KR102015811B1 - 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치 - Google Patents

분광 타원계를 이용한 표면 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료로부터 반사되는 반사광을 라인단위로 동시에 분광하고, 다 측정점으로 이루어지는 라인영역에 대한 공간정보와 파장정보를 분리하여 2차원 이미지 형태로 한번에 획득함으로써, 다 측정점에 대한 동시 분석이 가능하면서도 고 공간 분해능을 갖도록 해 주는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치는, 광원에서 발생된 광을 선편광으로 변화시켜 시료 표면으로 투사하되, 시료 표면으로 라인형태의 측정광을 집속시키는 편광제어모듈과, 시료를 기준으로 상기 편광제어모듈과 대칭적으로 위치하면서, 상기 시료로부터 반사되는 특정 편광 특성을 갖는 반사광에 대해 측정광 라인에 대응되는 다 측정점 위치에 해당하는 공간정보와 각 측정점별 파장의 분광정보를 서로 다른 축상에 결상시켜 2차원 이미지의 측정 영상을 획득하는 편광분석모듈 및, 상기 편광분석모듈로부터 제공되는 2차원 이미지의 측정 영상 분석을 통해 라인단위의 다 측정점에 대한 파장정보에 기초한 타원상수를 산출함으로써, 시료의 표면상태를 라인단위로 분석하는 영상분석모듈을 포함하여 구성되되, 상기 편광분석모듈은 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광의 각 측정점을 타측에 배치된 CCD 카메라의 공간정보 결상 축의 픽셀 크기와 일대일 매칭되는 크기로 결상시키는 결상 분광기를 포함하여 구성되고, 상기 결상 분광기는 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광이 CCD 카메라로 집속되도록 광 경로를 형성하는 복수개의 미러들과, 미러들에 형성되는 광경로상에 라인형태의 반사광을 분광하는 반사형 분광기가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

분광 타원계를 이용한 표면 검사장치{APPARATUS FOR INSPECTING SURFACEUSING USING SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETER}
본 발명은 광학 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료로부터 반사되는 반사광을 라인단위로 분광하고, 다 측정점으로 이루어지는 라인영역에 대한 공간정보와 파장정보를 분리하여 2차원 이미지 형태로 한번에 획득함으로써, 다 측정점에 대한 동시 분석이 가능하면서도 고 공간 분해능을 갖도록 해 주는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이, 광학박막 등의 분야에서 비 파괴적 측정 방법으로 다양하게 사용되고 있는 타원법(Ellipsometry)은 제어된 편광상태를 갖고 있는 빛을 시료에 입사시킨 후 반사광의 변화된 편광상태를 측정, 분석하여 편광을 변화시킨 요인인 시료의 조밀도 변화, 광학적 두께, 복소 귤절률 등을 구하는 방법이다.
이를 위한 장치를 타원계라 칭하며 타원계는 빛의 편광상태를 제어하고 측정 및 분석하기 장치로서, 일반적으로 광원, 편광 발생모듈, 시료, 편광 검출모듈, 광 검출기로 구성되며, 특히 타원계 중 빛의 파장에 따라 측정 및 분석을 하는 타원계를 분광 타원계라고 한다.
최근 반도체 공정은 회로 선폭 30 nm 대의 공정에서 회로 선폭 1x nm 대의 공정으로 진행됨에 따라 박막의 공정 두께와 선폭 또한 작아지며 반도체분야에서 박막의 두께를 모니터링 하는 데 필수적으로 사용되고 있는 분광 타원계 분야에서도 공간 분해능을 향상시키는 요구가 커지고 있다.
분광 타원계는 광원에서 출원한 빛을 집속 광학계를 사용하여 시료 표면에 한 점이 스폿으로 집속하는데, DUV 영역에서부터 근 적외선 영역까지의 넓은 파장 대역에 대해 시료위치에서 수십 μm 이내의 직경을 가지는 스폿을 만들어 내기는 빛의 회절 한계와 광학계의 가공, 조립 오차 등의 원인으로 구현하는데 매우 어려운 단점이 있다.
