KR20210151585A - Apparatus for measuring reflectivity and incident light - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반사도 및 입사 광량의 측정 장치에 관한 것으로, 특히 위상지연자와 편광판을 사용하여 입사 광량 또는 반사 광량의 정보를 고주파 신호로 변조하고 주파수 분석을 통하여 반사도와 입사 광량의 정보를 실시간으로 검출할 수 있도록 한 반사도 및 입사 광량의 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring reflectance and incident light, particularly by using a phase retarder and a polarizing plate to modulate information on the amount of incident light or reflected light into a high-frequency signal, and detect reflectance and incident light amount information in real time through frequency analysis It relates to an apparatus for measuring reflectance and incident light quantity that can be
반사계는 빛이 샘플에서 반사될 때, 입사광과 반사광의 세기 비(반사도)를 측정하여 샘플의 두께에 대한 정보를 획득하는 장비이다. 이러한 반사도 측정은 두 과정을 거쳐 진행된다. 첫째, 입사하는 빛의 세기(입사 광량)을 측정한다. 둘째, 측정하고자 하는 샘플에 대하여 동일한 광량을 입사시킨 후, 반사되어 되돌아 오는 광량을 측정하여 반사도를 측정한다. 따라서, 측정 중 입사 광량이 변화하면 상기 첫 번째 과정을 다시 수행하여 입사 광량을 재 측정하여야 왜곡 없는 반사도 측정이 가능하다. A reflectometer is an equipment that obtains information about the thickness of a sample by measuring the intensity ratio (reflectivity) of incident light and reflected light when light is reflected from a sample. This reflectivity measurement proceeds through two processes. First, the intensity of incident light (incident light quantity) is measured. Second, after the same amount of light is incident on the sample to be measured, the amount of reflected and returned light is measured to measure the reflectivity. Therefore, when the amount of incident light changes during measurement, the first process is performed again to measure the amount of incident light again, so that reflectance measurement without distortion is possible.
도1은 일반적인 반사계의 구조를 도시한다. 1 shows the structure of a typical reflectometer.
광원(1)에서 조사된 빛은 빔 스플리터(2)와 대물렌즈(3)를 거쳐 샘플(4)에 입사하게 된다. 그리고 상기 샘플(4)로부터 반사된 빛은 스펙트로미터(5)(spectrometer)와 같은 파장 디텍터를 이용하여 검출한다. 반사된 빛은 입사 광량과 반사도의 곱으로 주어지므로, 입사광량 및 반사된 빛의 반사 광량을 측정하면 샘플(4)의 반사도를 알 수 있다. 구체적으로, 첫번째로는 광학적 정보를 알고 있는 기준시편을 사용하여 반사된 빛의 반사 광량을 측정하면 이미 알고 있는 반사도를 이용하여 역으로 입사 광량을 계산할 수 있다. 이어서 측정하고자 하는 샘플(4)을 측정한다. 입사 광량이 계산되었으므로, 샘플(4)로부터 반사된 빛의 반사 광량을 측정하면 샘플(4)의 상기 입사 광량을 이용하여 샘플(4)의 반사도를 측정할 수 있다. The light irradiated from the
그러나 여기서 발생하는 문제점은, 입사 광량을 측정하는 시기와 샘플(4)을 측정하는 시간이 다르므로 시간 간격이 존재한다는 점이다. 광원(1)은 외부 온도에 의하여 그 값이 달라지고, 특히 처음 장비를 운용하는 과정에서 대략 1시간 정도의 예열이 필요하다. 또한, 광원(1)은 수명에 의해 같은 전력을 주더라도 그 세기가 점점 약해진다. 이러한 영향으로 기 계산된 입사 광량과 실제 입사되는 광량 사이에는 차이가 생기게 되고, 그러한 차이가 있는 입사 광량에 의한 반사도는 그 만큼 왜곡이 생기게 되므로, 결과적으로 샘플(4)의 두께 값에 오차를 발생시킨다.However, a problem that occurs here is that the time interval for measuring the amount of incident light and the time for measuring the
이러한 반사도의 왜곡은 반사도 신호가 단조로운 얇은 박막에 큰 영향을 주어 30% 이상의 오차를 보이기도 한다. 또한, 종래 상기와 같은 방식은 샘플(4)의 변화 등으로 광량을 바꾸어야 하는 경우, 첫 번째 과정에 의한 입사 광량의 측정부터 다시 반복해야 하므로 측정 과정을 복잡하게 만든다.This distortion of reflectivity has a great effect on a thin thin film in which the reflectivity signal is monotonous, and sometimes shows an error of 30% or more. In addition, in the conventional method as described above, when the amount of light needs to be changed due to a change in the
종래 문제를 해결하기 위해서, 실시간으로 광량을 측정하는 디텍터를 별도로 사용할 수 있으나, 광량을 측정하는 디텍터와 반사 광량을 측정하는 스펙트로미터(5)의 파라미터 값이 다르므로, 이들에 대한 보정이 필요하고, 측정 장비의 비용을 증가시키는 단점이 있다. 한편, 광량을 지속적으로 보정하는 방법을 채용하는 경우, 측정 시퀀스가 늘어나고 이 역시 실시간 측정이 아니라는 점에서 한계가 있다. In order to solve the conventional problem, a detector for measuring the amount of light in real time can be used separately, but since the parameter values of the detector for measuring the amount of light and the
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 특히 위상지연자와 편광판을 사용하여 입사 광량 또는 반사 광량의 정보를 고주파 신호로 변조하고 주파수 분석을 통하여 반사도와 입사 광량의 정보를 실시간으로 검출할 수 있도록 한 반사도 및 입사 광량의 측정 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised to improve the above-described problems. In particular, by using a phase delay and a polarizing plate, information on the amount of incident light or amount of reflected light is modulated into a high-frequency signal, and information on reflectivity and incident light is displayed in real time through frequency analysis. An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring reflectance and incident light that can be detected by .
