JP5650733B2 - テラヘルツ赤外線エリプソメーターシステムおよびその使用方法 - Google Patents
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Description
この出願の主題である発明は、Phase I ARMY STTR Contract No.W911NF-08-C-01121下において軍隊からの助成金による支援を受けて一部開発された。
本発明は、電磁放射線源、偏光状態生成器、サンプル支持ステージ、偏光状態検出器および電磁放射線検出器を含むエリプソメーターシステムおよびポラリメーター(偏光計)(polarimeter)システムに関し、より詳細には、300GHz以下から少なくとも1テラヘルツ(THz)よりも高い範囲にまで及んでいて、赤外線(IR)範囲を超えて好ましくは100THz、またはそれよりも高い周波数範囲で動作するエリプソメーターまたは偏光計または同様の光学測定システムであって、後進波発振器;スミスパーセル(Smith-Purcell)セル;自由電子レーザ、FTIR光源(フーリエ変換赤外分光用光源)および入手可能であれば固体デバイスなどの光源;およびゴーレイ(Golay)セル;ボロメーターおよび必要ならば固体検出器などの検出器;を含み、好ましくは、一連の奇数個の反射素子を含む偏光状態像回転システムと機能的に組み合わされて、その偏光状態像回転システムに入射された偏光電磁ビームが、当該奇数個の反射素子と反射型の相互作用をし、かつ、方位は回転されているが、それ以外では偏光状態は実質的に不変で、本質的にそれずにかつ変位しない方向に出射する、エリプソメーターまたは偏光計または同様のシステムに関する。尚、ポラリメーターは、エリプソメーター(偏光計)に補償子を付加したシステムである。
ρ=rp/rs=Tan(Ψ)exp(iΔ)
である。
a.電磁放射線のビーム源;
b.偏光子素子;
c.任意に設けられることのある補償子用素子(compensator element);
d.(追加的な1つまたは複数の素子);
e.サンプルシステム;
f.(追加的な1つまたは複数の素子);
g.任意に設けられることのある補償子用素子(compensator element);
h.検光子素子;および
i.分光検出器システム
を備えることを理解する必要がある。
(ellipsometer & bolometer);および
(ellipsometer & ゴーレイ(Golay) cell);
の用語を含む特許および出願公開をコンピュータで検索したところヒットは1件(Tsukrukによる(特許文献1))しかなかったことに留意されたい。(特許文献1)は、エリプソメトリーおよびゴーレイ(Golay)の用語を含むが、前記素子を含むエリプソメーターシステムについては含まない。
(ellipsometer & backward wave oscillator);
(ellipsometer & スミスパーセル(Smith-Purcell));および
(ellipsometer & free electron laser);
の用語を含む特許および出願公開のPTOのウェブサイト検索は、Nakaharaらの(特許文献2)しかヒットしなかった。この文献には、用語エリプソメーターおよび自由電子レーザは含まれるが、前記素子の組み合わせについては説明されていない。
Woollamらの(特許文献24)(ビームチョッパを説明している);Johsらの(特許文献25);Greenらの(特許文献26);およびJohsらの(特許文献27);があり、エリプソメーターシステムに関連すると説明している。
Nabetらによる(特許文献49);Woodらによる(特許文献50);Pfeifferらによる(特許文献51); (非特許文献24);および(非特許文献25)。
a1)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされる電磁放射線源;
a2)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器;
b)サンプル支持体;
c)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ範囲の、電磁放射線を検出可能な少なくとも1つの電磁放射線検出器
からなる群から選択されるものを含むエリプソメーターまたは偏光計システムを含むシステムが開示されている。
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定(stationary)偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子;
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子;
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子;および
電子−変調器、音響−変調器または光−変調器;
からなる群から選択される少なくとも1つを含み、その目的は、データ収集手順中に偏光状態を変調させることである。
後進波発振器;
スミスパーセル(Smith-Purcell)セル;
自由電子レーザ;および
固体光源装置;
からなる光源群から選択される少なくとも1つの光源を含み、好ましくはさらに、前記電磁放射線THz光源の後位に周波数逓倍を行う手段を含み、この周波数逓倍器は、前記THz光源から出力された電磁放射線を受光し、かつ前記光源の出力基本波と約1.6THzとの範囲内の前記電磁放射線の高調波をもたらす。
前記電磁放射線THz光源と前記検出器との間に
