KR20090020103A - 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 백색광을 기준광과 측정광으로 분리하는 광분할기와, 측정광을 측정물체로 집광하기 위한 제 1대물렌즈와, 기준광을 집광하기 위한 제 2대물렌즈와, 제 2대물렌즈에 의해 집광된 광을 반사하기 위한 기준미러, 및 제 2대물렌즈에 대한 상기 기준미러의 기울기를 조절하기 위한 틸트유닛을 포함한다. 따라서, 본 발명은 틸트유닛을 사용해서 소형화가 가능하고 플렉셔구조를 사용하므로 진동에 둔감한 효과를 제공한다.
리닉, 틸트, 플렉셔

Description

틸트유닛을 갖는 리닉간섭계{Linnik interferometry having tilt unit}
본 발명은 백색광간섭계중 리닉간섭계에 사용되는 대물렌즈와 기준미러간의 경사를 조절하기 위한 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 및 LCD(Liquid Crystal Display) 제조 공정 중에서 불투명한 금속 층의 표면상에 투명한 박막 층을 도포하는 공정이 존재하는데, 이 때 투명한 박막 층의 두께나 그 표면 형상에 대한 정보를 측정하는 몇가지 방법들이 제안되었다.
이러한 투명한 박막층의 표면 형상을 측정하는 방법의 하나로, 백색광 주사 간섭법(WSI : White-light Scanning Interferometry)이 제안되었다.
백색광 주사 간섭법의 기본 측정 원리는 백색광의 짧은 가간섭(Short Coherence Length) 특성을 이용한다. 이는 광분할기인 빔 스플리터(Beam splitter)에서 분리되는 기준광과 측정광이 거의 동일한 광경로차(Optical path difference)를 겪을 때에만 간섭신호(Interference signal)가 발생하는 원리를 이용한다.
그러므로, 측정물을 광축 방향으로 PZT 액츄에이터와 같은 이송수단으로 수 나노미터(nanometer)의 미소 간격씩 이동하면서 측정 영역 내의 각 측정점에서의 간섭신호를 관찰하면, 각 점이 기준미러와 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서 짧은 간섭신호가 발생한다.
이러한 간섭신호의 발생 위치를 측정 영역 내의 모든 측정점에서 산출하면 측정면의 3차원 형상에 대한 정보를 획득하게 되고, 획득된 3차원 정보로부터 박막층의 표면 형상을 측정하게 된다
가장 널리 알려진 백색광 주사 간섭법에 사용되는 대물렌즈의 구조로 마이켈슨간섭계, 미라우간섭계 및 리닉간섭계가 있다.
도 1은 마이켈슨(Michelson) 간섭계로서, 백색광이 출사되는 광원(10)은 약 70W 정도의 텅스텐-할로겐 램프를 사용한다. 광원(10)에서 출사된 백색광은 제 1빔스플리터(20)에 입사된다.
제 1빔스플리터(20)의 반사각은 백색광의 입사방향에 대해 약 45ㅀ정도이므로, 반사되는 백색광은 입사방향에 수직하게 반사된다. 제 1빔스플리터(20)의 반사각에 대응하여 대물렌즈(31)가 위치한다. 대물렌즈(31)는 투과되는 백색광의 폭을 진행방향에 따라 한 지점에 모아지도록 하는 초점 맞추기가 실시된다. 대물렌즈(31)를 투과한 백색광이 한 지점에 모아지는 즉 초점이 맞추어지는 곳이 제 2빔스플리터(32)이다. 이 때 제 2빔스플리터(32)에 도달한 백색광의 일부는 기준면(33)을 향해 반사되고, 다른 일부는 그대로 투과하여 측정부(80)에 조사된다.
이 때 기준면(33)의 전면에는 소정간격을 두고 블록킹 플레이트(34)가 위치 한다. 블록킹 플레이는 기준면(33)과 근접한 위치에서 서로 평행한데, 기준면(33)으로 입사되는 백색광을 선택적으로 차단한다.
이와 같이 대물렌즈(31) 및 제 2빔스플리터(32) 및 기준면(33)으로 이루어진 시스템이 마이켈슨 간섭모듈(30)이며, 여기에 블록킹 플레이트(34)가 포함됨으로써, 블록킹 플레이트(34)의 선택적인 백색광 차단에 따라 2가지 모드로 동작하게 된다.
아울러 제 2빔스플리터(32)에 의해 분리되어 기준면(33)과 측정부(80)에 각각 입사되었던 백색광은 특히 측정부(80)에 조사되면서 파장의 변화를 일으키게 된다.
이러한 변화는 형상정보와 두께 정보를 갖음으로 인해 발생되는 것으로, 이러한 각 정보를 블록킹 플레이트(34)의 동작여하에 따른 각 모드에 따라 분리하여 측정할 수 있다.
