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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ellipsometer/Polarimeter-Systeme
und insbesondere auf ein Kompensator/Verzögerersystem, welches so eingestellt
werden kann, dass es das Einbringen von signifikanter Ablenkung
und/oder Verschiebung in der Ausbreitungsrichtung eines Strahls
elektromagnetischer Wellen, der damit in Wechselwirkung gebracht
wird, selbst dann eliminiert, wenn z.B. ein Kompensator/Verzögerersystem
ständig
in einem sich drehenden Kompensator-Ellipsometersystem gedreht wird. Die
vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zum Kalibrieren
eines Ellipsometer/Polarimetersystems, welches ein Kompensator/Verzögerer-System
aufweist, das sich während
des Betriebs kontinuierlich dreht.
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Polarimeter
und Ellipsometer bestehen aus optischen Elementen wie Polarisator-
und Verzögerersystemen.
Polarimetersysteme können
den Polarisationszustand eines polarisierten Strahls elektromagnetischer Wellen
feststellen und Ellipsometersysteme können eine Änderung des Polarisationszustands
eines polarisierten Strahls elektromagnetischer Wellen detektieren,
der aus einer Wechselwirkung mit einem zu bestimmenden Probensystem
resultiert, wobei der Wechsel des Polarisationszustands optischen
und physikalischen Eigenschaften des genannten Probensystems zugeordnet
ist. Zur allgemeinen Information wird darauf hingewiesen, dass der
Polarisationszustand eines polarisierten Strahls elektromagnetischer
Wellen bestimmt wird durch:
- a. das Verhältnis der
orthogonalen Komponenten (bezogen auf PSI);
- b. den Phasenwinkel zwischen den orthogonalen Komponenten (bezogen
auf DELTA);
- c. den absoluten Wert einer orthogonalen Komponente; und
- d. die Richtung der Rotation oder Händigkeit.
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Ein
idealer Polarisator erlaubt nur den Durchgang von linear polarisierter
elektromagnetischer Strahlung, die entlang der schnellen Achse desselben
ausgerichtet ist und weist sämtliche
elektromagnetische Strahlung in orthogonaler Ausrichtung ab.
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Das
heißt,
das Löschungsverhältnis wäre im Wesentlichen
unendlich. Die Müller-Matrix
für einen
idealen Polarisator ist unten gezeigt:
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Ein
ideales Verzögerersystem
würde eine
Phasenverzögerung
zwischen orthogonalen Komponenten der polarisierten elektromagnetischen
Strahlung einbringen, ohne vorzugsweise die Intensität einer
jeglichen orthogonalen Komponente davon zu modifizieren. Die Müller-Matrix
eines idealen Verzögerers
ist:
wobei „r" die eingebrachte Verzögerung ist.
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Da
selbst sehr gute Kompensator/Verzögerer-Systeme (einschließlich derjenigen,
die in dieser Offenbarung vorgestellt werden) dazu tendieren, vorzugsweise
eine orthogonale Komponente eines elektromagnetischen Strahls von
Strahlung zu modifizieren, ist es erforderlich, die Müller-Matrix
so zu modifizieren, dass diese Wirkung berücksichtigt wird. Die Müller-Matrix
eines Verzögerersystems,
welches eine bevorzugte Modifikation einer orthogonalen Komponente
eines polarisierten Strahls elektromagnetischer Wellen berücksichtigt ist:
wobei „r" wiederum die eingebrachte
Verzögerung
ist. Es ist zu beachten, dass, wenn das PSI (Ψ) des Verzögerersystems fünfundvierzig
(45) Grad beträgt,
die Müller-Matrix
sich auf die ideale Müller-Matrix
reduziert.
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Es
wird außerdem
festgestellt, dass der Wert von „r" in einem Bereich sein sollte, in welchem
ein Ellipsometersystem, in welchem er eine Komponente darstellt,
nicht stark sensitiv für Änderungen
in diesem ist, wie z.B. eine Funktion der Wellenlänge. Bei
rotierenden Kompensator-Ellipsometern ist ein Wert von „r" zwischen neunzig
(90) und einhundertfünfzig
(150) Grad allgemein akzeptabel. Ebenfalls zeigen typische massenproduzierte
Verzögerersysteme
oft ein „r" mit einer (1/Wellenlänge) Antwort,
so dass „r"-Werte nicht innerhalb
des 90 bis 150° Bereichs
liegen, betrachtet über
einen Wellenlängenbereich
von z.B. zweihundertundfünfzig
(250) bis eintausend (1000) nm.
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Bei
einem idealen optischen Element ist es erforderlich, dass ein Strahl
elektromagnetischer Wellen, der damit in Wechselwirkung gebracht
wird, eine Ausbreitungsrichtung hat, die nicht dadurch abgelenkt
oder verschoben wird. Dies ist insbesondere kritisch, wenn ein optisches
Element während
der Verwendung rotiert werden muss.
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Es
ist weiterhin erwünscht,
dass ein optisches Element keine Sensitivität für das Löschverhältnis oder eine Verzögerung als
eine Funktion der Strahlausrichtung in Bezug dazu aufweist, die
zwischen orthogonalen Komponenten eines elektromagnetischen Strahls
einer Strahlung eingebracht wird, die damit in Wechselwirkung gebracht
wird.
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Es
ist ebenfalls erwünscht,
dass optische Elemente einfach herzustellen sind und dass die Herstellung aus
Materialien erfolgt, die einfach zu beziehen sind.
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Weiterhin
erfordert die Praxis der Ellipsometrie, dass Daten, die eine Änderung
des Polarisationszustands eines elektromagnetischen Strahls einer
Strahlung widerspiegeln, die aus einer Wechselwirkung mit einem
Probensystem resultiert, erhalten werden können und dass diese Daten mit
Daten verglichen werden, die durch Verwendung eines vorgeschlagenen
mathematischen Modells erzeugt werden. Bei einem solchen mathematischen
Modell müssen
alle Nicht-Idealitäten
der optischen Elemente, die in dem verwendeten Ellipsometer vorhanden
sind, berücksichtigt
werden. Es ist somit bevorzugt, dass so wenig wie möglich Nicht-Idealitäten in den
optischen Elementen vorhanden sind, um die Komplexität des mathematischen
Modells zu vereinfachen.
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In
Bezug auf die vorliegende Erfindung wurde eine Recherche nach Patenten
ausgeführt.
Diese Recherche richtete sich auf Polarisatoren und auf Kompensator/Verzögerer-Systeme, die eine
relativ stabile Verzögerung über einen
Wellenlängenbereich
bereitstellen können,
ohne einen Strahl elektromagnetischer Wellen, der durch diese hindurchgeschickt
wird, abzulenken oder zu verschieben.
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In
Bezug auf Kompensator/Verzögerer-Systeme,
wurden US-Patente gefunden, die Elemente von einer Geometrie aufweisen,
die irgendwie ähnlich
zu der Geometrie der vorliegenden Kompensator/Verzögerer-Systeme
ist. Die vorliegende Erfindung wurde jedoch nicht gefunden. Insbesondere
auf die Patente Nr. 548,495 von Abbe, Nr. 4,556,292 von Mathyssek
et al., Nr. 5,475,525 von Tournois et al., und Nr. 5,016,980 von
Waldron, Nr. 3,817,624 von Martin wird aufmerksam gemacht und das
Patent Nr. 2,447,828 von West wurde ebenfalls ermittelt.
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Das
bei weitem wichtigste Patent, das die Anwendung von Kompensatoren
in Ellipsometersystemen beschreibt, ist Nr. 5,872,630 von Johs et
al. Das Patent beschreibt ein rotierendes Kompensator-Ellipsometer-System,
bei welchem die Verwendung von nicht-achromatischen Kompensatoren
durch ein auf Regression basierendes Kalibrierungsverfahren ermöglicht wird.
Die PCT-Version des Patentes ist die laufende Nummer PCT/US98/02390
und die EP-Version davon hat die laufende Nummer 98907397.8. Eine
zusätzliche
Recherche nach Patenten ergab ein Patent von Dill, Nr. 4,053,232,
welches ein rotierendes Kompensator-Ellipsometer-System beschreibt,
das unter Verwendung von monochromatischem Licht betrieben wird.
