KR100406108B1 - 고공간해상도엘립소메트리장치 - Google Patents

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Abstract

광원(2); 샘플 홀더(TAB); 포토디텍터(7); 상기 광원(2)과 상기 샘플 홀더(TAB) 사이에 설치되며, 편광빔을 기움 입사각으로 샘플(PA)에 조명하기 위한 폴라라이저(15)을 구비하는 제1 광시스템(10); 상기 샘플 홀더(TAB)와 상기 포토디텍터 사이에 설치되며, 상기 샘플에 의해 반사되는 광을 포커싱하기 위한 어날라이저(25)를 구비하는 제2 광시스템(10); 상기 제1 광시스템(10)과 연합되며 상기 제1 광시스템(10)으로부터의 조명빔을 상기 샘플(PA)상으로 포커싱할 수 있는 제1 포커싱수단(L1) 및; 상기 제2 광시스템과 연합되며 상기 샘플의 표면에서 반사된 빔을 상기 제2 광시스템의 입구로 포커싱할 수 있는 제2 포커싱수단(L2)을 구비하는 엘립소메트리 장치로서, 상기 샘플 홀더(TAB)는, 전면이 조명광을 수광할 수 있으며 소정의 두께를 가지는 적어도 일층의 선정된 재료를 구비하는 샘플을 지지하며, 상기 층은 후면이 상기 샘플 홀더에 접촉되는 소정의 두께를 가지는 투명한 기판상에 배치되고, 상기 제2 포커싱수단(L2)은, 샘플 홀더(TAB)와 접촉된 샘플(PA)의 기판후면에서 발생되는 간섭반사가 포토디텍터(7)의 입구 동공에서 벗어나는 동안, 샘플(PA)의 층의 전면에서 반사되는 광을 수광하여 그 광을 포토디텍터(7)의 입구 동공으로 포커싱하며, 상기 어널라이저(25)와 상기 포토디텍터(7)의 입구 동공 사이에 배치되며, 상기 제2 포커싱수단(L2)에 의해 상기 포토디텍터의 입구동공상으로 포커싱되는 반사광의 위치를 정밀하게 조정하도록 제어될 수 있는 광보정수단(PT)을 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치가 개시되어 있다.

Description

고 공간 해상도 엘립소메트리 장치
엘립소메트리가 사용되는 어느 분야에서 전반적인 응용을 발견할 수 있으며, 특히 마이크로 전자공학에서, 엑시머 레이저에 의한 비정질 실리콘 샘플의 어닐링과 같은 레이저 표면 처리의 광 검사에 엘립소메트리가 사용되는 전반적인 응용을 발견할 수 있다. 예를 들면, 투명한 기판상에 마련된 적어도 일층의 비정질 실리콘으로 이루어진 액정 스크린의 제조에 있어 매우 특별한 응용을 발견할 수 있다. 또한, 그 중에서도 표면 클린싱, 폴리싱 및 전처리에서 응용을 찾아볼 수 있다.
프랑스 특허 FR-A-2602338 와 기사; JOUSNAL OF APPLIED PHYSICS, 1 Aug 1986, US, vol. 60, No. 3, ISSN 0021-8979, pages 859-873, XPOO579985, M. ERMAN et al, " Spatially resolved ellipsometry" ; 에서 엘립소메터는 일반적으로 광원, 샘플 홀더, 포토디텍터, 광원과 샘플 홀더 사이에 설치되는 제1 광시스템, 샘플 홀더와 포토디텍터 사이에 설치되는 제2 광시스템을 구비한다. 상기 제1 광시스템은 편광빔을 기울어진 입사각으로 샘플 홀더에 지지되는 샘플에 조명한다. 상기 제2 광시스템은 샘플에 의해 반사되는 광을 모은다. 실제로, 상기 제1 광시스템과연합된 상기 제1 포커싱수단은, 상기 제2 광시스템과 연합된 제2 포커싱수단이 그 제2 광시스템의 입구측의 샘플의 표면에 의해 반사되는 광을 포커싱하는 동안, 제1 광시스템에서 나오는 조명빔을 샘플상에 포커싱한다.
본 출원인에 의해 프랑스 특허출원번호 95-09778로 출원되고 프랑스 특허 공개번호 FR-A-2737806(모든 유용한 목적을 달성하기 위하여, 상기 출원서의 내용은 본 출원서의 일부분을 구성한다)로 공개된 "레이저 표면 처리를 위한 장치 및 그 방법"이란 타이틀의 특허 출원서에서, 엘립소메트리에 의한 샘플의 특성은, 엘립소메트리 측정으로 레이저 에너지의 적용을 제어하는 것에 의하여, 레이저에 의한 실리콘의 재결정화 공정을 최적화 할 목적으로 액정 스크린의 제조에 유용하게 사용된다.
이러한 액정 스크린의 제조에 있어서, 샘플 홀더는, 소정 두께의 투명한 기판(예를 들면 글라스)상에 증착되고 소정 두께의 적어도 일층의 비정질 실리콘 타입의 재질을 포함하는 샘플을 지지한다. 샘플의 전면은 샘플의 후면이 상기 샘플 홀더와 접촉하고 있는 동안 조명광을 받아들인다.
투명 기판의 두께 때문에, 샘플의 후면과 샘플 홀더 사이의 경계면은 엘립소메트리 측정을 왜곡시킬 수도 있는 간섭광빔을 제2 광시스템 및 포토디텍터 방향으로 반사한다.
본 발명은 엘립소메트리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분광 엘립소메트리에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 엘립소메트리 장치의 주요구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 이러한 문제에 대한 정확한 해결책을 제공한다.
본 발명은, 샘플 홀더와 접촉하는 샘플의 후면에서 발생되는 간섭 반사가 포토디텍터의 입구동공에서 벗어나는 동안 상기 제2 포커싱수단은 샘플의 전면에서 반사되는 광을 받아들여서 포토디텍터의 입구 동공으로 포커싱하는 것과, 상기 엘립소메터는 어날라이저와 포토디텍터의 입구 동공 사이에 배치되며 포토디텍터의 입구동공측의 제2 포커싱수단에 의해 포커싱되는 유용한 반사광의 위치를 정밀하게 조정하도록 제어되기에 적합한 광보정수단을 더 구비하는 것에 특징이 있는 상기에 언급한 타입의 엘립소메트리 장치에 관한 것이다.
따라서, 처리될 실리콘층이 투명한 기판에 마련된 액정 스크린의 제조에 있어서, 이러한 장치는 간섭 반사를 배제하고 포토디텍터의 입구 동공상의 유용한 반사빔의 위치를 정밀하게 조정하는 것에 의해 측정의 질을 향상시키는 이점을 가진다. 언급된 종래 기술에 있어서, 샘플의 처리는 처리될 샘플층이 투명 기판상에 마련되지 않았기 때문에 본 발명에 의해 해결된 문제점을 풀 수 없다는 것에 주목해야 한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 본 발명에 따른 개선된 엘립소메터를 개략적으로 나타낸 도면 및 후술할 상세한 설명을 통하여 밝혀질 것이다.
단일 도면에서, 참조부호 EL 은 분광 엘립소메터를 가리키는데, 예를 들면, 판매번호 ES4G 로 본 출원인에 의해 판매되는 분광 엘립소메터가 있다. 이러한 엘립소메터에 대한 개선점은 프랑스 특허번호 86-03188 (FR-A-2595471)에 설명되어있다.
파워 서플라이(1)는 고압 제논 아크 램프와 같은 광 대역 광원(2)을 여기시킨다.
폴라라이저(15)를 구비한 제1 광시스템(10)은 광원(2)으로부터 나오는 광빔을 패널 서포트 테이블(TAB)상에 설치된 패널(PA)에 비추어지는 빔으로 변환하며 바람직하게는 3차원의 상호 직교하는 X,Y 및 Z 방향으로 움직일 수 있다.
상기 유용한 광은, 패널(PA) 표면에 직각인 방향에 대해 입사빔과 대칭된다고 고려될 수 있는 방식으로 패널(PA)에 의해 반사되는 광이다.
이 반사광은, 어날라이저(25)를 포함하는 제2 광시스템(20)에 의해 수광되어 광원의 광 대역 내로 동조될 수 있는 프리즘 모노크로메터(6)의 입구 슬롯으로 적용된다. 모노크로메터(6)로부터 나오는 광은, 파장 검지가 수행될 수 있게 하는, 예를 들면 512 또는 1024 픽셀인 포토다이오드 어레이를 구비하는 포토디텍터(7)로 적용된다.
전자 제어 유니트 GES1 은 다음과 같은 목적으로 작동한다.
- 폴라라이저(15)상에서, 예를 들면 회전 폴라라이저 및 그 회전의 계속되는 세팅의 경우에 입사광빔의 편광 상태에 대한 그 영향을 제어하기 위하여,
- 테이블(TAB)과 연합된 스테핑 모터상에서, X-Y-Z 방향으로 그들의 움직임을 제어하기 위하여,
- 로봇(ROB) 상에서, 처리될 패널이 저장된 저장 선반으로부터 패널의 추출을 제어하고, 추출된 패널의 패널 서포트 테이블로의 이동과 선택된 위치의 테이블위에 패널의 위치 설정을 제어함과 아울러 처리후 패널을 파지하고 초기 저장선반 또는 다른 저장선반에서의 패널의 위치도 물론 제어하기 위하여,
- 옵튜레이터(14)상에선, 그 옵튜레이터의 동작을 제어하기 위하여,
- 어날라이저(25)상에서, 스테핑모터에 의하여 어날라이저의 방향을 제어하기 위하여,
- 모노크로메터(6)상에서, 그 모토크로메터의 동조 파장을 한정하기 위하여,
- 레이저광원(LA)상에서, 그 레이저광원의 플럭스를 제어하기 위하여 작동한다.
상기 포토디텍터(7)에서 나오는 신호는, 처리수단(GES1)에 적용되어 폴라라이저(15)의 회전과 연결되어 특히 처리될 패널의 위치, 어날라이저의 위치 및 각 측정에 대응하는 파장을 포함하는 다른 수집된 데이터가 기록된다.
상기 전자 유니트(GES1)에 의해 선택적으로 전 처리된 정보는 마이크로 컴퓨터와 같은 처리수단(GET2)으로 보내진다.
패널상에서 취한 좌표(스폿에 의한 매번의 위치 스트럭에 연합하여)에 따라, 처리수단은 엘립소메트리 정보(예를 들면 "psi tangent 와 delta cosine")를 이끌어내고, 다음에 처리될 패널의 표면상태 및/또는 다층 구조를 나타내는 굴곡을 이끌어낸다.
바람직하게 단일체인 샤시는, 제논램프(2)에 대한 파워 서플라이(1)와, 처리수단(GES1), 모노크로메터(6), 디텍터(7) 및 적용할 있다면 처리수단(GES2)을 포함한다.
실제로, 광원(2)으로부터의 광은 렌즈(30)에 의해 광파이버(3)의 입구커플러(31)로 보내진다. 광파이버의 입구커플러(31)는 광시스템(10)과 연결되고, 광시스템(10)은 파이버 출구커플러(11), 2개의 반사미러(12A)(12B), 콜리메이션 다이아프램(13), 옵튜레이터(14) 및 폴라라이저(15)를 포함한다.
본 발명에 따라, 폴라라이저(15)로부터 나오는 평행빔은 수렴렌즈(L1)에 의해 처리될 패널의 초점 포인트(PF)상에 포커싱되고, 이에 따라 "엘립소메트리 스폿"이 만들어진다. 렌즈(L1)는 패널의 대상평면의 레벨에 배치된다.
대칭적으로, 반사광은 또 다른 수렴렌즈(L2)에 의해 어날라이저(25) 상에 포커싱된다. 렌즈(L2)는 패널의 이미지 평면의 레벨에 배치된다. 렌즈(L1)와 렌즈(L2)는 광학적으로 결합된다. 아래에서 더욱 자세하게 후술하는 바와 같이, 상기 렌즈(L1)(L2)는 엘립소메터의 공간 해상도를 향상시킨다. 어날라이저(25)로부터 나오는 광빔은 미러(26)에 의해 제2 광파이버(5)의 입구센서(27)상에 포커싱된다.
광파이버(5)의 출구커플러(28)로부터 나오는 광은 렌즈에 의해 받아들여져 모노크로메터(6)의 입구 슬롯에 적용된다.
TFT 트랜지스터를 제조하기 위하여 디자인된 패널의 경우에, 이 패널은 약 0.7 에서 1.2mm 정도의 두께를 가지는 글라스 기판상에 마련된 약 5Onm 깊이의 비결정 실리콘층을 구비한다. 상기 글라스 기판의 후면과 그 글라스 기판의 서포트 (패널 서포트 테이블) 사이의 경계면은 엘립소메트리 측정을 왜곡시킬 수 있는 간섭 반사광을 발생한다는 것이 관찰되어져 왔다. 이 현상은 많은 다른 응용에서도 나타난다.
본 발명에 따르면, 렌즈(L1)와 렌즈(L2)에 의해 만들어지는 광 어셈블리는 이러한 간섭반사가 제거되는 것을 가능하게 한다.
이는 수렴렌즈(L1)로부터 패널 표면 위에 만들어지는 스폿 직경이 예를 들면 약 100㎛ 정도이기 때문이다. 이 사이즈는 보통 사용되는 글라스 기판의 평균두께보다 상당히 작다. 샘플에 의해 반사되는 광의 유용한 부분(즉, 레이저 어닐링 응용에 있어, 층들 사이의 서로 다른 경계면들에 관련된 것임)은 수렴렌즈(L2)에 의해 정확하게 수광되어 광파이버(5)상으로 수광되거나 리포커싱된다. 한편, 샘플의 전면에서의 반사에 기인한 광 스폿의 공간위치는 샘플의 후면에서 반사해 기인한 광 스폿의 공간위치와 다르며, 후면에서의 반사에 기인한 광스폿의 공간위치는 렌즈(L2)에 의해 광파이버(5)로 반사되지 않는데(또는 상당히 적게 반사되는데), 이는 간섭반사를 제거(또는 거의 제거)할 수 있도록 한다.
그렇게 되면, 제기된 문제를 해결하기 위하여 샘플에 통상적으로 적용되는 빔상에 포커싱을 만들어내기 위하여 L1, L2 와 같은 렌즈들의 사용은 예측하지 못했다; 이는 이미 까다로운 기술인 엘립소메트리가 고 해상도에서 작동되기를 바란다면, 이는 더욱 까다로운 기술이 되기 때문이다; 그리고, 선험적인 어려움들이 상기한 통상적인 빔을 바꾸는 것으로 기대된다.
커다란 패널들의 어닐링에 적용하는 예에서, Z 방향으로 샘플 홀더(TAB)상의 패널들의 위치 선정은 엘립소메트리 장치의 고 공간 해상도를 유치하기 위한 관점에서 완벽하게 제어되어야 하는 중요한 동작이라는 것이 주목되어야 한다.
본 발명에 따라, 이 작동은 다음과 같이 제어된다.
첫째로, 수직 방향 Z 로의 각 패널 타입의 굴곡은 Z 방향에 대한 엘립소메트리 스폿을 조정함으로써 고려되어야 한다. 이 조정값은 패널상에 취해지는 좌표에 따라 저장된다(선택적으로 패널상의 영역에 의해). 각 패널 타입의 윤곽에 대한 지도제작법은 컴퓨터(GES2) 내의 메모리에 저장된다.
두 번째로, 레이저 표면 처리를 제어하는 방법에 있어서, 메모리에 이와 같이 기록되고 저장되는 패널의 선택된 영역에서의 분석광 스폿의 임팩트 위치는 처리될 일련의 패널들에 재사용된다. 그러나, 변형상의 차이가 동일 타입의 다른 패널들 사이에서도 일어날 수 있으므로, 이러한 것은 언제나 충분한 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 출구 파이버(5)상에 스폿(샘플에 의해 반사되고 렌즈(L1)(L2)에 의해 포커싱되는 광) 위치의 미세 조정은 어날라이저(25)와 광파이버(5)의 입구커플러 사이에 배치된 투명플레이트(PT)(평행 시트)를 광빔에 대해 기울어지도록 함으로써 얻어진다. 회전축 또는 축들은 시트의 표면에 접한다. 이 회전은 상기 포토디텍터(7)의 어레이상에서 항상 최대 신호레벨이 되도록 처리수단(GES1)에 의해 제어된다.

Claims (8)

  1. 광원(2), 샘플 홀더(TAB), 포토디텍터(7), 상기 광원(2)과 상기 샘플 홀더(TAB) 사이에 설치되며, 편광빔을 기움 입사각으로 샘플(PA)에 조명하기 위한 폴라라이저(15)을 구비하는 제1 광시스템(10); 상기 샘플 홀더(TAB)와 상기 포토디텍터 사이에 설치되며, 상기 샘플에 의해 반사되는 광을 포커싱하기 위한 어날라이저(25)를 구비하는 제2 광시스템(10); 상기 제1 광시스템(10)과 연합되며 상기 제1 광시스템(10)으로부터의 조명빔을 상기 샘플(PA)상으로 포커싱할 수 있는 제1 포커싱수단(L1) 및; 상기 제2 광시스템과 연합되며 상기 샘플의 표면에서 반사된 빔을 상기 제2 광시스템의 입구로 포커싱할 수 있는 제2 포커싱수단(L2)을 구비하는 엘립소메트리 장치로서,
    상기 샘플 홀더(TAB)는, 전면이 조명광을 수광할 수 있으며 소정의 두께를 가지는 적어도 일층의 선택된 재료를 구비하는 샘플을 지지하며, 상기 층은 후면이 상기 샘플 홀더에 접촉되는 소정의 두께를 가지는 투명한 기판상에 배치되고,
    상기 제2 포커싱수단(L2)은, 샘플 홀더(TAB)와 접촉된 샘플(PA)의 기판 후면에서 발생되는 간섭반사가 포토디텍터(7)의 입구 동공에서 벗어나는 동안, 샘플(PA)의 층의 전면에서 반사되는 광을 수광하여 그 광을 포토디텍터(7)의 입구 동공으로 포커싱하며,
    상기 어널라이저(25)와 상기 포토디텍터(7)의 입구 동공 사이에 배치되며, 상기 제2 포커싱수단(L2)에 의해 상기 포토디텍터의 입구동공상으로 포커싱되는 반사광의 위치를 정밀하게 조정하도록 제어될 수 있는 광보정수단(PT)을 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보정수단(PT)은,
    상기 포토디텍터(7)에서 최대 신호레벨이 되도록 상기 유용한 반사빔의 위치를 조정하기 위하여, 상기 제2 포커싱수단(L2)에 의해 포커싱되는 상기 유용한 반사광빔에 대하여 기울어질 수 있는 투명 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엘립소메트리 장치는 분광기에 의한 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 포커싱수단은 상기 제1 광시스템(10)의 하류에 배치되는 수렴렌즈(L1)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 포커싱수단은 상기 제2 광시스템(20)의 상류에 배치되는 수렴렌즈(L2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광시스템은 상기 광원과상기 폴라라이저 사이에 배치된 제1 광파이버(3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
  7. 상기 제1항에 있어서,
    상기 제2 광시스템은 상기 어날라이저와 상기 포토디텍터(7) 사이에 배치되는 제2 광파이버(5)를 포함하고,
    상기 제2 광파이버(5)는 포토디텍터(7)로 광을 유도하는 입구커플러와 출구커플러를 가지며,
    상기 제2 광파이버의 입구커플러는 포토디텍터(7)의 입구동공에 대응하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
  8. 제1항, 제2항 제3항, 제4항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    3개의 직각 방향으로 각각에 대해 움직일 수 있는 샘플 홀더(TAB)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
KR10-1998-0700914A 1995-08-11 1996-07-03 고공간해상도엘립소메트리장치 KR100406108B1 (ko)

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