KR102391066B1 - 다층박막 두께 및 형상 측정을 위한 진동둔감 간섭계 - Google Patents

다층박막 두께 및 형상 측정을 위한 진동둔감 간섭계 Download PDF

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본 발명은 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 형상을 측정하기 위한 장치에 있어서, 광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광의 제1편광파를 반사시키고, 제2편광파를 투과시키는 편광빔스플리터; 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광파가 통과된 후, 상기 측정대상물에 반사된 반사광을 제2편광 반사파로 변환시키는 제1쿼터파장판; 상기 편광빔스플리터에 투과된 제2편광파가 통과된 후, 기준반사판에 반사된 반사광을 제1편광 반사파로 변환시키는 제2쿼터파장판; 상기 편광빔스플리터를 투과한 제2편광 반사파와, 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광 반사파가 통과되어 상기 제2편광 반사파와 상기 제1편광 반사파의 위상지연을 발생시켜 간섭신호를 생성하는 제3쿼터파장판; 상기 제3쿼터파장판을 통과한 후, 간섭신호가 입사되는 이미징 광학계; 상기 이미징 광학계를 통과한 간섭신호 패턴의 선택된 라인만을 투과시키는 슬릿; 상기 슬릿을 통과한 라인 간섭 신호를 분광 패턴으로 변환하는 영상분광기; 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상을 획득, 측정하는 편광카메라; 및 상기 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상으로부터 측정대상물의 형상을 측정, 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치에 관한 것이다.

Description

다층박막 두께 및 형상 측정을 위한 진동둔감 간섭계{Vibration insensitive interferometry for multilayer thin-film thickness profile measurement}
본 발명은 외부 진동 및 환경 변화에 둔감한 다층박막 두께 및 형상 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다.
분광타원기(Ellipsometer, 엘립소미터)는 반도체 산업에서 다층 필름(박막)의 구조 분석에 널리 사용된다. 이는 필름의 품질 검사로 사용될 수 있는 두께와 굴절률과 같은 매우 중요한 필름 매개 변수를 측정할 수 있다. 그러나, 25 ㎛ 이상의 큰 스폿 크기로 인해 낮은 공간 분해능과 입사각과 파장을 연속적으로 변화시켜 반사광의 편광 상태 변화를 측정해야 되기 때문에 측정 시간이 길다는 단점으로 인하여 산업체의 현장에서 생산 검사 장비로 활용하기가 어렵다. 또한, 단일 점 측정 방식으로 두께 측정에만 한정되어 있어, 각 층별 형상 측정이 불가능하게 된다.
위에서 설명한 모든 기술적 한계를 극복하기 위해 기존의 다층막 두께 측정법의 단점을 극복한 새로운 개념의 측정법 개발이 요구되었다. 본 발명의 실시예에 따르면 외부 진동 및 환경 변화에 둔감하면서도 다층막 구조물의 층별 두께와 형상을 동시에 측정이 가능한 진동둔감 간섭계를 개발하였다.
