WO2021246540A1 - 박막 특성 측정장치 - Google Patents

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WO2021246540A1
WO2021246540A1 PCT/KR2020/007098 KR2020007098W WO2021246540A1 WO 2021246540 A1 WO2021246540 A1 WO 2021246540A1 KR 2020007098 W KR2020007098 W KR 2020007098W WO 2021246540 A1 WO2021246540 A1 WO 2021246540A1
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thin film
light
lens assembly
measuring device
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박준
안세원
정윤숙
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엘지전자 주식회사
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    • G02B9/62—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having six components only

Definitions

  • the present invention is an apparatus used to measure the characteristics of a thin film of a subject by using an interference phenomenon between wavelengths of reflected light after being irradiated to the subject.
  • the thickness and refractive index of the thin film may be measured by reflectometry, and the reflectometer may correspond to a thin film layer measurement system.
  • the reflectophotometer is a non-contact, non-destructive measuring device that can measure the characteristics of a multi-layer thin film, and has the advantage of being able to measure without special preparation or processing of the subject.
  • US Patent No. 7286242 B2 discloses an apparatus for measuring characteristics of a thin film using a two-dimensional detector and a method for measuring the same (Apparatus for measuring characteristics of thin film by means of two-dimensional detector and method of measuring the same).
  • the thickness of the thin film may be measured on a sample substrate made of a substrate and a thin film by the apparatus according to the prior art.
  • Light irradiated from a light source is incident on a substrate having a thin film through a beam splitter and a lens 26 .
  • the two reflected lights have differences in optical paths.
  • the light reflected from different surfaces of the specimen has an optical path difference, and an interference phenomenon occurs due to the optical path difference.
  • a different path difference is generated for each wavelength, and constructive interference or destructive interference is generated according to the wavelength of the light beam.
  • the reflected light from the specimen is projected on a spectroscope, and the spectroscope analyzes the projected reflected light to obtain the intensity of the reflected light as a function of the light wavelength.
  • the result is passed through a numeric converter and an information processor, and the thickness, refractive index, etc. of the thin film of the sample are calculated accordingly to obtain a measured value.
  • One problem to be solved by the present invention is to provide a thin film characteristic measuring device that can effectively and accurately measure the thickness and/or width of a thin film of a subject in a region exceeding the size (diameter) of light irradiated to the subject will do
  • Another object to be solved by the present invention is to provide an apparatus for measuring thin film properties in which light irradiated to an object is repeatedly deformed at a position thereof, and is incident and reflected in a direction perpendicular to the surface of the object to be inspected.
  • Another object to be solved by the present invention is to provide a thin film characteristic measuring apparatus capable of effectively measuring a thin film of a subject having a curved surface.
  • Another object to be solved by the present invention is to provide a thin film characteristic measuring apparatus capable of simultaneously measuring several parts of an object to be inspected.
  • a thin film characteristic measuring apparatus is an apparatus used to measure a thickness and/or a width of a thin film of a subject.
  • the thin film characteristic measuring device includes a light source, a first reflection mirror, a first actuator, and a lens assembly.
  • the light source may be formed of a superluminescent diode (SLD).
  • SLD superluminescent diode
  • the first reflection mirror is configured to reflect the light irradiated from the light source.
  • the first actuator is configured to reciprocate and tilt the first reflecting mirror in a predetermined angle range.
  • the lens assembly includes a plurality of lenses, and the light reflected by the first reflecting mirror is incident and transmitted.
  • the lens assembly the principal ray of the incident ray of light incident on the lens assembly is formed with the optical axis of the lens assembly rather than the angle formed by the optical axis of the lens assembly, the principal ray of the transmitted ray transmitted through the lens assembly is formed with the optical axis of the lens assembly The angle is made to be less than or equal to.
  • the thin film characteristic measuring device may be configured such that, when the angle between the chief ray of light incident on the lens assembly and the optical axis is 0 to 3.7°, the angle between the chief ray of light passing through the lens assembly and the optical axis is 0 to 0.1°. have.
  • the light irradiated from the light source may have a central wavelength of 800 to 900 nm and a bandwidth of 100 to 200 nm.
  • the light source may include an optical fiber that transmits light.
  • the optical fiber may have a diameter of 10 ⁇ m or less and a numerical aperture (NA) of 0.3 or less.
  • the thin film characteristic measuring apparatus may further include a collimator positioned between the light source and the first reflection mirror.
  • a numerical aperture (NA) of the collimator may be greater than a numerical aperture (NA) of the optical fiber.
  • the size (diameter) of the light passing through the collimator may be 50 ⁇ 200 ⁇ m.
  • the thin film characteristic measuring apparatus may be configured such that an angle formed by a chief ray of light incident to the lens assembly with an optical axis is controlled by the first actuator.
  • the center of the first reflection mirror may be located on an extension line of the optical axis of the lens assembly.
  • the thin film characteristic measuring device may include: a second reflection mirror for reflecting the light reflected by the first reflection mirror; and a second actuator for reciprocating and tilting the second reflection mirror in a predetermined angle range.
  • the thin film characteristic measuring device may be configured such that the light reflected by the second reflection mirror is incident on the lens assembly.
  • the thin film characteristic measuring device includes: a first transparent plate through which the light irradiated from the light source is transmitted; a third actuator for reciprocating and tilting the first transparent plate in a predetermined angle range; a second transparent plate through which the light transmitted through the first transparent plate is transmitted; and a fourth actuator that reciprocates and tilts the second transparent plate in a predetermined angle range.
  • the tilting axis of the first transparent plate and the tilting axis of the second transparent plate may be different from each other.
  • the light passing through the second transparent plate may be refracted by the first and second reflecting mirrors and then be incident on the lens assembly.
  • the lens assembly may include a first lens, a second lens, a third lens, a fourth lens, and a fifth lens.
  • the first lens is formed of a negative lens.
  • the second lens is disposed behind the first lens and consists of a positive lens.
  • the third lens is disposed in front of the first lens and includes a positive lens.
  • the fourth lens is disposed between the third lens and the first lens, and includes a positive lens.
  • the fifth lens is disposed between the third lens and the first lens, and includes a negative lens.
  • the lens assembly may further include a sixth lens.
  • the sixth lens is disposed between the fifth lens and the first lens, and includes a positive lens.
  • the fourth lens may be disposed in front of the fifth lens.
  • FL1 which is a sum of focal lengths of the third lens, the fourth lens, the fifth lens, and the sixth lens, is the third lens, the fourth lens, the fifth lens, the sixth lens, and the first lens It can be made shorter than FL2 which is the sum of the focal lengths of the lenses.
  • a focal length FL3 of the second lens may be longer than FL1 and shorter than FL2.
  • the diameter of the area formed by the light incident on the third lens parallel to the optical axis of the lens assembly is D1
  • the area formed while the light passing through the lens assembly touches the surface of the subject has a diameter of D2
  • the sum of the focal lengths of the third lens, the fourth lens, the fifth lens, the sixth lens, and the first lens is FL2
  • the focal length of the second lens is FL3
  • FL3/FL2 values may be made to be within the range of ⁇ 10% of D2/D1 values.
  • L1 and L2 are 20 mm or more, and the lens assembly
  • the effective focal length may be 85 mm.
  • the first lens may be formed of an asymmetrical biconcave lens.
  • the second lens may be a plano-convex lens.
  • the third lens may be formed of a positive meniscus lens.
  • the fourth lens may be formed of an asymmetrical double-convex lens.
  • the fifth lens may be a plano-concave lens.
  • the sixth lens may be formed of an asymmetrical double-convex lens.
  • the thin film characteristic measuring apparatus may include: a collimator positioned between the light source and the first reflection mirror; and a case in which the lens assembly and the first actuator are fixed, the first reflection mirror is accommodated therein, and is opened toward the collimator.
  • a plurality of heat dissipation fins may be formed on the first actuator.
  • the thin film characteristic measuring device may further include a diffraction element positioned between the light source and the lens assembly.
  • a thin film characteristic measuring apparatus includes a light source, a first reflection mirror, a first actuator, and a lens assembly.
  • the light source irradiates light
  • the first actuator tilts the first reflection mirror reciprocally in a predetermined angle range, and the light reflected by the first reflection mirror is incident on the lens and is transmitted toward the subject.
  • the angle between the principal ray of the incident ray incident on the lens assembly and the optical axis of the lens assembly is smaller than the angle between the principal ray of the transmitted ray passing through the lens assembly and the optical axis of the lens assembly.
  • light may be incident and reflected toward the subject at various points within a predetermined section or area, and at this time, the lights at each point may be kept parallel to each other, and the area and area to be inspected Alternatively, it is possible to provide a thin film characteristic measuring device capable of variously adjusting the method and the like.
  • the thin film characteristic measuring apparatus comprises the above-described first reflection mirror, the first actuator and the lens assembly, so that the position of the light irradiated to the object to be inspected is repeatedly deformed, It can be incident and reflected in a direction perpendicular to the surface of the cadaver, and the thickness and/or width of the thin film of the subject can be measured effectively and accurately.
  • the thin film characteristic measuring apparatus may include a first transparent plate, a third actuator, a second transparent plate, and a fourth actuator. Accordingly, it is possible to effectively convert the position of the light incident to the subject, and also to effectively convert the angle of the light incident to the subject. The measurement of the thin film of the inspected object can be effectively made.
  • the thin film characteristic measuring apparatus may further include a diffraction element positioned between the light source and the lens assembly.
  • the light incident to the lens assembly by the diffraction element may be divided into several and then may be incident to the lens assembly, and thus, it is possible to provide a thin film characteristic measuring apparatus capable of simultaneously measuring several parts of an object to be inspected.
  • FIGS. 1 and 2 respectively, are diagrams schematically illustrating movement of light in a thin film characteristic measuring apparatus and a thin film characteristic measuring apparatus. 1 and 2, the lens assembly is shown in cross-sectional form, and the case is indicated by a dotted line.
  • 3A is a diagram schematically illustrating a cross section of lenses constituting a lens assembly and light incident to and transmitted from an optical axis of the lens assembly to the lens assembly.
  • 3B and 3C are views schematically illustrating light incident and transmitted to the lens assembly at a point (off-axis) spaced apart from the optical axis of the lens assembly in the lens assembly of FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a part of a thin film characteristic measuring apparatus and light transmitted and reflected through such a configuration.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the first reflection mirror and the second reflection mirror are tilted in the thin film characteristic measuring apparatus of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view illustrating different progress of light passing through the lens assembly according to the tilting degree of the first reflection mirror and the second reflection mirror in the thin film characteristic measuring apparatus of FIGS. 4 and 5 .
  • FIG. 7 is a view showing a state in which the first transparent plate and the second transparent plate are tilted in the thin film characteristic measuring apparatus of FIG. 4 .
  • FIG. 8 is a view illustrating a state in which light passing through a lens assembly proceeds differently depending on the tilting degree of the first transparent plate and the second transparent plate in the thin film characteristic measuring apparatus of FIGS. 4 and 7 .
  • 9A, 9B, and 9C are views schematically illustrating the movement of light passing through the diffraction element.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a state of inspecting an object to be inspected using a thin film characteristic measuring device.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a cross-section of the subject of FIG. 10 and light incident to and reflected from the subject.
  • FIG. 12A is a graph showing the position of light incident to an object under time in the thin film characteristic measuring apparatus according to an embodiment
  • FIG. 12B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 12A
  • FIG. 12C is It is a view showing the light incident on the surface of the subject.
  • FIG. 13A is a graph showing the position of light incident to an object under time in the thin film characteristic measuring apparatus according to another embodiment
  • FIG. 13B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 13A
  • FIG. 13C is It is a view showing the light incident on the surface of the subject.
  • FIG. 14A is a graph showing the position of light incident to an object under time in a thin film characteristic measuring apparatus according to another embodiment
  • FIG. 14B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 14A
  • FIG. 14C is a diagram illustrating light incident on the surface of the subject.
  • FIG. 15A is a graph showing the position of light incident on an object to be inspected according to time in an apparatus for measuring characteristics of a thin film according to another embodiment
  • FIG. 15B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 15A
  • FIG. 15C is a diagram illustrating light incident on the surface of the subject.