少なくとも1つのオッドバウンス(すなわち奇数回反射による)偏光状態回転システムを含むと共に、当該オッドバウンス偏光状態回転システムをエリプソメーターおよび偏光計および同様のシステムに適用する方法を含む。当該オッドバウンス偏光状態回転システムがあることは、場合によってはこれを偏光状態生成器と組み合わせて、エリプソメーターシステムの偏光子を回転させずに、電磁放射線源によってもたらされた偏光状態を回転させることができる点において有益である。オッドバウンス(すなわち奇数回反射による)光学像回転システムは、特許文献8に記載されている。前記特許文献8に記載されているように、前記オッドバウンスサーブス(serves)光学像回転システムは、その伝搬方向のローカスに著しい逸脱(それること)または変位をもたらすことなく、またはその偏光状態を著しく変えることなく、直線偏光にまたは部分的に直線偏光にされた(すなわち実質的に偏光された)電磁放射線ビームの方位角を回転させる働きをする(すなわち、主要強度直交成分から他の直交成分へのエネルギーの著しいシフトを生じさせない、またはそれらの間の位相角の著しいシフトを生じさせない)。オッドバウンス光学像回転システムは、入射電磁放射線ビームをその第1の反射素子から第2の反射素子に反射させ、かつ第2の反射素子から第3の反射素子に反射させる等々のように向きを向けて設けられた一連の奇数個の反射素子であると説明できる。3つの反射素子を有するオッドバウンス光学像回転素子システムの場合、オッドバウンス光学像回転システムが、電磁放射線ビームのローカスと一致した軸の周りで、段階的にまたは連続的に回転するようにされている場合にも、3回の反射によって電磁放射線ビームを第3の反射素子から、回転された直線偏光の方位角でまたは回転された部分的に直線偏光の方位角で、かつ入力ビームのローカスから著しく逸脱も変位もしていない方向に出射させる。同じことが、任意の奇数個(例えば3、5、7など)の反射素子を含むオッドバウンス光学像回転素子システムに一般的に当てはまる。反射素子の数が多くなるほど、ビームが反射素子に対してなす入射角がより直角に近くなり、および入射角が法線に近くなるほど、収差効果が小さくなることに留意されたい。同様に、3つより多い反射素子が存在する場合、反射素子によって生じたある種の非理想性(non-idealities)を、これら反射に、一致しない(non-coincident)座標系を使用することによって打ち消すことができる。しかしながら、その見返りとして、存在する反射素子の数が多いほど、前記ビームの逸脱および変位を回避するためにシステムを調整することが困難になる。
ゴーレイ(Golay)セル;
ボロメーター;および
固体検出器
からなる検出器群から選択できる。
300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ範囲のTHz周波数出力をもたらす、前記電磁放射線THz光源および任意選択的に設けられる周波数逓倍器と、
約1THz超のIR周波数範囲の出力をもたらす前記FTIR光源と
の間を選択するための手段を含む。
ゴーレイ(Golay)セル;
ボロメーター;および
固体検出器
からなる検出器群から選択される。
a1)約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線FTIR光源;および
a2)約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線FTIR光源を含む偏光状態生成器;
からなる構成要素群からの選択と、
a3)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線THz光源;および
a4)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器;
からなる構成要素群からの選択を含み、前記電磁放射線THz光源は、
後進波発振器;
スミスパーセル(Smith-Purcell)セル;
自由電子レーザ;および
固体デバイス;
からなる群から選択される少なくとも1つを、好ましくは、300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす基本出力周波数の高調波をもたらすために、周波数逓倍器と機能的に組み合わせられて、含んでいる。
b)サンプル支持体と;
c)ゴーレイ(Golay)セル検出器;
ボロメーター検出器;および
固体光源装置
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を含む電磁放射線の検出器システムを含む。
前記選択された光源と、
前記選択された検出器との間
に少なくとも1つのオッドバウンス偏光状態回転システムを含む。
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子;
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子;
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子;および
電子−変調器、音響−変調器または光−変調器
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を含む。
A)上述のようなエリプソメーターまたは偏光計を備えるステップ;
B)光源および検出器を選択するステップ;
C)前記選択された光源を適用して、実質的に偏光された電磁放射線が前記サンプル支持体上の前記サンプルに当たりかつそれと相互作用するようにし、その後、前記選択された検出器に進めて入射させて、前記検出器が出力をもたらすようにするステップ
を含む。
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶すること;
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶すること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示すること;
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示すること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力が、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにすること;
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、および少なくともその一部に、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにさせること
からなるステップ群から選択される少なくとも1つのステップを実行することを含む。
後進波発振器;
スミスパーセル(Smith-Purcell)セル;
自由電子レーザ;および
固体デバイス;
から特に選択された素子と、
それぞれ様々なタイプの偏光子、検光子および設けられているならば補償子から選択された素子と、それぞれの動作(すなわち固定、回転可能または回転)と、データ収集中のビームチョッパ周波数と組み合わせられる
