KR102525326B1 - 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체는 바디와, 상기 바디에 장착된 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈와 온-액시스 렌즈를 포함한다.
상기 바디는 기준면을 구비하고, 상기 기준면에 대하여 경사지게 입사각을 갖도록 형성된 제1 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 경사지게 상기 입사각에 대응하는 반사각을 갖도록 형성된 제2 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 수직으로 형성된 제3 관통구멍을 포함한다. 상기 제1 관통구멍의 중심 축선과 상기 제2 관통구멍의 중심 축선과 상기 제3 관통구멍의 중심 축선은 상기 기준면에 수직인 동일한 평면에 정렬되어 있고, 한점에서 교차하도록 형성되어 있다. 상기 제1 오프-액시스 렌즈는 상기 바디의 제1 관통구멍에 장착되어 있고, 상기 제2 오프-액시스 렌즈는 상기 바디의 제2 관통구멍에 장착되어 있고, 상기 온-액시스 렌즈는 상기 제3 관통구멍에 장착되어 있다. 또한, 상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절이 가능하도록 구성되어 있고, 상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈와 온-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 내지 제3 관통구멍의 중심 축선을 따라서 상하로 이동이 가능하도록 구성되어 있다.

Description

입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체{Assembley of off-axis optical lenses with angle of incidence}
본 발명은 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체에 관한 것이다.
반도체 장치(semiconductor device)는 다양한 공정를 거쳐서 제조된다. 반도체 제조에 적용되는 공정으로, 리소그래피, 화학 기계적 연마, 에칭, 증착, 이온 주입등의 공정이 있다. 반도체 제조 공정의 수율을 높이기 위하여, 반도체 제조 공정 중에 웨이퍼 상의 형성되는 박막 또는 구조물들의 결함을 검출하기 위한 다양한 계측 기술이 적용되고 있다.
다양한 계측 기술 중에 광학 계측 기술(optical metrology)은 웨이퍼 상에 손상을 가하지 않고 고속으로 계측을 수행할 수 있는 장점이 있다. 반도체 제조 공정에 사용되는 광학 계측 기술로 회절 현상을 이용하는 산란계측법(scatterometry)과 반사계측법(reflectometry) 및 편광을 이용하는 엘립소메트리(ellipsometry) 등이 있다.
이러한 광학 계측 기술은 광학 계측 장치로 구현되어 반도체 장치의 제조 공정 중에 웨이퍼 상에 형성되는 구조물들의 임계 치수나 막 두께 및 막의 조성 등을 계측 하기 위하여 사용된다.
최근 반도체 장치가 집적화 됨에 따라, 회로의 선폭이 수 나노 미터(x nm) 수준으로 작아지고 있다. 따라서, 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 상에 형성되는 수 나노 미터 수준의 박막이나 구조물을 계측하기 위하여 보다 정밀한 광학 계측 장치가 필요하고, 정밀한 광학 계측을 위하여 광학 계측 장치의 분해능 향상이 요청된다.
광학 계측 장치의 분해능을 향상 시키기 위해서, 계측 하고자 하는 시료의 표면에 수십 내지 수백 마이크로 미터의 직경을 갖는 스폿으로 광을 집속시킬 필요가 있다. 또한, 시료의 표면에 조사되는 광축과 시료의 표면에서 반사되는 광축을 잘 정렬하고, 계측 하고자 하는 시료의 표면에서 반사되는 광을 받아 들이는 대물 렌즈를 근접시킬 필요가 있다.
일반적으로 광학 계측 장치는 광학 시스템(optical system)을 구비하고, 광학계(광학 시스템)는 시료의 표면에 광을 집속하여 조사하고, 시료의 표면에서 반사되는 광을 이미지 센서로 전달한다. 광학 시스템에 대한 다양한 정의가 있으나, 본 발명에서는 광원으로부터 방사되는 광을 받아서 시료에 조사하고, 시료에서 반사되는 광을 받아서 광 검출 센서로 전달하기 위한 시스템으로, 렌즈, 거울, 프리즘 등 광을 반사하거나 투과하는 부품의 결합으로 한정한다.
광학 시스템의 분해능을 높이기 위하여, 수십 내지 수백 마이크로 미터의 직경을 갖는 광 스폿을 형성하고, 대물 렌즈를 사용하여 표면의 이미지를 촬영할 경우 시료의 표면에 대물 렌즈를 근접시킬 수 있도록 광학 시스템을 컴팩트하게 구성할 필요가 있다. 특히, 시료에 광을 경사지게 조사하여 광 스폿을 형성할 경우 광학 렌즈들을 정렬하여 초점을 정확하게 맞추고, 대물 렌즈를 사용할 경우 시료의 표면에 최대한 근접하도록 구성할 할 필요가 있다.
