[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20170019954A - Confocal surface profiler and measuring method using the same - Google Patents

Confocal surface profiler and measuring method using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20170019954A
KR20170019954A KR1020150114507A KR20150114507A KR20170019954A KR 20170019954 A KR20170019954 A KR 20170019954A KR 1020150114507 A KR1020150114507 A KR 1020150114507A KR 20150114507 A KR20150114507 A KR 20150114507A KR 20170019954 A KR20170019954 A KR 20170019954A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
sample
detector
measuring
light signal
Prior art date
Application number
KR1020150114507A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101722495B1 (en
Inventor
김덕영
지윤영
배윤성
송영식
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020150114507A priority Critical patent/KR101722495B1/en
Publication of KR20170019954A publication Critical patent/KR20170019954A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101722495B1 publication Critical patent/KR101722495B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/306Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for measuring a confocal surface, wherein the apparatus comprises: a light source generating light and irradiating the light onto a sample desired to be measure; an output-side beam splitter receiving the light reflected from the sample and separating a route of the light going into two; a first detector receiving a first light signal, separated, from the beam splitter, checking a focal surface, and thereby measuring a height value of a sampling point; and a second detector receiving a second light signal, separated, from the beam splitter and measuring gradient information on the sampling point from the second light signal at a point of time when the first light signal turns to the maximum. Accordingly, the present invention may overcome a physical limit that a surface profiler using an existing focal microscope is only able to measure a height value of a corresponding measurement location of a sample, solve problems of inconvenience in repeating an identical measurement process in a plurality of measurement locations for measuring an overall area of the sample, and solve a problem of taking a long time consumed in the measurement.

Description

공초점 표면 측정 장치 및 방법{Confocal surface profiler and measuring method using the same}[0001] The present invention relates to a confocal surface measuring apparatus and method,

본 발명은 샘플의 표면을 측정하는 기술에 관한 것으로, 특히 공초점을 이용하여 측정하고자 하는 샘플의 측정 위치(sampling point)로부터 다양한 정보를 측정하여 샘플 표면의 프로파일(profile)을 복원할 수 있는 공초점 표면 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for measuring a surface of a sample, and more particularly, to a technique for measuring a surface of a sample by using a confocal microscope to measure various information from a sampling point of the sample to be measured, To a focal surface measuring apparatus and method.

나노과학, 반도체, 나노물리, 나노화학, 나노재료, 나노광학, 표면과학, 의료영상, 생물학, 생명물리, 의학물리, 의광학 분야 등에서 3차원으로 공초점 위치에 빛의 조사한 후 빛의 투과 또는 반사 신호를 검출하여 광축방향 및 평면방향의 고분해능을 갖는 대면적 3차원 구조 및 표면형상을 고속으로 측정하는 기술에 대한 연구는 지속적으로 계속되고 있다.It is necessary to irradiate light in a three-dimensional confocal position in the fields of nano science, semiconductor, nano physics, nano chemistry, nanomaterials, nano optics, surface science, medical imaging, biology, biophysics, Researches on a technique for detecting a reflection signal and measuring a large-sized three-dimensional structure and a surface shape at a high speed with a high resolution in the optical axis direction and a plane direction are continuously being continued.

특정 검사샘플의 표면형상을 고속으로 측정하는 장치로는, 광 촉침법 형상측정기, 슬릿광 주사법 형상측정기, 영사식 모아레법 측정기, 백색광 간섭법 측정기, 단일 공초점 형상측정기, 다중 공초점 형상측정기 등 다양하게 개발되어 보급되고 있다.As a device for measuring the surface shape of a specific inspection sample at a high speed, there are a photometric method shape measuring device, a slit optical scanning method shape measuring device, a projection type moire measuring device, a white light interference measuring device, a single confocal shape measuring device, It has been developed and distributed in various ways.

그러나 상술한 다양한 형상측정기는 각각의 내재하는 문제가 실질적으로 드러나고 있다. 구체적으로는 하나의 집속된 광원이 반사된 위치를 이용하여 표면 형상을 측정하는 광 촉침법 형상 측정기는 한 번에 한 점만을 측정하므로 전체 삼차원 형상을 모두 측정하기 위해서 기계적인 X-Y 스캐닝 스테이지(scanning stage)가 필요하게 되는데, 이때 구동 스테이지의 가속 및 감속의 한계에 의해 측정 속도가 제한을 받게 되며, 따라서 측정 속도가 느린 단점이 존재한다.However, the above-described various shape measuring devices substantially reveal their respective inherent problems. Specifically, the photometric method for measuring the surface shape using a reflected light source is only one point at a time. Therefore, in order to measure all the three-dimensional shapes, a mechanical XY scanning stage However, at this time, the measurement speed is limited due to the acceleration and deceleration limits of the driving stage, and thus, the measurement speed is slow.

이하에서 제시되는 선행기술문헌에는 샘플의 측정 위치로부터 획득된 정보를 이용하여 샘플의 표면 프로파일을 복원하는 방법이 제안되었다.In the prior art documents presented below, a method of restoring the surface profile of a sample using information obtained from the measurement position of the sample has been proposed.

Generalized Sampling Expansion, Athanasios Papoulis, IEEE, TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS, VOL, CAS-24, NO.11 NOVEMBER 1977.Generalized Sampling Expansion, Athanasios Papoulis, IEEE, TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS, VOL, CAS-24, NO.11 NOVEMBER 1977.

본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 공초점 현미경을 이용한 표면 프로파일러가 샘플의 해당 측정 위치의 높이 값만을 측정할 수 있다는 물리적 한계를 극복하고, 샘플의 전체 영역을 계측하기 위해 다수의 측정 위치에서 동일한 측정 과정을 반복하여야만 하는 불편함을 해소하며, 그로 인해 측정에 소모되는 시간이 길어지는 문제점을 해결하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the physical limit that a surface profiler using a conventional confocal microscope can measure only a height value of a corresponding measurement position of a sample and measure the entire area of the sample In order to solve the inconvenience that the same measurement process must be repeated at a plurality of measurement positions in order to increase the time required for the measurement.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 광원; 상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 출력측 빔 스플리터(beam splitter); 상기 빔 스플리터로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하는 제 1 검출기; 및 상기 빔 스플리터로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정하는 제 2 검출기;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a surface measuring apparatus comprising: a light source for generating light to irradiate a sample to be measured; An output side beam splitter for receiving the reflected light from the sample and separating the path of light into two; A first detector for measuring a height value for a sampling point of the sample by receiving a first light signal separated from the beam splitter and confirming confocal; And a second detector for receiving a second light signal separated from the beam splitter and measuring tilt information for a measurement position of the sample from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal becomes maximum. .

일 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 제 1 검출기를 통해 측정된 상기 높이 값과 상기 제 2 검출기를 통해 측정된 상기 기울기 정보에 기초하여 상기 샘플에 관한 표면 프로파일(profile)을 복원하는 연산부;를 더 포함할 수 있다.The surface measuring apparatus according to an embodiment may include: an operation unit for restoring a surface profile related to the sample based on the height value measured through the first detector and the tilt information measured through the second detector; As shown in FIG.

일 실시예에 따른 표면 측정 장치에서, 상기 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the surface measuring apparatus according to an embodiment, the tilt information may include at least one of a surface tilt value with respect to the measurement position, or a curvature indicating a degree of change of the tilt.

일 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 광원과 상기 샘플 사이에 위치하여 상기 샘플에 입사된 후 반사되는 빛의 입사 경로 및 반사 경로를 분리하는 입력측 빔 스플리터;를 더 포함할 수 있다.The surface measuring apparatus according to an embodiment may further include an input side beam splitter disposed between the light source and the sample and separating an incident path and a reflection path of light incident on the sample and then reflected.

일 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 광원의 전방에 위치하여 방사되는 빛을 평행광으로 변환하여 상기 샘플에 조사하는 발산 렌즈; 상기 샘플의 전방에 위치하여 입사되는 평행광을 상기 샘플 상의 초점으로 수렴시키는 대물 렌즈; 및 상기 제 1 검출기의 전방에 위치하여 입사되는 평행한 제 1 빛 신호를 핀 홀(pin hole)을 통해 상기 제 1 검출기 상의 초점으로 수렴시키는 수렴 렌즈;를 더 포함할 수 있다.A surface measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a diverging lens positioned in front of the light source to convert light radiated from the light source into parallel light and irradiate the sample with the parallel light; An objective lens positioned in front of the sample to converge incident parallel light to a focal point on the sample; And a converging lens for converging a parallel first light signal incident on the front of the first detector to a focal point on the first detector through a pin hole.

일 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 샘플이 부착되어 상기 샘플을 이동시키는 3-D 스테이지(stage) 또는 상기 샘플 상의 초점을 평면 방향으로 이동시키는 미러 스캐너(mirror scanner) 중 적어도 하나를 포함하여 상기 샘플을 스캔(scan)할 수 있다. 또한, 상기 미러 스캐너는, PZT 미러 스캐너, 검류계 미러(galvanometer mirror) 또는 폴리콘 미러 스캐너(polygon mirror scanner) 중 어느 하나일 수 있다.A surface measuring apparatus according to an embodiment may include at least one of a 3-D stage to which the sample is attached and moves the sample, or a mirror scanner to move the focus on the sample in a plane direction The sample may be scanned. The mirror scanner may be a PZT mirror scanner, a galvanometer mirror, or a polygon mirror scanner.

