KR20010053381A - 분광 엘립소미터 - Google Patents

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KR20010053381A
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웰란 마이크
베러티 인스트루먼트, 인코퍼레이티드
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    • G01N21/211—Ellipsometry

Abstract

새로운 광학 장치와 함께 이미징 분광기(24)를 이용함으로서 흥미로운 모든 파장 범위에 대해 박막과 코팅을 가지는 표면(18)의 엘립소미터 패러미터를 동시에 측정하는 분광 엘립소미터가 공개된다. 상기 새로운 광학 장치는 이미징 분광기(24)의 입력 애퍼쳐나 슬릿에 따라 또는 이에 평행하게 시간에 따라 불변인 점들의 선형 공간 어레이의 광학 신호 트레인의 편광 정보를 분산시킨다. 또한, 상기 새로운 광학 장치는 파장축과 광편광축을 가지는 이미징 어레이에 의해 저장되고 집광되는 2차원 분광 이미지를 제공하기 위해 애퍼쳐나 슬릿에 수직인 파장의 편광 정보를 분산시킨다. 분광 엘립소미터 패러미터 ψ와 Δ를 다중 동시 측정하는 것은 시간에 따라 변하지도 않으면서 기계적으로 움직이는 광학 요소 없이 모든 파장에 대해 취해진다.

Description

분광 엘립소미터{SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETER}
엘립소메트리(ellipsometry)는 물질에 의한 반사나 투과에 따른 광의 편광 상태 변화에 대한 체계적인 연구 과정이다. 엘립소미터는 광을 반사시키는 샘플의 특성에 의해 유발되는 편광 변화를 측정하는 광학 기구이다. 편광의 변화를 충분히 특성화하기 위해, 편광의 초기 상태가 파장과 함께 알려질 필요가 있다. 반사나 투과시 편광 상태 변화에 대한 지식은 샘플 구조를 탐구하게 한다. 가령 반도체 제작에서, 박막이 웨이퍼 위에 증착된다. 박막의 두께는 엘립소미터 측정으로부터 쉽게 결정될 수 있다. 박막 증착을 필요로하는 제작 공정은 수없이 많다. 필름 성질 분석에 의한 공정 품질을 측정을 위해 엘립소미터가 일상적으로 사용된다.
레이저광과 같이 단일 파장의 광을 사용하면서 어떤 중요 편광각을 측정하는 엘립소미터는 자주 "널링 엘립소미터(nulling ellipsometer)라고 명명된다. 널링 엘립소미터로부터의 측정은 ψ와 Δ로 알려진 엘립소미터 패러미터의 결정을 유발한다. 엘립소미터 패러미터는 파장, 입사각, 샘플의 표면 성질의 함수이다. 패러미터 ψ는 프로브 광선의 p-s 편광 상태의 상대적 강도 값이고, 패러미터 Δ는 p와 s 편광 상태 사이의 상대적인 위상차값이다. 여러 다른 입사각이나 여러 다른 파장에 대해 ψ 및 Δ측정을 행함으로서 샘플에 대한 추가 정보가 결정될 수 있다. 파장을 고정시키고 각도를 달리하여 작동하는 엘립소미터는 "가변 각도 엘립소미터(VAE)라고 불린다. 파장을 달리하는(또는 분광기용으로 대해 백색광 프로브 광원을 사용하는) 엘립소미터는 "분광 엘립소미터(SE)로 불린다.
표면 성질은 일반적으로 균일하지 않으나 샘플의 위치에 따라 변한다. 엘립소메트리에 의해 측정될 경우 표면 성질을 매핑하는 데는 여러 기술이 있다. 한가지 방식은 엘립소미터 프로브광선을 작은 점으로 제약되게 한 후, 표면 성질의 맵으로 형성될 수 있는 수많은 측정을 행하도록 수평면에서 샘플을 변환시키는 것이다. 여러 검출기로 폭이 넓은 광선을 사용하는 기술이 또한 존재한다. 각각의 검출기는 표면의 작은 점에 1대1로 대응한다.
기존 엘립소미터는 고정 입사각에 대한 파장의 함수로 엘립소미터 패러미터의 연이은 측정을 구현한다. 더욱이, 작동의 속도와 비용으로 인해, 제위치에서, 또는 즉시즉시 사용되지 않는다.
