KR101247661B1 - 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재 및 그를 이용한 검사방법 - Google Patents

전반사 패턴을 이용한 단면검사부재 및 그를 이용한 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단면검사부재 및 그를 이용한 단면 검사 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재는 광원, 상기 광원으로부터 발생하는 광경로 상에 위치하며 패턴이 형성되는 박막 시편, 상기 박막 시편의 상부 또는 하부에 위치하는 검사부를 이용하며, 상기 광경로를 따라서 상기 박막 시편의 후단에 설치되며, 상기 박막 시편 패턴으로부터 출사하는 빛을 상기 검사부 측으로 전반사하기 위하여 상기 박막 시편의 패턴의 횡단면 또는 종단면과 마주보는 전반사 면을 형성하는 전반사패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 단면검사부재에 의하면 전반사면을 가지는 전반사 패턴이 형성된 단면 검사용 부재를 이용하여, 고가의 장비를 이용하지 않고도 박막 시편에 형성된 패턴 단면의 형상을 검사할 수 있게 하는 장점이 있다.

Description

전반사 패턴을 이용한 단면검사부재 및 그를 이용한 검사방법{CROSS SECTION INSPECTION MEMBER USING TOTAL REFLECTION PATTERN AND CROSS SECTION INSPECTION METHOD THEREOF}
본 발명은 단면검사부재 및 단면 검사 방법에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 광원, 패턴이 형성된 박막 시편, 상기 박막 시편의 일 측면에 위치하는 광원, 상기 박막 시편의 다른 측면에 위치하는 단면검사부재 및 상기 단면검사부재의 상부 또는 하부에 위치하는 검사부를 포함하는 단면 검사 시스템에 사용되는 단면 검사를 위한 부재에 있어서, 전반사 면을 포함하는 전반사 패턴이 형성되는 단면검사부재를 이용하여 패턴의 단면 형상을 검사할 수 있어, 고가의 장비를 이용하지 않고, 시편의 파괴 없이 단면의 형상을 검사할 수 있는 단면 검사 시스템 및 검사 방법에 관한 것이다.
반도체 및, 도광판 등 패턴이 형성되는 구조의 경우, 패턴의 두께, 단면 형상 등에 의해 그 특성이 변화한다. 또한, 최근 패턴의 미세화 및 집적화가 진행되어 이러한 경향은 더욱 현저해 지고 있다. 따라서, 이러한 미세 패턴의 단면 형상을 측정하기 위한 검사 장치에 대한 개발이 이루어지고 있다.
이러한 종류의 검사장치로서, 종래로부터 단면 투과 전자 현미경(TEM)에 의한 집적 계측이나, V-SEM(Vertical scanning electron microscope), 광학 현미경, 공초점 주사 레이저 현미경(Confocal scanning laser microscope)등이 사용되어 왔다.
그러나, 단면 투과 전자 현미경(TEM)의 경우 인라인 제조공정에서 조립되어 실시간으로 검사가 불가능하며, 파괴분석이기 때문에 시료의 보존이 불가능하다는 점, 분석결과의 획득시간이 길다는 문제점이 있었다.
또한, V-SEM의 경우 TEM에 비해 해상력이 낮고, 진공 유지가 필수적이며, 액체 및 젖은 시료는 취급이 불가능한 문제가 존재하였다. 또한, TEM과 마찬가지로 파괴분석이기 때문에 시료의 보존이 불가능하다는 점, 분석결과의 획득시간이 길다는 문제점이 있었다.
따라서, 이를 보완하고자 대한민국 공개특허 제 2005-0100807호 및 제 2004-0054562호에서는 X-선을 이용하여 시료의 파괴없이 검사대상 패턴의 3차원 이미지를 형성하는 방법 및 장치에 대하여 개시되어 있다. 그러나 X-선을 이용한 단면 형상 측정은 고가의 장비를 이용하여야 하며, 인체에 유해한 X-선을 이용하여야 한다는 점에서 문제점이 있었다.
또한, 기존의 광학 현미경은 미세 패턴을 관찰하기에는 적합하지 않았으며, 이를 보완하기 위하여, 레이저를 광원으로 사용함으로써, 단일파장의 강한 빛을 이용하여 형광을 발생시키고, 고유의 파장보다 긴 파장의 빛만 투과시킴으로써 특정파장의 형광 영상만을 얻을 수 있게 한 공초점 주사 레이저 현미경이 개발되었다.
