KR102176199B1 - Ellipsometer - Google Patents

Ellipsometer Download PDF

Info

Publication number
KR102176199B1
KR102176199B1 KR1020190052124A KR20190052124A KR102176199B1 KR 102176199 B1 KR102176199 B1 KR 102176199B1 KR 1020190052124 A KR1020190052124 A KR 1020190052124A KR 20190052124 A KR20190052124 A KR 20190052124A KR 102176199 B1 KR102176199 B1 KR 102176199B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotation
variable
sample
intensity
equation
Prior art date
Application number
KR1020190052124A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이호재
이상선
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020190052124A priority Critical patent/KR102176199B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102176199B1 publication Critical patent/KR102176199B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00Measuring polarisation of light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry
    • G01J2004/001
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00Measuring polarisation of light
    • G01J4/04Polarimeters using electric detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211Ellipsometry
    • G01N2021/213Spectrometric ellipsometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/068Optics, miscellaneous
    • G01N2201/0683Brewster plate; polarisation controlling elements

Abstract

The present invention provides an ellipsometer comprising: a short wavelength light source which irradiates incident light toward a sample; a rotating element which includes a polarizer arranged between the sample and the short wavelength light source and polarizing the incident light and an analyzer analyzing the change in a polarization state of the reflected light whose polarization state has changed as the incident light passing through the polarizer is reflected from the sample; a driving unit which rotates the polarizer or analyzer at a predetermined rotation angle; a detector which measures the intensity of the reflected light passing through the analyzer in units of lines or areas on the sample according to the change of the rotation angle; and an operation unit which calculates a characteristic value of the sample by separating the rotation variable for the rotation angle and the position variable for a position on the sample from the light intensity function of the reflected light. According to the present invention, by using a linear sensor or an area sensor as a detector, there is an effect that the characteristic value of the sample can be measured in units of lines or areas on the sample.

Description

타원 계측기{Ellipsometer}Ellipsometer

본 발명은 타원 계측기의 데이터 분석 방법에 관한 것으로 특히, 변수 분리를 이용한 타원 계측기에 관한 것이다.The present invention relates to a data analysis method of an ellipse measuring instrument, and more particularly, to an ellipse measuring instrument using variable separation.

기판 상에 다층막이 형성된 측정 시편으로부터 반사되는 빛의 세기를 분석하여 시편의 다층막 구조분석을 위한 산업계의 요구가 증가하고 있다. 현재 활용되는 방법은 크게 반사광 측정 기술(Reflection Technology)과 타원 편광 계측 기술(Elliptical Polarization Technology)로 구분되고, 1㎛를 기준으로 후막에서는 반사광 측정기가 주로 적용되고, 박막에서는 타원 계측기가 주로 사용되고 있으나, 두께로 인한 뚜렷한 구분은 없으며 사용자의 숙련도와 시편의 제작 상태에 따라서 측정값의 편차가 심하게 나타나고 있는 실정이며, 측정 방식에 있어서 점 단위로 측정이 이루어 지고 있기 때문에 시편의 면적 측정을 위해서는 별도로 장치를 추가적으로 이용해야 하는 상황이다. By analyzing the intensity of light reflected from a measurement specimen having a multilayer film formed on a substrate, there is an increasing demand from the industry for the analysis of the multilayer film structure of the specimen. Currently used methods are largely divided into reflection technology and elliptical polarization technology, and based on 1㎛, a reflected light meter is mainly applied to a thick film, and an ellipse meter is mainly used for a thin film. There is no distinct distinction due to thickness, and the measurement value varies greatly depending on the user's skill level and the production condition of the specimen.Since the measurement method is measured by points, a separate device is required to measure the area of the specimen. It is a situation that needs to be used additionally.

디스플레이를 비롯한 반도체, 태양 전지 및 LED 등에서 사용되는 다층막의 구조는 두께가 수 ㎚ ~ 수 ㎛ 되는 다층막으로 구성된다. 따라서 반사광 측정기(Reflectometry)보다는 타원 계측기(Ellipsometry)의 활용이 우선시 되고 있는 현실이지만, 그 구성 요소의 초기 설정값(parameters)을 찾기 위한 보정 작업(Calibration)의 어려움과 회전 요소의 회전 각도의 구동 오차로 인한 정밀도 저하로 인해 사용자의 전문성과 측정 결과에 대한 높은 분석 능력이 요구된다.The structure of a multilayer film used in semiconductors, solar cells and LEDs, including displays, is composed of a multilayer film having a thickness of several nm to several μm. Therefore, the use of ellipsometry is prioritized over reflectometry, but the difficulty of calibration to find the initial parameters of the component and the driving error of the rotation angle of the rotating element Due to the decrease in precision due to this, the user's expertise and high analysis ability for measurement results are required.

도 1은 일반적인 타원 계측기들을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing general ellipse measuring instruments.

도 1을 참조하면, 일반적인 타원 계측기로는 소광 타원 편광 계측기(null ellipsometer: NE), 분광 타원 편광 계측기(spectroscopic ellipsometer: SE), 편광자 회전형 타원 편광 계측기(rotating-polarizer ellipsometer: RPE), 분석기 회전형 타원 편광 계측기(rotating-analyzer ellipsometer: RAE) 및 보정기 회전형 타원 편광 계측기(rotating compensator ellipsomete: RCE) 등이 있다.Referring to FIG. 1, as a general elliptic meter, a quenching ellipsometer (NE), a spectroscopic ellipsometer (SE), a rotating-polarizer ellipsometer (RPE), an analyzer circuit A typical rotating-analyzer ellipsometer (RAE) and a compensator rotating compensator ellipsomete (RCE).

한편, 기존의 타원 계측 방법은 퓨리에 해석법을 적용하여 산출된 반사광의 진폭비(ψ)와 위상차(Δ)를 기초하여 박막의 두께를 산출한다. 구체적으로 편광자 회전형 타원 편광 계측기(RPE)의 경우 반사광의 세기(I)는 퓨리에 해석법에 따라 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.Meanwhile, the conventional ellipse measurement method calculates the thickness of the thin film based on the amplitude ratio (ψ) and the phase difference (Δ) of reflected light calculated by applying the Fourier analysis method. Specifically, in the case of a polarizer rotation type elliptically polarization meter (RPE), the intensity (I) of reflected light may be defined by the following equation according to the Fourier analysis method.

<수학식><Equation>

I=Io(1+αcos(2θ-2P)+βsin(2θ-2P))I=Io(1+αcos(2θ-2P)+βsin(2θ-2P))

여기서, 퓨리에 계수(α, β)를 통해 반사광의 진폭비(ψ)와 위상차(Δ)를 산출할 수 있고, 이로부터 박막의 두께를 산출할 수 있다.Here, the amplitude ratio (ψ) and the phase difference (Δ) of the reflected light can be calculated through the Fourier coefficients (α, β), and the thickness of the thin film can be calculated from this.

그러나, 이와 같은 기존의 방법은 편광자의 초기 설치각(P)을 비롯한 구성요소의 정확한 보정 작업을 필요로 하고, 적어도 3번 이상 회전각(θ)을 변경하여 반사광의 세기(I)를 측정해야 하며, 회전각(θ) 변경 시 회전 오차가 발생할 수 있어 정확한 퓨리에 계수(α, β)를 산출하는데 어려움이 있는 문제점이 있다.However, such a conventional method requires accurate correction of components including the initial installation angle (P) of the polarizer, and the intensity of reflected light (I) must be measured by changing the rotation angle (θ) at least three times. And, there is a problem in that it is difficult to calculate accurate Fourier coefficients (α, β) because a rotation error may occur when the rotation angle θ is changed.

등록특허공보 제10-1590389호Registered Patent Publication No. 10-1590389

본 발명은, 광원으로 단파장 광원을 사용하고, 검출기로 선형 센서 또는 면적 센서를 이용하여 시료 상의 라인 또는 면적 단위로 시료의 특성값을 측정할 수 있는 타원 계측기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an elliptic meter capable of measuring a characteristic value of a sample in units of lines or areas on the sample using a short wavelength light source as a light source and a linear sensor or an area sensor as a detector.

본 발명은, 반사광 함수를 구성하는 회전 변수와 위치 변수에 대한 변수 분리를 통해 빠르고 정확하며 설치 각도와 회전 오차에 둔감한 시편의 구조 분석이 가능한 타원 계측기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an ellipse measuring instrument capable of analyzing the structure of a specimen that is fast and accurate and insensitive to installation angles and rotational errors by separating variables for a rotational variable and a positional variable constituting a reflected light function.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 시료를 향하여 입사광을 조사하는 단파장 광원과, 시료 및 단파장 광원 사이에 배치되며 입사광을 편광시키는 편광기와 편광기를 통과한 입사광이 시료에서 반사되면서 편광 상태가 변화된 반사광의 편광 상태 변화를 분석하는 분석기를 포함하는 회전 요소와, 편광기 또는 분석기를 일정 회전각으로 회전시키는 구동부와, 분석기를 통과한 반사광의 세기를 회전각의 변화에 따라 시료 상의 라인 단위 또는 면적 단위로 측정하는 검출기와, 반사광의 광 세기 함수에서 회전각에 대한 회전 변수와 시료 상의 위치에 대한 위치 변수를 분리하여 시료의 특성값을 연산하는 연산부를 포함하는 타원 계측기를 제공한다.In order to solve these problems, the present invention is a short-wavelength light source that irradiates incident light toward a sample, and a polarizer that is disposed between the sample and the short-wavelength light source and polarizes the incident light and the incident light that has passed through the polarizer is reflected from the sample. A rotating element including an analyzer that analyzes changes in the polarization state of reflected light, a driving unit that rotates the polarizer or analyzer at a predetermined rotation angle, and the intensity of the reflected light passing through the analyzer in units of lines or areas on the sample according to the change of the rotation angle It provides an ellipse measuring device including a detector to measure by and an operation unit that calculates a characteristic value of a sample by separating a rotation variable for a rotation angle and a position variable for a position on the sample in the light intensity function of reflected light.