반도체 제조 공정에서 광학 계측 장치에 온-액시스 광학계나 오프-액시스 광학계가 사용된다. 오프-액시스 광학계는 광축이 구경(aperture)의 기학학적 중심 축과 일치하지 않는 광학 시스템이다. 오프-액시스 광학계는 주 광학 요소가 다른 광학 요소나 광센서 등에 의해서 방해를 받는 것을 피하고, 특정 광학 요소를 시료에 신속하게 근접 시키기 위하여 사용된다.
본 발명은 반도체 제조 공정에서 사용되는 광학 계측 장치에 사용되는 오프-액시스 광학계를 용이하게 정렬하고, 정렬된 오프-액시스 광학계를 안정적으로 유지할 수 있는, 오프-액시스 렌즈 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 정렬된 오프-액시스 광학계가 장시간 사용이나 온도 변화 또는 진동과 같은 외부의 요인에 의해서 정렬이 깨지는 것을 방지할 수 있는 오프-액시스 렌즈 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체는 바디와, 상기 바디에 장착된 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈와 온-액시스 렌즈를 포함한다. 제1 오프-액시스 렌즈는 시료의 표면에 경사지게 광을 조사하여 광 스폿을 형성하고, 제2 오프-액시스 렌즈는 상기 시료의 표면으로부터 경사지게 반사되는 광을 받아들여 광검출 센서로 전달하기 위한 렌즈이다. 상기 오프-액시스 렌즈는 반사형 또는 굴절형 오프-액시스 렌즈를 사용할 수 있다. 반사형 오프-액시스 렌즈로 Schwarzschild 렌즈를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 바디는 기준면을 구비하고, 상기 기준면에 대하여 경사지게 입사각을 갖도록 형성된 제1 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 경사지게 상기 입사각에 대응하는 반사각을 갖도록 형성된 제2 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 수직으로 형성된 제3 관통구멍을 포함한다. 상기 제1 관통구멍의 중심 축선과 상기 제2 관통구멍의 중심 축선과 상기 제3 관통구멍의 중심 축선은 상기 기준면에 수직인 동일한 평면에 정렬되어 있고, 한점에서 교차하도록 형성되어 있다. 상기 제1 오프-액시스 렌즈는 상기 바디의 제1 관통구멍에 장착되어 있고, 상기 제2 오프-액시스 렌즈는 상기 바디의 제2 관통구멍에 장착되어 있고, 상기 온-액시스 렌즈는 상기 제3 관통구멍에 장착되어 있다.
또한, 상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절이 가능하도록 구성되어 있고, 상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈와 온-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 내지 제3 관통구멍의 중심 축선을 따라서 상하로 이동이 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체는, 기준면을 구비하고, 상기 기준면에 대하여 경사지게 입사각을 갖도록 형성된 제1 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 경사지게 상기 입사각에 대응하는 반사각을 갖도록 형성된 제2 관통구멍을 포함하는 바디와, 상기 제1 관통구멍에 장착된 제1 오프-액시스 렌즈와, 상기 제2 관통구멍에 장착된 제2 오프-액시스 렌즈를 포함하고, 상기 제1 관통구멍의 중심 축선과 상기 제2 관통구멍의 중심 축선은 상기 기준면에 수직인 동일한 평면에 정렬되어 있고, 한점에서 교차하도록 형성되어 있고, 상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선을 따라 상하로 이동이 가능하고, 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체는, 일측 단부에 암나사가 형성된 관통구멍을 구비하고, 상기 바디에 회동 가능하게 설치된 조절 레버와, 상기 조절 레버의 관통구멍에 나사 결합된 조절 스크류와, 상기 바디와 온-액시스 렌즈 사이에 설치된 압축 스프링을 더 포함하고, 상기 온-액시스 렌즈는 상기 기준면과 수평이 되도록 형성된 레버 가압면을 포함하고, 상기 조절 레버는 타측 단이 상기 온-액시스 렌즈의 레버 가압면과 접촉하도록 배치되어, 상기 조절 레버의 회동에 의해서 온-액시스 렌즈를 제3 관통구멍의 축선 방향에 대하여 상하로 이동이 가능하도록 구성할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체는, 상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 광이 통과되기 위한 핀홀 주변에 나사산이 형성된 적어도 세개의 조정 관통구멍을 구비하고, 일단이 상기 바디에 연결되고 타단이 상기 제1 오프-액시스 렌즈에 연결되어 상기 바디와 상기 제1 오프-액시스 렌즈를 탄성적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 제1 인장스프링과, 일단이 상기 바디에 연결되고 타단이 상기 제2 오프-액시스 렌즈에 연결되어 상기 바디와 상기 제2 오프-액시스 렌즈를 탄성적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 제2 인장스프링과, 상기 각각의 조정 관통구멍에 나사 결합되고 일단이 상기 바디에 접촉하도록 배치된 조정 플런저들을 더 포함하고, 상기 조정 플런저들 각각이 상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈에 대하여 회전에 의해서 이동된 위치에 따라, 상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈 각각이 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절과 중심축선을 따라 상하로 이동이 가능하도록 구성할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체는, 상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈로 Schwarzschild 