do.

광원(210)은 백색 광원(white light source)을 사용하며, 그 외 다른 종류의 광원을 사용하는 것도 가능하다. 광원(210)에서 발생되는 광은 광화이버로 전달되며, 광화이버에서 퍼진 광은 평행광렌즈(220)로 조사된다. 평행관렌즈(220)는 수광된 광을 평행광으로 변환한다. 평행광렌즈(220)에 의해 변환된 평행광은 선형편광자(230)로 출력되며, 선형편광자(230)는 수광된 평행광을 선형편광으로 변환한다. 선형편광자(230)에 의해 평행광은 45°방향으로 선형편광된다.The light source 210 uses a white light source, and it is also possible to use other types of light sources. The light generated from the light source 210 is transmitted to the optical fiber, and the light spread from the optical fiber is irradiated to the parallel light lens 220. The parallel tube lens 220 converts the received light into parallel light. The parallel light converted by the parallel light lens 220 is output to the linear polarizer 230, and the linear polarizer 230 converts the received parallel light into linear polarization. The parallel light is linearly polarized in the 45° direction by the linear polarizer 230.

일체형 편광간섭계(240)는 선형편광을 분리 및 반사시켜 편광 변조된 파동을 생성한다. 일체형 편광간섭계(240)에 의해 선형편광은 제1파동과 제2파동으로 분리하며, 분리된 파동은 미러에 의해 반사된다. 여기서 제1파동은 P-편광, 제2파동은 S-편광일 수 있다. 일체형 편광간섭계(240)에 대한 구성은 도 2를 통해 상세히 설명한다. 도 2를 살펴보면, 일체형 편광간섭계(240)는 편광분리부(241), 제1미러(242), 제2미러(243)를 포함할 수 있다. 편광분리부(241)는 선형편광을 제1파동(P-편광)과 제2파동(S-편광)으로 분리하는 장치이다. 편광분리부(241)는 제1파동(P-편광)은 투과시켜, 제1미러(242)로 입사시키고, 제2파동(S-편광)은 반사하여 제2미러(243)로 입사시킨다. 제1미러(242)와 제2미러(243)은 편광분리부(241)에 일체형으로 부착되어 있어서 외부 진동 등에 의한 외란에 강한 장점을 유지할 수 있다.The integrated polarization interferometer 240 separates and reflects linearly polarized light to generate a polarized wave. The linearly polarized light is separated into a first wave and a second wave by the integrated polarization interferometer 240, and the separated wave is reflected by the mirror. Here, the first wave may be P-polarized light and the second wave may be S-polarized light. The configuration of the integrated polarization interferometer 240 will be described in detail with reference to FIG. 2. Referring to FIG. 2, the integrated polarization interferometer 240 may include a polarization separation unit 241, a first mirror 242, and a second mirror 243. The polarization separation unit 241 is a device that separates linearly polarized light into a first wave (P-polarized light) and a second wave (S-polarized light). The polarization separation unit 241 transmits the first wave (P-polarized light), enters the first mirror 242, and reflects the second wave (S-polarized light) and enters the second mirror 243. The first mirror 242 and the second mirror 243 are integrally attached to the polarization separation unit 241 to maintain strong advantages against disturbance due to external vibration.

일체형 편광간섭계(240)에서 출력되는 파동은 소정의 입사각으로 측정대상물로 지향된다. 또 다른 선형편광자(260)는 측정대상물에서 반사된 파동을 선형편광한다. 파동은 또 다른 선형편광자에 의해 45°방향으로 선형편광 됨으로써 간섭이 발생된다. 간섭이 발생된 광은 이미징렌즈(250)를 거쳐 분광기(270)로 입사된다. The wave output from the integrated polarization interferometer 240 is directed to the measurement object at a predetermined incident angle. Another linear polarizer 260 linearly polarizes the wave reflected from the measurement object. The wave is linearly polarized by another linear polarizer in the direction of 45°, causing interference. The generated light is incident on the spectrometer 270 through the imaging lens 250.

분광기(270)는 간섭이 발생된 광의 분광편광 정보를 측정한다. 본 발명은 헨드핼드형으로 제작하기 위해 단일 분광기(single channel spectrometer)만 사용하여 측정대상물의 박막을 특성화한다. 단일 분광기(single channel spectrometer)를 사용함에 따라 가격의 절감과 장치의 소형화를 할 수 있는 이점이 있다. 입사각에서 측정대상물의 표면에 의해 반사되는 단색 평면파의 편광 상태의 변화에 기초하여 박막을 특성화 할 수 있다. The spectrometer 270 measures spectral polarization information of the light with which interference has occurred. The present invention characterizes a thin film of an object to be measured using only a single channel spectrometer to produce a handheld type. The use of a single channel spectrometer has the advantage of reducing cost and miniaturizing the device. The thin film can be characterized based on a change in polarization state of a monochromatic plane wave reflected by the surface of the measurement object at an incident angle.