여기서, 회전 요소는 편광기 및 시료 사이에 배치되는 보상기를 더 포함할 수 있다.Here, the rotating element may further include a polarizer and a compensator disposed between the sample.

또한, 연산부는 시료의 특성값을 라인 단위 또는 면적 단위로 연산한다.In addition, the calculation unit calculates the characteristic value of the specimen in units of lines or areas.

또한, 위치 변수는 반사광의 세기가 시료 상의 면적 단위로 측정되면, 시료 상의 수평 위치에 대한 수평 위치 변수와 시료 상의 수직 위치에 대한 수직 위치 변수로 구분된다.In addition, when the intensity of the reflected light is measured in units of an area on the sample, the position variable is divided into a horizontal position variable for a horizontal position on the sample and a vertical position variable for a vertical position on the sample.

또한, 연산부는 수평 위치 변수 및 수직 위치 변수 중 적어도 어느 하나를 이용하여 시료의 특성값을 연산한다.In addition, the calculation unit calculates a characteristic value of the specimen using at least one of a horizontal position variable and a vertical position variable.

또한, 연산부는 회전 변수와 위치 변수가 분리되도록 광 세기 함수를 정의하고, 반사광의 세기와 광 세기 함수를 기초로 시료의 특성값을 연산한다.In addition, the operation unit defines a light intensity function so that the rotation variable and the position variable are separated, and calculates a characteristic value of the sample based on the intensity of reflected light and the light intensity function.

또한, 연산부는 반사광의 세기와 광 세기 함수를 기초로 회전 변수를 변수로 하는 회전 오차 함수를 정의하고, 위치 변수를 변수로 하는 위치 오차 함수를 정의한다.In addition, the operation unit defines a rotation error function using a rotation variable as a variable based on the intensity of reflected light and the light intensity function, and a position error function using a position variable as a variable.

또한, 연산부는 시료 상의 위치에 따라 위치 오차 함수에 최소 제곱법을 적용하여 회전각을 산출하고, 회전 오차 함수에 최소 제곱법을 적용하되 산출된 회전각을 회전 변수에 적용하여 광 세기 함수의 퓨리에 계수를 산출한다.In addition, the operation unit calculates the rotation angle by applying the least squares method to the position error function according to the position on the sample, and applies the least squares method to the rotation error function, but applies the calculated rotation angle to the rotation variable to determine the Fourier of the light intensity function. Calculate the coefficient.

또한, 연산부는 회전 변수에 제한 조건을 둘 수 있다.In addition, the calculation unit may place a limiting condition on the rotation variable.

또한, 연산부는 반사광의 세기에 대해 회전 요소의 회전에 따른 영향을 반영하기 위한 회전 계수를 도입할 수 있다.In addition, the calculation unit may introduce a rotation coefficient for reflecting an effect of rotation of the rotating element on the intensity of the reflected light.

또한, 연산부는 반사광의 세기에 대해 회전 요소의 회전에 따른 영향을 반영하기 위한 회전 계수를 부분 도입할 수 있다.In addition, the operation unit may partially introduce a rotation coefficient for reflecting an influence of the rotation of the rotating element on the intensity of the reflected light.

본 발명에 따르면, 광원으로 단파장 광원을 사용하고, 검출기로 선형 센서 또는 면적 센서를 이용하여 시료 상의 라인 또는 면적 단위로 시료의 특성값을 측정할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, a short-wavelength light source is used as a light source, and a linear sensor or an area sensor is used as a detector to measure a characteristic value of a sample in units of lines or areas on the sample.

본 발명에 따르면, 반사광의 세기를 결정하는 변수를 회전 변수와 위치 변수로 분리하고, 각각의 오차 함수를 정의하여 이원화된 최소 제곱법을 적용하여 회전각 및 퓨리에 계수를 추정함으로써, 점 단위로 시료의 특성값을 분석하는 기존 분석 방법 대비 매우 빠르고 정확하며, 회전 오차에 둔감한 시편의 구조 분석이 가능하다.According to the present invention, by separating the variable that determines the intensity of reflected light into a rotation variable and a position variable, and estimating the rotation angle and Fourier coefficient by applying the binary least squares method by defining each error function, the sample Compared to the conventional analysis method that analyzes the characteristic value of the specimen, it is very fast and accurate, and it is possible to analyze the structure of the specimen, which is insensitive to rotational errors.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.

도 1은 일반적인 타원 계측기들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타원 계측기로서 검출기가 라인 센서인 경우를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 회전 변수에 제한 조건을 두고 회전 오차 함수 및 수평 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 회전 계수를 도입하고 회전 오차 함수 및 수평 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 회전 계수를 부분 도입하고 회전 오차 함수 및 수평 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타원 계측기로서 검출기가 면적 센서인 경우를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 회전 변수에 제한 조건을 두고 회전 오차 함수 및 수직 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 있어서 회전 계수를 도입하고 회전 오차 함수 및 수직 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 회전 계수를 부분 도입하고 회전 오차 함수 및 수직 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram schematically showing general ellipse measuring instruments.
2 is a block diagram schematically showing an ellipse measuring device according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a case in which a detector is a line sensor as an ellipse measuring device according to a first embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of calculating Fourier coefficients using a rotation error function and a horizontal position error function with a limiting condition on a rotation variable in the first embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a method of calculating a Fourier coefficient by introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a horizontal position error function in the first embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a method of calculating a Fourier coefficient by partially introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a horizontal position error function in the first embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a case where a detector is an area sensor as an ellipse measuring device according to a second embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a method of calculating Fourier coefficients using a rotation error function and a vertical position error function with a limiting condition on a rotation variable in the second embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining a method of calculating a Fourier coefficient by introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a vertical position error function in a second embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a method of calculating a Fourier coefficient by partially introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a vertical position error function in the second embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to describe his own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of the present application And it should be understood that there may be variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기(Ellipsometer)는 반사광의 광 세기(intensity) 함수에서 시료 상의 위치 변수와 회전 요소의 회전각 변수를 분리하여 정의하고, 각각의 변수에 대하여 선형화된 최적화 방안을 도입함으로써 타원 계측기를 구성하는 회전 요소의 초기 설정값과 회전각에 포함된 오차의 영향을 최소화하여 측정값의 정밀도를 향상시킬 수 있다. The ellipsometer according to an embodiment of the present invention separates and defines a position variable on a sample and a rotation angle variable of a rotating element in a function of the intensity of reflected light, and introduces a linearized optimization method for each variable. By doing so, it is possible to improve the accuracy of the measured value by minimizing the influence of the error included in the initial setting value and the rotation angle of the rotation element constituting the ellipse measuring device.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기를 개략적으로 도시한 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing an ellipse measuring device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기는 단파장 광원(110), 편광기(Polarizer)(120), 보상기(Compensator)(미도시), 분석기(Analyzer)(130), 구동부(미도시), 검출기(Detector)(140) 및 연산부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in Fig. 2, the ellipse meter according to the embodiment of the present invention includes a short wavelength light source 110, a polarizer 120, a compensator (not shown), an analyzer 130, and a driving unit. (Not shown), it may be configured to include a detector (Detector) 140 and an operation unit 150.

한편, 종래에는 단파장 광원 또는 파장 가변 레이저를 광원으로 사용하고, 검출기는 단일 픽셀의 포토 다이오드 또는 선형 센서(Line Array Sensor)를 사용하여 시료 상의 한 점(Point)에 대한 측정 결과를 얻고, 2D 스캐너를 이용하여 면적 측정을 수행(Point By Point)하였다. 하지만 최근에는 다파장의 광원과 면적 센서(Area Imaging Sensor)를 사용하는 영상 분광기가 적용된 분광 타원 계측기의 형태로 발전하고 있다. 여기서, 검출기로 면적 센서를 사용하는 타원 계측기는 한 번의 측정으로 시료 상의 한 줄(Line)을 측정할 수 있으며, 면적 측정을 위해서는 1D 스캐너가 필요하다(Line by Line).Meanwhile, conventionally, a short-wavelength light source or a tunable laser is used as a light source, and the detector uses a single pixel photodiode or a linear sensor to obtain a measurement result for a point on a sample, and a 2D scanner Area measurement was performed using (Point By Point). However, in recent years, it is developing in the form of a spectral ellipsometer to which an imaging spectrometer using a multi-wavelength light source and an area imaging sensor is applied. Here, an ellipse measuring instrument using an area sensor as a detector can measure a line on a sample with a single measurement, and a 1D scanner is required for area measurement (Line by Line).

이와 달리, 본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기는, 광원으로 단파장 광원(110)을 사용하고, 검출기(140)로 선형 센서 또는 면적 센서를 이용하여 시료(10) 상의 라인 또는 면적 단위로 시료(10)의 특성값을 측정할 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기는 단파장 광원(110)을 사용하기 때문에 별도의 영상 분광기를 구비할 필요가 없다. In contrast, the ellipse meter according to an embodiment of the present invention uses a short-wavelength light source 110 as a light source, and a linear sensor or an area sensor as the detector 140 in a line or area unit on the sample 10 ( The characteristic value of 10) can be measured. Here, since the ellipse meter according to the embodiment of the present invention uses the short wavelength light source 110, there is no need to provide a separate image spectrometer.

또한, 검출기(140)로 라인 센서를 사용하는 타원 계측기는 한 번의 측정으로 시료 상의 한 줄을 측정할 수 있으며, 면적 측정을 위해서는 1D 스케너가 필요하다(Line by Line).In addition, an ellipse measuring instrument using a line sensor as the detector 140 can measure a line on a sample with one measurement, and a 1D scanner is required for area measurement (Line by Line).

