기술
Cubo는 2014년부터 이어진 전북대학교 광기술연구실의 동적 분광타원계 연구를 제품화한 것입니다. 핵심은 회전 부품 없이 편광 위상차를 얻는 일체형 편광 간섭계입니다.
분광타원계란
빛이 시료 표면에서 반사되면 편광 상태가 달라집니다. 분광타원계는 이 변화를 두 값으로 측정합니다. p 편광과 s 편광의 진폭비 Ψ, 그리고 위상차 Δ입니다.
측정값 자체가 두께는 아닙니다. 광학 모델을 세우고 계산값이 측정값과 맞을 때까지 반복 계산(피팅)해서 두께와 광학 상수를 얻습니다. Δ는 얇은 투명 박막의 두께 변화에 특히 민감해서, 1 nm 차이도 뚜렷한 신호로 나타납니다.
Monolithic Polarizing Interferometer
위상 항을 추출하려면 캐리어 주파수가 필요하고, 정밀한 Δ를 얻으려면 그 주파수가 흔들리지 않아야 합니다. 광학 부품을 따로 배치하면 진동과 온도 변화에 캐리어 주파수가 흔들립니다.
MPI는 두 장의 편광자를 0°와 90°로 삽입한 간섭계를 하나의 몸체로 만든 구조입니다. 캐리어 주파수가 기구적으로 고정되므로, 단 한 번의 스펙트럼 취득만으로 Δ를 뽑아낼 수 있습니다. 회전시킬 부품이 없다는 뜻이고, 그래서 실시간 측정이 가능합니다.
실시간으로 측정합니다
일체형 간섭계 덕분에 회전 부품 없이 단 한 번의 스펙트럼 취득으로 Δ를 뽑아냅니다. 아래는 Cubo Ver.3의 실측 화면입니다.
기존 방식과의 차이
| 항목 | 일반적인 분광타원계 | Cubo |
|---|---|---|
| 편광 변조 | 편광자·컴펜세이터 기계 회전 | 일체형 간섭계, 구동부 없음 |
| 측정 시간 | 한 점당 수 초 | 초당 20회 이상 |
| 측정 대상 | 정지한 시료 | 변화하는 시료 포함 |
| 크기 | 벤치탑 | 141 × 50 × 105 mm |
| 파장 범위 | 자외선–적외선 광대역 | 493.8 – 679.6 nm |
| 입사각 | 가변 | 45° 고정 |
Cubo가 하지 않는 것
온도 드리프트 보상
간섭계는 온도가 변하면 위상이 드리프트합니다. 보통 보상 채널을 따로 두어 해결하지만, 이는 시스템을 키웁니다. 초기 위상 드리프트가 모든 파장에서 공통으로 나타난다는 점을 이용해, 피팅 파라미터에 오프셋 항을 추가하는 것만으로 보상 채널 없이 20분간 안정적인 측정을 확인했습니다.
특허
US 10,890,487 B2미국 · 2021
Integrated polarization interferometer and snapshot spectro-polarimeter applying same
EP 3413022 B1유럽 (독일, 네덜란드)
Integrated polarization interferometer
KR 10-1812608대한민국 · 2017
Snapshot spectro-polarimetry based on one-piece interferometric module
KR 10-2017-0092803대한민국
Snapshot spectro-polarimetry based on one-piece interferometric module
로드맵
아래 항목은 아직 제품 사양이 아닙니다. 출시 시 제공 예정인 것과 연구 단계인 것을 구분해 표기했습니다.
물질 라이브러리 확장
현재 SiO₂ / Si에 대해 검증되어 있습니다. 출시 시 Si₃N₄, Al₂O₃, PR의 n, k 라이브러리를 함께 제공할 예정입니다.
Ψ 추정 모델 확장
SiO₂와 같은 투명 박막에서는 Δ가 두께 변화에 더 민감하기 때문에 Δ를 먼저 구현했습니다. Ψ를 함께 추정하는 모델을 개발 중입니다.
AI 기반 자동 피팅
상용 피팅 소프트웨어는 초기 두께값을 100 nm 이상 잘못 입력하면 국소 최소점에 수렴합니다. 딥러닝으로 초기값을 추론한 뒤 Levenberg–Marquardt 피팅으로 수렴시키는 하이브리드 방식을 연구 중입니다. 목표는 초기값 입력이 필요 없는 측정입니다.
임베디드 시스템
Windows 노트북 외에 Linux 기반 엣지 디바이스에서의 동작을 확인했습니다. 센서부와 연산부를 분리한 임베디드 구성을 연구하고 있습니다.
DSE 4.0 / 4.5
빔 스플리터와 컴펜세이터를 추가해 측정 정확도를 높이는 차기 광학 구조입니다. 구조 안정성을 위해 상부 배치에서 하부 플레이트 배치로의 변경을 검토하고 있습니다.
DSIE — 이미징 확장
포인트 측정을 라인 스캔으로 확장한 이미징 타원계입니다. 연구실 시스템에서 12인치 웨이퍼 전면을 1시간 내에, 50 × 50 µm 공간 분해능으로 매핑했습니다.
연구 이력
스냅샷 분광타원계(2014) → 일체형 편광 간섭 모듈 및 특허(2019) → 동적 분광 이미징 타원계(2022) → Cubo(2026).