KR100450505B1 - 일체형 분광타원해석장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스에 측정하고자 하는 시편을 구멍 위에 놓음으로써 시편 정렬의 필요성 없이 편리하게 시편이 지니고 있는 광학정보를 측정할 수 있도록 한 일체형 분광타원해석장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 빛을 조사하여 조사된 빛을 편광시켜 측정대상물인 시편에 입사되도록 한 후 상기 측정대상물로부터 반사되어 나온 편광을 해석하여 분광을 검출하는 타원해석기와, 소정의 프로그램이 탑재되어 있으며, 상기 타원해석기로부터 검출된 신호를 수집 및 분석하여 측정대상물의 광학정보를 구하는 컴퓨터를 포함하되, 상기 타원해석기는 상기 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스를 구비하며 그 내부에는, 빛을 조사하기 위한 광원부; 상기 광원부로부터 조사되어 시편으로 진행하는 빛을 편광시키는 편광발생부; 시편에 상기 편광발생부에서 나온 편광이 입사된 후, 상기 시편에서 반사되어 나온 편광을 분석하는 편광분석부; 및 상기 편광분석부를 통과한 분광을 검출하는 분광검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 분광타원해석장치{Single module spectroscopic ellipsometric apparatus}

본 발명은 일체형 분광타원해석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스에 있어 측정하고자 하는 시편을 구멍 위에 엎어 놓음으로써 시편 부착시마다 시편의 표면 방향이 움직이는 것을 방지할 뿐만 아니라 시편표면에 대한 각 광부품의 위치각을 찾아내야 하는 캘리브레이션 과정이 생략되어 측정시간의 단축과 캘리브레이션 과정에서 발생하는 실험오차를 배제하여 사용상의 편리성을 높인 일체형 분광타원해석장치에 관한 것이다.

일반적으로, 타원해석기술(ellipsometry)은 특정 편광상태를 가지고 있는 빛을 시편에 입사시킨 뒤 그 반사된 빛의 변화된 편광상태를 분석함으로써 시편이 지니고 있는 광학적 정보를 수집하는 기술이다.

도 1을 참조하여 종래의 타원해석기를 설명하면, 구조상 종래의 타원해석기는 광원(202), 편광발생기(204), 시편지지대(206), 편광분석기(208), 분광검출기(210) 등의 광학부품이 두 개의 팔로 형성된 광학대 위에 장착되어 있으며, 외부장치로는 광원을 위한 광원전원장치(214), 편광발생기(204) 및편광분석기(208)를 작동시키기 위한 컨트롤러(216), 그리고 분광검출기(210)를 작동시키기 위한 콘트롤러 (218) 등으로 구성되어 있다. 즉, 타원해석기 전체가 여러 부분으로 구성된 복잡한 형상을 이루고 있어 사용에 번거러움이 있고 또한 공간적인 제한이 있는 곳에서는 사용상에 불편함이 있었다.

종래의 타원해석기 외관상의 모양을 보면 복잡한 구조로 되어 있을 뿐만 아니라 또한 도 2에서와 같이 시편이 위를 향하여 수평으로 놓여 있어 빛이 위쪽에서 비스듬히 입사하는 구조를 사용하거나 또는 도 3에서와 같이 시편이 수직으로 세워져 있고 빛이 앞쪽에서 비스듬히 입사하는 구조로 되어 있어 광원에서 나온 빛을 시편표면에서 반사한 후 검출기로 들어 갈 수 있도록 조절하여야 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면 종래 기술에서는 시편(300)의 후면을 시편지지대에 부착하기 때문에 시편(300)의 두께가 바뀌거나 시편(300)의 두께가 고르지 않을 경우 시편(300)의 전면에서 반사된 빛이 검출기로 들어 갈 수가 없게 된다. 이를 해결하기 위하여 시편지지대(206) 이면에는 시편지지대 미세조절나사(308)가 부착되어 시편(300) 부착시마다 이를 이용하여 전후 이동과 기울기를 조절하도록 하고 있다.

그리고, 이와 같은 번거로운 시편 장착과정을 거치더라도 시편의 표면이 가르키는 방향은 매번 약간씩 달라질 수가 있다. 따라서 종래의 타원해석기는 측정에 앞서 선행측정과정인 캘리브레이션 과정을 거쳐야 한다. 이 선행측정과정을 통하여 시편표면에 대한 편광발생기(204)와 편광분석기(208)의 상대적인 위치를 찾아내야 본격적인 측정을 시작할 수 있게 되는데, 특히 캘리브레이션 과정은 시편의 종류에따라 다르기 때문에 이에 대한 전문적이 지식이 없을 경우, 측정값에 큰 실험오차가 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 모든 광학 부품을 소형 밀집화 시켜 박스형 케이스에 내장함으로써 구조와 설치가 간단한 일체형 분광타원해석장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스에 측정하고자 하는 시편을 구멍 위에 놓음으로써 시편정렬의 필요성이 없고 캘리브레이션 값이 고정되므로 편리하게 시편의 광학정보를 측정할 수 있도록 한 일체형 분광타원해석장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 시편의 표면이 항시 일체형 구조의 케이스 윗면과 일치하므로 시편을 교환하더라도 표면의 방향은 항시 일정하게 됨으로써 표준시편과의 반사비교를 통해 편리하게 반사율까지 측정할 수 있도록 한 일체형 분광타원해석장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 일체형 분광타원해석장치는, 빛을 조사하여 조사된 빛을 편광시켜 측정대상물인 시편에 입사되도록 한 후 상기 측정대상물로부터 반사되어 나온 편광을 해석하여 분광을 검출하는 타원해석기와, 소정의 프로그램이 탑재되어 있으며, 상기 타원해석기로부터 검출된 신호를 수집 및 분석하여 측정대상물의 광학정보를 구하는 컴퓨터를 포함하되, 상기 타원해석기는 상기 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스를 구비하며 그 내부에는, 빛을 조사하기 위한 광원부; 상기 광원부로부터 조사되어 시편으로 진행하는 빛을 편광시키는 편광발생부; 시편에 상기 편광발생부에서 나온 편광이 입사된 후, 상기 시편에서 반사되어 나온 편광을 분석하는 편광분석부; 및 상기 편광분석부를 통과한 분광을 검출하는 분광검출부를 포함하고 있으며, 상기 분광검출부는 분광 측정을 위해 상기 편광분석부를 통과한 빛을 파장별로 검출하며 CCD(charge coupled device) 또는 포토다이오드 어레이(photodiode array)로 이루어진 다중 채널 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 타원해석기의 외관 구조를 도시한 도면,

도 2는 종래의 타원해석기에서 수평형 시편지지대에 시편장착모양을 도시한도면,

도 3은 종래의 타원해석기에서 수직형 시편지지대에 시편장착모양을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 분광타원해석장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 블록도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타원해석기의 외관 구조를 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스를 구비한 타원해석기의 케이스 윗면에 시편이 엎어져 놓인 구조를 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 타원해석기를 나타낸 사진도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 광원 102 : 편광발생부

104, 300 : 구멍이 난 윗면에 놓인 시편

106 : 편광분석부 108 : 분광검출부

110 : 구동부 112 : 전원공급부

116 : 컴퓨터 206 : 시편지지대

302: 측정하고자 하는 시편 표면 306 : 빛의 경로

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

이하에서의 본 발명은 광학부품을 내장하고 윗면에 구멍이 난 일체형 구조의 케이스에 측정하고자 하는 시편을 구멍 위에 놓음으로써 시편 정렬의 필요성 없이 편리하게 시편이 지니고 있는 광학정보를 측정할 수 있도록 한 일체용 분광타원해석장치를 바람직한 실시예로써 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 일체형 분광타원해석장치를 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일체형 분광타원해석장치의 전체적인 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 타원해석기의 외관 구조를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스를 구비한 타원해석기의 케이스 윗면에 시편이 엎어져 놓인 구조를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 타원해석기를 나타낸 사진도이다.

도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 일체형 분광타원해석장치의 전체적인 구성을 설명하면, 상기 본 발명에 따른 일체형 분광타원해석장치는 측정대상물인 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스(114)를 구비하고, 광원부(100)에서 나온 빛을 편광발생기(102)를 통해 편광상태를 갖는 빛이 상기 케이스(114)에 구멍이 형성된 일면(예를 들면, 윗면)에 놓인 시편(104)으로 입사되면, 상기 시편(104)으로부터 반사되어 나온 편광을 분석한 후 통과한 빛을 파장별로 검출하여 검출된 검출신호를 컴퓨터(116)로 출력하여 시편이 가지고 있는 광학정보가 분석되도록 한다.

상기 일체형 분광타원해석장치는 광원(100), 편광발생부(102), 구멍이 난 윗면에 놓인 시편(104), 편광분석부(106), 분광검출부(108), 구동부(110), 전원공급부(112) 및 컴퓨터(116) 등을 포함한다.

상기 광원(100)은 시편이 놓여지는 위치에 광원이 조사되도록 편광발생기(102)로 광원을 조사한다.

상기 편광발생부(102)는 상기 구동부(100)에 의해 회전 또는 변조되며, 상기광원(100)에서 조사되어 시편(104)으로 진행하는 빛을 편광시킨다.

그러면, 상기 시편(104)은 상기 편광발생부(102)를 통해 편광상태의 빛이 입사되면, 상기 입사된 빛을 측정하고자 하는 시편(104)에서 반사되면서 변환된 편광상태의 빛이 편광분석부(106)로 출력되도록 한다.

이 때, 상기 편광분석부(106)는 특정방향으로 편광된 빛만 통과시키도록 하고, 상기 시편(104)으로부터 반사되어 나온 편광을 분석하고, 분석된 상태를 분광검출부(108)로 출력한다.

상기 분광검출부(108)는 상기 편광분석부(106)를 통해 분석된 빛의 밝기를 검출하고, 검출된 빛의 밝기를 컴퓨터(116)로 전송한다.

그러면, 상기 컴퓨터(116)는 소정의 프로그램이 탑재되어 있으며, 상기 분광검출부(108)를 통해 전송된 빛의 밝기를 분석하여 시편의 광학적 특성을 구한다.

또한, 상기 컴퓨터(116)는 관리자로부터 입력받은 정보를 토대로 상기 구동부(110)를 조절할 수도 있다.

도 3의 미설명부호 206은 시편지지대이고, 300은 시편이고, 302는 측정하고자 하는 시편 표면이며, 306은 빛의 경로이다.

이제, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 일체형 분광타원해석기의 전체적인 동작을 설명하면, 먼저, 상기 광원(100)으로부터 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스에 구멍 윗면에 놓인 시편(104)에 빛을 조사한다.

그 후, 조사된 광원을 편광발생기(102)를 통해 편광상태를 갖는 빛이 상기시편(104)에 입사되면, 상기 입사된 빛이 시편(104)에서 반사되면서 다시 변환된 편광상태의 빛만 편광분석부(106)에 의해 통과된다.

그러면, 상기 분광검출부(108)에 의해 상기 편광분석부(106)를 통과한 편광된 빛의 밝기를 검출하여 컴퓨터(116)로 전송한다.

상기 컴퓨터(116)는 상기 분광검출부(108)에 의해 검출된 신호를 분석하여 측정하고자 하는 시편(104)의 광학적 특성을 구한다.

이렇게 함으로써, 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스 윗면에 시편이 놓여지면, 일정하게 빛이 시편으로 입사되어 시편정렬의 필요성 없이 시편의 광학적 특성을 편리하게 구할 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스이므로 설치공간을 축소시킬 수 있으며, 상기 박스형 구조의 케이스 윗면에 측정하고자 하는 시편을 놓음으로써 시편정렬의 필요성 없이 캘리브레이션 값이 고정되어 편리하게 시편의 광학정보를 구할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 케이스 윗면에 시편이 놓이게 되므로 시편의 표면 방향이 항상 일정하게 됨으로써 시편에 관계없이 반사된 빛이 분광검출부로 입사되어 시편 장착에 신경을 쓸 필요가 없는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 케이스의 윗면이 항상 시편의 표면이 되므로 상기 시편의 위치에 대한 캘리브레이션 값이 고정됨으로써 캘리브레이션 과정에 따르는 장비 운용상의 번거러움과 시간적 손실을 줄일 뿐만 아니라, 캘리브레이션 과정에 따르는 실험오차를 배제할 수 있어 더욱 정확한 측정이 가능하게 한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 빛을 조사하여 조사된 빛을 편광시켜 측정대상물인 시편에 입사되도록 한 후 상기 측정대상물로부터 반사되어 나온 편광을 해석하여 분광을 검출하는 타원해석기와,

   소정의 프로그램이 탑재되어 있으며, 상기 타원해석기로부터 검출된 신호를 수집 및 분석하여 측정대상물의 광학정보를 구하는 컴퓨터를 포함하되,

   상기 타원해석기는 상기 시편이 놓여지는 위치에 구멍이 형성된 박스형 구조의 케이스를 구비하며 그 내부에는,

   빛을 조사하기 위한 광원부;

   상기 광원부로부터 조사되어 시편으로 진행하는 빛을 편광시키는 편광발생부;

   시편에 상기 편광발생부에서 나온 편광이 입사된 후, 상기 시편에서 반사되어 나온 편광을 분석하는 편광분석부; 및

   상기 편광분석부를 통과한 분광을 검출하는 분광검출부를 포함하고 있으며,

   상기 분광검출부는,

   분광 측정을 위해 상기 편광분석부를 통과한 빛을 파장별로 검출하며 CCD(charge coupled device) 또는 포토다이오드 어레이(photodiode array)로 이루어진 다중 채널 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 분광타원해석장치.
2. 삭제