빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계

빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계{Multiple beam path optical system using rear surface reflection of beam splitter}

본 발명은 측정 대상체에 레이저 빔을 조사하여 비파괴적으로 측정 대상체의 특성을 평가하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 레이저 빔을 생성시켜 복수의 측정 대상체에 동시에 조사할 수 있도록 한 빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계에 관한 것이다.

반도체 등의 제조 공정에서 사용되는 결함 검사에는, 미소한 결함을 검출하는 것, 검출한 결함의 치수를 고정밀도로 계측하는 것, 시료를 비파괴(예를 들어 시료를 변질시키지 않고) 검사하는 것, 동일한 시료를 검사한 경우에 예를 들어 검출 결함의 개수, 위치, 치수, 결함종에 관하여 실질적으로 일정한 검사 결과가 얻어지는 것, 일정 시간 내에 다수의 시료를 검사하는 것 등이 요구된다.

그 중에서, 박막이나 반도체칩 등의 특성을 평가하기 위한 비파괴검사를 실시할 경우 최근에는 레이저 광학계가 사용되고 있다.

이러한 레이저를 이용하여 물체의 내부 특성을 비접촉식으로 탐상하는 방법과 장치에 대해서는 여러 발명자들에 의해 다양한 형태의 특허가 제시되어 있다.

예컨대, 도 1을 참고하면, 광원부(10)에서 생성된 레이저빔은 빔 스플리터(20)에 의해 반사경(30) 및 시편(40)으로 조사되고, 조사된 레이저빔의 간섭무늬(51)를 토대로 제어부(50)에서 분석하도록 구성되어 있다.

그러나, 기존의 레이저 광학계는, 장시간 레이저 사용에 따른 환경변화, 예컨대 발열, 주변 온도, 미세 진동 등의 요인으로 인해 빛의 강도 및 편광상태 변동이 발생할 수 있다.

이로 인해 서로 다른 2개의 시편을 검사할 경우, 각각의 시편을 순차적 및 독립적으로 검사해야 하므로 서로 동일한 조건에서 검사하는 것이 어렵다.

즉, 기존의 레이저 광학계는 단일 광경로를 갖고 있으므로, 시편의 연속적인 검사시 주변 영향 등으로 인해 선행 시편과 후행 시편 간에 조사되는 레이저 빔의 강도 등에 차이가 발생할 수 있고, 이로 인해 각 시편 간에 현저한 측정 오차가 발생할 수 있다.

본 발명은 하나의 비파괴검사 장비 내에 복수의 빛 경로를 발생시킴으로써, 동일한 환경 상태에서 복수의 시편에 대한 동시 검사를 가능케 한 빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계를 제공한다. 이를 위해서는, 레이저 발생기에서 나오는 레이저빔을 다수의 레이저빔으로 분리시켜 시편에 입사시키는 기술 및 장치 개발이 필요하다.

즉, 본 발명은 복수의 광경로를 통해 복수의 시편에 동시에 레이저빔을 조사하여 비파괴 검사를 실시할 수 있도록 한 빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계를 제공한다.

일 실시예에 의한 빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계는, 시편에 조사하기 위한 레이저빔을 발생시키는 광원부; 상기 광원부로부터 입사된 레이저빔을 분열시켜 복수의 광경로로 제공하는 다중 빔 스플리터; 상기 다중 빔 스플리터에 의해 분열된 레이저빔을 복수의 시편 방향으로 조사하기 위한 메인 빔 스플리터; 상기 시편으로 조사된 레이저빔의 신호 검출을 위해 시편을 가진시키는 트랜스듀서; 시편으로부터 반사되어 상기 메인 빔 스플리터에서 재결합하여 생성된 레이저빔 간섭무늬 분석을 진행하는 제어부;를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 다중 빔 스플리터는 상기 광원부에서 입사된 레이저빔을 반사시켜 메인빔을 발생하는 전면, 상기 전면과 대향되게 배치되어 노이즈빔을 생성하는 후면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 메인빔과 노이즈빔은 서로 평행하게 조사되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 각 트랜스듀서의 일측에는 시편으로 입사되는 레이저빔의 간섭을 방지하기 위한 반사경이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 간섭무늬를 획득하는 CCD 카메라 및 간섭무늬의 대비 변화를 시각적으로 확인할 수 있도록 한 스크린을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예에 의한 빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계의 검사방법은, 광원부로부터 입사된 레이저빔을 다중 빔 스플리터의 전면과 후면으로 분열시켜 복수의 광경로로 제공하는 단계; 상기 분열된 레이저빔을 복수의 시편에 조사하는 단계; 상기 시편으로 조사된 레이저빔을 재결합하여 간섭무늬를 형성하는 단계; 상기 형성된 간섭무늬를 토대로 시편에 대한 분석을 진행하는 단계;를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수의 시편은 다중 빔 스플리터의 전면과 후면으로부터 분열된 메인빔과 노이즈빔의 간격에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술 분야에 속하는 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술되어 있을 수 있음을 알아야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 복수의 시편에 대한 비파괴검사를 진행할 수 있으며, 더욱이 동일한 환경 조건 하에서 검사작업을 진행할 수 있으므로, 환경변화에 따른 각 시편에 대한 검사조건이 변경되는 것을 방지하여 검사의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 일반적인 레이저 광학계를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 빔 스플리터의 후면 반사를 이용한 다중 광경로 레이저 광학계를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 적용되는 다중 빔 스플리터의 원리를 나타낸 개략도.

이하에서는, 본 발명에 의한 레이저 광학계의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 다중 광경로 레이저 광학계를 도시한 것으로, 본 발명에 의한 레이저 광학계(100)는 시편에 조사하기 위한 레이저빔을 발생시키는 광원부(110), 광원부(110)로부터 입사된 레이저빔을 분열시켜 복수의 광경로로 제공하는 다중 빔 스플리터(130), 다중 빔 스플리터(130)에 의해 분열된 레이저빔을 복수의 시편(151)(161)에 조사하기 위한 메인 빔 스플리터(140), 시편으로 조사된 레이저빔 신호 검출을 위해 진동을 제공하는 트랜스듀서(150)(160), 각 시편으로부터 반사되어 빔 스플리터에서 재결합하여 생성된 레이저빔 간섭무늬(181) 분석을 진행하는 제어부(170)를 포함한다.

광원부(110)는 시편에 조사하기 위한 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기를 포함한다.

레이저 발생기는 공정에 필요한 적정 파장을 갖는 레이저빔을 생성하여 타겟에 조사한다.

레이저빔으로는 예컨대, 헬륨-네온 레이저빔이 적용될 수 있다.

광원부(110)는 다중 빔 스플리터(130)로 조사되는 레이저빔의 각도를 변경시켜 주기 위한 반사경(120)을 더 포함할 수 있다.

다중 빔 스플리터(130)는 광원부(110)로부터 입사된 레이저빔을 분열시켜 복수의 시편 방향으로 유도한다.

다중 빔 스플리터(130)는 도 3을 참고하면, 입사되는 레이저빔에 대해 메인빔을 반사하는 전면(131)과 노이즈빔을 반사하는 후면(132)을 포함한다.

따라서, 다중 빔 스플리터(130)로 입사된 레이저빔은 전면에서 반사되는 메인빔(b1)과, 후면(132)에서 반사되는 노이즈빔(b2)을 포함한다.

즉, 다중 빔 스플리터(130)의 전면(131)과 후면(132)에서 각각 레이저빔이 반사되며, 반사된 메인빔(b1)과 노이즈빔(b2)은 서로 평행한 상태를 유지하게 된다.

트랜스듀서(150)(160)는 시편(151)(161)이 부착되도록 설치되며, 시편으로 조사된 레이저빔의 신호 검출을 위해 진동을 제공함으로써 후술하는 제어부에 의해 시편의 특성을 분석할 수 있게 유도한다. 즉 트랜스듀서는 시편 표면의 변위를 발생시키고, 이 차이를 레이저로 감지할 수 있도록 한 것이다.

트랜스듀서(150)(160)는 동시 측정하기 위한 시편의 개수에 따라 복수 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 2개의 시편을 일예로 설명하고 있으므로 트랜스듀서 역시 2개소 배치되어 있다.

각 트랜스듀서(150)(160)의 일측에는 시편으로 입사되는 레이저빔의 간섭을 형성하기 위한 반사경(121)(122)이 더 구비될 수 있다.

제어부(170)는 시편(151)(161)에 의해 형성된 간섭무늬를 체크하고, 트랜스듀서(150)(160)의 가진 정도에 따라 간섭무늬(171)의 대비 변화가 발생하면, 푸리에 스펙트럼 분석 등으로 신호처리하여 시편의 특성을 평가한다.

제어부(170)는 간섭무늬를 획득하는 CCD 카메라 및 간섭무늬(171)의 대비 변화를 시각적으로 확인할 수 있도록 한 스크린을 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3에서 실선 및 점선으로 표시된 화살표는 레이저빔의 이동 방향을 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 다중 광경로 레이저 광학계의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

광원부(110)에서 발생한 레이저빔은 반사경(120)을 통해 다중 빔 스플리터(130) 측으로 입사된다.

다중 빔 스플리터(130)로 입사된 레이저빔은 다중 빔 스플리터(130)의 전면(131)과 후면(132)에 의해 서로 평행한 2개의 광경로로 분열된다.

분열된 각각의 레이저빔 즉, 메인빔(b1) 및 노이즈빔(b2)은 서로 다른 위치에 놓인 복수의 시편(151)(161)에 조사된다.

이때, 상기 복수의 시편은 다중 빔 스플리터(130)의 전면(131)과 후면(132)으로부터 분열된 메인빔(b1)과 노이즈빔(b2)의 간격에 대응되도록 배치될 수 있다.

시편(151)(161)으로 조사된 레이저빔은 각각의 시편에 의해 반사되고 각 시편 뒤에 부착되어 있는 트랜스듀서(150)(160)에 의해 위상이 변화된다.

변화된 위상에 의해 형성된 간섭무늬(171)를 토대로 제어부(170)에서 분석을 진행하고, 분석된 결과에 따라 간섭무늬(171) 대비 변화를 스크린에 표시하게 된다.

지금까지 본 발명에 따른 레이저 광학계에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110; 광원부 120,121,122; 반사경
130,140; 빔 스플리터 131; 전면
132; 후면 150,160; 트랜스듀서
170; 제어부