KR20050051415A - Mapping ellipsometer - Google Patents

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KR20050051415A
KR20050051415A KR1020030085200A KR20030085200A KR20050051415A KR 20050051415 A KR20050051415 A KR 20050051415A KR 1020030085200 A KR1020030085200 A KR 1020030085200A KR 20030085200 A KR20030085200 A KR 20030085200A KR 20050051415 A KR20050051415 A KR 20050051415A
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안일신
오혜근
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학교법인 한양학원
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Abstract

본 발명은 매핑 타원해석기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 LCD, PDP와 같은 대면적 시편의 두께, 또는 이러한 시편의 표면의 광학적 또는 미세 구조적 균일도 분포 등을 측정할 수 있는 타원해석기 헤드 및 그를 이용한 매핑 타원해석기에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 타원해석기의 광부품을 소형모듈로 일체화 시킨 타원해석기 헤드와, 이를 x-y 이동스테이지에 부착하여 움직이면서 시편을 측정하는 매핑 타원해석기를 제공하는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 매핑 타원해석기는 시편을 지지하는 시편장착대와, 상기 시판 장착대에 수직으로 이격되어 설치된 x-y 이동스테이지와, 상기 x-y 이동스테이지에 장착되어 상기 시편의 검사면에 평행한 2개의 교차축을 따라 이동 가능한 일체형 타원해석기 헤드와, 상기 타원해석기 헤드와 연결되어 이를 구동시키는 타원해석기 헤드 구동부를 포함하며, 상기 타원해석기 헤드는 발광부와 수광부를 포함한다. The present invention relates to a mapping ellipsometer, and more particularly, an elliptical analyzer head capable of measuring the thickness of a large area specimen such as a large LCD and a PDP, or an optical or microstructural uniformity distribution of the surface of the specimen. It is about a mapping ellipsometer. It is an object of the present invention to provide an elliptical analyzer head which integrates an optical component of an elliptical analyzer into a small module, and a mapping elliptical analyzer for measuring a specimen while moving by attaching it to an x-y moving stage. In order to achieve the above object, the mapping ellipsometer according to the present invention is equipped with a specimen mounting support for supporting a specimen, an xy moving stage installed vertically spaced apart from the commercial mount, and an inspection of the specimen mounted on the xy moving stage. An integrated elliptical analyzer head movable along two crossing axes parallel to the surface, and an elliptical analyzer head driving unit connected to and driving the elliptical analyzer head, wherein the elliptical analyzer head includes a light emitting unit and a light receiving unit.

Description

매핑 타원해석기{MAPPING ELLIPSOMETER} Mapping Ellipsometer {MAPPING ELLIPSOMETER}

본 발명은 매핑 타원해석기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 LCD, PDP와 같은 대면적 시편의 두께, 또는 이러한 시편의 표면의 광학적 또는 미세 구조적 균일도 분포 등을 측정할 수 있는 타원해석기 헤드 및 그를 이용한 매핑 타원해석기에 관한 것이다. The present invention relates to a mapping ellipsometer, and more particularly, an elliptical analyzer head capable of measuring the thickness of a large area specimen such as a large LCD and a PDP, or an optical or microstructural uniformity distribution of the surface of the specimen. It is about a mapping ellipsometer.

타원해석법(ellipsometry)은 19세기 말부터 사용되었는데, 타원해석기술은 물질에 입사된 빛이 매질의 표면에서 반사나 투과 후 그 매질의 굴절률이나 두께에 따라 빛의 편광상태가 변화하는 성질을 이용하여 물질의 광학적인 특성을 조사하는 분석법이다. 구체적으로 설명하면 빛을 시편에 입사시킨 후 그에 반사된 빛의 편광상태를 분석하여 시편이 지닌 광학적 성질 또는 박막의 경우 그 두께를 추출하는 광학 기술을 말한다. 이러한 분석을 위한 장비를 타원해석기(ellipsometer)라고 한다. 타원(ellipse)라는 용어는, 선형편광된 빛이 매질의 표면에서 반사 후 타원편광으로 바뀌는데서 그 의미를 짐작할 수 있다. Ellipsometry has been used since the end of the 19th century. The ellipsometric technique uses the property that the polarization state of light changes according to the refractive index or thickness of the medium after the light incident on the material is reflected or transmitted through the surface of the medium. It is an analysis method that investigates the optical properties of a material. Specifically, it refers to an optical technology that extracts the thickness of an optical property or a thin film in the case of light incident on the specimen after analyzing the polarization state of the reflected light. The equipment for this analysis is called an ellipsometer. The term ellipse can be guessed as the linearly polarized light is changed to elliptical polarization after reflection on the surface of the medium.

타원해석기는 따라서 널링(nulling)형과 포토매트릭(photometric)형과 간섭계(interferometric)형으로 분류된다. 특히, 포토매트릭형은 다시 위상변이형과 편광자 및/또는 분석기를 회전시키는 회전요소형으로 세분된다. 이 중에서 회전요소형의 타원해석기는 비교적 간단한 구조와 데이터의 정확성으로 가장 많이 이용되고 있다. Elliptical interpreters are therefore classified into nulling, photometric and interferometric types. In particular, the photometric type is further subdivided into phase shift type and rotating element type for rotating the polarizer and / or analyzer. Among these, the elliptic analyzer of the rotating element type is most commonly used because of its relatively simple structure and accuracy of data.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 일반적인 매핑 타원해석기와 매핑 타원해석기의 광학대 위에 장착된 광학부품들의 개략 사시도이다. 도 1a의 타원해석기는 고정식 광학대(102)와 시편(105)을 지지하는 이동식 시편장착대(104)와 x-y이동스테이지를 포함한다. x-y이동스테이지는 시편장착대가 상단에 부착되어 시편장착대(104)를 y축으로 이동시키는 y축 이동스테이지(101)와 y축 이동스테이지가 상단에 부착되어 이를 x축으로 이동시키는 x축 이동스테이지(100)를 포함한다. 시편을 측정하기 위하여, 이와 같은 종래의 타원해석기에서는 x-y 이동스테이지 상에 장착된 시편장착대(104) 위에 시편(105)을 놓은 다음 x-y 이동스테이지에 의해 시편(105)을 이동시킨다. 시편의 이동에 따라 고정된 광학대(102)에 장착된 광부품들에서 시편의 각 부위의 데이터가 검출됨으로써 표면의 광학적 또는 미세구조적인 균질도 분포를 측정하게 된다. 즉, 이와 같은 종래의 일반적인 타원해석기에서는 광학대(102)가 고정되어 있고, x-y 이동스테이지 위에 부착된 시편장착대(104)가 이동되면서 그 위에 놓인 시편(105) 검사면의 균질도나 두께 등이 측정된다. 시편장착대(104)에 점선으로 표시된 화살표는 y축 이동스테이지에 대한 시편장착대(104)의 상대이동 방향을 나타내고, y축 이동스테이지(101)에 점선으로 표시된 화살표는 x축 이동스테이지에 대한 y축 이동스테이지의 상대이동 방향을 나타낸다. 광학대(102)와 시편(105)사이에 실선으로 표시된 화살표는 타원해석기에서 사용하는 빛의 이동방향을 나타낸다. 1A and 1B are schematic perspective views of optical components mounted on an optical stand of a conventional general mapping ellipsometer and a mapping ellipsometer, respectively. The elliptical interpreter of FIG. 1A includes a stationary optical bench 102 and a movable specimen mounting table 104 supporting the specimen 105 and an x-y moving stage. The xy moving stage is attached to the top of the specimen mounting stage, the y-axis moving stage 101 for moving the specimen mounting 104 to the y-axis and the y-axis moving stage is attached to the top of the x-axis moving stage to move it to the x-axis 100. In order to measure the specimen, such a conventional ellipsometer analyzes the specimen 105 on the specimen mounting table 104 mounted on the x-y moving stage and then moves the specimen 105 by the x-y moving stage. As optical components mounted on the optical bench 102 fixed as the specimen moves, data of each part of the specimen is detected to measure an optical or microstructure homogeneity distribution of the surface. That is, in such a conventional elliptical analyzer, the optical bench 102 is fixed, and the homogeneity or thickness of the test surface 105 placed on the specimen mounting table 104 is moved while the specimen mounting table 104 is moved on the xy moving stage. Is measured. Arrows indicated by the dotted lines on the specimen mounting table 104 indicate the relative movement directions of the specimen mounting table 104 relative to the y-axis moving stage, and arrows indicated by the dotted lines on the y-axis moving stage 101 indicate the relative movement directions about the x-axis moving stage. Indicates the relative movement direction of the y-axis movement stage. The arrows indicated by the solid line between the optical bench 102 and the specimen 105 indicate the direction of movement of light used in the elliptical analyzer.

