KR102430925B1 - 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템 - Google Patents

공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은, 광원에서 출발한 빛이 시료의 특정 영역만을 조사할 수 있도록 공간적으로 변조되는 공간 광 변조기; 상기 공간 광 변조기에서 변조된 빛의 방향을 바꾸며 상기 시료에서 반사된 반사광의 일부가 통과하는 제1빔스플리터; 상기 제1빔스플리터에서 굴절된 빛을 시료의 특정 영역으로 집광시키는 대물렌즈; 상기 시료에서 반사된 반사광의 일부가 상기 제1빔스플리터에서 분리되어 입사된 후 방향을 바꾸는 제2빔스플리터; 상기 제2빔스플리터에서 입사된 반사광에 의해 시료의 표면 이미지를 획득하는 제1카메라; 상기 대물렌즈의 후 초점면(back focal plane)의 특정 영역을 통과하는 반사광을 수광할 수 있도록 수광부가 설치된 광섬유; 및 상기 광섬유에서 수광된 빛의 강도를 측정하여 전기 신호로 출력하는 분광기;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템{Thickness and property measurement system of thin film using spatial light modulator}
본 발명은 박막의 두께 및 물성을 측정할 수 있는 반사계(reflectometry) 또는 타원 편광계(ellipsometry) 시스템에 관한 것이다.
반사계(reflectometry)는 입사광에 대한 반사광의 신호를 측정하여 시료의 두께나 물성을 분석하는 방법 및 장비를 말한다. 광학을 이용한 박막 두께 측정 방법 중, 샘플에서의 분광 반사도 특성을 토대로, 샘플의 두께를 측정하는 분광 반사계 (Spectroscopic Reflectometry)는 측정 속도가 가장 빠르고, 양산 라인에 적용 가능한 것으로 알려져 있다. 분광 반사계는 장비 운용의 편의성을 고려하여, 도 1에 도시된 바 와 같이 수직 입반사 구조로 되어 있다, 분광 반사계는 입사광량
Figure 112020080748890-pat00001
와 반사광량
Figure 112020080748890-pat00002
를 측정하여 시료의 반사도(R)를 계측하는 장치이다. 측정된 반사도를 통해, 샘플의 두께 및 굴절율을 변화시키며 계산한 이론 반사도와 비교하여, 오차가 최소가 되는 이론 두께 및 굴절율을 추론함으로써 실제 샘플의 두께를 알 수 있다.
빛을 박막 시료(샘플)에 입반사 시킨 경우, 빛의 입사 경로와 반사 경로를 포함하는 평면을 입사 평면 (Plane of Incidence) 라고 정의한다. 입사 평면에 수직한 편광을 S파, 입사 평면에 평행한 편광을 P파라고 정의한다. 단층 박막 시료는 도 2의 오른쪽에서 볼 수 있듯이 3개의 매질 N1, N2, N3로 구성되어 있다. 여기서 매질 N1은 통상 진공이나 대기와 같이 광원과 연결된 외부 환경이며, 매질 N2는 물리량을 측정하고자 하는 대상 물질이다. 매질 N3는 매질 N2의 하부에 있으며, 매질 N2에 의해 외부 환경인 매질 N1과 분리되어 있다. 예컨대 매질 N1은 진공, 매질 N3는 반도체 기판(substrate)이고 매질 N2는 두께를 측정하고자 하는, 반도체 기판에 증착된 박막(thin film)일 수 있다. 또한, 시료의 반사도를 수식으로 나타내면 다음과 같다. 빛(10)이 매질 N1과 연결된 외부 환경으로부터 매질 N1을 통과하여 매질 N1과 매질 N2의 계면(interface)에 각도
Figure 112020080748890-pat00003
1으로 입사한다. 프레넬(Fresnel)의 법칙에 의해, 입사된 빛 중 일부는 입사각과 동일한 각도
Figure 112020080748890-pat00004
1로 매질 N1으로 반사되며(10r), 일부는 각도
Figure 112020080748890-pat00005
2로 매질 N2로 투과된다(10t). 투과된 빛의 각도
Figure 112020080748890-pat00006
2는 입사각
Figure 112020080748890-pat00007
1과 달라지는데, 입사각
Figure 112020080748890-pat00008
1의 크기와 매질 N1과 N2의 굴절률에 의해 정해진다. 매질 N1, N2, N3의 계면이 평행한 경우, 투과된 빛(10t)은 매질 N2와 매질 N3의 계면에 각도
Figure 112020080748890-pat00009
2로 입사하여, 그 중 일부는 같은 각도
Figure 112020080748890-pat00010
2로 매질 N2로 반사되며(20r), 일부는 각도
Figure 112020080748890-pat00011
3로 매질 N3로 투과된다(20t). 매질 N2로 반사된 빛(20r)은 매질 N2와 매질 N1의 계면에 이르러 일부는 각도
Figure 112020080748890-pat00012
2로 매질 N2로 반사되고(30r), 일부는 각도
Figure 112020080748890-pat00013
1으로 매질 N1으로 투과된다. 따라서 입사광(10)에 대하여 반사광은, 매질 N1과 매질 N2의 계면에서 곧바로 반사된 빛(10r) 뿐만 아니라, 매질 N2로 투과하여 매질 N2와 매질 N3의 계면에서 반사되어 매질 N2와 매질 N1의 계면에서 투과된 빛(30t), 매질 N2로 투과하여 매질 N2와 매질 N3의 계면 및 매질 N2와 매질 N1의 계면에서 여러번 반사된 뒤 매질 N1으로 나온 빛(50t, 70t, ...)의 중첩이 된다.
프레넬의 법칙에 의하면, 반사광의 총반사율 계수(total reflection coefficient)은 다음 식으로 표현될 수 있다:
Figure 112020080748890-pat00014
식 (1)
여기서 β는 다음 식으로 표현되고:
Figure 112020080748890-pat00015
식 (2),
또한 r12와 r23는 각각 매질 N1과 매질 N2 사이의 반사율 및 매질 N2와 매질 N3 사이의 반사율이고, λ는 입사광의 파장이고, d는 매질 N2의 두께이고,
Figure 112020080748890-pat00016
1은 입사각,
Figure 112020080748890-pat00017
2는 매질 N1에서 매질 N2로 투과할 때의 각도(굴절각)이다. 한편, 입사광(
Figure 112020080748890-pat00018
)에 대한 반사광(
Figure 112020080748890-pat00019
)의 강도의 비율인 반사율(Ｒ, reflecatance)은 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
Ｒ
Figure 112020080748890-pat00020
식 (3)
결과적으로 시료에서 측정되는 반사도는 빛의 파장과 샘플에 입사되는 입사각도에 따른 함수라는 것을 알 수 있다.
이러한 관계로부터 입사광과 반사광의 강도 비율인 반사율을 측정에 의해 구할 수 있으며, 이 반사율과 파장의 실측 데이터와 이론치와의 비교를 통해 가장 근사한 값을 가지는 이론치의 박막 두께가 실제 샘플 박막의 두께로 선택될 수 있다.
그런데, 이러한 측정 방식을 양산 공정 관리에 적용하는데 있어서 몇 가지 문제점이 있다.
먼저 대상 시료의 패턴 크기가 작아지고, 미세 패턴에 대한 측정 수요가 증가함에 따라, 고배율 광학계를 통한 작은 Spot Size의 입사 영역이 요구된다. 디스플레이 산업은 꾸준히 고해상도, 대 화면을 목표로 발전하고 있으며, 이러한 트렌드에 의해 디스플레이 패턴의 크기는 점점 작아지고 있고, 이에 따라 미세 패턴의 측정 수요도 증가하고 있다. 현재 디스플레이 산업 현장에서는 Spot Size 4um 수준 이하를 갖는 측정 수요가 대두되고 있으며, 반도체 분야에서는 수십~수백 nm 수준의 spot size를 갖는 측정이 요구되고 있다.