표면에 물질을 구축하거나 표면에서 물질을 제거하는 과정을 감시하기 위해 엘립소메트리를 사용하는 것은 엘립소미터의 작동에 제약을 가한다. 대상 물질에 적절히 민감함에 더하여, 필요할 때 정보를 이용할 수 있도록 측정이 적시에 이루어져야 한다. 기존 기술은 초당 풀 분광 엘립소미터 패러미터(full spectral ellipsometric parameter)의 한 개나 두 개의 측정보다 큰 고속 생산에 특히 적합하지 않다. 분광 엘립소미터 패러미터의 완전한 측정에 수초가 소요되는 것이 일반적이다. 작동 속도에 대한 제약은 측정 범위를 구하기 위해, 또는 프로브 광선의 각각의 파장에 대해 측정이 순차적으로 이루어지도록 하기 위해, 수많은 구분 위치를 통해 기계적 부품을 이동시켜야 한다는 요청을 일으키게 된다. 시간을 변화시키거나 광학 요소를 기계적으로 이동시킬 필요없이 모든 파장에서 분광 엘립소미터 패러미터의 다중 동시 측정을 동시에 이루는 엘립소미터를 가지는 것이 바람직하다.
형성 중에 샘플 물질 특성을 결정하기 위해 제자리 공정에서, 또는 공정 제어를 구현하기 위해 즉시 처리 공정에서 작동할 수 있을 만큼 측정을 충분히 고속으로 행할 수 있는 엘립소미터를 가지는 것이 또한 바람직하다.
본 발명은 엘립소미터(ellipsometer)에 관한 것이다. 특히, 관심있는 파장 범위에 대해 엘립소미터 패러미터에 대한 완전한 동시 측정을 할 수 있도록 한 축에서 편광을 인코딩하고 다른 측에서 파장을 인코딩하는 이미징 분광기를 이용한 새로운 엘립소미터에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 주요 광학 구성요소의 일반적 실시예 도면.
도 2는 입사되는 반사광과, 지연 프리즘으로부터 나타나는 편광 편이 상태를 나타내는 도면.
도 3은 제 1 분석기로부터 편이 편광 신호를 수신하기 위한 제 1 부분과, 참고 데이터를 제공하기 위해 제 2 분석기로부터 반사광을 수신하는 제 2 부분을 가지는 분광 애퍼쳐나 슬릿을 나타내는 도면.
도 4는 분광기의 도면으로서, 슬릿을 따라 여러 점에서 공간적으로 지연된 선형 편광 상태가 그레이팅이나 프리즘같이 분산 요소를 때리는 것으로 도시되고, 상기 분산 요소는 저장되는 모든 흥미로운 파장에 대해 편광 편이 대 주파수나 파장의 공간 어레이에서 이미징 검출기에 의해 검출되는 긴 파장과 짧은 파장으로 주파수를 분리시키는 것을 나타내는 도면.
(참조 번호 설명)
10 ... 엘립소미터 시스템 12 ... 백색광원
14 ... 렌즈 16 ... 편광기
18 ... 샘플 20 ... 지연 프리즘
22 ... 분석기 24 ... 분광기
26 ... 쐐기 28 ... 쐐기
30 ... 반사광 32 ... 편광 지연 출력(편광 편이 정보)
34 ... 슬릿 36 ... 슬릿 제 1 부분
38 ... 슬릿 제 2 부분 40 ... 직접 반사광
41 ... 제 2 편광기
본 발명은 흥미로운 총파장 범위에 대해 엘립소미터 패러미터의 완전 동시 측정을 가능하게 한다. 이는 이미징 분광기의 입력 애퍼쳐(슬릿)를 따르는 방향으로 프로브광의 편광 정보를 퍼뜨리는 새로운 광학 장치와 함께 이미징 분광기를 이용함으로서 달성된다. 분광기는 슬릿에 수직인 방향의 입력 프로브광을 후에 분산시키는 회절 요소를 가진다. 최종 2차원 분광 이미지 데이터는 광파장과 연관된 한 개의 축과 광 편광에 연관된 다른 한 개의 축으로 이미징 검출기 어레이로 모여진다. 이미지 데이터의 분석은 당 분야에 잘 알려져 있고, 연구중인 샘플에 대한 각각의 파장에서 엘립소미터 패러미터 ψ와 Δ가 결정될 수 있도록 이미지 데이터 분석이 실행될 수 있다.
