WO2019031667A1 - 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2019031667A1
WO2019031667A1 PCT/KR2018/001183 KR2018001183W WO2019031667A1 WO 2019031667 A1 WO2019031667 A1 WO 2019031667A1 KR 2018001183 W KR2018001183 W KR 2018001183W WO 2019031667 A1 WO2019031667 A1 WO 2019031667A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reflected
beam splitter
light
image
angle
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/001183
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김영식
이혁교
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to US16/610,692 priority Critical patent/US11906281B2/en
Publication of WO2019031667A1 publication Critical patent/WO2019031667A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0641—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G01B9/02044—Imaging in the frequency domain, e.g. by using a spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/145—Beam splitting or combining systems operating by reflection only having sequential partially reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/70—Using polarization in the interferometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G01N2021/213—Spectrometric ellipsometry

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring the thickness and refractive index of multilayer thin films by measuring the angle resolved spectral reflectance according to the polarization of light.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a basic structure of a conventional reflected light measuring apparatus for measuring a thickness of a thin film.
  • a conventional reflected light measuring device for measuring a thin film thickness can be roughly configured to include a light source 11, a beam splitter 2, a condenser lens 3, a detector 4, and the like. .
  • Light is emitted from the light source 11, the emitted light is separated by the beam splitter 2 in a ratio of 50:50, and the reflected light among the separated light is condensed through the condenser lens 3 and irradiated to the measurement object 1 do.
  • the light to be irradiated is divided into light reflected from the upper layer of the measurement object 1 and light reflected from the lower layer.
  • the detector 4 measures and analyzes the phase difference to measure the thickness of the thin film.
  • Allan Rosencwaig et al. (1992) measured the thickness and refractive index of thin film specimens of various thicknesses ranging from 3 nm to 2 ⁇ m (Allan Rosencwaig, Jon Opsal, DL Willenborg, SM Kelso , and JT Fanton, Beam profile reflectometry: A new technique for dielectric film measurements, Applied Physics Letters, Vol. 60, No. 11, pp. 1301-1303), 2002 Qiwen Zhan (Qiwen Zhan and James R. Leger, Microellipsometer with radial symmetry, Applied Optics, Vol. 41, No. 22, pp. 4630 ⁇ 4637).
  • the thin film thickness measuring apparatus using the interferometer principle includes a light source 11, a first beam splitter 20, a second beam splitter 23, a first condenser lens 5, The reference mirror 6, the reference mirror 34, the detector 4, and the like.
  • the light emitted from the light source 11 is partially reflected by the first beam splitter 20 and the remaining light is transmitted, and the light reflected by the first beam splitter 20 is reflected by the first beam splitter 20
  • the light incident on the second beam splitter 23 and reflected by the second beam splitter 23 passes through the second condenser lens 6 and is reflected by the reference mirror 34 and then reflected by the second beam splitter 23 While the light transmitted through the second beam splitter 23 is transmitted through the first condenser lens 5 and is reflected by the object 1 to be measured, And is incident on the detector 4 as reflected light. That is, the interference light of the first reflected light and the second reflected light is incident on the detector 4.
  • Such interference light includes thickness information for the thin film.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a structure of a detector constituted by an angularly decomposed spectroscopic image acquisition unit.
  • the angle-resolved spectroscopic image acquisition unit 40 shown in FIG. 3 can analyze the light intensity distribution by wavelength for one line in the back focal plane of the objective lens.
  • the angular resolution spectroscopic image acquisition unit 40 includes an imaging optical system 41, a slit 42, and an image spectroscope 43, And obtains only a few images of the spectral bands of the objective lens through the diffractive optical element, thereby obtaining several hundreds of consecutive spectral bands with respect to the incident angle of the objective lens.
  • the thickness of the thin film can be measured and analyzed through the angle resolution spectroscopic image acquisition unit.
  • an angle-resolved spectroscopic image acquisition unit for acquiring an image of a reflected light located on a back focal plane of an objective lens
  • the present invention provides an apparatus and method for measuring the thickness and refractive index of a multi-layered structure using an angularly decomposed spectroscopic reflection light measurement method capable of measuring and analyzing the thickness and refractive index of each layer of a multi-layered structure through polarized images and p- There is a purpose.
  • both the s-polarized image and the p-polarized image are obtained by changing the rotation angle of the gyration prism while using one angular resolution spectroscopic image acquisition unit, And to provide an apparatus and method for measuring the thickness and refractive index of a multi-layer film structure using an angle-resolved spectroscopic reflected light measurement method capable of measuring and analyzing the thickness and refractive index of the multi-layer film structure.
  • a first object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the thickness and refractive index of a measurement object coated with a multilayer thin film, comprising: an illumination optical module having a light source for emitting light; A first beam splitter for reflecting a part of the light emitted from the illumination optical module; An objective lens for causing the light reflected by the first beam splitter to enter the object to be measured composed of a multilayer film; A second beam splitter incident on the object to be measured, reflected by the reflected object, incident on the object, partially reflected, and transmitted through the other; A first angular resolving spectroscopic image obtaining unit for first polarizing the reflected light located on a back focal plane of the objective lens to obtain a first polarized angle resolving spectroscopic image; And a second angle decomposition spectroscopic image acquisition unit that receives the reflected light transmitted from the second beam splitter to secondly polarize the reflected light located on the back focal plane of the objective lens to obtain a second polarized
  • the illumination optical module may further include a broadband light source for emitting light and an illumination optical system for emitting the light emitted from the wideband light source to the object to be measured through the objective lens so as to have a uniform light intensity distribution .
  • the apparatus may further include a linear polarizer provided between the illumination optical system and the first beam splitter.
  • the first angular resolution spectroscopic image obtaining unit may include a first imaging optical system for imaging reflected light, which is located on a back focal plane of the objective lens reflected by the second beam splitter, into a first slit, And a first image spectrometer for acquiring a first polarized angle resolution spectroscopic image
  • the second angle decomposition spectroscopic image acquisition unit comprises: a first slit for transmitting only the first polarized light in the reflected light in the second beam splitter, A second imaging optical system for imaging the reflected light located on the back focal plane of the transmitted objective lens into a second slit, a second slit for transmitting only the second polarized light in the reflected light from the back focal plane emitted from the second imaging optical system, And a second image spectrometer for acquiring a second polarized angle resolution spectroscopic image.
  • the analysis means may measure the angle decomposition spectroscopic image reflected by the measurement object in real time according to the polarization state, and compare and analyze the same.
  • a second object of the present invention is to provide a method for measuring a thickness and a refractive index of a measurement object coated with a multilayer thin film using the measuring device according to the first aspect, ; Reflecting a part of the light emitted from the illumination optical module by a first beam splitter; The light reflected by the first beam splitter is incident on the object to be measured constituted of a multilayer film through an objective lens; The reflected light incident on and reflected by the object to be measured is incident on the second beam splitter, a part of the light is reflected and the other part is transmitted; The reflected beam reflected by the second beam splitter is incident on the first angular resolving spectroscopic image acquiring unit side, the first angular resolving spectroscopic image acquiring unit acquires the first polarized angle resolving spectroscopy image by first polarizing the reflected light, The reflected light transmitted through the second beam splitter is incident on the second angle decomposition spectroscopic image acquisition unit side, and the
  • a third object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the thickness and refractive index of a measurement object coated with a multilayer thin film, comprising: an illumination optical module having a light source for emitting light; A first beam splitter for reflecting a part of the light emitted from the illumination optical module; An objective lens for causing the light reflected by the first beam splitter to enter the object to be measured composed of a multilayer film; A second beam splitter incident on the object to be measured, reflected by the reflected object, incident on the object, partially reflected, and transmitted through the other; A third beam splitter for reflecting a part of the reflected light incident on the measurement object and reflected; An image acquiring unit that receives reflected light reflected from the third beam splitter to acquire an image of the measurement object; The first reflected light from the second beam splitter is incident to obtain a first angle decomposition spectroscopic image to acquire a first polarized angle resolution spectroscopic image by polarizing first reflected light from a back focal plane of the objective lens part
  • the second angle decomposition spectroscopic image acquiring unit acquires a measurement object image acquired by the image acquisition unit, a first polarized angle resolution spectroscopy image acquired from the first angle resolution spectroscopic image acquisition unit, And analyzing means for measuring and analyzing the thickness and the refractive index of the measurement object from the polarized angle decomposition spectroscopic image.