  • FIG. 16A is a graph showing the position of light incident to an object under time in a thin film characteristic measuring apparatus according to another embodiment
  • FIG. 16B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 16A
  • FIG. 16C is a diagram illustrating light incident on the surface of the subject.
  • FIGS 1 and 2 are diagrams schematically showing the movement of the light (R, R1, R2) in the thin film characteristic measuring apparatus 1 and the thin film characteristic measuring apparatus (1).
  • 3A is a diagram schematically illustrating a cross section of lenses constituting the lens assembly 70 and light incident and transmitted from the optical axis OA of the lens assembly 70 to the lens assembly 70 .
  • the measuring device 1 is a device used to measure the thickness and/or the width of the thin film of the subject.
  • the measuring device 1 (hereinafter, 'thin film property measuring device 1') includes a light source 10 , a first reflection mirror 30 , a first actuator 35 , and a lens assembly 70 .
  • the light R2 that is incident on the lens assembly 70 (R1) and transmitted is incident on the surface of the object to be inspected.
  • the light reflected from the subject may be incident again to the lens assembly 70 (incident to the outlet 70c of the lens assembly 70), and the light reflected from the subject is analyzed by a separate device, and accordingly The thickness, refractive index, etc. of the thin film constituting the subject may be calculated.
  • the light source 10 is made to irradiate light with high luminance and a wide bandwidth.
  • the light source 10 may include a superluminescent diode (SLD).
  • the superluminescent diode may also be referred to as a 'superluminescent laser diode.
  • Superluminescent diodes (or high-brightness laser diodes) have the advantages of laser diodes and the characteristics of light-emitting diodes (LEDs) at the same time.
  • a super-luminescent diode may have characteristics such as ultra-small size, low power consumption, high efficiency, high brightness, and high coupling efficiency with optical fibers, which are the advantages of a laser diode, and may have characteristics of low coherence of an LED. have.
  • the light irradiated from the light source 10 may have a bandwidth of 5 to 700 nm.
  • the light irradiated from the light source 10 may have a central wavelength of 400 nm or more and a bandwidth of 40 nm or more.
  • the light source 10 may have a central wavelength of 100 to 1000 nm of the light irradiated from the light source 10 and a bandwidth of 400 to 2000 nm of the light irradiated from the light source 10 .
  • the light source 10 may have a central wavelength of 800 to 900 nm of light irradiated from the light source 10 and a bandwidth of 100 to 200 nm of light irradiated from the light source 10 . More specifically, the light source 10 may have a central wavelength of 850 nm of the light irradiated from the light source 10 and a bandwidth of 165 nm ⁇ 82.5 nm of the light irradiated from the light source 10 .
  • the light source 10 may include an optical fiber 11 that transmits light.
  • the optical fiber 11 may have a diameter of 10 ⁇ m or less and a numerical aperture (NA) of 0.3 or less.
  • the optical fiber 11 may have a diameter of 5 ⁇ m and a numerical aperture NA of 0.14.
  • the first reflecting mirror 30 made of a mirror is configured to reflect the light R irradiated from the light source 10 .
  • the first actuator 35 is configured to reciprocate and tilt the first reflection mirror 30 in a predetermined angle range.
  • the first actuator 35 may include an electric motor and may include a step motor.
  • the first reflection mirror 30 is coupled to the drive shaft (rotation shaft, 35a) of the first actuator 35 including a motor, and the drive shaft (rotation shaft, 35a) of the first actuator 35 rotates repeatedly in both directions. , the first reflection mirror 30 may be tilted reciprocally in a predetermined angle range.
  • the rotation speed, rotation angle range, etc. of the driving shaft (rotation shaft, 35a) of the first actuator 35 may be variously changed.
  • the first reflection mirror 30 and the first actuator 35 may be formed of a galvanometer scanner. That is, the first reflection mirror 30 may be configured as a mirror constituting the galvanometer scanner, and the first actuator 35 may be configured as a motor constituting the galvanometer scanner.
  • the lens assembly 70 includes a plurality of lenses 71 , 72 , 73 , 74 , 75 , 76 .
  • the lens assembly 70 includes a lens body 70a to which a plurality of lenses are fixed.
  • the lens body 70a may be formed in a tube (pipe) shape, or may be formed in a circular tube shape.
  • an inlet 70b of the lens assembly 70 and an outlet 70c of the lens assembly 70 are respectively formed.
  • the inlet 70b of the lens assembly 70 is an opening facing the first reflective mirror 30, and the outlet 70c of the lens assembly 70 is an opening facing the subject.
  • Light R1 incident to the inlet 70b of the lens assembly 70 may pass through the lens assembly 70 and then exit to the outlet 70c (R2), and to the outlet 70c of the lens assembly 70 The incident light may pass through the lens assembly 70 and then exit through the inlet 70b.
  • the entrance 70b of the lens assembly 70 is set to the front of the lens assembly, and the exit 70c of the lens assembly 70 is described as the rear of the lens assembly.
  • the light R1 reflected by the first reflection mirror 30 is incident from the front of the lens assembly 70 and transmitted to the rear (rear side of the incident side).
  • the lens assembly 70 may be disposed so that its optical axis OA is perpendicular to the surface of the subject.
  • the light R1 reflected by the first reflection mirror 30 is incident on the lens assembly 70 parallel to the optical axis OA of the lens assembly 70, and the optical axis OA of the lens assembly 70 and It can be transmitted in parallel (R2). (See FIGS. 1 and 3A)
  • the light R1 reflected by the first reflection mirror 30 is incident on the lens assembly 70 while forming an inclination with the optical axis OA of the lens assembly 70, and the optical axis OA of the lens assembly 70 It can be transmitted parallel to (R2). (See Fig. 3a)
  • the lens assembly 70 the angle between the principal ray of the incident ray R1 incident to the inlet 70b of the lens assembly 70 and the optical axis OA of the lens assembly 70, the lens assembly 70
  • the angle formed by the chief ray of the transmitted ray R2 passing through the outlet 70c of the lens assembly 70 and the optical axis OA of the lens assembly 70 may be small or the same (see FIG. 3A ).
  • 'transmitted light' may or may not be refracted while passing through a lens.
  • the transmitted light may be a refracted ray.
  • the thin film characteristic measuring device 1 when the angle between the chief ray of the light R1 incident to the inlet 70b of the lens assembly 70 and the optical axis OA is 0 to 3.7°, the lens After passing through each lens of the assembly 70, the main ray of the light R2 that has passed out (transmitted) to the outlet 70c of the lens assembly 70 is formed so that the angle formed with the optical axis OA is 0 to 0.1°.
  • the angle between the chief ray of light R1 incident to the inlet 70b of the lens assembly 70 and the optical axis OA is 0°
  • the light R2 that has passed through the outlet 70c of the lens assembly 70 When the angle formed by the chief ray of the optical axis OA with the optical axis OA is 0°, the angle between the chief ray of the light R1 incident to the entrance 70b of the lens assembly 70 and the optical axis OA is 3.7°
  • the angle between the chief ray of the light R2 passing through the outlet 70c of the lens assembly 70 and the optical axis OA may be 0.1° (see FIG. 3A ).
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may further include a collimator (collimator, 20) positioned between the light source 10 and the first reflection mirror 30 .
  • a collimator (collimator) is an optical device for forming parallel rays.
  • the numerical aperture (NA) of the collimator 20 may be greater than the numerical aperture (NA) of the optical fiber 11 constituting the light source 10 .
  • the numerical aperture NA of the collimator 20 may be 0.51.
  • the size (diameter) of the light passing through the collimator 20 may be made of 50 ⁇ 200 ⁇ m.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may be configured such that an angle between the chief ray of the light R1 incident on the lens assembly 70 and the optical axis OA is controlled by the first actuator 35 .
  • the center of the first reflection mirror 30 may be located on an extension line of the optical axis OA of the lens assembly 70 . After the light irradiated from the light source 10 passes through the collimator 20, it is reflected at the center of the first reflection mirror 30, and along the same line as the optical axis OA of the lens assembly 70 of the lens assembly 70 It may be incident through the inlet 70b. That is, the light R1 reflected by the first reflection mirror 30 may be incident to the center of the lens assembly 70 in a direction perpendicular to the entrance 70b of the lens assembly 70.
  • the light R2 transmitted through the outlet 70c of the lens assembly 70 may be incident on the surface of the subject along the same line as the optical axis OA of the lens assembly 70. (transmission angle is 0°)
  • the light R1 reflected by the first reflection mirror 30 is in the optical axis OA of the lens assembly 70 and the predetermined angle range.
  • the angle is changed and is incident on the lens assembly 70. (For example, the angle of incidence is changed between 0 and 3.7°).
  • the light R2 transmitted through the outlet 70c of the lens assembly 70 is the optical axis OA. ) may be incident on the surface of the object to be inspected in a direction substantially parallel to the optical axis OA of the lens assembly 70 at a point spaced apart from each other.
  • the position of the light incident to the object to be inspected by the first reflection mirror 30 and the first actuator 35 can be easily changed, and at this time, All of the light incident to the subject may be incident perpendicular to or nearly perpendicular to the surface of the subject.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may further include a second reflection mirror 40 and a second actuator 45 (see FIG. 2 ).
  • the second reflection mirror 40 made of a mirror is configured to reflect the light reflected by the first reflection mirror 30 .
  • the light R irradiated from the light source 10 may be sequentially reflected by the first reflection mirror 30 and the second reflection mirror 40 after passing through the collimator 20 to be incident on the lens assembly 70 . .
  • the second actuator 45 is configured to reciprocate and tilt the second reflection mirror 40 in a predetermined angle range.
  • the second actuator 45 may include an electric motor and may include a step motor.
  • the second reflection mirror 40 is coupled to the drive shaft (rotation shaft, 45a) of the second actuator 45 including a motor, and the drive shaft (rotation shaft, 45a) of the second actuator 45 rotates repeatedly in both directions.
  • the second reflection mirror 40 may be tilted reciprocally in a predetermined angle range.
  • the rotation speed, rotation angle range, etc. of the driving shaft (rotation shaft, 45a) of the second actuator 45 may be variously changed.
  • the second reflection mirror 40 and the second actuator 45 may be formed of a galvanometer scanner. That is, the second reflection mirror 40 may be configured as a mirror constituting the galvanometer scanner, and the second actuator 45 may be configured as a motor constituting the galvanometer scanner.
  • the first reflection mirror 30 and the first actuator 35 form any one galvanometer scanner
  • Two actuators 45 may constitute another galvanometer scanner.
  • the tilting axis of the first reflecting mirror 30 (the driving shaft of the first actuator 35, 35a) and the tilting axis of the second reflecting mirror 40 (the driving shaft of the second actuator 45, 45a) are parallel to each other may be made, or may be made non-parallel to each other.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a part of the thin film characteristic measuring apparatus 1 and the light R, R1, and R2 transmitted and reflected through the configuration.
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the first reflection mirror 30 and the second reflection mirror 40 are tilted in the thin film characteristic measuring apparatus of FIG. 4 .
  • FIG. 7 is a view showing a state in which the first transparent plate 50 and the second transparent plate 60 are tilted in the thin film characteristic measuring device of FIG. 4 .
  • FIGS. 8 are, in the thin film characteristic measuring apparatus of FIGS. 4 and 7 , the first transparent plate 50 and the 2 It is a view showing a state in which the light passing through the lens assembly proceeds differently depending on the degree to which the transparent plate 60 is tilted.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may include a first transparent plate 50 , a third actuator 55 , a second transparent plate 60 , and a fourth actuator 65 .
  • the first transparent plate 50 is formed in the form of a transparent plate.
  • the first transparent plate 50 may be made of transparent glass.
  • the light R irradiated from the light source 10 may pass through the first transparent plate 50 .
  • the light irradiated from the light source 10 may pass through the first transparent plate 50 after passing through the collimator 20 .
  • the third actuator 55 is configured to reciprocate and tilt the first transparent plate 50 in a predetermined angle range.
  • the third actuator 55 may include an electric motor and may include a step motor.