또한, 상기한 분광 타원계는 타원계의 광원에서 발생한 빛이 측정을 위한 한 점의 스폿으로 집광되어 스폿의 한 점의 두께, 굴절률 등과 같은 광학적 물성을 측정한다. 이에 따라 시료의 측정점마다 시료나 측정 모듈을 기계적으로 이동시켜야 하는 불편함이 있음은 물론, 대면적의 시료를 측정하기 위해서는 많은 측정 시간이 요구되는 단점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-1057093호 (명칭 : 분광 타원해석기) 2. 한국공개특허 제2016-0012476호 (명칭 : 분광 타원편광 측정 시스템과 방법 및 데이터 분석 장치와 방법)
이에, 본 발명은 시료로 다점 영역에 대응되는 라인 단위의 측정광을 시료로 입사시키고, 시료에서 반사된 라인단위의 측정광을 반사형 광학 분산계를 이용하여 다파장으로 분산하여 CCD카메라로 제공하되, 한 축은 파장의 분광정보가 표시되고 다른 한 축은 시료의 위치정보가 표시되는 2차원 형태의 측정 영상을 CCD 카메라를 통해 수집함으로써, 종래 분광 타원계의 스폿 한 점에 대한 측정만 가능한 측정 제한과, 고 공간 분해능 분광 타원계가 갖는 스폿의 한계를 극복할 수 있도록 해 주는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치를 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치는, 광원에서 발생된 광을 선편광으로 변화시켜 시료 표면으로 투사하되, 시료 표면으로 라인형태의 측정광을 집속시키는 편광제어모듈과, 시료를 기준으로 상기 편광제어모듈과 대칭적으로 위치하면서, 상기 시료로부터 반사되는 특정 편광 특성을 갖는 반사광에 대해 측정광 라인에 대응되는 다 측정점 위치에 해당하는 공간정보와 각 측정점별 파장의 분광정보를 서로 다른 축상에 결상시켜 2차원 이미지의 측정 영상을 획득하는 편광분석모듈 및, 상기 편광분석모듈로부터 제공되는 2차원 이미지의 측정 영상 분석을 통해 라인단위의 다 측정점에 대한 파장정보에 기초한 타원상수를 산출함으로써, 시료의 표면상태를 라인단위로 분석하는 영상분석모듈을 포함하여 구성되되, 상기 편광분석모듈은 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광의 각 측정점을 타측에 배치된 CCD 카메라의 공간정보 결상 축의 픽셀 크기와 일대일 매칭되는 크기로 결상시키는 결상 분광기를 포함하여 구성되고, 상기 결상 분광기는 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광이 CCD 카메라로 집속되도록 광 경로를 형성하는 복수개의 미러들과, 미러들에 형성되는 광경로상에 라인형태의 반사광을 분광하는 반사형 분광기가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 편광제어모듈은 광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 일정 각도 단위로 회전함으로써, 광원으로부터 인가되는 백색광을 선편광으로 변화시키는 편광자와, 광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 측정광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제1 집속렌즈를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편광분석모듈은 상기 편광자에 대응되는 편광 특성을 갖는 반사광을 통과시키는 검광자와, 반사광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제2 집속렌즈, 제2 집속렌즈를 통과한 평행광 형태의 반사광을 분광하여 일정 경로로 반사시킴으로써, 공간정보와 파장정보를 서로 다른 축상에 결상시키는 결상 분광기 및, 결상 분광기의 결상면에 형성되는 2차원 이미지 형태의 측정 영상을 획득하는 CCD 카메라를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 결상 분광기는, 제2 집속렌즈로부터 인가되는 평행광 형태의 반사광을 라인 단위에 대응되는 형태로 유입하기 