분광편광 정보의 측정원리는 Jones-matrix formalism을 사용하며, Jones-matrix formalism에서 편광된 광은 이상적일 경우로 가정한다. 일체형 편광간섭계(240)로 입력되는 존스 벡터(Ein)는 다음과 같다.The measurement principle of spectral polarization information uses Jones-matrix formalism, and it is assumed that the polarized light in Jones-matrix formalism is ideal. The Jones vector E in input to the integrated polarization interferometer 240 is as follows.

Figure 112018116442214-pat00001
Figure 112018116442214-pat00001

여기서, k는 2π/λ를 의미하는 파상수, i2 = -1, u 및 v는 입사 빔의 진폭을 나타낸다. η와 ξ는 각각 x 축과 y 축을 따른 광파의 위상을 나타낸다.Here, k denotes a wave number representing 2π/λ, i 2 = −1, u and v denote the amplitude of the incident beam. η and ξ represent the phase of the light wave along the x-axis and y-axis, respectively.

광학 장치의 행렬은 다음과 같다.The matrix of the optical device is as follows.

Figure 112018116442214-pat00002
Figure 112018116442214-pat00002

Figure 112018116442214-pat00003
Figure 112018116442214-pat00003

Figure 112018116442214-pat00004
Figure 112018116442214-pat00004

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Figure 112018116442214-pat00005

여기서 JPol, JBS, JM, JThinF는 편광자, 비 편광 빔 스플리터, 반사 거울면 및 측정대상물의 Jones 행렬과 관련된다. φ 및 m은 편광자의 방위각 및 일체형 편광간섭계(240)에서 이용되는 미러의 복소 반사 계수를 나타낸다. rp, rs 및 δp, δs는 p- 및 s- 편광에 대한 반사율 및 위상 변화이다. 일체형 편광간섭계(240)의 출력 전기장(Eout)은 다음과 같다. Here, J Pol , J BS , J M , and J ThinF are related to a polarizer, a non-polarized beam splitter, a reflective mirror surface, and a Jones matrix of a measurement object. φ and m represent the azimuth angle of the polarizer and the complex reflection coefficient of the mirror used in the integrated polarization interferometer 240. r p , r s and δ p , δ s are reflectance and phase changes for p- and s- polarized light. The output electric field E out of the integrated polarization interferometer 240 is as follows.

Eout(k) = E1(k)+E2(k)E out (k) = E 1 (k)+E 2 (k)

Figure 112018116442214-pat00006
Figure 112018116442214-pat00006

Figure 112018116442214-pat00007
Figure 112018116442214-pat00007

여기서, E1(k) 및 E2(k)는 각각 p- 및 s- 편광 경로를 통해 이동 된 복소파이다. u ', ξ'및 v ', η'는 E1(k) 및 E2(k)의 미지의 진폭 및 위상 조건을 나타낸다. 분광기(270)에 의해 측정된 스펙트럼은 다음과 같이 기술될 수 있다.Here, E 1 (k) and E 2 (k) are complex waves shifted through the p- and s- polarization paths, respectively. u', ξ'and v', η'represent the unknown amplitude and phase conditions of E 1 (k) and E 2 (k). The spectrum measured by the spectrometer 270 can be described as follows.

I(k) = (E1 sp(k)+E2 sp(k))(E1 sp(k)+E2 sp(k))I(k) = (E 1 sp (k)+E 2 sp (k))(E 1 sp (k)+E 2 sp (k))

여기서 Esp 1,2(k)는 분광기(270)의 입구에서 p- 편광 성분과 s- 편광 성분에 대한 측정대상물의 파동을 나타내며 다음과 같이 나타낼 수 있다.Here, E sp 1,2 (k) represents the wave of the measurement object for the p-polarization component and the s-polarization component at the entrance of the spectrometer 270 and can be represented as follows.

Figure 112018116442214-pat00008
Figure 112018116442214-pat00008

Figure 112018116442214-pat00009
Figure 112018116442214-pat00009

박막 구조의 광학 파라미터가 유도될 수 있는 분광타원편광 파라미터 Ψ(k) 및 Δ(k)의 측정 절차는 다음과 같다.The measurement procedure of the spectroscopic elliptical polarization parameters Ψ(k) and Δ(k) in which the optical parameters of the thin film structure can be derived is as follows.