  • the image acquiring unit may include a tube lens for imaging the reflected light reflected by the third beam splitter and a CCD or CMOS for acquiring an image of the measurement object after the image transmitted through the tube lens is incident .
  • a fourth object of the present invention is to provide a method for measuring a thickness and a refractive index of a measurement object coated with a multilayer thin film using the measuring device according to the third aspect, wherein the light is emitted from a broadband light source of the illumination optical module ; Reflecting a part of the light emitted from the illumination optical module by a first beam splitter; The reflected light reflected by the first beam splitter is incident on the object to be measured constituted of a multilayer film through an objective lens; A part of the reflected light incident on the measurement object and reflected by the third beam splitter is reflected and the reflected light reflected by the third beam splitter is incident on the image acquisition unit to acquire the image of the measurement object; The reflected light incident on and reflected by the object to be measured is incident on the second beam splitter, a part of the light is reflected and the other part is transmitted; The reflected beam reflected by the second beam splitter is incident on the first angular resolving spectroscopic image acquiring unit side, the
  • a fifth object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the thickness and refractive index of a measurement object coated with a multilayer thin film, comprising: an illumination optical module having a light source for emitting light; A first beam splitter for reflecting a part of the light emitted from the illumination optical module; An objective lens for causing the light reflected by the first beam splitter to enter the object to be measured composed of a multilayer film; A third beam splitter for reflecting a part of the reflected light incident on the measurement object and reflected; An image acquiring unit that receives reflected light reflected from the third beam splitter to acquire an image of the measurement object; A shaping prism for reflecting the light transmitted through the third beam splitter and for rotating the reflected light as it rotates about an optical axis; And an angle resolved spectroscopic image acquisition unit for acquiring a polarized angle resolved spectroscopic image by polarizing the reflected light on the back focal plane of the objective lens transmitted through the goniometric prism. And can be achieved as an apparatus for measuring
  • the grooming prism rotates about the optical axis by &thetas; degrees
  • the output light reflected by the input reflected light is rotated by 2 [theta] degrees.
  • the angular resolution spectroscopic image acquisition unit may acquire a first polarized angle resolution spectroscopy image or a second polarized angle resolution spectroscopy image according to the rotation angle of the gyration prism, And analyzing means for measuring and analyzing the thickness and refractive index of the measurement object from the first polarized angle resolution spectroscopy image acquired from the decomposition spectroscopy image acquisition unit and the second polarized angle resolution spectroscopy image have.
  • a sixth object of the present invention is to provide a method for measuring a thickness and a refractive index of a multilayer thin film coated object using the measuring device according to the fifth aspect of the present invention, step; Reflecting a part of the light emitted from the illumination optical module by a first beam splitter; The light reflected by the first beam splitter is incident on the object to be measured constituted of a multilayer film through an objective lens; A part of the reflected light incident on the measurement object and reflected by the third beam splitter is reflected and the reflected light reflected by the third beam splitter is incident on the image acquisition unit to acquire the image of the measurement object; Reflecting the light transmitted through the third beam splitter to the prism prism, rotating the prism prism around the optical axis to rotate the input reflected light, and outputting the output reflected light; And obtaining an angular resolution spectroscopic image obtained by polarizing the output reflected light transmitted through the goniometric prism by the angular resolution spectroscopic image acquisition unit to obtain
  • the angular resolution spectroscopic image obtaining unit obtains the first polarized angle decomposition spectroscopic image or the second polarized angle decomposition spectroscopic image in accordance with the rotation angle of the gyration prism and the analysis means obtains the measured object image obtained by the image obtaining unit, And measuring and analyzing the thickness and refractive index of the measurement object from the first polarized angle resolution spectroscopic image acquired from the angle resolution spectroscopic image acquisition unit and the second polarized angle resolution spectroscopy image.
  • an angle resolution spectroscopic image acquiring unit acquires a reflection light of a back focal plane of an objective lens it is possible to measure and analyze the thickness and the refractive index of each layer of the multi-layered structure through the s-polarized image and the p-polarized image.
  • both the s-polarized image and the p-polarized image are obtained by changing the rotation angle of the gyration prism while using one angular resolution spectroscopic image acquisition unit, It is possible to measure and analyze the thickness and the refractive index.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a basic structure of a conventional reflected light measuring device for measuring a thickness of a thin film
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a thin film thickness and shape measuring apparatus using an interferometer principle
  • FIG. 3 is a perspective view showing a structure of a detector constituted by an angular resolution spectroscopic image acquisition unit
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an apparatus for measuring the thickness and refractive index of a multi-layer structure using the angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a side view showing the angle and focus of light transmitted through an objective lens of an apparatus for measuring the thickness and refractive index of a multi-layer film structure using the angle-resolved spectroscopic reflected light measurement method of the present invention
  • Fig. 6 is a plan view of Fig. 5,
  • FIG. 7 is a configuration diagram of an apparatus for measuring a thickness and a refractive index of a multi-layer structure using an angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an apparatus for measuring the thickness and refractive index of a multilayer film structure using the angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method according to the third embodiment of the present invention
  • illumination optical module 11 light source 12: illumination optical system
  • linear polarizer 20 first beam splitter 30: objective lens
  • first imaging optical system 62 first slit 63: first image spectrograph
  • FIG. 4 is a block diagram of an apparatus 100 for measuring the thickness and refractive index of a multilayer film structure using the angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method according to the first embodiment of the present invention.
  • 5 is a side view showing the angle of incidence and focus of light transmitted through the objective lens 30 of the apparatus 100 for measuring the thickness and refractive index of a multilayer film structure using the angular resolution spectroscopic reflected light measurement method of the present invention, FIG.
  • an apparatus for measuring the thickness and refractive index of a multilayer thin film coated object 1 according to a first embodiment of the present invention includes an illumination optical module 10, a first beam splitter
  • the illumination optical module 10 includes a wideband light source 11 for emitting light and an illumination optical system for emitting light emitted from the wideband light source 11 through the objective lens to have a uniform light intensity distribution on the object to be measured 12).
  • the broadband light source 11 is configured to emit light having a wavelength of 400 to 700 nm.
  • the first beam splitter 20 reflects a part of the light emitted from the illumination optical module 10 and enters the objective lens 30 side.
  • a linear polarizer 13 (linear polarizer) may be provided between the illumination optical system 12 and the first beam splitter 20. By using the linear polarizer 13, the polarization direction of the beam incident on the objective lens 30 is adjusted so that the s-polarized component passes through the first slit and the p-polarized component passes through the second slit.
  • the objective lens 30 having a high numerical aperture is applied.
  • the numerical aperture of the objective lens should be as high as possible.
  • the highest numerical aperture is 1.
  • the numerical aperture of the objective used in the experiment is 0.9.
  • the incident angle changes from 0 to 64 degrees
  • the light reflected by the first beam splitter 20 is incident on the measurement object 1 constituted of a multilayer thin film through the objective lens 30.
  • the light incident on the measurement object 1 composed of the multilayer thin film is reflected and transmitted through the first beam splitter 20.
  • the reflected light incident on and reflected by the measurement object 1 is transmitted through the first beam splitter 20, then is incident on the second beam splitter, part of the reflected light is reflected, and the other is transmitted.
  • the reflected light reflected by the second beam splitter 50 is incident on the first angle decomposition spectroscopic image obtaining unit 60 side, while the reflected light transmitted through the second beam splitter 50 And is incident on the second angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 70 side.
  • the first angle decomposition spectroscopic image obtaining unit 60 receives the reflected light reflected by the second beam splitter 50 and outputs the reflected light located on the back focal plane of the objective lens 30 as a first polarized light 1 polarized angle resolution spectroscopic image.
  • This first polarized angle resolution spectroscopic image may be an s-polarization image in an embodiment.
  • the second angular resolution spectroscopic image acquisition unit 70 receives the reflected light transmitted from the second beam splitter 50 and transmits the reflected light, which is located on the back focal plane of the objective lens 30, Thereby obtaining a second polarized angle resolution spectroscopic image.
  • This second polarized angle resolution spectroscopic image may be a p-polarization image in an embodiment.
  • the analysis means measures the thickness of the measurement object 1 from the s-polarized image acquired from the first angle-resolved spectroscopic image acquisition unit 60 and the p-polarized image acquired from the second angle-resolved spectroscopic image acquisition unit 70 And refractive index are measured and analyzed.
  • the analysis means measures and analyzes the angular resolution spectroscopic image reflected by the measurement object in real time according to the polarization state.
  • the first angular resolution spectroscopic image acquisition unit 60 acquires the first angular resolution spectroscopic image obtained by the first angular resolution spectroscopic image acquisition unit 60 and the first slit 62, A first slit 62 for transmitting only the s-polarized light in the back focal plane emitted from the first imaging optical system 61, and a first image spectrometer 63 for acquiring the s-polarized image .
  • the second angular resolution spectroscopic image obtaining unit 70 includes a second imaging optical system for imaging the reflected light, which is located on the back focal plane of the objective lens 30 transmitted through the second beam splitter, 71, a second slit 72 for transmitting only the p-polarized light in the back focal plane emitted from the second imaging optical system 71, and a second image spectrometer 73 for obtaining a p-polarized image .
  • An apparatus 100 for measuring the thickness and refractive index of a multi-layer structure using an angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method according to a second embodiment of the present invention includes a configuration of the measurement apparatus 100 according to the first embodiment described above, 1) obtained by the image acquiring unit 90.
  • an apparatus 100 for measuring thickness and refractive index of a multilayer film structure using an angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method includes an illumination optical module 10 having a light source 11 for emitting light, A first beam splitter 20 for reflecting a part of the light emitted from the module 10 and an objective lens 30 for entering the light reflected by the first beam splitter 20 into the measurement object 1 constituted by a multilayer film ).
  • the second beam splitter 50 includes a second beam splitter 50, which is incident on the measurement object 1 and reflected therefrom, is incident on the measurement object 1, is partially reflected, and the other is transmitted.
  • the apparatus 100 for measuring the thickness and the refractive index of a multi-layer film structure using the angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method according to the second embodiment may further include a third A beam splitter 80 and an image acquisition unit 90 for receiving the reflected light reflected by the third beam splitter 80 to acquire an image of the measurement object 1.
  • the image acquiring unit 90 includes a tube lens 91 for imaging the reflected light reflected by the third beam splitter 80, And a CCD or CMOS 92 for acquiring an image of the object 1.
  • the reflected light reflected by the second beam splitter 50 is incident on the first angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 60 side, and the first angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 60 acquires, Polarized light reflected on the back focal plane of the objective lens 30 to obtain an s-polarized image.
  • the second angular resolution spectroscopic image acquisition unit 70 receives the reflected light from the second beam splitter 50 in the second angle resolution spectroscopic image acquisition unit 70, Polarized light is obtained by acquiring a p-polarized image.
  • the analysis means includes an image of the measurement object 1 acquired by the image acquisition unit 90, an s-polarization image acquired from the first angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 60, and a second angle resolution spectroscopic image acquisition unit
  • the thickness and the refractive index of the object 1 to be measured are measured and analyzed from the p-polarized image acquired from the p-polarized image obtained from the p-polarized image.
  • light is first emitted from the broadband light source 11 of the illumination optical module 10, Is reflected by the first beam splitter 20 and is incident through the objective lens 30 onto the measurement object 1 composed of a multilayer thin film.
  • a part of the reflected light incident on the measurement object 1 and reflected by the third beam splitter 80 is reflected and the reflected light reflected by the third beam splitter 80 is incident on the image acquisition unit 90, (1).
  • the reflected light incident on the measurement object 1 and reflected is incident on the second beam splitter 50, part of the light is reflected, and the rest is transmitted.
  • the reflected light reflected by the second beam splitter 50 is incident on the first angle decomposition spectroscopic image obtaining unit 60 side and is reflected by the first angular resolving spectroscopic image obtaining unit 60 from the back focal plane of the objective lens 30 Polarized image to obtain the s-polarized image, and the reflected light transmitted from the second beam splitter 50 is incident on the second angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 70 side, and is acquired by the second angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 70, Polarized light from the back focal plane of the objective lens 30 to obtain a p-polarized image.
  • the analysis means includes an image of the measurement object 1 acquired by the image acquisition unit 90, an s-polarized image acquired from the first angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 60, and a second angle resolution spectroscopic image acquisition unit
  • the thickness and the refractive index of the object 1 to be measured are measured and analyzed from the p-polarized image acquired from the p-polarized image obtained from the p-polarized image.
  • FIG. 8 is a block diagram of an apparatus 100 for measuring a thickness and a refractive index of a multi-layer structure using an angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method according to a third embodiment of the present invention.
  • 9 is a perspective view of a gimbal prism 45 having a rotation angle of 0 degrees according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a gimbal prism 45 having a rotation angle of 45 degrees And shows a perspective view of the sperm prism 45. As shown in Fig.
  • An apparatus 100 for measuring the thickness and refractive index of a multi-layer structure using an angularly decomposed spectroscopic reflected light measurement method includes a light source 11 for emitting light as in the first and second embodiments A first beam splitter 20 for reflecting a part of the light emitted from the illumination optical module 10; and a second beam splitter 20 for reflecting the light reflected from the first beam splitter 20, And an objective lens 30 to be incident on the object 1.
  • the S-polarized component passes through the slit and the prism 45 is rotated Turning 45 degrees allows the P-polarized component to pass through the slit.
  • the third beam splitter 80 reflects a part of the reflected light incident on the measurement object 1 and reflects the reflected light from the third beam splitter 80, And the image of the measurement object 1 is obtained by the image acquiring unit 90.
  • the image acquiring unit 90 acquires the image of the measurement object 1,
  • the third embodiment of the present invention includes a grooming prism 45 (dove prism) as shown in FIG.
  • the reflected light that has passed through the third beam splitter 80 is incident on the gimlet prism 45 and the reflected light transmitted through the gimlet prism 45 is incident on the angle-resolved spectroscopic image acquisition unit 40 side.
  • the gyration prism 45 rotates around the optical axis, the incident light is rotated and emitted.
  • the grooming prism 45 rotates about the optical axis by &thetas; degrees, the output reflected light that is rotated by 2 [theta] degrees from the input reflected light is emitted.
  • the angle-resolved spectroscopic image acquisition unit 40 acquires a polarized angle-resolved spectroscopic image by polarizing the reflected light on the back focal plane of the objective lens 30 transmitted through the goniometric prism 45.
  • the angle-resolved spectroscopic image acquisition unit 40 acquires an s-polarized image or a p-polarized image according to the rotation angle of the goniophotos 45. That is, the angular resolution spectroscopic image acquisition unit 40 acquires the s-polarized image when the rotation angle of the grooming prism 45 is 0, and acquires the p-polarized image when the rotation angle of the grooming prism 45 is 45 degrees .
  • the angle of rotation of the stereoscopic prism 45 is changed while using one angular resolution spectroscopic image acquisition unit 40 to acquire both the s-polarized image and the p-polarized image .
  • the analyzing means analyzes the measurement object 1 from the image of the measurement object 1 acquired by the image acquisition unit 90, the s-polarized image acquired from the angle decomposition spectroscopic image acquisition unit 40, and the p- The thickness and the refractive index of the film are measured and analyzed.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 빛의 편광에 따른 각도분해 분광 반사율을 측정하여 다층 박막의 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 각도분해 분광영상획득부를 통해 대물렌즈의 후초점면(back focal plane)에 위치한 반사광의 s-편광영상과 p-편광영상을 통해 다층 박막을 갖는 구조물의 각층의 두께 및 굴절률을 측정, 분석할 수 있는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

Description

각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
본 발명은 빛의 편광에 따른 각도분해 분광 반사율을 측정하여 다층 박막의 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법에 대한 것이다.
박막의 두께를 측정하기 위한 측정법으로서 반사광 측정방법이 적용되고 있다. 도 1은 종래 박막 두께 측정을 위한 반사광 측정기의 기본 구조를 나타낸 구성도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 박막 두께 측정을 위한 반사광 측정기는 대략적으로 광원(11), 빔스플리터(2), 집광렌즈(3), 디텍터(4) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 광원(11)에서 광이 출사되어 빔스플리터(2)에 의해 출사광을 50:50의 비율로 분리시키고 분리되는 광 중 반사광은 집광렌즈(3)를 통해 집광되어 측정대상물(1)로 조사되게 된다.
조사되는 광은 측정대상물(1)의 상부층에서 반사되는 광과 하부층에서 반사되는 광으로 나누어지고 이러한 위상차를 디텍터(4)에서 측정, 분석하여 박막의 두께를 측정하게 된다.
또한, 박막 두께를 측정할 수 있는 측정법은 아직도 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 빔형상반사광측정법에 대한 연구는 1992년 Allan Rosencwaig외 4인이 3 nm부터 2 μm에 이르는 다양한 두께의 박막 시편에 대한 두께와 굴절률을 측정한 이래(Allan Rosencwaig, Jon Opsal, D. L. Willenborg, S. M. Kelso, and J. T. Fanton, Beam profile reflectometry: A new technique for dielectric film measurements, Applied Physics Letter, Vol. 60, No. 11, pp.1301~1303), 2002년 Qiwen Zhan(Qiwen Zhan and James R. Leger, Microellipsometer with radial symmetry, Applied Optics, Vol. 41, No. 22, pp. 4630~4637)에 의해 측정 성능이 개선된 연구결과가 보고되었다.
도 2는 간섭계 원리를 이용한 박막 두께 측정장치를 나타낸 구성도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 간섭계 원리를 이용한 박막 두께 측정장치는 광원(11), 제1빔스플리터(20), 제2빔스플리터(23), 제1집광렌즈(5), 제2집광렌즈(6), 기준미러(34), 디텍터(4) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
도 2에 도시된 측정장치에 의하여, 광원(11)에서 출사된 광원은 제1빔스플리터(20)에 의해 일부는 반사되고 나머지는 투과되며, 제1빔스플리터(20)에 의해 반사된 광은 제2빔스플리터(23)에 입사되어 제2빔스플리터(23)에 의해 반사된 광은 제2집광렌즈(6)를 투과하여 기준미러(34)에 의해 반사된 후, 제2빔스플리터(23)에 반사되어 제2반사광으로서 디텍터(4)로 입사되고, 반면 제2빔스플리터(23)를 투과한 광은 제1집광렌즈(5)를 투과하여 측정대상물(1)에 반사된 후 제1반사광으로서 디텍터(4)에 입사되게 된다. 즉, 제1반사광과 제2반사광의 간섭광이 디텍터(4)에 입사되게 된다. 이러한 간섭광에는 박막에 대한 두께정보가 포함되어 있게 된다.
도 3은 각도분해 분광영상획득부로 구성된 디텍터의 구조를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 각도분해 분광영상획득부(40)는 대물렌즈의 후초점면에서의 한 라인에 대한 파장별 광강도분포를 분석할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 각도분해 분광영상획득부(40)는 이미징 광학계 (41), 슬릿(42), 영상분광기(43)를 포함하여, 대물렌즈의 후초점면에서의 한 라인만의 영상만 획득하여 이를 회절광학소자(Diffractive Optics)를 통해 파장별 분광시킴으로써 결과적으로 대물렌즈의 입사각에 대한 수백 개의 연속된 분광밴드를 얻는 장치에 해당한다. 이러한 각도분해 분광영상획득부를 통해 박막의 두께를 측정, 분석할 수 있게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 각도분해 분광영상획득부를 통해 대물렌즈의 후초점면(back focal plane)에 위치한 반사광의 s-편광영상과 p-편광영상을 통해 다층 박막을 갖는 구조물의 각층의 두께 및 굴절률을 측정, 분석할 수 있는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 하나의 각도분해 분광영상획득부를 사용하면서도 정립프리즘의 회전각도를 변경하여 s-편광영상과, p-편광영상을 모두 획득하여, 다층 박막을 갖는 구조물의 각층의 두께 및 굴절률을 측정, 분석할 수 있는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 장치에 있어서, 광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터; 상기 제1빔스플리터에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사시키는 대물렌즈; 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 제2빔스플리터; 상기 대물렌즈의 후초점면(back focal plane)에 위치한 상기 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제1각도분해 분광영상획득부; 및 상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광이 입사되어, 상기 대물렌즈의 후초점면에 위치한 상기 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제2각도분해 분광영상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치로서 달성될 수 있다.
그리고, 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 조명광학모듈은, 광을 출사시키는 광대역광원과, 상기 광대역광원에서 출사된 광을 대물렌즈를 통해 측정대상물에 균일한 광강도 분포를 갖도록 광을 출사시키는 조명 광학계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 조명광학계와 상기 제1빔스플리터 사이에 구비되는 선형편광기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제1각도분해 분광영상획득부는 상기 제2빔스플리터에서 반사된 대물렌즈의 후초점면에 위치한 반사광을 제1슬릿으로 이미징하는 제1이미징광학계와, 상기 제1이미징광학계에서 출사된 후초점면에서의 반사광에서 제1편광만을 투과시키는 제1슬릿과, 제1편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제1영상분광기를 포함하고, 상기 제2각도분해 분광영상획득부는 상기 제2빔스플리터에서 투과된 대물렌즈의 후초점면에 위치한 반사광을 제2슬릿으로 이미징하는 제2이미징광학계와, 상기 제2이미징광학계에서 출사된 후초점면에서의 반사광에서 제2편광만을 투과시키는 제2슬릿과, 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제2영상분광기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 분석수단은 편광상태에 따라 측정대상물에서 반사된 각도분해 분광영상을 실시간으로 측정하여 비교분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 측정장치를 이용하여, 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 방법에 있어서, 조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 단계; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 제1빔스플리터가 반사시키는 단계; 대물렌즈를 통해, 상기 제1빔스플리터에서 반사된 광이 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사되는 단계; 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 제2빔스플리터로 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 단계; 상기 제2빔스플리터에서 반사된 반사광이 제1각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되고 상기 제1각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상이 획득되고, 상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광은 제2각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되어 상기 제2각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상이 획득되는 단계; 및 분석수단이 상기 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 장치에 있어서, 광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터; 상기 제1빔스플리터에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사시키는 대물렌즈; 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 제2빔스플리터; 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부를 반사시키는 제3빔스플리터; 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 입사되어 상기 측정대상물의 영상을 획득하는 영상획득부; 상기 제2빔스플리터에서 반사된 반사광이 입사되어, 대물렌즈의 후초점면(back focal plane)에서의 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제1각도분해 분광영상획득부; 및 상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광이 입사되어, 대물렌즈의 후초점면(back focal plane)에서의 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제2각도분해 분광영상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광영상을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치로서 달성될 수 있다.
그리고, 상기 영상획득부에서 획득한 측정대상물 영상과, 상기 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 영상획득부는 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광을 이미징하는 튜브렌즈와, 상기 튜브렌즈를 투과한 영상이 입사되어 상기 측정대상물의 영상을 획득하는 CCD 또는 CMOS를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은, 앞서 언급한 제3목적에 따른 측정장치를 이용한 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 방법으로서, 조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 단계; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 제1빔스플리터가 반사시키는 단계; 대물렌즈를 통해, 상기 제1빔스플리터에서 반사된 반사광이 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사되는 단계; 제3빔스플리터에 의해 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부가 반사되고, 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 영상획득부에 입사되어 상기 측정대상물의 영상이 획득되는 단계; 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 제2빔스플리터로 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 단계; 상기 제2빔스플리터에서 반사된 반사광이 제1각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되고 상기 제1각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상이 획득되고, 상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광은 제2각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되어 상기 제2각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상이 획득되는 단계; 및 분석수단이 상기 영상획득부에서 획득된 측정대상물 영상과, 상기 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제5목적은, 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 장치에 있어서, 광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터; 상기 제1빔스플리터에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사시키는 대물렌즈; 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부를 반사시키는 제3빔스플리터; 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 입사되어 상기 측정대상물의 영상을 획득하는 영상획득부; 상기 제3빔스플리터에서 투과된 반사광이 입사되고, 광축을 중심으로 회전함에 따라 상기 반사광을 회전시키는 정립프리즘; 및 상기 정립프리즘을 투과한 대물렌즈의 후초점면에서의 반사광을 편광하여 편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 각도분해 분광영상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치로서 달성될 수 있다.
그리고, 정립프리즘은 광축을 중심으로 θ°회전함에 따라, 입력 반사광에서 2θ°만큼 회전된 출력 반사광을 출사시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 각도분해 분광영상획득부는 상기 정립프리즘의 회전각도에 따라 제1편광된 각도분해 분광영상 또는 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하고, 영상획득부에서 획득한 측정대상물 영상과, 상기 각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제6목적은, 앞서 언급한 제5목적에 따른 측정장치를 이용한 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 방법에 있어서, 조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 단계; 상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 제1빔스플리터가 반사시키는 단계; 대물렌즈를 통해, 상기 제1빔스플리터에서 반사된 광이 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사되는 단계; 제3빔스플리터에 의해 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부가 반사되고, 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 영상획득부에 입사되어 상기 측정대상물의 영상이 획득되는 단계; 상기 제3빔스플리터에서 투과된 반사광이 정립프리즘에 입사되고, 상기 정립프리즘이 광축을 중심으로 회전함에 따라 입력 반사광을 회전시켜 출력 반사광을 출사시키는 단계; 및 각도분해 분광영상획득부에 의해 상기 정립프리즘을 투과한 출력 반사광을 편광하여 편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 각도분해 분광영상획득부는 상기 정립프리즘의 회전각도에 따라 제1편광된 각도분해 분광영상 또는 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하고, 분석수단은 상기 영상획득부에서 획득한 측정대상물 영상과, 상기 각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법에 따르면, 각도분해 분광영상획득부를 통해 대물렌즈의 후초점면(back focal plane)에 위치한 반사광의 s-편광영상과 p-편광영상을 통해 다층 박막을 갖는 구조물의 각층의 두께 및 굴절률을 측정, 분석할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 하나의 각도분해 분광영상획득부를 사용하면서도 정립프리즘의 회전각도를 변경하여 s-편광영상과, p-편광영상을 모두 획득하여, 다층 박막을 갖는 구조물의 각층의 두께 및 굴절률을 측정, 분석할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 박막 두께 측정을 위한 반사광 측정기의 기본 구조를 나타낸 구성도,
도 2는 간섭계 원리를 이용한 박막 두께 및 형상 측정장치를 나타낸 구성도,
도 3은 각도분해 분광영상획득부로 구성된 디텍터의 구조를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치의 대물렌즈를 투과하는 광의 각도와 초점을 나타낸 측면도,
도 6은 도 5의 평면도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치의 구성도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치의 구성도,
[규칙 제91조에 의한 정정 05.04.2018]　
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른, 회전각도가 0도인 정립프리즘의 사시도,
[규칙 제91조에 의한 정정 05.04.2018]　
도 10는 본 발명의 제3실시예에 따른, 회전각도가 45도인 정립프리즘의 사시도를 도시한 것이다.
<부호의 설명>
1:측정대상물 2:빔스플리터 3:집광렌즈
4:디텍터 5:제1집광렌즈 6:제2집광렌즈
10:조명광학모듈 11:광원 12:조명 광학계
13:선형편광기 20:제1빔스플리터 30:대물렌즈
40:각도분해 분광영상획득부 41:이미징광학계
42:슬릿 43:영상분광기 45:정립프리즘
50:제2빔스플리터 60:제1각도분해 분광영상획득부
61:제1이미징광학계 62:제1슬릿 63:제1영상분광기
70:제2각도분해 분광영상획득부 71:제2이미징광학계
72:제2슬릿 73:제2영상분광기 80:제3빔스플리터
90:영상획득부 91:튜브렌즈
92:영상획득부의 CCD 또는 CMOS
100:각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)의 구성, 기능 및 측정방법에 대해 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)의 대물렌즈(30)를 투과하는 광의 입사 각도와 초점을 나타낸 측면도, 도 6은 도 5의 평면도를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 다층 박막이 코팅된 측정대상물(1)의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 장치는, 조명광학모듈(10)과, 제1빔스플리터(20)와, 대물렌즈(30)와, 제2빔스플리터(50)와 제1각도분해 분광영상획득부(60)와, 제2각도분해 분광영상획득부(70) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
조명광학모듈(10)은 광을 출사시키는 광대역광원(11)과, 이러한 광대역광원(11)에서 출사된 광을 대물렌즈를 통해 측정물체에 균일한 광강도 분포를 갖도록 광을 출사시키는 조명 광학계(12)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 구체적실시예로서 광대역광원(11)은 400 ~ 700nm 파장을 갖는 광을 출사시키도록 구성된다.
그리고 제1빔스플리터(20)는 조명광학모듈(10)에서 출사된 광 일부를 반사시켜 대물렌즈(30) 측으로 입사시키게 된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 조명광학계(12)와 제1빔스플리터(20) 사이에 선형편광기(13)(Linear polarizer)가 구비될 수 있다. 선형편광기(13)를 이용하여 대물렌즈(30)에 입사되는 빔의 편광방향을 조절하여 제1슬릿에는 s-편광의 성분이 제2슬릿에는 p-편광의 성분이 통과하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 높은 개구수를 갖는 대물렌즈(30)를 적용하게 된다. 최대한 대물렌즈의 개구수가 높아야 합니다. 공기중에서 대물렌즈를 사용할 때 이론상 가장 높은 개구수는 1입니다. 참고로 실험에서 사용된 대물렌즈의 개구수는 0.9입니다. 이때의 입사각은 0도에서부터 64도까지 변합니다
또한, 제1빔스플리터(20)에서 반사된 광은 대물렌즈(30)를 통해 다층 박막으로 구성된 측정대상물(1)로 입사되게 된다. 다층 박막으로 구성된 측정대상물(1)에 입사된 광은 반사되어 제1빔스플리터(20)를 투과하게 된다.