본 발명의 한가지 새로운 특성은 공간적으로 (한방향으로만) 변하는 편광 지연을 삽입하는 작은 각도의 편광 지연 프리즘(polarization retardation prism)을 이용하는 것이다. 편광 지연 프리즘은 결정질 쿼츠로 구축될 때 선호되는 실시예에서 약 3도의 쐐기 각도를 가진다. 이는 매우 중요하다. 왜냐하면, 편광 지연 프리즘이 하나의 지연 프리즘이고, 흥미로운 총 파장 범위에서 주어진 방향으로만 반사 편광광의 편광편이를 선형으로 지연시키기 때문이다. 지연 프리즘에 의해 유발되는 공간적으로 변화하는 편광은 선형 편광 분석기에 의해 진폭이나 강도값으로 변환된다. 이는 +/- 45도로 정렬되는 Glan-Thompsn 편광기로 알려진 종류 중 하나이고, 앞서의 편광기와 동일하게 참고로 인용된다. 분광기는 슬릿에 수직인 치수를 따라 각각의 파장에 대한 진폭값을 분산시킨다. 분광기의 이미지 평면에서, 각각의 화소나 광다이오드의 강도는 광주파수나 파장 대 총 편광 편이의 함수이다. 이미지 분석은 연구중인 샘플에 대해 각각의 파장에서 엘립소미터 패러미터 ψ및 Δ를 유발하는 간단한 방식으로 실행된다. 또한, 변화 여부를 알기 위해 이미지를 단순히 감시함으로서 분석이 행하여질 수 있다.
이미징 분광기를 이용함으로서, 지연 프리즘에 의해 생성되는 편광 분산이 분광 이미지에 유지된다. 그러므로, 분광 이미지는 한 축에서 편광을 인코딩하고, 다른 한 축에서 파장을 인코딩한다. 당 분야에 잘 알려진 바와 같이 분광기에서 프레임 트랜스퍼 이미지 칩을 사용하는 것은 전자 장치의 프레임 속도로 측정이 이루어지게 한다. 모든 파장과 편광은 프레임 속도의 이미지로부터 판독된다. 이는 기존 엘립소미터보다 훨씬 빠르다. 이동하는 부분이 없으며 전체 분광/편광 정보가 동시에 병렬로 모이기 때문에, 제한 인자는 판독 전자 장치와 이미지 처리 전자 장치의 속도이다. 전자 장치의 현 상태는 초당 수십에서 수백 프레임의 경제적 샘플링 속도를 가능하게 한다. 이는 형성중인 샘플로부터 실시간으로 데이터를 제공하기 위한 즉시 처리 시스템이나 제자리 시스템에 엘립소미터를 사용하게 한다.
그러므로, 입사광과 샘플 표면 수직선에 의해 정의되는 입사면에 대해 45도의 각도로 정렬되는 편광된 광을 갖춘 샘플 조명을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
한 방향으로만 공간적으로 변화하는 편광 지연을 삽입하기 위해 작은 각오의 지연 프리즘을 이용하는 것이 본 발명의 다른 한가지 목적이다.
단 3도의 쐐기 각도를 가지는 지연 프리즘을 이용하는 것이 본 발명의 또하나의 목적이다.
편광기와 동일한 방식으로 참고되는 +/- 45도의 프로토타입으로 정렬되는 선형 편광 분석기로 지연 프리즘에 의해 유발되는 공간 변화 편광을 진폭이나 강도 변화로 변환하는 것이 본 발명의 다른 한가지 목적이다.
분광기의 이미지 평면에서 각각의 화소의 강도값이 반사광의 주파수 및 총 편광 편이의 함수이도록, 입력 애퍼쳐나 슬릿에 수직인 치수를 따라 반사 백색광을 분산시키기 위해 선형 편광 분석기와 지연 프리즘을 조합하여 분광기를 사용하는 것이 본 발명의 또한가지 목적이다.
이미징 분광기를 포함하는 엘립소미터를 제공하는 것이 발명의 다른 한가지 목적이다. 이때, 상기 이미징 분광기는 지연 프리즘에 의해 생성되는 지연 편광을 수신하고, 동시 측정을 위해 편광 편이 대 주파수를 나타내는 점들의 공간 어레이를 저장한다.