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈들 조립체를 정렬하는 방법은, 상기 시료의 표면에 대하여 정해진 입사각으로 광을 조사하여 형성되는 광 경로에, 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍이 형성된 제1 디스크를 광의 입사 경로에 수직이 되도록 배치하고, 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍이 형성된 제1 디스크를 광의 반사 경로에 수직이 되도록 배치하는 디스크 배치 단계와, 상기 제1 디스크의 관통구멍들을 통과한 광이 시료의 표면에 조사되어 반사되는 광이 제2 디스크의 대응하는 관통구멍들을 통과하도록 상기 상기 시료의 높이와 경사를 조절하는 시료 정렬 단계와, 상기 제1 디스크의 광 경로 하류에 상기 제1 오프-액시스 렌즈를 설치하고, 상기 제2 디스크의 광 경로 상류에 상기 제2 오프-액시스 렌즈를 설치하고, 상기 제1 디스크의 오프-액시스 관통구멍을 통과하고 시료에서 반사된 광이 제2 디스크의 오프-액시스 관통구멍을 통과하도록, 상기 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈를 정렬하는 오프-액시스 렌즈 정렬 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 디스크 배치 단계는, 상기 제1 디스크와 일정 거리 이격되도록 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍이 형성된 제3 디스크를 광의 입사 경로에 수직이 되도록 배치하고, 상기 제2 디스크와 일정 거리 이격되도록 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍이 형성된 제3 디스크를 광의 입사 경로에 수직이 되도록 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 시료 정렬 단계는, 상기 제1 디스크 및 제3 디스크의 관통구멍들을 통과한 광이 시료의 표면에 조사되어 반사되는 광이 제2 디스크 및 제4 디스크의 대응하는 관통구멍들을 통과하도록 상기 상기 시료의 높이와 경사를 조절하도로 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 광학 렌즈들의 조립체를 정렬하는 방법은, 시료의 표면에 반구 렌즈를 장착하는 단계와, 상기 제1 오프-액시스 렌즈에 제1 간섭계를 연결하고, 제2 오프-액시스 렌즈에 제2 간섭계를 연결하고, 상기 반구 렌즈에 의해서 상기 각각의 간섭계에 검출되는 간섭 무늬를 분석하여 상기 각각의 오프-액시스 렌즈를 정렬하는 오프-액시스 렌즈 미세 정렬 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 광학 렌즈들의 조립체를 정렬하는 방법은, 상기 시료이 표면에서 반사되어 상기 온-액시스 렌즈를 통과한 광을 이미지 센서에서 취득하여 대물 렌즈의 초점을 조절하는 온-액시스 렌즈 정렬 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 시료의 표면에 반구 렌즈를 장착하는 단계와, 상기 제1 오프-액시스 렌즈에 제1 간섭계를 연결하고, 제2 오프-액시스 렌즈에 제2 간섭계를 연결하고, 상기 온-액시스 렌즈에 제3 간섭계를 연결하고, 상기 반구 렌즈에 의해서 상기 각각의 간섭계에 검출되는 간섭 무늬를 분석하여 상기 각각의 렌즈들을 정렬하는 렌즈 미세 정렬 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 제공되는 입사각을 갖는 오프-액시스 광학 렌즈 조립체는 오프-액시스 광학계를 용이하게 정렬하고, 정렬된 오프-액시스 광학계를 안정적으로 유지할 수 있다. 특히, 오프-액시스 렌즈들과 온-액시스 렌즈가 일체로 형성된 바디에 고정된 상태에서 미세하게 정렬될 수 있어서, 일체형 바디에 고정된 렌즈들이 장시간 사용이나 외부의 진동 또는 온도의 변화에 따라 정렬이 깨지지 않도록 정렬된 위치를 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명에 따라 제공되는 입사각을 갖는 오프-액시스 광학 렌즈 조립체를 사용하면, 반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 광학 계측 장치의 계측 정밀도를 높일 수 있고, 오프-액시스 광학계를 사용하는 광학 계측 장치를 보다 컴팩트하게 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 일실시예의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 정렬 방법에서 시료 정렬 단계에 대한 설명도
도 3은 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 정렬 방법에서 오프-액시스 렌즈의 정렬 단계에 대한 설명도
도 4는 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 정렬 방법에서 온-액시스 렌즈 정렬 단계에 대한 설명도
도 5는 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 정렬 방법에서 간섭계를 사용한 미세 정렬 단계에 대한 설명도
도 6은 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 일실시예에 따른 정렬 방법을 나타내는 흐름도
도 7은 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 다른 실시예에 따른 정렬 방법을 나타내는 흐름도
도 8은 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 일실시예의 사시도
도 9는 도 8에 도시된 실시예의 단면도
도 10은 도 8에 도시된 실시예에서 온-액시스 렌즈의 조정 기구를 나타내는 개략 단면도
도 11은 도 8에 도시된 실시예에서 오프-액시스 렌즈의 조정 기구를 나타내는 사시도
도 12는 도11에 도시된 오프-액시스 렌즈의 조정 기구를 나타내는 사시도의 부분단면도
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 일실시예의 개략도이다.