일 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 출력측 빔 스플리터 및 상기 제 2 검출기 사이에 위치하는 잡광 제거 수단을 더 포함하되, 상기 잡광 제거 수단은, 상기 출력측 빔 스플리터로부터 분리된 평행한 제 2 빛 신호를 집속점으로 집속하는 제 1 렌즈; 상기 집속점에 위치하여 상기 집속점 이외의 지점에서 나타나는 빛을 제거하는 핀 홀(pin hole); 및 상기 집속점을 통과한 방사형 제 2 빛 신호를 평행광으로 변환하여 상기 제 2 검출기에 조사하는 제 2 렌즈;를 순차적으로 구비할 수 있다.The surface measuring apparatus according to an embodiment may further include a light eliminating means disposed between the output side beam splitter and the second detector, wherein the light eliminating means includes a second light signal separating means for separating the parallel light beam from the output side beam splitter A first lens that focuses the light beam at a focal point; A pin hole positioned at the focal point and removing light appearing at points other than the focal point; And a second lens that converts the radial second light signal having passed through the focal point to parallel light and irradiates the second light to the second detector.

일 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 광원의 전방에 위치하여 상기 샘플에 조사되는 빛을 원형 편광 상태로 변환함으로써 표면에서의 빛 반사율이 편광 상태에 대한 의존하는 정도를 감소시키는 파장판(wave plate);을 더 포함할 수 있다.The surface measuring apparatus according to an embodiment may include a wave plate that is located in front of the light source and converts the light irradiated to the sample into a circularly polarized state to reduce the degree of dependency of the light reflectance on the surface to the polarization state plate. < / RTI >

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 서로 다른 파장을 갖는 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 복수 개의 광원; 상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 빔 분리 수단; 상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하는 제 1 검출기; 및 상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정하는 제 2 검출기;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surface measuring apparatus including: a plurality of light sources for generating light having different wavelengths to irradiate a sample to be measured; Beam separating means for receiving the reflected light from the sample and separating the path of light into two; A first detector for measuring a height value for a sampling point of the sample by receiving a first light signal separated from the beam splitting means and confirming confocal; And a second detector for receiving a second light signal separated from the beam splitting means and measuring tilt information for a measurement position of the sample from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal becomes maximum, .

다른 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 광원이 서로 다른 파장을 갖는 복수 개의 빛 신호를 서로 다른 입사 경로를 통해 조사하는 경우, 상기 광원과 상기 샘플 사이에 위치하여 상기 복수 개의 빛 신호를 파장에 따라 선택적으로 통과 또는 반사시킴으로써 하나의 입사 경로를 통해 상기 샘플에 입사되도록 제어하는 입력측 다이크로익 필터(dichroic filter);를 더 포함하되, 상기 빔 분리 수단은, 상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 파장 별로 분리하는 출력측 다이크로익 필터로 구현될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surface measuring apparatus, wherein when the light source irradiates a plurality of light signals having different wavelengths through different incident paths, the surface measuring apparatus is positioned between the light source and the sample, Further comprising an input side dichroic filter for controlling the incident light to be incident on the sample through one incident path by selectively passing or reflecting the light reflected from the sample, And can be implemented as an output-side dichroic filter that separates the progress path of light by wavelength.

다른 실시예에 따른 표면 측정 장치에서, 상기 제 1 검출기 및 상기 제 2 검출기는 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하여 입사된 빛 신호를 측정함으로써 곡률 측정의 효율을 향상시킬 수 있다.In the surface measuring apparatus according to another embodiment, the first detector and the second detector can improve the efficiency of curvature measurement by measuring incident light signals using different focal spot sizes.

다른 실시예에 따른 표면 측정 장치에서, 상기 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the surface measuring apparatus according to another embodiment, the tilt information may include at least one of a surface tilt value with respect to the measurement position or a curvature indicating a degree to which the tilt varies.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 서로 다른 편광 상태(polarization state)를 갖는 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 복수 개의 광원; 상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 빔 분리 수단; 상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하는 제 1 검출기; 및 상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정하는 제 2 검출기;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surface measuring apparatus comprising: a plurality of light sources for generating light having different polarization states to irradiate a sample to be measured; Beam separating means for receiving the reflected light from the sample and separating the path of light into two; A first detector for measuring a height value for a sampling point of the sample by receiving a first light signal separated from the beam splitting means and confirming confocal; And a second detector for receiving a second light signal separated from the beam splitting means and measuring tilt information for a measurement position of the sample from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal becomes maximum, .

또 다른 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 상기 광원이 서로 다른 편광 상태를 갖는 복수 개의 빛 신호를 서로 다른 입사 경로를 통해 조사하는 경우, 상기 광원과 상기 샘플 사이에 위치하여 상기 복수 개의 빛 신호를 편광 상태에 따라 선택적으로 통과 또는 반사시킴으로써 하나의 입사 경로를 통해 상기 샘플에 입사되도록 제어하는 입력측 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter);를 더 포함하되, 상기 빔 분리 수단은, 상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 편광 상태 별로 분리하는 출력측 편광 빔 스플리터로 구현될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a surface measuring apparatus, wherein when the light source irradiates a plurality of light signals having different polarization states through different incident paths, the surface measuring apparatus is positioned between the light source and the sample, Further comprising a polarization beam splitter for controlling the polarization beam splitter to be incident on the sample through one incident path by selectively passing or reflecting the light beam according to the polarization state, Side polarized beam splitter for separating the progress path of the light according to the polarization state.

또 다른 실시예에 따른 표면 측정 장치에서, 상기 제 1 검출기 및 상기 제 2 검출기는 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하여 입사된 빛 신호를 측정함으로써 곡률 측정의 효율을 향상시킬 수 있다.In the surface measuring apparatus according to another embodiment, the first detector and the second detector can improve the efficiency of curvature measurement by measuring incident light signals using different focal spot sizes.

또 다른 실시예에 따른 표면 측정 장치에서, 상기 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the surface measuring apparatus according to another embodiment, the tilt information may include at least one of a surface tilt value with respect to the measurement position or a curvature indicating a degree of change of the tilt.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 측정 방법은, 광원으로부터 생성된 빛을 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 단계; 출력측 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 상기 샘플로부터 반사된 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 단계; 상기 빔 스플리터로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 빔 스플리터로부터 분리된 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 동시에 측정하는 단계; 및 측정된 상기 높이 값과 상기 기울기 정보에 기초하여 상기 샘플에 관한 표면 프로파일(profile)을 복원하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a surface measuring method comprising: irradiating a sample to be measured with light generated from a light source; Separating the traveling path of light reflected from the sample into two by using an output side beam splitter; Measuring a height value of the sample with respect to a sampling point by receiving a first light signal separated from the beam splitter and confirming the confocal point, wherein when the intensity of the first light signal becomes maximum, Simultaneously measuring tilt information for a measurement position of the sample from the second light signal separated from the splitter; And restoring a surface profile related to the sample based on the measured height value and the slope information.

일 실시예에 따른 표면 측정 방법에서, 상기 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the surface measuring method according to one embodiment, the tilt information may include at least one of a surface tilt value with respect to the measurement position or a curvature indicating a degree of change of the tilt.

일 실시예에 따른 표면 측정 방법에서, 상기 기울기 정보를 동시에 측정하는 단계는, 상기 샘플의 측정 위치에서 빛이 집속된 표면의 각도에 따라 변화하는 상기 제 2 빛 신호의 빛 패턴으로부터 상기 표면 기울기 및 상기 표면의 고차 편미분 항 정보를 산출할 수 있다.In the method of measuring a surface according to an embodiment, simultaneously measuring the tilt information may include measuring a surface tilt and a tilt from a light pattern of the second light signal varying according to an angle of a surface on which light is focused at a measurement position of the sample, The higher order partial differential term information of the surface can be calculated.

본 발명의 실시예들은, 공초점 현미경 시스템에 추가적인 빔 스플리터와 검출기를 활용하여 샘플 표면의 높이 값뿐만 아니라 기울기 값과 2차 편미분 항까지 동시에 측정이 가능함으로써, 측정된 값들을 이용하여 샘플의 표면 프로파일을 빠르게 복원할 수 있으며, 샘플 프로파일에 필요한 측정 위치의 수를 현저히 감소시킬 수 있다.Embodiments of the present invention utilize additional beamsplitters and detectors in a confocal microscope system to simultaneously measure tilt values and secondary partial differentials as well as height values of sample surfaces, The profile can be quickly restored and the number of measurement positions required for the sample profile can be significantly reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 표면 프로파일러를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에서 샘플 표면의 높이와 기울기를 동시에 측정하기 위해 활용되는 이론의 도출 과정과 그 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서로 다른 파장의 광원을 이용한 공초점 표면 프로파일러를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서로 편광 상태의 광원을 이용한 공초점 표면 프로파일러를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 공초점 표면 프로파일러에서 추가적인 핀 홀(pin hole)을 이용하여 잡광을 제거하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 공초점 표면 프로파일러에서 빛의 반사율의 편광 상태 의존을 감소시키기 위한 방법 및 샘플 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 표면 프로파일러를 이용한 샘플의 표면 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating a confocal surface profiler according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 5 are diagrams for explaining a method of deriving a theory used for simultaneously measuring the height and slope of a sample surface in embodiments of the present invention, and a method thereof.
6 is a view showing a confocal surface profiler using light sources of different wavelengths according to another embodiment of the present invention.
7 is a view showing a confocal surface profiler using a polarized light source according to another embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a method of removing a blurred light using an additional pin hole in a confocal surface profiler according to embodiments of the present invention.
9 is a diagram for illustrating a method and a sample scanning method for reducing polarization state dependence of light reflectance in a confocal surface profiler according to embodiments of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of measuring a surface of a sample using a confocal surface profiler according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 종래의 공초점 현미경 원리를 이용한 표면 프로파일의 문제점을 간략히 소개한 후, 상기 지적된 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 순차적으로 제시하도록 한다.Prior to describing the embodiments of the present invention, after briefly introducing the problem of the surface profile using the conventional confocal microscopy principle, the technical means adopted by the embodiments of the present invention to solve the above-mentioned problems are sequentially .