위한 라인 구조의 슬릿과, 슬릿의 대향면에 배치되면서, 슬릿을 통해 유입되는 평행광 형태의 반사광을 제1 방향각을 갖도록 반사시키는 제1 미러, 제1 미러의 대향면에 배치되면서, 제1 미러로부터 반사되는 평행광 형태의 반사광을 분광하여 제2 방향각을 갖도록 제1 미러 방향측으로 투사하되, 분광된 평행광 형태의 반사광을 파장정보와 공간정보로 분리하여 서로 다른 축을 갖도록 투사하는 분광기, 상기 분광기의 대향면에 배치되면서, 분광기로부터 입사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 제3 방향각을 갖도록 분광기 방향측으로 반사시키는 제2 미러 및, 상기 제2 미러의 대향면에 배치되면서, 제2 미러로부터 반사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 CCD 카메라가 위치하는 결상면에 결상시키는 제3 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 CCD 카메라를 통해 획득되는 측정 영상은 X축으로 파장정보가 형성되고, Y축으로 시료의 측정광 라인에 해당하는 측정점 위치정보가 형성되는 2차원 이미지인 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 영상분석모듈은 GPU(graphic processing unit )를 이용하여 측정광 라인에 해당하는 다 측정점에 대한 신호처리를 동시에 수행하도록 구성되는 것을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 하나의 2차원 이미지를 통해 수집한 라인단위의 다 측정점에 대한 분광정보를 이용하여 동시에 다 측정점에 대한 분석이 가능하여 시료 표면 검사의 신속성을 확보할 수 있음은 물론, 각 측정점에 대한 분광정보를 통해 수 μm 단위 공간 분해능을 갖는 매우 정밀한 검사장치를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치의 구성을 나타낸 도면.
도2는 도1에 도시된 결상 분광기(230)의 구성을 도시한 도면.
도3은 도2에 도시된 CCD 카메라(240)를 통해 획득된 측정 영상을 예시한 도면.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치의 구성을 도시한 도면이고, 도2는 도1에 도시된 결상 분광기(230)의 구성을 도시한 도면이며, 도3은 도2에 도시된 CCD 카메라(240)에서 획득된 측정 영상을 예시한 도면이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치는 시료(1)를 기준으로 편광제어모듈(100)과 편광분석모듈(200)이 상호 대칭적으로 특정각을 이루도록 배치되고, 편광분석모듈(200)의 출력단에는 영상분석모듈(300)이 결합되어 구성된다.
상기 편광제어모듈(100)은 백색광을 선편광으로 변조하여 라인형태의 측정광을 시료(1)로 조사한다.
시료(1)로 입사되는 라인형태의 측정광은 시료(1)의 표면 특성에 따라 편광상태가 변화되고, 표면 특성에 대응되는 편광상태의 반사광이 편광분석모듈(200)로 반사된다.
편광분석모듈(200)은 입사되는 반사광 중 상기 편광제어모듈(100)의 선편광 특성에 대응되는 편광 특성의 반사광을 통과시키고, 라인형태의 반사광을 분광하여 측정과 라인에 대한 공간정보와 분광정보를 분리하여 2차원 면형태로 결상시킨다.
그리고, 영상분석모듈(300)은 상기 편광분석모듈(200)로부터 제공되는 2차원 이미지를 이용하여 라인단위의 다 측정점에 대한 타원상수를 산출함으로써, 라인단위로 다 측정점에 대한 표면상태 분석처리를 동시에 수행한다.
일반적으로 종래 타원상수 산출처리는 CPU에서 처리되며, CPU는 직렬처리 방식(한 가지 작업을 마친 뒤 다음 작업을 처리)에 최적화된 1~8개의 코어로 구성되어 있어 구조상 하나의 측정점 단위로 타원상수 산출처리를 수행하게 된다. 즉, 타원상수 처리수단으로 CPU를 본 실시예에 적용하는 경우 하나의 라인에 대해 카메라의 공간정보에 해당하는 축의 픽셀 수와 각 픽셀(측정점)에 대한 소요시간을 곱한 만큼의 시간이 소요되는 단점이 있다.
