KR100781745B1 - 박막 샘플을 광학적으로 특성분석하는 장치 - Google Patents

박막 샘플을 광학적으로 특성분석하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프레임, 단색광 여기 레이저 소스(21), 수십 ㎛2의 최소 표면을 지나, 표면 유닛당 에너지의 분포를 균등하게 하는 수단(22)과 함께 제공되며, 묘사되어야 하는 물질을 향하는 소스에 의해 방출된 빛 플럭스를 안내하는 광 수단(23,24)과 라만 효과에 의해 산란된 빛을 모으는 것(24)과 선택하는 것(27,28)을 위한 수단을 포함하며 후방산란 라만 분광분석법에 의해 얇은 층의 물질을 광학적으로 묘사하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 라만 여기 수단과 같이 동일한 샘플 지역상에 안내된 반사측정 여기 수단(3-9)을 포함하고, 라만 측정 수단과 통합하여 반사측정 측정 수단(3-14)을 더 포함한다.
라만 효과, 반사측정법, 타원측정법

Description

박막 샘플을 광학적으로 특성분석하는 장치{APPARATUS FOR OPTICALLY CHARACTERISING THIN LAYERED MATERIAL}
본 발명은 박막 샘플을 광학적으로 특성분석하는 장치에 관한 것이다.
비파괴적이기 때문에 제조 과정동안 또는 완성된 제품의 검사를 위하여 본래의 위치에서 이용될 수 있는 이러한 특성분석은 분석된 샘플을 구성하고 있는 적어도 일부의 원소와 가능하다면 그 농도를 알 수 있도록 한다. 또한, 특성분석에 의해 박막의 두께에 접근 할 수도 있다.
특성분석을 수행하기 위하여, 지금까지 한편으로는 라만 분광 장치를, 다른 한편으로는 분광기일 수 있는 반사율계(reflectometer), 광도계(photometer), 또는 타원계(ellipsometer)가 사용되고 있다.
라만 효과는, 그 광도가 광빔과 동일한 파장 λe 으로 산란되는 레이라이(Rayleigh) 광선의 광도에 비하여 매우 작은, λe에 근접한 파장 λr 으로 라만 광선을 산란시키는 파장 λe 으로 비추어진 샘플에 의해 발생된다는 것이 알려져 있다. 라만 분광계가 현미경과 결합되어 있는 경우에, 발광 빔은 일반적으로 샘플에 대하여 정상 입사하에 있으며 라만 산란은 광각 렌즈로 그 광도와 스펙트럼에 의해 측정된다.
우리는 반사율 측정에 의한 특성분석도 알고 있다. 그리고, 종종 작은(샘플에 대하여 수직과 다름) 각도하에서 샘플을 비추어 샘플에 의해 거울 반사된 광을 분석하는 것이 목적이다. 그리고, 우리는 광도 측정법(photometry)인 경우에는 광도에, 타원 측정법(ellipsometry)인 경우에는 편광된 광의 다양한 성분의 진폭에 특히 관심이 있다.
우리는 변조기가 입사빔의 편광 상태에서 동작하는 위상-변조 타원측정법, 반사광의 파장 스펙트럼이 분석되는 분광 타원측정법, 및 샘플상에서 작용하는 주기적인 외부 여기, 예를 들어 전기적 여기 또는 광학적 여기에 의해 생성된 변조 효과를 설명하는 변조된 반사율측정법을 알고 있다. 변조된 분광 타원계는 예를 들어 유럽 특허 EP-0 663 590호에 기술되어 있다.
샘플의 광학적인 특성분석을 위한 이러한 주요 방법들 각각은 그 자신만의 장점을 가지고 있다.
일반적으로 말하면, 텐서 ε(ω)(여기서, ω는 전자기적 여기의 주파수)에 의한 전자기적 여기에 대한 박막 샘플의 거시적인 응답이다. 등방성 고체의 경우에, 텐서( tensor ε(ω))는 스칼라적으로 감소하며, 우리는 관계식 D= εo εE(여기서, εo 는 진공상태의 전기 유전율, D는 전위 벡터, E는 인가된 전기장)를 얻었다.
그리고, 편광도 α는 (원자당 또는 원자 그룹당) 국부 바이폴라 모멘트 p를 베이스로 하여 정의된다. 사실, p 는 국부 전기장 EIOC(관계식 p= αεo EIOC에 의한 전기장)과 관련되어 있다.
볼륨 유닛 또는 편광 벡터당 거시적인 다이폴라 모멘트는 다음의 식 P = Np (여기서, N은 다이폴의 공간 밀도)에 의해 제공된다. 편광도는 관계식 P = εo ( ε-1)E에 의한 나머지 거시적인 양들과 관련되어 있다.
반사율 측정법, 특히 분광 타원측정법은 유전함수 ε(ω)에 접근할 수 있도록 한다. 자외선에서 가시광선까지의 파장 범위내에서, 흡수(absorption)는 종종 전자 전이에 의해 결정된다(이것은 예를 들어 반도체 경우에서 이다). 적외선 범위에서, 타원 측정법은 진동 흡수, 즉 다이폴 여기에 민감하다. 탐색된 두께는 자외선에서 일반적으로 흡수가 잘 되고 적외선에서 쿼시 트랜스패런트한 반도체의 경우에서와 같은 파장과 관련하여 변할 수 있다.
