KR100426323B1 - Ultra High Speed Ellipsometer using Division-of-Amplitude Photopolarimeter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노초의 측정시간을 갖는 초고속 타원계에 관한 것으로, 직선편광을 방출시키는 He-Ne 레이져 광원과, He-Ne 레이져 광원 빛을 반사광과 투과광으로 나누는 제1광분할기와, 분리된 각각의 빛을 서로 직교하는 두개의 선편광으로 다시 나누어주는 두개의 울라스톤 프리즘과, 이 울라스톤 프리즘을 통과하면서 나누어진 4개의 서로 다른 편광상태를 갖는 빛의 세기를 각각 측정하는 4개의 광량측정기와, 광량측정기로부터 검출된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시켜 일정한 파형으로 출력시키는 오실로스코프가 포함된 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계에 있어서, 상기 He-Ne 레이져 광원으로부터 방출되는 빛의 직선편광상태를 원편광으로 변환시키는 1/4 λ위상판과; 상기 1/4 λ위상판을 통과한 빛을 원하는 방위각으로 세팅시켜 투과시키는 선편광자와; 상기 He-Ne 레이져 광원으로부터 방출되어 상기 1/4 λ위상판 및 선편광자를 거친 빛이 조사되면 이를 굴절시켜 상기 제1광분할기로 입사되도록 배치되는, 단결정 실리콘인 c-Si 기층 위에 빛의 투과 깊이보다 두껍게 입혀진 결정화된 Ge-Sb-Te 합금 시료와; 상기 광량측정기 및 오실로스코프로부터 출력된 측정치가 상기 시료의 상변화와 일치하는지 여부를 확인하고 시료의 상변화를 조절할 수 있도록, 상기 시료로 입사되는 일정범위의 펄스를 방출하는 가변파장 고출력 Nd-YAG/OPO 레이저와, Nd-YAG/OPO 레이저로부터 방출되는 빛의 조사시간을 1/1000 초부터 수초까지 조절하여 레이저 펄스열 중 단일 펄스만이 시료에 입사되도록 하는 셔터와, Nd-YAG/OPO 레이저로부터 방출되는 펄스 중 일정범위의 펄스만을 걸러주는 적색필터가 구비된 광발생수단과; 상기 Nd-YAG/OPO 레이저와 시료 간 레이저 펄스의 이동경로에 배치되어서 레이저 펄스의 일부를 분할하여 상기 오실로스코프와 연계된 광량측정기로 전송시키는 제2광분할기; 가 더 포함된 것이다.The present invention relates to an ultrafast ellipsometer having a measurement time of nanoseconds, comprising: a He-Ne laser light source for emitting linearly polarized light, a first light splitter for dividing the He-Ne laser light source light into reflected light and transmitted light, and each separated Two wool prisms that subdivide light into two orthogonal polarizations, four photometers each measuring the intensity of light having four different polarization states divided through the wool prisms, and In an ultra-high speed ellipsometer using an amplitude-division polarization meter including an oscilloscope that converts an analog signal detected by a measuring device into a digital signal and outputs it as a constant waveform, the linearly polarized state of the light emitted from the He-Ne laser light source is circularly polarized. A λ phase plate to be converted into; A linear polarizer for transmitting the light passing through the 1/4? Phase plate at a desired azimuth angle and transmitting the light; The transmission depth of light on the c-Si substrate, which is a single crystal silicon, is arranged to be refracted by the light emitted from the He-Ne laser light source and passed through the 1/4 λ phase plate and the linear polarizer to be incident to the first light splitter. Thicker coated crystallized Ge-Sb-Te alloy sample; Variable wavelength high power Nd-YAG / which emits a range of pulses incident on the sample to check whether the measured values output from the photometer and oscilloscope match the phase change of the sample and to adjust the phase change of the sample OPO laser, shutter that emits light from Nd-YAG / OPO laser from 1/1000 second to several seconds so that only a single pulse of the laser pulse is incident on the sample, and emits from Nd-YAG / OPO laser Light generating means having a red filter for filtering only pulses of a predetermined range among the pulses; A second optical splitter disposed on a movement path of the laser pulse between the Nd-YAG / OPO laser and the sample to divide a portion of the laser pulse and transmit the divided portion to a photometer associated with the oscilloscope; Is more included.

Description

진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계{Ultra High Speed Ellipsometer using Division-of-Amplitude Photopolarimeter}Ultra High Speed Ellipsometer using Division-of-Amplitude Photopolarimeter

본 발명은 나노초의 측정시간을 갖는 초고속 타원계에 관한 것으로 특히, DVD에서 사용되는 상변화형 광기록매체(Ge2Sb2Te5)의 정보기록 또는 정보소거와 같이 수 나노초 내에서 일어나는 과정동안 광학적 진폭과 위상을 실시간으로 동시에 측정하기 위한 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrafast ellipsometer having a measurement time of nanoseconds. In particular, the present invention relates to an information recording or erasing of a phase change type optical recording medium (Ge 2 Sb 2 Te 5 ) used in a DVD. The present invention relates to an ultrafast ellipsometer using an amplitude-division polarimetry for simultaneous measurement of optical amplitude and phase in real time.

일반적으로, 타원법(ellipsometry)으로 불리는 이 측정방법은 빛의 편광상태 변화를 측정함으로 인하여 빛의 세기에 관한 정보만이 아니라 빛의 진폭에 관한 정보를 동시에 획득하게 한다.In general, this measuring method, called ellipsometry, allows to acquire not only information about the light intensity but also information about the light amplitude by measuring the change in the polarization state of the light.

진폭과 위상을 동시에 얻음으로 인한 여러가지 장점들 중에서 빛을 흡수하는 물질의 경우 그 물질의 복소굴절율을 동시에 결정할 수 있음으로 인하여 최근 Ge2Sb2Te5(Ge-Sb-Te)와 같은 상변화형 광기록 매체의 굴절율 및 소광계수를 측정하는 데에도 유용하게 사용되고 있다.Among the advantages of the simultaneous acquisition of amplitude and phase, the light-absorbing material can simultaneously determine the complex refractive index of the material, resulting in a phase-change type such as Ge 2 Sb 2 Te 5 (Ge-Sb-Te). It is also usefully used to measure the refractive index and extinction coefficient of an optical recording medium.

더구나 타원계(ellipsometer)를 사용하는 방법은 Ge-Sb-Te 합금의 상변화 과정을 측정하는 일반적인 광학적인 방법인 반사율 측정방법에 비해 연속적으로 일어나는 두 단계의 상변화 과정을 구분하고 각각 단계의 상변화 과정을 규정짓는 기본상수인 Avrami 상수들을 결정할 수 있게 한다.In addition, the method using ellipsometer distinguishes two consecutive phase change processes from the reflectance measurement method, which is a general optical method for measuring the phase change process of Ge-Sb-Te alloy. Allows you to determine the Avrami constants, the fundamental constants that define the change process.

