KR102545519B1 - 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 편광 변조가 최소화되도록 반사면들이 배치된 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계에 관한 것이다. 본 발명은, 편광자(polarizer)와, 검광자(analyzer)를 포함하며, 상기 편광자를 통과하는 광 및 상기 시료 표면의 법선을 포함하는 제1 평면과, 상기 검광자를 통과하는 광 및 상기 시료 표면의 법선을 포함하는 제2 평면을 규정하는 반사형 광학계로서, 제1 반사면을 포함하는 제1 반사형 광학계와; 제2 반사면을 포함하는 제2 반사형 광학계를 포함하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 제공한다. 여기서, 상기 제1 반사면은, 상기 제1 반사형 광학계를 통과한 광의 p 파 편광면인 제1 편광면이 상기 제1 평면을 제1 기준축을 기준으로 제1 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 배치된다. 그리고 상기 제2 반사면은, 상기 제2 반사형 광학계를 통과한 광의 p 파 편광면인 제2 편광면이 상기 제2 평면을 상기 제1 기준축과 다른 제2 기준축을 기준으로 제2 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 배치된다. 본 발명에 따른 반사형 광학계는 편광 변조를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

Description

편광 변조가 최소화된 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계{Reflective Optical System with Minimized Polarization Modulation and Spectroscopic Ellipsometer Provided Therewith}

본 발명은 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 편광 변조가 최소화되도록 반사면들이 배치된 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계에 관한 것이다.

반도체 박막의 두께 및 굴절률(refractive index, n), 흡광계수(extinction coefficient, k), 광학적 밴드갭(optical bandgap) 등의 정보를 도출하기 위한 방법으로서 분광 타원법(spectroscopic ellipsometry, SE)이 사용된다. 분광 타원법은 물질에 입사된 빛이 표면에서 반사 또는 투과 후, 그 매질의 굴절률이나 두께에 따라 편광 상태가 변화하는 성질을 이용하여 물질의 광학적인 특성을 조사하는 분석법이다.

반도체 산업 분야에서 사용되는 분광 타원계(spectroscopic ellipsometer)는 수십 ㎛의 크기를 갖는 미세 초점(micro focal spot)을 갖고 있는데, 이를 이루기 위해 투과형 혹은 반사형 광학 소자를 이용한 광학계를 구성하게 된다.

대표적인 투과형 광학 소자는 렌즈이며, 렌즈를 사용하는 투과형 광학계는 투과 물질의 특성상 파장별 굴절률 차이로 인해 발생하는 색 수차로 인한 파장 별 스폿 크기의 차이가 가장 큰 문제로 지적된다.

이를 회피하기 위해 반사형 광학계를 이용하는 경우에는 반사에 의한 편광 변화가 가장 큰 문제로 나타난다.

도 1은 종래의 타원 분광계를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 타원 분광계를 위에서 바라본 도면이다. 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 종래의 반사형 광학계는 광원에서 발생된 광을 편광시키기 위한 편광자(polarizer, 1)와, 편광자(1)를 통과한 광이 시료(S) 표면의 측정 스팟을 향하도록 광을 반사시키는 한 쌍의 제1 반사면(2)들을 포함하는 제1 반사형 광학계(3)와, 시료(S) 표면에서 반사된 광이 검광자(analyzer, 7)를 향하도록 광을 반사시키는 한 쌍의 제2 반사면(4)들을 포함하는 제2 반사형 광학계(5)와, 시료(S) 표면에서 반사된 광의 편광 상태 감지를 위한 검광자(7)를 포함한다.

또한, 타원 분광계는 광원(9)과 광원(9)에서 나온 광을 편광자(1)에 전달하는 한 쌍의 미러(11)와 검광자(7)를 통과한 광을 분광계(spectrometer, 15)에 전달하는 한 쌍의 미러(13)를 더 포함한다.

도 3은 도 1에 도시된 반사형 광학계에서의 제1 편광면(P_P,1)과 제2 편광면(Pp,₂)을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1과 2에 도시된 반사형 광학계에서는 입사광(R_I)와 시료(S)의 법선(N)과 반사광(R_R)이 이루는 입사면(P_I), 제1 편광면(P_P,1) 및 제2 편광면(P_P,2)이 같은 평면을 이룬다. 제1 편광면(P_P,1)과 제2 편광면(P_P,2)은 각각 제1 반사형 광학계(3)를 통과한 광의 p 파 편광면과 제2 반사형 광학계(5)를 통과한 광의 p 파 편광면을 의미한다.

