KR19990009974A - Magneto-optical ellipsometer - Google Patents
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Abstract
편광된 빛을 외부 자기장이 가해지는 제 1 시료에 수직으로 입사시켜서 광자기 커 효과에 의해 변화된 편광상태의 커 회전각 및 타원률을 측정하는 광자기 커 분광 방식과, 선 편광된 빛이 제 2 시료에 경사각으로 입사할 때에 빛의 p파와 s파의 반사계수의 차이에 기인하여 생기는 타원 편광의 상태를 측정하는 분광 타원 해석 방법에 관한 것으로서 특히, 본 발명은,A method of measuring the rotation angle and the ellipticity of a polarized state changed by a photo-magnetic effect by perpendicularly entering the polarized light into a first sample to which an external magnetic field is applied, And more particularly, to a spectroscopic ellipsometry method for measuring a state of elliptically polarized light caused by a difference between reflection coefficients of p-wave and s-wave of light when incident on a sample at an oblique angle.
2 개의 서로 다른 방향으로 조사빔을 발생시키는 광원(1)과; 상기 광원에서 조사되는 각 조사빔이 통과하는 편광자(3, 12)와; 광탄성변조기(6, 13) 및 검광자(7, 15)와; 조사빔의 입사 또는 조사 각도를 조절하기 위한 타원경(2 등); 및 2 개의 입사 슬릿을 구비하고 있으며, 그 중 선택적으로 어느 하나의 슬릿을 통해 조사빔이 입사되도록 조절할 수 있는 평면거울을 포함하는 이중 광검출 수단(9)으로 구성되는 광자기·타원 분광기를 제공하여, 각기 다른 장비인 광자기 커 분광기와 분광 타원 해석기를 독립적으로 이용해야만 하는 광자기 효과에 대한 연구를 하나의 장비를 이용해서 가능케 하여, 제작시의 단가 절감은 물론 데이터의 분석과 해석의 용이함을 극대화할 수 있다.A light source (1) for generating an irradiation beam in two different directions; A polarizer (3, 12) through which each irradiation beam irradiated by the light source passes; A photoelastic modulator (6, 13) and an analyzer (7, 15); An elliptical surface (2 ') for adjusting the angle of incidence or irradiation of the irradiation beam; And a dual mirror optical detector (9) including a plane mirror capable of adjusting the incident beam to be incident through any one of the slits, among the two slits, and a magneto-optical ellipsometer It is possible to study the magneto-optic effects that must be used independently of the optical equipments such as the optical coherent spectrometer and the spectral ellipsoid analyzer independently by using one equipment. It is easy to analyze and analyze the data as well as reduce the manufacturing cost Can be maximized.
Description
본 발명은 광자기 커 회전각과 타원율을 빛의 파장을 바꾸어가면서 측정할 수 있는 광자기 커 분광기(magneto-optical Kerr spectrometer)와 광학적 특성을 측정할 수 있는 분광 타원 해석기(spectroscopic ellipsometer)의 기능을 동시에 갖춘 광자기·타원 분광기에 관한 것이다.The present invention relates to a magneto-optical Kerr spectrometer capable of measuring the optical rotation angle and ellipticity while changing the wavelength of light, and a spectroscopic ellipsometer capable of measuring optical characteristics simultaneously And more particularly, to a magneto-optical / elliptic spectroscope equipped with the same.
광자기 커 효과란 자성체에서 반사된 빛이 자화된 시료의 영향으로 그 편광 상태가 변하는 현상을 의미한다. 이때, 일반적으로 선 편광된 빛이 타원 편광되었을 경우 편광축이 회전한 각도를 커 회전각이라 하고 타원의 장축과 단축의 비의 구형 탄젠트(arc tangent)가 타원율이다.The magneto-optical effect refers to a phenomenon in which the light reflected from a magnetic body changes its polarization state under the influence of a magnetized sample. In general, when the linearly polarized light is elliptically polarized, the rotation angle of the polarization axis is referred to as a rotation angle, and the arc tangent of the ratio of the major axis and minor axis of the ellipse is the ellipticity.
이러한 광자기 커 효과란 시료의 스핀 편극된 띠 구조에 기인하여 스핀이 양의 방향으로 정렬된 전자들과 음의 방향으로 정렬된 전자들의 빛에 대한 반응이 달라지기 때문에 생기는 물리적 현상이다. 이러한 효과를 이해하기 위해서는 시료의 유전율 텐서에 대한 측정이 필요하다. 이때 가장 간단한 경우인 z 방향으로 자화된 시료의 유전율 텐서는 아래의 식 1과 같은 모양을 가진다.This photonics effect is a physical phenomenon that occurs due to the spin-polarized band structure of the sample and the reaction of the electrons aligned in the positive direction and the electrons aligned in the negative direction of the spin. To understand this effect, it is necessary to measure the dielectric constant tensor of the sample. The permittivity tensor of the sample magnetized in the z direction, which is the simplest case, has the shape shown in the following Equation 1.
상기 식 1에서 대각성분인 εxx는 시료의 광학적 성질을 나타내는 복소 굴절률 n에 대하여 εxx=n2의 관계를 가진다.In the above equation (1), the diagonal component ε xx has a relationship of ε xx = n 2 with respect to the complex refractive index n representing the optical properties of the sample.
또한, 굴절률이 n0인 매질에서 빛이 입사하는 경우 광자기 커 효과(Kerr effect) θK와 타원율 εK는 아래와 같은 식 2로 나타내진다.The Kerr effect θ K and the ellipticity ε K of the light incident on the medium having the refractive index n 0 are expressed by the following Equation 2.
따라서, 광자기 커 효과(Kerr effect)의 원인은 바로 유전율 텐서의 비대각 성분인 εxy에 있다고 정의할 수 있다. 그러므로, 광자기 커 효과(Kerr effect)를 제대로 이해하기 위해서는 반드시 유전율 텐서의 비대각 성분인 εxy를 측정해야 한다.Therefore, the Kerr effect can be defined as the nonlinear component of the permittivity tensor, ε xy . Therefore, in order to understand the Kerr effect properly, it is necessary to measure the diagonal component ε xy of the dielectric constant tensor.
이때, 일반적으로 유전율 텐서의 비대각 성분인 εxy를 측정하기 위해서는 커 회전각과 타원율, 그리고 복소 굴절률을 독립적으로 측정해야 하는 것으로 알려져 있다(W. Reim and J. Schoenes, Ferromagnetic Materials, Vol. 5 edited by E. P. Wohlfarth, and K. H. J. Buschow, North-Holland, Ch.2, 134 (1990) 참조).In this case, it is known that in order to measure ε xy , the diagonal component of the dielectric constant tensor, it is necessary to independently measure the rotational angle, ellipticity, and complex refractive index (W. Reim and J. Schoenes, Ferromagnetic Materials, Vol. by EP Wohlfarth, and KHJ Buschow, North-Holland, Ch. 2, 134 (1990)).
따라서, 광자기 커 효과(Kerr effect)를 제대로 연구하기 위해서는 광자기 커 효과(Kerr effect)와 타원율을 측정할 수 있는 광자기 커 분광기와 복소 굴절률을 측정할 수 있는 분광 타원 해석기가 반드시 필요하다.Therefore, in order to investigate the Kerr effect properly, it is necessary to have a photomagnetic spectrometer capable of measuring the Kerr effect and ellipticity, and a spectroscopic ellipsometer capable of measuring the complex refractive index.
먼저, 광자기 커 효과(Kerr effect)를 측정하는 장비들을 살펴보면 가장 기본적인 방법으로 직교 편광자 방법이 있는데, 이 방법의 장점은 장치가 간단하다는 것이다. 그러나 정확성이 떨어지고, 타원율의 측정이 곤란하므로 현재는 많이 사용되고 있는 방법은 아니다.First of all, the equipment that measures the Kerr effect is the most basic method, which is the orthogonal polarizer method. The advantage of this method is that the device is simple. However, accuracy is low and it is difficult to measure the ellipticity.
또 다른 방법으로 패러데이 셀(Faraday Cell)을 이용하는 방법과 회전 검광자를 이용하는 방법이 있으나, 이 방법들 모두는 타원율을 측정하기 위해서는 각 파장에 적합한 λ/4 판이나 솔레일-바비넷 보정기(Soleil-Babinet compensator)를 각 파장에 맞게 조절할 필요가 있다. 따라서 커 회전각과 타원율을 한꺼번에 측정할 수 있는 광 탄성 변조기(PEM : photoelastic modulator)를 이용한 위상 변조 방식의 커 분광기가 이 응용에는 가장 적합하다고 할 수 있다(유천열, 이해승, 신성철, 응용물리 8(3) 296 (1995)).As another method, there is a method using Faraday cell and a method using a rotating analyzer. In order to measure the ellipticity, all of the methods include a λ / 4 plate suitable for each wavelength or a Soleil- Babinet compensator) needs to be adjusted to each wavelength. Therefore, a phase-modulated coherent spectrometer using a photoelastic modulator (PEM) capable of measuring both the rotation angle and ellipticity at the same time is most suitable for this application (Yu, Chun-Yeol, Seung Seung, Sung-Chul, ) 296 (1995)).
또, 광학적 성질을 나타내는 분광 타원 해석기의 경우도 가장 보편화된 방법으로는 회전 검광자/편광자 방법이 있다(김상열, 한국광학회지 1,(1) 73 (1990), R. M. Azzam and N. M. Bashara, Ellipsometry and polarized light,(North-Holland Co. 1979).The most common method for spectroscopic ellipsometry, which exhibits optical properties, is a rotating analyzer / polarizer method (Kim Sang-Yeol, Korea Optical Society, 1 (1) 73 (1990)), RM Azzam and NM Bashara, Ellipsometry polarized light, (North-Holland Co. 1979).
또 다른 방식으로는 광 탄성 변조기(photoelastic modulator)를 이용한 위상 변조 방식의 분광 타원 해석기가 있는데, 이 경우는 빠른 분석 속도로 인해 최근 실시간 측정에 있어서 많은 각광을 받고 있는 방법이다.Another method is a phase-modulation spectral ellipsometer using a photoelastic modulator. In this case, the method has a lot of spotlight in recent real-time measurement due to its fast analysis speed.
따라서, 앞에서 지적한 바와 같이 광자기 효과의 연구를 위해서는 광자기 커 분광기와 분광 타원 해석기가 반드시 필요하다. 그러나, 두가지 장비를 각각 독립적으로 제작하거나 구입하여야 함으로써, 그 비용 부담이 매우 크다는 문제점이 발생되었다.Therefore, as pointed out above, optical-magnetic-field spectrometers and spectroscopic ellipsometry analyzers are indispensable for studying magneto-optical effects. However, since the two equipments must be independently manufactured or purchased, there is a problem that the cost is very large.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 광자기 효과의 연구에 필수적인 두 가지 장비인 광자기 커 분광기와 분광타원 해석기의 공통적인 점을 이용하여 두 가지 장비를 합쳐 하나의 장비로 구성하기 위한 광자기·타원 분광기(magneto-optical and ellipsometric spectrometer)를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for constructing a single device by combining two devices using two points, And a magneto-optical and ellipsometric spectrometer.
도 1은 본 발명에 따른 광자기·타원 분광기의 개략도1 is a schematic view of a magneto-optical / elliptic spectroscope according to the present invention;
도 2는 제논등(Xe-lamp)의 하우징에 대한 개략도Figure 2 is a schematic view of a housing of Xen-lamp,
도 3은 이중 단색 분광기(double-monochromator)의 개략도3 is a schematic diagram of a double-monochromator;
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 첨부된 도 1을 참고하여, 2 개의 서로 다른 방향으로 조사빔을 발생시키는 광원(1)과; 상기 광원에서 조사되는 2 개의 조사빔 중에서 제 1 조사빔을 편광시키는 제 1 편광자(3)와; 상기 제 1 편광자를 통과한 조사빔이 제 1 시료(4)에 수직으로 입사되도록 하기 위하며, 동시에 그 빛의 강도를 높이기 위해 소정 위치에 놓이는 타원경(2)과; 상기 제 1 시료에서 반사될 때에 자기 광학 효과에 의해 타원편광된 상태가 되도록하기 위한 전자석(5)과; 타원편광된 제 1 조사빔이 통과하는 경로에 놓이는 제 1 광탄성변조기(6) 및 제 1 검광자(7)와;According to an aspect of the present invention, there is provided a lithographic apparatus comprising: a light source (1) for generating an irradiation beam in two different directions; A first polarizer (3) for polarizing the first irradiation beam out of the two irradiation beams emitted from the light source; An ellipsoidal mirror 2 placed at a predetermined position so as to allow the irradiation beam passing through the first polarizer to be incident on the first specimen 4 in a vertical direction and to increase the intensity of the beam; An electromagnet (5) for making the elliptically polarized state by the magnetooptical effect when reflected from the first sample; A first photoelastic modulator (6) and a first analyzer (7) placed in a path through which the elliptically polarized first irradiation beam passes;
상기 광원에서 조사되는 2 개의 조사빔 중에서 제 2 조사빔을 선편광시키 위한 제 2 편광자(12)와; 상기 선편광된 조사빔이 제 2 시료(14)에 소정의 경사각으로 입사하기 전에 통과하도록 하는 제 2 광탄성변조기(13)와; 상기 제 2 시료의 광학적 성질에 의해서 그 편광상태가 p파와 s파로 분리되어 반사된 제 2 조사빔이 통과하는 경로에 놓이는 제 2 검광자(15)와;A second polarizer (12) for linearly polarizing the second irradiation beam out of the two irradiation beams irradiated from the light source; A second photoelastic modulator (13) for allowing the linearly polarized irradiation beam to pass through the second sample (14) before entering at a predetermined tilt angle; A second analyzer (15) placed in a path through which the second irradiation beam reflected by the optical characteristics of the second sample is separated into p-wave and s-wave and reflected;
2 개의 입사 슬릿을 구비하며, 그 중의 어느 하나의 슬릿을 통해 조사빔이 선택적으로 입사되도록 설정할 수 있는 경로설정수단을 포함하는 이중 광검출 수단(9)으로 구성되어, 광자기 커 분광 분석 기능과 분광 타원 해석 기능을 선택적으로 수행할 수 있는 데에 있다.And a path setting means capable of setting two incident slits so that the irradiation beam is selectively incident on any one of the slits through the slit, The spectral ellipsometry analysis function can be selectively performed.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 구체적인 구성 원리와 작용에 대해서 각각의 부분에 대해서 설명하겠다.Specific constitutional principles and actions of the present invention will be described below.
우선, 본 발명에서 결합하고자 하는 광자기 커 분광기와 분광 타원 해석기의 동작상의 특성을 살펴보면, 우선 광자기 커 분광기의 원리는 선 편광된 빛을 외부 자기장이 인가된 시료에 수직으로 입사시켜서 광자기 커 효과(Kerr effect)에 의해서 변화된 빛의 편광상태를 측정하는 것이다.First, the operation characteristics of the optical coherence spectroscope and the spectroscopic ellipsometer to be combined in the present invention are as follows. First, the principle of the optical coherence spectrometer is to cause the linearly polarized light to vertically enter the sample to which the external magnetic field is applied, And the polarization state of the light changed by the Kerr effect is measured.
분광 타원 해석기의 경우는 선 편광된 빛이 시료에 경사각으로 입사할 때 빛의 p파와 s파의 반사계수의 차이에 기인하여 생기는 타원 편광의 상태를 측정하는 것이다.In the case of a spectroscopic ellipsometry analyzer, the state of elliptical polarization caused by the difference between the reflection coefficient of p-wave and s-wave of light when the linearly polarized light enters the sample at an oblique angle is measured.
따라서, 두 장비의 공통점은 편광의 변화 상태를 측정하는 것이고 다른 점은 빛의 입사각과 인가 자기장의 유무이다.Therefore, the common feature of the two devices is to measure the state of polarization change, and the difference is the incident angle of light and the presence of the applied magnetic field.
따라서, 공통된 광원과 공통된 광검출기 부분을 이용하여서 단지 타원경 2개와 추가로 제작하고, 편광자와 검광자 및 광탄성 변조기를 공통으로 사용한다면, 손쉽게 광자기 커 분광기에다가 분광 타원 해석기를 추가할 수 있을 것이라는 점이 본 발명의 기술적 사상이라 할 수 있다.Thus, if two ellipsometers are used in addition to a common light source and a common photodetector portion, and a polarizer and an analyzer and a photoelastic modulator are used in common, a spectroscopic ellipsometer can be easily added to the optical spectrograph This is a technical idea of the present invention.
상술한 바와같은 기술적 사상에 의해 제안된 광자기·타원 분광기를 첨부한 도1을 참조하여 살펴보면, 먼저 광자기 커 분광기의 측정 원리를 도 1과 같은 장치에서 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 1, which is a magneto-optical / ellipsometric spectrometer proposed by the above-described technical idea, the principle of measurement of the optical magnetic-field spectrometer will be described with reference to FIG.
광원(제논등; 1)에서 나온 빛이 제 1 타원경(2)에서 반사되어 제 1 편광자(3)을 통과한 후 자기장 안에 놓인 제 1 시료(4)에 거의 수직으로 입사한다. 이때, 상기 제 1 편광자(3)를 통과하는 빛은 선편광된 상태로 상기 제 1 시료(4)에 입사하게 되는데, 자기장안에 놓인 상기 제 1 시료(4)에서 반사된 빛은 상기 제 1 시료(4)의 자기광학 효과에 의해서 타원 편광이 된다.Light emitted from a light source (xenon or the like) 1 is reflected at the first ellipsoidal mirror 2, passes through the first polarizer 3, and is incident substantially perpendicularly to the first sample 4 placed in the magnetic field. At this time, light passing through the first polarizer 3 is incident on the first sample 4 in a linearly polarized state. Light reflected from the first sample 4 placed in the magnetic field is incident on the first sample 4 Optic effect of the second polarized light beam 4).
이후, 상기 제 1 시료(4)의 자기광학 효과에 의해서 타원 편광되어 반사된 빛은 제 1 광탄성변조기(6)과 제 1 검광자(7)을 통과하여 제 2 타원경(8)에 반사된 후 이중 단색분광기(9)로 입사한다.Then, the elliptically polarized light reflected by the magnetooptical effect of the first sample 4 passes through the first photoelastic modulator 6 and the first analyzer 7 and is reflected by the second elliptic mirror 8 And then enters into a double monochromator (9).
이때의 빛의 편광 상태의 변화를 죤스 행렬(Jones matrix)을 이용해서 나타내면 다음 식 3과 같이 나타낼 수 있다.The change of the polarization state of light at this time can be expressed by the Jones matrix as shown in Equation 3 below.
여기서 P, A, S, M 은 편광자와, 검광자와, 시료, 및 광탄성 변조기를 나타내며, 각각 다음의 식 4와 같이 주어지는 죤스 행렬(Jones matrix)이다.Here, P, A, S, and M represent a polarizer, an analyzer, a sample, and a photoelastic modulator, and are Jones matrices given by Equation 4 below.
여기서, δ=sin로 주어지는데,는 광탄성 변조기의 광학 헤드 부분의 변조 크기이며, ω는 진동수이다. 또,는 각각 좌,우 원편광의 반사계수이다.Here, sin However, Is the modulation size of the optical head portion of the photoelastic modulator, and? Is the frequency. In addition, Are the reflection coefficients of the left and right circularly polarized light, respectively.
이때, 시료를 제외한 나머지 광학계는 선편광계에서 기술이 되어있고, 시료는 좌,우 원편광 상태를 기저벡터로 하는 원편광계를 기준으로 기술되어 있다. 따라서 이들 두 좌표계를 변화시키는 데는 다음의 식 5와 같은 F 라는 행렬이 필요하다.At this time, the remaining optical systems except for the sample are described in the linear polarimeter, and the sample is described on the basis of a circular polarimeter using the left and right circular polarization states as the base vectors. Therefore, in order to change these two coordinate systems, a matrix F such as the following equation 5 is required.
이때, 측정되는 빛의 세기는 검광자의 각도를 일 예로 a=π/4 이라고 하면 경우 아래의 식 6과 같이 된다.At this time, the intensity of the light to be measured is expressed by the following Equation 6 when the angle of the analyzer is, for example, a = π / 4.
여기서 다음과 같은 정의와 베셀(Bessel) 함수의 성질을 이용하면, 아래의 식 7과 같은 관계식을 얻을 수 있다.Here, using the following definition and the property of the Bessel function, the following equation 7 can be obtained.
따라서, 상기 식 7에 따라 아래의 식 8과 같은 결과를 얻을 수 있다.Therefore, the following Equation 8 can be obtained according to Equation (7).
여기서, J0, J1, J2는 각각 베셀(Bessel) 함수의 0, 1, 2차 함수이고, A, B는 정량화 과정을 통하여 결정되는 상수이다. 따라서, 구하고자 하는 커 회전각과 타원률은 광검출기에서 측정되는 빛을 광탄성 변조기의 변조 주파수에 대한 직류성 분과 1차 조화파, 2차 조화파를 각각 측정하므로써 측정할 수 있다.Where J 0 , J 1 , and J 2 are the 0, 1, and 2 functions of the Bessel function, respectively, and A and B are constants determined through the quantification process. Therefore, we can measure the angle of rotation and the ellipticity by measuring the DC component, the first harmonic wave, and the second harmonic wave, respectively, of the light measured by the photodetector with respect to the modulation frequency of the photoelastic modulator.
이번에는 분광 타원 해석기의 측정 원리에 대해서 살펴보자. 광자기 커 분광기의 경우와 비슷하게 광원(1)에서 나온 빛은 제 3 타원경(11)에 반사되어 제 2 편광자(12)를 통과해서 선편광이 된후 제 2 광탄성변조기(13)를 통과한 후 제 2 시료(14)에 경사각 (60-700)으로 입사한다.Now let's look at the measurement principle of the spectroscopic ellipsometer. The light emitted from the light source 1 is reflected by the third ellipsoidal mirror 11 and passes through the second photoelastic modulator 13 after passing through the second polarizer 12 to become linearly polarized light. 2 sample 14 at an inclination angle of 60-70 ° .
이때, 상기 제 2 시료(14)에서 반사된 빛은 다시 시료의 광학적 성질에 의해서 그 편광상태가 변하게 된다. 이렇게 시료의 광학적 성질에 대한 정보가 담겨 있는 빛은 다시 제 2 검광자(15)를 통과하고 단색 분광기의 입사 슬릿으로 입사된다.At this time, the polarization state of the light reflected by the second sample 14 is changed by the optical properties of the sample. The light containing information on the optical properties of the sample passes through the second analyzer 15 again and enters the incidence slit of the monochromator.
이와 같은 과정을 위와 마찬가지로 죤스 행렬(Jones matrix)을 써서 나타내면 아래의 식 9와 같다.This process can be expressed by the Jones matrix as shown above.
여기서, 위의 수학식 3과 다른 점은 시료의 죤스 행렬(Jones matrix)을 나타내는 방법이다. 분광 타원 해석기의 경우는 시료의 죤스 행렬(Jones matrix)이 다음과 같이 주어진다.Here, the difference from the above equation (3) is a method of representing the Jones matrix of the sample. In the case of spectroscopic ellipsometry, the Jones matrix of the sample is given by
이때,이고, 각각은 p파와 s파의 복소 반사계수이다.At this time, , And each is a complex reflection coefficient of p-wave and s-wave.
이때 일반적으로 분광 타원 해석기의 해석에서 사용되는 인자인 Δ,ψ는와 같이 정의된다. 편광자의 각도가 0, 광탄성 변조기의 각도가 π/4 이며, 검광자의 각도가 π/4 일 때에 광검출기에서 검출되는 빛의 세기는 다음과 같다.In this case, Δ, ψ, which are generally used in the analysis of the spectral ellipsoid analyzer Respectively. The intensity of light detected by the photodetector when the angle of the polarizer is 0, the angle of the photoelastic modulator is π / 4, and the angle of the analyzer is π / 4 is as follows.
여기서 다시 Δ와 ψ의 정의를 이용하고, 베셀(Bessel) 함수의 성질을 이용하면 다음의 식 12와 같은 결과를 얻을 수 있다.Using the definition of Δ and ψ and using the properties of the Bessel function, the following equation 12 can be obtained.
여기서 J0(δ0)0을 만족시키면, 다음의 식 13을 얻을 수 있다.Where J 0 (δ 0 ) 0, the following expression 13 can be obtained.
따라서 우리는 타원 해석기의 인수인 Δ와 ψ를 실험적으로 얻을 수 있다.Therefore we can experimentally obtain the parameters δ and ψ of the elliptic interpolator.
일반적으로 Δ와 ψ를 얻으면 여기서 간단한 구조를 가진 시료의 경우 직접적인 계산 방법으로, 복잡한 구조를 가진 시료의 경우 수치해석적인 모델링 과정 등을 통해서 시료의 광학적 성질을 얻어낼 수 있다.In general, when Δ and ψ are obtained, the optical properties of the sample can be obtained by direct calculation method for a sample having a simple structure and numerical modeling process for a sample having a complex structure.
광자기 커 분광기와 분광 타원 해석기의 측정원리를 간단히 살펴보았다. 여기서 두가지 장비가 그 원리나 측정 장비의 부품들이 상당히 유사하다는 것을 알 수 있다. 이 점에 착안한 것이 바로 본 발명이다. 각 부분별로 본 발명의 특징을 살펴보도록 하자.The measurement principle of the optical coherence spectrometer and the spectroscopic ellipsoid analyzer was briefly reviewed. Here you can see that the two equipments are quite similar in principle and in the parts of the measuring equipment. The present invention is based on this point. Let's take a look at the features of the present invention by each part.
먼저 광원부터 살펴보면, 광원은 Hamamatsu사의 type L2175 제논등(Xe lamp)를 사용했다. 이때 제논등(Xe-lamp)의 형태는 일반적으로 원통형의 대칭성을 가지고 있게 된다. 그러나 통상 램프의 하우징은 첨부한 도 2와 같이 직육면체에 한쪽 면에 빛이 나갈 수 있는 구멍을 만들어 놓아 램프에서 나오는 빛의 극히 일부분만을 사용한다. 혹은 구멍의 반대편에 구면경을 설치하여 사용할 수 있는 빛의 강도를 높이기도 한다.First, the light source is a type L2175 Xe lamp from Hamamatsu. At this time, the shape of the Xe-lamp is generally cylindrical in symmetry. However, the lamp housing generally uses only a small portion of the light emitted from the lamp by making a hole through which light can be projected on one side of the rectangular parallelepiped as shown in FIG. Alternatively, a spherical mirror may be installed on the opposite side of the hole to increase the intensity of light that can be used.
본 발명에서는 이러한 하우징을 개선하여 기존의 구멍이 있는 옆면에 추가의 구멍을 뚫으므로써 광원의 빛을 두 방향으로 이용할 수 있도록 하였다. 따라서 하나의 광원에서 서로 수직한 방향으로 빛을 발하는 점 광원을 얻을 수 있게 된다. 이때 만약 셋 혹은 네 군데의 방향으로 빛을 이용하려 한다면, 마찬가지로 추가로 구멍을 뚫으므로서 가능하다.According to the present invention, such a housing is improved and an additional hole is drilled in a side of a conventional hole so that light of the light source can be used in two directions. Therefore, it is possible to obtain a point light source that emits light in a direction perpendicular to each other in one light source. If you want to use light in three or four directions, you can do it by drilling additional holes as well.
첨부한 도 1에서 보이는 바와 같이 광원에서 서로 수직 방향으로 나온 빛중 제 1 조사빔은 제 1 타원경에서 반사되어 제 1 편광자을 통과한 후 전자석속에 위치한 제 1 시료에 거의 수직하게 입사한다. 상기 제 1 시료에서 반사된 빛은 다시 제 1 광탄성변조기와 제 1 검광자를 통과한 후 제 2 타원경에 반사되어 이중 단색분광기의 제 1 입사 슬릿으로 입사된다.As shown in FIG. 1, a first irradiation beam, which is perpendicular to each other in the light source, is reflected by the first ellipsoidal mirror, passes through the first polarizer, and is incident almost perpendicularly to the first sample located in the electromagnet. The light reflected from the first sample passes through the first photoelastic modulator and the first analyzer, is reflected by the second ellipsoidal mirror, and is incident on the first incident slit of the dual monochromatic spectroscope.
상기 제 1 조사빔에 수직한 방향으로 나온 제 2 조사빔은 제 3 타원경에서 반사되어서 제 2 편광자와 제 2 광탄성변조기를 통과한 후 소정의 경사각을 갖는 상태로 제 2 시료에 입사한다. 상기 제 2 시료에서 반사된 빛은 다시 제 2 검광자를 통과하여 제 4 타원경에 반사되어 상기 이중 단색분광기의 제 2 입사 슬릿에 입사한다.The second irradiation beam emerging in the direction perpendicular to the first irradiation beam is reflected by the third elliptic mirror, passes through the second polarizer and the second photoelastic modulator, and is incident on the second sample with a predetermined inclination angle. The light reflected from the second sample again passes through the second analyzer, is reflected by the fourth ellipsoidal mirror, and enters the second incident slit of the dual monochromator.
이때 사용되는 단색 분광기는 Oriel사의 제품인데(모델번호 77200), 그 자세한 내부 구조는 다음 도 3과 같다.The monochromator used here is Oriel's product (Model No. 77200), and its detailed internal structure is shown in FIG.
여기서 특기할 점은 도 3의 확대된 즉 참조번호 A로 표시되는 부분에 있다. 이중 단색분광기는 두 개의 입사 슬릿이 있는데, 두 슬릿 중의 하나에서 들어오는 빛이 선택되도록 단색 분광기안의 평면 거울을 조절할 수 있게 되어 있다. 따라서, 평면 거울을 조절하므로서 양쪽 방향에서 들어오는 빛 중의 하나만을 선택하여 단색 분광을 한 후 출력 슬릿에 부착되어 있는 광증배관으로 입사하도록 할 수 있다. 따라서, 광원과 단색 분광기의 입사 슬릿의 위치 선정이 매우 중요하다.What is particularly noteworthy here is the enlarged portion of FIG. The dual monochromator has two incident slits, allowing the plane mirror in the monochromator to be adjusted so that light coming from one of the two slits is selected. Therefore, by adjusting the plane mirror, only one of the lights coming in from both directions can be selected to perform monochromatic spectroscopy, and then incident on the light pipe attached to the output slit. Therefore, it is very important to locate the incidence slit of the light source and the monochromatic spectroscope.
이렇게 입사된 빛은 광증배관에서 빛의 세기에 비례하는 전류로 바뀌어 두 장비가 공동으로 이용할 수 있는 광측정 부분으로 입력된다. 따라서 광자기 커 분광기로 사용될 때와 분광 타원 해석기로 사용될 때를 단지 단색 분광기에 있는 평면 거울을 조절함으로써 조절이 가능하다. 따라서 광 측정부분을 두 장비가 공통으로 사용할 수 있는데, 광측정 부분은 광증배관, 광증배관의 preamplifier, lock-in amp. 2대, 그리고 컴퓨터 등으로 이루어진 부분이다. 이들 부분의 공통 활용은 제작 단가의 측면 뿐만 아니라 측정된 신호의 분석이나 해석에 있어서도 그 활용성을 극대화시킬 수 있다.The incident light is converted into a current proportional to the intensity of the light in the light pipe, and the light is input into the optical measurement part that can be used jointly by the two devices. Therefore, it can be adjusted by using a single-color spectrometer when it is used as a spectrometer and when it is used as a spectroscopic ellipsometer. Therefore, the optical measuring part can be used in common by two equipments. The optical measuring part is a light pipe, a preamplifier of light pipe, a lock-in amp. Two computers, and a computer. The common use of these parts can maximize their utility not only in terms of production cost but also in analysis and interpretation of measured signals.
본 발명에 의하면, 기존에는 각기 다른 장비인 광자기 커 분광기와 분광 타원 해석기를 독립적으로 이용해야만 하는 광자기 효과에 대한 연구를 하나의 장비를 이용해서 가능케 한 것이다. 두가지 장비를 합치게 됨으로써 제작시의 단가의 절감은 물론이고 측정된 데이터의 분석과 해석의 용이함을 극대화시킬 수 있다.According to the present invention, a single device can be used to study the magneto-optical effect, which must be used independently of a photonic magnetic-field spectrometer and a spectral-elliptical analyzer. By combining the two devices, it is possible to maximize the ease of analysis and interpretation of the measured data as well as the cost of manufacturing.
따라서, 본 발명을 이용하면 광자기 효과의 연구에 있어서 가장 중요한 유전율텐서의 비대각 성분을 손쉽게 구할 수 있는 등의 효과가 있다.Therefore, by using the present invention, it is possible to easily obtain the non-diagonal component of the dielectric constant tensor, which is most important in the study of the magneto-optical effect.
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