KR102788812B1

KR102788812B1 - Apparatus for spectral ellipsometry based on optical shape control

Info

Publication number: KR102788812B1
Application number: KR1020240154591A
Authority: KR
Inventors: 신선미; 곽세훈; 성준제
Original assignee: (주) 오로스테크놀로지
Priority date: 2024-07-17
Filing date: 2024-11-04
Publication date: 2025-04-01
Anticipated expiration: 2044-11-04

Abstract

분광 타원 계측 장치는 분광 타원 측정을 위한 입사광을 방사하는 광원부와, 상기 입사광을 시료에 집광하는 광원용광학부와, 상기 입사광에 의해 시료의 표면에서 반사되는 반사광을 검사기로 유도하는 측정용광학부와, 상기 반사광의 광량의 손실이 최소화되도록 반사광의 형상을 조절하는 조절광학부와, 상기 반사광으로부터 스펙트럼 이미지를 검출하는 검출부를 포함한다. A spectroscopic ellipsometric measuring device includes a light source unit that radiates incident light for measuring a spectroscopic ellipse, a light source optics unit that focuses the incident light on a sample, a measuring optics unit that guides reflected light reflected from the surface of the sample by the incident light to a tester, a control optics unit that controls the shape of the reflected light so that loss of the amount of the reflected light is minimized, and a detection unit that detects a spectrum image from the reflected light.

Description

{Apparatus for spectral ellipsometry based on optical shape control}

본 발명은 분광타원계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 형상 조절 기반의 분광 타원 계측 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a spectroscopic ellipsometer, and more specifically, to a spectroscopic ellipsometric measuring device based on optical shape control.

타원계측법(Ellipsometry)은 다양한 방식으로 빛의 편광 특성 변화를 확인하여 빛의 파장에 따른 물질의 복소 굴절률(complex refractive index)을 측정하는 방법을 말한다. Ellipsometry is a method of measuring the complex refractive index of a material according to the wavelength of light by observing changes in the polarization characteristics of light in various ways.

타원계측법은 빛이 반사, 또는 투과한 후 편광상태 변화를 측정한다. 이때, 편광상태 변화는 측정한 시료의 특성, 예컨대, 두께, 복소 굴절률 또는 유전함수에 따라 결정된다. Ellipsometric measurement measures the change in polarization state after light is reflected or transmitted. The change in polarization state is determined by the characteristics of the measured sample, such as thickness, complex refractive index, or dielectric function.

다른 광학적 측정 방법은 빛의 파장 이내 범위에서 회절한계에 부딪히지만, 타원계측법은 위상 정보를 이용해 수 옹스트롬까지의 해상도를 얻을 수 있다. 시료는 단층박막이나 몇 개의 층으로 이루어진 다층박막이며, 각각의 층이 같은 종류(예를 들면 Si와 SiOx 등)의 등방적이고 비흡수성인 물질로 가정된다. 이러한 가정과 어긋날 경우 별도의 변수를 도입해 측정결과를 분석해야 한다. While other optical measurement methods are diffraction limited within the wavelength of light, ellipsometry can achieve resolutions of up to a few angstroms by using phase information. The sample is a single-layer thin film or a multilayer thin film consisting of several layers, and each layer is assumed to be an isotropic and non-absorbing material of the same type (e.g., Si and SiOx). If this assumption is not met, separate variables must be introduced to analyze the measurement results.

한국공개특허 제2018-0087691호 (2018년08월02일 공개)Korean Patent Publication No. 2018-0087691 (Published on August 2, 2018)

본 발명의 목적은 광 형상 조절 기반의 분광 타원 계측 장치를 제공함에 있다. The purpose of the present invention is to provide a spectroscopic ellipsometric measuring device based on optical shape control.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분광 타원 계측 장치는 분광 타원 측정을 위한 입사광을 방사하는 광원과, 상기 입사광을 시료에 집광하는 광원용광학부와, 상기 입사광에 의해 시료의 표면에서 반사되는 반사광을 검출부로 유도하되, 상기 반사광의 형상을 조절하는 조절광학부를 포함하는 측정용광학부와, 상기 반사광으로부터 스펙트럼 이미지를 검출하는 상기 검출부를 포함한다. In order to achieve the above-described purpose, a spectroscopic ellipsometric measuring device according to a preferred embodiment of the present invention includes a light source emitting incident light for spectral ellipsometric measurement, a light source optical section for focusing the incident light on a sample, a measuring optical section including a control optical section for guiding reflected light reflected from a surface of the sample by the incident light to a detection section and controlling the shape of the reflected light, and the detection section for detecting a spectrum image from the reflected light.

상기 조절광학부는 상기 반사광의 광량의 손실이 최소화되도록 반사광의 형상을 조절하는 것을 특징으로 한다. The above-mentioned control optical unit is characterized by controlling the shape of the reflected light so as to minimize the loss of the amount of light of the reflected light.