빛의 파동적 고유 특성 중의 하나인 편광은 매질의 표면에서 반사되는 경우, 매질의 복소 굴절률과 같은 매질의 광학적 성질에 따라 변조된다. 따라서 반사형 광학계에서는 제1 반사면(2)들과 제2 반사면(4)들에서의 반사과정에서 의도하지 않아도 편광 변조가 발생하게 되는데, 편광을 제어하여 수 Å부터 수백 nm 두께의 박막 두께를 측정해야 하는 분광 타원계의 경우 의도하지 않은 편광의 변화는 측정값의 오차를 발생시킨다. 따라서 이런 편광 변조를 상쇄할 수 있는 방법이 고려되어야 한다. 특히, 편광 변조가 편광자(1)와 검광자(7) 사이에서 발생할 경우 편광에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 편광자(1)와 검광자(7) 사이의 광 경로에서의 편광 변조를 상쇄하는 것이 매우 중요하다.

도 1 내지 3에 도시된 종래의 반사형 광학계에서는 입사면(P_I), 제1 편광면(P_P,1) 및 제2 편광면(P_P,2)이 같은 평면을 이룬다. 하지만, 반사과정에서 p 파와 s 파의 위상과 크기가 서로 다르게 변화하기 때문에, 제1 편광면(P_P,1)에서의 p 파의 위상과 크기는 입사면(P_I)에서의 p 파의 위상과 크기와 다르다. s 파도 마찬가지이다. 따라서 시료(S)에 입사되는 편광은 편광자(1)를 통과한 편광과 다른 타원 계수를 가지는 편광이 된다. 예를 들어, 편광자(1)를 통과한 직선 편광은 시료(S)에 입사할 때에는 타원 편광으로 변조된다.

좀 더 구체적으로, 이상적인 반사체를 시료로 하고, 600nm 파장의 광을 사용하는 분광 타원계에 있어서, 편광자(1)와 검광자(7) 사이에 편광에 영향을 주는 광소자가 없는 경우에 얻어지는 타원 상수(Δ, ψ)의 크기를 각각 (36.179, 2.435)라고 할 때, 편광자(1)와 검광자(7) 사이에 편광에 영향을 주는 마이크로 스폿용 반사형 광학계가 존재하게 되면 타원 상수(Δ, ψ)가 (21.746, 1.949)로 변조되는 시뮬레이션 결과를 얻게 된다. 이는 마이크로 스폿을 위하여 추가된 반사형 광학계에 의해 타원 상수 변조(dΔ, dψ)가 (14.433, 0.486) 발생한 것이다. Δ값은 타겟 영역에 입사되는 p 파 및 s 파가 반사 후에 갖게 되는 위상차이며, Ψ값은 반사된 광의 p 파와 s 파의 반사계수비(tan Ψ)의 각도를 나타낸다.

이러한 편광 변조를 상쇄할 수 있는 방법으로, 한국등록특허 제10-2137053호에는 광의 진행방향에 대해서 45도를 이루는 한 쌍의 반사면들이 90도 틀어져서 배치된 편광 출사부와 편광 입사부를 각각 구비하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에서는 하나의 반사면을 기준으로 p 편광이 다른 하나의 반사면을 기준으로 s 편광이 되도록 하여 편광 변조를 상쇄한다.

그러나 이러한 방법을 적용하여도 편광 변조는 남아 있다는 문제가 있다. 예를 들어, 상기 방법과 유사한 방법으로, 시료와 검광자 사이의 반사형 광학계에만 90도 틀어진 반사면들을 적용하여 편광 상태를 시뮬레이션하면 타원 상수(Δ, ψ)는 (33.851, 1.883)가 되어, 편광 변조로 인한 타원 상수 변조(dΔ, dψ)는 (2.328, 0.552) 발생하게 된다.

그 이유는 다음과 같다. 예를 들어, 반사형 광학계의 반사면에 의한 편광 변조가 p 파 기준 10% 발생한다고 할 때, 편광자 측 반사면에서 시료까지의 경로에서 p 파에 편광 변조가 10% 발생하는 것을 의미한다.

p 파 기준 편광 변조가 10%인 광이 시료에 입사하면, 시료에 의한 편광 변조 중 10%는 편광자 측 반사면에서의 편광 변조 10%를 포함하게 된다. 이는 시료에 의한 편광 변조가 50%라 할 때, 50%의 10% 즉, 5%의 추가적인 편광 변조를 일으키게 된다는 것이다.