한국 등록특허 제0916618호 한국 등록특허 제0631060호 대한민국 공개특허 제2008-0090225호 대한민국 공개특허 제2008-0032680호 대한민국 등록특허 제829204호 대한민국 등록특허 제1554205*
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 편광빔스플리터와 쿼터파장판과 셔터 및 편광카메라를 통해 기준반사판과 측정대상물의 간섭신호를 통해 한 번에 다수의 서로 다른 위상천이된 간섭신호 이미지를 취득하여 측정대상물의 위상을 측정하고, 기준면과 측정대상물 각각에 대한 반사광을 다수의 서로 다른 편광자를 통해 한 번에 획득된 복수의 반사신호 이미지를 취득하여 측정대상물의 반사율을 측정할 수 있는, 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 형상을 측정하기 위한 장치에 있어서, 광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광의 제1편광파를 반사시키고, 제2편광파를 투과시키는 편광빔스플리터; 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광파가 통과된 후, 상기 측정대상물에 반사된 반사광을 제2편광 반사파로 변환시키는 제1쿼터파장판; 상기 편광빔스플리터에 투과된 제2편광파가 통과된 후, 기준반사판에 반사된 반사광을 제1편광 반사파로 변환시키는 제2쿼터파장판; 상기 편광빔스플리터를 투과한 제2편광 반사파와, 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광 반사파가 통과되어 상기 제2편광 반사파와 상기 제1편광 반사파의 위상지연을 발생시켜 간섭신호를 생성하는 제3쿼터파장판; 상기 제3쿼터파장판을 통과한 후, 간섭신호가 입사되는 이미징 광학계; 상기 이미징 광학계를 통과한 간섭신호 패턴의 선택된 라인만을 투과시키는 슬릿; 상기 슬릿을 통과한 라인 간섭 신호를 분광 패턴으로 변환하는 영상분광기; 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상을 획득, 측정하는 편광카메라; 및 상기 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상으로부터 측정대상물의 형상을 측정, 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 편광카메라는 픽셀화된 편광판 마스크와, 2D센서 어레이로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 픽셀화된 편광판 마스크는 전체 마스크에 대해 2x2 단위 셀의 반복된 패턴 어레이로 구성되며, 상기 2x2 단위 셀은 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자 패턴 어레이이고, 상기 2D 센서 어레이는 상기 마이크로 편광자 패턴 어레이 각각의 개별 편광요소에 정렬되어, 상기 편광카메라를 통해 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 각도 분해 분광 영상을 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제2쿼터파장판과 상기 기준반사판 사이에 구비되는 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 셔터가 개방되는 경우, 상기 편광카메라는 기준반사판과 측정대상물의 간섭신호에 대해 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 영상을 획득하고, 상기 분석수단은 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 영상을 기반으로 상기 측정대상물의 위상을 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 셔터가 닫히는 경우, 상기 편광카메라는 측정대상물의 반사광에 대해 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자를 통해 4개의 측정대상물 반사광 이미지를 획득하고, 상기 편광카메라는 기준면의 반사광에 대해 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자를 통해 4개의 기준면 반사광 이미지를 획득하고, 상기 분석수단은 4개의 측정대상물의 반사광 이미지와, 4개의 기준면의 반사광이미지 및 상기 기준면의 절대반사율을 기반으로 상기 측정대상물의 절대반사율을 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 조명광학모듈과 상기 편광빔스플리터 사이에 구비되어 상기 제1편광과 상기 제2편광의 비율을 조절하는 선형편광기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 제1단계; 상기 조명광학모듈에서 출사된 제1편광파가 편광빔스플리터에 반사되고, 제2편광파가 투과되는 제2단계; 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광파가 제1쿼터파장판에 통과된 후, 상기 측정대상물에 반사된 반사광이 다시 상기 제1쿼터파장판을 통과하여 제2편광 반사파로 변환되는 제3단계; 상기 편광빔스플리터에 투과된 제2편광파가 제2쿼터파장판에 통과된 후, 기준반사판에 반사된 반사광이 다시 상기 제2쿼터파장판을 통과하여 제1편광 반사파로 변환되는 제4단계; 상기 편광빔스플리터를 투과한 제2편광 반사파와, 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광 반사파가 제3쿼터파장판을 통과하여 상기 제2편광 반사파와 상기 제1편광 반사파의 위상지연을 발생시켜 간섭신호를 생성하는 제5단계; 상기 제3쿼터파장판을 통과한 후, 간섭신호가 이미징광학계에 입사되는 제6단계; 슬릿에 의해 상기 이미징 광학계를 통과한 간섭신호 패턴의 선택된 라인만을 투과시키는 제7단계; 영상분광기를 통해 상기 슬릿을 통과한 라인 간섭 신호를 분광 패턴으로 변환하는 제8단계; 편광카메라를 통해 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상을 획득, 측정하는 제9단계; 및 분석수단을 통해 상기 