본 발명의 일 측면에 따른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치는, 광원; 상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기; 상기 광분할기에 의해 분할된 제2 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자; 상기 제1 빔이 상기 샘플에 반사된 반사빔과, 상기 위상지연자를 거친 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기; 상기 광원과 상기 위상지연자 사이에 배치되는 제1 편광기; 상기 위상지연자와 상기 광검출기 사이에 배치되는 제2 편광기; 및 상기 광검출기에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring reflectivity and incident light quantity, comprising: a light source; a light splitter for splitting the light source into a first beam directed toward the sample and a second beam separated from the first beam; a phase delayer for delaying the phase of the second beam divided by the optical splitter; a photodetector configured to detect the reflected beam from which the first beam is reflected by the sample and the second beam that has passed through the phase retarder; a first polarizer disposed between the light source and the phase retarder; a second polarizer disposed between the phase retarder and the photodetector; and a signal processing unit configured to obtain a signal by separating a low-frequency signal and a high-frequency signal from the signal detected by the photodetector, and to obtain the reflectivity and the incident light amount of the sample from the low-frequency signal and the high-frequency signal.
또한, 상기 위상지연자는 멀티 오더 위상지연자(Multi-order Retarder)인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the phase retarder is a multi-order retarder.
또한, 상기 제1 편광기 및 상기 광분할기는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터에 통합된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the first polarizer and the light splitter are integrated into a polarization beam splitter that simultaneously performs polarization and splitting of the light source.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치는, 광원; 상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기; 상기 광분할기에 의해 분할된 상기 제2 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자; 상기 위상지연자의 후단에 배치되어 상기 위상지연자를 통과한 상기 제2 빔을 반사시켜서 다시 상기 위상지연자로 진행하도록 하는 반사거울; 상기 제1 빔이 상기 샘플에 반사된 반사빔과, 상기 위상지연자를 경유한 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기; 상기 광원과 상기 반사거울 사이에 배치되는 제1 편광기; 및 상기 광검출기에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, according to another aspect of the present invention, an apparatus for measuring reflectance and incident light may include: a light source; a light splitter for splitting the light source into a first beam directed toward the sample and a second beam separated from the first beam; a phase delayer for delaying the phase of the second beam divided by the optical splitter; a reflective mirror disposed at the rear end of the phase delay unit to reflect the second beam passing through the phase delay unit and to proceed to the phase delay unit again; a photodetector configured to detect the reflected beam of the first beam reflected by the sample and the second beam passing through the phase delay unit; a first polarizer disposed between the light source and the reflective mirror; and a signal processing unit configured to obtain a signal by separating a signal detected by the photodetector from a low-frequency signal and a high-frequency signal, and to obtain a reflectivity of the sample and an incident light amount from the low-frequency signal and the high-frequency signal.
여기서, 상기 위상지연자는 멀티 오더 위상지연자(Multi-order Retarder)인 것이 바람직하다. Here, the phase retarder is preferably a multi-order retarder.
여기서, 상기 제1 편광기 및 상기 광분할기는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터에 통합된 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the first polarizer and the light splitter are integrated into a polarization beam splitter that simultaneously performs polarization and splitting of the light source.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량의 측정장치는, 광원; 상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기; 상기 광분할기에 의해 분할된 상기 제1 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자; 상기 제1 빔이 상기 샘플에 반사된 반사빔과, 입사광량 정보를 가지고 있는 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기; 상기 샘플과 상기 광검출기 사이에 배치되는 제1 편광기; 및 상기 광검출기에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부;를 포함하는 것이 바람직하다. On the other hand, according to another aspect of the present invention, an apparatus for measuring reflectance and incident light is provided, comprising: a light source; a light splitter for splitting the light source into a first beam directed toward the sample and a second beam separated from the first beam; a phase retarder for delaying the phase of the first beam divided by the optical splitter; a photodetector configured to detect a reflected beam from which the first beam is reflected by the sample and the second beam having incident light amount information; a first polarizer disposed between the sample and the photodetector; and a signal processing unit configured to obtain a signal by separating a signal detected by the photodetector from a low-frequency signal and a high-frequency signal, and to obtain a reflectivity of the sample and an incident light amount from the low-frequency signal and the high-frequency signal.
또한, 상기 위상지연자는 멀티 오더 위상지연자(Multi-order Retarder)인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the phase retarder is a multi-order retarder.
또한, 상기 제1 편광기 및 상기 광분할기는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터에 통합된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the first polarizer and the light splitter are integrated into a polarization beam splitter that simultaneously performs polarization and splitting of the light source.