FTIR光源と;
さらには、THz範囲およびIR範囲のそれぞれでの動作用の
ゴーレイ(Golay)セル検出器;
ボロメーター検出器;および
固体光源装置;
からの特定の選択された素子との機能的な組み合わせのような、エリプソメーターまたは偏光計を構成する種々の素子の様々な選択された組み合わせが、測定されたノイズ/信号比および波長域の範囲によって定量された異なる質、例えば、エリプソメトリーのPSI値またはDELTA値の結果をもたらすことができることにも留意されたい。後者の点において、異なる波長出力をもたらしかつそれらの出力を結合させる2つのTHz光源を提供することを有利とし得ることに留意されたい。
a2)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器
を含み、その後位に、少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムを含んでいるエリプソメーターまたは偏光計システムであって、当該少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムが、
少なくとも3つの奇数個の反射素子であって、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームを、前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも3つの反射素子のそれぞれと相互作用させ、そこから、逸脱(ずれ)も変位もしていない軌道に沿って出射させ、さらに前記電磁放射線ビームを、サンプルシステムを支持する前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用させるように、向きが向けられた当該奇数個の反射素子
を含んでいる、当該エリプソメーターまたは偏光計システムは、確かに新規であり、かつ特許性を有すると信じられている;特に、当該エリプソメーターまたは偏光計システムが、さらに少なくとも2つの回転素子を含んでいて、それぞれの回転素子が:
回転偏光子;
回転補償子;および
回転検光子
からなる回転素子群から選択された回転素子である場合には尚更である。
a2)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器を選択し;かつ
少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムを備えること
を含み、当該少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムが、
少なくとも3つの奇数個の反射素子であって、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームを前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも3つの反射素子のそれぞれと相互作用させ、そこから、逸脱(ずれ)も変位もしていない軌道に沿って出射させ、さらに前記電磁放射線ビームを、サンプルシステムを支持する前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用させるように向きが向けられた当該奇数個の反射素子;
を備えている場合には、当該方法は確かに新規であり、かつ特許性を有する。
段階的に回転される;および
連続的に回転される
からなる回転方式群から選択される回転方式で回転される場合である。
回転偏光子;
回転補償子;
回転検光子;および
前記オッドバウンス光学像回転システム;
からなる回転素子群から選択され、かつ前記選択された2つの回転素子が双方ともデータ収集中に連続的に回転される場合に、さらに高まる。
回転偏光子;
回転補償子;
回転検光子;および
オッドバウンス光学像回転システム;
からなる回転素子群から選択され、該少なくとも2つの回転素子がデータ収集中に回転させられる。このような構成のエリプソメーターまたは偏光計システム、およびその使用方法は、新しく、新規であり進歩性があると思われる。このことは特に、次のような場合に言える。すなわち、前記THz範囲エリプソメーターまたは偏光計システムが、少なくとも3つの奇数個の反射素子を含む少なくとも1つの連続回転式オッドバウンス光学像回転システムを含んでいて、ここでは、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームが、前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも3つの反射素子のそれぞれと相互作用し、そこから、逸脱(ずれ)も変位もしていない軌道に沿って出射し、さらに前記電磁放射線ビームが、サンプルシステムを支持するための前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用する場合である。
a)
a1)約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のFTIR光源(S2);および
a2)約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のFTIR光源(S2)を含む偏光状態生成器
からなる群から選択された光源
を含む。上述した構成とここで説明する構成との相違点の1つは、本願明細書で説明するシステムは、前記偏光状態生成器が、
a21)オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子;および
a22)偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子
からなる群から選択されることを提供することである。
a3)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のTHz光源(S1)
からなる群から選択される光源を含む。
a4)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源(S1)を含む偏光状態生成器であって、
a41)オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子;および
a42)偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子