또한, CCD 카메라의 픽셀수는 측정하는 공간분해능과도 연관되어 있고, CCD 카메라의 픽셀수를 높일수록 공간분해능이 향상된다.
즉, 시료에 대한 보다 정밀한 표면 검사를 위해서는 고 공간분해능이 요구되고, 이를 위해서는 보다 많은 수의 CCD 카메라 픽셀 수가 요구되나, CPU를 이용하여 각 측정점 단위로 타원상수를 산출하는 방법은 많은 소요시간이 요구되는 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 고 공간분해능을 만족하면서도 라인 단위의 고 측정점에 대해 보다 신속하게 타원상수를 산출하기 위해 GPU(graphic processing unit )를 이용하여 라인 단위로 신호처리를 수행함으로써, 다 측정점에 대한 타원상수 분석을 동시에 수행하는 것이 가능하다. GPU는 수백에서 수천 개의 코어가 들어가 있어 대량의 데이터를 동시에 처리하는 것이 가능하다.
여기서, 측정점에 대해 파장에 따른 특성정보를 근거로 타원상수를 산출하는 알고리즘은 측정된 파장별 광량과 편광자의 회전 각도 및, 사인(Sine), 코사인(Cosine) 함수를 이용하여 계산하는 공지의 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.
일반적으로 분광 타원계에서는 무편광 상태의 광을 원하는 편광상태를 제어하기 위해 선편광을 발생시키게 되는데, 선편광을 발생시키는 방식으로는 편광자를 회전시키는 RP(Rotating Polarizer) 방식과, 검광자를 회전 시키는 RA(Rotating Analyzer)방식이 있다.
본 실시예에서는 검광자를 회전 시키는 RA(Rotating Analyzer) 형태로 분광 결상 타원계를 구성하는 경우 이미지가 검광자의 회전에 따라 흔들림으로 인해 정확한 측정정보를 획득하는데 문제가 발생될 수 있음을 고려하여, 편광자를 회전시키는 RP(Rotating Polarizer) 방식으로 분광 결상 타원계를 구성한다.
본 발명에 따른 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치에 대해 보다 상세히 살펴보면,
먼저 편광제어모듈(100)은 광원(110)과 편광자(120) 및 제1 집속렌즈(130)를 포함하여 구성되고, 편광자(120) 및 제1 집속렌즈(130)는 광원(110)의 입력광축상에 순차로 배치된다. 이때, 편광자(120)와 제1 집속렌즈(130)의 배치 순서는 변경 가능하다.
상기 광원(110)은 시료(1)에 조사되는 광 발생장치로서, 원자외선(Deep Ultra Violet; DUV)에서부터 근적외선에 걸친 다양한 파장대역의 광, 즉 백색광을 발생한다.
편광자(120)는 광원(110)에서 발생한 광을 선 편광상태로 편광시킨다. 즉, 광원(100)에서 발생한 광은 일반적으로 특정 편광상태로 나타낼 수 없는 무 편광으로 나타나기 때문에 편광자(120)는 회전부(미도시)에 의해 일정 각도(편광 각도)단위로 회전함으로써, 편광자(120)를 통과하는 광의 편광을 변화시킨다.
제1 집속렌즈(130)는 상기 편광자(120)에 의해 편광된 측정광을 라인형태의 평행광으로 시료(1)에 집속시킨다.
한편, 시료(1)의 표면에 입사된 측정광은 시료(1)의 굴절률, 두께와 같은 광학적, 구조적 특징에 따라 변형된 편광이 반사되어 편광분석모듈(200)로 입사된다.
편광분석모듈(200)은 검광자(210)와 제2 집속렌즈(220), 결상 분광기(230) 및, CCD 카메라(240)를 포함하여 구성되고, 검광자(210)와 제2 집속렌즈(220) 및 결상 분광기(230)는 반사광 경로상에 순차로 배치된다. 이때, 상기 검광자(210)와 제2 집속렌즈(220)의 배치 순서는 변경 가능하다. 그리고, 상기 결상 분광기(230)와 CCD카메라(240)는 일체로 구성되어 CCD 카메라(240)에서 보다 안정적인 2차원 이미지를 획득할 수 있도록 한다.