본 발명에 따른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치는, 입사 광량을 측정하기 위한 별도의 과정을 거치지 않고, 측정할 때마다 입사 광량과 반사 광량을 동시에 측정할 수 있다. The apparatus for measuring reflectivity and incident light quantity according to the present invention can measure the incident light quantity and the reflected light quantity at the same time every time it is measured without going through a separate process for measuring the incident light quantity.
측정할 때마다 입사 광량을 검출할 수 있기 때문에, 온도나 수명에 의한 광량의 변화를 감지할 수 있으며, 입사 광량을 변경하더라도 입사 광량을 측정하기 위한 과정을 거치지 않기 때문에 측정 과정이 단순해지는 효과를 제공한다. Since the amount of incident light can be detected each time it is measured, changes in the amount of light due to temperature or lifetime can be detected. to provide.
실시간으로 광량 측정이 가능하므로, 반사도의 왜곡이 적어져 반사계의 측정 정확도를 향상시킨다. 이러한 효과는 특히 얇은 박막과 같이 단조로운 반사도를 가진 샘플에서 더욱 유용하게 제공된다. 종래 단조로운 반사도를 갖는 샘플의 경우, 입사 광량의 작은 오차는 반사도의 개형에 큰 차이를 주게 되므로 잘못된 두께값을 산출하게 만든다. 그러나 본 발명에 따르면, 더욱 정밀한 반사도 측정이 가능하여 두께값을 정밀하게 추출할 수 있다. Because it is possible to measure the amount of light in real time, the distortion of the reflectance is reduced and the measurement accuracy of the reflectometer is improved. This effect is particularly useful for samples with monotonous reflectivity, such as thin films. In the case of a sample having a conventional monotonous reflectivity, a small error in the amount of incident light gives a big difference to the shape of the reflectivity, so that an erroneous thickness value is calculated. However, according to the present invention, more precise reflectivity measurement is possible, so that a thickness value can be precisely extracted.
결과적으로, 사용자는 별도의 입사 광량을 측정하는 과정 없이, 입사 광량을 실시간으로 확인할 수 있으며, 반사도의 정확도를 현저히 향상시켜서, 샘플의 두께를 정밀하게 산출할 수 있게 된다. As a result, the user can check the amount of incident light in real time without a separate process of measuring the amount of incident light, and the accuracy of reflectivity is remarkably improved, so that the thickness of the sample can be precisely calculated.
도1은 종래 반사계를 도식적으로 보인 도면,
도2는 본 발명의 일 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치의 개념도,
도3은 샘플의 두께별 측정 데이터,
도4는 도3의 샘플의 실제 두께와 측정 두께의 표준편차를 보인 도면,
도5는 본 발명에 의해 획득된 샘플 두께값의 선형성을 보인 그래프,
도6은 본 발명의 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치의 개념도,
도7은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치의 개념도,
도8은 본 발명에 따른 신호처리부가 입사 광량 및 반사도를 획득 과정을 보인 블럭도이다. 1 is a schematic view of a conventional reflectometer;
2 is a conceptual diagram of an apparatus for measuring reflectance and incident light according to an aspect of the present invention;
3 is measurement data for each thickness of the sample;
Figure 4 is a view showing the standard deviation of the actual thickness and the measured thickness of the sample of Figure 3;
5 is a graph showing the linearity of the sample thickness values obtained by the present invention;
6 is a conceptual diagram of an apparatus for measuring reflectance and incident light according to another aspect of the present invention;
7 is a conceptual diagram of an apparatus for measuring reflectance and incident light according to another aspect of the present invention;
8 is a block diagram showing a process of acquiring an incident light amount and reflectivity by a signal processing unit according to the present invention.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명의 일 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치의 개념도이다. 도3은 샘플의 두께별 측정 데이터이고, 도4는 도3의 샘플의 실제 두께와 측정 두께의 표준편차를 보인 도면이며, 도5은 본 발명에 의해 획득된 샘플 두께값의 선형성을 보인 그래프이다. 도6은 본 발명의 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치의 개념도이고, 도7은 본 발명의 또 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치의 개념도이다. 도8은 본 발명에 따른 신호처리부가 입사 광량 및 반사도를 획득 과정을 보인 블럭도이다. 2 is a conceptual diagram of an apparatus for measuring reflectance and incident light according to an aspect of the present invention. FIG. 3 is the measurement data for each thickness of the sample, FIG. 4 is a diagram showing the standard deviation of the actual thickness and the measured thickness of the sample of FIG. 3, and FIG. 5 is a graph showing the linearity of the sample thickness value obtained by the present invention . 6 is a conceptual diagram of a reflectance and incident light quantity measuring apparatus according to another aspect of the present invention, and FIG. 7 is a conceptual diagram of a reflectivity and incident light quantity measuring apparatus according to another aspect of the present invention. 8 is a block diagram showing the process of the signal processing unit acquiring the incident light amount and reflectivity according to the present invention.
본 발명의 일 실시예 따른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치는, 광원(10), 제1 편광기(20), 광분할기(30), 위상지연자(50), 광검출기(60), 제2 편광기(70), 신호처리부(80)를 포함한다. An apparatus for measuring reflectance and incident light according to an embodiment of the present invention includes a
상기 광원(10)은 광을 방출하기 위해 마련된다. 상기 광원(10)으로는 텡스텐-할로겐 램프, Xe 램프 등 다양한 소스가 사용될 수 있다. The
상기 제1 편광기(20)는, 상기 광원(10)의 후단에 마련되어 상기 광원(10)을 편광시키기 위해서 마련된다. 상기 제1 편광기(20)는, 광원(10)이 상기 제1 편광기(20)의 후단에 마련되는 위상지연자(50)를 통과하기 전에 특정 성분을 갖는 광으로 편광시킨다. 위상지연을 이용하여 광의 성분을 고주파로 변조하기 위해서 편광된 광이 필요하므로, 상기 제1 편광기(20)에 의해 광원(10)을 편광시킨다. The
상기 광분할기(30)는, 상기 광원(10)을 분할하기 위해 마련된다. 상기 광분할기(30)는 상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할한다. 본 실시예에 따르면, 상기 광분할기(30)는 상기 제1 편광기(20)의 후단에 마련되어 특정 성분을 갖도록 편광된 광을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할한다. 상기 제1 편광기(20) 및 상기 광분할기(30)는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터(Polarizing Beam Splitter)에 의해 통합되어 구현될 수 있다. The
또한, 본 실시예에 따르면, 상기 광분할기(30)에 의해 분할된 상기 제1 빔을 샘플(100)로 조사하기 위해서 상기 대물렌즈(40)가 마련된다. 상기 제1 빔은 상기 대물렌즈(40)를 거친 후 상기 샘플(100)에 조사되고, 상기 샘플(100)로부터 반사되어 다시 대물렌즈(40)를 거쳐 광분할기(30)를 경유하고, 부가적인 광 경로 변환수단을 이용하여 상기 광검출기(60)로 들어가도록 구성될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 상기 광분할기(30)를 통과한 제1 빔은 복수의 거울(110)을 이용하여 제1 빔이 광검출기(60)로 유입되도록 광학계를 구성할 수 있다. 물론, 상기 제1 빔이 상기 광검출기(60)로 들어가는 방식은 도2의 방식으로 한정되지 않는다.In addition, according to the present embodiment, the
이와 같이, 상기 광원(10)이 광분할기(30), 대물렌즈(40)를 거쳐 샘플(100)에 반사되고, 다시 광분할기(30)를 거쳐 광검출기(60)로 경유하는 경로를 구성하는데, 상기 제1 빔이 이동하는 경로를 제1 경로로 정의할 수 있다. 상기 제1 빔은 상기 제1 경로로 이동하면서 샘플(100)에 반사되므로, 상기 제1 빔에는 샘플(100)의 반사도 정보가 포함되게 된다. In this way, the
상기 위상지연자(50)(Retarder)는, 상기 광분할기(30)에 의해 분할된 상기 제2 빔의 위상을 지연시키기 위해서 마련된다. 본 실시예에 따르면, 상기 위상지연자(50)는 멀티오더 리타더(Multi-order retarder)이다. 상기 멀티 오더 리타더는 하나의 파장 이상의 위상 지연을 만들어내는 위상지연자로서, 광분할기(30)에서 분할된 상기 제2 빔을 고주파 신호로 변조하는 역할을 한다. The phase retarder 50 (Retarder) is provided to delay the phase of the second beam divided by the
상기 광검출기(60)는 상기 제1 빔이 샘플(100)에 반사되어 되돌아온 반사빔을 검출하고, 또한, 상기 위상지연자(50)를 거친 상기 제2 빔을 검출하기 위해서 마련된다. The
상기 제2 편광기(70)는, 상기 위상지연자(50)를 거친 상기 제2 빔이 상기 광검출기(60)로 들어가기 전에 경유하는 편광기이다. 상기 제2 편광기(70)는, 상기 위상지연자(50)를 거친 상기 제2 빔의 편광 해석을 위해 마련된다. The
상기 신호처리부(80)는, 상기 광검출기(60)에서 검출된 신호를 푸리에 변환하여 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호 각각에 대한 역 푸리에 변환을 수행하여, 입사 광량과 샘플(100)의 반사도를 획득하기 위해서 마련된다. 즉, 상기 신호처리부(80)는, 주파수분석을 통하여 상기 입사광량 및 반사도에 정보를 실시간으로 한 번에 추출할 수 있다. The
이와 같이, 상기 제2 빔은 위상지연자(50) 및 제2 편광기(70)를 거쳐서 광검출기(60)로 들어가는데, 이를 제2 경로라 정의한다. 상기 제2 빔은 상기 제2 경로로 이동하면서 위상 지연이 발생 되고 고주파로 변조되어 입사 광량에 대한 정보를 포함하게 된다. As such, the second beam enters the
상기 광원(10)이 상기 광분할기(30)에 의해서 제1 빔와 제2 빔으로 분할되고, 상기 제1 빔은 샘플(100)에 반사되면서 샘플(100)의 반사도 정보를 포함하고, 상기 제2 빔이 갖는 입사 광량의 정보가 상기 반사도 정보와 섞이지 않도록 하기 위해서, 상기 제2 빔을 멀티 오더 리타더를 통해 고주파 신호로 변조된다. 상기 멀티 오더 리타더를 이용하기 위해서 편광된 빛이 필요하므로, 상기 멀티오더 리타더의 전단에 제1 편광기(20)가 배치되고, 상기 광검출기(60)로 들어가기 전에 편광의 해석을 위해서 제2 편광기(70)를 경유하도록 한다. The
예컨대, 상기 제1,2 편광기를 45°로 정렬하고, 멀티오더 리타더의 fast axis를 0°로 정렬하였을 때, 상기 광검출기(60)에서 검출되는 빛의 세기는 다음과 같이 주어진다. For example, when the first and second polarizers are aligned at 45° and the fast axis of the multi-order retarder is aligned at 0°, the intensity of light detected by the
[수학식 1][Equation 1]
검출되는 빛의 세기 = [I(λ)×{RF(λ) - cos(Phase(λ))+1}]/8 Detected light intensity = [I(λ)×{RF(λ) - cos(Phase(λ))+1}]/8
여기서, I(λ)는 파장에 따른 빛의 세기이다. 즉, I(λ)는 입사 광량을 의미한다. RF(λ)는 파장별 샘플(100)의 반사도이다. 그리고, Phase(λ)는 파장별 멀티 오더 리타더가 갖는 위상차를 의미한다. Phase(λ)는 멀티 오더 리타더에 의해서 파장 별 변화값이 커지고, cos(Phase(λ)가 곱해진 부분은 고주파 신호로 변조된다. 따라서, 위 신호를 고주파 신호와 저주파 신호로 분리하면 다음과 같다. Here, I(λ) is the intensity of light according to the wavelength. That is, I(λ) means the amount of incident light. RF(λ) is the reflectivity of the
[수학식 2][Equation 2]
[I(λ)×{RF(λ) - cos(Phase(λ))+1}]/8 [I(λ)×{RF(λ) - cos(Phase(λ))+1}]/8
= [I(λ)×{RF(λ) +1}]/8 - {I(λ)×cos(Phase(λ))}/8 = [I(λ)×{RF(λ) +1}]/8 - {I(λ)×cos(Phase(λ))}/8
상기 수학식 2에서 전단의 항인 [I(λ)×{RF(λ) +1}]/8 에는 저주파 신호가 포함되고, 후단의 항인 {I(λ)×cos(Phase(λ))}/8 에는 고주파 신호가 포함된다. 상기 신호처리부(80)는, 도9에 도시된 바와 같이, 상기 신호를 푸리에 변환하고, 저주파 또는 고주파 성분을 선별적으로 필터링하면 각각의 신호를 획득할 수 있다. 따라서, 고주파 신호에서 입사 광량인 I(λ)를 구할 수 있고, 저주파 신호에서는 고주파 신호에서 획득한 입사 광량 I(λ)를 이용하여 샘플(100)의 반사도인 RF(λ)를 획득할 수 있다. In
이와 같이, 입사 광량과 샘플(100)의 반사도를 획득하면, 이를 이용하여 샘플(100)의 두께를 계산할 수 있다. 상기 샘플(100)의 두께를 계산하는 것은 이미 공지된 바에 따르고, 본 발명의 기술적 구성과는 무관하므로 그 구체적인 설명은 생략한다. In this way, when the amount of incident light and the reflectivity of the
도3 내지 도4는, 본 실시예에 따른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치를 이용하여 박막의 두께를 측정한 데이터이다. 3 to 4 are data obtained by measuring the thickness of a thin film using the apparatus for measuring reflectivity and incident light according to the present embodiment.
도3은 두께가 30nm, 50nm, 70nm, 100nm, 200nm, 500nm, 1000nm인 샘플(100)에 대하여 종래 방식과 본 발명에 따른 방식을 적용하여 두께를 측정한 데이터를 정리한 것이다. 도3에 있어서, 1단계, 2단계, 및 3단계에서 각 단계는 서로 다른 광량 수준에서 20회 측정하여 평균값을 기록한 것이다. 즉, 1단계는 20회 측정 후 평균값, 2단계는 또 다른 20회 측정 후 평균값, 3단계는 또 다른 20회 측정 후 평균값을 기록한 것이다. 종래 방식은 입사 광량이 고정되었다고 가정하고 두께를 측정한 것이다. 도4는, 도3의 두께별로 실제두께와 측정두께의 표준편차를 그래프로 나타낸 것이다. 3 is a summary of the thickness measurement data by applying the conventional method and the method according to the present invention with respect to the
도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 실시예에 따른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치를 적용한 경우, 박막의 측정 두께는 실제 두께와 표준편차가 현저히 감소하여 종래와 비교하여 월등히 정밀한 측정데이터를 제공할 수 있는 것으로 검증되었다. As shown in FIGS. 3 and 4, when the measuring apparatus for reflectivity and incident light according to the embodiment is applied to the present invention, the measured thickness of the thin film is significantly reduced from the actual thickness and the standard deviation is significantly reduced compared to the prior art. It has been verified that data can be provided.
도5는 샘플(100)의 실제 두께와 측정 두께를 그래프로 도시한 것으로, 도5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치를 적용한 경우, 얇은 박막에서의 측정 두께가 선형성을 보여줌을 알 수 있다. 즉, 샘플(100)의 실제 두께와 측정 두께의 오차가 현저히 줄어든다는 것을 확인할 수 있다. 종래 방식에 있어서, 선형성이 부족한 것은, 실제 두께와의 오차가 크다는 것을 보여주며, 계측의 정밀성을 확보하기 위해서 다른 부가적인 보정이 필요함을 의미한다. 5 is a graph showing the actual thickness and the measured thickness of the
한편, 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치는, 광원(10)과, 상기 광원(10)을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기(30)와, 상기 광분할기에 의해 분할된 제2 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자(50)와, 상기 위상지연자(50)의 후단에 배치되어 상기 위상지연자(50)를 통과한 상기 제2 빔을 반사시켜서 다시 상기 위상지연자(50)로 진행하도록 하는 반사거울(90)과, 상기 제1 빔이 상기 샘플(100)에 반사된 반사빔과, 상기 반사거울(90)에 반사되어 상기 위상지연자(50) 및 상기 광분할기(30)를 경유한 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기(60), 상기 광원(10)과 상기 반사거울(90) 사이에 배치되는 제1 편광기(20), 및 상기 광검출기(60)에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플(100)의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부(80)를 포함한다. Meanwhile, as shown in FIG. 6 , an apparatus for measuring reflectance and incident light according to another aspect of the present invention includes a
도6에 따른 실시예에 있어서, 도2와 동일한 작용을 수행하는 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하며, 그 구체적인 설명은 생략한다. 도6의 실시예에 따르면, 상기 광원(10), 광분할기(30), 대물렌즈(40), 제1 편광기(20), 위상지연자(50), 반사거울(90), 광검출기(60), 및 신호처리부(80)는, 도2의 실시예에 따른 구성과 작용적 측면에서 실질적으로 동일하다. 상기 위상지연자(50)로는 멀티오더 위상지연자(50)가 사용되는 것 또한 도2와 동일하다. In the embodiment according to Fig. 6, the same reference numerals are given to components that perform the same operations as in Fig. 2, and detailed descriptions thereof are omitted. According to the embodiment of FIG. 6 , the
다만, 도6의 실시예에 따르면, 상기 제1 편광기(20)의 위치가 광원(10)과 반사거울(90) 사이에 배치되고, 상기 위상지연자(50) 후단에 반사거울(90)이 배치된다. 따라서, 광분할기(30)는 광원(10)을 제1 빔과 제2 빔으로 분할하고, 상기 제2 빔은 위상지연자(50)를 통과한 후 반사거울(90)에 의하여 다시 상기 위상지연자(50) 측으로 향하게 된다. 상기 위상지연자(50)를 통과하면서 위상 지연이 발생되고, 상기 위상지연자(50)의 후단에서 반사거울(90)에 반사된 제2 빔은 다시 위상지연자(50) 및 제1 편광기(20)를 통과한 후 광분할기(30)를 거쳐 광검출기(60)로 들어간다.However, according to the embodiment of FIG. 6 , the position of the
상기 제1 편광기(20)는, 상기 제2 빔이 광분할기(30)로부터 분할되어 상기 위상지연자(50) 측으로 진행할 때는 편광을 발생시키는 편광발생기로서 기능하고, 제2 빔이 상기 반사거울(90)로부터 반사되어 되돌아오면서 상기 제1 편광기(20)를 다시 경유할 때는 편광해석기로서 기능하게 된다. The
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 상기 제1 빔이 진행하는 제1 경로는 샘플(100)로 진행하여 반사된 후 광분할기(30)를 거쳐 광검출기(60)로 진행한다는 측면에서, 도2의 실시예에 따른 제1 경로와 유사한 면이 있다. 또한, 본 실시예에 따라 제2 빔이 광분할기(30)로부터 제1 편광기(20)를 거쳐 편광되고, 위상지연자(50)를 통과한 후, 반사거울(90)에 반사되어 다시 제1 편광기(20) 및 광분할기(30)를 순차적으로 경유하여 광검출기(60)로 진행하는 제2 경로는, 위상지연자(50)를 통과하기 전에 편광되고, 위상지연자(50)를 통과한 후 상기 편광을 해석하기 위해 편광기를 한 번 더 통과한 후 광검출기(60)로 진행한다는 측면에서 도2의 제2 경로와 유사한 면이 있다. 한편, 상기 제1 편광기(20) 및 상기 광분할기(30)는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터(Polarizing Beam Splitter)에 의해 통합되어 구현될 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the first path along which the first beam travels proceeds to the
도6의 실시예에 따르면, 반사도의 정보는 상기 제1 빔의 저주파 신호에서 추출되고, 입사 광량의 정보는 제2 빔을 위상지연자(50)를 통해 고주파로 변조한 후 추출하여, 반사도 및 입사 광량을 실시간으로 한 번에 획득할 수 있는 점에서 도2의 작용 내지 효과를 그대로 제공할 수 있다. According to the embodiment of FIG. 6 , the reflectivity information is extracted from the low frequency signal of the first beam, and the incident light amount information is extracted after modulating the second beam to a high frequency through the
한편, 도7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 반사도 및 입사 광량 측정 장치는, 광원(10), 상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기(30), 상기 광분할기에 의해 분할된 상기 제1 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자(50), 상기 제1 빔이 상기 샘플(100)에 반사된 반사빔과, 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기(60), 상기 샘플(100)과 상기 광검출기(60) 사이에 배치되는 제1 편광기(20), 및 상기 광검출기(60)에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플(100)의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부(80)를 포함한다. Meanwhile, as shown in FIG. 7 , the reflectance and incident light quantity measuring apparatus according to another aspect of the present invention includes a
도7에 따른 실시예에 있어서, 도2와 동일한 작용을 수행하는 구성에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하며, 그 구체적인 설명은 생략한다. 도7의 실시예에 따르면, 상기 광원(10), 광분할기(30), 대물렌즈(40), 제1 편광기(20), 위상지연자(50), 제2 편광기(70), 광검출기(60), 및 신호처리부(80)는, 도2의 실시예에 따른 구성과 작용적 측면에서 실질적으로 동일하다. 상기 위상지연자(50)로는 멀티오더 위상지연자(50)가 사용되는 것 또한 도2와 동일하다. In the embodiment according to Fig. 7, the same reference numerals are given to components that perform the same operations as those of Fig. 2, and detailed descriptions thereof are omitted. 7, the
다만, 도7의 실시예에 따르면, 상기 위상지연자(50)와 제1 편광기(20)의 위치가 샘플(100)과 광검출기(60) 사이에 배치되어 반사광량의 주파수를 변조한다. 따라서, 광분할기(30)는 광원(10)을 제1 빔과 제2 빔으로 분할하고, 상기 제1 빔은 상기 위상지연자(50)를 통과하면서 위상 지연이 발생된다. 상기 위상지연자(50)와 상기 샘플(100) 반사를 거친 제1 빔은 광검출기(60)로 들어가도록 구성된다. However, according to the embodiment of FIG. 7 , the positions of the
상기 제1 편광기(20)는, 상기 광분할기(30)로부터 분할된 상기 제1 빔이 상기 위상지연자(50) 측으로 진행할 때는 편광을 발생시키는 편광발생기로서 기능하고, 제1 빔이 상기 샘플(100)로부터 반사되어 되돌아오면서 상기 제1 편광기(20)를 다시 경유할 때는 편광해석기로 기능하게 된다. 한편, 상기 제1 편광기(20) 및 상기 광분할기(30)는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터(Polarizing Beam Splitter)에 의해 통합되어 구현될 수 있다.The
상기 제1 편광기(20)는, 상기 제2 빔이 광분할기(30)로부터 분할되어 상기 위상지연자(50) 측으로 진행할 때는 편광을 발생시키는 편광발생기로서 기능하고, 제2 빔이 상기 위상지연자(50)를 거친 후 광검출기(60)로 들어갈 때 경유하는 제2 편광기(70)는 상기 제2 빔은 편광 해석을 위한 편광해석기로서 기능한다. The
상기 샘플(100)에서 반사되어 되돌아온 제1 빔은, 상기 광분할기(30)를 경유하고 부가적인 광 경로 변환수단을 이용하여 상기 광검출기(60)로 들어가도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 광분할기(30)를 통과한 제1 빔은 복수의 거울(110)을 이용하여 제1 빔이 광검출기(60)로 유입되도록 광학계를 구성할 수 있다. 물론, 상기 제1 빔이 상기 광검출기(60)로 들어가는 방식은 도7의 방식으로 한정되지 않는다. The first beam reflected from the
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 상기 제1 빔이 제1 편광기(20)를 거쳐 편광되고, 위상지연자(50)를 통과한 후, 편광 해석용 제1 편광기(20)를 거쳐 광검출기(60)로 진행하는 제1 경로는, 위상지연자(50)를 통과하기 전에 편광되고 위상지연자(50)를 통과한 후 상기 편광을 해석하기 위해 편광기를 한 번 더 통과한 후 광검출기(60)로 진행한다는 측면에서 도2의 제2 경로와 유사한 면이 있다. As described above, according to the present embodiment, the first beam is polarized through the
또한, 본 실시예에 따라 진행하는 제2 경로는, 입사광량의 정보를 광분할기(30)를 거쳐 광검출기(60)로 진행시킨다는 측면에서, 도2의 실시예에 따른 제1 경로와 유사한 측면이 있다. In addition, the second path proceeding according to the present embodiment is similar to the first path according to the embodiment of FIG. 2 in that it advances the information of the incident light amount to the
도7 실시예에 따르면, 입사광량의 정보는 상기 제2 빔의 저주파 신호에서 추출되고, 반사도의 정보는 제1 빔을 위상지연자(50)를 통해 고주파로 변조한 후 추출하여, 반사도 및 입사 광량을 실시간으로 한 번에 획득할 수 있는 점에서 도2의 작용 내지 효과를 그대로 제공할 수 있다. According to the embodiment of Fig. 7, information on the amount of incident light is extracted from the low-frequency signal of the second beam, and information on reflectivity is extracted after modulating the first beam to a high frequency through the
이처럼 본 발명 실시예에 다른 반사도 및 입사 광량의 측정 장치는, 입사 광량을 측정하기 위한 별도의 과정을 거치지 않고, 매 측정마다 입사 광량과 반사도값을 실시간으로 동시에 획득할 수 있다. 사용자는 별도의 입사 광량을 측정하는 과정 없이, 입사 광량을 실시간으로 확인하고 반사도 값을 정확히 추출하여, 결과적으로 샘플(100)의 두께를 정밀하게 산출할 수 있게 된다. As such, the apparatus for measuring reflectance and incident light according to an embodiment of the present invention can simultaneously acquire the incident light amount and reflectivity value in real time for every measurement without going through a separate process for measuring the incident light amount. The user can accurately calculate the thickness of the
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be provided without departing from the scope of the present invention.
10... 광원 20... 제1 편광기
30... 광분할기 40... 대물렌즈
50... 위상지연자 60... 광검출기
70... 제2 편광기 80... 신호처리부
90... 반사거울 100... 샘플10...
30...
50...
70...
90...
Claims (9)
상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기;
상기 광분할기에 의해 분할된 제2 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자;
상기 제1 빔이 상기 샘플에 반사된 반사빔과, 상기 위상지연자를 거친 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기;
상기 광원과 상기 위상지연자 사이에 배치되는 제1 편광기;
상기 위상지연자와 상기 광검출기 사이에 배치되는 제2 편광기; 및
상기 광검출기에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정장치. light source;
a light splitter for splitting the light source into a first beam directed toward the sample and a second beam separated from the first beam;
a phase delayer for delaying the phase of the second beam divided by the optical splitter;
a photodetector configured to detect the reflected beam from which the first beam is reflected by the sample and the second beam that has passed through the phase retarder;
a first polarizer disposed between the light source and the phase retarder;
a second polarizer disposed between the phase retarder and the photodetector; and
A signal processing unit for obtaining a signal by separating a signal detected by the photodetector from a low-frequency signal and a high-frequency signal, and obtaining a reflectance and an incident light amount of the sample from the low-frequency signal and the high-frequency signal; A device for measuring the amount of incident light.
상기 위상지연자는 멀티 오더 위상지연자(Multi-order Retarder)인 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.According to claim 1,
The phase retarder is an apparatus for measuring reflectance and incident light, characterized in that it is a multi-order retarder.
상기 제1 편광기 및 상기 광분할기는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터에 통합된 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.According to claim 1,
and the first polarizer and the light splitter are integrated into a polarization beam splitter that simultaneously polarizes and splits the light source.
상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기;
상기 광분할기에 의해 분할된 상기 제2 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자;
상기 위상지연자의 후단에 배치되어 상기 위상지연자를 통과한 상기 제2 빔을 반사시켜서 다시 상기 위상지연자로 진행하도록 하는 반사거울;
상기 제1 빔이 상기 샘플에 반사된 반사빔과, 상기 위상지연자를 경유한 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기;
상기 광원과 상기 반사거울 사이에 배치되는 제1 편광기; 및
상기 광검출기에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.light source;
a light splitter for splitting the light source into a first beam directed toward the sample and a second beam separated from the first beam;
a phase delayer for delaying the phase of the second beam divided by the optical splitter;
a reflective mirror disposed at the rear end of the phase delay unit to reflect the second beam passing through the phase delay unit and to proceed to the phase delay unit again;
a photodetector configured to detect the reflected beam of the first beam reflected by the sample and the second beam passing through the phase delay unit;
a first polarizer disposed between the light source and the reflective mirror; and
A signal processing unit for obtaining a signal by separating a signal detected by the photodetector from a low-frequency signal and a high-frequency signal, and obtaining a reflectance and an incident light amount of the sample from the low-frequency signal and the high-frequency signal; A device for measuring the amount of incident light.
상기 위상지연자는 멀티 오더 위상지연자(Multi-order Retarder)인 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.5. The method of claim 4,
The phase retarder is an apparatus for measuring reflectance and incident light, characterized in that it is a multi-order retarder.
상기 제1 편광기 및 상기 광분할기는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터에 통합된 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.5. The method of claim 4,
and the first polarizer and the light splitter are integrated into a polarization beam splitter that simultaneously polarizes and splits the light source.
상기 광원을 샘플로 향하는 제1 빔과, 상기 제1 빔과 분리된 제2 빔으로 분할하는 광분할기;
상기 광분할기에 의해 분할된 상기 제1 빔의 위상을 지연시키는 위상지연자;
상기 제1 빔이 상기 샘플에 반사된 반사빔과, 입사광량 정보를 가지고 있는 상기 제2 빔을 검출하는 광검출기;
상기 샘플과 상기 광검출기 사이에 배치되는 제1 편광기; 및
상기 광검출기에서 검출된 신호를 저주파 신호와 고주파 신호를 분리하여 신호를 획득하고, 상기 저주파 신호 및 고주파 신호로부터 상기 샘플의 반사도 및 입사 광량을 획득하는 신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.light source;
a light splitter for splitting the light source into a first beam directed toward the sample and a second beam separated from the first beam;
a phase retarder for delaying the phase of the first beam divided by the optical splitter;
a photodetector configured to detect a reflected beam from which the first beam is reflected by the sample and the second beam having incident light amount information;
a first polarizer disposed between the sample and the photodetector; and
A signal processing unit for obtaining a signal by separating a signal detected by the photodetector from a low-frequency signal and a high-frequency signal, and obtaining a reflectance and an incident light amount of the sample from the low-frequency signal and the high-frequency signal; A device for measuring the amount of incident light.
상기 위상지연자는 멀티 오더 위상지연자(Multi-order Retarder)인 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.8. The method of claim 7,
The phase retarder is an apparatus for measuring reflectance and incident light, characterized in that it is a multi-order retarder.
상기 제1 편광기 및 상기 광분할기는 상기 광원의 편광 및 분할을 함께 수행하는 편광빔스플리터에 통합된 것을 특징으로 하는 반사도 및 입사 광량의 측정 장치.8. The method of claim 7,
and the first polarizer and the light splitter are integrated into a polarization beam splitter that simultaneously polarizes and splits the light source.
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