도 2를 참조하면, 단파장 광원(110)은 시료(10)를 향하여 입사광을 조사한다. 그리고, 편광기(120)는 시료(10) 및 단파장 광원(110) 사이에 배치되며 입사광을 편광시킨다.Referring to FIG. 2, the short wavelength light source 110 irradiates incident light toward the sample 10. Further, the polarizer 120 is disposed between the sample 10 and the short wavelength light source 110 and polarizes the incident light.

분석기(130)는 편광기(120)를 통과한 입사광이 시료(10)에서 반사되면서 편광 상태가 변화된 반사광의 편광 상태 변화를 분석한다. 그리고, 구동부(미도시)는 편광기(120), 분석기(130) 및 보상기(미도시) 중 어느 하나를 일정 회전각으로 회전시킨다. 이하에서는 편광기(120), 분석기(130) 및 보상기(미도시)를 회전 요소라고 칭하겠다.The analyzer 130 analyzes a change in the polarization state of the reflected light whose polarization state is changed while the incident light passing through the polarizer 120 is reflected from the sample 10. In addition, the driving unit (not shown) rotates any one of the polarizer 120, the analyzer 130, and the compensator (not shown) at a predetermined rotation angle. Hereinafter, the polarizer 120, the analyzer 130, and the compensator (not shown) will be referred to as rotating elements.

검출기(140)는 분석기(130)를 통과한 반사광의 세기를 회전 요소의 회전각의 변화에 따라 시료(10) 상의 라인 단위 또는 면적 단위로 측정한다. 그리고, 연산부(150)는 반사광의 광 세기 함수에서 회전 요소의 회전각에 대한 회전 변수와 시료(10) 상의 위치에 대한 위치 변수를 분리하여 시료(10)의 특성값을 연산한다.The detector 140 measures the intensity of the reflected light passing through the analyzer 130 in units of lines or areas on the specimen 10 according to a change in the rotation angle of the rotating element. In addition, the calculation unit 150 calculates a characteristic value of the specimen 10 by separating a rotation variable for a rotation angle of the rotating element and a position variable for a position on the specimen 10 from the light intensity function of the reflected light.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기는 회전 요소를 N번 또는 N구간 만큼 회전시키면서 검출기(140)로부터 얻어진 반사광의 세기(In, 여기서, n=0, 1,..., N-1)를 분석하고 이로부터 시료(10)의 특성값인 두께와 굴절률을 측정한다. Specifically, the ellipse meter according to an embodiment of the present invention rotates the rotating element N times or by N intervals and the intensity of the reflected light obtained from the detector 140 (I n, where n = 0, 1,..., N -1) is analyzed, and the thickness and refractive index, which are characteristic values of the sample 10, are measured from this.

예를 들어, 타원 계측기에서 회전 요소가 N번 회전하는 경우에 검출기(140)로부터 얻어지는 반사 광의 세기(In)는 아래의 수학식1과 같이 정의된다.For example, when the rotating element rotates N times in the ellipse measuring instrument, the intensity of reflected light (I n ) obtained from the detector 140 is defined as in Equation 1 below.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112019045659328-pat00001
Figure 112019045659328-pat00001

상기 수학식1에서 총 반사 계수(Rs, Rp)는 입사광의 파장(λ)에 따른 시료(10) 예컨대, 다층막 구조물의 특성(굴절률(n), 두께(d))을 반영한 것이며, 이로부터 반사된 반사광의 세기(In)는 구조물의 특성을 포함하여 편광기(120) 및 분석기(130)의 초기 설정값(P, A)과, 회전 요소의 회전 각도(θn=2π/N)에 의해 결정된다.In Equation 1, the total reflection coefficient (R s , R p ) reflects the characteristics (refractive index (n), thickness (d)) of the sample 10, for example, a multilayer structure according to the wavelength (λ) of the incident light. The intensity (I n ) of the reflected light reflected from the initial set values (P, A) of the polarizer 120 and the analyzer 130, including the characteristics of the structure, and the rotation angle of the rotating element (θ n = 2π/N) Is determined by

상기 수학식1에서 정의된 퓨리에 계수(α, β)는 아래의 수학식2와 같이 시료(10)의 특성에 해당되는 총 반사 계수의 비(Ratio)로 정의되는 타원 계수(Elliptical Coefficient: ρ)의 크기(tanψ)와 위상(Δ)으로 표현되고, 아래의 수학식3과 같이 퓨리에 계수(α, β)를 측정하면 타원계수(ψ, Δ)를 계산할 수 있게 된다.The Fourier coefficients (α, β) defined in Equation 1 are elliptical coefficients (ρ) defined as the ratio of the total reflection coefficients corresponding to the characteristics of the sample 10 as shown in Equation 2 below. It is expressed by the magnitude (tanψ) and the phase (Δ) of and, by measuring the Fourier coefficients (α, β) as shown in Equation 3 below, the elliptic coefficients (ψ, Δ) can be calculated.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019045659328-pat00002
Figure 112019045659328-pat00002

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019045659328-pat00003
Figure 112019045659328-pat00003

즉, 측정된 반사광의 세기(In)를 이용하여 퓨리에 계수(α, β)를 분석하고, 이로부터 타원 계수(ψ, Δ)를 계산할 수 있다. 그리고, 역으로 시료(10) 상에 입사된 입사광과 다층막의 굴절률 및 두께를 가정하면 총 반사 계수가 계산되고, 수학식2에 의하여 타원 계수의 이론값이 얻어진다. 결국 수학식2에서 측정된 퓨리에 계수(α, β)와 이론값 사이의 오차를 최소화하는 최적화 기법을 적용하면 다층막의 굴절률과 두께를 추정할 수 있다. 여기서, 타원 계측기의 정밀도는 퓨리에 계수에 대한 분석 오차와 적용된 최적화 기법의 정밀도에 의해 결정된다.That is, the Fourier coefficients (α, β) can be analyzed using the measured intensity of reflected light (I n ), and the elliptic coefficients (ψ, Δ) can be calculated from this. And, conversely, assuming the incident light incident on the sample 10 and the refractive index and thickness of the multilayer film, the total reflection coefficient is calculated, and the theoretical value of the elliptic coefficient is obtained by equation (2). After all, by applying the optimization technique that minimizes the error between the Fourier coefficients (α, β) measured in Equation 2 and the theoretical value, the refractive index and thickness of the multilayer film can be estimated. Here, the precision of the ellipse measuring instrument is determined by the analysis error of the Fourier coefficient and the precision of the applied optimization technique.

본 발명의 실시예에 따른 타원 계측기는, 반사광의 세기(In) 함수에서 회전 변수와 위치 변수의 분리를 통해 회전 요소의 회전 오차를 최소화시키고, 퓨리에 계수(α, β)를 효과적으로 빠르게 분석할 수 있는 장치이다.The ellipse measuring instrument according to an embodiment of the present invention minimizes the rotational error of the rotating element by separating the rotational variable and the positional variable from the intensity of reflected light (I n ) function, and can effectively and quickly analyze the Fourier coefficients (α, β). It is a device that can.

이하에서는, 검출기(140)가 반사광의 세기를 시료(10) 상의 라인 단위로 측정하는 라인 센서인 경우를 제1 실시예로 하여 설명하고, 검출기(140)가 반사광의 세기를 시료(10) 상의 면적 단위로 측정하는 면적 센서인 경우를 제2 실시예로 하여 설명하겠다.Hereinafter, a case where the detector 140 is a line sensor measuring the intensity of reflected light in units of lines on the sample 10 is described as the first embodiment, and the detector 140 determines the intensity of the reflected light on the sample 10. A case of an area sensor that is measured in area units will be described as a second embodiment.

<제 1 실시예><First Example>

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 타원 계측기로서 검출기가 라인 센서인 경우를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a case in which a detector is a line sensor as an ellipse measuring device according to a first embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 검출기(140)인 라인 센서의 수평 방향(i)은 시료(10) 상의 수평 위치(x)에 해당한다.As shown in FIG. 3, the horizontal direction (i) of the line sensor as the detector 140 corresponds to the horizontal position (x) on the specimen 10.

여기서, 연산부(150)는 수평 위치 변수(i)를 이용하여 시료(10)의 특성값을 라인 단위로 연산할 수 있다.Here, the calculation unit 150 may calculate the characteristic value of the specimen 10 in units of lines by using the horizontal position variable i.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 타원 계측기의 연산부(150)가 시료(10)의 특성값을 연산하는 방법에 대해 설명하겠다.Hereinafter, a method of calculating the characteristic value of the specimen 10 by the calculation unit 150 of the ellipse measuring instrument according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

먼저, 라인 센서가 시료(10)에서 반사된 반사광의 세기를 검출하고, 회전 요소의 회전각(θ)에 대한 회전 변수(n)와 시료(10) 상의 수평 위치(x)에 대한 수평 위치 변수(i)가 분리되도록 반사광의 광 세기 함수를 정의한다.First, the line sensor detects the intensity of the reflected light reflected from the specimen 10, and the rotation variable (n) for the rotation angle (θ) of the rotating element and the horizontal position variable for the horizontal position (x) on the specimen 10 Define the light intensity function of the reflected light so that (i) is separated.