먼저, 광원이 차단된 백그라운드 스펙트럼 측정한다. 2개의 간섭계 경로에 배치된 셔터를 사용하여 p- 및 s- 편광에 대한 강도를 측정한다. 여기서 p- 및 s- 편광에 대한 강도는 스펙트럼 코히어런스 함수 추출을 검색 할 때 필요하다. 비대상 물체의 간섭 스펙트럼을 기준으로 간주하고 박막물체를 놓을 때의 측정은 다음과 같이 표현된다.First, the background spectrum with the light source blocked is measured. The intensity for p- and s- polarization is measured using a shutter placed in the path of the two interferometers. Here, the intensity for p- and s- polarization is needed when searching for the spectral coherence function extraction. Considering the interference spectrum of an untargeted object as a reference, the measurement when placing a thin film object is expressed as follows.

Figure 112018116442214-pat00010
Figure 112018116442214-pat00010

Figure 112018116442214-pat00011
Figure 112018116442214-pat00011

Figure 112018116442214-pat00012
Figure 112018116442214-pat00012

Figure 112018116442214-pat00013
Figure 112018116442214-pat00013

여기서 γ는 스펙트럼 코히어런스 함수와 관련된다. Φref(K) 및 Φobj(k)는 기준과 박막 물체에 대한 스펙트럼 위상 함수에 해당한다. Aref DC(k)=α22, Aobj DC(k)=(αrp)2+(βrs)2, Aref AC(k)=αβ 및 Aobj AC(k)=αβrprs는 비 목적 형상의 간섭 스펙트럼 및 박막 물체가 각각 배치 될 때의 간섭 스펙트럼의 DC 및 AC 조건을 나타낸다.Where γ is related to the spectral coherence function. Φ ref (K) and Φ obj (k) correspond to the spectral phase function for the reference and thin film objects. A ref DC (k)=α 22 , A obj DC (k)=(αr p ) 2 +(βr s ) 2 , A ref AC (k)=αβ and A obj AC (k)=αβr p r s denotes the DC and AC conditions of the non-target-shaped interference spectrum and the interference spectrum when thin film objects are respectively disposed.

2개의 간섭된 스펙트럼으로부터, 다음과 같이 푸리에 변환 방법을 사용하여 분광타원편광 파라미터 중 Δ(k)를 추출 할 수 있다.From the two interfered spectra, Δ(k) can be extracted from the spectroscopic elliptical polarization parameters using the Fourier transform method as follows.

△(k)=Φobj(k)- Φref(k) = δp(k)-δs(k)△(k)=Φ obj (k)- Φ ref (k) = δ p (k)-δ s (k)

분광타원편광 파라미터 중 진폭비 Ψ(k)를 얻기 위해서, 측정된 박막 물체에 의해 변화되지 않는스펙트럼 코히어런스 함수를 추출할 필요가 있다. 스펙트럼 코히어런스 함수는 다음과 같이 기준 스펙트럼에 FFT를 적용하여 스펙트럼 영역에서 얻어진다.In order to obtain the amplitude ratio Ψ(k) among the spectroscopic polarization parameters, it is necessary to extract a spectrum coherence function that is not changed by the measured thin film object. The spectral coherence function is obtained in the spectral domain by applying FFT to the reference spectrum as follows.

Figure 112018116442214-pat00014
Figure 112018116442214-pat00014

분광타원편광 파라미터 Ψ(k)는 다음과 같이 추출된다.The spectral elliptical polarization parameter Ψ(k) is extracted as follows.

Figure 112018116442214-pat00015
Figure 112018116442214-pat00015

여기서 α와 β는 셔터를 사용하여 측정한 빛의 세기와 관련이 있다. 측정된 분광타원편광 파라미터 Ψ(k) 및 Δ(k)로부터, 막 두께, 물질 굴절률 및주기적인 나노 패턴 3D 형상과 같은 박막 구조의 광학 파라미터를 도출 할 수 있다.Here, α and β are related to the intensity of light measured using a shutter. From the measured spectral elliptical polarization parameters Ψ(k) and Δ(k), optical parameters of a thin film structure such as film thickness, material refractive index, and periodic nano-pattern 3D shape can be derived.

한편, 분광기(270)는 기준영역설정부(271)와 정보측정부(272)를 포함할 수 있다. 기준영역설정부(271)는 간섭이 발생된 광이 측정대상물로 최대로 전달될 수 있는 개구부(300)와 측정대상물간의 거리, 입사각의 기준영역이 설정되는 장치이다. 정보측정부(272)는 기준영역을 만족했을 시 분광편광 정보를 측정하는 장치이다. 기준영역에 따른 분광편광 정보의 측정은 도 3을 통해 후술한다.Meanwhile, the spectrometer 270 may include a reference region setting unit 271 and an information measuring unit 272. The reference area setting unit 271 is a device in which the reference area of the distance and the incident angle between the opening 300 and the measurement object to which the interference-generated light can be transmitted to the object to be measured is maximized. The information measuring unit 272 is a device that measures spectral polarization information when a reference region is satisfied. Measurement of the spectral polarization information according to the reference area will be described later with reference to FIG. 3.

다시, 도 1을 살펴보면, 몸체(100)에는 분광타원편광계측부에서 출력되는 파동을 외부로 출사하거나, 측정대상물로부터 반사된 파동이 입사되는 개구부(300)가 구비된다.Referring again to FIG. 1, the body 100 is provided with an opening 300 through which a wave output from the spectroscopic ellipsometer is emitted to the outside or a wave reflected from a measurement object is incident.

몸체(100)의 일측부에는 핸드헬드를 위한 손잡이(400)가 구비된다. 손잡이(400)에는 분광타원편광계측부를 조작하기 위한 컨트롤러(410)가 구비될 수 있다. One side of the body 100 is provided with a handle 400 for a handheld. The handle 400 may be provided with a controller 410 for manipulating the spectroscopic ellipsometer.

몸체(100) 또는 손잡이(400)내에 분광타원편광계측부에 전력을 공급하기 위한 배터리(500)가 배치된다. 도 1은 배터리(500)가 몸체(100)에 구비된 예시로서 몸체(100) 내에 전력공급수단이 구비됨에 따라 휴대형으로 사용가능하다.A battery 500 for supplying power to the spectroscopic ellipsometer is disposed in the body 100 or the handle 400. 1 is an example in which the battery 500 is provided in the body 100, and can be used as a portable type as the power supply means is provided in the body 100.

도 3은 본 발명의 기준영역에 따른 분광편광 정보의 측정을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining the measurement of the spectral polarization information according to the reference area of the present invention.

도 3의 기준영역은 입사각이 45°, 기준 높이가 1cm인 경우의 일 실시예이다. 여기서 기준높이는 개구부(300)와 측정대상물간의 거리를 의미한다. 기준영역은 간섭이 발생된 광이 측정대상물로 최대로 전달될 수 있는 조건이며, 분광타원편광계측부의 설치구조, 칩(chip), 장치크기, 외부환경 등에 의해 변경 설계될 수 있다. 또한, 기준영역은 일부 오차범위를 가질 수 있다. 일 예로, 오차범위를 ±1% 이라 한다면, 기준영역의 입사각은 44.55°~ 45.55°가 되며, 기준 높이는 0.99cm~1.01cm가 된다. The reference region of FIG. 3 is an embodiment when the incident angle is 45° and the reference height is 1 cm. Here, the reference height means the distance between the opening 300 and the object to be measured. The reference area is a condition in which interference-generated light can be transmitted to the object to be measured to the maximum, and it can be designed to be changed depending on the installation structure, chip, device size, and external environment of the spectroscopic ellipsometer. Also, the reference region may have some error range. For example, if the error range is ±1%, the incident angle of the reference region is 44.55° to 45.55°, and the reference height is 0.99cm to 1.01cm.

도 3의 '기준영역 만족'을 살펴보면, 일체형 편광간섭계(240)에서 출력되는 파동이 45°의 입사각, 개구부(300)와 측정대상물간의 거리가 기준높이 1cm을 만족하는 것을 확인할 수 있다. Looking at the'reference area satisfaction' of FIG. 3, it can be seen that the wave output from the integrated polarization interferometer 240 satisfies the reference height of 1 cm between the incident angle of 45° and the distance between the opening 300 and the measurement object.

반면, 도 3의 '기준영역 불만족'을 살펴보면, 일체형 편광간섭계(240)에서 출력되는 파동이 40°의 입사각으로 출력되며, 몸체(100)가 일정각도 기울어짐에 따라 기준높이와 소정의 거리차(△x)가 발생하고 반사각도도 달라져서 수광부에 반사광이 제대로 도달하지 못한다. On the other hand, looking at the'reference area dissatisfaction' of FIG. 3, the wave output from the integrated polarization interferometer 240 is output at an incident angle of 40°, and the reference height and the predetermined distance difference as the body 100 is inclined at a certain angle. (△x) occurs and the reflection angle is also different, so that the reflected light does not reach the light-receiving part properly.

분광기(270)는 기준영역을 만족했을 시 실시간으로 분광편광 정보를 측정하게 된다. 도 3을 살펴보면, '기준영역 만족'의 경우 분광편광 정보가 정확히 측정된 반면, '기준영역 불만족'의 경우는 분광편광 정보가 정확히 측정되지 않는다. The spectrometer 270 measures spectral polarization information in real time when the reference region is satisfied. 3, the spectral polarization information is accurately measured in the case of'satisfaction of the reference region', whereas the spectral polarization information is not accurately measured in the case of'satisfaction in the reference region'.