상기 조절광학부는 기 설정된 형상의 슬릿을 가지며 상기 슬릿을 통해 상기 반사광을 출사시키는 슬릿광학계와, 상기 측정용광학부와 상기 슬릿광학계 사이에 개재되어 상기 반사광의 형상이 상기 슬릿광학계의 상기 슬릿의 형상과 일치하도록 조절하는 초점광학계를 포함한다. The above-mentioned control optical unit includes a slit optical system having a slit of a preset shape and emitting the reflected light through the slit, and a focusing optical system interposed between the measuring optical unit and the slit optical system to adjust the shape of the reflected light so that it matches the shape of the slit of the slit optical system.

상기 초점광학계는 역반사경(retro reflector), 실린더 렌즈(cylinder lens), 실린더 미러(cylinder mirror) 중 어느 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다. The above focusing optical system is characterized in that it is formed using any one of a retro reflector, a cylinder lens, and a cylinder mirror.

상기 초점광학계는 이방성의 광학계인 것을 특징으로 한다. The above focusing optical system is characterized by being an anisotropic optical system.

상기 조절광학부는 중공의 몸체와, 광로를 따라 상기 반사광이 입사되는 상기 몸체의 일단에 형성되는 사각 형상의 입사구와, 상기 몸체의 상기 반사광이 출사되는 상기 몸체의 타단에 형성되는 사각의 슬릿 형상을 가지는 출사구를 포함하는 광부품으로 형성되는 것을 특징으로 한다. The above-mentioned control optical section is characterized by being formed as an optical component including a hollow body, a square-shaped entrance port formed at one end of the body through which the reflected light is incident along an optical path, and an exit port having a square slit shape formed at the other end of the body through which the reflected light of the body is emitted.

상기 입사구는 1mm x 1mm의 크기의 규격을 가지며, 상기 출사구는 0.1mm x 1mm 크기의 규격을 가지는 것을 특징으로 한다. The above-mentioned entrance port has a size of 1 mm x 1 mm, and the above-mentioned exit port has a size of 0.1 mm x 1 mm.

상기 몸체는 상기 입사구를 통해 반사광이 입사되면 상기 반사광을 몸체의 내부에서 전반사 상태로 반사되게 함으로써 상기 반사광을 균질화시킨 후 상기 출사구를 통해 출사되도록 하는 것을 특징으로 한다. The above body is characterized in that when reflected light is incident through the entrance port, the reflected light is reflected in a total reflection state inside the body, thereby homogenizing the reflected light and then being emitted through the exit port.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 초점광학계를 통해 슬릿광학계의 슬릿의 형상과 일치하는 초점 스팟이 형성되도록 반사광의 형상을 조절함으로써, 광량 손실을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 부품 오차에 의한 각도 별 검출 광량 차이가 감소하고, 시료 정렬에 대한 측정 민감성 감소 등의 효과를 제공할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, by controlling the shape of the reflected light so that a focus spot is formed that matches the shape of the slit of the slit optical system through the focusing optical system, light loss can be minimized. Accordingly, the difference in the detected light quantity by angle due to component error can be reduced, and the measurement sensitivity for sample alignment can be reduced, etc. can be provided.

더욱이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 초점광학계 및 슬릿광학계를 포함하는 조절광학부를 하나의 광부품(OC)으로 구현함으로써, 부품의 수를 감소시키면서도 광량의 손실을 최소화할 수 있다. 더욱이, 광부품(OC)은 슬릿광학계의 슬릿(SL)의 역할을 수행함과 함께 균질한 광을 형성함으로써 계측의 품질을 향상시킬 수 있다. Furthermore, according to another embodiment of the present invention, by implementing the control optical part including the focusing optical system and the slit optical system as a single optical component (OC), the number of components can be reduced while minimizing the loss of light quantity. Furthermore, the optical component (OC) can improve the quality of measurement by forming homogeneous light while performing the role of the slit (SL) of the slit optical system.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 형상 조절 기반의 분광 타원 계측 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 형상 조절 기반의 분광 타원 계측 장치에서 검출부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사광의 형상을 조절하는 조절광학부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 반사광의 형상을 조절하는 방법을 부연 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사광의 형상을 조절하는 조절광학부의 구성을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a drawing for explaining the configuration of a spectroscopic ellipsometric measuring device based on optical shape control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing for explaining the configuration of a detection unit in a spectroscopic ellipsometric measuring device based on optical shape control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a drawing for explaining the configuration of a control optical unit that controls the shape of reflected light according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 4 and 5 are drawings for further explanation of a method for controlling the shape of reflected light according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a drawing for explaining the configuration of a control optical unit that controls the shape of reflected light according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention can be modified in various ways and has various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, it should be understood that the terms "comprise" or "have" and the like are intended to specify that a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification is present, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