시료에서 반사된 광이 90도 회전한 검광자 측 반사면에 입사하여 p 파가 s 파로 바뀌어 다시 10% 편광 변조를 상쇄한다고 할 때, 이는 시료에 의한 편광 변조에서 발생한 추가적인 편광 변조 5%만을 상쇄할 수 있게 된다. 따라서 편광자 측 반사면에서 발생한 10%의 편광 변조 중 일부만 상쇄할 수 있다.

한국등록특허 제10-2137053호

본 발명은 편광 변조를 최소화할 수 있는 새로운 반사형 광학계 및 이를 구비한 분광 타원계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 광원과 시료 표면 사이에 위치하며, 상기 광원에서 발생된 광을 편광시키기 위한 편광자(polarizer)와, 상기 시료 표면에서 반사된 광의 편광상태 감지를 위한 검광자(analyzer)를 포함하며, 상기 편광자를 통과하는 광 및 상기 시료 표면의 법선을 포함하는 제1 평면과, 상기 검광자를 통과하는 광 및 상기 시료 표면의 법선을 포함하는 제2 평면을 규정하는 반사형 광학계로서, 상기 편광자와 상기 시료 표면 사이에 배치되며, 상기 편광자를 통과한 광이 상기 시료 표면의 측정 스팟을 향하도록 광의 진행경로를 변경시키도록 구성된 적어도 하나의 제1 반사면을 포함하는 제1 반사형 광학계와; 상기 시료 표면과 상기 검광자 사이에 배치되며, 상기 시료 표면의 측정 스팟에서 반사된 광이 상기 검광자를 향하도록 광의 진행경로를 변경시키도록 구성된 적어도 하나의 제2 반사면을 포함하는 제2 반사형 광학계를 포함하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 제공한다.

여기서, 상기 제1 반사면에서의 반사에 의한 편광 변조(polarization modulation)를 상쇄하기 위해서, 상기 제1 반사면은, 상기 제1 반사형 광학계를 통과한 광의 p 파 편광면인 제1 편광면이 상기 제1 평면을 제1 기준축을 기준으로 제1 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 배치된다.

상기 제1 편광면 기준으로 상기 제1 반사형 광학계를 통과한 광의 일부는 p파로 진행하고, 일부는 s 파로 진행한다.

그리고 상기 제2 반사면에서의 반사에 의한 편광 변조를 상쇄하기 위해서, 상기 제2 반사면은, 상기 제2 반사형 광학계를 통과한 광의 p 파 편광면인 제2 편광면이 상기 제2 평면을 상기 제1 기준축과 다른 제2 기준축을 기준으로 제2 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 배치된다.

상기 제2 편광면 기준으로 상기 제2 반사형 광학계를 통과한 광의 일부는 p 파로 진행하고, 일부는 s 파로 진행한다.

또한, 본 발명은, 상기 제1 기준축은 상기 편광자를 통과하는 광의 광축이며, 상기 제2 기준축은 상기 검광자를 통과하는 광의 광축인 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 제공한다.

또한, 상기 제1 기준축은 상기 제1 반사형 광학계를 통과하여 상기 시료 표면에 입사하는 광의 광축이며, 상기 제2 기준축은 상기 시료 표면에서 반사되어 상기 제2 반사형 광학계에 입사하는 광의 광축인 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 제공한다.

또한, 상기 제1 회전방향과 제2 회전방향으로의 회전 각도는 제1 반사면과 제2 반사면의 재질 및 상기 제1 반사형 광학계에 입사하는 광의 입사각과 상기 제2 반사형 광학계에 입사하는 광의 입사각에 기초하여 정해지는 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 제공한다.

또한, 상기 제1 회전방향과 상기 제2 회전방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 제공한다.

또한, 상기 제1 회전방향으로의 회전 각도와 제2 회전방향으로의 회전 각도의 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 제공한다.

또한, 본 발명은 상술한 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 구비한 타원 분광계를 제공한다.

본 발명에 따른 반사형 광학계는 편광 변조를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 타원 분광계를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 타원 분광계를 위에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 반사형 광학계에서의 제1 편광면과 제2 편광면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 입체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 반사형 광학계를 구비한 타원 분광계를 위에서 바라본 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 반사형 광학계에서의 제1 편광면과 제2 편광면을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 첨부하여 본 발명의 일실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 입체적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 반사형 광학계를 구비한 타원 분광계를 위에서 바라본 도면이다.