아래와 같은 엘립소미터를 제공하는 것이 본 발명의 또한가지 목적이다. 즉, 상기 목적의 엘립소미터에서는, 편광된 백색광원과 이미징 분광기를 갖춘 시간 불변 광학 트레인이 광원의 흥미로운 모든 파장 범위에서 엘립소미터 패러미터의 동시 측정을 가능하게 한다.
박막 및 코팅을 갖춘 표면을 포함하는 어떤 표면으로부터도 다수의 파장의 엘립소미터 패러미터를 동시에 측정하는 것이 본 발명의 다른 한가지 목적이다.
광 편광이 지연 프리즘에 의해 선형으로 지연되고 분석기에 의해 진폭 변화로 변환되는 광대역 편광기를 사용하는 것이 본 발명의 또한가지 목적이다.
파장의 분산을 실행할 때 입력광의 진폭값이 분광기에서 보존되는 이미징 분광기를 포함하는 엘립소미터를 제공하는 것이 본 발명의 다른 한가지 목적이다.
그러므로, 본 발명은 분석될 샘플로부터 반사광의 엘립소미터 패러미터를 동시에 측정하는, 아래의 사항을 포함하는 방법에 관한 것이다. 즉 상기 방법은 1) 여러 주파수에서 위상 편이 편광 광을 얻기 위해 샘플로부터 시간에 따라 변하지 않는 편광 광학 신호의 트레인을 반사시키고, 2) 상기 시간에 따라 변하지 않는 편광 광학 신호의 흥미로운 모든 파장에 대해 편광 편이 대 주파수를 나타내는 여러 광 강도의 점들의 공간 어레이로 반사광을 형성시키며, 그리고 3) 흥미로운 파장 각각에 대한 광 강도의 각각의 점에 대해 샘플의 엘립소미터 패러미터를 동시에 측정하는, 이상의 3단계를 포함한다.
발명은 분석될 샘플 표면으로부터 반사광의 엘립소미터 패러미터를 동시에 측정하기 위한, 아래의 사항을 포함하는 장치에 관한 것이다. 즉, 상기 장치는 제 1 광학 시스템, 제 2 광학 시스템, 그리고 이미징 분광기를 포함하며, 상기 제 1 광학 시스템은 여러 주파수나 파장에서 위상 편이 편광광을 얻도록 샘플 표면으로부터 반사되는 시간의 영향을 받지 않는 광학 신호 트레인으로 샘플을 조명하고, 상기 제 2 광학 시스템은 시간에 따라 변하지 않는 반사 편광 광학 신호의 모든 흥미로운 파장에 대해 편광 편이 대 주파수나 파장을 나타내는 여러 광 강도의 점들로 반사광을 형성하며, 그리고 상기 이미징 분광기는 지연 편광 신호를 수신하고, 동시 측정을 위해 편광 편이 대 주파수나 파장을 나타내는 여러 광 강도 점들의 공간 어레이를 저장한다.
새로운 엘립소미터 시스템(10)이 도 1에 도시된다. 백색광원(12)은 공지된 방식으로 렌즈(14)에 의해 집광되고, 역시 공지된 방식으로 편광기(16)에 의해 선형으로 편광된다. 편광 각도는 샘플 표면의 수직선과 입사광에 의해 정의되는 입사 평면에 대해 45도가 선호된다. 집광되고 편광된 광은 고정된 입사각으로 샘플(18)과 충돌하여, 반사된 광이 지연 프리즘(20)을 통과한다. 반사광 번들은 동시에 공간적으로 변화하는 편광 지연이나 편이를 실행한다. 이는 선형 지연의 공간적 변화로 알려져 있다. 도 2와 연관하여 도시되는 이 프리즘(20)은 두 개의 균일하고 이방성인 쐐기로 구성되고, 쐐기의 주광학 축은 서로 수직이면서 진행하는 광의 방향과도 수직이도록 구성된다. 이는 도면에서 화살표(27, 29)로 표시된다. 공간적으로 변화하는 유도된 위상 편이의 크기는 물질의 쐐기 각도와 복굴절에 의해 결정된다. 분석기(22)는 이 편광 편이를 수신하고, 수신된 편광 편이는 슬릿이나 애퍼쳐(34)를 따라 국부화 상태를 유지하며(도 4), 그리고 상기 분석기(22)는 이미징 분광기(24)의 입력에서 진폭 프린지로 나타나는 진폭 값으로 이를 변환시킨다. 실제로, 지연 프리즘(20)에 의해 집광 광선에 가해지는, 공간적으로 변화하는 위상 지연은 분광기(24)의 입구 슬릿이나 애퍼쳐(34) 사이에서 여러 충분한 구간을 가지도록 제작된다.