이러한 측정 요구를 충족시키기 위해 등장한 기술이 마이크로 스폿 분광 반사계 (Micro-spot Spectroscopic Reflectometry)와 이미징 분광 반사계 (imaging spectroscopic reflectometry)이다. 마이크로 스폿 분광 반사계는 기존의 하드웨어 구조 도 1에서 대물렌즈를 보다 고배율 대물렌즈로 변경하여 측정 스폿 크기를 줄인 기술이다. 이미징 분광 반사계는 도 3과 같이, 기존 분광 반사계에 사용된 분광기 대신, 카메라를 디텍터로 사용하고, 광원단에 다수의 단파장 필터, 혹은 파장 스캐닝이 가능한 장치를 부착하여, 영역에 대한 분광 반사도 신호를 이미징 방식으로 획득하는 장치이다. 때문에, 이미징 분광 반사계의 경우 영역에 대한 반사도 측정이 가능하다는 점과, 대물렌즈의 배율과 카메라의 해상도 만큼 공간 분해능 (Spot Size)을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
위 두 방식 모두 고배율 대물렌즈를 통해 기본적으로 스폿 크기를 줄이는 방식이다. 그러나 고배율 대물 랜즈를 사용할 경우 대물렌즈의 큰 NA(Numerical Aperture, 개구수)로 인해, 수직 입반사 이외의 다양한 입사각에 해당하는 반사도 신호가 중첩되어 디텍터로 들어오게 되는 문제가 발생하게 된다. 실제로 마이크로 스폿 분광 반사계(Micro-spot Spectroscopic Reflectometry)를 통해 측정해 본 결과, 도 4에서 확인할 수 있듯이, 같은 시료에서 대물렌즈의 배율이 커질수록 반사도 신호의 왜곡이 발생하는 것을 알 수 있다. 이러한 신호 왜곡으로 인해 두께 및 굴절율 측정에서 이론 신호와의 비교가 어려워지며, 측정 정확도가 낮아지는 문제가 발생하게 된다. 대물렌즈의 다중 입사각 영향을 고려한 이론 신호 모델링을 통해 이러한 문제를 일부 해결할 수 있으나, 해당 이론 신호 모델링 수식은 다중 입사각에 대한 적분 과정으로 인해 연산 시간이 증가하게 되며, 일반적으로 측정하기 어려운, 입사각 별 광량 분포를 추가적으로 알고 있어야 한다는 문제점이 있다. 또한, 이미징 분광 반사계의 경우 단파장 필터링 장치로 인해 파장 분해능이 결정되는데, 일반적인 경우 파장 분해능이 낮고, 파장 필터링 구조로 인해 광량이 낮은 문제점이 있다.
한편, 반사계와는 달리 편광된 빛을 시료에 입사시킨 후 시료에 의해 반사된 편광 반사광을 분광기에 의해 분석하여 파장에 따른 물질의 복소 굴절율을 측정하는 타원계측법(ellipsometry, 타원계)이 있다. 타원계는 편광된 빛을 시료에 입사하여 시료의 두께와 물성을 분석한다. 광학을 이용한 박막 두께 측정 방법 중, 샘플에서의 편광 변화 특성을 토대로, 샘플의 두께를 측정하는 타원계(Ellipsometry)가 가장 정확하고, 정밀한 두께 측정 방법으로 알려져 있다. 타원계 시스템은 도 5와 같이 경사 입반사 구조로 되어 있으며, 입사단인 편광 생성단 (Polarization State Generator, PSG)에서 다양한 편광을 만들어 샘플에 조사하고, 편광 해석단 (Polarization State Analyzer, PSA)에서 반사된 편광을 해석함으로 써, 샘플에서의 편광 변화를 측정하게 된다. 이 과정을 통해, 샘플의 특징인 복소 반사도를 측정하게 되며, 측정된 복소 반사도를 샘플의 두께 및 굴절율을 변화시키며 계산한 이론 복소 반사도와 비교하여, 오차가 최소가 되는 이론 두께 및 굴절율을 계산하게 된다.
타원계 시스템에 대해 조금 더 자세히 기술해 보면 다음과 같다. 빛을 시료(샘플)에 경사 입반사 시킨 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 빛의 입사 경로와 반사 경로를 포함하는 평면을 입사 평면 (Plane of Incidence) 라고 정의하며, 입사 평면에 수직한 편광을 S파, 입사 평면에 평행한 편광을 P파라고 정의한다.
이때, 반사광의 P파 성분을
Figure 112020080748890-pat00021
, S파 성분을
Figure 112020080748890-pat00022
라고 하면, 식(4)와 같은 관계가 성립한다. 즉, 반사광의 P파 성분과 S파 성분의 진폭비(tan(ψ))와 위상차(Δ)를 통해 시료의 정보 (박막 두께, 굴절율, 샘플 형상 등)를 측정할 수 있게 된다.
Figure 112020080748890-pat00023
식(4)
이러한 원리를 기반으로 한 측정 시스템 또는 장치가 타원계이며, 경사 입사 각도가 클수록 반사광의 위상차를 크게 할 수 있어 신호 해석에 유리하기 때문에 일반적인 타원계는 경사 입반사 구조를 가지게 된다. 측정된 편광 신호(
Figure 112020080748890-pat00024
,
Figure 112020080748890-pat00025
)를 샘플 특성에 맞는 반사도 이론을 통해 계산된 신호(
Figure 112020080748890-pat00026
,
Figure 112020080748890-pat00027
)와 비교하여 비선형 피팅을 통해 시료에서 원하는 정보 (박막 두께, 굴절율, 샘플 형상 등)을 계산할 수 있다. 편광 신호(
Figure 112020080748890-pat00028
,
Figure 112020080748890-pat00029
)는 시료의 형상 정보 외에도, 빛의 파장, 입사각 등에 따른 함수이기 때문에, 비선형 피팅 과정에서 Local Minimum 등의 문제를 피하기 위해서는 다파장 분석(Broad-band Spectral Analysis) 이나 다중 입사각 분석(Multi-Incidence Angle Analysis)등이 사용하는 것이 유리하고 알려져 있다.
타원계는 편광 신호를 생성 및 해석해야 하기 때문에, 입사광 단의 편광 생성단(Polarization State Generator, PSG)과 반사광 단의 편광 해석단 (Polarization State Analyzer, PSA)으로 구성된다. 빛의 편광 상태의 생성 및 해석에 사용되는 광학 장치로는 편광자(Polarizer), 위상 지연자(Retarder, Compensator), 편광 회전자(Polarization Rotator) 등이 있으며, 단일 광학 부품 이외에도 액정(Liquid Crystal), Polarization Interferometer, Fiber Polarizer 등 다양한 부품이 사용될 수 있다. 그 중 일반적인 타원계의 하드웨어 구성은 도 5에 도시된 바와 같이 두 개의 선형 편광자(Polarizer, Analyzer)와 두 개의 위상 지연자(Compensator)를 사용하는 것이다. 이를 PCSCA 구조(Polarizer-Compensator -Sample-Compensator-Analyzer)라고 부르며, 두 개의 위상 지연자가 각각 w1, w2 의 비율로 회전하며 회전 각도별 광량을 측정하고, 측정된 광량을 각도에 대한 푸리에 해석법을 통해 ψ(진폭),Δ(위상차)를 측정하게 된다.
이러한 타원계를 산업 현장의 양산 공정 관리에 적용하는데 있어서 고배율 광학계를 통한 작은 Spot Size 및 대면적 측정 기술이 요구된다. 디스플레이 산업은 꾸준히 고해상도, 대 화면을 목표로 발전하고 있으며, 이러한 트렌드에 따라 디스플레이 패턴의 크기는 점점 작아지고 있다. 이에 따라 미세 패턴의 측정 수요도 증가하고 있다. 현재 디스플레이 산업 현장에서는 Spot Size 4um 수준 이하를 갖는 측정 수요가 대두되고 있으며, 반도체 분야에서는 수십~수백 nm 수준의 spot size를 갖는 측정이 요구되고 있다.
이러한 측정 요구를 충족시키기 위해 등장한 기술이 이미징 타원계(imaging ellipsometry) 이다. 이미징 타원계는 기존 경사 입반사 구조를 갖는 타원계에 이미징이 가능하도록 대물 랜즈와 카메라를 적용한 구조를 갖고 있다. 이를 통해 대물렌즈의 배율과 카메라의 해상도 만큼 감소된 spot size 로 타원계 측정이 가능해졌으며, 시료 영역에 대한 2차원적 타원계 측정도 가능해지게 되었다. 그러나, 이러한 구조의 종래 이미징 타원계는, 1)시료의 경사 이미징으로 인한 이미지 왜곡 및 일부 영역의 out-of focus 로 인한 타원계 신호 왜곡 문제, 2) 경사 입반사 구조 상 고배율 대물렌즈의 짧은 작동 거리로 인하여 고배율 대물렌즈(10배 이상)는 적용이 불가능한 문제점 및 이로 인해 더 이상의 공간분해능 향상이 어려운 문제점,　3) 카메라를 디텍터로 사용하여 단일 파장에 해당하는 타원계 신호만 계측 가능한 문제점이 있어서 다파장 신호 해석이 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래의 이미징 타원계는 시료의 타원계 파라미터 계측을 위해, 편광 생성단에서 기계적으로 편광자(Polarizer)나 위상 지연자(Retarder)를 회전시켜 측정 시퀀스 마다 변조된 편광을 만들게 된다. 기계적으로 편광변조를 하는 경우, 광학 부품의 미세한 Misalign 으로 인해 광경로가 달라지는 Beam Drifting 오차가 발생하게 되며 이로 인해 측정 시간 역시 증가하는 문제점이 있다.
001 KR 10-1519932 B (2015. 05. 07) 002 KR 10-2011209 B (2019. 08. 08)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 종래 분광 이미징 반사계의 구성을 개선함으로써, 박막 시료의 특정 영역에만 빛을 입사시킬 수 있고, 시료에서 반사된 반사광 중 특정 입사각, 반사각에 해당하는 신호만을 선택적으로 획득하여 분석할 수 있도록 하여 측정의 정확도 및 분석의 정밀도가 현저하게 향상된 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은, 광원에서 출발한 빛이 시료의 특정 영역만을 조사할 수 있도록 공간적으로 변조되는 공간 광 변조기;
상기 공간 광 변조기에서 변조된 빛의 방향을 바꾸며 상기 시료에서 반사된 반사광의 일부가 통과하는 제1빔스플리터;
상기 제1빔스플리터에서 굴절된 빛을 시료의 특정 영역으로 집광시키는 대물렌즈;
상기 시료에서 반사된 반사광의 일부가 상기 제1빔스플리터에서 분리되어 입사된 후 방향을 바꾸는 제2빔스플리터;
상기 제2빔스플리터에서 입사된 반사광에 의해 시료의 표면 이미지를 획득하는 제1카메라;
상기 대물렌즈의 후 초점면(back focal plane)의 특정 영역을 통과하는 반사광을 수광할 수 있도록 수광부가 설치된 광섬유; 및
상기 광섬유에서 수광된 빛의 강도를 측정하여 전기 신호로 출력하는 분광기;를 포함한 점에 특징이 있다.
상기 대물렌즈와 상기 광섬유 사이에 배치되며, 상기 대물렌즈의 후 초점면의 이미지를 미리 정해진 위치에 그대로 전송하는 제1광학계를 더 포함한 것이 바람직하다.
상기 제1광학계에 의해 전송된 이미지를 획득하는 제2카메라; 및
상기 제1광학계와 상기 제1카메라 사이에 배치되며, 상기 제1광학계에서 전송된 반사광을 상기 광섬유 및 상기 제2카메라 방향으로 분리하는 제3빔스플리터;를 포함한 것이 바람직하다.
상기 광섬유의 수광부는 이송 장치에 의해 2차원적으로 위치 이동이 가능한 것이 바람직하다.
상기 공간 광 변조기는 DMD(Digtal Mirror Device), DLP(Digital Light Processing), LC(Liquid Crystal) 어레이, LCoS(Liquid Cell on Silicon), 가변 조리개(Variable Aperature) 중 어느 하나를 포함한 것이 바람직하다.
상기 시료에 입사되는 빛의 편광 상태를 조절하는 편광 생성단; 및
상기 시료에서 반사되는 빛의 편광 상태를 분석하는 편광 해석단이 구비된 것이 바람직하다.
상기 편광 생성단은 상기 광원으로부터 입사된 빛을 편광시키는 편광 생성기(Polarizer)를 포함하며,
상기 편광 해석단은 상기 시료에서 반사되는 빛의 편광 상태를 분석하는 편광 해석기(Analyzer)를 포함한 것이 바람직하다.
상기 편광 생성단은 상기 편광 생성기를 통해 편광된 빛의 위상을 지연시키는 위상 지연자(Retarder)를 포함할 수 있다.
상기 편광 해석단은 상기 시료에서 반사되는 빛의 편광 위상을 지연시키는 위상 지연자(Retarder)를 포함할 수 있다.
상기 편광 생성단 및 상기 편광 해석단은 물리적으로 움직이지 않도록 고정된 상태로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 편광 생성기는 상기 광원과 상기 대물렌즈 사이에 배치되며,
상기 편광 해석기는 상기 대물렌즈와 상기 광섬유 사이에 배치될 수 있다.
상기 편광 생성기는 상기 공간 광 변조기에 포함되도록 구성될 수 있다.
상기 편광 생성기는 상기 제1빔스플리터에 포함되도록 구성될 수 있다.
상기 편광 해석기는 상기 제1빔스플리터에 포함되도록 구성될 수 있다.
상기 편광 생성기는 상기 제2빔스플리터에 포함되도록 구성될 수 있다.
상기 편광 해석기는, 상기 제1광학계에서 전송된 반사광을 상기 광섬유 및 상기 제1광학계에 의해 전송된 이미지를 획득하는 제2카메라 방향으로 분리하는 제3빔스플리터에 포함되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은, 공간광 변조기를 통해 시료의 특정 영역에만 입사광을 조사할 수 있어서 측정 분해능이 현저하게 향상되며, 대물렌즈의 후 초점면을 통과하는 특정 입사각의 반사 신호만 획득하여 분석할 수 있도록 광섬유의 수광부가 배치되므로 다중 입사각의 영향을 배제하고 분광기를 디텍터로 사용하여 파장 분해능을 현저하게 향상시킨 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 입사광의 경로상에 물리적으로 움직이지 않는 편광 생성단을 배치하고, 반사광의 경로상에 물리적으로 움직이지 않는 편광 해석단을 배치한 경우, 시료에 입사되는 입사광의 편광을 제어할 수 있어서 편광계로서의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 동축 광학계 구성을 통해 경사 이미지에서 발생한 왜곡 현상을 없애고, 고배율 대물렌즈를 적용하여 입사광의 스폿 크기를 줄이면서도, 공간 광 변조기에 의한 입사광의 위치를 바꿀수 있어서 대면적 측정이 가능하며, 분광기를 디텍터로 사용하여 시료의 2차원 영역에 대해 파장 분해능이 높은 신호를 계측할 수 있는 장점이 있다. 또한, 편광 변조 과정에서 편광 생성단과 편광 해석단이 물리적으로 고정된 구조를 가지므로 종래의 타원계에 비하여 측정 시간 및 측정 시퀀스를 현저하게 단축하는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 분광 반사계의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 박막 시료에서 빛의 입사, 투과, 반사 경로를 보여주는 도면이다.
도 3은 종래 분광 이미징 반사계의 구성도이다.
도 4는 종래 반사계에서 대물렌즈의 배율과 분광 반사도의 측정 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 종래의 타원계 시스템의 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 입사평면과 P파 및 S파의 정의를 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 8 내지 도 10은 공간 광 변조기의 다양한 예를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제4실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 14는 본 발명의 제5실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제6실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 16은 본 발명의 제7실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 17은 본 발명의 제8실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 18은 본 발명의 제9실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다.
도 19는 도 11에서 시료의 특정 영역에 조사된 공간 광의 상이 제1카메라에 이미지로 획득되는 빛의 경로를 보여주는 도면이다.
도 20은 도 19에 따라 제1카메라에서 획득된 시료의 이미지를 보여주는 도면이다.
도 21은 도 11에서 시료의 특정 영역에 조사된 공간 광의 반사광이 대물렌즈의 후 초점면에 형성된 상이 제2카메라 및 분광기로 전달되는 빛의 경로를 보여주는 도면이다.
도 22는 도 21에 따라 제2카메라에서 획득된 후 초점면의 이미지를 보여주는 도면이다.
도 23은 도 11에 도시된 시스템에서 후 초점면에서의 초점의 위치와 입사각의 관계를 기하학적으로 보여주는 도면이다.
도 24는 두께 900nm SiO2/Si 시료의 측정 분광 스펙트럼, 분광 스펙트럼의 푸리에 변환, 푸리에 계수 복원, 분광 엘립소메트리 신호 복원 및, 이론 값과의 비교를 통한 두께 측정과정을 순차적으로 보여주는 그래프이다.
도 25는 4가지 두께의 SiO2/Si 시료의 측정 분광 스펙트럼(상) 및, 계산된 반사도와 이론 반사도 모델링 결과(하)를 보여주는 그래프이다.
도 26은 공간 광 변조기를 이용한 영역 그리드 스캔의 예시(좌) 및 4가지 박막 두께영역을 측정한 결과(우)를 보여주는 도면이다.
도 27은 경사 입반사 구조에서 대물렌즈 배율 한계를 보여주는 자료이다.