からなる群から選択される偏光状態生成器である。
電磁放射線の前記THz光源(S1)は、
後進波発振器(BWO);
スミスパーセル(Smith-Purcell)セル(SP);および
自由電子レーザ(FE);
からなる群から選択される少なくとも1つの光源を、300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす基本出力周波数の高調波をもたらす周波数逓倍器(M)と、任意に機能的に組み合わせて含み、および
前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記THz光源(S1)とFTIR光源(S2)との間で選択する手段を含む。
b)サンプル支持体(S)と;
c)
ゴーレイ(Golay)セル検出器(GC);および
ボロメーター検出器(BOL)
からなる群から選択される少なくとも1つの検出器を含む電磁放射線の検出器システム(D1)(D2)(D3)と
が設けられている。
前記光源(S1)(S2)と前記サンプル支持体(S)との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子(P);
前記サンプル支持体(S)と前記検出器(GC)(BOL)との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子(A);および
前記光源と前記検出器(GC)(BOL)との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子(C)(C’)
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を含む。
A)上述のようにエリプソメーターまたは偏光計システムを備えるステップ;
B)光源と検出器と偏光状態生成器とを選択するステップ;
C)前記選択された光源を適用して、実質的に偏光された電磁放射線を前記サンプル支持体上の前記サンプル(S)に当ててかつそれと相互作用させて、前記選択された検出器に進めて入射させて、前記検出器が出力をもたらすようにするステップ;
を含み、前記方法はさらに、
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶させること;
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を解析し、および少なくともその一部に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること
からなる動作群から選択される少なくとも1つの動作を実行することを含む。
a)1.1THz以下から1.4THz以上までに及ぶ周波数範囲の、少なくとも部分的に偏光された出力をもたらす電磁放射線源;および
b)
偏光状態生成器の入射側偏光子;および
オッドバウンス偏光状態回転システム
からなる素子群から選択された素子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子との直列の組み合わせからなる偏光状態生成器
を含むエリプソメーターまたは偏光計システムである。
c)サンプル支持体;および
d)300GHz以下から少なくとも1.4THzまでの範囲の電磁放射線を検出可能である少なくとも1つの電磁放射線検出器
が設けられている。
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子;
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子;および
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子;
からなる素子群から選択される少なくとも1つの素子が存在する。
a)300GHz以下から1.1THz以上に及ぶ周波数範囲の、少なくとも部分的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源;および
b)
偏光状態生成器の入射側偏光子;および
オッドバウンス偏光状態回転システム
からなる素子群から選択される素子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子と直列の組み合わせからなる偏光状態生成器
を含む。
c)サンプル支持体;および
d)300GHz以下から少なくとも1.1THzまでの範囲の電磁放射線を検出可能な少なくとも1つの電磁放射線検出器
が設けられている。
前記光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子;
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子;および
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子
からなる素子群から選択された少なくとも1つの素子を含む。
a)1.1THz以下から1.4THz以上に及ぶ周波数範囲の少なくとも部分的に偏光された出力をもたらす電磁放射線FTIR光源:および
b)
偏光状態生成器の入射側偏光子;および
オッドバウンス偏光状態回転システム
からなる素子群から選択された素子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子との直列の組み合わせからなる偏光状態生成器
を含む。
c)サンプル支持体;および
d)1.1THz以下から少なくとも1.4THzまでに及ぶ範囲の電磁放射線を検出可能な少なくとも1つの電磁放射線検出器
を含む。
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子;
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子;および
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子
からなる素子群から選択される少なくとも1つの素子を含む。