Ebenfalls gefunden wurden zwei Patente, welche Systeme bestimmen,
die polychromatisches Licht bei der Untersuchung von Materialsystemen
verwenden und in den Patenten Nr. 5,596,406 und Nr. 4,668,086 von
Rosencwaig et al. bzw. Redner beschrieben sind. Gefunden wurde ebenfalls
ein Patent von Woollam et al., Nr. 5,373,359, welches ein rotierendes
Analysator-Ellipsometersystem beschreibt, bei dem weißes Licht
verwendet wird. Von dem Patent von Woollam et al. 359 weiterführende Patente
sind Nr. 5,504,582 von Johs et al. und 5,521,706 von Green et al.
Das Patent 582 von Johs et al, und 706 von Green et al. beschreiben
die Verwendung von polychromatischem Licht in einem sich drehenden
Analysator-Ellipsometer-System. Ein Patent von Bernoux et al., Nr. 5,329,357
wurde gefunden, welches ein Ellipsometersystem beschreibt, in welchem
ein Polarisator während der
Verwendung rotiert wird. Ein Patent von Chen et al., Nr. 5,581,350
wurde gefunden, welches die Anwendung von Regression bei der Kalibrierung
von Ellipsometersystemen beschreibt. Ein Artikel von Johs, mit dem Titel „Regression
Calibration Method for Rotating Element Ellipsometers", welcher in Thin
Film Solids, Band 234, 1993 erschien, wird ebenfalls zitiert, da
er vor dem Chen et al. Patent erschien und einen im Wesentlichen ähnlichen
Lösungsweg
zur Ellipsometerkalibrierung beschreibt. Ein Artikel von Jellison
Jr. mit dem Titel „Data Analysis
for Spectroscopic Ellipsometry",
Thin Film Solids, 234, (1993) wird zitiert, da er ein Verfahren
zum Bestimmen der Genauigkeit beschreibt, mit welcher bestimmte
Datenpunkte gemessen werden können,
wobei diese Informationen ermöglichen,
dass ein Gewichtungsfaktor einem Kurvenanpassungs-Regressionsverfahren
hinzugefügt
wird, das bei einer Mehrzahl von Datenpunkten angewandt wird, wobei
der Gewichtungsfaktor dazu dient, die Wirkung von genaueren und
präziseren
Daten zu unterstreichen. Auf ein Buch von Azzam und Bashara mit
dem Titel „Ellipsometry
and Polarized Light" North-Holland,
1977 wird für
die allgemeine Theorie verwiesen und dieses durch Bezugnahme hier
aufgenommen. Ein Artikel von Collins mit dem Titel „Automated Rotating
Element Ellipsometers: Calibration, Operation, and Real-Time Applications" Rev. Sci. Instrum.
61 (8), August 1990 wird zitiert, da er einen Einblick in Ellipsometer
mit rotierenden Elementen gibt. Ein Artikel von Kleim et al. mit
dem Titel „Systematic
Errors in Rotating-Compensator Ellipsometry", veröffentlicht in J. Opt. Soc.
Am./Vol. 11, Nr. 9, Sept. 1994 wird zitiert, da er die Kalibrierung
von rotierenden Kompensator-Ellipsometern beschreibt. Ein Artikel
von An und Collins mit dem Titel „Waveform Analysis with Optical
Multichannel Detectors: applications for rapidscan spectroscopic
ellipsometer", Rev.
Sci. Instrum., 62 (8) August 1991 wird ebenfalls zitiert, da er
Wirkungen, wie Detection System Error-Charakterisierung, Streulicht,
Bildpersistenz etc., und deren Kalibrierung erörtert. Ebenfalls hingewiesen
wird auf Artikel von Schubert et al., welche „verallgemeinerte Ellipsometrie" beschreiben. Der
erste hat den Titel „Extension
of Rotating-Analyzer Ellipsometry to Generalized Ellipsometry: Determination
Of The Dielectric Function Tensor From Uniaxial TiO2", J. Opt. Soc. Am.
A. 13, (1996). Der zweite Artikel dieser Art stammt von M. Schubert
allein und hat den Titel „Polarization Dependent
Parameters of Arbitrary Anisotropic Homogenoeus Epitaxial Systems", Phys. Rev. B 53,
(1996). Der dritte Artikel dieser Art lautet „Generalized Transmission
Ellipsometry for Twisted Biaxial Dielectric Media: Application to
Chiral Liquid Crystals",
J. Opt. Soc. Am. A/Bd. 13, Nr. 9 (1996). Weiterhin relevant in Bezug
auf Regression ist ein Buch mit dem Titel Numerical Recipes in „C", 1988, Cambridge
University Press.
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Ein
Kompensator/Verzögerer-System,
welches so ausgebildet werden kann, dass es im Wesentlichen keine
Ablenkung oder Verschiebung in einen Strahl elektromagnetischer
Wellen einbringt, der mit diesem in Wechselwirkung gebracht wird,
würde Anwendung
finden und gewürdigt
werden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
optisches Kompensator/Verzögerer-System
bereitzustellen, welches ein akzeptables ideales Verhalten über relativ
große
Wellenlängenbereiche
zeigt und bei rotierenden Kompensator/Ellipsometer-Systemen verwendet
werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kompensator- oder
Verzögerersystem vorgesehen,
umfassend: erste und zweite Elemente mit einstellbarer Ausrichtung,
die reflektierende Oberflächen
aufweisen; und ein drittes Element, das erste und zweite Seiten
aufweist, die von einem gemeinsamen Punkt winkelig voneinander abstehen,
wobei das dritte Element aus einem Material gefertigt ist, welches
innen an dessen ersten und zweiten Seiten reflektierende Grenzflächen bereitstellt;
wobei das dritte Element in Bezug auf die ersten und zweiten Elemente
mit einstellbarer Ausrichtung so ausgerichtet ist, dass im Betrieb
ein einfallender elektromagnetischer Strahl von Wellen, der dem
ersten Element mit einstellbarer Ausrichtung angenähert wird,
davon reflektiert wird und in das dritte Element eintritt und im
Wesentlichen vollständig
innen von dessen erster Seite reflektiert wird, dann im Wesentlichen
vollständig
innen von der zweiten Seite reflektiert wird und dann weiter auf
das zweite Element mit einstellbarer Ausrichtung zuläuft und
von diesem reflektiert wird und entlang einer Ausbreitungsrichtung
weiter verläuft,
die im Wesentlichen nicht von der Richtung des genannten elektromagnetischen
Eingangsstrahls abgelenkt oder verschoben ist, wobei die Anordnung dergestalt
ist, dass eine Verzögerung
zwischen orthogonalen Komponenten des elektromagnetischen Eingangsstrahls
erzeugt wird. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Elemente
mit einstellbarer Ausrichtung Spiegelelemente und die elektromagnetische
Strahlung wird außen
an diesen reflektiert.
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Die
Erfindung findet insbesondere Anwendung, wenn das System weiterhin
Mittel aufweist, um zu bewirken, dass das System im Betrieb um die
Ausbreitungsrichtung des einfallenden Strahls elektromagnetischer Wellen
rotiert.
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Bei
einer günstigen
Anordnung ist das System so ausgebildet, dass, in senkrechter Seitenansicht
betrachtet das dritte Element erste und zweite Seiten umfasst, die
nach links und rechts und nach unten von dem oberen Punkt vorstehen;
wobei das dritte Element in Bezug auf die ersten und zweiten Elemente
mit einstellbarer Ausrichtung so ausgerichtet ist, dass im Betrieb
der einfallende elektromagnetische Strahl von Wellen sich dem ersten
Element mit einstellbarer Ausrichtung entlang einer im Wesentlichen
horizontalen Richtung nähert,
davon reflektiert wird und entlang einer Richtung verläuft, die
im Wesentlichen vertikal nach oben gerichtet ist, dann in das dritte
Element eintritt und im Wesentlichen innen von dessen erster Seite
vollständig reflektiert
wird, dann entlang einer im Wesentlichen horizontalen Richtung verläuft und
im Wesentlichen innen von der zweiten Seite vollständig reflektiert
wird und entlang einer im Wesentlichen nach unten gerichteten vertikalen
Richtung verläuft,
dann von dem zweiten Element mit einstellbarer Ausrichtung reflektiert
wird und entlang einer im Wesentlichen horizontalen Ausbreitungsrichtung
verläuft,
die im Wesentlichen nicht von der im Wesentlichen horizontalen Ausbreitungsrichtung
des einfallenden Strahls abgelenkt und verschoben ist.