종래의 공초점 현미경을 이용한 표면 프로파일러는 샘플로부터 형성된 공초점을 확인하는 순간에 검출기를 통해 해당 측정 위치(sampling point)의 높이 값만을 측정할 수 있다는 약점을 갖는다. 따라서, 샘플의 전체 영역에 대한 표면 프로파일을 복원하기 위해서는 샘플 상에서 다수의 측정 위치를 선택한 후, 이로부터 동일한 측정 과정을 반복하여야만 하는 불편함이 야기되었다. 특히 이러한 문제점은 측정하고자 하는 샘플의 면적/크기가 클수록 더욱 가중되었다.A conventional surface profiler using a confocal microscope has the disadvantage that only the height value of the corresponding sampling point can be measured through the detector at the moment of confirming the confocal formed from the sample. Therefore, in order to restore the surface profile for the entire region of the sample, it is inconvenient to select a plurality of measurement positions on the sample, and to repeat the same measurement process therefrom. Particularly, this problem is further exacerbated as the area / size of the sample to be measured is larger.

따라서, 이하에서 기술되는 본 발명의 실시예들은 측정하고자 하는 샘플의 측정 위치에서 한 번의 위치 이동만으로 높이 값뿐만 아니라 기울기 값과 곡률을 동시에 측정함으로써 샘플 표면의 프로파일을 복원함에 있어서 수반되는 측정 위치의 숫자를 효과적으로 감소시킬 수 있는 표면 프로파일러를 제안하고자 한다. 본 발명의 실시예들에 따른 표면 측정 장치는 공초점 현미경 시스템을 이용하여 반사면의 높이와 기울기 또는 2차 편미분 값을 동시에 측정함으로써 대면적 샘플의 경우에 종래의 높이 값만을 측정할 수 있는 표면 프로파일러에 비해 현저한 속도 향상을 가져올 수 있다.Therefore, in the embodiments of the present invention described below, the slope value and the curvature as well as the height value are simultaneously measured at a measurement position of the sample to be measured, We propose a surface profiler that can reduce the number effectively. The surface measuring apparatus according to the embodiments of the present invention can measure the height and inclination or the secondary partial differential value of the reflecting surface simultaneously using the confocal microscope system, It can bring about a remarkable speed improvement compared to the profiler.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명한다. 도면에 사용된 동일한 참조번호는 동일한 구성을 의미하는 것으로 해석되어야 하며, 이들 도면은 단지 예시에 불과한 것으로서 발명의 구성을 한정하지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals used in the drawings should be construed to mean the same configurations, and these drawings are merely illustrative and do not limit the configuration of the invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 표면 프로파일러를 도시한 도면으로서, 공초점 확인을 위한 검출기와 빛의 위치 변화 확인을 위한 검출기 어레이를 이용하여 샘플의 측정 위치에 대한 높이 값 이외에 기울기와 2차 편미분 값을 동시에 측정할 수 있는 기술적 수단을 제시한다.1 is a view showing a confocal surface profiler according to an embodiment of the present invention in which a detector for confocal confirmation and a detector array for confirming the change in the position of light are used, This paper proposes a technical means to simultaneously measure the slope and the secondary partial differential value.

광원(laser)(10)은, 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플(30)에 조사하는 구성으로서, 본 실시예에서는 단일의 광원을 예시하였으나 구현상의 필요에 따라서 둘 이상의 광원으로 구성될 수 있으며, 이에 관한 다른 실시예들은 이후 도 6 및 도 7을 통해 소개하도록 한다.The light source 10 generates light and irradiates the sample 30 to be measured. In this embodiment, a single light source is exemplified. However, the light source may be composed of two or more light sources, Other embodiments will be described later with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.

샘플(30)은, 본 실시예의 표면 측정 장치가 측정하고자 하는 대상 물체로서, 샘플 표면의 다양한 위치를 선정하여 측정을 반복하게 된다. 이를 위해 측정 위치를 변화시키기 위한 기계적, 광학적 수단이 활용될 수 있으며, 도 1에는 샘플이 부착되어 이동함으로써 광원으로부터 입사되는 입사광이 집속될 수 있도록 유도하는 3-D 스테이지(stage)를 예시하였다.The sample 30 is a target object to be measured by the surface measuring apparatus of the present embodiment, and various positions of the sample surface are selected and the measurement is repeated. For this purpose, a mechanical and optical means for changing the measurement position can be utilized. In FIG. 1, a 3-D stage is shown to guide the incident light incident from the light source to be focused by moving the sample attached.

입력측 빔 스플리터(beam splitter)(20)는, 상기 광원(10)과 상기 샘플(30) 사이에 위치하여 상기 샘플(30)에 입사된 후 반사되는 빛의 입사 경로 및 반사 경로를 분리하는 역할을 수행한다.The input side beam splitter 20 is positioned between the light source 10 and the sample 30 and separates an incident path and a reflection path of light that is incident on the sample 30 and then reflected .

출력측 빔 스플리터(beam splitter)(40)는, 상기 샘플(30)로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리한다. 종래에 샘플(30)로부터 반사된 반사광이 단일 검출기(도 1에서는 제 1 검출기에 대응한다.)에 입사되어 단지 샘플의 높이 값만을 측정할 수 있었던데 반해, 본 실시예에 따른 표면 측정 장치에서는 이러한 출력측 빔 스플리터(40)를 이용하여 제 1 검출기로 입사되는 빛의 일부는 제 2 검출기로 입사되도록 유도한다.The output side beam splitter 40 receives the light reflected from the sample 30 and divides the path of light into two. Conventionally, the reflected light reflected from the sample 30 is incident on a single detector (corresponding to the first detector in Fig. 1), and only the height value of the sample can be measured. On the other hand, in the surface measuring apparatus according to the present embodiment Using this output side beam splitter 40, a part of the light incident on the first detector is guided to be incident on the second detector.

제 1 검출기(detector)(50)는, 상기 출력측 빔 스플리터(40)로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플(30)의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정한다. 이때, 광원(10)으로부터 발생한 빛이 렌즈(L2)를 통하여 샘플(30)의 표면에 정확하게 집속(focusing)될 때 제 1 검출기에서 측정하는 빛의 세기가 최대가 되는 성질을 이용하여 샘플의 측정 위치에 대한 높이 값을 결정하게 된다.The first detector 50 receives the first light signal separated from the output side beam splitter 40 and confirms the confocal point so that the height value for the sampling point of the sample 30 . At this time, when the light emitted from the light source 10 is accurately focused on the surface of the sample 30 through the lens L2, the intensity of the light measured by the first detector becomes maximum, The height value for the position is determined.

제 2 검출기(detector array)(60)는, 상기 출력측 빔 스플리터(40)로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플(30)의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정한다. 이러한 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.A second detector array (60) receives a second light signal separated from the output side beam splitter (40), and at a time when the intensity of the first light signal reaches a maximum, The slope information for the measurement position of the sample 30 is measured. The inclination information preferably includes at least one of a surface inclination value with respect to the measurement position or a curvature indicating a degree of change of the inclination.

본 발명의 실시예들에 따른 셋업(setup)에서, 제 2 검출기(60)로부터의 샘플의 기울기 정보는 샘플(30)에 입사하는 빛의 모양을 변화시키거나 좌표축과 변수 설정을 변경하는 등, 사용자의 편의에 따라 다른 방식으로 얻을 수 있다. 샘플(30)의 표면에 따라 제 2 검출기(60)에 입사되는 빛의 패턴이 바뀌게 되므로 이로부터 기울기 정보를 얻을 수 있으며, 일정 지점으로부터 얻어진 기울기 정보들로부터 샘플(30)의 표면을 '2-D generalized sampling theorem'으로 복원할 수 있다.In a setup according to embodiments of the present invention, the slope information of the sample from the second detector 60 may be adjusted by changing the shape of the light incident on the sample 30, It can be obtained in different ways depending on the convenience of the user. Since the pattern of the light incident on the second detector 60 is changed according to the surface of the sample 30, the tilt information can be obtained from the surface of the sample 30. From the tilt information obtained from a certain point, D generalized sampling theorem '.

샘플 렌즈가 예시된 도 2를 참조하면, 도 2는 렌즈를 3차원 좌표축 상에 위치시킨 후 각 측정 위치로부터의 높이 값과 기울기 정보를 동시에 측정하는 이론적 근거를 소개하고 있다. 도 2에서는, 'generalized sampling theorem'을 적용하기 위해 좌표축과 변수를 설정하되, 도 1에서의 대물 렌즈(L2 렌즈) 축을 z축으로, 수직인 면을 x-y평면으로 놓고, 렌즈 표면이 있는 부분을

Figure pat00001
꼴로 놓도록 설정하였다. 도 2의 각 점은 측정 위치(sampling point)를 나타낸 것으로, x-y 평면 상에서의 서로 간의 간격은 x축의 경우
Figure pat00002
, y축의 경우
Figure pat00003
로 설정되며, 렌즈 표면은 f(x,y)의 함수로 정의되었다. 도 2에서 측정 위치
Figure pat00004
에서 높이 값
Figure pat00005
을 얻어낼 수 있다. 이때 빛이 집속된 표면의 각도에 따라 제 2 검출기(도 1의 부재번호 60)에 맺히는 빛의 패턴이 달라진다. 제 2 검출기에 맺히는 빛의 패턴으로부터 샘플 표면의 기울기, 표면의 고차항과 같은 정보를 동시에 얻을 수 있다. 샘플 표면의 높이와 기울기를 동시에 측정하기 위해 활용되는 보다 구체적인 이론의 도출 과정과 그 방법은 이후 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.Referring to FIG. 2, in which a sample lens is illustrated, FIG. 2 introduces a rationale for simultaneously measuring a height value and a slope information from each measurement position after positioning the lens on a three-dimensional coordinate axis. In FIG. 2, the coordinate axes and variables are set to apply the generalized sampling theorem. The axis of the objective lens (L2 lens) in FIG. 1 is set as the z axis and the vertical plane is set as the xy plane.
Figure pat00001
Respectively. Each point in FIG. 2 represents a sampling point, and the interval between them on the xy plane is the x-axis
Figure pat00002
, the case of the y axis
Figure pat00003
, And the lens surface is defined as a function of f (x, y). 2,
Figure pat00004
The height value
Figure pat00005
Can be obtained. At this time, depending on the angle of the surface on which the light is focused, the pattern of the light diffracted on the second detector (No. 60 in FIG. 1) changes. Information such as the slope of the sample surface and the high-order term of the surface can be simultaneously obtained from the pattern of light that is formed on the second detector. A more specific theory and a method for deriving the theory used for simultaneously measuring the height and the slope of the sample surface will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG.