チョッパ(CH)の動作;サンプル(S)の位置決め;光源(S1、S2)の選択;検出器(D1、D2、D3)の選択;および光源(S1、S2、S3)および検出器(D1、D2、D3)の双方またはいずれか一方の動作を制御するコンピュータシステムを含むことを特に説明する。さらに、本発明のシステムは、検出器(D1、D2、D3)によってもたらされたデータを解析しかつ前記データまたはその解析結果を表示する働きをするコンピュータシステム(CMP)を含む。すなわち、本発明は、エリプソメーターまたは偏光計を含むコンピュータシステム(CMP)であって、前記エリプソメーターまたは偏光計の素子の動作を制御して、サンプルを特徴づけるデータ、ならびに実行された前記データの解析および前記データまたはその解析結果の表示が生成されるコンピュータシステム(CMP)であると考えられる。
Claims (33)
- a)
a1)偏光状態生成器と機能的に組み合わされ、約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のFTIR光源(S2);および
a2)電磁放射線のFTIR光源(S2)を含み約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器であって、
a21)オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;および
a22)偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;
からなる群から選択される偏光状態生成器
からなる群から選択される光源と、
a3)偏光状態生成器と機能的に組み合わされ、300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源(S1);および
a4)電磁放射線のTHz光源(S1)を含み300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器であって、
a41)オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;および
a42)偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;
からなる群から選択される偏光状態生成器;
からなる群から選択される光源と
b)サンプル支持体(S)と;
c)ゴーレイ(Golay)セル検出器(GC);および
ボロメーター検出器(BOL);
からなる検出器群から選択される少なくとも1つの検出器を含む電磁放射線の検出器システム(D1)(D2)(D3)と
を含み、
前記電磁放射線のTHz光源(S1)は、300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす基本出力周波数の高調波をもたらすために必要に応じて設けられる周波数逓倍器(M)と機能的に組み合わされる、
後進波発振器(BWO);
スミスパーセル(Smith-Purcell)セル(SP);および
自由電子レーザ(FE);
からなる光源群から選択される少なくとも1つの光源を含み、
さらに、前記THz光源(S1)とFTIR光源(S2)との間の選択を行う手段を含み;
さらに、前記選択された光源と前記選択された検出器との間に、
前記光源(S1)(S2)と前記サンプル支持体(S)との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子(P);
前記サンプル支持体(S)と前記検出器(GC)(BOL)との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子(A);および
前記光源と前記検出器(GC)(BOL)との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子(C)(C’);
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を含み、使用時、選択された光源、選択された場合に含まれる偏光状態生成器、および選択された検出器を選択された機能的な組み合わせにすることにより、
前記オッドバウンス偏光状態回転システムによって方位を回転させ、その後、前記偏光状態生成器の出射側偏光子を方位に関して回転させて、当該オッドバウンス偏光状態回転システムから出射する電磁放射線の偏光の方位位置に対応するようにされた電磁放射線を前記サンプル支持体(S)上のサンプルに当て当該サンプルと相互作用させ、その後、前記選択された検出器システム(D1)(D2)(D3)に入射させて、前記検出器が出力をもたらすように構成した、エリプソメーターまたは偏光計システム。 - FTIR光源(S2)を含む前記a2の偏光状態生成器、およびTHz光源(S1)を含む前記a4の偏光状態生成器が選択され、ならびにa22の出射側偏光子およびa42の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- FTIR光源(S2)を含む前記a2の偏光状態生成器、およびTHz光源(S1)を含む前記a4の偏光状態生成器が選択され、ならびにa21の出射側偏光子およびa41の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- FTIR光源(S2)を含む前記a2の偏光状態生成器、およびTHz光源(S1)を含む前記a4の偏光状態生成器が選択され、ならびにa21の出射側偏光子およびa42の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- FTIR光源(S2)を含む前記a2の偏光状態生成器、およびTHz光源(S1)を含む前記a4の偏光状態生成器が選択され、ならびにa22の出射側偏光子およびa41の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- 前記偏光状態生成器が:
選択されたオッドバウンス偏光状態回転システムと、これに続く前記偏光状態生成器の出射側偏光子とを備え、使用時、前記オッドバウンス偏光状態回転システムが、電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームをその前記光源から受光し、前記少なくとも部分的に偏光されたビームの偏光状態を回転させてから、そのビームを、前記偏光状態生成器の出射側偏光子から出射する偏光状態の純度を改善する働きをする当該偏光状態生成器の出射側偏光子に通過させることを特徴とする、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。 - 前記偏光状態生成器は:
選択された偏光状態生成器の入射側偏光子と、これに続く前記偏光状態生成器の出射側偏光子とを備え、使用時、前記偏光状態生成器の入射側偏光子が、電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームをその前記光源から受光してから、そのビームを前記偏光状態生成器の出射側偏光子に通過させるようにし、前記偏光状態生成器の入射側偏光子は、前記光源からもたらされた電磁放射線の前記少なくとも部分的に偏光されたビームの有効方位と、その前記偏光状態生成器の出射側偏光子の有効方位とが、互いに対して本質的に90度をなしていて、それにより、電磁放射線の前記少なくとも部分的に偏光されたビームが前記偏光状態生成器の出射側偏光子を越えて進まないようにする条件の発生を回避できるように働くことを特徴とする、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。 - 少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’)が選択され、かつ、少なくとも3つの奇数個の反射素子を含み、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームが、前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも3つの反射素子と相互作用し、かつ逸脱も変位もしていない軌道に沿ってそれらオッドバウンス光学像回転システムから出射し、前記電磁放射線ビームがまた、サンプルシステムを支持するためのステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用するように、少なくとも3つの前記反射素子が正しい向きに向けられている、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- 前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’)が、
3つの反射素子;および
5つの反射素子;
からなる反射素子群から選択される反射素子からなる、請求項8に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。 - 前記後進波発振器が前記光源として選択されている、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- さらに、前記電磁ビームをチョッピングするチョッパ(CH)を含み、実質的に前記チョッピングされた電磁ビームのみを前記検出器に向けて供給する、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- a2)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源(S1)を含む偏光状態生成器;
を選択することを含み、該偏光状態生成器の後位にオッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’)を備えていて、該オッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’)は:
少なくとも3つの奇数個の反射素子であって、前記電磁放射線源からもたらされた電磁放射線が、前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも3つの反射素子のそれぞれと相互作用し、逸脱も変位もしていない軌道に沿ってそれら前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムから出射し、前記電磁放射線がさらに、サンプルシステムを支持するための前記ステージに配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用するように、正しい向きに向けられた前記少なくとも3つの反射素子
を含む、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。 - 少なくとも2つの回転素子を含み、それら回転素子のそれぞれが:
回転偏光子(P);
回転補償子(C)(C’);
回転検光子(A);および
オッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’)
からなる構成要素群から選択されている、請求項12に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。 - 2つの回転補償子(C)(C’)を含む、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- 回転補償子(C)(C’)および回転検光子(A)を含む、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- 回転補償子(C)(C’)を含み、および少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’)が選択されて連続的に回転される、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- 回転検光子(A)を含み、および前記オッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’)が連続的に回転される、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
- さらに、前記電磁ビームをチョッピングするためのチョッパ(CH)を含み、および実質的に前記チョッピングされた電磁ビームのみを前記検出器に供給し;かつ少なくとも2つの回転素子を含み、それら各回転素子が:
回転偏光子(P);
回転補償子(C)(C’);
回転検光子(A);および
オッドバウンス光学像回転システム(OB)(OB’);
からなる回転素子群から選択されており、それらは、データ収集中回転する、請求項1に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。 - サンプルの特性を決定する方法であって:
A)エリプソメーターまたは偏光計システムを備えるステップであって、前記エリプソメーターまたは偏光計システムは、
a)
a1)約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のFTIR光源(S2)と;
a2)約1THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、電磁放射線のFTIR光源(S2)を含む偏光状態生成器であって、
a21)オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;および
a22)偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;
からなる群から選択される当該偏光状態生成器と
からなる光源群から選択される光源、および
a3)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のTHz光源(S1)と;
a4)300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、電磁放射線のTHz光源(S1)を含む偏光状態生成器であって、
a41)オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;および
a42)偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子;
からなる群から選択される当該偏光状態生成器と
からなる光源群から選択される光源と
を含み、
電磁放射線の前記THz光源(S1)は、
後進波発振器(BWO);
スミスパーセル(Smith-Purcell)セル(SP);および
自由電子レーザ(FE);
からなる光源群から選択される少なくとも1つの光源を、300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす、基本出力周波数の高調波をもたらす周波数逓倍器(M)と、任意に機能的に組み合わせて含み、
前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記THz光源(S1)とFTIR光源(S2)との間で選択する手段と;
b)サンプル支持体(S)と;
c)電磁放射線の検出器システム(D1)(D2)(D3)であって、
ゴーレイ(Golay)セル検出器(GC);および
ボロメーター検出器(BOL);
からなる検出器群から選択される少なくとも1つの検出器を含む、当該検出器システム(D1)(D2)(D3)と
を含み、
前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記選択された光源と前記選択された検出器との間に、
前記光源(S1)(S2)と前記サンプル支持体(S)との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子(P);
前記サンプル支持体(S)と前記検出器(GC)(BOL)との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子(A);および
前記光源と前記検出器(GC)(BOL)との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子(C)(C’);
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を含んでいて、使用時、選択された光源、任意選択の偏光状態生成器、および検出器の選択的な機能的な組み合わせを適用して、
前記オッドバウンス偏光状態回転システムによって方位を回転させ、その後、前記偏光状態生成器の出射側偏光子を方位に関して回転させて、当該オッドバウンス偏光状態回転システムから出射する電磁ビームの偏光の方位位置に対応するようにされた電磁放射線が前記サンプル支持体上のサンプル(S)に当たってそのサンプルと相互作用し、その後前記選択された検出器システム(D1)(D2)(D3)に入射して、前記検出器が出力をもたらすようにする、当該ステップ;
B)光源と検出器と偏光状態生成器とを選択するステップ;
C)前記選択された光源を適用して、実質的に偏光された電磁放射線を前記サンプル支持体上の前記サンプル(S)に当てかつそのサンプルと相互作用させて、その後前記選択された検出器に進めてその検出器に入射させて、前記検出器が出力をもたらすようにするステップ;
を含み、
前記方法は、さらに:
前記THz光源(S1)と前記FTIR光源(S2)とを用いて、前記電磁放射線の検出器システム(D1)(D2)(D3)の出力を解析して、赤外線(IR)範囲とTHz周波数範囲の両方の周波数の重畳範囲において、サンプルを特徴づけるPSI値(Ψ)、及びDELTA値(Δ)について、前記エリプソメーターまたは偏光計システムが同様の結果を与えることをチェックすること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶させること;
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、およびその解析の少なくとも一部に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること
からなる動作群から選択される少なくとも1つの動作を実施することを含む方法。 - 前記オッドバウンス偏光状態回転システムを備えることを含み、さらに、データ収集中に、前記光源と検出器との間に存在する少なくとも1つの前記オッドバウンス偏光状態回転システムを連続的にまたは段階的に回転させるステップを含む、請求項19に記載の方法。
- さらに、
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子(P)と;
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子(A)と;
前記光源と前記検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子(C)(C’)と
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を連続的にまたは段階的に回転させることを含む、請求項19に記載の方法。 - 前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子(P)と;
前記サンプル支持体(S)と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子(A)と;
前記光源と前記検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子(C)(C’)と