  • the first transparent plate 50 is coupled to the drive shaft (rotation shaft, 55a) of the third actuator 55 including a motor, and the drive shaft (rotation shaft, 55a) of the third actuator 55 rotates repeatedly in both directions while The first transparent plate 50 may be tilted reciprocally in a predetermined angle range.
  • the rotation speed, rotation angle range, etc. of the drive shaft (rotation shaft, 55a) of the third actuator 55 may be variously changed.
  • the second transparent plate 60 is formed in the form of a transparent plate.
  • the second transparent plate 60 may be made of transparent glass.
  • Light passing through the first transparent plate 50 may pass through the second transparent plate 60 after being incident on the second transparent plate 60 .
  • Light passing through the second transparent plate 60 may be incident on the first reflection mirror 30 .
  • the fourth actuator 65 is configured to reciprocate and tilt the second transparent plate 60 in a predetermined angle range.
  • the fourth actuator 65 may include an electric motor and may include a step motor.
  • the second transparent plate 60 is coupled to the driving shaft (rotation shaft, 65a) of the fourth actuator 65 including a motor, and the driving shaft (rotation shaft, 65a) of the fourth actuator 65 rotates repeatedly in both directions while The second transparent plate 60 may be tilted reciprocally in a predetermined angle range.
  • the rotation speed, rotation angle range, etc. of the driving shaft (rotation shaft, 65a) of the fourth actuator 65 may be variously changed.
  • the tilting axis of the first transparent plate 50 (the driving shaft of the third actuator 55, 55a) and the tilting axis of the second transparent plate 60 (the driving shaft of the fourth actuator 65, 65a) are parallel to each other may be made, or may be made non-parallel to each other.
  • the light sequentially transmitted through the first transparent plate 50 and the second transparent plate 60 is refracted by the first reflection mirror 30 and the second reflection mirror 40 . It may be made to be incident into the lens assembly 70 afterward.
  • the position of the light incident on the first reflection mirror 30 may be changed.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 includes a tilting angle of the first transparent plate 50 and the second transparent plate 60 and/or the first reflection mirror 30 and the second reflection mirror ( 40), the angle and position of the light R1 incident to the lens assembly 70, and the angle and position of the light R2 that passes through the lens assembly 70 and is incident on the subject can be adjusted to
  • the light R2 incident to the subject after passing through the lens assembly 70 is the lens assembly ( 70) may be spaced apart from the optical axis OA.
  • the light R2 incident to the object after passing through the lens assembly 70 may be made substantially parallel to the optical axis OA of the lens assembly 70 .
  • the light R2 incident to the object to be inspected after passing through the lens assembly 70 may be incident to an arbitrary area A, and tilting of the first reflection mirror 30 and the second reflection mirror 40 .
  • the angles differently the positions of the light R2 incident on the region A can be adjusted differently.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 As described above, according to the thin film characteristic measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, it is possible to perform the inspection of various parts of the subject.
  • the light R2 transmitted through the lens assembly 70, the optical axis OA of the lens assembly 70 at a point spaced apart from the optical axis OA of the lens assembly 70 and may be incident on the object to be inspected (see FIGS. 3b and 3c).
  • FIG. 8 are tilting degrees (angles) of the first transparent plate 50 and the second transparent plate 60, respectively.
  • the light R2 incident to the object to be inspected after passing through the lens assembly 70 may be incident to an arbitrary area A, and tilting of the first transparent plate 50 and the second transparent plate 60 .
  • the angles of the light R2 incident on the region A may be adjusted differently.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 As described above, according to the thin film characteristic measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, even when the surface of the inspected object forms a convex curved surface, light can be incident in a direction perpendicular to the surface of the inspected object.
  • the lens assembly 70 includes a first lens 71 , a second lens 72 , a third lens 73 , a fourth lens 74 and a fifth lens 75 . can be done by
  • the lens assembly 70 may further include a sixth lens 76 .
  • the arrangement positions of the first lens 71 and the second lens 72 are fixed, and the third lens 73 , the fourth lens 74 , the fifth lens 75 and the sixth lens 76 are The arrangement position may be changed.
  • the first lens 71 is formed of a negative lens.
  • the first lens 71 may be formed of an asymmetrical biconcave lens.
  • the second lens 72 is disposed behind the first lens 71 and consists of a positive lens.
  • the second lens 72 may be formed of a plano-convex lens.
  • the third lens 73 is disposed in front of the first lens 71 and is formed of a positive lens.
  • the third lens 73 may be formed of a positive meniscus lens.
  • the fourth lens 74 is disposed between the third lens 73 and the first lens 71 and is a positive lens.
  • the fourth lens 74 may be disposed in front of the fifth lens 75 .
  • the fourth lens 74 may be formed of an asymmetrical double-convex lens.
  • the fifth lens 75 is disposed between the third lens 73 and the first lens 71 and is formed of a negative lens.
  • the fifth lens 75 may be a plano-concave lens.
  • the sixth lens 76 is disposed between the fifth lens 75 and the first lens 71 and is a positive lens.
  • the sixth lens 76 may be formed of an asymmetrical double-convex lens.
  • FL1 which is the sum of the focal lengths of the third lens 73, the fourth lens 74, the fifth lens 75, and the sixth lens 76, is the third lens 73, the fourth lens 74, and the The fifth lens 75 , the sixth lens 76 , and the first lens 71 may be made shorter than FL2 , which is the sum of the focal lengths.
  • a focal length FL3 of the second lens 72 may be longer than FL1 and shorter than FL2.
  • the diameter of the first area A1 which is the area formed by the light incident on the third lens 73 parallel to the optical axis OA of the lens assembly 70, is D1
  • the lens assembly When the diameter of the second area A2, which is the area formed by the light passing through (70) touching the surface of the subject, is D2, the FL3/FL2 value may be within the range of ⁇ 10% of the D2/D1 value. (See FIGS. 3A to 3C)
  • the distance between the first reflection mirror 30 and the third lens 73 is L1 and the distance between the second lens 72 and the subject is L2, L1 and L2 are 20 mm or more, and the effective focal length of the lens assembly 70 may be 85 mm.
  • L1 and L2 may each be made of 20 mm.
  • a length from the third lens 73 to the second lens 72 in the lens assembly 70 may be 89 mm.
  • the center of the first reflection mirror 30 and the center of the first area A1 may be made to coincide with each other. have.
  • the center of the second reflection mirror 40 and the center of the first area A1 may coincide with each other. have.
  • the second area ( A2) is perpendicular to or nearly perpendicular to (see Fig. 3a).
  • the lens assembly 70 When light is incident on the lens assembly 70 at a point off the center of the first area A1 (on the off-axis), the light passing through the lens assembly 70 and incident into the second area A2 is transmitted through the lens assembly ( 70) and an angle of 0 to 20° with the optical axis OA.
  • the light R1 when the light R1 is incident on the lens assembly 70 from the edge of the first area A1, the light R2 that passes through the lens assembly 70 and is incident on the second area A2 is the lens assembly It is inclined with the optical axis OA of (70). At this time, even if the chief rays R1 of the light incident on the lens assembly 70 form different angles from the optical axis OA of the lens assembly 70, they pass through the lens assembly 70 to the second area A2.
  • the principal rays R2 of the incident light are parallel to or substantially parallel to each other (see FIGS. 3B and 3C).
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may include a case 100 .
  • the case 100 may be formed in a box shape.
  • the case 100 may be made of a relatively hard material.
  • the case 100 may be made of plastic, metal, or the like.
  • the inlet 70b of the lens assembly 70 and the first actuator 35 may be fixed to the case 100 .
  • the first reflective mirror 30 is accommodated in the case 100 , and the case 100 includes an opening opening toward the collimator 20 .
  • the second actuator 45 is also fixed to the case 100 , and the second reflection mirror 40 . may be accommodated inside the case 100 .
  • a plurality of heat dissipation fins 36 may be formed on the first actuator 35 .
  • the heat dissipation fins 36 of the first actuator 35 may be made of a metallic material having excellent thermal conductivity, and the plurality of heat dissipation fins 36 of the first actuator 35 are spaced apart from each other.
  • a plurality of heat dissipation fins 46 may be formed on the second actuator 45 .
  • the heat dissipation fin 46 of the second actuator 45 may also be made of a metallic material having excellent thermal conductivity, and the plurality of heat dissipation fins 46 of the second actuator 45 are spaced apart from each other.
  • 9A, 9B, and 9C are views schematically illustrating the movement of light R passing through the diffraction element 80 .
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may further include a diffractive optical element 80 positioned between the light source 10 and the lens assembly 70 .
  • the light While passing through the diffraction element 80 , the light may be branched into several pieces.
  • light passing through the diffraction element 80 may be branched to 3X3 (9 pieces), and in another embodiment, light passing through the diffraction element 80 may be branched to 5X5 (25 pieces).
  • the light branched through the diffraction element 80 may be incident and emitted (transmitted) at different points of the lens assembly 70, and accordingly, light irradiation and measurement (inspection) may be simultaneously performed at several points of the subject.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a state of inspecting the subject 200 using the thin film characteristic measuring device 1 .
  • FIG. 11 is a view schematically illustrating a cross section of the subject 200 of FIG. 10 and light incident to and reflected from the subject 200 .
  • FIG. 12A is a graph showing the position of light incident to an object under time in the thin film characteristic measuring apparatus according to an embodiment
  • FIG. 12B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 12A
  • FIG. 12C is It is a view showing the light incident on the surface of the subject.
  • FIG. 13A is a graph showing the position of light incident to an object under time in the thin film characteristic measuring apparatus according to another embodiment
  • FIG. 13B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 13A
  • FIG. 13C is It is a view showing the light incident on the surface of the subject.
  • FIG. 14A is a graph showing the position of light incident to an object under time in a thin film characteristic measuring apparatus according to another embodiment
  • FIG. 14B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 14A
  • FIG. 14C is a diagram illustrating light incident on the surface of the subject.
  • FIG. 15A is a graph showing the position of light incident on an object to be inspected according to time in an apparatus for measuring characteristics of a thin film according to another embodiment
  • FIG. 15B is a graph in consideration of movement of the object in the graph of FIG. 15A
  • FIG. 15C shows the light incident on the surface of the subject
  • the X-direction, Y-direction, and Z-direction indicated in FIG. 10 and below are directions orthogonal to each other.
  • the subject 200 may be a battery of a vehicle.
  • the subject 200 may be a part of a battery.
  • the battery 200 constituting the test object may include an aluminum foil 210 , an active material 220 , and an insulating film 230 .
  • the aluminum foil 210 may form a collector of the positive electrode.
  • An active material 220 is laminated on the aluminum foil 210 .
  • the insulating film 230 is laminated on the aluminum foil 210 and the active material 220 , and the insulating film 230 is formed along the edge of the active material 220 .
  • the insulating layer 230 may be made of polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may be used to measure the thickness and width of the insulating film 230 in the subject 200 .
  • the subject 200 may move along a direction X parallel to the longitudinal direction of the insulating film 230 .
  • the characteristics of the reflected light R3 of the light R2 irradiated from the thin film characteristic measuring device 1 and incident to the subject 200 may vary depending on the position of the subject, and the interference of the reflected light R3 may be They may appear different from each other, and accordingly, the width and thickness of the insulating layer 230 may be measured by understanding the characteristics of each reflected light R3 .
  • the tilting axis of the first reflection mirror 30 may be placed parallel to the moving direction X of the subject 200 .
  • the light R2 incident to the object 200 and the reflected light R3 thereof are perpendicular to the direction X of the tilting axis of the first reflection mirror 30.
  • the reciprocating movement (M1) is performed along the direction (Y).
  • this point (hereinafter, 'spot') (referred to as ?) changes according to time t, and accordingly, the position of the spot S may be represented as a graph according to time t.
  • the spot S according to time t may have various waveforms (hereinafter, referred to as 'spot waveform'), and the wavelength, frequency, amplitude, etc. of the waveform SW of each spot may also vary. can be done
  • the waveform SW of the spot may be formed in the form of a sine wave (refer to FIGS. 12A and 16A).
  • the waveform SW of the spot may be formed in the form of a triangular wave (see FIGS. 13A and 14A ).
  • the waveform SW of the spot may be formed in the form of a square wave or a form similar thereto (refer to FIG. 15A ).
  • the waveform SW of the spot on the surface of the subject 200 is, from the waveforms SW of each spot. It appears in a form in which the wavelength becomes longer as much as the moving speed of the subject 200 (see Figs. 12b, 13b, 14b, 15b, and 16b).
  • the amplitude of the waveform SW of the spot may be relatively small so that each spot may be located within the range of the width of the insulating film 230 of the subject 200 (refer to FIG. 12C ).
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 can be controlled so that the double value (peak to peak, peak to peak) of the spot waveform SW is 1.2 mm.
  • the relative position of the thin film characteristic measuring device 1 and the subject 200 may be adjusted so that the spot is located on the upper side of the insulating film 230 of the subject.
  • each spot may move not only the insulating film 230 of the subject but also the range of formation of the aluminum foil 210 and the active material 220 .
  • the expected width of the insulating film 230 is about 4 mm
  • the thin film so that the double value (peak to peak) of the spot waveform SW is 5.5 mm to 11 mm.
  • the characteristic measuring device 1 can be controlled.
  • the tilting speed (Hz) of the first reflection mirror 30 may be faster than when the amplitude of the waveform SW of the spot is relatively large.
  • the tilting speed (Hz) of the first reflection mirror 30 is 175 Hz
  • the double value of the amplitude of the waveform SW of the spot is 5.5 mm
  • the tilting speed (Hz) of the first reflection mirror 30 may be 1 kHz.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may be controlled so that the amplitude of the waveform SW of the spot is relatively small.
  • the thin film characteristic measuring apparatus 1 may be controlled so that the amplitude of the waveform SW of the spot is relatively large.
  • the light source is a broadband laser light source, and while the first reflecting mirror is repeatedly tilted in a predetermined angular range, the light passing through the lens assembly is inspected while maintaining parallel to each other Industrial applicability is remarkable in that it is possible to reciprocate on the incident surface of the cadaver, and accordingly, it is possible to provide a thin film characteristic measuring device capable of variously adjusting the position, method, etc. to be measured.

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Abstract

피검사체의 박막의 두께 또는 폭을 측정하는데 사용되는 박막 특성 측정장치가 개시된다. 박막 특성 측정장치는, 광원, 제1 반사미러, 제1 액추에이터 및 렌즈조립체를 포함한다. 렌즈조립체는, 렌즈조립체로 입사된 광(incident ray)의 주광선이 광축과 이루는 각도보다, 렌즈조립체를 투과한 광(transmitted ray)의 주광선이 광축과 이루는 각도가 작거나 같도록 이루어진다. 광원은 수퍼루미네센트 다이오드(SLD)로 이루어질 수 있다. 제1 반사미러가 소정의 각도범위에서 반복하여 틸트되면서, 렌즈조립체를 투과한 광이 피검사체의 입사면에서 왕복이동할 수 있고, 이에 따라, 상대적으로 큰 영역을 정확하게 측정할 수 있고, 측정하고자 하는 위치, 방식 등을 다양하게 조정할 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공할 수 있다.

Description

박막 특성 측정장치
본 발명은, 피검사체로 조사된 후 반사된 광의 파장 간의 간섭 현상을 이용하여, 피검사체의 박막의 특성을 측정하는데 사용되는 장치이다.
광디스크, 반도체, 배터리 및 각종 디스플레이 등에는, 이들 각각을 이루는 박막이 형성되어 있으며, 이들의 제조과정에서 박막의 두께와 굴절률 등의 측정이 요구된다.
박막의 두께 및 굴절률 측정은 반사광도계의 원리(reflectometry)에 의해 이루어질 수 있고, 반사광도계(reflectometer)는 박막층 측정장치(thin film layer measurement system)에 해당될 수 있다. 반사광도계는 비접촉, 비파괴성의 측정장치로서 다중층 박막의 특성을 측정할 수 있고, 피검사체의 특별한 준비과정이나 가공없이 측정이 이루어질 수 있는 장점이 있다.
이와 관련하여, 미국등록특허 US 7286242 B2(이하, '선행문헌')는, 2차원형 검출기를 이용한 박막 특성 측정 장치 및 그 측정 방법(Apparatus for measuring characteristics of thin film by means of two-dimensional detector and method of measuring the same)'을 개시한다.
상기 선행문헌에 따른 장치에 의해 기판(substrate) 및 박막(thin film)으로 이루어진 시편(sample substrate)에서 박막의 두께 측정이 이루어질 수 있다.
광원(light source)로부터 조사된 광이 광분할기(beam splitter) 및 렌즈(26)를 통해 박막이 있는 기판에 입사된다.
시편으로 입사된 광 중, 일부는 박막의 표면에서 반사되고, 다른 일부는 박막을 투과한 후 기판과 박막의 경계에서 반사될 수 있으며, 2개의 반사광은 경로차(differences in optical paths)를 갖는다.
이처럼, 시편의 서로 다른 면에서 반사된 광들은 광학적 경로차를 갖게 되고, 광학적 경로차에 의해서 간섭현상이 발생된다. 그리고, 각 파장별로 상이한 경로차가 발생되며, 광선의 파장에 따라 보강간섭 또는 상쇄간섭이 발생된다.
시편으로부터 반사된 광들은 분광기(spectroscope)에 투사되고, 분광기에서는 투사된 반사광을 분석하여 주로 반사광의 강도를 광파장의 함수로 구한다. 이 결과는 수치변환기(numeric converter)와 정보처리기(information processor)를 거치고, 이에 따라 시료의 박막의 두께, 굴절률 등을 계산하여 측정치를 구한다.
다만, 상기 선행기술에 따른 장치 및 방법에 의할 경우, 시편의 어느 한 지점(스팟, spot)에서의 두께 측정만 이루어질 수 있으므로, 측정하고자 하는 위치, 방식 등을 다양하게 조정할 수 있는 박막 특성 측정장치의 개발이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 피검사체로 조사되는 광의 크기(직경)를 초과하는 영역에서 피검사체의 박막의 두께 및/또는 폭의 측정이 효과적이고 정확하게 이루어질 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 피검사체로 조사되는 광이 그 위치가 반복하여 변형되면서, 피검사체의 표면에 수직한 방향으로 입사되고 반사될 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 곡면인 표면을 갖는 피검사체의 박막의 측정이 효과적으로 이루어질 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 동시에 피검사체의 여러 부분의 측정이 이루어질 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치는 피검사체의 박막의 두께 및/또는 폭을 측정하는데 사용되는 장치이다.
상기 박막 특성 측정장치는, 광원, 제1 반사미러, 제1 액추에이터 및 렌즈조립체를 포함하여 이루어진다.
광원은 수퍼루미네센트 다이오드(SLD)로 이루어질 수 있다.
상기 제1 반사미러는, 상기 광원에서 조사된 광을 반사시키도록 이루어진다.
상기 제1 액추에이터는, 상기 제1 반사미러를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅(tilting)시키도록 이루어진다.
상기 렌즈조립체는, 복수 개의 렌즈를 포함하여 이루어지고, 상기 제1 반사미러에 의해 반사된 광이 입사하고 투과하도록 이루어진다.
상기 렌즈조립체는, 상기 렌즈조립체로 입사된 광(incident ray)의 주광선이 상기 렌즈조립체의 광축과 이루는 각도보다, 상기 렌즈조립체를 투과한 광(transmitted ray)의 주광선이 상기 렌즈조립체의 광축과 이루는 각도가 작거나 같도록 이루어진다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 렌즈조립체로 입사된 광의 주광선이 광축과 이루는 각도가 0~3.7°일 때, 상기 렌즈조립체를 투과한 광의 주광선이 광축과 이루는 각도가 0~0.1°가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 광원에서 조사된 광은, 중심파장이 800~900㎚ 이고, 대역폭이 100~200㎚로 이루어질 수 있다.
상기 광원은, 광을 전달하는 광섬유를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 광섬유는, 직경이 10㎛ 이하이고, 개구수(numerical aperture, NA)가 0.3 이하로 이루어질 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 광원과 상기 제1 반사미러 사이에 위치하는 콜리메이터(collimator)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 콜리메이터의 개구수(numerical aperture, NA)는 상기 광섬유의 개구수(NA) 보다 크게 이루어질 수 있다.
상기 콜리메이터를 통과한 광의 크기(직경)는 50~200㎛로 이루어질 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 렌즈조립체로 입사된 광의 주광선이 광축과 이루는 각도가, 상기 제1 액추에이터에 의해 제어되도록 이루어질 수 있다.
상기 제1 반사미러의 중심은, 상기 렌즈조립체의 광축의 연장선상에 위치할 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 제1 반사미러에 의해 반사된 광을 반사시키는 제2 반사미러; 및 상기 제2 반사미러를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제2 액추에이터를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 제2 반사미러에 의해 반사된 광이 상기 렌즈조립체로 입사되도록 이루어질 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 광원에서 조사된 광이 투과되는 제1 투명판; 상기 제1 투명판을 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제3 액추에이터; 상기 제1 투명판을 투과한 광이 투과되는 제2 투명판; 및 상기 제2 투명판을 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제4 액추에이터를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명판의 틸팅축과 상기 제2 투명판의 틸팅축은 서로 다르게 이루어질 수 있다.
상기 제2 투명판을 투과한 광이 상기 제1 반사미러 및 상기 제2 반사미러에 의해 굴절된 후 상기 렌즈조립체로 입사되도록 이루어질 수 있다.
상기 렌즈조립체는, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 렌즈는, 부의 렌즈(negative lens)로 이루어진다.
상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈의 뒤에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다.
상기 제3 렌즈는, 상기 제1 렌즈의 앞에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다.
상기 제4 렌즈는, 상기 제3 렌즈와 상기 제1 렌즈 사이에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다.
상기 제5 렌즈는, 상기 제3 렌즈와 상기 제1 렌즈 사이에 배치되고, 부의 렌즈(negative lens)로 이루어진다.
상기 렌즈조립체는 제6 렌즈를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제6 렌즈는, 상기 제5 렌즈와 상기 제1 렌즈 사이에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다.
상기 제4 렌즈는 상기 제5 렌즈의 앞에 배치될 수 있다.
상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제5 렌즈 및 상기 제6 렌즈의 초점거리의 합인 FL1은, 상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제5 렌즈, 상기 제6 렌즈 및 상기 제1 렌즈의 초점거리의 합인 FL2 보다 짧게 이루어질 수 있다.
상기 제2 렌즈의 초점거리 FL3은 상기 FL1 보다 길고 상기 FL2보다 짧게 이루어질 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 렌즈조립체의 광축과 평행하게 상기 제3 렌즈로 입사하는 광이 이루는 영역의 직경이 D1이고, 상기 렌즈조립체를 투과한 광이 상기 피검사체의 면에 닿으면서 이루는 영역의 직경이 D2이고, 상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제5 렌즈, 상기 제6 렌즈 및 상기 제1 렌즈의 초점거리의 합이 FL2 이고, 상기 제2 렌즈의 초점거리가 FL3일 때, FL3/FL2 값은 D2/D1 값의 ±10%의 범위내에 있도록 이루어질 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 제1 반사미러와 상기 제3 렌즈 간의 거리가 L1이고, 상기 제2 렌즈와 상기 피검사체 간의 거리가 L2일 때, L1 및 L2는 20㎜ 이상이고, 상기 렌즈조립체의 유효초점거리는 85㎜가 되도록 이루어질 수 있다.
상기 제1 렌즈는 비대칭 양오목 렌즈(asymmetrical biconcave lens)로 이루어질 수 있다.
상기 제2 렌즈는 평볼록 렌즈(plano-convex lens)로 이루어질 수 있다.
상기 제3 렌즈는 정의 메니스커스 렌즈(positive meniscus lens)로 이루어질 수 있다.
상기 제4 렌즈는 비대칭 양볼록 렌즈(asymmetrical double-convex lens)로 이루어질 수 있다.
상기 제5 렌즈는 평오목 렌즈(Plano-concave lens)로 이루어질 수 있다.
상기 제6 렌즈는 비대칭 양볼록 렌즈(asymmetrical double-convex lens)로 이루어질 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 광원과 상기 제1 반사미러 사이에 위치하는 콜리메이터(collimator); 및 상기 렌즈조립체 및 상기 제1 액추에이터가 고정되고, 내부에 상기 제1 반사미러를 수용하며, 상기 콜리메이터를 향하여 개구되는 케이스를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 액추에이터에는 복수 개의 방열핀이 형성될 수 있다.
상기 박막 특성 측정장치는, 상기 광원과 상기 렌즈조립체 사이에 위치하는 회절소자를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치는, 광원, 제1 반사미러, 제1 액추에이터 및 렌즈조립체를 포함한다. (광원은 광을 조사하고, 제1 액추에이터는 제1 반사미러를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키며, 제1 반사미러에 의해 반사된 광은 렌즈로립체로 입사되고 피검사체를 향하여 투과된다. 렌즈조립체는, 렌즈조립체로 입사된 광(incident ray)의 주광선이 렌즈조립체의 광축과 이루는 각도보다, 렌즈조립체를 투과한 광(transmitted ray)의 주광선이 상기 렌즈조립체의 광축과 이루는 각도가 작거나 같도록 이루어진다. 따라서, 소정의 구간 내지는 영역 내의 여러 다른 지점에서 피검사체를 향하여 광이 입사되고 반사될 수 있고, 이때, 각 지점에서의 광들이 서로 평행을 유지할 수 있으며, 검사하고자 하는 면적, 영역 또는 방식 등을 다양하게 조정할 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치는, 상술한 제1 반사미러, 제1 액추에이터 및 렌즈조립체를 포함하여 이루어짐으로써, 피검사체로 조사되는 광이 그 위치가 반복하여 변형되면서, 피검사체의 표면에 수직한 방향으로 입사되고 반사될 수 있으며, 피검사체의 박막의 두께 및/또는 폭의 측정이 효과적이고 정확하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치는, 제1 투명판, 제3 액추에이터, 제2 투명판 및 제4 액추에이터를 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 따라, 피검사체로 입사되는 광의 위치를 효과적으로 변환시킬 수 있고, 또한 피검사체로 입사되는 광의 각도를 효과적으로 변환시킬 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에 의하면, 곡면인 표면을 갖는 피검사체의 박막의 측정이 효과적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치는, 광원과 렌즈조립체 사이에 위치하는 회절소자를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 회절소자에 의하여 렌즈조립체로 입사되는 광은, 여러 개로 분할된 후 렌즈조립체로 입사될 수 있으며, 이에 따라, 동시에 피검사체의 여러 부분의 측정이 이루어질 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2 각각은, 박막 특성 측정장치 및 박막 특성 측정장치에서 광의 이동을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에서, 렌즈조립체는 단면 형태로 도시되어 있고, 케이스는 점선으로 표시되어 있다.
도 3a는, 렌즈조립체를 이루는 렌즈들의 단면(section)과, 렌즈조립체의 광축에서 렌즈조립체로 입사되고 투과되는 광들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b 및 도 3c 각각은, 도 3a의 렌즈조립체에서, 렌즈조립체의 광축과 이격된 지점(비축)에서 렌즈조립체로 입사되고 투과되는 광들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 박막 특성 측정장치의 일부 구성과 이러한 구성을 투과 및 반사하는 광을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 박막 특성 측정장치에서 제1 반사미러와 제2 반사미러가 틸팅되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 박막 특성 측정장치에서, 제1 반사미러와 제2 반사미러가 틸팅되는 정도에 따라 렌즈조립체를 투과한 광의 서로 다르게 진행하는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 도 4의 박막 특성 측정장치에서 제1 투명판과 제2 투명판이 틸팅된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 4 및 도 7의 박막 특성 측정장치에서, 제1 투명판과 제2 투명판이 틸팅되는 정도에 따라 렌즈조립체를 투과한 광이 서로 다르게 진행하는 모습을 도시한 도면이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c 각각은 회절소자를 지난 광들이 이동하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 박막 특성 측정장치를 사용하여 피검사체를 검사하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 피검사체의 단면과, 피검사체로 입사되고 반사되는 광을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12a는 일 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 12b는 도 12a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 12c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
도 13a는 다른 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 13b는 도 13a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 13c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
도 14a는 또 다른 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 14b는 도 14a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 14c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
도 15a는 또 다른 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 15b는 도 15a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 15c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
도 16a는 또 다른 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 16b는 도 16a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 16c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 및 도 2 각각은, 박막 특성 측정장치(1) 및 박막 특성 측정장치(1)에서 광(R, R1, R2)의 이동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a는, 렌즈조립체(70)를 이루는 렌즈들의 단면(section)과, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)에서 렌즈조립체(70)로 입사되고 투과되는 광들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b 및 도 3c 각각은, 도 3a의 렌즈조립체(70)에서, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 이격된 지점(비축)에서 렌즈조립체(70)로 입사되고 투과되는 광들을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 측정장치(1)는 피검사체의 박막의 두께 및/또는 폭을 측정하는데 사용되는 장치이다.
측정장치(1)(이하, '박막 특성 측정장치(1)')는, 광원(10), 제1 반사미러(30), 제1 액추에이터(35) 및 렌즈조립체(70)를 포함하여 이루어진다.
렌즈조립체(70)로 입사되고(R1) 투과한 광(R2)은 피검사체의 표면으로 입사된다. 피검사체에서 반사된 광은 렌즈조립체(70)로 다시 입사(렌즈조립체(70)의 출구(70c)로 입사)될 수 있으며, 피검사체에서 반사된 광들은 별도의 장치에 의하여 분석되고, 이에 따라 피검사체를 이루는 박막의 두께, 굴절률 등이 계산될 수 있다.
광원(10)은, 고휘도이고 대역폭이 넓은 광을 조사할 수 있도록 이루어진다.
광원(10)은 수퍼루미네센트 다이오드(SLD, Superluminescent diode)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 수퍼루미네센트 다이오드는 '고휘도 레이저 다이오드(Superluminescent Lazer Diode)로도 칭하여 질 수 있다.
수퍼루미네센트 다이오드(또는 고휘도 레이저 다이오드)는, 레이저 다이오드(Laser diodes)의 장점과 LED(light-emitting diodes)의 특성을 동시에 지니고 있다. 수퍼루미네센트 다이오드는, 레이저 다이오드의 장점인 초소형, 저소비 전력, 고효율, 고휘도, 광섬유와의 높은 결합 효율 등의 특성을 가질 수 있고, LED의 짧은 가간섭성(low coherence)의 특성을 가질 수 있다.
광원(10)에서 조사된 광은 5~700㎚의 대역폭을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 광원(10)에서 조사된 광은, 중심파장이 400㎚이상이고, 대역폭이 40㎚이상으로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에서 광원(10)은, 광원(10)에서 조사된 광의 중심파장이 100~1000㎚이고, 광원(10)에서 조사된 광의 대역폭이 400~2000㎚로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예에서 광원(10)은, 광원(10)에서 조사된 광의 중심파장이 800~900㎚이고, 광원(10)에서 조사된 광의 대역폭이 100~200㎚로 이루어질 수 있다. 좀 더 구체적으로 광원(10)은, 광원(10)에서 조사된 광의 중심파장이 850㎚이고, 광원(10)에서 조사된 광의 대역폭이 165㎚ ± 82.5㎚로 이루어질 수 있다.
광원(10)은, 광을 전달하는 광섬유(11)를 포함하여 이루어질 수 있다.
광섬유(11)는, 직경이 10㎛ 이하이고, 개구수(numerical aperture, NA)가 0.3 이하로 이루어질 수 있다. 광섬유(11)는, 직경이 5㎛이고, 개구수(NA)가 0.14로 이루어질 수 있다.
거울로 이루어지는 제1 반사미러(30)는, 광원(10)에서 조사된 광(R)을 반사시키도록 이루어진다.
제1 액추에이터(35)는, 제1 반사미러(30)를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅(tilting)시키도록 이루어진다. 제1 액추에이터(35)는 전기모터를 포함하여 이루어질 수 있고, 스텝모터(step motor)를 포함하여 이루어질 수 있다.
모터를 포함하여 이루어지는 제1 액추에이터(35)의 구동축(회전축, 35a)에 제1 반사미러(30)가 결합되고, 제1 액추에이터(35)의 구동축(회전축, 35a)이 양방향으로 반복하여 회전하면서, 제1 반사미러(30)가 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅될 수 있다.
제1 액추에이터(35)의 구동축(회전축, 35a)의 회전속도, 회전각도 범위 등은 다양하게 변경될 수 있다.
제1 반사미러(30) 및 제1 액추에이터(35)는, 갈바노미터 스캐너(Galvanometer Scanner)로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 반사미러(30)가 갈바노미터 스캐너를 구성하는 미러로 이루어지고, 제1 액추에이터(35)가 갈바노미터 스캐너를 구성하는 모터로 이루어질 수 있다.
렌즈조립체(70)는, 복수 개의 렌즈(71, 72, 73, 74, 75, 76)를 포함하여 이루어진다.
렌즈조립체(70)는, 복수 개의 렌즈가 고정되는 렌즈바디(70a)를 포함하여 이루어진다. 렌즈바디(70a)는 관(파이프) 형태로 이루어질 수 있고, 원형관 형태로 이루어질 수 있다.
렌즈바디(70a)의 양단에, 렌즈조립체(70)의 입구(70b)와 렌즈조립체(70)의 출구(70c)가 각각 형성된다.
렌즈조립체(70)의 입구(70b)는 제1 반사미러(30)를 향하는 쪽의 개구이고, 렌즈조립체(70)의 출구(70c)는 피검사체를 향하는 쪽의 개구이다.
렌즈조립체(70)의 입구(70b)로 입사된 광(R1)은 렌즈조립체(70)를 투과 후 출구(70c)로 빠져나갈 수 있고(R2), 렌즈조립체(70)의 출구(70c)로 입사된 광은 렌즈조립체(70)를 투과 후 입구(70b)로 빠져나갈 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈조립체(70)의 '방향'에 대한 설명에 있어서, 렌즈조립체(70)의 입구(70b)를 렌즈조립체의 앞쪽으로 정하고, 렌즈조립체(70)의 출구(70c)를 렌즈조립체의 뒤쪽으로 정하여 설명한다.
제1 반사미러(30)에 의해 반사된 광(R1)은 렌즈조립체(70)의 앞쪽에서 입사되고 뒤쪽(입사된 쪽의 뒤쪽)으로 투과된다.
렌즈조립체(70)는 그 광축(OA)이 피검사체의 표면에 수직하게 배치될 수 있다.
제1 반사미러(30)에 의해 반사된 광(R1)은, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 평행하게 렌즈조립체(70)로 입사되고, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 평행하게 투과(R2)될 수 있다.(도 1 및 도 3a 참조)
제1 반사미러(30)에 의해 반사된 광(R1)은, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 경사를 이루며 렌즈조립체(70)에 입사되고, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 평행하게 투과(R2)될 수 있다.(도 3a 참조)
렌즈조립체(70)는, 렌즈조립체(70)의 입구(70b)로 입사된 광(incident ray, R1)의 주광선이 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 이루는 각도보다, 렌즈조립체(70)의 출구(70c)를 투과한 광(transmitted ray, R2)의 주광선이 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 이루는 각도가 작거나 같도록 이루어질 수 있다.(도 3a 참조)
본 발명의 실시예에 대한 설명에서, '투과한 광(transmitted ray)'은 렌즈 등을 투과하면서 굴절되거나 굴절되지 않을 수 있다. 투과한 광(transmitted ray)은 굴절광(refracted ray)일 수 있다.
일 실시예에서, 박막 특성 측정장치(1)는, 렌즈조립체(70)의 입구(70b)로 입사된 광(R1)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도가 0~3.7°일 때, 렌즈조립체(70)의 각 렌즈를 투과한 후 렌즈조립체(70)의 출구(70c)로 빠져나간(투과한) 광(R2)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도가 0~0.1°가 되도록 이루어질 수 있다. 렌즈조립체(70)의 입구(70b)로 입사된 광(R1)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도가 0°일 때, 렌즈조립체(70)의 출구(70c)를 투과한 광(R2)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도가 0°일 수 있고, 렌즈조립체(70)의 입구(70b)로 입사된 광(R1)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도가 3.7°일 때, 렌즈조립체(70)의 출구(70c)를 투과한 광(R2)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도가 0.1°일 수 있다.(도 3a 참조)
박막 특성 측정장치(1)는, 광원(10)과 제1 반사미러(30) 사이에 위치하는 콜리메이터(collimator, 시준기, 20)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 콜리메이터(시준기)는 평행광선을 형성시키기 위한 광학장치이다.
콜리메이터(20)의 개구수(numerical aperture, NA)는, 광원(10)을 이루는 광섬유(11)의 개구수(NA) 보다 크게 이루어질 수 있다. 일 실시예에서 콜리메이터(20)의 개구수(NA)는 0.51로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)에서, 콜리메이터(20)를 통과한 광의 크기(직경)는 50~200㎛로 이루어질 수 있다.
박막 특성 측정장치(1)는, 렌즈조립체(70)로 입사된 광(R1)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도가, 제1 액추에이터(35)에 의해 제어되도록 이루어질 수 있다.
제1 반사미러(30)의 중심은, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)의 연장선상에 위치할 수 있다. 광원(10)에서 조사된 광이 콜리메이터(20)를 통과 후 제1 반사미러(30)의 중심에서 반사되고, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 동일선상을 따라 렌즈조립체(70)의 입구(70b)로 입사될 수 있다. 즉, 제1 반사미러(30)에 의해 반사된 광(R1)은 렌즈조립체(70)의 입구(70b)에 수직한 방향으로 렌즈조립체(70)의 정 중앙으로 입사될 수 있다.(입사각(incident angle)이 0°) 이때, 렌즈조립체(70)의 출구(70c)로 투과된 광(R2)은 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 동일선상을 따라 피검사체의 표면으로 입사될 수 있다.(투과각(transmission angle)이 0°)
그리고, 제1 반사미러(30)가 소정의 각도범위에서 틸팅되면, 제1 반사미러(30)에 의해 반사된 광(R1)은 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 소정의 각도 범위에서 각도가 변형되면서 렌즈조립체(70)로 입사된다.(예컨대, 입사각이 0~3.7°사이에서 변형됨) 이때, 렌즈조립체(70)의 출구(70c)로 투과된 광(R2)은 광축(OA)에서 이격된 지점에서 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 거의 평행한 방향을 따라 피검사체의 표면으로 입사될 수 있다. 즉, 렌즈조립체(70)의 입구(70b)로 입사된 광(R1)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도와 비교할 때, 렌즈조립체(70)의 각 렌즈를 투과한 후 렌즈조립체(70)의 출구(70c)로 빠져나간(투과한) 광(R2)의 주광선이 광축(OA)과 이루는 각도는 매우 작게 이루어짐을 확인하였다.(입사각이 0~3.7°일 때, 투과각이 0~0.1°로 이루어짐)(도 3a 참조)
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)에서는, 제1 반사미러(30) 및 제1 액추에이터(35)에 의하여 피검사체로 입사되는 광의 위치를 용이하게 변경할 수 있고, 이때, 피검사체로 입사되는 광이 모두, 피검사체의 표면에 수직하거나 거의 수직하게 입사되도록 할 수 있다.
박막 특성 측정장치(1)는, 제2 반사미러(40) 및 제2 액추에이터(45)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.(도 2 참조)
거울로 이루어지는 제2 반사미러(40)는, 제1 반사미러(30)에 의해 반사된 광을 반사시키도록 이루어진다. 광원(10)에서 조사된 광(R)은 콜리메이터(20)를 통과 후 제1 반사미러(30) 및 제2 반사미러(40)에 의해 순차적으로 반사되어 렌즈조립체(70)로 입사될 수 있다.
제2 액추에이터(45)는, 제2 반사미러(40)를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅(tilting)시키도록 이루어진다. 제2 액추에이터(45)는 전기모터를 포함하여 이루어질 수 있고, 스텝모터(step motor)를 포함하여 이루어질 수 있다.
모터를 포함하여 이루어지는 제2 액추에이터(45)의 구동축(회전축, 45a)에 제2 반사미러(40)가 결합되고, 제2 액추에이터(45)의 구동축(회전축, 45a)이 양방향으로 반복하여 회전하면서 제2 반사미러(40)가 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅될 수 있다.
제2 액추에이터(45)의 구동축(회전축, 45a)의 회전속도, 회전각도 범위 등은 다양하게 변경될 수 있다.
제2 반사미러(40) 및 제2 액추에이터(45)는, 갈바노미터 스캐너(Galvanometer Scanner)로 이루어질 수 있다. 즉, 제2 반사미러(40)가 갈바노미터 스캐너를 구성하는 미러로 이루어지고, 제2 액추에이터(45)가 갈바노미터 스캐너를 구성하는 모터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)에서, 제1 반사미러(30) 및 제1 액추에이터(35)가 어느 하나의 갈바노미터 스캐너를 이루고, 제2 반사미러(40) 및 제2 액추에이터(45)가 다른 하나의 갈바노미터 스캐너를 이룰 수 있다.
제1 반사미러(30)의 틸팅축(제1 액추에이터(35)의 구동축, 35a)과 제2 반사미러(40)의 틸팅축(제2 액추에이터(45)의 구동축, 45a)은, 서로 평행하게 이루어질 수 있고, 또는 서로 평행하지 않게 이루어질 수 있다.
도 4는 박막 특성 측정장치(1)의 일부 구성과 이러한 구성을 투과 및 반사하는 광(R, R1, R2)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 박막 특성 측정장치에서 제1 반사미러(30)와 제2 반사미러(40)가 틸팅되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6의 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f) 각각은, 도 4 및 도 5의 박막 특성 측정장치에서, 제1 반사미러(30)와 제2 반사미러(40)가 틸팅되는 정도에 따라 렌즈조립체(70)를 투과한 광의 서로 다르게 진행하는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 도 4의 박막 특성 측정장치에서 제1 투명판(50)과 제2 투명판(60)이 틸팅된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8의 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f) 각각은, 도 4 및 도 7의 박막 특성 측정장치에서, 제1 투명판(50)과 제2 투명판(60)이 틸팅되는 정도에 따라 렌즈조립체를 투과한 광이 서로 다르게 진행하는 모습을 도시한 도면이다.
박막 특성 측정장치(1)는 제1 투명판(50), 제3 액추에이터(55), 제2 투명판(60) 및 제4 액추에이터(65)를 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 투명판(50)은 투명한 판 형태로 이루어진다. 제1 투명판(50)은 투명한 유리로 이루어질 수 있다.
광원(10)에서 조사된 광(R)은 제1 투명판(50)을 투과할 수 있다.
광원(10)에서 조사된 광은 콜리메이터(20)를 통과한 후 제1 투명판(50)을 투과할 수 있다.
제3 액추에이터(55)는, 제1 투명판(50)을 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키도록 이루어진다. 제3 액추에이터(55)는 전기모터를 포함하여 이루어질 수 있고, 스텝모터를 포함하여 이루어질 수 있다.
모터를 포함하여 이루어지는 제3 액추에이터(55)의 구동축(회전축, 55a)에 제1 투명판(50)이 결합되고, 제3 액추에이터(55)의 구동축(회전축, 55a)이 양방향으로 반복하여 회전하면서 제1 투명판(50)이 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅될 수 있다.
제3 액추에이터(55)의 구동축(회전축, 55a)의 회전속도, 회전각도 범위 등은 다양하게 변경될 수 있다.
제2 투명판(60)은 투명한 판 형태로 이루어진다. 제2 투명판(60)은 투명한 유리로 이루어질 수 있다.
제1 투명판(50)을 투과한 광은 제2 투명판(60)으로 입사된 후 제2 투명판(60)을 투과할 수 있다.
제2 투명판(60)을 투과한 광은 제1 반사미러(30)로 입사될 수 있다.
제4 액추에이터(65)는, 제2 투명판(60)을 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키도록 이루어진다. 제4 액추에이터(65)는 전기모터를 포함하여 이루어질 수 있고, 스텝모터를 포함하여 이루어질 수 있다.
모터를 포함하여 이루어지는 제4 액추에이터(65)의 구동축(회전축, 65a)에 제2 투명판(60)이 결합되고, 제4 액추에이터(65)의 구동축(회전축, 65a)이 양방향으로 반복하여 회전하면서 제2 투명판(60)이 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅될 수 있다.
제4 액추에이터(65)의 구동축(회전축, 65a)의 회전속도, 회전각도 범위 등은 다양하게 변경될 수 있다.
제1 투명판(50)의 틸팅축(제3 액추에이터(55)의 구동축, 55a)과 제2 투명판(60)의 틸팅축(제4 액추에이터(65)의 구동축, 65a)은, 서로 평행하게 이루어질 수 있고, 또는 서로 평행하지 않게 이루어질 수 있다.
박막 특성 측정장치(1)에서, 제1 투명판(50) 및 제2 투명판(60)을 순차적으로 투과한 광은 제1 반사미러(30) 및 제2 반사미러(40)에 의해 굴절된 후 렌즈조립체(70)로 입사되도록 이루어질 수 있다.
제1 투명판(50) 및 제2 투명판(60)의 틸팅각도가 조절됨으로써, 제1 반사미러(30)로 입사되는 광의 위치가 변경될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)는, 제1 투명판(50) 및 제2 투명판(60)의 틸팅각도 및/또는 제1 반사미러(30) 및 제2 반사미러(40)의 틸팅각도를 조절하여, 렌즈조립체(70)로 입사되는 광(R1)의 각도 및 위치와, 렌즈조립체(70)를 투과하여 피검사체로 입사되는 광(R2)의 각도 및 위치를 다양하게 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 반사미러(30) 및 제2 반사미러(40)의 틸팅각도를 조절함으로써, 렌즈조립체(70)를 투과한 후 피검사체로 입사되는 광(R2)이, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 이격되도록 할 수 있다. 이때, 렌즈조립체(70)를 투과한 후 피검사체로 입사되는 광(R2)은, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 거의 평행하게 이루어질 수 있다.
도 6의 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 각각, 제1 반사미러(30) 및 제2 반사미러(40)의 틸팅 정도(각도)를 각각 다르게 조절할 때, 렌즈조립체(70)를 투과한 후 피검사체로 입사되는 광(R2)들이 서로 다르게 진행하는 모습을 나타내고 있다.
이처럼, 렌즈조립체(70)를 투과한 후 피검사체로 입사되는 광(R2)은 임의의 영역(A)으로 입사될 수 있고, 제1 반사미러(30) 및 제2 반사미러(40)의 틸팅각도를 각각 다르게 조절함으로써, 상기 영역(A)으로 입사되는 광(R2)의 위치를 서로 다르게 조정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)에 의하면, 피검사체의 여러 부분의 검사를 수행할 수 있게 된다.
다른 실시예에서, 제1 투명판(50) 및 제2 투명판(60)의 틸팅각도를 조절함으로써, 렌즈조립체(70)를 투과한 광(R2)이, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 이격된 지점에서 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 경사를 이루며 피검사체로 입사되도록 할 수 있다.(도 3b 및 도 3c 참조)
도 8의 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 각각, 제1 투명판(50) 및 제2 투명판(60)의 틸팅 정도(각도)를 각각 다르게 조절할 때, 렌즈조립체(70)를 투과한 후 피검사체로 입사되는 광(R2)들이 서로 다르게 진행하는 모습을 나타내고 있다.
이처럼, 렌즈조립체(70)를 투과한 후 피검사체로 입사되는 광(R2)은 임의의 영역(A)으로 입사될 수 있고, 제1 투명판(50) 및 제2 투명판(60)의 틸팅각도를 각각 다르게 조절함으로써, 상기 영역(A)으로 입사되는 광(R2)의 각도를 서로 다르게 조정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)에 의하면, 피검사체의 표면이 볼록한 곡면을 이루는 경우에도 피검사체의 표면과 수직한 방향으로 광이 입사되도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈조립체(70)는, 제1 렌즈(71), 제2 렌즈(72), 제3 렌즈(73), 제4 렌즈(74) 및 제5 렌즈(75)를 포함하여 이루어질 수 있다.
렌즈조립체(70)는 제6 렌즈(76)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 렌즈(71)와 제2 렌즈(72)는, 그 배열위치가 고정되고, 제3 렌즈(73), 제4 렌즈(74), 제5 렌즈(75) 및 제6 렌즈(76)는 그 배열위치가 변경될 수 있다.
제1 렌즈(71)는, 부의 렌즈(negative lens)로 이루어진다. 제1 렌즈(71)는 비대칭 양오목 렌즈(asymmetrical biconcave lens)로 이루어질 수 있다.
제2 렌즈(72)는, 제1 렌즈(71)의 뒤에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다. 제2 렌즈(72)는 평볼록 렌즈(plano-convex lens)로 이루어질 수 있다.
제3 렌즈(73)는, 제1 렌즈(71)의 앞에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다. 제3 렌즈(73)는 정의 메니스커스 렌즈(positive meniscus lens)로 이루어질 수 있다.
제4 렌즈(74)는, 제3 렌즈(73)와 제1 렌즈(71) 사이에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다. 제4 렌즈(74)는 제5 렌즈(75)의 앞에 배치될 수 있다.
제4 렌즈(74)는 비대칭 양볼록 렌즈(asymmetrical double-convex lens)로 이루어질 수 있다.
제5 렌즈(75)는, 제3 렌즈(73)와 제1 렌즈(71) 사이에 배치되고, 부의 렌즈(negative lens)로 이루어진다. 제5 렌즈(75)는 평오목 렌즈(Plano-concave lens)로 이루어질 수 있다.
제6 렌즈(76)는, 제5 렌즈(75)와 제1 렌즈(71) 사이에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어진다. 제6 렌즈(76)는 비대칭 양볼록 렌즈(asymmetrical double-convex lens)로 이루어질 수 있다.
제3 렌즈(73), 제4 렌즈(74), 제5 렌즈(75) 및 제6 렌즈(76)의 초점거리의 합인 FL1은, 제3 렌즈(73), 제4 렌즈(74), 제5 렌즈(75), 제6 렌즈(76) 및 제1 렌즈(71)의 초점거리의 합인 FL2 보다 짧게 이루어질 수 있다.
제2 렌즈(72)의 초점거리 FL3은, 상기 FL1 보다 길고, 상기 FL2보다 짧게 이루어질 수 있다.
박막 특성 측정장치(1)는, 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 평행하게 제3 렌즈(73)로 입사하는 광이 이루는 영역인 제1 영역(A1)의 직경이 D1이고, 렌즈조립체(70)를 투과한 광이 피검사체의 면에 닿으면서 이루는 영역인 제2 영역(A2)의 직경이 D2일 때, FL3/FL2 값은 D2/D1 값의 ±10%의 범위내에 있도록 이루어질 수 있다.(도 3a 내지 도 3c 참조)
박막 특성 측정장치(1)는, 제1 반사미러(30)와 제3 렌즈(73) 간의 거리가 L1이고, 제2 렌즈(72)와 피검사체 간의 거리가 L2일 때, L1 및 L2는 20㎜ 이상이고, 상기 렌즈조립체(70)의 유효초점거리는 85㎜가 되도록 이루어질 수 있다.
L1 및 L2는 각각 20㎜로 이루어질 수 있다.
렌즈조립체(70)에서 제3 렌즈(73)부터 제2 렌즈(72)까지의 길이는 89㎜로 이루어질 수 있다.
제1 반사미러(30)에 의해 반사된 광(R1)이 렌즈조립체(70)로 입사될 때, 제1 반사미러(30)의 중심과 제1 영역(A1)의 중심이 서로 일치하도록 이루어질 수 있다.
제2 반사미러(40)에 의해 반사된 광(R2)이 렌즈조립체(70)로 입사될 때, 제2 반사미러(40)의 중심과 제1 영역(A1)의 중심이 서로 일치하도록 이루어질 수 있다.
제1 영역(A1)의 중심에서 렌즈조립체(70)로 광(R1)이 입사되는 경우, 렌즈조립체(70)를 투과하여 제2 영역(A2)으로 입사되는 광(R2)은 제2 영역(A2)에 수직하거나 거의 수직하게 이루어진다.(도 3a 참조)
제1 영역(A1)의 중심에서 벗어난 지점에서(비축에서) 렌즈조립체(70)로 광이 입사되는 경우, 렌즈조립체(70)를 투과하여 제2 영역(A2)으로 입사되는 광은 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 0~20°의 각도를 이룰 수 있다.
예컨대, 제1 영역(A1)의 가장자리에서 렌즈조립체(70)로 광(R1)이 입사되는 경우, 렌즈조립체(70)를 투과하여 제2 영역(A2)으로 입사되는 광(R2)은 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 경사를 이룬다. 이때, 렌즈조립체(70)로 입사되는 광의 주광선들(R1)이 렌즈조립체(70)의 광축(OA)과 서로 다른 각도를 이루더라도, 렌즈조립체(70)를 투과하여 제2 영역(A2)으로 입사되는 광의 주광선들(R2)은 서로 평행하거나 대체로 서로 평행하게 이루어진다.(도 3b 및 도 3c 참조)
박막 특성 측정장치(1)는 케이스(100)를 포함하여 이루어질 수 있다.
케이스(100)는 박스 형태로 이루어질 수 있다. 케이스(100)는, 비교적 단단한 소재로 이루어질 수 있다. 케이스(100)는 플라스틱, 금속 등으로 이루어질 수 있다.
렌즈조립체(70)의 입구(70b) 및 제1 액추에이터(35)가 케이스(100)에 고정될 수 있다.
케이스(100)의 내부에 제1 반사미러(30)가 수용되고, 케이스(100)는 콜리메이터(20)를 향하여 개구되는 개구부를 포함한다.
박막 특성 측정장치(1)가 제2 반사미러(40) 및 제2 액추에이터(45)를 포함하여 이루어질 때, 제2 액추에이터(45) 또한 케이스(100)에 고정되고, 제2 반사미러(40)는 케이스(100) 내부에 수용될 수 있다.
제1 액추에이터(35)에는 복수 개의 방열핀(36)이 형성될 수 있다. 제1 액추에이터(35)의 방열핀(36)은 열전도율이 우수한 금속성의 소재로 이루어질 수 있고, 제1 액추에이터(35)의 복수 개의 방열핀(36)은 서로 이격된다.
또한, 제2 액추에이터(45)에는 복수 개의 방열핀(46)이 형성될 수 있다. 제2 액추에이터(45)의 방열핀(46) 또한 열전도율이 우수한 금속성의 소재로 이루어질 수 있고, 제2 액추에이터(45)의 복수 개의 방열핀(46)은 서로 이격된다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c 각각은 회절소자(80)를 지난 광(R)들이 이동하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
박막 특성 측정장치(1)는, 광원(10)과 렌즈조립체(70) 사이에 위치하는 회절소자(diffractive optical element, 80)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
회절소자(80)를 통과하면서 빛은 여러 개로 분기될 수 있다.
일 실시예에서 회절소자(80)를 통과하는 광은 3X3(9개)로 분기될 수 있고, 다른 실시예에서 회절소자(80)를 통과하는 광은 5X5(25개)로 분기될 수 있다.
회절소자(80)를 통과하여 분기된 광은 렌즈조립체(70)의 서로 다른 지점에서 입사되고 출사(투과)될 수 있으며, 이에 따라 피검사체의 여러 지점에서 동시에 광의 조사 및 측정(검사)이 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)를 이용하여 피검사체를 이루는 막의 두께 및 폭을 측정하는 방법을 설명한다.
도 10은 박막 특성 측정장치(1)를 사용하여 피검사체(200)를 검사하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 피검사체(200)의 단면과, 피검사체(200)로 입사되고 반사되는 광을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12a는 일 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 12b는 도 12a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 12c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
도 13a는 다른 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 13b는 도 13a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 13c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
도 14a는 또 다른 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 14b는 도 14a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 14c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시한 도면이다.
도 15a는 또 다른 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서 피검사체로 입사되는 광의 위치를 시간에 따른 그래프로 나타낸 도면이고, 도 15b는 도 15a의 그래프에서 피검사체의 이동을 고려한 그래프이고, 도 15c는 피검사체의 표면으로 입사되는 광들을 도시
도 10 및 그 이하에서 표시된 X방향, Y방향 및 Z방향은 서로 직교하는 방향이다.
피검사체(200)는 자동차의 배터리일 수 있다. 피검사체(200)는 배터리의 일부일 수 있다.
피검사체를 이루는 배터리(200)는, 알루미늄 포일(210), 활물질(220) 및 절연막(230)을 포함하여 이루어질 수 있다.
알루미늄 포일(210)은 양극의 집전체(collector)를 이룰 수 있다.
알루미늄 포일(210) 상측에 활물질(active material, 220)이 적층된다.
절연막(230)은 알루미늄 포일(210) 및 활물질(220)의 상측에 적층되며, 활물질(220)의 테두리를 따라 절연막(230)이 형성된다. 절연막(230)은 PVDF(Polyvinylidene fluoride)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치(1)는, 이러한 피검사체(200)에서 절연막(230)의 두께 및 폭을 측정하는데 사용될 수 있다. 피검사체(200)의 측정에 있어서, 피검사체(200)는 절연막(230)의 길이방향과 평행한 방향(X)을 따라 이동할 수 있다.
박막 특성 측정장치(1)에서 조사되어 피검사체(200)로 입사되는 광(R2)은, 피검사체의 위치에 따라 그 반사광(R3)의 특성이 달라질 수 있고, 그 반사광(R3)의 간섭이 서로 다르게 나타날 수 있으며, 이에 따라, 각 반사광(R3)들의 특성을 파악함으로써 절연막(230)의 폭 및 두께를 측정할 수 있다.
제1 반사미러(30)의 틸팅축은 피검사체(200)의 이동방향(X)과 평행하게 놓일 수 있다.
제1 반사미러(30)가 왕복하여 틸팅됨으로써, 피검사체(200)로 입사되는 광(R2) 및 그 반사광(R3)은, 제1 반사미러(30)의 틸팅축의 방향(X)과 직교하는 방향(Y)을 따라 왕복 이동(M1)하게 된다.
그리고, 제1 반사미러(30)가 왕복하여 틸팅됨으로써, 박막 특성 측정장치(1)로부터 피검사체(200)로 조사된 광(R2)을 점으로 표시할 때, 이러한 점(이하, '스팟'이라고 함)의 위치는 시간(t)에 따라 변하고, 이에 따라 스팟(S)의 위치를 시간(t)에 따른 그래프로 나타낼 수 있다.
시간(t)에 따른 상기 스팟(S)은 다양한 파형(wave form)(이하, '스팟의 파형'이라고 함)으로 이루어질 수 있고, 각 스팟의 파형(SW)의 파장, 주파수, 진폭 등 또한 다양하게 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 스팟의 파형(SW)은 사인파(sine wave) 형태로 이루어질 수 있다.(도 12a, 도 16a 참조)
다른 실시예에서, 스팟의 파형(SW)은 삼각파(triangular wave) 형태로 이루어질 수 있다.(도 13a, 도 14a 참조)
또 다른 실시예에서, 스팟의 파형(SW)은 구형파(square wave) 형태 또는 이와 유사한 형태로 이루어질 수 있다.(도 15a 참조)
피검사체(200)가 이동하는 것을 함께 고려하면, 즉, 피검사체(200)가 이동할 때 피검사체(200)의 표면에서의 스팟의 파형(SW)은, 상기 각 스팟의 파형(SW)들에서 피검사체(200)의 이동속도만큼 파장이 길어지는 형태로 나타나게 된다.(도 12b, 도 13b, 도 14b, 도 15b, 도 16b 참조)
일 실시예에서, 스팟의 파형(SW)의 진폭을 상대적으로 작게 하여, 각 스팟이 피검사체(200)의 절연막(230)의 폭의 범위 내에서 위치하도록 할 수 있다.(도 12c 참조) 예컨대, 절연막(230)의 예상되는 폭이 4㎜ 내외인 경우, 스팟의 파형(SW)의 2배값(피크 투 피크, peak to peak)이 1.2㎜가 되도록 박막 특성 측정장치(1)를 제어할 수 있고, 또한 이때 스팟이 피검사체의 절연막(230)의 상측에 위치하도록 박막 특성 측정장치(1)와 피검사체(200)의 상대적인 위치를 조정할 수 있다.
다른 실시예에서, 스팟의 파형(SW)의 진폭을 상대적으로 크게 하여, 각 스팟이 피검사체의 절연막(230) 뿐만 아니라 알루미늄 포일(210) 및 활물질(220)의 형성 범위까지도 이동하도록 할 수 있다.(도 14c 참조) 예컨대, 절연막(230)의 예상되는 폭이 4㎜ 내외인 경우, 스팟의 파형(SW)의 2배값(피크 투 피크, peak to peak)이 5.5㎜ 내지 11㎜가 되도록 박막 특성 측정장치(1)를 제어할 수 있다.
스팟의 파형(SW)의 진폭이 상대적으로 작은 경우는 스팟의 파형(SW)의 진폭이 상대적으로 큰 경우와 비교할 때, 제1 반사미러(30)의 틸팅속도(Hz)가 더 빠를 수 있다. 일 실시예에서, 스팟의 파형(SW)의 진폭의 2배값이 5.5㎜인 경우 제1 반사미러(30)의 틸팅속도(Hz)는 175Hz이고, 스팟의 파형(SW)의 진폭의 2배값이 1.2㎜인 경우 제1 반사미러(30)의 틸팅속도(Hz)는 1kHz일 수 있다.
이에 따라, 절연막(230)의 두께를 신속하게 측정하고자 하는 경우, 스팟의 파형(SW)의 진폭이 상대적으로 작도록 박막 특성 측정장치(1)를 제어할 수 있다.
또한, 절연막(230)의 두께 및 폭을 함께 측정하고자 하는 경우, 스팟의 파형(SW)의 진폭이 상대적으로 크도록 박막 특성 측정장치(1)를 제어할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 특성 측정장치에서, 광원은 광대역 레이저 광원으로 이루어지고, 제1 반사미러가 소정의 각도범위에서 반복하여 틸트되면서, 렌즈조립체를 투과한 광들이 서로 평행을 유지하면서 피검사체의 입사면에서 왕복이동할 수 있고, 이에 따라, 측정하고자 하는 위치, 방식 등을 다양하게 조정할 수 있는 박막 특성 측정장치를 제공할 수 있다는 점에서, 산업상 이용가능성이 현저하다.

Claims (20)

  1. 피검사체의 박막의 두께 또는 폭을 측정하는데 사용되는 장치이고,
    수퍼루미네센트 다이오드(SLD)로 이루어지는 광원;
    상기 광원에서 조사된 광을 반사시키는 제1 반사미러;
    상기 제1 반사미러를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제1 액추에이터; 및
    복수 개의 렌즈를 포함하고, 상기 제1 반사미러에 의해 반사된 광이 입사하고 투과하도록 이루어지는 렌즈조립체를 포함하고,
    상기 렌즈조립체는,
    상기 렌즈조립체로 입사된 광(incident ray)의 주광선이 광축과 이루는 각도보다, 상기 렌즈조립체를 투과한 광(transmitted ray)의 주광선이 광축과 이루는 각도가 작거나 같도록 이루어지는,
    박막 특성 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈조립체로 입사된 광의 주광선이 광축과 이루는 각도가 0~3.7°일 때, 상기 렌즈조립체를 투과한 광의 주광선이 광축과 이루는 각도가 0~0.1°가 되도록 이루어지는,
    박막 특성 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원에서 조사된 광은, 중심파장이 800~900㎚ 이고, 대역폭이 100~200㎚인,
    박막 특성 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원은, 광을 전달하는 광섬유를 포함하고,
    상기 광섬유는, 직경이 10㎛ 이하이고, 개구수(numerical aperture, NA)가 0.3 이하인,
    박막 특성 측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광원은, 광을 전달하는 광섬유를 포함하고,
    상기 박막 특성 측정장치는, 상기 광원과 상기 제1 반사미러 사이에 위치하는 콜리메이터(collimator)를 더 포함하고,
    상기 콜리메이터의 개구수(numerical aperture, NA)는 상기 광섬유의 개구수(NA) 보다 큰,
    박막 특성 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광섬유는 직경이 10㎛ 이하이고,
    상기 콜리메이터를 통과한 광의 크기(직경)는 50~200㎛인,
    박막 특성 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈조립체로 입사된 광의 주광선이 광축과 이루는 각도는, 상기 제1 액추에이터에 의해 제어되는,
    박막 특성 측정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사미러의 중심은, 상기 렌즈조립체의 광축의 연장선상에 위치하는,
    박막 특성 측정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사미러에 의해 반사된 광을 반사시키는 제2 반사미러; 및
    상기 제2 반사미러를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제2 액추에이터를 더 포함하고,
    상기 제2 반사미러에 의해 반사된 광이 상기 렌즈조립체로 입사되도록 이루어지는,
    박막 특성 측정장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광원에서 조사된 광이 투과되는 제1 투명판;
    상기 제1 투명판을 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제3 액추에이터;
    상기 제1 투명판을 투과한 광이 투과되는 제2 투명판; 및
    상기 제2 투명판을 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제4 액추에이터를 더 포함하고,
    상기 제1 투명판의 틸팅축과 상기 제2 투명판의 틸팅축은 서로 다르고,
    상기 제2 투명판을 투과한 광이 상기 제1 반사미러 및 상기 제2 반사미러에 의해 굴절된 후 상기 렌즈조립체로 입사되도록 이루어지는,
    박막 특성 측정장치.
  11. 피검사체의 박막의 두께 또는 폭을 측정하는데 사용되는 장치이고,
    수퍼루미네센트 다이오드(SLD)로 이루어지는 광원;
    상기 광원에서 조사된 광을 반사시키는 제1 반사미러;
    상기 제1 반사미러를 소정의 각도범위에서 왕복하여 틸팅시키는 제1 액추에이터; 및
    복수 개의 렌즈를 포함하고, 상기 제1 반사미러에 의해 반사된 광이 입사하고 투과하도록 이루어지는 렌즈조립체를 포함하고,
    상기 렌즈조립체는,
    부의 렌즈(negative lens)로 이루어지는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈의 뒤에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어지는 제2 렌즈;
    상기 제1 렌즈의 앞에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어지는 제3 렌즈;
    상기 제3 렌즈와 상기 제1 렌즈 사이에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어지는 제4 렌즈; 및
    상기 제3 렌즈와 상기 제1 렌즈 사이에 배치되고, 부의 렌즈(negative lens)로 이루어지는 제5 렌즈를 포함하는,
    박막 특성 측정장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 렌즈조립체는,
    상기 제5 렌즈와 상기 제1 렌즈 사이에 배치되고, 정의 렌즈(positive lens)로 이루어지는 제6 렌즈를 더 포함하고,
    상기 제4 렌즈는 상기 제5 렌즈의 앞에 배치되는,
    박막 특성 측정장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈조립체로 입사된 광의 주광선이 광축과 이루는 각도가 0~3.7°일 때, 상기 렌즈조립체를 투과한 광의 주광선이 광축과 이루는 각도가 0~0.1°가 되도록 이루어지는,
    박막 특성 측정장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제5 렌즈 및 상기 제6 렌즈의 초점거리의 합인 FL1은, 상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제5 렌즈, 상기 제6 렌즈 및 상기 제1 렌즈의 초점거리의 합인 FL2 보다 짧고,
    상기 제2 렌즈의 초점거리 FL3은 상기 FL1 보다 길고 상기 FL2보다 짧은,
    박막 특성 측정장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈조립체의 광축과 평행하게 상기 제3 렌즈로 입사하는 광이 이루는 영역의 직경이 D1이고,
    상기 렌즈조립체를 투과한 광이 상기 피검사체의 면에 닿으면서 이루는 영역의 직경이 D2이고,
    상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제5 렌즈, 상기 제6 렌즈 및 상기 제1 렌즈의 초점거리의 합이 FL2 이고,
    상기 제2 렌즈의 초점거리가 FL3일 때,
    FL3/FL2 값은 D2/D1 값의 ±10%의 범위내인,
    박막 특성 측정장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반사미러와 상기 제3 렌즈 간의 거리가 L1이고,
    상기 제2 렌즈와 상기 피검사체 간의 거리가 L2일 때,
    L1 및 L2는 20㎜ 이상이고,
    상기 렌즈조립체의 유효초점거리는 85㎜인,
    박막 특성 측정장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 비대칭 양오목 렌즈(asymmetrical biconcave lens)이고,
    상기 제2 렌즈는 평볼록 렌즈(plano-convex lens)이고,
    상기 제3 렌즈는 정의 메니스커스 렌즈(positive meniscus lens)이고,
    상기 제4 렌즈는 비대칭 양볼록 렌즈(asymmetrical double-convex lens)이고,
    상기 제5 렌즈는 평오목 렌즈(Plano-concave lens)이고,
    상기 제6 렌즈는 비대칭 양볼록 렌즈(asymmetrical double-convex lens)인,
    박막 특성 측정장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 박막 특성 측정장치는,
    상기 광원과 상기 제1 반사미러 사이에 위치하는 콜리메이터(collimator); 및
    상기 렌즈조립체 및 상기 제1 액추에이터가 고정되고, 내부에 상기 제1 반사미러를 수용하며, 상기 콜리메이터를 향하여 개구되는 케이스를 포함하는,
    박막 특성 측정장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터에는 복수 개의 방열핀이 형성되는,
    박막 특성 측정장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 박막 특성 측정장치는,
    상기 광원과 상기 렌즈조립체 사이에 위치하는 회절소자를 더 포함하는,
    박막 특성 측정장치.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020089654A1 (en) * 2000-11-10 2002-07-11 Masakatsu Ota Projection exposure apparatus and device manufacturing method using the same
US7286242B2 (en) 2001-09-21 2007-10-23 Kmac Apparatus for measuring characteristics of thin film by means of two-dimensional detector and method of measuring the same
US20070247630A1 (en) * 2004-07-30 2007-10-25 Herring Rodney A Confocal Scanning Holography Microscope
JP2010197300A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Hitachi Ltd Ｄｕｖ−ｕｖ帯域の分光光学系およびそれを用いた分光測定装置
KR20120081419A (ko) * 2011-01-11 2012-07-19 삼성전기주식회사 다층 박막 특성 측정 장치 및 방법
CN104029394B (zh) * 2014-06-24 2017-05-24 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种提高激光扫描成像光固化快速成型效率的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5087987A (en) * 1991-03-28 1992-02-11 Minnesota Mining And Manufacturing Company Color-corrected telecentric scan lens
IL126771A0 (en) * 1998-10-26 1999-08-17 Yanowitz Shimon Improved optical systems
WO2009023635A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-19 Board Of Regents, The University Of Texas System Forward-imaging optical coherence tomography (oct) systems and probe
US10234265B2 (en) * 2016-12-12 2019-03-19 Precitec Optronik Gmbh Distance measuring device and method for measuring distances
JP2019029941A (ja) * 2017-08-02 2019-02-21 株式会社ディスコ 弾性波デバイス用基板の製造方法
JP7103906B2 (ja) * 2018-09-28 2022-07-20 株式会社ディスコ 厚み計測装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020089654A1 (en) * 2000-11-10 2002-07-11 Masakatsu Ota Projection exposure apparatus and device manufacturing method using the same
US7286242B2 (en) 2001-09-21 2007-10-23 Kmac Apparatus for measuring characteristics of thin film by means of two-dimensional detector and method of measuring the same
US20070247630A1 (en) * 2004-07-30 2007-10-25 Herring Rodney A Confocal Scanning Holography Microscope
JP2010197300A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Hitachi Ltd Ｄｕｖ−ｕｖ帯域の分光光学系およびそれを用いた分光測定装置
KR20120081419A (ko) * 2011-01-11 2012-07-19 삼성전기주식회사 다층 박막 특성 측정 장치 및 방법
CN104029394B (zh) * 2014-06-24 2017-05-24 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种提高激光扫描成像光固化快速成型效率的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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