KR20090087812A - 편향각을 자기 보상하는 무색수차화 리타더 - Google Patents

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엠. 허찡어 크레그
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Abstract

본 발명은 거의 무색수차화하는 다중 요소로 이루어진 보상기 시스템으로서, 넓은 스펙트럼 영역(예컨대, 190 내지 1700nm)에 걸쳐 회전 보상기 분광 타원계 및/또는 편광계 시스템으로 사용될 수 있는 보상기 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 다중 내부 전반사로 인해 유입되는 전자기 복사 빔에 위상차가 부여되고, 상기 다중 요소들은 시스템의 위치 및/또는 회전 상의 변화로 초래되는 입력 빔 각도에 대한 순 위상차 상의 변화를 최소화하도록 배치된다.
타원계, 편광계, 위상차, 내부 전반사, 평행사변형 마름모, 직각 프리즘

Description

편향각을 자기 보상하는 무색수차화 리타더{DEVIATION ANGLE SELF COMPENSATING SUBSTANTIALLY ACHROMATIC RETARDER}
본 발명은 편광된 전자기 복사 빔의 직교 성분들 사이에 위상차를 부여하는 리타더에 관한 것으로서, 더 상세하게는 위상차를 생성하기 위해 편향되지 않도록 투과되는 단일 빔을 다중으로 내부 전반사시키는 다수의 연속된 요소로 이루어진 거의 무색수차화하는 리타더에 관한 것이다. 이러한 반사는 시스템의 평행이동 및 회전과 함수관계를 이루는, 입력 빔 각도에 따른 순 위상차의 변화를 넓은 스펙트럼 영역(예컨대, 190 내지 1700nm)에 걸쳐 최소화하도록 형성된다. 상기 리타더는 회전 보상기 타원계 또는 편광계로 사용하는데 적합하다.
넓은 스펙트럼 영역에 걸쳐 만족스러운 타원계(ellipsometer) 및/또는 편광계(polarimeter) 성능을 획득하기 위해, 보상기(compensator)를 기초로 하는 타원계 및/또는 편광계 구성은 전 스펙트럼 영역에 걸쳐 허용가능한 일정 영역 내의 위상차(retardance)를 제공하는 보상기 요소를 필요로 한다. 종래에는 이러한 보상기 요소로서 회전하는 석영 또는 MgF2의 복굴절 파장판 구성을 사용하였다. 단일 파장판은 파장에 대한 위상차에서 (1/파장)에 의존하는 반면, 미국특허 제6,353,477호에 기술된 것과 같이 이중/다중 파장판 구성은 (1/파장)에 대한 의존도((1/wavelength) dependence)를 최소화할 수 있다.
본 발명과 관련하여, 공지되어 있는 관련 특허는 아래와 같다.
미국특허 제5,706,212호 발명자 톰슨 등;
미국특허 제6,353,477호 발명자 조 등;
미국특허 제5,963,325호 발명자 조 등;
미국특허 제6,141,102호 발명자 조 등;
미국특허 제6,084,675호 발명자 헤르징거 등, 미국특허 제6,118,537호 발명자 조 등;
미국특허 제6,100,981호 발명자 조 등;
미국특허 제6,084,674호 발명자 조 등;
미국특허 제6,084,675호 발명자 헤르징거 등.
2007년 6월 28일에 공개된 특허출원은 최근 US 2007/0146706 A1으로 지정되었다.
현재에도 개선된 특성을 갖는 추가의 리타더(retarder) 시스템을 제공할 필요가 있다.
먼저, 본 발명은 타원계 또는 편광계 시스템에서 사용될 수 있으며, 상기 타원계 또는 편광계 시스템은,
a) 전자기 복사 소스;
b) 편광자(polarizer);
c) 샘플을 지지하는 받침대(stage);
d) 검광자(analyzer); 및
e) 검출기;를 포함하고,
상기 타원계 또는 편광계 시스템은 하나 이상의 회전가능한 보상기를 더 포함하며, 상기 회전가능한 보상기는,
상기 전자기 복사 소스와 상기 샘플을 지지하는 받침대 사이; 및
상기 샘플을 지지하는 받침대와 상기 검출기 사이;로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 위치에 제공되고,
상기 하나 이상의 회전가능한 보상기는 상기 둘 이상의 연속된 요소(sequential element)를 포함하며, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 유입되는 전자기 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사(total internal reflection)되도록 배향되고, 상기 연속된 요소의 순서, 방향, 기하구조, 및 대칭성은 출력 빔의 궤적이 상기 타원계 또는 편광계 시스템의 평행이동(translation)에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않고(undeviate) 출력 빔 각도의 궤적이 상기 타원계 또는 편광계 시스템의 회전에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않도록 형성된다.
본 발명은 편광된 전자기 빔의 직교 성분(orthogonal component) 사이에 상대적인 위상 지연(phase retardation)을 부여하는 시스템이다. 상기 시스템은 둘 이상의 연속된 요소로 구성되고, 상기 빔은 상기 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사된다. 중요한 점은, 상기 시스템의 요소들의 순서, 방향, 기하구조, 및 대칭성은 유출되는 출력 빔의 궤적이 상기 시스템의 평행이동에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않고 유출되는 출력 빔의 각도가 상기 시스템의 회전에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않도록 형성된다는 점이다.
일 실시형태에 따르면, 상기 요소는 두 개의 삼각형 프리즘(triangular shaped prism)으로 구성된다. 비제한적인 바람직한 구성에 따르면, 상기 삼각형 프리즘의 각도는 26°, 128°, 26°이고, 상기 삼각형 프리즘은 예컨대 용융 실리카(fused silica)로 제조될 수 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 상기 요소로서 두 개의 평행사변형 마름모(parallelogram shaped rhomb)가 사용된다. 비제한적인 바람직한 구성에 따르면, 상기 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144° 또는 45°, 235°, 45°, 235°이고, 상기 평행사변형 마름모도 예컨대 용융 실리카로 제조될 수 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 상기 요소로서 4개의 직각 프리즘(right angle prism)이 사용된다. 비제한적인 바람직한 구성에 따르면, 상기 직각 프리즘의 각도는 45°, 90°, 45°이고, 상기 직각 프리즘도 예컨대 용융 실리카로 제조될 수 있다.
또한, 상기 시스템의 요소들을 정렬시켜 상기 시스템으로 입력되는 빔의 궤적과 출력 빔 궤적 사이의 편향을 감소시키기 위해, 상기 요소들 중 하나 이상의 요소는 또 다른 요소에 대해 상기 요소들 중 하나 이상의 요소를 평행이동 및/또는 기울이는 메카니즘을 포함할 수 있다.
본 발명은, 유입되는 전자기 빔의 직교 편광된 성분에 상대적인 위상 지연을 부여하는 위상 지연 시스템으로서, 상기 위상 지연 시스템은 둘 이상의 연속된 요소로 구성되고, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 상기 유입되는 전자기 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되며,
상기 연속된 요소의 순서, 방향, 기하구조, 및 대칭성은 출력 빔의 위치가 상기 위상 지연 시스템의 평행이동에 의해 거의 편향되지 않고 출력 빔 각도가 상기 위상 지연 시스템의 회전에 의해 거의 편향되지 않도록 형성되는 위상 지연 시스템이라고 할 수 있다.
상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 유사한 삼각형 프리즘일 수 있으며, 상기 삼각형 프리즘은 각각,
서로 90°이상의 각도를 이루며 뻗어있고 길이가 동일한 제1 면과 제2 면, 및
상기 90°이상의 각도를 이루는 부분의 맞은편 위치한 제3 면을 포함하며,
상기 둘 이상의 유사한 삼각형 프리즘은 서로 상기 삼각형 프리즘의 제3 면들이 거의 동일선 상에 놓이도록 배향되어,
제1 삼각형 프리즘의 상기 제1 면에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 삼각형 프리즘의 제3 면에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 또 다른 삼각형 프리즘의 제1 면에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 삼각형 프리즘의 제2 면에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제3 면에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제2 면에서 유출되도록 구성된다. 상기 삼각형 프리즘의 각도는 26°, 128°, 26°일 수 있고, 상기 삼각형 프리즘은 용융 실리카로 제조될 수 있다.
상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 평행사변형 마름모일 수 있으며, 상기 평행사변형 마름모는 각각 제1 면, 제2 면, 제3 면, 및 제4 면을 가지며, 상기 제1 면과 제3 면은 서로 평행하고, 상기 제2 면과 제4 면도 서로 평행하며, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제1 면과 제2 면 사이, 및 상기 제3 면과 제4 면 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 상기 제1 평행사변형 마름모의 상기 제2 면과 제3 면 사이, 및 상기 제1 면과 제4 면 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만나며, 제2 평행사변형 마름모는 상기 제1 평행사변형 마름모와 거울상처럼 배치되고,
상기 둘 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모의 제2 면들이 거의 동일선 상에 놓이고 제4 면들도 거의 동일선 상에 놓이도록 배향되어,
상기 제1 평행사변형 마름모의 제1 면에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 평행사변형 마름모의 제4 면과 제2 면에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 상기 제2 평행사변형 마름모의 제1 면에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 평행사변형 마름모의 제3 면에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제2 평행사변형 마름모의 제2 면과 제4 면에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 제2 평행사변형 마름모의 제3 면에서 유출되도록 구성된다. 상기 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144° 또는 45°, 135°, 45°, 135°일 수 있고, 용융 실리카로 제조될 수 있다.