그리고, 측정대상물(1)에 입사되어 반사된 반사광은 제1빔스플리터(20)를 투과한 후, 제2빔스플리터에 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되게 된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2빔스플리터(50)에서 반사된 반사광은 제1각도분해 분광영상획득부(60) 측으로 입사되며, 반면 제2빔스플리터(50)를 투과한 반사광은 제2각도분해 분광영상획득부(70) 측으로 입사되게 된다.
제1각도분해 분광영상획득부(60)는 제2빔스플리터(50)에서 반사된 반사광이 입사되어, 대물렌즈(30)의 후초점면(back focal plane)에 위치한 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상을 획득하게 된다. 이러한 제1편광된 각도분해 분광영상은 실시예에서 s-편광(s-polarization) 영상일 수 있다. 반면, 제2각도분해 분광영상획득부(70)는 제2빔스플리터(50)에서 투과된 반사광이 입사되어, 대물렌즈(30)의 후초점면(back focal plane)에 위치한 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하게 된다. 이러한 제2편광된 각도분해 분광영상은 실시예에서 p-편광(p-polarization) 영상일 수 있다.
그리고 분석수단은 제1각도분해 분광영상획득부(60)로부터 획득한 s-편광영상과, 제2각도분해 분광영상획득부(70)로부터 획득한 p-편광영상으로부터 측정대상물(1)의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하게 된다. 또한, 분석수단은 편광 상태에 따라 측정대상물에서 반사된 각도분해 분광영상을 실시간으로 측정하여 비교분석하게 된다.
그리고, 제1각도분해 분광영상획득부(60)는 제2빔스플리터(50)에서 반사된 대물렌즈(30)의 후초점면에 위치한 반사광을 제1슬릿(62)으로 이미징하는 제1이미징광학계(61)와, 제1이미징광학계(61)에서 출사된 후초점면에서의 s-편광만을 투과시키는 제1슬릿(62)과, s-편광영상을 획득하는 제1영상분광기(63)를 포함하여 구성되게 된다.
또한, 제2각도분해 분광영상획득부(70)(Imaging Spectrometer 1)는 제2빔스플리터에서 투과된 대물렌즈(30)의 후초점면에 위치한 반사광을 제2슬릿으로 이미징하는 제2이미징광학계(71)와, 제2이미징광학계(71)에서 출사된 후초점면에서의 p-편광만을 투과시키는 제2슬릿(72)과, p-편광영상을 획득하는 제2영상분광기(73)를 포함하여 구성된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)의 구성도를 도시한 것이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)는 앞서 언급한 제1실시예에 따른 측정장치(100)의 구성을 포함하면서, 측정대상물(1)의 영상을 획득하는 영상획득부(90)를 더 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)는, 광을 출사시키는 광원(11)을 갖는 조명광학모듈(10)과, 조명광학모듈(10)에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터(20)와, 제1빔스플리터(20)에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물(1)로 입사시키는 대물렌즈(30)를 포함하여 구성된다.
또한, 제1실시예와 같이, 측정대상물(1)에 입사되어 반사된 반사광이 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 제2빔스플리터(50)를 포함하여 구성된다.
제2실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)는 추가적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 측정대상물(1)에 입사되어 반사된 반사광 일부를 반사시키는 제3빔스플리터(80)와, 제3빔스플리터(80)에서 반사된 반사광이 입사되어 측정대상물(1)의 영상을 획득하는 영상획득부(90)를 더 포함하여 구성된다.
이러한 영상획득부(90)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제3빔스플리터(80)에서 반사된 반사광을 이미징하는 튜브렌즈(91)와, 튜브렌즈(91)를 투과한 영상이 입사되어 측정대상물(1)의 영상을 획득하는 CCD 또는 CMOS(92)를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 제1실시예에서와 같이, 제2빔스플리터(50)에서 반사된 반사광은 제1각도분해 분광영상획득부(60) 측으로 입사되고, 제1각도분해 분광영상획득부(60)는 대물렌즈(30)의 후초점면에 위치한 반사광을 s-편광하여 s-편광 영상을 획득하게 된다.
또한, 제2빔스플리터(50)에서 투과된 반사광은 제2각도분해 분광영상획득부(70) 측으로 입사되고, 제2각도분해 분광영상획득부(70)는 대물렌즈(30)의 후초점면에 위치한 반사광을 p-편광하여 p-편광 영상을 획득하게 된다.
그리고 분석수단은 영상획득부(90)에서 획득한 측정대상물(1) 영상과, 제1각도분해 분광영상획득부(60)로부터 획득한 s-편광영상과, 제2각도분해 분광영상획득부(70)로부터 획득한 p-편광영상으로부터 측정대상물(1)의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하게 된다.
따라서 본 발명의 제2실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법은 먼저, 조명광학모듈(10)의 광대역 광원(11)에서 광이 출사되고, 조명광학모듈(10)에서 출사된 광 일부는 제1빔스플리터(20)에서 반사되어, 대물렌즈(30)를 통해, 다층 박막으로 구성된 측정대상물(1)로 입사된다.
그리고, 제3빔스플리터(80)에 의해 측정대상물(1)에 입사되어 반사된 반사광 일부가 반사되고, 제3빔스플리터(80)에서 반사된 반사광이 영상획득부(90)에 입사되어 측정대상물(1)의 영상을 획득하게 된다.
또한, 측정대상물(1)에 입사되어 반사된 반사광은 제2빔스플리터(50)로 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되게 된다.
제2빔스플리터(50)에서 반사된 반사광은 제1각도분해 분광영상획득부(60) 측으로 입사되고 제1각도분해 분광영상획득부(60)에서 대물렌즈(30)의 후초점면에서의 반사광을 s-편광하여 s-편광 영상을 획득하고, 제2빔스플리터(50)에서 투과된 반사광은 제2각도분해 분광영상획득부(70) 측으로 입사되어 제2각도분해 분광영상획득부(70)에서 대물렌즈(30)의 후초점면에서의 반사광을 p-편광하여 p-편광 영상을 획득하게 된다.
그리고 분석수단은 영상획득부(90)에서 획득된 측정대상물(1) 영상과, 제1각도분해 분광영상획득부(60)로부터 획득한 s-편광영상과, 제2각도분해 분광영상획득부(70)로부터 획득한 p-편광영상으로부터 측정대상물(1)의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하게 된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 05.04.2018]　
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른, 회전각도가 0도인 정립프리즘(45)의 사시도를 도시한 것이고, 도 10는 본 발명의 제3실시예에 따른, 회전각도가 45도인 정립프리즘(45)의 사시도를 도시한 것이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치(100)는 앞서 언급한 제1, 제2실시예에서와 같이, 광을 출사시키는 광원(11)을 갖는 조명광학모듈(10)과, 조명광학모듈(10)에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터(20)와, 제1빔스플리터(20)에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물(1)로 입사시키는 대물렌즈(30)를 포함하여 구성된다. 또한, 선형편광기(13)를 이용하여 대물렌즈(30)에 입사되는 빔의 편광 방향을 조절하여 정립 프리즘(45)을 회전시키기 전에는 슬릿에 S-편광의 성분이 통과하고 정립 프리즘(45)을 45도 회전시키면 슬릿에 P-편광 성분이 통과하도록 한다.
또한, 앞서 언급한 제2실시예에서와 같이, 제3빔스플리터(80)는 측정대상물(1)에 입사되어 반사된 반사광 일부를 반사시키고, 제3빔스플리터(80)에서 반사된 반사광은 영상획득부(90)에 입사되고 영상획득부(90)에 의해 측정대상물(1)의 영상을 획득하게 된다.
본 발명의 제3실시예에서는 제1, 제2실시예에서와 달리, 도 8에 도시된 바와 같이, 정립프리즘(45)(도브 프리즘, dove prism)을 포함하여 구성된다. 정립프리즘(45) 측으로 제3빔스플리터(80)를 투과한 반사광이 입사되고, 정립프리즘(45)을 투과한 반사광은 각도분해 분광영상획득부(40) 측으로 입사되게 된다.
정립프리즘(45)은 광축을 중심으로 회전함에 따라 입사되는 반사광을 회전시켜 출사시키게 된다. 정립프리즘(45)은 광축을 중심으로 θ°회전함에 따라, 입력 반사광에서 2θ°만큼 회전된 출력 반사광을 출사시키게 된다.
그리고, 각도분해 분광영상획득부(40)는 정립프리즘(45)을 투과한 대물렌즈(30)의 후초점면에서의 반사광을 편광하여 편광된 각도분해 분광영상을 획득하게 된다.
[규칙 제91조에 의한 정정 05.04.2018]　
도 10에 도시된 바와 같이, 정립프리즘(45)의 회전각도가 45도인 경우, 90도가 회전된 출력 영상을 얻게 된다.
따라서 각도분해 분광영상획득부(40)는 정립프리즘(45)의 회전각도에 따라 s-편광영상 또는 p-편광영상을 획득하게 된다. 즉 각도분해 분광영상획득부(40)는 정립프리즘(45)의 회전각도가 0인 경우 s-편광영상을 획득하게 되고, 정립프리즘(45)의 회전각도가 45도인 경우 p-편광영상을 획득하게 된다.
따라서 본 발명의 제3실시예에 따르면, 하나의 각도분해 분광영상획득부(40)를 사용하면서도 정립프리즘(45)의 회전각도를 변경하여 s-편광영상과, p-편광영상을 모두 획득할 수 있게 된다.
그리고, 분석수단은 영상획득부(90)에서 획득한 측정대상물(1) 영상과, 각도분해 분광영상획득부(40)로부터 획득한 s-편광영상과, p-편광영상으로부터 측정대상물(1)의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하게 된다.

Claims (16)

  1. 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터;
    상기 제1빔스플리터에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사시키는 대물렌즈;
    상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 제2빔스플리터;
    상기 제2빔스플리터에서 반사된 반사광이 입사되어, 상기 대물렌즈의 후초점면에 위치한 상기 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제1각도분해 분광영상획득부; 및
    상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광이 입사되어, 상기 대물렌즈의 후초점면에 위치한 상기 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제2각도분해 분광영상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 조명광학모듈은,
    광을 출사시키는 광대역광원과, 상기 광대역광원에서 출사된 광을 대물렌즈를 통해 측정대상물에 균일한 광강도 분포를 갖도록 광을 출사시키는 조명 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 조명광학계와 상기 제1빔스플리터 사이에 구비되는 선형편광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1각도분해 분광영상획득부는 상기 제2빔스플리터에서 반사된 상기 대물렌즈의 후초점면에 위치한 상기 반사광을 제1슬릿으로 이미징하는 제1이미징광학계와, 상기 제1이미징광학계에서 후초점면에서의 반사광에서 제1편광만을 투과시키는 제1슬릿과, 제1편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제1영상분광기를 포함하고,
    상기 제2각도분해 분광영상획득부는 상기 제2빔스플리터에서 투과된 상기 대물렌즈의 후초점면에 위치한 반사광을 제2슬릿으로 이미징하는 제2이미징광학계와, 상기 제2이미징광학계에서 후초점면에서의 반사광에서 제2편광만을 투과시키는 제2슬릿과, 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제2영상분광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 분석수단은 편광상태에 따라 측정대상물에서 반사된 각도분해 분광영상을 비교분석하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  7. 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 방법에 있어서,
    조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 단계;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 제1빔스플리터가 반사시키는 단계;
    대물렌즈를 통해, 상기 제1빔스플리터에서 반사된 광이 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사되는 단계;
    상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 제2빔스플리터로 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 단계;
    상기 제2빔스플리터에서 반사된 반사광이 제1각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되고 상기 제1각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상이 획득되고, 상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광은 제2각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되어 상기 제2각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상이 획득되는 단계; 및
    분석수단이 상기 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법.
  8. 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터;
    상기 제1빔스플리터에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사시키는 대물렌즈;
    상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 제2빔스플리터;
    상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부를 반사시키는 제3빔스플리터;
    상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 입사되어 상기 측정대상물의 영상을 획득하는 영상획득부;
    상기 제2빔스플리터에서 반사된 반사광이 입사되어, 상기 대물렌즈의 후초점면(back focal plane)에 위치한 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제1각도분해 분광영상획득부; 및
    상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광이 입사되어, 상기 대물렌즈의 후초점면에 위치한 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 제2각도분해 분광영상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 영상획득부에서 획득한 측정대상물 영상과, 상기 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 영상획득부는 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광을 이미징하는 튜브렌즈와, 상기 튜브렌즈를 투과한 영상이 입사되어 상기 측정대상물의 영상을 획득하는 CCD 또는 CMOS를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  11. 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 방법에 있어서,
    조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 단계;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 제1빔스플리터가 반사시키는 단계;
    대물렌즈를 통해, 상기 제1빔스플리터에서 반사된 반사광이 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사되는 단계;
    제3빔스플리터에 의해 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부가 반사되고, 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 영상획득부에 입사되어 상기 측정대상물의 영상이 획득되는 단계;
    상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광이 제2빔스플리터로 입사되어, 일부는 반사되고 나머지는 투과되는 단계;
    상기 제2빔스플리터에서 반사된 반사광이 제1각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되고 상기 제1각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제1편광하여 제1편광된 각도분해 분광영상이 획득되고, 상기 제2빔스플리터에서 투과된 반사광은 제2각도분해 분광영상획득부 측으로 입사되어 상기 제2각도분해 분광영상획득부에서 상기 반사광을 제2편광하여 제2편광된 각도분해 분광영상이 획득되는 단계; 및
    분석수단이 상기 영상획득부에서 획득된 측정대상물 영상과, 상기 제1각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 상기 제2각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법.
  12. 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    광을 출사시키는 광원을 갖는 조명광학모듈;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 반사시키는 제1빔스플리터;
    상기 제1빔스플리터에서 반사된 광을 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사시키는 대물렌즈;
    상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부를 반사시키는 제3빔스플리터;
    상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 입사되어 상기 측정대상물의 영상을 획득하는 영상획득부;
    상기 제3빔스플리터에서 투과된 반사광이 입사되고, 광축을 중심으로 회전함에 따라 상기 반사광을 회전시키는 정립프리즘; 및
    상기 정립프리즘을 투과한 대물렌즈의 후초점면에서의 반사광을 편광하여 편광 각도분해 분광영상을 획득하는 각도분해 분광영상획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정립프리즘은 광축을 중심으로 θ°회전함에 따라, 입력 반사광에서 2θ°만큼 회전된 출력 반사광을 출사시키는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 각도분해 분광영상획득부는 상기 정립프리즘의 회전각도에 따라 제1편광된 각도분해 분광영상 또는 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하고,
    상기 영상획득부에서 획득한 측정대상물 영상과, 상기 각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정장치.
  15. 다층 박막이 코팅된 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정하기 위한 방법에 있어서,
    조명광학모듈의 광대역 광원에서 광이 출사되는 단계;
    상기 조명광학모듈에서 출사된 광 일부를 제1빔스플리터가 반사시키는 단계;
    대물렌즈를 통해, 상기 제1빔스플리터에서 반사된 광이 다층 박막으로 구성된 상기 측정대상물로 입사되는 단계;
    제3빔스플리터에 의해 상기 측정대상물에 입사되어 반사된 반사광 일부가 반사되고, 상기 제3빔스플리터에서 반사된 반사광이 영상획득부에 입사되어 상기 측정대상물의 영상이 획득되는 단계;
    상기 제3빔스플리터에서 투과된 반사광이 정립프리즘에 입사되고, 상기 정립프리즘이 광축을 중심으로 회전함에 따라 입력 반사광을 회전시켜 출력 반사광을 출사시키는 단계; 및
    각도분해 분광영상획득부에 의해 상기 정립프리즘을 투과한 출력 반사광을 편광하여 편광된 각도분해 분광영상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법.
  16. 제 15항에 있어서
    상기 각도분해 분광영상획득부는 상기 정립프리즘의 회전각도에 따라 제1편광된 각도분해 분광영상 또는 제2편광된 각도분해 분광영상을 획득하고, 분석수단은 상기 영상획득부에서 획득한 측정대상물 영상과, 상기 각도분해 분광영상획득부로부터 획득한 제1편광된 각도분해 분광영상과, 제2편광된 각도분해 분광영상으로부터 상기 측정대상물의 두께 및 굴절률을 측정, 분석하는 것을 특징으로 하는 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층막 구조물 두께 및 굴절률 측정방법.
PCT/KR2018/001183 2017-08-07 2018-01-26 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법 WO2019031667A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/610,692 US11906281B2 (en) 2017-08-07 2018-01-26 Device and method for measuring thickness and refractive index of multilayer thin film by using angle-resolved spectral reflectometry

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170099787A KR101937043B1 (ko) 2017-08-07 2017-08-07 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
KR10-2017-0099787 2017-08-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019031667A1 true WO2019031667A1 (ko) 2019-02-14

Family

ID=65027652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/001183 WO2019031667A1 (ko) 2017-08-07 2018-01-26 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11906281B2 (ko)
KR (1) KR101937043B1 (ko)
WO (1) WO2019031667A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022233648A1 (de) 2021-05-05 2022-11-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren und messanordnung zur bestimmung der brechzahl einer schicht

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021020604A1 (ko) * 2019-07-29 2021-02-04 한국표준과학연구원 편광에 따른 각도분해 분광간섭 영상을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
KR102205597B1 (ko) * 2019-08-16 2021-01-21 한국표준과학연구원 단일 샷 각도분해 분광 반사광 측정법을 이용한 다층박막 두께 측정장치 및 측정방법
KR102391066B1 (ko) * 2020-02-25 2022-04-28 한국표준과학연구원 다층박막 두께 및 형상 측정을 위한 진동둔감 간섭계
CN114295064B (zh) * 2021-12-18 2024-04-19 上海精测半导体技术有限公司 光测量装置、方法及光声膜厚测量系统
KR102627061B1 (ko) * 2022-01-03 2024-01-24 한국표준과학연구원 회전프리즘과 빔축소부를 이용한 표면 스캐너

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09196630A (ja) * 1996-01-16 1997-07-31 Toray Ind Inc 光学定数測定装置および顕微鏡
JP2001007173A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Kobe Steel Ltd 少数キャリアのライフタイム測定装置
JP2004177133A (ja) * 2002-11-22 2004-06-24 Fujitsu Ltd 強誘電体結晶の評価方法および評価装置
KR20130084718A (ko) * 2012-01-18 2013-07-26 (주)미래컴퍼니 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법
KR101394058B1 (ko) * 2005-06-06 2014-05-13 케이엘에이-텐코 코포레이션 대칭성 및 반대칭성 신호를 사용하는 오버레이 및 프로파일비대칭성 측정 방법 및 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7177030B2 (en) * 2004-04-22 2007-02-13 Technion Research And Development Foundation Ltd. Determination of thin film topography
WO2008019160A2 (en) * 2006-08-11 2008-02-14 Northwestern University Method for identifying refractive-index fluctuations of a target
WO2016177568A1 (en) * 2015-05-04 2016-11-10 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for inspection and metrology
KR101886919B1 (ko) * 2016-06-16 2018-09-11 한국표준과학연구원 영상분광광학계를 이용한 다층막 구조물의 두께와 형상 측정장치 및 측정방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09196630A (ja) * 1996-01-16 1997-07-31 Toray Ind Inc 光学定数測定装置および顕微鏡
JP2001007173A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Kobe Steel Ltd 少数キャリアのライフタイム測定装置
JP2004177133A (ja) * 2002-11-22 2004-06-24 Fujitsu Ltd 強誘電体結晶の評価方法および評価装置
KR101394058B1 (ko) * 2005-06-06 2014-05-13 케이엘에이-텐코 코포레이션 대칭성 및 반대칭성 신호를 사용하는 오버레이 및 프로파일비대칭성 측정 방법 및 시스템
KR20130084718A (ko) * 2012-01-18 2013-07-26 (주)미래컴퍼니 분광기를 사용한 3차원 표면 측정 장치 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022233648A1 (de) 2021-05-05 2022-11-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren und messanordnung zur bestimmung der brechzahl einer schicht
DE102021204532A1 (de) 2021-05-05 2022-11-10 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren und Messanordnung zur Bestimmung der Brechzahl einer Schicht

Also Published As

Publication number Publication date
US20210341283A1 (en) 2021-11-04
US11906281B2 (en) 2024-02-20
KR101937043B1 (ko) 2019-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019031667A1 (ko) 각도분해 분광 반사광측정법을 이용한 다층박막 두께 및 굴절률 측정장치 및 측정방법
WO2021033860A1 (ko) 단일 샷 각도분해 분광 반사광 측정법을 이용한 다층박막 두께 측정장치 및 측정방법
US5517312A (en) Device for measuring the thickness of thin films
WO2017135641A1 (ko) 일체형 편광간섭계 및 이를 적용한 스냅샷 분광편광계
USRE40225E1 (en) Two-dimensional beam deflector
US6753961B1 (en) Spectroscopic ellipsometer without rotating components
US6909507B2 (en) Polarimetric scatterometry methods for critical dimension measurements of periodic structures
AU6381500A (en) Parallel detecting, spectroscopic ellipsometers/polarimeters
US6667805B2 (en) Small-spot spectrometry instrument with reduced polarization
WO2021172647A1 (ko) 다층박막 두께 및 형상 측정을 위한 진동둔감 간섭계
JP3866849B2 (ja) 偏光解析装置
USRE38153E1 (en) Two-dimensional beam deflector
US6441972B1 (en) Optical image separator
JP2002005629A (ja) 光学的測定装置
WO2022220662A1 (ko) 기하 위상 렌즈를 기반으로 하는 색공초점 센서
US20190183332A1 (en) Thin film analysis apparatus and method for a curved surface
KR101825994B1 (ko) 직선편광으로 인한 계측오차가 보정된 휘도색도계
JP2000111472A (ja) 複屈折測定装置及びフィルムの配向測定装置
WO2021182732A1 (ko) 마이크로 엘립소미터
WO2021215621A1 (ko) 동축 분광 이미징 엘립소미터
WO2023128133A1 (ko) 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계
WO2021246602A1 (ko) 반사도 및 입사 광량의 측정 장치
WO2024111873A1 (ko) 광 계측기
WO2024096366A1 (ko) 대면적 분광 이미징이 결합된 고체 기반 양자 광원 특성 평가 방법 및 장치
JP2528145Y2 (ja) 顕微赤外スペクトル測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18844156

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18844156

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1