분광기(24)는 슬릿이나 애퍼쳐에 수직인 치수나 방향으로 슬릿(34)을 따라 백색광의 국부화된 편광 편이를 분산시킨다. 이는 도 4에 도시된다. 분광기(24)의 이미지 평면에서, 각 화소의 강도는 광의 주파수와 총 편광 편이의 함수이다. 그러므로, 연구중인 샘플의 각각의 파장에서 엘립소미터 패러미터 ψ와 Δ를 유발하는 Mueller 매트릭스 분석으로 이미지 분석이 실행될 수 있다. 이 장치로, 광원과 반사광선이 섬유 연결되어, 샘플 위치에서의 구현이 매우 치밀하다. 광학적으로 여러 가능한 배열이 있다. 선호되는 실시예는 샘플 스테이지와 함께 적절한 고정 각도로 보지되는 소형 홀더나 마운트에 편광기와 지연 프리즘을 놓는다. 광원과 분광기 역시 샘플 스테이지와 함께 놓일 수 있다. 대안으로, 분광기의 광원이 샘플 스테이지에 섬유 연결되어, 필요할 경우 샘플 스테이지 근처에 보다 많은 공간을 확보할 수 있다. 분광 섬유는 섬유 번들로 이루어지고, 섬유 번들의 입력 및 출력은 분광기 애퍼쳐나 슬릿과 1대1 매핑한다.
회전 편광기의 이용과 같이 고도의 신뢰성과 재생성가능한 기계적 이동 스테이지의 필요성에 의해 기존 엘립소미터가 복잡해지지만, 도 1에서는 어떤 이동 부분도 필요하지 않다. 더욱이, 이러한 기존 장치는 시간에 따라 변하는 신호를 생성한다. 본 발명은 어떤 이동 부분도 없으면서 시간에 따라 불변인 신호를 제공한다.
본 발명의 새로운 지연 요소가 도 2에 도시된다. 상기 지연 요소는 한 방향으로의 공간적으로 변하는 편광 지연을 삽입한다. 새로운 지연 프리즘(20)은 약 3도의 매우 작은 쐐기 각도 θ를 가지는 두 개의 쐐기(26, 28)를 포함한다. 선호되는 실시예에서, 쐐기는 결정질 쿼츠로 형성되지만, 원하는 기능을 제공할 수 있다면 다른 물질도 사용될 수 있다. 반사광(30)이 지연 프리즘(20)에 의해 수신될 때, 지연 프리즘(20)은 공간에 따라 변하는 편광 지연 출력(32)으로 광을 동시에 변환시킨다. 두 쐐기(26, 28)는 균일하고 이방성인 쐐기로서, 그 주 광학축이 서로 수직이며, 진행하는 광의 방향과도 수직이다. 이는 화살표(27, 29)로 표시된다. 앞서 언급한 바와 같이, 공간적으로 변화하는 유도 위상 편이의 크기는 물질의 복굴절과 쐐기 각도 θ에 의해 결정된다.
지연 프리즘(20)으로부터의 출력으로 도 2에 도시되는 편광 편이 정보(32)는 분석기(22)에 연결되고, 상기 분석기(22)는, 당 분야에 잘 알려진 바와 같이, 이미징 분광기의 입력에서 진폭 구간이나 프린지로 나타나는 진폭 변화로 국부 편광 변화를 변환시킨다.
그러므로 도 3에 도시되는 바와 같이, 공간적으로 변하는 위상 편이나 편광 변화(32)가 분광기 슬릿이나 애퍼쳐(34)에 가해진다. 모든 국부화 편광 변화 신호(32)를 분석기로부터 수신하기 위해 필요한 길이보다 슬릿(34)이 더 길다. 이 신호(32)는 슬릿(34)의 제 1 부분(36)에 의해 수신된다. 슬릿(34)의 나머지 제 2 부분(38)은 직접 반사광(지연 프리즘(26)을 통과하지 않는 광)으로부터 신호(40)를 수신한다. 상기 직접 반사광은 0도 등의 제 2 각도로 정렬되는 제 2 편광기(41)를 투과하여, 유용한 샘플 반사 참고 데이터를 제공한다.