따라서, 근래까지 보편적으로 사용되는 타원계에 대해 살펴보면, 크게 회전검광자(회전편광자)방식이나 회전보정기 방식 또는 위상변조방식이 주를 이루고 있다.Therefore, when looking at the elliptic system commonly used until recently, the rotation analyzer (rotation polarizer) method, the rotation compensator method or the phase modulation method is the main.

이때, 첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 회전검광자 방식이나, 첨부한 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 위상변조방식의 타원계는 모터를 이용하여 검광자(편광자)나 보정기를 회전시키거나 압전소자에 변조전압을 가하여 위상을 변조시키므로 하나의 타원상수쌍 (Δ,Ψ)를 얻는데 수십 ㎲ - 수십 ms의 측정시간을 필요로 한다.In this case, the ellipsometer of the rotation analyzer as shown in FIG. 1 or the phase modulation method as shown in FIG. 2 may be used to rotate an analyzer (polarizer) or a compensator using a motor. Since the phase is modulated by applying a modulation voltage to the piezoelectric element, it takes several tens of milliseconds to several tens of ms to obtain one elliptic constant pair (Δ, Ψ).

즉, 세부적인 문제점을 살펴보면, 첨부한 도 1에 도시되어 있는 회전검광자 방식의 경우 모터를 이용하여 편광자를 회전시키기 때문에 모터의 회전에 따른 기계적인 속도의 한계를 갖는 것이 문제점으로 제시되었으며, 첨부한 도 2에 도시되어 있는 위상변조형의 경우 편광을 변화시키기 위하여 압전소자를 이용하는데 압전소자의 전압반응시간에 기인하는 속도의 한계를 갖는 것이 문제점으로 제시되었다.That is, when looking at the detailed problem, it has been presented as a problem to have a mechanical speed limit according to the rotation of the motor because the rotating probe method shown in Figure 1 attached to rotate the polarizer by using a motor. In the case of the phase modulation type shown in FIG. 2, the piezoelectric element is used to change the polarization, and it has been proposed to have a limitation of speed due to the voltage response time of the piezoelectric element.

따라서, 이 정도의 시간분해능으로 광기록 매체인 Ge-Sb-Te 합금 시료의 상변화과정을 측정하기 위해서는 상변화가 비교적 천천히 일어나는 온도인 135℃ 전후에서 실험(첨부한 도 3a와 도 3b 참조)을 행하여야 하였다.Therefore, in order to measure the phase change process of the Ge-Sb-Te alloy sample which is an optical recording medium with this time resolution, the experiment was carried out at around 135 ° C. at which the phase change occurs relatively slowly (see FIGS. 3A and 3B attached). Should be done.

첨부한 도 3a와 도 3b에 도시되어 있는 측정 그래프를 살펴보면, 상변화형 광기록매체인 Ge2Sb2Te5의 온도에 따른 결정구조의 변화를 반영하는 타원상수(tanΨ,cosΔ)의 변화에서 진폭정보인에서는 관례적인 반사율과 비슷한 변화만을관찰할 수 있으나 위상정보인에서는 두 단계의 상변화에 의한 변화를 뚜렷이 구분하여 관찰할 수 있다. 상변화 온도의 증가에 따라 상변화가 급격하게 일어난다는 것을 알 수 있다.Referring to the measurement graphs shown in FIGS. 3A and 3B, in the change of the elliptic constant (tanΨ, cosΔ) reflecting the change of crystal structure with temperature of Ge 2 Sb 2 Te 5 , a phase change type optical recording medium, Amplitude information Can only observe changes similar to conventional reflectivity, In, we can clearly observe the change caused by the two phase change. It can be seen that the phase change occurs rapidly as the phase change temperature increases.

그러므로, 실제 광기록 매체에 정보가 기록되거나 소거되는 고온에서는 상변화 과정이 수십 나노초 내에 일어나므로, 이러한 과정을 실시간으로 분석하기 위해서는 초고속 타원계가 필요하다는 필요성이 대두되고 있다.Therefore, at a high temperature at which information is recorded or erased on an actual optical recording medium, a phase change process occurs within several tens of nanoseconds. Therefore, a need for an ultra-fast ellipsometer is needed to analyze such a process in real time.

상술한 필요성에 의해 근래 들어 빠른 데이터 획득속도를 가지는 타원계로써 제안되고 있는 기술이 ZLE(Zeeman Le-Poole ellipsometer) 방식의 고속 타원계가 보고되었으나, 이 ZLE 방식의 타원계도 시간분해능이 1-2 ㎲정도이기 때문에 그 필요조건을 만족시키지 못하고 있으며, 더욱이 이 방식은 Zeeman 에너지 준위차를 이용하므로 나노초의 시간분해능을 가지는 초고속 타원계로의 발전가능성은 희박하다는 기술적 한계성을 갖는 문제점을 내포하고 있었다.Recently, a ZLE (Zeeman Le-Poole ellipsometer) high speed ellipsometer has been reported as a technique that has been proposed as an ellipsometer with a fast data acquisition rate. However, the ZLE ellipsometer has a time resolution of 1-2 ㎲. This method does not satisfy the requirements, and furthermore, this method uses a Zeeman energy level difference, and thus has a technical limitation that the possibility of developing an ultra-fast ellipsometer with a nanosecond time resolution is rare.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 본 발명은 나노초의 측정시간을 갖는 초고속 타원계에 관한 것으로 특히, DVD에서 사용되는 상변화형 광기록매체(Ge2Sb2Te5)의 정보기록 또는 정보소거와 같이 수 나노초 내에서 일어나는 과정동안 광학적 진폭과 위상을 실시간으로 동시에 측정하기 위한 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above-mentioned problems relates to an ultra-fast ellipsometer having a measurement time of nanoseconds, in particular, information recording of a phase change type optical recording medium (Ge 2 Sb 2 Te 5 ) used in DVD Or to provide an ultra-fast ellipsometer using an amplitude-division polarization meter to simultaneously measure the optical amplitude and phase in real time during the process, such as information erasing within a few nanoseconds.

도 1은 회전 검광자형 타원계의 기본 구조 예시도1 is a diagram illustrating a basic structure of a rotational analyzer type ellipsometer

도 2는 위상변조형 타원계의 기본 구조 예시도2 is a diagram illustrating a basic structure of a phase modulated ellipsometer

도 3a와 도 3b는 광기록 매체인 Ge-Sb-Te 합금 시료의 상변화과정을 측정한 측정 그래프3A and 3B are graphs for measuring a phase change process of a Ge-Sb-Te alloy sample as an optical recording medium

도 4는 90도의 위상지연각도를 가지는 위상지연자(Retarder)와 선편광자(Polarizer)를 사용하여 스톡스변수를 측정하는 전형적인 방법을 설명하기 위한 예시도4 is an exemplary diagram for explaining a typical method of measuring Stokes parameters using a phase retarder and a polarizer having a phase delay angle of 90 degrees.