다시 도 1로 돌아오자. 도 1의 표면 측정 장치는, 상기 광원(10)의 전방에 위치하여 방사되는 빛을 평행광으로 변환하여 상기 샘플(30)에 조사하는 발산 렌즈(L1), 상기 샘플(30)의 전방에 위치하여 입사되는 평행광을 상기 샘플 상의 초점으로 수렴시키는 대물 렌즈(L2) 및 상기 제 1 검출기(50)의 전방에 위치하여 입사되는 평행한 제 1 빛 신호를 핀 홀(pin hole)을 통해 상기 제 1 검출기(50) 상의 초점으로 수렴시키는 수렴 렌즈(L3)를 더 포함할 수 있음은 당연하다.Return to Figure 1 again. 1 includes a diverging lens L1 positioned in front of the light source 10 to convert the light radiated from the light source 10 into parallel light and irradiating the light to the sample 30, An objective lens L2 for converging parallel light incident on the sample to a focal point on the sample and a parallel first light signal incident on the front of the first detector 50 and passing through the pin hole, 1 detector 50, as shown in FIG.

한편, 도 1의 표면 측정 장치는, 상기 제 1 검출기(50)를 통해 측정된 상기 높이 값과 상기 제 2 검출기(60)를 통해 측정된 상기 기울기 정보에 기초하여 상기 샘플에 관한 표면 프로파일(profile)을 복원하는 연산부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, the surface measuring apparatus of Fig. 1 is configured to measure the surface profile (profile) about the sample based on the height value measured through the first detector 50 and the tilt information measured through the second detector 60 (Not shown) for restoring the original image data.

이하에서는 입사하는 빛이 가우시안(gaussian) 빔 모양일 때, 하나의 측정 위치에 대해 제 1 검출기에서 공초점이 확인된 상태인 경우, 집속된 빛이 측정 위치에서 표면을 통해 어떻게 반사되는지를 설명하도록 한다. 이하의 수학적 모델링에 따른 계산 과정에서는 측정 위치 근처에서 3차 미분계수 이상은 무시할 수 있을 만큼 작다고 가정하였다. 또한, 빛이 표면에 입사할 때 물체의 반사율은 빛의 편광 방향과 입사방향에 따라 반사율이 각각 다른데, 원형 편광된 빛이 각도 25도 이내로 입사하는 경우 이러한 반사율의 차이는 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 편의상 이러한 빛을 가정하여 계산을 진행하였다.Hereinafter, when the incident light is in the form of a gaussian beam and the confocal state is confirmed in the first detector with respect to one measurement position, a description will be given of how to reflect the reflected light through the surface at the measurement position do. In the calculation process according to the following mathematical modeling, it is assumed that the third order differential coefficient near the measurement position is negligibly small. When the light is incident on the surface, the reflectance of the object varies depending on the direction of polarization and incidence direction of the light. When the circularly polarized light is incident within an angle of 25 degrees, the difference in reflectance is negligibly small For the sake of convenience, calculations were performed assuming such light.

도 3은 측정 위치에서 표면이 기울어져 있을 때 빛의 패턴 변화를 나타내고 있다. 앞서 도 2에서 'generalized sampling theorem'을 위해 직교 좌표계(cartesian coordinate system)를 이용하여 모델링을 설정하였으나, 표면에서 빛이 반사되는 것을 설명할 때에는 구면 좌표계(spherical coordinate system) (θ,φ)를 활용하는 것이 유리하였다. z-축을 θ=0 축으로 두는 구면 좌표를 설정하고 이를 바탕으로 측정 위치의 표면이 기울어진 정도를 표현하였다.Fig. 3 shows the pattern change of light when the surface is inclined at the measurement position. In FIG. 2, the modeling is performed using the cartesian coordinate system for the generalized sampling theorem. However, when describing the reflection of light on the surface, the spherical coordinate system (θ, φ) is utilized . The z-axis is set to the θ = 0 axis and the degree of inclination of the surface of the measurement position is expressed based on this.

도 3을 참조하면, 샘플에 원형 편광(circular polarized) 된 가우시안 빔(Gaussian beam)이 25도 내로 입사하는 경우에 표면에서 반사된 빔(beam)의 프로파일 역시 가우시안 빔이 된다. 그러나 반사한 후 되돌아 오는 빛이 대물 렌즈(objective lens)의 기본면(principle plane)에 투사(projection)되어 CCD에 도달한 빔 프로파일은 가우시안 빔 프로파일을 갖지 않는다. 따라서 이를 기본면에 입사하기 이전의 가우시안 빔 프로파일로 변환해 줄 필요가 있다.Referring to FIG. 3, when a circularly polarized Gaussian beam enters the sample within 25 degrees, the profile of the beam reflected from the surface also becomes a Gaussian beam. However, the beam profile after the reflection is projected onto the principle plane of the objective lens to arrive at the CCD does not have a Gaussian beam profile. Therefore, it is necessary to convert it to a Gaussian beam profile before entering the basic plane.

Figure pat00006
Figure pat00006

즉, 대물 렌즈(L2 렌즈) 이전은 표면에서 빛이 반사되는 것을 설명하기 위하여 구면 좌표를 사용하며 대물 렌즈 이후는 직교 좌표를 사용하기로 하였고, 이 두 좌표에서 빛의 세기 함수의 전환식이 수학식 1에 해당한다. 이후 빛의 패턴 계산은 구면 좌표를 중심으로 진행하게 된다.In other words, spherical coordinates are used to explain the reflection of light on the surface before the objective lens (L2 lens), and orthogonal coordinates are used after the objective lens. In the two coordinates, 1 < / RTI > After that, the pattern of light is calculated centering on the spherical coordinates.

입사한 빔 프로파일의 최대 위치가 Z-축일 경우 반사되는 빔 프로파일의 최대 위치는 표면의 법선이

Figure pat00007
일 때
Figure pat00008
가 된다. 따라서 반사된 빔 프로파일의 최대 위치를 계산하여 표면의 기울기를 구할 수 있고, 이를 다시 XYZ 좌표로 바꾸어
Figure pat00009
,
Figure pat00010
를 계산해 줄 수 있다.When the maximum position of the incident beam profile is the Z-axis, the maximum position of the reflected beam profile is the surface normal
Figure pat00007
when
Figure pat00008
. Therefore, it is possible to calculate the slope of the surface by calculating the maximum position of the reflected beam profile, and then convert it into XYZ coordinates
Figure pat00009
,
Figure pat00010
Can be calculated.

도 4는 표면이 평면이 아니라 곡률이 있을 때 빛의 패턴 변화를 나타내고 있다. 입사하는 빛이 집속되더라도 집속점에서 빛의 입사면적은 '0'이 되지 않으며, 이는 푸리에 광학(fourier optics)을 통해 계산할 수 있다. 이 때문에 표면에 곡률이 있을 경우 측정 위치에 집속된 빛은 측정 위치 주변의 입사하는 곳에 따라 서로 다른 기울기를 가진 표면에 반사하게 되며, 도 4는 이 점을 그림으로 나타내고 있다. 측정 위치에서의 표면 기울기를

Figure pat00011
라고 할 때 임의로 잡은
Figure pat00012
단면에서 표면이 이루는 각도를
Figure pat00013
로 근사하게 되며, 도 4를 통해 이 변수들을 나타내었다.Fig. 4 shows a change in the pattern of light when the surface is not plane but curvature. Even if the incident light is focused, the incident area of the light at the focal point does not become zero, which can be calculated through fourier optics. Therefore, when there is a curvature on the surface, the light focused on the measurement position is reflected on the surface having different inclination according to the incident position around the measurement position, and FIG. 4 shows this point as a picture. The surface slope at the measuring position is
Figure pat00011
When you say something randomly
Figure pat00012
The angle between the surface and the surface
Figure pat00013
, And these parameters are shown in FIG.

도 5는 입사하는 빔 프로파일과 반사하는 빔 프로파일을 구면 좌표의 관점에서 나타낸 것이다. 처음 설정한 빔 프로파일이 가우시안 모양이기 때문에 입사하는 빛의 지름을 측정할 수는 없지만, 중앙으로부터 빛의 세기가 일정 비율만큼 떨어지는 곳을 지름 대신으로 할 수 있다.Figure 5 shows the incident and reflected beam profiles in terms of spherical coordinates. Since the beam profile initially set is a Gaussian shape, it is impossible to measure the diameter of incident light, but instead of the diameter, a portion where the intensity of the light falls from the center by a certain rate can be obtained.