라만 산란은 그 부분에 대하여 여기 △α(ω)의 존재로 편광 변동에 민감하다.
관련된 물리적인 값의 결정과 관련하여, 타원측정법과 라만 산란은 다른 특성의 기술이라는 것을 알 수 있다. 특히, 양자 역학의 관점에서 특정 진동의 효과적인 부분은 경우마다 매우 다를 수 있다.
반사율계에 의한 측정은 거울반사와 탄성 방식(파장 보존)으로 수행된다. 결론적으로, 반사율계에 의한 측정은 박막의 두께를 측정할 수 있도록 하는 간섭 현상에 민감하다. 구체적으로, 타원측정법은 (두께 발산을 나타내는) 다층막의 박막을 특성분석하는데 적합하다. 타원측정법의 일반적인 적용에 있어서, 입사각은 대부분의 물질의 부루스터(Brewster)각에 해당하며 최적의 민감도를 제공하는 대략 55~ 80o 사이에서 변한다. 두가지 파장 범위, 즉 첫번째는 자외선(0.25μm) 근처에서 적외선 IR(1.7μm) 부근까지 확장하는 '가시광선 자외선(visible ultraviolet)'과, 두 번째는 '적외선'이라 불리는 대략 2.5에서 12 또는 16 ㎛까지 떨어진 적외선이 사용된다. 소스와 디텍터에 의해 강요되는 실험적인 제한때문에 높은 파장으로의 측정은 어렵다. 유럽 특허 EP-0 663 590은 특히 변조된 분광 타원계를 기술하고 있다.
ε(ω)는 복소수로 표현되며, ε(ω)의 결정은 타원측정법으로 만들어 질 수 있는 것과 같이 일반적으로 두 개의 독립적인 파라미터의 측정을 요구한다. 그러나, 소위 크래이머-코니그(kramners-konig) 관계의 사용이 나올때까지 광도 측정법(photometry)은 ε(ω)를 측정할 수 있다. 변조된 반사율 측정 기술은 상보적인 정보를 가져오는 외부 여기의 분위기에서 ε(ω)의 변화를 측정한다. 특히, 반도체 재료에서, 변조된 외부 여기는 측정과 동시에 일어나는 로딩된 캐리어를 생성한다.
그와 반대로, 라만 산란은 비탄성이다. 그리고, 측정은 일반적으로 정상 입사에서 실행되며, 자외선, 가시광선 또는 적외선 근처 범위에서 광선을 방출하는 레이저는 여기를 제공한다. 라만 광자는 입사광의 파장에 근접하는 파장으로 광각렌즈로 모여 진다. 따라서, 우리는 여기 광선과 라만 스펙트럼간의 파장으로 분광적으로 포지티브 또는 네거티브 차이를 측정한다. 비교에 의해, 원격 반사율 측정 적외선은 라만에서 여기 파장에 가장 근접한 파장에 대응한다. 따라서, 이러한 측정은 기술적으로 라만 분광분석법에서 보다 용이하다. 특성분석된 두께는 라만에서 소정의 재료에 대하여 거의 수정할 수 없는 입사광의 파장으로 재료의 흡수와 관련되어 있다는 점이 강조되어야 한다.
박막은 60년대 후반부터 라만 분광법으로 쉽게 조사되어 왔다. 무엇보다도, 금속 표면에 침착된 박막을 연구하는 것이 제안되어 왔다. 70o 의 입사각하에서 빛을 비추어 얻은 라만 플럭스(flux)는 60o 부근에서 최대 강도를 나타내었다. 그리고, 광 플럭스가 프리즘 또는 회절 격자에 의해 결합된 광 도파로와 같은 박막을 사용하는 것이 제안되어 왔다. 입사각과 편광각의 엄격한 조건하에서, 하나 또는 몇 개의 전기 또는 자기 트랜스버스(transverse) 모드는 막 내부에서 전파되면서, 그 강도가 일반적으로 후방산란에 의해 발생되는 플럭스 강도의 2000 배에 이르는라만 플럭스를 그 내부에서 만들 수 있다. 이러한 경우에, 여기 파장과 관련된 막의 최소 두께는 수 ㎚보다 작아질 수 없다. 우리는 다층막 구조에서만 이 제한을 벗어날 수 있다. 여하튼, 제조 방법을 수행하는 동안, 이러한 모든 방법들은 특정 지지대에서 막 또는 박막의 특별한 준비를 요구하며, 이것은 산업용 재료의 조사와 양립할 수 없으며 심지어 본래의 위치 또는 실시간 측정과 양립할 수 없게 한다. 유럽특허 제 EP-0 508 257호에서는 측정에 의해 영향을 받은 샘플 포인트의 시각화를 가능하게 하는 공초점 현미경과 관련된 라만 분광 장치를 기술하고 있다.