도 5는 DOAP의 기본 구성을 보여주는 개략도5 is a schematic diagram showing a basic configuration of DOAP

도 6은 7 ns의 펄스폭을 가지고 있는 고출력 Nd-YAG/OPO 레이저의 펄스폭을 측정한 결과 그래프6 is a graph of the pulse width measurement results of a high power Nd-YAG / OPO laser having a pulse width of 7 ns.

도 7은 본 발명에 따른 초고속 타원계의 기본 구조 예시도7 is a basic structural example of an ultra-fast elliptic system according to the present invention

도 8a 내지 도 8d는 비정질 Ge-Sb-Te가 결정질 Ge-Sb-Te로 변함에 따라 각 광량측정기에서 측정되는 빛의 세기 변화를 전산시늉 계산한 그래프8A to 8D are graphs calculated by computing a change in intensity of light measured by each photometer as the amorphous Ge-Sb-Te changes to crystalline Ge-Sb-Te.

도 9a와 도 9b는 고출력 Nd-YAG/OPO 레이저 펄스를 c-Si 기층 위에 입혀진 결정화된 Ge-Sb-Te에 쪼이면서 광량측정소자 D1과 D2에서 각각 측정한 빛의 세기그래프9A and 9B are intensity graphs of light measured by photometric devices D1 and D2 while high power Nd-YAG / OPO laser pulses are subjected to crystallized Ge-Sb-Te coated on a c-Si substrate.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,직선편광을 방출시키는 He-Ne 레이져 광원과, He-Ne 레이져 광원 빛을 반사광과 투과광으로 나누는 제1광분할기와, 분리된 각각의 빛을 서로 직교하는 두개의 선편광으로 다시 나누어주는 두개의 울라스톤 프리즘과, 이 울라스톤 프리즘을 통과하면서 나누어진 4개의 서로 다른 편광상태를 갖는 빛의 세기를 각각 측정하는 4개의 광량측정기와, 광량측정기로부터 검출된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시켜 일정한 파형으로 출력시키는 오실로스코프가 포함된 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계에 있어서,상기 He-Ne 레이져 광원으로부터 방출되는 빛의 직선편광상태를 원편광으로 변환시키는 1/4 λ위상판과;상기 1/4 λ위상판을 통과한 빛을 원하는 방위각으로 세팅시켜 투과시키는 선편광자와;상기 He-Ne 레이져 광원으로부터 방출되어 상기 1/4 λ위상판 및 선편광자를 거친 빛이 조사되면 이를 굴절시켜 상기 제1광분할기로 입사되도록 배치되는, 단결정 실리콘인 c-Si 기층 위에 빛의 투과 깊이보다 두껍게 입혀진 결정화된 Ge-Sb-Te 합금 시료와;상기 광량측정기 및 오실로스코프로부터 출력된 측정치가 상기 시료의 상변화와 일치하는지 여부를 확인하고 시료의 상변화를 조절할 수 있도록, 상기 시료로 입사되는 일정범위의 펄스를 방출하는 가변파장 고출력 Nd-YAG/OPO 레이저와, Nd-YAG/OPO 레이저로부터 방출되는 빛의 조사시간을 1/1000 초부터 수초까지 조절하여 레이저 펄스열 중 단일 펄스만이 시료에 입사되도록 하는 셔터와, Nd-YAG/OPO 레이저로부터 방출되는 펄스 중 일정범위의 펄스만을 걸러주는 적색필터가 구비된 광발생수단과;상기 Nd-YAG/OPO 레이저와 시료 간 레이저 펄스의 이동경로에 배치되어서 레이저 펄스의 일부를 분할하여 상기 오실로스코프와 연계된 광량측정기로 전송시키는 제2광분할기;가 더 포함된 것이고,상기 판독수단은 상기 He-Ne 레이저 광원에서 방출되는 빛이 방위각이 +45°인 선편광자를 지난 후 Ge-Sb-Te 시료 표면에서 반사할 때 이 비정질 Ge-Sb-Te이 결정질 Ge-Sb-Te로 바뀌면서 나타나는 시료의 Mueller 행렬의 변화를에 따라 dyadM`(m_ij )의 성분은(단, j `=` 1,`2,`3,`4)인 것으로 정의함으로써 근사적으로 산출하는 것이며,상기 제1광분할기는 ZnS 기판 위에 78 nm 두께의 MgF2를 입힌 시료를 입사각이 78.33°가 되도록 비스듬히 정렬하여 사용하는 것이다.본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The present invention for achieving the above object, the He-Ne laser light source for emitting linearly polarized light, the first light splitter for dividing the He-Ne laser light source light into reflected light and transmitted light, and each of the separated light orthogonal to each other Two uraston prisms that are subdivided into two linearly polarized light, four quantometers each measuring the intensity of light with four different polarization states divided through the ulaston prism, and analogues detected from the photometer In the ultra-high speed ellipsometer using an amplitude division polarization meter including an oscilloscope that converts a signal into a digital signal and outputs it as a constant waveform, 1 / of converting the linearly polarized state of the light emitted from the He-Ne laser light source into circularly polarized light. 4 λ phase plate; and linear polarizer for transmitting the light passing through the 1/4 λ phase plate to a desired azimuth angle; When the light emitted from the Ne laser light source passes through the 1/4 λ phase plate and the linear polarizer is irradiated, it is refracted and disposed so as to be incident to the first light splitter. A crystallized Ge-Sb-Te alloy sample; and a range of incident incident to the sample to check whether the measured values output from the photometer and the oscilloscope match the phase change of the sample and to control the phase change of the sample. The irradiation time of the variable wavelength high power Nd-YAG / OPO laser emitting the pulse and the light emitted from the Nd-YAG / OPO laser is controlled from 1/1000 to several seconds so that only a single pulse of the laser pulse train is incident on the sample. A light generating means having a shutter and a red filter for filtering only a pulse of a predetermined range among pulses emitted from the Nd-YAG / OPO laser; and the Nd-YAG / OPO laser; A second optical splitter disposed on the movement path of the laser pulses between the specimens and dividing a portion of the laser pulses and transmitting the divided optical beams to the photometer connected to the oscilloscope; and the reading means is emitted from the He-Ne laser light source. Changes in the Mueller matrix of the sample appearing as the amorphous Ge-Sb-Te turns into crystalline Ge-Sb-Te when the light is reflected off the surface of the Ge-Sb-Te sample after passing through a linear polarizer with + 45 ° azimuth. According to dyadM` (m_ij), (However, it is calculated by defining as j j == 1, 2, 3, 4), wherein the first light splitter is a sample of 78 nm thick MgF 2 coated on a ZnS substrate. The above object and various advantages of the present invention are more clearly understood by those skilled in the art from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings. Will be.