본 발명에 따른 오프-액시스 렌즈 조립체(100)는 제1 오프-액시스 렌즈(10)와, 제2 오프-액시스 렌즈(20)와, 온-액시스 렌즈(30)를 구비한다. 본 실시예에서 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈(10, 20)는 반사형 렌즈이나 이에 한정되는 것은 아니고, 굴절형 오프-액시스 렌즈 또는 반사 및 굴절 광학 요소를 결합한 오프-액시스 렌즈를 사용할 수도 있다. 일반적으로 오프-액시스 렌즈는 광검출 센서에 사용되고, 온-액시스 렌즈는 이미지 센서에 사용된다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈(10, 20)는 각각 Schwarzschild 렌즈의 일부를 제거하고, 제거된 부분에 온-액시스 렌즈(30)를 배치하여 광학계를 컴팩트하게 구성하였다. 온-액시스 렌즈(30)는 CCD 카메라에 연결되어 시료(50)의 표면의 이미지를 촬영하기 대물 렌즈로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 광원(미도시)으로부터 방사된 광은 계측 하고자 하는 시료(50)에 대하여 일정한 각도(θ1)로 입사된다. 광원에서 제1 오프-액시스 렌즈(10)의 어퍼처(5)로 입사되는 광(1)은 온-액시스 광축(x1)을 구비하고, 제1 오프-액시스 렌즈(10)를 통과하는 시료(50)에 입사되는 광(1)은 오프-액시스 광축(x2)을 구비한다.
제1 오프-액시스 렌즈(10)는 제1 미러(12)와 제2 미러(14)를 구비하고, 어퍼처(5)로 들어온 광(1)은 제2 미러(14)에서 반사되고 제1 미러(12)에서 반사되어 시료(50)의 표면에 광 스폿을 형성하도록 구성되어 있다. 제1 오프-액시스 렌즈(10)를 통과하여 시료(50)의 표면에 입사되는 광(2)은 시료의 표면에 대하여 광원의 입사각 θ1보다 작은 각도, θ2로 입사된다. 시료(50)의 표면에서 반사된 광(3)은 제2 오프-액시스 렌즈(20)의 제1 미러(22)에서 반사되고 제2 미러(24)에서 반사되어 어퍼처(6)를 통과하는 광(4)으로 방출된다.
제1 오프-액시스 렌즈(10)는 편광 발생장치(polarization state generator)에 연결되고, 제2 오프-액시스 렌즈(20)는 편광 검출장치(polarization state analyzer)와 광센서에 연결된다. 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈(10, 20)를 사용하여 웨이퍼의 표면의 박막의 두께나 조성을 계측하기 위하여 편광을 사용할 경우, θ2는 대략 67°가 되도록 정렬된다.
도 8은 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체(200)의 일실시예의 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 실시예(200)의 단면도이다.
본 실시예의 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체(200)는 바디(240)와, 상기 바디(240)에 장착된 제1 오프-액시스 렌즈(210)와 제2 오프-액시스 렌즈(220)와 온-액시스 렌즈(230)를 포함한다. 제1 오프-액시스 렌즈(210)는 시료의 표면에 경사지게 광을 조사하여 광 스폿을 형성하고, 제2 오프-액시스 렌즈(220)는 상기 시료의 표면으로부터 경사지게 반사되는 광을 받아들여 이미지 센서로 전달하기 위한 렌즈이다. 상기 오프-액시스 렌즈(210, 220)는 반사형 또는 굴절형 오프-액시스 렌즈를 사용할 수 있다. 반사형 오프-액시스 렌즈로 Schwarzschild 렌즈를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9를 참조하면, 바디(240)는 기준면(245)을 구비하고, 기준면(245)에 대하여 경사지게 입사각을 갖도록 형성된 제1 관통구멍(241)과, 기준면(245)에 대하여 경사지게 입사각에 대응하는 반사각을 갖도록 형성된 제2 관통구멍(242)과, 기준면(245)에 대하여 수직으로 형성된 제3 관통구멍(243)을 포함한다. 제1 관통구멍(241)의 중심 축선(A1)과 상기 제2 관통구멍(242)의 중심 축선(A2)과 제3 관통구멍(243)의 중심 축선(A3)은 기준면(245)에 수직인 동일한 평면에 정렬되어 있고, 도 9에 도시된 것과 같이, 한점(P)에서 교차하도록 형성되어 있다. 또한, 바디(240)에는 바디(240)를 프레임에 고정하기 위한 복수의 고정부(244)가 형성되어 있다. 고정부(244)에는 볼트 체결을 위한 관통구멍이 형성되어 있다.