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상으로부터 측정대상물의 위상을 측정, 분석하는 제10단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 편광카메라는 픽셀화된 편광판 마스크와, 2D센서 어레이로 구성되고, 상기 픽셀화된 편광판 마스크는 전체 마스크에 대해 2x2 단위 셀의 반복된 패턴 어레이로 구성되며, 상기 2x2 단위 셀은 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자 패턴 어레이이고, 상기 2D 센서 어레이는 상기 마이크로 편광자 패턴 어레이 각각의 개별 편광요소에 정렬되어, 상기 획득, 측정하는 단계에서, 상기 편광카메라를 통해 4개의 마이크로 편광자 각각으로부터 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 영상을 획득하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 편광빔스플리터와 상기 기준반사판 사이에 설치된 셔터를 닫는 경우, 편광빔스플리터를 투과한 제2편광파는 상기 기준반사판에 입사되지 않으며, 상기 편광카메라는 측정대상물의 반사광에 대해 4개의 반사광 이미지를 획득하고, 기준면의 반사광에 대해 4개의 반사광 이미지를 획득하며, 상기 분석수단은 4개의 측정대상물의 반사광 이미지와, 4개의 기준면의 반사광이미지 및 상기 기준면의 절대반사율을 기반으로 상기 측정대상물의 절대반사율을 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 조명광학모듈과 상기 편광빔스플리터 사이에 구비된 선형편광기에 의해 상기 제1편광과 상기 제2편광 비율이 조절되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치 및 측정방법에 따르면, 편광빔스플리터와 쿼터파장판과 셔터 및 편광카메라를 통해 기준반사판과 측정대상물의 간섭신호를 통해 한 번에 다수의 서로 다른 위상전이된 간섭신호 이미지를 취득하여 측정대상물의 위상을 측정하고, 기준면과 측정대상물 각각에 대한 반사광을 다수의 서로 다른 편광자를 통해 한 번에 획득된 복수의 반사신호 이미지를 취득하여 측정대상물의 반사율을 측정할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 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.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치의 구성도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 편광카메라에서 획득된 이미지(좌측)와, 픽셀화된 편광판 마스크 어레이 및 그 단위 셀 구조(우측),
도 2b는 90도 편광각도에 해당되는 서브 픽셀 이미지,
도 2c는 45도 편광각도에 해당하는 서브 픽셀 이미지,
도 2d는 135도 편광각도에 해당되는 서브 픽셀 이미지,
도 2e는 0도 편광각도에 해당되는 서브 픽셀 이미지,
도 3a은 본 발명의 실시예에 따른 셔터가 off(open)되어 측정대상물과 기준반사판과의 간섭신호 획득시 이미지,
도 3b는 90도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지,
도 3c는 45도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지,
도 3d는 135도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지,
도 3e는 0도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지,
도 4는 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 4개의 간섭신호 이미지로부터 획득된 위상정보를 갖는 이미지,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셔터가 on(close)되어 측정대상물의 반사광을 측정하는 과정을 나타낸 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 셔터가 on(close)되어 기준면의 반사광을 측정하는 과정을 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정대상물의 반사광과, 기준면의 반사광으로부터 측정대상물의 절대 반사율을 획득하는 과정을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치(100)의 구성에 대해 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치(100)의 구성도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치(100)는, 조명광학모듈(10)과, 선형편광기(13), 편광빔스플리터(20), 제1쿼터파장판(30), 제2쿼터파장판(40), 셔터(41), 기준반사판(2), 제3쿼터파장판(50), 이미징광학계(60), 슬릿(61), 영상분광기(70), 편광카메라(80) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
조명광학모듈(10)은 광을 출사시키는 광대역광원(11)과, 이러한 광대역광원(11)에서 출사된 광을 측정대상물(1)에 균일한 광강도 분포를 갖도록 광을 출사시키는 조명 광학계(12)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 구체적실시예로서 광대역광원(11)은 400 ~ 700nm 파장을 갖는 광을 출사시키도록 구성된다.
편광빔스플리터(20)는 조명광학모듈(10)에서 출사된 광의 제1편광파를 반사시키고, 제2편광파를 투과시키도록 구성된다. 즉 S 파는 반사시키고, P 파는 투과시키도록 구성된다.
그리고 편광빔스플리터(20)와 조명광학계(12) 사이에는 선형편광기(13)가 구비되어 S 파와 P 파의 비율을 조절할 수 있도록 구성된다.
그리고 제1쿼터파장판(30)은 편광빔스플리터(20)에 의해 반사된 S 파가 통과된 후, 측정대상물(1)에 반사된 반사광을 P 파로 변환시키기 위해 구성된다. 따라서 반사되어 변환된 P 반사파는 편광빔스플리터(20)를 투과하게 된다.
또한, 셔터(41)가 open된 상태에서, 제2쿼터파장판(40)은 편광빔스플리터(20)에 투과된 P 파가 통과된 후, 기준반사판(2)에 반사된 반사광을 S 반사파로 변환시키도록 구성된다. 따라서 기준반사판(2)에 반사되어 제2쿼터파장판(40)에 의해 변환된 S 반사파는 편광빔스플리터(20)에 반사되게 된다.
그리고 편광빔스플리터(20)를 투과한 P 반사파와, 편광빔스플리터(20)에 의해 반사된 S 반사파가 제3쿼터파장판(50)에 통과되게 되고, 제3쿼터파장판(50)에 의해 P 반사파와 S 반사파 사이에 위상지연이 발생되어 간섭신호가 생성되게 된다.
그리고 제3쿼터파장판(50)을 통과한 후, 간섭신호는 이미징광학계(60) 입사되게 되고, 슬릿(61)에 의해 이미징 광학계(60)를 통과한 간섭신호 패턴의 선택된 라인만이 투과되게 된다.
그리고 슬릿(61)을 통과한 라인 간섭 신호를 영상분광기(70)에 의해 분광 패턴으로 변환하게 되고, 편광카메라(80)에 의해 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상을 획득, 측정하게 된다.
그리고 분석수단은 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상으로부터 측정대상물(1)의 형상을 측정, 분석하게 된다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 편광카메라에서 획득된 이미지(좌측)와, 픽셀화된 편광판 마스크 어레이 및 그 단위 셀 구조(우측)를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 편광카메라(80)는 픽셀화된 편광판 마스크와, 2D센서 어레이로 구성된다. 픽셀화된 편광판 마스크는 전체 마스크에 대해 2x2 단위 셀의 반복된 패턴 어레이로 구성되며, 2x2 단위 셀(82)은 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자 패턴 어레이(81)이고, 2D 센서 어레이는 상기 마이크로 편광자 패턴 어레이 각각의 개별 편광요소에 정렬되게 된다. 따라서 편광카메라(80)를 통해 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 각도 분해 분광 영상을 획득할 수 있게 된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 2*2 단위셀(82)은 90도 마이크로 편광자와, 45도 마이크로 편광자, 135도 마이크로 편광자, 0도 마이크로 편광자로 구성되게 됨을 알 수 있다. 따라서 하나의 단일샷으로 서로 다른 위상 천이된 간섭신호 이미지를 얻을 수 있게 된다.
도 2b는 90도 편광각도에 해당되는 서브 픽셀 이미지를 도시한 것이고, 도 2c는 45도 편광각도에 해당하는 서브 픽셀 이미지를 나타낸 것이며, 도 2d는 135도 편광각도에 해당되는 서브 픽셀 이미지, 도 2e는 0도 편광각도에 해당되는 서브 픽셀 이미지를 도시한 것이다.
그리고 도 3a은 본 발명의 실시예에 따른 셔터가 off(open)되어 측정대상물과 기준반사판과의 간섭신호 획득시 이미지를 도시한 것이다. 또한, 도 3b는 90도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지를 나타낸 것이고, 도 3c는 45도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지, 도 3d는 135도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지, 도 3e는 0도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 4개의 간섭신호 이미지로부터 획득된 위상정보를 갖는 이미지를 도시한 것이다. 즉, 90도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지, 45도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지, 135도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지, 0도 마이크로 편광자에 의해 획득된 위상천이된 간섭신호 이미지로부터, 측정대상물의 위상을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2쿼터파장판(40)과 기준반사판(2) 사이에 셔터(41)가 구비되게 된다. 앞서 언급한 바와 같이, 셔터(41)가 off(open)되는 경우, 기준반사판(2)과, 측정대상물(1) 간에 간섭신호를 획득하여 측정대상물(1)의 위상을 얻을 수 있게 된다.
즉, 셔터(41)가 개방되는 경우, 편광카메라(80)는 기준반사판(2)과 측정대상물(1)의 간섭신호에 대해 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 이미지를 획득하고, 분석수단은 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 이미지를 기반으로 상기 측정대상물의 위상을 분석하게 된다.
그리고 셔터(41)를 on(close)하게 되는 경우, 측정대상물(1)에 대한 반사광과, 기준면(미도시)에 대한 반사광 각각을 측정할 수 있고, 이러한 측정대상물(1)에 대한 반사광과, 기준면에 대한 반사광을 기반으로 측정대상물(1)에 대한 절대반사율을 획득할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셔터가 on(close)되어 측정대상물의 반사광을 측정하는 과정을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 편광카메라(80)는 측정대상물(1)의 반사광에 대해 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자를 통해 4개(90도, 45도, 135도, 0도)의 측정대상물 반사광 이미지를 획득하게 되고, 이에 대한 평균 광강도를 산출할 수 있음을 알 수 있다.
그리고 측정대상물(1)이 장착된 위치에 이미 절대반사율을 알고 있는 기준면(미도시)을 설치하고, 기준면에 대한 반사광을 측정하게 된다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 셔터(41)가 on(close)되어 기준면의 반사광을 측정하는 과정을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 편광카메라(80)는 기준면의 반사광에 대해 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자를 통해 4개(90도, 45도, 135도, 0도)의 기준면 반사광 이미지를 획득할 수 있게 됨을 알 수 있게 되고, 이에 대한 평균 광강도를 산출할 수 있음을 알 수 있다.
그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정대상물(1)의 반사광과, 기준면의 반사광으로부터 측정대상물의 절대 반사율을 획득하는 과정을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
도 7에 나타낸 식에 의해 측정대상물(1)에 대한 반사광의 평균 광강도(Isam)와, 기준면에 대한 반사광의 평균 광강도(Iref)와 이미 알고 있는 기준면의 절대반사율(Rref)로부터 측정대상물의 절대반사율(Rsam)을 산출할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:측정대상물
2:기준반사판
10:조명광학모듈
11:광원
12:조명광학계
13:선형편광기
20:편광빔스플리터
30:제1쿼터파장판
40:제2쿼터파장판
41:셔터
50:제3쿼터파장판
60:이미징광학계
61:슬릿
70:영상분광기
80:편광카메라
81:편광판 마스크 어레이
82:2*2 단위셀
100:진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치

Claims (11)

  1. 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 형상을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광의 제1편광파를 반사시키고, 제2편광파를 투과시키는 편광빔스플리터;
    상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광파가 통과된 후, 상기 측정대상물에 반사된 반사광을 제2편광 반사파로 변환시키는 제1쿼터파장판;
    상기 편광빔스플리터에 투과된 제2편광파가 통과된 후, 기준반사판에 반사된 반사광을 제1편광 반사파로 변환시키는 제2쿼터파장판;
    상기 편광빔스플리터를 투과한 제2편광 반사파와, 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광 반사파가 통과되어 상기 제2편광 반사파와 상기 제1편광 반사파의 위상지연을 발생시켜 간섭신호를 생성하는 제3쿼터파장판;
    상기 제3쿼터파장판을 통과한 후, 간섭신호가 입사되는 이미징 광학계;
    상기 이미징 광학계를 통과한 간섭신호 패턴의 선택된 라인만을 투과시키는 슬릿;
    상기 슬릿을 통과한 라인 간섭 신호를 분광 패턴으로 변환하는 영상분광기;
    서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상을 획득, 측정하는 편광카메라; 및
    상기 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상으로부터 측정대상물의 형상을 측정, 분석하는 분석수단; 및
    상기 제2쿼터파장판과 상기 기준반사판 사이에 구비되는 셔터;를 포함하고,
    상기 편광카메라는 픽셀화된 편광판 마스크와, 2D센서 어레이로 구성되며,
    상기 픽셀화된 편광판 마스크는 전체 마스크에 대해 2x2 단위 셀의 반복된 패턴 어레이로 구성되며, 상기 2x2 단위 셀은 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자 패턴 어레이이고, 상기 2D 센서 어레이는 상기 마이크로 편광자 패턴 어레이 각각의 개별 편광요소에 정렬되어, 상기 편광카메라를 통해 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상을 획득하고,
    상기 셔터가 개방되는 경우, 상기 편광카메라는 기준반사판과 측정대상물의 간섭신호에 대해 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 영상을 획득하고, 상기 분석수단은 4개의 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 영상을 기반으로 상기 측정대상물의 위상을 분석하며,
    상기 셔터가 닫히는 경우, 상기 편광카메라는 측정대상물의 반사광에 대해 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자를 통해 4개의 측정대상물 반사광 이미지를 획득하고, 상기 편광카메라는 기준면의 반사광에 대해 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자를 통해 4개의 기준면 반사광 이미지를 획득하고,상기 분석수단은 4개의 측정대상물의 반사광 이미지와, 4개의 기준면의 반사광이미지 및 상기 기준면의 절대반사율을 기반으로 상기 측정대상물의 절대반사율을 분석하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 조명광학모듈과 상기 편광빔스플리터 사이에 구비되어 상기 제1편광과 상기 제2편광비율을 조절하는 선형편광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정장치.
  8. 제 1항 또는 제 7항에 따른 측정장치를 이용하는, 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정방법으로서,
    조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 제1단계;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 제1편광파가 편광빔스플리터에 반사되고, 제2편광파가 투과되는 제2단계;
    상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광파가 제1쿼터파장판에 통과된 후, 측정대상물에 반사된 반사광이 다시 상기 제1쿼터파장판을 통과하여 제2편광 반사파로 변환되는 제3단계;
    상기 편광빔스플리터에 투과된 제2편광파가 제2쿼터파장판에 통과된 후, 기준반사판에 반사된 반사광이 다시 상기 제2쿼터파장판을 통과하여 제1편광 반사파로 변환되는 제4단계;
    상기 편광빔스플리터를 투과한 제2편광 반사파와, 상기 편광빔스플리터에 의해 반사된 제1편광 반사파가 제3쿼터파장판을 통과하여 상기 제2편광 반사파와 상기 제1편광 반사파의 위상지연을 발생시켜 간섭신호를 생성하는 제5단계;
    상기 제3쿼터파장판을 통과한 후, 간섭신호가 이미징광학계에 입사되는 제6단계;
    슬릿에 의해 상기 이미징 광학계를 통과한 간섭신호 패턴의 선택된 라인만을 투과시키는 제7단계;
    영상분광기를 통해 상기 슬릿을 통과한 라인 간섭 신호를 분광 패턴으로 변환하는 제8단계;
    편광카메라를 통해 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상을 획득, 측정하는 제9단계; 및
    분석수단을 통해 상기 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 분광 영상으로부터 측정대상물의 위상을 측정, 분석하는 제10단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 편광카메라는 픽셀화된 편광판 마스크와, 2D센서 어레이로 구성되고, 상기 픽셀화된 편광판 마스크는 전체 마스크에 대해 2x2 단위 셀의 반복된 패턴 어레이로 구성되며, 상기 2x2 단위 셀은 4개의 서로 다른 편광 축을 갖는 마이크로 편광자 패턴 어레이이고, 상기 2D 센서 어레이는 상기 마이크로 편광자 패턴 어레이 각각의 개별 편광요소에 정렬되어,
    상기 획득, 측정하는 단계에서, 상기 편광카메라를 통해 4개의 마이크로 편광자 각각으로부터 서로 다른 위상천이 상태를 갖는 간섭신호 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 편광빔스플리터와 상기 기준반사판 사이에 설치된 셔터를 닫는 경우,
    편광빔스플리터를 투과한 제2편광파는 상기 기준반사판에 입사되지 않으며,
    상기 편광카메라는 측정대상물의 반사광에 대해 4개의 반사광 이미지를 획득하고, 기준면의 반사광에 대해 4개의 반사광 이미지를 획득하며,
    상기 분석수단은 4개의 측정대상물의 반사광 이미지와, 4개의 기준면의 반사광이미지 및 상기 기준면의 절대반사율을 기반으로 상기 측정대상물의 절대반사율을 분석하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 조명광학모듈과 상기 편광빔스플리터 사이에 구비된 선형편광기에 의해 상기 제1편광과 상기 제2편광 비율이 조절되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동둔감 간섭법을 이용한 다층박막 두께 및 형상 측정방법.
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