본 발명의 목적을 부연하여 살펴보면, 변조방식에 기초하는 종래의 타원계가 하나의 타원상수쌍 (Δ,Ψ)를 얻는데 수십 ㎲ - 수십 ms의 측정시간을 필요로 하는 데 비해 수 나노초의 빠른 반응과 관련된 타원법 응용에서 이들은 한계를 보인다. 예를 들어 상변화형 광기록매체인 Ge-Sb-Te에 실제로 데이터를 기록 및 소거하는 고온영역에서는 그 상변화 과정이 수십 나노초 내에서 일어나며 따라서 비정질상 또는 결정상으로 변하는 상변화 과정과 같이 나노초 시간대의 반응을 실시간으로관찰하기 위해서는 나노초의 시간 분해능을 가지는 초고속 타원계가 필요하다. 본 발명에서 이루고자 하는 과제는 기계적 변조방식이나 전기적 변조방식 또는 간섭방식에 바탕을 둔 기존의 편광상태 측정 개념을 탈피하여 새로운 원리에 바탕을 둔 진폭분할 편광측정기(Division-of-amplitude photo- polarimeter; 이하, DOAP를 칭함)를 이용한 초고속 타원계의 개발에 그 목적이 있다.In detail, the objective of the present invention is that a conventional ellipsometer based on a modulation scheme requires a response time of several nanoseconds compared to a measurement time of several tens of microseconds to several tens of ms to obtain one elliptic constant pair (Δ, Ψ). In related elliptic applications they show limitations. For example, in the high temperature region where data is actually recorded and erased on a phase-change optical recording medium, Ge-Sb-Te, the phase change process occurs within several tens of nanoseconds, and thus, in the nanosecond time zone, such as a phase change process that changes to an amorphous or crystalline phase. In order to observe the reaction in real time, an ultra-fast ellipsometer with nanosecond time resolution is required. The problem to be solved by the present invention is to overcome the conventional concept of measuring the polarization state based on the mechanical modulation method, the electrical modulation method or the interference method (Division-of-amplitude photo-polarimeter; Hereinafter, the purpose is to develop an ultra-fast ellipsoidal system using DOAP).

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선, 본 발명에 적용되는 기술적 사상의 배경을 살펴보자면 스톡스 변수에 대해 정의해 보아야 한다.First, the background of the technical concept applied to the present invention should be defined for Stokes variables.

1852년 스톡스(Stokes)에 의해 제안된 스톡스 변수(Stokes parameter)는 빛의 편광상태를 기술하는 강력한 방법이다. 스톡스 변수는 z축 방향으로 진행하는 빛의 두 직교하는 전기장 성분을 각각E x E y 라고 할 때, 이들의 시간에 따른 평균값으로 나타낸다.The Stokes parameter, proposed by Stokes in 1852, is a powerful way of describing the polarization state of light. Stokes variables are the average values of two orthogonal electric field components of light traveling in the z-axis, E x and E y , respectively.

즉, 전기장이 시간의 변수로 주어질 때, 전기장을 아래의 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.That is, when the electric field is given as a variable of time, the electric field may be defined as in Equation 1 below.

이때, 편광상태는 아래의 수학식 2와 같이 시간에 따라 변하는 타원의 방정식으로 나타낼 수 있다.In this case, the polarization state may be represented by an equation of an ellipse that changes with time as shown in Equation 2 below.

상기 수학식 2에서는 위상차를 나타낸다. 위 타원의 방정식은 대개 한 주기의 시간동안 평균을 취한 형태로 표현되는데 이는 아래의 수학식 3과 같다.In Equation 2 Represents a phase difference. The above elliptic equation is usually expressed in the form of an average over a period of time, as shown in Equation 3 below.

상기 수학식 3에서 x, y 방향으로 직교하는 두 전기장 성분으로부터 편광을 나타내는 4개의 스톡스 변수를 정의하면 아래의 수학식 4와 같이 정의되는데,In Equation 3, four Stokes parameters representing polarization from two electric field components orthogonal to the x and y directions are defined as shown in Equation 4 below.

상기 4개의 스톡스변수는 완전 편광상태 뿐만이 아니라 무편광이나, 부분편광 등의 일반적인 편광상태도 분명하게 기술할 수 있게 한다.The four Stokes parameters make it possible to clearly describe not only the complete polarization state but also general polarization states such as no polarization and partial polarization.

따라서 스톡스변수를 결정함으로써 임의의 편광상태를 완전하게 기술할 수 있으며 스톡스변수를 측정하는 한가지 전형적인 방법으로 90°의 지연각을 갖는 위상지연자와 선편광자를 이용한다.Thus, by determining the Stokes parameters, one can completely describe any polarization state, and one typical method of measuring Stokes parameters is to use a phase delay and a linear polarizer with a 90 ° delay angle.

그러므로, 첨부한 도 4에서와 같은 배치에서 위상지연자의 빠른축이 x축과 phi`의 각도를 이루고 있으며(위상지연자의 방위각이 phi`) 4분파장 위상지연자(빠른축과 느린축의 위상지연각도가 90°)를 사용한다고 정의하면, 선형편광자의 투과축이 x축과 이루는 각도인 방위각이 theta`이며 위상지연자에 입사하는 빛의 전기장이 수학식 1과 같을 때 선편광자를 통과한 빛의 세기는 아래의 수학식 5에서와 같이 정의할 수 있다.Therefore, in the arrangement as shown in FIG. 4, the fast axis of the phase delay forms an angle between the x axis and phi` (the azimuth angle of the phase delay is phi`), and the quadrature wavelength phase delay (phase delay between the fast axis and the slow axis). An angle of 90 °), the azimuth of the linear polarizer's transmission axis with the x axis is theta, and the electric field of the light entering the phase retarder is The intensity may be defined as in Equation 5 below.

이때, 상기 빛의 세기를 4개의 스톡스 변수를 사용하면 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In this case, using the four Stokes parameters of the light intensity can be expressed as shown in Equation 6 below.

따라서, 위상지연자의 방위각과 선편광자의 방위각을 바꾸어가며 측정한 빛의 세기로써 스톡스변수를 결정할 수 있으며 몇 가지 간단한 방위각의 조합으로 스톡스변수를 결정한 한가지 방법을 아래의 수학식 7로 제시하였다.Therefore, the Stokes variable can be determined by measuring the intensity of light by changing the azimuth angle of the phase delay and the linear polarizer, and one method of determining the Stokes variable using a combination of several simple azimuth angles is presented in Equation 7 below.

상술한 위상지연자와 선편광자를 사용하는 방법 외에도 스톡스변수를 결정할 수 있는 방법으로 진폭분할 편광측정기(Division-of-amplitude photo- polarimeter; DOAP)를 이용하는 방법이 있다.In addition to the method of using the phase delay and the linear polarizer described above, there is a method using a division-of-amplitude photo-polarimeter (DOAP) as a method for determining the Stokes parameters.

상기 DOAP를 구성하는 핵심 편광소자들은 입사한 빛을 반사광와 투과광으로 나누는 제1광분할기(Beamsplitter, BS)와 분리된 각각의 빛을 서로 직교하는 두 개의 직선편광으로 다시 나누어주는 두 개의 울라스톤 프리즘(Wollaston prism, WP)이다.The core polarizers constituting the DOAP include two first beam splitters (BSs) for dividing incident light into reflected light and transmitted light, and two uraston prisms for dividing each of the separated light into two linearly polarized lights that are orthogonal to each other. Wollaston prism (WP).

즉, 첨부한 도 5에서와 같이 제1광분할기를 지나며 분리된 빛은 각각 울라스톤 프리즘을 통과하며 4개의 서로 다른 편광상태의 빛으로 나누어지며, 이들의 세기를 측정하는 4개의 광량 측정기로 DOAP의 기본구조가 완성된다.That is, as shown in FIG. 5, the light splitting through the first splitter passes through the ulaston prism and is divided into four different polarized lights. The basic structure of is completed.

상기 DOAP를 사용하여 다음과 같이 스톡스변수를 구할 수 있다. 제1광분할기로 입사하는 빛의 편광상태를 나타내는 스톡스벡터를, 제1광분할기에 의하여 갈라진 빛 중 반사된 빛의 스톡스벡터과 투과한 빛의 스톡스벡터는 제1광분할기의 반사특성 Mueller 행렬인 dyadR `=` (r_ij )과 투과특성 Mueller 행렬인 dyadT `=` (t_ij )을 사용하여 아래의 수학식 8과 같이 쓸 수 있다.The DOAP can be used to obtain Stokes variables as follows. Stokes vector representing the polarization state of the light incident on the first splitter , Stock vectors of reflected light among light split by the first splitter Stock vectors of light and transmitted light Can be written as Equation 8 below using dyadR `=` (r_ij), which is the reflection Mueller matrix of the first optical splitter, and dyadT `=` (t_ij), which is the transmission Mueller matrix.

한편, 방위각이 θ인 이상적인 선편광자의 편광작용을 나타내는 Mueller 행렬에서 첫 번째 행으로 만들어진 벡터는 아래의 수학식 9와 같이 정의된다.On the other hand, a vector created as the first row in the Mueller matrix representing the polarization of an ideal linear polarizer with an azimuth angle of θ. Is defined as in Equation 9 below.

따라서 시료면에서 반사한 빛이 제1광분할기를 통과한 뒤 각각 θ1, θ2의 방위각을 갖는 울라스톤 프리즘을 통과하게 되면 각각의 광량측정기에서 검출되는 빛의 세기는 아래 수학식 10과 같다.Therefore, when the light reflected from the sample surface passes through the first light splitter and passes through the ulastone prism having the azimuth angles of θ 1 and θ 2 , respectively, the intensity of light detected by each photometer is expressed by Equation 10 below. .

상기 수학식 10은 아래의 수학식 11과 같이 제1광분할기와 2개의 울라스톤 프리즘의 편광작용을 나타내는 4x4의 특성행렬 dyadM`( m_ij )와 입사광의 편광상태를 나타내는 스톡스벡터의 곱의 형태로 재 정의할 수 있는 데,Equation 10 is a 4x4 characteristic matrix dyadM` (m_ij) representing the polarization of the first light splitter and two wool prisms and a stock state vector indicating the polarization state of the incident light as shown in Equation 11 below. Can be redefined as a product of

상기 수학식 11에서 특성행렬 dyadM`(m_ij )의 성분은 아래의 수학식 12와 같다.In Equation 11, the component of the characteristic matrix dyadM` (m_ij) is represented by Equation 12 below.

단, j `=` 1,`2,`3,`4이다.However, j `=` 1, `2,` 3, `4.

마지막으로 수학식 11을 역변환하여 입사광의 스톡스벡터에 관한 표현을 구하면 아래의 수학식 13과 같이 정의할 수 있다.Lastly, by inversely converting Equation 11 to obtain an expression regarding the Stokes vector of the incident light, Equation 13 may be defined as follows.

이때, dyadM` 행렬은 구성하는 편광소자인 제1광분할기와 울라스톤 프리즘의 Mueller 행렬로부터 바로 계산할 수 있다.즉, 제1광분할기와 울라스톤 프리즘의 Mueller 행렬을 각각 dyadM`_BS`, dyadM`_{W P}` 이라 하면 가 된다.At this time, the dyadM` matrix can be calculated directly from the Mueller matrix of the first light splitter and the ulaston prism, that is, the polarizing elements constituting the dyadM`_BS` and dyadM`, respectively. _ {WP} ` Becomes

한편으로 첨부한 도 4에서와 같이 위상지연자와 선편광자를 이용하여 광학계에서 이들의 방위각을 조정하며 서로 다른 4개의 편광상태를 만들고 이들을 각각 DOAP에 입사시켜 4개의 광량 측정기에서 측정되는 빛의 세기를 구한 다음 상기 수학식 11을 역방계산하여 dyadM` 행렬을 결정할 수도 있다.On the other hand, as shown in Figure 4 attached by using a phase retarder and a linear polarizer to adjust their azimuth angle in the optical system to create four different polarization states and each of them incident on the DOAP to measure the intensity of light measured by the four light meter After the calculation, inverse calculation of Equation 11 may be performed to determine the dyadM` matrix.

상술한 바와 같은 이론을 기초하여 제안되어진 본 발명에 따른 초고속 타원계에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.On the basis of the above-described theory will be described in detail with respect to the ultra-fast ellipsometer according to the present invention.

DOAP는 기계적으로 회전시키거나 전기적으로 위상을 변조하는 등의 능동적 방법에 의존하지 않고 정적인 편광소자를 통과하는 빛의 세기로부터 편광상태를 구하는 수동적 방법이기 때문에 데이터 획득속도는 빛의 세기를 측정하는 광량측정소자의 반응시간과 측정된 빛의 세기를 A/D변환하는 신호처리 속도에 따라 결정된다.DOAP is a passive method of obtaining the polarization state from the intensity of light passing through a static polarizer without relying on active methods such as mechanical rotation or electrical phase modulation. It is determined by the response time of the photometric device and the signal processing speed for A / D conversion of the measured light intensity.