상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 평행사변형 마름모일 수 있으며, 상기 평행사변형 마름모는 각각 제1 면, 제2 면, 제3 면, 및 제4 면을 가지며, 상기 제1 면과 제3 면은 서로 평행하고, 상기 제2 면과 제4 면도 서로 평행하며, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제1 면과 제2 면 사이, 및 상기 제3 면과 제4 면 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 상기 제1 평행사변형 마름모의 상기 제2 면과 제3 면 사이, 및 제1 면과 제4 면 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만나며, 제2 평행사변형 마름모는 거울상처럼 구성되고,
상기 둘 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모들의 제1 면과 제3 면들이 서로 거의 평행하도록 배향되어,
상기 제1 평행사변형 마름모의 제1 면에 전자기 복사 빔이 거의 수직으로 유입하면, 이후 상기 전자기 복사 빔은 제1 평행사변형 마름모의 제4 면과 제2 면에서 내부로 반사되도록 진행하고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 제2 평행사변형 마름모의 제1 면에 거의 수직으로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 평행사변형 마름모의 제3 면에서 유출되며, 이후 상기 전자기 복사 빔은 상기 제2 평행사변형 마름모의 제2 면과 제4 면에서 내부로 반사되도록 진행하고, 이후 상기 제2 평행사변형 마름모의 제3 면에서 유출되며,
하나 이상의 평행사변형 마름모의 면들 중 하나 이상의 면은 상응하는 평행사변형 마름모의 소재와 굴절률이 상이한(예컨대, 낮은) 코팅을 가지도록 구성된다. 상기 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144° 또는 45°, 135°, 45°, 135°일 수 있고, 상기 평행사변형 마름모는 용융 실리카로 제조되고 상기 코팅은 MgF2로 제조될 수 있다.
상기 요소는 넷 이상의 연속된 요소일 수 있으며, 상기 전자기 빔은 상기 넷 이상의 연속된 요소에서 각각 한 번씩 내부 전반사되며, 상기 넷 이상의 연속된 요소는 각각 직각 프리즘이고, 상기 직각 프리즘은 각각 직각 프리즘의 직각부분에 인접한 직각 면과 상기 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽에 위치한 직각부분 반대쪽 면을 가지며; 상기 직각 프리즘들은 측면도 상으로 보았을 때, 제1 직각 프리즘은 상기 제1 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면이 우측 아래쪽을 향하고 상기 제1 직각 프리즘 바로 위에 제2 직각 프리즘이 구비되도록 배치되며, 상기 제2 직각 프리즘은 제2 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면이 좌측 위쪽을 향하고 상기 제2 직각 프리즘의 바로 우측에 제3 직각 프리즘이 구비되도록 배치되며, 상기 제3 직각 프리즘은 제3 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면이 우측 위쪽을 향하고 상기 제3 직각 프리즘의 바로 아래에 제4 직각 프리즘이 구비되도록 배치되며, 상기 제4 직각 프리즘은 제4 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면이 좌측 아래쪽을 향하도록 배치되도록 구성된다. 상기 직각 프리즘의 각도는 45°, 90°, 45°일 수 있고, 상기 직각 프리즘은 용융 실리카로 제조될 수 있다.
상술한 모든 실시형태들은,
상기 시스템을 정렬시켜 출력 빔이 상기 입력 빔으로부터 거의 편향되지 않도록 하기 위해, 상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소가 요소를 평행이동 및/또는 기울이는 메카니즘을 구비하는 연속된 요소;
상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소가 상기 요소의 표면에 코팅을 구비하고, 상기 표면에서 전자기 복사 빔이 내부로 반사되며, 상기 코팅은 상응하는 요소의 소재와 상이한 굴절률을 가지는 연속된 요소;
상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소가 상기 요소의 표면에 코팅을 구비하고, 상기 표면을 통해 전자기 복사 빔이 유입 또는 유출되며, 상기 코팅은 상응하는 요소의 소재와 상이한 굴절률을 가지는 연속된 요소;
전자기 빔의 직교 편광된 성분에 상대적인 위상 지연을 부여하는 상기 시스템에 제공되는 추가적인 다중 연속 웨지 시스템으로서, 상기 시스템을 정렬시켜 출력 빔이 상기 입력 빔으로부터 거의 편향되지 않도록 하기 위해, 상기 다중 연속 웨지 시스템 중 하나의 웨지(wedge)가 또 다른 웨지에 대해 회전하거나 및/또는 두 개의 웨지가 동시에 회전할 수 있는 다중 연속 웨지 시스템;으로 구성된 그룹에서 하나 이상을 선택하여 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 둘 이상의 연속된 요소를 포함하는 보상기 시스템으로서, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 유입되는 전자기 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되고, 상기 연속된 요소의 순서, 방향, 기하구조, 및 대칭성은 상기 보상기 시스템의 출력 빔의 궤적이 상기 보상기 시스템의 평행이동에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않고 출력 빔 각도의 궤적이 상기 보상기 시스템의 회전에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않도록 형성되는 보상기 시스템을 제공하는 방법으로서,
a) 전자기 빔의 직교 편광된 성분에 상대적인 위상 지연을 부여하는 시스템으로서, 상기 시스템은 둘 이상의 연속된 요소로 구성되고, 상기 전자기 빔은 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되는 시스템을 제공하는 단계;
b) 전자기 복사 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소의 제1 요소를 통해 유입되도록 하고, 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되면서 상기 둘 이상의 연속된 요소를 통과하도록 하는 단계;를 포함하고,
이에 의해, 상기 연속된 요소로 유입되어 내부 전반사를 통해 유출되는 빔이 위상차를 갖게 되고, 상기 유출되는 빔의 궤적이 유입하는 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않게 되는, 보상기 시스템을 제공하는 방법이 제공된다.
상기 둘 이상의 연속된 요소 중 하나 이상의 요소의 하나 이상의 표면에는 코팅이 제공될 수 있고, 상기 코팅은 상기 요소를 구성하는 소재의 굴절률보다 작거나 큰 굴절률을 가질 수 있다.
상기 보상기 시스템을 제공하는 방법은, 상기 시스템에 추가적인 다중 연속 웨지 시스템을 제공하는 단계로서, 상기 시스템을 정렬시켜 상기 제4 직각 프리즘의 출력 빔이 상기 제1 직각 프리즘의 입력 빔으로부터 거의 편향되지 않도록 하기 위해, 상기 다중 연속 웨지 시스템 중 하나의 웨지가 또 다른 웨지에 대해 회전하거나 및/또는 두 개의 웨지가 동시에 회전할 수 있는 다중 연속 웨지 시스템을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 구체적인 실시예를 통하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 두 개의 복굴절 파장판을 포함하는 리타더로부터 생성되는 위상차를 분광 영역에 걸쳐 도시한 도면이다.
도 2는 타원계측 매개변수 N, C, S의 실효(RMS) 노이즈를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 용융 실리카/공기 경계면에서 내부 각 및 파장(주어진 각도에서)에 대한 위상차를 도시한 도면이다.
도 3c는 도 4c에 도시된 시스템의 용융 실리카/공기 경계면에서 파장(주어진 각도에서)에 대한 위상차를 도시한 도면이다.
도 3d는 도 4c에 도시된 시스템의 반사면에 굴절률이 상이한 코팅이 구비된 경우의 도 3c의 결과를 도시한 도면이다.
도 4a는 평행이동되는 결과를 예증하는 일반적인 1/4 파장 90°위상차 프레 넬 마름모를 도시한 도면이다.
도 4b는 빔이 편향되지 않도록 두 개의 프레넬 마름모가 결합될 수 있는 방식을 도시한 도면이다.
도 4c는 도 4b의 시스템에 대한 변형예로서, 4개의 직각 프리즘과, 도 12b에 도시된 것과 같은 광학 웨지 요소를 포함하는 변형예를 도시한 도면이다.
도 4d는 각각 도 4c에 도시된 2개의 직각 프리즘과 등가를 이루는 두 개의 프레넬 마름모와, 두 개의 웨지가 빔이 편향되지 않도록 결합될 수 있는 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 각도가 26°, 128°, 26°인 2개의 이등변삼각형 프리즘을 도시한 도면이다.
도 6은 각도가 36°, 144°, 36°, 144°인 2개의 평행사변형 마름모를 도시한 도면이다.
도 7a, 7b, 8a, 8b는 요소들이 위쪽 또는 아래쪽으로 평행이동되어도 유출되는 빔이 변화되지 않는 모습을 도시한 도면이다.
도 9a, 9b, 10a, 10b는 신규한 리타더 구성의 가장 유용한 특성으로서, 입력 빔의 각도가 변화하여도 투과되는 빔의 각도가 변화하지 않는 특성을 도시한 도면이다.