구체적으로, 라인 센서가 회전각(θ) 에 대한 빛의 세기(Iin(x, n))를 측정한다. 이 과정에서 시료 상의 수평 위치(x)에 대하여 회전각(θ)이 물리적으로 분리되어 있음을 이용하여, 상기 수학식1은 아래의 수학식 4 및 5를 통해 아래의 수학식6과 같이 변환될 수 있다.Specifically, the line sensor measures the light intensity (I in (x, n)) with respect to the rotation angle (θ). In this process, using that the rotation angle θ is physically separated with respect to the horizontal position (x) on the sample, Equation 1 can be converted as shown in Equation 6 below through Equations 4 and 5 below. I can.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112019045659328-pat00004
Figure 112019045659328-pat00004

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112019045659328-pat00005
Figure 112019045659328-pat00005

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112019045659328-pat00006
Figure 112019045659328-pat00006

그리고, 상기 수학식 6은 아래의 수학식 7 및 수학식 8을 통해 아래의 수학식 9와 같이 변수 분리된 반사광의 광 세기 함수로 변환될 수 있다.In addition, Equation 6 may be converted into a light intensity function of reflected light separated by a variable as in Equation 9 below through Equation 7 and Equation 8 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112019045659328-pat00007
Figure 112019045659328-pat00007

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112019045659328-pat00008
Figure 112019045659328-pat00008

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112019045659328-pat00009
Figure 112019045659328-pat00009

여기서, 상기 수학식 9에는 아래의 수학식 10과 같은 제한 조건이 존재한다.Here, in Equation 9, there is a limiting condition as shown in Equation 10 below.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112019045659328-pat00010
Figure 112019045659328-pat00010

본 발명의 제1 실시예에 따른 타원 계측기는 최소 제곱법(Least Square Method)을 이용하여 회전 요소의 회전각(θn) 및 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.The ellipse meter according to the first embodiment of the present invention may estimate the rotation angle (θ n ) and Fourier coefficients (α, β) of the rotating element using the least square method.

구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 타원 계측기는, 회전(n=0, 1,..., N-1)과 수평 방향(i=0, 1, ..., X-1) 데이터에 대한 오차 함수를 각각 정의하고, 최소 제곱법에 따라 회전각과 퓨리에 계수(α, β)를 번갈아 가면서 반복 계산한다. 여기서, 회전각(θn)은 일정한 값으로 수렴하게 되고 퓨리에 계수(α, β)는 최적화될 수 있다. Specifically, the ellipse measuring device according to the first embodiment of the present invention includes rotation (n=0, 1,..., N-1) and horizontal direction (i=0, 1, ..., X-1) Each error function for the data is defined, and rotation angle and Fourier coefficients (α, β) are alternately calculated according to the least squares method. Here, the rotation angle θ n converges to a constant value, and the Fourier coefficients α and β can be optimized.

이 과정에서 회전 변수의 오차 함수는 퓨리에 계수(α, β)를 미지수로 하는 1차 선형 방정식으로 매우 빠르게 수렴하고, 수평 위치 변수(i)에 대한 오차 함수는 회전각(θn)을 미지수로 하는 비선형 방정식으로 Newton-Raphson Method를 통하여 손쉽게 회전각을 추정할 수 있다.In this process, the error function of the rotation variable converges very quickly into a linear equation with the Fourier coefficients (α, β) as unknown, and the error function for the horizontal position variable (i) is the rotation angle (θ n ) as unknown. It is a nonlinear equation that can be easily estimated through the Newton-Raphson Method.

구체적으로, 라인 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'in)와 상기 수학식 9에 정의된 광 세기 함수(Iin)를 기초로 회전 변수(n)를 변수로 하는 회전 오차 함수(En)를 아래의 수학식 11과 같이 정의한다.Specifically, based on the intensity of reflected light (I' in ) measured by the line sensor and the light intensity function (I in ) defined in Equation 9, a rotation error function (E n ) using a rotation variable (n) as a variable ) Is defined as in Equation 11 below.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112019045659328-pat00011
Figure 112019045659328-pat00011

그리고, 라인 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'in)와 상기 수학식 9에 의해 정의된 광 세기 함수(Iin)를 기초로 수평 위치 변수(i)를 변수로 하는 위치 오차 함수(Ei)를 아래의 수학식 12와 같이 정의한다.And, based on the intensity of reflected light (I' in ) measured by the line sensor and the light intensity function (I in ) defined by Equation 9, a position error function (E) using a horizontal position variable (i) as a variable i ) is defined as in Equation 12 below.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112019045659328-pat00012
Figure 112019045659328-pat00012

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 회전 변수에 제한 조건을 두고 회전 오차 함수 및 수평 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a method of calculating Fourier coefficients using a rotation error function and a horizontal position error function with a limiting condition on a rotation variable in the first embodiment of the present invention.

먼저, 도 4의 우측 식과 같이, 회전 요소의 회전에 따라 수평 위치 오차 함수(Ei)에 최소 제곱법을 적용하여 회전각(θn)을 각각 산출한다. 즉, 임의의 회전각에 대해 수평 위치 오차 함수(Ei)에 시료(10) 상의 위치 별로 최소 제곱법을 적용하여 임의의 회전각을 추정한다.First, as shown in the equation on the right side of FIG. 4, the rotation angle θ n is calculated by applying the least squares method to the horizontal position error function E i according to the rotation of the rotating element. That is, for an arbitrary rotation angle, an arbitrary rotation angle is estimated by applying the least squares method for each position on the specimen 10 to the horizontal position error function E i .

다음, 도 4의 좌측 식과 같이, 회전 오차 함수(En)에 최소 제곱법을 적용하되 이전 단계에서 산출된 회전각(θn)을 회전 변수(n)에 적용하여 광 세기 함수(Iin)의 퓨리에 계수(α, β)를 각각 산출한다. 즉, 회전 오차 함수(En)에 이전 단계에서 추정된 임의의 회전각 별로 최소 제곱법을 적용하여 최적의 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.Next, as shown in the left equation of FIG. 4, the least squares method is applied to the rotation error function (E n ), but the rotation angle (θ n ) calculated in the previous step is applied to the rotation variable (n), and the light intensity function (I in ) The Fourier coefficients (α, β) of are calculated, respectively. That is, the optimal Fourier coefficients α and β may be estimated by applying the least squares method for each rotation angle estimated in the previous step to the rotation error function E n .

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 회전 계수를 도입하고 회전 오차 함수 및 수평 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a method of calculating a Fourier coefficient by introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a horizontal position error function in the first embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 반사광의 세기에 대한 회전 공간에서의 표현식을 선형화시키는 방안으로 회전 계수(Rotating factor: Rn)를 도입하였다. 이와 같은 회전 계수(Rn)는 반사광의 세기(Iin)에 대한 회전의 영향을 반영하기 위한 것으로 이상적인 경우에는 1의 값을 갖는다. Referring to FIG. 5, a rotating factor (R n ) is introduced as a method of linearizing an expression in a rotation space for the intensity of reflected light. This rotation coefficient (R n ) is to reflect the effect of rotation on the intensity of reflected light (I in ), and has a value of 1 in an ideal case.

회전 계수(Rn)의 도입으로 반사광의 세기(Iin)에 대한 표현식은 아래의 수학식 13과 같이 수평 위치 변수(xi) 및 회전 변수(Rn, θn)로 분리하여 표현될 수 있다.With the introduction of the rotation coefficient (R n ), the expression for the intensity of the reflected light (I in ) can be expressed by separating it into a horizontal position variable (x i ) and a rotation variable (R n , θ n ) as shown in Equation 13 below. have.

구체적으로, 상기 수학식 6에 회전 계수(Rn)를 도입하면 반사광의 광 세기 함수 (I(xi, θn, Rn)) 는 아래의 수학식 13과 같이 정의된다.Specifically, when the rotation coefficient R n is introduced in Equation 6, the light intensity function (I(x i , θ n , R n )) of the reflected light is defined as in Equation 13 below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112019045659328-pat00013
Figure 112019045659328-pat00013

그리고, 상기 수학식 13에 아래의 수학식 14 및 15를 적용하면, 아래의 수학식16과 같이 반사광의 세기 함수(I(xi, θn, Rn))는 수평 위치 변수(xi) 및 회전 변수(Rn, θn)로 분리되어 표현된다.And, if the following Equations 14 and 15 are applied to Equation 13, the reflected light intensity function (I(x i , θ n , R n )) is a horizontal position variable (x i ) as shown in Equation 16 below. And rotation variables (R n , θ n ).

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112019045659328-pat00014
Figure 112019045659328-pat00014

[수학식 15][Equation 15]

Figure 112019045659328-pat00015
Figure 112019045659328-pat00015

[수학식 16][Equation 16]

Figure 112019045659328-pat00016
Figure 112019045659328-pat00016

여기서, 도 5를 참조하면, 라인 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'in)와 상기 수학식 16에 정의된 광 세기 함수(Iin)를 기초로 회전 변수(n)를 변수로 하는 회전 오차 함수(En)가 정의된다.Here, referring to FIG. 5, rotation using a rotation variable (n) as a variable based on the intensity of reflected light (I' in ) measured by the line sensor and the light intensity function (I in ) defined in Equation 16 The error function E n is defined.

그리고, 라인 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'in)와 상기 수학식 16에 정의된 광 세기 함수(Iin)를 기초로 수평 위치 변수(i)를 변수로 하는 수평 위치 오차 함수(Ei)가 정의된다.And, based on the intensity of reflected light (I' in ) measured by the line sensor and the light intensity function (I in ) defined in Equation 16, a horizontal position error function (E) using a horizontal position variable (i) as a variable i ) is defined.

회전 오차 함수(En) 및 수평 위치 오차 함수(Ei)에 최소 제곱법을 적용하면 회전 변수(n)와 수평 위치 변수(i)에 대하여 완전히 대칭되는 선형 연립 방정식을 얻을 수 있고, 이와 같은 회전 변수(n) 및 수평 위치 변수(i)에 대한 데이터 처리는 퓨리에 계수 값(α, β)을 신속히 추정하게 해준다.By applying the least squares method to the rotation error function (E n ) and the horizontal position error function (E i ), you can obtain a linear system of equations that are completely symmetric about the rotation variable (n) and the horizontal position variable (i). Data processing for the rotation variable n and the horizontal position variable i makes it possible to quickly estimate the Fourier coefficient values α and β.

구체적으로, 도 5의 우측 식과 같이, 시료(10) 상의 수평 위치(x)에 따라 수평 위치 오차 함수(Ei)에 최소 제곱법을 적용하여 회전각(θn)을 각각 산출한다. 즉, 임의의 회전각에 대해 수평 위치 오차 함수(Ei)에 시료(10) 상의 위치 별로 최소 제곱법을 적용하여 임의의 회전각을 추정한다.Specifically, as shown in the equation on the right side of FIG. 5, the rotation angle θ n is calculated by applying the least squares method to the horizontal position error function E i according to the horizontal position x on the sample 10. That is, for an arbitrary rotation angle, an arbitrary rotation angle is estimated by applying the least squares method for each position on the specimen 10 to the horizontal position error function E i .