따라서, 본 발명에서 이루고자하는 DOAP를 사용하는 초고속 타원계의 검증을 위해서 다음과 같이 초고속 광량 측정시스템을 구성하였다.Therefore, in order to verify the ultra-high speed ellipsometer using the DOAP to achieve in the present invention, the ultra-high speed light quantity measuring system was constructed as follows.

반응시간이 1 ㎱인 광량측정소자(ThorLabs사, DET210)를 사용하여 빛의 세기를 전기신호로 바꾸었고 이 전기신호를 디지털신호로 변환시키기 위해서는 채널당 500 M㎐의 주파수대역을 가지는 4채널 디지털오실로스코프(Yokogawa, DL7100)를 사용하여 역시 1ns의 시간분해능을 가지도록 하였다.Using a photometric device (ThorLabs, DET210) with a response time of 1 바꾸, the light intensity is converted into an electrical signal, and a 4-channel digital oscilloscope with a frequency band of 500 M㎐ per channel is used to convert the electrical signal into a digital signal. (Yokogawa, DL7100) was also used to have a time resolution of 1 ns.

먼저 본 광량 측정장치의 반응시간을 검증하기 위하여 고출력 Nd-YAG 레이저(B.M. Industries : ND 6000)의 2차 고조파를 OPO(optical parametric oscillator, DCP 6000)를 거쳐 펄스폭이 7 ns가 되도록 한 다음 이 펄스를 검출하여 보았다.First, in order to verify the response time of this light quantity measuring device, the second harmonic of the high-power Nd-YAG laser (BM Industries: ND 6000) is passed through an optical parametric oscillator (OP) (OPO) so that the pulse width is 7 ns. The pulses were detected and viewed.

첨부한 도 6에서 7 ns의 펄스폭을 갖는 레이저의 세기 변화를 잡아내며 광량 측정소자와 디지털 오실로스코프의 조합으로 된 본 광량측정장치가 나노초의 시간분해능으로 데이터를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.In FIG. 6, it can be seen that the present photometric device, which captures the intensity change of a laser having a pulse width of 7 ns and is a combination of a photometric device and a digital oscilloscope, can obtain data with a time resolution of nanoseconds.

이와 같이 본 발명에 따른 DOAP 방법을 이용하여 제작한 초고속 타원계의 기본적인 구조는 첨부한 도 7에 나타난 바와 같으며 이 초고속 타원계가 나노초의 시간분해능을 가지고 있음을 다음과 같이 확인하였다.As described above, the basic structure of the ultrafast elliptic system manufactured by using the DOAP method according to the present invention is as shown in FIG. 7 and it was confirmed that the ultrafast elliptic system had a nanosecond time resolution.

시간을 1/1000 초부터 수 초까지 조절할 수 있는 셔터를 이용하여, 가변파장 고출력 Nd-YAG/OPO 레이저에서 10Hz의 반복율로 방출되는 레이저 펄스열 중에서 단일 펄스만을 시료에 입사시킨다.Using a shutter that can adjust the time from 1/1000 second to several seconds, only a single pulse of the laser pulse train emitted at a repetition rate of 10 Hz from the variable wavelength high-power Nd-YAG / OPO laser is incident on the sample.

입사하는 빛의 일부는 제2광분할기를 이용하여 오실로스코프의 외부트리거신호 단자와 연결된 광량측정소자로 보냈다. 타원상태를 제어하기 위해서 DOAP로 입사하는 빛은 632.8 ㎚의 He-Ne 레이저에서 방출되는 직선편광을 1/4lambda 위상판을 통과시켜 원편광으로 만든 다음 원하는 방위각으로 세팅된 선편광자를 거치도록 하였다. 시료는 단결정 실리콘인 c-Si 기층 위에 빛의 투과 깊이보다 두껍게 입혀진 결정화된 Ge-Sb-Te 합금 시료를 사용하였다.Part of the incident light was sent to the photometric device connected to the external trigger signal terminal of the oscilloscope using a second optical splitter. In order to control the elliptic state, the light incident on DOAP was passed through a 1 / 4lambda phase plate into a linearly polarized light emitted from 632.8 nm He-Ne laser, and then passed through a linear polarizer set to a desired azimuth. As a sample, a crystallized Ge-Sb-Te alloy sample coated on the c-Si base layer of single crystal silicon thicker than the transmission depth of light was used.

외부트리거 단자에 신호가 입력될 때 디지털 오실로스코프의 4개 채널로 입력되는 신호의 A/D변환이 시작되도록 즉 동기화된 A/D변환이 되도록 광량측정 시스템을 초기 설정하였다. 비정질 Ge-Sb-Te가 결정질 Ge-Sb-Te으로 바뀌는 과정에서 나타나는 굴절율의 변화를 각 광량측정기에서 측정되는 빛의 세기변화로써 파악한다.When the signal is input to the external trigger terminal, the photometric system is initially set so that the A / D conversion of the signal input to the four channels of the digital oscilloscope starts, that is, the synchronized A / D conversion. The change in refractive index that occurs in the process of changing the amorphous Ge-Sb-Te into the crystalline Ge-Sb-Te is identified as the change in the intensity of light measured by each photometer.

본 과정의 전산시늉은 He-Ne 레이저 광원에서 방출되는 빛이 방위각이 +45°인 선편광자를 지난 후 Ge-Sb-Te 시료 표면에서 반사할 때 이 비정질 Ge-Sb-Te이 결정질 Ge-Sb-Te로 바뀌면서 나타나는 시료의 Mueller 행렬의 변화를 수학식 11에 적용하여 구하는 근사적인 방법을 사용하였다. Ge-Sb-Te가 결정화될 때 도 3a와 도3b에서 관측된 타원상수 (tanΨ, cosΔ)를 이용하면 Mueller 행렬의 변화는 아래의 수학식 14와 같이 정의될 수 있다.The computational process of this procedure shows that the amorphous Ge-Sb-Te is crystalline Ge-Sb- when the light emitted from the He-Ne laser light source reflects off the surface of the Ge-Sb-Te sample after passing through a linear polarizer with + 45 ° azimuth. An approximate method was used to obtain the change in the Mueller matrix of the sample appearing by changing to Te in equation (11). When Ge-Sb-Te is crystallized, using the elliptic constants (tanΨ, cosΔ) observed in FIGS. 3A and 3B, the change of the Mueller matrix may be defined as in Equation 14 below.

제1광분할기는 ZnS 기판 위에 78 nm 두께의 MgF2를 입힌 시료를 입사각이 78.33°가 되도록 비스듬히 정렬하여 사용하였다.The first light splitter was used by arranging the sample coated with 78 nm thick MgF 2 on the ZnS substrate so that the incident angle was 78.33 °.