그러나, 공초점 주사 레이저 현미경 또한, 장비가 매우 고가이므로 비경제적인 문제점이 있었다.
한편, 일본 공개 특허 제 2001-368638호는 공초점 주사 레이저 현미경의 또 다른 실시 형태로서, 전반사을 이용하여 레이저광을 패턴 표면에 흩어지게 한 후, 이를 정량적으로 검출하는 반도체 검사 장치에 대한 발명이 기재되어 있다.
그러나, 이 또한, 고가의 장비이며, 전반사을 통해 빛이 굴절되어 각 패턴에 흩어지므로, 패턴의 크기, 깊이 등을 정량적으로 측정할 수는 있으나, 패턴 단면의 형상을 측정하기에는 적합하지 않다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 의한 단면검사부재는 전반사면을 가지는 전반사 패턴이 형성된 단면 검사용 부재를 이용하여, 고가의 장비를 이용하지 않고도 박막 시편에 형성된 패턴 단면의 형상을 검사할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 패턴이 형성된 박막 시편을 파괴하지 않고서도 패턴의 단면을 측정할 수 있는 단면검사부재를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 전반사 패턴의 전반사를 이용하여 패턴 단면 형상의 분석 결과의 획득 시간을 현저히 단축한 단면검사부재를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단면검사부재는 광원, 상기 광원으로부터 발생하는 광경로 상에 위치하며 패턴이 형성되는 박막 시편, 상기 박막 시편의 상부 또는 하부에 위치하는 검사부를 이용하며, 상기 광경로를 따라서 상기 박막 시편의 후단에 설치되며, 상기 박막 시편 패턴으로부터 출사하는 빛을 상기 검사부 측으로 전반사하기 위하여 상기 박막 시편의 패턴의 횡단면 또는 종단면과 마주보는 전반사 면을 형성하는 전반사패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전반사면은 arcsin(n2/n1)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, n2는 상기 빛이 입사하려고 하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
또한, 상기 전반사면은 거울로 코팅된 것을 특징으로 한다.
나아가, 본 발명에 따른 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재는 상기 패턴과 상기 전반사면 사이에 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전반사면은 arcsin(n1/m)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되며, 상기 광학 부재는 m＞n1을 만족하는 것을 특징으로 한다. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, m은 상기 광학 부재의 굴절률, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
나아가, 본 발명에 의한 단면검사부재는 상기 패턴과 상기 전반사 패턴 사이에 형성되며, 상기 패턴의 단면 형상을 선명하게 하는 초점조절부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴의 단면은 종단면 또는 횡단면인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단면 검사 방법은 전반사 면을 포함하는 전반사 패턴이 형성된 단면검사부재를 제조하는 검사부재 제조단계; 상기 전반사 면이 패턴이 형성된 박막 시편의 횡단면 또는 종단면에 마주보도록 상기 단면검사부재를 위치시키는 검사부재 부착단계; 광원으로부터 나온 빛이 상기 패턴의 단면에 입사되는 광 조사단계; 상기 빛이 상기 패턴의 단면을 투과하여 상기 단면검사부재의 전반사 패턴의 전반사면에 입사하는 단면 투과단계; 상기 전반사면에 입사된 빛이 전반사를 일으키는 전반사 단계; 상기 전반사면에서 전반사 된 빛이 검사부를 향하여 입사되며, 상기 검사부를 향하여 입사된 빛을 감지하는 광 감지단계; 및 상기 검사부가 신호를 보내고 출력 수단에 의하여 단면 형상을 출력하는 출력단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전반사면은 arcsin(n2/n1)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, n2는 상기 빛이 입사하려고 하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
나아가, 본 발명에 따른 단면 검사 방법은 상기 패턴과 상기 전반사면 사이에 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전반사면은 arcsin(n1/m)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되며, 상기 광학 부재는 m＞n1을 만족하는 것을 특징으로 한다. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, m은 상기 광학 부재의 굴절률, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
또한, 본 발명에 의한 단면 검사 방법은 상기 패턴과 상기 전반사 패턴 사이에 형성되며, 상기 패턴의 단면 형상을 선명하게 하는 초점조절부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴의 단면은 종단면 또는 횡단면인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 단면검사부재의 제1실시예를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 단면검사부재의 제1실시예를 이용한 단면 검사 시스템의 제1실시예를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 의한 단면검사부재의 제2실시예를 도시한 단면도
도 4는 본 발명에 의한 단면검사부재의 제2실시예를 이용한 단면 검사 시스템의 제2실시예를 도시한 측면도.