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Erfindungsgemäß kann ein
spektroskopisches Ellipsometer- oder Polarimetersystem mit einem
oder mehreren Kompensator- oder Verzögerersystemen wie oben dargelegt
bereitgestellt werden. Insbesondere kann ein spektroskopisches Ellipsometer-
oder Polarimetersystem vorgesehen sein, das nacheinander aufweist:
eine Quelle elektromagnetischer Strahlung; ein Polarisatorsystem;
ein oder mehrere Kompensator- oder Verzögerersysteme
wie oben dargelegt; einen Analysator; und ein Detektorsystem; wobei
die Anordnung dergestalt ist, dass im Betrieb ein Strahl elektromagnetischer
Wellen von der Quelle der elektromagnetischen Strahlung bereitgestellt
wird und durch das Polarisatorsystem hindurchgeführt wird, dann in einer funktionellen Sequenz
mit einem Probensystem und dem Kompensator- oder Verzögerersystem
oder mit dem Kompensator oder Verzögerer und einem Probensystem
wechselwirkt und dann durch den Analysator und in das Detektorsystem
gelangt.
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Es
ist zu beachten, dass die Merkmale der Erfindung, die hier in Bezug
auf eine Vorrichtung oder ein System gemäß der Erfindung beschrieben
sind, auch in Bezug auf ein Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen
sein können
und umgekehrt.
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Insbesondere
ist gemäß einem
Aspekt der Erfindung ein Verfahren vorgesehen zum Betreiben eines spektroskopischen
Ellipsometer- oder Polarimeter-Systems, welches der Reihe nach aufweist:
eine Quelle elektromagnetischer Strahlung; einen Polarisator; ein
Kompensator- oder Verzögerersystem;
ein Analysatorsystem, und ein Detektorsystem; wobei das Verfahren
folgende Schritte aufweist: Anordnen eines Probensystems in das
spektroskopische Ellipsometer- oder Polarimetersystem; Bewirken,
dass die Quelle elektromagnetischer Strahlung dem Probensystem einen
Strahl elektromagnetischer Wellen zuführt; und Detektieren des Strahls
elektromagnetischer Wellen nach dessen Wechselwirkung mit dem Probensystem;
wobei der Strahl elektromagnetischer Wellen so gerichtet ist, dass
er durch das Kompensator- oder Verzögerersystem in Schritten verläuft, in
welchen der elektromagnetische Strahl von Wellen sich einem ersten
reflektierenden Element mit einstellbarer Ausrichtung nähert, von
diesem reflektiert wird und in ein drittes Element eintritt, und
im Wesentlichen innen von einer ersten Seite davon vollständig reflektiert
wird, dann im Wesentlichen innen von einer zweiten Seite davon vollständig reflektiert
wird und dann zu einem zweiten reflektierenden Element mit einstellbarer
Ausrichtung weiterläuft
und von diesem reflektiert wird und dann entlang einer Ausbreitungsrichtung
weiterverläuft,
die im Wesentlichen nicht von der des elektromagnetischen Strahls
von Wellen der sich dem ersten reflektierenden Element nähert, abgelenkt
oder verschoben ist. Das Verfahren kann weiterhin den Schritt aufweisen,
dass bewirkt wird, dass das Kompensator- oder Verzögerersystem
im Betrieb um die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Strahls
rotiert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Verfahren zum Kalibrieren
eines spektroskopischen Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystems
vorgesehen sein, das folgende Schritte aufweist:
- a.
Bereistellen eines spektroskopischen Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystems,
umfassend: eine Quelle elektromagnetischer Strahlung; einen Polarisator;
ein Kompensator- oder Verzögerersystem
wie oben erörtert;
eine Halterung für
ein Materialsystem, ein Analysatorsystem; und ein Detektorsystem;
- b. Entwickeln eines mathematischen Modells des spektroskopischen
Rotations-Kompensatormaterialsystem-Untersuchungssystems, welches
als Kalibrierparametervariable die Azimutalwinkelausrichtung des Polarisators,
das vorliegende Materialsystem, das vorliegende Materialsystem DELTA,
die Azimutalwinkelausrichtung(en) des Kompensators, Matrixkomponenten
des Kompensator- oder Verzögerersystems, Azimutalwinkelausrichtung
des Analysators, und wahlweise Detektorelement-Bildpersistenz und
Nichtidealitäten
beim Auslesen aufweist, wobei das mathematische Modell effektiv
eine Transferfunktion ist, welche eine Berechung der Intensität des elektromagnetischen
Strahls als Funktion der von einem Detektor-Element detektierten
Wellenlänge,
einer gegebenen Intensität
als Funktion der Wellenlänge,
bereitgestellt von der Quelle eines polychromatischen Strahls elektromagnetischer
Wellen, ermöglicht,
wobei das mathematische Modell wahlweise Gleichungen für Koeffizienten
von Termen in der Transferfunktion bereitstellt, wobei die Koeffizienten
der Terme Funktionen von Kalibrierparametern sind;
- c. Bewirken, dass ein polychromatischer Strahl elektromagnetischer
Wellen, erzeugt von der Quelle eines polychromatischen Strahls elektromagnetischer
Wellen durch den Polarisator verläuft, mit einem Materialsystem,
das sich auf dessen Weg befindet, wechselwirkt, durch den Analysator
verläuft
und mit den Dispersionsoptiken wechselwirkt, so dass eine Vielzahl
von im Wesentlichen einzelnen Wellenlängen gleichzeitig in eine entsprechende
Vielzahl von Detektor-Elementen in dem mindestens einen Detektor-System
eintritt, wobei der polychromatische Strahl elektromagnetischer
Wellen auch durch das Kompensator- oder Verzögerersystem verläuft, das
an einer Stelle angeordnet ist, die ausgewählt ist aus: (vor der Halterung
für ein Materialsystem
und nach der Halterung für
ein Materialsystem und sowohl vor als auch nach und und/oder der
Halterung für
ein Probensystem;
- d. Erhalten eines mindestens zweidimensionalen Datensatzes von
Intensitätswerten
vs. Wellenlänge
und einem Parameter ausgewählt
aus: (Einfallswinkel des polychromatischen Strahls elektromagnetischer
Wellen in Bezug auf ein vorhandenes Materialsystem und Azimutalwinkelrotation
eines Elements, das ausgewählt
ist aus: (dem Polarisator und Analysator)) über einen Zeitraum hinweg,
während
bewirkt wird, dass das Kompensator- oder Verzögerersystem kontinuierlich
rotiert und wahlweise Berechnen von numerischen Werten von dem Datensatz
für Koeffizienten
von Termen in der Transferfunktion für das spektroskopische Rotations-Kompensatormaterialsystem-Untersuchungssystem;
- e. Anwenden einer mathematischen Regression des mathematischen
Modells auf den mindestens zweidimensionalen Datensatz und/oder
auf Werte für
Koeffizienten von Termen in der Transferfunktion zum Auswerten der
Kalibrierparameter; wobei die durch das auf Regression basierende
Kalibrierverfahren ausgewerteten Kalibrierparameter dazu dienen,
das mathematische Modell für
nicht-achromatische Eigenschaften und Nicht-Idealitäten des
Kompensator- oder Verzögerersystems
und für
Azimutalwinkelausrichtungen des Polarisators, Analysators und Kompensator-
oder Verzögerersystems
auszugleichen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Verfahren vorgesehen sein
zum Durchführen von
Ellipsometrie/Polarimetrie mit folgenden Schritten: a. Bereitstellen
eines spektroskopischen Ellipsometer- oder Polarimetersystems, das
nacheinander aufweist: eine Quelle elektromagnetischer Strahlung;
einen Polarisator; ein Kompensator- oder Verzögerersystem, welches wie in
der aufrechten Seitenansicht gezeigt ist, aufweist: erste und zweite
Gespiegelte Elemente mit verstellbarer Ausrichtung, die jeweils
reflektierende Oberflächen
haben, wobei das Kompensator- oder Verzögerersystem weiterhin ein drittes
Element aufweist, welches, wie in der aufrechten Seitenansicht gezeigt
ist, erste und zweite Seiten aufweist, die nach links und rechts
und unten von einem oberen Punkt vorstehen, wobei das dritte Element
aus einem Material gefertigt ist, das reflektierende Grenzflächen innen
auf ersten und zweiten Seiten bereitstellt, wobei das dritte Element
in Bezug auf das erste und zweite Spiegelelement mit einstellbarer
Ausrichtung so ausgerichtet ist, dass in Betrieb ein einfallender
elektromagnetischer Strahl von Wellen sich einem von erstem und
zweitem Spiegelelement mit einstellbarer Ausrichtung entlang einer
im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Ortskurve nähert, außen von diesen
reflektiert wird und entlang einer Ortskurve verläuft, die
im wesentlichen vertikal nach oben ausgerichtet ist, dann in das
dritte Element gelangt und im Wesentlichen vollständig innen
von einer der ersten und zweiten Seite reflektiert wird, dann entlang
einer im Wesentlichen horizontalen Ortskurve weiterverläuft und
im Wesentlichen vollständig
innen von der jeweils anderen der ersten und zweiten Seite reflektiert
wird, und dann entlang einer im wesentlichen vertikal nach unten
ausgerichteten Ortskurve weiterverläuft, dann von dem jeweils anderen
des ersten und zweiten Spiegelelements mit einstellbarer Ausrichtung
reflektiert wird und entlang einer im Wesentlichen horizontal ausgerichteten
Ausbreitungsrichtungskurve weiterverläuft, welche im Wesentlichen
nicht von der im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Ausbreitungsrichtungskurve
des einfallenden Strahls von im Wesentlichen horizontal ausgerichteter
elektromagnetischer Strahlung abgelenkt oder verschoben ist, selbst
wenn eine Drehung des Kompensator- oder Verzögerersystems erfolgt; mit der
Folge, dass eine Verzögerung
zwischen orthogonalen Komponenten des einfallenden elektromagnetischen
Strahls von Wellen eintritt; ein Analysatorsystem und ein Detektorsystem;
b. Anordnen eines Probensystems in das spektroskopische Ellipsometer/Polarimetersystem;
c. Bewirken, dass die Quelle elektromagnetischer Strahlung einen Strahl
elektromagnetischer Wellen dem Probensystem zuführt; und d. Detektieren des
Strahls elektromagnetischer Wellen nach dessen Wechselwirkung mit
dem Probensystem.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt des Einstellens der Ausrichtung
des ersten und zweiten Spiegelelements mit einstellbarer Ausrichtung
umfassen, so dass ein elektromagnetischer Strahl, welcher aus dem
Kompensator- oder Verzögerersystem
austritt, nicht von der Ortskurve des eingehenden Strahls elektromagnetischer
Wellen abgelenkt und verschoben wird, selbst wenn das Kompensator-
oder Verzögerersystem rotiert
wird.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal kann das Verfahren weiterhin den Schritt des Änderns der
Ausrichtung des spektroskopischen Ellipsometer/Polarimeter-Systems
beinhalten, so dass ein darin einfallender Strahl elektromagnetischer
Wellen nicht horizontal in Bezug auf einen externes Bezugssystem
ausgerichtet ist, sondern so, dass Relativbeziehungen zwischen dem
ersten und zweiten Spiegelelement mit einstellbarer Ausrichtung
und dem dritten Element beibehalten werden. Das Verfahren kann weiterhin
den Schritt umfassen, dass das Kompensator- oder Verzögerer-System
während
der Verwendung um die Ausbreitungsrichtungskurve des einfallenden
Strahls elektromagnetischer Wellen, welcher nicht mehr horizontal
in Bezug auf den externen Bezugsrahmen ausgerichtet ist, rotiert
wird.
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Im
Folgenden wird nun eine Anzahl an bevorzugten und/oder optionalen
Merkmalen und Anordnungen vorgestellt, die bei Ausführungsformen
der Erfindung vorgesehen sein können.
Es kann ein Kompensator/Verzögerer-System
vorgesehen sein, das in senkrechter Seitenansicht betrachtet, erste
und zweite Spiegelelemente mit einstellbarer Ausrichtung aufweist,
die jeweils reflektierende Oberflächen haben. Das Kompensator/Verzögerer-System
weist weiterhin ein drittes Element auf, das, wie in der senkrechten
Seitenansicht gezeigt, erste und zweite Seiten hat, welche nach
links und rechts und nach unten von einem oberen Punkt vorstehen
und das dritte Element aus einem Material gefertigt ist, welches
reflektierende Grenzflächen
auf ersten und zweiten Innenseiten aufweist. Das dritte Element
ist in Bezug auf das erste und zweite Spiegelelement mit einstellbarer
Ausrichtung so angeordnet, dass im Betrieb ein eintretender elektromagnetischer
Strahl einer Strahlung, der einem der ersten und zweiten Spiegelelemente
mit einstellbarer Ausrichtung entlang einer im Wesentlichen horizontal
ausgerichteten Ortskurve angenähert
wird, extern daran reflektiert wird und entlang einer Ortskurve
wandert, die im Wesentlichen vertikal nach oben ausgerichtet ist,
dann in das dritte Element eintritt und im Wesentlichen vollständig innen
von einer dessen erster und zweiter Seiten reflektiert wird, dann entlang
einer im Wesentlichen horizontalen Ortskurve weiterverläuft und
im Wesentlichen vollständig
innen von der anderen der ersten und zweiten Seiten reflektiert
wird und entlang einer im Wesentlichen vertikal nach unten ausgerichteten
Ortskurve weiterverläuft,
dann von dem anderen der ersten und zweiten Spiegelelemente mit
einstellbarer Ausrichtung reflektiert wird und dann entlang einer
im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Ausbreitungsrichtungskurve
weiterverläuft,
welche im Wesentlichen von der im Wesentlichen horizontal ausgerichteten
Ausbreitungsrichtungskurve des eingehenden Strahls von im Wesentlichen
horizontal ausgerichteter elektromagnetischer Strahlung nicht abgelenkt
und nicht verschoben ist. Dies ist selbst dann der Fall, wenn der
Kompensator/Verzögerer
sich um die Ausbreitungsrichtungskurve des Strahls von im Wesentlichen horizontal
ausgerichteter elektromagnetischer Strahlung dreht. Das Ergebnis
der Verwendung des Kompensators/Verzögerers besteht darin, dass
eine Verzögerung
zwischen den orthogonalen Komponenten des eintretenden elektromagnetischen
Strahls von Strahlung erzeugt wird.
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Das
Kompensator/Verzögerer-System
kann auch eine Einrichtung aufweisen, um mindestens einem der ersten
und zweiten Spiegelelemente mit einstellbarer Ausrichtung zumindest
eine der folgenden:
Translationsbewegung und
Rotationsbewegung
in
mindestens einer Dimension zu verleihen.
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Die
Translationsbewegung des mindestens einen der ersten und zweiten
Spiegelelemente mit einstellbarer Ausrichtung kann in einer beliebigen
X-Y-Z-Richtung erfolgen und die Drehbewegung kann entsprechend in
drei Dimensionen erfolgen, was durch eine kugelgelenkartige Einrichtung
erfolgen kann. Da das erste und zweite Spiegelelement mit einstellbarer
Ausrichtung eine Tiefendimension haben, ist eine Translationsbewegung
in einer Tiefenrichtung typischerweise nicht erforderlich.
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Eine
primäre
Anwendung des vorliegenden erfindungsgemäßen Kompensators/Verzögerers betrifft spektroskopische
Ellipsometer/Polarimetersysteme, welche nacheinander aufweisen:
eine
Quelle elektromagnetischer Strahlung
ein Polarisatorsystem
einen
Kompensator/Verzögerer;
einen
Analysator; und
ein Detektorsystem.
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Ein
Verfahren zum Durchführen
von Ellipsometrie/Polarimetrie kann die folgenden Schritte aufweisen:
- a. Bereitstellen eines spektroskopischen Ellipsometer/Polarimetersystems,
das nacheinander aufweist:
eine Quelle elektromagnetischer
Strahlung;
einen Polarisator;
ein Kompensator/Verzögerer-System
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie weiter unten beschrieben;
ein Analysatorsystem;
und
ein Detektorsystem;
- b. Anordnen eines Probensystems in dem spektroskopischen Ellipsometer/Polarimetersystem;
- c. Bewirken, dass die Quelle elektromagnetischer Strahlung dem
Probensystem einen Strahl elektromagnetischer Wellen zuführt; und
- d. Detektieren des Strahls elektromagnetischer Wellen nach dessen
Wechselwirkung mit dem Probensystem.
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Das
Verfahren zum Ausführen
einer Ellipsometrie/Polarimetrie kann weiterhin den Schritt aufweisen, zu
bewirken, dass sich das Kompensator/Verzögerer-System während der
Verwendung um die Ausbreitungsrichtungskurve des eingehenden Strahls
von im Wesentlichen horizontal ausgerichteter elektromagnetischer Strahlung
dreht.
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Das
genannte Verfahren zum Ausführen
von Ellipsometrie/Polarimetrie kann weiterhin den Schritt aufweisen,
die Ausrichtung des ersten und zweiten Spiegelelements mit einstellbarer
Ausrichtung so einzustellen, dass ein elektromagnetischer Strahl,
welcher aus dem Kompensator/Verzögerer-System
austritt, nicht von der Kurve des Eingangsstrahls elektromagnetischer
Wellen abgelenkt und verschoben wird, selbst wenn das Kompensator/Verzögerer-System
rotiert wird.
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Das
Verfahren zum Ausführen
von Ellipsometrie/Polarimetrie kann weiterhin den Schritt aufweisen,
die Ausrichtung des spektroskopischen Ellipsometer/Polarimeter-Systems
so zu ändern,
dass ein Strahl elektromagnetischer Wellen, der in dieses eintritt,
nicht horizontal in Bezug auf ein äußeres Bezugssystem ausgerichtet
wird, sondern so, dass die Relativbeziehungen zwischen den ersten
und zweiten Spiegelelementen mit einstellbarer Ausrichtung und dem
dritten Element beibehalten werden.
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Und
das genannte Verfahren zum Durchführen von Ellipsometrie/Polarimetrie
kann weiterhin den Schritt aufweisen, dass während des Betriebs eine Rotation
des Kompensator/Verzögerer-Systems
um die Ausbreitungsrichtungskurve des eingehenden Strahls elektromagnetischer
Wellen bewirkt wird, welcher nicht mehr horizontal in Bezug auf
das externe Bezugssystem ausgerichtet ist.
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Eine
alternative Form einer Ausführungsform
eines Kompensator/Verzögerer-Systems
der vorliegenden Erfindung kann erste und zweite Spiegelelemente
mit einstellbarer Ausrichtung aufweisen, die jeweils reflektierende
Oberflächen
haben. Das Kompensator/Verzögerer-System
weist weiterhin ein drittes Element auf, welches erste und zweite
Seiten hat, die in einem Winkel in Bezug zueinander von einem gemeinsamen
Punkt vorstehen und das dritte Element besteht aus einem Material,
welches reflektierende Grenzflächen
an ersten und zweiten Seiten in seinem Inneren hat. Das dritte Element
ist in Bezug auf das erste und zweite Spiegelelement mit einstellbarer
Ausrichtung so ausgerichtet, dass im Betrieb ein eingehender elektromagnetischer Strahl
einer Strahlung, der einem der ersten und zweiten Spiegelelemente
mit einstellbarer Ausrichtung angenähert wird, außen an diesem
reflektiert wird und in das dritte Element eintritt und im Wesentlichen
vollständig innen
von einer dessen erster und zweiter Seiten reflektiert wird, dann
im Wesentlichen vollständig
innen von der anderen der ersten und zweiten Seiten reflektiert
wird und dann zu dem anderen der ersten und zweiten Spiegelelemente
mit einstellbarer Ausrichtung weitergeht und von diesem reflektiert
wird und entlang einer Ausbreitungsrichtungskurve weitergeht, welche
im Wesentlichen nicht von der Richtung des eingehenden elektromagnetischen
Strahls von Strahlung abgelenkt und verschoben wird, selbst wenn
der Kompensator/Verzögerer
rotiert wird, mit dem Ergebnis, dass eine Verzögerung zwischen den orthogonalen
Komponenten des eingehenden elektromagnetischen Strahls von Strahlung
entsteht.
-
Und
wiederum kann das Kompensator/Verzögerer-System weiterhin Mittel
aufweisen, um mindestens einem der ersten und zweiten Spiegelelemente
mit einstellbarer Ausrichtung mindestens eine
Translationsbewegung
und
eine Rotationsbewegung in mindestens einer Dimension zu
verleihen. Und das Kompensator/Verzögerer-System kann weiterhin
eine Einrichtung aufweisen, um zu bewirken, dass sich das Kompensator/Verzögerer-System
während
der Verwendung um die Ausbreitungsrichtungskurve des eingehenden
Strahls elektromagnetischer Wellen dreht.
-
Um
im Folgenden einen Einblick in eine besonders relevante Anwendung
des vorliegenden erfindungsgemäßen Kompensator/Verzögerer-Systems
zu geben, wird angemerkt, dass allgemein, während Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssysteme
(z.B. rotierende Kompensator-Ellipsometer) viele Vorteile aufweisen
(z.B. sind die Beobachtung von Materialsystem PSI und DELTA begrenzende „dead-spots" nicht vorhanden),
in Abwesenheit von im Wesentlichen achromatischen „idealen" Kompensatoren es
schwierig und unerschwinglich teuer wäre, ein „spektroskopisches" Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystem
zu bauen, zu kalibrieren und zu verwenden. Dies muss angesichts
der Tatsache gesehen werden, dass Kompensatoren, die im Wesentlichen
achromatisch sind (d.h. im Wesentlichen konstante Verzögerung über einen
großen
Wellenlängenbereich
bereitstellen, wie 190–1000
Nanometer) nicht generell und günstig
als Massenproduktionsgüter
erhältlich
sind.
-
Ausführungsformen
des Kompensator/Verzögerer-Systems
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
jedoch bei einem bezahlbaren, einfach zu kalibrierenden und zu verwendenden
spektroskopischen Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystem
mit einer Quelle eines polychromatischen Strahls elektromagnetischer
Wellen, einem Polarisator, einer Halterung für ein Materialsystem, einem
Analysator, einer dispersiven Optik und mindestens einem Photoanordnungs-Detektorelementsystem,
welches eine Mehrzahl von Detektorelementen enthält, angewendet werden, wobei
das spektroskopische Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystem mindestens
einen Kompensator aufweist, der an einer Stelle angeordnet ist,
die ausgewählt
ist aus der Gruppe: (vor der Halterung für ein Probensystem und nach
der Halterung für
ein Probensystem und sowohl vor als auch nach der Halterung für ein Probensystem).
-
Während es
bekannt ist, dass die im Allgemeinen erhältlichen Kompensatoren nicht
genau neunzig (90) Grad Verzögerung
bei allen Wellenlängen über einen
relativ großen
Wellenlängenbereich
bereitstellen, wird bei der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben,
ein auf Regression basierendes Kalibrierungsverfahren verwendet,
welches nichtideale Kompensator-Verzögerungs-Eigenschaften kompensiert.
Und während es
stimmt, dass die Sensitivität
und Genauigkeit eines Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystems
sich verschlechtert, wenn die von einem verwendeten Kompensator
bereitgestellte Verzögerung
in Richtung Null (0,0) oder einhundertundachzig (180) Grad geht,
hat sich herausgestellt, dass Kompensatoren, die eine Verzögerung über einen
Bereich von verwendeten Wellenlängen
von vierzig (40) bis einhundertundsiebzig (170) Grad zeigen, für die Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung akzeptabel sind und sehr beeindruckende
Ergebnisse über
einen gezeigten relativ großen
Wellenlängenbereich
erzielen können (z.B.
mindestens zweihundertundfünfzig
(250) bis eintausend (1000) Nanometer).
-
Wenn
eine Ausführungsform
des spektroskopischen Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, um ein Materialsystem zu untersuchen,
das an der Halterung für
ein Materialsystem vorhanden ist, werden der Analysator und Polarisator
im Wesentlichen in fester Position gehalten und mindestens einer
der mindestens einen Kompensatoren wird kontinuierlich gedreht,
während
ein polychromatischer Strahl elektromagnetischer Wellen, der von
der Quelle eines polychromatischen Strahls elektromagnetischer Wellen
erzeugt wird, veranlasst wird, durch den Polarisator und den/die
Kompensator/Kompensatoren zu gelangen. Der polychromatische Strahl
elektromagnetischer Wellen wird ebenfalls veranlasst, mit dem Materialsystem
wechselzuwirken, gelangt durch den Analysator und kommt in Wechselwirkung
mit der dispersiven Optik, so dass eine Vielzahl von im Wesentlichen
einfachen Wellenlängen
gleichzeitig in eine entsprechende Vielzahl von Detektorelementen
in der Detektorsystem-Photoanordnung eintritt.
-
Ein
Verfahren zum Kalibrieren eines spektroskopischen Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann folgende Schritte aufweisen:
- a.
Bereitstellen eines spektroskopischen Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystems,
das die vorliegende Erfindung verkörpert, wie hier beschrieben
ist.
- b. Entwickeln eines mathematischen Modells des spektroskopischen
Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystems,
welches als Kalibrierparametervariable eine Polarisator-Azimutalwinkelausrichtung,
das vorliegende Materialsystem PSI, das vorliegende Materialsystem
DELTA, Kompensator-Azimutalwinkelausrichtung(en),
Matrixkomponenten des Kompensators oder Kompensatoren, Analysator-Azimutalwinkelausrichtung,
und wahlweise Detektorelement-Bildpersistenz
und Nichtidealitäten
beim Auslesen aufweist, wobei das mathematische Modell effektiv
eine Transferfunktion ist, welche eine Berechung der elektromagnetischen
Strahlintensität
als Funktion der von einem Detektor-Element detektierten Wellenlänge, einer
gegebenen Intensität
als Funktion der Wellenlänge,
bereitgestellt von der Quelle eines polychromatischen Strahls elektromagnetischer
Wellen, ermöglicht,
wobei das mathematische Modell wahlweise Gleichungen für Koeffizienten
von Termen in der Transferfunktion bereitstellt, wobei die Koeffizienten
von Termen Funktionen von Kalibrierparametern sind;
- c. Bewirken, dass ein polychromatischer Strahl elektromagnetischer
Strahlung, erzeugt von der Quelle eines polychromatischen Strahls
elektromagnetischer Strahlung, durch den Polarisator gelangt, mit
einem Materialsystem, das sich auf dessen Weg befindet, wechselwirkt,
durch den Analysator verläuft
und mit den dispersiven Optiken wechselwirkt, so dass eine Vielzahl
von im Wesentlichen einzelnen Wellenlängen gleichzeitig in eine entsprechende
Vielzahl von Detektorelementen in dem mindestens einen Detektor-System
eintritt, wobei der polychromatische Strahl elektromagnetischer Strahlung
auch durch den/die Kompensator/en verläuft, der/die an einer Stelle
angeordnet ist/sind, die ausgewählt
ist aus: (vor der Halterung für ein
Materialsystem und nach der Halterung für ein Materialsystem und sowohl
vor als auch nach der Halterung für ein Probensystem);
- d. Erhalten eines mindestens zweidimensionalen Datensatzes von
Intensitätswerten
vs. Wellenlänge
und einem Parameter ausgewählt
aus: (Einfallswinkel des polychromatischen Strahls elektromagnetischer Strahlung
in Bezug auf ein vorhandenes Materialsystem und Azimutalwinkelrotation
eines Elements, das ausgewählt
ist aus: (dem Polarisator und Analysator) über einen Zeitraum hinweg,
während
bewirkt wird, dass mindestens einer der Kompensatoren kontinuierlich
rotiert und wahlweise Berechnung von numerischen Werten von dem
Datensatz für
Koeffizienten von Termen in der Transferfunktion für das spektroskopische
Rotations-Kompensatormaterialsystem-Untersuchungssystem;
- e. Anwenden einer mathematischen Regression des mathematischen
Modells auf den mindestens zweidimensionalen Datensatz und/oder
auf Werte für
Koeffizienten von Termen in der Transferfunktion zum Auswerten der
Kalibrierparameter; wobei die durch das auf Regression basierende
Kalibrierverfahren ausgewerteten Kalibrierparameter dazu dienen,
das mathematische Modell für
nicht-achromatische Eigenschaften und Nicht-Idealitäten des
Kompensators/der Kompensatoren und für Azimutalwinkelausrichtungen
des Polarisators, Analysators und Kompensator- oder Verzögerersystems
auszugleichen.
-
Außerdem kann
die ebenfalls in dem mathematischen Modell enthaltene Auswertung
der Detektorsystem-Detektorelement-Bildpersistenz und Auslese-Nichtidealität-Kompensations-Kalibrierungsparameter gleichzeitig
in dem mathematischen Regressionsverfahren ausgeführt werden.
-
Es
wird angemerkt, dass, wenn zwei Kompensatoren vorhanden sind, jeder
mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit oder unterschiedlichen
Geschwindigkeiten rotiert werden kann.
-
Deshalb
besteht eine Aufgabe der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung darin, ein Kompensator/Verzögerer-System
bereitstellen, welches eine Einstellung ermöglicht, um das Einbringen von
bedeutender Ablenkung und/oder Verschiebung in der Ausbreitungsrichtung
eines Strahls elektromagnetischer Wellen, die mit diesem wechselwirken
soll, zu eliminieren.
-
Eine
weitere Aufgabe der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verwendung eines Kompensators/Verzögerers in
einem Ellipsometer/Polarimetersystem, in welchem er während der Verwendung
kontinuierlich rotiert wird, bereitzustellen.
-
Eine
weitere Aufgabe der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Kalibrieren
eines Ellipsometer/Polarimetersystems bereitzustellen, welches ein
Kompensator/Verzögerersystem
beinhaltet, welches die vorliegende Erfindung verkörpert.
-
Im
Folgenden werden nun Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
diagrammatische Ansicht eines üblichen
Ellipsometersystems;
-
2a eine „Verschiebung" in einem Strahl
elektromagnetischer Strahlung (LB') im Vergleich zu einem elektromagnetischen
Strahl (LB) einer Strahlung;
-
2b einen „abgelenkten" elektromagnetischen
Strahl (LB') einer
Strahlung im Vergleich zu einem elektromagnetischen Strahl (LB)
einer Strahlung;
-
3 in
aufrechter Seitenansicht das Verzögerersystem (3) gemäß der vorliegenden
Erfindung, das ein beliebiger der Kompensatoren/Verzögerer (C1)
(C2) (C3) von 1 sein kann; und
-
4 eine
vergrößerte Version
von 3 mit einigen zusätzlichen Attributen.
-
Mit
Bezug auf die Zeichnungen, ist in 1 ein allgemeines
Ellipsometersystem (1) diagrammatisch gezeigt. In funktioneller
Folge gezeigt sind:
eine Quelle einer elektromagnetischen Strahlung
(LS);
ein Polarisator (P);
mindestens ein Kompensator
(C1) (C2) (C3);
ein Analysator (A); und
ein Detektorsystem
(DET);
wobei der Polarisator, Kompensator und Analysator im
Betrieb wechselnd stationär,
drehbar oder sich drehend sein kann.
-
1 zeigt,
dass ein Strahl elektromagnetischer Wellen (LBI) (nach Wechselwirkung
mit dem Polarisator (P) und falls vorhanden mit dem Kompensator
(C1)) in Wechselwirkung mit einem Probensystem (SS) gebracht wird
und entweder davon reflektiert wird (LB0) oder durch dieses Probensystem
(SS) hindurch übertragen
wird (LB0') und
in einen Detektor (DET) eintritt. Mehrere Kompensatoren (C1) (C2)
und (C3) sind in gestrichelten Linien gezeigt, um anzudeuten, dass
nur einer oder mehrere vorhanden sein können. Ein elektromagnetischer
Strahl (EPCLB) ist ebenfalls gezeigt, der die gezeigten Analysatoren
(A) (A') verlässt und
in einen Detektor (DET) eintritt.
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung liefert ein neues Kompensator/Verzögerersystem, welches
bei (C1) und/oder (C2) und/oder (C3) angewandt werden kann, die
in dem System von 1 angeordnet sind.
-
Bevor
die vorliegende Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kompensator/Verzögerer-System dargestellt
wird, wird zum besseren Verständnis
des Nutzens des Kompensator/Verzögerer-Systems
der vorliegenden Ausführungsform
die 2a miteinbezogen, um eine „Verschiebung" in einem Strahl
elektromagnetischer Strahlung (LB') im Vergleich zu einem elektromagnetischen
Strahl (LB) von Strahlung zu zeigen. 2b ist
vorgesehen, um einen „abgelenkten" elektromagnetischen
Strahl (LB') von
Strahlung im Vergleich zu einem elektromagnetischen Strahl (LB)
einer Strahlung zu zeigen. Es ist somit klar, dass die Begriffe „verschoben" und „abgelenkt" eine Änderung
der Ausbreitungsrichtung eines Strahls elektromagnetischer Strahlung
andeuten. Ein wichtiger Aspekt des Kompensator/Verzögerer-Systems
der vorliegenden Ausführungsform
besteht darin, dass es von einem Hersteller oder Benutzer eingestellt
werden kann, um einen Zustand einzustellen, in welchem eine Ablenkung
oder Verschiebung zwischen eintretenden und austretenden Stahlen elektromagnetischer
Strahlung nicht existiert, sondern die austretenden und eintretenden
Strahlen elektromagnetischer Strahlung direkt miteinander in einer
Ausbreitungsrichtung nach der Wechselwirkung mit dem Kompensator/Verzögerer-System
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ausgerichtet sind. Dies ist ein sehr wichtiges Ergebnis, insbesondere,
wenn ein Kompensator/Verzögerer-System
kontinuierlich während
des Gebrauchs rotiert wird, wie bei Rotierender-Kompensator-Ellipsometer-
und Polarimetersystemen.
-
Weiterhin
zeigt 3 in einer Seitenansicht, dass das Kompensator/Verzögerer-System
(3) ein erstes Element (P1) aufweist, welches in aufrechter Seitenansicht
dargestellt erste (OS1) und zweite (OS2) Spiegelelemente mit einstellbarer
Ausrichtung aufweist, die in einem Winkel in Bezug zueinander vorstehen.
Das erste Element (P1), erste (OS1) und zweite (OS2) Spiegelelemente
mit einstellbarer Ausrichtung haben reflektierende Oberflächen. Das
KOMPENSATOR/VERZÖGERER-SYSTEM
(3) weist weiterhin ein nominal dreieckiges Element (P2) auf, welches
in Seitenansicht betrachtet erste (IS1) und zweite (IS2) Seiten
hat, die nach links und rechts und nach unten von einem oberen Punkt
(UP2) vorstehen, wobei das im Wesentlichen dreieckige Element (P2)
aus einem Material gefertigt ist, welches innere reflektierende,
eine Phasenverzögerung
einbringende, Grenzflächen
auf seinen ersten (IS1) und zweiten (IS2) Seiten aufweist. Das nominal
dreieckige Element (P2) ist in Bezug auf das erste (OS1) und zweite
(OS2) Spiegelelement mit einstellbarer Ausrichtung so ausgerichtet,
dass im Betrieb ein eingehender elektromagnetischer Strahl einer
Strahlung (LB), der sich dem ersten (OS1) Spiegelelement mit einstellbarer
Ausrichtung entlang einer im Wesentlichen horizontal ausgerichteten
Ausbreitungsrichtungskurve nähert,
so dargestellt ist, dass er typischerweise von einer Außenfläche desselben
reflektiert wird und als elektromagnetischer Strahl eine Strahlung
(R1) entlang wandert, welcher im Wesentlichen vertikal nach oben
ausgerichtet ist. Danach wird der elektromagnetische Strahl einer
Strahlung (R1) in das nominal dreieckige Element (P2) eingeführt und
im Wesentlichen vollständig
innen von dessen erster (IS1) Seite reflektiert und läuft dann
weiter entlang einer im Wesentlichen horizontalen Ortskurve und
wird im Wesentlichen vollkommen innen von dessen zweiter (IS2) Seite
reflektiert und verläuft
weiter als im Wesentlichen vertikal nach unten ausgerichteter elektromagnetischer
Strahl einer Strahlung (R3). Danach erfolgt eine Reflexion typischerweise
von einer Außenfläche des
zweiten Spiegelelements (OS2) mit einstellbarer Ausrichtung des
ersten Elements (P1), so dass der elektromagnetische Strahl (LB') einer Strahlung
einer im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Ausbreitungsrichtungskurve
folgt, und von der im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Ausbreitungsrichtungskurve
des Eingangsstrahls (LB) von im Wesentlichen horizontal ausgerichteter
elektromagnetischer Strahlung nicht abgelenkt und verschoben wird.
Dies ist der Fall, selbst wenn das Kompensator/Verzögerer-System
(3) rotiert wird. Das Ergebnis der Anwendung des beschriebenen Kompensator/Verzögerer-Systems
(3) besteht darin, dass eine Verzögerung zwischen orthogonalen
Komponenten des eingehenden elektromagnetischen Strahls einer Strahlung
(LB) erzeugt wird, wo er mit dem zweiten (P2) Element zur Wechselwirkung
gebracht wird. Weiterhin ist das zweite (P2) Element typischerweise
ein rechtwinkliges Dreieck (mit einem neunzig (90) Grad Winkel bei
(UP2)) in der Seitenansicht von 3. Es ist jedoch
klar, dass die Unterseite IS3 eine andere Form als eine einfache
gerade Fläche
haben kann (z.B. siehe IS3')
und die Außenflächen des
ersten (OS1) und zweiten (OS2) Spiegelelements mit einstellbarer
Ausrichtung sind typischerweise, jedoch nicht unbedingt, reflektierend
durch Aufbringen einer Metallbeschichtung. Eine Metallbeschichtung
stellt eine hohe Reflexion und einen guten Durchsatz an Strahlungsintensität des elektromagnetischen
Strahls sicher. Angenommen, dass ein Nenndreieck mit präzise gefertigten
rechten Winkeln (P2) verwendet wird, liefert diese Ausbildung eines
Kompensators/Verzögerers
eine inhärente
Kompensation von sowohl winkelförmigen
als auch translatorischen Fehlausrichtungen des eingehenden Lichtstrahls
(LB), insbesondere wenn das erste (OS1) und zweite (OS2) Spiegelelement
mit einstellbarer Ausrichtung wie erforderlich um die Schwenkpunkte
(PP1) bzw. (PP2) gedreht werden.
-
Es
wird insbesondere angemerkt, dass, während die im Wesentlichen vollkommen
inneren Reflektionen von der ersten (IS1) und zweiten (IS2) Seite
des im Wesentlichen dreieckig geformten Elements (P2) die Verzögerung zwischen
den orthogonalen Komponenten des elektromagnetischen Strahls (LB)
von Strahlung bereitstellen, eine Verzögerung durch Reflektionen von
dem ersten (OS1) und zweiten (OS2) Spiegelelement mit einstellbarer
Ausrichtung erzeugt werden kann.
-
Auch
wird die gesamte bereitgestellte Verzögerung für winkelförmige Fehlausrichtungen des
eingehenden elektromagnetischen Strahls kompensiert. D.h., wenn
der eingehende elektromagnetische Strahl (LB) nicht so ausgerichtet
ist, dass er einen Eintrittswinkel von fünfundvierzig (45) Grad mit
der ersten Außenfläche (OS1)
bildet, wird der reflektierte elektromagnetische Strahl (R1) innen
an der ersten Innenfläche
(IS1) des nominal dreieckigen Elements (P2) in einem größeren (kleineren)
Winkel reflektiert als der Fall wäre, wenn der Eintrittswinkel
fünfundvierzig
(45) Grad beträgt.
Dieser Effekt wird jedoch direkt kompensiert durch einen kleineren
(größeren) Eintrittswinkel
des elektromagnetischen Strahls (R2), wo er innen von der Innenfläche (IS2) des
zweiten dreieckigen Elements (P2) reflektiert wird. Weiterhin ist
zu erklären,
dass, aufgrund der schrägen Einfallswinkel
der Reflexionen von den Außenflächen (OS1)
und (OS2) der Spiegelelemente mit einstellbarer Ausrichtung von
(P1) ein Polarimeter/Ellipsometer mit dem Kompensator/Verzögerer (3)
eine Kalibrierung erfordert, um die PSI-artigen Komponenten davon
zu charakterisieren.
-
4 zeigt
eine größere Version
von 3 mit einigen zusätzlichen Angaben von akzeptablen
Variationen der Form der unteren Seite des nominell dreieckigen
Elements (P2), (z.B. (IS3) (IS3'),
(IS3'') & (IS3''')). Ebenfalls
angedeutet sind einstellbare Module (P1') & (P1'') anstelle von (P1) in 3.
Das nominell dreieckige Element (P2) und die einstellbaren Module
(P1') & (P1'') sind an dem (BACK SUPPORT) an im Allgemeinen akzeptablen
Stellen befestigt. Es ist klar, dass 4 einen
Winkel Theta (θ1) oben an dem nominell dreieckigen Element
(P2) zeigt und es ist klar, dass während der Winkel typischerweise
neunzig (90) Grad beträgt, dies
nicht erforderlich ist und es klar sein muss, dass jeglicher funktionelle
Winkel im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt. Die einstellbaren
Module (P1') & (P1") haben beispielhaft
(nicht einschränkend)
Einrichtungen, um die Anordnung der Drehpunkte der Spiegelelemente
mit einstellbarer Ausrichtung (OS1) & (OS2) zu ermöglichen ((PP1) bzw. (PP2),
um welche (OS1) und (OS2) in mindestens einer Ebene rotieren können), um
in Schlitzen ((S1) & (S2))
bzw. ((S1') & (S2')) eingestellt zu
werden. (Es ist zu bemerken, dass die Drehpunkte (PP1) und/oder
(PP2) eine Drehbewegungsmöglichkeit
in einer oder mehreren Ebenen bereitstellen können) und funktionelle Entsprechungen,
welche eine beschriebene und dargestellte translatorische oder Drehbewegung
ermöglichen,
werden als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet.
Die Einstellung durch die grundlegende Anordnung von (P1'), (P1'') und (P2) an dem (BACKSUPPORT) in Kombination
mit zur Verfügung
stehender translatorischer und Rotations-Einstellung von (OS1) und
(OS2) innerhalb von (P1') bzw.
(P1'') ermöglicht es
einem Benutzer, das Kompensator/Verzögerer-System der vorliegenden
Ausführungsform
sehr genau auszurichten, so dass der elektromagnetische Strahl (LB') der Strahlung den
Kompensator/Verzögerer
(3) der vorliegenden Erfindung in im Wesentlichen derselben Ausbreitungsrichtung
verlässt wie
der elektromagnetische Strahl (LB) der Strahlung in diesen eintritt. 4 zeigt
auch eine Rotationseinrichtung (RM) auf der linken und rechten Seite,
die zeigen, dass das Kompensator/Verzögerersystem (3) gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
die Funktionsfähigkeit
hat, dass es um die Ausbreitungsrichtung der nicht abgelenkten und
nicht verschobenen austretenden und eintretenden Strahlen elektromagnetischer
Wellen (LB) & (LB') gedreht werden
kann.
-
Es
ist zu bemerken, dass, während 3 und 4 elektromagnetische
Strahlen (LB) & (LB') einer Strahlung
zeigen, die extern von einer „äußeren" Oberfläche der
einstellbaren Spiegelelemente (OS1) & (OS2) reflektiert werden, dies weitläufig zu
interpretieren ist, so dass sie ein funktionell equivalentes System
beinhalten, in welchem die Spiegelfläche „intern" ist, wodurch erforderlich wird, dass
mindestens einer der elektromagnetischen Strahlen (LB) & (LB') der Strahlung die
Tiefe eines einstellbaren Spiegelelements (OS1) & (OS2) durchquert, von der „inneren" „Rück"fläche
davon reflektiert wird und die Tiefe eines einstellbaren Spiegelelements
(OS1) & (OS2)
beim Ausbreiten durchquert.
-
Das
Kompensator/Verzögerer-System
der vorliegenden Ausführungsform,
wie in 3 und 4 gezeigt, ist bevorzugt, da
zusätzlich
dazu, dass das vorliegende Rotierender-Kompensator-Materialsystem-Untersuchungssystem
spektroskopisch ist (d.h. gleichzeitig bei einer Anzahl von Wellenlängen in
einem Strahl betrieben wird, der viele elektromagnetische Wellenlängen enthält, über einen
Bereich von z.B. 190–1000
Nanometer, und ein dabei verwendeter Kompensator (C), (C'), (C'') eine Verzögerung bereitstellen kann,
die z.B. invers mit der Wellenlänge
variiert und immer noch verwendet werden kann), muss ein Kompensator
(C), (C'), (C'') gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Durchtritt eines polychromatischen elektromagnetischen Strahls durch
diesen ohne eine bedeutende Dämpfung,
Ablenkung oder Verschiebung in Ausbreitungsrichtung zu bewirken,
ermöglichen.
Falls dies nicht der Fall ist, entstehen Schwierigkeiten in den
Detektorelementen (DES), die Photoanordnungs-Detektorsystem (DET)
Detektorelement-Ausgangssignale enthalten, die schwer zu kompensieren
sind.
-
Weiterhin
besteht der Grund dafür,
dass die vorliegende Ausführungsform
mit einem Kompensator (C), (C'),
(C'') betrieben werden
kann, der nicht einmal annähernd
eine konstante neunzig (90) Grad Verzögerung über einen Wellenlängenbereich
bereitstellen kann (was ideale Eigenschaften wären) darin, dass ein auf Regression
basierendes Kalibrierungsverfahren (siehe Einleitung dieser Beschreibung)
verwendet wird, das eine wellenlängenabhängige Kompensation
bereitstellt, die die für
die Kalibrierungsparameter erforderlichen Werte hervorruft, in einem
entwickelten mathematischen Modell des Rotationskompensatormaterialsystem-Untersuchungssystems
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
wie in der anhängigen
EPA-Anmeldung Nr. 98907397.8 beschrieben, und eingereicht über PCT/US98/02390.
-
Es
ist ebenfalls zu bemerken, dass die polychromatische elektromagnetische
Strahlquelle aus einer kombinierten Mehrzahl/Vielzahl von Laserquellen
bestehen kann und dass eine polychromatische elektromagnetische
Strahlquelle einen effektiven Polarisator beinhalten kann, wodurch
kein separater Polarisator mehr erforderlich ist. Diese Möglichkeiten
sind als im Rahmen der Ansprüche
liegend zu betrachten.
-
Es
ist auch klar, dass die Terminologie „achromatisch" so zu verstehen
ist, dass eine Unsicherheit bei der Verzögerung, die von einem Kompensator
von einem (1,0) Grad bereitgestellt wird, eine Unsicherheit von einem
viertel (1/4) Grad in einem gemessenen Probensystem (PSI) und eine
Ungewissheit von einem halben (1/2) Grad in einem gemessenen Probensystem
(DELTA) bewirkt.
-
Wie
erwähnt,
finden Ausführungsformen
des Kompensator/Verzögerer-Systems
der vorliegenden Erfindung besonders relevante, jedoch nicht einschränkende Anwendung
bei rotierenden Kompensator/Ellipsometer- und Polarimetersystemen,
welche keine „blinden
Punkte" bei DELTA'S von Null (0,00)
oder einhundertundachzig (180) Grad zeigen (charakteristisch für rotierende
Polarisator- oder Analysatorsysteme) oder PSI von fünfundvierzig
(45) Grad (charakteristisch für
Modulationselementsysteme).
-
Während hiermit
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung offenbart wurden, sollte klar sein, dass
viele Modifikationen, Substitutionen und Variationen der vorliegenden
Erfindung angesichts dessen möglich
sind. Es ist klar, das die vorliegende Erfindung anders als hier
speziell beschrieben ausgeführt
werden kann und in ihrem Umfang und Weite nur durch die beiliegenden
Ansprüche
eingeschränkt
werden sollte.