도 11a 내지 11f는 빔 각도가 일정하게 변하는 경우 빔의 편광 특성이 프사이(PSI)와 델타(DELTA)의 면에서 매우 작게 변화함을 도시한 도면이다.
도 12a는 두 개의 연속된 요소 중 하나의 요소가 평행이동 및 회전할 수 있 는 리타더 시스템을 예증하는 도면이다.
도 12b는 둘 사이에서 상대적으로 회전할 수 있는 두 개의 웨지 시스템을 도시한 도면이다.
도 13은 하나 이상의 회전가능한 보상기를 포함하는 기본적인 타원계 또는 편광계 시스템을 도시한 도면이다.
도 14는 분광 회전 보상기를 통해 재료 시스템을 조사하는 시스템을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 타원계 또는 편광계 시스템을 도시한 도면이다.
도 16은 도 13, 14, 15의 시스템과 같은 시스템들이 내부에 제공될 수 있는 환경 챔버를 도시한 도면이다.
도 17은 환경 챔버(CHA) 내에 제공된 전체 타원계 또는 편광계를 도시한 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 두 개의 복굴절 파장판을 포함하는 리타더의 결과가 도시되어 있다. 위상차는 190 내지 1700nm의 일반적인 자외선-가시광선-근적외선(UV-VIS-NIR) 스펙트럼 영역에 걸쳐 35°내지 130°로 변화함을 주목할 필요가 있다. 도 2는 회전 보상기 타원계(RCE)와 이중 회전 보상기 타원계(이중-RCE) 구성에 대하여 타원계측 매개변수(ellipsometric parameter)인,
N = cos(2ψ);
C = sin(2ψ)cos(Δ);
S = sin(2ψ)sin(Δ);의 실효(RMS) 노이즈를 보상기 위상차와 함수관계로 도시한 도면이다. 도 13에는 여기에서 고려되는 하나 또는 두 개의 보상기(C,C',C'')를 가진 회전 보상기 타원계(RCE)의 구조가 자세히 도시되어 있다. 또한, 상기 회전 보상기 타원계(RCE) 구성을 위해, 80° 내지 160°의 위상차를 유지하도록 결정하는 것이 바람직하다고 나타났는데, 이는 상대적인 RMS N,C,S 노이즈를 2.0 이하로 유지할 수 있기 때문이다. 이점에 있어, 이중-RCE 구성은 60°내지 160°의 위상차 영역에 걸쳐있어 약간 더 유리하다. 도 1 및 도 2에 따르면, 전자기 복사 빔이 통과하는 복굴절 파장판을 사용하면, 회전 보상기 타원계 시스템이 넓은 스펙트럼 영역에서 시스템의 노이즈 성능과 절충할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 내용과 관련하여, 위상차를 생성하는 대안적인 접근법으로 내부 전반사를 이용하는 방식이 알려져 있다. 도 3a 및 도 3b는 용융 실리카/공기 경계면에서 내부 각 및 파장(주어진 각도에서)에 대한 위상차를 도시한다. 주목할 점은, 내부 전반사 이용시 파장에 대한 위상차의 변화가, 복굴절로 유도되는 위상차의 (1/파장) 의존도와 비교할 때 매우 작다는 점이다. 이에 따라, 이러한 효과를 손쉽게 얻을 수 있는 프레넬 마름모 리타더를 사용할 수 있다. 그러나, 일반적인 1/4 파장 프레넬 마름모 구성은 빔을 현저하게 평행이동시키고, 위상차도 빔 각도와 함수관계를 이루며 현저하게 변화되므로, 현실적으로는 회전 보상기 유형의 타원계 또는 편광계 구성에서 프레넬 마름모를 사용할 수 없다. 도 4a에는 일반적인 1/4 파장 90°위상차 프레넬 마름모(1/4 wave 90 degree retardance Fresnel Rhomb)가 도시 되어 있으며, 이는 평행이동되는 결과를 예증하고 있다. 도 4b는 빔이 거의 평행이동되지 않도록 두 개의 프레넬 마름모를 결합하는 공지된 접근방식을 도시한다. 상기 마름모는 각각 제1 면(RS1), 제2 면(RS2), 제3 면(RS3), 및 제4 면(RS4)를 가지며, 상기 제1 면(RS1)과 제3 면(RS3)은 서로 평행하고, 상기 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)도 서로 평행하며, 제1 프레넬 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이, 및 상기 제3 면(RS3)과 제4 면(RS4) 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 상기 제1 프레넬 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이, 및 상기 제1 면(RS1)과 제4 면(RS4) 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만난다. 주목할 점은 상술한 둘 이상의 평행사변형 마름모들은, 이 마름모들의 제1 면(RS1)과 제3 면(RS3)들이 서로 거의 평행하게 되도록 배향된다는 점이다. 상기 제1 프레넬 마름모의 제1 면(RS1)에 거의 수직으로 유입하는 전자기 복사 빔을 사용하는 경우, 상기 빔은 제1 프레넬 마름모의 제4 면(RS4)과 제2 면(RS2)에서 내부로 반사되도록 진행하며, 이후 제2 프레넬 마름모의 제1 면(RS1)에 거의 수직으로 유입할 수 있는 방향을 따라 제1 프레넬 마름모의 상기 제3 면(RS3)에서 유출되고, 이후 상기 제2 프레넬 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)에서 내부로 반사되도록 진행하며, 제2 프레넬 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출된다. 상기 시스템은, 하나 이상의 평행사변형 마름모의 면들(RS1,RS2,RS3,RS4) 중 하나 이상의 면이 상술한 상응하는 평행사변형 마름모의 소재와 굴절률이 상이한 코팅을 가진다는 점에서 공지된 구성과 구별된다. 바람직한 실시예에 따르면, 이는 각 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)에 코팅된다. 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144° 또는 45°, 135°, 45°, 135°일 수 있으며, 상기 마름모는 용융 실리카로 제조될 수 있고, 상기 코팅은 더 작은 굴절률을 갖는 소재(예컨대 MgF2)로 제조될 수 있다.
도 4c에는 표면에 코팅이 없으나 신규한 것으로 간주되는 도 4b에 대한 변형예가 도시되어 있다. 도면에는 4개의 유사한 직각 프리즘(즉, 제1 직각 프리즘(ra), 제2 직각 프리즘(rb), 제3 직각 프리즘(rc), 및 제4 직각 프리즘(rd))이 도시되어 있는데, 이들은 각각 직각부분의 반대편에 면(ha,hb,hc,hd)을 가지고 있다. 도 4c에 도시된 것과 같이, 제1 직각 프리즘(ra)은 제1 직각 프리즘의 직각부분 반대편에 위치한 면(ha)이 우측 아래쪽을 향하도록 배치된다. 제1 직각 프리즘(ra) 바로 위에는 제2 직각 프리즘(rb)이 배치되고, 이는 제2 직각 프리즘의 직각부분 반대편에 위치한 면(hb)이 좌측 위쪽을 향하도록 배치된다. 제2 직각 프리즘(rb)의 바로 오른쪽에는 제3 직각 프리즘(rc)이 배치되고, 이는 제3 직각 프리즘의 직각부분 반대편에 위치한 면(hb)이 우측 위쪽을 향하도록 배치된다. 마지막으로, 제3 직각 프리즘(rc)의 바로 아래에는 제4 직각 프리즘(rd)이 배치되고, 이는 제4 직각 프리즘의 직각부분 반대편에 위치한 면(hd)이 좌측 아래쪽을 향하도록 배치된다. 직각 프리즘의 직각부분에 인접한 각 요소(ra,rb,rc,rd)의 면들은 "직각 면(right angle side)"으로 지칭할 수 있음을 알려둔다. 또한 주목할 점은, 요소(ra,rb,rc,rd)의 직각부분 반대편에 위치한 면들이 상이한 굴절률을 갖는 소재로 코팅될 수 있다는 점이다(예컨대 상기 요소가 용융 실리카로 이루어진 경우, 이 코팅은 더 작은 굴절률을 갖는 35nm의 MgF2 등일 수 있음). 이러한 코팅은 직각 프리 즘의 직각부분 반대편에 위치한 면으로부터 내부 전반사에 의해 유입되는 위상차를 위상지연의 영역으로 거의 무색수차화(achromatic)될 수 있게 한다. 또한 도 4c에는 두 개의 광학 웨지 요소(w1,w2)가 도시되어 있는데, 이는 도 12b와 관련하여 기술될 것이다. 주목할 점은, 도 4b의 구성도 마름모의 외부 반사면에 코팅이 가해지면 신규한 것으로 간주될 수 있다는 것이다. 도 4d는 도 4c에 도시된 4개의 직각 프리즘(ra+rb, rc+rd)과 등가인 두 개의 프레넬 마름모(R1,R2)와 두 개의 웨지(w1,w2)가, 이를 통과하는 빔(B)이 편향되지 않도록 결합되는 방법을 도시한다. 마름모의 각도는 45°, 135°, 45°, 135°이다. 여기에서도 도 4b의 시스템과 같이, 마름모를 구성하는 소재와 상이한 굴절률을 갖는 코팅이 마름모의 표면에 제공될 수 있다.
