KR102220731B1 - Method for measuring fine change of thin film surface - Google Patents
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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.
Description
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.
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.
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
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
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
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
편광자(11)는, 편광축 방향의 광을 통과시키고 소광축 방향의 광을 흡수하여, 광원에서 출력된 광을 편광시킨다.The
광 보정자(12)는, 편광자에 의해 편광된 광을 fast축 방향과 slow축 방향의 광에 대해 λ/4 위상차를 발생시켜 보정한다.The
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
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
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
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
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
편광 분석부(70)는 편광 분석자(14) 및 광 검출기(15)를 포함할 수 있다.The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
이어, 변화 검출부(80)는 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율을 산출하여, 제1 밝기값과 제2 밝기값의 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는지를 판단한다.Subsequently, the
따라서, 변화 검출부(80)는 비율이 일정값 이상으로 차이가 나는 경우에 대상시료에 미세 변화가 있는 것으로 검출하는 것이다.Accordingly, the
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
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
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
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
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
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
이때, 편광 분석자(14)의 각도를 조절하여 광 검출기(15)에서 검출되는 광량이 최저가 되도록 조절한다. At this time, the angle of the
만약, 기준시료(13)에서 반사된 빛이 선 편광일 경우 광 검출기(15)의 광량은 0가 된다.If the light reflected from the
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
여기서, 광 보정자(12)에 대한 부분을 표현한 행렬은 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Here, the matrix representing the part for the
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
또한, 은 입사면 기준으로 P파와 S파에 대한 반사계수를 적용하여 로 표현된다.Also, Is based on the incident surface by applying the reflection coefficient for P and S waves Is expressed as
수학식 1에서, 는 편광자(11)를 통과한 다음 선 편광된 빛을 나타낸다. 선 편광된 빛은 입사면에 대해 P만큼 기울어져 있다.In Equation 1, Denotes linearly polarized light after passing through the
편광자(11)에 의해 선 편광된 빛은 입사면을 기준으로 -P만큼 회전되어 있으므로, 로 표현될 수 있다.Since the light linearly polarized by the
수학식 1에서, 가장 왼쪽 행렬 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 Represents the content of the light reflected from the
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.
여기서 는 편광자(11)을 통과한 전기장의 세기이고, , 는 반사계수이다. 는 광 보정자(12)에 관련된 변수인데, 이상적인 광 보정자(12)의 경우 위상차만 발생시키므로, 다음 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.here Is the strength of the electric field passing through the
광 검출기(15)에서 검출되는 빛의 밝기를 로 정의하면, 빛의 밝기는 다음 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.The brightness of light detected by the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
광 검출기(15)는 편광 분석자(14)로부터 입사된 광을 촬상하여 도 4에 도시된 바와 같은 제2 이미지(16')를 획득한다.The
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
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
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
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
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
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
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
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
제2 텔레센트릭 렌즈(21)는 측정 시료(13, 16)에 의해 반사된 광을 입력받아 평면 광만 편광 분석자(14)로 출력한다.The second
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
센서중심점(P) 및 샤임플러그점(S) 간 거리를 라 하고, 기준점(T) 및 센서중심점(P) 간 거리를 C라 할 때, 값은 제2코사인법칙에 따라 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.The distance between the sensor center point (P) and the Scheim plug point (S) And when the distance between the reference point (T) and the sensor center point (P) is C, The value can be expressed as Equation 9 according to the second cosine law.
한편, 의 연장선 및 C의 연장선이 이루는 각도를 β라 할 때, β 값은 다음 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, 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
수학식 9를 수학식 10에 대입하고, β에 대하여 정리하면, 하기의 수학식 11을 얻을 수 있다.Substituting Equation 9 into
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
수학식 11을 수학식 12에 대입하고 θ에 대하여 정리하면, 샤임플러그각(θ) 값은 상기의 수학식 7을 통해 얻을 수 있다.Substituting
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 시스템10: 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)
(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,
상기 수학식에서 광 보정자의 동작에 대한 상기 은 다음 수학식에 따라 산출되며,
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 은 입사면을 기준으로 P파와 S파에 대한 반사계수를 적용한 것이고,
상기 수학식에서 상기 는 상기 편광자를 통과한 다음 선 편광된 광을 나타내고,
상기 수학식에서 상기 은 상기 편광자에 의해 선 편광된 광이 입사면에 대해 P만큼 기울어져 있고, 입사면을 기준으로 -P만큼 회전되어 있는 것을 나타내며,
상기 수학식에서 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,
상기 수학식에서 상기 는 상기 편광자를 통과한 전기장의 세기이고, 상기 및 상기 는 반사계수이며, 상기 는 상기 광 보정자에 대한 변수로서 수학식 으로 나타내고, 상기 편광 분석부의 광 검출기에서 검출되는 광의 밝기()는 수학식 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,
The above equation for the operation of the optical corrector Is calculated according to the following equation,
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 Is applied the reflection coefficient for P and S waves based on the incident surface,
In the above equation Represents linearly polarized light after passing through the polarizer,
In the above equation 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 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,
In the above equation Is the strength of the electric field passing through the polarizer, and And above Is the reflection coefficient, above Is a variable for the optical corrector, And the brightness of light detected by the photodetector of the polarization analyzer ( ) Is the equation And the amount of light reflected by the reference sample is zero (0) or has a value close to zero (0).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 (b) 단계에서 상기 샤임플러그 각은 하기의 식에 의하여 산출되는 박막 표면 미세 변화 측정 방법.
(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.
(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)
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.
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,
상기 수학식에서 상기 광 보정자의 동작에 대한 은 다음 수학식에 따라 산출되며,
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 은 입사면을 기준으로 P파와 S파에 대한 반사계수를 적용한 것이며,
상기 수학식에서 는 상기 편광자를 통과한 다음 선 편광된 광을 나타내고,
상기 수학식에서 은 상기 편광자에 의해 선 편광된 광이 입사면에 대해 P만큼 기울어져 있고, 입사면을 기준으로 -P만큼 회전되어 있는 것을 나타내며,
상기 수학식에서 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,
상기 수학식에서 상기 는 상기 편광자를 통과한 전기장의 세기이고, 상기 및 상기 는 반사계수이며, 상기 는 상기 광 보정자에 대한 변수로서 수학식 으로 나타내고, 편광 분석부의 광 검출기에서 검출되는 광의 밝기()는 수학식 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,
In the above equation, for the operation of the optical corrector Is calculated according to the following equation,
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 Is applied the reflection coefficient for P wave and S wave based on the incident surface,
In the above equation Represents linearly polarized light after passing through the polarizer,
In the above equation 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 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,
In the above equation Is the strength of the electric field passing through the polarizer, and And above Is the reflection coefficient, above Is a variable for the optical corrector, And the brightness of light detected by the photodetector of the polarization analyzer ( ) Is the equation And the amount of light reflected by the reference sample is zero (0) or has a value close to zero (0).
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.
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.
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.
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.
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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