KR20030026322A - 소형 입체 타원편광계 - Google Patents

소형 입체 타원편광계 Download PDF

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KR20030026322A
KR20030026322A KR10-2003-7000771A KR20037000771A KR20030026322A KR 20030026322 A KR20030026322 A KR 20030026322A KR 20037000771 A KR20037000771 A KR 20037000771A KR 20030026322 A KR20030026322 A KR 20030026322A
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KR10-2003-7000771A
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스텔장-루이
피엘장-필리프
보에르피에르
탕타르트뤽
레이장-피에르
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쏘시에떼 드 프로딕시옹 에 드 리쉐르슈 아쁠리께
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Abstract

본 발명은 타원편광계에 관한 것으로서: 광대역 광선(4)을 방출할 수 있는 소스(2), 적어도 한 선택된 각도에 따라 시료(16)를 조명하기에 적합한 편광된 입사빔(12)을 생성하기 위한 편광기(10), 반사빔(20)에 응답하여 출력 빔(28)을 제공하는 분석기(24), 소스(2)와 시료(16) 사이 및/또는 시료(16)와 센서 사이에 배열되고 입사빔(12) 및/또는 반사빔(20)을 선택된 스폿에 따라 포커싱할 수 있는 적어도 하나의 반사 광학 소자(14)를 구비한다. 타원편광계는 상기 반사된 빔 및/또는 상기 입사빔을 집속하고 포커싱하도록 시료(16)와 센서 사이 및/또는 소스(2)와 시료(16) 사이에 배치되고, 그럼으로써 시료(16)의 각 측 상에 적어도 하나의 굴절 소자(22)와 반사 소자(14)를 제공할 수 있고, 따라서 상기 스폿에 대해 동일 측 상에 소스와 센서를 위치시킬 수 있는 적어도 하나의 제1굴절 광학 소자(22)를 더 구비한다.

Description

소형 입체 타원편광계{Compact spectroscopic ellipsometer}
타원편광법은 시료를 구성하는 층 및 물질의 특성에 관한 정보를 그것으로부터 추론할 목적으로 시료를 조명하는 입사 빔의 편광 상태와 상기 시료에 의해 반사된 빔의 편광 상태를 비교하는 것으로 이루어지는 비파괴 광학 측정 기술이다.
수많은 분광 타원편광계 조립체가 이미 공지되어 있다.
예를 들어, US-A-5608526에서 분광 타원편광계는 시료를 조명하도록 의도된 편광된 입사 빔을 생성하기 위해 편광기에 의해 편광되는 광대역 광 빔을 방출하는 소스를 구비한다. 분석기는 따라서 조명된 시료에 의해 반사되는 빔을 수광하고 상기 반사된 빔에 응답하여 출력 빔을 생성한다. 검출기는 상기 출력 빔을 시료 상 편광된 입사 빔의 반사에 기인한 출력 빔의 편광 상태의 위상과 진폭의 변화를 결정하기 위해 처리 수단에 의해 처리될 수 있는 신호로 변환시킨다.
상기 타원편광계에서, 상기 편광기와 상기 분석기 사이에 위치하는 모든 광학 소자는 법선에 대해 작은 입사각을 가지는 반사형 광학 소자이다.
그런 타원편광계는 만족스럽다. 그럼에도 불구하고, 출원인은 상기 타원편광계를 더 향상시키는 문제, 특히 소형화, 입사빔 및/또는 반사빔의 투과, 특히 입사빔 및/또는 반사빔의 편광 상태의 투과에 관련하여 타원편광계를 더 향상시키는 문제를 설정하였다.
본 발명은 분광 타원편광계에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명과 도면의 관점에서 명백할 것이다.