또한, 제1 오프-액시스 렌즈(210)는 바디(240)의 제1 관통구멍(241)에 삽입되어 장착되어 있고, 제2 오프-액시스 렌즈(220)는 바디(240)의 제2 관통구멍(242)에 삽입되어 장착되어 있다. 또한, 온-액시스 렌즈(230)는 제3 관통구멍(243)에 삽입되어 장착되어 있다.
도 10은 도 8에 도시된 실시예에서 온-액시스 렌즈의 조정 기구를 나타내는 개략 단면도이다. 도 10을 참조하면, 조절 레버(250)가 바디(240)에 고정된 핀(251)에 회동 가능하게 고정되어 있다. 조절 레버(250)는 일측 단부에 암나사가 형성된 관통구멍(255)이 형성되어 있고, 관통구멍(255)에는 조절 스크류(252)가 나사 결합되어 있다. 조절 스크류(252)는 회전에 의해서 관통구멍(255)에서 전후진이 가능하다.
온-액시스 렌즈(230)에는 바디(240)의 기준면(245)과 수평이 되도록 형성된 레버 가압면(232)이 형성되어 있다. 또한, 조절 레버(250)는 타측 단(253)이 온-액시스 렌즈(230)의 레버 가압면(232)과 접촉하도록 배치되어 있다. 또한, 바디(240)와 온-액시스 렌즈 사이(230)에는 압축 스프링(255)이 설치되어, 바디(240)에 대하여 온-액시스 렌즈(230)를 탄성적으로 지지한다.
따라서, 조절 스크류(252)를 회전시키면, 조절 스크류(252)가 조절 레버(250)의 관통구멍(255)에서 전진하여 조절 스크류(252)의 단부가 바디(240)에 접촉하여 조절 레버(250)를 시계 방향으로 회동시킨다. 따라서, 조절 레버(250)의 타측 단(253)이 온-액시스 렌즈(230)의 레버 가압면(232)을 밀게 되고, 압축 스프링(255)에 의해서 탄성지지된 온-액시스 렌즈(230)는 도면에서 하부로 이동하게 된다. 즉, 온-액시스 렌즈(230)는 조절 레버(250)의 회동에 의해서 제3 관통구멍(243)의 축선 방향(A3)을 따라 상하로 이동이 가능하도록 구성되어 있다.
도 11은 도 8에 도시된 실시예에서 오프-액시스 렌즈의 조정 기구를 나타내는 사시도이고, 도 12는 도11에 도시된 오프-액시스 렌즈의 조정 기구를 나타내는 사시도의 부분단면도이다. 도 11에 도시된 오프-액시스 렌즈는 제2 오프-액시스 렌즈(220)이며, 제1 오프-액시스 렌즈(210)도 도시된 것과 동일한 기구로 바디(240)에 장착되어 있다.
제2 오프-액시스 렌즈(220)는 광이 통과되기 위한 핀홀(224)을 구비하고, 핀홀(222)의 주변에 나사산이 형성된 세개의 조정 관통구멍(221, 222, 223)을 구비한다. 각각의 조정 관통구멍(221, 222, 223)에는 조정 플런저(261, 262, 263)가 나사 결합되어 있다.
또한, 도 11 및 도 12를 참조하면, 인장 스프링(264)의 일단이 제2 오프-액시스 렌즈(220)에 고정되어 있고, 인장 스프링(264)의 타단이 장착 플레이트(260)에 고정되어 있다. 또한, 장착 플레이트(260)는 바디(240)에 일체로 결합되기 때문에 바디(240)의 제2 관통구멍(242)이 연장되도록 형성되어 있다. 또한, 각각의 조정 관통구멍(221, 222, 223)에는 조정 플런저(261, 262, 263)가 나사 결합되어 있고, 조정 플런저(261, 262, 263)의 단부는 장착 플레이트(260)의 상부면에 접촉하도록 삽입되어 있다. 즉, 제2 오프-액시스 렌즈(220)에 결합된 각각의 조정 플런저(261, 262, 263)의 단부가 장착 플레이트(260)의 상부면에 놓여진 상태에서, 제2 오프-액시스 렌즈(220)는 인장 스프링(264)에 의해서 장착 플레이트(260)를 향하여 당겨져서 탄성적으로 지지되어 있다. 따라서, 세개의 조정 플런저(261, 262, 263)를 조정하여 단부가 동일한 길이 만큼 상하로 이동하도록 하면, 제2 오프-액시스 렌즈(220)를 장착 플레이트(260)에 대하여 상하로 이동시킬 수 있다. 또한, 세개의 조정 플런저(261, 262, 263)를 조정하여 단부가 서로 다른 길이 만큼 상하로 이동하도록 하면, 제2 오프-액시스 렌즈(220)를 장착 플레이트(260)에 대한 경사각을 미세하게 조절할 수 있다. 본 실시예의 오프-액시스 렌즈 조립체(200)는 필요에 따라 온-액시스 렌즈를 제거하고 사용할 수도 있다.
도 1 및 도 8에 도시된 것과 같은 실시예의 오프-액시스 렌즈 조립체(100, 200)를 사용하기 위하여는 시료(50)의 계측 표면에 대하여 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈 초점과 경사각 및 온-액시스 렌즈의 초점을 정확하게 정렬하여야 한다.
이하에서는 도 1에 도시된 실시예의 오프-액시스 렌즈 조립체(100)를 정렬하는 방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 2 를 참조하면, 광이 통과되기 위한 복수의 관통 구멍이 형성된 적당한 두께의 디스크(60)를 준비한다. 디스크(60)의 중심에는 온-액시스 관통구멍(62)이 형성되어 있고, 온-액시스 관통구멍(62)의 양측에 오프-액시스 관통구멍(61, 62)이 형성되어 있다. 시료(50)는 표면에 박막이 증착되거나 에칭 공정에 의해서 구조물이 형성된 웨이퍼이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 시료(50)의 표면에 대하여 정해진 입사각 θ1 으로 광을 조사하여 형성되는 광 경로(1)에 제1 디스크(60-1)를 설치하고, 시료의 표면에서 반사되어 형성되는 광 경로(40)에 제2 디스크(60-2)를 설치한다(S100). 제1 디스크와 제2 디스크는 각각의 광경로에 수직이 되도록 설치한다. 제1 디스크(60-1)와 제2 디스크(60-2)는의 관통 구멍들은, 제1 디스크(60-1)의 온-액시스 관통구멍(62)을 통과한 광은 제2 디스크(60-2)의 온-액시스 관통구멍(62)을 통과하고, 제1 디스크(60-1)의 오프-액시스 관통구멍들(61, 62)을 통과한 광은 제2 디스크(60-2)의 오프-액시스 관통구멍들(61, 62)을 통과할 수 있도록, z 축을 포함하는 동일한 평면에 정렬되어 있다.
다음으로, 제1 디스크(60-1)의 관통구멍들(61 - 63)을 통과하고 시료(50)의 표면에서 반사된 광(4)이 제2 디스크(60-2)의 대응하는 관통구멍들(61 - 63)을 통과하도록 시료(50)를 z 축 방향 높이와 경사를 조절한다(S110). 시료(50)의 경사와 높이가 정렬되었는지 여부는 스크린(70)에 조사되는 광(4)을 보고 판단한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 보다 정밀한 디스크(60)의 배치를 위해서, 제3 디스크(60-3) 및 제4 디스크(60-4)를 추가로 배치할 수도 있다. 제3 디스크(60-3)는 제1 디스크(60-1)와 일정 거리 이격되도록 배치하고, 제4 디스크(60-4)는 제2 디스크(60-2)와 일정 거리 이격되도록 배치한다. 제3 및 제4 디스크(60-3, 60-4)에도 각각 온-액시스 관통구멍(62)과 오프-액시스 관통구멍들(61, 63)이 각각 형성되어 있다. 이 경우, 제1 디스크(60-1) 및 제3 디스크(60-3)의 관통구멍들(61 - 63)을 통과하고 시료의 표면에서 반사된 광(4)이 제2 디스크(60-2) 및 제4 디스크(60-4)의 대응하는 관통구멍들(61-63)을 통과하도록 시료(50)의 높이와 경사를 조절한다.
다음으로, 도 3에 도시된 것과 같이, 제1 디스크(60-1) 및 제3 디스크(60-3)의 광 경로 하류에 제1 오프-액시스 렌즈(20)를 설치하고, 제2 디스크(160-2) 및 제4 디스크(60-4)의 광 경로 상류에 제2 오프-액시스 렌즈(30)를 설치한다. 제1 오프-액시스 렌즈(20)를 설치하면, 시료(50)의 표면에 입사되는 광의 입사각이 θ1보다 작은 각도 θ2로 입사된다. 제1 오프-액시스 렌즈(20)와 제2 오프-액시스 렌즈(30)를 정렬하여, 제1 디스크(60-1)의 오프-액시스 관통구멍(61)을 통과하고 시료(50)에서 반사된 광(3)이 제2 디스크(60-2)의 오프-액시스 관통구멍(61)을 통과하도록 한다(S120). 제1 오프-액시스 렌즈(20)와 제2 오프-액시스 렌즈(30)가 적절히 정렬되었는 지 여부는 스크린(70)에 조사되는 광(4)을 보고 판단할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 온-액시스 렌즈(30)에 이미지 센서(90)를 연결하고, 시료(50)의 표면에서 반사되어 온-액시스 렌즈(30) 통과하는 광(5)을 이미지 센서(90)에서 취득하여 온-액시스 렌즈(30)의 초점을 조절한다(S130). 이미지 센서(90)에 촬영되는 이미지는 제1 오프-액시스 렌즈(10)에 의해서 시료(50)의 표면에 형성되는 타원 형상의 광 스폿이다. 도 4를 참조하면, 광 스폿의 장축(a) 및 단축(b)의 길이는 대략 수십 마이크로 미터 범위이다. 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈(10, 20)을 정렬하기 위한 시료(50)는 표면이 매끄러운 것을 사용하는 것이 바람직하나, 온-액시스 렌즈(30)의 초점을 조절하기 위한 시료(50')는 표면에서 조사된 광이 산란되도록 표면이 거칠 거나 패턴이 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 제1 내지 온-액시스 렌즈를 미세 정렬하는 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 시료(50')의 표면에 반구 렌즈(94)를 장착한다. 다음으로, 제1 오프-액시스 렌즈(10)에 제1 간섭계(91)를 연결하고, 제2 오프-액시스 렌즈(20)에 제2 간섭계(92)를 연결하고, 상기 온-액시스 렌즈(30)에 제3 간섭계(93)를 연결한다. 다음으로, 반구 렌즈(94)를 통과한 광과 반구렌즈(94)의 표면에서 반사된 광에 의해서 형성되는 간섭 무늬를 각각의 간섭계(91 - 93)에서 검출하고, 각각의 간섭계에서 검출된 간섭 무늬를 분석한다. 간섭 무늬를 분석한 결과에 따라서 각각의 렌즈를 미세하게 움직여서 각각의 렌즈(10, 20, 30)를 정렬한다(S140).
도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체의 정렬 방법의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예의 방법을 적용하기 위한 광학계는 시료의 표면에 경사지게 광을 조사하여 광 스폿을 형성하기 위한 제1 오프-액시스 렌즈와, 상기 시료의 표면으로부터 경사지게 반사되는 광을 받아들여 광검출 센서로 전달하기 위한 제2 오프-액시스 렌즈를 포함한다.
먼저, 동일한 사이즈의 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍이 형성된 제1 및 제2 디스크를 준비한다. 다음으로, 광원에서 방사된 광(편광)이 제1 디스크의 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍을 통과하고, 시료에 반사되어 제2 디스크의 대응하는 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍을 통과하도록 시료의 높이와 경사를 정렬한다(S200).
다음으로, 상기 제1 디스크와 상기 시료 사이에 제1 오프-액시스 렌즈를 설치하고, 상기 시료와 상기 제2 디스크 사이에 제2 오프-액시스 렌즈를 설치한다. 다음으로, 제1 디스크의 오프-액시스 관통구멍과 제1 오프-액시스 렌즈를 통과한 광이 시료에서 반사되어 제2 오프-액시스 렌즈와 상기 제2 디스크의 오프 액시스 관통구멍을 통과하도록 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈를 정렬한다(S210).