도 5의 왼쪽 그림은 입사하기 전 가우시안 빔 프로파일을 도시한 것으로서, 지름이 원형인 것을 알 수 있다. 오른쪽 그림은 반사된 후 빔 프로파일을 도시한 것으로서, 빔의 중심은

Figure pat00014
에서
Figure pat00015
로 이동하며, 동시에 빔 프로파일이 곡률에 따라 찌그러지게 된다. 이 때문에 빛의 세기가 일정 비율만큼 떨어지는 등고선이 타원을 그리게 됨을 도시하였다.The left figure of FIG. 5 shows the Gaussian beam profile before incidence, and it can be seen that the diameter is circular. The figure on the right shows the beam profile after reflection,
Figure pat00014
in
Figure pat00015
And at the same time, the beam profile is distorted according to the curvature. For this reason, the contours in which the intensity of the light drops by a certain ratio are drawn in the ellipse.

다음으로 2차 편미분

Figure pat00016
,
Figure pat00017
,
Figure pat00018
항은 입사하는 빔 프로파일
Figure pat00019
와 반사하는 빔 프로파일
Figure pat00020
의 NA(numerical aperture) 차이를 이용하여 구한다. 측정 표면의 곡률이 볼록 렌즈 모양이면 반사되는 빛의 NA는 감소하며, 오목 렌즈 모양이면 NA가 증가한다.Next, the second partial differential
Figure pat00016
,
Figure pat00017
,
Figure pat00018
The term " incident beam profile "
Figure pat00019
And reflective beam profile
Figure pat00020
(Numerical aperture) difference of NA. If the curvature of the measurement surface is a convex lens shape, the NA of the reflected light decreases, and if it is a concave lens shape, the NA increases.

보다 구체적으로, 반사된 빔 프로파일에서 가장 빛의 세기가 빨리 변하는

Figure pat00021
축과 늦게 변하는
Figure pat00022
축의
Figure pat00023
값을 구하면 이를 이용하여
Figure pat00024
의 2차 미분계수를 구할 수 있다.
Figure pat00025
값을 구하기 위해서는 입사하는 빛의 가우시안 빔 프로파일의 지름
Figure pat00026
Figure pat00027
, 그리고 반사되는 빔의 등고선의 장축 길이
Figure pat00028
와 단축 길이
Figure pat00029
가 필요하며, 도 5를 통해 이 변수들을 나타내었다.More specifically, in the reflected beam profile, the intensity of light is changed fast
Figure pat00021
Axis and Late Changes
Figure pat00022
largesse
Figure pat00023
When you get the value,
Figure pat00024
Can be obtained.
Figure pat00025
To obtain the value, the diameter of the Gaussian beam profile of incident light
Figure pat00026
Wow
Figure pat00027
, And the long axis length of the contour of the reflected beam
Figure pat00028
And short axis length
Figure pat00029
And these variables are shown in FIG.

이제, 도 4 및 도 5를 종합하면 다음과 같다. CCD로부터 복원된 구형 가우시안 빔 프로파일(spherical gaussian beam profile)에서

Figure pat00030
를 원점으로 다시 놓으면 다음의 수학식 2와 같이 2개의 기본 곡률(principle curvature)
Figure pat00031
,
Figure pat00032
를 구할 수 있다.4 and 5 are summarized as follows. In a spherical gaussian beam profile reconstructed from a CCD
Figure pat00030
The two principal curvatures are obtained as shown in the following equation (2)
Figure pat00031
,
Figure pat00032
Can be obtained.

Figure pat00033
Figure pat00033

수학식 2에서 d는 초점(focal spot)의 지름(diameter)을 나타낸다.In Equation (2), d represents the diameter of the focal spot.

이후 이를 다시

Figure pat00034
,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
로 변환하여 수학식 3을 얻을 수 있다.After that,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
To obtain Equation (3).

Figure pat00037
Figure pat00037

이상에서 기술된 바와 같이 측정 위치에서 높이 값 및 기울기 정보와 같은 다양한 값들을 동시에 측정하여 렌즈를 프로파일함으로써, 종래의 공초점 현미경의 측정 위치에서 위치 값만을 측정할 때에 비해 상대적으로 요구되는 측정 위치의 수를 줄일 수 있다.As described above, by simultaneously measuring various values such as the height value and the slope information at the measurement position and by profiling the lens, compared with the case of measuring only the position value at the measurement position of the conventional confocal microscope, The number can be reduced.

이제, 측정 위치로부터 높이 값과

Figure pat00038
,
Figure pat00039
을 동시에 측정할 경우 렌즈 프로파일은 ATHANASIOS PAPOULIS의 'Generalized Sampling Expansion'을 이용하여 다음의 수학식 4와 같이 복원할 수 있다.Now, from the measurement position,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
The lens profile can be restored as shown in Equation 4 using 'Generalized Sampling Expansion' of ATHANASIOS PAPOULIS.

Figure pat00040
Figure pat00040

상기된 수학식 4는 근사식으로서, 이러한 수학식 4를 활용하여 근사함으로써 렌즈 프로파일을 복원할 수 있다. 높이 값과 기울기 정보를 동시에 측정하는 본 발명의 실시예들에 따르면, 측정 위치의 개수가 동일할 경우, 단지 높이 값만을 이용하여 렌즈 프로파일을 복원하는 경우에 비해 2배 넓은 대역 한계(band limit)까지 복원이 가능하다는 장점을 갖는다.Equation (4) is an approximate expression, and the lens profile can be restored by approximating using Equation (4). According to the embodiments of the present invention for simultaneously measuring the height value and the tilt information, when the number of measurement positions is the same, the band limit is twice as large as that in the case of restoring the lens profile using only the height value, Can be restored to the maximum.

이하에서는 샘플 표면의 높이 값과 기울기 정보를 동시에 측정할 수 있는 상기된 기술적 원리를 공통적으로 채택하면서도, 도 1의 실시예와는 다른 실시예들을 순차적으로 소개하도록 한다. 따라서, 이하의 실시예들에서는 도 1의 실시예와의 차별점에 집중하여 그 구성을 소개하되, 설명의 중복을 피하기 위해 동일한 구성에 대해서는 구성과 동작을 약술하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout. Therefore, in the following embodiments, the configuration is focused on the different point from the embodiment of FIG. 1, and the configuration and operation are outlined for the same configuration in order to avoid duplication of description.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서로 다른 파장의 광원을 이용한 공초점 표면 프로파일러를 도시한 도면으로서, 앞서 도 1의 실시예에 따른 표면 측정 장치가 1개의 광원을 이용하였는데 반해, 도 6의 표면 측정 장치는 2개의 검출기가 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하기 위하여 서로 다른 파장의 광원을 2개 사용하는 장치를 예시하였다.FIG. 6 is a view showing a confocal surface profiler using light sources of different wavelengths according to another embodiment of the present invention, wherein the surface measuring apparatus according to the embodiment of FIG. 1 uses one light source, 6 shows a device in which two detectors use two light sources of different wavelengths to use different focal spot sizes.

복수 개의 광원(11, 12)은, 서로 다른 파장을 갖는 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플(30)에 조사한다.The plurality of light sources 11 and 12 generate light having different wavelengths and irradiate the sample 30 to be measured.

입력측 다이크로익 필터(dichroic filter)(71)는, 상기 광원(11, 12)이 서로 다른 파장을 갖는 복수 개의 빛 신호를 서로 다른 입사 경로를 통해 조사하는 경우, 상기 광원(11, 12)과 상기 샘플(30) 사이에 위치하여 상기 복수 개의 빛 신호를 파장에 따라 선택적으로 통과 또는 반사시킴으로써 하나의 입사 경로를 통해 상기 샘플에 입사되도록 제어한다.The input side dichroic filter 71 is a filter that filters the light sources 11 and 12 and the light sources 11 and 12 when the light sources 11 and 12 irradiate a plurality of light signals having different wavelengths through different incident paths. And is positioned between the sample (30) to selectively pass or reflect the plurality of light signals according to wavelengths, thereby controlling the light to be incident on the sample through one incident path.

빔 분리 수단(72)은, 상기 샘플(30)로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 역할을 한다. 이러한 빔 분리 수단(72)은, 상기 샘플(30)로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 파장 별로 분리하는 출력측 다이크로익 필터로 구현될 수 있다.The beam separating means 72 receives the light reflected from the sample 30 and divides the path of light into two. The beam splitter 72 may be implemented as an output-side Dichroic filter that receives the light reflected from the sample 30 and separates the path of light by wavelength.

제 1 검출기(50)는, 상기 빔 분리 수단(72)으로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정한다.The first detector 50 measures the height value for the sampling point of the sample by receiving the first light signal separated from the beam splitting means 72 and confirming the confocal.

제 2 검출기(60)는, 상기 빔 분리 수단(72)으로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플(30)의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정한다. 여기서, 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.The second detector 60 receives the second light signal separated from the beam splitting means 72 and detects the sample 30 from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal becomes maximum, And the tilt information is measured with respect to the measurement position. Here, the tilt information preferably includes at least one of a surface tilt value with respect to the measurement position or a curvature indicating a degree of change of the tilt.

이러한, 제 1 검출기(50) 및 제 2 검출기(60)는 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하여 입사된 빛 신호를 측정함으로써 곡률 측정의 효율을 향상시키는 역할을 한다.The first detector 50 and the second detector 60 function to improve the efficiency of curvature measurement by measuring incident light signals using different focal spot sizes.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서로 편광 상태의 광원을 이용한 공초점 표면 프로파일러를 도시한 도면으로서, 앞서 도 1의 실시예에 따른 표면 측정 장치가 1개의 광원을 이용하였는데 반해, 도 7의 표면 측정 장치는 2개의 검출기가 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하기 위하여 서로 다른 편광 상태(polarization state)의 광원을 동시에 사용하는 장치를 예시하였다.7 is a view showing a confocal surface profiler using a light source in a polarized state according to another embodiment of the present invention, wherein the surface measuring apparatus according to the embodiment of FIG. 1 uses one light source, The surface measuring apparatus of FIG. 7 exemplifies a device in which two detectors simultaneously use different light sources of different polarization states to use different focal spot sizes.

