KR102632173B1 - Optical system for plasma diagnosis - Google Patents
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Abstract
플라즈마 진단 영역에서 방출되는 광을 조준선에 따라 집광하는 초점 렌즈; 상기 플라즈마 진단을 위한 광학계의 광 경로를 변경하는 광 경로 제어부; 상기 초점 렌즈의 수차 성능을 유지하기 위하여 상기 초점 렌즈 앞에 배치되는 구경조리개; 및 수광에 사용되는 광 파이버(optical fiber)를 포함하고, 상기 광 파이버의 위치가 액추에이터에 의하여 변경됨에 따라, 조준선의 각도가 스캔되는, 플라즈마 진단을 위한 광학계가 개시된다. 이 외에도 본 문서를 통해 파악되는 다양한 실시 예가 가능하다.A focusing lens that focuses light emitted from the plasma diagnosis area along an aiming line; an optical path control unit that changes the optical path of the optical system for the plasma diagnosis; an aperture stop disposed in front of the focus lens to maintain aberration performance of the focus lens; and an optical fiber used for light reception, wherein the angle of the aiming line is scanned as the position of the optical fiber is changed by an actuator. An optical system for plasma diagnosis is disclosed. In addition to this, various embodiments identified through this document are possible.
Description
본 문서에서 개시되는 실시 예들은 플라즈마 진단을 위한 광학계에 관한 것이다.Embodiments disclosed in this document relate to an optical system for plasma diagnosis.
일련의 공정에 걸쳐 진행되는 반도체 및 디스플레이 등의 생산에서, 각각의 공정은 최대 수율에 최적화된 파라미터들을 포함할 수 있다. 이 공정들 중 상기 최대 수율에 핵심적인 플라즈마 공정은 상기 최대 수율과 상관관계인 제어형 파라미터(예: 기판(substrate) 주변 각종 화학종의 국소 농도)를 포함할 수 있다. 상기 제어형 파라미터 중 기(radical)와 같은 과도적 화학종은 플라즈마 공정의 결과에 큰 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 상기 기와 같은 과도적 화학종 등 일부 화학종의 국소 농도 상승은 생산되는 요소(예: 반도체 소자)에 불균일을 유발할 수 있다.In the production of semiconductors and displays, which progresses through a series of processes, each process may include parameters optimized for maximum yield. Among these processes, the plasma process, which is key to the maximum yield, may include controllable parameters (e.g., local concentrations of various chemical species around the substrate) that are correlated with the maximum yield. Among the controllable parameters, transient chemical species such as radicals can greatly affect the results of the plasma process. For example, an increase in the local concentration of some chemical species, such as transitional chemical species such as the above group, may cause non-uniformity in the produced elements (e.g., semiconductor devices).
플라즈마 공정은 기판(또는 웨이퍼(wafer))의 화학 반응에 강한 반응성을 가진 화학종들을 제공하거나 운동 에너지를 가진 이온들을 제공할 수 있다. 식각이나 증착 공정은 상기 화학종들 및/또는 상기 이온들에 의하여 수행될 수 있다. 이러한 경우, 식각이나 증착 공정 등 소정의 공정 특성은 화학종들 및/또는 이온들의 밀도 평균값 및 분포에 의존적일 수 있다.The plasma process can provide chemical species with strong reactivity to the chemical reaction of the substrate (or wafer) or provide ions with kinetic energy. Etching or deposition processes may be performed using the chemical species and/or the ions. In this case, certain process characteristics, such as etching or deposition processes, may depend on the average density value and distribution of chemical species and/or ions.
플라즈마 처리의 화학 작용은 플라즈마를 발생시키기 위해 공급되는 RF 또는 마이크로파 출력, 플라즈마 처리실에 공급되는 가스 유량 및 가스 종류, 플라즈마 처리실의 압력, 기판의 종류, 플라즈마 처리실로 전달되는 펌핑 속도 등과 같은 다수의 처리 변수들의 제어를 통해 직접 방식 또는 간접 방식으로 제어될 수 있다.The chemistry of plasma treatment involves a number of processes, such as the RF or microwave power supplied to generate the plasma, the gas flow rate and gas type supplied to the plasma treatment chamber, the pressure of the plasma treatment chamber, the type of substrate, and the pumping speed delivered to the plasma treatment chamber. It can be controlled directly or indirectly through control of variables.
화학종들의 밀도 및 농도에 대한 공간 분포를 측정하는 직접적인 방법으로는, 하나 또는 다수의 전극(electrode)으로 동작하는 탐침을 진공 용기(chamber) 내에 삽입하여 측정하는 랑뮤어 프로브(langmuir probe)가 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 상술한 직접적인 방법은 플라즈마 접촉으로 인한 섭동(perturbation)을 유발하므로, 실제 공정 현장에서의 사용에 한계를 가질 수밖에 없다.A common direct method of measuring the spatial distribution of density and concentration of chemical species is the Langmuir probe, which measures a probe operating with one or more electrodes by inserting it into a vacuum chamber. It is being used as. However, since the above-described direct method causes perturbation due to plasma contact, its use in actual process sites is bound to be limited.