도 5는 본 발명에 의한 단면검사부재의 제3실시예를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 단면검사부재의 제3실시예를 이용한 단면 검사 시스템의 제3실시예를 도시한 측면도.
도 7은 본 발명에 의한 전반사 패턴을 이용한 단면 검사 방법을 순차적으로 도시한 순서도.
이하, 본 발명에 의한 전반사 전반사면을 이용한 단면검사부재 및 그를 이용한 검사방법에 대하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
제1실시예
본 발명에 따른 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재는 패턴(110)이 형성된 박막 시편(100), 상기 박막 시편(100)의 일 측면에 위치하는 광원(300), 상기 박막 시편(100)의 다른 측면에 위치하는 단면검사부재(200) 및 상기 단면검사부재(200)의 상부 또는 하부에 위치하는 검사부(400)를 포함하는 단면 검사 시스템에 사용되는 단면 검사를 위한 부재에 있어서, 전반사 면을 포함하는 전반사 패턴(210)이 형성된다.
이하, 상기 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재의 제1실시예를 도시한 도 1 및 상기 단면검사부재를 이용한 단면 검사 시스템의 제1실시예를 도시한 도 2를 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 전반사 패턴(210)은 광원(300)에서 조사된 빛을 받아 전반사 시켜 패턴(110) 단면의 형상을 검사부(400)에 전달하기 위한 부분으로서, 상기 단면검사부재(200) 상에 형성되며, 소정의 각도를 가지는 전반사면(211)을 갖도록 형성된다.
또한, 상기 전반사면(211)은 상기 검사부재의 표면과 arcsin(n2/n1)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성될 수 있다. (a는 상기 전반사면(211)과 상기 단면검사부재의 표면(220)이 이루는 내각, n1은 상기 빛이 진행하는 매질인 상기 박막 시편(100)의 굴절률, n2는 상기 빛이 입사하려고 하는 매질의 굴절률, θ는 광원(300)에서 나온 입사광과 전반사면(211)의 법선이 이루는 각으로 정의한다.) 상기 전반사면(211)이 arcsin(n2/n1)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성될 경우 스넬의 법칙(Snell's Low)에 의하여 광원(300)의 위치와는 무관하게 단면의 형상을 전반사 시키는 것을 가능하게 하는 장점이 있으며, 전반사를 통해 상기 박막 시편(100)에 형성된 패턴(110)의 단면을 집적 촬영하지 않고도 관찰이 가능하여 경제적인 패턴 단면 검사가 가능한 장점이 있다.
나아가, 상기 전반사면(211)은 상기 단면검사부재의 표면(220)에 대하여 30°내지 60°의 소정의 각도 a를 가지도록 형성되는 것이 효과적이며, 더욱 바람직하게는 40° 내지 50°, 가장 바람직하게는 45°의 a를 가지도록 형성되는 것이 효과적이다. 30° 내지 60°의 각도 a를 가지도록 형성될 경우, 도 2와 같이 광원(300), 패턴(110), 전반사 패턴(210)이 일직선상에 나란히 위치할 때 광원(300)에서 나온 빛이 전반사면(211)에 가장 효과적으로 전달될 수 있어, 단면 형상을 가장 또렷하게 관찰할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 전반사 패턴(210)은 높이가 상기 단면검사부재의 표면(220)에 수직인 삼각형 형상으로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 높이가 상기 단면검사부재의 표면(220)에 수직인 이등변 삼각형인 것이 더욱 효과적이다. 이등변 삼각형으로 전반사 패턴(210) 형성시, 광원(300)의 위치 변경 없이, 단면검사부재(200)의 부착 위치의 변경을 통하여 전반사 패턴(210)의 양쪽 어느 위치에서나 패턴(110)의 단면 형상의 전반사를 가능하며, 상기 단면검사부재(200)의 좌우의 구분없이 사용 가능한 장점이 있다.
