KR20100104261A - 이미지 센서를 이용한 배열 광원의 특성 평가 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
배열 광원 개개의 광특성을 정확하게 측정할 수 있는 광원 특성 평가 장치 및 방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 광원 특성 평가 장치는 복수의 미세 개구들을 포함하는 광원, 상기 광원의 하부에 배치되며 상기 광원으로부터 조사된 광을 수광하여 이미지화하는 복수의 픽셀을 구비하는 이미지 센서, 및 상기 광원과 상기 이미지 센서 사이에 개재되어 상기 광원에서 조사되는 광을 상기 이미지 센서의 픽셀들에 결상시키는 광학계를 포함하며, 상기 이미지 센서의 일부의 픽셀은 상기 광원으로부터 조사되는 광을 수광하여 이를 이미지화하고, 상기 이미지의 강도 및 형상을 통해 상기 광원의 특성을 평가하도록 구성된다. 이에 따라 이미지 센서의 픽셀별 감도, 잡음 특성 및 결함등의 특성을 미리 확보하여 광원 특성 평가에 이용하여 광원 특성 측정의 정확도를 높일 수 있다.
배열 광원, 나노, 개구, 평가, 이미지 센서
Description
본 발명은 광원 특성 평가 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지 센서를 이용한 배열 광원의 특성 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재, 고집적 반도체 회로 소자 및 디스플레이 소자를 제작하기 위하여, 광원의 회절 한계 이하의 미세 패턴 제작이 요구되고 있다. 이와 같은 미세 패턴을 제작하기 위하여, 마스크를 기록면에 결상시키는 방법을 대신하여 마스크를 사용하지 않고 배열 광원을 사용하는 마스크리스(maskless) 노광 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 마스크리스 노광기는 노광 패턴을 생성하기 위하여 배열 광원을 이용하고 있으며, 노광 공정의 관리를 위해, 배열 광원의 특성에 대한 정확한 평가가 요구된다.
또한, 최근 고분해능 반도체 제조 공정용 마스크리스 노광 장치에 적용하기 위하여, 근접장 효과에 의해 높은 분해능을 갖는 배열 광원 장치가 본원의 발명자에 의해 제안되었다.["2차원 광변조 미세 개구 어레이 장치 및 이를 이용한 고속 미세 패턴 기록 시스템(대한민국 특허 공개번호 10-2005-0001086호)", 및 "저잡음 2차원 광변조 어레이 장치 및 이를 이용한 고속 미세 패턴 기록 시스템(대한민국 특허 공개번호 10-2005-0063857호)"]
2차원 어레이형(array type) 광원은 그것에 의해 형성되는 패턴 균일도를 확보하기 위하여, 광의 균일도를 정확하게 측정할 필요가 있다.
그러나, 현재 배열 광원 자체의 균일도를 평가하기 위한 별도의 장비가 마련되어 있지 않아, 일반적인 디지털 카메라등의 화상 이미지 검출 소자를 이용하여, 광원의 균일도를 평가하였다.
그런데, 이와 같이 배열 광원의 각 픽셀(pixel)별 특성을 이미지 소자를 이용하여 계측할 경우, 평가 결과는 이미지 소자의 자체 특성에 절대적으로 영향을 받게 된다.
