KR100438213B1

KR100438213B1 - Prism coupler and method of measuring Optical parameter

Info

Publication number: KR100438213B1
Application number: KR10-2001-0055294A
Authority: KR
Inventors: 박병재
Original assignee: (주)새론
Priority date: 2001-09-08
Filing date: 2001-09-08
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2021-09-08
Also published as: KR20030021845A

Abstract

박막의 물리적 특성 측정 장치 및 방법이 개시된다. 박막의 물리적 특성 측정장치는 메인프레임상에 프리즘을 장착할 수 있도록 설치된 프리즘 지지부, 프리즘 지지부에 대하여 상대 회전가능하게 설치되되 회전 중심선이 프리즘 지지부에 장착된 프리즘을 향하도록 설치된 회전스테이지와, 광원으로부터 출사된 광이 회전 스테이지를 경유하여 프리즘으로 입사되도록 광원으로부터 회전스테이지로 이어지는 소정의 광경로상에 설치되어 광경로를 변환시키는 적어도 하나 이상의 광경로 변환부재와, 프리즘의 일면에 대하여 검사대상 시료를 지지할 수 있는 시료 장착부와, 프리즘을 거쳐 출력되는 광을 수신하는 제1광검출기 및 상기 회전 스테이지를 회전시키면서 제1광검출기로부터 출력되는 신호를 이용하여 시료의 물리적 특성을 산출하는 신호처리 시스템을 구비한다. 이러한 박막의 물리적 특성 측정 장치 및 방법에 의하면, 굴절률, 두께 및 손실을 시료의 이동없이 연속적으로 측정할 수 있고, 검사대상 시료도 단층막 이외의 2층막, 후막에 이르기까지 제약요건을 완화시킨다.An apparatus and method for measuring physical properties of thin films are disclosed. The physical property measuring device of the thin film includes a prism support part installed to mount a prism on a main frame, a rotation stage installed so as to be relatively rotatable with respect to the prism support part, and a rotation center line directed toward a prism mounted to the prism support part, and from a light source. At least one light path converting member installed on a predetermined light path from the light source to the rotating stage so that the emitted light is incident on the prism via the rotating stage, and converts the light path, and a sample to be inspected with respect to one surface of the prism. A signal processing system for calculating a physical characteristic of a sample by using a sample mounting unit which can be supported, a first photodetector for receiving light output through a prism, and a signal output from the first photodetector while rotating the rotating stage; Equipped. According to the apparatus and method for measuring physical properties of such thin films, the refractive index, thickness and loss can be measured continuously without moving the sample, and the sample to be tested also relaxes the constraints from the two-layer film to the thick film other than the single-layer film.

Description

Apparatus and method for measuring physical properties of thin film {Prism coupler and method of measuring Optical parameter}

본 발명은 박막의 물리적 특성 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 박막의 굴절율, 두께 및 광 도파 손실을 측정할 수 있는 박막의 물리적 특성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring physical properties of a thin film, and more particularly, to an apparatus and method for measuring physical properties of a thin film capable of measuring refractive index, thickness, and optical waveguide loss of the thin film.

통신분야, 반도체 분야를 비롯한 다양한 분야에서 고집적화 요구에 대응하여 원하는 물리적 특성을 갖는 박막의 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.In various fields, such as communication and semiconductor, development of thin films having desired physical properties has been steadily made in response to the demand for high integration.

원하는 특성을 갖는 박막의 개발 및 이용을 위해서는 박막의 굴절률, 막의 두께, 도파 손실과 같은 물리적 특성을 측정하는 것이 필요하다.In order to develop and use a thin film having desired characteristics, it is necessary to measure physical properties such as refractive index, film thickness, and waveguide loss of the thin film.

이러한 물리적인 특성에 대한 측정을 효율적으로 할 수 있는 방식중의 하나로서 감쇄장(evanescent field)이 박막 도파로 모드에 결합하는 원리를 이용하는 프리즘 커플링 방식이 있다.One of the ways to efficiently measure the physical properties is a prism coupling method using the principle that the evanescent field is coupled to the thin film waveguide mode.

프리즘 커플링 방식은 측정 대상 박막 위에 설치된 프리즘에 입사되는 광의 입사각을 가변시켜 박막안으로 여기되는 커플링 모드에 따라 프리즘의 바닥면으로부터 반사되는 광량의 변화를 검출하여 박막의 굴절율과 두께를 측정한다.The prism coupling method measures the refractive index and the thickness of the thin film by varying the angle of incidence of the light incident on the prism installed on the measurement target thin film and detecting a change in the amount of light reflected from the bottom surface of the prism according to the coupling mode excited into the thin film.

이러한 프리즘 커플링 방식이 적용된 프리즘 커플러가 국내 공개 특허공보 제97-47900호에 개시되어 있다. 특허공보 제97-47900호에 개시된 프리즘 커플러는 주 파장이 632.8나노미터(nm)인 레이저 광원을 이용하고, 프리즘과 검사대상 시료가 장착되는 테이블을 회전시키면서 입사각을 가변시키는 방식이다. 그런데 이러한 프리즘 커플러는 검사대상 시료에 대해 측정할 수 있는 물리적 특성인 굴절률과 두께만으로 제한되는 단점이 있다. 따라서, 시료에 대해 광도파 손실을 측정하기 위해서는 별도의 도파 손실 측정장치를 이용하여 측정하여야 하는 불편함과, 프리즘 커플러로부터 시료를 분리하여 도파 손실 측정장치에 장착하는 과정에서 시료의 오염, 파손의 우려가 있다.A prism coupler to which such a prism coupling method is applied is disclosed in Korean Laid-Open Patent Publication No. 97-47900. The prism coupler disclosed in Korean Patent Publication No. 97-47900 uses a laser light source having a main wavelength of 632.8 nanometers (nm), and varies an incident angle while rotating a table on which a prism and a sample to be inspected are mounted. However, such a prism coupler has a disadvantage of being limited only to refractive index and thickness, which are physical properties that can be measured for a sample to be inspected. Therefore, in order to measure the optical waveguide loss of the sample, it is inconvenient to measure it using a separate waveguide loss measuring device, and the contamination of the sample and the damage of the sample in the process of detaching the sample from the prism coupler There is concern.

또한, 단일 파장의 광원만 이용하도록 되어 있어, 측정 가능한 시료의 대상이 단층박막으로 제한되는 단점이 있다.In addition, since only a single wavelength of the light source is used, there is a disadvantage in that the object of the measurable sample is limited to the single layer thin film.

그 밖에 현재 알려진 연산방식은 복소수 형태의 도파조건식으로서, 연산에 소요되는 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.In addition, currently known operation method is a complex waveguide conditional expression, there is a disadvantage that takes a long time to operate.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 검사대상 시료의 굴절률, 두께 이외에 손실을 시료의 이동 없이 한번에 측정할 수 있는 박막 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin film measuring apparatus and method capable of measuring loss at the same time without moving the sample, in addition to the refractive index and thickness of the sample to be inspected.

또한, 본 발명의 다른 목적은 광원의 파장을 선택적으로 적용할 수 있게하여 측정 대상 시료의 제약을 완화시킬 수 있는 박막 측정장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a thin film measuring apparatus and method capable of selectively applying the wavelength of the light source to relax the constraint of the sample to be measured.

또한, 본 발명은 단층 박막 이외에도 복합층 박막, 후막등 검사대상 시료의 조건을 보다 확장시킬 수 있고, 연산처리 속도를 높일 수 있는 박막측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a thin film measuring apparatus and method that can further expand the conditions of the sample to be inspected, such as a composite layer thin film and a thick film, and increase the processing speed in addition to the single layer thin film.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 물리적 특성 측정장치의 일부를 나타내 보인 사시도 이고,1 is a perspective view showing a part of an apparatus for measuring physical properties of a thin film according to an embodiment of the present invention;

도 2는 도 1의 광학요소의 배치관계를 개략적으로 나타내 보인 도면이고,2 is a view schematically showing an arrangement relationship of the optical elements of FIG.

도 3은 도 1의 측정장치의 일부를 발췌하여 나타내 보인 측면도이고,3 is a side view showing a part of the measuring apparatus of FIG.

도 4은 도 1의 측정장치의 일부를 발췌하여 나타내 보인 후면도이고,Figure 4 is a rear view showing a part of the measuring device of Figure 1,

도 5는 도 1의 측정장치의 일부를 발췌하여 나타내 보인 정면도이고,5 is a front view showing a part of the measuring apparatus of FIG.

도 6은 도 1의 시료 장착부에 진공흡착기가 장착된 상태를 나타내보인 정면도이고,6 is a front view illustrating a state in which a vacuum absorber is mounted to the sample mounting unit of FIG. 1;

도 7은 도 1의 장치에 적용되는 신호 처리 시스템을 보다 상세하게 나타내 보인 블록도 이고,7 is a block diagram illustrating a signal processing system applied to the apparatus of FIG. 1 in more detail.

도 8은 도 7의 컴퓨터를 상세하게 나타내 보인 블록도 이고,8 is a block diagram illustrating the computer of FIG. 7 in detail;

도 9는 측정대상 단층 박막시료의 광학적 파라미터를 산출하는 과정을 설명하기 위한 프리즘과 시료를 나타내 보인 도면이고,9 is a view showing a prism and a sample for explaining the process of calculating the optical parameters of the measurement target single-layer thin film sample,

도 10은 측정대상 2층박막시료의 광학적 파라미터를 산출하는 과정을 설명하기 위한 프리즘과 시료를 나타내 보인 도면이고,10 is a view showing a prism and a sample for explaining the process of calculating the optical parameters of the two-layer thin film sample to be measured,

도 11은 도 8의 박막 측정 드라이버의 실행에 의해 단층 박막시료에 대한 측정결과를 표시장치를 통해 표시하는 화면의 일예를 나타내보인 도면이고,FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a screen displaying a measurement result of a single layer thin film sample through a display device by executing the thin film measuring driver of FIG. 8;

도 12는 도 8의 박막 측정 드라이버의 실행에 의해 2층 박막시료에 대한 측정결과를 표시장치를 통해 표시하는 화면의 일예를 나타내보인 도면이고,FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a screen for displaying a measurement result of a two-layer thin film sample through a display device by executing the thin film measuring driver of FIG. 8;

도 13은 도 8의 박막 측정 드라이버의 실행에 의해 VAMFO방식에 의해 시료에 대한 측정결과를 표시장치를 통해 표시하는 화면의 일예를 나타내보인 도면이고,FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a screen displaying a measurement result of a sample through a display device by a VAMFO method by executing the thin film measurement driver of FIG. 8;

도 14는 도 8의 박막 측정 드라이버의 실행에 의해 벌크형 시료에 대한 측정결과를 표시장치를 통해 표시하는 화면의 일예를 나타내보인 도면이고,FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a screen displaying a measurement result for a bulk sample through a display device by executing the thin film measurement driver of FIG. 8;

도 15는 도 8의 박막 측정 드라이버의 실행에 의해 시료의 도파 손실을 측정한 결과를 나타내 보인 화면이다.FIG. 15 is a screen showing a result of measuring a waveguide loss of a sample by executing the thin film measuring driver of FIG. 8.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

20: 광원 51: 회전 디스크20: light source 51: rotating disk

55: 회전아암 61: 프리즘55: rotating arm 61: prism

80: 리니어 스테이지 100: 측정장치80: linear stage 100: measuring device

110: 시료 120: 제어부110: sample 120: control unit

200: 컴퓨터200: computer

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막 측정장치는 메인프레임상에 프리즘을 장착할 수 있도록 설치된 프리즘 지지부와; 적어도 하나 이상의 광원과; 상기 프리즘 지지부에 대하여 상대 회전가능하게 설치되되 회전 중심선이 상기 프리즘 지지부에 장착된 프리즘을 향하도록 설치된 회전스테이지와; 상기 광원으로부터 출사된 광이 상기 회전 스테이지를 경유하여 상기 프리즘으로 입사되도록 상기 광원으로부터 상기 회전스테이지로 이어지는 소정의 광경로상에 설치되어 광경로를 변환시키는 적어도 하나 이상의 광경로 변환부재와; 상기 프리즘의 일면에 대하여 검사대상 시료를 지지할 수 있는 시료 장착부와; 상기 프리즘을 거쳐 출력되는 광을 수신하는 제1광검출기; 및 상기 회전스테이지의 회전구동을 제어하면서 상기 제1광검출기로부터 출력되는 신호를 이용하여 상기 시료의 물리적 특성을 산출하는 신호처리 시스템;을 구비한다.In order to achieve the above object, the thin film measuring apparatus according to the present invention includes: a prism support part installed to mount a prism on a main frame; At least one light source; A rotating stage installed to be rotatable relative to the prism support, the rotation stage being disposed so that the rotation center line faces the prism mounted to the prism support; At least one light path converting member installed on a predetermined light path from the light source to the rotating stage such that light emitted from the light source is incident on the prism via the rotating stage; A sample mounting unit capable of supporting a sample to be inspected with respect to one surface of the prism; A first photodetector for receiving light output through the prism; And a signal processing system that calculates physical characteristics of the sample by using a signal output from the first photodetector while controlling the rotation driving of the rotating stage.

바람직하게는 상기 회전스테이지는 상기 메인프레임에 회전가능하게 설치되되 중공이 형성된 회전디스크; 및 상기 회전 디스크에 결합된 회전아암;을 구비하고, 상기 광원으로부터 출사되어 상기 회전디스크의 회전중심선을 따라 진행하여 입사되는 광을 상기 회전 중심선에 수직한 방향으로 광경로를 변환시키도록 상기 회전 아암상에 설치된 제1미러와; 상기 제1미러에서 반사된 광을 상기 회전 중심선과 나란한 방향으로 진행하도록 상기 회전 아암상에 설치된 제2미러; 및 상기 제2미러에서 반사된 광을 상기 프리즘 지지부의 프리즘장착 위치로 진행하도록 설치된 제3미러;를 구비한다.Preferably, the rotating stage is rotatably installed in the main frame, the hollow rotating disk; And a rotating arm coupled to the rotating disk, wherein the rotating arm emits light emitted from the light source and traveling along the center of rotation of the rotating disk to convert an optical path in a direction perpendicular to the rotating center line. A first mirror installed on the mirror; A second mirror mounted on the rotating arm to propagate light reflected from the first mirror in a direction parallel to the rotation center line; And a third mirror installed to advance the light reflected from the second mirror to a prism mounting position of the prism support.

더욱 바람직하게는 상기 제3미러와 상기 제2미러 사이에는 빔사이즈를 조절하기 위한 핀홀이 형성된 핀홀부재가 상기 회전 아암상에 설치된다.More preferably, a pinhole member having a pinhole for adjusting the beam size is provided on the rotating arm between the third mirror and the second mirror.

또한, 상기 핀홀부재에는 상기 핀홀과 소정간격 이격된 위치상에 상기 제1미러와 상기 제2미러를 잇는 광경로와 나란한 방향을 따라 소정 길이로 관통홈이 형성되어 있고, 상기 제3미러로부터 상기 관통홈을 통해 진행되는 광을 검출할 수있도록 설치된 제2광검출기;를 더 구비한다.In addition, the pinhole member is formed with a through groove having a predetermined length along a direction parallel to the optical path connecting the first mirror and the second mirror on a position spaced apart from the pinhole by a predetermined distance. And a second photodetector installed to detect light traveling through the through grooves.

또한, 상기 프리즘과 상기 시료 장착부에 장작된 시료와의 접합면과 나란한 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된 리니어 스테이지와; 상기 리니어 스테이지상에 도파 손실 측정용 용액을 담는 용기를 지지할 수 있도록 설치된 용기지지부와; 상기 시료로 도파되어 상기 용기를 통해 진행되는 광을 검출할 수 있도록 상기 리니어 스테이지 상에 설치된 제3광검출기;를 구비한다.In addition, the linear stage is slidably installed in a direction parallel to the bonding surface between the prism and the sample loaded on the sample mounting portion; A container support unit provided to support a container containing a solution for waveguide loss measurement on the linear stage; And a third photodetector mounted on the linear stage to detect light guided by the sample and traveling through the container.

상기 시료 장착부는 시료를 프리즘에 밀착시켜 지지할 수 있는 에어실린더를 구비한다.The sample mounting portion includes an air cylinder capable of holding the sample in close contact with the prism.

또 다르게는 상기 시료 장착부는 시료를 진공 흡착에 의해 흡착할 수 있도록 된 진공흡착기를 구비한다.Alternatively, the sample mounting portion includes a vacuum adsorber capable of adsorbing the sample by vacuum adsorption.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 단층박막의 굴절률과 두께 산출하는 방법은 가. 프리즘에 입사되는 광의 각도를 가변시키면서 광량이 적어졌다 상승하는 변곡점들의 각도정보를 이용하여 모드별 유효굴절율을 산출하는 단계와; 나. 상기 모드별 유효 굴절율에 대응하는 도파모드 조건식에 모드별로 구하고자하는 시료 박막의 굴절률과 두께값을 가변시켜 대입하면서 모드별 도파모드 조건식의 합이 영에 가장 근사되게 만족시키는 굴절율과 두께를 산출하는 단계와; 상기 나 단계에서 구한 굴절율과 두께를 측정값으로 표시하는 단계;를 포함한다.In addition, the method of calculating the refractive index and thickness of the single-layer thin film according to the present invention to achieve the above object is a. Calculating an effective refractive index for each mode by using angle information of the inflection points which are decreased in light while varying the angle of the light incident on the prism; I. Computing the refractive index and thickness of the sample thin film to be obtained for each mode in the waveguide mode conditional expression corresponding to the effective refractive index for each mode to calculate the refractive index and thickness that satisfies the sum of the waveguide mode conditional expression for each mode most close to zero Steps; And displaying the refractive index and the thickness obtained in step (b) as measured values.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이층박막의 굴절률과 두께 산출하는 방법은 베이스층과 코어층이 순차적으로 적층된 이층 박막시료를 상기 코어층이 프리즘과 대향되게 지지시키고, 프리즘에 입사되는 광의 각도를 가변시켜 이층박막의 굴절률과 두께 산출하는 방법에 있어서, 가. 상기 프리즘에 입사되는 광의 각도를 가변시키면서 광량이 적어졌다 상승하는 변곡점들의 각도정보를 이용하여 모드별 유효굴절율 산출하는 단계와; 나. 상기 모드별 유효 굴절율에 대응하는 모드별 실수형 도파 조건식에 의해 코어 모드와 베이스모드 각각을 설정된 허용 범위내에서 만족시키는 코어층의 두께(d₂), 코어층의 굴절률(n₂), 베이스 층의 두께(d₃), 베이스층의 굴절율(n₃)을 산출하는 단계;를 포함한다.In addition, the method for calculating the refractive index and thickness of the two-layer thin film according to the present invention in order to achieve the above object is to support the two-layer thin film sample in which the base layer and the core layer are sequentially stacked so that the core layer is opposed to the prism, In the method of calculating the refractive index and thickness of the two-layer thin film by varying the angle of the incident light, a. Calculating an effective refractive index for each mode by using angle information of the inflection points of which light amount decreases while varying the angle of light incident on the prism; I. The thickness (d ₂ ) of the core layer, the refractive index (n ₂ ) of the core layer, and the base layer satisfying each of the core mode and the base mode within the set allowable ranges according to the mode-specific real waveguide conditional expression corresponding to the effective refractive index for each mode. Calculating a thickness d ₃ and a refractive index n ₃ of the base layer.

바람직하게는 상기 나단계는 나-1. 상기 모드별 도파모드 조건식을 상기 코어층의 두께에 관한 관계식으로 변환하여 구하고자하는 나머지 미지수인 코어층의 굴절률, 베이스층의 굴절율과 두께를 가변시켜 대입하면서 모드별 코어층의 두께값을 산출하는 단계와; 나-2. 상기 나-1 단계에서 구한 코어층의 모드별 두께값 상호간의 차이가 설정된 범위 이내가 되게 하는 코어층의 굴절률, 베이스층의 굴절율과 두께를 산출하는 단계; 및 나-3 상기 나-2 단계에서 산출된 값에 대응하는 모드별 코어층의 두께값에 대한 평균을 코어층의 두께값으로 산출하는 단계;를 포함한다.Preferably, the step Na is b-1. Calculating the thickness value of the core layer for each mode while converting the waveguide mode conditional expression for each mode into a relation about the thickness of the core layer, and varying the refractive index of the core layer, the refractive index and the thickness of the base layer, which are the remaining unknowns. Steps; B-2. Calculating the refractive index of the core layer, the refractive index of the base layer, and the thickness such that the difference between the thickness values for each mode of the core layer obtained in step b-1 is within a set range; And b-3 calculating an average of the thickness values of the core layers for each mode corresponding to the values calculated in step b-2 as the thickness values of the core layers.

또한, 다. 상기 나-2 단계 및 나-3 단계에서 구한 코어층의 두께, 코어층의 굴절률, 베이스층의 굴절율과 두께를 상기 도파 모드 조건식에 대입하여 굴절율을 산출하는 단계와; 라. 상기 다단계에서 산출한 유효굴절율과 상기 가 단계에서 구한 유효굴절율의 차이가 설정된 값 이하이면 상기 나-2 단계 및 나-3단계에서 산출한 값을 측정값으로 출력하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.Also, c. Calculating the refractive index by substituting the thickness of the core layer, the refractive index of the core layer, the refractive index and the thickness of the base layer obtained in steps B-2 and B-3 into the waveguide mode conditional formula; la. If the difference between the effective refractive index calculated in the multi-step and the effective refractive index obtained in the step is less than the set value, it is preferable to include the step of outputting the values calculated in steps b-2 and b-3 as a measured value; .

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막의물리적 특성 측정장치를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an apparatus for measuring physical properties of a thin film according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 박막의 물리적 특성 측정장치의 일부를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 측정장치에서 광학요소들을 발췌하여 그 배치 관계를 나타내 보인 도면이다. 도 1의 측정장치를 다른 각도에서 도시한 도 3내지 도 4에서는 동일기능을 하는 요소에 대해 동일 참조부호로 표기하였다.1 is a perspective view showing a part of the physical property measuring apparatus of the thin film according to the present invention, Figure 2 is a view showing the arrangement relationship to extract the optical elements in the measuring apparatus of FIG. 3 to 4 showing the measuring device of FIG. 1 from different angles, the same reference numerals are used for elements having the same function.

도면을 참조하면, 박막의 물리적 특성 측정장치(100)는 복수의 광원(20), 다수의 광경로변환 부재(30), 회전스테이지(50), 프리즘(61), 시료 장착부(70), 제1광검출기(91) 및 리니어 스테이지(80)를 구비한다.Referring to the drawings, the physical property measuring apparatus 100 of the thin film includes a plurality of light sources 20, a plurality of light path changing members 30, a rotating stage 50, a prism 61, a sample mounting unit 70, and a first One photodetector 91 and a linear stage 80 are provided.

복수의 광원(20a 내지 20e)은 메인 프레임(11)에 그 광출사축이 상호 나란하도록 설치되어 있다. 바람직하게는 광원(20a 내지 20e) 각각은 중심 파장이 상호 다른 레이저 광원이 적용된다. 예컨대, 레이저 광원(20)은 중심파장이 632.8nm, 780nm, 850nm, 1310nm, 1550nm인 것이 적용된다. 적용되는 광원(20)의 수는 적절하게 결정하면 된다.The plurality of light sources 20a to 20e are provided on the main frame 11 so that the light output axes thereof are parallel to each other. Preferably, each of the light sources 20a to 20e is applied with a laser light source having different center wavelengths. For example, the laser light source 20 has a center wavelength of 632.8 nm, 780 nm, 850 nm, 1310 nm, or 1550 nm. What is necessary is just to determine suitably the number of light sources 20 applied.

각 광원(20a 내지 20e)의 전방에는 출사되는 광빔의 단면적을 설정된 크기 범위내로 제한시킬 수 있도록 소정 크기의 홀이 형성된 핀홀부재(21a 내지 21e)가 설치되어 있다. 핀홀부재(21a 내지 21e)가 생략될 수 있음은 물론이다.In front of each of the light sources 20a to 20e, pinhole members 21a to 21e having holes of a predetermined size are provided so as to limit the cross-sectional area of the emitted light beam within a set size range. Of course, the pinhole members 21a to 21e may be omitted.

각 광원(20a 내지 20e)의 광출사방향 전방에는 각 광원(20a 내지 20e)에서 출사되는 광의 진행경로를 공통적으로 단일화 시킬 수 있도록 경로로 변환시키기 위한 광경로 변환부재(30a 내지 30e)가 각 광원(20a 내지 20e)에 대응되게 설치되어 있다.In front of the light emission direction of each light source 20a to 20e, each light source converting member 30a to 30e for converting the path of light emitted from each light source 20a to 20e into a path so as to unify in common. It is provided corresponding to (20a to 20e).

각 광경로 변환 부재(30a 내지 30e)중 대응하는 광원(20a 내지 20e) 이외의 타 광원의 광진행 경로에 놓인 광로 변환부재는 대응되는 광원에서 출사되는 광은 반사시키고, 타광원에서 입사되는 광은 투과시킬 수 있는 부재가 적용되는 것이 바람직하다.The optical path changing members placed on the optical paths of other light sources other than the corresponding light sources 20a to 20e among the optical path changing members 30a to 30e reflect light emitted from the corresponding light sources and are incident from other light sources. It is preferable that the member which can permeate | transmit silver is applied.

예컨대, 앞서 예시된 각 광원(20a 내지 20e)의 파장을 고려할 때 참조부호 30b 내지 30e는 다이크로닉 빔스플릿터, 참조부호 30a는 IR 필터가 적용될 수 있다. 또한, 타 광원의 광경로를 점유하지 않는 광로변환부재(30e)는 미러가 적용된다.For example, when considering the wavelengths of the light sources 20a to 20e illustrated above, reference numerals 30b to 30e may be applied to a dichronic beam splitter, and reference numeral 30a may be applied to an IR filter. In addition, a mirror is applied to the optical path changing member 30e that does not occupy the optical path of another light source.

각 광로 변환부재(30a 내지 30e)는 직교하는 3축방향에 대한 미세 각도를 각각 조절 나사의 조정에 의해 조절할 수 있는 밸런서(31a 내지 31e)에 지지되어 장착되어 있다.Each of the optical path changing members 30a to 30e is supported by and mounted on balancers 31a to 31e that can adjust fine angles in three orthogonal directions perpendicular to each other by adjustment of adjustment screws.

밸런서(31)는 조절나사의 조정에 의해 광로 변환부재를 지지대에 대해 진퇴시킬 수 있는 것으로서 다양한 것이 적용될 수 있고, 일 예로서 미국 특허번호 제 5,140,470에 개시된 밸런서가 적용될 수 있다.The balancer 31 can be applied to a variety of things that can advance the optical path conversion member relative to the support by adjusting the adjustment screw, for example, the balancer disclosed in US Patent No. 5,140,470 may be applied.

광로변환부재(30)를 거쳐 단일경로로 진행되는 광을 회전스테이지(50)의 회전 중심으로 향하도록 입사빔을 상방으로 반사시키는 미러(33)와, 상방으로 진행되는 광을 회전스테이지(50)의 회전 중심으로 향하도록 반사시키는 미러(35)가 도 3을 통해 보다 상세히 도시된 바와 같이 각각 메인프레임(11) 및 메임프레임(11)에 소정 높이로 설치된 지지부재(11a)상에 설치되어 있다.Mirror 33 for reflecting the incident beam upwards so that the light traveling in a single path through the optical path conversion member 30 toward the rotation center of the rotation stage 50, and the rotation stage 50 for the light traveling upwards Mirror 35 reflecting toward the center of rotation of is installed on the support member 11a installed at a predetermined height on the main frame 11 and the main frame 11, respectively, as shown in more detail through FIG. .

바람직하게는 광원(20)으로부터 출사된 광의 편광상태를 전환 시킬 수 있도록 광원(20)으로부터 프리즘(61)까지 이어지는 광경로상의 소정위치에서 광경로를 가로지르는 방향으로 하프 플레이트를 입출 시킬 수 있도록 하프플레이트 장착부(37)가 설치되는 것이 바람직하다.Preferably, the half plate can enter and exit the half plate in a direction crossing the light path at a predetermined position on the light path from the light source 20 to the prism 61 so as to switch the polarization state of the light emitted from the light source 20. It is preferable that the plate mounting part 37 is provided.

일 예로서, 도 3에 도시된 바와 같이 제어신호에 따라 광경로를 가로질러 진퇴될 수 있도록 미러(33)(35) 사이에 하프 플레이트 장착부(37)가 설치된다.As an example, as shown in FIG. 3, a half plate mounting portion 37 is installed between the mirrors 33 and 35 so as to advance and retreat across the optical path according to the control signal.

하프 플레이트 장착부(37)는 해당 파장별 하프 플레이트(37a 내지 37e)를 삽입할 수 있는 삽입홈(38a)이 형성된 하프 플레이트 삽입부(38)와, 하프 플레이트 삽입부(38)를 진퇴시킬 수 있도록 설치된 에어 실린더(39) 및 하프 플레이트가 광경로를 가로지르도록 하는 소정 위치를 전진 목표위치로 가이드하기 위한 블록킹 부재(39)가 마련되어 있다. 블록킹 부재(39)와 하프 플레이트 삽입부(38) 상호간의 대향면에는 상호 정합될 수 있는 홈(39a)과, 홈(39a)에 대응되는 돌출부(38b)가 마련되어 있다.The half plate mounting portion 37 has a half plate insertion portion 38 and a half plate insertion portion 38 having an insertion groove 38a into which the half plates 37a to 37e for each wavelength can be inserted. A blocking member 39 for guiding a predetermined position at which the installed air cylinder 39 and the half plate cross the optical path to the forward target position is provided. The opposing surfaces between the blocking member 39 and the half plate inserting portion 38 are provided with grooves 39a that can be matched with each other, and projections 38b corresponding to the grooves 39a.

회전스테이지(50)는 메인프레임(11)에 소정높이로 설치된 지지부재(11a)상에 회전가능하게 설치되어 있다.The rotating stage 50 is rotatably installed on the support member 11a installed at a predetermined height on the main frame 11.

회전스테이지는(50)는 회전디스크(51), 회전아암(55)을 구비한다.The rotating stage 50 includes a rotating disk 51 and a rotating arm 55.

회전 디스크(51)는 그 회전중심에 소정크기의 중공(51a)이 형성되어 있고, 스텝모터(53)에 의해 회전될 수 있도록 설치되어 있다.The rotating disk 51 is provided with a hollow 51a of a predetermined size at its center of rotation, and is provided to be rotated by the step motor 53.

회전 디스크(51)의 중공(51a)과 대향되는 지지부재(11a)상에도 광경로를 제공하도록 회전 디스크(51)의 중공(51a)이 연장되는 방향을 따라 도 3및 도 4에 도시된 바와 같이 홀(12)이 형성되어 있다.3 and 4 along the direction in which the hollow 51a of the rotating disk 51 extends to provide an optical path on the support member 11a opposite the hollow 51a of the rotating disk 51. Likewise, the hole 12 is formed.

회전 디스크(51)의 회전 각도를 제한 하기 위해 회전 디스크(51)가 소정 각도록 회전시 간섭신호를 발생할 수 있도록 회전 디스크(51)상에 간섭부재(51b)가 설치되고, 회전 디스크(51)가 소정 각도로 회전될 때 간섭부재(51b)에 간섭될 수 있도록 리미트 스위치(51c)가 쌍을 이루어 지지부재(11a)상에 설치된다. 바람직하게는 회전디스크(51)가 영점을 기준으로 ±45도에서 리미트 스위치(51c)가 간섭될 수 있도록 복수의 간섭부재(51b) 및 복수의 리미트 스위치(51c)가 설치된다.An interference member 51b is provided on the rotating disk 51 so as to generate an interference signal when the rotating disk 51 rotates to a predetermined angle to limit the rotation angle of the rotating disk 51, and the rotating disk 51 The limit switches 51c are provided in pairs on the support member 11a so that they can interfere with the interference member 51b when they are rotated at a predetermined angle. Preferably, a plurality of interference members 51b and a plurality of limit switches 51c are provided so that the limit switch 51c may interfere with the rotating disk 51 at ± 45 degrees with respect to the zero point.

회전 아암(55)은 회전디스크(51)와 연동되어 회전디도록 회전디스크(51)에 결합되어 있고, 회전디스크(51)의 중공(51b)을 통해 입사되는 광의 경로를 변환시켜 프리즘(61)에 입사시킬 수 있도록 'ㄷ'자 형태로 광로를 변환시키기 위한 광로 변환부재인 미러(52 내지 54)가 복수개 설치되어 있다.The rotating arm 55 is coupled to the rotating disk 51 so as to rotate in conjunction with the rotating disk 51, and converts a path of light incident through the hollow 51b of the rotating disk 51 to prism 61. A plurality of mirrors 52 to 54, which are optical path changing members for converting the optical path in a 'c' shape, are provided.

제1미러(52)는 회전디스크(51)를 관통하여 진행되는 광을 상방에 있는 제2미러(53)를 향하도록 반사시키고, 제2미러(53)는 제1미러(51)로부터 입사되는 광을 제3미러(54)로 향하도록 반사시키며, 제3미러(54)는 제2미러(53)로부터 입사된 광을 프리즘(61)을 향하도록 반사시킨다.The first mirror 52 reflects the light traveling through the rotating disk 51 toward the second mirror 53 upward, and the second mirror 53 is incident from the first mirror 51. The light is reflected toward the third mirror 54, and the third mirror 54 reflects the light incident from the second mirror 53 toward the prism 61.

제1 내지 제3미러(52 내지 54)도 각도 조정용 밸런서에 설치되어 있다.The first to third mirrors 52 to 54 are also provided in the angle adjusting balancer.

더욱 바람직하게는 제3미러(54)의 각도 조정용 밸런서(54a)는 조절나사(54b)의 조작에 따른 이동 거리 값을 눈금을 통해 표시하여 사용자가 인식할 수 있는 마이크로미터가 적용된다. 이경우 사용자는 제3미러(54)의 셋팅값을 기록한 다음에 추후 셋팅시 이용할 수 있는 장점이 있다.More preferably, the angle adjusting balancer 54a of the third mirror 54 displays a moving distance value according to the operation of the adjusting screw 54b through a scale, and a micrometer that can be recognized by the user is applied. In this case, the user may record the setting value of the third mirror 54 and then use it in a later setting.

또한, 광원(20)으로부터 출사되어 공통 광경로 및 제3미러(54)로 이어지는광경로를 진행하는 동안 광빔의 크기 및 직진성분을 필터링할 수 있도록 복수의 핀홀 부재(23)(24)(25)가 소정 간격 이격되어 광경로상에 배치되는 것이 바람직하다.In addition, the plurality of pinhole members 23, 24, 25 so as to filter the size and the linear components of the light beam during the light path emitted from the light source 20 leading to the common light path and the third mirror 54. ) Is preferably disposed on the optical path at predetermined intervals.

일 예로서, 회전 디스크(51)의 중공(51a) 양측면에 핀홀이 형성된 핀홀부재(23)(24)를 설치한다.As an example, the pinhole members 23 and 24 having pinholes are provided on both sides of the hollow 51a of the rotating disk 51.

또한, 제2미러(53)와 제3미러(54)의 중간 부분에 핀홀 부재(25)를 설치한다.In addition, the pinhole member 25 is provided in the middle portion between the second mirror 53 and the third mirror 54.

더욱 바람직하게는 제2미러(53)와 제3미러(54)의 중간 부분에 설치된 핀홀부재(25)는 도 2에 도시된 바와 같이 제2미러(53)로부터 제3미러(54)로 진행되는 광을 조절하기 위해 형성된 핀홀(25a)로부터 소정간격 이격된 위치상에 제1미러(52)와 제2미러(53)를 잇는 광경로와 나란한 방향을 따라 소정 길이로 관통홈(25b)이 형성된다. 그리고, 프리즘(61)의 표면으로부터 반사되어 제3미러(54)를 거쳐 역 진행하여 관통홈(25b)을 통해 진행되는 광을 검출할 수 있도록 제2광검출기(92)가 설치된다.More preferably, the pinhole member 25 installed in the middle portion of the second mirror 53 and the third mirror 54 travels from the second mirror 53 to the third mirror 54 as shown in FIG. 2. The through groove 25b is formed at a predetermined length along a direction parallel to the optical path connecting the first mirror 52 and the second mirror 53 on a position spaced a predetermined distance from the pinhole 25a formed to adjust the light. Is formed. In addition, a second photodetector 92 is installed to detect the light reflected from the surface of the prism 61 and traveling backward through the third mirror 54 to travel through the through groove 25b.

제2광검출기(92)는 제3미러(54)로부터 프리즘(61)으로 입사되는 광이 프리즘(61)의 광 입사면에 수직하게 입사되는 기준 위치인 영점을 조정하기 위해 이용된다.The second photodetector 92 is used to adjust the zero point, which is a reference position at which light incident from the third mirror 54 into the prism 61 is incident perpendicularly to the light incident surface of the prism 61.

회전디스크(51)의 회전중심을 연장하는 선상에 프리즘(61)을 장착할 수 있도록 프리즘 지지부(60)가 메인프레임(11)에 설치되어 있다.The prism support part 60 is provided in the main frame 11 so that the prism 61 can be mounted on the line extending the center of rotation of the rotating disk 51.

바람직하게는 프리즘 지지부(60)는 프리즘(61)의 지지위치를 미세하게 조정할 수 있도록 메인프레임(11)에 회전가능하게 설치된 보조 회전테이블(62)에 설치된다.Preferably, the prism support 60 is installed on the auxiliary rotary table 62 rotatably installed on the main frame 11 so as to finely adjust the support position of the prism 61.

보조 회전테이블(62)은 회전 디스크(51)와 동축상으로 메인프레임(11)에 소정 높이로 설치된 지지부재(11b)에 회전가능하게 설치된다.The auxiliary rotary table 62 is rotatably installed on the support member 11b installed coaxially with the rotary disk 51 at a predetermined height on the main frame 11.

프리즘 지지부(60)는 보조 회전 테이블(62)에 결합된 베이스(62)에 장착되어 프리즘(61)을 삽입하여 지지할 수 있도록 소정거리 이격되어 대향되게 배치된 픽킹아암(64a)을 갖는 홀딩부(64)를 구비한다.The prism support 60 is mounted to the base 62 coupled to the auxiliary rotating table 62 and has a holding part 64a having a picking arm 64a spaced apart from each other by a predetermined distance to insert and support the prism 61. And (64).

홀딩부(64)는 조절나사(65)에 의해 베이스에 착탈할 수 있도록 되어 있고, 픽킹아암(64a) 사이에 프리즘이 결합된다.The holding part 64 is detachable from the base by the adjustment screw 65, and a prism is coupled between the picking arms 64a.

프리즘 지지부(60)는 픽킹아암(64a)에 프리즘(61)이 장착되었을 때 프리즘(61)이 회전 디스크(51)의 회전중심에 위치되도록 설치된다.The prism support 60 is installed such that the prism 61 is positioned at the center of rotation of the rotating disk 51 when the prism 61 is mounted on the picking arm 64a.

베이스(63)에는 프리즘(61)을 거쳐 입사된 광을 검출할 수 있도록 제1광검출기(91)가 설치되어 있다.The base 63 is provided with a first light detector 91 so as to detect light incident through the prism 61.

보조 회전 테이블(62)에는 프리즘(61)을 대해 시료(110)를 지지할 수 있도록 설치된 시료장착부(70)가 설치되어 있다.The auxiliary rotating table 62 is provided with a sample mounting portion 70 provided to support the sample 110 with respect to the prism 61.

시료장착부(70)는 프리즘(61)에 대해 시료(110)를 밀착시킬 수 있도록 된 에어 실린더(71)를 구비한다.The sample mounting portion 70 includes an air cylinder 71 that allows the sample 110 to come into close contact with the prism 61.

바람직하게는 시료(110)와 프리즘사이에 형성되는 미세한 공기층의 간격을 조절할 수 있도록 에어실린더(71)의 헤드가 시료(110)를 프리즘(61)에 가압하는 가압력을 조절할 수 있는 압력조절기(미도시)가 구비된다.Preferably, a pressure regulator capable of adjusting the pressing force for pressing the sample 110 to the prism 61 by the head of the air cylinder 71 so as to adjust the gap of the minute air layer formed between the sample 110 and the prism. H) is provided.

한편, VAMFO(Variale Angle Monochromatic Fringe Observation)방식에 의한 시료(110)의 두께 측정을 지원할 수 있도록 시료장착부(70)는 에어실린더(71)를 분리하고, 대신에 도 6에 도시된 바와 같이 진공흡착기(75)를 교체하여 장착할 수 있도록 구조되어 있다. 진공흡착기(75)가 장착되어 VAMFO방식에 의해 시료를 측정할 때는 프리즘 홀딩부(64)를 베이스(63)로부터 분리시켜 제3미러(54)로부터 입사되는 빔이 시료(110)로 직접 입사되도록 하면된다.On the other hand, to support the thickness measurement of the sample 110 by VAMFO (Variale Angle Monochromatic Fringe Observation) method, the sample mounting portion 70 separates the air cylinder 71, instead as shown in Figure 6 vacuum adsorber It is structured so that it can be replaced by replacing (75). When the vacuum absorber 75 is mounted and the sample is measured by the VAMFO method, the prism holding part 64 is separated from the base 63 so that the beam incident from the third mirror 54 is directly incident on the sample 110. That's it.

보조 회전 테이블(62)은 시료(110)의 도파 손실 측정시 미세 각도를 조정할 수 있도록 적용된 것으로서, 고정 테이블로 대체될 수 있음은 물론이다.The auxiliary rotation table 62 is applied to adjust the fine angle when measuring the waveguide loss of the sample 110, and may be replaced with a fixed table.

메인프레임(11)상에 설치된 리니어 스테이지(80)는 수직상으로 승하강 될 수 있는 승하강 장치(81)에 대해 슬라이딩 가능하게 설치되어 있다. 리니어 스테이지(80)는 모터(85)에 의해 경사지게 설치된 경사 가이드판(82)에 대해 진퇴 될 수 있도록 설치되어 있다. 참조부호 81a는 승하강 높이 조절용 나사이다.The linear stage 80 provided on the main frame 11 is slidably installed with respect to the elevating device 81 that can be vertically raised and lowered. The linear stage 80 is provided so that it may advance and retreat with respect to the inclined guide plate 82 installed inclined by the motor 85. Reference numeral 81a denotes a screw for adjusting the raising and lowering height.

리니어 스테이지(80)상에는 굴절율 정합액을 담는 용기(86)를 지지할 수 있는 용기 지지부(87)와, 용기(86)와 대향되는 위치에서 용기(86)를 거쳐 진행되는 광을 수광할 수 있도록 설치된 제3광검출기(93)가 설치되어 있다. 바람직하게는 용기(86)내의 굴절율 정합액에서 굴절되는 파장별 굴절률을 고려하여 광검출기(93)의 설치위치를 조정할 수 있도록 구조된다.On the linear stage 80, a container support portion 87 capable of supporting a container 86 containing a refractive index matching liquid, and light traveling through the container 86 at a position opposite to the container 86 can be received. An installed third photodetector 93 is provided. Preferably, the mounting position of the photodetector 93 can be adjusted in consideration of the refractive index for each wavelength refracted by the refractive index matching liquid in the container 86.

리니어 스테이지(80)는 모터(85)의 구동에 의해 시료(110)와 프리즘(61)의 접촉면에 나란한 방향으로 진퇴된다.The linear stage 80 advances and retreats in the direction parallel to the contact surface between the sample 110 and the prism 61 by the driving of the motor 85.

회전 디스크(51)의 회전각도 제어 및 각 광검출기(91 내지 93)에서 출력되는 신호를 처리하여 시료의 굴절율, 두께 및 도파 손실을 산출하는 신호 처리시스템의 예가 도 7에 도시되어 있다.An example of a signal processing system for controlling the rotation angle of the rotating disk 51 and processing the signals output from each of the photodetectors 91 to 93 to calculate the refractive index, thickness and waveguide loss of the sample is shown in FIG.

신호 처리 시스템은 각 광검출기(91 내지 93)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환시켜 통신인터페이스(121)를 통해 컴퓨터(200)로 출력하는 제어부(120)와, 제어부(120)로부터 출력된 신호에 따라 제1모터(53)와 제2모터(85)를 구동하는 모터 구동부(123)(125)를 구비한다. 제1모터(53)는 회전 디스크(51)를 회전구동하는 모터이고, 제2모터(85)는 리니터 스테이지(80)를 구동하는 모터이다.The signal processing system converts the signals output from the photodetectors 91 to 93 into digital signals and outputs them to the computer 200 through the communication interface 121, and the signals output from the controller 120. In accordance with the first motor 53 and the second motor 85 is provided with a motor driving unit (123, 125). The first motor 53 is a motor for rotating the rotary disk 51, and the second motor 85 is a motor for driving the liner stage 80.

바람직하게는 제1 및 제2 광검출기(91 내지 92)로부터 출력되는 신호의 이득 조절과 오프셋량과 조절할수 있도록 이득조절부(미도시) 및 오프셋 조절부(미도시)가 마련된다.Preferably, a gain adjusting unit (not shown) and an offset adjusting unit (not shown) are provided to adjust the gain and offset amount of the signals output from the first and second photodetectors 91 to 92.

조작패널(130)상에는 측정 기능을 조절할 수 있는 각종 조작키가 마련되어 있다. 예컨대, 광검출기(91 내지 92)의 이득, 오프셋 량을 조절할 수 있는 키, 회전디스크(51)의 회전을 매뉴얼로 조잘할 수 있는 키, 에어실린더(71)의 압력을 조절할 수 있는 키, 광원(20)을 온/오프 하는 키등 다양한 키가 마련되어 있다. 또한, 조작패널상에는 광검출기의 출력신호 레벨을 사용자가 확인 할 수 있는 미터기(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.On the operation panel 130, various operation keys for adjusting the measurement function are provided. For example, a key for adjusting the gain and offset amount of the photodetectors 91 to 92, a key for manually adjusting the rotation of the rotating disk 51, a key for adjusting the pressure of the air cylinder 71, a light source Various keys are provided, such as a key for turning on / off 20. In addition, it is preferable that a meter (not shown) that allows the user to check the output signal level of the photodetector is installed on the operation panel.

제어부(120)는 회전 디스크(51)를 회전시키는 스캔 구동시 회전각 제한 검출센서인 리미트 스위치(51c)로부터 신호가 수신되면 제1모터(53)의 구동을 중지시킨다.The control unit 120 stops driving of the first motor 53 when a signal is received from the limit switch 51c which is a rotation angle limit detection sensor during scan driving to rotate the rotating disk 51.

컴퓨터(200)는 RS232 또는 GPIB와 같은 통신인터페이스(121)를 통해 제어부(120)와 접속된다.The computer 200 is connected to the control unit 120 through a communication interface 121 such as RS232 or GPIB.

컴퓨터(200)는 도 8에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(CPU)(210),표시장치(220), 입력장치(230), 기억장치(240) 및 통신장치(270)를 구비한다.The computer 200 includes a central processing unit (CPU) 210, a display device 220, an input device 230, a memory device 240, and a communication device 270, as shown in FIG. 8.

기억장치(240)에는 윈도우 98, 2000, 윈도우 NT와 같은 운영체계(O/S)(250) 및 박막 측정 드라이버(260)가 설치되어 있다.The memory device 240 is provided with an operating system (O / S) 250 and a thin film measurement driver 260 such as Windows 98, 2000, and Windows NT.

박막 측정 드라이버(260)는 운영체계(250)을 지원하여 통신장치(270)를 통해 제어부(120)로부터 수신된 신호를 처리하고, 제어부(120)를 제어한다.The thin film measurement driver 260 supports the operating system 250 to process a signal received from the controller 120 through the communication device 270 and to control the controller 120.

박막 측정 드라이버(260)는 수신된 데이터를 사용자가 쉽게 인식할 수 있도록 각도별 데이터를 그래프로 표시하여 처리하고, 측정방식에 대한 선택메뉴를 제공한다. 또한, 취득된 데이터에 대해 사용자가 입력한 파일명으로 저장처리한다.The thin film measurement driver 260 displays and processes the data for each angle in a graph so that the user can easily recognize the received data, and provides a selection menu for the measurement method. The data is also stored in the file name input by the user.

박막 측정 드라이버(260)가 실행될 때 표시장치(220)를 통해 표시되는 화면의 일 예가 도 11 내지 도 14에 도시되어 있다.11 to 14 show examples of a screen displayed through the display device 220 when the thin film measuring driver 260 is executed.

이러한 박막 측정 드라이버(260)는 검사대상 시료에 대해 단층, 2층, VAMFO, 벌크 네가지 타입중 어느 하나를 선택하여 굴절률과 두께를 산출할 수 있도록 메뉴를 제공한다. 또한 도파 손실 산출을 선택할 수 있는 메뉴를 제공한다.The thin film measurement driver 260 provides a menu for selecting one of single layer, two layers, VAMFO, and bulk four types of the sample to be inspected to calculate refractive index and thickness. It also provides a menu to choose the waveguide loss calculation.

도면에서 참조부호 261은 측정시 입력된 데이터를 각도별로 보여주는 그패프 표시창이다.In the drawing, reference numeral 261 is a graph display window showing the data input for each measurement.

메뉴키를 보다 상세히 설명하면, 환경설정키(263)는 기본적인 데이터를 입력할 수 있도록 지원되는 키로서, 예컨대, 프리즘(61)의 각도 입력, 통신모드선택 즉 GPIB, RS-232중 어느 하나의 선택을 할 수 있도록 지원한다.When the menu key is described in more detail, the configuration key 263 is a key supported for inputting basic data. For example, an angle input of the prism 61, a communication mode selection, i.e., one of GPIB and RS-232 can be used. Support your choices.

파일열람키(265)는 기억장치(240)에 기 저장된 데이터파일을 불러오는것을 지원하는 키이고, 손실 측정키(267)는 선택되면, 도 15에 도시된 바와 같은 손실측정서브 프로그램이 로딩된다.The file reading key 265 is a key for supporting a data file previously stored in the storage device 240. When the loss measuring key 267 is selected, a loss measuring subprogram as shown in FIG. 15 is loaded.

스캔키(271)는 회전 디스크(61)를 설정된 각도범위로 스캔구동을 명령할 때 이용하는 키이다. 참조부호 273은 영점을 자동으로 찾도록 지시하는 키이다. 또한, 참조부호 275는 현재의 회전디스크(61)의 위치를 영점으로 지정하고자 할 때 이용하는 키이다.The scan key 271 is a key used to command the scan drive of the rotating disk 61 in a set angle range. Reference numeral 273 is a key for instructing to automatically find the zero point. Reference numeral 275 denotes a key used to designate the current position of the rotating disk 61 as a zero point.

참조부호 281은 단일막, 2층막, 벌크, VAMFO중 어느 하나를 선택하는 키이고, 283은 광의 편광상태에 따라 TM모드와 TE모드중 어느 하나를 선택하는 키이다.Reference numeral 281 denotes a key for selecting one of single film, two-layer film, bulk, and VAMFO, and 283 denotes a key for selecting one of TM mode and TE mode according to the polarization state of light.

참조부호 285는 광의 편광상태를 TM모드와 TE모드중 어느 하나로 변환하는 키로서, 복수의 광원중 구동 광원을 선택하는 키(287)에 의해 선택된 광원의 파장에 대응되는 하프 플레이트의 진퇴를 제어한다.Reference numeral 285 denotes a key for converting the polarization state of the light to either the TM mode or the TE mode, and controls the regression of the half plate corresponding to the wavelength of the light source selected by the key 287 for selecting the driving light source among the plurality of light sources. .

또한 연산키(291)가 선택되면, 설정된 조건에 따라 굴절율, 두께, 손실중 대응되는 파라미터를 산출하여 표시한다.When the operation key 291 is selected, the corresponding parameters among the refractive index, thickness, and loss are calculated and displayed according to the set conditions.

참조부호 289는 측정된 모드각들의 위치를 화면에 나타내고 유효굴절율(N_eff)을 계산하여 표시처리하는 키이다.Reference numeral 289 denotes a position of the measured mode angles on the screen, and calculates and displays an effective refractive index N _eff .

이하에서는 박막 측정 드라이버(260)를 실행시켜 굴절율과 두께를 산출하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of calculating the refractive index and the thickness by executing the thin film measuring driver 260 will be described.

먼저, 측정에 관련되는 각 장치를 기동시킨다. 즉, 컴퓨터(200), 구동하고자 하는 광원을 온시킨다. 그리고, 검사대상 시료(110)를 프리즘(61)에 밀착시킨 상태에서 시료 장착부(60)의 에어실린터(71)가 전진하도록 조작하여 시료(110)를 장착한다.First, each device related to a measurement is started. That is, the computer 200 turns on the light source to be driven. Then, the sample 110 is mounted by operating the air cylinder 71 of the sample mounting unit 60 to move forward while keeping the test target sample 110 in close contact with the prism 61.

이후, 박막 측정 드라이버(260)의 영점조정 메뉴(273)을 조작한다. 그러면 제어부(120)는 회전 디스크(61)를 설정된 각도 범위로 회전시키면서 제2광검출기(92)에서 출력되는 신호가 최대가 되는 지점을 영점으로 판단하고, 이 각도위치를 영점으로 결정한다. 영점 조정을 사용자가 미세하게 조정하고자 할 경우에는 매뉴얼로 영점 조정과 대응되는 요소를 조작하여 제2광검출기(92)를 출력되는 신호가 최대가 되게 각요소의 위치를 조정하고, 영점설정키(275)를 선택하면 된다.Thereafter, the zero adjustment menu 273 of the thin film measurement driver 260 is operated. Then, the controller 120 determines the point where the signal output from the second photodetector 92 becomes the maximum while rotating the rotating disk 61 in the set angle range, and determines the angle position as the zero point. When the user wants to finely adjust the zero adjustment, the elements corresponding to the zero adjustment are manually operated to adjust the position of each element so that the signal output from the second photodetector 92 is maximized, and the zero setup key ( 275).

영점조정이 완료된 것으로 판단되면, 검사대상 시료에 대해 이후 취득될 데이터를 저장하기 위한 파일명 등 필요한 데이터를 해당 입력창 즉 샘플명(sample name)이라고 표기된 부분에 대응되는 창에 입력한다.When it is determined that the zeroing is completed, necessary data such as a file name for storing data to be acquired later for the specimen to be inspected is input into a corresponding input window, that is, a window corresponding to a portion labeled with a sample name.

다음은 제1광검출기(91)에서 출력되는 신호가 설정된 범위내에서 가변되도록 조작패널(130)상에 마련된 이득 조절기와 오프셋량을 조절기 소정 값으로 선택한다.Next, the gain regulator and the offset amount provided on the operation panel 130 are selected as the regulator predetermined values such that the signal output from the first photodetector 91 varies within a set range.

그리고 나서, 회전 시작 각도와 각도 범위, 샘플링율을 설정한다.Then, set the rotation start angle, the angle range, and the sampling rate.

이후 스캔키(271)를 조작하여 컴퓨터(200)의 표시장치(220) 또는 미터기를 통해 표시되는 광검출기(91)의 출력 신호의 레벨 및 오프셋 레벨이 적절한 지를 검토하고, 적절한 범위가 될 때 까지 위 과정을 반복한다.Thereafter, the scan key 271 is operated to check whether the level and offset level of the output signal of the photodetector 91 displayed through the display device 220 or the meter of the computer 200 are appropriate, until the range is appropriate. Repeat the above process.

광검출기(91)의 출력신호 레벨이 적절하다고 판단되면, 다시 스캔 각도 범위가 적절한지를 표시장치(220)를 통해 출력되는 데이터를 보고 판단한다.When it is determined that the output signal level of the photodetector 91 is appropriate, the data output through the display device 220 determines whether the scan angle range is appropriate again.

스캔 각도 범위가 적절하다고 판단되면, 스캔 동안 제1광검출기(91)를 통해 취득된 데이터에 대해 굴절율, 두께에 대한 파라미터 값 산출을 어떤 모드로 산출할 것인지를 선택한다.If it is determined that the scan angle range is appropriate, it is selected in which mode to calculate the parameter value calculations for the refractive index and the thickness for the data acquired through the first photodetector 91 during the scan.

즉, 단일층, 복합층, 벌크, VAMFO모드 중 어느 하나를 선택할 수 있는 키(281)를 조작하여 원하는 방식을 선택한다.That is, a desired method is selected by operating a key 281 that can select any one of single layer, multiple layer, bulk, and VAMFO modes.

그러면, 박막측정 드라이버(260)는 선택된 모드에 대응되는 연산 프로세스에 의해 굴절율과 두께를 산출한다.Then, the thin film measurement driver 260 calculates the refractive index and the thickness by a calculation process corresponding to the selected mode.

이하에서는 굴절율과 두께를 산출하는 과정을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the process of calculating the refractive index and the thickness will be described in more detail.

먼저, 단층박막인 경우에 대해 도 9및 도 11을 참조하여 설명한다.First, the case of a single layer thin film will be described with reference to FIGS. 9 and 11.

먼저, 단층박막의 경우 도 9에 도시된 바와 같이 프리즘(61)과 박막(111) 사이에 얇은 공기층이 형성되고, 프리즘(61)을 통해 입사된 광은 프리즘(61)과 박막(111)이 접하는 면에서 반사되어 제1광검출기(91)로 진행한다. 알려진 바와 같이 프리즘 커플링 원리에 의하면, 프리즘(61)에 입사되는 광의 각도가 모드각이라고 부르는 특정 각도로 입사할 때 공기층에서의 감쇄파는 박막(111)에서 도파모드를 발생시킨다. 이때 전자기 경계 조건에 의해 프리즘(61) 내에서 박막과 평행한 전파상수 성분()은 박막 내에서의 박막과 평행한 전파상수 성분(k_z=)과 같게 되고, 이로부터 공통상수인 공기의 전파상수(k₀)를 삭제하면 아래의 수학식 1을 구할 수 있다.First, in the case of a single-layer thin film, a thin air layer is formed between the prism 61 and the thin film 111 as shown in FIG. 9, and the light incident through the prism 61 is formed by the prism 61 and the thin film 111. Reflected at the contact surface, the process proceeds to the first photodetector 91. As is known, according to the prism coupling principle, the attenuation wave in the air layer generates a waveguide mode in the thin film 111 when the angle of light incident on the prism 61 is incident at a specific angle called a mode angle. At this time, due to the electromagnetic boundary condition, the propagation constant component parallel to the thin film in the prism 61 ( ) Is the propagation constant component (k _z = parallel to the film in the film) ), And the following propagation constant (k ₀ ) of air, which is a common constant, is obtained from Equation 1 below.

여기서, n_eff는 박막의 유효굴절율이며, n_p는 알고 있는 프리즘(61)의 굴절율 이다.Where n _eff is the effective refractive index of the thin film and n _p is the refractive index of the known prism 61.

광이 프리즘(61)에서 박막으로 도파되는 도파모드에서는 제1광검출기(91)에 입사되는 광량이 현저히 떨어지게 된다. 따라서, 제1광검출기(91)로 입사되는 광량이 현저히 감소되는 입사각도를 측정하면, 앞서의 수학식 1에 의해 도파로의 유효 굴절률을 구할 수 있다.In the waveguide mode in which light is guided from the prism 61 to the thin film, the amount of light incident on the first photodetector 91 is significantly decreased. Therefore, when the incident angle at which the amount of light incident on the first photodetector 91 is significantly reduced is measured, the effective refractive index of the waveguide can be obtained by the above equation (1).

이러한 프리즘 커플링 원리에 따라 입사각을 변화시키기 위해 회전 디스크(61)를 점진적으로 회전시키면, 제1 광검출기(91)에 입사되는 광량의 변화에 대한 데이터를 얻을 수 있고, 이로부터 박막(111)의 도파모드에 해당하는 모드각을 측정할 수 있다. 측정된 모드각이 둘 이상이면, 박막의 도파조건식을 이용하여 박막의 굴절률 및 두께를 이하에서 설명되는 계산식에 의해 계산한다.By gradually rotating the rotating disk 61 to change the angle of incidence according to the prism coupling principle, data on the change in the amount of light incident on the first photodetector 91 can be obtained, from which the thin film 111 The mode angle corresponding to the waveguide mode can be measured. If the measured mode angle is two or more, the refractive index and thickness of the thin film are calculated by using the formula described below using the waveguide conditional formula of the thin film.

이를 보다 상세히 설명하면, 먼저, 프리즘(61)에 입사된 광의 각도변화에 따라 제1광검출기(91)에 입사되는 광량이 변하게 된다. 변하는 입사각이 도파조건을 만족하면 제1광검출기(91)에 입사되는 광량은 떨어지고, 이후 다시 회전디스크(51)가 계속 회전함에 따라 제1광검출기(91)에 도달하는 광량이 증가되는 패턴의 광량의 변곡점이 나타나게 된다.In more detail, first, the amount of light incident on the first photodetector 91 is changed according to an angle change of light incident on the prism 61. If the varying angle of incidence satisfies the waveguide condition, the amount of light incident on the first photodetector 91 falls, and then the amount of light reaching the first photodetector 91 increases as the rotating disk 51 continues to rotate. The inflection point of the amount of light appears.

이 변곡점들이 모드각들에 해당하며, 순차적으로 도파 모드(i=0,1,2,3...n)번호를 부여한다. 그리고, i번째 모드에 대한 유효 굴절율 n_eff(i)을 앞서의 수학식1로부터 입사각(θ_i)의 관계식으로 바꾸면 아래의 수학식 2와 같다.These inflection points correspond to the mode angles, and are sequentially assigned the waveguide mode (i = 0, 1, 2, 3 ... n) numbers. Then, when the effective refractive index n _{eff (i)} for the i-th mode is changed from the above equation (1) to the relation of the incident angle (θ _i ), it is expressed as Equation 2 below.

여기서,이고,here, ego,

θ_pa는 알고 있는 프리즘의 각도이고, θ_i는 i번째 모드의 입사각이다.θ _pa is the angle of the known prism and θ _i is the angle of incidence in the i-th mode.

다음은 모드별 유효 굴절율(n_eff(i))로부터 공기층에 대한 감쇄계수(α₁), 박막의 전파상수(k₂), 기판의 감쇄계수(α₃)를 각각 아래의 수학식 3 내지 5에서와 같이 정의한다.Next, the attenuation coefficient (α ₁ ) for the air layer, the propagation constant (k ₂ ) of the thin film, and the attenuation coefficient (α ₃ ) of the substrate are respectively expressed from the effective refractive index n _{eff (i} ) for each mode. Define as in

여기서, n₂는 알고자 하는 박막(111)의 굴절율, n_s는 이미 알고 있는기판(112)의 굴절율이다.Here, n ₂ is the refractive index of the thin film 111 to be known, n _s is the refractive index of the substrate 112 already known.

이렇게 정의된 각 파라미터를 이용한 i번째 도파 모드 방적식은 아래 수학식6과 같다.The i-th waveguide mode spinning equation using each defined parameter is as shown in Equation 6 below.

여기서, 프리즘(61)에 입사되는 광의 편광상태가 TE모드일 경우, i번째 모드에 대한 공기면과 박막(111)의 경계면에서의 위상변위와, 기판(112)과 박막(111)의 경계면에서의 위상변위는 각각Here, when the polarization state of the light incident on the prism 61 is TE mode, the phase shift at the interface between the air plane and the thin film 111 for the i-th mode, and at the interface between the substrate 112 and the thin film 111 Phase shift of

, ,

이고, TM모드일 경우In TM mode

, ,

이다.to be.

수학식6은 박막(111)의 굴절률(n₂)와 두께(d₂)를 구하는 근간이 되는 식이다. 측정된 모든 모드(i=0,1,2,3,…,n)들에 대한 유효굴절률(n_eff)과 두께(n₂)는 수학식 6을 만족해야 한다.Equation 6 is a formula for obtaining the refractive index n ₂ and the thickness d ₂ of the thin film 111. The effective refractive index (n _eff ) and the thickness (n ₂ ) for all the measured modes (i = 0,1,2,3, ..., n) must satisfy Equation 6.

그러면 i=0(zero) 번째 모드에 대한 수학식 6은Then Equation 6 for the i = 0 (zero) th mode is

이 되고, Become,

i=1 번째 모드에 대한 수학식 6은Equation 6 for the i = 1 th mode

이 된다. Becomes

또한, m개의 모드가 측정되었을 때 i=m번째 모드에 대한 수학식 6은Also, when m modes are measured, Equation 6 for the i = m th mode is

이 된다. Becomes

이러한 모드별 식은 측정시 오차 및 에러가 없다면 모두 성립해야 한다.These mode-specific equations must be true if there are no errors and errors in the measurement.

따라서, 수학식 2를 통해 취득된 유효 굴절율을 이용하여 수학식 6으로부터 박막(111)의 굴절율과 두께를 산출하면 된다.Therefore, the refractive index and the thickness of the thin film 111 may be calculated from Equation 6 using the effective refractive index obtained through Equation 2.

그런데, 데이터 취득과정에서 실험 오차가 발생될 수 있을 가능성이 있고, 이를 감안하여 최적 근사값을 구할 수 있도록 다음과 같이 S를 정의한다.However, there is a possibility that an experimental error may occur in the data acquisition process, and S is defined as follows to obtain an optimal approximation value in consideration of this.

그리고, n₂와 d₂값을 변화시켜 수학식 6에 모드별로 대입하면서 S값이 0(zero)에 가장 가깝게 되는 n₂와 d₂를 박막측정 드라이버(260)의 연산 프로그램에 의해 구한다. 이렇게 구한 n₂와 d₂값을 박막의 굴절률과 두께로 결정한다. 이와 같은 방법을 사용하면 종래의 방법에서 처럼 수렴이 실패하는 일이 없이 최적값을 출력하게 된다.And, by changing the n ₂ d ₂ and the value obtained by the calculation program of the thin film measuring driver 260 and the n ₂ d ₂ which is the nearest to this S value 0 (zero) and by substituting the equation (6) mode. The n ₂ and d ₂ values thus determined are determined by the refractive index and the thickness of the thin film. Using this method outputs the optimum value without the convergence failure as in the conventional method.

한편, 2층 박막의 경우에는 도 10에 도시된 바와 같이 기판(117)위에 순차적으로 베이스층(116)과 코어층(115)이 적층되어 있으며, 2층 막에 대한 4개의 미지수, 즉 코어층(115)의 굴절률(n₂)과 두께(d₂), 베이스층(116)의 굴절률(n_b), 두께(d3)를 산출할 수 있도록 2층막에 대한 도파조건식을 구해야 한다.Meanwhile, in the case of the two-layer thin film, as shown in FIG. 10, the base layer 116 and the core layer 115 are sequentially stacked on the substrate 117, and four unknowns of the two-layer film, that is, the core layer, are sequentially stacked. The waveguide conditions for the two-layer film should be obtained to calculate the refractive index n ₂ and the thickness d ₂ of 115, the refractive index n _b of the base layer 116, and the thickness d ₃ .

2층막에서의 광의 도파조건을 구하기 위하여 도면에 함께 도시된 좌표계를 사용한다. 여기서 공기와 코어층이 접하는 점을 x=0으로 한다.The coordinate system shown in the drawing is used to find the waveguide condition of the light in the two-layer film. Here, the point where air and the core layer contact each other is x = 0.

프리즘 커플러를 사용하여 2층 박막에 광을 결합시키는 경우 도파모드 형태를 크게 두가지로 구분한다. 두개의 도파모드 형태중, 코어모드는 광이 코어층(115)에서만 진동하는 형태이고, 나머지 층에서는 모두 감쇄하는 형태이며, 베이스 모드는 코어층(115) 뿐만 아니라, 베이스층(116)에서도 동시에 진동하는 형태를 말한다.When the light is coupled to the two-layer thin film using a prism coupler, the waveguide mode is divided into two types. Of the two waveguide modes, the core mode is a form in which the light vibrates only in the core layer 115 and all of the other layers are attenuated. In the base mode, not only the core layer 115 but also the base layer 116 simultaneously. The vibrating form.

2개 모드의 존재의 여부는 도 12의 2층 박막 측정 그래프를 보면, 처음 3개의 하방으로 꺽인 언더 피크점 이후 언더 피크의 간격이 급격히 좁아지는 패턴이 나타나는데 처음 3개의 언터 피크는 코어모드이고, 이후 광의 세기가 좁아진 뒤 진동하는 언더 피크가 베이스 모드가 된다.In the two-layer thin film measurement graph of FIG. 12, the presence or absence of two modes shows a pattern in which the interval between the under peaks narrows sharply after the first three downward peaks. The first three under peaks are core modes. After the light intensity is narrowed, the oscillating under peak becomes the base mode.

각 층에서의 전기장 형태에 대해 맥스웰(Maxwell) 방정식을 적용하면 코어 모드인 경우 도면에 함께 도시된 바와 같은 함수로 표시된다. 여기에 "경계에서 전기장과 자기장의 접선성분은 각각 양쪽 경계면에서 연속이다"는 조건을 사용하면 코어모우드에 대하여 다음과 같은 도파조건을 얻을 수 있다. 즉, i번쩨 도파 모드에 대한 도파 조건은Applying the Maxwell equation for the electric field shape at each layer is shown as a function as shown in the figure when in core mode. Using the condition that "the tangential components of the electric and magnetic fields at each boundary are continuous at both interfaces," the following waveguide conditions can be obtained for the core mode. That is, the waveguide condition for the first waveguide mode is

로 표시된다. Is displayed.

수학식 8은 본 발명에 따른 실수형의 도파조건식 이다.Equation 8 is a real waveguide conditional expression according to the present invention.

여기서는 코어층(115)의 전파상수,here Is the propagation constant of the core layer 115,

는 공기층의 감쇄계수, Is the attenuation coefficient of the air layer,

는 베이스층(116)의 감쇄계수, Is the attenuation coefficient of the base layer 116,

는 기판(117)의 감쇄계수이다. Is the attenuation coefficient of the substrate 117.

또한,Also,

이고, ego,

이며, ε_i과 f는 수식을 간략하게 표현하기 위해 정의된 것이다. Ε _i and f are defined to simplify the equation.

한편 베이스 모드에 대한 i번째 도파모드에 대한 도파조건은Meanwhile, the waveguide condition for the i th waveguide mode for the base mode is

,,로 정의된다. 여기서도 앞서와 마찬가지로 ε_i과 P 및 Y는 수식을 간략하게 표현하기 위해 정의된 것이다. , , Is defined as Here, as before, ε _i , P, and Y are defined to simplify the expression.

수학식 8은 2층박막 시료에 대해 구하고자 하는 코어층(115)의 굴절률(n₂)과 두께 (d₂), 베이스층(116)의 굴절률(n_b)과 두께(d₃) 및 측정된 i번째 유효굴절률(n_effi)이 만족해야 할 도파 조건식이다.Equation 8 is the refractive index (n ₂ ) and thickness (d ₂ ) of the core layer 115 to be obtained for the two-layer thin film sample, the refractive index (n _b ) and thickness (d ₃ ) and measurement of the base layer 116 The i th effective refractive index (n _effi ) is a waveguide condition that must be satisfied.

이러한 도파조건식은 실수형으로서 기존의 복소수형에 비해 계산시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.This waveguide condition has a merit that it is possible to shorten the calculation time compared to the conventional complex type as a real type.

이하에서는 도파 조건식을 유도하는 과정을 기술한다.Hereinafter, a process of deriving the waveguide conditional expression will be described.

먼저 코어 모드 도파조건식을 유도 하기 위하여 TM모드를 고려한다.First, we consider TM mode to derive the core mode waveguide condition.

평면 도파 모드의 각 경계면에서의 전자기장의 형태는 도 10에 도시된 바와 같이 표시된다.The shape of the electromagnetic field at each interface in the planar waveguide mode is indicated as shown in FIG. 10.

여기서,는 공기층에서의 전기장 형태를 표시하고, α는 공기층에서 감쇄계수이다.는 코어층에서의 전기장 형태이고, k는 코어층에서의 전파상수이며, 코어층에서만 진동하므로 cos 함수로 표기한다. 또한,는 베이스 층에서의 전기장 형태이고, β는 베이스층에서의 감쇄계수이고,는 기판에서의 전기장 형태이고, γ는 기판에서의 감쇄계수이다.here, Denotes the shape of the electric field in the air layer, and α is the attenuation coefficient in the air layer. Is the form of the electric field in the core layer, k is the propagation constant in the core layer, and oscillates only in the core layer. Also, Is the form of the electric field in the base layer, β is the attenuation coefficient in the base layer, Is the form of the electric field on the substrate, and γ is the attenuation coefficient at the substrate.

A, B, C, D, Φ는 임의의 상수이며, 이것은 전기장의 경계조건에서 결정되어 진다.A, B, C, D and Φ are arbitrary constants, which are determined at the boundary conditions of the electric field.

평면 도파 모드에서 각 전기장 형태을 미분한 후 굴절률 제곱으로 나누어 준 결과는 자기장에 비례한다.In planar waveguide mode, the derivative of each electric field form divided by the refractive index squared is proportional to the magnetic field.

따라서, 전기장의 식을 x로 미분하여 굴절률 제곱으로 나누어 자기장 형태를 구하면, 각각,Therefore, by differentiating the expression of the electric field by x and dividing by the refractive index squared to obtain the magnetic field shape, respectively,

:공기층에서의 자기장 형태 Magnetic field shape in the air layer

:코어층에서의 자기장 형태 Magnetic field shape in the core layer

: 베이스 층에서의 자기장 형태 : Magnetic field shape at base layer

: 기판에서의 자기장 형태를 구할 수 있다. : The shape of the magnetic field in the substrate can be obtained.

전기장의 형태와 자기장의 형태로 도파조건식을 구하기 위하여 우선 "경계면에서 전기장과 자기장의 접선성분은 연속이다"는 조건을 사용한다.In order to obtain the waveguide equation in the form of electric field and magnetic field, first, use the condition that the tangential component of the electric and magnetic fields in the boundary is continuous.

여기서, 경계면에서의 형태는 위치가 같으면 연속(전기장형태=자기장형태)이다.Here, the form at the interface is continuous (electric field form = magnetic field form) if the positions are the same.

이로부터, X=0(zero)의 경계에서는 공기층과 코어층(115)의 전기장과 자기장의 형태가 같고, X=d₂일때에는 코어층(115)과 베이스층(116)의 전기장과 자기장의 형태가 같고, x=d₂+ d₃일 때에는 베이스층(116)과 기판(117)의 전기장과 자기장의 형태가 같게 된다.From this, the electric field and the magnetic field of the air layer and the core layer 115 have the same shape at the boundary of X = 0 (zero), and the electric and magnetic fields of the core layer 115 and the base layer 116 are separated when X = d ₂ . When the shape is the same and x = d ₂ + d ₃ , the electric and magnetic fields of the base layer 116 and the substrate 117 are the same.

그러므로, 경계조건 x=0(zero)에서는Therefore, at boundary condition x = 0 (zero)

,가 된다. 이들 두 식을 다시 정리하면, , Becomes If you rearrange these two expressions,

가 되고 이 식을으로 나누면 Becomes this expression Divided by

가 된다. Becomes

여기서을라고 하자. 즉, 다시 정의하면라고 하자.here of Let's say In other words, if you redefine Let's say

또한, x=d₂일 때Also, when x = d ₂

,을 얻을 수 있다. , Can be obtained.

여기서을라하고,를라 하여 위 두식을 정리하면,가 되고, 이식을로 나누면,가된다. 여기서이므로라고 사용할 수 있고,를라고 정의하자. 이것은 모두 수식을 간단히 표현하고자 하는 것 뿐이다. 그러면 최종적으로으로 표현할 수 있다.here of Lago, To If you sum up the above two expressions, Become a transplant Divided by Become. here Because of I can use it, To Let's define All this is simply to express the equation. Finally It can be expressed as

x=d₂+ d₃일 때는,when x = d ₂ + d ₃ ,

와가 된다. Wow Becomes

여기서 위에서 정의된 X, Y를 사용하여 다시 정리하면,Here, using the X and Y defined above,

와로 정의되고, Wow Defined as

여기서를라 하여 정리하면,,가 되며를 다시 정리 하면,로 표현할 수 있다.here To In sum, , Becomes If you rearrange Can be expressed as

위에서를라 정의 한후의 식으로 더하고 빼 주어 2개의 식으로 얻을 수 있다.From above To After definition Can be obtained by adding and subtracting from

즉 두 식을 더하면,이 되고, X에 관하여 정리하면If you add two expressions, If we sum up about X

된다. do.

또한, 빼주면이되고, Y에 관하여 정리하면가 된다.Also, subtract If you sum up about Y Becomes

여기서 구하여진 X, Y를 이용하여 x=d₂인 경우에서의 최종식에 대입하여 구한 식과, x=0에서 구한 최종식을 서로 빼주면 이하의 식을 얻을 수 있다.The following formula can be obtained by subtracting the formula obtained by substituting the final formula obtained in the case of x = d ₂ using the obtained X and Y and the final formula obtained at x = 0.

즉,In other words,

-----T1 (tan를 이항시킴) ----- T1 (binary tan)

--------T2 (tan를 이항시킴)된다. -------- T2 (binary tan)

위 두 식(T1, T2)은 파동의 함수로써 주기성을 가지고 있다. 그러므로 tan45도나 tan(45+180)나 tan(45+360)나 모두 다 같은 값을 가지므로 주기성을 고려하여 양변에 ± iπ(i=0,1,2,3,4,5,...)를 더하여 주어 정리한 후 T1식에 T2식을 빼주면,The above two equations (T1, T2) have periodicity as a function of wave. Therefore, tan45 degrees, tan (45 + 180), or tan (45 + 360) all have the same value, so considering the periodicity, ± iπ (i = 0,1,2,3,4,5, ... After summarizing) and subtracting T2 from T1,

최종적으로 코어모드 도파조건식인이라는 식을 얻을 수 있다.Finally, the core mode waveguide conditional expression You can get the expression

단, 여기서,, ,가 된다.Where , , , Becomes

베이스모드인 경우의 도파 조건식도 코어모드의 도파 조건식과 동일하나, 베이스층의 전기장의 형태가 진동하는 형태로 바뀌는 점이 다르다.The waveguide conditional equation in the case of the base mode is also the same as the waveguide conditional equation in the core mode, except that the shape of the electric field of the base layer is changed into a vibrating form.

먼저, 평면 도파 모드의 각 경계면에서의 전자기장의 형태를 고려하면,First, considering the shape of the electromagnetic field at each interface of the planar waveguide mode,

각각,: 공기층에서의 전기장 형태,: 코어층에서의 전기장 형태,: 베이스 층에서의 전기장 형태,: 기판에서의 전기장 형태로 표시할 수 있고, 코어층(115)과 베이스층(116)은 함께 진동하므로 코사인 함수로 표시된다.each, = Electric field shape in air layer, = Electric field shape in the core layer, : The shape of the electric field in the base layer, : It can be displayed in the form of an electric field in the substrate, and the core layer 115 and the base layer 116 vibrate together and thus are represented by a cosine function.

A, B, C, φ,η는 임의 상수이며, 이것은 전기장의 경계조건에서 결정되어 진다. 앞서의 유도과정과 마찬가지로 각층에 대해 자기장에 대해 표현하면,A, B, C, φ, η are arbitrary constants, which are determined at the boundary conditions of the electric field. As in the derivation process above, for each layer, the magnetic field is expressed.

각각,:공기층에서의 자기장 형태each, Magnetic field shape in the air layer

:코어층(115)에서의 자기장 형태 Magnetic field shape in core layer 115

: 베이스 층(116)에서의 자기장 형태 Magnetic field shape at base layer 116

: 기판(117)에서의 자기장 형태가 된다. : It is in the form of a magnetic field in the substrate 117.

코어모드 도파조건식 유도와 동일한 방법으로 같이 x=0, x=d2 ,x=d2 + d3일때을 고려하여 전기장성분 자기장 형태가 같다는 조건으로 구하면In the same way as the core mode waveguide derivation, considering that x = 0, x = d2 and x = d2 + d3,

단, 여기서,,,,Where , , , ,

,이다. , to be.

한편, TE모드에서의 도파 조건식은 위의 TM모드에서의 R_ij를 1로 하면 된다.On the other hand, the waveguide conditional expression in TE mode may be set to R _ij in the above TM mode.

이상의 과정을 통해 설명된 실수형태의 새로운 2층 박막 도파 조건식은 굴절률과 두께를 산출하는데 소요되는 계산 시간을 단축시키고, 코어모드의 픽크 개수가 하나일지라도 코어굴절률, 두께, 베이스 굴절률, 두께를 구할 수 있는 장점이 있다.The new real-time two-layer waveguide conditional equation explained through the above process reduces the calculation time required to calculate the refractive index and the thickness, and can obtain the core refractive index, thickness, base refractive index, and thickness even if the number of peaks in the core mode is one. There is an advantage.

이러한 2층박막에 대한 도파조건식에 의해 본 발명에 따른 박막의 특성 데이터를 구하는 과정을 설명한다.The process of obtaining the characteristic data of the thin film according to the present invention by the waveguide formula for the two-layer thin film will be described.

단일박막에서와 마찬가지로 도파조건을 만족시키는 입사각(θ_pi)에서는 수학식 1이 성립되며, 이에 대응되는 수학식 2를 만족시키는 각도에서는 제1광검출기(91)에 도달하는 광량이 급격히 감쇄되어 도 12에 도시된 바와 같은 각도별 광량의 변화를 얻을 수 있다. 도 12에서 가로축은 입사각이고 세로축은 제1광검검출기(91)에 도달한 광량이다.Equation 1 is established at the incidence angle θ _pi that satisfies the waveguide condition as in the case of a single thin film. A change in the amount of light for each angle as shown in FIG. 12 can be obtained. In FIG. 12, the horizontal axis represents an incident angle and the vertical axis represents the amount of light that reaches the first photodetector 91.

그러므로 단일 박막에서와 마찬가지로 구하고자 하는 미지수(n₂, d₂, n_b,d₃)를 연속적으로 변화시키면서 모든 i번째 모드에 대하여 수학식 8이 만족되는 미지수(n₂, d₂, n_b, d₃)를 컴퓨터 연산프로그램의 실행에 의해 수치적으로 구하면 된다.Therefore unknowns to obtain the same manner as in the single thin film _{_{(n 2, d 2, n}} b, d 3) a while continuously varying unknown that this expression (8) satisfies for all i-th mode _{_{(n 2, d 2, n}} b , d ₃ ) can be found numerically by execution of a computer operation program.

바람직하게는 수학식 8의 4개의 미지수(n₂, d₂, n_b, d₃)를 모두 변화시키는 대신에 어느 하나의 미지수 예컨대 d₂를 나머지 3개의 미지수(n₂, n_b, d₃)의 관계식으로 만들고, 이로부터 3개의 변수만을 변화시켜 수학식 8을 만족시키는 미지수(n₂, d₂, n_b, d₃)를 구한다. 이렇게 하면, 2층막 계산 프로그램의 변수를 하나 줄임으로서 연산부담을 완하시키고, 연산처리에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.Preferably, instead of changing all four unknowns (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ) of Equation 8, any one unknown such as d ₂ is substituted for the remaining three unknowns (n ₂ , n _b , d _3). ), And change only three variables to find an unknown value (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ) that satisfies Equation 8. In this way, the operation burden can be alleviated by reducing one variable of the two-layer film calculation program, and the time required for the calculation processing can be shortened.

이를 보다 상세히 설명하면, 수학식 8을 d₂에 대한 관계식으로 만들면,In more detail, if Equation 8 is a relation to d ₂ ,

를 얻을 수 있다. Can be obtained.

만약 4개의 미지수(n₂, d₂, n_b, d₃)의 특정값이 i번째 모드에 대한 유효굴절율(n_effi)에 대하여 수학식 8을 만족 시킨다면 수학식 9도 당연히 만족된다. 따라서, 수학식 8을 만족시키는 미지수(n₂, d₂, n_b, d₃)의 값은 단지 한쌍만이 존재하므로 4개의 미지수(n₂, d₂, n_b, d₃)를 모두 변화시키는 대신에 수학식 9를 사용하여 3개의 미지수(n₂, n_b, d₃)를 변수로 하여 변화시키면서 수학식 9를 만족시키는 d₂를 구한 다음 각 모드들에 대한 d₂의 값, 즉 d_2i를 비교하여 모든 모드들에 대한 d_2i의 값들이 상호 거의 같아지게 하는 3개의 미지수(n₂, n_b, d₃)를 구하면, 이 값들은 수학식 8을 만족하는 4개의 미지수(n₂, d₂, n_b, d₃)에 대응할 것이다.If a specific value of four unknowns n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ satisfies Equation 8 for the effective refractive index n _effi for the i th mode, Equation 9 is also satisfied. Therefore, since there is only one pair of unknown values (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ) satisfying Equation 8, all four unknowns (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ) are changed. Instead of using Equation 9, three variables (n ₂ , n _b , d ₃ ) are transformed into variables to find d ₂ that satisfies Equation 9, and then the value of d ₂ for each mode, i.e. the value of d _2i for all modes by comparing the d _2i to ask for three unknowns (n _2, n _b, d ₃₎ to be mutually substantially equal, the values are four unknowns to satisfy the following formula 8 (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ).

이러한 방식에 따라, 수학식 9에 의해 i번째 모드와 j번째(j=i+1) 모드에 대하여 d_2i와 d_2j를 구하여 모든 모드들에 대하여 이들 차가 가장 적어지는 3개의 미지수(n₂, n_b, d₃)의 값을 구한다. 여기서 i번째 모드와 j번째(j=i+1) 모드에 대한 차를 구하는 식은 아래 수학식 10에 나타내었다.According to this method, three unknowns (n ₂ , where d _2i and d _2j are obtained for the i th mode and the j th (j = i + 1) mode by using Equation 9, and the difference is smallest for all modes. n _b , d ₃ ) The equation for obtaining the difference between the i th mode and the j th (j = i + 1) mode is shown in Equation 10 below.

여기서, m은 측정된 모드의 개수이다.Where m is the number of measured modes.

이런방식으로 하여값이 0(zero)에 가장 가까워지는 (n₂, n_b, d₃)를 구한 후 d₂는In this way Find (n ₂ , n _b , d ₃ ) whose value is closest to 0 (zero), and then d ₂ is

로 구하면 된다. You can get

이러한 방식으로 구한 4개의 미지수(n₂, d₂,n_b, d₃)를 코어층의 굴절률, 코어층의 두께, 베이스층의 굴절률, 베이스층의 두께로 산출한다.Four unknowns (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ) obtained in this manner are calculated from the refractive index of the core layer, the thickness of the core layer, the refractive index of the base layer, and the thickness of the base layer.

또한, 이하의 수학식 9 내지 11에 의해 구한 최적 근사값(n₂, d₂,n_b, d₃)이 실험치에 어느정도 가까운지에 대한 정확도를 판단하기 위하여 다시 역으로 산출된 최적 근사값(n₂, d₂,n_b, d₃)을 앞에서 발명하였던 도파조건식인 수학식 8에 대입하여 n_eff-cal (i)를 계산한 다음, 아래의 수학식 12을 이용하여,In addition, in order to determine the accuracy of how close the optimum approximation values (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ) obtained by the following equations (9) to (11) below, the inverse optimal approximation values (n ₂ , d ₂ , n _b , d ₃ ) by substituting the waveguide equation (8), which was invented above, and calculating n_eff-cal (i), and then using Equation 12 below.

편차값을 구한다.Find the deviation value.

여기서, n_eff-meas(i)는 수학식 2에 의해 측정된 유효굴절률이다. 수학식 12에 의해 계산한 편차가 어느 일정값(이상적으로는 0(zero)에 가깝운 값이지만), 예컨대이하이면, 신뢰도를 갖는 것으로 판단하여 가장 작은 값을 나타내는을 최종굴절률 및 두께로 확정한다.Here, n _eff-meas (i) is the effective refractive index measured by Equation (2). The deviation calculated by equation (12) is a certain value (although it is ideally close to zero), for example If it is below, it judges that it has reliability and shows the smallest value. To the final refractive index and thickness.

한편, VAMFO방식에 의한 측정을 하고자 할 경우에는 앞서 설명된 바와 같이 시료 장착부(70)의 에어 실린더(71)를 진공 흡착기(75)로 교채하여 설치한 후, 프리즘(61)을 제거하고 회전디스크(51)를 회전시켜 입사광에 대한 반사광의 간섭현상에 대응되는 제1광검출기(91)의 출력신호를 이용하여 막의 두께를 산출한다. 즉, 회전 디스크(51)를 회전시키면서 시료(110)로부터 반사된 광의 강도를 광검출기(91)로 검출하면, 반사광의 분포가 도 13의 그래프를 통해 도시된 바와 같이 반사각에 대하여 주기적으로 보강간섭과 상쇄간섭에 의하여 진폭이 변동된다. 공기와 박막, 박막과 기판사이에서의 위상변화가 동일하다면, 최대 진폭들에 대해서는 다음과 같은 식이 성립한다.On the other hand, if you want to measure by the VAMFO method, as described above, after installing the air cylinder 71 of the sample mounting unit 70 by the vacuum adsorber 75, after removing the prism 61 and rotating disk The thickness of the film is calculated using the output signal of the first photodetector 91 corresponding to the interference phenomenon of the reflected light with respect to the incident light by rotating 51. That is, when the intensity of the light reflected from the sample 110 is detected by the photodetector 91 while rotating the rotating disk 51, the distribution of reflected light is periodically constructive interference with respect to the reflection angle as shown through the graph of FIG. The amplitude fluctuates due to destructive interference. If the phase change between air and the thin film and the thin film and the substrate is the same, the following equation holds for the maximum amplitudes.

위의 수학식 13 내지 15로부터 박막의 두께에 대한 관계식Relation about the thickness of the thin film from Equations 13 to 15 above

를 얻을 수 있다. Can be obtained.

여기서, r₁은 입사각이 i₁이며, 스넬의 법칙(에 해당하는 굴절각이고, r₂는 입사각이 i₂이며, 스넬의 법칙(에 해당하는 굴절각이다. 또한, ΔN은 광선의 입사각 i₁과 i₂사이에 관찰된 간섭무늬의 개수이고, n은 굴절율이다. 이때 굴절률 n은 대략(소수점 2자리값) 알고 있어야 한다. 간단하게는 주기적인 광량변화를 나타내는 측정 데이터 그래프에서 두개의 피크점에 대한 데이터만 취하면 박막의 두께를 구할 수 있다.Where r ₁ is the incident angle i ₁ , and Snell's law ( Is the angle of refraction, r ₂ is the angle of incidence i ₂ , and Snell's law ( Is the angle of refraction. ΔN is the number of interference fringes observed between the incident angles i ₁ and i ₂ of the light beam, and n is the refractive index. The refractive index n should be known approximately (two decimal places). The thickness of the thin film can be obtained by simply taking data on two peak points in a measurement data graph indicating a periodic change in light quantity.

한편, 벌크막의 굴절률 측정은 도 14에 도시된 바와 같이 스캔 수행에 대응한 광입사 각도변화에 따라 광의 강도가 떨어지는 지점이 나타나고 있다.On the other hand, in the refractive index measurement of the bulk film, as shown in FIG. 14, the point where the intensity of light falls as the light incident angle changes corresponding to the scanning is shown.

여기서는 박막 대신에 벌크 시편을 넣었다는 것 말고는 하드웨어적으로 프리즘 커플링 방법과 모두 같다. 프리즘에 벌크막이 놓여 있으므로 회전 아암이 회전함에 따라 입사각이 점점 변하게 되어 있다. 이하 TE모드인 경우를 고려하자. 만일 프리즘 밑면에 입사한 입사각이 입계각 보다 큰 상태에서 임계각 보다 작은 상태로 점점 작아 진다면, 임계각 보다 작아지기 시작하는 극 각도에서 도14처럼 갑작스런 광파의 전이가 프리즘으로부터 벌크막으로 생겨서, 검출기에 도달하는 광의 강도가 갑자기 떨어질 것이다.In this case, the hardware is the same as the prism coupling method except that the bulk specimen is put in place of the thin film. Since the bulk film is placed on the prism, the angle of incidence gradually changes as the rotating arm rotates. Consider the following case in TE mode. If the incident angle incident on the bottom of the prism becomes smaller and smaller than the critical angle at a state larger than the grain boundary angle, a sudden light wave transition occurs from the prism into the bulk film as shown in Fig. 14 at the pole angle which starts to become smaller than the critical angle, and reaches the detector. The intensity of the light will suddenly drop.

이 각도를 전반사 임계조건에 대한 스넬의 법칙에 의해This angle is determined by Snell's law of total reflection critical

과, and,

로부터 굴절율을 구할 수 있다.The refractive index can be obtained from

이하의 표에는 2층박막 시료에 대한 계산 알고리즘을 통해 얻어진 데이터와 종래 장치의 하나인 메트리콘사의 프리즘 커플러 장치에서 얻어진 데이터를 비교한 것이다. 여기서 아래에 도시된 표1의 데이터는 두께 5㎛이상으로 상대적으로 두꺼운 막은 화염가수분해(FHD)방법을 사용하여 제작한 3개의 2층 박막(Model-#1, #2, #3)이며, 표2는 종래의 장치와의 비교 데이터이다.The following table compares the data obtained through the calculation algorithm for the two-layer thin film sample with the data obtained from the Prism coupler device of METRICON Co., Ltd., which is one of the conventional devices. Here, the data in Table 1 shown below are three two-layer thin films (Model- # 1, # 2, # 3) fabricated using a flame hydrolysis (FHD) method with a relatively thick film having a thickness of 5 µm or more. Table 2 shows the comparison data with the conventional apparatus.

표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이 기존의 제품에서는 2층 박막에 대한 시료의 데이터을 얻을 수 없는 반면 본원 발명의 장치에서는 이를 구할 수 있다.As can be seen from Table 2, the data of the sample for the two-layer thin film cannot be obtained in the existing product, but it can be obtained in the apparatus of the present invention.

한편, 도파 손실 측정을 설명하면, 먼저, 측정 용액으로 사용하는 굴절율 정합액(Index Matching Oil)을 투명용기 예컨대 수정으로된 용기(86)에 담는다.On the other hand, in describing the waveguide loss measurement, first, an index matching oil (Index Matching Oil) used as a measurement solution is contained in a transparent container such as a crystal container 86.

바람직하게는 손실 측정시 용기내에서 광의 굴절, 광의 흡수가 없도록 하고, 모터(85 )의 진동과, 측정시 용액의 움직임이 없도록 용기 및 정합액을 적절하게 선택하여 적용한다. 본 실시예에서는 제2모터(85)의 분해능과 속도를 고려하여, 2상 스텝모터를 적용하였다. 2상보다 높은 상의 모터를 적용하면 각도의 분해능은 높일 수 있지만, 측정 시간이 길게 소요되기 이를 고려하여 적절한 모터를 적용하면 된다.Preferably, there is no deflection of light and absorption of light in the container during loss measurement, and the container and the matching solution are appropriately selected and applied so that there is no vibration of the motor 85 and no movement of the solution during measurement. In this embodiment, the two-phase step motor is applied in consideration of the resolution and the speed of the second motor 85. The resolution of the angle can be increased by applying a motor of two phases higher than two phases.

손실 측정은 시료(110) 장착 상태를 유지한 상태에서 측정된 시료의 반사광에 대한 강도로 나타난 도파모우드 그래프를 모니터링하여 0번째 도파 모드각으로 회전디스크(51)를 이동하여 고정시킨다. 그런다음, 리니어 스테이지(80)를 이동시키면서 광검출기(93)로부터 출력되는 데이터를 이용하여 도파 손실을 산출한다. 즉, 리니어 스테이지(80)를 45도로 경사진 방향을 따라 이동시키면서 용기(86)의 뒷부분에 설치된 제2광검출기(93)의 출력신호로부터 출력된 신호로부터 손실(ν)을 아래의 수학식에 의해 산출한다.The loss measurement monitors the waveguide graph represented by the intensity of the reflected light of the sample measured while the sample 110 is mounted, and moves and fixes the rotating disk 51 at the 0th waveguide mode angle. Then, the waveguide loss is calculated using the data output from the photodetector 93 while moving the linear stage 80. That is, the loss ν from the signal output from the output signal of the second photodetector 93 provided at the rear of the container 86 while moving the linear stage 80 in the inclined direction at 45 degrees is expressed by the following equation. Calculate by

여기서, X는 선택된 지점이며 P는 선택된 지점에서의 광도이다.Where X is the selected point and P is the brightness at the selected point.

한편, 손실 측정시 프리즘(61)과 용기(86)와의 충돌을 막기 위하여 용기(86)가 지지되는 용기 지지부(87)의 선단 또는 용기(86)의 일측에 리미트(미도시)를 부착할 수 있다. 또한 시료(110)의 크기에 따라 측정 범위의 조정을 위하여 승하강기(81)를 사용하여 높이를 조정하면 된다.On the other hand, in order to prevent the collision between the prism 61 and the container 86 during loss measurement, a limit (not shown) may be attached to the tip of the container support 87 on which the container 86 is supported or to one side of the container 86. have. In addition, the height may be adjusted by using the elevator 81 to adjust the measurement range according to the size of the sample 110.

이러한 측정장치는 시료(110)에 대해 측정 범위가 15mm이내이거나, 4인치(약60∼50mm측정), 8인치(120∼100mm측정)의 웨이퍼에 대해서도 측정 할 수 있고, 용기(86)의 크기를 크게 제작하면, 그 이상의 크기도 측정할 수 있다. 측정결과는 표시장치(220)를 통해 리니어 스테이지 이동에 따라 측정된 데이터를 통해 판단할 수 있고, 손실 데이터가 0.1dB/cm이하의 고품질 박막을 측정할 수 있다.Such a measuring device can measure a wafer within a measuring range of 15 mm or 4 inches (approximately 60-50 mm) or 8 inches (120-100 mm) with respect to the sample 110, and the size of the container 86. By making the larger, the size can be measured even more. The measurement result may be determined through data measured according to the linear stage movement through the display device 220, and high quality thin films having a loss data of 0.1 dB / cm or less may be measured.

지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막의 물리적 특성 측정장치 및 방법에 의하면, 굴절률, 두께 및 손실을 시료의 이동없이 연속적으로 측정할 수 있고, 검사대상 시료도 단층막 이외의 2층막, 후막에 이르기까지 그 제약요건을 완화시킨다. 또한, 측정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.As described so far, according to the apparatus and method for measuring physical properties of a thin film according to the present invention, the refractive index, thickness and loss can be continuously measured without moving the sample, and the sample to be inspected is also a two-layer film other than the single-layer film, Relax the constraints down to the thick curtain. In addition, the time required for measurement can be shortened.

Claims

Prism;

A prism support part installed to mount the prism on the main frame;

At least one light source;

A rotating stage installed to be rotatable relative to the prism support, the rotation stage being disposed so that the rotation center line faces the prism mounted to the prism support;

At least one light path converting member installed on a predetermined light path from the light source to the rotating stage such that light emitted from the light source is incident on the prism via the rotating stage;

A sample mounting unit capable of supporting a sample to be inspected with respect to one surface of the prism;

A first photodetector for receiving light output through the prism; And

And a signal processing system configured to calculate a physical property of the sample by using a signal output from the first photodetector while controlling the rotational driving of the rotating stage.

The method of claim 1, wherein the rotating stage

A rotating disk rotatably installed on the main frame and having a hollow;

A motor for rotationally driving the rotating disk; And

A rotating arm coupled to the rotating disk;

A first mirror installed on the rotating arm to convert the light path emitted from the light source and traveling along the center of rotation of the rotating disk in a direction perpendicular to the center of rotation;

A second mirror mounted on the rotating arm to propagate light reflected from the first mirror in a direction parallel to the rotation center line; And

And a third mirror installed to propagate the light reflected from the second mirror to the prism mounting position of the prism support unit.

The optical parameter measuring apparatus of claim 2, wherein a pinhole member having a pinhole for adjusting a beam size is provided on the rotating arm between the third mirror and the second mirror.

According to claim 3, The pinhole member has a through groove is formed in a predetermined length along a direction parallel to the optical path connecting the first mirror and the second mirror on a position spaced apart from the pinhole by a predetermined distance, And a second photodetector installed to detect light traveling through the through grooves from the three mirrors.

The method of claim 2,

An interference member provided on the rotating disk to limit a range of rotation angles of the rotating disk;

And a limit switch provided so as to interfere with the interference member when the rotating disk is rotated at a predetermined angle.

The linear stage of claim 1, further comprising: a linear stage slidably installed in a direction parallel to a joining surface between the prism and the sample loaded on the sample mounting portion;

A container support unit provided to support a container containing a solution for waveguide loss measurement on the linear stage;

And a third photodetector mounted on the spiral linear stage to detect light propagated through the sample and traveling through the container.

The method of claim 1,

The light source is provided in plural so that the light output axes are mutually oriented,

And a plurality of optical path changing members disposed corresponding to each of the light sources on an extension line of the common optical path so that the light emitted from each of the light sources is directed to the set common optical path.

The method of claim 7, wherein

An optical path changing member corresponding to a light source other than the outermost light source among the light sources arranged in a line is a dichroic beam splitter.

The method of claim 7, wherein

And a half plate mounting part formed to be able to fire a half plate corresponding to the light source, and installed to enter and exit the optical path at a predetermined position on the optical path leading from the common optical path to the prism. Device for measuring physical properties of

The method of claim 1,

And a plurality of pinhole members spaced apart at predetermined intervals along the rotation center line such that holes having a predetermined size are arranged along the rotation center line of the rotation stage.

The method of claim 1,

The sample mounting unit is a physical property measurement device of the thin film, characterized in that the vacuum adsorber to be able to adsorb the sample by vacuum adsorption.

In the method of calculating the refractive index and thickness by varying the angle of the light incident on the prism with respect to the single-layer thin film sample supported opposite to the prism,

end. Calculating an effective refractive index for each mode by using angle information of the inflection points which are decreased in light while varying the angle of the light incident on the prism;

I. Calculating the refractive index and thickness that satisfies the sum of the waveguide conditional expressions most closely to zero while varying the refractive index and thickness of the sample thin film to be obtained for each mode in the waveguide conditional expression corresponding to the effective refractive index for each mode; ;

All. And displaying the refractive index and the thickness obtained in the step (b) as measured values.

A method of calculating a refractive index and thickness of a two-layer thin film by supporting a two-layer thin film sample in which a base layer and a core layer are sequentially stacked so that the core layer faces a prism and varying the angle of light incident on the prism.

end. Calculating an effective refractive index for each mode by using angle information of the inflection points of which the amount of light decreases while varying the angle of the light incident on the prism;

I. The thickness (d ₂ ) of the core layer, the refractive index (n ₂ ) of the core layer, and the base layer satisfying each of the core mode and the base mode within the set allowable ranges according to the mode-specific real waveguide conditional expression corresponding to the effective refractive index for each mode. Calculating a thickness d ₃ of the base layer and a refractive index n ₃ of the base layer;

The real waveguide condition is

ego,

k _i is the propagation constant of the core layer, Is the attenuation coefficient of the air layer,

Is the attenuation coefficient of the base layer, Is the attenuation coefficient of the substrate 117, and in the core mode , ego,

The waveguide condition for the i th waveguide mode for the base mode is

, ,

A method for calculating the refractive index and thickness of a two-layer thin film, characterized in that.

The method of claim 13, wherein the step Na

B-1. Wherein in each mode waveguide conditional expression (AMP2 (i)) and the refractive index of the core layer and the rest of the unknown to be obtained by conversion to the relation of the thickness (d ₂₎ of the core layer (n _2), the refractive index of the base layer (n ₃₎ Calculating a thickness value of the core layer for each mode while varying and substituting the thickness d ₃ ;

B-2. Calculating the refractive index (n ₂ ) of the core layer, the refractive index (n ₃ ) and the thickness (d ₃ ) of the core layer so that the difference between the thickness value of each mode of the core layer obtained in step b-1 is within the set range. Step; and

B-3 calculating the average of the thickness values of the core layer for each mode corresponding to the value calculated in step b-2 as the thickness value of the core layer; and the refractive index and the thickness of the two-layer thin film comprising: How to calculate.

The method of claim 14,

All. Calculating the refractive index by substituting the thickness of the core layer, the refractive index of the core layer, the refractive index and the thickness of the base layer obtained in steps B-2 and B-3 into the waveguide conditional formula;

la. And outputting the values calculated in steps b-2 and b-3 as measured values if the difference between the effective refractive index calculated in the multi-step and the effective refractive index determined in the step A is less than or equal to a set value. A method of calculating the refractive index and thickness of a two-layer thin film.