특히, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. In particular, the terms or words used in this specification and claims described below should not be interpreted as limited to their usual or dictionary meanings, but should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her own invention in the best way.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 광 형상 조절 기반의 분광 타원 계측 장치의 구성에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 형상 조절 기반의 분광 타원 계측 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 형상 조절 기반의 분광 타원 계측 장치에서 검출부의 구성을 설명하기 위한 도면이다. First, the configuration of a spectroscopic ellipsometric measurement device based on optical shape control according to an embodiment of the present invention will be described. Fig. 1 is a drawing for explaining the configuration of a spectroscopic ellipsometric measurement device based on optical shape control according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 is a drawing for explaining the configuration of a detection unit in a spectroscopic ellipsometric measurement device based on optical shape control according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 분석 장치는 광원부(10), 측정부(20)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an optical analysis device according to an embodiment of the present invention includes a light source unit (10) and a measuring unit (20).

광원부(10)는 타원계측법(Ellipsometry)에 따른 분광 타원 측정을 위한 입사광을 스테이지(40) 상에 안착된 시료(30)에 집광하기 위한 것이다. The light source unit (10) is for focusing incident light for spectral ellipse measurement according to the ellipsometric method onto a sample (30) placed on a stage (40).

측정부(20)는 입사광에 의해 시료(30)의 표면에서 반사되는 반사광으로부터 스펙트럼 이미지를 검출하기 위한 것이다. 검출된 스펙트럼 이미지는 입사광의 제1 편광상태에서 반사광의 제2 편광상태로의 변화를 나타낸다. 측정부는 이러한 편광상태의 변화를 나타내는 스펙트럼 이미지에 따라 시료의 물성을 측정할 수 있다. The measuring unit (20) is for detecting a spectrum image from the reflected light reflected from the surface of the sample (30) by the incident light. The detected spectrum image represents a change from the first polarization state of the incident light to the second polarization state of the reflected light. The measuring unit can measure the physical properties of the sample according to the spectrum image representing this change in polarization state.

광원부(10)는 광원(100) 및 광원용광학부(200)를 포함한다. The light source unit (10) includes a light source (100) and a light source optical unit (200).

광원(100)는 분광 타원 측정을 위한 입사광(LL)을 방사하기 위한 것이다. The light source (100) is for emitting incident light (LL) for spectral ellipse measurement.

광원용광학부(200)는 광원(100)로부터 방사된 입사광(LL)을 시료에 집광하기 위한 것이다. The optical section (200) for the light source is for focusing the incident light (LL) emitted from the light source (100) onto the sample.

광원용광학부(200)는 핀홀(210), 콜리메이션렌즈(220), 편광자(230) 및 광원용대물광학계(240)를 포함한다. 핀홀(210), 콜리메이션렌즈(220), 편광자(230) 및 광원용대물광학계(240)는 광원(100)로부터 입사광(LL)의 광로의 진행 방향에 따라 순차로 개재된다. The optical unit (200) for the light source includes a pinhole (210), a collimation lens (220), a polarizer (230), and an objective optical system (240) for the light source. The pinhole (210), the collimation lens (220), the polarizer (230), and the objective optical system (240) for the light source are sequentially arranged according to the direction of progression of the optical path of incident light (LL) from the light source (100).

핀홀(210)은 입사광(LL)의 광로의 진행 방향에서 광원(100)의 다음에 개재된다. 핀홀(210)은 입사광(LL)의 크기와 광량을 제어하기 위한 것이다. A pinhole (210) is interposed next to the light source (100) in the direction of propagation of the light path of incident light (LL). The pinhole (210) is for controlling the size and amount of incident light (LL).

콜리메이션렌즈(220)는 입사광(LL)의 광로의 진행 방향에서 핀홀(210)의 다음에 개재된다. 이러한 콜리메이션렌즈(220)는 광원(100)이 방사한 입사광(LL)을 평행하게 정렬하기 위한 것이다. A collimation lens (220) is interposed next to the pinhole (210) in the direction of propagation of the light path of the incident light (LL). This collimation lens (220) is intended to align the incident light (LL) emitted by the light source (100) in a parallel manner.

편광자(230)는 입사광(LL)의 광로의 진행 방향에서 콜리메이션렌즈(220)의 다음에 개재된다. 이러한 편광자(230)는 콜리메이션렌즈(220)에 의해 평행하게 정렬된 입사광(LL)의 편광상태를 단일의 편광상태로 정렬하기 위한 것이다. A polarizer (230) is interposed next to a collimation lens (220) in the direction of propagation of the light path of incident light (LL). This polarizer (230) is intended to align the polarization state of incident light (LL) aligned parallel by the collimation lens (220) into a single polarization state.