도 4는 선호되는 실시예에서 아래와 같은 분광기를 포함하는 시스템 요소를 도시한다. 즉, 지연 프리즘(20)과 분석기(22)와 함께 사용될 때, 상기 분광기는 시간에 따라 불변인 편광 광학 신호의 흥미로운 모든 파장에 대해 편광 편이 대 파장을 나타내는 여러 광 강도 점들의 새로운 공간 어레이를 제공하여, 이 여러 광 강도의 점들을 동시에 접근할 수 있고, 그래서 실시간 엘립소미터 패러미터를 이로부터 측정할 수 있다. 그러므로 도 1에 도시되는 바와 같이, 샘플(18)은 가상선(19)으로 도시되는 바와 같이 집광된 광을 투과시키는 박막과 같이 연속적으로 이동하는 물질 시트일 수 있다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 선형 지연 광 신호(32)의 공간 변화는 분광기 슬릿(34)을 통고하고, 회절 그레이팅이나 프리즘과 같은 분산 요소(42)와 충돌한다. 이러한 분산 요소는 공지된 방식으로 작동하여, 수신광의 주파수를 슬릿(34)에 수직인 평면에 다수의 고/저 주파수로 분산시킨다. 이 파장들이 이미징 검출기(44)에 집광된다. 상기 이미징 검출기(44)는 128 x 1024 요소와 같이 바람직한 치수의 그리드에 다수의 검출기 요소(46)를 가진다. 검출 요소는 가령 광다이오드나 전하 결합 소자(CCD)일 수 있다.
파동이 지연 프리즘으로부터 수신됨에 따라 분석기(22)가 슬릿(34)에 평행하게 또는 슬릿(34)을 따라 파동의 국부 위상 편이나 지연 위치를 유지하기 때문에, 그리고 분광기의 이미지 평면(440에서 슬릿에 수직인 치수로 강을 분산 요소(42)가 분산시키기 때문에, 각각의 화소(CCD)나 광다이오드의 강도값이 광의 총 편광 편이 대 주파수의 함수로 저장된다. 이들 신호가 저장되기 때문에, 잘 알려진 방식에 의해 모든 위치로부터 동시에 이 신호들이 분석되어, 다수의 파장의 엘립소미터 패러미터의 매우 빠른 측정을 동시에 제공할 수 있다.
그러므로, 이미징 분광기를 이용하여, 지연 프리즘의 국부 편광 분산이 분광 이미지에 유지된다. 그러므로 분광 이미지는 한 축에서 편광을 인코딩하고, 다른 한 축에서 파장을 인코딩한다. 이는 도 4에 도시된다. 프레이밍 모드(framing mode)를 이용하여, DALSA IA-D1과 같은 분광기의 프레임 트랜스퍼는 전자 장치의 프레임 속도에서 측정이 이루어지게 한다. 모든 파장과 편광은 프레이밍 속도에서 각각의 이미지로부터 판독된다. 이는 기존 엘립소미터 공정보다 더 고속이다. 더욱이, 이동 부분이 전혀 없고 전체 분광/편광 정보가 이미징 검출기에 동시에 모이기 때문에, 제한 인자는 전자 장치와 이미징 처리 전자 장치(앞서의 전자 장치의 부속품)의 판독 속도이다. 기존의 전자 장치에서는 초당 수십에서 수백 프레임 샘플링 속도가 가능하다.
기존 엘립소미터는 고도의 신뢰성과 재생성가능한 기계적 이동 스테이지의 필요성에 의해 기존 엘립소미터가 복잡해진다. 하지만, 본 발명은 어떤 이동 부분도 필요로하지 않는다.
그러므로 새로운 앨립소미터는 이미징 분광기 및 편광 백색 광원과 함께 시간에 따라 불변인 광학 트레인을 사용한다. 이는 광원의 모든 파장에서 엘립소미터 패러미터를 동시 측정하게 한다. 더욱이, 반사광의 편광은 한방향으로만 선형 지연되고, 진폭값으로 변환된다. 입력광의 진폭값은 이미징 분광기의 슬릿에 수직인 방향으로 파장의 분산을 실행하면서 보존된다. 편광 백색광원이 1200-200 nm의 범위에서 작동하는 것이 선호된다.