이러한 마이켈슨 간섭모듈에 사용되는 대물렌즈는 저배율의 대물렌즈가 많이 사용되어 왔다.
도 2는 미라우간섭계로서, 대물렌즈(108)의 앞부분에 기준미러(111)와 광분할기(110), 및 측정물체(112)가 설치된다.
도 2의 미라우간섭계는 백색광원(100)으로부터 입사된 광을 광분할기(104)에서 반사하여 대물렌즈(108)쪽으로 출사한다. 여기서, 광분할기(104)는 반사율과 투과율이 50:50인 것을 사용한다.
또한, 미라우 간섭계는 광분할기(104)로부터 입사된 반사광을 통과시켜 측정 물체(112)의 측정면에 조사하고, 입사되는 간섭광을 광분할기(104)쪽으로 통과시키기 위한 대물렌즈(108)를 구비한다.
미라우간섭계는 대물렌즈(108)로부터 입사되는 투과광을 반사광과 투과광으로 분할하여 투과광은 측정광(115)으로서 측정물체(112)의 측정면에 입사되도록 하고, 반사광은 기준광(116)으로서 기준미러(111)에 조사되도록 한다. 그리고, 광분할기(110)는 기준미러(111)로부터 반사된 기준광(116)과 측정물체(112)로부터 반사된 측정광(115)을 모아 간섭광을 생성한다. 그리고, 대물렌즈(108)를 초점위치 상하로 수십 nm간격으로 이송하면 전술한 바와 같이 광분할기(110)에서 동일한 광경로를 가지는 CCD 카메라(106) 상의 측정점에서 강한 간섭 신호가 발생한다.
이러한 미라우 간섭계에 사용되는 대물렌즈는 중배율 내지 고배율의 대물렌즈가 많이 사용되어 왔다.
　 도 3은 리닉(Linnik) 간섭계로서, 두 개의 동일한 배율의 대물렌즈(300a, 300b)를 사용하며 대물렌즈(300a)는 측정물체(302)로 측정광을 집광하도록 설치되며 대물렌즈(300b)는 기준미러(303)로 기준광을 집광하도록 설치된다. 또한, 광분할기(301)는 분기된 두 개의 광을 각각 측정물체(302)와 기준미러(303)쪽으로 분리하여 출사하도록 설치된다.
도 3에서, 광분할기(301)를 사용하여 기준광과 측정광을 분리하고 기준광은 대물렌즈(300b)를 통과한후, 기준미러(303)에서 반사하여 되돌아오고, 측정광은 대물렌즈(300a)에 의하여 측정물체(302)에 조사된 후 반사되어 기준광과 간섭신호를 형성하게 된다.
이러한 리닉간섭계는 고배율의 대물렌즈를 사용해왔으며 두 개의 고배율 대물렌즈를 활용하기 때문에 매우 정교하게 조립되어야 원하는 간섭신호를 얻을 수 있으므로 보다 간편한 조립이 가능한 도 1 및 도 2에서 전술한 마이켈슨간섭계와 미라우간섭계가 주로 사용되어 왔다.
그러나 최근 고배율의 필요성이 증대되면서 리닉간섭계의 수요가 늘어나고 있으나, 리닉간섭계에서 양질의 간섭신호를 발생시키기위해 가장중요한 기준미러와 대물렌즈의 경사를 조절하기 위한 조립의 편리성을 제공하지 못하는 실정이였다. 따라서, 고배율의 필요성에 부응하여 리닉간섭계가 널리 사용되지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 고배율의 대물렌즈를 사용하는 리닉간섭계에서 대물렌즈와 기준미러간의 경사를 간편하게 조절하기 위해 플렉셔(flexure)구조를 갖는 틸트유닛을 사용하여 진동에도 둔감한 리닉간섭계를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기준미러와 측정물체로부터 반사되는 반사광을 간섭시키는 백색광간섭계중 리닉간섭계에 있어서, 백색광을 기준광과 측정광으로 분리하는 광분할기와, 측정광을 측정물체로 집광하기 위한 제 1대물렌즈와, 기준광을 집광하기 위한 제 2대물렌즈와, 제 2대물렌즈에 의해 집광된 광을 반사하기 위한 기준미러, 및 제 2대물렌즈에 대한 상기 기준미러의 기울기를 조절하기 위한 틸트유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 틸트유닛은 두 개의 플렉셔구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 틸트유닛은 기준미러를 장착하여 기준미러와 일체로 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 틸트유닛은 X축을 기준으로 회전하기 위한 플렉셔축(θx)과 Y축을 기준으로 회전하기 위한 플렉셔축(θy)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 틸트유닛은 플렉셔축(θx)을 기준으로 회전하기 위한 두 개의 나사를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 틸트유닛은 두 개의 나사중 어느 하나는 전진하고 나머지 하나는 후퇴하므로써 플렉셔축(θx)을 기준으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 틸트유닛은 플렉셔축(θy)을 기준으로 회전하기 위한 두 개의 나사를 구비하는 것을 특징으로 하다.