울라스톤 프리즘의 광축이 입사면과 이루는 방위각은 각각 0°, 30°, 45°, 60°, 90°로 설정하고 각각의 경우에 광량측정기에서 측정되는 빛의 세기변화를 그래프로 도시하면 첨부한 도 8a 내지 도 8d에 도시되어 있는 바와 같다.The azimuth angle of the optical axis of the wool prisms to the incidence plane is set to 0 °, 30 °, 45 °, 60 °, and 90 °, respectively. In each case, the graph shows the change in the intensity of light measured by the photometer. As shown in Figs. 8A to 8D.

결정화과정동안 제1광분할기에서 반사된 빛은 울라스톤 프리즘의 방위각이 90°일 경우에 가장 큰 변화를 보였고, 제1광분할기에서 투과한 빛은 울라스톤 프리즘을 통과한 두 직교성분의 빛 중 하나는 90°, 다른 하나는 0°의 방위각에서 최대 변화를 보여준다. 평균적으로는 30°의 방위각에서 공통적으로 비교적 큰 변화를 보여주고 있다.The light reflected from the first splitter during the crystallization process showed the largest change when the azimuth angle of the uraston prism was 90 °, and the light transmitted through the first splitter was one of the two orthogonal components that passed through the uraston prism. One shows the maximum change at an azimuth of 90 ° and the other at 0 °. On average, they show relatively large changes in common at 30 ° azimuth.

c-Si 기층 위에 두께가 2000 Å인 결정화된 Ge-Sb-Te 박막이 있는 시료에 파장이 540nm, 펄스폭이 7ns인 고출력 Nd-YAG/OPO 레이저 단일펄스를 쪼이면서 관찰한 Ge-Sb-Te 시료의 변화는 도 3a와 도 3b과 같다.Ge-Sb-Te observed with a single pulse of high power Nd-YAG / OPO laser with a wavelength of 540 nm and a pulse width of 7 ns on a sample with a crystallized Ge-Sb-Te thin film with a thickness of 2000 μs on the c-Si substrate. Changes in the sample are the same as in FIGS. 3A and 3B.

시료면에서의 레이저 에너지 밀도는 펄스당 대략 35 mW/cm2이다. 파장이 540nm인 레이저의 Ge-Sb-Te 내부로의 광투과깊이는 수백 Å정도이므로 흡수된 레이저에너지의 대부분은 Ge-Sb-Te 박막층에서 열에너지로 변환되며 이 열량은 점차로 기층인 c-Si 쪽으로 전달된다. 고출력 레이저 펄스의 열작용에 의해 Ge-Sb-Te와 c-Si의 온도가 변하고 이 온도변화에 의한 복소굴절율 변화에 의해 반사광의 편광상태가 변하게 된다.The laser energy density at the sample surface is approximately 35 mW / cm 2 per pulse. Since the depth of light penetration into the Ge-Sb-Te of a laser with a wavelength of about 540 nm is about several hundreds of microns, most of the absorbed laser energy is converted into thermal energy in the Ge-Sb-Te thin film layer, and this amount of heat gradually goes toward the c-Si substrate Delivered. The temperature of Ge-Sb-Te and c-Si is changed by the thermal action of the high power laser pulse, and the polarization state of the reflected light is changed by the complex refractive index change caused by this temperature change.

적색필터를 사용하지 않고 측정한 경우에는(첨부한 도 9a 참조) 레이저 펄스와 동시에 도 6의 레이저 출력과 동일한 모양의 피크가 관찰되며, 이어서 상대적으로 작은 변화가 따르는 것을 볼 수 있으며 약 30 ns가 경과한 후에는 빛의 세기가 레이저 펄스를 쪼이기 전의 크기로 감소한다.When measured without using the red filter (see attached FIG. 9A), the peak of the same shape as the laser output of FIG. 6 was observed simultaneously with the laser pulse, and then a relatively small change was observed and about 30 ns was observed. After elapse, the light intensity decreases to the size before the laser pulse.

광량측정소자 앞면에 적색필터를 사용한(첨부한 도 9b 참조) 경우에는 첨부한 도 9a에서 관찰된 레이저 펄스에 의한 피크부분은 크게 감소하는 반면, 이어서 나타나는 상대적인 작은 변화는 그 크기가 그대로 유지되는 것을 볼 수 있다.In the case of using a red filter on the front of the photometric device (see FIG. 9B attached), the peak portion caused by the laser pulse observed in the accompanying FIG. 9A is greatly reduced, while the subsequent relatively small change shows that the magnitude thereof remains the same. can see.

이는 적색필터를 사용함으로써 고출력 레이저 펄스의 산란광에 의한 영향을 제거할 수 있으며 적색필터를 사용하여 관찰하는 변화는 레이저 펄스에 의한 시료의 온도변화 및 복소굴절율의 변화에 기인한 것임을 나타낸다. 온도 또는 복소굴절율에 의한 변화는 단조감소하는 형태를 보이지 않으며 그 증가 및 감소하는 형태가 레이저 펄스가 쪼여지는 동안 그리고 그 이후의 시료 각 부분에 열량이 전달되는 과정과 각 부분의 온도변화 등 시료에서 일어나는 동적인 정보를 나노초의 시간 분해능으로 제공하고 있다.This can eliminate the influence of the scattered light of the high power laser pulse by using a red filter, and the change observed using the red filter is due to the change in temperature and complex refractive index of the sample by the laser pulse. The change due to temperature or complex refractive index does not show monotonic decrease, and the increase and decrease in the form of the heat transfer to each part of the sample during and after the laser pulse and the temperature change of each part Provides dynamic information at a nanosecond time resolution.

더구나 4개의 광량 측정소자에서 측정되는 빛의 세기를 정규화하여 상대 비교하면 동적인 열전달 및 온도분포 정보에 더하여 시료의 복소굴절율 변화에 관한 정보를 얻게 될 것으로 기대된다.Moreover, when normalizing and comparing the intensity of light measured by four light quantity measuring devices, it is expected that information on the complex refractive index change of the sample will be obtained in addition to the dynamic heat transfer and temperature distribution information.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments thereof, it is well known in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the claims. Anyone who owns it can easily find out.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 초고속 타원계를 제공하면, 기존의 광학장비에 비해 위상정보를 추가로 제공하는 장점을 가지고 있으면서도 나노초의 시간 분해능을 가지고 있다. 상변화 광기록 매체의 온도 또는 굴절율에 의한 변화에서 관찰한 바와 같이 나노초 시간간격동안의 온도 또는 복소굴절율의 증가 및 감소하는 형태가 레이저에너지가 열로 바뀌는 과정과 시료 각 부분에 그 열량이 전달되는 과정과 그리고 각 부분의 온도변화 등 시료에서 일어나는 동적인 정보를 나노초의 시간 분해능으로 제공한다.Providing the ultra-fast ellipsometer according to the present invention as described above, has the advantage of providing additional phase information compared to the existing optical equipment, but has a nanosecond time resolution. As observed by the change in temperature or refractive index of the phase-change optical recording medium, the process of increasing or decreasing the temperature or complex refractive index during the nanosecond time interval changes the laser energy to heat and transfers the heat amount to each part of the sample. And dynamic information occurring in the sample, such as temperature changes in each section, and nanosecond time resolution.

또한, 본 발명에 따른 초고속 타원계는 상변화기구 분석 뿐만이 아니라 복소굴절율 변화를 수반하거나 표면이나 박막의 구조변화를 수반하는 많은 동적기구를 나노초의 시간 분해능으로 측정하고 분석하는데 적합한 유용한 도구가 될 것이다.In addition, the ultra-fast ellipsometer according to the present invention will be a useful tool suitable for measuring and analyzing many dynamic mechanisms with complex refractive index changes or surface or thin film structure changes with nanosecond time resolution as well as phase change mechanism analysis. .

Claims (6)

직선편광을 방출시키는 He-Ne 레이져 광원과, He-Ne 레이져 광원 빛을 반사광과 투과광으로 나누는 제1광분할기와, 분리된 각각의 빛을 서로 직교하는 두개의 선편광으로 다시 나누어주는 두개의 울라스톤 프리즘과, 이 울라스톤 프리즘을 통과하면서 나누어진 4개의 서로 다른 편광상태를 갖는 빛의 세기를 각각 측정하는 4개의 광량측정기와, 광량측정기로부터 검출된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시켜 일정한 파형으로 출력시키는 오실로스코프가 포함된 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계에 있어서,He-Ne laser light source that emits linearly polarized light, a first splitter that divides the He-Ne laser light source light into reflected and transmitted light, and two urastones that divide each separated light into two orthogonal linearly polarized light. Four photometers, each measuring the intensity of light having four different polarization states divided through the prism and the uraston prism, and converting analog signals detected from the photometers into digital signals and outputting them as constant waveforms. In the ultra-fast ellipsometer using an amplitude division polarization meter containing an oscilloscope 상기 He-Ne 레이져 광원으로부터 방출되는 빛의 직선편광상태를 원편광으로 변환시키는 1/4 λ위상판과;A 1/4 λ phase plate for converting a linearly polarized state of light emitted from the He-Ne laser light source into circularly polarized light; 상기 1/4 λ위상판을 통과한 빛을 원하는 방위각으로 세팅시켜 투과시키는 선편광자와;A linear polarizer for transmitting the light passing through the 1/4? Phase plate at a desired azimuth angle and transmitting the light; 상기 He-Ne 레이져 광원으로부터 방출되어 상기 1/4 λ위상판 및 선편광자를 거친 빛이 조사되면 이를 굴절시켜 상기 제1광분할기로 입사되도록 배치되는, 단결정 실리콘인 c-Si 기층 위에 빛의 투과 깊이보다 두껍게 입혀진 결정화된 Ge-Sb-Te 합금 시료와;The transmission depth of light on the c-Si substrate, which is a single crystal silicon, is arranged to be refracted by the light emitted from the He-Ne laser light source and passed through the 1/4 λ phase plate and the linear polarizer to be incident to the first light splitter. Thicker coated crystallized Ge-Sb-Te alloy sample; 상기 광량측정기 및 오실로스코프로부터 출력된 측정치가 상기 시료의 상변화와 일치하는지 여부를 확인하고 시료의 상변화를 조절할 수 있도록, 상기 시료로 입사되는 일정범위의 펄스를 방출하는 가변파장 고출력 Nd-YAG/OPO 레이저와, Nd-YAG/OPO 레이저로부터 방출되는 빛의 조사시간을 1/1000 초부터 수초까지 조절하여 레이저 펄스열 중 단일 펄스만이 시료에 입사되도록 하는 셔터와, Nd-YAG/OPO 레이저로부터 방출되는 펄스 중 일정범위의 펄스만을 걸러주는 적색필터가 구비된 광발생수단과;Variable wavelength high power Nd-YAG / which emits a range of pulses incident on the sample to check whether the measured values output from the photometer and oscilloscope match the phase change of the sample and to adjust the phase change of the sample OPO laser, shutter that emits light from Nd-YAG / OPO laser from 1/1000 second to several seconds so that only a single pulse of the laser pulse is incident on the sample, and emits from Nd-YAG / OPO laser Light generating means having a red filter for filtering only pulses of a predetermined range among the pulses; 상기 Nd-YAG/OPO 레이저와 시료 간 레이저 펄스의 이동경로에 배치되어서 레이저 펄스의 일부를 분할하여 상기 오실로스코프와 연계된 광량측정기로 전송시키는 제2광분할기;A second optical splitter disposed on a movement path of the laser pulse between the Nd-YAG / OPO laser and the sample to divide a portion of the laser pulse and transmit the divided portion to a photometer associated with the oscilloscope; 가 더 포함된 것을 특징으로 하는 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계.Ultra-fast ellipsometer using an amplitude division polarization meter characterized in that it further comprises. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 판독수단은 상기 He-Ne 레이저 광원에서 방출되는 빛이 방위각이 +45°인 선편광자를 지난 후 Ge-Sb-Te 시료 표면에서 반사할 때 이 비정질 Ge-Sb-Te이 결정질 Ge-Sb-Te로 바뀌면서 나타나는 시료의 Mueller 행렬의 변화를에 따라 dyadM`(m_ij )의 성분은The reading means indicates that the amorphous Ge-Sb-Te is crystalline Ge-Sb-Te when the light emitted from the He-Ne laser light source reflects off the surface of the Ge-Sb-Te sample after passing through a linear polarizer having an azimuth angle of + 45 °. Change the Mueller matrix of the sample According to dyadM` (m_ij), (단, j `=` 1,`2,`3,`4)(Where j `=` 1, `2,` 3, `4) 인 것으로 정의함으로써 근사적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계.An ultra-fast ellipsometer using an amplitude division polarization meter, characterized in that it is calculated approximately by defining it as. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1광분할기는 ZnS 기판 위에 78 nm 두께의 MgF2를 입힌 시료를 입사각이 78.33°가 되도록 비스듬히 정렬하여 사용하는 것을 특징으로 하는 진폭분할 편광측정기를 사용한 초고속 타원계.The first optical splitter is an ultra-fast ellipsometer using an amplitude division polarization meter, characterized in that the sample coated with 78 nm thick MgF 2 on the ZnS substrate at an angle of 78.33 °.
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