광원용대물광학계(240)는 입사광(LL)의 광로의 진행 방향에서 편광자(230)의 다음에 개재된다. 광원용대물광학계(240)는 입사광(LL)을 시료(30)에 집광하기 위한 것이다. The objective optical system (240) for the light source is interposed after the polarizer (230) in the direction of propagation of the light path of the incident light (LL). The objective optical system (240) for the light source is for focusing the incident light (LL) onto the sample (30).

측정부(20)는 측정용광학부(300) 및 검출부(400)를 포함한다. The measuring unit (20) includes a measuring optical unit (300) and a detection unit (400).

측정용광학부(300)는 입사광(LL)이 시료(30)에 대해 반사된 반사광(RL)을 검출부(400)에 집광하기 위한 것이다. The measuring optical unit (300) is for focusing the reflected light (RL) reflected by the sample (30) from the incident light (LL) onto the detection unit (400).

이를 위하여, 측정용광학부(300)는 측정용대물광학계(310), 분석자(320) 및 포커스렌즈(330) 및 조절광학부(340)를 포함한다. For this purpose, the measuring optical unit (300) includes a measuring objective optical system (310), an analyzer (320), a focus lens (330), and an adjustment optical unit (340).

측정용대물광학계(310)는 시료(30)로부터 입사광(LL)이 시료(30)에 대해 반사된 반사광(RL)이 검출부로 향하는 광로의 진행 방향에 개재된다. 측정용대물광학계(310)는 입사광(LL)이 시료(30)에 대해 반사된 반사광(RL)이 검출부(400)에 입사되는 광로로 유도하기 위한 것이다. The measuring objective optical system (310) is interposed in the direction of progression of the optical path in which the incident light (LL) from the sample (30) and the reflected light (RL) reflected from the sample (30) are directed to the detection unit. The measuring objective optical system (310) is intended to guide the incident light (LL) to the optical path in which the reflected light (RL) reflected from the sample (30) is incident to the detection unit (400).

분석자(320: analyzer)는 반사광(RL)의 광로의 진행 방향에서 측정용대물광학계(310)의 다음에 개재된다. 분석자(320)는 측정용대물광학계(310)로부터 입사되는 반사광(RL)의 편광상태를 분석하여 반사광(RL)의 광로의 진행 방향으로 반사광(RL)을 출력한다. 이러한 분석자(320)는 편광자(polarizer)로 형성된다. 분석자(320)는 회전하면서 반사광(RL)을 원하는 편광상태로 제어하기 위해 선편광을 가지는 반사광을 출력한다. The analyzer (320) is interposed next to the measuring objective optical system (310) in the direction of progression of the optical path of the reflected light (RL). The analyzer (320) analyzes the polarization state of the reflected light (RL) incident from the measuring objective optical system (310) and outputs the reflected light (RL) in the direction of progression of the optical path of the reflected light (RL). This analyzer (320) is formed as a polarizer. The analyzer (320) outputs the reflected light having linear polarization while rotating to control the reflected light (RL) to a desired polarization state.

포커스렌즈(330)는 분석자(320)로부터 반사광(RL)의 광로의 진행 방향에 개재된다. 포커스렌즈(330)는 분석자(320)로부터 입사되는 반사광(RL)을 검출부(400)로 유도하기 위한 것이다. 포커스렌즈(330)는 분석자(320)로부터 입사되는 반사광(RL)을 반사광(RL)의 광로의 진행 방향으로 출력한다. The focus lens (330) is interposed in the direction of progression of the optical path of the reflected light (RL) from the analyzer (320). The focus lens (330) is for guiding the reflected light (RL) incident from the analyzer (320) to the detection unit (400). The focus lens (330) outputs the reflected light (RL) incident from the analyzer (320) in the direction of progression of the optical path of the reflected light (RL).

조절광학부(340)는 반사광의 광량의 손실이 최소화되도록 반사광의 형상을 조절하여 형상이 조절된 반사광을 검출부(400)에 집광하기 위한 것이다. The control optical unit (340) is for controlling the shape of the reflected light so that the loss of the amount of reflected light is minimized and focusing the reflected light with the controlled shape on the detection unit (400).

검출부(400)는 입사되는 반사광(RL)으로부터 스펙트럼 이미지를 검출한다. 검출된 스펙트럼 이미지는 입사광(LL)에 대응하는 반사광(RL)의 편광상태의 변화를 나타낸다. 이러한 편광상태의 변화를 통해 시료의 물성을 측정할 수 있다. The detection unit (400) detects a spectrum image from the incident reflected light (RL). The detected spectrum image indicates a change in the polarization state of the reflected light (RL) corresponding to the incident light (LL). The physical properties of the sample can be measured through this change in the polarization state.