한편, 본 발명의 핸드헬드 타입의 분광타원편광계측장치는 사용자에게 기준영역 만족여부를 시각, 청각 등으로 알리기 위한 알림부를 포함할 수 있다. On the other hand, the handheld spectroscopic ellipsometer of the present invention may include a notification unit for notifying the user whether the reference area is satisfied by visual, auditory or the like.

도 4는 본 발명에 따른 기준영역을 평면기판에 대해서 유지시키기 위한 정렬보조장치의 일 실시예이다. 도 4는 분광타원편광계측장치의 측면도를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 정렬보조장치를 구성하는 광학소자들이 분광타원편광계측부를 구성하는 광학소자들과 서로 수직으로 광경로를 형성하고 있기 때문에 정렬보조장치가 분광타원편광계측부와 동시에 설치되는 것이 가능하다. 정렬보조장치는 레이저발생기(610), 또 다른 평행광렌즈(620), 빔 분리부(630), 평면미러(640), 또 다른 이미징렌즈(650), 이미지센서(660)를 포함할 수 있다.4 is an embodiment of an alignment auxiliary device for maintaining a reference area according to the present invention with respect to a flat substrate. 4 shows a side view of the spectroscopic ellipsometer. Referring to FIG. 4, since the optical elements constituting the alignment auxiliary device form an optical path perpendicular to each other with the optical elements constituting the spectroscopic ellipsometer, the alignment auxiliary device can be simultaneously installed with the spectroscopic ellipsometer Do. The alignment aid may include a laser generator 610, another parallel light lens 620, a beam splitter 630, a planar mirror 640, another imaging lens 650, and an image sensor 660. .

레이저발생기(610)는 레이저 빔이 출력되는 장치이다. 또 다른 평행광렌즈(620)는 레이저발생기(610)로부터 출력되는 광을 수광하여 또 다른 평행광으로 변환하는 장치이다. 빔 분리부(630)는 또 다른 평행광을 수광하여 두 개의 빔으로 분리시키는 장치이다. 빔 분리부(630)에 의해 분리된 투과파는 투과되어 평면미러(640)로 입사되며, 반사파는 반사되어 측정대상물로 입사된다. 한편, 측정대상물은 반도체 웨이퍼나 실린더형, 자유곡면 기판과 같은 반사형 시료로 이루어진다. The laser generator 610 is a device that outputs a laser beam. Another parallel light lens 620 is a device that receives light output from the laser generator 610 and converts it into another parallel light. The beam splitter 630 is a device that receives another parallel light and separates it into two beams. The transmitted wave separated by the beam separation unit 630 is transmitted and is incident on the plane mirror 640, and the reflected wave is reflected and incident on the measurement object. On the other hand, the object to be measured is made of a reflective sample such as a semiconductor wafer, a cylindrical or free-form substrate.

이미지센서부(660)는 평면미러(640)에서 반사된 파동과 측정대상물에서 반사된 파동 간의 간섭무늬이미지를 획득한다. 이미지센서부(660)에 의해 획득된 간섭무늬 이미지는 사용자가 육안으로 식별가능하도록 디스플레이될 수 있으며, 기울어짐(tilting) 정보를 판별할 수 있다. 사용자는 기울어짐 디스플레이 정보를 이용해서 정보측정부(272)의 기준영역 만족상태를 좀 더 용이하게 판별하고 장치에 측정명령을 정확히 줄 수 있다.The image sensor unit 660 acquires an interference fringe image between the wave reflected from the plane mirror 640 and the wave reflected from the measurement object. The interference fringe image obtained by the image sensor unit 660 may be displayed so that the user can visually identify it, and tilt information may be determined. The user can more easily determine the state of satisfaction of the reference area of the information measuring unit 272 using the tilted display information and give the device a measurement command accurately.

정보측정부(272)는 간섭무늬이미지의 공간적 분포를 저장하고 분석하여 분광타원편광계측장치 몸체의 기울어진 정도를 자동으로 인식할 수 있는 기능도 포함하고 있으며, 측정된 기울어짐 정보에 따라 몸체와 측정대상물 간의 측정위치가 정렬되고, 기준영역을 만족했을 시 분광편광 정보를 자동으로 인지해서 측정할 수 있다.The information measuring unit 272 also stores and analyzes the spatial distribution of the interference fringe image, and also includes a function to automatically recognize the inclination of the spectroscopic ellipsometer, and the body and the body according to the measured inclination information. When the measurement positions between the measurement objects are aligned and the reference area is satisfied, the spectral polarization information can be automatically recognized and measured.