화학종들의 밀도 및 농도의 평균값을 측정하는 비접촉식 방법으로는, 플라즈마에서 방출되는 발광 스펙트럼(optical emission spectrum)을 진공 용기의 시창구(view port)를 통하여 분석하는 발광 분광 분석법(optical emission spectroscopy, OES)이 실제 공정 현장에서 많이 이용되고 있다. 그러나 상술한 비접촉식 방법 또한 진공 용기 내에 형성된 플라즈마 공간의 다수 위치로부터 방출되는 발광 스펙트럼들이 수광 광학계의 시야 범위 내에 혼합되어 분광 측정 장치에 입사되므로, 진공 용기 내 화학종들의 밀도 및 농도 분포를 측정하는 데에 한계를 가질 수밖에 없다. 더욱이 진공 용기 숫자의 증가에 따라, 상기 늘어난 진공 용기 간의 유의차가 없는 장비가 요구될 수 있다.A non-contact method for measuring the average density and concentration of chemical species is optical emission spectroscopy (OES), which analyzes the optical emission spectrum emitted from plasma through a view port in a vacuum vessel. ) is widely used in actual process sites. However, the non-contact method described above is also used to measure the density and concentration distribution of chemical species in the vacuum container because the luminescence spectra emitted from multiple positions in the plasma space formed in the vacuum container are mixed within the viewing range of the light-receiving optical system and are incident on the spectroscopic measurement device. There is bound to be a limit to Furthermore, as the number of vacuum vessels increases, equipment may be required without significant differences between the increased number of vacuum vessels.
이 밖에도 전극을 사용하는 측정 장비들이 있다. 이들의 전극으로 작용하는 센서의 일부분이 진공 용기 내에 삽입된다. 전극을 사용하는 측정 장비들은 모두 플라즈마의 전기적 특성 변화를 측정한다. 따라서, 전극을 사용하는 측정 장비들은 각 화학종의 밀도가 아닌 플라즈마의 전기적 특성을 통하여 간접적으로 전체 화학종들의 밀도의 평균값만 측정할 수 있다.In addition, there are measuring devices that use electrodes. The part of the sensor that acts as their electrode is inserted into the vacuum vessel. All measuring devices that use electrodes measure changes in the electrical properties of plasma. Therefore, measuring equipment using electrodes can indirectly measure only the average value of the density of all chemical species through the electrical characteristics of plasma, rather than the density of each chemical species.
발광 분광 분석법은 프로세스 개발 및 플라즈마 처리의 모니터링을 위해 유용한 도구일 수 있다. 발광 분광 분석법에 있어서, 기와 같은 과도적 화학종 등 일부 화학종의 존재 및 농도는 플라즈마에서 방출되는 발광 스펙트럼을 기반으로 추론되고, 일부 스펙트럼 광선의 강도 및 비율은 화학종의 농도에 상관될 수 있다.Emission spectroscopy can be a useful tool for process development and monitoring of plasma processing. In luminescence spectroscopy, the presence and concentration of some chemical species, such as transient species, are inferred based on the emission spectrum emitted from the plasma, and the intensity and ratio of some spectral rays can be correlated to the concentration of the chemical species. .
플라즈마 진단에 사용되는 OES의 광학계는 지정된 광축에 기반하여 렌즈의 초점거리 및 광 파이버(optical fiber) NA에 따른 수광각에 의하여 광선을 수신할 수 있다. 이에 따라, 상술한 OES의 광학계는 수광할 수 있는 광량이 매우 제한적이기 때문에, 광축에 대응하는 광선만 수신하거나 또는 미러를 회전시키는 방법으로 광축을 회전시켜 부족한 광량을 해결할 수 있다. 예를 들어, 선행문헌으로는 한국등록특허 10-1939283, 한국공개특허 10-2020-0019258이 있다.The optical system of OES used for plasma diagnosis can receive light rays based on the designated optical axis and the light reception angle according to the focal length of the lens and NA of the optical fiber. Accordingly, since the optical system of the OES described above has a very limited amount of light that can be received, the insufficient amount of light can be resolved by receiving only light rays corresponding to the optical axis or by rotating the optical axis by rotating the mirror. For example, prior literature includes Korea Registered Patent No. 10-1939283 and Korea Published Patent No. 10-2020-0019258.
그러나 해당 장비가 협소한 공간에 배치되거나 진공 용기의 시창구가 작은 경우에는 액추에이터를 배치하기 어려울 수 있고, 시야 또한 가릴 수 있다. 따라서, 미러를 회전시켜 여러 각도를 측정해야 하는 OES 광학계는 범용성이 매우 떨어질 수 있다.However, if the equipment is placed in a narrow space or the viewing hole of the vacuum vessel is small, it may be difficult to place the actuator and the field of view may be blocked. Therefore, the OES optical system, which requires measuring multiple angles by rotating a mirror, may have very poor versatility.
이에 따라 본 문서에 개시되는 다양한 실시 예에서는, 액추에이터를 진공 용기의 시창구(view port) 근처에 사용하지 않고, 광 파이버를 이동하는 방법으로 광축을 회전시켜 광선을 수신할 수 있는 플라즈마 진단을 위한 광학계를 제공할 수 있다.Accordingly, in various embodiments disclosed in this document, an actuator is not used near the view port of a vacuum container, but rather a device for plasma diagnosis that can receive light rays by rotating the optical axis by moving the optical fiber. An optical system can be provided.
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 진단을 위한 광학계는, 플라즈마 진단 영역에서 방출되는 광을 조준선에 따라 집광하는 초점 렌즈; 상기 플라즈마 진단을 위한 광학계의 광 경로를 변경하는 광 경로 제어부; 상기 초점 렌즈의 수차 성능을 유지하기 위하여 상기 초점 렌즈 앞에 배치되는 구경조리개; 및 수광에 사용되는 광 파이버(optical fiber)를 포함하고, 상기 광 파이버의 위치가 액추에이터에 의하여 변경됨에 따라, 조준선의 각도가 스캔될 수 있다.According to one embodiment, an optical system for plasma diagnosis includes a focus lens that focuses light emitted from the plasma diagnosis area along an aiming line; an optical path control unit that changes the optical path of the optical system for the plasma diagnosis; an aperture stop disposed in front of the focus lens to maintain aberration performance of the focus lens; and an optical fiber used to receive light, and as the position of the optical fiber is changed by the actuator, the angle of the aiming line can be scanned.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 파이버에 입사하는 주광선의 각도가 광축을 기준으로 0도 이상 5도 미만일 수 있다.According to one embodiment, the angle of the chief ray incident on the optical fiber may be 0 degrees or more and less than 5 degrees based on the optical axis.
일 실시 예에 따르면, 상기 초점 렌즈 및 상기 광 경로 제어부 사이에는 슬릿 구조가 배치될 수 있다.According to one embodiment, a slit structure may be disposed between the focus lens and the optical path control unit.
일 실시 예에 따르면, 상기 초점 렌즈 및 상기 광 파이버 사이에는 공초점 광학계 및 릴레이 렌즈 중 적어도 하나가 더 배치될 수 있다.According to one embodiment, at least one of a confocal optical system and a relay lens may be further disposed between the focus lens and the optical fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 초점 렌즈는 줌 렌즈 또는 전자 가변 렌즈(electrical tunable lens)일 수 있다.According to one embodiment, the focus lens may be a zoom lens or an electrically tunable lens.
본 문서에 개시되는 다양한 실시 예에 따른 플라즈마 진단을 위한 광학계는, 액추에이터를 진공 용기의 시창구(view port) 근처에 사용하지 않고, 광 파이버를 이동하는 방법으로 광축을 회전시켜 광선을 수신할 수 있다.The optical system for plasma diagnosis according to various embodiments disclosed in this document can receive light by rotating the optical axis by moving the optical fiber without using an actuator near the view port of the vacuum container. there is.
또한, 본 문서에 개시되는 다양한 실시 예에 따르면, 광 파이버를 이동하는 방법으로 광축을 회전시킴으로써, 광학계의 배치 공간이 협소한 경우 및/또는 진공 용기의 시창구가 작은 경우 등 한정된 사용 환경에서 플라즈마 광원을 정밀하게 측정할 수 있다.In addition, according to various embodiments disclosed in this document, by rotating the optical axis by moving the optical fiber, plasma can be used in limited usage environments, such as when the placement space for the optical system is narrow and/or when the viewing hole of the vacuum container is small. Light sources can be measured precisely.
이 외에도 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과가 제공될 수 있다.In addition, various effects that can be directly or indirectly identified through this document may be provided.
도 1은 일 실시 예에 따른 플라즈마 진단을 위한 광학계의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 진단을 위한 광학계의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 또 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 진단을 위한 광학계의 구성을 도시한 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호가 부여될 수 있다.FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an optical system for plasma diagnosis according to an embodiment.
Figure 2 is a diagram showing the configuration of an optical system for plasma diagnosis according to another embodiment.