도 2에 도시된 바와 같이, 검출부(400)는 회절격자(410) 및 검출면(420)을 포함한다. 회절격자(410)는 파장에 따라 집광된 반사광을 공간적으로 분산한다. 조절광학부(340)로부터 회절격자(410)에 입사되는 반사광(RL)은 서로 다른 2개의 파장을 포함할 수 있다. 이에 따라, 회절격자(410)는 서로 다른 2개의 파장을 가지는 반사광(RL)을 제1 파장을 가지는 제1 반사광(RL1)과 제2 파장을 가지는 제2 반사광(RL2)로 분산할 수 있다. As illustrated in FIG. 2, the detection unit (400) includes a diffraction grating (410) and a detection surface (420). The diffraction grating (410) spatially disperses the collected reflected light according to the wavelength. The reflected light (RL) incident on the diffraction grating (410) from the control optical unit (340) may include two different wavelengths. Accordingly, the diffraction grating (410) may disperse the reflected light (RL) having two different wavelengths into a first reflected light (RL1) having a first wavelength and a second reflected light (RL2) having a second wavelength.

파장이 분산된 반사광(RL1, RL2)은 검출면(420)에 집광되어 스펙트럼 이미지로 검출된다. 이때, 도시된 바와 같이, 파장이 분산된 반사광이 검출면(420)에 집광될 때, 파장의 분산에 따라 제1 파장을 가지는 제1 반사광(RL1)은 제1 초점 스팟(F1)에 집광되고, 제2 파장을 가지는 제2 반사광(RL2)는 제2 초점 스팟(F2)에 집광될 수 있다. The wavelength-dispersed reflected light (RL1, RL2) is focused on the detection surface (420) and detected as a spectrum image. At this time, as illustrated, when the wavelength-dispersed reflected light is focused on the detection surface (420), the first reflected light (RL1) having the first wavelength may be focused on the first focus spot (F1) according to the wavelength dispersion, and the second reflected light (RL2) having the second wavelength may be focused on the second focus spot (F2).

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 조절광학부(340)에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사광의 형상을 조절하는 조절광학부의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 반사광의 형상을 조절하는 방법을 부연 설명하기 위한 도면이다. Next, the control optical unit (340) according to one embodiment of the present invention will be described in more detail. FIG. 3 is a drawing for explaining the configuration of the control optical unit for controlling the shape of reflected light according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 and FIG. 5 are drawings for further explaining a method for controlling the shape of reflected light according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조절광학부(340)는 초점광학계(AN) 및 슬릿광학계(GT)를 포함한다. Referring to FIG. 3, according to one embodiment of the present invention, the control optical unit (340) includes a focusing optical system (AN) and a slit optical system (GT).

초점광학계(AN) 및 슬릿광학계(GT)는 반사광(RL)의 광로의 진행 방향으로 순차로 배치된다. The focusing optical system (AN) and the slit optical system (GT) are arranged sequentially in the direction of propagation of the optical path of the reflected light (RL).

슬릿광학계(GT)는 기 설정된 형상의 슬릿(SL)을 가진다. 슬릿광학계(GT)는 초점광학계(AN)로부터 출력되는 반사광(RL)을 슬릿(SL)을 통해 출사시킨다. The slit optical system (GT) has a slit (SL) of a preset shape. The slit optical system (GT) emits reflected light (RL) output from the focusing optical system (AN) through the slit (SL).

초점광학계(AN)는 측정용광학부(300)와 슬릿광학계(GT) 사이에 개재되며, 슬릿(SL)을 통과하는 광의 형상이 슬릿(SL)의 형상과 일치하도록 조절한다. 다른 말로, 초점광학계(AN)는 슬릿(SL)을 포함하는 슬릿광학계(GT)에 대해 슬릿(SL)의 형상과 일치하는 초점 스팟이 형성되도록 반사광의 형상을 조절한다. The focusing optical system (AN) is interposed between the measuring optical section (300) and the slit optical system (GT), and adjusts the shape of light passing through the slit (SL) to match the shape of the slit (SL). In other words, the focusing optical system (AN) adjusts the shape of reflected light so that a focal spot is formed that matches the shape of the slit (SL) for the slit optical system (GT) including the slit (SL).

초점광학계(AN)는 이방성의 광학계이다. 이러한 초점광학계(AN)는 역반사경(retro reflector), 실린더 렌즈(cylinder lens), 실린더 미러(cylinder mirror) 중 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다. A focusing optical system (AN) is an anisotropic optical system. This focusing optical system (AN) can be formed using any one of a retroreflector, a cylinder lens, and a cylinder mirror.

본 발명의 일 실시예에 따른 초점광학계(AN) 및 슬릿광학계(GT)로 구성되는 조절광학부(340)에 대해 부연하여 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 편광자(polarizer)로 형성된 분석자(320: analyzer)는 회전하면서 타원편광 상태의 반사광을 원하는 편광상태로 제어하기 위해 선편광을 가지는 반사광을 출력한다. 이에 따라, 검출부(400)는 다수의 각도에서 스펙트럼을 취득하여 분석 및 계산할 수 있다. In further detail, the control optical unit (340) composed of a focusing optical system (AN) and a slit optical system (GT) according to one embodiment of the present invention will be described. As illustrated in FIG. 4, the analyzer (320) formed of a polarizer outputs reflected light having linear polarization while rotating to control reflected light in an elliptically polarized state to a desired polarization state. Accordingly, the detection unit (400) can acquire, analyze, and calculate spectra at multiple angles.