다음, 도 5의 좌측 식과 같이, 회전 오차 함수(En)에 최소 제곱법을 적용하되 산출된 회전각(θn)을 회전 변수(n)에 적용하여 광 세기 함수(Iin)의 퓨리에 계수(α, β)를 각각 산출한다. 즉, 회전 오차 함수(En)에 추정된 임의의 회전각 별로 최소 제곱법을 적용하여 최적의 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.Next, the Fourier coefficient as the left equation of Figure 5, the rotation error function (E n) optical intensity function (I in) to apply the rotation angle (θ n) calculated, but applying the least square method to the rotation parameter (n) the (α, β) is calculated, respectively. That is, the optimal Fourier coefficients α and β may be estimated by applying the least squares method for each estimated rotation angle to the rotation error function E n .

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 회전 계수를 부분 도입하고 회전 오차 함수 및 수평 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram illustrating a method of calculating a Fourier coefficient by partially introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a horizontal position error function in the first embodiment of the present invention.

상기 수학식 13에서 Ioi는 광원의 파장에 따른 배경광을 의미하고, 더 나아가서는 라인 센서에 의한 전기 신호의 옵셋 값과 이진화 과정을 반영하고 있다. 따라서, Ioi에 회전에 의한 변화를 포함시키면 배경광(Ioi)에서 회전 계수(Rn)를 제거한 반사광의 세기 함수(I(xi, θn, Rn) )는 아래의 수학식 17와 같이 정의된다. In Equation 13, I oi means background light according to the wavelength of the light source, and further, the offset value of the electric signal by the line sensor and the binarization process are reflected. Therefore, if I oi includes the change due to rotation, the intensity function (I(x i , θ n , R n )) of the reflected light by removing the rotation coefficient (R n ) from the background light (I oi ) is Equation 17 below. Is defined as

[수학식 17][Equation 17]

Figure 112019045659328-pat00017
Figure 112019045659328-pat00017

그리고, 상기 수학식 17에 아래의 수학식 18 및 19를 적용하면, 아래의 수학식 20과 같이 반사광의 세기 함수(Iin(xi, θn, Rn) )는 수평 위치 변수(xi) 및 회전 변수(Rn, θn)로 분리되어 표현된다.And, when the following Equations 18 and 19 are applied to Equation 17, the reflected light intensity function (I in (x i , θ n , R n )) is a horizontal position variable (x i ) And rotation variables (R n , θ n ).

[수학식 18][Equation 18]

Figure 112019045659328-pat00018
Figure 112019045659328-pat00018

[수학식 19][Equation 19]

Figure 112019045659328-pat00019
Figure 112019045659328-pat00019

[수학식 20][Equation 20]

Figure 112019045659328-pat00020
Figure 112019045659328-pat00020

여기서, 도 6을 참조하면, 라인 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'in)와 상기 수학식 20에 정의된 광 세기 함수(Iin)를 기초로 회전 변수(n)를 변수로 하는 회전 오차 함수(En)가 정의된다.Here, referring to FIG. 6, rotation using a rotation variable (n) as a variable based on the intensity of reflected light (I' in ) measured by the line sensor and the light intensity function (I in ) defined in Equation 20 The error function E n is defined.

그리고, 라인 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'in)와 상기 수학식 20에 정의된 광 세기 함수(Iin)를 기초로 수평 위치 변수(i)를 변수로 하는 위치 오차 함수(Ei)가 정의된다.And, based on the intensity of reflected light (I' in ) measured by the line sensor and the light intensity function (I in ) defined in Equation 20, a position error function (E i ) using a horizontal position variable (i) as a variable ) Is defined.

회전 오차 함수(En) 및 수평 위치 오차 함수(Ei)에 최소 제곱법을 적용하면 회전 변수(n)와 수평 위치 변수(i)에 대하여 완전히 대칭되는 선형 연립 방정식을 얻을 수 있고, 이와 같은 회전 변수(n) 및 수평 위치 변수(i)에 대한 데이터 처리는 퓨리에 계수(α, β)를 신속히 추정하게 해준다.By applying the least squares method to the rotation error function (E n ) and the horizontal position error function (E i ), you can obtain a linear system of equations that are completely symmetric about the rotation variable (n) and the horizontal position variable (i). Data processing for the rotation variable n and the horizontal position variable i makes it possible to quickly estimate the Fourier coefficients α and β.

구체적으로, 도 6의 우측 식과 같이, 회전 요소의 회전에 따라 수평 위치 오차 함수(Ei)에 최소 제곱법을 적용하여 회전각(θn)을 각각 산출한다. 즉, 임의의 회전각에 대해 위치 오차 함수(Ei)에 시료(10) 상의 수평 위치 별로 최소 제곱법을 적용하여 임의의 회전각을 추정한다.Specifically, as shown in the right equation of FIG. 6, the rotation angle θ n is calculated by applying the least squares method to the horizontal position error function E i according to the rotation of the rotating element. That is, for an arbitrary rotation angle, the least squares method is applied for each horizontal position on the specimen 10 to the position error function E i to estimate an arbitrary rotation angle.

다음, 도 6의 좌측 식과 같이, 회전 오차 함수(En)에 최소 제곱법을 적용하되 산출된 회전각(θn)을 회전 변수(n)에 적용하여 광 세기 함수(Iin)의 퓨리에 계수(α, β)를 각각 산출한다. 즉, 회전 오차 함수(En)에 추정된 임의의 회전각 별로 최소 제곱법을 적용하여 최적의 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.Next, as shown in the equation on the left side of FIG. 6, the fourier coefficient of the light intensity function (I in ) by applying the least squares method to the rotation error function (E n ) but applying the calculated rotation angle (θ n ) to the rotation variable (n) (α, β) is calculated, respectively. That is, the optimal Fourier coefficients α and β may be estimated by applying the least squares method for each estimated rotation angle to the rotation error function E n .

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 타원 계측기는 회전 요소의 회전이 포함되는 라인 센서에서 획득되는 반사광의 세기를 결정하는 변수를 회전 변수(회전각(

Figure 112019045659328-pat00021
n), 회전 계수(Rn))와 수평 위치 변수(xi)로 분리하고, 각각의 오차 함수(En, Ei)를 정의하여 이원화된 최소 제곱법을 적용하여 회전각(
Figure 112019045659328-pat00022
n) 및 퓨리에 계수(α, β)를 추정함으로써, 기존 분석 방법 대비 매우 빠르고 정확하며, 회전 오차에 둔감한 시료의 구조 분석이 가능하다.As described above, in the ellipse meter according to the first embodiment of the present invention, a variable that determines the intensity of reflected light obtained from the line sensor including the rotation of the rotating element is a rotation variable (rotation angle (
Figure 112019045659328-pat00021
n), rotation coefficient (R n)) and separated in a horizontal position parameters (x i), and applying the least square method is defined for each of the error function (E n, E i) to the dual angle of rotation (
Figure 112019045659328-pat00022
By estimating n ) and Fourier coefficients (α, β), it is possible to analyze the structure of a sample that is very fast and accurate compared to the existing analysis method, and is insensitive to rotation errors.

<제 2 실시예><Second Example>

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 타원 계측기로서 검출기가 면적 센서인 경우를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a case where a detector is an area sensor as an ellipse measuring device according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예에 따른 타원 계측기에 있어서, 위치 변수는 반사광의 세기가 시료(10) 상의 면적 단위로 측정되면, 시료(10) 상의 수평 위치(x)에 대한 수평 위치 변수(i)와 시료(10) 상의 수직 위치(y)에 대한 수직 위치 변수(j)로 구분된다.In the ellipse measuring device according to the second embodiment of the present invention, when the intensity of reflected light is measured in units of area on the sample 10, the horizontal position variable (i) for the horizontal position (x) on the sample 10 And a vertical position variable (j) with respect to the vertical position (y) on the specimen 10.

여기서, 도 7에 도시한 바와 같이, 검출기(140)인 면적 센서의 수평 방향(i)은 시료(10) 상의 수평 위치(x)에 해당하고, 수직 방향(j)은 시료(10) 상의 수직 위치(y)에 해당한다.Here, as shown in FIG. 7, the horizontal direction (i) of the area sensor, which is the detector 140, corresponds to the horizontal position (x) on the sample 10, and the vertical direction (j) is the vertical direction on the sample 10. Corresponds to position (y).

연산부(150)는 수평 위치 변수(i) 및 수직 위치 변수(j) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 시료(10)의 특성값을 연산할 수 있다. 특히, 수평 위치 변수(i) 및 수직 위치 변수(j)를 모두 이용하는 경우 시료(10)의 특성값을 면적 단위로 연산할 수 있다.The calculation unit 150 may calculate a characteristic value of the sample 10 by using at least one of the horizontal position variable i and the vertical position variable j. In particular, when both the horizontal position variable (i) and the vertical position variable (j) are used, the characteristic value of the specimen 10 can be calculated in units of area.

여기서, 회전각(θ)에 대한 회전 변수(n)와 시료(10) 상의 수평 위치(x)에 대한 수평 위치 변수(i)를 분리하여 시료(10)의 특성값을 연산하는 방법은 전술한 본 발명의 제1 실시예와 동일하기 때문에 이에 대한 설명은 생략하겠다.Here, the method of calculating the characteristic value of the sample 10 by separating the rotation variable n for the rotation angle θ and the horizontal position variable i for the horizontal position x on the sample 10 is described above. Since it is the same as the first embodiment of the present invention, a description thereof will be omitted.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 타원 계측기의 연산부(150)가 시료(10)의 특성값을 연산하는 방법에 대해 설명하겠다.Hereinafter, a method of calculating the characteristic value of the specimen 10 by the calculation unit 150 of the ellipse measuring instrument according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.