또한, 상기 전반사 패턴(210)의 깊이 및 상기 삼각형의 높이는 상기 박막 시편(100)에 형성된 패턴(110)의 깊이보다 크도록 형성되는 것이 효과적이다. 이는 상기 박막 시편(100)에 형성된 패턴(110) 단면의 형상을 모두 전반사 시킬 수 있기 때문이다.
또한, 상기 단면검사부재(200)의 전반사면(211)까지 빛이 도달하기 위해서 상기 단면검사부재(200)는 광 투과성 물질인 것이 바람직하다.
나아가 상기 광 투과성 물질은 탄소나노튜브(CNT), 징크옥사이드(ZnO), 틴옥사이드(SnO2), 인듐옥사이드-틴옥사이드(In2O3-SnO2), 폴리이미드(Polyimide,PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate,PC), 플리스티렌(Polystyrene,PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate,PET), 싸이클로 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer,COC), 트리아세틸셀룰로오스(Triacetylcellulose,TAC), 유리(SiO2), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA), 또는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane,PDMS) 중 어느 하나인 것이 효과적이며, 바람직하게는 폴리카보네이트(Polycarbonate,PC), 유리(SiO2), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA), 또는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane,PDMS) 중 어느 하나인 것이 효과적이며, 가장 바람직하게는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane,PDMS)인 것이 효과적이다. 상기 물질들은 광 투과율이 85%이상의 값을 가지므로 빛이 단면검사부재(200)를 통과하여 전반사면(211)에 도달하기에 적합하며, 기계적 강도가 크지 않아 상기 전반사 패턴(210) 형성시 식각이 용이하다는 장점이 있다.
한편, 상기 단면검사부재(200)는 다양한 a 및 삼각형의 높이를 갖는 전반사 패턴(210)이 형성되어 제작되는 것이 바람직하다. 이 경우 박막 시편(100)에 형성된 패턴(110)의 깊이 및 단면적에 따라 적절한 단면검사부재(200)를 사용하여 시편의 관찰이 가능한 장점이 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 단면 검사 시스템의 제1실시예는 패턴(110)이 형성된 박막 시편(100), 단면검사부재(200), 광원(300), 검사부(400)를 포함한다.
상기 단면 검사 시스템의 상기 광원(300)은 빛을 상기 박막 시편(100)에 형성된 패턴(110)의 단면에 조사하여 패턴(110) 단면의 형상을 상기 전반사 패턴(210)의 상기 전반사면(211)에 전달하기 위한 조명 수단이다.
따라서 상기 광원(300)은 빛이 상기 패턴(110)의 단면을 통과하여 상기 전반사 패턴(210)에 순차적으로 조사되도록 위치하며, 더욱 바람직하게는 상기 박막 시편(100)의 일 측면에 위치하며, 가장 바람직하게는 광원(300), 패턴(110), 전반사 패턴(210)의 순서로 일직선상에 나란하게 위치하는 것이 효과적이다.
또한, 상기 광원(300)은 빛을 낼 수 있는 조명 수단이면 무방하다.
상기 검사부(400)는 상기 광원(300)으로부터 조사되어 전반사 패턴(210)에서 전반사 된 빛을 감지하여 상기 패턴(110)의 단면의 형상을 검사하기 위한 감지 수단이다.
따라서 검사부(400)가 입사된 빛을 감지할 수 있도록 상기 단면검사부재(200)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 전반사 패턴(210)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 전반사 패턴(210)의 수직방향에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 전반사 패턴(210)이 양각 또는 음각으로 형성됨에 무관하게 전반사 된 빛을 상기 검사부(400)에서 모두 감지할 수 있도록 전반사 되는 광 경로를 고려하여 위치시키는 것이 바람직하다.
한편, 패턴(110)이 형성된 박막 시편(100)은 형성된 패턴(110)의 형상을 상기 단면 검사 시스템을 이용하여 측정시 대상이 되는 시편으로서, 광원(300)에서 조사된 빛을 온전히 투과시켜 상기 단면검사부재(200)의 전반사 패턴(210)에 전달하도록 형성된다.