도 28은 편광 변조부의 구동으로 인한 측정 오차 요인을 도식적으로 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 8 내지 도 10은 공간 광 변조기의 다양한 예를 보여주는 도면이다. 도 11은 본 발명의 제2실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 12는 본 발명의 제3실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 13은 본 발명의 제4실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 14는 본 발명의 제5실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 15는 본 발명의 제6실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 16은 본 발명의 제7실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 17은 본 발명의 제8실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 18은 본 발명의 제9실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템의 구성도이다. 도 19는 도 11에서 시료의 특정 영역에 조사된 공간 광의 상이 제1카메라에 이미지로 획득되는 빛의 경로를 보여주는 도면이다. 도 20은 도 19에 따라 제1카메라에서 획득된 시료의 이미지를 보여주는 도면이다. 도 21은 도 11에서 시료의 특정 영역에 조사된 공간 광의 반사광이 대물렌즈의 후 초점면에 형성된 상이 제2카메라 및 분광기로 전달되는 빛의 경로를 보여주는 도면이다. 도 22는 도 21에 따라 제2카메라에서 획득된 후 초점면의 이미지를 보여주는 도면이다. 도 23은 도 11에 도시된 시스템에서 후 초점면에서의 초점의 위치와 입사각의 관계를 기하학적으로 보여주는 도면이다. 도 24는 두께 900nm SiO2/Si 시료의 측정 분광 스펙트럼, 분광 스펙트럼의 푸리에 변환, 푸리에 계수 복원, 분광 엘립소메트리 신호 복원 및, 이론 값과의 비교를 통한 두께 측정과정을 순차적으로 보여주는 그래프이다. 도 25는 4가지 두께의 SiO2/Si 시료의 측정 분광 스펙트럼(상) 및, 계산된 반사도와 이론 반사도 모델링 결과(하)를 보여주는 그래프이다. 도 26은 공간 광 변조기를 이용한 영역 그리드 스캔의 예시(좌) 및 4가지 박막 두께영역을 측정한 결과(우)를 보여주는 도면이다. 도 27은 경사 입반사 구조에서 대물렌즈 배율 한계를 보여주는 자료이다. 도 28은 편광 변조부의 구동으로 인한 측정 오차 요인을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 본 발명의 제1실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은, 광원(100)과, 공간 광 변조기(110)와, 제1빔스플리터(140)와, 대물렌즈(150)와, 제2빔스플리터(130)와, 제1카메라(170)와, 광섬유(550)와, 분광기(560)와, 제3빔스플리터(520)와, 제2카메라(530)를 포함한다.
상기 광원(100)은 입사광을 발생시키는 발광원이다. 상기 광원(100)은 입사광을 생성하여 방출하는 구성요소다. 상기 광원(100)은 공지된 다양한 광원이 채용될 수 있다. 광원(100)은 광학계의 입사광의 원천이 되는 빛을 생성하는 부분이며, 단일 파장의 빛 혹은 일정 범위의 스펙트럼을 가진 빛이 생성되어 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 광원(100)은 발광다이오드(LED)나 레이저 등 공지된 형태의 강도와 파장을 가진 다양한 광원이 사용될 수 있다.
상기 공간 광 변조기(110)는 상기 광원(100)에서 출발한 빛이 시료의 특정 영역만을 조사할 수 있도록 공간적으로 변조되는 장치다. 즉, 상기 공간 광 변조기(110)는 공간에서 빛을 변조하여 원하는 이미지(image)를 만들어 주는 장치이다. 더 구체적으로 상기 공간 광 변조기(110)는 주어진 빛의 빔-단면에 대하여 특정 부분은 빛을 통과시키고, 특정 부분은 빛을 통과시키지 않음으로써, 입력된 빛이 사용자가 원하는 모양을 가진 상태로 출력되도록 한다. 본 명세서에서는 빛을 통과시키거나 통과시키지 않는 최소 단위가 되는 부분을 화소(pixel)로 정의하고, 각 화소가 빛을 통과시키는 상태를 온(on), 빛을 통과시키지 않는 상태를 오프(off)라고 부르기로 한다.
외부에서 보았을 때, 공간 광 변조기(110)는 화소들이 일정한 배열(array)로 배치된 면광원 또는 디스플레이처럼 보일 수 있다. 이 때 화소들은 임의의 배열을 가질 수 있는데, 예컨대 2차원 사각형 어레이(array)의 형태일 수 있다. 이 경우 각 화소는 카테시안 좌표계(Cartesian coordinate system)의 좌표에 대응될 수 있다. 또는 화소들은 2차원 원형 어레이의 형태일 수 있다. 이 경우 각 화소는 극점 좌표계의 좌표에 대응될 수 있다. 본 발명은 공간 광 변조기의 각 화소의 특정한 배열 방식이나 그 화소를 온/오프하는 방법, 즉 구체적인 구동 방식에 한정되지 않는다.
공간 광 변조기(110)는 그 구체적인 구현 방식에 한정되지 않고 입력된 빛에 대하여 사용자가 원하는 상(image)을 만들어 출력하는 기기를 일컫는 것으로 이해될 수 있다. 사용자는 공간 광 좌표기에 연결된 제어 모듈(도면에 도시되지 않음)을 사용하여 각 화소의 온/오프를 조절할 수 있으며, 그에 따라 미리 지정한 대로 원하는 이미지를 그려낼 수 있다.
공간 광 변조기(110)에 의해 변조된 빛은 선택적 구성인 제2광학계(120)를 통과한다. 상기 제2광학계(120)는 예컨대 공지된 릴레이 렌즈(relay lens)가 채용될 수 있으며, 광 경로 상의 빔 직경(beam diameter)이 지나치게 넓어지는 것을 방지하고 빔을 일정한 범위 안으로 제한할 수 있다.
상기 공간 광 변조기(110)는 DMD(Digtal Mirror Device), DLP(Digital Light Processing), LC(Liquid Crystal) 어레이, LCoS(Liquid Cell on Silicon), 가변 조리개(Variable Aperature) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 디지털 마이크로미러 장치는 공지된 미세전자기계시스템(micro electro-mechanical system, MEMS)으로 제작된 미소크기의 거울이다. 즉, 디지털 광 프로젝터에서 각 디지털 마이크로미러 장치는 화소(pixel)의 역할을 한다. 각각의 디지털 마이크로미러 장치의 하부 전극과 연결된 전기 회로를 이용하여 전기 신호를 인가하거나 인가하지 않음으로써, 개별 디지털 마이크로미러 장치의 빛을 온/오프(on/off)할 수 있게 된다. 공지된 장치인 디지털 광 프로젝터(DLP)의 각 화소는 예컨대 컴퓨터를 이용하여 외부로부터의 신호에 의해 온/오프 할 수 있으므로, 원하는 모양, 예컨대 원형, 사각형, 심지어 텍스트나 그림의 형태를 가진 광원을 생성 가능하며, 이 신호를 미리 정해진 데이터에 의하여 일정한 주사율(refresh rate)로 제어함으로써, 동영상에 대응하는 광원을 만들어 낼 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 공지된 장치인 LC 방식의 공간 광 변조기(110)는 개별 소자가 어레이를 이루어 배열된 점에서는 디지털 광 프로젝터(DLP)와 유사하나, 그 개별 소자가 디지털 마이크로미러 장치가 아닌 LC 또는 LCoS 소자라는 점에서 차이가 있다. 즉, LCoS 방식의 공간 광 변조기(110)에서 LCoS 소자는 화소(pixel)의 역할을 한다. LCoS 소자는 그 구조면에서 공지된 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD)의 단일 소자와 대체로 유사하나, 유리 기판 대신 실리콘 기판 위에 형성되어 있다는 점 등에서 다소 차이가 있다.
도 10에 도시된 봐와 같이, 가변 조리개는 전형적인 아날로그 장치의 하나로서 광원(100)에서 출발한 빛이 가변 조리개의 개방 면적과 위치를 가변적으로 조절함으로써 원하는 위치의 원하는 형태의 빛을 통과시킬 수 있다. 상기 가변 조리개의 위치는 예컨대 마이크로미터 스테이지와 같은 공지된 이송 장치를 채용하여 조절할 수 있다.
상기 제1빔스플리터(140)는 상기 공간 광 변조기(110)에서 변조된 빛의 방향을 바꾸며, 상기 시료에서 반사된 반사광의 일부가 통과하는 구성요소다. 상기 제1빔스플리터(140)는 상기 공간 광 변조기(110)와 상기 제2광학계(120)를 통과한 빛을 대물렌즈(150)로 보내는 역할을 수행한다. 상기 제1빔스플리터(140)는 공지된 구조의 빔스플리터가 채용될 수 있다.
상기 대물렌즈(150)는 상기 제1빔스플리터(140)에서 굴절된 빛을 시료의 특정 영역으로 집광시키는 광학적 구성요소이다. 상기 대물렌즈(150)는 예컨대 볼록렌즈가 채용될 수 있다. 상기 대물렌즈(150)는 다양한 배율의 렌즈가 채용될 수 있다. 상기 대물렌즈(150)는 시료(300)의 특정 부분에만 스폿 형태로 빛을 조사할 수 있도록 집광할 수 있다.
상기 제2빔스플리터(130)는 상기 공간 광 변조기(110)와 상기 제1빔스플리터(140) 사이의 입사광 경로 상에 배치된다. 상기 제2빔스플리터(130)의 구조는 상기 제1빔스플리터(140)와 동일 구조가 채용될 수 있다. 상기 제2빔스플리터(130)는 상기 공간 광 변조기(110)로부터 상기 제1빔스플리터(140)로 빛이 입사되는 과정에서 입사광의 진로를 변경하지 않고 그대로 통과시키는 역할을 수행한다. 상기 제2빔스플리터(130)는 상기 시료(300)에서 반사된 반사광의 일부가 상기 제1빔스플리터(140)에서 굴절되어 분리된 후 후술하는 제1카메라(170)에 시료(300)의 이미지로 획득된다. 상기 제2빔스플리터(130)와 상기 제2카메라(530) 사이의 광경로 상에는 제3광학계(160)가 배치된다. 상기 제3광학계(160)는 상기 제2빔스플리터(130)에 의해 굴절된 시료(300)의 이미지가 제1카메라(170)의 렌즈에 획득되는 과정에서 빛을 집광하여 제1카메라(170)에서 획득된 시료(300)의 이미지의 화질을 향상시킬 수 있다.
상기 제1카메라(170)는 상기 제2빔스플리터(130)에서 입사된 시료(300)의 반사광에 의해 시료의 표면 이미지를 획득하는 장치다. 상기 제1카메라(170)는 데이터 분석을 위한 장치가 아니라 시료(300)의 표면을 육안으로 관찰하기 쉽도록 하는 장치이며, 상기 공간 광 변조기(110)와 상기 대물렌즈(150)에 의해 형성된 스폿 형태의 입사광이 시료의 특정 위치에 잘 조사되는지를 사용자가 관측할 수 있도록 한다.
상기 광섬유(550)는 상기 시료(300)에서 반사된 반사광이 상기 대물렌즈(150)의 후 초점면(back focal plane)의 특정 영역을 통과하는 반사광을 수광할 수 있도록 마련된 것이다. 상기 광섬유(550)의 수광부는 상기 대물렌즈(150)의 후 초점면의 특정한 위치에 대응될 수 있도록 설치된다. 상기 광섬유(550)의 수광부는 직접적으로 상기 대물렌즈(150)의 후 초점면(500) 상에 설치될 수도 있으나, 현실적으로는 제1광학계(510)에 의해 미리 정해진 위치에 전송된 후 초점면(500) 이미지의 특정 위치의 반사광을 수광할 수 있도록 설치되는 것이 더 바람직하다. 상기 광섬유(550)의 수광부의 단면적은 후 초점면(500)의 단면적 보다 현저하게 작게 구성됨으로써 후 초점면(500)의 특정한 위치를 통과하는 반사광만을 수광할 수 있도록 구성된다. 후 초점면(500)의 특정 영역을 통과하는 반사광은 일반적으로 단일 파장의 반사광이므로 상기 광섬유(550)에 의해 수광된 빛은 단일 파장의 반사광이 된다. 상기 광섬유(550)의 수광부는 이송 장치(540)에 의해 2차원적으로 위치 이동이 가능하게 설치된 것이 바람직하다. 상기 이송 장치(54)는 예컨대 마이크로미터 스테이지가 채용될 수 있다. 상기 이송 장치(540)지는 상기 광섬유(550)의 수광부를 후 초점면(500)의 이미지가 그대로 전송된 면 상에서 위치 이동시킴으로써 후 초점면(500)의 특정 영역의 반사광을 선택적으로 수광할 수 있다.
상기 분광기(560)는 상기 광섬유(550)에 물리적으로 연결된다. 상기 분광기(560)는 상기 광섬유(550)에서 수광된 빛의 강도를 측정하여 전기 신호로 출력하는 장치다. 상기 분광기(560)는 공지된 구조의 분광기를 채용할 수 있다.
상기 제1광학계(510)는 상기 대물 렌즈(150)와 상기 광섬유(550) 사이에 배치된다. 예컨대, 상기 제1광학계(510)는 상기 제1빔스플리터(140)를 사이에 두고 상기 대물렌즈(150)의 반대편에 배치될 수 있다. 상기 제1광학계(510)는 렌즈 구조물의 집합체로서 상기 대물렌즈(150)의 후 초점면(500)의 이미지를 미리 정해진 위치에 그대로 전송하는 광학적 구성요소다. 상기 광섬유(550)의 수광부가 대물렌즈(150)의 후 초점면(500) 상에 직접 설치된 경우 상기 제1광학계(510)는 구비되지 않을 수 있다.
상기 제2카메라(530)는 상기 제1광학계(510)에 의해 전송된 이미지를 획득하는 장치다. 즉, 상기 제2카메라(530)는 사용자가 후 초점면(500)의 이미지를 실시간으로 관측할 수 있도록 마련된 장치다. 더 구체적으로 상기 제2카메라(530)는 상기 광섬유(550)의 수광부의 배치 위치를 사용자가 직접 관찰할 수 있도록 마련된 것이다. 상기 제2카메라(530)는 필요에 따라 구비되지 않을 수 있다.
상기 제3빔스플리터(520)는 상기 제1광학계(510)와 상기 제2카메라(530) 사이에 배치된다. 상기 제3빔스플리터(520)는 상기 제1광학계(510)에서 전송된 반사광을 상기 광섬유(550) 및 상기 제2카메라(530) 방향으로 분리한다. 즉, 상기 제3빔스플리터(520)는 제2카메라(530)가 설치된 경우 필요하며 제2카메라가 설치되지 않은 경우에는 구비되지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은 대물렌즈(150)를 기준으로 입사광의 진행 방향과 반사광의 진행 방향이 동일한 광축을 형성하는 동축 광학계를 구성한 특징이 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은 도 7에 도시된 시스템에 편광계를 구성하는 구성요소가 추가된 것이다. 따라서, 제2실시 예의 구성에 관한 설명 중 제1실시 예의 구성과 중복되는 구성에 대한 서술은 제1실시 예를 참조하기로 하고 상세한 서술은 생략한다.
제2실시 예의 시스템은 제1실시 예에 비하여 편광 생성단과 편광 해석단을 더 구비한다. 상기 편광 생성단은 상기 시료(300)에 입사되는 빛의 편광 상태를 조절하는 구성요소이다. 입사광은 상기 편광 생성단을 통과하면서 원하는 형태의 편광 상태를 가지게 된다. 상기 편광 생성단은 하나 또는 그 이상의 다양한 광학 소자로 이루어질 수 있다, 예컨대 상기 편광 생성단은 편광 생성기(200, polarizer), 보상기(compensator), 위상 지연자(210, retarder), 위상 변조기(phase modulator) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 편광 생성기(200)는 상기 광원(100)으로부터 입사된 빛을 편광시키는 구성 요소다. 상기 위상 지연자(210)는 편광된 빛의 위상을 지연시키는 구성 요소이다. 상기 편광 생성단에 포함된 위상 지연자(210)는 상기 편광 생성기(200)를 통해 편광된 빛의 위상을 지연시키는 광학 소자이다. 이러한 광학 소자들 및 그들이 하는 역할은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(당업자)에게 잘 알려져 있다. 전기 소자와 마찬가지로, 이러한 광학 소자들을 조합하여 입사광이 원하는 편광상태(선형 편광, 원형 편광, 타원 편광)를 가지도록 조절 가능하다.
상기 편광 해석단은 상기 시료(300)에서 반사되는 빛의 편광 상태를 분석하는 구성요소이다. 상기 편광 해석단은 예컨대 특정 편광 성분의 빛만을 추출하여 그 강도 등을 측정함으로써 반사광의 상태를 알아낼 수 있다. 상기 편광 해석단은 하나 또는 그 이상의 다양한 광학 소자로 이루어질 수 있다. 상기 편광 해석단은 예컨대 편광 해석기(220, analyzer), 위상 지연자(210, retarder), 보상기(compensator), 위상 변조기(phase modulator) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 편광 해석기(200)는 상기 시료(300)에서 반사되는 빛의 편광 상태를 분석하는 구성 요소다. 상기 편광 해석단에 포함된 위상 지연자(210)는 상기 시료(300)에서 반사되는 빛의 편광 위상을 지연시키는 광학 소자이다. 이러한 광학 소자들 및 그들이 하는 역할은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(당업자)에게 잘 알려져 있다. 전기 소자와 마찬가지로, 이러한 광학 소자들을 조합하여 반사광이 원하는 편광상태로 해석될 수 있도록 조절 가능하다.
전술한 바와 같이, 상기 편광 생성단 및 상기 편광 해석단은 공지된 다양한 광학 소자를 조합하여 구성될 수 있다.
상기 편광 생성단 및 상기 편광 해석단을 구성하는 광학 소자들은 물리적으로 움직이지 않도록 고정된 상태로 배치된 것이 바람직하다.
이하에서 서술하는 제2실시 예 내지 제9실시 예에서는 편광 생성단과 편광 해석단을 구성하는 광학 소자들이 다양한 배치 형태로 구성될 수 있음을 예시적으로 보여준다.
상기 편광 생성기(200)는 광원(100)과 제1빔스플리터(140) 사이의 광축 상에 설치된다. 상기 편광 해석기(220)는 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 광섬유(550)의 수광부 사이에 설치된다.
상기 편광 생성기(200)는 상기 광원(100)과 상기 대물렌즈(150) 사이에 배치될 수 있다. 한편, 상기 편광 생성기(200)는 상기 공간 광 변조기(110)에 포함되도록 구성될 수 있다. 상기 편광 생성기(200)는 상기 제1빔스플리터(140)에 포함되도록 구성될 수 있다. 상기 편광 생성기(200)는 상기 제2빔스플리터(130)에 포함되도록 구성될 수 있다.
상기 편광 해석기(220)는 상기 대물렌즈(150)와 상기 광섬유(550) 사이에 배치될 수 있다. 한편, 상기 편광 해석기(220)는 상기 제1빔스플리터(140)에 포함되도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 편광 해석기(220)는 상기 제3빔스플리터(520)에 포함되도록 구성될 수 있다.
상기 편광 생성기(200)와 상기 편광 해석기(220) 사이에는 위상 지연자(210)가 설치될 수 있다. 상기 위상 지연자(210)는 편광 생성기(200)에서 편광된 빛의 위상을 한 파장 이상의 위상 지연량을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기 위상 지연자(210)에 의해 시료(300)에 입사되는 빛의 s파와 P파 간 위상차를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 더욱 정밀하고 다양한 분석 결과를 도출할 수 있다. 상기 위상 지연자(210)는 시료(300)에 입사되는 빛의 위상을 지연시키도록 설치될 수도 있으며, 상기 시료(300)에서 반사되는 빛의 위상을 지연시키도록 설치될 수 있다. 한편, 필요에 따라 상기 위상 지연자(210)는 시료(300)에 입사되는 빛과 시료(300)에서 반사되는 빛의 위상을 모두 지연시키도록 설치될 수도 있다. 필요에 따라 상기 위상 지연자(210)는 설치되지 않을 수 있다.
제2실시 예에서 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 제2빔스플리터(130) 사이에 편광 생성기(200)가 배치된다.또한, 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 제1광학계(510) 사이에 편광 해석기(220)가 배치된다. 상기 위상 지연자(210)는 상기 편광 생성기(200)와 상기 제1빔스플리터(140) 사이에 배치된다.
한편, 도 12에 도시된 제3실시 예는 제2실시 예에 비하여 위상 지연자(210)가 구비되지 않은 차이점이 있다.
한편, 도 13에 도시된 제4실시 예는 제2실시 예에 비하여 위상 지연자(210)가 제1빔스플리터(140)와 편광 해석기(220) 사이로 이동 배치된 차이점이 있다.
한편, 도 14에 도시된 제5실시 예는 제2실시 예에 비하여 위상 지연자(210)가 하나 더 설치된 차이점이 잇다. 제5실시 예에서 위상 지연자(210)는 빛의 진행 경로 상 편광 생성기(200)와 제1빔스플리터(140) 사이 및 제1빔스플리터(140)와 편광 해석기(220) 사이에 각각 배치된다. 즉, 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 제2빔스플리터(130) 사이에 편광 생성기(200)가 배치된다. 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 제1광학계(510) 사이에 편광 해석기(220)가 배치된다. 상기 편광 생성기(200)와 상기 제1빔스플리터(140) 사이에 위상 지연자(210)가 배치된다. 상기 편광 해석기(220)과 상기 제1광학계(510) 사이에 위상 지연자(210)가 배치된다.
한편, 도 15에 도시된 제6실시 예는 제1실시 예에 비하여, 편광 생성기(200)는 광원(100)에 설치된다. 편광 해석기(220)는 제1광학계(510)와 제3빔스플리터(520) 사이에 배치된다. 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 제2빔스플리터(130) 사이에 위상 지연자(210)가 배치된다.
한편, 도 16에 도시된 제7실시 예는 제1실시 예에 비하여, 편광 생성기(200)는 광원(100)에 설치된다. 편광 해석기(220)는 상기 제3빔스플리터(520)와 상기 광섬유(550)의 수광부 사이에 배치된다. 또한, 상기 제2빔스플리터(130)와 상기 공간 광 변조기(110) 사이에 위상 지연자(210)가 배치된다.
한편, 도 17에 도시된 제8실시 예는 제1실시 예에 비하여, 편광 생성기(200)는 상기 공간 광 변조기(110)에 포함된다. 편광 해석기(220)는 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 제1광학계(510) 사이에 배치된다. 또한, 상기 제1빔스플리터(140)와 상기 제2빔스플리터(130) 사이에 위상 지연자(210)가 배치된다.
한편, 도 18에 도시된 제9실시 예는 제1실시 예에 비하여, 편광 생성기(200)는 상기 제2빔스플리터(130)에 포함된다. 또한, 편광 해석기(220)는 상기 제3빔스플리터(520)에 포함된다.
이하에서는, 상술한 여러 실시 예 중 하나인 제2실시예의 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템에서 빛의 경로를 서술하면서 본 발명의 작용 효과를 서술한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 광원(100)에서 출발한 빛은 공간 광 변조기(110)를 통해 특정 영역만을 조사할 수 있는 공간 광으로 변조된다. 이렇게 공간 광으로 변조된 빛은 제1광학계(510)와, 제2빔스플리터(130), 편광 생성기(200)와, 위상 지연자(210)를 순차적으로 통과한 후 제1빔스플리터(140)에서 굴절되어 대물렌즈(150)에서 집광된 후 시료(300)의 표면에 조사된다. 일부의 빛은 시료(300)를 통과하고 나머지 빛은 시료(300)에서 반사되어 대물렌즈(150)를 역으로 통과하여 상기 제1빔스플리터(140)에서 굴절되고 다시 제2빔스플리터(130)에서 굴절되어 제3광학계(160)를 통해 제1카메라(170)에 이미지로 획득된다. 사용자는 시료(300)의 표면에 형성된 공간 광의 상을 제2카메라(530)를 통해 확인할 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이 공간 광 변조기(110)와 대물렌즈(150)에 의해 시료(300)의 특정 관심 영역에만 입사빔이 조사된 이미지를 사용자가 제1카메라(170)를 통해 확인할 수 있다.
이 과정에서 시료(300)에 입사 또는 반사되는 빛의 편광 상태를 조절하기 위한 편광 생성기(200) 및 편광 해석기(220)가 있다 공간 광 변조기(110)에서 시료(300)로 광이 입사할 때, 편광 생성기(200) 및 위상 지연자(210)를 지나 입사광의 편광 상태가 변조된다. 시료(300)에서 반사된 광의 편광 상태 분석을 위해 편광 해석기(220)을 지나게 된다. 여기서 사용되는 위상 지연자(210) 는 한 파장 이상의 위상 지연량을 갖는 것이 바람직하다는 점은 전술한바 있다. 전술한 여러 실시 예를 참조하면, 편광 생성기(200)와 편광 해석기(220)과 위상 지연자(210)의 순서 및 구성(갯수)은 달라질 수 있다. 또한 편광 생성기(200), 편광 해석기(220) 및 위상 지연자(210) 중 일부는 광원(100), 제1빔스플리터(140), 제2빔스플리터(130), 제3빔스플리터(520)와 통합된 구성으로 구현 가능하며, 공간 광 변조기(110)와 통합되어 구성될 수 있다.
이제 시료(300)에서 반사된 반사광의 분광 신호를 계측하는 과정을 서술한다. 도 21을 참조하면, 시료(300)의 표면에서 반사된 반사광은 대물렌즈(150)의 후 초점면(500)을 통과하여 제1빔스플리터(140)를 통과한 후 제1광학계(510)에 의해 제3빔스플리터(520)에 전달된다. 제3빔스플리터(520)에서 반사광은 2개의 방향으로 분리되어 일부는 광섬유(550)의 수광부를 통해 분광기(560)로 전달된다. 한편, 나머지 일부의 반사광은 제2카메라(530)에서 이미지로 획득된다. 상기 제2카메라(530)에서 획득되는 이미지는 후 초점면(500)에 형성된 이미지이다. 이 과정에서 상기 광섬유(550)의 수광부는 대물렌즈(150)의 후 초점면(500)을 통과하는 반사광의 영역 중 특정 영역에 해당하는 수광할 수 있도록 좁은 단면적을 가진다. 또한, 상기 광섬유(550)의 수광부는 이송 장치(540)에 의해 2차원적 이동이 가능하다. 이에 따라 도 22에 도시된 바와 같이 후 초점면(500)의 이미지 확인이 가능한 제2카메라(530)를 통해 광섬유(550)의 수광부 위치를 육안으로 확인할 수 있다. 광섬유(550)의 수광부가 대물렌즈(150)의 후 초점면(500)의 특정 위치에 해당하는 분광 신호만 획득하게 됨으로써, 시료(300)에서 반사되는 특정 입사각, 방위각(ω)에 해당하는 신호만이 분광기(560)로 계측된다.
대물렌즈의 후 초점면(500)과 시료(300) 간에는 도 23과 같은 관계가 있다. 도 23에서 볼 수 있는바와 같이, 후 초점면(500)의 특정 위치에서 출발한 모든 광선은 시료(300)의 상면에서 같은 각도로 입사 또는 반사하는 광이 된다. 후 초점면(500)의 반경 방향 거리를 r, 원주 방향 각도를 ω라고 하고, 해당 위치의 한 점에 해당하는 영역에 광을 조사하게 되면, 조사된 광은 상면에서 입사각
Figure 112020080748890-pat00030
을 갖는 광으로 입사된다. 여기서 NA 는 대물렌즈의 개구수 즉, Numerical Aperature 이다. 결과적으로 대물렌즈(150)의 후 초점면(500) 영역 중 일부만을 조사하거나, 이를 선별하는 방식으로 특정 입사각을 갖는 광을 선별할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 선별 과정을 가능하게 하는 하나의 실시 예로써, 광섬유(550)의 수광부의 단면적을 작게하여 이를 구현한다. 대물렌즈(150)의 후 초점면(500)의 이미지를 촬영하는 제2카메라(530)를 사용하여 대물렌즈(150)의 후 초점면(500)과 광섬유(550)의 수광부를 촬영한 사진은 도 22에 도시된다.
위와 같은 경로를 따라 광원(100)으로터 조사된 광이 분광기(560)를 통해 분광 신호로 획득 될 때 까지의 광 신호 변화를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
파장 (
Figure 112020080748890-pat00031
) 에 따른 광량
Figure 112020080748890-pat00032
이 광원에서 나올 경우 반사광
Figure 112020080748890-pat00033
는 다음과 같이 뮬러 행렬과 스토크스 벡터의 연산 식으로 표현된다.
Figure 112020080748890-pat00034
여기서 각각의 편광 부품 (Polairization Optical Component) 와 샘플의 뮬러 행렬은 다음과 같다.
Figure 112020080748890-pat00035
,
Figure 112020080748890-pat00036
Figure 112020080748890-pat00037
,
Figure 112020080748890-pat00038
, d 는 Birefringence Retarder의 두께,
Figure 112020080748890-pat00039
는 Retarder 의 Birefringence.
Figure 112020080748890-pat00040
,
Figure 112020080748890-pat00041
이를 정리하면,
Figure 112020080748890-pat00042
가 된다. 이를 간단하게 다음과 같이 표현하고,
Figure 112020080748890-pat00043
Multi-Order Retarder 의 Retardance를 다음과 같이 파수 (wave number)에 대해 선형 관계식을 갖는다고 표현하면,
Figure 112020080748890-pat00044
Figure 112020080748890-pat00045
의 푸리에 변환(
Figure 112020080748890-pat00046
) 에 대해 다음과 같이 표현 할 수 있다.
Figure 112020080748890-pat00047
,
Figure 112020080748890-pat00048
,
Figure 112020080748890-pat00049
Figure 112020080748890-pat00050
Figure 112020080748890-pat00051
Figure 112020080748890-pat00052
결과적으로 반사광
Figure 112020080748890-pat00053
의 푸리에 변환 후, DC 성분(
Figure 112020080748890-pat00054
)과 L 만큼 Shift 된 신호의 실수부(
Figure 112020080748890-pat00055
)와 허수부(
Figure 112020080748890-pat00056
)를 각각 분리하여 신호를 획득할 수 있으며, 이 각각에 대한 역 푸리에 변환을 통해 입사광 정보
Figure 112020080748890-pat00057
와 샘플의 정보(
Figure 112020080748890-pat00058
)를 측정할 수 있게 된다. 이러한 일련의 과정을 실험을 통해 확인해 본 결과 도 24와 같다.
도 25의 상측에 도시된 분광 스펙트럼은 가로축이 파장, 세로축이 측정된 반사광의 강도(intensity)이며, 하측에 도시된 그래프는 계산된 반사도와 이론 반사도이다. 도 25에서 박막 시료의 반사광 중 대물렌즈(150)의 후 초점면(500)에 수광부 입사각을 25.13°로 설정하고 해당 입사각의 반사광의 강도를 측정하였다. 도 25를 참조하면, 4가지 두께의 시료에서 측정된 분광 스펙트럼(상)과 이를 바탕으로 계산된 반사도와 이론 반사도 비교 결과(하) 이론두께와 분광 측정에 의해 계산된 두께의 결과가 잘 일치하는 것을 알 수 있다.
한편, 공간 광 변조기(110)를 사용하여 시료(300) 내 특정 영역을 도 26의 왼쪽 그림과 같이 순차적으로 조사하여 각 조사 영역의 신호를 분석하면, 시료 영역에 대한 분광 타원계 측정이 가능해진다. 도 26의 오른쪽 그림은 이와 같은 방법을 토대로, 4가지 두께(100nm, 200nm, 500nm, 1000nm)의 SiO2/Si 시편의 영역을 각각 10x10 Grid 크기로 측정하여 그 두께 값을 계산해 플롯 한 결과이다. 결과적으로 본 발명의 하나의 실시 예로써, 이미징 분광 타원계로서 구현이 가능함을 확인하였으며, 그 결과로 영역에 대한 두께 측정이 가능함을 확인하였다.
또한, 본 발명에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은 산업 현장에서 측정 편의성과 측정 한계를 증대할 수 있다는 장점이 있다. 반도체 및 디스플레이 패턴의 크기가 작아지고 집적도가 높아짐에 따라, 고배율 광학계를 사용하여 특정 패턴 위치에 해당하는 신호만을 분별 해 내는 것, 즉 공간 분해능을 향상시키는 것의 중요성이 대두되고 있다. 도 27에서 확인 할 수 있듯이 대물렌즈의 배율이 높아질수록 작동 거리(Working Distance)가 짧아지게 되어, 종래의 경사 입반사 구조를 갖는 타원계의 경우 10x 이상의 배율을 갖는 랜즈를 사용하는데 한계가 있다. 이로 인해 경사 광학계 구조에서는 높은 공간 분해능을 갖는 측정을 수행하기 어려워진다. 또한, 경사 입반사 구조를 갖는 이미징 타원계의 경우 필연적으로 경사 이미징으로 인한 이미지 왜곡 및 디포커스 현상이 발생하게 된다. 이로 인해 측정 신호에 왜곡이 생기게 된다. 반면에, 경사 광학계에 비해 본 발명과 같은 동축 광학계는 이러한 경사 광학계 구조가 갖는 문제점들을 해결할 수 있으며, 추가적으로 샘플과 광학계 사이의 초점 거리를 맞추기 용이하다 또한, 본 발명에 따른 시스템은 장비 운용 시 샘플과 랜즈간의 충돌 위험도 줄어들게 된다는 장점이 있다. 본 발명에서는 대물렌즈 후 초점면의 특정 위치에 해당하는 광 신호가 샘플에서의 특정 입사각에 해당되는 신호라는 점에 착안하여 동축 광학계 구성을 발명하였다.
본 발명에 따른 시스템은 물리적으로 고정된 편광 생성단과 편광 해석단 배치로 이루어진다. 이에따라, 측정 정확도를 높이고 측정 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 일반적인 타원계(엘립소메트리)에 사용되는 회전 위상 지연자 (Rotating Compensator), Liquid Crystal 등은 도 28에 도시된 바와 같이 편광 변조부 구성 요소의 움직임으로 인해 측정 오차의 원인이 될 수 있다. 기계적인 회전을 통해 편광변조를 하는 경우, 광학 부품의 미세한 Misalign 으로 인해 광경로가 달라지는 Beam Drifting 오차가 발생하게 된다. 한편, 전기적으로 편광 변조를 하는 경우, 경계부에서 Liquid Crystal 의 복원력을 위한 Anchoring Layer 가 형성되어 실제 편광 위상 지연 양에 오차가 발생하게 된다. 이로 인해 광 경로가 바뀌어 광량이 감소되거나, 의도한 양 만큼의 위상 지연이 발생되지 않는 등의 측정 오차가 발생하게 된다. 또한, 편광 변조부의 구동은 부품 내부의 기계적인 움직임을 수반하기 때문에, 이를 구동 및 안정화하기 위한 측정 시간의 증대가 야기된다. 본 발명에서는 Multi-order 위상 지연자(Retarder)를 채용하여 시료의 파장에 따른 진폭(ψ), 위상(Δ) 신호가 파장 도메인에서의 고주파 신호로 변조 되도록 구현했기 때문에, 편광 변조부의 구동 없이 분광 스펙트럼 측정만으로 엘립소메트리 측정을 가능하도록 구현하였다. 결과적으로 본 발명에 따른 시스템은 전술한 기술한 측정 오차 없이 빠른 속도로 엘립소메트리 측정이 가능한 장점이 있다.
기존 이미징 엘립소메트리의 경우, 카메라를 디텍터로 사용하기 때문에, 다파장 해석에는 어려움이 있었다. 일부 연구에서 다수의 단파장 필터를 사용하거나, 회절 격자를 통한 분광 이미징을 하는 방식을 통해 영역에 대한 분광 신호를 획득하는 방법이 제안된 바 있으나, 이는 측정 시퀀스를 증가시켜 측정 시간이 길어지는 문제가 발생하거나, 영역에 대한 공간 분해능이 나빠지는 결과를 초래하게 된다는 문제점은 전술한 바 있다.
타원계(엘립소메트리) 측정에 있어서, 분광 신호 분석은 측정 정확도와 정밀도를 향상시키는 장점이 있다. 엘립소메트리 측정을 통해 최종적으로 측정된 편광 신호(
Figure 112020080748890-pat00059
,
Figure 112020080748890-pat00060
)를 샘플 특성에 맞는 반사도 이론을 통해 계산된 신호(
Figure 112020080748890-pat00061
,
Figure 112020080748890-pat00062
)와 비교하여 비선형 피팅을 통해 시료에서 원하는 정보(박막 두께, 굴절율, 샘플 형상 등)을 계산할 수 있다. 편광 신호(
Figure 112020080748890-pat00063
,
Figure 112020080748890-pat00064
)는 빛의 파장, 입사각 등에 따른 함수이기 때문에, 비선형 피팅 과정에서 Local Minimum 등의 문제를 피하기 위해서는 다파장 분석(Broad-band Spectral Analysis)이나 다중 입사각 분석(Multi-Incidence Angle Analysis)등이 사용하는 것이 유리하고 알려져 있다. 측정신호의 변화가 클수록, 측정의 민감도가 커지게 되어 Local Minimum에 더 빠르게 수렴하게 되는데, 일반적으로 입사각에 따른 신호의 변화 보다는 파장에 따른 신호 변화가 더 크기 때문에, 분광 신호를 획득하는 것이 엘립소미터 해석에 유리해진다. 본 발명에서는 기존의 카메라 디텍터가 아닌 분광기를 사용하여 특정 영역의 신호를 획득하고, 이를 통해하여 분광 엘립소미터 신호를 획득하기 때문에, 엘립소메트리 신호 분석에 있어서 기존 이미징 엘립소메트리 대비 높은 측정 정확도와 정밀도를 가진다.
기존의 이미징 엘립소메트리는 고정된 입사각, 반사각에서 측정을 수행하게 되며, 입사각, 방위각(ω)을 조절하려면 광학계의 정렬(Align)을 변경하게 되어, 시료 초점과 측정 위치를 함께 조절해야 한다. 본 발명에서는 동축 광학계 구성을 가지면서도, 대물렌즈의 후 초점면의 한 점에 해당하는 광 신호가 샘플에서 반사된 특정한 입사각, 방위각에 해당하는 신호가 됨을 이용하였다. 이 때문에, 분광기와 연결된 광섬유의 수광부 위치를 조절할 수 있는 이송 장치를 조절함으로써, 반사광의 특정 입사각, 방위각 신호를 원하는 대로 쉽게 선택하여 계측할 수 있다는 장점이 있다.
결과적으로 이러한 구성을 통해, 고배율 대물렌즈와 공간 광 변조기로 시료 표면에서 측정하고자 하는 특정 영역만을 조사하고, 조사 영역을 가변적으로 변화시킴으로써 작은 스폿 크기로 영역에 대한 분광 반사도 측정이 가능해지며(Imaging Reflectometry), 대물렌즈의 후 초점면 특징을 사용하여, 동축 광학계 구성에서도 특정 입사각 방위각에 해당하는 분광 반사도 신호를 획득할 수 있기 때문에 종래 이미징 분광 반사계가 갖는 문제점을 해소할 수 있는 효과를 제공한다. 한편, 이 과정에서 상기 편광 생성단과 상기 편광 해석단 및 위상 지연자의 조합에 의해 multi-order 위상 지연이 가능하므로 one-shot 분광 신호 획득에 의해 반사계 신호 또는 타원계 신호를 획득할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템은, 공간광 변조기를 통해 시료의 특정 영역에만 입사광을 조사할 수 있어서 측정 분해능이 현저하게 향상되며, 대물렌즈의 후 초점면을 통과하는 특정 입사각의 반사 신호만 획득하여 분석할 수 있도록 광섬유의 수광부가 배치되므로 다중 입사각의 영향을 배제하고 분광기를 디텍터로 사용하여 파장 분해능을 현저하게 향상시킨 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 입사광의 경로상에 물리적으로 움직이지 않는 편광 생성단을 배치하고, 반사광의 경로상에 물리적으로 움직이지 않는 편광 해석단을 배치한 경우 시료에 입사되는 입사광의 편광을 제어할 수 있어서 편광계로서의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 동축 광학계 구성을 통해 경사 이미지에서 발생한 왜곡 현상을 없애고, 고배율 대물렌즈를 적용하여 입사광의 스폿 크기를 줄이면서도, 공간 광 변조기에 의한 입사광의 위치를 바꿀수 있어서 대면적 측정이 가능하며, 분광기를 디텍터로 사용하여 시료의 2차원 영역에 대해 파장 분해능이 높은 신호를 계측할 수 있는 장점이 있다. 또한, 편광 변조 과정에서 편광 생성단과 편광 해석단이 물리적으로 고정된 구조를 가진 경우, 종래의 타원계에 비하여 측정 시간 및 측정 시퀀스를 현저하게 단축하는 효과를 제공한다.
이상, 바람직한 실시 예들을 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
100 : 광원
110 : 공간 광 변조기
120 : 제2광학계
130 : 제2빔스플리터
140 : 제1빔스플리터
150 : 대물렌즈
160 : 제3광학계
170 : 제1카메라
200 : 편광 생성기
210 : 위상 지연자
220 : 편광 해석기
300 : 시료
500 : 후 초점면
510 : 제1광학계
520 : 제3빔스플리터
530 : 제2카메라
540 : 이송 장치
550 : 광섬유
560 : 분광기

Claims (16)

  1. 광원에서 출발한 빛이 시료의 특정 영역만을 조사할 수 있도록 공간적으로 변조되는 공간 광 변조기;
    상기 공간 광 변조기에서 변조된 빛의 방향을 바꾸며 상기 시료에서 반사된 반사광의 일부가 통과하는 제1빔스플리터;
    상기 제1빔스플리터에서 굴절된 빛을 시료의 특정 영역으로 집광시키는 대물렌즈;
    상기 시료에서 반사된 반사광의 일부가 상기 제1빔스플리터에서 분리되어 입사된 후 방향을 바꾸는 제2빔스플리터;
    상기 제2빔스플리터에서 입사된 반사광에 의해 시료의 표면 이미지를 획득하는 제1카메라;
    상기 대물렌즈의 후 초점면(back focal plane)의 특정 영역을 통과하는 반사광을 수광할 수 있도록 수광부가 설치된 광섬유; 및
    상기 광섬유에서 수광된 빛의 강도를 측정하여 전기 신호로 출력하는 분광기;를 포함한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대물렌즈와 상기 광섬유 사이에 배치되며, 상기 대물렌즈의 후 초점면의 이미지를 미리 정해진 위치에 그대로 전송하는 제1광학계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1광학계에 의해 전송된 이미지를 획득하는 제2카메라; 및
    상기 제1광학계와 상기 제1카메라 사이에 배치되며, 상기 제1광학계에서 전송된 반사광을 상기 광섬유 및 상기 제2카메라 방향으로 분리하는 제3빔스플리터;를 더 포함한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유의 수광부는 이송 장치에 의해 2차원적으로 위치 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 DMD(Digtal Mirror Device), DLP(Digital Light Processing), LC(Liquid Crystal) 어레이, LCoS(Liquid Cell on Silicon), 가변 조리개(Variable Aperature) 중 어느 하나를 포함한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시료에 입사되는 빛의 편광 상태를 조절하는 편광 생성단; 및
    상기 시료에서 반사되는 빛의 편광 상태를 분석하는 편광 해석단이 구비된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 편광 생성단은 상기 광원으로부터 입사된 빛을 편광시키는 편광 생성기(Polarizer)를 포함하며,
    상기 편광 해석단은 상기 시료에서 반사되는 빛의 편광 상태를 분석하는 편광 해석기(Analyzer)를 포함한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 편광 생성단은 상기 편광 생성기를 통해 편광된 빛의 위상을 지연시키는 위상 지연자(Retarder)를 포함한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 편광 해석단은 상기 시료에서 반사되는 빛의 편광 위상을 지연시키는 위상 지연자(Retarder)를 포함한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 편광 생성단 및 상기 편광 해석단은 물리적으로 움직이지 않도록 고정된 상태로 배치된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 편광 생성기는 상기 광원과 상기 대물렌즈 사이에 배치되며,
    상기 편광 해석기는 상기 대물렌즈와 상기 광섬유 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 편광 생성기는 상기 공간 광 변조기에 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 편광 생성기는 상기 제1빔스플리터에 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 편광 해석기는 상기 제1빔스플리터에 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 편광 생성기는 상기 제2빔스플리터에 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 편광 해석기는, 상기 제1광학계에서 전송된 반사광을 상기 광섬유 및 상기 제1광학계에 의해 전송된 이미지를 획득하는 제2카메라 방향으로 분리하는 제3빔스플리터에 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 이용한 박막의 두께 및 물성 측정 시스템.
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