한편, 도 1b는 상기 타원해석기의 광학대(102) 상부에 설치된 광학부품들의 개략도로서 빛을 편광시켜 시편(105)에 빛을 입사하기 위한 편광발생부(107)와, 시편(105)에 반사되어 다시 편광상태가 변한 편광을 수용하여 이를 특정한 방향으로 통과시키는 편광해석부(108)와, 편광해석부를 통과한 빛의 밝기를 검출하기 위해 빛을 전기적 신호로 변환시키는 광검출부(109) 등은 광학부품이 두 개의 아암으로 구성된 도 1a의 광학대(102) 위에 장착되어 있다. 상기 광학대(102)의 외부에는 광원부(106)를 위한 광원전원장치(111), 편광발생부(107) 및 편광해석부(108)를 작동시키기 위한 컨트롤러(112), 그리고 광검출부(109)를 작동시키기 위한 컨트롤러(113)가 마련되어 있다. 또한, 편광발생부(107)와 편광해석부(108)는 통상 편광기 및/또는 보상기로 구성되고 이들 각 부품을 측정 전 캘리브레이션을 위한 위치제어를 위해 이들 각 부품을 구동하는 (도시되지 않은) 구동모터가 각각 설치되어 있다. Meanwhile, FIG. 1B is a schematic view of optical components installed on the optical bench 102 of the elliptical analyzer, and polarized light 107 for injecting light into the specimen 105 to reflect light to the specimen 105. The polarization analysis unit 108 receives the changed polarization state and passes it in a specific direction, and the light detection unit 109 converts light into an electrical signal to detect the brightness of the light passing through the polarization analysis unit. An optical component is mounted on the optical bench 102 of FIG. 1A consisting of two arms. Outside the optical bench 102, a controller 112 for operating the light source power supply 111 for the light source unit 106, the polarization generating unit 107 and the polarization analysis unit 108, and the light detection unit 109 A controller 113 for operating the controller is provided. In addition, the polarization generator 107 and the polarization analysis unit 108 are usually composed of a polarizer and / or a compensator and drive (not shown) to drive each of these parts for position control for calibration before measurement. Each motor is installed.

상기 장치의 구동을 살펴보면, 광원부(106)에서 나온 빛이 편광발생부(107)를 통해 편광상태를 갖는 빛이 되어 시편(105)으로 입사되면, 상기 시편(105)으로부터 반사되어 나온 편광을 편광해석부(108)가 특정한 방향으로 편광된 빛만 통과시킨 후, 통과한 빛을 파장별로 광검출부(109)에서 검출하여, 검출된 검출신호를 (도시되지 않은) 컴퓨터 등으로 파형을 분석하여 시편이 가지고 있는 광학정보가 분석된다. Looking at the driving of the device, when the light emitted from the light source unit 106 becomes a light having a polarization state through the polarization generating unit 107 and enters the specimen 105, the polarized light reflected from the specimen 105 is polarized After the analyzer 108 passes only the light polarized in a specific direction, the light is detected by the light detector 109 for each wavelength, and the detected signal is analyzed by a computer (not shown) to analyze the waveform. The optical information you have is analyzed.

설명을 단순화하기 위하여 시편(105)이 시편장착대(104)와 동일한 크기인 경우를 가정하여, 도 2를 참조하여 상기의 일반적인 타원해석기에서 시편 장착대의 이동범위에 대해 설명하겠다. 타원해석기의 광학대(102)가 고정되어 있으므로 여기에서 나온 빛이 시편에 입사되는 지점(122)이 고정되어 있기 때문에, 시편의 모든 표면을 매핑하기 위해서는 시편(105)을 장착한 시편장착대(104)가 점선으로 표시된 공간(124)을 모두 움직여야 시편의 모든 표면을 매핑할 수가 있다. 즉, 표면 전체를 매핑하기 위해서 확보하여야 할 면적(124)은 시편(105) 면적의 4배가 됨을 알 수가 있다. In order to simplify the description, assuming that the specimen 105 is the same size as the specimen mounting table 104, the moving range of the specimen mounting table in the general elliptical analyzer will be described with reference to FIG. Since the optical bench 102 of the elliptical analyzer is fixed, the point 122 at which the light from the light enters the specimen is fixed, so that the specimen mounting table equipped with the specimen 105 can be used to map all surfaces of the specimen. 104 must move all of the space 124 indicated by the dotted lines to map all surfaces of the specimen. That is, it can be seen that the area 124 to be secured in order to map the entire surface is four times the area of the specimen 105.

즉, 시편의 ⓐ지점을 측정하려면 ⓐ가 좌표( x1, -y1)으로 오도록 시편을 오른쪽으로 이동시켜야 한다. 따라서 ⓑ지점이 점선의 끝인 (x3, -y1)으로 이동되게 된다. 시편과 시편장착대가 가로, 세로 10㎝의 정사각형으로 시편장착대와 같은 100㎠의 크기라고 가정하면, 시편의 모든 표면을 매핑하기 위하여 시편장착대가 움직이는 점선의 면적은 (2 x 10)2 으로 400㎠이 되므로 시편의 크기에 비해 4배나 됨을 알수 있다.That is, to measure the point ⓐ of the specimen, the specimen must be moved to the right so that ⓐ is in coordinates (x 1 , -y 1 ). Thus, point ⓑ is moved to the end of the dotted line (x 3 , -y 1 ). Assuming that the specimen and the specimen holder are square, 10 cm wide and 100 cm in size, the area of the dotted line on which the specimen mount moves to map all surfaces of the specimen is (2 x 10) 2 to 400 Since it becomes ㎠, it can be seen that it is four times larger than the size of the specimen.

또한, 도 1a에 도시된 바와 같이 고정식 광학대(102)의 장착부(103)는 시편장착대(104)와의 간섭을 피하기 위해 시편장착대(104)의 이동범위 밖의 위치에서 타원해석기의 본체부에 고정 장착되어야 한다. 따라서 시편이 커지면 타원해석기도 전체적으로 대형화되는 문제가 있다. In addition, as shown in FIG. 1A, the mounting portion 103 of the fixed optical bench 102 is mounted to the main body of the elliptical analyzer at a position outside the moving range of the specimen mounting table 104 to avoid interference with the specimen mounting table 104. It must be fixed. Therefore, as the specimen grows, there is a problem in that the elliptical solver becomes large in overall.

특히, 일반적인 구성의 타원해석기는 시편의 크기가 대면적 디스플레이 등과 같이 점차 대형화됨에 따라 여러 면에서 단점을 지니고 있다. 이를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 시편을 x-y 이동스테이지에 놓고 매핑할 경우 전후좌우로 시편 크기의 4배에 해당하는 작업공간이 있어야 시편 전체의 측정이 가능하게 된다. 둘째, 시편이 커지면 타원해석기 자체도 대형화된다. 셋째, 타원해석기에서 대면적 시편을 측정할 경우 시편장착대를 이동시킬때 시편의 부하로 인해 큰 구동력이 필요하게 되는데, 예를 들면 측정지점을 바꿀 때마다 무겁고 큰 시편을 움직여야 하기 때문에 대용량의 x-y 이동스테이지가 필요하게 된다. 특히, 반도체공정 등에서 공정 중 일부에 사용할 경우에는 타원해석기 장비가 차지하는 공간과 다른 공정 장비가 차지하는 공간을 서로 조정하여 배치할 필요가 있기 때문에, 타원해석기 기기가 크거나 기기가 차지하게 되는 공간의 크기가 커지면 문제가 된다. 넷째, 시편장착대의 빈번한 움직임에 따라 시편이 파손될 위험이 있다. In particular, the elliptical analyzer of the general configuration has disadvantages in many aspects as the size of the specimen is gradually enlarged, such as a large area display. This is summarized as follows. First, when the specimen is placed on the x-y moving stage and mapped, there must be a work space corresponding to four times the size of the specimen in front, rear, left, and right to measure the entire specimen. Second, the larger the specimen, the larger the elliptical analyzer itself. Third, when measuring a large area specimen in an elliptical analyzer, a large driving force is required due to the load of the specimen when moving the specimen mount. For example, a large xy is required because the heavy and large specimen must be moved each time the measuring point is changed. Moving stage is required. In particular, when used in some of the processes in the semiconductor process, etc., the space occupied by the elliptical analyzer equipment and the space occupied by other process equipment need to be adjusted to each other. Becomes a problem. Fourth, there is a risk that the specimen is damaged due to the frequent movement of the specimen holder.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 타원해석기의 광부품을 소형모듈로 일체화 시킨 타원해석기 헤드와, 이를 x-y 이동스테이지에 부착하여 움직이면서 시편을 측정하는 매핑 타원해석기를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an elliptical analyzer head that integrates the optical component of the elliptical analyzer into a small module, and the mapping elliptical analyzer for measuring the specimen while moving it attached to the xy moving stage To provide.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 매핑 타원해석기는 매핑 타원해석기에 있어서, 시편을 지지하는 시편장착대와, 상기 시판 장착대에 수직으로 이격되어 설치된 x-y 이동스테이지와, 상기 x-y 이동스테이지에 장착되어 상기 시편의 검사면에 평행한 2개의 교차축을 따라 이동 가능한 일체형 타원해석기 헤드와, 상기 타원해석기 헤드와 연결되어 이를 제어하는 타원해석기 헤드 제어부를 포함하며, 상기 타원해석기 헤드는 발광부와 수광부를 포함한다.In order to achieve the above object, the mapping ellipsometer according to the present invention, in the mapping ellipsometer, a specimen mounting table for supporting the specimen, an xy moving stage installed vertically spaced apart from the commercial mount, and the xy moving stage An elliptical analyzer head mounted on the elliptical analyzer head and connected to the elliptical analyzer head, the elliptical analyzer head control unit connected to the elliptical analyzer head and controlling the elliptical analyzer head. It includes a light receiving unit.

상기 시편장착대는 고정될 수 있고, 상기 발광부는 광원부와 편광발생부를 포함할 수 있고, 상기 수광부는 편광해석부와 광검출부를 포함할 수 있다. 상기 광원부, 편광발생부, 시편의 검사면, 편광해석부 및 광검출부로 연결되는 광경로 상에 적어도 하나의 광경로변조수단을 포함하여 타원해석기 헤드의 폭이 감소될 수 있다. 상기 광경로변조수단은 거울을 포함할 수 있고, 또한 상기 광경로변조수단은 광원부와 편광발생부 사이와, 편광해석부와 광검출부 사이에 각각 하나씩 배치될 수 있다. 상기 x-y스테이지는 상기 시편장착대에 대해 수직으로 이동 가능하며, 상기 타원해석기 헤드는 상기 편광 발생부와 편광 해석부를 구동하여 빛의 편광 특성을 변화시키기 위한 편광변조장치를 포함할 수 있고, 상기 편광변조장치는 1개의 회전구동수단을 포함하며, 상기 회전구동수단에 의해 편광발생부 및 편광해석부가 서로 동일한 회전각을 가지도록 기구적으로 연동되어 회전 구동될 수 있다. 상기 광원부와 광검출부는 외부에 마련한 광원 및 광검출센서와 이에 연결된 광섬유를 포함할 수 있고, 상기 광원부는 단파장 램프, 할로겐 램프, 제논방전 램프 또는 중수로 램프를 포함할 수 있다. 상기 타원해석기 헤드는 복수 개가 어레이 형태로 배열될 수 있으며, 또는 복수개의 발광부 및 수광부 쌍을 포함하고 이들 쌍은 어레이 형태로 배열될 수 있다. 상기 타원해석기 헤드는 반사율 측정용 헤드를 포함할 수 있다. 상기 광검출부는 단파장 측정을 위한 단일광검출부, 분광측정을 위한 CCD 또는 포토다이오드 어레이로 이루어진 다중 채널 검출기를 포함할 수 있다.The specimen mounting stand may be fixed, the light emitting unit may include a light source unit and a polarization generating unit, and the light receiving unit may include a polarization analysis unit and a light detection unit. The width of the elliptical analyzer head may be reduced by including at least one optical path modulator on the light path connected to the light source, the polarization generator, the test surface of the specimen, the polarization analyzer, and the light detector. The optical path modulating means may include a mirror, and the optical path modulating means may be disposed between the light source unit and the polarization generating unit and between the polarization analyzing unit and the light detecting unit, respectively. The xy stage may be moved vertically with respect to the specimen mounting table, and the elliptical analyzer head may include a polarization modulator for changing the polarization characteristics of light by driving the polarization generator and the polarization analyzer. The modulator includes one rotation driving means, and the rotation driving means may be mechanically interlocked and driven to rotate so that the polarization generating portion and the polarization analysis portion have the same rotation angle. The light source unit and the light detection unit may include an external light source, a light detection sensor, and an optical fiber connected thereto, and the light source unit may include a short wavelength lamp, a halogen lamp, a xenon discharge lamp, or a heavy water reactor lamp. The elliptical analyzer head may be arranged in a plurality of array forms, or may include a plurality of light emitting portion and light receiving portion pairs, and the pair may be arranged in an array form. The elliptic analyzer head may include a reflectance measuring head. The light detector may include a single light detector for short wavelength measurement, a multi-channel detector including a CCD or photodiode array for spectroscopic measurements.

본 발명은 대부분의 타원해석기에 적용이 가능하나, 하기에서 설명할 실시예에서는 현재 가장 많이 이용되고 있는 회전요소형(rotating element type) 타원해석기를 예로 들어 설명하겠다.The present invention can be applied to most elliptical solvers, but in the embodiments to be described below, the rotating element type elliptical solver which is most used at present will be described as an example.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 매핑 타원해석기의 구조와 작동에 대해 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the structure and operation of the mapping ellipsometer according to the present invention.

본 발명에 따른 매핑 타원해석기와 그에 사용되는 헤드의 개략도가 각각 도 3과 도 4에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 본 발명에 따른 매핑 타원해석기는 시편을 지지하는 시편장착대(304)와 상기 시편장착대(304)에 수직으로 이격되어 설치된 x-y 이동스테이지와 이에 장착된 타원해석기 헤드(302)를 포함한다. x-y 이동스테이지는 시편장착대(304)에 고정된 스테이지 장착부(303)에 고정 장착된 y축 이동스테이지(301)와 y축 이동스테이지에 y축으로 이동가능하게 장착된 x축 이동스테이지(300)를 포함한다. 이때, 타원해석기 헤드(302)는 x축 이동스테이지(300)에 x축으로 이동가능하게 장착되어 있다. 타원해석기 헤드(302)의 내부에는 시편의 검사면에 빛을 입사하는 발광부와 발광부에서 나온 빛이 시편 검사면에 반사된 빛을 수용하는 수광부가 마련되어 있다. 한편, 시편(305)이 놓인 시편장착대(304)가 도 3에서는 고정된 것으로 도시되어 있으나, 시편장착대가 반드시 고정식일 필요는 없다. Schematics of the mapping elliptic solver and the head used therein according to the present invention are shown in Figs. The mapping ellipsometer according to the present invention shown in FIG. 3 is a specimen mounting table 304 for supporting a specimen and an xy moving stage installed vertically spaced apart from the specimen mounting plate 304, and an elliptical analyzer head 302 mounted thereto. It includes. The xy moving stage 300 is a y-axis moving stage 301 fixedly mounted to the stage mounting unit 303 fixed to the specimen mounting plate 304 and the x-axis moving stage 300 mounted to the y-axis moving stage in a y-axis movable stage. It includes. At this time, the elliptical analyzer head 302 is mounted on the x-axis moving stage 300 to be movable on the x-axis. The elliptical analyzer head 302 is provided with a light emitting part for receiving light incident on the test surface of the test piece and a light receiving part for receiving light reflected from the light emitting part. On the other hand, although the specimen mounting plate 304 on which the specimen 305 is placed is shown as being fixed in FIG. 3, the specimen mounting plate does not necessarily need to be fixed.

시편(305)을 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 타원해석기에서는 시편장착대(304) 위에 시편(305)을 놓은 다음 x-y스테이지에 의해 헤드(302)를 x축 및 y축으로 이동시킨다. 헤드의 이동에 따라 헤드 내에 장착된 발광부 및 수광부 등에서 시편의 각 부위의 데이터가 검출됨으로서 표면의 광학적 또는 미세구조적인 균질도 분포를 측정하게 된다. 즉, 이와 같은 본 발명에 따른 타원해석기에서는 x-y 이동스테이지에 장착된 헤드(302)가 x축 및 y축으로 이동되면서 시편장착대(304) 위에 놓인 시편(305) 검사면의 균질도나 두께 등이 측정된다. 헤드(302)의 오른편에 점선으로 표시된 화살표는 x축 이동스테이지(300)에 대한 타원해석기 헤드(302)의 상대이동 방향을 나타내고, x축 이동스테이지(300) 위에 점선으로 표시된 화살표는 y축 이동스테이지(301)에 대한 x축 이동스테이지(300)의 상대이동 방향을 나타낸다. 실선으로 표시된 화살표는 타원해석기에서 사용하는 빛의 이동방향을 나타낸다. In order to measure the specimen 305, in the ellipsometer according to the present invention, the specimen 305 is placed on the specimen holder 304, and then the head 302 is moved to the x-axis and the y-axis by an x-y stage. As the head moves, data of each part of the specimen is detected in the light emitting part and the light receiving part mounted in the head, thereby measuring the optical or microstructural homogeneity distribution of the surface. That is, in the elliptical analyzer according to the present invention, the uniformity or thickness of the test surface of the specimen 305 placed on the specimen mounting plate 304 is moved while the head 302 mounted on the xy moving stage moves on the x-axis and the y-axis. Is measured. Arrows indicated by dotted lines on the right side of the head 302 indicate the relative movement directions of the ellipsometer head 302 relative to the x-axis movement stage 300, and arrows indicated by the dotted lines on the x-axis movement stage 300 indicate y-axis movement. The relative movement direction of the x-axis moving stage 300 with respect to the stage 301 is shown. The solid arrows indicate the direction of light movement in the ellipsometer.

한편, 본 발명에 따른 타원해석기 헤드의 구조를 도 4를 참조하여 설명하겠다. (도시되지 않은) x-y 이동스테이지에 부착된 타원해석기 헤드(302)의 내부에는 빛을 조사하기 위한 광원부(306), 상기 광원부(306)로부터 나온 빛을 일정한 각속도로 회전하면서 편광시켜 시편(305)에 빛을 입사하기 위한 편광발생부(307)와, 시편(305)에 반사되어 다시 편광상태가 변한 편광을 수용하여 이를 특정한 방향으로 통과시키는 편광해석부(308)와, 편광해석부를 통과한 빛의 밝기를 검출하기 위해 빛을 전기적 신호로 변환시키는 광검출부(309) 등이 장착되어 있다. 전기적 신호는 (도시되지 않은) 인터페이스의 아날로그-디지털 컨버터에 의해 수치화되고 컴퓨터(546)에 입력되면 파형이 분석되어 시편(305)의 광학적 특성이 구해진다. 이때 편광발생부(307)와 편광해석부(308)에는 측정과정 상 빛의 편광상태를 다소 변화시킬 필요가 있을 시 이용하기 위한 (도시되지 않은) 편광변조장치가 포함될 수 있다. 편광발생부(307) 또는 편광해석부(308)는 빛을 선형 편광시키는 편광기만으로 단독 구성되거나 또는 빛의 위상을 바꾸는 편광변조장치로 보상기(compensator)를 사용하여 편광기와 조합구성으로 될 수 있다. 본 실시예에서는 편광변조장치로서 보상기를 사용하겠다. On the other hand, the structure of the elliptical analyzer head according to the present invention will be described with reference to FIG. Inside the elliptical analyzer head 302 (not shown) attached to the xy moving stage, a light source unit 306 for irradiating light, and the light emitted from the light source unit 306 while rotating and polarized at a constant angular rate of the specimen 305 The polarization generating unit 307 for injecting light into the light, the polarization analysis unit 308 for receiving the polarized light reflected by the specimen 305 and the polarization state is changed again and passing it in a specific direction, and the light passing through the polarization analysis unit In order to detect the brightness of the light detector 309 for converting light into an electrical signal is mounted. The electrical signal is quantified by an analog-to-digital converter of an interface (not shown) and input to the computer 546 to analyze the waveform to obtain the optical properties of the specimen 305. In this case, the polarization generator 307 and the polarization analyzer 308 may include a polarization modulator (not shown) for use when it is necessary to change the polarization state of the light somewhat in the measurement process. The polarization generator 307 or the polarization analyzer 308 may be configured solely with a polarizer for linearly polarizing light or may be combined with a polarizer using a compensator as a polarization modulator for changing the phase of light. In this embodiment, a compensator will be used as the polarization modulator.

상기 광원부(306)로는 단파장을 사용할 수 있고 분광측정을 위해 할로겐 램프, 제논방전 램프 또는 중수로 램프를 광원으로 사용할 수 있다. 또한 광검출부(309)의 광검출센서로서는 단파장 측정을 위해 단일 검출기를 사용할 수 있고 분광측정을 위해 CCD(charge coupled device) 또는 포토다이오드 어레이(photodiode array) 등의 다중채널검출기를 사용할 수 있다. As the light source unit 306, a short wavelength may be used, and a halogen lamp, a xenon discharge lamp, or a heavy water reactor lamp may be used as a light source for spectroscopic measurement. In addition, a single detector may be used as the light detection sensor of the photodetector 309, and a multichannel detector such as a charge coupled device (CCD) or a photodiode array may be used for spectroscopic measurements.

상기 광원부(306)와 광검출부(309)는 통상 광원과 광검출센서가 타원해석기 내에 장착된다. 그러나, 이와 달리 상기 광원부(306)와 광검출부(309)는 도 7에 도시된 바와 같이, 헤드 제어부(503)에 마련한 광원(306a) 및 광검출센서(309a)와 이에 연결된 광섬유(306b, 309b)를 포함할 수 있다. 즉, 타원해석기 헤드 제어부(503) 내에 광원(306a)과 광검출센서(309a)를 장착하고 이들을 광섬유(306b, 309b)의 일단에 각각 연결하고, 광섬유(306b, 309b)의 타단은 도 4에 도시된 타원해석기 헤드(303)의 광원부(306)와 광검출부(309) 위치에 위치시킬 수도 있다. The light source 306 and the light detector 309 are typically mounted in an elliptical analyzer with a light source and a light detection sensor. However, unlike the light source unit 306 and the light detector 309 as shown in FIG. 7, the light source 306a and the light detection sensor 309a provided in the head controller 503 and the optical fibers 306b and 309b connected thereto. ) May be included. That is, the light source 306a and the light detection sensor 309a are mounted in the elliptical analyzer head control unit 503 and connected to one ends of the optical fibers 306b and 309b, respectively, and the other ends of the optical fibers 306b and 309b are shown in FIG. The light source portion 306 and the photodetector portion 309 of the elliptical analyzer head 303 shown may be positioned.

x-y 이동스테이지가 시편을 측정하고자 하는 지점에 타원해석기 헤드(302)를 위치시키면, 도 4에 도시된 바와 같이, 헤드의 광원부(306)에서 나온 무편광의 빛이 편광발생부(307)를 통과한 후 편광이 된다. 이 빛은 다시 시편(305)의 검사면에서 반사되면서 그 편광상태가 변하게 된다. 이 새로운 편광상태의 빛은 편광분석부(308)와 광검출부(309)를 통과하면서 컴퓨터(546)에 전달되고 그 결과를 다층박막모델로 분석함으로써 시편이 가지고 있는 광특성이나 박막의 두께를 산출할 수 있다. 이 과정이 끝나면 다시 x-y 이동스테이지를 구동하여 타원해석기 헤드가 다음 측정지점으로 이동하게 되고 상기와 같은 과정을 반복함으로써 시편의 원하는 부분을 매핑할 수 있다.When the xy moving stage places the ellipsometer analyzer 302 at the point where the specimen is to be measured, as shown in FIG. 4, unpolarized light from the light source unit 306 of the head passes through the polarization generator 307. Then polarized light. This light is reflected back from the test surface of the specimen 305, the polarization state is changed. The new polarized light is transmitted to the computer 546 while passing through the polarization analyzer 308 and the photodetector 309, and the result is analyzed by the multilayer thin film model to calculate the optical properties or the thickness of the thin film. can do. After this process, the x-y moving stage is again driven to move the ellipsometer head to the next measurement point, and the desired part of the specimen can be mapped by repeating the above process.

본 발명의 매핑 타원해석기 헤드의 이동 범위를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 매핑 타원해석기 헤드가 움직이며 시편을 측정하는 것이므로 시편의 면적보다 조금 넓은 면적 안에서 이동하며 시편면의 측정이 가능하다. 즉, 시편이 고정되고 헤드가 움직이는 것이므로 도 5에 도시된 바와 같이 빛이 시편에 입사되는 지점(126)이 움직인다고 하면, 헤드의 이동 범위는 도면에 도시된 정사각형의 시편의 면적을 따라 그릴 수 있다. 따라서 종래기술에서는 적어도 시편장착대 크기의 4배의 이동 범위가 필요한 것에 비해 본 발명에 따른 타원해석기의 이동 범위는 시편의 크기에 타원해석기 헤드의 폭의 절반이 상하좌우에 더해진 면적에 한하며 그 안에서 시편의 모든 부분의 측정이 가능한 것이다. The moving range of the mapping ellipsometer head of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. Since the mapping ellipsometer head is moving and measuring the specimen, it is possible to measure the specimen surface while moving in an area slightly larger than the specimen area. That is, since the specimen is fixed and the head is moving, as shown in FIG. 5, when the point 126 where light is incident on the specimen is moved, the moving range of the head may be drawn along the area of the square specimen shown in the drawing. . Therefore, in the prior art, the moving range of the elliptical analyzer according to the present invention is at least four times larger than the size of the specimen mounting size, and the width of the elliptical analyzer head is half the width of the elliptical analyzer head. All parts of the specimen can be measured.

도 6을 참조하여 구체적으로 헤드의 너비도 고려하여 이동 범위를 계산하여 종래기술과 비교하면 다음과 같다. 예를 들어, 시편과 시편장착대가 같은 크기의 정사각형 형태이며 한 변의 길이가 10㎝라 하고, 헤드의 너비가 1㎝라고 하자. 헤드가 시편의 한 변을 모두 측정하기 위해 움직이면 그 한변의 전체 작동거리는 도면과 같이 11㎝가 된다. 따라서 면적은 11의 제곱으로 121㎝가 되고 본 발명에서 헤드가 움직이면서 차지하는 공간은 종래기술에서 시편장착대가 움직이면서 차지하는 이동 범위의 약 30%의 공간만을 요구한다. In detail with reference to Figure 6 compared to the prior art by calculating the moving range in consideration of the width of the head as follows. For example, suppose that the specimen and the specimen holder are square in the same size, the length of one side is 10 cm, and the head width is 1 cm. When the head is moved to measure one side of the specimen, the total working distance of that side is 11 cm as shown. Therefore, the area is 121 cm in the square of 11 and the space occupied by the movement of the head in the present invention requires only about 30% of the movement range occupied by the specimen mount in the prior art.

이를 위해서는 우선 헤드의 크기가 시편과 시편장착대보다 소형화되어야 하는데 한변이 몇 m가 넘는 대형시편을 측정할 시에는 일반 대형 타원해석기가 지닌 대부분의 해당 광부품들을 수용할 수 있는 일체화 헤드를 제작하여도 유용하게 사용할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 광부품의 소형화, 사용할 부품 수의 최소화 또는 광부품들의 배열조정을 고려하여 제조한 소형헤드를 제공하며 이를 다음의 예를 통하여 설명하겠다.For this purpose, the size of the head must be smaller than that of the specimen and the specimen mounting table. When measuring large specimens with more than a few meters on one side, an integrated head that can accommodate most of the corresponding optical parts of a general large elliptical analyzer can be manufactured. It can be useful. Therefore, the present invention provides a small head manufactured in consideration of the miniaturization of optical parts, the minimization of the number of parts to be used, or the adjustment of the arrangement of optical parts.

우선, 타원해석기에 포함된 대부분의 광부품이 헤드에 일체화되기 위해서는 광부품들의 소형화가 필요하다. 이러한 소형화는 헤드의 이동범위를 감소시킨다. 더욱이, 헤드의 소형화 뿐만 아니라 경량화는 x-y 이동스테이지에 인가되는 부하를 감소시킬 수도 있다. First, in order to integrate most of the optical components included in the elliptical analyzer into the head, miniaturization of the optical components is required. This miniaturization reduces the moving range of the head. Moreover, the weight reduction as well as the miniaturization of the head may reduce the load applied to the x-y moving stage.

광원부의 광출력을 감소시키면 사용되는 램프의 크기는 통상 소형화가 되기 때문에 본 발명에 따른 타원해석기 헤드를 소형화 및 경량화시킬 수 있다. 타원해석기 헤드를 시편에 (예를 들어 약 2mm로) 가까이 접근시키면 타원해석기 헤드와 시편사이의 광경로가 짧아져 광원부의 광출력을 감소시킬 수 있다. 광원으로, 통상의 타원해석기에 사용되는 200watt의 출력을 갖는 램프는, 이 경우 예를 들어 5watt 정도의 램프로 대체할 수 있다. 도 8a는 종래 타원해석기 헤드를 사용하여 시편을 측정할 경우 시편에서 반사되어 나가는 빛의 광경로이며, 도 8b는 본 실시예의 램프를 사용한 타원해석기 헤드로 시편을 측정할 경우 시편에서 반사되어 나가는 빛의 광경로를 도시하고 있는데 도 8b에 도시된 본 발명의 타원해석기 헤드와 시편 간의 빛의 경로가 훨씬 짧은 것을 알 수 있다. 특히 타원해석기 헤드로는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같은 반사율 측정헤드(reflection probe)를 사용할 수 있는데 도 9a와 같이 광섬유(945)를 사용하거나 도 9b와 같이 좁은 구역에 광을 수직으로 시편에 입사하고 반사하여 측정하므로 보다 정교하고 굴곡이 심한 표면 영역을 분석하는데 사용하기도 한다. 한편, 타원해석기 헤드와 시편사이의 거리를 예를 들어 2mm로 유지하기 위하여 상기 타원해석기 헤드(302)는 시편장착대(304)에 대해 수직으로 (z축 방향으로) 이동 가능하게 구성될 수 있다. 이와 같이 헤드(302)를 상하수직으로 위치를 조정함으로써, 시편(305)이 시편장착대(304)에 로딩/언로딩될 때, 시편(305)이 헤드(302)와 간섭되지 않게 할 수 있다. 또한, 타원해석기 헤드에서 광부품들이 차지하는 공간의 크기를 줄이기 위하여, 전술된 바와 같이, 광원부(306)와 광검출부(309)를 타원해석기 헤드 제어부(503)에 장착된 광원과 광검출센서와 이들과 헤드를 연결하는 광섬유(545)로 구성하면 헤드가 좀 더 소형화 및 경량화될 수 있다(도 7참조). When the light output of the light source unit is reduced, the size of the lamp used is usually reduced in size, and thus the size of the elliptical analyzer head according to the present invention can be reduced in size and weight. Approaching the ellipsometer head close to the specimen (e.g., about 2 mm) shortens the optical path between the ellipsometer head and the specimen, reducing the light output of the light source. As a light source, a lamp having an output of 200 watts used in a conventional elliptic analyzer can be replaced with a lamp of, for example, about 5 watts in this case. Figure 8a is a light path of the light reflected from the specimen when measuring the specimen using a conventional ellipsometer head, Figure 8b is the light reflected from the specimen when measuring the specimen with the ellipsometer head using the lamp of the present embodiment While showing the optical path of the elliptical analyzer of the present invention shown in Figure 8b it can be seen that the path of light between the head is much shorter. In particular, as an ellipsometer head, a reflection probe as shown in FIGS. 9A and 9B may be used. An optical fiber 945 is used as shown in FIG. 9A, or light is vertically applied to a narrow area as shown in FIG. 9B. It is also used to analyze more precise and curved surface areas because they are incident and reflected and measured at. Meanwhile, in order to maintain the distance between the elliptical analyzer head and the specimen at 2 mm, for example, the elliptic analyzer head 302 may be configured to be movable vertically (in the z-axis direction) with respect to the specimen mounting plate 304. . By adjusting the position of the head 302 vertically in this manner, it is possible to prevent the specimen 305 from interfering with the head 302 when the specimen 305 is loaded / unloaded into the specimen mount 304. . In addition, in order to reduce the size of the space occupied by the optical components in the elliptical analyzer head, as described above, the light source unit and the light detection sensor mounted on the elliptical analyzer head control unit 503 with the light source unit 306 and the light detection unit 309 and these When the optical fiber 545 is connected to the head, the head can be made smaller and lighter (see FIG. 7).

다음으로 타원해석기 헤드를 소형화시키기 위해서는 헤드 내에 사용되는 부품들의 수가 최소화되어야 한다. Next, in order to downsize the ellipsometer head, the number of parts used in the head must be minimized.

본 발명을 적용할 수 있는 일 예로 회전요소형(rotating element type) 타원해석기를 사용하는 경우, 편광발생부(307), 편광해석부(308) 그리고 (도시되지 않은) 편광변조장치의 3가지의 편광관련 광학부품이 필요하다. 편광변조장치로는 통상 보상기가 사용되며, 구조상 편광발생부 또는 편광해석부는 편광기 또는 보상기 또는 그 조합으로 구성될 수 있다. 한편, 타원해석기는 시편검사 전에 측정선행과정으로 캘리브레이션(calibration)이 필요하며 이를 위해 편광기와 보상기 모두에 대해 위치제어가 필요하기 때문에, 편광기와 보상기에는 각각 구동모터가 연결되어 있다. 편광기에 연결된 모터는 시편면의 기울어진 경사의 정도를 찾아내어 이를 측정값에 감안하기 위해서 장착된다. 작은 시편을 사용하는 일반적인 타원해석기에서는 시편의 경사도가 작으면 이를 육안으로 찾기 힘들어 2개의 편광기를 회전시키면서 찾을 필요가 있다. 하지만 대형시편을 측정할 경우에는 이 대형시편의 경사도가 작아도 시편의 전후좌우 끝부분의 높이 변화가 커서 이러한 경사도를 육안으로 쉽게 교정할 수 있으므로 측정선행과정인 교정이 필요 없고 따라서 2개의 편광기를 회전시킬 모터의 필요성이 줄어든다. 따라서 본 발명의 타원해석기 헤드는 대형 시편을 주로 매핑하기 위한 것이므로 보상기에만 모터를 연결시켜 헤드를 더욱 소형화시킬 수 있다. As an example to which the present invention can be applied, when using a rotating element type elliptic analyzer, three kinds of polarization generators 307, polarization analyzer 308, and polarization modulator (not shown) There is a need for optical components related to polarization. As a polarization modulator, a compensator is generally used, and the polarization generator or the polarizer may be configured as a polarizer or a compensator or a combination thereof. On the other hand, the elliptical analyzer requires calibration before the test of the specimen and for this purpose, position control is required for both the polarizer and the compensator, so that the driving motor is connected to the polarizer and the compensator, respectively. A motor connected to the polarizer is mounted to find the degree of tilt of the specimen surface and take it into account for the measurement. In general ellipsometers using small specimens, it is difficult to find them if the inclination of the specimens is small, so it is necessary to find them by rotating two polarizers. However, when measuring a large specimen, even if the inclination of the large specimen is small, since the height change of the front, rear, left and right ends of the specimen is large, the inclination can be easily corrected by the naked eye. The need for a motor to be reduced is reduced. Therefore, since the elliptical analyzer head of the present invention mainly maps large specimens, the head can be further miniaturized by connecting a motor only to the compensator.

다음으로 타원해석기 헤드가 소형화되기 위해서는 여기에 포함된 광부품의 배열을 적절히 조정하여 헤드 내에서 광부품이 차지하는 공간을 축소하는 것이 중요하다. Next, in order to miniaturize the elliptical analyzer head, it is important to appropriately adjust the arrangement of the optical components included therein to reduce the space occupied by the optical components in the head.

종래 타원해석기에서 광부품의 배열은 도 10a와 같이 광부품 순서에 따른 직선적 배열로 광원부 - 편광발생부 - 시편의 검사면 - 편광해석부(보상기 - 편광기) - 광검출부의 구조를 가지고 있다. 헤드의 폭을 감소시키기 위해 상기 광경로 상에 광경로변조수단을 포함시켜 광경로를 변경하여 헤드의 폭을 줄일 수 있다. 도 10b를 참조하면, 광경로변조수단으로, 예를 들어 거울이나 프리즘을 사용할 수 있으며 이는 광원부로부터의 입사광을 편광발생부로 재지향시킬 수 있다. 한편, 편광발생부를 통해 시편에 입사된 광은 다시 반사되어 편광해석부의 보상기와 편광기를 지나고, 상기 편광해석부로부터 나온 입사광을 상기 거울에 의해 광검출부로 재지향시킬 수 있다. 이때, 거울은 1개 또는 복수개가 사용되어 더욱 헤드의 폭을 감소시킬 수도 있다. 예를 들어 거울을 하나는 광원과 편광발생부 사이에, 또 하나는 편광해석부와 광검출부 사이에 마련하고, 빛의 진행 방향에 거울면이 45°로 놓이도록 위치시켜 빛의 경로를 90°로 변경할 수 있다. 다시 말해 광원부에서 거울로 입사된 빛을 편광발생부로 반사시키고, 시편에 반사되어 편광해석부를 통과한 빛은 거울에서 반사되어 광검출부로 입사한다. In the conventional elliptical analyzer, the arrangement of the optical components has a structure of a light source unit-a polarization generator-a test surface of a specimen-a polarization analyzer (compensator-polarizer)-a photodetector in a linear arrangement according to the optical component sequence as shown in FIG. 10A. In order to reduce the width of the head, the optical path modulating means may be included on the optical path to change the optical path to reduce the width of the head. Referring to FIG. 10B, as a light path modulating means, for example, a mirror or a prism may be used, which may redirect the incident light from the light source to the polarization generator. On the other hand, the light incident on the specimen through the polarization generating unit is reflected back through the compensator and the polarizer of the polarization analysis unit, the incident light from the polarization analysis unit can be redirected to the photodetector by the mirror. At this time, one or more mirrors may be used to further reduce the width of the head. For example, one mirror is provided between the light source and the polarization generating part, and the other is between the polarization analyzing part and the light detecting part, and the light path is positioned 90 ° so that the mirror surface is positioned at 45 ° in the direction of light propagation. Can be changed to In other words, the light incident from the light source to the mirror is reflected to the polarization generator, and the light reflected from the specimen and passed through the polarization analyzer is reflected from the mirror to be incident on the photodetector.

광원 연결부와 광검출부 연결부에 거울이 더 들어가도 헤드의 높이는 높아질 수 있으나 폭은 오히려 좁아지는 구조로 배열되므로 타원해석기 헤드가 시편위에서 움직이며 차지하는 이동 범위를 축소할 수 있다. The height of the head may be increased even if the mirror enters the light source connection part and the photodetector connection part, but the width is rather narrow, so that the ellipsometer head moves on the specimen and reduces the moving range.

본 발명의 실시예들은 일반적인 회전요소형 타원해석기를 사용하여 설명하였으며 이외에도 위상변조형, 널(null)형 등 여러 종류의 타원해석기에 적용이 가능하다. 도 11에는 1개의 헤드(602)에 복수 개의 발광부(603) 및 수광부(601)가 어레이로 마련된 타원해석기 헤드(602)의 저면부를 도시하고 있다. 이때, 타원해석기 헤드(602)에 수광부(601)와 발광부(603)가 종횡으로 3세트와 2세트가 배열되어서 시편(605)에서 6개의 위치에서의 물리량을 한번에 측정할 수 있으며, 측정 후에는 미리 계산된 거리만큼 좌우상하로 타원해석기 헤드(602)가 이동되어 다음 6개의 위치에서 물리량을 측정한다. 마찬가지로 타원해석기 헤드에 장착된 발광부와 수광부의 어레이 형태나 타원해석기 헤드의 형태 등은 측정할 시편의 크기나 측정방법 등에 맞추어 적당한 형태로 변형하여 제조가 가능하다. Embodiments of the present invention have been described using a general rotary element type ellipsometer, in addition to it can be applied to various types of elliptical analyzers, such as a phase modulation type, a null type. FIG. 11 shows a bottom portion of an elliptical analyzer head 602 having a plurality of light emitting portions 603 and light receiving portions 601 arranged in one head 602. At this time, three sets and two sets of the light receiving portion 601 and the light emitting portion 603 are arranged in the elliptical analyzer head 602 vertically and horizontally so that the physical quantities at six positions on the specimen 605 can be measured at one time. The elliptic analyzer head 602 is moved up and down and left and right by a predetermined distance to measure physical quantities at the following six positions. Similarly, the shape of an array of light emitting parts and light receiving parts mounted on an elliptical analyzer head, or the shape of an elliptical analyzer head may be modified to a suitable shape according to the size of a specimen to be measured or a measuring method.

이와 달리 헤드 자체를 x-y 이동스테이지에 복수 개 어레이 형태로 장착할 수도 있다. 즉, 타원해석기 헤드를 1차원이나 2차원의 배열형태로 장착할 수 있다. Alternatively, the head itself may be mounted in the form of a plurality of arrays on the x-y moving stage. That is, the elliptical analyzer head can be mounted in a one-dimensional or two-dimensional array.

본 발명에 따른 매핑 타원해석기는 첫째, 작업공간이 종래 타원해석기에 비해 약 30%이상 감소하고, 이는 특히 대면적 시편의 측정 시 작업영역이 현저히 감소된다. 둘째, 시편장착대 대신 소형화시킨 타원해석기 헤드만 이동하면 되므로 그만큼 x-y 이동스테이지의 크기와 함께 타원해석기의 전체크기가 감소할 뿐만 아니라, 헤드를 이동시키는 구동력이 시편장착대를 이동시키는 구동력보다 상당히 감소된다. 세째, 시편을 측정하는 동안 시편의 이동이 없으므로 시편의 파손의 우려가 없게 되어 x-y 이동스테이지 구동속도를 빠르게 할 수 있다. 따라서, 그만큼 매핑 속도가 증가하는 이득이 발생한다. 또한, 본 발명에 따른 타원해석기 헤드는 광부품의 소형화, 사용할 부품 수의 최소화 또는 광부품을 배열조정을 통하여 더욱 작아진 소형으로 제공되어 본 발명의 효과를 증가시킴으로서 생산성을 크게 향상시키고 에너지 소비를 절감하여 생산단가를 줄일 수 있다. The mapping ellipsometer according to the present invention firstly, the work space is reduced by about 30% or more compared with the conventional ellipsometer, which is particularly reduced in the measurement of large area specimens. Second, since only the elliptical analyzer head which has been miniaturized instead of the specimen mount needs to be moved, the size of the elliptical analyzer with the size of the xy moving stage decreases, and the driving force for moving the head is considerably reduced than the driving force for moving the specimen mount. do. Third, since there is no movement of the specimen during the measurement of the specimen, there is no fear of damage of the specimen, so that the x-y moving stage driving speed can be increased. Thus, a gain that increases the mapping speed by that amount occurs. In addition, the elliptical analyzer head according to the present invention is provided in a smaller size by miniaturizing the optical parts, minimizing the number of parts to be used, or by adjusting the arrangement of the optical parts to increase the effect of the present invention to greatly improve the productivity and energy consumption The production cost can be reduced by saving.

도 1a 및 도 1b는 종래의 매핑 타원해석기의 사시도 및 그의 광부품 개략도. 1A and 1B are a perspective view of a conventional mapping ellipsometer and a schematic view of an optical component thereof.

도 2는 종래의 매핑 타원해석기의 시편장착대의 이동범위.Figure 2 is a moving range of the specimen mounting plate of the conventional mapping ellipsometer.

도 3은 본 발명에 따른 매핑 타원해석기의 사시도.Figure 3 is a perspective view of the mapping ellipsometer according to the present invention.

도 4는 도 3에서 사용되는 일체화 헤드의 일예의 개략도.4 is a schematic view of one example of an integration head used in FIG. 3.

도 5는 본 발명에 따른 매핑 타원해석기 헤드의 이동범위의 개념도.5 is a conceptual diagram of the moving range of the mapping ellipsometer head according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 매핑 타원해석기 헤드의 이동범위.6 is a moving range of the mapping ellipsometer head according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 일체화 헤드의 다른 예의 개략도.7 is a schematic view of another example of an integrated head according to the present invention.

도 8a 및 도 8b는 각각 종래 타원해석기와 본 발명의 타원해석기에서의 시편면에서의 빛의 굴절의 개략도.8A and 8B are schematic diagrams of refraction of light on a specimen surface in a conventional elliptical analyzer and an elliptic analyzer of the present invention, respectively.

도 9a 및 도 9b는 반사율 측정용 헤드의 예.9A and 9B show an example of a reflectance measuring head.

도 10a 종래 타원해석기에서의 광경로.Figure 10a optical path in the conventional ellipsometer.

도 10b는 본 발명의 타원해석기에서의 광경로와 변조의 개략도.10B is a schematic diagram of optical paths and modulation in an elliptical analyzer of the present invention.

도 11은 본 발명의 타원해석기 헤드의 다른 예의 저면도.11 is a bottom view of another example of an elliptical analyzer head of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100, 300: x-축 이동 스테이지100, 300: x-axis moving stage

101, 301: y-축 이동 스테이지101, 301: y-axis movement stage

102: 고정식 타원해석기 광학대102: Fixed elliptic analyzer optical bench

103: 광학대의 장착부103: mounting portion of the optical bench

104: 이동식 시편장착대104: Removable Specimen Mount

105, 305, 605, 905: 시편105, 305, 605, 905: Psalms

106, 306: 광원부106, 306: light source unit

107, 307: 편광발생부107, 307: polarization generator

108, 308: 편광해석부108, 308: polarization analysis unit

109, 309: 광검출부109, 309: photodetector

111: 광원 전원장치111: light source power supply

112: 편광발생부와 편광해석부의 컨트롤러112: controller of the polarization generating unit and the polarization analysis unit

113: 광검출부의 컨트롤러113: controller of the light detector

122, 126: 빛의 위치122, 126: light position

124: 시편장착대의 이동범위124: moving range of specimen mount

302: 타원해석기 헤드302: ellipsometer head

303: 스테이지 장착부303: stage mount

304: 고정식 시편장착대304: Fixed Specimen Mount

306a: 광원306a: light source

309a: 광검출센서309a: photodetector

503: 타원해석기 헤드 구동부503: elliptical analyzer head drive unit

945: 광섬유945: optical fiber

546: 컴퓨터546: computer

601: 수광부601: light receiver

602: 멀티 타원해석기 헤드602 multi-ellipse head

603: 발광부603: light emitting unit

906: 광원906: light source

909: 검출기909: detector

910: 빔스플리터910: beam splitter

Claims (15)

매핑 타원해석기에 있어서, In the mapping ellipsometer, 시편을 지지하는 시편장착대와,A specimen mount for supporting the specimen, 상기 시판 장착대에 수직으로 이격되어 설치된 x-y 이동스테이지와, X-y moving stage is installed vertically spaced apart from the commercial mount, 상기 x-y 이동스테이지에 장착되어 상기 시편의 검사면에 평행한 2개의 교차축을 따라 이동 가능한 타원해석기 헤드와,An elliptical analyzer head mounted on the x-y moving stage and movable along two intersecting axes parallel to the test surface of the specimen; 상기 타원해석기 헤드와 연결되어 이를 제어하는 타원해석기 헤드 제어부를 포함하며,It is connected to the ellipsometer analyzer elliptical analyzer head control unit for controlling it, 상기 타원해석기 헤드는 발광부와 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptical analyzer head mapping ellipsometer, characterized in that it comprises a light emitting portion and a light receiving portion. 청구항 1에 있어서, 상기 시편장착대는 고정된 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer of claim 1, wherein the specimen mounting station is fixed. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 발광부는 광원부와 편광발생부를 포함하고, 상기 수광부는 편광해석부와 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The ellipsometer of claim 1 or 2, wherein the light emitting unit comprises a light source unit and a polarization generating unit, and the light receiving unit comprises a polarization analyzer and a light detector. 청구항 3에 있어서, 상기 광원부, 편광발생부, 시편의 검사면, 편광해석부 및 광검출부로 연결되는 광경로 상에 적어도 하나의 광경로변조수단을 포함하여 타원해석기 헤드의 폭이 감소된 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer head of claim 3, wherein the width of the elliptical analyzer is reduced by including at least one optical path modulator on an optical path connected to the light source, the polarization generator, the test surface of the specimen, the polarization analyzer, and the light detector. Mapping ellipsometer. 청구항 4에 있어서, 상기 광경로변조수단은 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer of claim 4, wherein the optical path modulator comprises a mirror. 청구항 4에 있어서, 상기 광경로변조수단은 광원부와 편광발생부 사이와, 편광해석부와 광검출부 사이에 각각 하나씩 배치된 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer of claim 4, wherein the optical path modulator is disposed between the light source unit and the polarization generator, and between the polarization analyzer and the light detector. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 x-y스테이지는 상기 시편장착대에 대해 수직으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The ellipsometer of claim 1 or 2, wherein the x-y stage is vertically movable with respect to the specimen mounting table. 청구항 3에 있어서, 상기 타원해석기 헤드에는 상기 편광 발생부 또는 편광 해석부를 구동하여 빛의 편광 특성을 변화시키기 위한 편광변조장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer of claim 3, wherein the elliptical analyzer head includes a polarization modulator for driving the polarization generator or the polarization analyzer to change polarization characteristics of light. 청구항 8에 있어서, 상기 편광변조장치는 1개의 회전구동수단을 포함하며, 상기 회전구동수단에 의해 편광발생부 및 편광해석부가 서로 동일한 회전각을 가지도록 기구적으로 연동되어 회전 구동되는 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The polarization modulator of claim 8, wherein the polarization modulator includes one rotation driving means, and the polarization generating unit and the polarization interpreting unit are rotationally driven so as to have the same rotation angle with each other by the rotation driving means. Mapping elliptic solver. 청구항 3에 있어서, 상기 광원부와 광검출부는 외부에 마련한 광원 및 광검출센서와 이에 연결된 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The mapping elliptic analyzer of claim 3, wherein the light source unit and the light detection unit include a light source provided outside, a light detection sensor, and an optical fiber connected thereto. 청구항 3에 있어서, 상기 광원부는 단파장 램프, 할로겐 램프, 제논방전 램프 또는 중수로 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer of claim 3, wherein the light source unit comprises a short wavelength lamp, a halogen lamp, a xenon discharge lamp, or a middle channel lamp. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 타원해석기 헤드는 복수 개가 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer of claim 1 or 2, wherein a plurality of elliptic analyzer heads are arranged in an array form. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 타원해석기 헤드에는 복수개의 발광부 및 수광부 쌍을 포함하고 이들 쌍은 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 매핑 타원해석기.The elliptic analyzer of claim 1 or 2, wherein the elliptical analyzer head comprises a plurality of light emitting units and light receiving unit pairs, and the pairs are arranged in an array form. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 타원해석기 헤드는 반사율 측정용 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 타원해석기.The ellipsometer according to claim 1 or 2, wherein the ellipsometer head comprises a reflectance measuring head. 청구항 3에 있어서, 상기 광검출부는 단파장 측정을 위한 단일광검출부, 분광측정을 위한 CCD 또는 포토다이오드 어레이로 이루어진 다중 채널 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 타원해석기.The ellipsometer according to claim 3, wherein the photodetector comprises a single photodetector for short wavelength measurement, a multi-channel detector composed of a CCD or photodiode array for spectroscopic measurement.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100732118B1 (en) * 2005-11-24 2007-06-25 안일신 Rotation compensator type single arm ellipsometer
KR100757378B1 (en) * 2006-04-16 2007-09-11 한양대학교 산학협력단 Imaging ellipsometer using led as a light source
KR20200074708A (en) * 2018-12-17 2020-06-25 한양대학교 에리카산학협력단 Ellipsometer and The Module for Reflecting Polarized Light

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