따라서 상기 박막 시편(100)은 광 투과성 물질인 것이 바람직하다.
나아가 상기 광 투과성 물질은 탄소나노튜브(CNT), 징크옥사이드(ZnO), 틴옥사이드(SnO2), 인듐옥사이드-틴옥사이드(In2O3-SnO2), 폴리이미드(Polyimide,PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate,PC), 플리스티렌(Polystyrene,PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephtalate,PET), 싸이클로 올레핀 공중합체(cyclic olefin copolymer,COC), 트리아세틸셀룰로오스(Triacetylcellulose,TAC), 유리(SiO2), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA), 또는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane,PDMS) 중 어느 하나인 것이 효과적이며, 바람직하게는 폴리카보네이트(Polycarbonate,PC), 유리(SiO2), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate,PMMA), 또는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane,PDMS) 중 어느 하나인 것이 효과적이며, 가장 바람직하게는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane,PDMS)인 것이 효과적이다. 상기 물질들은 광 투과율이 85%이상의 값을 가지므로 빛이 시편의 단면을 통과하여 상기 단면검사부재(200)의 전반사면(211)에 도달하기에 적합하다는 장점이 있다.
또한, 상기 박막 시편(100)에 형성된 패턴(110)은 식각(Etching), 포토리소그래피(Photolithography), 프린팅(Printing) 등 그 형성 방법에 제한 없이 형성되어도 무방하며, 단일 패턴 또는 다양한 형태의 패턴이 형성될 수 있으나, 단일 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 단일 패턴으로 형성될 경우, 하나의 전반사 패턴(210)만으로도 단면의 형상을 관찰이 가능한 장점이 있다.
또한, 상기 패턴(110)은 양각 또는 음각으로 형성되어도 무방하며, 패턴(110) 및 전반사 패턴(210)의 형성된 형태가 하기의 전반사가 일어나기 힘든 조건의 경우, 하기 광학 부재(230)를 삽입함으로써 문제를 해결할 수 있다.
또한, 패턴(110)의 깊이나 단면적 및 단면의 형상 또한 다양하게 형성되어도 무방하나, 동일한 깊이, 단면적 및 단면의 형상을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 동일한 깊이, 단면적 및 단면의 형상으로 형성될 경우 단면 형상의 관찰이 용이한 장점이 있다.
도 3은 본 발명에 의한 단면검사부재를 이용한 단면 검사 시스템의 사시도이다.
도 3과 같이, 상기 패턴(110)의 단면은 종단면 또는 횡단면인 것을 특징으로 하며, 본 발명은 상기 패턴(110)의 종단면 또는 횡단면 모두 간단한 전반사 패턴(210)이 형성된 단면검사부재(200) 만으로 검사가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 실시예 1 뿐만 아니라, 하기 모든 실시예에서 설명되는 본 발명은 도 3과 같이, 패턴(110)의 종단면 또는 횡단면 모두를 검사하기에 적용할 수 있음은 당연하다.
제2실시예
도 4는 본 발명에 의한 단면검사부재의 제2실시예를 도시하며, 도 5는 상기 단면검사부재의 제2실시예를 이용한 단면 검사 시스템을 도시한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 단면검사부재(200)는 상기 전반사면(211)은 거울(212)로 코팅되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 거울(212)은 상기 패턴(110)을 통과한 빛을 모두 반사시키기 위한 물질에 해당한다. 이 경우, 거울(212)의 반사율이 매우 높기 때문에 전반사면(211)이 상기 전반사가 일어나기 힘든 조건이더라도 단면 형상을 관찰할 수 있는 장점이 있다.