검광자(210)는 편광제어모듈(100)의 편광자(110)에 의해 변조된 편광 특성에 대응하여 시료(1)로부터 인가되는 반사광 중 특정 편광만을 통과시킨다.
제2 집속렌즈(220)는 검광자(210)를 통과하는 반사광을 라인형태의 평행광으로 결상 분광기(230)에 집속시킨다.
결상 분광기(230)는 제2 집속렌즈(220)를 통과하여 인가되는 평행광 형태의 반사광을 분광하여 일정 경로로 반사시키되, 반사광에 포함된 공간정보와 파장정보를 분리하여 2차원의 서로 다른 축상에 결상시키도록 반사경로를 형성함으로써, 측정광 라인에 해당하는 다 측정점에 대한 분광정보를 2차원의 면 형태로 결상시킨다.
이러한 결상 분광기(230)는 슬릿(231)과, 제1 미러(232), 분광기(233), 제2 미러(234) 및, 제3 미러(235)를 포함하여 구성된다. 이때, 제1 내지 제3 미러(232,234,235) 및 분광기(233)는 일정 크기 및 형상의 내부 공간을 갖는 하우징(2)의 내측에 반사 경로가 형성되도록 적절히 배치된다.
즉, 상기 결상 분광기(230)는 미러들로 구성되므로 색수차가 발생지 않으며, 파장대역에 대한 제한을 받지 않고 고해상 광학계의 제작에 유리하고, 투과 매질을 사용하지 않아 파장변화에 따른 특성이 없으므로 DUV로부터 근적외선에 걸친 넓은 파장대역에 적용할 수 있다.
슬릿(231)은 하우징(2)의 일측에 형성되어 제2 집속렌즈(220)로부터 인가되는 평행광 형태의 반사광을 하우징(2) 내부로 유입한다. 슬릿(231)은 반사광의 평행광 형태에 대응되는 라인 구조로 형성된다. 슬릿(231)은 주변 빛이 유입되는 것을 차단하는 기능을 수행함은 물론, 구조를 좁게 형성함으로써 분해능 또는 처리량을 감소시키는 기능을 수행한다. 도3 (A)는 슬릿(231)을 통해 반사형 분광계(230)로 유입되는 라인 형태의 반사광(L)을 나타낸 것으로, 시료(1)의 일정방향에 위치하는 다수의 측정점들로 이루어지는 측정광 라인에 대응된다.
제1 미러(232)는 상기 슬릿(231)의 대향면에 일정 거리 이격되게 배치되면서, 슬릿(231)을 통해 유입되는 라인 형태의 반사광을 제1 방향각을 갖도록 반사시킨다. 제1 미러(232)는 슬릿(231)을 통해 유입되면서 분산된 반사광을 평행하게 만들어 출력하는 시준기, 예컨대 콜리메이팅 미러로 이루어질 수 있다. 이때, 시준기의 크기에 따라 분광기 내의 광선의 직경이 결정된다.
분광기(233)는 제1 미러(232)의 대향면에 일정 거리 이격되게 배치되면서, 제1 미러(232)로부터 반사되는 라인 형태의 반사광을 분광하여 제2 방향각을 갖도록 제1 미러 방향측으로 투사한다.
이때, 분광기(233)는 라인 형태의 반사광을 라인에 대응되는 공간정보와 공간 위치(측정점 위치)별 분광되는 파장정보가 서로 다른 축에 결상되도록 분리하여 투사한다. 예컨대, 분광기(233)는 회절격자로 이루어질 수 있으며, 고정 회절격자 를 통해 측정점에 대한 파장정보를 서로 다른 방향으로 투사시킴으로써, 공간정보와 파장정보를 서로 다른 축상에 결상시킬 수 있다.
제2 미러(234)는 상기 분광기(233)의 대향면에 일정 거리 이격되게 배치되면서, 분광기(233)로부터 입사되는 반사광을 제3 방향각을 갖도록 분광기 방향측으로 반사시킨다.