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を備えることを含むエリプソメーターまたは偏光計システムを備えるステップはさらに、選択群に、
電子−変調器、音響−変調器または光−変調器
を含む、請求項19に記載の方法。 - 前記THz光源(S1)と前記サンプル支持体(S)との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子(P)と;
前記サンプル支持体(S)と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子(A)と;
前記光源と前記検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子(C)(C’)と
からなる構成要素群から選択される少なくとも1つの構成要素を連続的にまたは段階的に回転させるステップを提供する前記選択群は、さらに、
前記電子−変調器、音響−変調器または光−変調器を動作させる可能性を含む、請求項22に記載の方法。 - 300GHz以下から少なくとも1THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源(S1)を提供するステップにおける
後進波発振器(BWO);
スミスパーセル(Smith-Purcell)セル(SP);および
自由電子レーザ(FE);
からなる選択群は、
固体光源装置
を含み、
その選択群からの前記選択が、基本出力周波数の高調波をもたらすための周波数逓倍器(M)と機能的に組み合わされて、300GHz以下から少なくとも約1.4THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらし;
かつ、
電磁放射線のゴーレイ(golay)セル検出器(GC);および
電磁放射線のボロメーター検出器(BOL)
からなる選択群から選ばれた1つの前記検出器システム(D1)(D2)(D3)は、さらに:
固体検出器
を含む、請求項19に記載の方法。 - 300GHz以下から少なくとも約1.4THz超に及ぶ周波数範囲の電磁放射線の検出器システム(D1)を提供するステップは、前記ゴーレイ(Golay)セルを選択することを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記FTIR光源(S2)からの約1THz超の電磁放射線の検出器システム(D2)を提供するステップは、前記ボロメーター(BOL)を選択することを含む、請求項19に記載の方法。
- 電磁放射線の前記THz光源(S1)の前記選択群が、さらに:
固体光源装置;
を含み、および前記THz光源(S1)とFTIR光源(S2)との間で選択する手段はさらに、前記固体光源装置を選択する手段を含み;
および、前記検出器の選択群はさらに:
固体検出器
を含む、請求項19に記載の方法。 - 少なくとも1つのオッドバウンス偏光状態回転システムを選択し、かつ前記オッドバウンス偏光状態回転システムは、少なくとも3個という奇数個の反射素子を含み、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームが、前記少なくとも1つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも3つの反射素子のそれぞれと相互作用して、逸脱も変位もしていない軌道に沿ってそれらオッドバウンス光学像回転システムから出射し、前記電磁放射線ビームがまた、サンプルシステムを支持するための前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと相互作用し、および前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用するように、前記反射素子の向きが向けられている、請求項19に記載の方法。
- さらに、前記方法を少なくとも2回実施することを含み、そのうちの1回は選択したTHz光源(S1)を使用し、および1回は少なくとも1つの選択された検出器と共にIR光源(S2)を使用し、前記光源(S1)(S2)が双方とも、1.0〜1.4THz範囲の出力をもたらし;前記方法がさらに、前記選択された検出器のいずれかからの出力を約1.0〜1.4THzの周波数範囲において解析することによって、エリプソメトリックによる結果を含めて実質的に同じ結果を達成するように、前記2つの光源(S1)(S2)を協働させることを含む、請求項19に記載の方法。
- さらに、少なくとも1つの選択された検出器と共に、選択されたTHz光源(S1)およびIR光源(S2)の双方を使用して前記方法を実施することを含み、前記光源(S1)(S2)の双方ともが、1.0〜1.4THz範囲の出力をもたらし;前記方法がさらに、前記選択された検出器のいずれかからの出力を約1.0〜1.4THzの周波数範囲において解析することによって、エリプソメトリックによる結果を含めて実質的に同じ結果を達成するように、前記2つの光源(S1)(S2)を協働させることを含む、請求項19に記載の方法。
- 光源を選択するステップが、後進波発振器を選択することを含む、請求項19に記載の方法。
- システムを提供するステップが、さらに、ビームチョッパ(CH)を提供することを含み、実質的に前記チョッピングされた電磁ビームのみを前記検出器にもたらす、請求項19に記載の方法。
- エリプソメーターまたは偏光計システムを提供するステップが、さらに、コンピュータ(CMP)を提供することを含み、前記コンピュータが、少なくとも1つの回転素子の回転を制御する働きをし、さらに、
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにすること;
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、およびその解析の少なくとも一部に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにすること;
からなる動作群から選択される少なくとも1つの動作を実施する働きをし、かつ前記データおよびその解析の結果の双方またはいずれか一方の少なくとも一部を表示させる、請求項19に記載の方法。
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