하지만, 분석자(320)가 회전을 할 경우 흔들림(wobble)이 발생할 수 있다. 이러한 흔들림으로 인해 예컨대, 도면 부호 D1 및 D2와 같이, 선편광을 가지는 반사광의 방향이 변경되고, 변경된 반사광의 방향에 따라 각 θ 만큼 슬릿광학계(GT)에 대한 초점 스팟(FS1, FS2)이 변경되게 된다. 이처럼, 이러한 분석자(320)의 흔들림으로 인해 반사광의 방향이 변경됨에 따라, 슬릿광학계(GT)에 대한 초점 스팟이 변경되게됨으로써, 도면 부호 CS가 지시하는 바와 같이, 반사광의 일부는 슬릿광학계(GT)의 슬릿(SL)을 통과하지만, 나머지는 슬릿(SL)을 통과하지 못하기 때문에 광량의 손실이 발생 할 수 있다. 이러한 부분적인 광량 손실은 측정 오차를 일으킬 수 있다. 이러한 현상을 회피하기 위해 슬릿(SL)의 크기를 크게하는 경우, 파장 별로 해상도에 영향을 받는다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조절광학부(340)에 의해 조절되어 슬릿(SL)을 포함하는 슬릿광학계(GT)에 대해 슬릿(SL)의 형상과 일치하는 초점 스팟 혹은 슬릿(SL)의 상하 폭에 일치하는 초점 스팟이 형성되도록 한다. 이러한 본 발명의 이점에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. However, when the analyzer (320) rotates, wobble may occur. Due to this wobble, the direction of the reflected light having linear polarization, such as, for example, reference numerals D1 and D2, is changed, and the focal spot (FS1, FS2) for the slit optical system (GT) is changed by an angle θ according to the changed direction of the reflected light. In this way, since the direction of the reflected light is changed due to the wobble of the analyzer (320), the focal spot for the slit optical system (GT) is changed, and as indicated by reference numeral CS, some of the reflected light passes through the slit (SL) of the slit optical system (GT), but the rest does not pass through the slit (SL), which may cause a loss of light quantity. This partial loss of light quantity may cause a measurement error. If the size of the slit (SL) is increased to avoid this phenomenon, the resolution is affected by wavelength. Accordingly, according to one embodiment of the present invention, a focus spot matching the shape of the slit (SL) or matching the vertical width of the slit (SL) is formed for a slit optical system (GT) including a slit (SL) by being controlled by the control optical unit (340). The advantages of the present invention will be described in more detail as follows.

한편, 도 5의 (A)에 슬릿(SL)을 포함하는 슬릿광학계(GT)에 대해 슬릿(SL)의 상하의 폭 보다 작은 크기의 형상을 가지는 초점 스팟인 제1 슬릿 초점 스팟(FS1)이 형성되었을 때, 검출면(420)의 표면에 형성되는 어느 하나의 초점 스팟인 제1 검출 초점 스팟(FD1)이 도시되었다. 이러한 경우, 분광계의 검출면(420)에 1 픽셀 보다 작은 형태로 이미징되어 검출부(400)가 적층형 CCD(Charge-Coupled Device)인 경우, 측정 광량의 제한을 받게 된다. Meanwhile, when a first slit focus spot (FS1), which is a focus spot having a shape smaller than the upper and lower widths of the slit (SL) in the slit optical system (GT) including the slit (SL) in Fig. 5 (A), is formed, a first detection focus spot (FD1), which is one focus spot formed on the surface of the detection surface (420), is illustrated. In this case, if the detection unit (400) is a stacked CCD (Charge-Coupled Device), the measurement light amount is limited because it is imaged in a shape smaller than 1 pixel on the detection surface (420) of the spectrometer.

도 5의 (B)에 슬릿(SL)을 포함하는 슬릿광학계(GT)에 대해 슬릿(SL) 보다 큰 크기의 형상을 가지는 초점 스팟 혹은 슬릿(SL)의 상하 폭 보다 큰 폭을 가지는 초점 스팟인 제2 슬릿 초점 스팟(FS2)이 형성되었을 때, 검출면(420)의 표면에 형성되는 어느 하나의 초점 스팟인 제2 검출 초점 스팟(FD2)이 도시되었다. 이러한 경우, 슬릿(SL)에 의해 가려지는 광량 손실이 크게 되고 분석자(320)의 회전에 따른 정렬 오차로 인하여 측정값에 차이가 발생한다. In Fig. 5 (B), when a second slit focus spot (FS2), which is a focus spot having a shape larger than the slit (SL) or a width larger than the vertical width of the slit (SL) is formed in the slit optical system (GT) including the slit (SL), a second detection focus spot (FD2), which is one focus spot formed on the surface of the detection surface (420), is illustrated. In this case, the amount of light lost by the slit (SL) becomes large, and a difference in the measured value occurs due to an alignment error caused by the rotation of the analyzer (320).