먼저, 면적 센서가 시료(10)에서 반사된 반사광의 세기를 검출하고, 회전 요소의 회전각(θ)에 대한 회전 변수(n)와 시료(10) 상의 수직 위치(y)에 대한 수직 위치 변수(j)가 분리되도록 반사광의 광 세기 함수를 정의한다.First, the area sensor detects the intensity of the reflected light reflected from the specimen 10, and the rotation variable (n) for the rotation angle (θ) of the rotating element and the vertical position variable for the vertical position (y) on the specimen 10 Define the light intensity function of the reflected light so that (j) is separated.

구체적으로, 면적 센서가 회전각(θ)에 대한 빛의 세기(Ijn(x, n))를 측정한다. 이 과정에서 시료 상의 수직 위치(y)에 대하여 회전각(θ)이 물리적으로 분리되어 있음을 이용하여, 상기 수학식1은 아래의 수학식 21 및 22를 통해 아래의 수학식23과 같이 변환될 수 있다.Specifically, the area sensor measures the light intensity (I jn (x, n)) with respect to the rotation angle (θ). In this process, using that the rotation angle θ is physically separated with respect to the vertical position (y) on the sample, Equation 1 can be converted as shown in Equation 23 below through Equations 21 and 22 below. I can.

[수학식 21][Equation 21]

Figure 112019045659328-pat00023
Figure 112019045659328-pat00023

[수학식 22][Equation 22]

Figure 112019045659328-pat00024
Figure 112019045659328-pat00024

[수학식 23][Equation 23]

Figure 112019045659328-pat00025
Figure 112019045659328-pat00025

그리고, 상기 수학식 23은 아래의 수학식 24 및 수학식 25를 통해 아래의 수학식 26와 같이 변수 분리된 반사광의 광 세기 함수로 변환될 수 있다.In addition, Equation 23 may be converted into a light intensity function of reflected light separated by variables as shown in Equation 26 below through Equation 24 and Equation 25 below.

[수학식 24][Equation 24]

Figure 112019045659328-pat00026
Figure 112019045659328-pat00026

[수학식 25][Equation 25]

Figure 112019045659328-pat00027
Figure 112019045659328-pat00027

[수학식 26][Equation 26]

Figure 112019045659328-pat00028
Figure 112019045659328-pat00028

여기서, 상기 수학식 26에는 아래의 수학식 27과 같은 제한 조건이 존재한다.Here, in Equation 26, there is a limiting condition as in Equation 27 below.

[수학식 27][Equation 27]

Figure 112019045659328-pat00029
Figure 112019045659328-pat00029

본 발명의 제2 실시예에 따른 타원 계측기는 최소 제곱법(Least Square Method)을 이용하여 회전 요소의 회전각(θn) 및 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.The ellipse meter according to the second embodiment of the present invention may estimate the rotation angle (θ n ) and Fourier coefficients (α, β) of the rotating element using the least square method.

구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 타원 계측기는, 회전(n=0, 1,..., N-1)과 수직 방향(j=0, 1, ..., Y-1) 데이터에 대한 오차 함수를 각각 정의하고, 최소 제곱법에 따라 회전각과 퓨리에 계수(α, β)를 번갈아 가면서 반복 계산한다. 여기서, 회전각(θn)은 일정한 값으로 수렴하게 되고 퓨리에 계수(α, β)는 최적화될 수 있다. Specifically, the ellipse measuring machine according to the second embodiment of the present invention includes rotation (n=0, 1,..., N-1) and a vertical direction (j=0, 1, ..., Y-1) Each error function for the data is defined, and rotation angle and Fourier coefficients (α, β) are alternately calculated according to the least squares method. Here, the rotation angle θ n converges to a constant value, and the Fourier coefficients α and β can be optimized.

이 과정에서 회전 변수(n)의 오차 함수는 퓨리에 계수(α, β)를 미지수로 하는 1차 선형 방정식으로 매우 빠르게 수렴하고, 수직 위치 변수(j)에 대한 오차 함수는 회전각(θn)을 미지수로 하는 비선형 방정식으로 Newton-Raphson Method를 통하여 손쉽게 회전각을 추정할 수 있다.In this process, the error function of the rotation variable (n) converges very quickly into a linear equation with the Fourier coefficients (α, β) as unknowns, and the error function for the vertical position variable (j) is the rotation angle (θ n ) The rotation angle can be easily estimated through the Newton-Raphson Method with a nonlinear equation that is unknown.

구체적으로, 면적 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'jn)와 상기 수학식 26에 정의된 광 세기 함수(Ijn)를 기초로 회전 변수(n)를 변수로 하는 회전 오차 함수(En)를 아래의 수학식 28과 같이 정의한다.Specifically, based on the intensity of reflected light (I' jn ) measured by the area sensor and the light intensity function (I jn ) defined in Equation 26, a rotation error function (E n ) using a rotation variable (n) as a variable ) Is defined as in Equation 28 below.

[수학식 28][Equation 28]

Figure 112019045659328-pat00030
Figure 112019045659328-pat00030

그리고, 면적 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'jn)와 상기 수학식 26에 의해 정의된 광 세기 함수(Ijn)를 기초로 수직 위치 변수(j)를 변수로 하는 위치 오차 함수(Ej)를 아래의 수학식 29와 같이 정의한다.And, based on the intensity of reflected light (I' jn ) measured by the area sensor and the light intensity function (I jn ) defined by Equation 26, a position error function (E) using a vertical position variable (j) as a variable j ) is defined as in Equation 29 below.

[수학식 29][Equation 29]

Figure 112019045659328-pat00031
Figure 112019045659328-pat00031

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 회전 변수에 제한 조건을 두고 회전 오차 함수 및 수직 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a method of calculating Fourier coefficients using a rotation error function and a vertical position error function with a limiting condition on a rotation variable in the second embodiment of the present invention.

먼저, 도 8의 우측 식과 같이, 회전 요소의 회전에 따라 수직 위치 오차 함수(Ej)에 최소 제곱법을 적용하여 회전각(θn)을 각각 산출한다. 즉, 임의의 회전각에 대해 수직 위치 오차 함수(Ej)에 시료(10) 상의 위치 별로 최소 제곱법을 적용하여 임의의 회전각을 추정한다.First, as shown in the equation on the right side of FIG. 8, the rotation angle θ n is calculated by applying the least squares method to the vertical position error function E j according to the rotation of the rotating element. That is, for an arbitrary rotation angle, an arbitrary rotation angle is estimated by applying the least squares method for each position on the specimen 10 to the vertical position error function E j .

다음, 도 8의 좌측 식과 같이, 회전 오차 함수(En)에 최소 제곱법을 적용하되 이전 단계에서 산출된 회전각(θn)을 회전 변수(n)에 적용하여 광 세기 함수(Ijn)의 퓨리에 계수(α, β)를 각각 산출한다. 즉, 회전 오차 함수(En)에 이전 단계에서 추정된 임의의 회전각 별로 최소 제곱법을 적용하여 최적의 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.Next, the light intensity function (I jn ) by applying the least squares method to the rotation error function (E n ), but applying the rotation angle (θ n ) calculated in the previous step to the rotation variable (n), as shown in the left equation of FIG. 8 The Fourier coefficients (α, β) of are calculated, respectively. That is, the optimal Fourier coefficients α and β may be estimated by applying the least squares method for each rotation angle estimated in the previous step to the rotation error function E n .

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 있어서 회전 계수를 도입하고 회전 오차 함수 및 수직 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining a method of calculating a Fourier coefficient by introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a vertical position error function in a second embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 반사광의 세기에 대한 회전 공간에서의 표현식을 선형화시키는 방안으로 회전 계수(Rotating factor: Rn)를 도입하였다. 이와 같은 회전 계수(Rn)는 반사광의 세기(Ijn)에 대한 회전의 영향을 반영하기 위한 것으로 이상적인 경우에는 1의 값을 갖는다. Referring to FIG. 9, a rotating factor (R n ) is introduced as a method of linearizing an expression in a rotation space for the intensity of reflected light. This rotation coefficient (R n ) is to reflect the effect of rotation on the intensity of reflected light (I jn ), and has a value of 1 in an ideal case.

회전 계수(Rn)의 도입으로 반사광의 세기(Ijn)에 대한 표현식은 아래의 수학식 30과 같이 수직 위치 변수(yj) 및 회전 변수(Rn, θn)로 분리하여 표현될 수 있다.With the introduction of the rotation coefficient (R n ), the expression for the intensity of the reflected light (I jn ) can be expressed by separating it into a vertical position variable (y j ) and a rotation variable (R n , θ n ) as shown in Equation 30 below. have.

구체적으로, 상기 수학식 26에 회전 계수(Rn)를 도입하면 반사광의 광 세기 함수 (I(yj, θn, Rn)) 는 아래의 수학식 30과 같이 정의된다.Specifically, when the rotation coefficient R n is introduced into Equation 26, the light intensity function (I(y j , θ n , R n )) of the reflected light is defined as in Equation 30 below.

[수학식 30][Equation 30]

Figure 112019045659328-pat00032
Figure 112019045659328-pat00032

그리고, 상기 수학식 30에 아래의 수학식 31 및 32를 적용하면, 아래의 수학식33과 같이 반사광의 세기 함수(I(yj, θn, Rn))는 수직 위치 변수(yj) 및 회전 변수(Rn, θn)로 분리되어 표현된다.And, when the following Equations 31 and 32 are applied to Equation 30, the reflected light intensity function (I(y j , θ n , R n )) is a vertical position variable (y j ) as shown in Equation 33 below. And rotation variables (R n , θ n ).

[수학식 31][Equation 31]

Figure 112019045659328-pat00033
Figure 112019045659328-pat00033

[수학식 32][Equation 32]

Figure 112019045659328-pat00034
Figure 112019045659328-pat00034

[수학식 33][Equation 33]

Figure 112019045659328-pat00035
Figure 112019045659328-pat00035

여기서, 도 9를 참조하면, 면적 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'jn)와 상기 수학식 33에 정의된 광 세기 함수(Ijn)를 기초로 회전 변수(n)를 변수로 하는 회전 오차 함수(En)가 정의된다.Here, referring to FIG. 9, rotation using a rotation variable (n) as a variable based on the intensity of reflected light (I' jn ) measured by the area sensor and the light intensity function (I jn ) defined in Equation 33 The error function E n is defined.

그리고, 면적 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'jn)와 상기 수학식 33에 정의된 광 세기 함수(Ijn)를 기초로 수직 위치 변수(j)를 변수로 하는 수직 위치 오차 함수(Ej)가 정의된다.And, based on the intensity of reflected light (I' jn ) measured by the area sensor and the light intensity function (I jn ) defined in Equation 33, a vertical position error function (E) using a vertical position variable (j) as a variable j ) is defined.

회전 오차 함수(En) 및 수직 위치 오차 함수(Ej)에 최소 제곱법을 적용하면 회전 변수(n)와 수직 위치 변수(j)에 대하여 완전히 대칭되는 선형 연립 방정식을 얻을 수 있고, 이와 같은 회전 변수(n) 및 수직 위치 변수(j)에 대한 데이터 처리는 퓨리에 계수 값(α, β)을 신속히 추정하게 해준다.Applying the least squares method to the rotation error function (E n ) and the vertical position error function (E j ) gives a linear system of equations that are completely symmetric about the rotational variable (n) and the vertical positional variable (j). The data processing for the rotation variable n and the vertical position variable j makes it possible to quickly estimate the Fourier coefficient values α and β.

구체적으로, 도 9의 우측 식과 같이, 시료(10) 상의 수직 위치(y)에 따라 수직 위치 오차 함수(Ej)에 최소 제곱법을 적용하여 회전각(θn)을 각각 산출한다. 즉, 임의의 회전각에 대해 수직 위치 오차 함수(Ej)에 시료(10) 상의 위치 별로 최소 제곱법을 적용하여 임의의 회전각을 추정한다.Specifically, as shown in the right equation of FIG. 9, the rotation angle θ n is calculated by applying the least squares method to the vertical position error function E j according to the vertical position y on the sample 10. That is, for an arbitrary rotation angle, an arbitrary rotation angle is estimated by applying the least squares method for each position on the specimen 10 to the vertical position error function E j .

다음, 도 9의 좌측 식과 같이, 회전 오차 함수(En)에 최소 제곱법을 적용하되 산출된 회전각(θn)을 회전 변수(n)에 적용하여 광 세기 함수(Ijn)의 퓨리에 계수(α, β)를 각각 산출한다. 즉, 회전 오차 함수(En)에 추정된 임의의 회전각 별로 최소 제곱법을 적용하여 최적의 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.Next, the Fourier coefficient as the left expression of Figure 9, the rotation error function (E n) optical intensity function (I jn) by applying the rotation angle (θ n) calculated, but applying the least square method to the rotation parameter (n) the (α, β) is calculated, respectively. That is, the optimal Fourier coefficients α and β may be estimated by applying the least squares method for each estimated rotation angle to the rotation error function E n .

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 회전 계수를 부분 도입하고 회전 오차 함수 및 수직 위치 오차 함수를 이용하여 퓨리에 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining a method of calculating a Fourier coefficient by partially introducing a rotation coefficient and using a rotation error function and a vertical position error function in the second embodiment of the present invention.

상기 수학식 26에서 Ioj는 광원의 파장에 따른 배경광을 의미하고, 더 나아가서는 면적 센서에 의한 전기 신호의 옵셋 값과 이진화 과정을 반영하고 있다. 따라서, Ioj에 회전에 의한 변화를 포함시키면 배경광(Ioj)에서 회전 계수(Rn)를 제거한 반사광의 세기 함수(I(yj, θn, Rn) )는 아래의 수학식 34와 같이 정의된다. In Equation 26, I oj means background light according to the wavelength of the light source, and further, the offset value of the electric signal by the area sensor and the binarization process are reflected. Therefore, when I oj includes the change due to rotation, the intensity function (I(y j , θ n , R n )) of the reflected light by removing the rotation coefficient (R n ) from the background light (I oj ) is Equation 34 below. Is defined as

[수학식 34][Equation 34]

Figure 112019045659328-pat00036
Figure 112019045659328-pat00036

그리고, 상기 수학식 34에 아래의 수학식 35 및 36을 적용하면, 아래의 수학식 37과 같이 반사광의 세기 함수(Ijn(yj, θn, Rn) )는 수직 위치 변수(yj) 및 회전 변수(Rn, θn)로 분리되어 표현된다.And, if the following Equations 35 and 36 are applied to Equation 34, the reflected light intensity function (I jn (y j , θ n , R n )) is a vertical position variable (y j ) as shown in Equation 37 below. ) And rotation variables (R n , θ n ).

[수학식 35][Equation 35]

Figure 112019045659328-pat00037
Figure 112019045659328-pat00037

[수학식 36][Equation 36]

Figure 112019045659328-pat00038
Figure 112019045659328-pat00038

[수학식 37][Equation 37]

Figure 112019045659328-pat00039
Figure 112019045659328-pat00039

여기서, 도 10을 참조하면, 면적 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'jn)와 상기 수학식 37에 정의된 광 세기 함수(Ijn)를 기초로 회전 변수(n)를 변수로 하는 회전 오차 함수(En)가 정의된다.Here, referring to FIG. 10, rotation using a rotation variable (n) as a variable based on the intensity of reflected light (I' jn ) measured by the area sensor and the light intensity function (I jn ) defined in Equation 37 The error function E n is defined.

그리고, 면적 센서에 의해 측정된 반사광의 세기(I'jn)와 상기 수학식 37에 정의된 광 세기 함수(Ijn)를 기초로 수직 위치 변수(j)를 변수로 하는 수직 위치 오차 함수(Ej)가 정의된다.And, based on the intensity of reflected light (I' jn ) measured by the area sensor and the light intensity function (I jn ) defined in Equation 37, a vertical position error function (E) using a vertical position variable (j) as a variable j ) is defined.

회전 오차 함수(En) 및 수직 위치 오차 함수(Ej)에 최소 제곱법을 적용하면 회전 변수(n)와 수직 위치 변수(j)에 대하여 완전히 대칭되는 선형 연립 방정식을 얻을 수 있고, 이와 같은 회전 변수(n) 및 수직 위치 변수(j)에 대한 데이터 처리는 퓨리에 계수(α, β)를 신속히 추정하게 해준다.Applying the least squares method to the rotation error function (E n ) and the vertical position error function (E j ) gives a linear system of equations that are completely symmetric about the rotational variable (n) and the vertical positional variable (j). Data processing for the rotation variable n and the vertical position variable j makes it possible to quickly estimate the Fourier coefficients α and β.

구체적으로, 도 10의 우측 식과 같이, 회전 요소의 회전에 따라 수직 위치 오차 함수(Ej)에 최소 제곱법을 적용하여 회전각(θn)을 각각 산출한다. 즉, 임의의 회전각에 대해 수직 위치 오차 함수(Ej)에 시료(10) 상의 수직 위치 별로 최소 제곱법을 적용하여 임의의 회전각을 추정한다.Specifically, as shown in the equation on the right side of FIG. 10, the rotation angle θ n is calculated by applying the least squares method to the vertical position error function E j according to the rotation of the rotating element. That is, for an arbitrary rotation angle, an arbitrary rotation angle is estimated by applying the least squares method for each vertical position on the specimen 10 to the vertical position error function E j .

다음, 도 10의 좌측 식과 같이, 회전 오차 함수(En)에 최소 제곱법을 적용하되 산출된 회전각(θn)을 회전 변수(n)에 적용하여 광 세기 함수(Ijn)의 퓨리에 계수(α, β)를 각각 산출한다. 즉, 회전 오차 함수(En)에 추정된 임의의 회전각 별로 최소 제곱법을 적용하여 최적의 퓨리에 계수(α, β)를 추정할 수 있다.Next, the Fourier coefficient as the left equation of Figure 10, the rotation error function (E n) optical intensity function (I jn) by applying the rotation angle (θ n) calculated, but applying the least square method to the rotation parameter (n) the (α, β) is calculated, respectively. That is, the optimal Fourier coefficients α and β may be estimated by applying the least squares method for each estimated rotation angle to the rotation error function E n .

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 타원 계측기는 회전 요소의 회전이 포함되는 면적 센서에서 획득되는 반사광의 세기를 결정하는 변수를 회전 변수(회전각(θn), 회전 계수(Rn))와 수직 위치 변수(yj)로 분리하고, 각각의 오차 함수(En, Ej)를 정의하여 이원화된 최소 제곱법을 적용하여 회전각 및 퓨리에 계수를 추정함으로써, 기존 분석 방법 대비 매우 빠르고 정확하며, 회전 오차에 둔감한 시료의 구조 분석이 가능하다.As described above, in the ellipse meter according to the second embodiment of the present invention, the variable that determines the intensity of reflected light obtained from the area sensor including the rotation of the rotating element is a rotation variable (rotation angle (θ n ), rotation coefficient (R n )). )) and the vertical position variable (y j ), and by defining each error function (E n , E j ) and estimating the rotation angle and Fourier coefficients by applying the binary least squares method, It is possible to analyze the structure of a sample that is fast and accurate, and is insensitive to rotational errors.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The detailed description above is illustrative of the present invention. In addition, the above-described content is only for showing and describing preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications and environments. That is, changes or modifications may be made within the scope of the concept of the invention disclosed in the present specification, the scope equivalent to the disclosed contents, and/or the skill or knowledge of the art. The above-described embodiments are for explaining the best state in carrying out the present invention, and in order to use other inventions such as the present invention, implementation in other states known in the art, and in the specific application fields and uses of the invention Various changes are also possible. Therefore, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiment. In addition, the appended claims should be construed as including other embodiments.

110: 단파장 광원
120: 편광기
130: 분석기
140: 검출기
150: 연산부
110: short wavelength light source
120: polarizer
130: analyzer
140: detector
150: operation unit

Claims (11)

시료를 향하여 입사광을 조사하는 단파장 광원;
상기 시료 및 상기 단파장 광원 사이에 배치되며 상기 입사광을 편광시키는 편광기와, 상기 편광기를 통과한 상기 입사광이 상기 시료에서 반사되면서 편광 상태가 변화된 반사광의 편광 상태 변화를 분석하는 분석기를 포함하는 회전 요소;
상기 회전 요소 중 어느 하나를 임의의 회전각으로 회전시키는 구동부;
상기 분석기를 통과한 상기 반사광의 세기를 상기 회전각의 변화에 따라 상기 시료 상의 라인 단위 또는 면적 단위로 측정하는 검출기; 및
상기 반사광의 광 세기 함수에서 상기 회전각에 대한 회전 변수와 상기 시료 상의 위치에 대한 위치 변수를 분리하여 상기 시료의 특성값을 연산하는 연산부
를 포함하는 타원 계측기.
A short wavelength light source that irradiates incident light toward the sample;
A rotating element disposed between the sample and the short-wavelength light source and including a polarizer configured to polarize the incident light, and an analyzer configured to analyze a change in a polarization state of reflected light whose polarization state is changed while the incident light passing through the polarizer is reflected from the sample;
A driving unit that rotates any one of the rotation elements at an arbitrary rotation angle;
A detector for measuring the intensity of the reflected light passing through the analyzer in a line unit or an area unit on the sample according to a change in the rotation angle; And
An operation unit that calculates a characteristic value of the sample by separating a rotation variable for the rotation angle and a position variable for the position on the sample from the light intensity function of the reflected light
Ellipse measuring instrument comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 회전 요소는
상기 편광기 및 상기 시료 사이에 배치되는 보상기를 더 포함하는
타원 계측기.
The method of claim 1,
The rotating element is
Further comprising a compensator disposed between the polarizer and the sample
Elliptic meter.
제 1 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 시료의 특성값을 라인 단위 또는 면적 단위로 연산하는 타원 계측기.
The method of claim 1,
The operation unit
An ellipse measuring instrument that calculates the characteristic value of the sample in units of lines or areas.
제 1 항에 있어서,
상기 위치 변수는
상기 반사광의 세기가 상기 시료 상의 면적 단위로 측정되면, 상기 시료 상의 수평 위치에 대한 수평 위치 변수와 상기 시료 상의 수직 위치에 대한 수직 위치 변수로 구분되는 타원 계측기.
The method of claim 1,
The positional variable is
When the intensity of the reflected light is measured in units of an area on the sample, an ellipse meter is divided into a horizontal position variable for a horizontal position on the sample and a vertical position variable for a vertical position on the sample.
제 4 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 수평 위치 변수 및 상기 수직 위치 변수 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 시료의 특성값을 연산하는 타원 계측기.
The method of claim 4,
The operation unit
An ellipse measuring instrument that calculates a characteristic value of the specimen using at least one of the horizontal position variable and the vertical position variable.
제 1 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 회전 변수와 상기 위치 변수가 분리되도록 상기 광 세기 함수를 정의하고, 상기 반사광의 세기와 상기 광 세기 함수를 기초로 상기 시료의 특성값을 연산하는 타원 계측기.
The method of claim 1,
The operation unit
An ellipse measuring instrument for defining the light intensity function so that the rotation variable and the position variable are separated, and calculating a characteristic value of the specimen based on the intensity of the reflected light and the light intensity function.
제 6 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 반사광의 세기와 상기 광 세기 함수를 기초로 상기 회전 변수를 변수로 하는 회전 오차 함수를 정의하고, 상기 위치 변수를 변수로 하는 위치 오차 함수를 정의하는 타원 계측기.
The method of claim 6,
The operation unit
An ellipse measuring instrument for defining a rotation error function using the rotation variable as a variable based on the intensity of the reflected light and the light intensity function, and defining a position error function using the position variable as a variable.
제 7 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 시료 상의 위치에 따라 상기 위치 오차 함수에 최소 제곱법을 적용하여 상기 회전각을 산출하고,
상기 회전 오차 함수에 상기 최소 제곱법을 적용하되 산출된 상기 회전각을 상기 회전 변수에 적용하여 상기 광 세기 함수의 퓨리에 계수를 산출하는 타원 계측기.
The method of claim 7,
The operation unit
Calculate the rotation angle by applying the least squares method to the position error function according to the position on the sample,
An ellipse measuring instrument for calculating a Fourier coefficient of the light intensity function by applying the least squares method to the rotation error function and applying the calculated rotation angle to the rotation variable.
제 1 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 회전 변수에 제한 조건을 두는
타원 계측기.
The method of claim 1,
The operation unit
To put a constraint on the rotation variable
Elliptic meter.
제 2 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 반사광의 세기에 대해 상기 회전 요소의 회전에 따른 영향을 반영하기 위한 회전 계수를 도입하는 타원 계측기.
The method of claim 2,
The operation unit
An ellipse measuring instrument that introduces a rotation coefficient for reflecting an influence of rotation of the rotating element on the intensity of the reflected light.
제 2 항에 있어서,
상기 연산부는
상기 반사광의 세기에 대해 상기 회전 요소의 회전에 따른 영향을 반영하기 위한 회전 계수를 부분 도입하는 타원 계측기.
The method of claim 2,
The operation unit
An ellipse measuring instrument that partially introduces a rotation coefficient for reflecting an influence of rotation of the rotating element on the intensity of the reflected light.
KR1020190052124A 2019-05-03 2019-05-03 Ellipsometer KR102176199B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190052124A KR102176199B1 (en) 2019-05-03 2019-05-03 Ellipsometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190052124A KR102176199B1 (en) 2019-05-03 2019-05-03 Ellipsometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102176199B1 true KR102176199B1 (en) 2020-11-09

Family

ID=73429654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190052124A KR102176199B1 (en) 2019-05-03 2019-05-03 Ellipsometer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102176199B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102531530B1 (en) * 2021-12-15 2023-05-15 (주)오로스 테크놀로지 Spectroscopic Ellipsometer and Method of Measuring the Ellipsometric Constant Using the Same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150025745A (en) * 2013-08-30 2015-03-11 한국표준과학연구원 Rotating-Element Ellipsometer and method for measuring Mueller-matirx elements of the sample using the same
KR101590389B1 (en) 2014-12-16 2016-02-02 한국표준과학연구원 Rotating-element spectroscopic ellipsometer and method for measurement precision prediction of rotating-element spectroscopic ellipsometer, and recording medium storing program for executing the same, and recording medium storing program for executing the same
KR20180028787A (en) * 2016-09-09 2018-03-19 삼성전자주식회사 Defect inspection system and method, and method for fabricating semiconductor using the inspection method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150025745A (en) * 2013-08-30 2015-03-11 한국표준과학연구원 Rotating-Element Ellipsometer and method for measuring Mueller-matirx elements of the sample using the same
KR101590389B1 (en) 2014-12-16 2016-02-02 한국표준과학연구원 Rotating-element spectroscopic ellipsometer and method for measurement precision prediction of rotating-element spectroscopic ellipsometer, and recording medium storing program for executing the same, and recording medium storing program for executing the same
KR20180028787A (en) * 2016-09-09 2018-03-19 삼성전자주식회사 Defect inspection system and method, and method for fabricating semiconductor using the inspection method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN, C. et al., Multichannel Muller matrix ellipsometer based on the dual rotating compensator principle, Thin Solid Films May 2004, Vol. 455-456, Pages 14-23. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102531530B1 (en) * 2021-12-15 2023-05-15 (주)오로스 테크놀로지 Spectroscopic Ellipsometer and Method of Measuring the Ellipsometric Constant Using the Same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3909363B2 (en) Spectral polarization measurement method
US9200998B2 (en) Method and apparatus for ellipsometry measurement
US4647207A (en) Ellipsometric method and apparatus
KR100742982B1 (en) Focused-beam ellipsometer
US7889339B1 (en) Complementary waveplate rotating compensator ellipsometer
JP2006153770A (en) Spectral measurement apparatus
KR20150012509A (en) A method and apparatus for measuring thickness of object to be measured
KR20190118603A (en) Systems and Methods for Use in Ellipsometry with High Spatial Resolution
US9897486B2 (en) Method of calibrating and using a measuring apparatus that performs measurements using a spectrum of light
CN109470154B (en) Film thickness initial value measuring method suitable for spectrum ellipsometer
KR20140108651A (en) Spectral matching based calibration
WO2014133726A1 (en) Correction of plane-of-incidence azimuth in optical metrology
KR20070097047A (en) Metrological characterization of microelectronic circuits
TWI615604B (en) Calibration method for wide-band achromatic composite wave plate
KR102176199B1 (en) Ellipsometer
US7602509B1 (en) Method for selecting optical configuration for high-precision scatterometric measurement
KR102109540B1 (en) Data Analysis Method Of Ellipsometer
KR102195132B1 (en) Method for measuring the light intensity of continuous rotation of a polarizer
US7342661B2 (en) Method for noise improvement in ellipsometers
KR102570084B1 (en) The thickness measurement method using a three-dimensional reflectance surface
CN109115695A (en) A kind of extracting method of anisotropic body materials optical constant and Eulerian angles
JP5156306B2 (en) Optical anisotropy measuring apparatus and optical anisotropy measuring method
JP2012103222A (en) Evaluation method and evaluation device for optical anisotropy
JP2006071381A (en) Thin film measuring device
JP4153412B2 (en) Ellipsometry method using ellipsometer

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant