KR20220043475A - Optical System and Method for Measuring Optical information Using The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 소자의 물성을 계측할 수 있는 광학 시스템 및 이를 이용한 광학 정보 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor system, and more particularly, to an optical system capable of measuring physical properties of a semiconductor device and a method for measuring optical information using the same.
반도체 디바이스, 특히 메모리 소자의 성능을 결정하는 라이트 리커버리 타임(write recovery time: twr), 리프레시(refresh) 특성 및 문턱 전압 특성은 메모리 소자를 구성하는 물질들의 계면 접합 특성에 의해 결정될 수 있다. A write recovery time (twr), a refresh characteristic, and a threshold voltage characteristic that determine the performance of a semiconductor device, particularly a memory device, may be determined by interfacial junction characteristics of materials constituting the memory device.
이에 따라, 메모리 소자를 패키징하기 전, 웨이퍼 레벨에서 계면 접합 특성을 결정하는 각종 팩터를 정확히 검사할 필요가 있다. Accordingly, before packaging the memory device, it is necessary to accurately inspect various factors that determine the interfacial bonding characteristics at the wafer level.
본 발명의 실시예들은 정확한 물질막의 특성을 검사할 수 있는 광학 시스템 및 이를 이용한 광학 정보 측정 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY Embodiments of the present invention provide an optical system capable of accurately inspecting properties of a material film and a method of measuring optical information using the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은, 다층의 물질막을 포함하는 샘플의 광학 정보를 검출하는 광학 시스템으로서, 샘플에 광을 조사하도록 배치된 광원 블록; 상기 샘플로부터 반사되는 반사광의 SHG(Second Harmonic Generation) 성분을 검출하는 제 1 검출 블록; 및 상기 샘플로부터 반사되는 반사광의 포토루미네선스(photoluminescence) 성분을 검출하는 제 2 검출 블록을 포함할 수 있다. An optical system according to an embodiment of the present invention is an optical system for detecting optical information of a sample including a multi-layered material film, comprising: a light source block arranged to irradiate light to the sample; a first detection block for detecting a Second Harmonic Generation (SHG) component of the reflected light reflected from the sample; and a second detection block for detecting a photoluminescence component of reflected light reflected from the sample.
상기 광원 블록은 상기 레이저 소스로부터 출력되는 입사광의 펄스 폭을 보상하는 첩핑부(chirping unit); 상기 레이저 소스로부터 제공되는 상기 입사광의 사이즈를 조절하는 빔 확장부; 상기 입사광을 제공받아 특정 파장의 입사광을 투과하고, 그 밖의 파장의 광을 반사시키는 제 1 미러부; 및 상기 제 1 미러부에서 제공된 상기 입사광을 편광시켜 출력하는 제 1 편광부를 포함할 수 있다. The light source block may include a chirping unit for compensating for a pulse width of the incident light output from the laser source; a beam expander for adjusting the size of the incident light provided from the laser source; a first mirror unit that receives the incident light, transmits incident light of a specific wavelength, and reflects light of other wavelengths; and a first polarizing unit polarizing and outputting the incident light provided by the first mirror unit.
본 실시예의 광학 시스템은 상기 광원 블록에서 제공되는 입사광을 상기 샘플에 포커싱하는 광학 블록을 더 포함할 수 있다. The optical system of the present embodiment may further include an optical block for focusing the incident light provided from the light source block on the sample.
상기 광학 블록은 상기 입사광을 x축 및 y축으로 이동시켜, 상기 샘플의 검사 위치 부분에 2차원 이미지를 생성하도록 구성되는 스캔부; 상기 스캔부에서 출력되는 입사광을 상기 샘플의 검사 위치로 유도하는 얼라인부; 및 상기 얼라인부에서 제공된 상기 입사광을 상기 샘플의 검사 위치에 집광시키도록 구성된 집광부를 포함할 수 있다. The optical block may include: a scanning unit configured to generate a two-dimensional image in an inspection position portion of the sample by moving the incident light along an x-axis and a y-axis; an alignment unit guiding the incident light output from the scan unit to an inspection position of the sample; and a light condensing unit configured to condense the incident light provided by the alignment unit to an inspection position of the sample.
상기 광학 블록은 상기 샘플에서 반사되는 반사광을 입력받아 입사광의 파장 미만의 파장을 상기 제 1 검출 블록으로 제공하고, 상기 입사광의 파장 이상의 반사광을 전달하도록 구성되는 필터부를 더 포함할 수 있다. The optical block may further include a filter unit configured to receive reflected light reflected from the sample, provide a wavelength less than the wavelength of the incident light to the first detection block, and transmit reflected light equal to or greater than the wavelength of the incident light.
상기 제 1 검출 블록은 상기 반사광을 편광시키는 제 2 편광부; 상기 제 2 편광부에서 제공된 반사광 중 상기 입사광의 파장의 1/2에 해당하는 파장을 선택적으로 통과시키는 SHG 필터부; 상기 SHG 필터부에서 필터링된 반사광을 입력받아, 상기 반사광을 분리하는 제 1 빔 스플리터; 상기 제 1 빔 스플리터에서 분리된 일부의 반사광의 상기 SHG 성분의 변화를 통해 상기 샘플의 특성을 검출하는 제 1 디텍터; 및 상기 제 1 빔 스플리터에서 분리된 다른 일부의 반사광의 SHG 성분을 이미지화하여 상기 샘플의 비선형 특성을 검출하는 제 2 디텍터를 포함할 수 있다. The first detection block may include a second polarizer for polarizing the reflected light; an SHG filter unit selectively passing a wavelength corresponding to 1/2 of the wavelength of the incident light among the reflected light provided by the second polarizing unit; a first beam splitter receiving the reflected light filtered by the SHG filter unit and separating the reflected light; a first detector for detecting a characteristic of the sample through a change in the SHG component of a portion of the reflected light separated from the first beam splitter; and a second detector configured to detect a nonlinear characteristic of the sample by imaging the SHG component of the other portion of the reflected light separated from the first beam splitter.
상기 제 2 검출 블록은 상기 반사광을 제공받아, 상기 반사광의 포토루미네선스를 분리하는 제 2 빔 스플리터; 상기 제 2 빔 스플리터에 의해 분리된 일부 반사광의 포토루미네선스의 변화를 검출하는 제 3 디텍터; 및 상기 제 2 빔 스플리터에 의해 분리된 나머지 반사광을 파장별 및 시간별로 분리하여, 상기 파장 및 시간에 따라 포토루미네선스의 변화를 관찰하는 광학 부재를 포함할 수 있다. 상기 제 2 검출 블록은 상기 광학 블록의 상기 스캐닝부를 통과한 반사광을 입력받도록 구성된다. The second detection block may include a second beam splitter that receives the reflected light and separates the photoluminescence of the reflected light; a third detector for detecting a change in photoluminescence of the partial reflected light separated by the second beam splitter; and an optical member that separates the remaining reflected light separated by the second beam splitter for each wavelength and time, and observes a change in photoluminescence according to the wavelength and time. The second detection block is configured to receive the reflected light passing through the scanning unit of the optical block.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 정보 측정 방법은, 샘플의 광학 정보를 측정하는 방법으로서, 상기 샘플에 입사광을 조사하는 단계; 상기 샘플의 검사 위치에서 반사된 반사광의 SHG 성분을 검출하는 단계; 상기 반사광의 SHG 성분의 변화량을 통해 상기 샘플을 구성하는 물질막들의 접합 계면 특성을 검출하는 단계; 상기 반사광의 포토루미네선스 성분을 검출하는 단계; 및 상기 반사광의 파장대 별 포토루미네선스 성분의 변화량 및 상기 반사광의 시간대 별 포토루미센스 성분의 변화량을 검출하여 상기 샘플을 구성하는 상기 물질막의 특성을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. A method of measuring optical information according to another embodiment of the present invention is a method of measuring optical information of a sample, the method comprising: irradiating incident light to the sample; detecting the SHG component of the reflected light reflected from the inspection position of the sample; detecting bonding interface characteristics of material layers constituting the sample through the amount of change in the SHG component of the reflected light; detecting a photoluminescence component of the reflected light; and detecting a change amount of a photoluminescence component for each wavelength band of the reflected light and a change amount of a photoluminescence component for each time period of the reflected light to detect characteristics of the material film constituting the sample.
본 발명의 의하면, 샘플을 구성하는 물질막의 자체 결함 및 특성은 물론 물질막들간의 계면 접합 특성까지 측정이 가능할 수 있다. According to the present invention, it is possible to measure not only the defects and properties of the material film constituting the sample, but also the interfacial bonding characteristics between the material films.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 검출 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 검출 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템을 이용한 광학 정보 검출 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.1 is a schematic block diagram of an optical system according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are block diagrams showing a detailed configuration of a light source block according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a detailed configuration of an optical block according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing a detailed configuration of a first detection block according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram showing a detailed configuration of a second detection block according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of detecting optical information using an optical system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of description. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템의 개략적인 블록도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 검출 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 검출 블록의 세부 구성을 보여주는 블록도이다. 1 is a schematic block diagram of an optical system according to an embodiment of the present invention. 2A and 2B are block diagrams showing a detailed configuration of a light source block according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of an optical block according to an embodiment of the present invention. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of a first detection block according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of a second detection block according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 샘플(10)의 광학 정보를 검출하는 광학 시스템(100)는 광원 블록(200), 광학 블록(300), 제 1 검출 블록(400) 및 제 2 검출 블록(500)을 포함할 수 있다. 상기 샘플(10)은 다층의 물질막을 포함할 수 있으며, 상기 광학 시스템(100)로부터 샘플(10)의 광학 정보, 다시 말해, 샘플 표면의 결함은 물론 상기 다층 물질막의 접합 계면 특성, 표면 결함 특성, 및 물질막 내부의 결함 특성을 검출할 것이다. Referring to FIG. 1 , the
광원 블록(200)은 도 2a를 참조하면, 레이저 소스(210), 첩핑부(chirping unit: 220), 빔 확장부(230), 제 1 미러부(250) 및 제 1 편광부(260)를 포함한다. Referring to FIG. 2A , the
레이저 소스(210)는 예를 들어, 펄스 레이저를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 펄스 레이저는 나노초(nanosecond) 레이저, 피코초(picosecond) 레이저, 펨토초(femtosecond) 레이저 또는 더 빠른 펄스의 레이저가 이용될 수 있다. The
첩핑부(220)는 레이저 소스(210)로부터 출력되는 광을 입력 받아, 보상하는 동작을 수행할 수 있다. 일반적으로, 레이저 소스(210)로부터 펄스 형태로 광이 입력되는 경우, 설정된 펄스 폭 이상으로 확장되는 GVD(group velocity desperation) 문제가 발생될 수 있으며, 첩핑부(220)는 이러한 GVD 현상을 보상하기 위하여 제공될 수 있다. The
빔 확장부(230)는 레이저 소스(210)로부터 출력되는 레이저 빔(입사광)의 사이즈를 원하는 사이즈로 확장시키거나, 입사광의 에너지 분포를 평균화시킬 수 있다.The beam expander 230 may expand the size of the laser beam (incident light) output from the
제 1 미러부(250)는 특정 파장 대역의 광을 투과하고, 다른 파장 대역의 광을 반사시키도록 구성되는 이색성(dichroic) 미러일 수 있다. 펨토초 레이저를 레이저 소스로서 이용하는 경우, 상기 제 1 미러부(250)는 780nm 파장의 광은 투과시키고, 780nm 보다 긴 파장 대역들은 반사시킬 수 있다. The
제 1 미러부(250)로부터 통과된 입사광은 상기 제 1 편광부(260)를 통해, 특정 방향으로 편광된 광을 추출하여 광학 블록(300)에 제공한다. The incident light passing from the
또한, 광원 블록(200)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 빔 확장부(230)와 제 1 미러부(250) 사이에 주기 조절부(240)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 레이저 소스(210)로서 펨토초 레이저와 같이 짧은 펄스 레이저가 이용되는 경우, 상기 입사광은 수 내지 수십 ns의 매우 짧은 펄스 간격을 갖을 수 있다. 상기와 같이, 입사광의 펄스 간격이 매우 짧은 경우, 측정될 대상(샘플내의 특정 물질막)의 캐리어(carrier)의 라이프 타임(life time)을 정확히 측정하기 어렵기 때문에, 입사광의 펄스 간격을 확장시킬 필요가 있다. 본 실시예의 주기 조절부(240)로는 AOM(acousto-optic modulator)을 이용할 수 있다. 상기 AOM은 특정 주기를 갖는 펄스들만을 회절시켜 특정 각도로 받아 출력하고 그 외의 다른 펄스들은 블록킹하는 매체로서, 상기 펄스들의 주기를 조절할 수 있다. Also, as shown in FIG. 2B , the
도 3을 참조하면, 광학 블록(300)은 광원 블록(200)으로부터 제공된 입사광을 상기 샘플(10)에 포커싱(focusing)할 수 있다. 본 실시예의 광학 블록(300)은 빔 스캐닝 방식으로 영상을 확인하면서 반사광을 발생시킬 수 있는 공초점 현미경일 수 있다. 상기 반사광은 샘플(10)으로부터 출력되는 광으로서, 본 발명의 실시예에서 산란광 및 출력광 모두 상기 반사광을 지칭할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the
본 실시예의 광학 블록(300)은 스캔부(310), 얼라인부(320), 모니터링부(330), 집광부(350) 및 필터부(360)를 포함할 수 있다. The
스캔부(310)는 광원 블록(200)으로부터 제공되는 입사광을 X축 및 Y축으로 이동시키면서 샘플(10) 상부에 2차원 이미지를 생성할 수 있다. 상기 스캔부(310)는 스캔 미러(도시되지 않음) 및 구동부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 미러는 갈바노(Galvano) 미러를 이용할 수 있다. 상기 스캔 미러는 입사광을 다양한 방향으로 반사시킬 수 있다. 상기 구동부는 상기 미러의 각도를 조절하여, 샘플(10)로부터 반사되는 광의 스팟(spot) 위치를 조절할 수 있다. The
얼라인부(320)는 상기 스캔부(310)에 의해 반사된 입사광이 퍼지지 않고 정확하게 원하는 방향으로 유도할 수 있다. 예를 들어, 얼라인부(320)는 스캔부(310)로부터 반사된 입사광을 상기 집광부(350)의 입사 범위에 있도록 가이드할 수 있다. 상기 얼라인부(320)는 상기 스캔부(310)와 집광부(350) 사이에 설치될 수 있다. 이에 따라, 광학적으로 공간이 확보되어, 상기 공간을 이용하여, 상기 모니터링부(330)를 통해 상기 샘플(10)의 형상을 관찰할 수 있다. 이와 같은 얼라인부(320)는 스캔 렌즈(321) 및 튜브 렌즈(323)를 포함할 수 있다. 상기 스캔 렌즈(321) 및 튜브 렌즈(323)는 입사광의 경로 상에 일정 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. The
모니터링부(330)는 얼라인부(320)와 집광부(350) 사이에 위치되어, 입사광이 포커싱되는 샘플(10)의 검사 위치 및 형태를 모니터링할 수 있다. 보다 자세하게는 상기 모니터링부(330)는 얼라인부(320)와 필터부(360) 사이에 위치될 수 있다. 모니터링부(330)는 카메라(331), 제 1 광학부(333), 조명부(335) 및 제 2 광학부(337)를 포함할 수 있다. The
상기 카메라(331)는 예를 들어, CCD(charge coupled device) 또는 CIS(CMOS image sensor)를 포함할 수 있다. 상기 카메라(331)는 상기 샘플(10)의 형상 및 측정 위치를 실시간으로 관찰할 수 있다. The
제 1 광학부(333)는 샘플(10)에서 반사되는 반사광의 진행 경로상에 위치되어, 상기 반사광의 진행 경로를 상기 카메라(331)쪽으로 변경시킬 수 있다. 상기 제 1 광학부(333)는 미러를 포함할 수 있다. The first
조명부(335)는 상기 카메라(331)의 광원 역할을 수행할 수 있다. 상기 조명부(335)는 예를 들어, 백색 광원의 LED가 이용될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것만은 아니다. The
제 2 광학부(337)는 상기 조명부(335)의 광을 상기 카메라(335)에 집속시키는 광학 소자를 포함할 수 있다. 상기 제 2 광학부(337)를 구성하는 광학 소자는 예를 들어, 적어도 하나의 렌즈 및 적어도 하나의 미러를 포함할 수 있다. 상기 제 2 광학부(337)는 상기 샘플(10)로부터 반사되는 반사광에 조명을 제공하므로써, 최종적으로 카메라(331)가 정확한 이미지를 촬영할 수 있게 한다. The second
집광부(350)는 얼라인부(320)로부터 유도된 입사광을 상기 샘플(10)의 예정된 위치로 집광할 수 있다. 집광부(350)는 어퍼처(aperture:352) 및 대물 렌즈(354)를 포함할 수 있다. 입사광은 어퍼처(352)를 통과하여 상기 대물 렌즈(354)에 의해 상기 샘플(10)의 소정 부분에 포커싱될 수 있다. 상기 어퍼처(352)는 퓨리에 평면(Fourier Plane)에 위치될 수 있고, 해당 퓨리어 평면에 다양한 형태의 개구부가 들어갈 수 있도록 설계되어야 한다. 이를 통해, 샘플(10)에 다양한 각도로 빛이 입사될 수 있다. 또한, 상기 퓨리어 평면의 이미지는 이후 설명될 제 2 렌즈부(460) 및 제 2 디텍터(470)에 의해 획득될 수 있다. The
예를 들어, 780nm 파장을 갖는 레이저를 레이저 소스로 이용하는 경우, 상기 샘플(10)에 780nm에서 피크 인텐서티(peak intensity)를 나타내는 광이 입사될 수 있다. 그러면, 상기 샘플(10)의 검사 위치의 물성 및 결함 여부에 따라, 전자 등이 여기(excitation)되어, 반사광이 발생된다. For example, when a laser having a wavelength of 780 nm is used as a laser source, light having a peak intensity at 780 nm may be incident on the
상기 필터부(360)는 상기 샘플(10)로부터 반사되는 반사광을 제공받아, 반사광의 SHG 성분(신호)을 제 1 검출 블록(400)으로 유도할 수 있다. 본 실시예에서 상기 필터부(360)는 예를 들어 밴드 패스 필터(band pass filter)일 수 있다. 본 실시예의 필터부(360)는 특정 파장, 예를 들어, 입사광의 파장(예를 들어, 780nm) 미만의 파장의 반사광을 상기 제 1 검출 블록(400)으로 반사시키고, 상기 입사광의 파장보다 큰 파장의 반사광을 상기 반사광의 진행 경로로 투과시킬 수 있다. 알려진 바와 같이, SHG(Second Harmonic Generation) 성분은 상기 반사광에 비해 미약한 신호를 갖기 때문에, 신호 대 잡음비를 개선하여야 한다. 이를 위해, SHG 성분을 검출하는 상기 제 1 검출 블록(400)은 잡음이 최소화될 수 있도록 샘플(10)과 인접한 위치에 배치시킬 수 있다.The
본 실시예의 상기 필터부(360)를 투과한 반사광은 광학 블록(300)의 상기 모니터링부(330) 및 얼라인부(320)를 거쳐, 상기 광원 블록(200)에 제공된다. 상기 반사광은 광원 블록(200)의 제 1 미러부(250)에 도달되어, 다른 특정 파장의 반사광이 상기 제 2 검출 블록(500)으로 유도된다. 이때, 제 1 미러부(250)는 입사광의 파장보다 큰 파장을 갖는 반사광을 반사시키도록 구성된다. The reflected light passing through the
도 4를 참조하면, 제 1 검출 블록(400)은 반사광의 SHG성분을 NDD(non-descan detection)방식으로 반사광(출력광)의 성분을 계측할 수 있다. 알려진 바와 같이, SHG 성분은 주파수 ω를 갖는 2개의 광자가 샘플(10)에 입사되어 상호 작용을 거친 후, 주파수 2ω를 갖는 1개의 광자가 발생되는 현상이다. 이와 같은 SHG 성분을 이용한 결함 계측 방법에 대해 국제특허번호 PCT/US2019/029439에 자세히 기재되어 있다. 또한, 상기 NDD 방식은 잡음 특성을 줄이기 위해 스캔부(310)를 거치지 않고 직접 반사광을 제공받아 샘플(10)의 특성을 검사하는 방식이다. 즉, 필터부(360)가 상기 스캔부(310)와 집광부(350) 사이에 위치되기 때문에, 상기 필터부(360)는 상기 샘플(10)에서 반사되는 반사광을 다이렉트로 필터링하여 상기 제 1 검출 블록(400)에 제공할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the
SHG 성분을 측정하기 위한 제 1 검출 블록(400)은 제 2 편광부(410), SHG 필터부(420), 빔 스플리터(430), 제 1 렌즈부(440), 제 1 디텍터(detector: 450), 제 2 렌즈부(460) 및 제 2 디텍터(470)를 포함할 수 있다. The
제 2 편광부(410)는 상기 필터부(360)에 의해 필터링된 반사광을 제공받는다. 제 2 편광부(410)는 그것의 편광축과 동일 또는 평행한 성분의 반사광을 통과시킨다. The
SHG 필터부(420)는 제 2 편광부(410)를 통과한 광을 제공받는다. SHG 필터부(420)는 입사광 파장의 1/2에 해당하는 파장을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 780nm 파장의 레이저를 입사광으로 이용하는 경우, 상기 SHG 필터부(420)는 390nm의 파장의 반사광만을 상기 제 1 빔 스플리터(430)로 제공하고, 다른 파장대의 반사광은 블록킹할 수 있다. The
제 1 빔 스플리터(430)는 상기 SHG 필터부(420)에서 제공되는 반사광의 일부를 제 1 렌즈부(440)로 제공할 수 있다. The
상기 제 1 렌즈부(440)는 상기 제 1 빔 스플리터(430)로부터 제공된 반사광을 포커싱하여, 제 1 디텍터(450)에 제공한다. The
제 1 디텍터(450)는 상기 제 1 빔 스플리터(430)에서 제공된 반사광의 일부를 입력받아, 상기 반사광의 SHG 성분을 통해, 샘플(10)을 구성하는 물질막들의 특성을 검출할 수 있다. The
일 예로서, 상기 제 1 디텍터(450)는 상기 반사광의 SHG 성분으로부터 상기 물질막의 계면 전기적 특성(density of interface trap: 이하, Dit), 전하 트랩, 도핑등과 같은 물질 특성을 검출할 수 있다. 다른 일예로서, 상기 제 1 디텍터(450)는 실리콘층과 실리콘 산화막 사이의 전하, 혹은 실리콘 산화막내의 전하량의 변화를 측정할 수 있다. 다른 일예로서, 상기 제 1 디텍터(450)는 샘플(10)을 구성하는 금속과 금속산화물 사이의 계면에 존재하는 산화물 전하를 검출할 수 있다. 또한, 상기 제 1 디텍터(450)는 SHG 성분의 변화를 통해 공핍 영역(depletion region), 축적 영역(accumulation region) 및/또는 반전 영역(inversion) 영역의 정보를 검출할 수 있다. 상기 정보는 예를 들어, 코로나 차아징 건(Corona charging gun)등에 의해 상기 샘플(10)에 비접촉 방식으로 바이어스 전압을 인가하여 검출될 수 있다. 코로나 차아징 건에 의해 비접촉 방식으로 바이어스 전압을 인가하는 방식에 대해, 본원의 발명자들 중 일부에 의해 출원된 WO2019-210229에 자세히 기재되어 있다. 그 밖에, 상기 제 1 디텍터(450)는 반사광의 SHG 성분 변화를 통해 샘플(10)의 결함 여부를 검출할 수 있다. As an example, the
한편, 상기 SHG 필터부(420)에서 제공되는 반사광의 다른 일부는 상기 제 1 빔 스플리터(430)에 의해 상기 제 2 렌즈부(460)로 제공될 수 있다. 상기 제 2 렌즈부(460)는 퓨리에 변환(Fourier transform)을 수행하는 이미징 렌즈로서, 도면에는 하나의 렌즈로 표시되었지만, 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제 2 렌즈부(460)는 자세히 도시되지는 않았지만, 퓨리어 평면(Fourier plane) 및 그 내부의 어퍼처를 포함할 수 있다. 제 2 렌즈부(460)에 입사되는 반사광(SHG 신호)은 상기 퓨리어 평면에 위치되는 개구를 통해 포커싱되므로써, 반사광의 SHG 정보를 이미지화 할 수 있다. 입사광과 샘플(10)간의 상호 작용에 의해 발생되는 SHG 신호의 세기는 입사광의 입사 각도와 방위 각도의 함수이다. 일 예로서, 상기 SHG 신호의 세기는 광이 샘플(10)에 조사되어 상호 작용을 일으키는 시간에 따라 가변될 수 있다. 이와 같은 입사광의 입사 각도와 방위 각도의 변화를 퓨리어 평면, 즉, 어퍼처(352)에 위치하고 있는 개구부들을 통해 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 어퍼처(352)의 개구부가 모두 열려있으면, 상기 개구부 상 전체 각도로 입사되는 모든 광들이 샘플(10)으로 입사된다. 이에 따라, 샘플(10)로부터 발생되는 여러 특성이 혼합되어 검출될 수 있다. 반면, 어퍼처(352)의 특정 부분의 개구부가 열리거나, 특정 형태로 열리면, 다시 말해, 개구부의 오픈 위치, 크기 및 모양의 변경에 의해 샘플(10)의 결정 상태, 경계부의 Dit, 절연막의 벌크 트랩 및 표면 트랩등의 정보 및 최적의 SHF 신호 획득 조건을 얻을 수 있다. 종래에는 입사광의 각도는 고정된 채로, 웨이퍼를 이동시켜 정도를 얻었는데, 본 실시예의 경우, 다양한 개구부를 회전시켜서 해당 정보를 간단한 방식으로 얻을 수 있다. Meanwhile, another portion of the reflected light provided from the
상기 제 2 디텍터(470)는 상기 제 2 렌즈부(460)에 의해 이미지화된 정보를 검출하여 영상 형태로 출력할 수 있다. 상기 제 2 디텍터(470)는 예를 들어, CCD 또는 CIS와 같은 촬상 소자를 포함할 수 있다. 상기 제 2 디텍터(470)는 상기 제 2 렌즈부(460)에 의해, 샘플(10)의 비선형 특성을 검출할 수 있다. 알려진 바와 같이, 비선형 특성은 샘플(10)의 격자 구조 및 패턴의 방향성과 관련될 수 있다. 즉, 상기 반사광의 입사각 및 방위각의 변경을 통해, 상기 제 2 디텍터(470)는 샘플(10)의 특성을 검출할 수 있다. 일 예로서, 상기 제 2 디텍터(470)는 샘플(10)을 제작하기 위한 여러 공정 조건들에 의해 변화된 웨이퍼 재료(예를 들어, Si 또는 그 계열 물질들)의 격자 구조 변화, 그리고 다양한 패턴내에 발생된 트랩 상태의 변화를 검출하여 이미지화할 수 있다. 또한, 제 2 디텍터(470)는 상기 퓨리에 평면에서 취득되는 SHG 성분에 따른 다양한 입사각 및 방위각에 대한 정보를 싱글 이벤트(single event)로서 수집할 수 있다. The
예를 들어, SHG 성분은 단일의 물질막보다는 이종의 물질막의 접합 계면에서 강하게 발생되는 특성을 나타낸다. 이에 따라, 제 1 검출 블록(400)은 상기 SHG 성분을 이용하여 물질막의 접합 계면에서의 전기적 특성(Dit), 그것에 대한 패시베이션(passivation) 특성 및 접합 계면에서의 불량 정보 등을 검출할 수 있다. 또한, 제 1 검출 블록(400)은 타임(time) 베이스로 측정하는 경우, 상기 Dit 특성뿐만 아니라, 물질막내의 벌크 트랩(bulk trap), 및 물질막 표면의 트랩 정보 또한 측정할 수 있다. For example, the SHG component exhibits a characteristic that is strongly generated at the bonding interface of different material layers rather than a single material layer. Accordingly, the
도 5를 참조하면, 제 2 검출 블록(500)은 샘플(10)에서 반사되는 반사광의 포토루미네선스(photoluminescence) 성분을 통해 샘플(10)의 특성을 검사할 수 있다. 알려진 바와 같이, 상기 반사광의 포토루미네선스는 샘플(10)의 표면 결함, 불순물(혹은 결함)의 농도, 및 전위 등의 형태 및 물성 특성을 검출할 수 있다. 특히, 포토루미네선스는 실리콘 밴드갭 에너지에 해당하는 900 내지 1,400mm에서 스펙트럼 검출이 가능한 것으로 알려져 있다. 이와 같은 포토루미네선스를 이용한 결함 계측 방법에 대해 미합중국 등록 특허 9,354,177호에 자세히 기재되어 있다. Referring to FIG. 5 , the
일반적으로 포토루미네선스 신호는 과잉 캐리어들을 여기시키기 위해 샘플(10)에 광이 조사될 때 발생되는 방사성 재결합(radiative recombination)의 척도일 수 있다. 상기 샘플(10)에 조사되는 광은 상기 샘플(10)내에 과잉 캐리어를 생성하기 때문에, 샘플(10)의 결함, 불순물의 종류 및 기타 재결합 메커니즘에 따라 상기 불순물 농도가 가변될 수 있고, 이와 같은 팩터들이 포토루미네선스 성분(혹은 신호)의 강도(intensity)를 가변시킬 수 있다. 일반적으로, 포토루미네선스 강도는 캐리어 농도에 비례하므로, 포토루미네선스의 밝은 영역들은 더 높은 소수-캐리어 수명 구역들을 나타낼 수 있고, 상대적으로 어두운 영역들은 더 높은 결함 농도를 나타낼 수 있다. 이와 같은 포토루미네선스는 비접촉 방식일 수 있다. 샘플(10)에 조사되는 입사광에 의해, 샘플(10)의 결함 및 그 밖의 구조적 형태에 따라, 다양한 광자(photon)들이 발생될 수 있다. 상기 광자들은 상기 샘플(10)의 결함 및 여러가지 물성적 특성들에 의해, 전자들을 전도 대역(conduction band)으로 이동하거나, 가전자 대역(valence band)으로 낙하시킬 수 있다. 이러한 일련의 동작이 다양한 파장의 포토루미네선스를 일으킬 수 있다. 본 실시예의 제 2 검출 블록(500)은 NDD(Nondescan detection) 방식으로 계측할 수 있다. 상기 NDD 방식이라 함은 입사광 및 반사광이 모두 스캐닝부(310)를 경유하는 경우를 일컫는다. 예를 들어, 상기 NDD 방식은 공초점 레이저 주사 현미경(Confocal Microscopy)에서 일반적으로 사용하는 방식으로, 샘플(10)에서 나오는 반사광의 정보들을 스캔부(310)에 의해 이미지화 또는 검출하는 방식이다. 일반적으로 디스캔(descan)의 경우, 광 경로가 너무 길어서, 경로상에 위치하는 렌즈나 미러와 같은 여러 광학계에 의해 광 신호 손실이 발생될 수 있다. 이에, 광 신호 손실을 방지하기 위하여 NDD 방식이 이용될 수 있다. In general, the photoluminescence signal may be a measure of radiative recombination that occurs when the
예를 들어, 포토루미네선스 방식에 따른 제 2 검출 블록(500)은 제 2 빔 스플리터(510), 제 3 디텍터(520), 제 3 광학부(530), 파장 선택부(540), 촬상부(550), NIR(near infrared) 디텍터(560) 및 TCSPC(time-correlated single photon counting)부(570)를 포함한다. For example, the
상기 제 2 빔 스플리터(510)는 광학 블록(300)의 스캔부(310)를 거쳐 제공되는 반사광을 입력 받을 수 있다. 보다 자세하게는, 상기 광학 블록(300)의 스캔부(310)를 거쳐 제공되는 반사광은 광원 블록(200)으로 진행될 수 있다. 상기 광원 블록(200)에 제공된 반사광은 광원 블록(200)의 제 2 미러부(250)를 통해 상기 제 2 검출 블록(500)의 제 2 빔 스플리터(510)로 반사될 수 있다. 상기 제 2 빔 스플리터(510)는 반사광의 포토루미네선스 성분 중 일부를 상기 제 3 디텍터(520)에 제공하고, 나머지를 상기 제 3 광학부(530)로 제공할 수 있다. 일 예로서, 제 2 빔 스플리터(510)는 상기 반사광의 포토루미네선스의 수 내지 수십%를 상기 제 3 디텍터(520)로 제공하고, 나머지 수 내지 수십%를 상기 파장 선택부(540)로 제공한다. 일 예로, 빔 스플리터 종류에 따라 다양한 빛의 반사 및 투과 비율을 선택할 수 있다. The
제 3 디텍터(520)는 상기 제 2 빔 스플리터(510)에 의해 배분된 반사광의 포토루미네선스 성분의 변화를 검출하여, 샘플(10)의 물성을 측정할 수 있다. 제 3 디텍터(520)는 상기 반사광의 포토루미네선스 성분을 통해, 샘플(10)을 구성하는 물질내 트랩 덴서티(trap density), 댕글링 본드, 불순물의 농도, 표면 결함(혹은 결함 에너지 상태) 및 전위 등과 같은 특성을 검출할 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시되지는 않았지만, 제 3 디텍터(520)의 전단에 적어도 하나의 이미징 렌즈, 어퍼처 및 편광기의 조합이 위치될 수 있다. 이를 통해, 제 3 디텍터(520)의 샘플(10)로부터 나오는 포토루미네선스 성분(예를 들어, 신호)들에 대한 공초점 이미징을 진행할 수 있다. 상기 이미지 상에 나타나는 포토루미네센스 성분의 세기 분포를 통해 샘플(10)의 특성을 관찰할 수 있다. The
제 3 광학부(530)는 제 2 빔 스플리터(510)에 의해 제공된 반사광을 선형 편광시켜, 상기 파장 선택부(540)에 제공할 수 있다. The third
파장 선택부(540)는 상기 제 3 광학부(530)를 통과한 반사광의 포토루미네선스 중 특정 파장의 반사광을 선택할 수 있다. 이와 같은 파장 선택부(540)는 예를 들어, 모노크로메이터(monochromator)일 수 있다. The
촬상부(550)는 파장 선택부(540)와 연결된다. 촬상부(550)는 파장 선택부(540)에 의해 선택된 파장 대역에서 반사광의 포토루미네선스의 세기를 검출할 수 있다. 알려진 바와 같이, 파장대별 포토루미네선스의 세기는 샘플(10)의 다양한 물성을 대변할 수 있다. 그러므로, 파장 선택부(540)에 의해 특정 파장을 선택하여, 샘플(10)의 물질층 내부의 다양한 물성을 촬상부(550)를 통해 모니터링할 수 있다. The
NIR 디텍터(560)는 파장 선택부(540)로부터 제공된 반사광의 근 적외선(near IR)에 대응되는 성분을 검출할 수 있다. 본 실시예에서는 NIR 디텍터(560)를 일예로 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고 가시광 포토루미네선스 또는 근 자외선 포토루미네선스를 감지하는 디텍터가 이용될 수도 있다. 이와 같은 NIR 디텍터(560)는 반사광의 근적외선 성분을 흡수하고, 그 외의 성분을 방사하여, 물질막의 특성, 예를 들어, 적층 결함등을 검출할 수 있다. The
TCSPC(570)는 시간에 따른 포토루미네선스의 광자 수를 카운트할 수 있다. TCSPC(570)는 예를 들어, 분석하고자 하는 샘플(10)의 물성 특성에 따라 포토루미네선스 성분의 파장 영역이 다양할 수 있다. 이에 따라, 상기 파장 선택부(540)에 의해 특정 파장 대역을 추출하고, TCSPC(570)는 분석하고자 하는 물성에 대해 시간에 따른 포토루미네선스의 광자의 수를 카운트할 수 있다. 즉, TSCPC(570)는 시간에 따른 포토루미네선스 강도를 측정할 수 있다. 이로부터 캐리어들의 라이프 타임 정보를 측정하여, 막질 특성을 확보할 수 있다. The
본 발명의 실시예에 따른 광학 시스템(100)는 반사광의 SHG 성분을 검출하는 제 1 검출 블록(400) 및 반사광의 포토루미네선스 성분을 검출하는 제 2 검출 블록(500)을 모두 포함한다. The
제 1 검출 블록(400)은 샘플(10)에서 반사되는 반사광의 SHG 성분을 통해, 샘플(10)을 구성하는 막질들의 표면, 막질 내부 및/또는 접합 계면에 발생된 트랩 정보를 측정할 수 있다. The
제 2 검출 블록(500)은 샘플(10)에서 반사되는 반사광의 포토루미네선스의 강도를 통해, 샘플(10)을 구성하는 막 자체의 결함을 측정할 수 있다. 또한, 제 2 검출 블록(500)은 파장대 별로 포토루미네선스의 강도를 측정하여, 결함의 종류를 정확히 측정할 수 있다. 또한, 제 2 검출 블록(500)은 시간에 따른 광량 정보를 측정함으로써, 상기 물질층의 두께에 따른 결함 위치를 정확히 파악할 수 있으며, 적층된 물질층의 종류 및 적층 결함 정보 역시 정확히 측정할 수 있다. The
이에 따라, 본 실시예의 광학 시스템은 포토루미네선스 성분 및 SHG 성분을 각각을 통해, 막질의 표면 분석, 막질 간의 계면 분석은 물론, 시간에 따른 반사광의 특성을 검출하여 막질 내부의 결함 및 적층 결함 까지도 동시에 검출이 가능하다. 또한, 본 실시예의 광학 시스템은 코로나 건에 의해 비접촉 방식으로 바이어스 전압을 샘플에 인가하고, 샘플에서 반사되는 포토루미네센스 및 SHG 변화를 통해, 밴드 밴딩(band banding)별, 즉, 축적 밴드(accumulation band), 평탄 밴드(flat band), 공핍(depletion) 및 반전(inversion) 등, 밴드 전체 대해 트랩 변화 및 물질 특성 변화를 분석 및 계측할 수 있다. Accordingly, the optical system of this embodiment uses the photoluminescence component and the SHG component, respectively, to analyze the surface of the film quality and the interface between the film qualities, as well as detect the characteristics of reflected light over time to detect internal defects and stacking defects. can be detected at the same time. In addition, the optical system of this embodiment applies a bias voltage to the sample in a non-contact manner by means of a corona gun, and through photoluminescence and SHG changes reflected from the sample, by band banding, that is, the accumulation band ( It is possible to analyze and measure a trap change and a material characteristic change for the entire band, such as accumulation band, flat band, depletion, and inversion.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템을 이용한 광학 정보 검출 방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 6 is a flowchart illustrating a method of detecting optical information using an optical system according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 광원 블록(200)에서 제공되는 입사광을 광학 블록(300)을 통해 샘플(10)의 검사 위치에 조사한다(S1). Referring to FIG. 6 , the incident light provided from the light source block 200 is irradiated to the inspection position of the
샘플(10)의 검사 위치에서 반사된 반사광중 SHG 성분을 검출하여, 상기 샘플(10)의 제 1 특성을 검출한다(S2). 상기 제 1 특성은 예를 들어, 샘플(10)을 구성하는 물질막의 계면 전기적 특성, 전하 트랩 정도, 도핑 농도, 막 계면의 전하량의 변화, 측정 영역의 상태(예를 들어, 공핍 영역, 축적 영역 또는 반전 영역인지)등의 특성을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 특성은 상기 반사광의 입사각 및 방위각의 변화에 따라 가변되는 물성 특성을 포함할 수 있다. The SHG component among the reflected light reflected from the inspection position of the
샘플(10)의 검사 위치에서 반사된 반사광 중 포토루미네션스 성분을 검출하여, 상기 샘플(10)의 제 2 특성을 검출한다(S3). 상기 제 2 특성은 상기 제 1 특성과 다른 특성일 수 있다. 상기 제 2 특성은 샘플의 표면 결함, 불순물의 농도, 전위, 불순물의 종류, 다수 캐리어 및 소수 캐리어의 농도, 및 깊이에 따른 불순물 농도의 변화 등을 포함할 수 있다. The second characteristic of the
당해 분야의 숙련자들은, 본원에서 기재된 방식으로 디바이스들 및/또는 프로세스들을 설명하고, 그 후에, 이러한 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들을 데이터 프로세싱 시스템들 내로 통합하기 위하여 공학 실무들을 이용하는 것이 당해 분야 내에서 통상적이라는 것을 인식할 것이다. 즉, 본원에서 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 적어도 부분은 합당한 양의 실험을 통해 데이터 프로세싱 시스템 내로 통합될 수 있다. 당해 분야의 숙련자들은, 전형적인 데이터 프로세싱 시스템이 일반적으로, 시스템 유닛 하우징, 비디오 디스플레이 디바이스, 휘발성 및 비 휘발성 메모리와 같은 메모리, 마이크로프로세서들 및 디지털 신호 프로세서들과 같은 프로세서들, 오퍼레이팅 시스템들, 드라이버들, 그래픽 사용자 인터페이스들, 및 애플리케이션 프로그램들과 같은 연산 엔티티들, 터치 패드 또는 스크린과 같은 하나 이상의 상호작용 디바이스들, 및/또는 피드백 루프들 및 제어 모터들(예컨대, 위치 및/또는 속도를 감지하기 위한 피드백; 부품들 및/또는 분량들을 이동 및/또는 조절하기 위한 제어 모터들)을 포함하는 제어 시스템들 중의 하나 이상을 포함한다는 것을 인식할 것이다. 전형적인 데이터 프로세싱 시스템은 데이터 컴퓨팅/통신 및/또는 네트워크 컴퓨팅/통신 시스템들에서 전형적으로 발견된 것들과 같은 임의의 적당한 상업적으로 입수가능한 부품들을 사용하여 구현될 수도 있다.Those skilled in the art will recognize that it is within the skill of the art to use engineering practices to describe devices and/or processes in the manner described herein, and then to incorporate such described devices and/or processes into data processing systems. will recognize that it is common in That is, at least a portion of the devices and/or processes described herein may be incorporated into a data processing system through a reasonable amount of experimentation. Those skilled in the art will recognize that a typical data processing system generally includes a system unit housing, a video display device, memory such as volatile and non-volatile memory, processors such as microprocessors and digital signal processors, operating systems, drivers , graphical user interfaces, and computational entities such as application programs, one or more interactive devices such as a touch pad or screen, and/or feedback loops and control motors (eg, to sense position and/or speed). feedback for; control motors for moving and/or adjusting parts and/or quantities). A typical data processing system may be implemented using any suitable commercially available components, such as those typically found in data computing/communication and/or network computing/communication systems.
본원에서 설명된 본 요지의 특정 양태들이 설명되었지만, 본원에서의 교시된 사항들에 기초하여, 본원에서 설명된 요지 및 그 더욱 폭넓은 양태들로부터 이탈하지 않으면서 변경들 및 수정들이 행해질 수도 있다. 그러므로, 첨부된 청구항들은 본원에서 설명된 요지의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 바와 같은 이러한 모든 변경들 및 수정들을 그 범위 내에 망라하기 위한 것이라는 점이 당해 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다.Although specific aspects of the subject matter described herein have been described, based on the teachings herein, changes and modifications may be made without departing from the subject matter described herein and its broader aspects. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the appended claims are intended to cover within the scope all such changes and modifications as come within the true spirit and scope of the subject matter described herein.
또한, 본 발명의 특정 실시형태들이 예시되었지만, 상기한 개시물의 범위 및 사상으로부터 이탈하지 않으면서, 발명의 다양한 수정들 및 실시형태들이 당해 분야의 숙련자들에 의해 행해질 수도 있다. 따라서, 발명의 범위는 본원에 첨부된 청구항들에 의해서만 제한되어야 한다. 본 개시물 및 그 수반된 장점들의 다수는 상기한 설명에 의해 이해될 것으로 믿어지고 있고, 개시된 요지로부터 이탈하지 않거나, 그 중요한 장점들의 전부를 희생시키지 않으면서, 형태, 구성 및 부품들의 배열에 있어서 다양한 변경들이 행해질 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 설명된 형태는 단지 설명적이며, 다음의 청구항들의 의도는 상기한 변경들을 망라하고 포함하기 위한 것이다.Further, while specific embodiments of the invention have been illustrated, various modifications and embodiments of the invention may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the disclosure described above. Accordingly, the scope of the invention should be limited only by the claims appended hereto. It is believed that the present disclosure and many of its attendant advantages will be understood by the foregoing description, in form, construction and arrangement of parts without departing from the disclosed subject matter or sacrificing all of its important advantages. It will be apparent that various changes may be made. The form described is illustrative only, and the intention of the following claims is to embrace and embrace such modifications.
10 : 샘플 100 : 광학 시스템
100 : 광학 시스템 200: 광원 블록
210 : 레이저 소스 220 : 첩핑부
230 : 빔 확장부 250 : 제 1 미러부
300 : 광학 블록 310 : 스캔부
320 : 얼라인부 330 : 모니터링부
350 : 집광부 360 : 필터부
400 : 제 1 검출 블록 410 : 제 2 편광부
420 : SHG 필터부 430 : 빔 스플리터
440 : 제 1 렌즈부 450 : 제 1 디텍터
460 : 제 2 렌즈부 470 : 제 2 디텍터
500 : 제 2 검출 불록 510 : 제 2 빔스플리터
520 : 제 3 디텍터 530 : 제 3 광학부
540 : 파장 선택부 550 : 촤랑부
560 : NIR 디텍터 570 : TCSPC부10: sample 100: optical system
100: optical system 200: light source block
210: laser source 220: zipped part
230: beam expansion unit 250: first mirror unit
300: optical block 310: scan unit
320: alignment unit 330: monitoring unit
350: light collecting unit 360: filter unit
400: first detection block 410: second polarization unit
420: SHG filter unit 430: beam splitter
440: first lens unit 450: first detector
460: second lens unit 470: second detector
500: second detection block 510: second beam splitter
520: third detector 530: third optical unit
540: wavelength selector 550: charred part
560: NIR detector 570: TCSPC unit
Claims (18)
샘플에 광을 조사하도록 배치된 광원 블록;
상기 샘플로부터 반사되는 반사광의 SHG(Second Harmonic Generation) 성분을 검출하는 제 1 검출 블록; 및
상기 샘플로부터 반사되는 반사광의 포토루미네선스(photoluminescence) 성분을 검출하는 제 2 검출 블록을 포함하는 광학 시스템. An optical system for detecting optical information of a sample including a multi-layered material film, comprising:
a light source block disposed to irradiate light to the sample;
a first detection block for detecting a Second Harmonic Generation (SHG) component of the reflected light reflected from the sample; and
and a second detection block for detecting a photoluminescence component of reflected light reflected from the sample.
상기 광원 블록은 펄스 레이저를 제공하는 레이저 소스를 포함하는 광학 시스템. The method of claim 1,
and the light source block includes a laser source providing a pulsed laser.
상기 광원 블록은 나노초(nanosecond) 레이저, 피코초(picosecond) 레이저 또는 펨토초(femtosecond) 레이저를 레이저 소스로서 포함하는 광학 시스템. The method of claim 1,
The light source block comprises a nanosecond laser, a picosecond laser, or a femtosecond laser as a laser source.
상기 광원 블록은,
상기 레이저 소스로부터 출력되는 입사광의 펄스 폭을 보상하는 첩핑부(chirping unit);
상기 레이저 소스로부터 제공되는 상기 입사광의 사이즈를 조절하는 빔 확장부;
상기 입사광을 제공받아 특정 파장의 입사광을 투과하고, 그 밖의 파장의 광을 반사시키는 제 1 미러부; 및
상기 제 1 미러부에서 제공된 상기 입사광을 편광시켜 출력하는 제 1 편광부를 포함하는 광학 시스템. 3. The method of claim 2,
The light source block,
a chirping unit compensating for a pulse width of the incident light output from the laser source;
a beam expander for adjusting the size of the incident light provided from the laser source;
a first mirror unit that receives the incident light, transmits incident light of a specific wavelength, and reflects light of other wavelengths; and
and a first polarizing unit polarizing and outputting the incident light provided from the first mirror unit.
상기 광원 블록은 상기 빔 확장부와 상기 제 1 미러부 사이에 위치되어, 상기 입사광의 펄스 간격을 확장시키는 주기 조절부를 더 포함하는 광학 시스템. 5. The method of claim 4,
The light source block is positioned between the beam expansion unit and the first mirror unit, the optical system further comprising a period adjusting unit for extending the interval between the pulses of the incident light.
상기 광원 블록에서 제공되는 입사광을 상기 샘플에 포커싱하는 광학 블록을 더 포함하는 광학 시스템. The method of claim 1,
The optical system further comprising an optical block for focusing the incident light provided from the light source block on the sample.
상기 광학 블록은,
상기 입사광을 x축 및 y축으로 이동시켜, 상기 샘플의 검사 위치에 부분에 2차원 이미지를 생성하도록 구성되는 스캔부;
상기 스캔부에서 출력되는 입사광을 상기 샘플의 검사 위치로 유도하는 얼라인부; 및
상기 얼라인부에서 제공된 상기 입사광을 상기 샘플의 검사 위치에 집광시키도록 구성된 집광부를 포함하는 광학 시스템. 7. The method of claim 6,
The optical block is
a scanning unit configured to move the incident light along the x-axis and the y-axis to generate a two-dimensional image on a portion at the inspection position of the sample;
an alignment unit guiding the incident light output from the scan unit to an inspection position of the sample; and
and a light condensing unit configured to condense the incident light provided from the alignment unit to an inspection position of the sample.
상기 얼라인부는 일정 간격을 두고 이격배치되는 스캔 렌즈 및 튜브 렌즈를 포함하는 광학 시스템. 8. The method of claim 7,
The aligning unit is an optical system including a scan lens and a tube lens that are spaced apart from each other at regular intervals.
상기 광학 블록은 상기 얼라인부와 상기 집광부 사이에 위치되어, 상기 샘플의 형상 및 상기 검사 위치를 실시간 관찰하는 모니터링부를 더 포함하는 광학 시스템. 8. The method of claim 7,
The optical block further comprises a monitoring unit positioned between the alignment unit and the light collecting unit to observe the shape of the sample and the inspection position in real time.
상기 광학 블록은 상기 샘플에서 반사되는 반사광을 입력받아 입사광의 파장 미만의 파장을 상기 제 1 검출 블록으로 제공하고, 상기 입사광의 파장 이상의 반사광을 전달하도록 구성되는 필터부를 더 포함하는 광학 시스템. The method of claim 1,
The optical block further comprises a filter unit configured to receive reflected light reflected from the sample, provide a wavelength less than the wavelength of the incident light to the first detection block, and transmit reflected light equal to or greater than the wavelength of the incident light.
상기 제 1 검출 블록은
상기 반사광을 편광시키는 제 2 편광부;
상기 제 2 편광부에서 제공된 반사광 중 상기 입사광의 파장의 1/2에 해당하는 파장을 선택적으로 통과시키는 SHG 필터부;
상기 SHG 필터부에서 필터링된 반사광을 입력받아, 상기 반사광을 분리하는 제 1 빔 스플리터;
상기 제 1 빔 스플리터에서 분리된 일부의 반사광의 상기 SHG 성분의 변화를 통해 상기 샘플의 특성을 검출하는 제 1 디텍터; 및
상기 제 1 빔 스플리터에서 분리된 다른 일부의 반사광의 SHG 성분을 이미지화하여 상기 샘플의 비선형 특성을 검출하는 제 2 디텍터를 포함하는 광학 시스템. 11. The method of claim 10,
The first detection block is
a second polarizer for polarizing the reflected light;
an SHG filter unit selectively passing a wavelength corresponding to 1/2 of the wavelength of the incident light among the reflected light provided by the second polarizing unit;
a first beam splitter receiving the reflected light filtered by the SHG filter unit and separating the reflected light;
a first detector for detecting a characteristic of the sample through a change in the SHG component of a portion of the reflected light separated from the first beam splitter; and
and a second detector configured to detect a nonlinear characteristic of the sample by imaging a SHG component of the reflected light of another portion separated by the first beam splitter.
상기 제 1 빔 스플리터로부터 상기 다른 일부의 반사광의 SHG 성분을 입력받아, 퓨리에 평면을 통해 상기 SHG 성분을 이미지화하는 렌즈부를 더 포함하는 광학 시스템. 12. The method of claim 11,
and a lens unit receiving the SHG component of the other portion of the reflected light from the first beam splitter and imaging the SHG component through a Fourier plane.
상기 제 2 검출 블록은 상기 광학 블록의 상기 스캐닝부를 통과한 반사광을 입력받도록 구성되는 광학 시스템. 5. The method of claim 4,
The second detection block is an optical system configured to receive the reflected light passing through the scanning unit of the optical block.
상기 제 2 검출 블록은,
상기 반사광을 제공받아, 상기 반사광의 포토루미네선스를 분리하는 제 2 빔 스플리터;
상기 제 2 빔 스플리터에 의해 분리된 일부 반사광의 포토루미네선스의 변화를 검출하는 제 3 디텍터; 및
상기 제 2 빔 스플리터에 의해 분리된 나머지 반사광을 파장별 및 시간별로 분리하여, 상기 파장 및 시간에 따라 포토루미네선스의 변화를 관찰하는 광학 부재를 포함하는 광학 시스템. The method of claim 1,
The second detection block,
a second beam splitter receiving the reflected light and separating the photoluminescence of the reflected light;
a third detector for detecting a change in photoluminescence of the partial reflected light separated by the second beam splitter; and
and an optical member that separates the remaining reflected light separated by the second beam splitter for each wavelength and time, and observes a change in photoluminescence according to the wavelength and time.
상기 광학 부재는,
상기 나머지 반사광을 입력받아, 특정 파장의 반사광을 선택하는 파장 선택부;
상기 특정 파장의 반사광의 포토루미네선스의 세기를 관찰하는 촬상부; 및
상기 특정 파장의 반사광의 시간 변화에 따른 광자의 수를 카운팅하는 TCSPC time-correlated single photon counting)부를 포함하는 광학 시스템. 15. The method of claim 14,
The optical member,
a wavelength selection unit that receives the remaining reflected light and selects reflected light of a specific wavelength;
an imaging unit for observing the intensity of photoluminescence of the reflected light of the specific wavelength; and
and a TCSPC time-correlated single photon counting) unit for counting the number of photons according to time change of the reflected light of the specific wavelength.
상기 제 1 검출 블록은 상기 제 2 검출 블록보다 상기 샘플에 근접한 위치에 구비되는 광학 시스템. The method of claim 1,
The first detection block is provided in a position closer to the sample than the second detection block.
상기 광원 블록은 상기 샘플에 바이어스 전압을 비접촉 방식으로 인가하는 코로나 건인 광학 시스템.The method of claim 1,
The light source block is a corona gun that applies a bias voltage to the sample in a non-contact manner.
상기 샘플에 입사광을 조사하는 단계;
상기 샘플의 검사 위치에서 반사된 반사광의 SHG 성분을 검출하는 단계;
상기 반사광의 SHG 성분의 변화량을 통해 상기 샘플을 구성하는 물질막들의 접합 계면 특성을 검출하는 단계;
상기 반사광의 포토루미네선스 성분을 검출하는 단계; 및
상기 반사광의 파장대 별 포토루미네선스 성분의 변화량 및 상기 반사광의 시간대 별 포토루미센스 성분의 변화량을 검출하여 상기 샘플을 구성하는 상기 물질막의 특성을 검출하는 단계를 포함하는 광학 정보 측정 방법. A method of measuring optical information in a sample, comprising:
irradiating incident light to the sample;
detecting the SHG component of the reflected light reflected from the inspection position of the sample;
detecting bonding interface characteristics of material layers constituting the sample through the amount of change in the SHG component of the reflected light;
detecting a photoluminescence component of the reflected light; and
and detecting a characteristic of the material film constituting the sample by detecting a change amount of the photoluminescence component for each wavelength band of the reflected light and a change amount of the photoluminescence component for each time period of the reflected light.
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