- 도 1은 본 발명에 따라 상기 분석기와 상기 시료 사이에 배치된 반사 소자와 상기 시료와 상기 분석기 사이에 배치된 굴절 소자를 가지는 타원편광계를 개략적으로 보인다;
- 도 2는 소스에 의해 방출된 조명 빔을 시료로 향하게 하는 광섬유를 가지는 도 1의 타원편광계를 개략적으로 보인다;
- 도 3은 본 발명에 따라 윈도우를 통과하여 생성되는 타원편광 측정을 하는 도 1의 타원편광계를 개략적으로 보인다;
- 도 4는 본 발명에 따라 상기 분석기와 상기 시료 사이에 배치된 굴절 소자와 상기 시료와 상기 분석기 사이에 배치된 반사 소자를 가지는 분광 타원편광계를 간략히 보인다;
- 도 5는 본 발명에 따라 상기 분석기와 상기 광섬유의 입구 사이에 배치된또 다른 굴절 소자가 부가된 도 1의 타원편광계를 간략히 보인다;
- 도 6은 본 발명에 따라 상기 분석기와 상기 광섬유의 입구 사이에 배치된 또 다른 굴절 소자가 부가된 도 4의 타원편광계를 간략히 보인다;
- 도 7은 상기 편광기가 상기 반사 소자와 상기 시료 사이에 배치된 본 발명에 따른 타원편광 조립체를 보인다;
- 도 8은 상기 분석기가 상기 굴절 소자의 상부에 위치하는 본 발명에 따른 타원편광 조립체를 보인다;
- 도 9는 본 발명에 따라 차단 소자가 상기 시료와 상기 분석기 사이에 위치하는 상기 굴절 소자의 상부에 위치하는 변형예를 보이는 다이어그램이다;
- 도 10은 본 발명에 따라 차단 소자가 상기 편광기의 하부에 위치하는 변형예를 보이는 다이어그램이다;
- 도 11은 본 발명에 따라 보상 소자가 상기 분석기의 상부에 위치하는 변형예를 보이는 다이어그램이다;
- 도 12는 본 발명에 따라 보상 소자가 상기 편광기의 하부에 위치하는 변형예를 보이는 다이어그램이다;
- 도 13은 본 발명에 따라 어레이가 입사각에 일치하여 교차된 분광 분산을 보장하는 변형예를 간략히 보이는 다이어그램이다;
- 도 14는 본 발명에 따라 적외선에서 기능하는 타원편광 조립체이다;
- 도 15a 내지 15d는 상기 분석기, 상기 편광기 및, 상기 결합된 광 유니트를 포함하는 광 헤드를 간략히 보이지만, 상이한 소자를 고정하는 수단은 도시되지않는다; 및
- 도 16a 내지 16d는 본 발명에 따른 광 헤드의 이동을 도시한다.
본 발명은 상기 문제에 대한 해결책을 제공한다.
본 발명은
- 광대역 광 빔을 방출할 수 있는 소스;
- 상기 광대역 광 빔을 편광시키고 적어도 하나의 선택된 입사각에 따라 시료를 조명할 수 있는 편광된 입사 빔을 생성하는 편광기;
- 따라서 조명된 시료에 의해 반사된 상기 빔을 수광하고 상기 반사된 빔에 응답하여 출력 빔을 생성하는 분석기;
- 상기 출력 빔을 출력 신호로 변환하는 검출기;
- 상기 검출기로부터의 출력 신호를 처리하고 상기 시료 상 상기 편광된 입사빔의 반사에 기인한 출력 빔의 편광 상태의 위상 및 진폭의 변화를 결정하는 처리 수단; 및
- 상기 선택된 스폿에 따라 입사빔 및/또는 반사빔을 포커싱하도록 상기 소스와 상기 시료의 사이 및/또는 상기 시료와 상기 검출기 사이에 배치되는 적어도 하나의 반사 광학 소자;를 구비하는 분광 타원편광계에 관한 것이다.
본 발명의 일반적인 정의에 따르면, 상기 타원편광계는 상기 반사된 빔 및/또는 상기 입사빔을 집속하고 포커스하도록 상기 시료와 검출기 사이 및/또는 상기 소스와 상기 시료 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1굴절 광학 소자를 더 구비한다.
본 발명에 따라 굴절 소자와 반사 소자가 시료의 각 측 상에 위치한다는 사실은 상기 소스와 검출기가 시료 상의 스폿에 대해 동일 측에 배치되는 것을 보장할 수 있는데, 이것은 타원편광계의 디멘젼을 현저히 감소시킨다.
더욱이, 선행기술에 따른 분광 타원편광계에 비해, 특히 US-A-5608526에 대해, 본 발명에 따른 타원편광계는 입사빔 및/또는 반사빔의 투과를 향상시킬 수 있고, 입사빔 및/또는 반사빔의 편광 상 위상 변화의 어떠한 효과도 피할 수 있으며, 타원편광계의 소형화와 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 타원편광계의 제1실시예에 따르면, 제1광섬유는 분석기를 검출기, 분광기(spectrograph), 분광계(spectrometer), 등으로 형성된 군에 속하는 유형의 광학 장치에 연결한다.
본 발명에 따른 타원편광계는 상기 분석기와 제1광섬유의 입구 사이에 배치된 제2굴절 광학 소자를 더 구비하며, 상기 제2굴절 광학 소자는 상기 분석기에 의해 방출된 출력 빔을 상기 제1광섬유의 입구 내로 포커싱할 수 있다.