Figure 3 is a diagram showing the configuration of an optical system for plasma diagnosis according to another embodiment.
In relation to the description of the drawings, identical or corresponding components may be assigned the same reference number.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 이하에서 동일한 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete, and those skilled in the art It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Hereinafter, like reference numerals refer to like components.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although first, second, etc. are used to describe various elements, elements and/or sections, it is understood that these elements, elements and/or sections are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one element, element, or section from other elements, elements, or sections. Therefore, it goes without saying that the first element, first element, or first section mentioned below may also be a second element, second element, or second section within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “made of” refers to a referenced component, step, operation and/or element of one or more other components, steps, operations and/or elements. Does not exclude presence or addition.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings that can be commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 일 실시 예에 따른 플라즈마 진단을 위한 광학계의 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an optical system for plasma diagnosis according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 플라즈마 광학계(100)는 초점 렌즈(110), 구경조리개(120), 광 파이버(140), 액추에이터(150) 및 광 경로 제어부(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the plasma
일 실시 예에 따르면, 초점 렌즈(110)는 플라즈마 진단 영역(A)에서 방출되는 광을 조준선(R1, R2, R3)에 따라 집광할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 광학계(100)의 구성들 중 적어도 일부는 플라즈마 진단 영역(A)이 향하는 방향과 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 슬릿 구조(S), 공초점 광학계(130), 광 파이버(140) 및 액추에이터(150)는 플라즈마 진단 영역(A)이 향하는 방향과 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 광 경로 제어부(160)는 상기 수직인 방향으로 배치되는 구성들 및 플라즈마 진단 영역(A) 사이에서 지정된 각도(예: 45도)로 기울여 배치될 수 있다.According to one embodiment, at least some of the components of the plasma
일 실시 예에 따르면, 구경조리개(120)는 초점 렌즈(110)의 수차 성능이 유지되도록 할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)의 위치와 조준선 각도에 대한 계산은 [수학식 1]에 따라 결정될 수 있다. [수학식 1]에서, EFL은 초점 렌즈(110)의 유효 초점거리를 나타낼 수 있다. [수학식 1]에서, θ는 뷰포트의 수직으로부터 측정하고자 하는 광선이 이루는 조준선의 각도를 나타낼 수 있다. [수학식 1]에서, Fiber position은 광축으로부터 떨어진 광 파이버(140)의 위치를 나타낼 수 있다.According to one embodiment, the calculation of the position of the
일 실시 예에 따르면, 초점 렌즈(110)는 초점거리를 연속으로 변경 가능한 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 초점 렌즈(110)는 줌 렌즈 또는 전자 가변 렌즈(electrical tunable lens)일 수 있다. 다만, 초점 렌즈(110)의 종류는 이에 한정되지 않고 다른 종류의 초점 렌즈를 모두 포함할 수 있다.According to one embodiment, the
본 문서에서 사용되는 플라즈마 진단용 줌 렌즈는 초점거리를 바꿀 수 없는 단초점 렌즈와 달리 복수의 렌즈를 조합하여 초점거리를 변경할 수 있다. 플라즈마 진단용 줌 렌즈에서는 2개 이상의 렌즈군에 의해 상이 맺히게 된다. 상기 렌즈군들 중에서 지정된 렌즈군이 좌우로 움직임에 따라 초점거리가 바뀌게 된다. 여기서, 측정하고자 하는 각각의 위치에 해당되는 플라즈마의 초점의 위치는 모두 슬릿 구조(예: 도 2 내지 도 3의 슬릿 구조(S))의 위치에 대응될 수 있도록 초점거리가 가변될 수 있다.The zoom lens for plasma diagnosis used in this document can change the focal length by combining multiple lenses, unlike a single-focus lens whose focal length cannot be changed. In a zoom lens for plasma diagnosis, an image is formed by two or more lens groups. The focal length changes as a designated lens group among the lens groups moves left and right. Here, the focal distance may be varied so that the position of the plasma focus corresponding to each position to be measured can correspond to the position of the slit structure (e.g., the slit structure S in FIGS. 2 and 3).
일 실시 예에 따르면, 전자 가변 렌즈(electrical tunable lens)는 지정된 렌즈군을 이동시키는 것이 아니라 전기적으로 렌즈의 형상을 변경함으로써 초점거리를 변경할 수 있다.According to one embodiment, an electrically tunable lens can change the focal length by electrically changing the shape of the lens rather than moving a designated lens group.
대표적인 가변초점 렌즈에 해당되는 액체 렌즈는 크게 두 가지 방식으로 초점거리가 조절될 수 있다. 첫 번째 방식은, 고분자 필름의 아래에 액상 물질을 채운 상태에서 전기-기계적인 구동체를 조작하여 상기 액상 물질의 부피를 조절함으로써 고분자 필름의 형태 및/또는 높이를 변형시키는 방식일 수 있다. 두 번째 방식은, 전도성 액체와 부도체이면서 혼합되지 않는 두 액체 각각의 상의 모습을 전기적으로 제어하여 조작하는 방식일 수 있다.Liquid lenses, which are representative variable focus lenses, can have their focal length adjusted in two main ways. The first method may be a method of modifying the shape and/or height of the polymer film by filling the bottom of the polymer film with a liquid material and controlling the volume of the liquid material by manipulating an electro-mechanical actuator. The second method may be a method of electrically controlling and manipulating the phases of the conductive liquid and the two liquids that are insulators but do not mix.
일 실시 예에 따르면, 가변 초점 렌즈(110)는 수 마이크로미터 단위의 렌즈 지름을 변경하여 렌즈 전체를 수 센티미터 단위로 이동하는 것과 같은 광학 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 가변 초점 렌즈(110)의 지름이 변경됨에 따라, 플라즈마 광학계(100)를 소형화할 수 있고, 더 적은 렌즈를 사용할 수 있으며, 불필요한 이동을 없애거나 줄일 수 있다. 따라서 렌즈 이동을 위한 기계식 구동장치를 사용할 필요가 없게 된다. 또한, 사용되는 재료는 유리보다 가볍기 때문에 전체 장비의 무게를 줄일 수 있다. 이동을 줄이고 가볍게 만들면 가변 렌즈를 사용되는 장비의 응답 시간을 밀리초(msec) 단위로 줄일 수 있고 전력 소모 또한 감소시킬 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)의 위치는 액추에이터(150)에 의하여 이동될 수 있다. 광 파이버(140)의 이동 방향은 예컨대 초점 렌즈(110) 및 구경조리개(120)가 정렬된 방향에 대하여 수직일 수 있다.According to one embodiment, the position of the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)는 일반적으로 더 낮은 굴절률을 갖는 투명한 클래딩 물질에 의해 둘러싸인 코어를 포함할 수 있다.According to one embodiment,
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)는 다중 모드(Multi-mode)일 수 있다. 다중 모드(Multi-mode)는 단일 모드(Single-mode)에 비해 더 큰 코어 직경을 가질 수 있다. 다중 모드(Multi-mode)는 더 큰 코어와 큰 개구수 가능성 때문에 단일 모드(Single-mode)에 비해 집광 용량(light-gathering capacity)이 높을 수 있다.According to one embodiment, the
도 2는 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 진단을 위한 광학계의 구성을 도시한 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the configuration of an optical system for plasma diagnosis according to another embodiment.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 플라즈마 광학계(100)는 초점 렌즈(110), 구경조리개(120), 공초점 광학계(130), 광 파이버(140), 액추에이터(150), 광 경로 제어부(160) 및 슬릿 구조(S)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the plasma
일 실시 예에 따르면, 초점 렌즈(110)는 플라즈마 진단 영역(A)에서 방출되는 광을 조준선(R1, R2, R3)에 따라 집광할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 광학계(100)의 구성들 중 적어도 일부는 플라즈마 진단 영역(A)이 향하는 방향과 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 슬릿 구조(S), 공초점 광학계(130), 광 파이버(140) 및 액추에이터(150)는 플라즈마 진단 영역(A)이 향하는 방향과 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 광 경로 제어부(160)는 상기 수직인 방향으로 배치되는 구성들 및 플라즈마 진단 영역(A) 사이에서 지정된 각도(예: 45도)로 기울여 배치될 수 있다.According to one embodiment, at least some of the components of the plasma
일 실시 예에 따르면, 구경조리개(120)는 초점 렌즈(110)의 수차 성능이 유지되도록 할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 슬릿 구조(S)는 플라즈마 진단 영역(A)이 아닌 영역에서 들어오는 광선에 의한 노이즈들을 차단할 수 있다.According to one embodiment, the slit structure (S) can block noise caused by light coming from an area other than the plasma diagnosis area (A).
일 실시 예에 따르면, 공초점 광학계(130)는 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132)를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the confocal
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 진단 영역(A) 내 각 진단 위치별 광선의 초점은 슬릿 구조(S)에 형성될 수 있다. 상기 각 진단 위치별 광선은 제1 렌즈(131)를 통해 시준되고, 제2 렌즈(132)를 통해 광 파이버(140)로 집광될 수 있다.According to one embodiment, the focus of the light beam for each diagnostic position in the plasma diagnosis area (A) may be formed in the slit structure (S). The light rays for each diagnostic position may be collimated through the
일 실시 예에 따르면, 공초점 광학계(130)는 공초점을 이용하여 노이즈를 제거함으로써 신호대비잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 개선한다.According to one embodiment, the confocal
일 실시 예에 따르면, 제1 렌즈(131)는 제1 렌즈(131)의 초점이 슬릿 구조(S)의 위치와 대응되도록 배치될 수 있다. 제1 렌즈(131)는 평행광을 출력할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 제2 렌즈(132)는 제1 렌즈(131)의 평행광을 입력 받아 제2 렌즈(132)의 초점에 광을 집중시킬 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)는 제2 렌즈(132)의 초점 위치에 대응되도록 배치될 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)의 위치는 [수학식 2]에 따라 결정될 수 있다. [수학식 2]에서, EFL은 초점 렌즈(110)의 유효 초점거리를 나타낼 수 있다. [수학식 2]에서, θ는 뷰포트의 수직으로부터 측정하고자 하는 광선이 이루는 조준선의 각도를 나타낼 수 있다. [수학식 2]에서, MC는 공초점 광학계(130)의 배율을 나타낼 수 있다. [수학식 2]에서, Fiber position은 광축으로부터 떨어진 광 파이버(140)의 위치를 나타낼 수 있다.According to one embodiment, the position of the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)의 위치는 액추에이터(150)에 의하여 이동될 수 있다. 광 파이버(140)의 이동 방향은 예컨대 초점 렌즈(110), 구경조리개(120) 및 공초점 광학계(130)가 정렬된 방향에 대하여 수직일 수 있다.According to one embodiment, the position of the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)는 일반적으로 더 낮은 굴절률을 갖는 투명한 클래딩 물질에 의해 둘러싸인 코어를 포함할 수 있다.According to one embodiment,
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 진단 영역(A)에서 시작하여 슬릿 구조(S)를 통과한 복수의 광선들(R1, R2, R3)은 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132)를 거쳐 광 파이버(140)로 전달될 수 있다.According to one embodiment, a plurality of light rays (R1, R2, R3) starting from the plasma diagnosis area (A) and passing through the slit structure (S) pass through the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)는 다중 모드(Multi-mode)일 수 있다. 다중 모드(Multi-mode)는 단일 모드(Single-mode)에 비해 더 큰 코어 직경을 가질 수 있다. 다중 모드(Multi-mode)는 더 큰 코어와 큰 개구수 가능성 때문에 단일 모드(Single-mode)에 비해 집광 용량(light-gathering capacity)이 높을 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 경로 제어부(160)는 플라즈마 진단 영역(A)으로부터의 광 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 광 경로 제어부(160)는 플라즈마 진단 영역(A)에 대해 45도로 기울여 배치된 경우, 광 경로를 90도 변경하여 복수의 광선들(R1, R2, R3)이 슬릿 구조(S)를 향하도록 광 경로르 변경시킬 수 있다. 플라즈마 광학계(100)가 길어지게 되는 경우에는 무게 중심의 문제나 측정 시 공간을 많이 차지하게 되는 경우가 발생하는데, 광 경로 제어부(160)는 광 경로를 변경시킴으로써 상기 문제점을 해소할 수 있다.According to one embodiment, the optical path control
도 2에서는 광 경로 제어부(160)가 플라즈마 진단 영역(A)과 슬릿 구조(S) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며 플라즈마 광학계(100)의 구성들 사이 어느 곳에든 배치될 수 있다. 또한, 광 경로 제어부(160)는 설계 목적 및 측정 장소에 따라 복수로 구성되어 플라즈마 광학계(100)에 포함될 수 있다.In FIG. 2, the optical path control
일 실시 예에 따르면, 공초점 광학계(130)의 초점 위치에는 슬릿 구조(S)가 배치될 수 있다. 슬릿 구조(S)는 플라즈마 진단 영역(A)이 아닌 영역에서 들어오는 광선에 의한 노이즈들을 차단할 수 있다. 일 실시 예에서, 슬릿 구조(S)는 선형의 오프닝(opening) 형태일 수 있다.According to one embodiment, a slit structure (S) may be disposed at the focal position of the confocal
도 3은 또 다른 일 실시 예에 따른 플라즈마 진단을 위한 광학계의 구성을 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the configuration of an optical system for plasma diagnosis according to another embodiment.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 플라즈마 광학계(100)는 초점 렌즈(110), 구경조리개(120), 공초점 광학계(130), 광 파이버(140), 액추에이터(150), 광 경로 제어부(160), 릴레이 렌즈(170) 및 슬릿 구조(S)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the plasma
일 실시 예에 따르면, 초점 렌즈(110)는 플라즈마 진단 영역(A)에서 방출되는 광을 조준선(R1, R2, R3)에 따라 집광할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 구경조리개(120)는 초점 렌즈(110)의 수차 성능이 유지되도록 할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 광학계(100)의 구성들 중 적어도 일부는 플라즈마 진단 영역(A)이 향하는 방향과 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 구경조리개(120), 공초점 광학계(130), 광 파이버(140), 액추에이터(150) 및 슬릿 구조(S)는 플라즈마 진단 영역(A)이 향하는 방향과 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 광 경로 제어부(160)는 상기 수직인 방향으로 배치되는 구성들 및 플라즈마 진단 영역(A) 사이에서 지정된 각도(예: 45도)로 기울여 배치될 수 있다.According to one embodiment, at least some of the components of the plasma
일 실시 예에 따르면, 슬릿 구조(S)는 플라즈마 진단 영역(A)이 아닌 영역에서 들어오는 광선에 의한 노이즈들을 차단할 수 있다.According to one embodiment, the slit structure (S) can block noise caused by light coming from an area other than the plasma diagnosis area (A).
일 실시 예에 따르면, 공초점 광학계(130)는 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132)를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the confocal
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 진단 영역(A) 내 각 진단 위치별 광선의 초점은 슬릿 구조(S)에 형성될 수 있다. 상기 각 진단 위치별 광선은 제1 렌즈(131)를 통해 시준되고, 구경조리개(133)를 통해 일정 광량이 보정되며, 제2 렌즈(132)를 통해 광 파이버(140)로 집광될 수 있다.According to one embodiment, the focus of the light beam for each diagnostic position in the plasma diagnosis area (A) may be formed in the slit structure (S). The light rays for each diagnostic position may be collimated through the
일 실시 예에 따르면, 공초점 광학계(130)는 공초점을 이용하여 노이즈를 제거함으로써 신호대비잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 개선한다.According to one embodiment, the confocal
일 실시 예에 따르면, 제1 렌즈(131)는 제1 렌즈(131)의 초점이 슬릿 구조(S)의 위치와 대응되도록 배치될 수 있다. 제1 렌즈(131)는 평행광을 출력할 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 제2 렌즈(132)는 제1 렌즈(131)의 평행광을 입력 받아 제2 렌즈(132)의 초점에 광을 집중시킬 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)는 제2 렌즈(132)의 초점 위치에 대응되도록 배치될 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)의 위치는 [수학식 3]에 따라 결정될 수 있다. [수학식 3]에서, EFL은 초점 렌즈(110)의 유효 초점거리를 나타낼 수 있다. [수학식 3]에서, θ는 뷰포트의 수직으로부터 측정하고자 하는 광선이 이루는 조준선의 각도를 나타낼 수 있다. [수학식 3]에서, MC은 공초점 광학계(130)의 배율을 나타낼 수 있다. [수학식 3]에서, MR은 릴레이 렌즈(170)의 배율을 나타낼 수 있다. [수학식 3]에서, Fiber position은 광축으로부터 떨어진 광 파이버(140)의 위치를 나타낼 수 있다.According to one embodiment, the position of the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)의 위치는 액추에이터(150)에 의하여 이동될 수 있다. 광 파이버(140)의 이동 방향은 예컨대 초점 렌즈(110), 구경조리개(120), 공초점 광학계(130) 및 릴레이 렌즈(170)가 정렬된 방향에 대하여 수직일 수 있다.According to one embodiment, the position of the
일 실시 예에서, 광 파이버(140)는 일반적으로 더 낮은 굴절률을 갖는 투명한 클래딩 물질에 의해 둘러싸인 코어를 포함할 수 있다.In one embodiment,
일 실시 예에 따르면, 플라즈마 진단 영역(A)에서 시작하여 슬릿 구조(S)를 통과한 복수의 광선들(R1, R2, R3)은 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132)를 거쳐 광 파이버(140)로 전달될 수 있다.According to one embodiment, a plurality of light rays (R1, R2, R3) starting from the plasma diagnosis area (A) and passing through the slit structure (S) pass through the
일 실시 예에 따르면, 광 파이버(140)는 다중 모드(Multi-mode)일 수 있다. 다중 모드(Multi-mode)는 단일 모드(Single-mode)에 비해 더 큰 코어 직경을 가질 수 있다. 다중 모드(Multi-mode)는 더 큰 코어와 큰 개구수 가능성 때문에 단일 모드(Single-mode)에 비해 집광 용량(light-gathering capacity)이 높을 수 있다.According to one embodiment, the
일 실시 예에 따르면, 광 경로 제어부(160)는 플라즈마 진단 영역(A)으로부터의 광 경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 광 경로 제어부(160)는 플라즈마 진단 영역(A)에 대해 45도로 기울여 배치된 경우, 광 경로를 90도 변경하여 복수의 광선들(R1, R2, R3)이 슬릿 구조(S)를 향하도록 광 경로를 변경시킬 수 있다. 플라즈마 광학계(100)가 길어지게 되는 경우에는 무게 중심의 문제나 측정 시 공간을 많이 차지하게 되는 경우가 발생하는데, 광 경로 제어부(160)는 광 경로를 변경시킴으로써 상기 문제점을 해소할 수 있다.According to one embodiment, the optical path control
도 3에서는 광 경로 제어부(160)가 플라즈마 진단 영역(A)과 슬릿 구조(S) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며 플라즈마 광학계(100)의 구성들 사이 어느 곳에든 배치될 수 있다. 또한, 광 경로 제어부(160)는 설계 목적 및 측정 장소에 따라 복수로 구성되어 플라즈마 광학계(100)에 포함될 수 있다.In FIG. 3, the optical path control
일 실시 예에 따르면, 공초점 광학계(130)는 노이즈 감소 및/또는 액추에이터(150)의 위치에 따라 플라즈마 광학계(100)에 추가적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 공초점 광학계(130)는 릴레이 렌즈(170) 및 광 파이버(140) 사이에 배치될 수 있다.According to one embodiment, the confocal