이 경우, 상기 전반사면(211)과 상기 단면검사부재의 표면(220)이 이루는 각도는 1° 내지 89°의 각도를 가지도록 형성될 수 있으나, 바람직하게는 30° 내지 60°, 가장 바람직하게는 45°의 각도를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 30이 경우, 상기 전반사면(211)과 상기 전반사 패턴(210)의 삼각형의 밑변이 이루는 각도는 1° 내지 89°의 각도를 가지도록 형성될 수 있으나, 바람직하게는 30° 내지 60°, 가장 바람직하게는 45°의 각도를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 거울(212)의 반사율을 감안하더라도 단면의 형상을 온전히 다 반사시킬 수 있는 장점이 있다. 거울(212)의 반사율 단면의 형상을 온전히 다 반사시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 5와 같이 상기 단면 검사 시스템의 제2실시예는 상기 단면 검사 시스템의 제1실시예에서 설명한 바와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
제3실시예
도 6는 본 발명에 의한 단면검사부재의 제3실시예를 도시하며, 도 7은 상기 단면검사부재의 제3실시예를 이용한 단면 검사 시스템을 도시한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 단면검사부재(200)의 제3실시예는 상기 박막 시편(100)의 상기 패턴(110) 및 상기 전반사 패턴(210)의 전반사면(211) 사이에 전반사를 위한 광학 부재(230)를 더 포함한다.
여기서, 상기 광학 부재(230)는 상기 전반사 패턴(210)의 전반사면(211)을 통해 전반사가 일어나기 힘든 조건의 경우, 추가적으로 삽입되어 전반사가 일어나도록 작용하는 부재이다.
전반사가 일어나기 힘든 조건이란, 빛이 진행하고 있는 매질과 입사하려는 매질의 굴절율이 동일하거나, 굴절율이 작은 매질에서 큰 매질로 빛이 통과하는 경우, 또는 광 투과율이 매우 낮아 빛의 진행이 어려운 경우 등을 의미하며, 특히 상기 단면검사부재(200)의 전반사 패턴(210)이 양각으로 형성된 경우가 이에 해당한다.
이 경우 상기 광학 부재(230)는 m＞n1을 만족하는 것이 바람직하다. (m은 상기 광학 부재(230)의 굴절률, n1은 상기 빛이 진행하는 매질인 상기 박막 시편(100)의 굴절률)
나아가, 상기 광학 부재(230)는 고체, 액체 또는 고-액 에멀젼 상태일 수 있으며, 광 투과성을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 빛이 상기 패턴(110)으로부터 상기 전반사 패턴(210)의 전반사면(211) 까지 통과하는 경로 전 구간에 걸쳐 충진 되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 광학 부재(230)의 일면은 반드시 상기 전반사면(211)과 접하도록 삽입되는 것이 효과적이다.
또한, 상기 광학 부재(230)가 충진 될 경우 상기 전반사 패턴(210)의 상기 전반사면(211)은 arcsin(n1/m)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성될 수 있다.(a는 상기 전반사면(211)과 상기 단면검사부재의 표면(220)이 이루는 내각, m은 상기 광학 부재(230)의 굴절률, n1은 상기 빛이 진행하는 매질인 상기 박막 시편(100)의 굴절률, θ는 상기 광원(300)에서 나온 입사광과 전반사면(211)의 법선이 이루는 각.) 상기 전반사면(211)이 arcsin(n1/m)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성될 경우 스넬의 법칙(Snell's Low)에 의하여 광원(300)의 위치와는 무관하게 단면의 형상을 전반사 시키는 것을 가능하게 하는 장점이 있으며, 전반사를 통해 박막에 형성된 패턴(110)의 단면을 집적 촬영하지 않고도 관찰이 가능하여 경제적인 패턴 검사가 가능한 장점이 있다.
나아가, 도 7과 같이 상기 단면 검사 시스템의 제3실시예는 상기 단면 검사 시스템의 제1실시예에서 설명한 바와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 바람직한 형태로써, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 초점조절부재(240)를 더 포함할 수 있다. (도 1, 도 4 및 도 6 참조)
상기 초점조절부재(240)는 광원(300)에서 나온 빛의 초점을 조절하여 상기 전반사면(211)에서 반사된 영상을 선명하게 하기 위한 부재이다.
따라서, 상기 초점조절부재(240)는 상기 광원(300) 및 상기 전반사면(211) 사이에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 패턴(110) 및 상기 전반사면(211) 사이에 형성되는 것이 효과적이다.
또한, 상기 초점조절부재(240)는 고 굴절율 유리(High reflective index glass) 또는 고 굴절율의 액체가 충진된 패턴일 수 있으며, 초점조절부재(240)를 통과한 빛이 다시 박막 시편(100)을 향하여 입사할 때, 전반사가 일어나지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 패턴(110)의 단면을 더욱 효과적으로 관찰하기 위하여, 형광염료를 상기 패턴(110) 단면에 채워 넣을 수 있다.
이상으로, 본 발명에 의한 단면검사부재의 구성에 대해 설명하였으며, 이하 상기 단면검사부재를 이용한 단면 검사 방법에 대하여 설명한다.
도 8은 상기 단면검사부재를 이용한 단면 검사 방법을 순차적으로 도시한 것이다.
도 8과 같이, 본 발명에 따른 단면 검사 방법은 검사부재 제조단계(S100), 검사부재 부착단계(S200), 광 조사단계(S300), 단면 투과단계(S400), 전반사 단계(S500), 광 감지단계(S600), 출력단계(S700)를 포함한다.
먼저, 검사부재 제조단계(S100)는 전반사 패턴(210)이 형성된 단면검사부재(200)를 제조하는 단계로서, 특히 단면 형상을 전반사 시키기 위한 전반사면(211)을 형성하는 단계이다.
여기서 상기 전반사 패턴(210), 전반사면(211)은 상기 전반사 패턴(210)을 이용한 단면검사부재에서 설명한 바와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 전반사가 일어나기 힘든 조건일 경우 상기 패턴(110) 및 상기 전반사면(211) 사이에 광학 부재(230)를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 광학 부재(230) 및 전반사면(211)은 상기 전반사 패턴(210)을 이용한 단면검사부재에서 설명한 바와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
검사부재 부착단계(S200)는 패턴(110)이 형성된 박막 시편(100)의 일 측면에 상기 단면검사부재(200)를 위치시키는 단계이다.
이 경우 패턴(110)의 일 측면 중 어느 하나의 위치에 위치시키는 것이 바람직하다.
또한, 빛이 상기 패턴(110)을 통과하여 전반사면(211)에 순차적으로 조사되도록 위치하는 것이 효과적이며, 더욱 바람직하게는 광원(300), 패턴(110), 전반사 패턴(210)의 순서로 일직선상에 나란하게 위치하도록 단면검사부재를 위치시키는 것이 효과적이다.
광 조사단계(S300)는 광원(300)으로부터 나온 빛이 상기 패턴(110)의 단면에 입사하는 단계이다. 따라서, 상기 광원(300)에서 나온 빛이 상기 패턴(110)의 단면을 모두 투과할 수 있도록 입사각을 조절하여 광을 조사하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 광원(300)은 빛을 상기 박막 시편(100)에 형성된 패턴(110)의 단면에 조사하여 패턴(110) 단면의 형상을 상기 전반사 패턴(210)의 상기 전반사면(211)에 전달하기 위한 조명 수단이다.
따라서 상기 광원(300)은 빛이 상기 패턴(110)의 단면을 통과하여 상기 전반사 패턴(210)에 순차적으로 조사되도록 위치하는 것이 바람직하다.
단면 투과단계(S400)는 상기 빛이 상기 패턴(110)의 단면을 투과하여 상기 전반사 패턴(210)의 전반사면(211)에 입사되는 단계로서, 패턴(110)의 단면을 모두 투과한 빛이 상기 전반사면(211)에 온전히 입사되는 것이 바람직하다.
전반사 단계(S500)는 상기 전반사면(211)에 입사된 빛이 전반사를 일으키는 단계이다.
이 경우, 전반사면(211)에 입사된 빛은 스넬의 법칙(Snell's Low)에 따라 하기 수학식 1을 만족할 경우, 전반사를 일으킨다.
Figure 112012029648871-pat00001
(b = 빛이 진행하고 있는 매질의 굴절률, a = 빛이 입사하려는 매질의 굴절률, θ = 광원(300)에서 나온 입사광과 전반사면(211)의 법선이 이루는 각)
광 감지단계(S600)는 상기 전반사면(211)에서 전반사 된 빛이 검사부(400)를 향하여 입사되며, 상기 검사부(400)를 향하여 입사된 빛을 검사부(400)에서 감지하는 단계이다.