그런 제2굴절 광학 소자는상기 분석기에 의해 방출된 출력 빔을 상기 광섬유의 입구에 적합화시키는 것을 허용하고, 만약 그 경우가 발생한다면, 시료 상 깊이(즉 XYZ 직교 좌표계의 경우, Z에서)의 차이를 보상할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명에 따른 타원편광계의 제2실시예에 따르면, 제2광섬유는 소스를 편광기에 연결한다.
실제로, 제1 및/또는 제2굴절 광학 소자는 단일 또는 복합 투과 렌즈이며,바람직하게는 최소 편광 효과를 구비하고 결합된 광학 유니트로 색지움 조립체를 형성할 수 있다. 게다가, 굴절 광학 유니트는 시스템의 광 투과를 향상시키도록 무반사 코팅을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1굴절 광학 소자는 편광된 입사빔을 시료로 통과시킬 수 있고 그것을 분석기에 포커싱할 수 있도록 반사된 빔을 집속할 수 있는 개구를 구비한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 타원편광계는 광의 전파 방향에 따라 시료의 상부 또는 하부에, 상기 편광기와 상기 분석기 사이에 배치된 보상 광학 소자를 더 구비한다. 그런 보상 광학 소자는 색지움, 회전가능 및/또는 해제가능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 타원편광계는 또한, 상기 소스와 상기 편광기에 의해 방출된 빗나간 레디에이션을 제거하고 상기 편광기의 편의, 편향 및, 색수차 없이 상기 소스의 이미지가 고정되게 유지할 수 있도록, 광의 전파 방향에 따라 상기 편광기의 하부에 배치된 차단 광학 소자를 구비한다.
유리하게 상기 분석기와 상기 분석기에 결합된 상기 광학 소자 뿐만 아니라 상기 편광기와 상기 편광기에 결합된 상기 광학 소자는 단일의 동일한 광 헤드에 위치하며, 이것은 본 발명에 따른 타원광학계의 소형화를 더욱 향상시킨다.
광 헤드는 시료 상 입사빔이 길이방향 및/또는 측방향으로 변위되도록 X축 및/또는 Y축에 따른 병진운동으로 바람직하게 움직일 수 있다.
광 헤드는 시료 상 입사빔이 높이에 있어 변위되도록 유리하게 Z축상에서 움직일 수 있다.
실제로, 타원편광계는 고정되거나 및/또는 X, Y 및/또는 Z 으로 움직일 수 있거나 및/또는 Z축에 대해 회전 구동가능한 시료 홀더를 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 타원편광계는 시료 표면에 실질적으로 평행한 평면 내 배치되고 이를 통해 입사빔과 반사빔이 경사 입사로 통과하는 윈도우를 구비한다.
도면은 한정된 특징의 소자를 포함한다. 상기 도면들은 본 발명의 이해를 돕고 적절하게 그것을 헌정하는 것을 도울 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 타원편광계(1)는 광대역 광 빔(4)을 방출하는 소스(2)를 구비한다. 소스(2)는 예를 들어 자외선, 가시광선, 및/또는 그 적외선 내 광대역 주파수 성분을 가지는 레디에이션을 방출하는 제논 아크 램프이다.
변형예로서, 소스는 제논 램프에 실질적으로 유사한 분광 영역을 포함하도록 중수소 램프와 결합된 텅스텐 램프일 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 광대역 광 빔(4)은 포커싱 수단(6)에 의해 집속되고 입구 슬롯(8)에 의해 한정된 후 편광기(10) 내에서 전파된다. 상기 편광기(10)를 출발하는 광 빔(12)은 측정 빔이 공지된 편광 상태를 이루는 편광된 입사 빔이다.
상기 편광기(10)는 두 편광 상태가 중첩되는 것을 방지하도록 편광된 입사빔의 크기를 제한하기 위해 원형 개구를 가지는 것이 바람직하다. 상기 편광기의 상기 원형 개구의 지름은 1mm 정도이고 상기 슬롯(8)과 상기 편광기(10) 사이의 거리는 50mm 정도이다.
변형예로서(도 2), 상기 소스(2)에 의해 방출된 빔(4)은 상기 광섬유(3)를 경유하여 상기 편광기(10)를 통해 진행할 수 있다.
이러한 조건 하에서, 상기 소스(2)는 아래에서 좀 더 상세히 설명되는 대로, 유리하게 오프셋될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 편광된 입사빔(12)은 낮은 입사각(a1)(즉 미러(14)의 반사 표면에 대한 법선(N1)에 근접한 각)으로 미러(14)에 부딪친다. 미러(14)는 예를 들어 타원 미러이다. 미러(14)는 작은 스폿(예를 들어 사각형의 25μ×25μ)에 따라 입구 슬롯(8)의 이미지를 시료(16) 상에 투사한다. 편광된 입사빔(12)은 시료의 법선(N2)에 대해 더 큰 입사각(AI)으로 시료(16) 상에 투사된다.
예를 들어, 미러(14)의 개구는 0.15˚정도이고 시료(16)의 법선(N2)에 대해 편광된 입사빔(12)의 입사각(AI)은 63.5˚내지 80.5˚의 정도이다.
시료(16)는 예를 들어 투명 기판 상에 증착된 적어도 하나의 박막을 가지는 반도체 물질로부터 생성된다. 시료는 입사빔을 수광하는 전면(FAV)과 시료 홀더에 접촉하는 후면(FAR)을 구비한다. 본 발명은 모든 유형의 시료와 어떤 물질로부터 생성되는 시료에도 명백히 적용을 가진다.
시료(16)는 시료 홀더(18) 상에 배치된다. 시료 홀더(18)는 고정 및/또는 X, Y, Z 축에 따른 직교 좌표계에서 움직일 수 있거나 및/또는 회전 구동가능할 수 있다. 시료 홀더는 동일하게 현수될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면(도 3), 타원편광 측정은 본 출원인에 의해 제00 06771호로 2000년 5월 26일에 출원되고 "챔버 등에 포함되는 시료에 대한 타원편광 측정용 방법 및 장치"로 명칭된 프랑스 출원에 상술된 대로, 윈도우 또는 포트(19)를 통해 달성된다.
윈도우(19)는 시료(16)의 표면에 실질적으로 평행한 평면 내 배치된다. 예를 들어, 윈도우(19)는 시료가 배치되는 챔버(미도시)를 적어도 부분적으로 덮는다. 예를 들어, 윈도우(19)는 등방성이고 자외선에 투명한 실리카 유형의 물질로 제조된다.
입사빔(12)과 반사빔(20)은 경사 입사각으로 윈도우를 통과한다.
도 1 내지 3의 적어도 하나를 참조하면, 굴절(또는 투과) 광학 소자(22)는 시료(만약 적절하다면 윈도우(19)를 경유하여)에 의해 반사된 빔(20)을 수광한다. 상기 굴절 광학 소자(22)는, 그 다음 반사된 빔(20)을 분석기(24)를 통해 포커싱한다.
본 발명에 따라 굴절 소자와 반사 소자가 시료의 각 측에 위치한다는 사실은 소스와 검출기가 시료 상 스폿에 대해 동일 측에 배치된다는 것을 보장하며, 이것은 타원편광계의 디멘젼을 현저히 감소시킨다.
더욱이, 미국 특허 제5 608 526호에 비해, 굴절 광학 소자(22)는 상기 시료와 상기 분석기 사이에 배치된 상기 집속 미러와 연속된 미러를 대치한다. 따라서 굴절 광학 소자(22)에 의해, 본 발명에 따른 분광 타원편광계는 더 소형화하고, 입사빔 및/또는 반사빔의 투과, 특히 편광 상태의 반사빔의 투과는, 투과 렌즈가 반사 소자에 의해 일반적으로 생성되는 편광 위상 변화의 효과를 최소화하는 한, 향상된다.
실제로, 슬롯형의 차단 소자(30)는 상기 분석기(24)의 하부에 제공된다. 상기 슬롯(30)은 분광계(미도시)의 슬롯일 수 있다.
변형예로서, 상기 분석기(24)에 의해 방출된 빔(28)은 슬롯(30)을 경유하여 광섬유(32)로 진행한다.
슬롯(30)의 개구는 바람직하게 광섬유(32)의 입구(34)에 적합하다.
슬롯형의 차단 광학 소자(26)는 상기 시료에 의해 반사된 어떤 레디에이션을 차단하기 위해 광의 전파 방향에 따라 굴절 광학 소자(22)의 하부에 바람직하게 배치된다.
슬롯(26)의 폭은 시료에 의한 반사빔과 관련된 입사각을 결정하고 슬롯의 중심 배열은 반사빔의 측정과 관련된 평균 입사각을 결정한다.
동작 수단(미도시)은 슬롯의 중심 배열 뿐만 아니라 슬롯(26)의 폭을 조절하도록 바람직하게 제공된다.
어떤 실시예에서 슬롯(26)의 폭과 중심은 고정된다.
도 4를 참조하면, 도 1의 분광 타원편광계의 변형예는, 그 내부에 굴절/투과 광학 소자(22)가 회귀 경로(즉 시료와 분석기 사이)에 위치하는 지점에 대해 외부 경로(즉 편광기와 시료 사이) 내 배치되는 것이 도시된다.
도 1의 타원편광계의 소자(2, 4, 6, 8 및 10)는 도 4에 도시되어 있다. 편광된 입사빔(12)은 시료의 법선(N2)에 대해 증가된 입사각(AI)(예를 들어 71˚)에서 상기 굴절/투과 광학 소자(22)를 통해 상기 시료(16) 상에 포커싱된다.
반사빔(20)은 분석기(24)를 향해 진행하도록 미러(14)에 의해 집속된다.
차단 소자(26)는 분석기(24)에 의해 분석되도록 의도된 반사빔(20)의 레디에이션을 정의하도록 미러(14)에 근접하게 배치된다.
거기서도 역시, 굴절 소자(22)와 반사 소자(14)는 동일 측 상에 타원편광계의 조명 암과 분석 암을 위치시키도록 시료의 각 측에 배치된다.
도 5를 참조하면, 다른 굴절/투과 광학 소자(36)가 분석기(24)와 광섬유(32)의 입구(34) 사이에 배치되는 도면의 타원편광계의 변형예가 도시된다. 굴절/투과 광학 소자(36)는 상기 분석기에 의해 방출된 출력 빔(28)을 광섬유(32)의 입구(34)에 포커싱한다. 굴절/투과 광학 소자(36)는 상기 광섬유의 입구에 대해 상기 분석기에 의해 방출되는 출력 빔의 적합을 허용하는 장점을 가지므로, 만약 그 경우가 발생하면, 시료 상에 깊이(즉 XYZ 직교 좌표계의 경우 Z)의 차이점을 보상하는 접합을 허용한다.
굴절/투과 광학 소자(36 및/또는 22)는 바람직하게 단일 또는 복합 투과 렌즈이고, 바람직하게 최소 편광 효과를 구비하며, 복합일 때, 렌즈(22 또는 36)는 관련된 광학 유니트와 함께 색지움 조립체를 형성한다. 게다가, 굴절 광학 유니트는 시스템의 광 투과를 향상시키도록 무반사 코팅을 가질 수 있다. 굴절/투과 광학 소자(22)는, 편광기에 의해 방출된 입사빔(12)이 시료를 향해 통과하는 것을 허용할 수 있고 시료에 의해 방출되는 반사빔(20)을 분석기(24)를 향해 포커싱하도록 집속시킬 수 있는 개구에 따라 한정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 4를 참조하여 설명된 타원편광계의 변형예는 그 내부에 투과 렌즈(36)가 슬롯(30)과 광섬유(32)의 입구(34) 사이에 도입된 것으로 설명된다.
도 7을 참조하면, 도 1의 타원편광계의 변형예는 그 내부에 편광기(10)가미러(14)와 시료(16) 사이에 위치하는 것이 도시된다. 상기 배열은 다른 도면에 설명된 변형예와 조합되어 명백히 사용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 타원편광계의 또 다른 변형예는 그 내부에 렌즈(22)가 광의 전파 방향에 따라 분석기(24)의 하부에 배치되는 것이 보인다. 상기 배열은, 다른 것들과 같이, 다른 도면에 도시된 변형예와 조합하여 명백히 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 5를 참조하여 설명된 타원편광계의 또 다른 변형예가 보인다. 상기 변형예에서, 상기 차단 소자는 도 5의 타원편광계 내에서 하부에 배치되는 대신 투과 렌즈(22)의 상부(광의 전파 방향에 따라)에 배치된다. 더욱이, 차단 소자(40)는 분석기(24)의 상류에 배치된다.
차단 소자(30 뿐만 아니라 26 및 40)는 광학적 방식으로 반사된 빔의 차단을 허용한다.
도 10을 참조하면, 분광 타원편광계의 또 다른 변형예는, 도 9의 타원편광계와 비교하여 그 내부에 차단 소자(40)는 제거되었고, 차단 소자(8)는 도 9를 참조한 대로 상부에 위치하는 대신 편광기(10)의 하부에 배치되는 것으로 설명된다.
광의 전파 방향에 따라 편광기의 하부에 차단 소자(8)의 배열은 소스와 편광기에 의해 방출되는 빗나간 레디에이션을 제거하는 것을 가능하게 하고 소스의 이미지를 편광기의 편의, 편향 및, 색수차 없이 고정된 채로 유지하는 것을 가능하게 한다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 분광 타원편광계의 또 다른 변형예가 도시된다. 변형예에서, 도 10을 참조하여 설명된 것과 비교하여, 분석기(24)의 상부에 보상기(10)가 연속하는 차단 소자(40)가 배치된다. 보상 소자(50)는 미러를 구비한다. 보상 소자(50)의 기능은 측정되는 시료의 성질과 관계없이 편광광의 위상을 최적의 측정 조건에 두기 위해 공지된 값의 편광광의 위상을 변화시키는 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 분광 타원편광계의 또 다른 변형예는 그 내부에 보상 소자(50)가 편광기(10)과 차단 소자(8) 사이에 배치되는 것이 보인다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 타원편광계의 변형예는 그 내부에 파장/입사각(AI)의 교차 분산의 기능이 광의 전파 방향에 따라 슬롯(30)의 하부에 배치되는 어레이(60) 수단에 의해 생성되는 것이 보인다. 어레이(60)는 CCD 매트릭스 유형의 검출기(70) 상에 수평 분광 분산(72)과 입사각(74)에 따른 수직 분산을 생성하는 것을 가능하게 하는 수직선(62)을 구비한다.
도 13에 따른 실시예에서, 슬롯은 상기 기능이 어레이(60)와 매트릭스 검출기(70)에 의해 제공되는 것이므로 입사각을 모두 가지기 위해 제공되지 않는다. 아주 명백히, 소스측 상에 상기 소스를 오프셋시키도록 광섬유를 사용하는 것이 가능하다. 동일하게, 검출측 상에서 광섬유의 도움으로 어레이, 검출기, 분광기, 등의 소자를 오프셋시키는 것이 가능하다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 타원편광 조립체는 그 내부에 소스(2)가 적외선을 방출할 수 있는 것이 보인다.
조립체는 마이켈슨 형의 간섭계(80)를 제공한다. 간섭계(80)는 84정도로 움직일 수 있는 적어도 하나의 미러(82)를 구비한다.
여기의 편광기(10)는 그리드를 가지는 유형이고 IR에 적합하다.
검출 측 상에 렌즈(22), 바람직하게 그리드를 가지는 분석기(24) 및, 분석기(24)의 상부에 배치된 슬롯(90)이 제공된다. 슬롯(90)은 제00 09318호로 2000년 7월 17일에 본 출원인에 의해 출원되고 "고 공간 분해능 적외선 타원편광계"로 명칭된 프랑스 출원을 참조하여 설명된 대로, 시료의 후면으로부터 빗나간 반사를 제거하도록 커터 또는 차단 소자 유형이다.
상기 조립체에서, 검출기(120)는 바람직하게 수은-카드뮴-텔루리움(mercury-cadmium-tellurium), 액체 질소 또는 유사한 유형의 검출기이고 바람직하게 적외선에서 동작하기에 적합하다.
미러(100)는 분석기(24)에 의해 방출되는 빔을 검출기(120)에 유리하게 포커싱한다. 입사각을 선택하기 위한 장치(110)는 검출기에 의한 측정을 위해 입사각의 선택된 범위 내 경사 입사각 하의 시료에 의해 반사되는 레디에이션만을 검출하도록 미러(100)와 바람직하게 결합된다.
도 1 내지 도 14를 참조로 설명된 조립체에서, 굴절 및 반사 소자(22 및 14)는 특히 타원편광계의 디멘젼을 감소시키고 따라서 공간과 중량의 절약을 제공하도록, 시료 상 스폿에 대해 동일 측 상에 소스와 검출기를 배치시키기 위해 시료의 각 측 상에 각각 유리하게 배치된다.
게다가, 소스 측 및/또는 검출 측 상 광섬유의 사용은 또한 이격된 광학 배열을 오프셋시키고 다중송신방식을 용이하게 생성하는 것이 가능한데, 이것은 시간의 절약을 또한 제공한다.
더욱이, 출원인은 조명암과 분석암을 시료에 대해 동일 측 상에 배치시킴으로써, 상기 조명 및 시료 암이 X, Y, 및/또는 Z축에 따라 배치될 수 있는 타원편광 박스 내 수용되는 단일의 동일한 광 헤드 내 배치될 수 있다는 것을 관찰하였다.
도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 상기 도면들은 본 발명에 따른 분광 타원편광계의 조명 및 분석 암을 포함하는 광 헤드(200)를 도시한다. 헤드 또는 박스(200)는 예를 들어 높이 200mm, 길이 315mm, 폭 83mm의 일반적으로 평행육면체 형태이다. 박스(200)는 상기 시료에 대한 법선 상에 배치되도록 의도된 카메라(210)를 유리하게 더 구비한다.
투과 렌즈(22)는 편광된 입사빔(12)을 시료를 향해 통과시키고 반사빔을 분석기(24)를 통해 집속/포커싱하는 것을 허용하기에 적합한 개구를 바람직하게 구비한다.
편광기(10)와 상기 조명 암의 관련된 소자는 제1서포트(220) 내 위치한다. 서포트(220)는 시료와 미러(14)에 대해 도 1 내지 14를 참조하여 가르쳐진 대로 타원편광 측정을 생성하도록 위치한다.
유사하게, 분석기(24)와 상기 분석 암의 관련된 소자는 제2서포트(230) 내 위치한다. 서포트(230)는 시료와 렌즈(22)에 대해 도 1 내지 14를 참조하여 가르쳐진 대로 타원편광 측정을 생성하도록 위치한다. 서포트(230)는 적절한 고정 수단의 도움으로 박스 내에 고정된다.
실제로, 서포트(220)는 편광기(10)와 차단 소자(8)를 구비한다. 상기 조명암은 상기 박스 내부에 수용되는 광섬유(3)를 경유하여 상기 소스(2)에 유리하게 연결되고 박스의 일단부는 따라서 박스(200)의 외부에 배치되는 소스에 연결된다.
실제로, 서포트(230)는 분석기(24), 차단 소자(26), 차단 소자(40) 및, 렌즈(36)를 구비한다. 상기 분광계(미도시)는 상기 박스의 외부에 바람직하게 배치되고 광섬유(32)에 의해 서포트(230)에 연결된다.
동일하게, 상기 검출기 및 상기 처리 수단(미도시)은 박스(200)의 외부 상에 배치되고 광섬유(3 및 32)를 경유하여 박스에 연결된다.
도 16a 및 도 16d를 참조하면, 박스(200)는 입사빔을 상기 시료 상에 길이방향, 측방향 및/또는 수직방향으로 이동하기 위해, X, Y, 및/또는 Z축에 따라 병진운동으로 움직일 수 있다.
그 측 상에 시료 홀더(18)는 고정된 채로 유지될 수 있다. 시료 홀더(18)는 또한 X, Y 및/또는 Z 내 병진운동으로 바람직하게 움직일 수 있다. 게다가, 시료 홀더는 수직축(Z)에 대해 회전 구동가능하다. 상기 시료 홀더는 예를 들어 300mm 지름의 원형 시료를 지지할 수 있다.
조명 및 분석 암을 지지하는 타원편광계용 헤드 또는 박스는 본 발명에 따라 타원편광계의 소형화를 더욱 향상시키는 장점을 가진다. 헤드(200)는 또한 교환가능하고 다중송신가능한 원거리 광학 장치(소스, 검출기, 분광계, 처리 수단....)에 광섬유에 의해 연결되는 장점을 가진다.
헤드(200)를 X 및/또는 Y, 및/또는 Z로 병진운동하는 수단(각각 240, 250 및, 260)은 벨트, 순환 스크류, 또는 등가물을 가지는 수단일 수 있다.
X로의 이동은 예를 들어 300mm의 정도, Y로의 이동은 500mm의 정도이고, Z로의 이동은 100mm 정도이다.
헤드의 이동 수단 뿐만 아니라 헤드(200)와 시료 홀더(18)는 플레이트(270) 상에 바람직하게 배치될 수 있다.
변형예로서, 본 발명에 따른 타원편광계는 광 헤드(200)에 유사한 또 다른 광 헤드(미도시)를 구비할 수 있고 광 헤드(200)에 의해 생성되는 측정에 근접하는 또 다른 타원광학 측정을 생성하도록 광 헤드(200)에 근접하여 배치될 수 있다.
매우 명백히, 다른 배치가 도 1 내지 도 16을 참조로 설명되는 소자에서 가능하다.

Claims (26)

  1. - 광대역 빔(4)을 방출할 수 있는 소스(2);
    - 상기 광대역 빔(4)을 편광시키고, 적어도 하나의 선택된 입사각에 따라 시료(16)를 조명할 수 있는 편광된 입사빔(12)을 생성하는 편광기(10);
    - 조명된 상기 시료(16)에 의해 반사된 빔(20)을 수광하고, 상기 반사된 빔(20)에 응답하여 출력 빔(28)을 생성하는 분석기(24);
    - 상기 출력 빔을 출력 신호로 변환시키는 검출기;
    - 상기 출력 신호를 처리하고, 상기 시료(16) 상 상기 편광된 입사빔(12)의 반사에 기인한 상기 출력 빔의 편광 상태의 위상과 진폭의 변화를 결정하는 처리 수단;
    - 상기 소스(2)와 상기 시료(16) 사이 및/또는 상기 시료(16)와 상기 검출기 사이에 배치되고, 선택된 스폿에 따라 입사 빔(12) 및/또는 반사 빔(20)을 포커싱할 수 있는 적어도 하나의 반사 광학 소자(14);를 구비하며
    상기 반사빔 및/또는 상기 입사빔을 집속하고 포커싱하도록 상기 시료(16)와 상기 검출기 사이 및/또는 상기 소스(2)와 상기 시료(16) 사이에 배치되는 적어도 하나의 제1굴절 광학 소자(22)를 더 구비하고, 이것은 적어도 하나의 굴절 소자(22) 및 반사 소자(14)를 상기 시료(16)의 각 측에 배치시키는 것을 가능하게 하고 따라서 상기 소스와 검출기를 상기 스폿에 대해 동일 측 상에 위치시키는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 유형의 분광 타원편광계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료(16)는 상기 시료의 법선(N2)에 대해 큰 입사각(AI)에 따라 조명되는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입사빔 및/또는 상기 반사빔은, 상기 입사빔 및/또는 반사빔이 상기 제1굴절 광학 소자(22)에 대해 실질적으로 직교하는 반면, 상기 반사 광학 소자(14)에 대한 법선(N1)에 대해 작은 입사각(a1)을 가지는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분석기(24)를 검출기, 분광기, 분광계, 간섭계 및, 그와 같은 것에 의해 형성되는 군에 속하는 유형의 광학 장치에 연결할 수 있는 제1광섬유(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분석기(24)와 상기 제1광섬유(32)의 입구(34) 사이에 배치되는 제2굴절 광학 소자(36)를 더 구비하고, 상기 제2굴절 광학 소자(36)는 상기 분석기에 의해 방출된 출력 빔을 상기 제1광섬유(32)의 입구내로 포커싱할 수 있는 것을 특징으로하는 타원편광계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소스(2)를 상기 편광기(10)로 연결할 수 있는 제2광섬유(3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1굴절 광학 소자(22)는 단일 또는 복합 투과 렌즈이며, 바람직하게는 최소 편광 효과를 구비하고, 관련된 광학 유니트와 색지움 조립체를 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2굴절 광학 소자(36)는 단일 또는 복합 투과 렌즈이며, 바람직하게는 최소 편광 효과를 구비하고, 관련된 광학 유니트와 색지움 조립체를 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1굴절 광학 소자(22)는 상기 편광된 입사빔(12)을 통과시키고 상기 반사빔(20)을 집속하는 것을 허용할 수 있는 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  10. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광의 전파 방향에 따라 상기 시료(16)의 상부 또는 하부에, 상기 편광기(10)와 상기 분석기(24) 사이에 배치되는 보상 광학 소자(50)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  11. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광의 전파 방향에 따라 상기 편광기(10)의 상부 또는 하부에 배치되는 차단 광학 소자(8)를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  12. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1굴절 광학 소자(22)의 상부 또는 하부에 배치되는 차단 광학 소자(26)를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  13. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석기(24)의 상부에 배치되는 차단 광학 소자(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 보상 광학 소자(50)는 상기 편광기(10)의 후방 및 상기 차단 소자(8)의전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  15. 제10항 또는 제13항에 있어서,
    상기 보상 광학 소자(50)는 상기 차단 광학 소자(40)의 후방 및 상기 분석기(24)의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  16. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1굴절 소자(22)는 상기 광의 전파 방향에 따라 상기 분석기(24)의 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  17. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광기(10)는 상기 광의 전파 방향에 따라 상기 굴절 소자(14)의 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  18. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광의 전파 방향에 따라 상기 분석기(24)의 하부에 탑재되는 분산 소자(60)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  19. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광의 전파 방향에 따라 상기 편광기(10)의 상부에 위치하는 간섭계(80)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  20. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석기(24)와 상기 분석기와 관련된 광학 소자 뿐만 아니라 상기 편광기(10)와 상기 편광기에 관련된 상기 광학 소자는 단일의 동일한 광 헤드(200) 내 위치하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광 헤드(200)는 상기 입사빔을 상기 시료 상에 길이방향 및/또는 측방향으로 변위하도록 X축 및/또는 Y축에 따라 병진운동으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 광 헤드(200)는 상기 입사빔을 상기 시료상 높이에서 변위시키기 위해 Z축에 따라 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  23. 제1항 내지 제22항에 있어서,
    고정된 시료 홀더(18)를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  24. 제1항 내지 제22항에 있어서,
    X, Y 및/또는 Z축으로 움직일 수 있거나 및/또는 Z축에 대해 회전 구동가능한 시료 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  25. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시료 표면에 대해 실질적으로 평행한 평면 내에 배치되고 이것을 통해 상기 입사빔(12)과 상기 반사빔(20)이 경사 입사로 통과하는 윈도우(19)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 광 헤드(200)에 의해 생성되는 측정에 근접한 또 다른 타원편광 측정을 허용하도록 상기 광 헤드에 근접하게 배치될 수 있는 또 다른 광 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 타원편광계.
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