이하 도 5 내지 도 8을 통해 핸드헬드형 분광타원편광계측장치의 작동성을 검증한다. 도 5 내지 도 8의 검증성은 2개의 다른 박막 구조인 Si웨이퍼 상에 증착 된 100nm, 500nm, 1μm의 공칭 두께를 갖는 균일한 Si02 박막으로 실시하였다. 실리콘(Si) 기판 상에 SiO2 박막의 두 가지 다른 샘플에 대해 분광타원편광 파라미터인 파장별 위상차 및 진폭비를 측정하여 핸드헬드형 분광타원편광계측장치의 성능을 입증한다. 베어 실리콘(Si bare) 웨이퍼를 45 °의 입사각에 위치시켰으며, 셔터를 사용하여 p- 및 s- 편광에 대한 반사 스펙트럼을 측정하였다.Hereinafter, the operability of the hand-held spectroscopic ellipsometer will be verified through FIGS. 5 to 8. The validity of FIGS. 5 to 8 was performed with a uniform Si0 2 thin film having a nominal thickness of 100 nm, 500 nm, and 1 μm deposited on two different thin film structures, the Si wafer. On two different samples of SiO 2 thin films on a silicon (Si) substrate, the performance of a handheld spectroscopic ellipsometer is demonstrated by measuring the phase difference and amplitude ratio for each wavelength, which are the spectroscopic polarization parameters. The bare silicon (Si bare) wafer was placed at an angle of incidence of 45°, and a reflection spectrum for p- and s-polarized light was measured using a shutter.

도 5는 100nm(a)와 500nm(b)의 공칭 두께를 갖는 베어 실리콘(Si bare)과 SiO2 박막 물체의 간섭된 스펙트럼이다. 여기서 실선은 베어 실리콘(Si bare)의 간섭 스펙트럼이며, 점선은 SiO2 박막 물체의 간섭스펙트럼이다. 5 is an interfered spectrum of bare silicon (Si bare) and SiO 2 thin film objects having nominal thicknesses of 100 nm (a) and 500 nm (b). Here, the solid line is the interference spectrum of Si bare, and the dotted line is the interference spectrum of the SiO 2 thin film object.

도 6은 공칭 두께가 100nm 인 SiO2 박막의 분광타원편광 파라미터이며, 도 7은 공칭 두께가 100nm 인 SiO2 박막의 분광타원편광 파라미터이다. 도 6 및 도 7의 (a)는 분광타원편광 파라미터 Δ(λ)이며, (b)는 분광타원편광 파라미터 진폭비 Ψ(λ)이다. 실선은 측정된 분광타원편광 파라미터를 나타내며, 점선은 위상지연자 회전식 분광타원편광기에 의해 얻어진 결과이다.6 is a spectroscopic ellipsometry parameters of the SiO 2 thin film has a nominal thickness of 100nm, Figure 7 is a spectral ellipsometry parameters of the SiO 2 thin film has a nominal thickness of 100nm. 6A and 7A are spectral elliptical polarization parameters Δ(λ), and (b) are spectral elliptical polarization parameter amplitude ratios Ψ(λ). The solid line represents the measured spectroscopic elliptical polarization parameter, and the dotted line is the result obtained by the phase delay rotary spectral ellipsoid.

도 6 및 도 7에 도시된 분광타원편광 파라미터 Ψ(k) 및 Δ(k)는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 방법에 기초하여 추출된다.The spectral elliptical polarization parameters Ψ(k) and Δ(k) shown in FIGS. 6 and 7 are extracted based on a Fast Fourier Transform method.

도 6 및 도 7을 살펴보면, 본 발명에서 제안하는 장치로 측정된 분광타원편광 파라미터와 기존의 위상지연자 회전식 분광타원편광기에 의해 측정된 결과값이 유사한 것을 확인할 수 있다. 2개의 측정된 샘플에 대한 SiO2 박막의 두께는 각각 110.02nm 및 512.33nm로 결정되었으며, 이 값은 이 값은 위상지연자 회전식 분광타원편광기에서 얻은 값과 일치한다. 다만, 약간의 오차가 발생되나, 편광광학기의 정확한 회전 각도가 수동으로 정렬되지 않거나 스펙트럼 퓨리에 도메인에서 수행되는 신호 처리시 약간의 체계적인 오류에 의해 발생되었다.Referring to FIGS. 6 and 7, it can be seen that the spectral oval polarization parameter measured by the device proposed by the present invention and the result values measured by the conventional phase delay rotary spectral oval polarizer are similar. The thickness of the SiO 2 thin film for the two measured samples was determined to be 110.02 nm and 512.33 nm, respectively, and this value is consistent with the value obtained from the phase delay rotary spectral ellipsometer. However, some errors are generated, but the exact rotation angle of the polarization optics is not manually aligned or is caused by some systematic errors in signal processing performed in the spectral Fourier domain.

도 8은 입사각 45 °에서 70 °까지 5°간격으로 공칭두께가 1μm 인 SiO2 박막의 분광타원 파라미터 Δ(k)이다. 도 8의 (a)는 본 발명에서 제안하는 장치로 측정된 실험 결과이며, (b)는 위상지연자 회전식 분광타원편광기에 의해 얻어진 결과이다. 도 8의 (b)에서 465nm-480nm와 580nm-615nm의 파장 범위에서 위상 점핑이 발생하며, 이는 70˚의 입사각이 브루스터 각에 거의 근접함에 의해 발생되는 현상이다. 8 is a spectral ellipse parameter Δ(k) of a SiO 2 thin film with a nominal thickness of 1 μm at an interval of 5° from an incident angle of 45° to 70°. 8(a) is an experimental result measured with the device proposed by the present invention, and (b) is a result obtained by a phase delay rotary spectral ellipsometer. In (b) of FIG. 8, phase jumping occurs in the wavelength range of 465 nm-480 nm and 580 nm-615 nm, which is a phenomenon that is caused by an incident angle of 70 degrees close to the Brewster angle.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예로 한정하지 않는다.The preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above.

100 : 몸체 210 : 광원
220 : 평행광렌즈 230 : 선형편광자
240 : 일체형 편광간섭계 241 : 편광분리부
242 : 제1미러 243 : 제2미러
250 : 이미징렌즈 260 : 또 다른 선형편광자
270 : 분광기 271 : 기준영역설정부
272 : 정보측정부 300 : 개구부
400 : 손잡이 410 : 컨트롤러
500 : 배터리 610 : 레이저발생부
620 : 또 다른 평행광렌즈 630 : 빔 분리부
640 : 평면미러 650 : 또 다른 이미징렌즈
660 : 이미지센서부
100: body 210: light source
220: parallel light lens 230: linear polarizer
240: integrated polarization interferometer 241: polarization separation unit
242: first mirror 243: second mirror
250: imaging lens 260: another linear polarizer
270: spectrometer 271: reference area setting unit
272: information measuring unit 300: opening
400: handle 410: controller
500: battery 610: laser generator
620: another parallel light lens 630: beam separation
640: plane mirror 650: another imaging lens
660: image sensor unit

Claims (8)

몸체; 광원에서 조사된 광을 평행광으로 변환하는 평행광렌즈, 상기 평행광을 수광하여 선형편광으로 변환하는 선형편광자, 상기 선형편광을 분리 및 반사시켜 편광 변조되어 생성된 파동을 소정의 입사각으로 측정대상물로 출력하는 일체형 편광간섭계, 상기 측정대상물에서 반사된 파동을 선형편광하는 또 다른 선형편광자, 및 상기 또 다른 선형편광자에 의해 선형편광되어 간섭이 발생된 광의 분광편광정보를 측정하는 분광기를 포함하되, 상기 몸체내 구비되는 분광타원편광계측부;
외부로 상기 일체형 편광간섭계에서 생성된 파동이 출사되며, 상기 측정대상물에서 반사된 파동이 입사되는 개구부;
상기 몸체의 일측부에 구비되며, 상기 분광타원편광계측부를 조작할 수 있는 손잡이; 및
상기 몸체와 상기 측정대상물간의 측정위치를 정렬시키기 위한 정렬보조장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드헬드형 분광타원편광계측장치.
Body; A parallel light lens that converts the light irradiated from the light source into parallel light, a linear polarizer that receives the parallel light and converts it into linear polarization, and separates and reflects the linear polarization to polarize and modulate the generated wave at a predetermined incident angle An integrated polarization interferometer outputting to, another linear polarizer for linearly polarizing the wave reflected from the measurement object, and a spectrometer for linearly polarized by the other linear polarizer to measure the spectral polarization information of the generated interference, A spectroscopic ellipsometer provided in the body;
An opening through which a wave generated by the integrated polarization interferometer is emitted, and a wave reflected from the measurement object is incident;
A handle provided on one side of the body and capable of manipulating the spectroscopic ellipsometer; And
A handheld spectroscopic elliptical polarization measuring device comprising a; alignment aid for aligning the measurement position between the body and the measurement object.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 분광기는
상기 간섭이 발생된 광이 상기 측정대상물로 최대로 전달될 수 있는 상기 개구부와 상기 측정대상물간의 거리, 상기 입사각의 기준영역이 설정되는 기준영역설정부; 및
상기 기준영역을 만족했을 시 상기 분광편광 정보를 측정하는 정보측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드헬드형 분광타원편광계측장치.
The spectrometer of claim 1, wherein
A reference area setting unit in which a reference area of a distance between the opening and the measurement object, and the incident angle, at which the interference-generated light can be maximally transmitted to the measurement object, is set; And
A handheld spectroscopic ellipsometer measuring device comprising; an information measuring unit for measuring the spectral polarization information when the reference area is satisfied.
제3항에 있어서, 상기 정렬보조장치는
레이저발생기에서 출력되는 광을 또 다른 평행광으로 변환하는 또 다른 평행광렌즈;
상기 또 다른 평행광을 수광하여 두 개의 파동으로 분리시키는 빔 분리부;
분리된 상기 두 개의 파동 중 하나의 파동을 반사시키기 위한 평면미러; 및
상기 평면미러에서 반사된 파동과 상기 측정대상물에서 반사된 파동 간의 간섭무늬이미지를 획득하는 이미지센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드헬드형 분광타원편광계측장치.
According to claim 3, The alignment aid
Another parallel light lens for converting the light output from the laser generator to another parallel light;
A beam splitter that receives the other parallel light and separates it into two waves;
A plane mirror for reflecting one of the separated two waves; And
And an image sensor unit for acquiring an interference fringe image between the wave reflected from the plane mirror and the wave reflected from the object to be measured.
제4항에 있어서,
상기 정보측정부는 상기 간섭무늬이미지의 공간적 분포를 통해 확인된 기울어짐 정보에 따라 상기 몸체와 상기 측정대상물 간의 측정위치가 정렬되고, 상기 기준영역을 만족했을 시 상기 분광편광 정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 핸드헬드형 분광타원편광계측장치.
According to claim 4,
The information measurement unit is characterized in that the measurement position between the body and the measurement object is aligned according to the inclination information identified through the spatial distribution of the interference fringe image and measures the spectral polarization information when the reference area is satisfied. Handheld spectroscopic ellipsometer.
제1항에 있어서,
상기 몸체 또는 손잡이내에 배치되며, 상기 분광타원편광계측부에 전력을 공급하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드헬드형 분광타원편광계측장치.
According to claim 1,
A handheld spectroscopic ellipsometer that is disposed within the body or handle and further includes a battery that supplies power to the spectroscopic ellipsometer.
제1항의 핸드헬드형 분광타원편광계측장치를 이용한 분광타원편광 피라미터 측정방법은
기준시료에 대한 광원이 차단된 백그라운드 스펙스럼을 측정하는 백그라운드측정단계;
2개의 간섭계 경로에 배치된 셔터를 사용하여 p- 및 s- 편광에 대한 강도를 측정하는 편광강도측정단계;
푸리에 변환 방법을 사용하여 2개의 간섭된 스펙트럼으로부터 상기 기준시료에 대한 분광타원편광 파라미터 중 위상차(Δ(k))를 추출하는 위상차추출단계; 및
상기 편광의 강도에 따라 검색된 스펙트럼 코히어런스 함수에 푸리에 변환 방법을 적용하여 상기 기준시료에 대한 분광타원편광 파라미터 중 진폭비(Ψ(k))를 추출하는 진폭비추출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광타원편광 파라미터 측정방법.
A method for measuring a spectroscopic elliptical polarization parameter using the handheld spectroscopic ellipsometer of claim 1
A background measurement step of measuring a background spectra with a light source blocked for the reference sample;
A polarization intensity measurement step of measuring intensity for p- and s-polarized light using shutters disposed in two interferometer paths;
A phase difference extraction step of extracting a phase difference (Δ(k)) among spectral elliptic polarization parameters for the reference sample from the two interfered spectra using a Fourier transform method; And
And an amplitude ratio extraction step of extracting an amplitude ratio (Ψ(k)) among spectral elliptic polarization parameters for the reference sample by applying a Fourier transform method to the spectral coherence function retrieved according to the intensity of the polarization. Spectroscopic elliptical polarization parameter measurement method.
제7항에 있어서,
상기 기준시료에 대한 분광타원편광 파라미터 위상차(Δ(k)) 및 진폭비(Ψ(k))로부터 측정하고자 하는 측정대상물의 막 두께, 물질 굴절률 및 주기적인 나노 패턴 3D 형상과 같은 광학 파라미터를 도출하는 파라미터도출단계;를 더 포함하는 것을 특징을 하는 분광타원편광 파라미터 측정방법.
The method of claim 7,
From the phase difference (Δ(k)) and amplitude ratio (Ψ(k)) of the spectroscopic polarization parameters for the reference sample, optical parameters such as film thickness, material refractive index and periodic nano-pattern 3D shape to be measured are derived. A method of measuring a spectral elliptical polarization parameter further comprising a parameter deriving step.
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