도 5의 (C)에 본 발명의 일 실시예에 따른 조절광학부(340)의 초점광학계(AN) 에 의해 반사광의 형상이 조절됨으로써, 슬릿광학계(GT)에 슬릿(SL)의 형상과 일치하는 초점 스팟 혹은 슬릿(SL)의 상하 폭에 일치하는 초점 스팟인 제3 슬릿 초점 스팟(FS3)이 형성되었을 때, 검출면(420)의 표면에 형성되는 어느 하나의 초점 스팟인 제3 검출 초점 스팟(FD3)이 도시되었다. 이러한 경우, 광량 손실이 최소화됨으로써 적분형 검출기의 이점이 반영되어 부품 오차에 오차에 의한 각도 별 검출 광량 차이가 감소하고, 시료 정렬에 대한 측정 민감성 감소 등의 효과를 제공할 수 있다. When the shape of the reflected light is adjusted by the focusing optical system (AN) of the adjusting optical unit (340) according to one embodiment of the present invention in FIG. 5 (C), and a third slit focus spot (FS3), which is a focus spot matching the shape of the slit (SL) in the slit optical system (GT) or a focus spot matching the vertical width of the slit (SL), is formed, a third detection focus spot (FD3), which is one of the focus spots formed on the surface of the detection surface (420), is illustrated. In this case, since the loss of light quantity is minimized, the advantage of the integrating detector is reflected, and the difference in the amount of detected light per angle due to component error is reduced, and the measurement sensitivity for sample alignment is reduced, etc. can be provided.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조절광학부(340)에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사광의 형상을 조절하는 조절광학부의 구성을 설명하기 위한 도면이다. Next, a control optical unit (340) according to another embodiment of the present invention will be described in more detail. FIG. 6 is a drawing for explaining the configuration of a control optical unit that controls the shape of reflected light according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 조절광학부(340)는 광부품(OC)으로 이루어지며, 광부품(OC)은 입사구(IL) 및 출사구(OL)를 가지는 몸체(BD)로 이루어진다. Referring to FIG. 6, a control optical unit (340) according to another embodiment of the present invention is composed of an optical component (OC), and the optical component (OC) is composed of a body (BD) having an entrance port (IL) and an exit port (OL).

몸체(BD)는 반사광의 경로를 따라 상하 폭이 줄어드는 중공의 형상으로 이루어진다. 입사구(IL)는 반사광(RL)의 광로를 따라 반사광(RL)이 입사되는 몸체(BD)의 일단에 형성되며, 사각 형상으로 형성된다. 출사구(OL)는 반사광(RL)의 광로를 따라 몸체(BD)로부터 반사광이 출사되는 몸체(BD)의 타단에 형성되며, 사각의 슬릿(SL)의 형상을 가진다. 여기서, 입사구(IL)는 1mm x 1mm의 크기의 규격을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 출사구(OL)는 0.1mm x 1mm 크기의 규격을 가지는 것이 바람직하다. The body (BD) is formed in a hollow shape whose vertical width decreases along the path of the reflected light. The entrance port (IL) is formed at one end of the body (BD) where the reflected light (RL) is incident along the optical path of the reflected light (RL), and is formed in a square shape. The exit port (OL) is formed at the other end of the body (BD) where the reflected light is emitted from the body (BD) along the optical path of the reflected light (RL), and has the shape of a square slit (SL). Here, the entrance port (IL) preferably has a size of 1 mm x 1 mm. In addition, the exit port (OL) preferably has a size of 0.1 mm x 1 mm.

몸체(BD)는 입사구(IL)를 통해 반사광(RL)이 입사되면, 반사광(RL)을 몸체(BD)의 내부(내부면)에서 전반사 상태로 반사되게 함으로써 반사광(RL)을 균질화시킨 후 출사구(OL)를 통해 출사되도록 한다. 즉, 출사구(OL)는 일 실시예의 슬릿(SL)과 동일한 역할을 수행한다. When reflected light (RL) is incident through an entrance port (IL), the body (BD) homogenizes the reflected light (RL) by reflecting it in a total reflection state inside (inner surface) of the body (BD) and then emits it through an exit port (OL). In other words, the exit port (OL) performs the same role as a slit (SL) in one embodiment.