또한, 틸트유닛은 두 개의 나사중 어느 하나는 전진하고 나머지 하나는 후퇴하므로써 플렉셔축(θy)을 기준으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 틸트유닛은 플렉셔축(θx)과 플렉셔축(θy) 각각에 대응하는 두 개씩의 나사를 이용하여 기준거울이 상하방향과 좌우방향이 동시에 회전가능한 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 장치는 틸트유닛을 사용해서 간편하게 리닉간섭게에서의 대물렌즈와 기준미러간의 경사를 조절하여 소형화가 가능하고 플렉셔구조를 사용하므로 진동에 둔감한 효과를 제공한다.
이하, 첨부한 도 4 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리닉간섭계의 일부분중 틸트유닛을 설명 하기 위한 분해사시도이다.
도 4를 참고하면, 리닉(Linnik) 간섭계의 일부분으로, 백색광(미도시)을 입사하여 두 개의 기준광과 측정광으로 분리하는 광분할기(420)와 그 광분할기를 고정하기 위한 광분할기고정판(410)과 광분할기(420)하우징(430)과 측정물체에 측정광을 집광하기 위한 제 1대물렌즈(440)와 기준광을 집광하기 위한 제 2대물렌즈(460)와 대물렌즈 어댑터(450)와 제 2대물렌즈(460)의 기준광을 집광하기 위한 기준미러(480)와 제 2대물렌즈(460)와 기준미러(480)간에 위치하며 둘 간의 거리를 조절하기 위한 경통(470) 및 기준미러를 장착하여 기준미러(480)의 경사를 조절하기 위한 틸트유닛(490)을 포함한다.
도 4에서, 광분할기(410)를 사용하여 기준광과 측정광을 분리하고 기준광은 제 2대물렌즈(460)를 통과한 후, 기준미러(480)에서 반사하여 되돌아오고, 측정광은 제 1대물렌즈(440)에 의하여 측정물체에 조사된 후 반사되어 기준광과 간섭신호를 형성하게 된다. 이때, 기준미러(480)와 제 2대물렌즈(460)간의 이루는 각도를 조절하여 양질의 간섭신호를 얻기위해 기준미러(480)의 각도를 이동하기 위해 틸트유닛(490)이 사용된다. 여기서, 기준미러(480)는 틸트유닛(490)에 장착된후 경통(470)에 부착된다. 그리고 경통(470)은 제 2대물렌즈(460)와 기준미러(480)간의 거리를 조절하??로써 기준미러(480)가 제 2대물렌즈(460)의 초점위치에 올 수 있도록 한다. 그러면, 틸트유닛(490)은 제 2대물렌즈(460)에 대한 기준미러(490)의 기울기를 조절함으로써 양질의 간섭신호를 획득할 수 있다.
여기서, 틸트유닛(490)은 두 개의 플렉셔(flexure)구조를 가지며 기준미 러(480)의 각도를 X축과 Y축방향으로 이동이 가능하다.
이러한 틸트유닛(490)에 대해 도 5 내지 도 7을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 5는 도 4의 틸트유닛의 사시도이다.
도 5를 참고하면, 틸트유닛(490)은 두 개의 플렉셔구조를 가지는데 제 1플렉셔(491)와 제 2플렉셔(492)로 구성된다. 제 1플렉셔(491)의 앞쪽에 기준미러(480)의 장착하기 위한 홀을 구비한다. X축방향의 플렉셔축(θx)을 기준으로 회전하기 위해서는 A와 A'의 두 개의 나사를 이용하고 Y축방향의 플렉셔축(θy)을 기준으로 회전하기 위해서는 B와 B'의 두 개의 나사를 이용한다. 각각의 나사는 틸트유닛(490)의 뒷면에서 회전면이 있는 곳까지 나사산이 가공되어 있으며 X축을 기준으로 제 1플렉셔(491)가 회전할 때 A 나사가 후퇴하면 A'나사는 전진하여 원하는 회전을 유발할 수 있다. 이는 플렉셔구조에 기인한다. 마찬가지로 B와 B'의 나사도 둘 중의 하나는 전진하고 나머지 하나는 후퇴하도록 하여 Y축을 기준으로 기준미러(480)의 경사를 조절할 수 있다. A와 A'나사는 Y축을 기준으로 상하로 위치하여 기준미러(480)의 Y축기준의 회전을 수행하도록 하며, 반대로 B와 B'의 나사는 X축을 기준으로 좌우로 위치하여 기준미러(480)의 X축기준의 회전을 수행하도록 한다. 또한, 틸트유닛(490)은 플렉셔축(θx)과 플렉셔축(θy) 각각에 대응하는 두 개씩의 나사를 이용하여 기준거울(480)이 상하방향과 좌우방향이 동시에 회전가능하도록 한다. 이러한 동작상태를 도 6및 도 7의 단면도를 참고로 설명한다.
도 6은 도 5의 틸트유닛의 단면도이다.
도 6을 참고하면, Y축을 기준으로 상하로 절단한 단면도를 보여주며 제 1플렉셔(491)의 앞쪽의 기준미러 장착위치에 기준미러(480)가 장착된 상태의 단면도이다. X축 이동을 위한 두 개의 나사인 A와 A'가 도시되어 있으며, 제 1 및 제 2 플렉셔(491, 492)의 내부로 나사산이 형성된 상태를 보여준다. 이때, X축을 기준으로 기준미러(480)의 각도를 조절하기 위해서 A'나사를 전진하게 되면 A나사는 후퇴하게 되어 도 7에 도시된 바와 같이 기준미러(480)가 각도조절이 가능하다.
도 7은 기준미러의 각도조절된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참고하면, 기준미러(480)를 X축 기준으로 회전시키기위해서 A'나사를 전진시키면 A나사가 후퇴되어 제 1플렉셔(491)는 점선표시된 바대로 이동하여 상부를 향하게 된다. 이때 일체로 장착된 기준미러(480)도 동일 각도로 회전하여 상부를 향하게 된다. X축을 기준으로 기준미러(480)를 반대의 각도로 회전하게 하기 위해서는, A를 전진시키면 A'가 후퇴되어 제 1플렉셔(491)는 하부를 향하게 되어 기준미러(480)도 동일각도로 하부로 향하여 회전한다. Y축이동에 대해서도 동일한 메카니즘이 적용되어 B와 B'나사를 전진 또는 후퇴시켜서 기준미러(480)가 좌측을 향하게 회전하거나 우측을 향하게 회전하는 것이 가능하도록 한다.
도 1은 일반적인 마이켈슨간섭계의 구성도,
도 2는 일반적인 미라우간섭계의 구성도,
도 3은 일반적인 리닉간섭계의 부분구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리닉간섭계의 일부분인 틸트유닛을 설명하기 위한 분해사시도,
도 5는 도 4의 틸트유닛의 사시도,
도 6은 도 5의 틸트유닛의 단면도,
도 7은 기준미러의 각도조절된 상태를 보여주는 단면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
410 : 광분할기고정판 420 : 광분할기
430 : 광분할기하우징 440 : 제 1대물렌즈
450 : 대물렌즈어댑터 460 : 제 2대물렌즈
470 : 경통 480 : 기준미러
490 : 틸트유닛 491 : 제 1플렉셔
492 : 제 2플렉셔

Claims (9)

  1. 기준미러와 측정물체로부터 반사되는 반사광을 간섭시키는 백색광간섭계중 리닉간섭계에 있어서,
    백색광을 기준광과 측정광으로 분리하는 광분할기;
    상기 측정광을 측정물체로 집광하기 위한 제 1대물렌즈;
    상기 기준광을 집광하기 위한 제 2대물렌즈;
    상기 제 2대물렌즈에 의해 집광된 광을 반사하기 위한 기준미러; 및
    상기 제 2대물렌즈에 대한 상기 기준미러의 기울기를 조절하기 위한 틸트유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    두 개의 플렉셔구조인 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    상기 기준미러를 장착하여 기준미러와 일체로 회전하도록 하는 것을 특징으 로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    X축을 기준으로 회전하기 위한 플렉셔축(θx)과 Y축을 기준으로 회전하기 위한 플렉셔축(θy)을 갖는 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    상기 플렉셔축(θx)을 기준으로 회전하기 위한 두 개의 나사를 구비하는 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    상기 두 개의 나사중 어느 하나는 전진하고 나머지 하나는 후퇴하므로써 플렉셔축(θx)을 기준으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    상기 플렉셔축(θy)을 기준으로 회전하기 위한 두 개의 나사를 구비하는 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    상기 두 개의 나사중 어느 하나는 전진하고 나머지 하나는 후퇴하므로써 플렉셔축(θy)을 기준으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 틸트유닛은
    상기 플렉셔축(θx)과 플렉셔축(θy) 각각에 대응하는 두 개씩의 나사를 이용하여 상기 기준거울이 상하방향과 좌우방향이 동시에 회전가능한 것을 특징으로 하는 틸트유닛을 갖는 리닉간섭계.
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