KR20120115876A - Optical mesurement apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An optical measuring device is provided to irradiate first lights for measuring the photoluminescence of a measurement specimen and second lights for measuring a reflective rate and thickness at the same time, thereby measuring the thickness and reflective rate of the photoluminescence with respect to the measurement specimen. CONSTITUTION: An optical measuring device comprises a supporter(1), a first irradiator(2), a second irradiator(3), and a detector(5). A measurement specimen is fixed to the supporter. The first irradiator irradiates first lights to the measurement specimen. The second irradiator irradiates second lights which wavelength is different from the wavelength of the first lights to the measurement specimen. The detector receives reflected lights of the first and second lights, thereby obtaining the information of the measurement specimen.

Description

광학 측정장치{OPTICAL MESUREMENT APPARATUS}Optical measuring device {OPTICAL MESUREMENT APPARATUS}

본 발명은 광학 측정장치에 관한 것으로, 구체적으로 설명하면 검출시간을 절감하는 광학 측정장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an optical measuring device, and more particularly, to an optical measuring device for reducing a detection time.

광루미네선스(photoluminescence)는 물질이 빛에 의해 자극받아 스스로 빛을 내는 현상을 말한다. 대표적인 예로는 형광이나 인광이 있다. 광루미네선스는 주변에서 흡수한 빛을 다시 내놓으면서 생기는 현상인데, 이때 방출하는 빛의 파장은 흡수한 빛과 파장이 같다. 여기서, 루미네선스란 물질이 빛이나 전기, 방사선 등의 에너지를 흡수하여 여기상태가 되고, 그것이 바닥상태로 돌아갈 때 흡수한 에너지를 빛으로서 방출하는 현상이다. Photoluminescence refers to a phenomenon in which a material is stimulated by light to emit light by itself. Representative examples include fluorescence or phosphorescence. Photoluminescence occurs when the light absorbed from the surroundings is released again, and the emitted light has the same wavelength as the absorbed light. Herein, the luminescence is a phenomenon in which a substance absorbs energy such as light, electricity, and radiation to become an excited state, and emits absorbed energy as light when it returns to the ground state.

광루미네선스는 빛에 의한 여기로 생기는 루미네선스로서, 일반적으로 자극광(조사광)의 파장과 같거나, 그보다 긴 파장의 빛이 나온다. 발광중심이 직접 빛을 흡수하여 여기되어 발광하는 경우와, 빛의 흡수로 말미암아 생긴 캐리어가 발광 중심에 포착되어 발광하는 경우가 있다. 이러한 광루미네선스는 물질의 구조나 불순물의 전자 상태에 대한 특성을 파악하는데 중요한 요소이다.Photoluminescence is a luminescence generated by excitation by light, and generally, light of a wavelength equal to or longer than that of stimulus light (irradiation light) is emitted. In some cases, the light emitting center absorbs light and is excited and emits light. In some cases, a carrier generated by the absorption of light is captured by the light emitting center and emits light. Such photoluminescence is an important factor in understanding the characteristics of the structure of the material and the electronic state of impurities.

박막의 특성을 알아보는 방법으로서, 광루미네선스를 검출하는 방법과 마찬가지로 광원을 이용하는 것으로는 박막의 두께 및 반사율 측정이 있다.As a method of determining the characteristics of the thin film, similarly to the method of detecting photoluminescence, using a light source includes measuring the thickness and reflectance of the thin film.

그런데, 현재의 측정기기로서는 박막, 즉 측정시편의 광루미네선스와 두께 및 반사율을 동시에 측정할 수 없다. 그 이유는 도 1에 도시된 바와 같이, 측정시편의 광루미네선스를 검출하기 위한 광원(P1)과 두께 및 반사율을 측정하기 위한 광원(P2)의 파장 영역이 중첩되기 때문이다.
However, with the current measuring device, it is not possible to simultaneously measure the photoluminescence, thickness and reflectance of a thin film, that is, a test specimen. This is because, as shown in FIG. 1, the wavelength region of the light source P1 for detecting photoluminescence of the measurement specimen and the light source P2 for measuring thickness and reflectance overlap.

본 발명은 측정시편에 대한 광루미네선스와 두께 및 반사율을 동시에 측정할 수 있는 광학 측정장치를 제공한다.
The present invention provides an optical measuring device capable of simultaneously measuring photoluminescence and thickness and reflectance of a measurement specimen.

본 발명은 측정시편이 고정되는 지지체, 상기 측정시편 상에 제1 광을 조사하는 제1 조사기, 상기 제1 광과 파장이 다른 제2 광을 상기 측정시편 상에 조사하는 제2 조사기 및 상기 제1 광의 반사광과 상기 제2 광의 반사광을 수광하여, 상기 측정시편에 대한 정보를 측정하는 검출기를 포함하는 광학 측정장치를 포함한다.
The present invention provides a support on which a test specimen is fixed, a first irradiator for irradiating a first light onto the test specimen, a second irradiator for irradiating a second light having a wavelength different from the first light onto the test specimen, and the second irradiator. And an optical measuring device including a detector for receiving the reflected light of the first light and the reflected light of the second light and measuring information on the measurement specimen.

본 발명은 측정시편의 광루미네선스를 측정하기 위한 제1 광과 두께 및 반사율을 측정하기 위한 제2 광을 동시에 측정시편에 조사하되, 서로 다른 파장의 제1 및 제2 광을 사용한다. 이와 같이 진행할 경우, 측정시편에 대한 광루미네선스와 두께 및 반사율을 동시에 측정할 수 있다.The present invention irradiates the measurement specimen with the first light for measuring the photoluminescence of the measurement specimen and the second light for measuring the thickness and reflectance at the same time, but uses the first and second light of different wavelengths. In this case, the photoluminescence, thickness, and reflectance of the test specimen can be simultaneously measured.

따라서, 측정시편에 대한 정보를 보다 수월하게 검출할 수 있기 때문에, 반도체 소자의 제조 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.
Therefore, since the information on the measurement specimen can be detected more easily, the manufacturing time of the semiconductor device can be saved.

도 1은 종래기술에 따른 측정시편의 광루미네선스와 두께 및 반사율을 측정하기 위한 광원들의 파장영역대를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 측정장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2의 제1 광과 제2 광의 파장영역대를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 검출기가 측정시편의 두께 및 반사율을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 제2 조사기 내 구비된 렌즈를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a wavelength range of light sources for measuring photoluminescence, thickness, and reflectance of a measurement specimen according to the related art.
2 is a block diagram showing an optical measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating wavelength bands of the first light and the second light of FIG. 2.
FIG. 4 is a diagram for describing a method of measuring the thickness and reflectance of a measurement specimen by the detector illustrated in FIG. 2.
FIG. 5 is a view illustrating a lens provided in the second irradiator illustrated in FIG. 2.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These embodiments are only for illustrating the present invention, and the scope of rights of the present invention is not limited by these embodiments.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 측정장치를 나타낸 구성도이다.2 is a block diagram showing an optical measuring device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 광학 측정장치는 지지체(1), 제1 조사기(2), 제2 조사기(3), 분파기(4) 및 검출기(5)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the optical measuring device includes a support 1, a first irradiator 2, a second irradiator 3, a splitter 4, and a detector 5.

지지체(1)는 웨이퍼(6)가 배치되고, 고정되는 지지대이다. 지지체(1)는 수평 상태에서 양의 각과 음의 각을 줄 수 있는 기울임 조절장치가 포함된다. 지지체(1)의 기울임에 따라 웨이퍼(6)도 함께 기울여진다. 웨이퍼(6)는 순수 사파이어 기판이거나, 실리콘 기판일 수 있다. 혹은, 웨이퍼(6)는 기판상에 도포된 측정시편, 즉 박막을 포함할 수 있다. 박막은 반도체 소자에 적층되는 모든 박막일 수 있다.The support 1 is a support on which the wafer 6 is disposed and fixed. The support 1 includes a tilt control device that can give a positive angle and a negative angle in a horizontal state. As the support 1 is tilted, the wafer 6 is also tilted together. The wafer 6 may be a pure sapphire substrate or a silicon substrate. Alternatively, the wafer 6 may include a measurement specimen coated on a substrate, that is, a thin film. The thin film may be any thin film deposited on a semiconductor device.

제1 조사기(2)는 제1 광(P11)을 웨이퍼(6)에 조사하는 장치이다. 제1 광(P11)은 단파장의 레이저 광일 수 있다. 즉, 제1 광(P11)은 웨이퍼(6)의 광루미네선스를 측정하기 위한 광이다. 따라서, 제1 광(P11)이 웨이퍼(6)에 도달한 뒤 반사된 제1 반사광(RP11)은 웨이퍼(6)의 광루미네선스에 대한 정보를 갖고 있다. 한편, 제1 광(P11)이 웨이퍼(6)에 도달한 뒤 반사된 제3 반사광(RP13)은 광루미네선스 측정과 무관한 반사광이기 때문에 검출기(5)가 수광하지 않는다.The first irradiator 2 is a device for irradiating the wafer 6 with the first light P11. The first light P11 may be a short wavelength laser light. That is, the first light P11 is light for measuring the photoluminescence of the wafer 6. Therefore, the first reflected light RP11 reflected after the first light P11 reaches the wafer 6 has information on the photoluminescence of the wafer 6. On the other hand, since the third reflected light RP13 reflected after the first light P11 reaches the wafer 6 is the reflected light irrelevant to the photoluminescence measurement, the detector 5 does not receive the light.

제2 조사기(3)는 분파기(4)를 통해 제2 광(P12)을 웨이퍼(6)에 조사하는 장치이다. 제2 광(P12)은 장파장의 LED광일 수 있다. 특히, 제2 광(P12)은 제1 광(P11)과 파장이 중첩되지 않는 다색의 LED광일 수 있다. 즉, 제1 광(P11)의 파장과 중첩되지 않게, 다색의 LED광을 조합하여 제2 광(P12)으로 사용한다. 제2 광(P12)은 웨이퍼(6)의 두께 및 반사율을 측정하기 위한 광이다. 따라서, 제2 광(P12)이 웨이퍼(6)에 도달한 뒤 반사된 제2 반사광(RP12)은 웨이퍼(6)의 두께 및 반사율에 대한 정보를 갖고 있다. 이와 같이, 제2 광(P12)을 다색의 LED광으로 사용하면, 제1 광(P11)과 파장이 중첩되지 않기 때문에 웨이퍼(6)에 대한 광루미네선스와 두께 및 반사율을 동시에 측정할 수 있다.The second irradiator 3 is a device for irradiating the wafer 6 with the second light P12 through the splitter 4. The second light P12 may be a long wavelength LED light. In particular, the second light P12 may be multicolored LED light in which the wavelength does not overlap with the first light P11. That is, the multicolor LED light is used in combination as the second light P12 so as not to overlap the wavelength of the first light P11. The second light P12 is light for measuring the thickness and reflectance of the wafer 6. Therefore, the second reflected light RP12 reflected after the second light P12 reaches the wafer 6 has information on the thickness and reflectance of the wafer 6. As such, when the second light P12 is used as the multi-color LED light, since the wavelength does not overlap with the first light P11, the photoluminescence, thickness, and reflectance of the wafer 6 can be simultaneously measured. have.

분파기(4)는 제2 광(P12)을 반사시켜 웨이퍼(6)에 조사시키며, 제1 반사광(RP11)과 제2 반사광(RP12)을 분파시켜 검출기(5)에 전달한다.The splitter 4 reflects the second light P12 to irradiate the wafer 6, splits the first reflected light RP11 and the second reflected light RP12, and transmits the reflected light to the detector 5.

검출기(5)는 제1 반사광(RP11)을 수광하여 웨이퍼(6)에 대한 광루미네선스를 검출하고, 제2 반사광(RP12)을 수광하여 웨이퍼(6)에 대한 두께 및 반사율을 검출한다. 특히, 검출기(5)는 웨이퍼(6)의 광루미네선스를 검출하기 위해 제1 반사광(RP11)의 파장과 광도(optical intnesity)와 반치폭(full width at half maximum) 등을 검출하며, 광 간섭법(interferometry)을 적용하여 웨이퍼(6)의 두께 및 반사율을 검출한다.The detector 5 receives the first reflected light RP11 to detect photoluminescence on the wafer 6, and receives the second reflected light RP12 to detect the thickness and reflectance of the wafer 6. In particular, the detector 5 detects the wavelength, optical intnesity, full width at half maximum, and the like of the first reflected light RP11 in order to detect the photoluminescence of the wafer 6. Interferometry is applied to detect the thickness and reflectance of the wafer 6.

도 3은 도 2의 제1 광(P11)과 제2 광(P12)의 파장영역대를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating wavelength bands of the first light P11 and the second light P12 of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 제1 광(P11)이 430~470nm의 파장영역대이고, 제2 광(P12)이 560~640nm의 파장영역대인 것을 확인할 수 있다. 즉, 제1 광(P11)과 제2 광(P12)의 파장영역대가 서로 다른 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 이유로, 두 광(P11, P12)을 동시에 사용하여 웨이퍼(6)에 대한 광루미네선스와 두께 및 반사율을 검출할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the first light P11 has a wavelength range of 430 nm to 470 nm and the second light P12 has a wavelength range of 560 nm to 640 nm. That is, it can be seen that the wavelength ranges of the first light P11 and the second light P12 are different from each other. For this reason, the photoluminescence, thickness and reflectance of the wafer 6 can be detected using both lights P11 and P12 simultaneously.

도 4는 도 2에 도시된 검출기(5)가 측정시편의 두께 및 반사율을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a view for explaining a method of measuring the thickness and reflectance of the measurement specimen by the detector 5 shown in FIG. 2.

도 4를 참조하면, 검출기(5)는 기준반사광(REF)과 측정시편 반사광(P21)을 대조하여 측정시편의 두께 및 반사율을 측정한다. 여기서, 기준반사광(RFE)은 순수 상태의 웨이퍼에 광을 조사한 경우의 반사광이고, 측정시편 반사광(P21)은 측정시편에 광을 조사한 경우의 반사광이다. Referring to FIG. 4, the detector 5 compares the reference reflected light REF and the measurement specimen reflected light P21 to measure the thickness and reflectance of the measurement specimen. Here, the reference reflection light RFE is the reflected light when the light is irradiated onto the wafer in the pure state, and the measurement specimen reflected light P21 is the reflected light when the light is irradiated to the measurement specimen.

두 반사광(REF, P21)을 대조해 보면, 측정시편으로 인해 광이 굴절되어, 측정시편 반사광(P21)의 스펙트럼이 기준반사광(REF)의 스펙트럼 대비 굴곡이 많은 것을 확인할 수 있다. 검출기(5)는 이와 같은 스펙트럼의 형상적 차이를 이용하여 측정시편의 박막 두께를 측정한다.Contrasting the two reflected light (REF, P21), the light is refracted by the measurement specimen, it can be seen that the spectrum of the measurement specimen reflected light (P21) has a lot of bending compared to the spectrum of the reference reflection light (REF). The detector 5 measures the thickness of the thin film of the measurement specimen by using the shape difference of the spectrum.

또한, 두 반사광(REF, P21)을 대조해 보면, 기준반사광(REF)이 측정시편 반사광(P21)의 광도보다 높은 것을 확인할 수 있다. 측정시편 반사광(P21)의 경우, 측정시편에 의한 굴곡 때문에 기준반사광(REF)보다 광도가 낮아진 것이다. 검출기(5)는 이와 같은 광도의 차이를 이용하여 측정시편의 반사율을 측정한다. 수학식 1은 측정시편의 반사율을 측정하기 위한 수식을 나타낸 것이다.In addition, when comparing the two reflected light (REF, P21), it can be seen that the reference reflected light (REF) is higher than the brightness of the measurement specimen reflected light (P21). In the case of the measurement specimen reflected light P21, the luminous intensity is lower than that of the reference reflection light REF due to the bending caused by the measurement specimen. The detector 5 measures the reflectance of the measurement specimen by using the difference in brightness. Equation 1 shows an equation for measuring the reflectance of the test specimen.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 표준시편은 앞서 설명한 순수 상태의 웨이퍼를 의미한다.Here, the standard specimen refers to the pure state wafer described above.

도 5는 도 2에 도시된 제2 조사기(3) 내 구비된 렌즈를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a view showing a lens provided in the second irradiator 3 shown in FIG. 2.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2 조사기(3) 내 구비된 렌즈는 복수의 단위 확산 렌즈(21)와 집광렌즈(22)를 포함한다. 복수의 단위 확산렌즈(21) 각각은 복수의 단색 LED 광원에 대응하여 구비된다. 복수의 단색 LED 광원은 집광렌즈(22)를 통해 집광되어 제2 광원(P12)으로 출력된다. 이때, 제2 광원(P12)은 도 2에 도시된 제1 광원(P11)의 파장과 중첩되지 않아야 한다. 그래서, 복수의 단색 LED 광원은 집광렌즈(22)를 통해 제2 광원(P12)으로 출력되었을 때, 제1 광원(P11)의 파장과 중첩되지 않는 조합이어야 한다. 예를 들어, 파랑 LED 광원, 빨강 LED 광원, 노랑 LED 광원 및 초록 LED 광원을 조합하여 제2 광원(P12)을 출력할 경우, 제1 광원(P11)의 파장과 중첩되지 않을 수 있다. 복수의 단위 확산렌즈(21)는 복수개 모두 사용하거나, 7개 미만으로 사용할 수도 있다. 이는, 제1 광원(P11) 대비 제2 광원(P12)의 파장이 중첩되는지의 여부에 의해 결정된다.As shown in FIG. 5, the lens provided in the second irradiator 3 includes a plurality of unit diffusion lenses 21 and a condenser lens 22. Each of the plurality of unit diffusion lenses 21 is provided corresponding to the plurality of monochromatic LED light sources. The plurality of monochromatic LED light sources are collected through the condenser lens 22 and output to the second light source P12. In this case, the second light source P12 should not overlap the wavelength of the first light source P11 shown in FIG. 2. Therefore, when the plurality of monochromatic LED light sources are output to the second light source P12 through the condenser lens 22, the plurality of monochromatic LED light sources must be a combination that does not overlap the wavelength of the first light source P11. For example, when the second light source P12 is output by combining the blue LED light source, the red LED light source, the yellow LED light source, and the green LED light source, the wavelength of the first light source P11 may not overlap. The plurality of unit diffusion lenses 21 may be used in all, or less than seven. This is determined by whether or not the wavelength of the second light source P12 is overlapped with the first light source P11.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광학 측정장치는 광루미네선스를 측정하기 위한 제1 광과 두께 및 반사율을 측정하기 위한 제2 광을 측정시료에 조사하되, 서로 다른 파장의 제1 광과 제2 광을 사용한다. 이와 같이 측정시료에 대한 정보를 측정할 경우, 측정시료의 광루미네선스와 두께 및 반사율을 동시에 측정할 수 있다. As described above, the optical measuring device according to an embodiment of the present invention irradiates a measurement sample with a first light for measuring photoluminescence and a second light for measuring thickness and reflectance, but having different wavelengths. The first light and the second light are used. As such, when measuring information on the measurement sample, it is possible to simultaneously measure the photoluminescence, thickness, and reflectance of the measurement sample.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

1: 지지체 2: 제1 조사기
3: 제2 조사기 4: 분파기
5: 검출기1: support 2: first irradiator
3: second investigator 4: splitter
5: detector

Claims (6)

측정시편이 고정되는 지지체;
상기 측정시편 상에 제1 광을 조사하는 제1 조사기;
상기 제1 광과 파장이 다른 제2 광을 상기 측정시편 상에 조사하는 제2 조사기; 및
상기 제1 광의 반사광과 상기 제2 광의 반사광을 수광하여, 상기 측정시편에 대한 정보를 측정하는 검출기
를 포함하는 광학 측정장치.
A support on which the test specimen is fixed;
A first irradiator irradiating a first light onto the measurement specimen;
A second irradiator irradiating onto the measurement specimen a second light having a different wavelength from the first light; And
A detector for receiving the reflected light of the first light and the reflected light of the second light and measuring information on the measurement specimen
Optical measuring device comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 광을 굴절시켜 상기 웨이퍼에 조사시키고, 상기 제1 광의 반사광과 상기 제2 광의 반사광을 분파하여 상기 검출기로 전달하는 분파기를 더 포함하는 광학 측정장치.
The method of claim 1,
And a splitter for refracting the second light to irradiate the wafer, and splitting the reflected light of the first light and the reflected light of the second light and transmitting the reflected light to the detector.
제 1 항에 있어서,
상기 검출기는 상기 제1 광의 반사광을 수광하여 상기 측정시편에 대한 광루미네선스를 측정하고, 상기 제2 광의 반사광을 수광하여 상기 측정시편에 대한 두께 및 반사율을 측정하는 광학 측정장치.
The method of claim 1,
The detector receives the reflected light of the first light to measure the optical luminescence for the measurement specimen, and receives the reflected light of the second light to measure the thickness and reflectance of the measurement specimen.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 광은 다색 LED 광을 포함하는 광학 측정장치.
The method of claim 1,
The second light is an optical measuring device comprising a multi-color LED light.
제 4 항에 있어서,
상기 다색 LED 광은 복수의 단색 LED 광을 조합하여 생성된 광학 측정장치.
The method of claim 4, wherein
The multi-color LED light is generated by combining a plurality of single-color LED light.
제 5 항에 있어서,
상기 제2 조사기는
상기 복수의 단색 LED 광 각각에 대응하는 복수의 단위 확산렌즈; 및
상기 복수의 단위 확산렌즈에서 출력된 복수의 단색 광을 집광하여 상기 제2 광으로 출력하는 집광렌즈를 포함하는 광학 측정장치.
The method of claim 5, wherein
The second irradiator
A plurality of unit diffusion lenses corresponding to each of the plurality of monochromatic LED lights; And
And a condenser lens for condensing a plurality of monochromatic lights output from the plurality of unit diffusion lenses and outputting the condensed light to the second light.
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