Claims (23)

  1. 분석될 샘플로부터 반사광의 엘립소미터 패러미터를 결정하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 상기 샘플로부터 시간에 따라 불변인 편광 광학 신호 트레인을 반사시켜서, 여러 광학 주파수에서 위상 편이된 편광광을 얻고,
    - 상기 시간에 따라 불변인 광학 신호의 흥미로운 모든 파장에 대해 편광 편이 대 주파수를 나타내는 여러 광강도 점들의 공간 어레이로 상기 위상 편이된 편광광을 동시에 형성시키며, 그리고
    - 상기 흥미로운 파장 각각에 대해 광강도의 각각의 점에 대해 상기 샘플의 엘립소미터 패러미터를 측정하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사광을 얻기 위해 선형 편광 백색광을 이용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은:
    - 상기 광학 신호 트레인을 생성하기 위해 백색광원을 이용하고, 그리고
    - 입사면에 어떤 각도로 상기 백색광을 편광시키는, 이상의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 1200-200 nm의 파장 범위에서 상기 편광 백색광을 이용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 입사면에 대해 45도인 고정 편광 각도로 상기 편광 백색광을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 여러 광강도 점들의 공간 어레이로 상기 반사광을 동시형성하는 단계는:
    - 흥미로운 모든 파장 범위에 대해 한 방향으로 상기 반사 편광광의 공간적으로 변하는 편광 편이를 삽입하고,
    - 공간적으로 변하는 편광 편이의 각각의 반사광 파장을 진폭값으로 변환하며, 그리고
    - 모든 파장에서 엘립소미터 패러미터를 동시 측정하게 하도록 편광 편이 대 파장의 상기 공간 어레이를 저장하기 위해 이미징 분광기에 상기 진폭값을 연결하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 방법은:
    - 흥미로운 범위의 상기 변환된 반사광 파장을 상기 이미징 분광기 슬릿의 제 1 부분을 통해 투과시키며, 이때 상기 슬릿은 한 방향으로 평행하고 상기 흥미로운 파장 범위보다 길며 또한 제 2 부분을 가지고, 그리고
    - 참고 데이터를 제공하기 위해 상기 슬릿의 상기 제 2 부분에 직접 상기 반사광 일부를 투과시키는, 이상의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 반사 편광 광의 편광 편이를 공간적으로 변화시키는 단계는:
    - 상기 반사광을 공간적 지연 요소를 통해 투과시키는, 단계를 포함하며,
    이때 상기 지연 요소는 3도의 작은 쐐기 각도를 가지며, 흥미로운 파장 범위를 충분히 커버할 수 있는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 반사 편광 광의 편광 편이를 공간적으로 변화시키는 단계는:
    - 상기 반사광을 공간적 지연 요소를 통해 투과시키는, 단계를 포함하며,
    이때 상기 지연 요소는 3도의 작은 쐐기 각도를 가지며, 흥미로운 파장 범위를 충분히 커버할 수 있는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 반사광 파장을 진폭값으로 변환시키는 단계는:
    - 입사면에 대해 +/- 45도의 각도로 정렬되는 선형 편광 분석기를 통해 상기 공간적 지연 요소로부터의 상기 광을 투과시키는, 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 방법은:
    - 상기 이미징 분광기의 슬릿을 통해 상기 선형 편광 분석기로부터의 상기 변환광을 투과시키고, 그리고
    - 광진폭값의 상기 공간 어레이를 보존하면서 상기 광에 수직인 방향으로 상기 이미징 분광기 파장의 상기 변환 반사광을 분산시키는, 이상의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은:
    - 연속적으로 이동하는 샘플로부터 시간에 따라 불변인 편광 신호 트레인을 반사시키고, 그리고
    - 각각의 샘플에 대해 상기 엘립소미터 패러미터를 동시에 실시간으로 측정하는, 이상의 단게를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 분석될 샘플 표면으로부터 반사광의 엘립소미터 패러미터를 결정하는 장치로서,
    상기 장치는 제 1 광학 시스템, 제 2 광학 시스템, 그리고 이미징 분광기를 포함하며,