따라서 검사부(400)가 입사된 빛을 감지할 수 있도록 상기 단면검사부재(200)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 전반사 패턴(210)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 전반사 패턴(210)의 수직방향에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 전반사 패턴(210)이 양각 또는 음각으로 형성됨에 무관하게 전반사된 빛을 상기 검사부(400)에서 모두 감지할 수 있도록 전반사 되는 광 경로를 고려하여 위치시키는 것이 바람직하다.
마지막으로 출력단계(S700)는 상기 검사부(400)가 신호를 보내고 출력 수단(500)에 의하여 단면 형상을 출력하는 단계이다.
이상으로 본 발명의 다양한 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명하였다. 상기하였듯이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 발명은 패턴(110)의 종단면 또는 횡단면 모두를 검사하기에 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
100 : 박막 시편
110 : 패턴
200 : 단면검사부재
210 : 전반사 패턴 211 : 전반사면 212 : 거울
220 : 단면검사부재의 표면
230 : 광학 부재
240 : 초점조절부재
300 : 광원
400 : 검사부
500 : 출력 수단
S100 : 검사부재 제조단계
S200 : 검사부재 부착단계
S300 : 광 조사단계
S400 : 단면 투과단계
S500 : 전반사 단계
S600 : 광 감지단계
S700 : 출력단계

Claims (13)

  1. 광원, 상기 광원으로부터 발생하는 광경로 상에 위치하며 패턴이 형성되는 박막 시편, 상기 박막 시편의 상부 또는 하부에 위치하는 검사부를 이용하며,
    상기 광경로를 따라서 상기 박막 시편의 후단에 설치되며, 상기 박막 시편 패턴으로부터 출사하는 빛을 상기 검사부 측으로 전반사하기 위하여 상기 박막 시편의 패턴의 횡단면 또는 종단면과 마주보는 전반사 면을 형성하는 전반사패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전반사면은 arcsin(n2/n1)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, n2는 상기 빛이 입사하려고 하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전반사면은 거울로 코팅된 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패턴과 상기 전반사면 사이에 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전반사면은 arcsin(n1/m)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되며, 상기 광학 부재는 m＞n1을 만족하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, m은 상기 광학 부재의 굴절률, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴과 상기 전반사 패턴 사이에 형성되며, 상기 패턴의 단면 형상을 선명하게 하는 초점조절부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴의 단면은 종단면 또는 횡단면인 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면검사부재.
  8. 전반사 면을 포함하는 전반사 패턴이 형성된 단면검사부재를 제조하는 검사부재 제조단계;
    상기 전반사 면이 패턴이 형성된 박막 시편의 횡단면 또는 종단면에 마주보도록 상기 단면검사부재를 위치시키는 검사부재 부착단계;
    광원으로부터 나온 빛이 상기 패턴의 단면에 입사되는 광 조사단계;
    상기 빛이 상기 패턴의 단면을 투과하여 상기 단면검사부재의 전반사 패턴의 전반사면에 입사하는 단면 투과단계;
    상기 전반사면에 입사된 빛이 전반사를 일으키는 전반사 단계;
    상기 전반사면에서 전반사 된 빛이 검사부를 향하여 입사되며, 상기 검사부를 향하여 입사된 빛을 감지하는 광 감지단계; 및
    상기 검사부가 신호를 보내고 출력 수단에 의하여 단면 형상을 출력하는 출력단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면 검사 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전반사면은 arcsin(n2/n1)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면 검사 방법. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, n2는 상기 빛이 입사하려고 하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
  10. 제8항에 있어서,
    상기 패턴과 상기 전반사면 사이에 광학 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면 검사 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전반사면은 arcsin(n1/m)<θ를 만족하는 a를 갖도록 형성되며, 상기 광학 부재는 m＞n1을 만족하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면 검사 방법. (a는 상기 전반사면과 상기 단면검사부재의 표면이 이루는 내각, m은 상기 광학 부재의 굴절률, n1은 상기 빛이 진행하는 매질의 굴절률, θ는 입사광과 전반사면의 법선이 이루는 각)
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴과 상기 전반사 패턴 사이에 형성되며, 상기 패턴의 단면 형상을 선명하게 하는 초점조절부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면 검사 방법.
  13. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴의 단면은 종단면 또는 횡단면인 것을 특징으로 하는 전반사 패턴을 이용한 단면 검사 방법.
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