도 4와 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계(20)는 편광자(21)와, 제1 반사형 광학계(23)와, 제2 반사형 광학계(25)와, 검광자(27)를 포함한다.

편광자(21)는 광원(30)에서 발생된 광을 편광시키는 역할을 한다. 예를 들어, 편광자(21)는 광원(30)에서 발생한 광을 p 편광(p 파)과 s 편광(s 파)의 위상이 동일한 직선 편광으로 변환시킬 수 있다.

제1 반사형 광학계(23)는 편광자(21)와 시료(S) 표면 사이에 배치된다. 제1 반사형 광학계(23)는 편광자(21)를 통과한 광이 시료(S) 표면의 측정 스팟을 향하도록 광의 진행경로를 변경시키도록 구성된다.

제1 반사형 광학계(23)는 적어도 하나의 제1 반사면(22a, 22b)을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서는 한 쌍의 제1 반사면들(22a, 22b)을 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 하나의 제1 반사면을 구비하거나, 세 개 이상의 제1 반사면들을 구비할 수도 있다.

여기서 제1 반사면들(22a, 22b)은 제1 반사면들(22a, 22b)에서의 반사에 의한 편광 변조를 상쇄할 수 있도록 배치된다.

제1 반사면들(22a, 22b)의 p 파와 s 파에 대한 반사계수가 서로 다르기 때문에 광의 진행 경로를 기준으로, 상류 측에 배치되는 제1 반사면(22a)에 입사한 직선 편광은 타원 편광으로 변한다. 그리고 하류 측에 배치된 제1 반사면(22b)에서 다시 반사되는 과정에서 다시 편광 변조가 생긴다.

본 발명에서는 제1 반사형 광학계(23)를 통과한 광의 p 파 편광면인 제1 편광면(P_P,1)이 제1 평면(P₁)을 제1 기준축(A₁)을 기준으로 제1 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 제1 반사면들(22a, 22b)을 배치하여 제1 반사면들(22a, 22b)에 의한 편광 변조를 상쇄한다. 제1 평면(P₁)은 편광자(21)를 통과한 광의 광축과 시료(S)의 법선(N)을 포함하는 평면이다.

본 발명에서는 제1 반사형 광학계(23)에서 발생하는 편광 변조를 일부 p 파, 일부 s 파로 바꿈으로써, 제1 반사면들(22a, 22b)에서 발생하는 편광 변조를 자체적으로 상쇄하여 시료(S)에 입사하는 광의 편광 상태를 편광자(21)를 통과한 광의 편광 상태, 예를 들어 직선 편광 상태로 유지할 수 있도록 구성된다.

p 파 편광면은 p 파의 진동방향과 광의 진행방향을 포함하는 면을 의미한다.

도 6은 도 4에 도시된 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계에서의 제1 편광면(P_P,1)과 제2 편광면(P_P,2)을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 기준축(A₁)은, 예를 들어, 편광자(21)를 통과하는 입사광의 광축일 수 있다. 제1 방향은 시계방향일 수 있다. 회전 각도(α)는 제1 반사면들(22a, 22b)의 재질 및 제1 반사형 광학계(23)에 입사하는 광의 입사각에 기초하여 정해진다. 회전 각도(α)는 예를 들어, 30 내지 40도일 수 있다.

또한, 제1 기준축(A₁)은 제1 반사형 광학계(23)를 통과하여 시료(S) 표면에 입사하는 광의 광축일 수도 있다.

편광 변조를 최소화하는 제1 반사형 광학계(23)를 이루기 위한 제1 방향의 회전 각도(α), 이동 조건은 제1 반사형 광학계(23)를 구성하는 제1 반사면들(22a, 22b)의 곡률 반경, 제1 반사면들(22a, 22b)에 입사되는 광의 입사각, 제1 반사면들(22a, 22b)의 재질, 코팅 종류 등의 조건에 따라 결정된다.

제1 편광면(P_P,1) 기준으로 제1 반사형 광학계(23)를 통과한 광의 일부는 p 파로 진행하고, 일부는 s 파로 진행한다.

도시된 편광 변조가 최소화된 제1 반사형 광학계(23)는 제1 반사면들(22a, 22b)이 편광 변조를 최소화하기 위해 제1 편광면(P_P,1)에서 나타나는 p 파를 진행 면에 대해 일부 p 파와 일부 s 파로 구분하고, 다시 시료(S)에서 반사된 후 시료(S)에서 반사 전 일부 p 파인 것을 일부 s 파로, 시료(S)에서 반사 전 일부 s 파인 것을 일부 p 파로 반사되도록 고안된다.