다음으로, 상기 시료의 표면에 반구 렌즈를 설치하고, 상기 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈에 간섭계를 연결한다. 다음으로, 상기 반구 렌즈를 통과하는 광과 상기 반구 렌즈에서 반사되는 광이 형성하는 간섭 무늬를 간섭계로 촬영하여 분석한다. 간섭 무늬를 분석한 결과에 따라 제1 및 제2 오프-액시스 렌즈를 미세하게 움직여서 정렬한다(S220)
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 실시예로 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10, 210 제1 오프-액시스 렌즈
20, 220 제2 오프-액시스 렌즈
30, 230 온-액시스 렌즈
50 시료
60 온-액시스 관통구멍과 오프-액시스 관통구멍이 형성된 디스크

Claims (6)

  1. 기준면을 구비하고, 상기 기준면에 대하여 경사지게 입사각을 갖도록 형성된 제1 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 경사지게 상기 입사각에 대응하는 반사각을 갖도록 형성된 제2 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 수직으로 형성된 제3 관통구멍을 포함하는 바디와,
    상기 제1 관통구멍에 장착된 제1 오프-액시스 렌즈와, 상기 제2 관통구멍에 장착된 제2 오프-액시스 렌즈와, 상기 제3 관통구멍에 장착된 온-액시스 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 관통구멍의 중심 축선과 상기 제2 관통구멍의 중심 축선과 상기 제3 관통구멍의 중심 축선은 상기 기준면에 수직인 동일한 평면에 정렬되어 있고, 한점에서 교차하도록 형성되어 있고,
    상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절이 가능하도록 구성되어 있고,
    상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈와 온-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 내지 제3 관통구멍의 중심 축선을 따라서 상하로 이동이 가능하도록 구성된 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    일측 단부에 암나사가 형성된 관통구멍을 구비하고, 상기 바디에 회동 가능하게 설치된 조절 레버와,
    상기 조절 레버의 관통구멍에 나사 결합된 조절 스크류와,
    상기 바디와 온-액시스 렌즈 사이에 설치된 압축 스프링을 더 포함하고,
    상기 온-액시스 렌즈는 상기 기준면과 수평이 되도록 형성된 레버 가압면을 포함하고,
    상기 조절 레버는 타측 단이 상기 온-액시스 렌즈의 레버 가압면과 접촉하도록 배치되어, 상기 조절 레버의 회동에 의해서 온-액시스 렌즈를 제3 관통구멍의 축선 방향에 대하여 상하로 이동이 가능하도록 구성된 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 광이 통과되기 위한 핀홀 주변에 나사산이 형성된 적어도 세개의 조정 관통구멍을 구비하고,
    일단이 상기 바디에 연결되고 타단이 상기 제1 오프-액시스 렌즈에 연결되어 상기 바디와 상기 제1 오프-액시스 렌즈를 탄성적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 제1 인장스프링과,
    일단이 상기 바디에 연결되고 타단이 상기 제2 오프-액시스 렌즈에 연결되어 상기 바디와 상기 제2 오프-액시스 렌즈를 탄성적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 제2 인장스프링과,
    상기 각각의 조정 관통구멍에 나사 결합되고 일단이 상기 바디에 접촉하도록 배치된 조정 플런저들을 더 포함하고,
    상기 조정 플런저들 각각이 상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈에 대하여 회전에 의해서 이동된 위치에 따라, 상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈 각각이 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절과 중심축선을 따라 상하로 이동이 가능하도록 구성된 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈는 Schwarzschild 렌즈인 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체.
  5. 기준면을 구비하고, 상기 기준면에 대하여 경사지게 입사각을 갖도록 형성된 제1 관통구멍과, 상기 기준면에 대하여 경사지게 상기 입사각에 대응하는 반사각을 갖도록 형성된 제2 관통구멍을 포함하는 바디와,
    상기 제1 관통구멍에 장착된 제1 오프-액시스 렌즈와, 상기 제2 관통구멍에 장착된 제2 오프-액시스 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 관통구멍의 중심 축선과 상기 제2 관통구멍의 중심 축선은 상기 기준면에 수직인 동일한 평면에 정렬되어 있고, 한점에서 교차하도록 형성되어 있고,
    상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선을 따라 상하로 이동이 가능하고, 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절이 가능하도록 구성된 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 오프-액시스 렌즈와 제2 오프-액시스 렌즈는 각각 광이 통과되기 위한 핀홀 주변에 나사산이 형성된 적어도 세개의 조정 관통구멍을 구비하고,
    일단이 상기 바디에 연결되고 타단이 상기 제1 오프-액시스 렌즈에 연결되어 상기 바디와 상기 제1 오프-액시스 렌즈를 탄성적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 제1 인장스프링과,
    일단이 상기 바디에 연결되고 타단이 상기 제2 오프-액시스 렌즈에 연결되어 상기 바디와 상기 제2 오프-액시스 렌즈를 탄성적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 제2 인장스프링과,
    상기 각각의 조정 관통구멍에 나사 결합되고 일단이 상기 바디에 접촉하도록 배치된 조정 플런저들을 더 포함하고,
    상기 조정 플런저들 각각이 상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈에 대하여 회전에 의해서 이동된 위치에 따라, 상기 제1 오프-액시스 렌즈 및 제2 오프-액시스 렌즈 각각이 장착된 제1 및 제2 관통구멍의 중심 축선에 대하여 경사 각도의 조절과 중심축선을 따라 상하로 이동이 가능하도록 구성된 입사각을 갖는 오프-액시스 렌즈 조립체.
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