주목할 점은, 도 4b 및 도 4d의 실시예에서 일반적으로 빔(B)은 유입되는 표면(예컨대, 도 4d에서 RS1)과 정확히 수직을 이루는 방향으로 유입되지 않는다는 것이다. 이는 원치않는 편광 소멸현상을 유발하는 1차 빔의 2차 바운스(secondary bounce)를 방향전환시킬 수 있는데, 이러한 빔 유입 궤적은 표면에 "거의 수직(substantially normal)"하다고 말할 수 있으며, 이와 같이 수직을 벗어난 각도(off-normal angle)는 상술한 반사를 방향전환(divert)시키기에 충분하다. 일반적으로 수직을 벗어난 각도는 약 3°이고, 이는 투과되는 2차 빔을 약 6°만큼 편향시킨다. 이는 1차 빔에서 투과되는 빔을 분리(separation)하기에 충분하다. 또한, 도 12b에 도시된 것과 같이, 웨지(w1,w2)는 빔(B)이 편향되지 않도록 서로에 대해 및/또는 동시에 회전할 수 있다.
도 3c는 도 4c에 도시된 시스템의 용융 실리카/공기 경계면에서 내부 각 및 파장(주어진 각도에서)에 대한 위상차를 도시한 도면이고, 도 3d는 도 4c에 도시된 시스템의 반사면에 굴절률이 상이한 코팅이 구비된 경우의 도 3c의 결과를 도시한 도면이다. 도 3a 및 도 3c는 위상차가 입사각 45°근처에서 파장 및 입사각의 함수관계에 따라 급격하게 변화함을 나타낸다. 4번의 반사로부터 생성되는 총 위상차는 190nm일 때 180°에서 1700nm일 때 90°이하까지 변화한다. 도 3d는 요소(ra,rb,rc,rd)의 직각부분 반대쪽 면에 코팅을 포함하면 상술한 결과를 더 무색수차화할 수 있음을 나타낸다. 예컨대, 상기 요소(ra,rb,rc,rd)가 용융 실리카로 구성되고, 코팅이 30 내지 45nm의 MgF2라면, 상술한 시스템에서 4번의 내부 전반사로 인한 총 위상지연은 190 내지 1700nm의 파장 영역에 걸쳐 116° 내지 136°이다.
또한, 본 발명의 리타더 구성은 필요한 양의 위상차를 제공하기 위해 짝수 번의 다중 내부 전반사를 이용한다. 또한, 반사의 기하구조는 입력 빔 각도 상의 일정한 변화가 내부 반사각에서 정반대의 변화를 일으키도록 형성되므로(상술한 각도에 대한 위상차 곡선 상의 경사도는 작은 각도 영역에서 상대적으로 선형이므로), 시스템의 순 위상지연(net retardation)은 빔 각도 상의 작은 변화로 인해 1차(first order)로 변하지 않는다. 도 5에는 신규한 리타더 시스템의 일 실시예가 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 이는 두 개의 이등변삼각형 프리즘으로 구성되고, 이들 각각은 26°, 128°, 26°의 각도를 갖는다. 각각의 삼각형 프리즘은,
서로 90°이상의 각도를 이루며 뻗어있고 길이가 동일한 제1 면(TS1)과 제2 면(TS2), 및
상기 90°이상의 각도부분의 맞은편 위치한 제3 면(TS3)을 포함하며,
둘 이상의 유사한 상기 삼각형 프리즘은 서로에 대해 프리즘의 제3 면(TS3)들이 거의 동일선 상에 놓이도록 배향되어,
제1 삼각형 프리즘의 상기 제1 면에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 삼각형 프리즘의 제3 면에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 또 다른 삼각형 프리즘의 제1 면에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 삼각형 프리즘의 제2 면에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제3 면에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제2 면에서 유출된다. 이 프리즘은 용융 실리카로 제조될 수 있다.
도 6에는 신규한 리타더 시스템의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 이는 두 개의 평행사변형 마름모로 구성되고, 이들 각각은 36°, 144°, 36°, 144°의 각도를 갖는다. 상기 평행사변형 마름모는 각각 제1 면(RS1), 제2 면(RS2), 제3 면(RS3), 및 제4 면(RS4)을 가지며, 상기 제1 면(RS1)과 제3 면(RS3)은 서로 평행하고, 상기 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)도 서로 평행하며, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이, 및 상기 제3 면(RS3)과 제4 면(RS4) 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이, 및 상기 제1 면(RS1)과 제4 면(RS4) 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만난다. 이러한 둘 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모들의 제2 면(RS2)들이 거의 동일선 상에 놓이고 제4 면(RS4)들도 거의 동일선 상에 놓이도록 배치되어, 상기 제1 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 평행사변형 마름모의 제4 면(RS4)과 제2 면(RS2)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 상기 제2 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제2 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 제2 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출된다. 상기 평행사변형 마름모는 용융 실리카로 제조될 수 있다.
주목할 점은, 도 5 및 도 6의 실시예는 각각 빔이 유입되고 유출되는 입력 표면 및 출력 표면을 가지며, 상기 표면들은 사용되는 빔을 굴절시키는 역할을 한다는 점이다. 내부 전반사가 일어나는 다른 표면들은 위상차를 부여하는데 사용된다. 주목할 점은 굴절 경계면에서의 프레넬 손실이 직교 편광된 빔에 대해 상대적인 감쇠(relative attenuation)를 초래한다는 것이다. 직교 빔은 일반적으로 입사면에 평행 및 직각으로 편광된 빛에 대해 p 및 s 로 표기된다. 광학 요소의 상대적인 감쇠와 위상지연은 표준 타원계측 정의식과 유사한 아래의 방정식에 의해 정량화될 수 있다. 이 경우, Tp 및 Ts는 프리즘을 통해 투과되는 직교 빔의 복소 진폭이고, (ψ)는 상대적인 감쇠이며, (Δ)는 위상차이다.
Tp / Ts = tan(ψ) e i(Δ)
이상적인 리타더는 (ψ) = 45°일 때 빔의 상대적인 p-s 위상(즉, 위상지연)만을 변화시킨다. 본 발명에서 (Δ)값은 구성 내 굴절면의 수와 각도에 따라 좌우된다. 삼각형 구성에서 (ψ)는 약 57°이고, 마름모 구성에서 (ψ)는 약 53°이다. (ψ)는 굴절률에 따라 좌우되므로, 이는 190 내지 1700nm의 스펙트럼 영역에 걸쳐 몇몇 ° 변화한다. 리타더의 (ψ)값은 타원계/편광계 시스템을 교정할 때 측정되어야 하지만, 계기의 감도와 정확도는 (ψ)가 45°를 크게 벗어나지 않으면 현저하게 저하되지는 않는 것으로 관찰되었다. 주목할 점은, 빔이 요소에 거의 브루스터 입사각으로 유입 및 유출되므로, 편광된 빛 p의 거의 100%가 시스템을 통해 투과된다는 점이다.
요소의 기하구조 및 대칭성으로 인해 매우 유용한 여러 특징들을 얻을 수 있다. 예컨대 도 7a, 7b, 8a, 8b는, 연속된 요소들이 단일 유닛처럼 위쪽 또는 아래쪽으로 평행이동되어도 유출되는 빔이 입력 빔과 여전히 동일선 상에 놓여지게 됨을 도시하고 있다. 도 9a, 9b, 10a, 10b는, 상기 연속된 요소들이 회전하여도 유출되는 빔의 각도가 변하지 않음을 도시한다(다만 유출되는 빔은 약간 평행이동됨).
도 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f는 신규한 리타더 구성의 가장 유용한 특성으로서, 입력 빔의 각도가 변할 때 이에 따른 편광 특성 (ψ) 및 (Δ)가 거의 변하지 않음을 도시한다. 이는 구성의 기하구조 및 대칭성이, 굴절 및 내부 전반사 각도 상의 변화가 도 7a, 7b, 8a, 8b의 시스템에 도시된 두 개의 요소에서 반대 부호 를 갖도록 형성되기 때문인데, 이는 입력 빔의 각도에 대한 (ψ) 및 (Δ) 상의 변화를 1차 근사(first order approximation)에 따라 차례대로 상쇄한다. 본 발명의 시스템에 의해 달성되는 결과를 예시적으로 살펴보면, 일반적으로 빔 각도가 1°변화할 때 (ψ) 및 (Δ)는 대략 0.01°변화한다. 도 11a 내지 11f에는,
빔 각도 = +1°, (ψ) = 56.953, (Δ) = 70.425;
빔 각도 = 0°, (ψ) = 56.940, (Δ) = 70.419;
빔 각도 = -1°, (ψ) = 56.953, (Δ) = 70.425;
빔 각도 = +1°, (ψ) = 52.357, (Δ) = 114.232;
빔 각도 = 0°, (ψ) = 52.349, (Δ) = 114.221;
빔 각도 = -1°, (ψ) = 52.357, (Δ) = 114.232;로 나타나 있다.
시스템의 순 상대 감쇠(ψ)와 위상차(Δ)는 내부 전반사의 횟수(요소의 수와 길이에 따라 결정됨), 굴절각과 반사각(프리즘 각도 및/또는 마름모 각도에 따라 결정됨), 및 요소를 제조하는데 사용되는 소재를 조절함으로써 제어될 수 있다.
상기 요소로는 임의의 투명한 광학적 등방체가 사용될 수 있지만, 스트레인으로 유발되는 복굴절을 최소화하기 위해 상기 요소를 장착하는데 주의를 기울여야만 한다. 자외선-가시광선-근적외선 스펙트럼 영역에서는 용융 실리카가 이상적이지만, 원자외선(DUV) 영역에서는 CaF2가 바람직하며, 적외선(IR) 영역에서 사용할 때에는 Si, Ge, ZnSe, KRS5 등이 적합하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성은 용융 실리카를 사용하며, 190 내지 1700nm의 넓은 스펙트럼 영역에 걸쳐 아래 의 특성을 갖는다.
삼각형 프리즘: (ψ) = 56.382 - 59.286;
(Δ) = 67.801 - 81.290;
평행사변형 마름모:(ψ) = 51.976 - 54.271;
(Δ) = 109.795 - 135.701°.
상기 예들은 한정적인 것이 아니므로, 상이한 소재, 각도, 및/또는 기하구조를 사용하는 또 다른 구성도 고려할 수 있다. 예컨대, 빔을 거의 수직 각도로 유입 및 유출시켜 (ψ)에 대한 영향을 피하는 것이 바람직할 수도 있지만, 구성의 핵심적인 요소는 아래의 특성을 제공할 수 있도록 대칭성을 이용하는 것이다.
1. 시스템이 평행이동되는 경우 빔의 궤적이 편향되지 않음;
2. 시스템이 회전되는 경우 빔 궤적의 각도가 편향되지 않음;
3. 입력 빔 각도의 변화에 따른 편광 특성의 변화가 최소화됨.
상술한 구성의 또 다른 이점은 둘 이상의 요소가 구비되어 있어, 상기 요소들이 정확하게 조립 및/또는 정렬되지 않은 경우 입력 빔이 시스템에 의해 위치 및 각도 상으로 거의 편향되지 않도록 상기 요소들 중 하나 이상의 요소의 높이 및/또는 기울기를 다른 요소에 대하여 조절할 수 있다는 점이다. 도 12a는 요소를 평행이동 및/또는 회전시켜 이러한 이점을 달성할 수 있는 시스템을 예증하고 있으며, 도 12b는 추가적인 두 개의 연속 웨지(w1,w2) 시스템으로서, 하나의 웨지에 대해 다른 웨지를 상대적으로 회전시킴으로써 유사한 이점을 제공할 수 있는 시스템을 도시하고 있다. 이와 같이 시스템은,
상기 시스템을 정렬시켜 출력 빔이 상기 입력 빔으로부터 거의 편향되지 않도록 하기 위해, 상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소가 요소를 평행이동 및/또는 기울이는 메카니즘을 구비하는 연속된 요소;
추가적인 두 개의 연속된 웨지 시스템으로서, 상기 시스템을 정렬시켜 출력 빔이 상기 입력 빔으로부터 거의 편향되지 않도록 하기 위해, 하나의 웨지가 또 다른 웨지에 대해 상대적으로 회전하거나 및/또는 웨지가 결합하여 회전할 수 있는 웨지 시스템;으로 구성된 그룹에서 하나 이상을 선택하여 포함할 수 있다.
또한 주목할 점은, 웨지(w1,w2)의 회전을 통해 빔(B)의 편향을 교정하는 경우, 하나의 웨지를 다른 웨지에 대해 상대적으로 회전시키고 두 웨지(w1,w2)를 결합하여 회전시킬 수 있다는 점이다.
도시되어 있지 않고 또한 그리 바람직하지 않지만, 시스템은 예컨대 삼각형 요소와 사다리꼴 요소를 포함할 수도 있다. 이러한 구성은 도 9a의 프리즘에서 하나를 제거하고 도 10a의 마름모에서 하나를 제거하여 도 9a와 도 10a의 실시예를 연속시킴으로써 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 실시예에서는 대칭성을 유지시키기 위해 세심한 주의가 요구된다.
또한 주목할 점은, 굴절 경계면에서의 2차 반사가 1차 빔 경로에 재유입되지 않는 경우 오직 단일의 1차 빔만이 상술한 시스템을 통해 투과된다는 점이다. 이는 투과되는 빔에 오직 단일의 편광 상태만이 존재함을 의미한다. 반면, 복굴절판 리타더의 평행면에서의 다중 반사는, 적절히 제어되지 않는다면 타원계/편광계 정확도를 저하시킬 수 있는 빔의 편광 소멸현상(depolarization)을 초래한다.
이러한 연속된 요소 시스템은 주로 타원계 및 편광계 시스템에서 사용되고, 도 13에는 이러한 타원계 또는 편광계 시스템이 도시되어 있으며, 상기 타원계 또는 편광계 시스템은 각각 반사 및 투과되는 형태로 이루어진,
a) 전자기 복사 소스(LS);
b) 편광자(P);
c) 샘플(MS)을 지지하는 받침대(STG);
d) 검광자(A); 및
e) 검출기(DET);를 포함하고,
상기 타원계 또는 편광계 시스템은 하나 이상의 회전가능한 보상기(C,C',C'')를 더 포함하며, 상기 회전가능한 보상기는,
상기 전자기 복사 소스(LS)와 상기 샘플(MS)을 지지하는 받침대(STG) 사이; 및
상기 샘플(MS)을 지지하는 받침대(STG)와 상기 검출기(DET) 사이;로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 위치에 제공되고,
상기 하나 이상의 회전가능한 보상기(C,C',C'')는 둘 이상의 연속된 요소를 포함하며, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 유입되는 전자기 빔이 각각의 요소에서 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되고, 요소의 방향, 기하구조, 및 대칭성은 출력 빔의 위치가 시스템의 평행이동에 의해 편향되지 않고 출력 빔 각도가 시스템의 회전에 의해 편향되지 않도록 형성된다. 여기서 일 실시예에 따르면, 상기 요소로서 두 개의 삼각형 프리즘이 사용된다. 바람직한 구성에 따르면, 삼각 형 프리즘의 각도는 26°, 128°, 26°이고, 프리즘은 용융 실리카로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 요소로서 평행사변형 마름모가 사용된다. 바람직한 실시예에 따르면, 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144°이고, 상기 평행사변형 마름모도 용융 실리카로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상술한 것과 같이 하나 이상의 삼각형 프리즘과 하나 이상의 평행사변형 마름모 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 요소들 중 하나 이상의 요소는, 상기 시스템을 정렬시켜 유출되는 빔의 궤적이 입력 빔의 궤적으로부터 위치 및 각도상 거의 편향되지 않도록 하기 위해 상기 요소들 중 하나 이상의 요소를 평행이동 및/또는 기울이는 메카니즘을 구비할 수 있다.
도 14에는 본 발명의 타원계 또는 편광계 시스템이 도시되어 있으며, 상기 타원계 또는 편광계 시스템은 전자기 복사 다색성 빔 소스(LS), 제1 구경(aperture, A1), 제2 구경(A2), 고정된 편광자(P), 회전 보상기(C), 제3 구경(A3), 제4 구경(A4), 거의 무색수차화하는 제1 색지움 렌즈(substantially achromatic lens, AL1), 제5 구경(A5), 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG), 제6 구경(A6), 거의 무색수차화하는 제2 색지움 렌즈(AL2), 제7 구경(A7), 제8 구경(A8), 고정된 검광자(A), 제9 구경(A9), 거의 무색수차화하는 제3 색지움 렌즈(AL3), 광섬유(OF), 및 분산 요소와 다수의 검출기 요소를 포함하는 검출기 시스템(DET)을 포함하고, 상기 전자기 복사 다색성 빔 소스(LS)와 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG) 사이에 UV 필터(F1)를 더 포함할 수 있다. 분광 회전 보상기를 통해 재료 시스템을 조사하는 시스템(spectroscopic rotating compensator material system investigation system)이 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG)에 제공된 재료 시스템(MS)을 조사하는데 사용되는 경우, 상기 전자기 복사 다색성 빔 소스(LS)에 의해 생성된 전자기 복사 다색성 빔은 상기 제1 구경(A1), 제2 구경(A2), 고정된 편광자(P), 회전 보상기(C), 제3 구경(A3), 제4 구경(A4), 거의 무색수차화하는 제1 색지움 렌즈(AL1), 제5 구경(A5)을 순차적으로 통과하고, 또한 UV 필터를 통과하며, 이후 상기 재료 시스템(MS)을 지지하는 받침대(STG)에 놓인 재료 시스템(MS)과 상호작용하고, 이후 제6 구경(A6), 거의 무색수차화하는 제2 색지움 렌즈(AL2), 제7 구경(A7), 제8 구경(A8), 고정된 검광자(A), 제9 구경(A9), 거의 무색수차화하는 제3 색지움 렌즈(AL3)를 순차적으로 통과하며, 선택적으로 빔 성형 구경(A10)을 통과하고, 이후 상기 광섬유(OF)에 유입되어 상기 검출기 시스템(DET)에 유입되며, 이러한 과정 동안 상기 고정된 검광자(A)와 고정된 편광자(P)는 위치상 거의 고정되도록 유지되고, 상기 회전 보상기(C)는 계속하여 회전하도록 구성된다.
도 15는 본 발명의 타원계 또는 편광계 시스템을 도시하며, 상기 타원계 또는 편광계 시스템은 각각 반사 및 투과되는 형태로 이루어진,
a) 전자기 복사 소스(LS);
b) 편광자(P);
c) 샘플(MS)을 지지하는 받침대(STG);
d) 검광자(A); 및
e) 검출기(DET);를 포함할 수 있고,
상기 타원계 또는 편광계 시스템은 하나 이상의 회전가능한 보상기(C,C',C'')를 더 포함하며, 상기 회전가능한 보상기는,
상기 전자기 복사 소스(LS)와 상기 샘플(MS)을 지지하는 받침대(STG) 사이; 및
상기 샘플(MS)을 지지하는 받침대(STG)와 상기 검출기(DET) 사이;로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 위치에 제공되고,
상기 하나 이상의 회전가능한 보상기(C,C',C'')는 둘 이상의 연속된 요소를 포함하며, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 유입되는 전자기 빔이 각각의 요소에서 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되고, 요소의 방향, 기하구조, 및 대칭성은 출력 빔의 위치가 시스템의 평행이동에 의해 편향되지 않고 출력 빔의 각도가 시스템의 회전에 의해 편향되지 않도록 형성된다. 여기서 일 실시예에 따르면, 상기 요소로서 두 개의 삼각형 프리즘이 사용된다. 바람직한 구성에 따르면, 삼각형 프리즘의 각도는 26°, 128°, 26°이고, 프리즘은 용융 실리카로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 요소로서 평행사변형 마름모가 사용된다. 바람직한 실시예에 따르면, 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144°이고, 상기 평행사변형 마름모도 용융 실리카로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상술한 것과 같이 하나 이상의 삼각형 프리즘과 하나 이상의 평행사변형 마름모 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 요소들 중 하나 이상의 요소는, 상기 시스템을 정렬시켜 유출되는 빔의 궤적이 입력 빔의 궤적으로부터 위치 및 각도상 거의 편향되지 않도록 하기 위해 상기 요소들 중 하나 이상의 요소를 평행이동 및/또 는 기울이는 메카니즘을 구비할 수 있다.
또한 후술하는 것과 같이, 일반적으로 분광 회전 보상기를 통해 재료 시스템을 조사하는 시스템에 의해 조사되는 재료 시스템(MS)은 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG) 위에 위치되는 것으로 가정될 것이다. 특허 제5,706,087호에 기술된 것과 같이, 재료 시스템(샘플)(MS)이, 물리적으로 너무 커서 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG)로 지지하기 어려운 자기광학 시스템에 위치되어야 하거나, 또는 반드시 환경 제어 챔버(environmental control chamber)에 위치되어야할 필요가 없다. 또한, 도 13, 도 14, 또는 도 15의 시스템은 특히 자외선 영역의 파장이 이용되는 경우, 내부에 UV를 흡수하는 산소와 수증기가 존재하지 않도록 진공화(evacuate)되거나 정화된(purge)(예컨대, 질소 또는 아르곤에 의해) 챔버 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 도 13, 도 14, 또는 도 15의 시스템은 상기 챔버 내에 전체적으로 포함될 수 있고, 또는 상기 시스템의 샘플(MS) 받침대 부분만이 포함될 수도 있다. 챔버는 다중 영역을 갖는 구조일 수 있다. 도 16은 하나 또는 다중의 내부 영역을 포함하는 것으로 해석될 수 있는 챔버(CHA)를 도시하고, 도 17은 하나의 영역으로 이루어진 환경 제어 챔버(CHA)를 도시한다. 예컨대, 도 1a에 도시된 (MS)의 앞쪽에 있는 편광 상태 생성기(PSG)와 (MS)의 뒤쪽에 있는 편광 상태 검출기(PSD)는 상기 재료 시스템(MS)을 포함하고 있는 영역으로 개방될 수 있고, 또는 (AC1) 및 (AC2)에 의해 격리될 수도 있어 각각의 내부 환경을 동일하게 또는 상이하게 제어할 수 있다. 더 구체적으로 살펴보면, 환경 챔버는,
하나 이상의 챔버 영역으로서, 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성 요소를 포함하는 편광 상태 생성기(PSG), 상기 재료 시스템(MS), 및 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기(PSD)가 제공되는 하나 이상의 챔버 영역;
셋 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템(MS) 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기(PSG)가 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템(MS)이 제공되며, 제3 챔버 영역에는 상기 재료 시스템(MS) 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기(PSD)가 제공되는 셋 이상의 챔버 영역;
둘 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템(MS) 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기(PSG)와 상기 재료 시스템(MS)이 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템(MS) 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기(PSD)가 제공되는 둘 이상의 챔버 영역;
둘 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기가 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기와 상기 재료 시스템이 제공되는 둘 이상의 챔버 영역;으로 구성된 그룹에서 선택되는 챔버 영역을 포함할 수 있다.
임의의 챔버 영역 내 환경은 개별적으로 제어될 수 있고, 또는 모든 챔버 영역 내 환경이 유사하게 제어될 수도 있다. 이는 편광 상태 생성기(PSG)와 편광 상태 검출기(PSD)를 포함하는 챔버 영역이, 제어된 환경(SES)에서 조사되고 있는 재 료 시스템(MS)만을 가진 환경과 함께 배치되는 것을 포함한다. 이는 기능상 산소 또는 수증기 등의 존재로 인해 파장(예컨대 UV)이 감쇠되는 것을 피하기 위한 것이다.
주목할 점은, 도 4b 및 도 4c와 관련하여 상술한 것과 같이, 내부 전반사되는 표면에 가해지는 굴절률이 상이한 소재로 이루어진 코팅(예를 들면, 상기 요소는 용융 실리카로 제조되고, 상기 코팅은 굴절률이 더 작은 35nm의 MgF2 등으로 이루어질 수 있음)은 도 5, 6, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, 11a 내지 11f, 12a, 12b의 모든 실시예에 가해질 수 있다는 점이다. 또한, 이러한 코팅은 바람직하게는 상기 실시예의 내부 전반사되지 않는 표면에도 가해질 수 있어, 이 표면에서 반사를 감소시킬 수 있다.
마지막으로, 예컨대 도 4b, 4d, 6과 관련하여 마름모(예를 들면, 도 4d의 (R1) 및 (R2))는 입력 빔이 유입하는 면이 둘 다 (RS1)으로 지시되어 있지만, 서로 거울상처럼 작용하도록 배향된다는 점을 주목할 필요가 있다. 이는 본 발명을 나타내는 최선의 방법이라고 생각되지만, 상술한 면들(RS1,RS2) 사이의 각도와 관련하여 혼동을 줄 수 있다고 본다. 전술한 내용에서는 이 각이 90°이상이라고 기술하였다. 이는 도시된 제1 마름모(RS1)에 대해서는 유효하다. 그러나, 거울상을 고려하여 상술한 내용을 이해하기 위해서는, 상술한 면들 사이의 각도를 상기 제1 마름모(RS1)의 각도처럼 고려할 때, 제2 마름모(RS2)의 면들인 (RS1)과 (RS3)은 정반대로 간주하여야 한다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 기술하였으나, 상술한 내용을 참조하여 본 발명에 다양한 수정, 대체, 및 변경이 이루어질 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명은 구체적으로 기술된 상기 실시예와 다른 방식으로 실행될 수 있고, 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (34)

  1. 유입되는 전자기 빔의 직교 편광된 성분에 상대적인 위상 지연을 부여하는 위상 지연 시스템으로서, 상기 위상 지연 시스템은 둘 이상의 연속된 요소로 구성되고, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 상기 유입되는 전자기 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되며,
    상기 연속된 요소의 순서, 방향, 기하구조, 및 대칭성은 출력 빔의 위치가 상기 위상 지연 시스템의 평행이동에 의해 거의 편향되지 않고 출력 빔의 각도가 상기 위상 지연 시스템의 회전에 의해 거의 편향되지 않도록 형성되는 위상 지연 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 유사한 삼각형 프리즘으로 이루어지고, 상기 삼각형 프리즘은 각각,
    서로 90°이상의 각도를 이루며 뻗어있고 길이가 동일한 제1 면(TS1)과 제2 면(TS2), 및
    상기 90°이상의 각도를 이루는 부분의 맞은편에 위치한 제3 면(TS3)을 포함하며,
    상기 둘 이상의 유사한 삼각형 프리즘은 서로 상기 삼각형 프리즘의 제3 면들이 거의 동일선 상에 놓이도록 배향되어,
    제1 삼각형 프리즘의 상기 제1 면(TS1)에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 삼각형 프리즘의 제3 면(TS3)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 또 다른 삼각형 프리즘의 제1 면(TS1)에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 삼각형 프리즘의 제2 면(TS2)에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제3 면(TS3)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제2 면(TS2)에서 유출되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 삼각형 프리즘의 각도는 26°, 128°, 26°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 삼각형 프리즘은 용융 실리카로 제조되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 평행사변형 마름모로 이루어지고, 상기 평행사변형 마름모는 각각 제1 면(RS1), 제2 면(RS2), 제3 면(RS3), 및 제4 면(RS4)을 가지며, 상기 제1 면(RS1)과 제3 면(RS3)은 서로 평행하고, 상기 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)도 서로 평행하며, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이, 및 제2 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 상기 제1 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이, 및 상기 제2 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만나며,
    상기 둘 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)들이 거의 동일선 상에 놓이고 제4 면(RS4)들도 거의 동일선 상에 놓이도록 배향되어,
    상기 제1 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 평행사변형 마름모의 제4 면(RS4)과 제2 면(RS2)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 상기 제2 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제2 평행사변형 마름모에서 내부로 반사되고 상기 제2 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)에서 내부로 반사되도록 굴절되며, 이후 상기 제2 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144°인 것을 특징으 로 하는 위상 지연 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모는 용융 실리카로 제조되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 평행사변형 마름모로 이루어지고, 상기 평행사변형 마름모는 각각 제1 면(RS1), 제2 면(RS2), 제3 면(RS3), 및 제4 면(RS4)을 가지며, 상기 제1 면(RS1)과 제3 면(RS3)은 서로 평행하고, 상기 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)도 서로 평행하며, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이, 및 제2 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 상기 제1 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이, 및 상기 제2 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만나며,
    상기 둘 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모들의 제1 면과 제3 면들이 서로 거의 평행하도록 배향되어,
    상기 제1 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 전자기 복사 빔이 거의 수직으로 유입하면, 이후 상기 전자기 복사 빔은 제1 평행사변형 마름모의 제4 면(RS4)과 제2 면(RS2)에서 내부로 반사되도록 진행하고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 제2 평 행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 거의 수직으로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되며, 이후 상기 전자기 복사 빔은 상기 제2 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)에서 내부로 반사되도록 진행하고, 이후 상기 제2 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되며,
    하나 이상의 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4) 중 하나 이상의 면은 상응하는 평행사변형 마름모의 소재와 굴절률이 상이한 코팅을 가지는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144° 또는 45°, 135°, 45°, 135°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모는 용융 실리카로 제조되고, 상기 코팅은 MgF2로 제조되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    넷 이상의 연속된 요소(ra,rb,rc,rd)를 포함하고 상기 전자기 빔은 상기 넷 이상의 연속된 요소에서 각각 한 번씩 내부 전반사되는 위상 지연 시스템으로서, 상기 넷 이상의 연속된 요소(ra,rb,rc,rd)는 각각 직각 프리즘이고, 상기 직각 프리즘은 각각 직각 프리즘의 직각부분에 인접한 직각 면과 상기 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽에 위치한 직각부분 반대쪽 면(ha,hb,hc,hd)을 가지며; 상기 직각 프리즘들은 측면도 상으로 보았을 때, 제1 직각 프리즘(ra)은 상기 제1 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(ha)이 우측 아래쪽을 향하고 상기 제1 직각 프리즘(ra) 바로 위에 제2 직각 프리즘(rb)이 구비되도록 배치되며, 상기 제2 직각 프리즘은 제2 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(hb)이 좌측 위쪽을 향하고 상기 제2 직각 프리즘(rb)의 바로 우측에 제3 직각 프리즘(rc)이 구비되도록 배치되며, 상기 제3 직각 프리즘은 제3 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(hb)이 우측 위쪽을 향하고 상기 제3 직각 프리즘(rc)의 바로 아래에 제4 직각 프리즘(rd)이 구비되도록 배치되며, 상기 제4 직각 프리즘은 제4 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(hd)이 좌측 아래쪽을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 직각 프리즘의 각도는 45°, 90°, 45°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 직각 프리즘은 용융 실리카로 제조되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 지연 시스템은,
    상기 위상 지연 시스템을 정렬시켜 출력 빔이 상기 입력 빔으로부터 거의 편향되지 않도록 하기 위해, 상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소가 요소를 평행이동 및/또는 기울이는 메카니즘을 구비하는 연속된 요소;
    상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소가 상기 요소의 표면에 코팅을 구비하고, 상기 표면에서 전자기 복사 빔이 내부로 반사되며, 상기 코팅은 상응하는 요소의 소재와 상이한 굴절률을 가지는 연속된 요소;
    상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소가 상기 요소의 표면에 코팅을 구비하고, 상기 표면을 통해 전자기 복사 빔이 유입 또는 유출되며, 상기 코팅은 상응하는 요소의 소재와 상이한 굴절률을 가지는 연속된 요소;
    전자기 빔의 직교 편광된 성분에 상대적인 위상 지연을 부여하는 상기 위상 지연 시스템에 제공되는 추가적인 다중 연속 웨지 시스템으로서, 상기 위상 지연 시스템을 정렬시켜 출력 빔이 상기 입력 빔으로부터 거의 편향되지 않도록 하기 위해, 상기 다중 연속 웨지 시스템 중 하나의 웨지(W1)가 또 다른 웨지(W2)에 대해 회전하거나 및/또는 두 개의 웨지(W1,W2)가 동시에 회전할 수 있는 다중 연속 웨지 시스템;으로 구성된 그룹에서 하나 이상을 선택하여 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    유입되는 전자기 빔의 직교 편광된 성분에 상대적인 위상 지연을 부여하는 위상 지연 시스템으로서,
    a) 전자기 복사 소스(LS);
    b) 편광자(P);
    c) 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG);
    d) 검광자(A); 및
    e) 검출기(DET);를 더 포함하고,
    상기 위상 지연 시스템은 하나 이상의 회전가능한 보상기(C,C',C'')를 더 포함하며, 상기 회전가능한 보상기는,
    상기 전자기 복사 소스(LS)와 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG) 사이의 위치; 및
    상기 재료 시스템을 지지하는 받침대(STG)와 상기 검출기(DET) 사이의 위치;로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 위치에 제공되고,
    상기 하나 이상의 회전가능한 보상기(C,C',C'')는 상기 둘 이상의 연속된 요소를 포함하며, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 상기 유입되는 전자기 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되고, 상기 연속된 요소의 순서, 방향, 기하구조, 및 대칭성은 출력 빔의 궤적이 상기 위상 지연 시스템의 평행이동에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않고 출력 빔 각도의 궤적이 상기 위상 지연 시스템의 회전에 의해 입력 빔의 궤적으 로부터 거의 편향되지 않도록 형성되며,
    상기 위상 지연 시스템은 타원계 또는 편광계 시스템인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 유사한 삼각형 프리즘으로 이루어지고, 상기 삼각형 프리즘은 각각,
    서로 90°이상의 각도를 이루며 뻗어있고 길이가 동일한 제1 면(TS1)과 제2 면(TS2), 및
    상기 90°이상의 각도를 이루는 부분의 맞은편에 위치한 제3 면(TS3)을 포함하며,
    상기 둘 이상의 유사한 삼각형 프리즘은 서로 상기 삼각형 프리즘의 제3 면들이 거의 동일선 상에 놓이도록 배향되어,
    제1 삼각형 프리즘의 상기 제1 면(TS1)에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 삼각형 프리즘의 제3 면(TS3)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 또 다른 삼각형 프리즘의 제1 면(TS1)에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 삼각형 프리즘의 제2 면(TS2)에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제3 면(TS3)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 또 다른 삼각형 프리즘의 제2 면(TS2)에서 유출되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 삼각형 프리즘의 각도는 26°, 128°, 26°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 삼각형 프리즘은 용융 실리카로 제조되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 평행사변형 마름모로 이루어지고, 상기 평행사변형 마름모는 각각 제1 면(RS1), 제2 면(RS2), 제3 면(RS3), 및 제4 면(RS4)을 가지며, 상기 제1 면(RS1)과 제3 면(RS3)은 서로 평행하고, 상기 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)도 서로 평행하며, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이, 및 제2 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 상기 제1 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이, 및 상기 제2 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만나며,
    상기 둘 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)들이 거의 동일선 상에 놓이고 제4 면(RS4)들도 거의 동일선 상에 놓이도록 배향되 어,
    상기 제1 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 전자기 복사 빔이 수직이 아닌 각도로 유입하면, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제1 평행사변형 마름모의 제4 면(RS4)과 제2 면(RS2)에서 내부로 반사되도록 굴절되고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 상기 제2 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 수직이 아닌 각도로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되며, 상기 전자기 복사 빔은 상기 제2 평행사변형 마름모에서 내부로 반사되고 상기 제2 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)에서 내부로 반사되도록 굴절되며, 이후 상기 제2 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144° 또는 45°, 135°, 45°, 135°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모는 용융 실리카로 제조되고, 선택적으로 하나 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모의 하나 이상의 표면에 코팅을 구비하며, 상기 코팅의 소재는 상기 평행사변형 마름모를 구성하는 소재와 굴절률이 상이한 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연속된 요소는 둘 이상의 평행사변형 마름모로 이루어지고, 상기 평행사변형 마름모는 각각 제1 면(RS1), 제2 면(RS2), 제3 면(RS3), 및 제4 면(RS4)을 가지며, 상기 제1 면(RS1)과 제3 면(RS3)은 서로 평행하고, 상기 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)도 서로 평행하며, 제1 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이, 및 제2 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이는 서로 90°이상의 각도를 이루면서 만나고, 상기 제1 평행사변형 마름모의 상기 제2 면(RS2)과 제3 면(RS3) 사이, 및 상기 제2 평행사변형 마름모의 상기 제1 면(RS1)과 제2 면(RS2) 사이는 서로 90°이하의 각도를 이루면서 만나며,
    상기 둘 이상의 평행사변형 마름모는 상기 평행사변형 마름모들의 제1 면과 제3 면들이 서로 거의 평행하도록 배향되어,
    상기 제1 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 전자기 복사 빔이 거의 수직으로 유입하면, 이후 상기 전자기 복사 빔은 제1 평행사변형 마름모의 제4 면(RS4)과 제2 면(RS2)에서 내부로 반사되도록 진행하고, 이후 상기 전자기 복사 빔이 제2 평행사변형 마름모의 제1 면(RS1)에 거의 수직으로 유입할 수 있는 방향을 따라 상기 제1 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되며, 이후 상기 전자기 복사 빔은 상기 제2 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4)에서 내부로 반사되도록 진행하고, 이후 상기 제2 평행사변형 마름모의 제3 면(RS3)에서 유출되며,
    하나 이상의 평행사변형 마름모의 제2 면(RS2)과 제4 면(RS4) 중 하나 이상 의 면은 상응하는 평행사변형 마름모의 소재와 굴절률이 상이한 코팅을 가지는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모의 각도는 36°, 144°, 36°, 144° 또는 45°, 135°, 45°, 135°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 평행사변형 마름모는 용융 실리카로 제조되고, 상기 코팅은 MgF2로 제조되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  25. 제15항에 있어서,
    넷 이상의 연속된 요소(ra,rb,rc,rd)를 포함하고 상기 전자기 빔은 상기 넷 이상의 연속된 요소에서 각각 한 번씩 내부 전반사되는 위상 지연 시스템으로서, 상기 넷 이상의 연속된 요소(ra,rb,rc,rd)는 각각 직각 프리즘이고, 상기 직각 프리즘은 각각 직각 프리즘의 직각부분에 인접한 직각 면과 상기 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽에 위치한 직각부분 반대쪽 면(ha,hb,hc,hd)을 가지며; 상기 직각 프리즘들은 측면도 상으로 보았을 때, 제1 직각 프리즘(ra)은 상기 제1 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(ha)이 우측 아래쪽을 향하고 상기 제1 직각 프리즘(ra) 바로 위에 제2 직각 프리즘(rb)이 구비되도록 배치되며, 상기 제2 직각 프리즘은 제2 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(hb)이 좌측 위쪽을 향하고 상기 제2 직각 프리즘(rb)의 바로 우측에 제3 직각 프리즘(rc)이 구비되도록 배치되며, 상기 제3 직각 프리즘은 제3 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(hb)이 우측 위쪽을 향하고 상기 제3 직각 프리즘(rc)의 바로 아래에 제4 직각 프리즘(rd)이 구비되도록 배치되며, 상기 제4 직각 프리즘은 제4 직각 프리즘의 직각부분 반대쪽 면(hd)이 좌측 아래쪽을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 직각 프리즘의 각도는 45°, 90°, 45°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 직각 프리즘은 용융 실리카로 제조되고, 선택적으로 하나 이상의 직각 프리즘의 하나 이상의 표면에는 MgF2의 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  28. 둘 이상의 연속된 요소를 포함하는 보상기 시스템으로서, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 유입되는 전자기 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되고, 상기 연속된 요소의 순서, 방향, 기하구조, 및 대칭성은 상기 보상기 시스템의 출력 빔의 궤적이 상기 보상기 시스템의 평행이동에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않고 출력 빔 각도의 궤적이 상기 보상기 시스템의 회전에 의해 입력 빔의 궤적으로부터 거의 편향되지 않도록 형성되는 보상기 시스템을 제공하는 방법으로서,
    a) 둘 이상의 연속된 요소를 포함하는 시스템으로서, 상기 둘 이상의 연속된 요소는 서로에 대해 유입되는 전자기 빔이 상기 둘 이상의 연속된 요소에서 각각 한번 이상 내부 전반사되도록 배향되고, 상기 연속된 요소 중 하나 이상의 요소는 상기 연속된 요소의 또 다른 요소에 대해 평행이동 및/또는 회전할 수 있도록 장착되는, 둘 이상의 연속된 요소를 포함하는 시스템을 제공하는 단계;
    b) 상기 연속된 요소의 순서대로 전자기 복사 빔을 유입시키고 유출시키는 단계;
    c) 상기 시스템의 평행이동 및/또는 회전으로 상기 입력 빔의 궤적과 비교해 유출되는 빔 궤적의 편향이 감소될 수 있도록, 상기 연속된 요소의 또 다른 요소에 대해 평행이동 및/또는 회전할 수 있도록 장착된 요소를 평행이동 및/또는 회전시키는 단계;를 포함하는 보상기 시스템을 제공하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 둘 이상의 연속된 요소를 포함하는 시스템을 제공하는 단계는, 하나 이상의 요소를 제공하는 단계로서, 상기 요소는 하나 이상의 표면에 상기 요소를 구 성하는 소재와 굴절률이 상이한 코팅을 구비하는, 하나 이상의 요소를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기 시스템을 제공하는 방법.
  30. 제2항에 있어서,
    상기 수직이 아닌 각도로 유입하는 각도는 약 3°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  31. 제16항에 있어서,
    상기 수직이 아닌 각도로 유입하는 각도는 약 3°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  32. 제19항에 있어서,
    상기 수직이 아닌 각도로 유입하는 각도는 약 3°인 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  33. 제15항에 있어서,
    상기 타원계 또는 편광계 시스템이 작동할 수 있도록 포함되는 환경 제어 챔버를 더 포함하고, 상기 환경 제어 챔버는,
    하나 이상의 챔버 영역으로서, 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기, 상기 재료 시스템, 및 상기 재료 시스템 뒤쪽 에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기가 제공되는 하나 이상의 챔버 영역;
    셋 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기가 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템이 제공되며, 제3 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기가 제공되는 셋 이상의 챔버 영역;
    둘 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기와 상기 재료 시스템이 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기가 제공되는 둘 이상의 챔버 영역;
    둘 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기가 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기와 상기 재료 시스템이 제공되는 둘 이상의 챔버 영역;으로 구성된 그룹에서 선택되는 챔버 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 지연 시스템.
  34. a) 전자기 복사 다색성 빔 소스, 편광자, 재료 시스템을 지지하는 받침대, 검광자, 분산 광학계, 및 다수의 검출기 요소를 포함하는 하나 이상의 검출기 시스템을 포함하는 타원계 또는 편광계 시스템으로서,
    상기 타원계 또는 편광계 시스템은 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대에 제공된 재료 시스템을 조사하는데 사용될 때, 상기 전자기 복사 다색성 빔 소스에 의해 생성된 전자기 복사 다색성 빔이 상기 편광자를 통과하고, 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대에 놓인 재료 시스템과 상호작용하며, 이후 상기 검광자를 통과하고, 상기 분산 광학계와 상호작용하여 다수의 거의 단일한 파장이 상기 하나 이상의 검출기 시스템 내의 상응하는 다수의 검출기 요소로 동시에 유입되도록 구성되며,
    상기 타원계 또는 편광계 시스템은 상기 타원계 또는 편광계 시스템이 포함된 환경 제어 챔버를 더 포함하고, 상기 환경 제어 챔버는,
    하나 이상의 챔버 영역으로서, 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기, 상기 재료 시스템, 및 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기가 제공되는 하나 이상의 챔버 영역;
    셋 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기가 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템이 제공되며, 제3 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기가 제공되는 셋 이상의 챔버 영역;
    둘 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기와 상기 재료 시스템이 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기가 제공되는 둘 이상의 챔버 영역;
    둘 이상의 챔버 영역으로서, 제1 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 앞쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 생성기가 제공되고, 제2 챔버 영역에는 상기 재료 시스템 뒤쪽에 배치된 구성요소를 포함하는 편광 상태 검출기와 상기 재료 시스템이 제공되는 둘 이상의 챔버 영역;으로 구성된 그룹에서 선택되는 챔버 영역을 포함하는, 타원계 또는 편광계 시스템을 제공하는 단계;
    b) 재료 시스템을 지지하는 받침대 위에 재료 시스템을 배치하고, 상기 환경 제어 챔버를 적어도 부분적으로 정화하거나 진공화하는 단계;
    c) 상기 전자기 복사 다색성 빔 소스가 전자기 복사 다색성 빔을 제공하게 하고, 상기 전자기 복사 다색성 빔이 상기 재료 시스템을 지지하는 받침대에 놓인 상기 재료 시스템과 상호작용하도록 하며, 상기 분산 광학계와 상호작용하도록 하여 다수의 거의 단일한 파장이 상기 하나 이상의 검출기 시스템 내의 상응하는 다수의 검출기 요소로 동시에 유입되도록 하는 단계;를 포함하는 방법.
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