제3 미러(235)는 제2 미러(234)의 반사경로상에 제2 미러(234)와 일정 거리 이격되게 배치되면서, 제2 미러(234)로부터 반사되는 반사광에 대해 공간정보와 분광정보를 2차원의 서로 다른 축 상에 각각 결상시킨다.
그리고, 상기 제3 미러(235)에서 반사되는 반사광의 결상면(236)에는 CCD 카메라(240)가 배치된다. 결상면(236)은 상기 슬릿(231)의 대향면에 배치된다.
여기서, 상기 분광기(232)와 제2 미러(234), 제3 미러(235) 및 결상면(236)의 위치는 분광기(232)에서 분광된 반사광이 결상면(236)에 결상되는 초점거리에 대응하여 적절하게 설정된다.
즉, 라인 형태의 반사광이 결상 분광기(230)의 하우징(2) 내측으로 유입된다. 이때, 슬릿(231)이 형성된 하우징(2)의 대향측에는 CCD 카메라(240)가 배치된다.
도3에서 (B)는 CCD 카메라(240)를 통해 수집된 2차원 이미지 형태의 측정 영상을 예시한 도면이다.
도3에 도시된 바와 같이 측정 영상은 X축은 파장(wavelength)정보, Y축은 라인 공간정보(Row)로 이루어지는 2차원 이미지로 이루어진다. 여기서, Y축은 (A)에서 시료(1)로 제공되는 입사광 라인(L)에 대응되는 각 측정점의 위치가 된다.
다시말해, CCD 카메라(240)를 통해 시료로 입사된 측정광 라인에 대응되는 다수의 각 측정점에 대한 분광정보가 2차원 이미지로 획득된다. 여기서, 하나의 라인에 해당하는 측정점의 수는 CCD 카메라(240)의 픽셀 수에 따라 수십에서 수천개의 측정점으로 설정될 수 있다.
일반적으로 CCD 카메라(240)의 픽셀 하나의 크기는 4 ~ 5 μm를 갖는다. 따라서, 시료 표면의 다 측정점에 대한 각각의 측정점을 1 대 1 광학계를 이용하여 CCD 픽셀 각각의 위치에 매칭하게 하면 5 μm이하 크기 이하의 측정점에 대한 측정이 가능한 마이크로 스폿 분광 타원계를 구성할 수 있다. 이때, 편광분석모듈(200)은 CCD 카메라(240)의 공간정보 결상 축의 픽셀과 일대일 매칭되게 시료 표면 측정점을 형성하도록 광학계를 구성한다.
즉, 기존 반도체 라인의 공정 측정용 분광 타원계의 마이크로 스폿 광학계는 회절 한계로 인해 측정할 수 있는 스폿의 크기가 20~30 μm를 한계로 보고 있다. 하지만 본 발명에 따른 다 측정점 분광 타원계 방식을 적용할 경우 기존의 마이크로 스폿 광학계가 갖고 있는 회절 한계를 극복하여 수 μm의 측정점에 대한 측정이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다 측정점으로부터 이루어지는 라인 단위로 각 측정점에 대한 분광정보를 동시에 획득할 수 있다. 이를 통해 시료나 검사모듈을 이동하지 않고서도 시료의 다 측정점에 대한 측정이 가능하게 됨은 물론, 반사형의 결상 분광기를 통해 각 측정점에 대해 넓은 파장대역에 대한 파장정보를 획득함으로써, 고 공간 분해능을 갖는 검사결과를 얻을 수 있다.
100 : 편광제어모듈, 110 : 광원,
120 : 편광기, 130 : 제1 집속렌즈,
200 : 편광분석모듈, 210 : 검광자,
220 : 제2 집속렌즈, 230 : 결상 분광기,
231 : 슬릿, 232,234,235 : 미러,
233 : 분광기, 236 : 결상면,
240 : CCD 카메라, 300 : 영상분석모듈,
1 : 시료, 2 : 하우징.