일반적으로 이미지 센서의 각 픽셀은 감도 및 잡음 특성등에 의해 동작 특성에 있어 상당한 차이를 보이는 것으로 알려져 있으며, 이러한 이미지 센서 특성을 고려하지 않으면, 배열 광원의 픽셀별 특성을 정확하게 계측(평가)하는 것이 불가능하다. 예를 들면, 이미지 소자의 특성이 불량한 경우, 광원이 정상인데도 불구하고 불량으로 판단하게 되는 문제점이 쉽게 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 배열 광원 개개의 광특성을 정확하게 측정할 수 있는 광원 특성 평가 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광원 특성 평가 장치는 복수의 미세 개구들을 포함하는 광원, 상기 광원의 하부에 배치되며 상기 광원으로부터 조사된 광을 수광하여 이미지화하는 복수의 픽셀을 구비하는 이미지 센서, 및 상기 광원과 상기 이미지 센서 사이에 개재되어 상기 광원에서 조사되는 광을 상기 이미지 센서의 픽셀들에 결상시키는 광학계를 포함하며, 상기 이미지 센서의 일부의 픽셀은 상기 광원으로부터 조사되는 광을 수광하여 이를 이미지화하고, 상기 이미지의 강도 및 형상을 통해 상기 광원의 특성을 평가하도록 구성된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광원의 특성 평가 방법은, 광학계 및 복수의 픽셀들을 갖는 이미지 센서로 구성되는 광학 특성 평가 장치를 제공하는 단계, 상기 광학계 상부에 복수의 개구를 구비한 광원을 배치하는 단계, 및 상기 광원으로부터 조사된 광을 수광하여, 상기 이미지 센서에 의해 검출되는 이미지에 의해 상기 광원의 특성을 평가하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 광원의 특성을 평가하는 단계 이전에, 상기 이미지 센서의 특성을 평가하여, 상기 광학 특성 평가 장치 자체 불량 픽셀을 검출하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 배열 광원의 광특성을 광학계 및 이미지 센서로 구성된 장치를 이용하여 측정한다. 이때 광원 평가를 수행하기 전에, 이미지 센서의 픽셀별 특성을 먼저 측정하여 평가 장치의 측정값을 보정함으로써, 평가 장치의 측정 정확도를 높일 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 광원 평가 시스템(100)은 광학계(120) 및 이미지 센서(150)를 포함할 수 있다.
상기 광학계(120) 상부에는 평가될 배열 광원(200)이 배치된다.
또한, 상기 광학계(120)는 배열 광원(200)의 미세 개구를 통해 조사되는 광을 상기 이미지 센서(150)에 결상되도록 투영시키는 렌즈로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 배열 광원(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 배열 개구(210)를 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 배열 광원(200)은 램프(도시되지 않음), 투명 기판(도시되지 않음), 및 상기 투명 기판의 저면에 형성되며 일정 간격마다 나노미터(혹은 마이크로미터) 직경의 배열 개구(210)가 구비되어 있는 금속 박막(220)으로 구성될 수 있다. 여기서, 램프는 일반적으로 포토리소그라피 공정에 사용되는 레이저 광원일 수 있다.
본원에서는 배열 광원을 발생시키기 위하여 상기 배열 개구(210) 상부로 부 터 입사되는 광 및 상기 배열 개구(210)를 포함하는 금속 박막(220) 전체를 광원(200)으로 일컬을 것이며, 광의 균일도라 함은 상기 배열 개구(210)를 통과한 광의 균일도를 의미할 것이고, 단위 광원이라 함은 하나의 배열 개구(210)를 통과한 광을 의미할 것이다. 또한, 도 2의 도면부호 250은 단위 광원 영역으로, 단일 개구(210)에 의해 영향을 받는 영역을 나타낸다.
본 실시예에서는 배열 개구(210)를 갖는 광원에 대해 예를 들어 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고, 배열 형태를 갖는 발광 다이오드(LED;light emitting diode) 또는 표면발광레이저(VCSEL; vertical cavity surface emitting laser)등을 이용할 수 있음은 물론이다.
이미지 센서(150)는 상기 광학계(120) 하부에 배치되며, 광학계(120)에 의해 형성된 광원의 상(像, image)을 계측한다. 상기 이미지 센서(150)는 복수의 픽셀 어레이로 구성될 수 있다. 이러한 이미지 센서(150)로는 CMOS 이미지 센서 또는 고체 촬상 소자(Charge coupled device)등이 이용될 수 있다.
상기 이미지 센서(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 수개의 픽셀들로 그룹핑(grouping)된 복수의 이미지 센서 픽셀 그룹(170)들을 포함하며, 상기 하나의 이미지 센서 그룹(170)은 하나의 배열 개구(210) 즉, 단위 광원과 대응되어, 상기 단위 배열 광원(210)에서 조사되는 광을 수광 및 촬상한다.