복수 개의 광원(11, 12)은, 서로 다른 편광 상태(polarization state)를 갖는 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플(30)에 조사한다.The plurality of light sources 11 and 12 generate light having different polarization states to irradiate the sample 30 to be measured.

입력측 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter)(81)는, 상기 광원(11, 12)이 서로 다른 편광 상태를 갖는 복수 개의 빛 신호를 서로 다른 입사 경로를 통해 조사하는 경우, 상기 광원(11, 12)과 상기 샘플(30) 사이에 위치하여 상기 복수 개의 빛 신호를 편광 상태에 따라 선택적으로 통과 또는 반사시킴으로써 하나의 입사 경로를 통해 상기 샘플에 입사되도록 제어한다.The polarization beam splitter 81 on the input side may be arranged such that when the light sources 11 and 12 irradiate a plurality of light signals having different polarization states through different incident paths, And the sample 30 to selectively pass or reflect the plurality of light signals in accordance with the polarization state so as to be incident on the sample through one incident path.

빔 분리 수단(82)은, 상기 샘플(30)로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리한다. 이러한 빔 분리 수단(82)은, 상기 샘플(30)로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 편광 상태 별로 분리하는 출력측 편광 빔 스플리터로 구현되는 것이 바람직하다.The beam separating means 82 receives the light reflected from the sample 30 and divides the path of the light into two. The beam splitting means 82 is preferably implemented as an output-side polarization beam splitter that receives the light reflected from the sample 30 and separates the progress path of light according to polarization states.

제 1 검출기(50)는, 상기 빔 분리 수단(82)으로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플(30)의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정한다. The first detector 50 measures the height value of the sample 30 at the sampling point by receiving the first light signal separated from the beam splitting means 82 and confirming the confocal.

제 2 검출기(60)는, 상기 빔 분리 수단(82)으로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플(30)의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정한다. 여기서, 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.The second detector 60 receives the second light signal separated from the beam splitting means 82 and detects the sample 30 from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal becomes maximum, And the tilt information is measured with respect to the measurement position. Here, the tilt information preferably includes at least one of a surface tilt value with respect to the measurement position or a curvature indicating a degree of change of the tilt.

이러한 제 1 검출기(50) 및 제 2 검출기(60)는 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하여 입사된 빛 신호를 측정함으로써 곡률 측정의 효율을 향상시키는 역할을 한다.The first detector 50 and the second detector 60 function to improve the efficiency of curvature measurement by measuring incident light signals using different focal spot sizes.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 공초점 표면 프로파일러에서 추가적인 핀 홀(pin hole)을 이용하여 잡광을 제거하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 8의 실시예에서는 출력측 빔 스플리터(40) 및 제 2 검출기(60) 사이에 위치하는 잡광 제거 수단을 더 포함할 수 있다.FIG. 8 is a view for explaining a method of removing a misfit using an additional pin hole in a confocal surface profiler according to an embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 8, the output side beam splitter 40 ) And the second detector (60).

보다 구체적으로, 이러한 잡광 제거 수단은, 상기 출력측 빔 스플리터(40)로부터 분리된 평행한 제 2 빛 신호를 집속점으로 집속하는 제 1 렌즈(L4), 상기 집속점에 위치하여 상기 집속점(focusing point) 이외의 지점에서 나타나는 빛을 제거하는 핀 홀(Pinhole 2) 및 상기 집속점을 통과한 방사형 제 2 빛 신호를 평행광으로 변환하여 상기 제 2 검출기(60)에 조사하는 제 2 렌즈(L5)를 순차적으로 구비할 수 있다.More specifically, such a light eliminating means includes a first lens L4 for focusing a parallel second light signal separated from the output side beam splitter 40 as a focal point, a second lens L4 positioned at the focal point, a pinhole 2 for removing light appearing at a point other than the point L5 and a second lens L5 for converting a radial second light signal having passed through the focal point into parallel light and irradiating the light to the second detector 60 ) Can be sequentially provided.

도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 공초점 표면 프로파일러에서 빛의 반사율의 편광 상태 의존을 감소시키기 위한 방법 및 샘플 스캐닝 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for illustrating a method and a sample scanning method for reducing polarization state dependence of light reflectance in a confocal surface profiler according to embodiments of the present invention.

첫째, 샘플 표면의 빛 반사율이 편광상태에 대해 의존하는 것을 줄이기 위해 광원 앞에 파장판(wave plate)를 두어 표면에 입사하는 빛을 원형 편광 상태로 바꿀 수 있다. 이를 위해 도 9의 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 광원(10)의 전방에 위치하여 샘플(30)에 조사되는 빛을 원형 편광 상태로 변환함으로써 표면에서의 빛 반사율이 편광 상태에 대한 의존하는 정도를 감소시키는 파장판(wave plate)(15)을 더 포함하는 구성을 예시하였다.First, to reduce the dependence of the light reflectance on the sample surface on the polarization state, a wave plate may be placed in front of the light source to convert the light incident on the surface into a circular polarization state. To this end, the surface measuring apparatus according to the embodiment of FIG. 9 is arranged in front of the light source 10 to convert the light irradiated on the sample 30 into a circularly polarized state, so that the light reflectance on the surface depends on the polarization state And a wave plate 15 for reducing the intensity of the incident light.

둘째, 샘플의 측정 위치를 변경/이동시키기 위한 다양한 기구적, 광학적 수단이 활용될 수 있다. 이를 위해 도 9시 실시예에 따른 표면 측정 장치는, 샘플(30)이 부착되어 상기 샘플을 이동시키는 3-D 스테이지(stage)(35) 또는 상기 샘플(30) 상의 초점을 평면 방향으로 이동시키는 미러 스캐너(mirror scanner)(37) 중 적어도 하나를 포함하여 상기 샘플을 스캔(scan)할 수 있다. 특히, 상기 미러 스캐너(37)는, PZT 미러 스캐너, 검류계 미러(galvanometer mirror) 또는 폴리콘 미러 스캐너(polygon mirror scanner) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 구현상의 필요에 따라 샘플을 스캔하는데 있어서 3-D 스테이지(25)가 아닌 검류계 미러 또는 폴리곤 미러 스캐너를 사용할 경우, 스캐닝 속도가 증가될 수 있다는 장점을 갖는다.Second, various mechanical and optical means for changing / moving the measurement position of the sample can be utilized. To this end, the surface measuring apparatus according to the embodiment of FIG. 9 includes a 3-D stage 35 to which the sample 30 is attached to move the sample or a focal point on the sample 30 in the plane direction And may include at least one of a mirror scanner 37 to scan the sample. In particular, the mirror scanner 37 may be implemented by any one of a PZT mirror scanner, a galvanometer mirror, and a polygon mirror scanner. Advantageously, the scanning speed can be increased if a galvanometer mirror or a polygon mirror scanner other than the 3-D stage 25 is used to scan the sample as required by the implementation.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점 표면 프로파일러를 이용한 샘플의 표면 측정 방법을 도시한 흐름도로서, 앞서 도 1, 도 6 내지 도 9를 통해 소개한 표면 측정 장치에서 기술된 각 구성에 대응하는 기능들을 포함하므로, 여기서는 설명의 중복을 피하기 위해 동작의 시계열적인 순서를 중심으로 각 단계를 약술하도록 한다.FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of measuring a surface of a sample using a confocal surface profiler according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 and 6 to 9, So that each step is outlined around a time series sequence of operations in order to avoid redundancy of description.

S1010 단계에서, 공초점 표면 프로파일러는, 광원으로부터 생성된 빛을 측정하고자 하는 샘플에 조사한다.In step S1010, the confocal surface profiler illuminates the sample to be measured with light generated from the light source.

S1020 단계에서, 상기 공초점 표면 프로파일러는, 출력측 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 상기 샘플로부터 반사된 빛의 진행 경로를 2개로 분리한다.In step S1020, the confocal surface profiler separates the path of light reflected from the sample into two by using an output-side beam splitter.

S1030 단계에서, 상기 공초점 표면 프로파일러는, 상기 빔 스플리터로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 빔 스플리터로부터 분리된 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 동시에 측정한다. 즉, 이 과정은, 상기 샘플의 측정 위치에서 빛이 집속된 표면의 각도에 따라 변화하는 상기 제 2 빛 신호의 빛 패턴으로부터 상기 표면 기울기 및 상기 표면의 고차 편미분 항 정보를 산출하는 것이 가능하다. 여기서, 기울기 정보는, 상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.In step S1030, the confocal surface profiler measures a height value for a sampling point of the sample by receiving a first light signal separated from the beam splitter to confirm confocal, At the time when the intensity of the light signal reaches a maximum, the tilt information for the measurement position of the sample is simultaneously measured from the second light signal separated from the beam splitter. That is, it is possible to calculate the surface tilt and the higher-order partial differential term information of the surface from the light pattern of the second light signal, which changes according to the angle of the surface on which the light is focused at the measurement position of the sample. Here, the tilt information preferably includes at least one of a surface tilt value with respect to the measurement position or a curvature indicating a degree of change of the tilt.