Claims (7)

  1. 광원에서 발생된 광을 선편광으로 변화시켜 시료 표면으로 투사하되, 시료 표면으로 라인형태의 측정광을 집속시키는 편광제어모듈과,
    시료를 기준으로 상기 편광제어모듈과 대칭적으로 위치하면서, 상기 시료로부터 반사되는 특정 편광 특성을 갖는 반사광에 대해 측정광 라인에 대응되는 다 측정점 위치에 해당하는 공간정보와 각 측정점별 파장의 분광정보를 서로 다른 축상에 결상시켜 2차원 이미지의 측정 영상을 획득하는 편광분석모듈 및,
    상기 편광분석모듈로부터 제공되는 2차원 이미지의 측정 영상 분석을 통해 라인단위의 다 측정점에 대한 파장정보에 기초한 타원상수를 산출함으로써, 시료의 표면상태를 라인단위로 분석하는 영상분석모듈을 포함하여 구성되되,
    상기 편광분석모듈은 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광의 각 측정점을 타측에 배치된 CCD 카메라의 공간정보 결상 축의 픽셀 크기와 일대일 매칭되는 크기로 결상시키는 결상 분광기를 포함하여 구성되고,
    상기 결상 분광기는 일측에 형성된 슬릿으로부터 인가되는 라인형태의 반사광이 CCD 카메라로 집속되도록 광 경로를 형성하는 복수개의 미러들과, 미러들에 형성되는 광경로상에 라인형태의 반사광을 분광하는 반사형 분광기가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편광제어모듈은 광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 일정 각도 단위로 회전함으로써, 광원으로부터 인가되는 백색광을 선편광으로 변화시키는 편광자와,
    광원과 시료 사이의 광축상에 배치되어 측정광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제1 집속렌즈를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 편광분석모듈은 상기 편광자에 대응되는 편광 특성을 갖는 반사광을 통과시키는 검광자와,
    반사광을 라인형태의 평행광으로 변화시키는 제2 집속렌즈,
    제2 집속렌즈를 통과한 평행광 형태의 반사광을 분광하여 일정 경로로 반사시킴으로써, 공간정보와 파장정보를 서로 다른 축상에 결상시키는 결상 분광기 및,
    결상 분광기의 결상면에 형성되는 2차원 이미지 형태의 측정 영상을 획득하는 CCD 카메라를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결상 분광기는,
    제2 집속렌즈로부터 인가되는 평행광 형태의 반사광을 라인 단위에 대응되는 형태로 유입하기 위한 라인 구조의 슬릿과,
    슬릿의 대향면에 배치되면서, 슬릿을 통해 유입되는 평행광 형태의 반사광을 제1 방향각을 갖도록 반사시키는 제1 미러,
    제1 미러의 대향면에 배치되면서, 제1 미러로부터 반사되는 평행광 형태의 반사광을 분광하여 제2 방향각을 갖도록 제1 미러 방향측으로 투사하되, 분광된 평행광 형태의 반사광을 파장정보와 공간정보로 분리하여 서로 다른 축을 갖도록 투사하는 분광기,
    상기 분광기의 대향면에 배치되면서, 분광기로부터 입사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 제3 방향각을 갖도록 분광기 방향측으로 반사시키는 제2 미러 및,
    상기 제2 미러의 대향면에 배치되면서, 제2 미러로부터 반사되는 분광된 평행광 형태의 반사광을 CCD 카메라가 위치하는 결상면에 결상시키는 제3 미러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 CCD 카메라를 통해 획득되는 측정 영상은 X축으로 파장정보가 형성되고, Y축으로 시료의 측정광 라인에 해당하는 측정점 위치정보가 형성되는 2차원 이미지인 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 영상분석모듈은 GPU(graphic processing unit )를 이용하여 측정광 라인에 해당하는 다 측정점에 대한 신호처리를 동시에 수행하도록 구성되는 것을 수행하는 것을 특징으로 하는 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치.
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