이상적이라면 이러한 제1 반사형 광학계(23)를 통과한 편광은 제1 반사형 광학계(23)로 입사한 편광과 동일한 편광이 될 수 있다. 예를 들어, 직선 편광으로 제1 반사형 광학계(23)로 입사하였다면, 제1 반사형 광학계(23)를 통과한 광은 동일한 직선 편광이 된다.

편광자(21)를 통과한 광과 제1 반사형 광학계(23)를 통과한 광의 p 파 편광면은 제1 평면(P₁)과 제1 편광면(P_P,1)으로 서로 다르지만, 타원 계수는 동일한 편광이 된다. 예를 들어, 편광자(21)를 통과한 광이 직선 편광이라면, 제1 반사형 광학계(23)를 통과한 광도 p 편광 면만 다른 직선 편광이 된다.

시료(S)는 기판과 기판 위에 순차적으로 형성된 복수의 박막 층들을 구비한 시료(S)일 수 있다. 기판은 유리 기판이나 반도체 기판일 수 있다. 박막 층들은 반도체 소자나, 디스플레이 장치, 태양 전지 등의 전자 소자를 구성하는 층일 수 있다. 박막 층들은 반도체, 유전체 또는 금속 층일 수 있다. 시료(S)에 편광된 광이 입사되면 시료(S)의 광학적 특성에 따라서 반사광의 편광 상태가 변화한다. 즉, 시료(S)는 시료(S)를 구성하는 박막 층들과 기판의 굴절률, 두께 등의 광학적, 구조적 특성에 따라서 변화된 편광을 반사시킨다.

제2 반사형 광학계(25)는 시료(S) 표면과 검광자(27) 사이에 배치된다. 제2 반사형 광학계(25)는 시료(S) 표면의 측정 스팟에서 반사된 광이 검광자(27)를 향하도록 광의 진행경로를 변경시키도록 구성된다.

제2 반사형 광학계(25)는 적어도 하나의 제2 반사면(24a, 24b)을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서는 한 쌍의 제2 반사면들(24a, 24b)을 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 하나의 제2 반사면을 구비하거나, 세 개 이상의 제2 반사면들을 구비할 수도 있다.

여기서 제2 반사면들(24a, 24b)은 제2 반사면들(24a, 24b)에서의 반사에 의한 편광 변조를 상쇄할 수 있도록 배치된다.

제2 반사면들(24a, 24b)의 p 파와 s 파에 대한 반사계수가 서로 다르기 때문에 편광 변조가 생긴다.

편광 변조가 상쇄되지 않은 편광이 검광자(27)에 입사하면, 시료(S)에 의한 편광 변조와 제2 반사면들(24a, 24b)에 의한 편광 변조가 혼합되어 정확한 측정이 어렵다.

본 발명에서는 제2 반사형 광학계(25)를 통과한 광의 p 파 편광면인 제2 편광면(P_P,2)이 제2 평면(P₂)을 제2 기준축(A₂)을 기준으로 제2 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 제2 반사면들(24a, 24b)을 배치하여 제2 반사면들(24a, 24b)에 의한 편광 변조를 상쇄한다. 제2 평면(P₂)은 검광자(17)를 통과하는 광 및 시료(S) 표면의 법선(N)을 포함하는 평면이다. 제2 평면(P₂)은 제1 평면(P₁)과 나란하지 않지만, 최대한 나란한 것이 바람직하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2 기준축(A₂)은, 예를 들어, 검광자(27)를 통과하는 반사광의 광축일 수 있다. 제2 방향은 반시계방향일 수 있다. 회전 각도(β)는 제2 반사면(24a, 24b)의 재질 및 제2 반사형 광학계(25)에 입사하는 광의 입사각에 기초하여 정해진다. 회전 각도(β)는 예를 들어, 30 내지 40도일 수 있다. 제1 반사면들(22a, 22b)과 제2 반사면들(24a, 24b)이 같은 재질이라면, 제1 회전방향으로의 회전 각도(α)와 제2 회전방향으로의 회전 각도(β)의 크기가 동일할 수 있다.

또한, 제2 기준축(A₂)은 시료(S) 표면에서 반사되어 제2 반사형 광학계(25)에 입사하는 광의 광축일 수도 있다.

제2 편광면(P_P,2) 기준으로 제2 반사형 광학계(25)를 통과한 광의 일부는 p 파로 진행하고, 일부는 s 파로 진행한다.

이상적이라면 이러한 제2 반사형 광학계(25)를 통과한 편광은 제2 반사형 광학계(25)로 입사한 편광이 시료(S)에 의해서만 변조된 편광이 될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 타원 분광계(100)는 광원(30)과 분광계(40)를 더 포함한다.

광원(30)은 시료(S)에 조사되는 광을 발생시키는 장치로서, 원적외선에서부터 근적외선에 걸친 파장 대역의 광을 발생시킬 수 있다.

분광계(40)는 외부 트리거 신호에 따라 정해진 노출 시간에 맞춰 동작하여 반사형 광학계(20)를 통과한 광의 광량을 측정한다. 분광계(40)는 전하 결합 소자를 포함할 수 있다.

또한, 타원 분광계(100)는 광원(30)에서 나온 광을 편광자(21)에 전달하는 한 쌍의 미러(31)와 검광자(27)를 통과한 광을 분광계(40)에 전달하는 한 쌍의 미러(41)를 더 포함한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100: 타원 분광계
P_P,1: 제1 편광면
P_P,2: 제2 편광면
P_I: 입사면
P₁: 제1 평면
P₂: 제2 평면
A₁: 제1 기준축
A₂: 제2 기준축
20: 반사형 광학계
21: 편광자
23: 제1 반사형 광학계
25: 제2 반사형 광학계
27: 검광자
30: 광원
40: 분광계

Claims (7)

1. 광원과 시료 표면 사이에 위치하며, 상기 광원에서 발생된 광을 편광시키기 위한 편광자(polarizer)와, 상기 시료 표면에서 반사된 광의 편광상태 감지를 위한 검광자(analyzer)를 포함하며, 상기 편광자를 통과하는 광 및 상기 시료 표면의 법선을 포함하는 제1 평면과, 상기 검광자를 통과하는 광 및 상기 시료 표면의 법선을 포함하는 제2 평면을 규정하는 반사형 광학계로서,
   상기 편광자와 상기 시료 표면 사이에 배치되며, 상기 편광자를 통과한 광이 상기 시료 표면의 측정 스팟을 향하도록 광의 진행경로를 변경시키도록 구성된 적어도 한 쌍의 제1 반사면들을 포함하는 제1 반사형 광학계와,
   상기 시료 표면과 상기 검광자 사이에 배치되며, 상기 시료 표면의 측정 스팟에서 반사된 광이 상기 검광자를 향하도록 광의 진행경로를 변경시키도록 구성된 적어도 한 쌍의 제2 반사면들을 포함하는 제2 반사형 광학계를 포함하며,
   상기 제1 반사형 광학계에서의 반사에 의한 편광 변조(polarization modulation)를 감소시키기 위해서, 상기 제1 반사형 광학계를 통과한 광의 p 파 편광면인 제1 편광면이 상기 제1 평면을 제1 기준축을 기준으로 제1 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 상기 제1 반사면들이 배치되며,
   상기 제1 편광면 기준으로 상기 제1 반사형 광학계를 통과한 광의 일부는 p파로 진행하고, 일부는 s 파로 진행하며,
   상기 제2 반사형 광학계에서의 반사에 의한 편광 변조를 감소시키기 위해서, 상기 제2 반사형 광학계를 통과한 광의 p 파 편광면인 제2 편광면이 상기 제2 평면을 상기 제1 기준축과 다른 제2 기준축을 기준으로 제2 방향으로 회전시킨 면과 나란하게 형성되도록 상기 제2 반사면들이 배치되며,
   상기 제2 편광면 기준으로 상기 제2 반사형 광학계를 통과한 광의 일부는 p 파로 진행하고, 일부는 s 파로 진행하는 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 기준축은 상기 편광자를 통과하는 광의 광축이며, 상기 제2 기준축은 상기 검광자를 통과하는 광의 광축인 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 기준축은 상기 제1 반사형 광학계를 통과하여 상기 시료 표면에 입사하는 광의 광축이며, 상기 제2 기준축은 상기 시료 표면에서 반사되어 상기 제2 반사형 광학계에 입사하는 광의 광축인 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방향과 제2 방향으로의 회전 각도는 상기 제1 반사면들과 상기 제2 반사면들의 재질 및 상기 제1 반사형 광학계에 입사하는 광의 입사각과 상기 제2 반사형 광학계에 입사하는 광의 입사각에 기초하여 정해지는 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 방향으로의 회전 각도와 제2 방향으로의 회전 각도의 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 편광 변조가 최소화된 반사형 광학계를 구비한 타원 분광계.

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