    상기 제 1 광학 시스템은 상기 샘플 표면으로부터 반사될 시간에 따라 불변인 광학 신호 트레인으로 상기 샘플을 조명하여, 여러 광학 주파수에서 공간적으로 변하는 위상 편이된 편광 광을 얻고,
    상기 제 2 광학 시스템은 상기 시간에 따라 불변인 편광 광학 신호의 모든 흥미로운 파장에 대해 편광 편이 대 파장을 나타내는 여러 광강도 점들로 상기 위상 편이된 편광 광을 동시형성하며, 그리고
    상기 이미징 분광기는 여러 광강도의 상기 점들을 수신하기 위한 이미징 검출기를 가지고, 상기 이미징 검출기는 모든 파장에서 엘립소미터 패러미터 측정을 행하기 위해 편광 편이 대 파장을 나타내는 광강도 점들의 공간 어레이를 저장하는, 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 장치는 백색광원과 편광기를 추가로 포함하고, 상기 편광기는 시간에 따라 불변인 광학 신호 트레인을 형성하기 위해 상기 백색광을 수신하고 편광시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 편광 백색광의 파장 범위는 1200-200 nm 사이인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 편광 백색광을 제공하기 위해 선형 편광기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 입사면에 대해 45도인 선호 각도의 상기 편광광으로 상기 샘플을 조명하는 상기 제 1 광학 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 장치는 슬릿, 공간적 지연 요소, 분석기, 그리고 분산 요소를 추가로 포함하고,
    상기 이미징 분광기의 상기 슬릿은 상기 제 2 광학 시스템으로부터 상기 광을 수신하고,
    상기 공간 지연 요소는 상기 반사 편광 광의 편광 편이를 선형으로 지연시켜서, 상기 이미징 분광기의 슬릿에 평행하도록 그리고 슬릿을 따라 다수의 지연 지점을 생성하기 위해 흥미로운 모든 파장 범위에 대해 한 방향으로 편광 편이 위치의 선형 공간 어레이를 동시에 형성하며,
    상기 분석기는 상기 공간 지연 요소로부터 광의 상기 선형 공간 어레이를 수신하고, 반사 편광 편이의 각각의 위치의 반사광을 진폭값으로 변환시키며, 그리고
    상기 분산 요소는 편광 편이 대 파장을 나타내는 상기 공간 어레이를 생성하기 위해 상기 슬릿에 평행하도록 그리고 상기 슬릿을 따라 편광 편이 위치의 상관성을 유지하면서, 슬릿에 수직인 치수를 따라 편광 편이 위치 각각에 대해 상기 공 진폭값을 분산시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 장치는 상기 이미징 분광기 슬릿의 제 1 부분, 제 2 분석기, 그리고 상기 이미징 분광기 슬릿의 제 2 부분을 추가로 포함하며,
    상기 제 1 부분은 상기 분석기로부터 흥미로운 모든 파장 범위의 상기 광을 수신하고,
    상기 제 2 부분은 상기 제 2 분석기를 통해 상기 샘플 표면으로부터의 반사광을 직접 수신하여 참고 데이터를 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 공간 지연 요소는 제 1, 2 쐐기를 포함하고, 상기 두 쐐기는 동일하고 균일하며 이방성으로 연장된 결정질 쿼츠 쐐기이며, 3도의 작은 쐐기각을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 분석기는 입사면에 대해 +/- 45도의 각도로 정렬되는 선형 편광 분석기인 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 장치는 상기 이미징 분광기의 회절 그레이팅을 추가로 포함하고, 상기 회절 그레이팅은 광 진폭값의 상기 공간 어레이 생성을 위해 상기 슬릿을 따라 편광 편이 점들을 동시에 유지하면서, 상기 슬릿에 수직인 파장의 상기 변환 반사광을 분산시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 점을 지나 이동하는 표면 박막의 패러미터를 실시간으로 감시하는 프로세스로서, 상기 프로세스는:
    - 상기 박막이 상기 점을 지나 이동함에 따라 상기 표면 박막으로부터 시간에 따라 불변인 편광 광학 신호 트레인을 반사시키고,
    상기 시간 불변 편광 광학 신호의 모든 흥미로운 파장에 대해 편광 편이 대 파장을 나타내는 광진폭값 점들의 공간 어레이로 상기 반사광을 동시에 형성하며, 그리고
    상기 흥미로운 파장 각각에 대해 각각의 광진폭값 점들에 대한 상기 이동 표면 박막의 엘립소미터 패러미터를 실시간으로 측정하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스.
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