일 실시 예에 따르면, 공초점 광학계(130)의 초점 위치에는 슬릿 구조(S)가 배치될 수 있다. 슬릿 구조(S)는 릴레이 렌즈(170)를 통과한 광선들의 노이즈를 감소시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 슬릿 구조(S)는 선형의 오프닝(opening) 형태일 수 있다.According to one embodiment, a slit structure (S) may be disposed at the focal position of the confocal
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 다양한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments, but these are merely illustrative examples, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the gist and scope of the present invention. It will be apparent that various other variations, modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
100: 플라즈마 진단을 위한 광학계
110: 초점 렌즈
120: 구경조리개
130: 공초점 광학계
140: 광 파이버
150: 액추에이터
160: 광 경로 제어부
170: 릴레이 렌즈
S: 슬릿 구조100: Optical system for plasma diagnosis
110: focus lens
120: Aperture aperture
130: Confocal optical system
140: optical fiber
150: actuator
160: Optical path control unit
170: relay lens
S: Slit structure
Claims (5)
상기 플라즈마 진단을 위한 광학계의 광 경로를 변경하는 광 경로 제어부;
상기 초점 렌즈의 수차 성능을 유지하기 위하여 상기 초점 렌즈 앞에 배치되는 구경조리개; 및
수광에 사용되는 광 파이버(optical fiber)를 포함하고,
상기 광 파이버의 위치가 액추에이터에 의하여 변경됨에 따라, 조준선의 각도가 스캔되고,
상기 구경조리개는 물체 거리에 변화가 없는 상태로 일정한 수치구경이 유지되고,
상기 초점 렌즈의 유효 초점 거리와 뷰포트의 수직과 광선이 이루는 조준선의 각도에 기초하여 상기 광 파이버의 위치가 결정되는 것인, 플라즈마 진단을 위한 광학계.A focusing lens that focuses light emitted from the plasma diagnosis area along an aiming line;
an optical path control unit that changes the optical path of the optical system for the plasma diagnosis;
an aperture stop disposed in front of the focus lens to maintain aberration performance of the focus lens; and
Contains an optical fiber used for light reception,
As the position of the optical fiber is changed by the actuator, the angle of the aiming line is scanned,
The aperture stop maintains a constant numerical aperture with no change in object distance,
An optical system for plasma diagnosis, wherein the position of the optical fiber is determined based on the effective focal length of the focusing lens and the angle between the vertical of the viewport and the line of sight formed by the light ray.
상기 광 파이버에 입사하는 주광선의 각도가 광축을 기준으로 0도 이상 5도 미만인, 플라즈마 진단을 위한 광학계.In claim 1,
An optical system for plasma diagnosis, wherein the angle of the chief ray incident on the optical fiber is 0 degrees or more and less than 5 degrees based on the optical axis.
상기 초점 렌즈 및 상기 광 경로 제어부 사이에는 슬릿 구조가 배치되는, 플라즈마 진단을 위한 광학계.In claim 1,
An optical system for plasma diagnosis, wherein a slit structure is disposed between the focus lens and the optical path control unit.
상기 초점 렌즈 및 상기 광 파이버 사이에는 공초점 광학계 및 릴레이 렌즈 중 적어도 하나가 더 배치되는, 플라즈마 진단을 위한 광학계.In claim 1,
An optical system for plasma diagnosis, wherein at least one of a confocal optical system and a relay lens is further disposed between the focusing lens and the optical fiber.
상기 초점 렌즈는 줌 렌즈 또는 전자 가변 렌즈(electrical tunable lens)인, 플라즈마 진단을 위한 광학계.In claim 1,
An optical system for plasma diagnosis, wherein the focus lens is a zoom lens or an electrically tunable lens.
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