S1040 단계에서, 상기 공초점 표면 프로파일러는, S1030 단계를 통해 측정된 상기 높이 값과 상기 기울기 정보에 기초하여 상기 샘플에 관한 표면 프로파일(profile)을 복원한다.In step S1040, the confocal surface profiler recovers a surface profile related to the sample based on the height value and the slope information measured through step S1030.

앞서 기술한 바와 같이 종래의 스캐닝 공초점 현미경 시스템(Scanning confocal microscopy system)은 각 측정 위치에서의 높이 값밖에 획득할 수 없는 약점으로 인하여 샘플 전체의 표면 프로파일을 구성하기 위해 다수의 측정을 반복해야만 하는 문제점이 있었으며, 이는 특히 대면적 샘플의 경우 두드러지게 나타났다.As described above, the conventional scanning confocal microscopy system must repeat a number of measurements in order to construct the surface profile of the entire sample due to the drawback that only the height value at each measurement position can not be obtained Which was particularly prominent in large-area samples.

그러나, 상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 샘플 표면의 높이 값뿐만 아니라, 기울기 값과 2차 편미분 항까지 동시에 측정이 가능하며, 측정된 이들 값을 이용하여 렌즈 프로파일을 빠르게 복원함으로써 렌즈 프로파일에 필요한 측정 위치의 수를 현저히 감소시킬 수 있다.However, according to the above-described embodiments of the present invention, not only the height value of the sample surface but also the tilt value and the secondary partial differential term can be measured at the same time, and the lens profile can be quickly recovered using the measured values, It is possible to significantly reduce the number of measurement positions required for the measurement.

또한, 렌즈 프로파일 이외에도 반사율이 비교적 일정하고, 공간 주파수(spatial frequency)가 크지 않은 넓은 면적의 금속 표면과 균일한 유전체를 프로파일할 수 있으며 동시에 측정 위치에서의 기울기와 2차 편미분 값을 동시에 얻을 수 있다. 얻어진 값은 'generalized sampling theorem'과 함께 측정 위치의 숫자를 줄이는 용도로도 사용할 수 있다.In addition to the lens profile, it is possible to profile a large area of metal surface and a uniform dielectric with a relatively constant reflectance and a small spatial frequency, and at the same time obtain the slope and the secondary partial differential value at the measurement position . The obtained values can be used to reduce the number of measurement positions together with 'generalized sampling theorem'.

나아가, CCD와 빔 스플리터(beam splitter)의 가격은 대물 렌즈(objective lens), 검출기(detector)와 3-D 스테이지에 비해 상대적으로 저렴하므로 수요자의 관점에서는 큰 비용의 부담없이 공초점 현미경 시스템을 구성할 수 있다. 따라서, CCD의 속도가 좀 더 개선된 이후에는 본 발명의 실시예들이 제안하는 시스템의 응용 범위와 시장이 보다 확대될 것으로 기대된다.Furthermore, the cost of the CCD and beam splitter is relatively low compared to the objective lens, detector and 3-D stage, so that the confocal microscope system can do. Therefore, after the speed of the CCD is further improved, the application range and the market of the system proposed by the embodiments of the present invention are expected to be further expanded.

이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to various embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

10, 11, 12 : 광원
15 : 파장판(wave plate)
20 : 입력측 빔 스플리터(beam splitter)
30 : 샘플(sample)
35 : 3-D 스테이지(stage)
37 : 미러 스캐너(mirror scanner)
40 : 출력측 빔 스플리터
50 : 제 1 검출기(detector)
60 : 제 2 검출기(detector array)
71 : 입력측 다이크로익 필터(dichroic filter)
72 : 출력측 다이크로익 필터
81 : 입력측 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter)
82 : 출력측 편광 빔 스플리터
10, 11, 12: light source
15: wave plate
20: input-side beam splitter
30: sample (sample)
35: 3-D stage
37: mirror scanner
40: Output beam splitter
50: first detector
60: a second detector array
71: Input side dichroic filter
72: Output side dichroic filter
81: input side polarization beam splitter
82: Polarization beam splitter on the output side

Claims (20)

빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 광원;
상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 출력측 빔 스플리터(beam splitter);
상기 빔 스플리터로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하는 제 1 검출기; 및
상기 빔 스플리터로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정하는 제 2 검출기;를 포함하는 표면 측정 장치.
A light source for generating light and irradiating the sample to be measured;
An output side beam splitter for receiving the reflected light from the sample and separating the path of light into two;
A first detector for measuring a height value for a sampling point of the sample by receiving a first light signal separated from the beam splitter and confirming confocal; And
A second detector for receiving a second light signal separated from the beam splitter and for measuring tilt information of the sample from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal is maximized; Comprising a surface measuring device.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 검출기를 통해 측정된 상기 높이 값과 상기 제 2 검출기를 통해 측정된 상기 기울기 정보에 기초하여 상기 샘플에 관한 표면 프로파일(profile)을 복원하는 연산부;를 더 포함하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 1,
And a computing unit for restoring a surface profile related to the sample based on the height value measured through the first detector and the tilt information measured through the second detector.
제 1 항에 있어서,
상기 기울기 정보는,
상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 1,
The tilt information may include:
And a curvature indicating a degree of change of a slope or a surface slope value with respect to the measurement position.
제 1 항에 있어서,
상기 광원과 상기 샘플 사이에 위치하여 상기 샘플에 입사된 후 반사되는 빛의 입사 경로 및 반사 경로를 분리하는 입력측 빔 스플리터;를 더 포함하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 1,
And an input side beam splitter positioned between the light source and the sample and separating an incident path and a reflection path of light incident upon the sample and then reflected.
제 1 항에 있어서,
상기 광원의 전방에 위치하여 방사되는 빛을 평행광으로 변환하여 상기 샘플에 조사하는 발산 렌즈;
상기 샘플의 전방에 위치하여 입사되는 평행광을 상기 샘플 상의 초점으로 수렴시키는 대물 렌즈; 및
상기 제 1 검출기의 전방에 위치하여 입사되는 평행한 제 1 빛 신호를 핀 홀(pin hole)을 통해 상기 제 1 검출기 상의 초점으로 수렴시키는 수렴 렌즈;를 더 포함하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 1,
A diverging lens positioned in front of the light source to convert the light radiated from the light source into parallel light and irradiate the parallel light to the sample;
An objective lens positioned in front of the sample to converge incident parallel light to a focal point on the sample; And
And a converging lens for converging a parallel first light signal positioned in front of the first detector to a focal point on the first detector through a pin hole.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플이 부착되어 상기 샘플을 이동시키는 3-D 스테이지(stage) 또는 상기 샘플 상의 초점을 평면 방향으로 이동시키는 미러 스캐너(mirror scanner) 중 적어도 하나를 포함하여 상기 샘플을 스캔(scan)하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 1,
A step of scanning the sample with at least one of a 3-D stage on which the sample is attached and moving the sample, or a mirror scanner that moves the focus on the sample in a plane direction .
제 6 항에 있어서,
상기 미러 스캐너는,
PZT 미러 스캐너, 검류계 미러(galvanometer mirror) 또는 폴리콘 미러 스캐너(polygon mirror scanner) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 6,
The mirror scanner includes:
A PZT mirror scanner, a galvanometer mirror, or a polygon mirror scanner.
제 1 항에 있어서,
상기 출력측 빔 스플리터 및 상기 제 2 검출기 사이에 위치하는 잡광 제거 수단을 더 포함하되,
상기 잡광 제거 수단은,
상기 출력측 빔 스플리터로부터 분리된 평행한 제 2 빛 신호를 집속점으로 집속하는 제 1 렌즈;
상기 집속점에 위치하여 상기 집속점 이외의 지점에서 나타나는 빛을 제거하는 핀 홀(pin hole); 및
상기 집속점을 통과한 방사형 제 2 빛 신호를 평행광으로 변환하여 상기 제 2 검출기에 조사하는 제 2 렌즈;를 순차적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a light-eliminating means disposed between the output-side beam splitter and the second detector,
Wherein the light-
A first lens that focuses a parallel second light signal separated from the output side beam splitter as a focal point;
A pin hole positioned at the focal point and removing light appearing at points other than the focal point; And
And a second lens that converts the radial second light signal having passed through the focal point to parallel light and irradiates the second light to the second detector.
제 1 항에 있어서,
상기 광원의 전방에 위치하여 상기 샘플에 조사되는 빛을 원형 편광 상태로 변환함으로써 표면에서의 빛 반사율이 편광 상태에 대한 의존하는 정도를 감소시키는 파장판(wave plate);을 더 포함하는 표면 측정 장치.
The method according to claim 1,
And a wave plate positioned in front of the light source to reduce the degree of dependence of the light reflectance on the surface to the polarization state by converting the light irradiated to the sample into a circularly polarized state, .
서로 다른 파장을 갖는 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 복수 개의 광원;
상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 빔 분리 수단;
상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하는 제 1 검출기; 및
상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정하는 제 2 검출기;를 포함하는 표면 측정 장치.
A plurality of light sources for generating light having different wavelengths to irradiate a sample to be measured;
Beam separating means for receiving the reflected light from the sample and separating the path of light into two;
A first detector for measuring a height value for a sampling point of the sample by receiving a first light signal separated from the beam splitting means and confirming confocal; And
A second detector for receiving a second light signal separated from the beam splitting means and measuring tilt information for a measurement position of the sample from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal becomes maximum; And a surface-measuring device.
제 10 항에 있어서,
상기 광원이 서로 다른 파장을 갖는 복수 개의 빛 신호를 서로 다른 입사 경로를 통해 조사하는 경우,
상기 광원과 상기 샘플 사이에 위치하여 상기 복수 개의 빛 신호를 파장에 따라 선택적으로 통과 또는 반사시킴으로써 하나의 입사 경로를 통해 상기 샘플에 입사되도록 제어하는 입력측 다이크로익 필터(dichroic filter);를 더 포함하되,
상기 빔 분리 수단은, 상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 파장 별로 분리하는 출력측 다이크로익 필터로 구현되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
11. The method of claim 10,
When the light source irradiates a plurality of light signals having different wavelengths through different incident paths,
And an input side dichroic filter which is positioned between the light source and the sample to selectively pass or reflect the plurality of light signals according to wavelengths to thereby be incident on the sample through one incident path However,
Wherein the beam splitting means is implemented as an output-side Dichroic filter that receives light reflected from the sample and separates the path of light by wavelength.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 검출기 및 상기 제 2 검출기는 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하여 입사된 빛 신호를 측정함으로써 곡률 측정의 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the first detector and the second detector enhance the efficiency of curvature measurement by measuring incident light signals using different focal spot sizes.
제 10 항에 있어서,
상기 기울기 정보는,
상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
11. The method of claim 10,
The tilt information may include:
And a curvature indicating a degree of change of a slope or a surface slope value with respect to the measurement position.
서로 다른 편광 상태(polarization state)를 갖는 빛을 생성하여 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 복수 개의 광원;
상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 빔 분리 수단;
상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하는 제 1 검출기; 및
상기 빔 분리 수단으로부터 분리된 제 2 빛 신호를 수신하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 측정하는 제 2 검출기;를 포함하는 표면 측정 장치.
A plurality of light sources for generating light having different polarization states to irradiate a sample to be measured;
Beam separating means for receiving the reflected light from the sample and separating the path of light into two;
A first detector for measuring a height value for a sampling point of the sample by receiving a first light signal separated from the beam splitting means and confirming confocal; And
A second detector for receiving a second light signal separated from the beam splitting means and measuring tilt information for a measurement position of the sample from the second light signal at a time when the intensity of the first light signal becomes maximum; And a surface-measuring device.
제 14 항에 있어서,
상기 광원이 서로 다른 편광 상태를 갖는 복수 개의 빛 신호를 서로 다른 입사 경로를 통해 조사하는 경우,
상기 광원과 상기 샘플 사이에 위치하여 상기 복수 개의 빛 신호를 편광 상태에 따라 선택적으로 통과 또는 반사시킴으로써 하나의 입사 경로를 통해 상기 샘플에 입사되도록 제어하는 입력측 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter);를 더 포함하되,
상기 빔 분리 수단은, 상기 샘플로부터 반사된 빛을 수신하여 빛의 진행 경로를 편광 상태 별로 분리하는 출력측 편광 빔 스플리터로 구현되는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
When the light source irradiates a plurality of light signals having different polarization states through different incident paths,
And an input side polarization beam splitter positioned between the light source and the sample for selectively passing or reflecting the plurality of light signals in accordance with a polarization state so as to be incident on the sample through one incident path, Including,
Wherein the beam splitting means is implemented as an output-side polarization beam splitter which receives the light reflected from the sample and separates the progress path of light according to polarization states.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 검출기 및 상기 제 2 검출기는 서로 다른 초점 크기(focal spot size)를 사용하여 입사된 빛 신호를 측정함으로써 곡률 측정의 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
Wherein the first detector and the second detector enhance the efficiency of curvature measurement by measuring incident light signals using different focal spot sizes.
제 14 항에 있어서,
상기 기울기 정보는,
상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 장치.
15. The method of claim 14,
The tilt information may include:
And a curvature indicating a degree of change of a slope or a surface slope value with respect to the measurement position.
광원으로부터 생성된 빛을 측정하고자 하는 샘플에 조사하는 단계;
출력측 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 상기 샘플로부터 반사된 빛의 진행 경로를 2개로 분리하는 단계;
상기 빔 스플리터로부터 분리된 제 1 빛 신호를 수신하여 공초점을 확인함으로써 상기 샘플의 측정 위치(sampling point)에 대한 높이 값을 측정하되, 상기 제 1 빛 신호의 세기가 최대가 되는 시점에 상기 빔 스플리터로부터 분리된 상기 제 2 빛 신호로부터 상기 샘플의 측정 위치에 대한 기울기 정보를 동시에 측정하는 단계; 및
측정된 상기 높이 값과 상기 기울기 정보에 기초하여 상기 샘플에 관한 표면 프로파일(profile)을 복원하는 단계;를 포함하는 표면 측정 방법.
Irradiating light generated from a light source onto a sample to be measured;
Separating the traveling path of light reflected from the sample into two by using an output side beam splitter;
Measuring a height value of the sample with respect to a sampling point by receiving a first light signal separated from the beam splitter and confirming the confocal point, wherein when the intensity of the first light signal becomes maximum, Simultaneously measuring tilt information for a measurement position of the sample from the second light signal separated from the splitter; And
And restoring a surface profile related to the sample based on the measured height value and the slope information.
제 18 항에 있어서,
상기 기울기 정보는,
상기 측정 위치에 대한 표면 기울기 값 또는 기울기가 변화하는 정도를 나타내는 곡률 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법.
19. The method of claim 18,
The tilt information may include:
And a curvature indicating a degree of change of a slope or a surface slope value with respect to the measurement position.
제 18 항에 있어서,
상기 기울기 정보를 동시에 측정하는 단계는,
상기 샘플의 측정 위치에서 빛이 집속된 표면의 각도에 따라 변화하는 상기 제 2 빛 신호의 빛 패턴으로부터 상기 표면 기울기 및 상기 표면의 고차 편미분 항 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 표면 측정 방법.
19. The method of claim 18,
The step of simultaneously measuring the tilt information comprises:
Wherein the surface tilt and the higher order differential term information of the surface are calculated from a light pattern of the second light signal that changes in accordance with an angle of the surface on which the light is focused at the measurement position of the sample.
KR1020150114507A 2015-08-13 2015-08-13 Confocal surface profiler and measuring method using the same KR101722495B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150114507A KR101722495B1 (en) 2015-08-13 2015-08-13 Confocal surface profiler and measuring method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150114507A KR101722495B1 (en) 2015-08-13 2015-08-13 Confocal surface profiler and measuring method using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170019954A true KR20170019954A (en) 2017-02-22
KR101722495B1 KR101722495B1 (en) 2017-04-03

Family

ID=58315270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150114507A KR101722495B1 (en) 2015-08-13 2015-08-13 Confocal surface profiler and measuring method using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101722495B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210151709A (en) * 2020-06-05 2021-12-14 고려대학교 산학협력단 Interferometric scattering microscopy

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200105322A (en) 2019-02-28 2020-09-07 한국산업기술대학교산학협력단 Device for Measuring the Optical Properties of a Sample

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07229720A (en) * 1994-02-21 1995-08-29 Nec Corp Device for measuring three-dimensional shape
KR20070043207A (en) * 2005-10-20 2007-04-25 광주과학기술원 Confocal microscope removing measurement noise generated by diffraction phenomenon
JP2010121960A (en) * 2008-11-17 2010-06-03 Nikon Corp Measuring device and method of measuring subject

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07229720A (en) * 1994-02-21 1995-08-29 Nec Corp Device for measuring three-dimensional shape
KR20070043207A (en) * 2005-10-20 2007-04-25 광주과학기술원 Confocal microscope removing measurement noise generated by diffraction phenomenon
JP2010121960A (en) * 2008-11-17 2010-06-03 Nikon Corp Measuring device and method of measuring subject

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Generalized Sampling Expansion, Athanasios Papoulis, IEEE, TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS, VOL, CAS-24, NO.11 NOVEMBER 1977.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210151709A (en) * 2020-06-05 2021-12-14 고려대학교 산학협력단 Interferometric scattering microscopy

Also Published As

Publication number Publication date
KR101722495B1 (en) 2017-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7821647B2 (en) Apparatus and method for measuring surface topography of an object
KR101982363B1 (en) Illumination control
EP3488221B1 (en) An integrated lens free imaging device
KR20200079282A (en) Systems and methods for particle measurement
TWI671501B (en) Method and white light interferometer for characterizing a sample, method for processing white light interferometric data from a sample with a patterned structure, and white light interferometer for measuring a sample with a patterned structure
CN108917651B (en) Super-resolution three-dimensional shape measurement method based on optical tweezers medium microspheres
KR102437974B1 (en) In-line flying-over beam pattern scanning hologram microscopy
TWI402498B (en) An image forming method and image forming apparatus
JP2002540422A (en) High-speed measurement device for angle-dependent diffraction effects on microstructured surfaces
US9494531B2 (en) Multi-spot illumination for improved detection sensitivity
WO2018216277A1 (en) Defect inspection device and defect inspection method
JP5981443B2 (en) Observation device
CN114502912B (en) Hybrid 3D inspection system
JP5268425B2 (en) Surface shape measuring apparatus and exposure apparatus
JP2001108417A (en) Optical shape measuring instrument
CN112729135B (en) Area array frequency sweep distance measuring/thickness measuring device and method with active optical anti-shake function
CN105758381A (en) Method for detecting inclination of camera die set based on frequency spectrum analysis
KR101722495B1 (en) Confocal surface profiler and measuring method using the same
US10989524B2 (en) Asymmetric optical interference measurement method and apparatus
KR101505745B1 (en) Dual detection confocal reflecting microscope and method of detecting information on height of sample using same
KR101826127B1 (en) optical apparatus for inspecting pattern image of semiconductor wafer
CN107923735B (en) Method and device for deducing the topography of an object surface
KR102129071B1 (en) Method and apparatus of automatic optical inspection using scanning holography
TWI582449B (en) Measuring arrangement for use when determining trajectories of flying objects
WO2020161826A1 (en) Imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant