KR20240082264A

KR20240082264A - 모놀리식 광학 지연기

Info

Publication number: KR20240082264A
Application number: KR1020237043891A
Authority: KR
Inventors: 샨카르 크리쉬난; 데이빗 와이 왕
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-06-10

Abstract

모놀리식 프리즘으로부터 형성된 모놀리식 광학 지연기는 광 빔을 수신하기 위한 입력면, 입력면에 입사하기 전 광 빔의 광학 축과 정렬되는 출력면, 및 3개 이상의 반사면을 포함할 수 있다. 3개 이상의 반사면은 3개 이상의 반사면에 의한 반사를 통해 입력면으로부터 출력면으로 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향될 수 있으며, 모놀리식 광학 지연기는 반사면 중 적어도 하나에 대한 내부 전반사에 기초하여 광 빔에 선택된 광학 지연을 부여한다. 또한, 입력면, 출력면 및 3개 이상의 반사면은, 출력면을 출사하는 광 빔의 광학 축이 입력면에 입사하는 광 빔의 광학 축과 동일하도록 배향될 수 있다.

Description

모놀리식 광학 지연기

본 출원은 2021년 10월 21일에 출원되고, MONOLITHIC OPTICS FOR BROADBAND SPECTROSCOPY라는 명칭의 미국 가출원 일련 번호 제63/270,058호의 이익을 35 U.S.C.§119(e) 하에서 청구하며, 이 미국 가출원은 본 명세서에서 전체가 참조로서 인용된다.

본 개시는 일반적으로 광학 지연기 및 더 구체적으로는 모놀리식 광학 지연기에 관한 것이다.

도파관과 같은 광학 지연기는 타원계측술 및 반사계측술을 포함하는 많은 응용에서 널리 사용된다. 또한, 분광 타원계측술이나 분광 반사계측술과 같은, 그러나 이들로 제한되는 것은 아닌, 광대역 응용이 광대역 광학 지연기를 필요로 할 수 있다. 예컨대, 넓은 파장 범위에 걸쳐서 1/4 파장의 위상 시프트를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 기존의 광대역 광학 지연기는 함께 본딩되는 2개 이상의 프리즘에 의해 통상 형성된다. 그러나 본딩된 프리즘은 저-파장 광 상호작용(예컨대, 심자외선(DUV) 또는 진공 자외선(VUV) 광과의 상호작용)으로 인한 경계의 박리 및 오염, 복수의 구성요소로부터의 피라미드 효과로 인한 큰 빔 편차 또는 반 더 발스 힘에 의해 제한되는 기계적 강성을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 여러 문제를 겪을 수 있다. 그러므로 앞선 결함을 해결할 시스템과 방법을 개발할 필요가 있다.

모놀리식 광학 지연기가 본 개시의 하나 이상의 예시적 실시예에 따라 개시된다. 일 예시적인 실시예에서, 모놀리식 광학 지연기는 모놀리식 프리즘으로부터 형성된다. 다른 예시적인 실시예에서, 모놀리식 프리즘은 광 빔을 수신하기 위한 입력면, 입력면에 입사하기 전 광 빔의 광학 축과 정렬되는 출력면, 및 3개 이상의 반사면을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 3개 이상의 반사면은 3개 이상의 반사면에 의한 반사를 통해 입력면으로부터 출력면으로 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향되고, 모놀리식 광학 지연기는 3개 이상의 반사면 중 적어도 하나에 대한 내부 전반사에 기초하여 광학 경로를 따라 전파 시 광 빔에 선택된 광학 지연을 부여한다. 다른 예시적인 실시예에서, 입력면, 출력면 및 3개 이상의 반사면은, 출력면을 출사하는 광 빔의 광학 축이 입력면에 입사하는 광 빔의 광학 축과 동일함을 제공하도록 배향된다. 이런 식으로, 광 빔은 모놀리식 프리즘을 통한 광학 경로를 따른 전파에 의해 이탈되지 않는다.

계측 시스템이 본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예에 따라 개시된다. 일 예시적인 실시예에서, 이 시스템은 조명 빔을 생성하기 위한 조명 소스를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 시스템은 조명 빔을 샘플에 지향시키기 위한 하나 이상의 조명 광학기기를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 시스템은 검출기를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 시스템은, 수집된 빔으로서 샘플로부터 광을 수집하고 검출된 광으로서 수집된 빔의 적어도 일부를 검출기에 지향시키기 위한 하나 이상의 수집 광학기기를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 시스템은 하나 이상의 조명 광학기기 및 하나 이상의 수집 광학기기 중, 적어도 하나와 연관된 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기를 포함하며, 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 중 특정한 모놀리식 광학 지연기는 모놀리식 프리즘으로부터 형성된다. 다른 예시적인 실시예에서, 모놀리식 프리즘은 광 빔을 수신하기 위한 입력면, 입력면에 입사하기 전 광 빔의 광학 축과 정렬되는 출력면, 및 3개 이상의 반사면을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 3개 이상의 반사면은 3개 이상의 반사면에 의한 반사를 통해 입력면으로부터 출력면으로 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향되고, 모놀리식 광학 지연기는 3개 이상의 반사면 중 적어도 하나에 대한 내부 전반사에 기초하여 광학 경로를 따라 전파 시 광 빔에 선택된 광학 지연을 부여한다. 다른 예시적인 실시예에서, 입력면, 출력면 및 3개 이상의 반사면은, 출력면을 출사하는 광 빔의 광학 축이 입력면에 입사하는 광 빔의 광학 축과 동일함을 제공하도록 배향된다. 이런 식으로, 광 빔은 모놀리식 프리즘을 통한 광학 경로를 따른 전파에 의해 이탈되지 않는다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 시스템은 검출기에 통신가능하게 결합된 제어기를 더 포함하며, 제어기는, 하나 이상의 프로세서가 검출된 광에 기초하여 샘플의 하나 이상의 계측 측정치를 생성하게 하는 프로그램 명령을 수행하게 하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함한다.

방법이 본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시예에 따라 개시된다. 일 예시적인 실시예에서, 이 방법은 조명 빔을 생성하는 단계를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 방법은 조명 빔을 샘플에 지향시키는 단계를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 방법은 수집된 빔으로서 조명 빔에 응답하여 샘플로부터 광을 수집하는 단계를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 적어도 조명 빔 또는 수집된 빔의 편광은 모놀리식 프리즘으로부터 형성되는 적어도 하나의 모놀리식 광학 지연기에 의해 제어된다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 모놀리식 프리즘은 광 빔을 수신하기 위한 입력면, 입력면에 입사하기 전 광 빔의 광학 축과 정렬되는 출력면, 및 3개 이상의 반사면을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 3개 이상의 반사면은 3개 이상의 반사면에 의한 반사를 통해 입력면으로부터 출력면으로 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향되고, 모놀리식 광학 지연기는 3개 이상의 반사면 중 적어도 하나에 대한 내부 전반사에 기초하여 광학 경로를 따라 전파 시 광 빔에 선택된 광학 지연을 부여한다. 다른 예시적인 실시예에서, 입력면, 출력면 및 3개 이상의 반사면은, 출력면을 출사하는 광 빔의 광학 축이 입력면에 입사하는 광 빔의 광학 축과 동일함을 제공하도록 배향된다. 이런 식으로, 광 빔은 모놀리식 프리즘을 통한 광학 경로를 따른 전파에 의해 이탈되지 않는다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 방법은, 검출된 광으로서 수집된 빔의 적어도 일부를 검출기에 지향시키는 단계를 더 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 이 방법은 검출된 광에 기초하여 샘플의 하나 이상의 계측 측정치를 생성하는 단계를 더 포함한다.

앞선 일반 설명과 이후의 상세한 설명은 예시적이며 오직 설명용이고, 본 발명을 청구된 것으로 반드시 제한하는 것은 아님을 이해해야 한다. 명세서에 병합되며 그 일부를 이루고, 본 발명의 실시예를 일반 설명과 함께 예시하는 수반하는 도면은 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

본 개시의 많은 장점은 수반하는 도면에 의해 당업자에 의해 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 모놀리식 광학 지연기의 구성요소의 개념적 블록도이다.
도 2a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 3개의 반사면을 제공하는 모놀리식 k-프리즘으로서 형성되는 모놀리식 광학 지연기의 개략도이다.
도 2b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 4개의 반사면을 제공하는 모놀리식 프레넬 사방체(Fresnel rhomb)로서 형성되는 모놀리식 광학 지연기의 개략도이다.
도 3a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 3개의 프리즘 구성요소로 형성되는 종래의 멀티-구성요소 k-프리즘의 개략도이다.
도 3b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 2개의 프리즘 구성요소를 제공하는 종래의 멀티-구성요소 프레넬 사방체의 개략도이다.
도 4a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 모놀리식 광학 지연기를 포함하는 계측 시스템의 블록도이다.
도 4b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 계측 툴의 개념도이다.
도 4c는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 공통 오브젝티브 렌즈로 구성되는 계측 툴의 개념도이다.
도 5는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 모놀리식 광학 지연기를 사용한 계측 방법에서 실행되는 단계를 예시하는 흐름도이다.

수반하는 도면에 예시되는 개시된 요지를 이제 더 상세하게 참조하게 될 것이다. 본 개시는 특정 실시예 및 그 특정 특성에 관해 특히 도시되며 기재되었다. 본 명세서에서 제시된 실시예는 제한하기보다는 예시적으로 든 것이다. 당업자에게는, 형태 및 상세의 여러 변경과 수정은 본 개시의 사상과 범주에서 벗어나지 않고도 이뤄질 수 있음이 용이하게 자명하게 되어야 한다.

본 개시의 실시예는, 입력 빔을 변위시키지 않고도 모놀리식 광학 요소를 사용하여 광대역(예컨대, 수색성(achromatic)) 광학 지연을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 개시를 위해, 용어, 모놀리식은 임의의 구성 부분 사이에 이음매나 경계 없이 단일 소재의 단일 블록으로 제조되는 요소를 나타내는데 사용된다.

광학 지연기는 직교 편광을 가진 광 사이의 위상 시프트나 위상 지연에 대응하는 광학 지연(예컨대, 위상 지연)을 도입하며, 이러한 광학 지연은 통상 입력 광의 편광 상태를 수정하는 효과를 갖는다. 예컨대, 1/4 광학 지연기는 직교 편광 구성요소 사이의 1/4 파장의 위상 시프트를 도입할 수 있으며, 이것은 선형-편광된 광을 원형-편광된 광으로 변환하거나 그 역으로 수행하는 효과를 가질 수 있다. 다른 예로서, 1/2 광학 지연기는 직교 편광 구성요소 사이에 1/4 파장의 위상 시프트를 도입할 수 있으며, 이것은 선형 편광된 광을 선택된 각도만큼 회전시는 효과를 가질 수 있다.

(예컨대, 입력 광의 광학 경로의 위치나 각도에 편차를 도입하는 것과 같이) 입력 광의 광학 경로를 이탈시키지 않고도 광대역 광학 지연을 제공하는 것이 많은 응용에서 바람직할 수 있다. 특히, 광대역 광학 지연은 복수의 파장에 등가의 광학 지연을 제공할 수 있으며, 이로 인해 가능한 입력 파장의 범위에 걸쳐서 광대역 입력 광의 편광 수정이나 안정적 협대역 편광 수정을 할 수 있다. 또한, 이탈하지 않는 광학 경로를 갖는 광학 지연을 제공함으로써, 광학 지연기는 더 큰 시스템에서 빔의 광학 경로에 최소한의 영향으로 필요에 따라 삽입, 제거 또는 회전될 수 있다. 그러나 본 명세서에서 이탈하지 않는 광학 경로와 광대역 성능 모두를 갖는 광학 지연을 제공하는 것은 특히 자외선(UV) 스펙트럼 범위 및 그 이하로 연장하는 고-파워 빔이나 파장에 대해 중요한 도전으로 남아 있음을 본 명세서에서 상정하게 된다.

광학 지연은 복굴절 소재나 내부 전반사를 통한 전파 - 이로 제한되는 것은 아님 - 와 같은 여러 기술을 사용하여 유도될 수 있다. 예컨대, 파장판은 통상 방향-의존적 굴절률을 갖는 복굴절 소재를 활용하여 입력 빔에 방향-의존적 위상 지연을 유도한다. 파장판은 또한 법선 입사에 정렬될 때 입력 빔의 광학 경로를 이탈시키지 않는다. 그러나 이 기술은 매우 파장 의존적이며 통상 협대역 응용에 있어서 통상 제한되며, 이는 복굴절 소재의 굴절률은 파장의 함수로서 변할 수 있기 때문이다. 다른 예로서, 광대역 광학 지연은 프리즘의 내표면으로부터 내부 전반사(TIR)를 사용하여 달성될 수 있다. 그러나 프레넬 사방체 또는 k-프리즘과 같은 기존의 프리즘-기반 광학 지연기는 입력 빔을 이탈시키지 않거나 함께 접착된 복수의 프리즘이 이탈되지 않는 광학 경로를 달성하는 것을 필요로 할 수 있다. 그러한 접착된 프리즘의 사용은, 자외선(DUV) 또는 진공 자외선(VUV) 복사선과 함께 사용되거나 이에 노출될 때 경계의 잠재적 박리 및 오염, 복수의 구성요소로부터의 피라미드 효과로 인한 허용 불가능하게 큰 빔 편차 또는 반 더 발스 힘에 의해 제한되는 기계적 강성을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 요구 응용에 대한 여러 제한을 도입할 수 있다.

본 개시의 실시예는, 광대역 광학 지연을 제공하며 입력 빔에 대해 출사 빔에 대한 이탈되지 않는 광학 경로를 더 제공하는 모놀리식 프리즘으로부터 형성된 모놀리식 광학 지연기에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 모놀리식 프리즘은 광 빔을 받아들이기 위한 입력면, 입력면과 정렬되는 출력면, 및 3개 이상의 반사면을 포함한다. 특히, 입력면, 출력면 및 3개 이상의 반사면은, 3개 이상의 반사면에 의한 내부 전반사를 통해 입력면으로부터 출력면으로 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향될 수 있다. 또한, 반사면 중 적어도 하나가 내부 전반사를 통해 광학 지연을 부여하도록 배향될 수 있다(예컨대, 입사각이 광 빔의 특정 파장에서 TIR과 연관된 입계각보다 더 크다). 본 개시를 위해, TIR을 통해 광 빔 상에 광학 지연을 부여하는 반사면을 지연면으로서 지칭한다. 이런 식으로, 모놀리식 프리즘에 의해 유도되는 총 광학 지연은 모놀리식 프리즘을 통해 광학 경로를 따라 지연면에 의해 부여되는 누적 광학 지연에 대응할 수 있다.

일부 실시예에서, 모놀리식 광학 지연기는 하나 이상의 비-지연면을 포함한다. 예컨대, 비-지연면이 TIR과 연관된 임계각보다 더 작은 각도로 배향될 수 있으며 그에 따라 광학 지연을 부여하지 않고도 광을 반사시킬 수 있다. 본 명세서에서, 비-지연면은 (예컨대, 입력 빔에 관한 출사 빔에 대해 이탈되지 않는 광학 경로를 보장하기 위해) 모놀리식 프리즘을 통한 광의 광학 경로를 제어하는데 적절할 수 있음을 상정하게 된다. 또한, 본 명세서에서, 지연면과 비-지연면의 혼합으로 인해 광 빔을 이탈시키지 않고도 선택된 광학 지연을 모두 달성하면서도 모놀리식 프리즘의 설계의 실질적인 융통성을 허용할 수 있다.

또한, 비-지연면을 포함하지만 이로 제한되는 것은 아닌, 임의의 면은 광 빔의 속성을 더 수정하거나 제어하기 위한 광학 코팅을 포함할 수 있다. 예컨대, 비-지연면은 임계각을 초과하는 각도에서 고 반사도를 제공하기 위한 코팅을 포함할 수 있다. 예컨대, 코팅은 금속성 코팅(예컨대, 베어 알루미늄 코팅 등)을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기는 입력 빔에 관한 출사 빔에 대해 임의의 선택된 광학 지연과 이탈되지 않는 광학 경로를 제공하는데 적절한 임의의 수의 지연 또는 비-지연면을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 모놀리식 광학 지연기는 모놀리식 프레넬 k-프리즘으로서 형성된다. 일부 실시예에서, 모놀리식 광학 지연기는 모놀리식 프레넬 사방체로서 형성된다.

본 명세서에서, 모놀리식 프리즘으로부터 형성된 모놀리식 광학 지연기가 산란 및/또는 스펙트럼 충실도 손실을 초래하는 박리나 경계 열화의 임의의 문제를 갖지 않고 고 플루언스의 UV/VUV/DUV 광을 투과시키는 성능과 고 기계적 강성을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌, 종래의 프리즘 설계에 비한 수많은 장점을 제공할 수 있다. 더욱 일반적으로, 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기는, 모놀리식 프리즘을 형성하는데 사용되는 소재에 의존하여 120nm 내지 20,000nm를 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아닌 광범위한 파장에 걸쳐 동작할 수 있다.

본 개시의 추가 실시예는 본 명세서에서 개시된 적어도 하나의 모놀리식 광학 지연기를 사용하는 계측용 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기를 포함하는 계측 시스템은 타원계측기나 반사계측기를 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다.

이제 도 1 내지 도 2b를 참조하면, 모놀리식 광학 지연기는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라 더 상세하게 기재될 것이다.

본 명세서에서, 경계에서 내부 전반사를 경험하는 광은 또한 이 경계에서 위상 시프트를 경험할 수 있음을 인식하게 된다. 모든 편광 방향에 대해, 이 위상 시프트는, TIR이 시작되는 임계각에서 0도로부터 90도 입사각(여기서 법선으로부터 측정되지만, 이것은 단지 관례의 문제이며 본 개시에서 제한은 아니다)에서 180도로의 범위에 있다. 그러나 p-편광 광(예컨대, 입사 평면에 평행한 편광을 갖는 광) 및 s-편광 광(예컨대, 입사 평면에 수직인 편광을 갖는 광)에 대한 위상 시프트는 중간 각도에서 상이하며, 이점은, 광이 전파 중인 소재의 굴절률과 입사각 모두에 의존하는 p-편광 광과 s-편광 광 사이의 위상 차이(예컨대, 광학 지연)를 일으킨다. 정밀한 위상 차이는 잘 알려진 프레넬 반사 계수를 통해 특징화될 수 있다.

결국, 광 빔의 직교 p-편광 부분과 s-편광 부분 사이의 임의의 광학 지연이나 상대 위상 차이는 선택된 각도에서 연속 내부 전반사를 통해 달성될 수 있다. TIR-유도된 위상 시프트는 또한 광의 파장에 약간 의존하며, 이는 소재 굴절률이 파장에 따라 변하기 때문임을 주목해야 한다. 그러나 이 파장-의존적 영향은 상대적으로 약하여, 광대역 성능은 통상 많은 응용에 대해 허용가능한 공차 내에서 달성될 수 있다. 대조적으로, 복굴절에 기초한 한 광학 지연기(예컨대, 파장판)는 통상 파장에 매우 민감하며, 통상 협대역 응용으로 제한된다.

앞서 본 명세서에서 기재된 바와 같이, TIR-유도된 위상 시프트에 기초한 기존의 광학 지연 디바이스는 더 대형인 시스템 내에서의 정렬과 동조가 어렵게 되게 하는 입사 광을 이탈시거나, 박리나 열적 문제로 인해 기계적 안정성을 감소시키며 파워 및/또는 파장 범위를 제한하는 함께 접착된 멀티-구성요소 프리즘을 필요로 하거나 하는 것을 상정하게 된다.

본 개시의 실시예는 TIR-유도된 위상 시프트를 활용한 모놀리식 광학 지연 디바이스에 관한 것이다.

도 1은, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 모놀리식 광학 지연기(100)의 구성요소의 개념적 블록도이다.

일부 실시예에서, 모놀리식 광학 지연기(100)는, 입력면(104), 복수의 반사면(106) 및 출력면(108)을 갖는 모놀리식 프리즘(102)으로서 형성되며, 여기서 반사면(106) 중 적어도 하나가, TIR을 통해 광학 지연을 광 빔(110)에 부여하는 지연면으로서 동작한다(예컨대, 광학 경로를 따라 지연면 상의 광 빔(110)의 입사각은 TIR에 대한 임계각보다 크다). 광 빔(110)은 그에 따라 입력면(104)을 통해 모놀리식 프리즘(102)에 입사하고, 3개 이상의 반사면(106)으로부터의 반사를 포함하는 광학 경로를 따라 전파하며, 출력면(108)을 출사함으로써 광학 지연 및 연관된 편광 수정을 겪을 수 있으며, 여기서 광 빔(110)에 부여되는 총 광학 지연은 광학 경로를 따른 지연면에 의해 부여되는 누적 광학 지연에 대응한다.

모놀리식 프리즘(102)은 광학 경로를 따라 임의의 수의 비-지연면을 포함할 수 있으며, 여기서 비-지연면은, 광 빔(110)의 입사각이 TIR에 대한 임계각보다 낮으며 그에 따라 광학 지연은 광 빔(110)에 부여되지 않도록 배향되는 반사면(106)에 대응한다. 이런 식으로, 모놀리식 프리즘(102)을 통한 광학 경로를 따른 반사면(106)은 적어도 하나의 지연면을 포함하는 지연면 및 비-지연면의 임의의 조합으로 나뉠 수 있다.

모놀리식 프리즘(102)은 반사면(106) 상의 광학 코팅(예컨대, 반사면(106) 중 임의의 면의 외부면)을 포함할 수 있다. 코팅은, 금속성 또는 유전성 코팅을 포함하거나, 이들로 제한되는 것은 아닌 종래기술에 알려진 임의의 코팅 타입을 포함할 수 있다. 코팅은 임의의 수의 층을 더 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 코팅은 금속성 코팅 - 그러나 이로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 반사성 코팅이며, 일반적으로 임의의 파장 또는 파장 범위의 광 빔(110)에서 동작할 수 있다. 예컨대, 금속성 코팅은 베어 알루미늄 코팅을 포함할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다.

예시로서, 본 명세서에서, 광 빔(110)이 TIR에 대한 임계각보다 더 낮은 입사각을 갖는 코팅되지 않는 비-지연면은 광학 경로를 따른 광 빔(110)의 제2 부분 외에 광 빔(110)의 제1 부분을 통상 투과할 수 있음을 인식하게 된다. 그러나 비-지연면 상의 코팅은 광학 경로를 따라 광 빔(110)의 고 반사도를 제공할 수 있으며, 그에 따라 비-지연면에서 반사에 의한 손실을 감소시키거나 제거할 수 있다.

모놀리식 프리즘(102)은 광 빔(110)에 대한 이탈되지 않는 광학 경로를 제공할 수 있어서, 모놀리식 프리즘(102)은 광 빔(110)의 위치나 각도에 영향을 미치지 않고도 (예컨대, 광 빔(110)의 광학 축을 따라) 삽입, 제거 및/또는 회전될 수 있다. 예컨대, 입력면(104) 및 출력면(108)은 모놀리식 프리즘(102) 외부의 광 빔(110)의 광학 축을 따라 정렬될 수 있다. 이런 식으로, 광 빔(110)의 광학 경로에의 임의의 수정은 모놀리식 프리즘(102) 내의 위치로 제한된다. 또한, 일부 실시예에서, 출력면(108)과 입력면(104)은 평행이지만, 이점은 요건은 아님을 이해해야 한다.

모놀리식 프리즘(102)은 유리나 석영 - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 광 빔(110)을 투과시키는데 적절한 고체, 이음매 없는, 모놀리식의 임의의 단일 소재로서 형성될 수 있다. 예컨대, 모놀리식 프리즘(102)은 실리카 유리(예컨대, UV-등급 용융 실리카, BK7 등), 불화 유리(예컨대, 불화칼슘(CaF₂), 불화마그네슘(MgF₂) 등), 셀렌화아연, 황화아연, 석영, 사파이어 등 - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 소재로부터 형성될 수 있다. 일반적인 의미로, 본 명세서에서, 상이한 소재가 상이한 광학 속성과 투과 대역을 가지며, 그에 따라 상이한 응용이나 파장 범위에 적절할 수 있음을 인식하게 된다. 예시로서, 용융 실리카나 사파이어 - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 와 같은 UV-등급 소재는 UV 파장을 활용하는 응용에 적절할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 다른 예시로서, CaF₂는 120nm 내지 7000nm의 파장 범위나 그 범위에서의 파장의 임의의 조합으로의 동작을 제공할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 다른 예시로서, 용융 실리카는 170nm 내지 2500nm의 파장 범위나 그 범위에서의 파장의 임의의 조합으로의 동작을 제공할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 다른 예시로서, ZnS 또는 ZnSe - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 와 같은 IR-투과성 소재는 IR 파장을 활용하는 응용에 적절할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 그러나 모놀리식 프리즘(102)은 일반적으로 120nm 내지 20,000nm의 범위를 포함하지만 이것으로 제한되는 것은 아닌 임의의 파장이나 파장의 범위를 갖는 광 빔(110)에 대해 동작하도록 설계될 수 있다.

또한, 모놀리식 프리즘(102)은 방향-독립적 굴절률을 제공하는 등방성 소재로 형성될 수 있지만, 그럴 필요는 없다. 본 명세서에서, 방향-독립적 굴절률을 갖는 등방성 소재는 반사면(106)에서 TIR-유도 위상 시프트만을 통한 광학 지연을 제공할 수 있으며, 이점은 광대역 성능을 용이하게 할 수 있음을 상정하게 된다. 그러나 이점은 요건은 아님을 이해해야 한다.

모놀리식 프리즘(102)은, 광 빔(110)의 직교 편광 방향 사이에 임의의 원하는 광학 지연량을 제공하도록 임의의 배향으로 배치되는 임의의 수의 반사면(106)을 포함할 수 있다. 특히, 지연면으로서 동작하는 각각의 반사면(106)은, 광 빔(110)의 입사각과 모놀리식 프리즘(102)을 형성하는 소재의 굴절률에 기초하여 임의의 선택된 위상 시프트를 제공하도록 배치될 수 있다. 이런 식으로, 모놀리식 프리즘(102)은 반사면(106) 각각에 의해 도입되는 누적 위상 시프트에 기초하여 총 위상 시프트를 제공할 수 있으며, 여기서 여러 반사면(106)의 위상 시프트는 동일할 필요는 없다. 예시로서, 본 명세서에서, 60도 내지 120도의 범위에서의 총 위상 시프트가 많은 응용에서 유용함을 인식하게 된다. 그에 따라, 일부 실시예에서, 모놀리식 프리즘(102)은 20도 내지 80도의 범위의 위상 시프트를 제공하는 적어도 하나의 반사면(106)을 포함할 수 있다. 그러나 앞선 예시는 비제한적이며 임의의 반사면(106)은 일반적으로 임의의 선택된 위상 시프트를 제공함을 이해해야 한다.

또한, 본 명세서에서, 광 빔(110)의 직교 편광 구성요소 사이의 상대적 위상 시프트(예컨대, 광학 지연)가 일반적으로 360도모듈러스(또는 2π 라디안)를 가질 수 있음을 또한 상정하게 된다. 이런 식으로, 모놀리식 프리즘(102)의 반사면(106)으로부터의 누적 상대 위상 시프트는 임의의 횟수로 360도를 초과할 수 있어서 0도와 360도사이의 등가의 유효 위상 시프트를 제공할 수 있다. 또한, 양의 또는 음의 상대 위상 시프트를 고려하는 것이 편리할 수 있다. 예컨대, 광 빔(110)의 직교 편광 구성요소 사이의 위상 시프트가 -180도내지 +180도의 범위인 것으로 고려될 수 있다. 그에 따라 본 개시나 임의의 제안된 예는 광 빔(110)의 직교 편광 구성요소 사이의 상대 위상 차이를 기재하기 위한 임의의 특정 관례로 제한되는 것은 아님을 이해해야 한다.

도 2a 및 도 2b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 각각 3개 및 4개의 반사면(106)을 제공하는 모놀리식 프리즘(102)으로부터 형성되는 모놀리식 광학 지연기(100)의 2개의 비-제한적 예를 예시한다. 도 3a 및 도 3b는 대조적인 멀티-구성요소 프리즘 설계를 예시한다.

도 2a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 3개의 반사면(106)을 제공하는 모놀리식 k-프리즘으로서 형성되는 모놀리식 광학 지연기(100)의 개략도이다. 예컨대, 도 2a는, 입력면(104)을 통과하여, 제1 입사각(204a)으로 제1 반사면(106a)으로부터 반사되고, 제2 입사각(204b)으로 제2 반사면(106b)으로부터 반사되고, 제3 입사각(204c)으로 제3 반사면(106c)으로부터 반사되며, 출력면(108)을 통과하는 광 빔(110)의 광학 경로(202)를 예시한다. 특히, 도 2a는, 제2 반사면(106b)이 입력면(104)과 출력면(108) 모두에 직교이며, 제1 입사각(204a)과 제3 입사각(204c)이 동일하도록 제1 반사면(106a)과 제3 반사면(106c)이 대칭적으로 배치되는 구성을 예시한다.

도 2b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 4개의 반사면(106)을 제공하는 모놀리식 프레넬 사방체로서 형성되는 모놀리식 광학 지연기(100)의 개략도이다. 예컨대, 도 2b는, 입력면(104)을 통과하여, 제1 입사각(204d)으로 제1 반사면(106d)으로부터 반사되고, 제2 입사각(204e)으로 제2 반사면(106e)으로부터 반사되고, 제3 입사각(204f)으로 제3 반사면(106f)으로부터 반사되고, 제4 입사각(204g)으로 제4 반사면(106g)으로부터 반사되며, 출력면(108)을 통과하는 광 빔(110)의 광학 경로(202)를 예시한다. 특히, 도 2b는, 반사면(106d 및 106e)이 평행이고, 반사면(106f 및 106g)이 평행이며, 반사면(106f 및 106g)이 반사면(106d 및 106e)에 대해 정점(206)을 중심으로 반사-대칭이 되도록 배치되는 구성을 예시한다.

본 명세서에서, 도 2a 및 도 2b에 예시된 것 - 이들로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 모놀리식 광학 지연기(100)의 설계가 광범위한 광학 지연 값을 제공하도록 되어 있을 수 있음을 상정하게 된다. 특히, 임의의 특정한 반사면(106)에 의해 유도되는 직교 편광 사이의 TIR-유도 광학 지연의 양은 본 명세서에서 기재한 바와 같이 모놀리식 프리즘(102)의 굴절률과 입사각에 의존한다. 굴절률은 모놀리식 프리즘(102)을 제조하는데 사용되는 소재의 선택을 통해 조정될 수 있다. 여러 반사면(106) 상의 입사각은 모놀리식 프리즘(102)의 물리적 치수에 기초하여 조정될 수 있다. 예로서 도 2a에 예시한 설계를 고려하면, 제1 입사각(204a)과 제3 입사각(204c)은 입력면(104)과 출력면(108)에 대한 제1 및 제3 반사면(106a 및 106c)의 각도에 기초하여 조정될 수 있는 반면, 제2 입사각(204b)은 제1 및 제3 반사면(106a 및 106c)의 길이나 프리즘 높이(208) - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 와 같은 치수에 기초하여 조정될 수 있다. 유사하게, 도 2b에 예시한 설계에서의 입사각(204d 내지 204g)은 프리즘 두께(210)나 반사면(106d 내지 106g)의 각도 및/또는 길이에 기초하여 조정될 수 있다.

또한, 도 2a에서의 반사면(106a 내지 106c)이나 도 2b에서의 반사면(106d 내지 106g)은 일반적으로, 적어도 하나의 지연면을 포함하는 지연면과 비-지연면의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2a 및 도 2b에 예시한 비-제한적 설계는 TIR-기반 광학 지연을 제공하도록 TIR에 대한 임계각을 초과하거나 광학 지연을 갖지 않고 반사를 제공하도록 임계각 미만인 입사각 모두를 제공하도록 되어 있을 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 예시한 모놀리식 광학 지연기(100)의 설계는 모든 반사면(106)에 대해 공통 입사 평면을 제공하며, 이러한 입사 평면은 도면의 평면이다. 결과로서, 입사각(204)의 추가 동조는 도면의 이 평면 내에서 모놀리식 프리즘(102)을 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 그러나 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기(100)는 공통 입사 평면을 갖는 반사면(106)을 제공할 필요는 없음을 이해해야 한다. 오히려, 반사면(106)은 일반적으로 임의의 적절한 3차원 구성으로 배향될 수 있다.

모놀리식 프리즘(102)에 의해 유도된 총 광학 지연은 이때 여러 반사면(106)(예컨대, 반사면(106)은 지연면으로서 동작함)에 의해 유도된 누적 지연으로서 결정될 수 있다. 그에 따라, 직교 편광 사이의 임의의 원하는 광학 지연은 모놀리식 프리즘(102)의 소재, 설계 및 물리적 치수의 선택에 기초하여 유도될 수 있다. 예컨대, 도 2a 및 도 2b에 예시한 것들 - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 모놀리식 광학 지연기(100)가 π/2 지연을 제공하여 1/4-파 지연기로서 동작하거나, π 지연을 제공하여 1/2-파 지연기로서 동작하거나, 임의의 다른 선택된 값을 제공하도록 될 수 있다. 또한, 모놀리식 광학 지연기(100)는 단지 임의의 특정 반사면(106)에서 p-편광 광과 s-편광 광 사이의 광학 지연을 제공할 수 있지만, 광 빔(110)의 편광 상태에 관한 특정한 영향은 광 빔(110)의 입력 편광에 의존할 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, π/2 지연을 제공하는 모놀리식 광학 지연기(100)는 특정 각(예컨대, 반사면(106)에서 동일한 양의 p- 및 s-편광 광을 제공하는 45도 각)에서 배향될 때 선형-편광된 광을 원형 편광으로 변환할 수 있지만, 다른 입력 배향에 대한 타원 편광을 발생시킬 수 있다.

또한, 도 2a 및 도 2b에 예시한 모놀리식 광학 지연기(100)의 설계는, 광 빔(110)이 수직 입사각에서 입력면(104)에 입사하도록 정렬될 때 광 빔(110)의 광학 축의 편차를 유도하지 않을 것이다. 예시로서, 광 빔(110)은 모놀리식 프리즘(102) 내의 광학 경로에 상관없이 모놀리식 프리즘(102) 내외로 연장하는 직선(예컨대, 이탈되지 않는) 광학 축(212)을 따를 수 있으며, 여기서 광 빔(110)의 모든 이탈은 모놀리식 프리즘(102) 내에서 발생한다. 이런 식으로, 모놀리식 광학 지연기(100)가 광 빔(110)의 광학 축(212)을 수정하지 않고도 (예컨대, 광 빔(110)의 광학 축(212)을 따라) 삽입, 제거 및/또는 회전될 수 있다.

이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 대조되는 멀티-구성요소 지연 설계를 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기(100)의 고유 양상을 더 강조하도록 예시된다. 도 3a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 3개의 프리즘 구성요소(304)로 형성되는 종래의 멀티-구성요소 k-프리즘(302)의 개략도이다. 도 3a는 이때 도 2a에 예시한 모놀리식 프리즘(102)의 종래의 멀티-프리즘 변형으로 간주될 수 있다. 도 3b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 2개의 프리즘 구성요소(304)를 제공하는 종래의 멀티-구성요소 프레넬 사방체(306)의 개략도이다. 일반적인 의미에서, 도 3a 및 도 3b의 종래의 멀티-구성요소 변형이 임의의 수의 광학 경계(308)에서 결합되는 임의의 수의 프리즘 구성요소(304)를 포함할 수 있다고 인식된다.

본 명세서에서, 모놀리식 프리즘(102)으로부터 형성되는 모놀리식 광학 지연기(100)가 산란 및/또는 스펙트럼 충실도 손실을 초래하는 박리나 경계 열화의 임의의 문제를 갖지 않고 고 플루언스의 UV/VUV/DUV 광을 투과시키는 성능과 고 기계적 강성을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 종래의 프리즘 설계에 비한 수많은 장점을 제공할 수 있다.

예컨대, 접합된 프리즘 구성요소(304)로부터 형성되는 종래의 멀티-구성요소 지연기는 프리즘 구성요소(304) 사이의 광학 경계(308)에서 각 프리즘 구성요소 상의 광학적으로 연마된 광학 표면을 필요로 하지 않을 수 있다고 인식된다. 그러나 연마 컴파운드는 표면 크랙에 갇히게 될 수 있으며, 이점은 이 갇힌 연마 컴파운드의 열 팽창 계수(CTE)와 기판 프리즘 소재 사이의 차이에 적어도 부분적으로 인하여 경계에서 핫 스폿을 초래할 수 있다. 결국, 임의의 그러한 광학 경계(308)를 유리하게도 포함하지 않는 모놀리식 광학 지연기(100)가 우월한 고-파워 성능을 제공할 수 있다.

다른 예에 의해, 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기(100)는 박리의 위험을 겪지 않는다. 대조적으로, 종래의 멀티-구성요소 프리즘의 기판 프리즘 소재와 갇힌 연마 컴파운드 사이의 열 팽창 계수(CTE) 차이는 광학 경계(308)에서 박리를 초래할 수 있다. 또한, 종래의 멀티-구성요소 프리즘은 일반적으로 박리 위험으로 인해 제한된 온도 동작 범위를 가질 수 있다.

다른 예에 의해, 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기(100)는 모놀리식 프리즘(102)을 통한 중단되지 않는 광학 경로를 제공하며, 그에 따라 최소 산란 내지 비산란의 고 빔 균일성을 제공한다. 대조적으로, 종래의 멀티-구성요소 프리즘의 빔 경로에서의 접촉선은 산란 소스 및 공간 비 균일성이 될 수 있다.

다른 예에 의해, 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기(100)는 모놀리식 설계로 인해 최소 빔 이탈 내지 비-빔 이탈과 우수한 평행성을 제공한다. 일반적으로, 축 방향 빔 이탈은 k-프리즘의 기하학적 공차 스택 업과 연관되며, 프리즘 구성요소(304)의 수가 증가함에 따라 누적적으로 증가한다.

다른 예에 의해, 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기(100)는 모놀리식 프리즘(102) 내내 고 소재 균일성을 제공하며, 고 공간(예컨대, 인덱스) 균일성 및 고 편광 균일성을 용이하게 한다. 일반적으로, 복수의 프리즘 구성요소(304)가 함께 접착된 것보다 단일 기판 소재에 일치한 공간 및 편광 균일성을 제공하는 것이 더 용이하다.

다른 예에 의해, 본 명세서에서 개시된 모놀리식 광학 지연기(100)는 고 기계적 강성, 고 열적 안정성, 고 부품간 하드웨어 매칭을 제공하며, 일반적으로 저가 부품으로 고 제조 수율을 촉진한다.

이제 도 4a 내지 도 5를 참조하면, 모놀리식 광학 지연기(100)로 계측하는 시스템 및 방법이 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라 더 상세하게 기재된다. 본 명세서에서, 모놀리식 광학 지연기(100)는 광 빔(110)의 편광 제어를 필요로 하는 종래기술에서 알려진 임의의 타입의 계측 시스템 내에 통합될 수 있다.

도 4a는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 모놀리식 광학 지연기(100)를 포함하는 계측 시스템(400)의 블록도이다.

일부 실시예에서, 계측 시스템(400)은 하나 이상의 샘플과 연관된 계측 데이터를 생성하기 위한 계측 툴(402)을 포함한다. 계측 툴(402)은, 하나 이상의 파장에서 산란계측술 계측 신호를 제공하는데 적절한 종래 기술에 알려진 임의의 타입의 계측 툴을 포함할 수 있다. 예컨대, 계측 툴(402)은 분광계, 하나 이상의 조명각을 갖는 분광타원계, (예컨대, 회전 보상기를 사용하여) 뮬러 매트릭스 요소를 측정하기 위한 분광타원계, 분광 반사계, 산란계 또는 편광계를 포함할 수 있지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 계측 툴(402)은 이미징 또는 비-이미징 구성으로 동작할 수 있다.

또한, 계측 툴(402)은 단일 계측 툴이나 복수의 계측 툴을 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 하드웨어 구성을 포함하는 계측 툴은 일반적으로 미국 특허 제7,933,026호에 기재되며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다. 복수의 계측 툴을 병합하는 계측 시스템은 일반적으로 미국 특허 제7,478,019호에 기재되며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다. 1차 반사 광학기기에 기초한 한 집속된 빔 타원계측술은 일반적으로 미국 특허 제5,608,526호에 기재되며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다. 기하학적 광학기기에 의해 규정되는 크기를 넘어선 조명 스폿의 확산을 초래하는 광학 회절의 효과를 완화하도록 아포다이저를 사용하는 것이 일반적으로 미국 특허 제5,859,424호에 기재되며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다. 동시 복수 입사각 조명을 갖는 고-개구수 툴을 사용하는 것이 일반적으로 미국 특허 제6,429,943호에 기재되며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다.

계측 툴(402)은 샘플 상의 임의의 위치와 연관된 계측 데이터를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 계측 툴(402)은 샘플 상의 디바이스 특성을 위한 계측 데이터를 생성한다. 이런 점에서, 계측 툴(402)은 해당 특성을 바로 특징화할 수 있다. 일부 실시예에서, 계측 툴(402)은, 샘플 상의 디바이스 특성을 대표하도록 설계되는 제조 특성을 포함하는 하나 이상의 계측 타겟(예컨대, 타겟)에 대한 계측 데이터를 생성한다. 이러한 점에서, 샘플에 걸쳐 분포된 하나 이상의 계측 타겟의 측정치는 디바이스 특성으로 인한 것일 수 있다. 예컨대, 샘플 특성의 크기, 형상 또는 분포는 정확한 계측 측정치에 적절하지 않을 수 있는 경우가 있을 수 있다. 대조적으로, 계측 타겟은, 타겟의 계측 데이터가 특성의 하나 이상의 선택된 물리적 또는 광학적 속성에 매우 민감하도록 맞춰진 크기, 형상 및 분포를 갖는 하나 이상의 샘플 층 상의 특성을 포함할 수 있다. 타겟의 계측 데이터는 이때 (예컨대, 모델을 통해) 선택된 속성의 특정 값에 관련될 수 있다.

계측 타겟은, CD, 오버레이, 측벽각, 필름 두께, 필름 조성 또는 처리-관련 파라미터(예컨대, 초점, 도즈 등)를 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 광범위한 물리적 또는 광학적 속성의 측정에 민감하며 그에 따라 이를 용이하게 하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 계측 타겟은 주기적 구조(예컨대, 1, 2 또는 3-차원 주기적 구조)나 격리된 비-주기적 특성의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 비-주기적 특성을 특징화하기 위해 계측 툴을 사용하는 것은 2016년 3월 22일에 등록된 미국 특허 제9,291,554호에 일반적으로 기재되며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다. 또한, 계측 타겟은 일반적으로, 특성의 패턴 또는 분포에 기인할 수 있는 하나 이상의 공간 주파수(예컨대, 하나 이상의 피치)를 갖고 특징화될 수 있다. 산란계측술 오버레이 계측에서 대칭 타겟 설계를 사용하는 것은 일반적으로 2015년 7월 23일에 공개된 미국 특허 공보 제2015/0204664호에 기재되며, 이 미국 특허 공보는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다.

계측 타겟은 샘플 상의 복수의 부위에 위치할 수 있다. 예컨대, 타겟은 스크라이브 선 내에(예컨대, 다이 사이에서) 위치할 수 있으며 및/또는 다이 자체에 위치할 수 있다. 복수의 타겟은, 미국 특허 제7,478,019호에서 기재된 바와 동일한 또는 복수의 계측 툴에 의해 동시에 또는 순차적으로 측정될 수 있으며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다.

일부 실시예에서, 계측 시스템(400)은 제어기(404)를 포함한다. 일부 실시예에서, 제어기(404)는 메모리 매체(408)(예컨대, 메모리) 상에 유지되는 프로그램 명령을 수행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서(406)를 포함한다. 이러한 점에서, 제어기(404)의 하나 이상의 프로세서(406)는 본 개시 내내 기재된 여러 처리 단계 중 임의의 것을 수행할 수 있다. 또한, 메모리 매체(408)는 계측 시스템(400)의 임의의 구성요소에 의해 사용을 위한 임의의 타입의 데이터를 저장할 수 있다. 예컨대, 메모리 매체(408)는 계측 툴(402)을 위한 레시피, 계측 툴(402)에 의해 생성된 계측 데이터 등을 저장할 수 있다.

제어기(404)의 하나 이상의 프로세서(406)는 종래 기술에서 알려진 임의의 처리 요소를 포함할 수 있다. 이런 의미에서, 하나 이상의 프로세서(406)는 알고리즘 및/또는 명령을 수행하도록 구성되는 임의의 마이크로프로세서-타입 디바이스를 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(406)는, 본 개시 내내 기재된 바와 같이, 계측 시스템(400)을 운영하도록 구성되는 프로그램을 수행하도록 구성되는 데스크탑 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 컴퓨터 또는 임의의 다른 컴퓨터 시스템(예컨대, 네트워크로 연결된 컴퓨터)으로 구성될 수 있다. 또한, 용어, "프로세서"는, 비-일시적 메모리 매체(408)로부터 프로그램 명령을 수행하는 하나 이상의 처리 요소를 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 넓게 규정될 수 있음을 인식하게 된다.

메모리 매체(408)는, 연관된 하나 이상의 프로세서(406)에 의해 수행될 수 있는 프로그램 명령을 저장하는데 적절한 종래 기술에 알려진 임의의 저장 매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리 매체(408)는 비-일시적 메모리 매체를 포함할 수 있다. 다른 예에 의해, 메모리 매체(408)는 판독-전용 메모리, 랜덤-액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예컨대, 디스크), 자기 테이프, 고체-상태 드라이브 등을 포함할 수 있지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 메모리 매체(408)는 하나 이상의 프로세서(406)와 공통 제어기 하우징에서 하우징될 수 있음을 주목해야 한다. 일부 실시예에서, 메모리 매체(408)는 하나 이상의 프로세서(406) 및 제어기(404)의 물리적 위치에 관해 원격으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 제어기(404)의 하나 이상의 프로세서(406)는 네트워크(예컨대, 인터넷, 인트라넷 등)을 통해 액세스가능한 원격 메모리(예컨대, 서버)에 액세스할 수 있다. 그러므로, 앞선 기재는 본 발명에 제한으로서 해석되기 보다는 단지 예시로서 해석되어야 한다.

또한, 제어기(404)와 임의의 연관된 구성요소(예컨대, 프로세서(406), 메모리 매체(408) 등)은 공통 하우징에 또는 복수의 하우징 내에 하우징되는 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 또한, 제어기(404)는 계측 시스템(400)에서 임의의 구성요소와 통합될 수 있으며 및/또는 그 기능을 실행할 수 있다.

제어기(404)는 또한 임의의 수의 처리 또는 분석 단계를 실행할 수 있다. 예컨대, 계측 타겟은, 기하학적 엔진, 처리 모델링 엔진 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 종래 기술에서 알려진 임의의 기술을 사용하여 모델링(파라미터화)될 수 있다. 처리 모델링의 사용은 일반적으로 미국 특허 공보 제2014/0172394호에 기재되어 있으며, 이 미국 특허 공보는 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용된다. 기하학적 엔진은 KLA Corp가 제공하는 제품인 AcuShape 소프트웨어에 의해 구현될 수 있지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 다른 예에 의해, 샘플 상의 계측 타겟과 조명 빔의 광학 상호작용은 전자기(EM) 살버(solver)를 사용하여 모델링될 수 있지만 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, EM 살버는 RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis), 유한 요소 방법 분석, 모멘트 분석 방법, 면적분 기술, 체적적분 기술 또는 유한-차이 시간-영역 분석을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아닌 종래기술에서 알려진 임의의 방법을 활용할 수 있다.

제어기(404)는 또한, 라이브러리, 고속-감소-차수 모델, 회귀, 신경 네트워크, 지원-벡터 머신(SVM), 차원-감소 알고리즘(예컨대, 주요 구성요소 분석(PCA)), 독립적 구성요소 분석(ICA), 국부적-선형 임베딩(LLE) 등과 같은 머신-학습 알고리즘, 데이터의 드문 표현(sparse representation of data)(예컨대, 푸리에 또는 웨이블렛 변환, 칼만 필터, 동일하거나 상이한 툴 타입으로부터의 매칭을 촉진하는 알고리즘 등)를 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 모델에 수집한 데이터를 적용하도록 종래 기술에 알려진 임의의 데이터 맞춤 및 최적화 기술을 사용하여 계측 툴(402)로부터 수집한 데이터를 분석할 수 있다. 예컨대, 데이터 수집 및/또는 맞춤은 KLA Corp에 의해 제공되는 제품, 신호 응답 계측(SRM)에 의해 실행될 수 있지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다.

일부 실시예에서, 제어기(404)는, 모델링, 최적화 및/또는 맞춤(예컨대, 위상 특징화 등)을 포함하지 않는 알고리즘을 사용하여 계측 툴(402)에 의해 생성된 원시 데이터를 분석한다. 본 명세서에서, 제어기에 의해 실행된 계산 알고리즘은 병렬화, 분포 계산, 로드-밸런싱, 멀티-서비스 지원, 계산 하드웨어의 설계 및 구현 또는 동적 로드 최적화의 사용을 통해 계측 응용에 맞게 될 수 있지만, 반드시 그래야 하는 것은 아님을 주목해야 한다. 또한, 알고리즘의 여러 구현은 제어기(404)(예컨대, 펌웨어, 소프트웨어 또는 필드-프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA) 등을 통해) 또는 계측 툴(402)과 연관된 하나 이상의 프로그램가능한 광학 요소에 의해 실행될 수 있지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다.

도 4b는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 계측 툴(402)의 개념도이다.

일부 실시예에서, 계측 툴(402)은 조명 빔(412)을 생성하기 위한 조명 소스(410)를 포함한다. 조명 빔(412)은 자외선(UV) 복사선, 가시 복사선 또는 적외(IR) 복사선을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 하나 이상의 선택된 파장의 광을 포함할 수 있다. 예컨대, 계측 툴(402)은 120nm 내지 20,000nm의 범위에 걸친 파장이나 이 범위 내에 있는 파장의 임의의 서브셋이나 조합을 갖는 조명 빔(412)을 생성하는데 적절한 조명 소스(410)를 포함할 수 있다.

계측 시스템(400)은 종래 기술에 알려져 있는 임의의 수나 타입의 조명 소스(410)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 소스(410)는 하나 이상의 협대역 레이저 소스, 하나 이상의 광대역 레이저 소스, 하나 이상의 초연속 레이저 소스, 하나 이상의 백색광 레이저 소스, 하나 이상의 퀀텀 캐스캐이드 레이저(QCL) 등 - 이들로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 레이저 소스를 포함할 수 있다. 일부 요소에서, 조명 소스(410)는 하나 이상의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 일부 실시예에서, 조명 소스(410)는 아크 램프, 방전 램프, 무전극 램프 등 - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 램프 소스를 포함한다. 예컨대, 램프 소스는 Xe 램프 소스, 듀테륨(D2) 램프 소스 또는 할로겐 램프 소스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 조명 소스(410)는 광대역 플라스마(BBP) 조명 소스를 포함한다. 일부 실시예에서, 조명 소스(410)는 튜닝가능한 조명 빔(412)을 제공한다. 예컨대, 조명 소스(410)는 튜닝가능한 조명 소스(예컨대, 하나 이상의 튜닝가능한 레이저 등)를 포함할 수 있다. 다른 예에 의해, 조명 소스(410)는 튜닝가능한 필터에 결합되는 광대역 조명 소스를 포함할 수 있다. 조명 소스(410)는 임의의 시간 프로파일을 갖는 조명 빔(412)을 더 제공할 수 있다. 예컨대, 조명 빔(412)은 연속 시간 프로파일, 변조된 시간 프로파일, 펄스화된 시간 프로파일 등을 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 조명 소스(410)는 조명 빔(412)을 조명 경로(416)를 통해 샘플(414)에 지향시키며, 샘플로부터 유래한 광을 수집 경로(420)를 통해 수집된 빔(418)(예컨대, 수집된 광)으로서 수집한다. 수집된 빔(418)은, 샘플(414)의 반사된 광, 산란된 광, 회절된 광 또는 발광 - 그러나 이들로 제한되는 것은 아님 - 과 같은 입사 조명 빔(412)에 응답하여 생성되는 샘플(414)로부터의 광의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 샘플(414)은 샘플 스테이지(422) 상에 위치하며, 샘플 스테이지(422)는 선형 병진 스테이지, 회전 스테이지 또는 팁/틸트 스테이지의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.

일부 실시예에서, 조명 경로(416)는 조명 빔(412)을 샘플(414) 상에 집속하기 위해 조명 집속 요소(424)를 포함할 수 있다. 조명 경로(416)는 조명 빔(412)을 수정 및/또는 조정하는데 적절한 하나 이상의 조명 빔 조정 구성요소(426)를 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 조명 빔 조정 구성요소(426)는 하나 이상의 편광기, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 빔 분할기, 하나 이상의 아포다이저, 하나 이상의 빔 성형기, 하나 이상의 확산기, 하나 이상의 균일화기 또는 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 조명 경로(416)에서 하나 이상의 조명 빔 조정 구성요소(426)는, 도 1 내지 도 3b에 예시한 광 빔(110)으로서 동작할 수 있는 조명 빔(412)의 편광 제어를 제공하기 위해 적어도 하나의 모놀리식 광학 지연기(100)를 포함한다.

일부 실시예에서, 수집 경로(420)는 샘플(414)로부터 수집된 빔(418)을 포획하기 위해 수집 집속 요소(428)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 계측 시스템(400)은, 수집 경로(420)를 통해 샘플(414)로부터 유래한 수집된 빔(418)의 적어도 일부를 검출하도록 구성되는 검출기(430)를 포함한다. 검출기(430)는, 샘플(414)로부터 수신된 조명을 측정하는데 적절한 종래 기술에서 알려진 임의의 타입의 광학 검출기를 포함할 수 있다. 예컨대, 검출기(430)는 CCD 검출기, CMOS 검출기, TDI 검출기, 포토멀티플라이어 튜브(PMT), 애벌랜시 포토다이오드(APD) 등을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 검출기(430)는 샘플(414)로부터 유래한 복사선의 파장을 식별하는데 적절한 분광 검출기를 포함할 수 있다.

수집 경로(420)는, 하나 이상의 렌즈, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 편광기 또는 하나 이상의 위상 판을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아닌 수집 집속 요소(428)에 의해 수집된 조명을 지향시키고/시키거나 수정하기 위해 임의의 수의 수집 빔 조정 요소(432)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수집 경로(420)에서 하나 이상의 수집 빔 조정 요소(432)는, 도 1 내지 도 3b에서 예시한 광 빔(110)으로서 동작할 수 있는 수집된 빔(418)의 편광 제어를 제공하기 위한 적어도 하나의 모놀리식 광학 지연기(100)를 포함한다.

일부 실시예에서, 도 4b에 도시한 계측 툴(402)은 샘플(414)의 다각 조명 및/또는 (예컨대, 하나 이상의 추가 검출기(430)에 결합된) 하나보다 많은 조명 소스(410)를 용이하게 할 수 있다. 이런 점에서, 도 4b에 예시한 계측 툴(402)은 복수의 계측 측정을 실행할 수 있다. 일부 실시예에서, 계측 툴(402)은 계측 툴(402)에 의한 복수의 계측 측정(예컨대, 복수의 계측 툴)을 용이하게 하기 위해 복수의 검출기(430)를 포함할 수 있다.

또한, 계측 툴(402)은 샘플(414)의 다각 조명 및/또는 하나보다 많은 조명 소스(410)를 용이하게 할 수 있다. 이런 점에서, 하나 이상의 광학 구성요소는 샘플(414)을 중심으로 선회하는 회전가능한 아암(미도시)에 장착될 수 있어서, 샘플(414) 상의 조명 빔(412)의 입사각은 회전가능한 아암의 위치에 의해 제어될 수 있다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 구성요소는 조명 경로(416) 및 수집 경로(420) 모두에 공통적이다. 도 4c는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 공통 오브젝티브 렌즈로 구성되는 계측 툴(402)의 개념도이다. 일부 실시예에서, 계측 툴(402)은, 오브젝티브 렌즈(436)가 동시에 조명 빔(412)을 샘플(414)에 지향시키며 샘플(414)로부터 유래한 수집된 빔(418)을 포획하도록 배향된 빔분할기(434)를 포함한다. 이런 점에서, 오브젝티브 렌즈(436)는 도 4b의 조명 집속 요소(424) 및/또는 수집 집속 요소(428) 대신에 또는 그와 함께 동작할 수 있다.

일반적으로 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 명세서에서 계측 툴(402)은 임의의 구성에서 임의의 수의 모놀리식 광학 지연기(100)를 포함할 수 있음이 상정된다. 예컨대, 계측 툴(402)은 조명 경로(416) 및/또는 수집 경로(420)에서 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기(100)를 포함할 수 있다. 모놀리식 광학 지연기(100)는 어느 위치에서든 유한 또는 무한 공액 공간에 배치될 수 있다. 예를 들어, 모놀리식 광학 지연기는 계측 툴(402)의 필드 평면이나 동공 평면에 위치할 수 있지만, 이로 제한되는 것은 아니다.

또한, 모놀리식 광학 지연기(100)는 추가 편광-제어 구성요소를 포함하지만, 이것으로 제한되는 것은 아닌 추가 구성요소와 연계하여 사용될 수 있다. 또한, 모놀리식 광학 지연기(100)는 이탈되지 않는 광학 경로를 통과하는 광을 위해 이러한 광학 경로를 제공하고 있으므로, 모놀리식 광학 지연기(100)는 계측 툴(402) 내에서 회전할 수 있지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 이런 점에서, 모놀리식 광학 지연기(100)의 이를 통과하는 광의 편광에의 영향은 모놀리식 광학 편광기(100)의 회전각을 통해 동적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 계측 툴(402)은 적어도 하나의 회전가능한 모놀리식 광학 지연기(100)를 포함한다. 일부 실시예에서, 계측 툴(402)은 적어도 하나의 회전가능한 모놀리식 광학 지연기(100)와 적어도 하나의 편광기 - 고정 또는 회전할 수 있음 - 를 포함한다. 일부 실시예에서, 계측 툴(402)은 적어도 하나의 고정된(예컨대, 회전 불가능한) 모놀리식 광학 지연기(100)와 적어도 하나의 회전가능한 편광기를 포함한다. 그러나 앞선 예는 오로지 예시를 위해 제공된 것이며 제한으로서 해석되어서는 안 됨을 이해해야 한다.

일부 실시예에서, 계측 툴(402)은 고정된(예컨대, 비-회전) 구성의 적어도 하나의 모놀리식 광학 지연기(100)와 회전 편광기를 포함한다.

일부 실시예에서, 제어기(404)는 계측 시스템(400)의 임의의 구성요소에 통신가능하게 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(404)는, 산란계측 측정을 위한 하나 이상의 선택된 파장의 조명을 제공하기 위해 조명 소스(410)에 통신가능하게 결합된다. 일부 실시예에서, 제어기(404)는 조명 빔(412)과 샘플(414) 사이의 입사각의 조정을 지향시키기 위해 조명 경로(416)의 하나 이상의 요소에 결합된다.

도 5는, 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라, 모놀리식 광학 지연기를 사용한 계측 방법(500)에서 실행되는 단계를 예시하는 흐름도이다. 출원인은, 계측 시스템(400)의 환경에서 본 명세서에서 이전에 기재한 기술을 가능케 하는 실시예가 방법(500)으로 연장되도록 해석되어야 함을 주목한다. 또한, 그러나 방법(500)은 계측 시스템(400)의 아키텍쳐로 제한되는 것은 아님을 주목해야 한다.

일부 실시예에서, 방법(500)은 조명 빔(412)을 생성하는 단계(502)를 포함한다. 예컨대, 조명 빔(412)은, 도 4a 내지 도 4c에 관해 기재한 바와 같이 조명 소스(410)에 의해 생성될 수 있지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 방법(500)은 조명 빔(412)을 샘플(414)에 지향시키는 단계(504)를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법(500)은 수집된 빔으로서 조명 빔에 응답하여 샘플(414)로부터 광(예컨대, 수집된 빔(418))을 수집하는 단계(506)를 포함하며, 여기서 적어도 조명 빔이나 수집된 빔의 편광이 본 명세서에서 개시한 적어도 하나의 모놀리식 광학 지연기(100)에 의해 제어된다. 이런 식으로, 모놀리식 광학 지연기(100)는, 조명 경로(416)에 위치한 모놀리식 광학 지연기(100)를 위한 조명 빔(412) 및/또는 수집 경로(420)에 위치한 모놀리식 광학 지연기(100)를 위한 수집된 빔(418)을 포함하는 광 빔(110)에 동작할 수 있다.

예컨대, 모놀리식 광학 지연기(100)는 광 빔(110)(예컨대, 조명 빔(412)이나 수집된 빔(418))을 수신하기 위한 입력면(104), 입력면(104)에 입사하기 전 광 빔(110)의 광학 축(212)과 정렬되는 출력면(108), 및 3개 이상의 반사면(106)을 포함할 수 있다. 이런 식으로, 3개 이상의 반사면(106)은 3개 이상의 반사면(106)에 의한 반사를 통해 광 빔(110)에 대한 광학 경로를 입력면(104)으로부터 출력면(108)으로 제공하도록 배향될 수 있다. 또한, 입력면(104), 출력면(108) 및 3개 이상의 반사면(106)은 출력면(108)을 출사하는 광 빔의 광학 축(212)이 입력면(104)에 입사하는 광 빔의 광학 축(212)과 동일함을 제공하도록 배향될 수 있으며, 모놀리식 프리즘(102)은 3개 이상의 반사면(106) 중 적어도 하나 상의 내부 전반사에 기초하여 광학 경로를 따라 전파 시 광 빔(110)에 선택된 광학 지연을 부여한다.

일부 실시예에서, 방법(500)은 검출된 광으로서 수집된 빔의 적어도 일부를 검출기에 지향시키는 단계(508)를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법(500)은, 검출된 광에 기초하여 샘플(414)의 하나 이상의 계측 측정치를 생성하는 단계(510)를 포함한다. 예컨대, 계측 측정치는, 분광 측정치, 타원계측 측정치 또는 편광계측 측정치를 포함할 수 있지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한, 계측 측정치는 샘플 상의 하나 이상의 필름의 소재 속성, 제조된 구조의 치수 측정치, 제조된 구조의 위치 측정치 또는 샘플(414) 상의 결함의 식별을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닌 샘플(414)의 임의의 양상을 특징화할 수 있다.

당업자는, 본 명세서에서 기재한 구성요소, 동작, 디바이스, 목적 및 이들을 수반하는 논의는 개념의 명료성을 위해 예로서 사용되며 여러 구성 수정이 상정됨을 인식할 것이다. 결국, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 특정한 제시된 모범 및 수반하는 논의는 그 더 일반적인 종류를 대표하고자 한다. 일반적으로, 임의의 특정한 모범의 사용은 그 종류를 대표하고자 하며, 특정한 구성요소, 동작, 디바이스 및 목적의 비포함은 제한으로서 받아들여지지 않아야 한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "정상", "바닥", "위", "아래", "상부", "상방", "하부", "아래" 및 "하방"과 같은 방향 용어는 기재를 목적으로 상대 위치를 제공하고자 하며, 절대 기준 프레임을 표시하고자 하는 것은 아니다. 기재한 실시예에 대한 여러 가지 수정은 당업자에게 자명할 것이며, 본 명세서에서 규정된 일반적인 원리는 다른 실시예에 적용될 수 있다.

본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용에 관해, 당업자는 문맥 및/또는 응용에 적절한 바에 따라 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 변환할 수 있다. 여러 단수/복수 퍼뮤테이션은 명료성을 위해 명백하게 제시되지는 않는다.

본 명세서에서 기재한 요지는 종종 다른 구성요소 내에 포함되거나 그와 연결되는 상이한 구성요소를 예시한다. 그러한 도시한 아키텍쳐는 단지 예시적이며, 사실 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍쳐가 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 개념적인 면에서, 동일한 기능을 달성하기 위한 구성요소의 임의의 배치는, 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관"된다. 그러므로, 특정한 기능을 달성하기 위해 결합된 본 명세서에서의 임의의 2개의 구성요소는, 아키텍쳐 또는 중간 구성요소와 상관없이, 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관"되는 것으로서 볼 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관된 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "연결" 또는 "결합"되는 것으로서 볼 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 구성요소는 원하는 기능을 달성하기 위해 서로에게 "결합될" 수 있는 것으로 볼 수 있다. 결합될 수 있는 특정한 예는 물리적으로 짝지을 수 있는 및/또는 물리적으로 상호작용하는 구성요소 및/또는 무선으로 상호작용할 수 있는 및/또는 무선으로 상호작용하는 구성요소 및/또는 논리적으로 상호작용하는 및/또는 논리적으로 상호작용할 수 있는 구성요소를 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다.

더 또한, 본 발명은 수반하는 청구항에 의해 규정됨을 이해해야 한다. 당업자는, 일반적으로 본 명세서에서 및 특히 수반하는 청구항(예컨대, 수반하는 청구항의 본문)에서 사용된 용어는 일반적으로 "개방" 용어로서 의도됨(예컨대, 용어, "포함하는"은 "포함하지만 이로 제한되는 것은 아닌"으로서 해석되어야 하며, 용어, "갖는"은 "적어도 갖는"으로서 해석되어야 하며, 용어, "포함하다"는 "포함하지만 이로 제한되는 것은 아니다"로서 해석되어야 하는 등이다)을 이해해야 할 것이다. 또한, 당업자는, 도입된 청구항 인용의 특정한 수가 의도된다면, 그러한 의도는 청구항에서 명시적으로 인용될 것이며, 그러한 인용의 부재 시 그러한 의도는 없다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 이해를 돕는 것으로서, 다음의 수반하는 청구항은 청구항 인용을 도입하기 위해 도입 문구, "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나 그러한 문구의 사용은 부정 관사, "a" 또는 "an"에 의한 청구항 인용의 도입은, 동일한 청구항이 도입 문구, "하나 이상" 또는 "적어도 하나"와 "a" 또는 "an"과 같은 부정관사를 포함하는 경우(예컨대, "a" 및/또는 "an"은 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 통상 해석되어야 함)에도, 그러한 도입된 청구항 인용을 포함한 임의의 특정한 청구항을 하나의 그러한 인용만을 포함하는 발명으로 제한함을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 하며; 동일한 점은 청구항 인용을 도입하기 위해 사용되는 정관사의 사용에도 사실이다. 게다가, 도입된 청구항 인용의 특정한 수가 명확하게 인용되더라도, 당업자는 그러한 인용이 통상 적어도 인용된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 함을 인식할 것이다(예컨대, 다른 수정자 없이 "2개의 인용"인 있는 그대로의 인용은 통상 적어도 2개의 인용 또는 2개 이상의 인용을 의미한다). 더 또한, "A, B 및 C 등 중, 적어도 하나"와 유사한 관례가 사용되는 경우에, 일반적으로 그러한 구조는, 당업자가 그러한 관례를 이해할 것이라는 점으로 의도된다(예컨대, "A, B 및 C 중, 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A만, B만, C만, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께 및/또는 A, B 및 C를 함께 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닐 것이다). "A, B 및 C 등 중, 적어도 하나"와 유사한 관례가 사용되는 경우에, 일반적으로 그러한 구조는, 당업자가 그러한 관례를 이해할 것이라는 점으로 의도된다(예컨대, "A, B 및 C 중, 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A만, B만, C만, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께 및/또는 A, B 및 C를 함께 등을 갖는 시스템을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아닐 것이다). 또한, 당업자는, 상세한 설명, 청구항 또는 도면 중 어디에서든, 2개 이상의 대안적인 용어를 제시하는 사실상 임의의 분리 단어 및/또는 문구는 용어 중 하나, 용어 중 어느 하나 또는 두 용어를 포함할 가능성을 상정하는 것으로 이해되어야 함을 이해할 것이다. 예컨대, 문구, "A 또는 B"는 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

본 개시 및 그 수반하는 장점 중 많은 것은 전술한 기재에 의해 이해될 것이라는 점으로 믿어지며, 여러 변화는 개시한 요지에서 벗어나지 않거나 그 소재 장점 중 모든 것을 희생하지 않고도 구성요소의 형태, 구조 및 배치에서 이뤄질 수 있음이 자명할 것이다. 기재한 형태는 단지 예시적이며, 다음의 청구항의 의도는 그러한 변화를 수용 및 포함하고자 한다. 더 또한, 본 발명은 수반하는 청구항에 의해 규정되는 점을 이해해야 한다.

Claims

모놀리식 광학 지연기에 있어서,
모놀리식 프리즘을 포함하고, 상기 모놀리식 프리즘은,
광 빔을 수신하기 위한 입력면;
상기 입력면에 입사하기 전 상기 광 빔의 광학 축과 정렬되는 출력면; 및
3개 이상의 반사면을 포함하고, 상기 3개 이상의 반사면은 상기 3개 이상의 반사면에 의한 반사를 통해 상기 입력면으로부터 상기 출력면으로 상기 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향되고, 상기 모놀리식 광학 지연기는 상기 3개 이상의 반사면 중 적어도 하나에 대한 내부 전반사에 기초하여 상기 광학 경로를 따라 전파 시 상기 광 빔에 총 광학 지연을 부여하며, 상기 입력면, 상기 출력면, 및 상기 3개 이상의 반사면은 상기 출력면을 출사하는 상기 광 빔의 광학 축이 상기 입력면에 입사하는 상기 광 빔의 광학 축과 정렬됨을 제공하도록 배향되는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은 하나 이상의 지연면을 포함하고, 상기 하나 이상의 지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 크며, 상기 광학 경로를 따른 전파 시 상기 광 빔 상의 상기 총 광학 지연은 상기 하나 이상의 지연면에 의해 부여되는 상기 광 빔 상의 누적 광학 지연에 대응하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 자외선 스펙트럼 영역, 진공 자외선 스펙트럼 영역 및 심자외선 스펙트럼 영역 중, 적어도 하나에서의 파장에 대한 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 큰 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 가시 스펙트럼 영역을 포함하는 파장에 대한 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 큰 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 적외선 스펙트럼 영역을 포함하는 파장에 대한 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 큰 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 120 나노미터 내지 20,000 나노미터 범위의 파장에 대한 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 큰 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 120 나노미터 내지 7,000 나노미터 범위의 파장에 대한 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 큰 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 170 나노미터 내지 2,500 나노미터 범위의 파장에 대한 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 큰 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 지연면 중 적어도 하나의 광학 지연은 20도 내지 80도의 범위 내에 있는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 총 광학 지연은 60도 내지 120도의 범위 내에 있는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 총 광학 지연은 90도인 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 총 광학 지연은 180도인 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은 하나 이상의 비-지연면을 포함하고, 상기 하나 이상의 비-지연면 상의 상기 광 빔의 입사각은 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 작으며, 상기 하나 이상의 비-지연면은 상기 광 빔에 제로 광학 지연을 부여하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제13항에 있어서,
상기 모놀리식 프리즘은 상기 하나 이상의 비-지연면 중 적어도 하나 상의 반사성 광학 코팅을 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제14항에 있어서,
상기 반사 광학 코팅은 금속성 코팅을 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은,
상기 입력면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제1 반사성 면 - 상기 제1 반사성 면은 상기 입력면에 대해 선택된 각도로 배향됨 -;
상기 제1 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제2 반사성 면 - 상기 제2 반사성 면은 상기 입력면에 직교함 -; 및
상기 제2 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제3 반사성 면 - 상기 제3 반사성 면은 상기 출력면에 대해 상기 선택된 각도로 배향됨 - 을 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제16항에 있어서,
상기 선택된 각도는 내부 전반사에 대한 임계각보다 더 큰 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은,
상기 입력면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제1 반사성 면;
상기 제1 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제2 반사성 면 - 상기 제2 반사성 면은 상기 제1 반사성 면과 평행함 -;
상기 제2 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제3 반사성 면; 및
상기 제3 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제4 반사성 면 - 상기 제4 반사성 면은 상기 제3 반사성 면과 평행함 - 을 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 모놀리식 프리즘은 모놀리식 k-프리즘을 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 모놀리식 프리즘은 모놀리식 프레넬 사방체(Fresnel rhomb) 지연기를 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 모놀리식 프리즘은 유리를 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 모놀리식 프리즘은 용융 실리카, 석영, 사파이어, 불화칼슘, 불화마그네슘, BK7, 황화아연, 및 셀렌화아연 중, 적어도 하나를 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 입력면, 상기 출력면, 및 상기 3개 이상의 반사성 면은 연마면인 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제13항에 있어서,
상기 모놀리식 프리즘은 상기 3개 이상의 반사성 면 중 적어도 하나 상의 반사성 광학 코팅을 포함하는 것인, 모놀리식 광학 지연기.
제1항에 있어서,
상기 모놀리식 프리즘은, 상기 광 빔을 이탈시키지 않고서 상기 광 빔에 편광 조정을 제공하기 위해, 상기 입력면에 입사하는 상기 광 빔의 광학 축을 중심으로 회전가능한 것인, 모놀리식 광학 지연기.
계측 시스템에 있어서,
조명 빔을 생성하기 위한 조명 소스;
상기 조명 빔을 샘플에 지향시키기 위한 하나 이상의 조명 광학기기;
검출기;
수집된 빔으로서 상기 샘플로부터 광을 수집하고 검출된 광으로서 상기 수집된 빔의 적어도 일부를 상기 검출기에 지향시키기 위한 하나 이상의 수집 광학기기;
상기 하나 이상의 조명 광학기기 및 상기 하나 이상의 수집 광학기기 중, 적어도 하나와 연관된 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 - 상기 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 중 특정한 모놀리식 광학 지연기는,
모놀리식 프리즘을 포함하고, 상기 모놀리식 프리즘은,
광 빔을 수신하기 위한 입력면;
상기 입력면에 입사하기 전 상기 광 빔의 광학 축과 정렬되는 출력면; 및
3개 이상의 반사면을 포함하고, 상기 3개 이상의 반사면은 상기 3개 이상의 반사면에 의한 내부 전반사를 통해 상기 입력면으로부터 상기 출력면으로 상기 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향되고, 상기 모놀리식 광학 지연기는 상기 3개 이상의 반사면에 대한 내부 전반사에 기초하여 상기 광학 경로를 따라 전파 시 상기 광 빔에 선택된 광학 지연을 부여하며, 상기 입력면, 상기 출력면, 및 상기 3개 이상의 반사면은 상기 출력면을 출사하는 상기 광 빔의 광학 축이 상기 입력면에 입사하는 상기 광 빔의 광학 축과 동일함을 제공하도록 배향됨 -; 및
상기 검출기에 통신가능하게 결합된 제어기를 포함하며, 상기 제어기는, 하나 이상의 프로세서가 상기 검출된 광에 기초하여 상기 샘플의 하나 이상의 계측 측정치를 생성하게 하는 프로그램 명령을 수행하도록 구성되는 상기 하나 이상의 프로세서를 포함하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 중 적어도 하나는, 상기 각각의 광 빔을 이탈시키지 않고서 상기 각각의 광 빔에 편광 조정을 제공하기 위해, 상기 각각의 광 빔의 광학 축을 따라 회전가능한 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 중 적어도 하나는 상기 하나 이상의 조명 광학기기를 포함하며, 상기 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 중 적어도 하나는 상기 광 빔으로서 상기 조명 빔을 수신하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 중 적어도 하나는 상기 하나 이상의 수집 광학기기를 포함하며, 상기 하나 이상의 모놀리식 광학 지연기 중 적어도 하나는 상기 광 빔으로서 상기 수집된 빔을 수신하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 계측 시스템은 광대역 계측 툴을 포함하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 계측 시스템은 타원계, 반사계, 산란계, 및 편광계 중, 적어도 하나를 포함하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은,
상기 입력면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제1 반사성 면 - 상기 제1 반사성 면은 상기 입력면에 대해 선택된 각도로 배향됨 -;
상기 제1 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제2 반사성 면 - 상기 제2 반사성 면은 상기 입력면에 직교함 -; 및
상기 제2 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제3 반사성 면 - 상기 제3 반사성 면은 상기 출력면에 대해 상기 선택된 각도로 배향됨 - 을 포함하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은,
상기 입력면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제1 반사성 면;
상기 제1 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제2 반사성 면 - 상기 제2 반사성 면은 상기 제1 반사성 면과 평행함 -;
상기 제2 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제3 반사성 면; 및
상기 제3 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제4 반사성 면 - 상기 제4 반사성 면은 상기 제3 반사성 면과 평행함 - 을 포함하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 모놀리식 고체 재료는 모놀리식 k-프리즘을 포함하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 모놀리식 고체 재료는 모놀리식 프레넬 사방체 지연기를 포함하는 것인, 계측 시스템.
제26항에 있어서,
상기 모놀리식 고체 재료는 유리를 포함하는 것인, 계측 시스템.
계측 방법에 있어서,
조명 빔을 생성하는 단계;
상기 조명 빔을 샘플에 지향시키는 단계;
수집된 빔으로서 상기 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 광을 수집하는 단계 - 적어도 상기 조명 빔 또는 상기 수집된 빔의 편광은 모놀리식 프리즘으로부터 형성된 적어도 하나의 모놀리식 광학 지연기에 의해 제어되고, 상기 모놀리식 프리즘은,
광 빔을 수신하기 위한 입력면;
상기 입력면에 입사하기 전 상기 광 빔의 광학 축과 정렬되는 출력면; 및
3개 이상의 반사면을 포함하고, 상기 3개 이상의 반사면은 상기 3개 이상의 반사면에 의한 반사를 통해 상기 입력면으로부터 상기 출력면으로 상기 광 빔에 대한 광학 경로를 제공하도록 배향되고, 상기 모놀리식 광학 지연기는 상기 3개 이상의 반사면 중 적어도 하나에 대한 내부 전반사에 기초하여 상기 광학 경로를 따라 전파 시 상기 광 빔에 선택된 광학 지연을 부여하며, 상기 입력면, 상기 출력면, 및 상기 3개 이상의 반사면은 상기 출력면을 출사하는 상기 광 빔의 광학 축이 상기 입력면에 입사하는 상기 광 빔의 광학 축과 동일함을 제공하도록 배향됨 -;
검출된 광으로서 상기 수집된 빔의 적어도 일부를 검출기에 지향시키는 단계; 및
상기 검출된 광에 기초하여 상기 샘플의 하나 이상의 계측 측정치를 생성하는 단계를 포함하는, 계측 방법.
제37항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은,
상기 입력면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제1 반사성 면 - 상기 제1 반사성 면은 상기 입력면에 대해 선택된 각도로 배향됨 -;
상기 제1 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제2 반사성 면 - 상기 제2 반사성 면은 상기 입력면에 직교함 -; 및
상기 제2 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제3 반사성 면 - 상기 제3 반사성 면은 상기 출력면에 대해 상기 선택된 각도로 배향됨 - 을 포함하는 것인, 계측 방법.
제37항에 있어서,
상기 3개 이상의 반사면은,
상기 입력면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제1 반사성 면;
상기 제1 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제2 반사성 면 - 상기 제2 반사성 면은 상기 제1 반사성 면과 평행함 -;
상기 제2 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제3 반사성 면; 및
상기 제3 반사성 면으로부터 상기 광을 수신하도록 배향된 제4 반사성 면 - 상기 제4 반사성 면은 상기 제3 반사성 면과 평행함 - 을 포함하는 것인, 계측 방법.
제37항에 있어서,
상기 하나 이상의 계측 측정치 중 적어도 하나는 타원계측 측정치, 반사계측 측정치, 산란계측 측정치 및 편광계측 측정치 중, 적어도 하나를 포함하는 것인, 계측 방법.