광부품(OC)의 몸체(BD)의 길이는 반사광(RL)이 몸체(BD)의 내부(내부면)에서 전반사 상태로 반사되어 균질화될 수 있도록 20mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. It is desirable that the length of the body (BD) of the optical component (OC) be formed to be 20 mm or longer so that the reflected light (RL) can be reflected in a total reflection state inside (inner surface) of the body (BD) and be homogenized.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광학계와 슬릿(SL)이 형성된 슬릿광학계(GT)를 포함하는 형태의 복합적인 구조 대신에 조절광학부(340)를 하나의 광부품(OC)으로 구현함으로써, 부품의 수를 감소시키면서도 광량의 손실을 최소화할 수 있다. 더욱이, 광부품(OC)은 슬릿광학계(GT)의 슬릿(SL)의 역할을 수행함과 함께 균질한 광을 형성함으로써 계측의 품질을 향상시킬 수 있다. According to another embodiment of the present invention, instead of a composite structure including an optical system and a slit optical system (GT) in which a slit (SL) is formed, the control optical unit (340) is implemented as a single optical component (OC), thereby reducing the number of components and minimizing the loss of light quantity. Furthermore, the optical component (OC) can improve the quality of measurement by forming homogeneous light while performing the role of the slit (SL) of the slit optical system (GT).

본 발명의 조절광학부(340)의 초점광학계(AN) 혹은 조절광학부(340)의 광부품(OC)에 의해 반사광의 형상이 조절됨으로써, 시료(30)에 입사되는 입사광, 시료에서 반사되는 반사광 그리고 검출부(400)의 검출면(420)에 대한 정렬에 대한 마진이 늘어난다. 이에 따라, 부품 오차에 의한 각도 별 검출 광량 차이가 감소하고, 시료 정렬에 대한 측정 민감성 감소 등의 효과를 제공할 수 있다. 즉, 시료에 입사하는 입사광(LL)과 반사광(RL)이 검출면(420)의 파장 분산의 방향에 수직으로 정렬되지 않는 경우에도 조절광학부(340)에 의해 검출부(400)의 검출면(420)에 대한 정렬이 이루어짐으로써 목적하는 초점 스팟을 형성할 수 있고, 초점 오차 및 광량의 손실 없이 계측의 품질을 향상시킬 수 있다. By controlling the shape of the reflected light by the focusing optical system (AN) of the adjusting optical unit (340) of the present invention or the optical component (OC) of the adjusting optical unit (340), the margin for the alignment of the incident light incident on the sample (30), the reflected light reflected from the sample, and the detection surface (420) of the detection unit (400) with respect to the incident light is increased. Accordingly, the difference in the amount of detected light per angle due to component error is reduced, and the effects of reduced measurement sensitivity for sample alignment can be provided. That is, even when the incident light (LL) and the reflected light (RL) incident on the sample are not aligned perpendicularly to the direction of wavelength dispersion of the detection surface (420), the alignment of the detection surface (420) of the detection unit (400) with respect to the detection surface (420) is achieved by the adjusting optical unit (340), thereby forming the desired focus spot, and improving the quality of the measurement without focus error and loss of light amount.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. Above, one embodiment of the present invention has been described, but those skilled in the art will be able to modify and change the present invention in various ways by adding, changing, deleting or adding components, etc., within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims, and this will also be considered to be included within the scope of the rights of the present invention.

10: 광원부
20: 측정부
30: 시료
40: 스테이지
100: 광원
200: 광원용광학부
210: 핀홀
220: 콜리메이션렌즈
230: 편광자
240: 광원용대물광학계
300: 측정용광학부
310: 측정용대물광학계
320: 분석자
330: 포커스렌즈
340: 조절광학부
400: 검출부 10: Light source
20: Measuring section
30: Sample
40: Stage
100: Light source
200: Department of Optics for Light Sources
210: Pinhole
220: Collimation lens
230: Polarizer
240: Optical system for light source
300: Optical section for measurement
310: Optical system for measuring objects
320: Analyst
330: Focus Lens
340: Control optics section
400: Detection Unit

Claims

A light source emitting incident light for spectral ellipse measurements;
An optical unit for a light source that focuses the incident light onto a sample;
A measuring optical unit including a control optical unit that controls the shape of the reflected light reflected from the surface of the sample by the incident light to guide the reflected light to the detection unit; and
The detection unit detects a spectrum image from the reflected light;
Including,
The above control optical part
A hollow body,
A square-shaped entrance port formed at one end of the body through which the reflected light is incident along the optical path,
An emission port having a square slit shape formed at the other end of the body through which the reflected light of the body is emitted
Including
characterized by being formed of optical components
Device for measuring spectroscopic ellipsometry.

delete

In the first paragraph,
The above entrance is
It has a size of 1mm x 1mm,
The above exit port
Characterized by having a size of 0.1mm x 1mm
Device for measuring spectroscopic ellipsometry.

In the first paragraph,
The above body
When reflected light enters through the above entrance port,
The above reflected light is reflected in a total reflection state inside the body, thereby homogenizing the above reflected light and then emitted through the emission port.
characterized by
Device for measuring spectroscopic ellipsometry.