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KR102220731B1 - Method for measuring fine change of thin film surface - Google Patents

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KR102220731B1
KR102220731B1 KR1020200057076A KR20200057076A KR102220731B1 KR 102220731 B1 KR102220731 B1 KR 102220731B1 KR 1020200057076 A KR1020200057076 A KR 1020200057076A KR 20200057076 A KR20200057076 A KR 20200057076A KR 102220731 B1 KR102220731 B1 KR 102220731B1
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KR
South Korea
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light
angle
polarized
target sample
polarization analyzer
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KR1020200057076A
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Korean (ko)
Inventor
김도헌
지현구
공태호
이준수
Original Assignee
케이맥(주)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 편광 소광법을 이용하여 초미세 박막에 대한 시료 표면의 미세 변화, 또는 박막의 코팅 불량 등을 대면적에서 빠르게 검사할 수 있도록 하는, 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법에 대하여 개시한다.
개시된 박막 표면 미세 변화 측정 시스템은, 광원; 광원에서 출력된 광을 편광시키는 편광자; 편광자에 의해 편광된 광을 보정하는 광 보정자; 광 보정자에 의해 보정된 광이 입사되는 기준시료 또는 대상시료가 배치되는 스테이지; 기준시료 또는 대상시료에 의해 반사된 광을 편광시켜 분석하는 편광 분석자; 편광 분석자에 의해 편광된 광의 이미지를 검출하는 광 검출기; 및 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 기준시료에 입사되고 기준시료에 의해 반사된 광이 선 편광되어 광 검출기에 의해 검출된 광의 제1 이미지에 대한 제1 밟기값과, 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 대상시료에 입사되고 대상시료에 의해 반사된 광이 편광되어 광 검출기에 의해 검출된 광의 제2 이미지에 대한 제2 밝기값의 비율을 산출하여, 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출하는 변화 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention discloses a system and method for measuring microscopic changes on the surface of a thin film, which enables quick inspection of a microscopic change of a sample surface or a poor coating of a thin film on a large area by using a polarization quenching method.
The disclosed thin film surface fine change measurement system includes: a light source; A polarizer that polarizes the light output from the light source; A light corrector for correcting light polarized by the polarizer; A stage in which a reference sample or a target sample to which the light corrected by the optical corrector is incident is disposed; A polarization analyzer that polarizes and analyzes the light reflected by the reference sample or the target sample; A photo detector for detecting an image of light polarized by a polarization analyzer; And the light output from the light source is polarized and corrected to be incident on the reference sample, and the light reflected by the reference sample is linearly polarized and the first stepped value for the first image of the light detected by the photo detector, and the light output from the light source. Is polarized and corrected, the light incident on the target sample and reflected by the target sample is polarized to calculate the ratio of the second brightness value to the second image of the light detected by the photo detector, and the first brightness value and the second brightness value It characterized in that it comprises a change detection unit that detects that there is a fine change in the target sample when the ratio of the values differs by more than a certain value.

Figure R1020200057076
Figure R1020200057076

Description

박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법{Method for measuring fine change of thin film surface}System and method for measuring fine change of thin film surface {Method for measuring fine change of thin film surface}

본 발명은 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평평한 박막형의 디스플레이 패널을 제조하는 공정에서 30 나노미터(nm) 이하의 초미세 박막의 표면 미세 변화에 따른 코팅 불량을 편광 소광법을 이용하여 대면적에서 빠른 속도로 검사할 수 있도록 하는, 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for measuring microscopic changes in the surface of a thin film, and more particularly, polarizing coating defects due to microscopic changes in the surface of an ultrafine thin film of 30 nanometers (nm) or less in the process of manufacturing a flat thin film display panel. The present invention relates to a system and method for measuring microscopic changes in the surface of a thin film, which enables fast inspection in a large area using a quenching method.

일반적으로, FPD(Flat Panel Display) 공정에서 30 nm 이하의 초미세 박막에 대한 코팅 불량을 검사할 때 일반 현미경이나 SR(Spectroscopic Reflectometry)과 같은 두께 측정기로는 반사도의 차이가 매우 작기 때문에 검사가 불가능하다.In general, when examining coating defects on ultra-fine thin films of 30 nm or less in the FPD (Flat Panel Display) process, it is impossible to inspect because the difference in reflectivity is very small with a general microscope or a thickness measuring device such as SR (Spectroscopic Reflectometry). Do.

또한, 초미세 박막의 두께를 측정할 수 있는 SE(Spectroscopic Ellipsometry)는 편광된 빛이 시료에 입사하여 반사될 때 편광의 변화를 측정하는 방법으로서 시료 표면의 미세한 변화에도 민감하게 반응한다. In addition, SE (Spectroscopic Ellipsometry), which can measure the thickness of an ultra-fine thin film, is a method of measuring the change in polarization when polarized light is incident on the sample and reflected, and reacts sensitively to minute changes in the sample surface.

그런데, SE는 30 nm 이하의 초미세 박막의 유무 및 불량을 측정할 수는 있으나, 측정시 편광자 또는 보정기 등을 여러 각도에서 측정해야 하기 때문에 측정 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.However, SE can measure the presence or absence of an ultra-fine thin film of 30 nm or less, but has a disadvantage in that it takes a long time to measure because a polarizer or a compensator must be measured at various angles during measurement.

또한, SE는 측정 영역이 좁아서 박막 두께를 측정하는데 유리한 장점이 있으나, 넓은 면적에서 빠른 속도로 코팅의 불량을 검사하는 데는 사용이 어려운 문제점이 있다.In addition, SE has an advantage in measuring the thickness of a thin film due to its narrow measurement area, but it has a problem that it is difficult to use for inspecting defective coatings at a high speed over a large area.

관련 선행 특허 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1987402호(2019.06.03 등록)가 있으며, 상기 문헌에는 광학 장치를 이용하여 박막 표면의 형상을 측정하는 방법이 기재되어 있다.A related prior patent document is Korean Patent Publication No. 10-1987402 (registered on June 3, 2019), and the document describes a method of measuring the shape of the surface of a thin film using an optical device.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 편광 소광법을 이용하여 초미세 박막에 대한 시료 표면의 미세 변화, 또는 박막의 코팅 불량 등을 대면적에서 빠르게 검사할 수 있도록 하는, 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to solve the above-described problems, by using a polarization quenching method to quickly inspect a fine change of a sample surface or a poor coating of a thin film in a large area using a polarization quenching method. It is to provide a change measurement system and method.

본 발명의 목적은, 측정하고자 하는 기준시료를 설정하고, 검사하고자 하는 대상시료의 표면 상태가 기준시료와 동일한지 또는 동일하지 않은지를 검출함으로써 박막의 유무 또는 표면 코팅의 불량을 검사할 수 있도록 하는 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to set a reference sample to be measured, and to detect whether the surface state of the target sample to be inspected is the same as or not the same as the reference sample, so that the presence or absence of a thin film or defects in surface coating can be inspected. It is to provide a system and method for measuring fine changes in the surface of a thin film.

또한, 본 발명의 목적은, 빛이 측정 대상시료에서 반사될 경우의 편광 상태의 변화가 기준시료에서 반사될 경우의 편광 상태 변화와 같은지를 판단하여, 박막 표면의 미세 변화를 측정하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to determine whether the change in the polarization state when the light is reflected from the measurement target sample is the same as the change in the polarization state when the light is reflected from the reference sample, and a system and method for measuring minute changes on the surface of a thin film Is to provide.

또한, 본 발명의 목적은, 빛이 시료에 의해 반사될 경우 미세한 편광 상태의 변화에도 광 검출기 상에서 측정되는 광량의 차이가 극대화 되도록 편광 광학계를 구성하여, 박막 표면의 미세 변화를 측정하는 시스템을 제공하는 것이다.In addition, it is an object of the present invention to provide a system for measuring minute changes in the surface of a thin film by configuring a polarization optical system to maximize the difference in the amount of light measured on a photodetector even when the light is reflected by a sample Is to do.

또한, 본 발명의 목적은, SE와 같이 측정시 편광자나 보정기를 여러 방향으로 이동할 필요 없이 빠른 검사가 가능하며, 결상 광학계 및 2D 카메라를 이용하여 대면적 검사가 가능한 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, it is an object of the present invention is a system and method for measuring microscopic changes on the surface of a thin film capable of performing a fast inspection without having to move a polarizer or a corrector in various directions when measuring like SE, and capable of inspecting a large area using an imaging optical system and a 2D camera. Is to provide.

또한, 본 발명의 목적은, FPD 및 반도체 공정에서 초미세 박막의 불량을 대면적에서 고속으로 검출이 가능한 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a system and method for measuring microscopic changes in the surface of a thin film capable of detecting defects of an ultrafine thin film in a large area at high speed in FPD and semiconductor processes.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템은, 광원; 광원에서 출력된 광을 편광시키는 편광자; 편광자에 의해 편광된 광을 보정하는 광 보정자; 광 보정자에 의해 보정된 광이 입사되는 기준시료 또는 대상시료가 배치되는 스테이지; 기준시료 또는 대상시료에 의해 반사된 광을 편광시켜 분석하는 편광 분석자; 편광 분석자에 의해 편광된 광의 이미지를 검출하는 광 검출기; 및 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 기준시료에 입사되고 기준시료에 의해 반사된 광이 선 편광되어 광 검출기에 의해 검출된 광의 제1 이미지에 대한 제1 밟기값과, 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 대상시료에 입사되고 대상시료에 의해 반사된 광이 편광되어 광 검출기에 의해 검출된 광의 제2 이미지에 대한 제2 밝기값의 비율을 산출하여, 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출하는 변화 검출부를 포함할 수 있다.A system for measuring microscopic changes in the surface of a thin film according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: a light source; A polarizer that polarizes the light output from the light source; A light corrector for correcting light polarized by the polarizer; A stage in which a reference sample or a target sample to which the light corrected by the optical corrector is incident is disposed; A polarization analyzer that polarizes and analyzes the light reflected by the reference sample or the target sample; A photo detector for detecting an image of light polarized by a polarization analyzer; And the light output from the light source is polarized and corrected to be incident on the reference sample, and the light reflected by the reference sample is linearly polarized and the first stepped value for the first image of the light detected by the photo detector, and the light output from the light source. Is polarized and corrected, the light incident on the target sample and reflected by the target sample is polarized to calculate the ratio of the second brightness value to the second image of the light detected by the photo detector, and the first brightness value and the second brightness value It may include a change detection unit that detects that there is a fine change in the target sample when the ratio of the values differs by more than a predetermined value.

또한, 편광자는, 편광축 방향의 광을 통과시키고 소광축 방향의 광을 흡수하여, 광원에서 출력된 광을 편광시키고, 광 보정자는, 편광자에 의해 편광된 광을 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 λ/4 위상차를 발생시켜 보정하며, 광 보정자에 의해 보정된 광은 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 기준시료 또는 대상시료에 입사될 수 있다.In addition, the polarizer passes light in the direction of the polarization axis and absorbs the light in the direction of the extinction axis to polarize the light output from the light source, and the optical compensator converts the light polarized by the polarizer into light in the fast axis direction and the slow axis direction. A λ/4 phase difference is generated for and corrected, and the light corrected by the optical corrector may be incident on the reference sample or the target sample at an angle close to Brewster's angle or Brewster's angle.

또한, 편광 분석자는, 기준시료에 의해 반사된 광을 선형 편광시켜 소광된 광으로 광 검출기로 출력할 수 있다.In addition, the polarization analyzer may linearly polarize the light reflected by the reference sample and output the quenched light to the photo detector.

또한, 광 보정자와 대상시료 사이에 위치하고, 광 보정자에 의해 보정된 광을 평면 광으로 전환하여 상기 대상시료에 조사하는 제1 텔레센트릭 렌즈; 및 대상시료에 의해 반사된 광을 입력받아 평면 광만 편광 분석자로 출력하는 제2 텔레센트릭 렌즈를 더 포함할 수 있다.In addition, a first telecentric lens positioned between the light corrector and the target sample, converting the light corrected by the light corrector into planar light and irradiating the target sample; And a second telecentric lens that receives the light reflected by the target sample and outputs only the planar light to the polarization analyzer.

또한, 광 검출기는, 대상시료에 의해 반사된 광에서 제2 텔레센트릭 렌즈에 의해 평면 광만 편광 분석자로 입사되고, 편광 분석자에 의해 편광된 광을 입력받을 때, 샤임플러그 조건을 만족하도록 샤임플러그각으로 회전되고, 샤임플러그각으로 회전된 상태에서 편광 분석자에 의해 편광된 광을 입력받아 제2 이미지를 얻을 수 있다.In addition, the photodetector, when the light reflected by the target sample is incident on the polarization analyzer by the second telecentric lens, and receives the polarized light by the polarization analyzer, the Scheimplug condition is satisfied. The second image may be obtained by receiving the polarized light by the polarization analyzer in a state that is rotated at an angle and rotated at a Scheimplug angle.

그리고, 제1 텔레센트릭 렌즈 및 제2 텔레센트릭 렌즈는, 대상시료와의 거리 차이에도 배율 변화가 없는 렌즈일 수 있다.In addition, the first telecentric lens and the second telecentric lens may be lenses that do not have a change in magnification even at a distance difference from the target sample.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 방법은, (a) 광원에서 출력된 광을 편광시켜 기준시료에 조사하고 기준시료에 의해 반사된 광을 선 편광시켜 검출한 광의 제1 이미지를 얻는 단계; (b) 광원에서 출력된 광을 편광시켜 대상시료에 조사하고 대상시료에 의해 반사된 광을 편광시켜 검출한 광의 제2 이미지를 얻는 단계; (c) 제1 이미지에 대한 제1 밝기값과 제2 이미지에 대한 제2 밝기값의 비율을 산출하는 단계; 및 (d) 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the method for measuring microscopic changes on the surface of a thin film according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is (a) polarizing light output from a light source to irradiate a reference sample, and linearly polarizing the light reflected by the reference sample. Obtaining a first image of the detected light; (b) polarizing the light output from the light source to irradiate the target sample and polarizing the light reflected by the target sample to obtain a second image of the detected light; (c) calculating a ratio of the first brightness value for the first image and the second brightness value for the second image; And (d) detecting that there is a slight change in the target sample when the ratio of the first brightness value and the second brightness value differs by more than a predetermined value.

또한, (a) 단계에서, 광원에서 출력된 광은, 편광 발생부에 의해 편광되고 보정되어 기준시료에 입사되고, 기준시료에 의해 반사된 광은 편광 분석자에 의해 편광되어 광 검출기로 입력되며, 광 검출기에 의해 검출된 광의 제1 이미지를 획득할 수 있다.In addition, in step (a), the light output from the light source is polarized and corrected by the polarization generator and incident on the reference sample, and the light reflected by the reference sample is polarized by the polarization analyzer and input to the photodetector. A first image of light detected by the photo detector may be obtained.

또한, (a) 단계에서, 광원에서 출력된 광은, 편광자에 의해 편광축 방향의 광이 통과되고 소광축 방향의 광은 흡수되며, 광보정자를 통해 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 위상차를 발생시켜 보정한 후 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 기준시료에 입사되고, 기준시료에 의해 반사된 광은 편광 분석자에 의해 선형 편광되어 광 검출기로 입력되며, 광 검출기에서 검출한 광의 제1 이미지에 대한 제1 밝기값은 제로(0)이거나 제로(0)에 가까운 값을 가질 수 있다.In addition, in step (a), the light output from the light source in the direction of the polarization axis is passed by the polarizer and the light in the direction of the extinction axis is absorbed, and the phase difference with respect to the light in the fast axis direction and the slow axis direction through the optical corrector. Is generated and corrected, and then incident on the reference sample at an angle close to Brewster's angle or Brewster's angle, and the light reflected by the reference sample is linearly polarized by a polarization analyzer and input to the photodetector, and the first light detected by the photodetector The first brightness value for the image may be zero (0) or may have a value close to zero (0).

또한, (b) 단계에서, 광원에서 출력된 광은, 편광자에 의해 편광축 방향의 광이 통과되고 소광축 방향의 광은 흡수되며, 광보정자를 통해 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 위상차를 발생시켜 보정한 후 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 대상시료에 입사되고, 대상시료에 의해 반사된 광은 편광 분석자에 의해 편광되어 광 검출기로 입력되며, 광 검출기에서 검출한 광의 제2 이미지를 얻을 수 있다.In addition, in step (b), the light output from the light source in the direction of the polarization axis is passed by the polarizer and the light in the direction of the extinction axis is absorbed, and the phase difference with respect to the light in the fast axis direction and the slow axis direction through the optical corrector. Is generated and corrected, and then incident on the target sample at an angle close to Brewster's angle or Brewster's angle, and the light reflected by the target sample is polarized by a polarization analyzer and input to the photodetector, and the second image of the light detected by the photodetector Can be obtained.

또한, (b) 단계는, 광원에서 출력되어 편광되고 보정된 광을 제1 텔레센트릭 렌즈에 의해 평면 광으로 전환하여 대상시료에 조사하고, 대상시료에 의해 반사된 광에서 제2 텔레센트릭 렌즈에 의해 평면 광만 편광 분석자로 입사되고, 편광 분석자에 의해 편광되어 광 검출기로 입력되며, 광 검출기에서 검출한 광의 제2 이미지를 얻을 수 있다.In addition, in step (b), the polarized and corrected light output from the light source is converted into planar light by the first telecentric lens to irradiate the target sample, and the second telecentric light is reflected by the target sample. Only plane light is incident on the polarization analyzer by the lens, is polarized by the polarization analyzer, and input to the photo detector, and a second image of the light detected by the photo detector can be obtained.

또한, (b) 단계는, 대상시료에 의해 반사된 광에서 제2 텔레센트릭 렌즈에 의해 평면 광만 편광 분석자로 입사되고, 편광 분석자에 의해 편광되어 광 검출기로 입력되며, 광 검출기가 샤임플러그 조건을 만족하도록 샤임플러그각으로 회전되고, 샤임플러그각으로 회전된 광 검출기에서 검출한 광의 제2 이미지를 얻을 수 있다.In addition, in step (b), only the plane light is incident on the polarization analyzer by the second telecentric lens from the light reflected by the target sample, polarized by the polarization analyzer, and input to the photo detector, and the photo detector is under the Scheimplug condition. The second image of the light detected by the photodetector rotated at the Scheim plug angle and rotated at the Scheim plug angle may be obtained so as to satisfy.

또한, (b) 단계는, 대상시료의 면을 물체면이라고 하고, 제2 텔레센트릭 렌즈의 중심면을 렌즈면이라 하고, 광 검출기의 입사면을 센서면이라 하고, 제2 텔레센트릭 렌즈의 중심점을 렌즈중심점이라 하고, 광 검출기의 중심점을 센서중심점이라 하고, 렌즈중심점 및 센서중심점을 연결하는 직선이 물체면과 만나는 점을 기준점이라 하고, 물체면의 연장선, 렌즈면의 연장선 및 센서면의 연장선이 일치하는 샤임플러그 조건을 만족하는 점을 샤임플러그점이라 하고, 물체면 및 렌즈면이 이루는 각을 광학계경사각이라 하고, 렌즈면 및 센서면이 평행인 상태로부터 광학계경사각에 따라 샤임플러그 조건을 만족시키도록 광 검출기를 회전시켜야 할 각을 샤임플러그각이라 할 때, 광학계경사각이 0이고, 렌즈면 및 센서면이 평행인 상태에서 샤임플러그 조건이 만족되도록 광 검출기를 회전시켜 센서면의 각도가 샤임플러그각으로 조절된 광 검출기에서 검출한 광의 제2 이미지를 얻을 수 있다.In step (b), the surface of the target sample is called the object surface, the center surface of the second telecentric lens is called the lens surface, the incident surface of the photodetector is called the sensor surface, and the second telecentric lens The center point of is called the lens center point, the center point of the photodetector is called the sensor center point, the point where the straight line connecting the lens center point and the sensor center point meets the object surface is called the reference point, and the extension line of the object surface, the extension line of the lens surface, and the sensor surface The point that satisfies the Scheim plug condition in which the extension line of is coincident is called the Scheim plug point, and the angle formed by the object surface and the lens surface is called the optical system inclination angle. When the angle at which the photodetector should be rotated to satisfy the Scheim plug angle is the angle of the sensor surface by rotating the photodetector so that the Scheim plug condition is satisfied when the optical system inclination angle is 0 and the lens surface and the sensor surface are parallel. A second image of the light detected by the photodetector adjusted to the Scheimplug angle can be obtained.

또한, (b) 단계에서 샤임플러그각은 하기의 식에 의하여 산출될 수 있다.In addition, in step (b), the Scheimplug angle can be calculated by the following equation.

Figure 112020048303284-pat00001
Figure 112020048303284-pat00001

여기서, θ는 샤임플러그각, α는 광학계경사각, C는 기준점 및 센서중심점 간 거리, R은 기준점 및 샤임플러그점 간 거리를 나타낸다.Here, θ is the Scheim plug angle, α is the optical system inclination angle, C is the distance between the reference point and the sensor center point, and R is the distance between the reference point and the Scheim plug point.

그리고, 제1 텔레센트릭 렌즈 및 제2 텔레센트릭 렌즈는, 대상시료와의 거리 차이에도 배율 변화가 없는 렌즈일 수 있다.In addition, the first telecentric lens and the second telecentric lens may be lenses that do not have a change in magnification even at a distance difference from the target sample.

본 발명에 의하면, 측정하고자 하는 기준시료를 설정하고, 검사하고자 하는 대상시료의 표면 상태가 기준시료와 동일한지 또는 동일하지 않은지를 검출함으로써 대면적 박막에 대한 표면 코팅의 불량을 빠른 시간 내에 검사할 수 있다.According to the present invention, by setting a reference sample to be measured and detecting whether the surface state of the target sample to be inspected is the same as or not the same as the reference sample, defects in surface coating on a large area thin film can be inspected in a short time. I can.

또한, 본 발명에 의하면, 빛이 측정 대상시료에서 반사될 경우의 편광 상태의 변화가 기준시료에서 반사될 경우의 편광 상태 변화와 같은지를 검출함으로써, 박막 표면의 미세 변화를 측정할 수 있다.Further, according to the present invention, by detecting whether the change in the polarization state when the light is reflected from the measurement target sample is the same as the change in the polarization state when the light is reflected from the reference sample, it is possible to measure the minute change on the surface of the thin film.

또한, 본 발명에 의하면, 빛이 시료에 의해 반사될 경우 미세한 편광 상태의 변화에도 광 검출기 상에서 측정되는 광량의 차이가 극대화되도록 편광 광학계를 구성함으로써, 박막 표면의 미세 변화를 측정할 수 있다.In addition, according to the present invention, when light is reflected by a sample, the polarization optical system is configured so that the difference in the amount of light measured on the photodetector is maximized even when the light is reflected by the sample, so that minute changes in the surface of the thin film can be measured.

또한, 본 발명에 의하면, SE와 같이 측정시 편광자나 보정기를 여러 방향으로 이동할 필요 없이 빠른 검사가 가능하며, 결상 광학계 및 2D 카메라를 이용하여 초미세 박막의 대면적 검사를 실시할 수 있다. 따라서, 초미세 박막의 두께를 측정하기 보다는 시료 표면의 미세 변화, 또는 박막의 유무 및 코팅 불량 등을 대면적에서 빠르게 검사할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to perform fast inspection without having to move a polarizer or a corrector in various directions during measurement, such as SE, and a large area inspection of an ultrafine thin film can be performed using an imaging optical system and a 2D camera. Therefore, rather than measuring the thickness of the ultrafine thin film, it is possible to quickly inspect a fine change on the surface of the sample, the presence or absence of a thin film, and poor coating in a large area.

그리고, 본 발명에 의하면, FPD 및 반도체 공정에서 초미세 박막의 불량을 대면적에서 고속으로 검출이 가능한 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to provide a system and method for measuring microscopic changes in the surface of a thin film capable of detecting defects of an ultrafine thin film in a large area at high speed in FPD and semiconductor processes.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스테이지에 검사 대상 시료가 배치된 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 편광 발생부를 통해 편광된 빛이 특정한 각도로 기준시료에 입사되는 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기준시료에 의해 반사된 광의 이미지와 대상시료에 의해 반사된 광의 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기준시료 측정에서 텔레센트릭 렌즈를 추가로 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 대상시료 측정에서 텔레센트릭 렌즈를 추가로 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 텔레센트릭 렌즈를 통해 기준시료를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 텔레센트릭 렌즈를 통과한 광에 대해 샤임플러그 원리를 적용하여 검출하는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a system for measuring fine changes in a thin film surface according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example in which a test target sample is disposed on a stage according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example in which light polarized through a polarization generator according to an embodiment of the present invention is incident on a reference sample at a specific angle.
4 is a diagram showing an image of light reflected by a reference sample and an image of light reflected by a target sample according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an example of additionally configuring a telecentric lens in measuring a reference sample according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing an example of additionally configuring a telecentric lens in measuring a target sample according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an example of measuring a reference sample through a telecentric lens according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing an example of detecting light passing through a telecentric lens according to an embodiment of the present invention by applying the Scheimplug principle.
9 is a diagram illustrating an operation flow chart for explaining a method of measuring fine changes on a surface of a thin film according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment is to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to the possessor, and the invention is only defined by the scope of the claims. Accordingly, in some embodiments, well-known process steps, well-known device structures, and well-known techniques have not been described in detail in order to avoid obscuring interpretation of the present invention. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly express various layers and regions. The same reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when one part is "directly above" another part, it means that there is no other part in the middle. Further, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when one part is "right under" another part, it means that there is no other part in the middle.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc., as shown in the figure It may be used to easily describe the correlation between the device or components and other devices or components. Spatially relative terms should be understood as terms including different directions of the device during use or operation in addition to the directions shown in the drawings. For example, if an element shown in the figure is turned over, an element described as “below” or “beneath” of another element may be placed “above” another element. Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. The device may be oriented in other directions, and thus spatially relative terms may be interpreted according to the orientation.

본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only the case of being directly connected but also the case of being electrically connected with another element interposed therebetween. In addition, when a part includes a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise indicated.

본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.In the present specification, terms such as first, second, and third may be used to describe various elements, but these elements are not limited by the terms. The terms are used for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second or third component, and similarly, a second or third component may be alternately named.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 지지체 기반 전고상 복합전극 및 그 제조 방법과 이를 갖는 전고상 이차전지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an all-solid-state composite electrode based on a metal support according to a preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing the same, and an all-solid-state secondary battery having the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a system for measuring fine changes in a thin film surface according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은, 광원(10), 스테이지(Stage)(50), 편광 발생부(60), 편광 분석부(70), 및 변화 검출부(80)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a system 100 for measuring microscopic changes in the surface of a thin film according to an embodiment of the present invention includes a light source 10, a stage 50, a polarization generator 60, and a polarization analyzer 70. , And a change detection unit 80 may be included.

아래 본 발명의 실시 예에서는 박막 표면 미세 변화 측정 시스템을 간단히 측정 시스템(100) 또는 검사 시스템(100)으로 표기하여 설명할 수 있다.In the embodiment of the present invention below, a system for measuring fine changes in the surface of a thin film may be described simply by denoting it as the measurement system 100 or the inspection system 100.

광원(10)은 넓은 파장대의 광, 예컨대, 250 ~ 1700㎚의 광을 생성하는 광대역(broadband) 광원, 또는 다파장(multi-wavelength) 광원일 수 있다. 또한, 광원(10)은 파장을 가변할 수 있는 파장 가변(tunable) 광원일 수 있다. 물론, 광원(10)이 광대역 광원에 한정되는 것은 아니다. 또한, 광원(10)은 한 개의 파장의 광을 생성하는 단일 파장 레이저 광원일 수 있다. 만약, 광원(10)이 단일 파장 레이저 광원인 경우, 본 발명의 측정 시스템(100)은 서로 다른 파장의 광을 생성하는 다수의 레이저 광원들을 구비할 수 있고, 요구되는 파장에 따라 광원들을 교체하면서 사용할 수 있다. 예를 들면, 광원(10)은 자외선 레이저 빔을 방출하는 레이저와 같은 광원으로서, 248nm, 193nm 또는 157nm의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.The light source 10 may be a broadband light source or a multi-wavelength light source that generates light in a wide wavelength range, for example, 250 to 1700 nm. Further, the light source 10 may be a wavelength tunable light source capable of varying a wavelength. Of course, the light source 10 is not limited to a broadband light source. Also, the light source 10 may be a single wavelength laser light source that generates light of one wavelength. If the light source 10 is a single wavelength laser light source, the measurement system 100 of the present invention may include a plurality of laser light sources that generate light of different wavelengths, and the light sources are replaced according to the required wavelength. Can be used. For example, the light source 10 is a light source such as a laser that emits an ultraviolet laser beam, and may emit light having a wavelength of 248 nm, 193 nm or 157 nm.

편광 발생부(60)는 광원(10)에서 출력된 광을 편광시키고 보정하여 출력한다. 이를 위해, 편광 발생부(60)는 광원에서 출력된 광을 편광시키는 편광자(polarizer)(11); 및 편광자에 의해 편광된 광을 보정하는 광 보정자(compensator)(12)를 포함할 수 있다.The polarization generator 60 polarizes and corrects the light output from the light source 10 and outputs it. To this end, the polarization generator 60 includes a polarizer 11 for polarizing light output from a light source; And a light compensator 12 for correcting light polarized by the polarizer.

편광자(11)는, 편광축 방향의 광을 통과시키고 소광축 방향의 광을 흡수하여, 광원에서 출력된 광을 편광시킨다.The polarizer 11 passes light in the polarization axis direction and absorbs light in the extinction axis direction, thereby polarizing the light output from the light source.

광 보정자(12)는, 편광자에 의해 편광된 광을 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 λ/4 위상차를 발생시켜 보정한다.The optical corrector 12 corrects the light polarized by the polarizer by generating a λ/4 phase difference with respect to the light in the fast axis direction and the slow axis direction.

따라서 광 보정자에 의해 보정된 광은 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 기준시료 또는 대상시료에 입사될 수 있다.Therefore, the light corrected by the optical corrector may be incident on the reference sample or the target sample at an angle close to the Brewster angle or the Brewster angle.

편광자(11)는 광원(10)으로부터 입력된 광을 선형 편광(linear polarization)시켜 출력할 수 있다. 예컨대, 편광자(11)는 입사된 광에서 P 편광성분(또는 수평성분), 또는 S 편광성분(또는 수직성분)만을 통과시켜 출력시킴으로써, 입사된 광을 선형 편광시킬 수 있다.The polarizer 11 may linearly polarize and output light input from the light source 10. For example, the polarizer 11 may linearly polarize the incident light by passing only the P polarization component (or the horizontal component) or the S polarization component (or the vertical component) from the incident light.

광 보정자(12)는 편광자(11)로부터의 광을 원형 편광(circular polarization) 또는 타원 편광(elliptical polarization)시켜 출력할 수 있다. 광 보정자(12)는 선형 편광된 광에 위상차를 줌으로써, 직선 편광을 원편광이나 타원편광으로, 또는 원편광을 직선 편광으로 변화시킬 수 있다. 그에 따라, 광 보정자(12)는 위상 지연자(phase retarder)라고 불리기도 한다. 예컨대, 광 보정자(12)는 1/4 파장판(quater-wave plate)일 수 있다.The light corrector 12 may output the light from the polarizer 11 by performing circular polarization or elliptical polarization. The light corrector 12 may change linearly polarized light into circularly polarized light or elliptically polarized light, or from circularly polarized light into linearly polarized light by giving a phase difference to linearly polarized light. Accordingly, the optical corrector 12 is also referred to as a phase retarder. For example, the optical corrector 12 may be a quarter-wave plate.

스테이지(50)는 검사 대상으로서 기준시료(13) 또는 대상시료(16)를 배치하여 고정시키는 장치로서, x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동할 수 있다. 그에 따라, 스테이지(50)를 xyz 스테이지라고 칭할 수 있다. 즉, 스테이지(50)는 광 보정자(12)에 의해 보정된 광이 입사되는 기준시료(13) 또는 대상시료(16)가 배치되는 장치이다.The stage 50 is a device that arranges and fixes the reference sample 13 or the target sample 16 as an inspection object, and can move in the x direction, the y direction, and the z direction. Accordingly, the stage 50 can be referred to as an xyz stage. That is, the stage 50 is a device in which the reference sample 13 or the target sample 16 to which the light corrected by the light corrector 12 is incident is disposed.

스테이지(50)는 모터를 통해 전기적으로 이동할 수 있다. 스테이지(50)를 통해 검사 대상(13, 16)이 이동함으로써, 이동된 위치에서 검사 대상(13, 16)의 검사가 수행될 수 있다. 검사 대상은 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등이 검사의 대상이 될 수 있다. 여기서, 웨이퍼는 상면 상에 주기적인 패턴이 형성된 웨이퍼이거나 또는 패턴이 없는 베어(bare) 웨이퍼일 수 있다. The stage 50 can be electrically moved through a motor. By moving the inspection targets 13 and 16 through the stage 50, the inspection targets 13 and 16 may be inspected at the moved position. The inspection object may be a wafer, a semiconductor package, a semiconductor chip, a display panel, and the like. Here, the wafer may be a wafer in which a periodic pattern is formed on an upper surface or a bare wafer without a pattern.

한편, 스테이지(50) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이 검사 대상 샘플이 배치될 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스테이지에 검사 대상 시료가 배치된 예를 나타낸 도면이다. 도 2에서, 대상시료(16)는 내지문(Anti-Fingerprint) 박막이거나 내지문 박막이 부착된 난반사 코팅(Anti-Reflection) 박막일 수 있다. 따라서 내지문 기능이 제대로 실현되기 위해서는 그 보호막인 난반사 코팅 박막에 결함이 없어야 한다. 본 발명의 실시 예에서는 표면에 결함이 있는 난반사 코팅 박막을 대상시료(16)로 하여 설명하기로 한다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, a sample to be inspected may be disposed on the stage 50. 2 is a diagram illustrating an example in which a test target sample is disposed on a stage according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the target sample 16 may be an Anti-Fingerprint thin film or an Anti-Reflection thin film to which a fingerprint thin film is attached. Therefore, in order to properly realize the fingerprint function, the protective film, which is the diffuse reflection coating thin film, must be free from defects. In an embodiment of the present invention, a diffuse reflection coating thin film having defects on its surface will be described as the target sample 16.

편광 분석부(70)는 편광 분석자(14) 및 광 검출기(15)를 포함할 수 있다.The polarization analyzer 70 may include a polarization analyzer 14 and a photo detector 15.

편광 분석자(14)는 기준시료 또는 대상시료에 의해 반사된 광을 편광시켜 분석한다. 즉, 편광 분석자(14)는, 기준시료에 의해 반사된 광을 선형 편광시켜 소광된 광으로 광 검출기(15)로 출력할 수 있다.The polarization analyzer 14 polarizes and analyzes the light reflected by the reference sample or the target sample. That is, the polarization analyzer 14 may linearly polarize the light reflected by the reference sample and output the quenched light to the photodetector 15.

편광 분석자(14)는 시료(sample)에서 반사되어 편광 방향이 변한 반사광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 예컨대, 편광 분석자(14)는 입사된 광 중에서 특정 편광 성분만을 통과시키고 나머지 성분들은 차단하는 일종의 선형 편광기일 수 있다. 시료와 편광 분석자(14) 사이에 저배율 광학계가 배치되는 경우에, 편광 분석자(14)는 저배율 광학계의 후단에 배치될 수도 있다. The polarization analyzer 14 may selectively pass reflected light reflected from a sample and whose polarization direction is changed. For example, the polarization analyzer 14 may be a type of linear polarizer that passes only a specific polarization component and blocks other components of incident light. When the low-magnification optical system is disposed between the sample and the polarization analyzer 14, the polarization analyzer 14 may be disposed at a rear end of the low-magnification optical system.

저배율 광학계는 결상 광학계(imaging optics)의 일종으로, 편광 분석자(14)로부터의 광을 등배율 또는 저배율로 결상시킬 수 있다. 여기서, 저배율은 1:1의 등배율을 포함하여 1:100 이하의 배율을 의미할 수 있다. 한편, 1:100을 초과하는 배율은 고배율로 분류될 수 있다. 본 발명의 측정 시스템(100)은 저배율 광학계를 이용함으로써, 기존의 SE 또는 SIE에 비해 획기적으로 넓은 FOV(Field of View)를 가지고 결함 검사를 고속으로 수행할 수 있다. 예컨대, 1:100의 저배율 광학계가 A/100의 면적에 해당하는 FOV를 갖는다고 하면, A 면적을 갖는 검사 대상의 결함 검사를 위해 적어도 100번의 샷(shot)이 필요할 수 있다. 그에 반해, 1:10의 저배율 광학계는 A 면적에 해당하는 FOV를 가지게 되므로, 단 한 번의 샷으로 A 면적을 갖는 검사 대상의 결함을 검사할 수 있다. 저배율 광학계는 검사 대상의 표면이 반사광에 대해 기울어짐으로 인해 발생하는 영상의 왜곡을 보정하여, 검사 대상의 표면을 카메라부에 평행하게 결상시킬 수 있다. 예컨대, 샤임플러그(Scheimpflug) 광학계로 구현될 수 있다. 저배율 광학계는 광의 경로 변경이나 왜곡 방지를 위한 적어도 하나의 반사 거울을 포함할 수 있다. 저배율 광학계는 1:1 에서 1:M(1<M=100)으로 배율을 자유롭게 조절할 수 있는 줌 렌즈 시스템(zoom lens system)으로 구현될 수 있다.The low magnification optical system is a kind of imaging optics, and can image light from the polarization analyzer 14 at an equal or low magnification. Here, the low magnification may mean a magnification of 1:100 or less, including an equal magnification of 1:1. Meanwhile, a magnification exceeding 1:100 may be classified as a high magnification. The measurement system 100 of the present invention can perform defect inspection at high speed with a field of view (FOV) that is significantly wider than that of a conventional SE or SIE by using a low magnification optical system. For example, if a low magnification optical system of 1:100 has a FOV corresponding to an area of A/100, at least 100 shots may be required for defect inspection of an inspection object having an area of A. On the other hand, since the low magnification optical system of 1:10 has the FOV corresponding to the area A, it is possible to inspect the defect of the inspection object having the area A with only one shot. The low magnification optical system corrects distortion of an image caused by inclination of the surface of the object to be inspected with respect to the reflected light, so that the surface of the object to be inspected can be imaged parallel to the camera unit. For example, it may be implemented with a Scheimpflug optical system. The low magnification optical system may include at least one reflective mirror for changing a path of light or preventing distortion. The low magnification optical system can be implemented as a zoom lens system that can freely adjust the magnification from 1:1 to 1:M (1<M=100).

참고로, 본 발명의 측정 시스템(100)과 같이 편광자(11), 광 보정자(12), 및 편광 분석자(14)를 구비한 시스템을 PCSA 타원계(ellipsometer) 시스템이라고 한다. 여기서, P는 선형 편광자를, C는 광 보정자를, S는 샘플을, 그리고 A는 편광 분석자를 의미할 수 있다. 한편, 본 발명의 측정 시스템(100)은 PCSA 타원계 시스템에 한정되지 않고, PSA 타원계 시스템, PSCA 타원계 시스템, 또는 PCSCA 타원계 시스템으로 구현될 수도 있다. 더 나아가, 본 발명의 측정 시스템(100)은 광 보정자(12) 대신 위상 변조기(phase modulator)를 구비할 수도 있다. 위상 변조기를 채용하는 경우, 기계적인 지터(jitter)를 제거하여 정확하고 안정적인 검사 결과를 얻을 수 있다.For reference, a system including a polarizer 11, a light corrector 12, and a polarization analyzer 14 like the measuring system 100 of the present invention is referred to as a PCSA ellipsometer system. Here, P may be a linear polarizer, C may be a light corrector, S may be a sample, and A may be a polarization analyzer. On the other hand, the measurement system 100 of the present invention is not limited to the PCSA elliptic system, but may be implemented as a PSA elliptical system, a PSCA elliptical system, or a PCSCA elliptical system. Furthermore, the measurement system 100 of the present invention may have a phase modulator instead of the optical corrector 12. When a phase modulator is employed, mechanical jitter can be eliminated to obtain accurate and stable inspection results.

광 검출기(15)는 편광 분석자(14)에 의해 편광된 광의 이미지를 검출한다. 즉, 광 검출기(15)는 편광 분석자(14)로부터 출력된 편광된 광의 패턴을 촬상하여 광 이미지를 획득하는 것이다. 이를 위해, 광 검출기(15)는 카메라부를 포함할 수 있다. 여기서 카메라부는 예컨대, CCD 카메라 또는 CMOS 카메라일 수 있다. 카메라부는 고감도의 제1 카메라 또는 저감도의 제1 카메라를 포함할 수 있다.The photo detector 15 detects an image of light polarized by the polarization analyzer 14. That is, the photo detector 15 acquires an optical image by capturing a pattern of polarized light output from the polarization analyzer 14. To this end, the photo detector 15 may include a camera unit. Here, the camera unit may be, for example, a CCD camera or a CMOS camera. The camera unit may include a high sensitivity first camera or a low sensitivity first camera.

제1 카메라는 매우 약한 신호도 검측할 수 있는 고감도(high sensitivity) 카메라일 수 있다. 예컨대, 제1 카메라는 ISO(International Organization for Standardization) 감도가 3000 이상일 수 있다. 제1 카메라는 예컨대, EMCCD(Electron Multiplying CCD) 카메라 또는 sCMOS(Scientific CMOS) 카메라일 수 있다. 이러한 고감도의 제1 카메라를 이용하여 널(null) 조건 상태에서 결함(defect)에 의해 발생한 매우 미세한 산란 광을 검출할 수 있다.The first camera may be a high sensitivity camera capable of detecting even a very weak signal. For example, the first camera may have an ISO (International Organization for Standardization) sensitivity of 3000 or higher. The first camera may be, for example, an Electron Multiplying CCD (EMCCD) camera or a Scientific CMOS (sCMOS) camera. Using such a high-sensitivity first camera, it is possible to detect very fine scattered light generated by a defect in a null condition.

제1 카메라는 외부로부터의 광이 완전히 차단될 수 있도록 박스 내부에 밀폐되어 배치되고, 또한 셔터가 제1 카메라 입구의 전단에 배치될 수 있다. 이러한 셔터와 박스는 저조도에 민감한 제1 카메라의 픽셀들을 보호하기 위해 배치될 수 있다. 예컨대, 셔터는 널 조건이 아닐 때 닫히고, 널(null) 조건일 때만 열림으로써, 세기가 강한 반사광들로부터 픽셀들을 보호할 수 있다. 예컨대, 셔터는 0.05Lx 이하의 조도에서만 열릴 수 있다. 물론, 셔터의 오픈 조건이 이러한 수치에 한정되는 것은 아니다.The first camera may be sealed and disposed inside the box so that light from the outside may be completely blocked, and a shutter may be disposed in front of the entrance of the first camera. Such a shutter and box may be arranged to protect the pixels of the first camera sensitive to low light. For example, the shutter is closed when it is not in a null condition and is opened only when it is in a null condition, thereby protecting pixels from reflected light having strong intensity. For example, the shutter can only be opened at an illuminance of 0.05Lx or less. Of course, the open condition of the shutter is not limited to these values.

제2 카메라는 제1 카메라보다는 감도가 낮은 일반 또는 저감도의 카메라일 수 있다. 제2 카메라는 본 발명의 측정 시스템(100)의 널 조건을 구하는데 이용될 수 있다. 한편, 널 조건을 보다 정밀하게 구하기 위하여 제1 카메라가 함께 이용될 수 있다. 예컨대, 널 조건을 위한 측정에서, 세기가 강한 반사광의 범위에서는 제2 카메라를 통해 반사광을 측정하고, 널 조건에 근접하여 세기가 비교적 약한 반사광의 범위에서는 감도가 높은 제1 카메라를 통해 반사광을 측정할 수 있다.The second camera may be a general or low-sensitivity camera having a lower sensitivity than the first camera. The second camera may be used to obtain the null condition of the measurement system 100 of the present invention. Meanwhile, the first camera may be used together to more accurately obtain the null condition. For example, in the measurement for a null condition, the reflected light is measured through a second camera in the range of reflected light with strong intensity, and the reflected light is measured through the first camera with high sensitivity in the range of reflected light with relatively weak intensity close to the null condition. can do.

한편, 널 조건을 구하는 데에 이용하는 제2 카메라는 에어리어(area) 카메라일 수 있다. 그에 반해, 제1 카메라는 검사 대상을 고속 검사하기 위한 라인 스캔(line scan) 카메라일 수 있다. 물론, 제1 카메라는 에어리어 스텝(area step) 또는 에어리어 스캔(area scan) 방식의 카메라일 수도 있다.Meanwhile, the second camera used to obtain the null condition may be an area camera. In contrast, the first camera may be a line scan camera for high-speed inspection of an object to be inspected. Of course, the first camera may be an area step or area scan type camera.

변화 검출부(80)는 예를 들면, 컴퓨터로 구현할 수 있다. 변화 검출부(80)는 광 검출기(15)에서 입력된 광 이미지에 대한 정보를 분석할 수 있다. 예컨대, 변화 검출부(80)는 분석 프로세스를 구비한 일반 PC(Personal Computer), 워크스테이션(workstation), 슈퍼 컴퓨터 등일 수 있다. 변화 검출부(80)는 광 이미지의 분석을 통해 검사 대상에 결함이 존재하는지를 판단할 수 있다. 여기서, 변화 검출부(80)는 컴퓨터로서 본 발명의 측정 시스템(100)을 전반적으로 제어할 수도 있다.The change detection unit 80 may be implemented by, for example, a computer. The change detection unit 80 may analyze information on the optical image input from the photo detector 15. For example, the change detection unit 80 may be a general personal computer (PC), a workstation, or a super computer equipped with an analysis process. The change detection unit 80 may determine whether a defect exists in the inspection object through analysis of the optical image. Here, the change detection unit 80 may be used as a computer to control the overall measurement system 100 of the present invention.

변화 검출부(80)는 기준시료에 의해 반사된 광의 제1 이미지에 대한 제1 밝기값과, 대상시료에 의해 반사된 제2 이미지에 대한 제2 밝기값의 비율을 산출하여, 산출된 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 대상시료의 표면에 미세 변화가 있는 것으로 검출한다.The change detection unit 80 calculates the ratio of the first brightness value for the first image of light reflected by the reference sample and the second brightness value for the second image reflected by the target sample, and the calculated ratio is constant. If there is a difference more than the value, it is detected that there is a slight change on the surface of the target sample.

즉, 변화 검출부(80)는 먼저, 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 기준시료에 입사되고, 기준시료에 의해 반사된 광이 선 편광되어 광 검출기에 의해 검출된 광의 제1 이미지에 대한 제1 밟기값을 산출한다.That is, the change detection unit 80 firstly polarizes and corrects the light output from the light source and enters the reference sample, and the light reflected by the reference sample is linearly polarized to determine the first image of the light detected by the photodetector. 1 Calculate the stepping value.

이어, 변화 검출부(80)는 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 대상시료에 입사되고, 대상시료에 의해 반사된 광이 편광되어 광 검출기에 의해 검출된 광의 제2 이미지에 대한 제2 밝기값을 산출한다.Subsequently, the change detection unit 80 polarizes and corrects the light output from the light source and enters the target sample, and the light reflected by the target sample is polarized and the second brightness value for the second image of the light detected by the photo detector. Yields

이어, 변화 검출부(80)는 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율을 산출하여, 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는지를 판단한다.Subsequently, the change detection unit 80 calculates a ratio of the first brightness value and the second brightness value, and determines whether the ratio between the first brightness value and the second brightness value differs by more than a predetermined value.

따라서, 변화 검출부(80)는 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출하는 것이다.Accordingly, the change detection unit 80 detects that there is a minute change in the target sample when the ratio is different by more than a predetermined value.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 편광 발생부를 통해 편광된 빛이 특정한 각도(θ1)로 기준시료에 입사되는 예를 나타낸 도면이다.3 is a view showing an example in which light polarized through a polarization generator according to an embodiment of the present invention is incident on a reference sample at a specific angle θ1.

도 3을 참조하면, 광원(10)에서 출력된 광은 편광자(11)에 의해 편광되고 광 보정자(12)에 의해 보정된 후 특정한 각도(θ1), 예를 들면, 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 기준시료(13)에 입사된다. 3, the light output from the light source 10 is polarized by the polarizer 11 and corrected by the light corrector 12, and then at a specific angle θ1, for example, Brewster's angle or Brewster's angle. It is incident on the reference sample 13 at a close angle.

기준시료(13)에 입사된 광은 기준시료(13)로부터 반사되어 나온 후 편광 분석자(14)를 통해 광 검출기(15)로 입력된다.The light incident on the reference sample 13 is reflected from the reference sample 13 and comes out and is then input to the photo detector 15 through the polarization analyzer 14.

이때, 편광자(11) 및 광 보정자(12)는 기준시료(13)로부터 반사된 빛의 편광상태가 최대한 선형 편광에 가까워지도록 편광자(11) 및 광 보정자(12)의 각도를 조절한다. At this time, the polarizer 11 and the light corrector 12 adjust the angles of the polarizer 11 and the light corrector 12 so that the polarization state of the light reflected from the reference sample 13 is as close to linear polarization as possible.

광축에 대한 회전각의 조절을 위하여, 편광자(11), 광 보정자(12), 및 편광 분석자(14)는 모터로 구동하는 회전 지지대(미도시) 위에 설치되어, 광축을 중심으로 회전할 수 있다. 편광자(11), 광 보정자(12), 및 편광 분석자(14)의 회전은 지속적으로 회전하는 지속 회전(continuous rotation)일수도 있고, 정해진 각도들만 회전하는 비지속 회전(discontinuous rotation)일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 검사 시스템(100)에서, 편광자(11), 광 보정자(12), 및 편광 분석자(14)의 회전은 비지속 회전일 수 있다.In order to adjust the rotation angle with respect to the optical axis, the polarizer 11, the optical compensator 12, and the polarization analyzer 14 are installed on a rotation support (not shown) driven by a motor, and can rotate around the optical axis. have. The rotation of the polarizer 11, the optical compensator 12, and the polarization analyzer 14 may be a continuous rotation that rotates continuously, or a discontinuous rotation that rotates only predetermined angles. . In the inspection system 100 according to the embodiment of the present invention, the rotation of the polarizer 11, the light corrector 12, and the polarization analyzer 14 may be non-continuous rotation.

편광자(11) 및 편광 분석자(14)는 와이어-그리드(wire-grid) 타입이나 글랜-톰슨(Glan-Thompson) 타입의 고정(static) 선형 편광기로 구현될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 편광자(11) 및 편광 분석자(14)는 패러데이 회전자(Faraday rotator)와 같이 전기 신호로 편광의 방향을 바꿀 수 있는 전자 소자로 구현될 수도 있다. 또한, 광 보정자(12)도 압전 위상 변조기(Piezoelectric phase modulator)와 같은 전기 신호로 제어되는 전자 소자로 대체될 수 있다. 편광자(11), 광 보정자(12), 및 편광 분석자(14)가 전자 소자로 구현되는 경우에, 전술한 모터 구동의 회전 지지대는 생략될 수 있다.The polarizer 11 and the polarization analyzer 14 may be implemented as a wire-grid type or a Glan-Thompson type static linear polarizer. However, the present invention is not limited thereto, and the polarizer 11 and the polarization analyzer 14 may be implemented as electronic devices that can change the direction of polarization with an electric signal, such as a Faraday rotator. In addition, the optical compensator 12 may also be replaced with an electronic device controlled by an electric signal such as a piezoelectric phase modulator. When the polarizer 11, the light corrector 12, and the polarization analyzer 14 are implemented as electronic devices, the aforementioned rotation support for driving the motor may be omitted.

기준시료(13)에서 반사된 빛은 편광 분석부(70)의 편광 분석자(14)를 지나게 되며, 최종적으로 광 검출기(15)에서 광량을 측정할 수 있다. The light reflected from the reference sample 13 passes through the polarization analyzer 14 of the polarization analyzer 70, and finally, the photodetector 15 may measure the amount of light.

이때, 편광 분석자(14)의 각도를 조절하여 광 검출기(15)에서 검출되는 광량이 최저가 되도록 조절한다. At this time, the angle of the polarization analyzer 14 is adjusted so that the amount of light detected by the photo detector 15 is the lowest.

만약, 기준시료(13)에서 반사된 빛이 선 편광일 경우 광 검출기(15)의 광량은 0가 된다.If the light reflected from the reference sample 13 is linearly polarized, the amount of light of the photodetector 15 is zero.

편광 발생부(60)의 편광 동작을 표현할 때 Jones 행렬을 사용하면 전기장(E)은 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.When the Jones matrix is used to express the polarization operation of the polarization generator 60, the electric field E can be expressed as in Equation 1 below.

Figure 112020048303284-pat00002
Figure 112020048303284-pat00002

여기서, 광 보정자(12)에 대한 부분을 표현한 행렬

Figure 112020048303284-pat00003
은 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Here, the matrix representing the part for the optical corrector 12
Figure 112020048303284-pat00003
Can be expressed as in Equation 2 below.

Figure 112020048303284-pat00004
Figure 112020048303284-pat00004

광 보정자(12)는 fast axis가 입사면을 기준으로 C만큼 기울어져 있다. 따라서 C만큼 회전하여 위상차(δ)를 발생시키고 편광자(11)과 마찬가지로 입사면을 기준으로 -C만큼 회전시킨다.The optical corrector 12 has a fast axis inclined by C with respect to the incident surface. Therefore, it rotates by C to generate a phase difference (δ) and rotates by -C with respect to the incident surface like the polarizer 11.

또한,

Figure 112020048303284-pat00005
은 입사면 기준으로 P파와 S파에 대한 반사계수를 적용하여
Figure 112020048303284-pat00006
로 표현된다.Also,
Figure 112020048303284-pat00005
Is based on the incident surface by applying the reflection coefficient for P and S waves
Figure 112020048303284-pat00006
Is expressed as

수학식 1에서,

Figure 112020048303284-pat00007
는 편광자(11)를 통과한 다음 선 편광된 빛을 나타낸다. 선 편광된 빛은 입사면에 대해 P만큼 기울어져 있다.In Equation 1,
Figure 112020048303284-pat00007
Denotes linearly polarized light after passing through the polarizer 11. Linearly polarized light is inclined by P with respect to the incident surface.

편광자(11)에 의해 선 편광된 빛은 입사면을 기준으로 -P만큼 회전되어 있으므로,

Figure 112020048303284-pat00008
로 표현될 수 있다.Since the light linearly polarized by the polarizer 11 is rotated by -P based on the incident surface,
Figure 112020048303284-pat00008
It can be expressed as

수학식 1에서, 가장 왼쪽 행렬

Figure 112020048303284-pat00009
은 기준시료(13)에서 반사되어 편광 분석자(14)를 통과한 빛에 대한 내용을 표현한 것이다. 즉, 기준시료(13)에서 반사된 P파와 S파를 편광 분석자(14)를 기준으로 판단하기 위하여 편광 분석자(14)의 위치각 A로 회전시킨 후 편광축 방향의 성분만 통과시킨 것이다.In Equation 1, the leftmost matrix
Figure 112020048303284-pat00009
Represents the content of the light reflected from the reference sample 13 and passed through the polarization analyzer 14. That is, in order to determine the P-wave and S-wave reflected from the reference sample 13 based on the polarization analyzer 14, the polarization analyzer 14 rotates at the position angle A, and then passes only the components in the polarization axis direction.

이러한 행렬들을 차례로 계산하면 다음 수학식 3과 같이 전기장의 세기 E를 구할 수 있다.By sequentially calculating these matrices, the strength E of the electric field can be obtained as shown in Equation 3 below.

Figure 112020048303284-pat00010
Figure 112020048303284-pat00010

여기서

Figure 112020048303284-pat00011
는 편광자(11)을 통과한 전기장의 세기이고,
Figure 112020048303284-pat00012
,
Figure 112020048303284-pat00013
는 반사계수이다.
Figure 112020048303284-pat00014
는 광 보정자(12)에 관련된 변수인데, 이상적인 광 보정자(12)의 경우 위상차만 발생시키므로, 다음 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.here
Figure 112020048303284-pat00011
Is the strength of the electric field passing through the polarizer 11,
Figure 112020048303284-pat00012
,
Figure 112020048303284-pat00013
Is the reflection coefficient.
Figure 112020048303284-pat00014
Is a variable related to the optical corrector 12, and since the ideal optical corrector 12 generates only a phase difference, it can be expressed as in Equation 4 below.

Figure 112020048303284-pat00015
Figure 112020048303284-pat00015

광 검출기(15)에서 검출되는 빛의 밝기를

Figure 112020048303284-pat00016
로 정의하면, 빛의 밝기는 다음 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.The brightness of light detected by the photodetector 15
Figure 112020048303284-pat00016
If defined as, the brightness of light can be expressed as in Equation 5 below.

Figure 112020048303284-pat00017
Figure 112020048303284-pat00017

즉, 기준시료(13)에 조사되는 빛이 최대한 선 편광에 가까워지도록 편광 발생부(60)의 광학 부품들을 조절하고, 편광 분석부(70)의 편광 분석자(14)를 조절하여, 광 검출기(15)에서 검출되는 광량이 0에 가까워지도록 조절하면 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.That is, the optical components of the polarization generator 60 are adjusted so that the light irradiated to the reference sample 13 is as close to the linear polarization as possible, and the polarization analyzer 14 of the polarization analyzer 70 is adjusted, and the photodetector ( If the amount of light detected in 15) is adjusted to be close to 0, it can be expressed as Equation 6 below.

Figure 112020048303284-pat00018
Figure 112020048303284-pat00018

참고로, 광 검출기(15)로 사용될 수 있는 것들의 응용범위는 매우 넓다.For reference, the application range of those that can be used as the photodetector 15 is very wide.

전술한 바와 같이, 스테이지(50) 상에 기준시료(13)를 놓고 측정할 경우에 기준시료(13)에 의해 반사된 광량은 0에 가까운 값을 갖는다. As described above, when measuring by placing the reference sample 13 on the stage 50, the amount of light reflected by the reference sample 13 has a value close to zero.

즉, 기준시료(13)에 입사된 광은 기준시료(13)에 의해 반사되어 편광 분석부(70)의 편광 분석자(14)를 경유해 광 검출기(15)로 입력된다.That is, light incident on the reference sample 13 is reflected by the reference sample 13 and is input to the photodetector 15 through the polarization analyzer 14 of the polarization analyzer 70.

광 검출기(15)는 편광 분석자(14)로부터 입사된 광을 촬상하여 도 4에 도시된 바와 같은 제1 이미지(13')를 획득한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기준시료에 의해 반사된 광의 이미지와 대상시료에 의해 반사된 광의 이미지를 나타낸 도면이다. The photodetector 15 captures light incident from the polarization analyzer 14 to obtain a first image 13' as shown in FIG. 4. 4 is a diagram showing an image of light reflected by a reference sample and an image of light reflected by a target sample according to an embodiment of the present invention.

따라서, 기준시료(13)에 의해 반사된 광의 제1 이미지(13')에 대한 제1 밝기값은 0이거나 0에 가까운 값을 갖는다.Accordingly, the first brightness value for the first image 13' of the light reflected by the reference sample 13 is zero or has a value close to zero.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 스테이지(50)에, 도 2에 도시된 바와 같이 기준시료(13)와 미세한 차이가 있는 대상시료(16)를 배치한 후 전술한 바와 같은 과정으로 광량을 측정하였다.Meanwhile, as shown in FIG. 2, on the stage 50 according to the embodiment of the present invention, a target sample 16 having a small difference from the reference sample 13 is placed, and then the amount of light is measured by the above-described process. I did.

광 검출기(15)에서는 2D Area 카메라가 사용되었으며, 대상시료(16)의 절반은 기준시료(13)와 같으며, 나머지 절반은 기준시료(13)와 다르게 수십 nm 정도로 얇은 막이 증착되어 있다. 이때, 대상시료(16)는 일부에 결함(defect)이 있는 것으로 가정한다.In the photodetector 15, a 2D area camera was used, and half of the target sample 16 is the same as the reference sample 13, and the other half, unlike the reference sample 13, a thin film of about several tens of nm is deposited. In this case, it is assumed that a part of the target sample 16 has a defect.

광원(10)에서 출력된 광은 편광 발생부(60)의 편광자(11)에 의해 편광되고 광 보정자(12)에 의해 보정되어 대상시료(16)에 입사된다.The light output from the light source 10 is polarized by the polarizer 11 of the polarization generator 60 and corrected by the light corrector 12 to enter the target sample 16.

대상시료(16)에 입사된 광은 대상시료에 의해 반사되어 편광 분석부(70)의 편광 분석자(14)를 경유해 광 검출기(15)로 입력된다.The light incident on the target sample 16 is reflected by the target sample and is input to the photodetector 15 through the polarization analyzer 14 of the polarization analyzer 70.

광 검출기(15)는 편광 분석자(14)로부터 입사된 광을 촬상하여 도 4에 도시된 바와 같은 제2 이미지(16')를 획득한다.The photodetector 15 captures light incident from the polarization analyzer 14 to obtain a second image 16' as shown in FIG. 4.

대상시료(16)에 의해 반사된 광의 제2 이미지(16')에 대한 제2 밝기값은 도 4에 도시된 바와 같이 0이 아닌 특정 값을 갖는다.The second brightness value for the second image 16' of the light reflected by the target sample 16 has a specific value other than 0 as shown in FIG. 4.

본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은, 도 4에서와 같이 수십 nm의 미세한 차이도 그 이미지에서 충분한 밝기 차이가 발생하므로 구분이 가능하다.In the system 100 for measuring fine changes in the surface of a thin film according to an exemplary embodiment of the present invention, a small difference of several tens of nm can be distinguished because a sufficient difference in brightness occurs in the image as shown in FIG. 4.

본 발명의 실시 예에서는 광 검출기(15)의 민감도를 높이면, 기준시료(13)의 측정 광량은 언제나 0이 되지만, 기준시료(13)와 미세하게 다른 측정 대상시료(16)의 경우 광 검출기(15)의 민감도에 따라 시료의 변화에 대한 민감도를 높일 수 있다.In the embodiment of the present invention, when the sensitivity of the photo detector 15 is increased, the amount of light measured by the reference sample 13 is always 0, but in the case of the sample 16 to be measured slightly different from the reference sample 13, the photo detector ( According to the sensitivity of 15), the sensitivity to changes in the sample can be increased.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 기존 SE(Spectroscopic Ellipsometry) 문제점인 좁은 측정 영역 및 느린 측정 속도를 개선하고자 도 5 및 도 6과 같이 제1 텔레센트릭 렌즈(20) 및 제2 텔레센트릭 렌즈(21)를 추가로 구성할 수 있다.Meanwhile, in an embodiment of the present invention, in order to improve a narrow measurement area and a slow measurement speed, which is a problem of the existing SE (Spectroscopic Ellipsometry), the first telecentric lens 20 and the second telecentric lens ( 21) can be additionally configured.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기준시료 측정에서 텔레센트릭 렌즈를 추가로 구성한 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 대상시료 측정에서 텔레센트릭 렌즈를 추가로 구성한 예를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing an example of additionally configuring a telecentric lens in measuring a reference sample according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating an additional configuration of a telecentric lens in measuring a target sample according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing an example.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은, 편광 발생부(60)와 측정 시료(13, 16) 사이에 제1 텔레센트릭 렌즈(20)가 배치되고, 측정 시료(13, 16)와 편광 분석부(70) 사이에 제2 텔레센트릭 렌즈(21)가 배치된다.5 and 6, the system 100 for measuring fine changes in the surface of a thin film according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first telecentric lens between the polarization generator 60 and the measurement samples 13 and 16. 20) is disposed, and a second telecentric lens 21 is disposed between the measurement samples 13 and 16 and the polarization analyzer 70.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 편광 발생부(60)의 광 보정자(12)와 기준시료(13) 사이에 제1 텔레센트릭 렌즈(20)가 배치되고, 기준시료(13)와 편광 분석부(70)의 편광 분석자(14) 사이에 제2 텔레센트릭 렌즈(21)가 배치되는 것이다.That is, as shown in FIG. 5, the first telecentric lens 20 is disposed between the light corrector 12 of the polarization generator 60 and the reference sample 13, and the reference sample 13 and The second telecentric lens 21 is disposed between the polarization analyzers 14 of the polarization analyzer 70.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 광 보정자(12)와 대상시료(16) 사이에 제1 텔레센트릭 렌즈(20)가 배치되고, 대상시료(16)와 편광 분석자(14) 사이에 제2 텔레센트릭 렌즈(21)가 배치되는 것이다.In addition, as shown in Fig. 6, the first telecentric lens 20 is disposed between the optical corrector 12 and the target sample 16, and between the target sample 16 and the polarization analyzer 14 The second telecentric lens 21 is disposed.

이때, 제1 텔레센트릭 렌즈(20)는 광 보정자(12)와 측정 시료(13, 16) 사이에 위치하고, 광 보정자(12)에 의해 보정된 광을 평면(collimation) 광으로 전환하여 측정 시료(13, 16)에 조사한다.At this time, the first telecentric lens 20 is positioned between the light corrector 12 and the measurement samples 13 and 16, and converts the light corrected by the light corrector 12 to collimation light. The measurement samples 13 and 16 are irradiated.

제2 텔레센트릭 렌즈(21)는 측정 시료(13, 16)에 의해 반사된 광을 입력받아 평면 광만 편광 분석자(14)로 출력한다.The second telecentric lens 21 receives the light reflected by the measurement samples 13 and 16 and outputs only the plane light to the polarization analyzer 14.

일반적으로 점 광원에서 나오는 빛은 구면파로 빛의 진행 방향에 대해서 빛의 진동 방향이 일정하지 않다. 대부분의 광학 측정 방식에서는 콜리메이션(Collimation)이 된 빛을 사용한다. Collimation된 빛은 평면파로 보아도 무관하기 때문에 편광을 이론적으로 설명하는데 있어서 유리하다. In general, light emitted from a point light source is a spherical wave, and the direction of light vibration is not constant with respect to the direction of light. In most optical measurement methods, collimated light is used. Because collimated light is irrelevant even when viewed as a plane wave, it is advantageous in explaining polarization theoretically.

본 발명에서도 Collimation된 빛을 시료에 조사하기 위하여 제1 렌즈로서 Telecentric 렌즈를 사용하였다. 시료에서 반사되는 빛을 받아들이는 제2 렌즈도 마찬가지로 Telecentric 렌즈를 사용하였다. In the present invention, a telecentric lens was used as the first lens to irradiate the collimated light onto the sample. A telecentric lens was also used for the second lens that receives the light reflected from the sample.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 대면적 Telecentric 렌즈들을 사용하고, 광 검출기(15)로는 대면적 센서를 적용한 2D Area 카메라를 사용하여 넓은 영역에서 측정 시료의 미세 변화를 감지할 수 있다.That is, in an exemplary embodiment of the present invention, a large area telecentric lens is used, and a 2D area camera to which a large area sensor is applied as the photo detector 15 may detect minute changes in a measurement sample in a wide area.

본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은, 단순히 이미징 시스템이기 때문에 다른 측정 방식보다 측정 속도가 월등히 뛰어나다. 따라서 광 검출기(15)를 통해 측정 시료(13, 16)를 이미징해보면 도 4에서와 같은 결과를 얻을 수 있다.The system 100 for measuring microscopic changes in the surface of a thin film according to an exemplary embodiment of the present invention is simply an imaging system and thus has a significantly higher measurement speed than other measurement methods. Therefore, when the measurement samples 13 and 16 are imaged through the photo detector 15, the same results as in FIG. 4 can be obtained.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 텔레센트릭 렌즈를 통해 기준시료를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of measuring a reference sample through a telecentric lens according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은, 광원(10)에서 출력된 광은 편광자(11)에 의해 편광되고, 광 보정자(12)에 의해 보정된 후 제1 텔레센트릭 렌즈(20)를 통과한다. 따라서 제1 텔레센트릭 렌즈(20)를 통과한 광은 평면파 형태로 기준시료(13)에 입사된다. 이때, 기준시료(13)에 입사되는 광은 도 7에 도시된 바와 같이 브루스터각(θ1) 또는 브루스터각에 가까운 각도로 입사된다.Referring to FIG. 7, in the thin film surface minute change measurement system 100 according to an embodiment of the present invention, light output from the light source 10 is polarized by a polarizer 11, and After being corrected, it passes through the first telecentric lens 20. Therefore, the light passing through the first telecentric lens 20 is incident on the reference sample 13 in the form of a plane wave. At this time, the light incident on the reference sample 13 is incident at a Brewster angle θ1 or an angle close to the Brewster angle as shown in FIG.

기준시료(13)로부터 반사된 광은 평면파가 포함된 형태로 제2 텔레센트릭 렌즈(21)를 통과하며, 제2 텔레센트릭 렌즈(21)를 통과한 광은 평면파 형태의 광만 편광 분석자(14)로 입력된다. 편광 분석자(14)는 제2 텔레센트릭 렌즈(21)를 통과한 평면파 형태의 광을 선 편광시켜 광 검출기(15)로 출력한다.The light reflected from the reference sample 13 passes through the second telecentric lens 21 in a form including a plane wave, and the light that has passed through the second telecentric lens 21 is a polarization analyzer ( 14) is entered. The polarization analyzer 14 linearly polarizes the light in the form of a plane wave that has passed through the second telecentric lens 21 and outputs it to the photo detector 15.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은 측정 시료의 전단과 후단에 각각 제1 텔레센트릭 렌즈(20) 및 제2 텔레센트릭 렌즈(21)를 배치함으로써 양측(Double Side) 텔레센트릭 결상 광학계를 구성한다.As described above, the thin-film surface micro-change measurement system 100 according to the present invention includes the first telecentric lens 20 and the second telecentric lens 21 at the front and rear ends of the measurement sample. (Double Side) It composes the telecentric imaging optical system.

그런데, 기준시료(13)에 입사되는 광은 도 7에 도시된 바와 같이 브루스터각(θ1) 또는 브루스터각에 가까운 각도로 입사되기 때문에 다음과 같은 문제들이 발생할 수 있다.However, since the light incident on the reference sample 13 is incident at the Brewster angle θ1 or at an angle close to the Brewster angle, as shown in FIG. 7, the following problems may occur.

첫 번째로는 측정 시료(13, 16)에서 포커스(Focus) 되는 지점이 달라진다. 일반적으로 시료에서 Focus되는 지점은 렌즈면 또는 센서면에 수평하게 형성된다. First, the point at which the measurement specimens 13 and 16 are focused is changed. In general, the point of focus on the sample is formed horizontally on the lens surface or the sensor surface.

여기서, 측정 시료의 면을 물체면이라고 하고, 제2 텔레센트릭 렌즈(21)의 중심면을 렌즈면이라 하고, 광 검출기(15)의 입사면을 센서면이라 하고, 제2 텔레센트릭 렌즈(21)의 중심점을 렌즈중심점이라 하고, 광 검출기(15)의 중심점을 센서중심점이라 하고, 렌즈중심점 및 센서중심점을 연결하는 직선이 물체면과 만나는 점을 기준점이라 한다.Here, the surface of the measurement sample is referred to as the object surface, the center surface of the second telecentric lens 21 is referred to as the lens surface, the incident surface of the photodetector 15 is referred to as the sensor surface, and the second telecentric lens The center point of (21) is called the lens center point, the center point of the photodetector 15 is called the sensor center point, and the point where the straight line connecting the lens center point and the sensor center point meets the object surface is called the reference point.

따라서 도 7에서와 같이 각도를 가지는 시스템에서 Focus되는 지점은 기준시료(13)와 수평하게 생성될 수 없다. 이러한 경우에 샤임플러그 원리를 적용하여 센서면을 일정 각도로 기울여주면 렌즈 화각 내에서 기준시료(13)의 Focusing이 가능하게 된다. 이를 도 8에 나타내었다.Therefore, in the system having an angle as shown in FIG. 7, the point of focus cannot be generated horizontally with the reference sample 13. In this case, if the sensor surface is tilted at a certain angle by applying the Scheim plug principle, focusing of the reference sample 13 within the lens field of view becomes possible. This is shown in Figure 8.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 텔레센트릭 렌즈를 통과한 광에 대해 샤임플러그 원리를 적용하여 검출하는 예를 나타낸 도면이다.8 is a diagram showing an example of detecting light passing through a telecentric lens according to an embodiment of the present invention by applying the Scheimplug principle.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은, 기준시료(13)로부터 반사된 광은 제2 텔레센트릭 렌즈(21)를 통해 평면파 형태의 광만 편광 분석자(14)로 입력되고, 편광 분석자(14)에 의해 평면파 형태의 광이 선 편광되어 광 검출기(15)로 입력된다.Referring to FIG. 8, in the system 100 for measuring microscopic changes in the surface of a thin film according to an embodiment of the present invention, the light reflected from the reference sample 13 is polarized only in the form of plane waves through the second telecentric lens 21. It is input to the analyzer 14, and the light in the form of a plane wave is linearly polarized by the polarization analyzer 14 and input to the photo detector 15.

이때, 광 검출기(15)는, 편광 분석자(14)에 의해 편광된 광을 입력받을 때, 샤임플러그 조건을 만족하도록 샤임플러그각(θ2)으로 회전되고, 샤임플러그각(θ2)으로 회전된 상태에서 편광 분석자(14)에 의해 편광된 광을 입력받아 제1 이미지를 얻을 수 있다.At this time, when receiving the polarized light by the polarization analyzer 14, the photodetector 15 is rotated at the Scheimplug angle θ2 and rotated at the Scheimplug angle θ2 to satisfy the Scheimplug condition. A first image may be obtained by receiving the light polarized by the polarization analyzer 14 at.

또한, 대상시료(16)에 의해 반사된 광에서 제2 텔레센트릭 렌즈(21)에 의해 평면 광만 편광 분석자(14)로 입사되고, 편광 분석자(14)에 의해 편광된 광을 입력받을 때, 광 검출기(15)는 샤임플러그 조건을 만족하도록 샤임플러그각(θ2)으로 회전되고, 샤임플러그각(θ2)으로 회전된 상태에서 편광 분석자(14)에 의해 편광된 광을 입력받아 제2 이미지를 얻을 수 있다.In addition, when only plane light is incident on the polarization analyzer 14 by the second telecentric lens 21 from the light reflected by the target sample 16, and receives the polarized light by the polarization analyzer 14, The photodetector 15 is rotated at the Scheimplug angle θ2 to satisfy the Scheimplug condition, and receives the light polarized by the polarization analyzer 14 while being rotated at the Scheimplug angle θ2 to obtain a second image. Can be obtained.

즉, 렌즈의 중심점을 렌즈중심점(Q)이라 하고, 센서부의 중심점을 센서중심점(P)이라 하고, 렌즈중심점(Q) 및 센서중심점(P)을 연결하는 직선이 물체면과 만나는 점을 기준점(T)이라 하고, 샤임플러그 조건을 만족하는 점을 샤임플러그점(S)이라 하며, 물체면 및 렌즈면이 이루는 각을 광학계경사각(α)이라 하고, 렌즈면 및 센서면이 평행인 상태로부터 광학계경사각(α)에 따라 샤임플러그 조건을 만족시키도록 센서부를 회전시켜야 할 각을 샤임플러그각(θ)이라 할 때, 다음 수학식 7에 의하여 샤임플러그각(θ)을 산출할 수 있다.That is, the center point of the lens is called the lens center point (Q), the center point of the sensor unit is called the sensor center point (P), and the point where the straight line connecting the lens center point (Q) and the sensor center point (P) meets the object surface is the reference point ( T), and the point that satisfies the Scheim plug condition is called the Scheim plug point (S), the angle between the object surface and the lens surface is called the optical system inclination angle (α), and the optical system from the state that the lens surface and the sensor surface are parallel. When the angle at which the sensor unit is to be rotated to satisfy the Scheim plug condition according to the inclination angle α is referred to as the Scheim plug angle θ, the Scheim plug angle θ can be calculated by Equation 7 below.

Figure 112020048303284-pat00019
Figure 112020048303284-pat00019

여기에서, θ는 샤임플러그각, α는 광학계경사각, C는 기준점 및 센서중심점 간 거리, R은 기준점 및 샤임플러그점 간 거리를 나타낸다.Here, θ is the Scheim plug angle, α is the optical system inclination angle, C is the distance between the reference point and the sensor center point, and R is the distance between the reference point and the Scheim plug point.

샤임플러그 조건이란 물체면과 렌즈면이 평행하지 않고 어떤 경사각을 이루고 있는 경우 '물체면, 렌즈면, 센서면의 연장선들은 항상 한 점에서 교차한다'는 것이다. 물체면은 고정되어 있는 면이며, 따라서 렌즈면 또는 센서면을 적절히 기울여 줌으로써 샤임플러그 조건을 만족시킬 수 있다. 이러한 샤임플러그 조건이 만족될 때, 물체면과 렌즈면이 경사지게 배치되어 있는 경우라 하더라도 초점이 잘 맞는 이미지를 얻어낼 수 있다.The Scheimplug condition is that if the object surface and the lens surface are not parallel and have a certain inclination angle, the extension lines of the object surface, lens surface, and sensor surface always intersect at one point. The object surface is a fixed surface, and therefore the Scheim plug condition can be satisfied by properly tilting the lens surface or the sensor surface. When the Scheimplug condition is satisfied, an image with good focus can be obtained even if the object surface and the lens surface are arranged obliquely.

기준점(T) 및 렌즈중심점(Q) 간 거리를 X라 하고, 기준점(T) 및 샤임플러그점(S) 간 거리를 R이라 할 때, R 값은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.When the distance between the reference point T and the lens center point Q is X, and the distance between the reference point T and the Scheimplug point S is R, the value of R can be expressed as Equation 8.

Figure 112020048303284-pat00020
Figure 112020048303284-pat00020

센서중심점(P) 및 샤임플러그점(S) 간 거리를

Figure 112020048303284-pat00021
라 하고, 기준점(T) 및 센서중심점(P) 간 거리를 C라 할 때,
Figure 112020048303284-pat00022
값은 제2코사인법칙에 따라 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.The distance between the sensor center point (P) and the Scheim plug point (S)
Figure 112020048303284-pat00021
And when the distance between the reference point (T) and the sensor center point (P) is C,
Figure 112020048303284-pat00022
The value can be expressed as Equation 9 according to the second cosine law.

Figure 112020048303284-pat00023
Figure 112020048303284-pat00023

한편,

Figure 112020048303284-pat00024
의 연장선 및 C의 연장선이 이루는 각도를 β라 할 때, β 값은 다음 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile,
Figure 112020048303284-pat00024
When the angle formed by the extension line of and the extension line of C is β, the value of β can be expressed as in Equation 10 below.

Figure 112020048303284-pat00025
Figure 112020048303284-pat00025

수학식 9를 수학식 10에 대입하고, β에 대하여 정리하면, 하기의 수학식 11을 얻을 수 있다.Substituting Equation 9 into Equation 10 and arranging for β, the following Equation 11 can be obtained.

Figure 112020048303284-pat00026
Figure 112020048303284-pat00026

이때, 샤임플러그각(θ)을 β로 나타내면 하기의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.In this case, if the Scheim plug angle θ is expressed as β, it can be expressed as in Equation 12 below.

Figure 112020048303284-pat00027
Figure 112020048303284-pat00027

수학식 11을 수학식 12에 대입하고 θ에 대하여 정리하면, 샤임플러그각(θ) 값은 상기의 수학식 7을 통해 얻을 수 있다.Substituting Equation 11 into Equation 12 and arranging for θ, the value of the Scheimplug angle θ can be obtained through Equation 7 above.

한편, 기준시료(13)에 입사되는 광은 도 7에 도시된 바와 같이 브루스터각(θ1) 또는 브루스터각에 가까운 각도로 입사되기 때문에 두 번째로는 렌즈의 화각 내에서 배율 차이가 발생하므로 이미지의 왜곡이 발생한다. On the other hand, since the light incident on the reference sample 13 is incident at an angle close to Brewster's angle (θ1) or Brewster's angle, as shown in FIG. 7, secondly, since the magnification difference occurs within the angle of view of the lens, Distortion occurs.

도 7에 도시된 바와 같이, 각도를 가지고 시료에 빛이 조사될 경우 시료에서 반사되어 광 검출기(15)로 진행하는 빛들의 거리가 달라지게 된다. As shown in FIG. 7, when light is irradiated to the sample at an angle, the distances of the light reflected from the sample and traveling to the photodetector 15 vary.

이는 배율 차이를 유발하게 되며 이미지의 왜곡을 발생시킨다. 일반적으로 Telecentric 렌즈는 물체에서 반사된 빛들 중에서 평행한 빛만 받아들일 수 있도록 설계된 렌즈이다. This causes a difference in magnification and distortion of the image. In general, a telecentric lens is a lens designed to receive only parallel light among the reflected light from an object.

하지만 위 경우와 같이 거리 차이가 발생하여 배율 변화가 발생할 경우 다른 렌즈들과 마찬가지로 이미지의 왜곡을 발생시킨다. 이러한 경우 물체측 뿐만 아니라 이미지(상) 측에서도 배율 변화가 발생하지 않는 렌즈를 이용하면 이미지의 왜곡을 해결할 수 있다. However, as in the above case, when a difference in distance occurs and a change in magnification occurs, distortion of the image occurs like other lenses. In this case, distortion of the image can be solved by using a lens that does not change the magnification of the image (image) as well as the object side.

즉, 도 8에서, 제1 텔레센트릭 렌즈(20) 및 제2 텔레센트릭 렌즈(21)는, 기준시료(13) 또는 대상시료(16)와의 거리(working distance) 차이에도 배율 변화가 없는 렌즈를 사용하는 것이다.That is, in FIG. 8, the first telecentric lens 20 and the second telecentric lens 21 do not have a magnification change even in the difference in working distance between the reference sample 13 or the target sample 16. It is to use a lens.

본 발명의 실시 예에서는 이러한 두가지 문제점들을 샤임플러그 원리 적용 및 물체측과 이미지(상) 측에서도 배율 변화가 없는 렌즈를 이용하여 해결하였다.In the embodiment of the present invention, these two problems are solved by applying the Scheimplug principle and using a lens having no magnification change in the object side and the image (image) side.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating an operation flow chart for explaining a method of measuring fine changes on a surface of a thin film according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 표면 미세 변화 측정 시스템(100)은 먼저 광원(10)에서 출력된 광을 편광시켜 기준시료(13)에 조사하고 기준시료에 의해 반사된 광을 선 편광시켜 검출한 광의 제1 이미지(13')를 획득한다(S910).Referring to FIG. 9, the system 100 for measuring microscopic changes in the surface of a thin film according to an embodiment of the present invention first polarizes light output from a light source 10 to irradiate it on a reference sample 13, and reflects the light reflected by the reference sample. The first image 13 ′ of the detected light is obtained by linearly polarizing (S910).

즉, 광원(10)에서 출력된 광은, 편광 발생부(60)에 의해 편광되고 보정되어 기준시료(13)에 입사되고, 기준시료(13)에 의해 반사된 광은 편광 분석자(14)에 의해 편광되어 광 검출기(15)로 입력되며, 광 검출기(15)에 의해 검출된 광의 제1 이미지(13')를 획득하는 것이다.That is, the light output from the light source 10 is polarized and corrected by the polarization generator 60 and incident on the reference sample 13, and the light reflected by the reference sample 13 is transmitted to the polarization analyzer 14. It is polarized by the photodetector 15 and is input to the photodetector 15 to obtain a first image 13' of the light detected by the photodetector 15.

편광 발생부(60)는 광원에서 출력된 광에 대해 편광자(11)를 통ㅎ해 편광축 방향의 광을 통과시키고, 소광축 방향의 광을 흡수시키며, 광 보정자(12)를 통해 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 위상차를 발생시켜 보정한다.The polarization generator 60 passes light in the direction of the polarization axis through the polarizer 11 with respect to the light output from the light source, absorbs the light in the direction of the extinction axis, and passes the light in the direction of the extinction axis. And corrected by generating a phase difference for the light in the direction of the slow axis.

따라서, 편광 발생부(60)에서 출력된 광은 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 기준시료(13)에 입사되고, 기준시료(13)에 의해 반사된 광은 편광 분석자(14)에 의해 선형 편광되어 광 검출기(15)로 입력되며, 광 검출기(15)에서 검출한 광의 제1 이미지(13')에 대한 제1 밝기값은 제로(0)이거나 제로(0)에 가까운 값을 가질 수 있다.Therefore, the light output from the polarization generator 60 is incident on the reference sample 13 at a Brewster angle or an angle close to the Brewster angle, and the light reflected by the reference sample 13 is linear by the polarization analyzer 14 The polarized light is input to the photodetector 15, and the first brightness value for the first image 13' of light detected by the photodetector 15 may be zero (0) or close to zero (0). .

이어, 광원(10)에서 출력된 광을 편광시켜 대상시료(16)에 조사하고 대상시료(16)에 의해 반사된 광을 편광시켜 검출한 광의 제2 이미지를 획득한다(S920).Subsequently, the light output from the light source 10 is polarized to irradiate the target sample 16, and the light reflected by the target sample 16 is polarized to obtain a second image of the detected light (S920).

즉, 편광 발생부(60)는 광원(10)에서 출력된 광에 대하여, 편광자(11)를 통해 편광축 방향의 광을 통과시키고, 소광축 방향의 광을 흡수하며, 광 보정자(12)를 통해 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 위상차를 발생시켜 보정한다.That is, the polarization generator 60 passes light in the polarization axis direction through the polarizer 11 with respect to the light output from the light source 10, absorbs the light in the extinction axis direction, and uses the optical corrector 12. Through this, a phase difference is generated and corrected for light in the fast axis direction and the slow axis direction.

따라서, 편광되고 보정된 광은 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 대상시료(16)에 입사되고, 대상시료(16)에 의해 반사된 광은 편광 분석자(14)에 의해 편광되어 광 검출기(15)로 입력되며, 광 검출기(15)에서 검출한 광의 제2 이미지(16')를 얻는 것이다.Accordingly, the polarized and corrected light is incident on the target sample 16 at a Brewster angle or an angle close to the Brewster angle, and the light reflected by the target sample 16 is polarized by the polarization analyzer 14 and the photodetector 15 ), and to obtain a second image 16' of the light detected by the photo detector 15.

이때, 광원(10)에서 출력되어 편광되고 보정된 광은 제1 텔레센트릭 렌즈(20)에 의해 평면(collimation) 광으로 전환되어 대상시료(16)에 입사되고, 대상시료(16)에 의해 반사된 광은 제2 텔레센트릭 렌즈(21)에 의해 평면 광만 편광 분석자(14)로 입사되며, 편광 분석자(14)에 의해 편광되어 광 검출기(15)로 입력되며, 광 검출기(15)에서는 검출한 광의 제2 이미지(16')를 얻을 수 있다.At this time, the polarized and corrected light output from the light source 10 is converted to collimation light by the first telecentric lens 20 and is incident on the target sample 16, and The reflected light is incident on the polarization analyzer 14 by the second telecentric lens 21, and is polarized by the polarization analyzer 14 and input to the photodetector 15. In the photodetector 15, A second image 16' of the detected light may be obtained.

또한, 대상시료(16)에 의해 반사된 광은 제2 텔레센트릭 렌즈(21)에 의해 평면 광만 편광 분석자(14)로 입사되고, 편광 분석자(14)에 의해 편광되어 광 검출기915)로 입력된다. In addition, the light reflected by the target sample 16 is incident on the polarization analyzer 14 by the second telecentric lens 21, and is polarized by the polarization analyzer 14 and input to the photodetector 915. do.

여기서, 광 검출기(15)는 샤임플러그 조건을 만족하도록 샤임플러그각으로 회전되고, 샤임플러그각으로 회전된 광 검출기(15)에서는 검출한 광의 제2 이미지(16')를 얻을 수 있다.Here, the photodetector 15 is rotated at the Scheimplug angle to satisfy the Scheimplug condition, and the second image 16' of the detected light can be obtained from the photodetector 15 rotated at the Scheimplug angle.

제1 텔레센트릭 렌즈(20) 및 제2 텔레센트릭 렌즈(21)는, 대상시료(16)와의 거리(working distance) 차이에도 배율 변화가 없는 렌즈일 수 있다.The first telecentric lens 20 and the second telecentric lens 21 may be lenses in which magnification does not change even with a difference in working distance from the target sample 16.

이어, 제1 이미지에 대한 제1 밝기값과 제2 이미지에 대한 제2 밝기값의 비율을 산출한다(S930).Subsequently, a ratio of the first brightness value for the first image and the second brightness value for the second image is calculated (S930).

예를 들면, 제1 이미지(13')에 대한 제1 밝기값이 제로(0)에 가까운 0.0001이고, 제2 이미지(16')에 대한 제2 밟기값이 5인 경우에, 제1 밝기값의 비율은 10,000(1/0.0001)이고, 제2 밝기값의 비율은 0.2(1/5)가 될 수 있다.For example, when the first brightness value for the first image 13' is 0.0001 close to zero (0), and the second step value for the second image 16' is 5, the first brightness value The ratio of is 10,000 (1/0.0001), and the ratio of the second brightness value may be 0.2 (1/5).

이어, 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출한다(S940).Subsequently, when the ratio of the first brightness value and the second brightness value differs by more than a certain value, it is detected that there is a minute change in the target sample (S940).

따라서, 제1 밝기값의 비율이 10,000이고, 제2 밝기값의 비율이 0.2(1/5)인 경우에, 비율의 차이가 오차 범위를 넘어 50,000배 차이가 나므로, 대상시료(16)의 표면에 미세 변화가 있는 것으로 검출할 수 있다.Therefore, when the ratio of the first brightness value is 10,000 and the ratio of the second brightness value is 0.2 (1/5), the difference in the ratio is 50,000 times beyond the error range, so that the surface of the target sample 16 It can be detected that there is a slight change in.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 측정하고자 하는 기준시료를 설정하고, 검사하고자 하는 대상시료의 표면 상태가 기준시료와 동일한지 또는 동일하지 않은지를 검출함으로써 대면적 박막에 대한 표면 코팅의 불량을 빠른 시간 내에 검사할 수 있는 박막 표면 미세 변화 측정 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, by setting a reference sample to be measured and detecting whether the surface state of the target sample to be inspected is the same as or not the same as the reference sample, defects in surface coating on a large-area thin film are prevented. It is possible to realize a system and method for measuring fine changes on the surface of a thin film that can be inspected in a short time.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above has been described based on the embodiments of the present invention, various changes or modifications can be made at the level of a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as it does not depart from the scope of the technical idea provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be determined by the claims set forth below.

10 : 광원 11 : 편광자
12 : 광 보정자 13 : 기준시료
13' : 제1 이미지 14 : 편광 분석자
15 : 광 검출기 16 : 대상시료
16' : 제2 이미지 50 : 스테이지
60 : 편광 발생부 70 : 편광 분석부
80 : 변화 검출부 100 : 박막 표면 미세 변화 측정 시스템
10: light source 11: polarizer
12: light corrector 13: reference sample
13': first image 14: polarization analyzer
15: photo detector 16: target sample
16': second image 50: stage
60: polarization generation unit 70: polarization analysis unit
80: change detection unit 100: thin film surface minute change measurement system

Claims (15)

(a) 편광 분석부가, 광원에서 출력된 광이 편광되어 기준시료에 조사되고 상기 기준시료에 의해 반사된 광을 선 편광시켜 검출한 광의 제1 이미지를 얻는 단계;
(b) 상기 편광 분석부가, 상기 광원에서 출력된 광이 편광되어 대상시료에 조사되고 상기 대상시료에 의해 반사된 광을 편광시켜 검출한 광의 제2 이미지를 얻는 단계;
(c) 변화 검출부가, 상기 제1 이미지에 대한 제1 밝기값과 상기 제2 이미지에 대한 제2 밝기값의 비율을 산출하는 단계; 및
(d) 상기 변화 검출부가, 상기 제1 밝기값과 상기 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 상기 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출하는 단계;
를 포함하고,
상기 (a) 단계에서 상기 기준시료 또는 상기 대상시료에 의해 반사되고 선 편광될 때, 전기장(E)은 다음 수학식에 따라 산출되고,
Figure 112021500531449-pat00038

상기 수학식에서 광 보정자의 동작에 대한 상기
Figure 112021500531449-pat00039
은 다음 수학식에 따라 산출되며,
Figure 112021500531449-pat00040

상기 광 보정자는 패스트 축(fast axis)이 입사면을 기준으로 C만큼 회전하여 위상차(δ)를 발생시키고 편광자와 동일하게 입사면을 기준으로 -C만큼 회전시키며,
상기 수학식에서 상기
Figure 112021500531449-pat00041
은 입사면을 기준으로 P파와 S파에 대한 반사계수를 적용한 것이고,
상기 수학식에서 상기
Figure 112021500531449-pat00042
는 상기 편광자를 통과한 다음 선 편광된 광을 나타내고,
상기 수학식에서 상기
Figure 112021500531449-pat00043
은 상기 편광자에 의해 선 편광된 광이 입사면에 대해 P만큼 기울어져 있고, 입사면을 기준으로 -P만큼 회전되어 있는 것을 나타내며,
상기 수학식에서
Figure 112021500531449-pat00044
은 상기 기준시료에서 반사된 P파와 S파를 편광 분석자를 기준으로 판단하기 위하여 상기 편광 분석자의 위치각 A로 회전시킨 후 편광축 방향의 성분만 통과시킨 것을 나타내고,
상기 편광자, 상기 광 보정자 및 상기 편광 분석자는 모터로 구동되는 회전 지지대 위에 설치되어 광축을 중심으로 회전하되, 정해진 각도들만 회전하는 비지속 회전(discontinuous rotation)을 하고,
상기 전기장의 세기(E)는 다음 수학식에 따라 산출되며,
Figure 112021500531449-pat00045

상기 수학식에서 상기
Figure 112021500531449-pat00046
는 상기 편광자를 통과한 전기장의 세기이고, 상기
Figure 112021500531449-pat00047
및 상기
Figure 112021500531449-pat00048
는 반사계수이며, 상기
Figure 112021500531449-pat00049
는 상기 광 보정자에 대한 변수로서 수학식
Figure 112021500531449-pat00050
으로 나타내고, 상기 편광 분석부의 광 검출기에서 검출되는 광의 밝기(
Figure 112021500531449-pat00051
)는 수학식
Figure 112021500531449-pat00052
으로 나타내며, 상기 기준시료에 의해 반사된 광량은 제로(0)이거나 제로(0)에 가까운 값을 갖는 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
(a) a polarization analyzer, wherein the light output from the light source is polarized and irradiated onto a reference sample, and linearly polarized light reflected by the reference sample to obtain a first image of the detected light;
(b) obtaining, by the polarization analysis unit, a second image of the detected light by polarizing the light output from the light source and irradiating it to a target sample and polarizing the light reflected by the target sample;
(c) calculating, by a change detector, a ratio of a first brightness value for the first image and a second brightness value for the second image; And
(d) detecting, by the change detection unit, that there is a minute change in the target sample when the ratio of the first brightness value and the second brightness value differs by more than a predetermined value;
Including,
When reflected and linearly polarized by the reference sample or the target sample in step (a), the electric field E is calculated according to the following equation,
Figure 112021500531449-pat00038

The above equation for the operation of the optical corrector
Figure 112021500531449-pat00039
Is calculated according to the following equation,
Figure 112021500531449-pat00040

The optical compensator generates a phase difference (δ) by rotating a fast axis by C with respect to the incident surface, and rotates by -C with respect to the incident surface in the same manner as a polarizer,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00041
Is applied the reflection coefficient for P and S waves based on the incident surface,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00042
Represents linearly polarized light after passing through the polarizer,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00043
Represents that the light linearly polarized by the polarizer is inclined by P with respect to the incident surface and is rotated by -P with respect to the incident surface,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00044
Represents that only the components in the direction of the polarization axis are passed after rotating the P wave and S wave reflected from the reference sample at the position angle A of the polarization analyzer in order to determine based on the polarization analyzer,
The polarizer, the optical corrector, and the polarization analyzer are installed on a rotation support driven by a motor to rotate around an optical axis, but perform discontinuous rotation in which only predetermined angles are rotated,
The strength (E) of the electric field is calculated according to the following equation,
Figure 112021500531449-pat00045

In the above equation
Figure 112021500531449-pat00046
Is the strength of the electric field passing through the polarizer, and
Figure 112021500531449-pat00047
And above
Figure 112021500531449-pat00048
Is the reflection coefficient, above
Figure 112021500531449-pat00049
Is a variable for the optical corrector,
Figure 112021500531449-pat00050
And the brightness of light detected by the photodetector of the polarization analyzer (
Figure 112021500531449-pat00051
) Is the equation
Figure 112021500531449-pat00052
And the amount of light reflected by the reference sample is zero (0) or has a value close to zero (0).
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 광원에서 출력된 광은, 편광 발생부에 의해 편광되고 보정되어 상기 기준시료에 입사되고, 상기 기준시료에 의해 반사된 광은 편광 분석자에 의해 편광되어 광 검출기로 입력되며, 상기 광 검출기에 의해 검출된 광의 상기 제1 이미지를 획득하는, 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
The method of claim 1,
In the step (a), the light output from the light source is polarized and corrected by a polarization generator and incident on the reference sample, and the light reflected by the reference sample is polarized by a polarization analyzer and input to the photodetector. And obtaining the first image of the light detected by the photodetector.
제 2 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 광원에서 출력된 광은, 편광자에 의해 편광축 방향의 광이 통과되고 소광축 방향의 광은 흡수되며, 광보정자를 통해 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 위상차를 발생시켜 보정한 후 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 상기 기준시료에 입사되고,
상기 기준시료에 의해 반사된 광은 편광 분석자에 의해 선형 편광되어 상기 광 검출기로 입력되며, 상기 광 검출기에서 검출한 광의 상기 제1 이미지에 대한 상기 제1 밝기값은 제로(0)이거나 제로(0)에 가까운 값을 갖는, 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
The method of claim 2,
In the step (a), the light in the direction of the polarization axis is passed by the polarizer and the light in the direction of the extinction axis is absorbed, and the phase difference with respect to the light in the fast axis direction and the slow axis direction through the optical corrector. It is incident on the reference sample at an angle close to Brewster's angle or Brewster's angle after generating and correcting,
The light reflected by the reference sample is linearly polarized by a polarization analyzer and input to the photodetector, and the first brightness value of the light detected by the photodetector for the first image is zero (0) or zero (0). ) Having a value close to, a method of measuring fine changes on the surface of a thin film.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 광원에서 출력된 광은, 편광자에 의해 편광축 방향의 광이 통과되고 소광축 방향의 광은 흡수되며, 광보정자를 통해 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 위상차를 발생시켜 보정한 후 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 상기 대상시료에 입사되고,
상기 대상시료에 의해 반사된 광은 편광 분석자에 의해 편광되어 상기 광 검출기로 입력되며, 상기 광 검출기에서 검출한 광의 상기 제2 이미지를 얻는, 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
The method of claim 1,
In the step (b), in the light output from the light source, light in the polarization axis direction is passed by a polarizer, light in the extinction axis direction is absorbed, and a phase difference between the light in the fast axis direction and the slow axis direction through the optical corrector. It is incident on the target sample at an angle close to Brewster's angle or Brewster's angle after generating and correcting,
The light reflected by the target sample is polarized by a polarization analyzer and input to the photo detector, and the second image of the light detected by the photo detector is obtained.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 광원에서 출력되어 편광되고 보정된 광을 제1 텔레센트릭(telecentric) 렌즈에 의해 평면(collimation) 광으로 전환하여 상기 대상시료에 조사하고,
상기 대상시료에 의해 반사된 광에서 제2 텔레센트릭 렌즈에 의해 평면 광만 편광 분석자로 입사되고, 상기 편광 분석자에 의해 편광되어 상기 광 검출기로 입력되며, 상기 광 검출기에서 검출한 광의 상기 제2 이미지를 얻는, 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
The method of claim 1,
In the step (b), the polarized and corrected light output from the light source is converted into collimation light by a first telecentric lens and irradiated to the target sample,
Only planar light from the light reflected by the target sample is incident on a polarization analyzer by a second telecentric lens, polarized by the polarization analyzer, and input to the photodetector, and the second image of the light detected by the photodetector To obtain a thin film surface fine change measurement method.
제 5 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 대상시료에 의해 반사된 광에서 상기 제2 텔레센트릭 렌즈에 의해 평면 광만 상기 편광 분석자로 입사되고, 상기 편광 분석자에 의해 편광되어 상기 광 검출기로 입력되며,
상기 광 검출기가 샤임플러그 조건을 만족하도록 샤임플러그각으로 회전되고,
상기 샤임플러그각으로 회전된 상기 광 검출기에서 검출한 광의 상기 제2 이미지를 얻는, 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
The method of claim 5,
The step (b),
Only planar light from the light reflected by the target sample is incident on the polarization analyzer by the second telecentric lens, is polarized by the polarization analyzer, and input to the photodetector,
The photodetector is rotated at a Scheim plug angle to satisfy the Scheim plug condition,
Obtaining the second image of the light detected by the photodetector rotated at the Scheimplug angle, thin film surface fine change measurement method.
제 6 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 대상시료의 면을 물체면이라고 하고, 상기 제2 텔레센트릭 렌즈의 중심면을 렌즈면이라 하고, 상기 광 검출기의 입사면을 센서면이라 하고, 상기 제2 텔레센트릭 렌즈의 중심점을 렌즈중심점이라 하고, 상기 광 검출기의 중심점을 센서중심점이라 하고, 상기 렌즈중심점 및 상기 센서중심점을 연결하는 직선이 상기 물체면과 만나는 점을 기준점이라 하고, 상기 물체면의 연장선, 상기 렌즈면의 연장선 및 상기 센서면의 연장선이 일치하는 샤임플러그 조건을 만족하는 점을 샤임플러그점이라 하고, 상기 물체면 및 상기 렌즈면이 이루는 각을 광학계경사각이라 하고, 상기 렌즈면 및 상기 센서면이 평행인 상태로부터 상기 광학계경사각에 따라 샤임플러그 조건을 만족시키도록 상기 광 검출기를 회전시켜야 할 각을 샤임플러그각이라 할 때,
상기 광학계 경사각이 0이고, 상기 렌즈면 및 상기 센서면이 평행인 상태에서 상기 샤임플러그 조건이 만족되도록 상기 광 검출기를 회전시켜 상기 센서면의 각도가 상기 샤임플러그 각으로 조절된 상기 광 검출기에서 검출한 광의 상기 제2 이미지를 얻는, 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
The method of claim 6,
The step (b),
The surface of the target sample is referred to as an object surface, the central surface of the second telecentric lens is referred to as a lens surface, the incident surface of the photodetector is referred to as a sensor surface, and the central point of the second telecentric lens is referred to as a lens. The center point is called a center point, the center point of the photodetector is called a sensor center point, and a point where a straight line connecting the lens center point and the sensor center point meets the object surface is called a reference point, an extension line of the object surface, an extension line of the lens surface, and The point where the extension line of the sensor surface satisfies the Scheim plug condition coincident is referred to as a Scheim plug point, and the angle formed by the object surface and the lens surface is referred to as an optical system tilt angle, and the lens surface and the sensor surface are parallel. When the angle at which the optical detector should be rotated to satisfy the Scheim plug condition according to the optical system inclination angle is referred to as the Scheim plug angle,
In a state in which the optical system inclination angle is 0 and the lens surface and the sensor surface are parallel, the photodetector is rotated so that the Scheim plug condition is satisfied, and the angle of the sensor surface is detected by the photodetector adjusted to the Scheimplug angle. A method of measuring a fine change on a thin film surface, obtaining the second image of one light.
제 6 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 샤임플러그 각은 하기의 식에 의하여 산출되는 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
Figure 112020048303284-pat00028

(여기에서, θ : 샤임플러그각, α : 광학계경사각, C : 기준점 및 센서중심점 간 거리, R : 기준점 및 샤임플러그점 간 거리)
The method of claim 6,
In the step (b), the Scheimplug angle is calculated by the following equation.
Figure 112020048303284-pat00028

(Here, θ: Scheim plug angle, α: optical system inclination angle, C: distance between reference point and sensor center point, R: distance between reference point and Scheim plug point)
제 5 항에 있어서,
상기 제1 텔레센트릭 렌즈 및 상기 제2 텔레센트릭 렌즈는, 상기 대상시료와의 거리(working distance) 차이에도 배율 변화가 없는 렌즈인, 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
The method of claim 5,
The first telecentric lens and the second telecentric lens are lenses in which magnification does not change even with a difference in working distance from the target sample.
광원;
상기 광원에서 출력된 광을 편광시키는 편광자(polarizer);
상기 편광자에 의해 편광된 광을 보정하는 광 보정자(compensator);
상기 광 보정자에 의해 보정된 광이 입사되는 기준시료 또는 대상시료가 배치되는 스테이지(stage);
상기 기준시료 또는 상기 대상시료에 의해 반사된 광을 편광시켜 분석하는 편광 분석자;
상기 편광 분석자에 의해 편광된 광의 이미지를 검출하는 광 검출기; 및
상기 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 상기 기준시료에 입사되고 상기 기준시료에 의해 반사된 광이 선 편광되어 상기 광 검출기에 의해 검출된 광의 제1 이미지에 대한 제1 밝기값과, 상기 광원에서 출력된 광이 편광되고 보정되어 상기 대상시료에 입사되고 상기 대상시료에 의해 반사된 광이 편광되어 상기 광 검출기에 의해 검출된 광의 제2 이미지에 대한 제2 밝기값의 비율을 산출하여, 상기 제1 밝기값과 상기 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 상기 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출하는 변화 검출부;
를 포함하고,
상기 편광자, 상기 광 보정자 및 상기 편광 분석자는 모터로 구동되는 회전 지지대 위에 설치되어 광축을 중심으로 회전하되, 정해진 각도들만 회전하는 비지속 회전(discontinuous rotation)을 하고,
상기 기준시료 또는 상기 대상시료에 의해 반사되고 선 편광될 때, 전기장(E)은 다음 수학식에 따라 산출되고,
Figure 112021500531449-pat00053

상기 수학식에서 상기 광 보정자의 동작에 대한
Figure 112021500531449-pat00054
은 다음 수학식에 따라 산출되며,
Figure 112021500531449-pat00055

상기 광 보정자는 패스트 축(fast axis)이 입사면을 기준으로 C 만큼 회전하여 위상차(δ를 발생시키고 상기 편광자와 동일하게 입사면을 기준으로 -C 만큼 회전시키며,
상기 수학식에서
Figure 112021500531449-pat00056
은 입사면을 기준으로 P파와 S파에 대한 반사계수를 적용한 것이며,
상기 수학식에서
Figure 112021500531449-pat00057
는 상기 편광자를 통과한 다음 선 편광된 광을 나타내고,
상기 수학식에서
Figure 112021500531449-pat00058
은 상기 편광자에 의해 선 편광된 광이 입사면에 대해 P만큼 기울어져 있고, 입사면을 기준으로 -P만큼 회전되어 있는 것을 나타내며,
상기 수학식에서
Figure 112021500531449-pat00059
은 상기 기준시료에서 반사된 P파와 S파를 편광 분석자를 기준으로 판단하기 위하여 상기 편광 분석자의 위치각 A로 회전시킨 후 편광축 방향의 성분만 통과시킨 것을 나타내고,
상기 전기장의 세기(E)는 다음 수학식에 따라 산출되며,
Figure 112021500531449-pat00060

상기 수학식에서 상기
Figure 112021500531449-pat00061
는 상기 편광자를 통과한 전기장의 세기이고, 상기
Figure 112021500531449-pat00062
및 상기
Figure 112021500531449-pat00063
는 반사계수이며, 상기
Figure 112021500531449-pat00064
는 상기 광 보정자에 대한 변수로서 수학식
Figure 112021500531449-pat00065
으로 나타내고, 편광 분석부의 광 검출기에서 검출되는 광의 밝기(
Figure 112021500531449-pat00066
)는 수학식
Figure 112021500531449-pat00067
으로 나타내며, 상기 기준시료에 의해 반사된 광량은 제로(0)이거나 제로(0)에 가까운 값을 갖는 박막 표면 미세 변화 측정 시스템.
Light source;
A polarizer that polarizes the light output from the light source;
A light compensator for correcting the light polarized by the polarizer;
A stage in which a reference sample or a target sample into which the light corrected by the optical corrector is incident is arranged;
A polarization analyzer that polarizes and analyzes the light reflected by the reference sample or the target sample;
An optical detector for detecting an image of light polarized by the polarization analyzer; And
The light output from the light source is polarized and corrected to be incident on the reference sample, and the light reflected by the reference sample is linearly polarized and a first brightness value for a first image of light detected by the photo detector, and the light source The light output from is polarized and corrected to be incident on the target sample and the light reflected by the target sample is polarized to calculate the ratio of the second brightness value to the second image of the light detected by the photo detector, A change detector configured to detect that there is a fine change in the target sample when the ratio of the first brightness value and the second brightness value differs by more than a predetermined value;
Including,
The polarizer, the optical corrector, and the polarization analyzer are installed on a rotation support driven by a motor to rotate around an optical axis, but perform discontinuous rotation in which only predetermined angles are rotated,
When reflected by the reference sample or the target sample and linearly polarized, the electric field E is calculated according to the following equation,
Figure 112021500531449-pat00053

In the above equation, for the operation of the optical corrector
Figure 112021500531449-pat00054
Is calculated according to the following equation,
Figure 112021500531449-pat00055

The optical compensator generates a phase difference (δ) by rotating a fast axis by C with respect to the incident surface and rotates by -C with respect to the incident surface in the same manner as the polarizer,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00056
Is applied the reflection coefficient for P wave and S wave based on the incident surface,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00057
Represents linearly polarized light after passing through the polarizer,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00058
Represents that the light linearly polarized by the polarizer is inclined by P with respect to the incident surface and is rotated by -P with respect to the incident surface,
In the above equation
Figure 112021500531449-pat00059
Represents that only the components in the direction of the polarization axis are passed after rotating the P wave and S wave reflected from the reference sample at the position angle A of the polarization analyzer in order to determine based on the polarization analyzer,
The strength (E) of the electric field is calculated according to the following equation,
Figure 112021500531449-pat00060

In the above equation
Figure 112021500531449-pat00061
Is the strength of the electric field passing through the polarizer, and
Figure 112021500531449-pat00062
And above
Figure 112021500531449-pat00063
Is the reflection coefficient, above
Figure 112021500531449-pat00064
Is a variable for the optical corrector,
Figure 112021500531449-pat00065
And the brightness of light detected by the photodetector of the polarization analyzer (
Figure 112021500531449-pat00066
) Is the equation
Figure 112021500531449-pat00067
And the amount of light reflected by the reference sample is zero (0) or has a value close to zero (0).
제 10 항에 있어서,
상기 편광자는, 편광축 방향의 광을 통과시키고 소광축 방향의 광을 흡수하여, 상기 광원에서 출력된 광을 편광시키고,
상기 광 보정자는, 상기 편광자에 의해 편광된 광을 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 λ/4 위상차를 발생시켜 보정하며,
상기 광 보정자에 의해 보정된 광은 브루스터각 또는 브루스터각에 가까운 각도로 상기 기준시료 또는 상기 대상시료에 입사되는, 박막 표면 미세 변화 측정 시스템.
The method of claim 10,
The polarizer passes light in the polarization axis direction and absorbs light in the extinction axis direction to polarize the light output from the light source,
The optical corrector corrects the light polarized by the polarizer by generating a λ/4 phase difference with respect to the light in the fast axis direction and the slow axis direction,
The light corrected by the optical corrector is incident on the reference sample or the target sample at an angle close to Brewster's angle or Brewster's angle.
제 11 항에 있어서,
상기 편광 분석자는, 상기 기준시료에 의해 반사된 광을 선형 편광시켜 소광된 광으로 상기 광 검출기로 출력하는, 박막 표면 미세 변화 측정 시스템.
The method of claim 11,
The polarization analyzer linearly polarizes the light reflected by the reference sample and outputs the quenched light to the photo detector.
제 10 항에 있어서,
상기 광 보정자와 상기 대상시료 사이에 위치하고, 상기 광 보정자에 의해 보정된 광을 평면(collimation) 광으로 전환하여 상기 대상시료에 조사하는 제1 텔레센트릭 렌즈; 및
상기 대상시료에 의해 반사된 광을 입력받아 평면 광만 상기 편광 분석자로 출력하는 제2 텔레센트릭 렌즈;
를 더 포함하는 박막 표면 미세 변화 측정 시스템.
The method of claim 10,
A first telecentric lens positioned between the optical corrector and the target sample, converting the light corrected by the optical corrector into collimation light, and irradiating the target sample; And
A second telecentric lens for receiving the light reflected by the target sample and outputting only planar light to the polarization analyzer;
Thin film surface fine change measurement system further comprising a.
제 13 항에 있어서,
상기 광 검출기는,
상기 대상시료에 의해 반사된 광에서 상기 제2 텔레센트릭 렌즈에 의해 평면 광만 상기 편광 분석자로 입사되고, 상기 편광 분석자에 의해 편광된 광을 입력받을 때, 샤임플러그 조건을 만족하도록 샤임플러그각으로 회전되고, 상기 샤임플러그각으로 회전된 상태에서 상기 편광 분석자에 의해 편광된 광을 입력받아 상기 제2 이미지를 얻는, 박막 표면 미세 변화 측정 시스템.
The method of claim 13,
The photo detector,
When only plane light is incident on the polarization analyzer by the second telecentric lens from the light reflected by the target sample, and receives the light polarized by the polarization analyzer, the Scheimplug angle is applied to satisfy the Scheimplug condition. A system for measuring fine changes on a thin film surface by receiving the light polarized by the polarization analyzer while being rotated and rotated at the Scheimplug angle to obtain the second image.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 텔레센트릭 렌즈 및 상기 제2 텔레센트릭 렌즈는, 상기 대상시료와의 거리(working distance) 차이에도 배율 변화가 없는 렌즈인, 박막 표면 미세 변화 측정 시스템.
The method of claim 13,
The first telecentric lens and the second telecentric lens are lenses having no change in magnification even with a difference in working distance from the target sample.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3140664B2 (en) * 1995-06-30 2001-03-05 松下電器産業株式会社 Foreign matter inspection method and apparatus
JP4736629B2 (en) * 2005-08-26 2011-07-27 株式会社ニコン Surface defect inspection equipment
KR20180028787A (en) * 2016-09-09 2018-03-19 삼성전자주식회사 Defect inspection system and method, and method for fabricating semiconductor using the inspection method
KR101987402B1 (en) 2018-02-21 2019-06-10 한국표준과학연구원 Optical measuring system for thicknesses of thin and thick films and 3D surface profile using a polarized pixel array
KR102014171B1 (en) * 2018-08-20 2019-08-26 케이맥(주) Apparatus and method for inspecting color mix defect of OLED
KR102043660B1 (en) * 2019-01-15 2019-11-12 주식회사 에이치비테크놀러지 Optical System for Inspecting Transparent Layer and Apparatus for Inspecting Transparent Layer Including the Same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3140664B2 (en) * 1995-06-30 2001-03-05 松下電器産業株式会社 Foreign matter inspection method and apparatus
JP4736629B2 (en) * 2005-08-26 2011-07-27 株式会社ニコン Surface defect inspection equipment
KR20180028787A (en) * 2016-09-09 2018-03-19 삼성전자주식회사 Defect inspection system and method, and method for fabricating semiconductor using the inspection method
KR101987402B1 (en) 2018-02-21 2019-06-10 한국표준과학연구원 Optical measuring system for thicknesses of thin and thick films and 3D surface profile using a polarized pixel array
KR102014171B1 (en) * 2018-08-20 2019-08-26 케이맥(주) Apparatus and method for inspecting color mix defect of OLED
KR102043660B1 (en) * 2019-01-15 2019-11-12 주식회사 에이치비테크놀러지 Optical System for Inspecting Transparent Layer and Apparatus for Inspecting Transparent Layer Including the Same

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