이와 같은 구성을 갖는 배열 광원 평가 장치의 동작에 대해 설명하도록 한다.
단위 배열 광원(210)으로부터 광이 조사되면, 상기 광학계(120)는 상기 광이 이미지 센서(150)의 이미지 센서 픽셀 그룹(170)에 결상되도록 상기 광을 투영시킨다.
그러면, 상기 이미지 센서(150)의 이미지 센서 픽셀 그룹(170)은 상기 단위 배열 광원(210)에 대응하여, 상기 단위 배열 개구(210)에서 조사되는 광을 수광하여, 그에 대응하는 이미지(160)를 도 3과 같이 출력한다.
상기 단위 배열 개구(210)로부터 정상적인 광이 조사되면, 상기 이미지 센서 픽셀 그룹(170)은 상기 광에 대응되어 일정 형상의 이미지를 균일한 강도로 출력한다.
이때, 이미지 센서의 픽셀 그룹(170)에서 출력되는 이미지(160)의 형태가 불균일하거나(예를 들어, 가장자리 픽셀의 경우), 특정 픽셀(155)의 강도가 그 주변의 다른 픽셀(155)과 상이한 경우, 해당 픽셀을 불량으로 평가한다. 상기 불량은 단위 배열 개구(210)의 불량 및 이미지 센서 픽셀(155)의 자체 불량으로 구분될 수 있다.
본 실시예에서는 광원 자체의 불량을 정확히 측정할 수 있도록, 배열 광원(200)의 특성을 평가하기 전에, 이미지 센서(150)의 특성을 먼저 평가한다. 즉, 각 이미지 센서(155)의 픽셀(155)별로 잡음 특성, 감도 특성 및 결함 특성을 선 확보한 후, 이를 감안하여 광원(200) 평가를 수행할 수 있다.
이에 따라, 상기 이미지 센서의 평가는 도 4에 도시된 바와 같이, 이미지 센서의 특성을 평가하는 단계(S1), 평가된 이미지 센서를 이용하여 광원을 평가하는 단계(S2) 및 이미지 센서의 불량 픽셀을 보정하는 단계(S3)로 구성될 수 있다.
여기서, 이미지 센서의 특성을 평가하는 단계(S1)는 이미지 센서의 각 픽셀에 광을 조사하여, 광을 촬상한다. 그 후 각 픽셀(155)들의 촬상 이미지(혹은 광량)의 평균값으로부터 그 오차 범위에서 벗어나는 픽셀을 불량 픽셀로 판정한다. 상기 불량 픽셀은 실질적인 센싱부(예컨대 마이크로 렌즈등)의 감도 이상, 결함, 및 잡음등의 문제로 기인될 수 있다. 아울러, 상기한 이미지 센서의 평가 방법 외에도, 다양한 형태의 화질 평가 방법에 의해 불량 픽셀을 검출할 수 있다.
상기 평가된 이미지 센서를 이용하여 배열 광원을 평가하는 단계(S2)는 각 단위 광원(배열 개구:210)별로 상기 이미지 센서의 픽셀 그룹(170)과 각각 대응하여 광을 조사한다. 그러면, 상기 이미지 센서(150)는 복수 개의 픽셀로 구성된 픽셀 그룹(170)마다 하나의 배열 광원(210)에 대응하는 이미지를 촬상하게 된다.
상기 이미지 센서의 불량 픽셀을 보정하는 단계(S3)는 배열 광원 평가 후, 각 이미지 센서 픽셀 그룹별(170)로 출력 이미지 평균값의 오차 범위 밖에 있는 모든 불량 픽셀을 수집한다.
다음, 상기 모든 불량 픽셀의 정보에서 상기 이미지 센서(150) 자체 불량 픽셀의 정보를 감(減)하여, 순수 광원 자체의 불량 픽셀만을 검출한다. 이에 따라, 보다 정확한 광원 평가를 수행할 수 있게 된다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 배열 광원 하부에 광학계 및 복수의 픽셀을 포함하는 이미지 센서를 배치시켜, 배열 광원 각각에서 조사되는 광을 이미지 센서들의 일부의 픽셀들이 수광하여, 촬상된 이미지를 통해 배 열 광원의 광 특성을 평가한다.
아울러, 광원의 평가를 수행하기 전에, 이미지 센서의 성능을 먼저 평가하여, 광원 평가 장치의 불량을 배제시킴으로써, 순수한 배열 광원의 특성을 검출할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변조 미세 개구를 구비한 광원을 평가하기 위한 장치를 보여주는 단면도,
도 2는 도 1의 광변조 미세 개구를 구비한 광원의 평면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단위 광원으로 부터 광을 조사받아 이미지를 촬상한 이미지 센서 그룹의 평면도, 및
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광원의 평가 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광원 평가 장치 120 : 광학계
150 : 이미지 센서 어레이 200 : 광원
Claims (7)
- 복수의 미세 개구들을 포함하는 광원;상기 광원의 하부에 배치되며, 상기 광원으로부터 조사된 광을 수광하여 이미지화하는 복수의 픽셀을 구비하는 이미지 센서; 및상기 광원과 상기 이미지 센서 사이에 개재되어, 상기 광원에서 조사되는 광을 상기 이미지 센서의 픽셀들에 결상시키는 광학계를 포함하며,상기 이미지 센서의 일부의 픽셀은 상기 광원으로부터 조사되는 광을 수광하여 이를 이미지화하고, 상기 이미지의 강도 및 형상을 통해 상기 광원의 특성을 평가하도록 구성되는 광원 특성 평가 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 이미지 센서는 수개의 픽셀들로 구성되는 복수의 이미지 센서 픽셀 그룹을 포함하며,상기 각각의 개구는 상기 이미지 센서 픽셀 그룹과 대응되도록 배치되어, 상기 하나의 이미지 센서 픽셀 그룹은 상기 하나의 개구로부터 조사되는 광을 수광하여, 그것을 이미지화하는 광원 특성 평가 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 광원은 투명 재질로 된 기판; 및상기 기판의 저면에 형성되며 일정 간격마다 형성된 미세 개구들을 포함하는 금속 박막으로 구성되는 광원 특성 평가 장치.
- 광학계 및 복수의 픽셀들을 갖는 이미지 센서로 구성되는 광학 특성 평가 장치를 제공하는 단계;상기 광학계 상부에 복수의 개구를 구비한 광원을 배치하는 단계; 및상기 광원으로부터 조사된 광을 수광하여, 상기 이미지 센서에 의해 검출되는 이미지에 의해 상기 광원의 특성을 평가하는 단계를 포함하는 광원 특성 평가 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 광원의 특성을 평가하는 단계 이전에,상기 이미지 센서의 특성을 평가하여, 상기 광학 특성 평가 장치 자체 불량 픽셀을 검출하는 단계를 더 포함하는 광원 특성 평가 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 이미지 센서 자체의 불량 픽셀을 검출하는 단계는,상기 이미지 센서의 각 픽셀에 광을 조사하여 이미지를 촬상하는 단계; 및상기 특정 픽셀의 촬상 이미지가 주변 픽셀의 촬상 이미지의 평균값의 오차 범위 밖인 경우 이를 상기 자체 불량 픽셀을 판정하는 단계를 포함하는 단계를 포 함하는 광원 특성 평가 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 광원의 특성을 평가하는 단계는,상기 이미지 센서의 상기 복수의 픽셀들을 수개씩 그룹핑하여 이미지 센서 픽셀 그룹을 한정하는 단계;상기 하나의 이미지 센서 픽셀 그룹이 상기 하나의 개구에서 조사되는 광을 수광하여, 그에 대한 이미지를 검출하고, 상기 이미지로부터 불량을 검출하는 단계; 및상기 불량에서 상기 이미지 센서의 자체 불량 픽셀을 감(減)하여, 순수 광원의 불량을 검출하는 단계를 포함하는 광원 특성 평가 방법.
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