한편으로는 라만 효과와, 다른 한편으로는 반사율 측정, 타원 측정 또는 광도 측정에 대한 측정의 이러한 제시는 우리가 지식과 특성분석의 다른 소스 때문에 다른 효과를 획득하며, 또한 특히 샘플이 박막일 때 직면할 수 있는 어려움들을 나타내는 것을 기술한다.
동일한 샘플상에서 반사율 측정과 라만 분광학에 의한 측정의 현실화는 다른 어려움을 나타내고 있다. 실제로, 이러한 측정의 하나 또는 다른 것에 대한 다른 입사각, 파장은 다른 광학 장치를 요구하며, 상기 장치는 다른 경우에 있어서, 특히 각 기술에 적합하고 발광에 대한 동일한 소스 뿐만이 아니라 수신에 대해 동일한 파장 검출 시스템을 사용하는 것을 허용하지 않는다.
또한, 장시간에 대하여 이러한 두 기술의 동시 수행은 각 측정의 질을 손상하는 기생 효과를 제공하기 쉽다는 것이 고찰되어 왔다. 따라서, 후방산란 라만 분광 측정은 어닐링, 결정화, 또는 방출(예를 들면, 수소 원자의 방출)되는 문제를 야기하면서 샘플을 수정할 수 있는 광도로 샘플을 비추도록 강요하여 반사율 측정을 어렵게 한다.
이러한 측정들중 어느 하나를 수행하는 동안 샘플의 광이 비추어진 영역의 크기가 크게 다를 수 있다는 점이 특히 주목된다.
단일 타입의 측정을 사용하는 것은 예를 들면 광 마이크로샘플과 재료의 스펙트럼 분석을 위한 방법과 관련하여 공개공보 WO-97/05473에 기술되어 있다. 특정 실시예로, 멀티모드 광섬유는 광원과 샘플을 가로지른다. 광의 방향에 대하여 미리 결정된 각에 따라 광이 비추어진 샘플에 의해 반사된 광을 감지하는 센서에 샘플이 결합되어 있다.
또한, 박막에 놓인 영역상의 라만과 반사율 측정의 실현화에 있어서, 한편으로는 직접적으로 샘플을 특성분석하고 다른 한편으로는 그러한 특성분석 모드를 실행할 수 있는 준비 방법을 체킹하는데 있어서 동시에 할 수 있는 큰 장점을 나타낸다. 측정은 실시간으로 동시에 이루어 질 수 있기 때문에, 측정된 파라미터의 속도와 관련된 변화와 방출을 따르는 것이 가능하다. 따라서, 아래에 설명된 것과 같이, 우리는 막의 매우 세부적인 물리 화학적 설명을 얻는다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기에 기술된 다양한 문제점을 해결하고, 측정하는 동안 막을 수정하지 않고, 후방산란 라만 효과에 의해 박막을 특성분석할 수 있도록 하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 라만 효과와 반사율 측정에 의해 동시에 특성분석할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
상기에 기술한 것과 같이, 반사율 측정은 단지 광 에너지만이 측정되는 광도측정과 광 플럭스의 다른 편광된 성분이 고려되는 타원측정을 모두 포함한다. 두 가지 경우에, 반사율 측정은 분광 분석이 될 수 있으며, 즉 측정된 플럭스의 분광 분석이 현실화된다.
결론적으로, 본 발명은 후방산란 라만 분광분석에 의해 박막의 샘플을 특성분석하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 프레임, 단색 라만 여기 레이저원, 특성분석된 샘플을 향하는 광 플럭스를 안내하는 광 수단과, 라만 효과에 의해 산란된 광을 모으는 수단과 선택하는 수단을 포함한다.
샘플을 향하는 여기 레이저 플럭스를 안내하는 광 수단에 있어서, 레이저와 샘플 사이에 수십 ㎛2의 최소 표면위의 표면 유닛당 에너지의 분포를 균일하게 하는 수단이 있다.
본 발명에 따르면, 라만 측정 수단과 통합하여, 반사율 측정을 위한 수단을 포함하며, 상기 반사율 측정 수단은 라만 여기 수단과 같이 샘플의 동일한 영역상에서 안내되는 반사측정 여기 수단을 포함한다.
따라서, 본 발명의 장치는 다음들 중 하나를 위해 사용될 수 있다;
* 순수한 라만 분광분석 측정.
* 순수한 반사율 측정.
* 라만 분광분석과 반사율 측정의 조합.
다른 특정 실시예로, 아래 각각은 그 자체의 이점을 나타내며 기술적으로 가능한 수많은 조합에서 실현되기 쉬운 조합이다.
- 반사율 측정 수단이 광도측정 수단;
- 반사율 측정 수단이 타원 측정 수단;
- 에너지의 분포를 균일하게하는 수단이 멀티모드 섬유를 포함;
- 섬유의 직경이 빛이 비추어져야 하는 샘플의 표면에 적합;
- 섬유는 교체할 수 있는 것, 따라서 광이 비추어진 직경은 다른 직경의 섬유를 가지고 배럴을 사용하여 변경될 수 있음;
- 상기 장치는 분광계의 슬롯상의 초점 가능한 영역위의 샘플에 광을 비추거나 광도 측정에 의해 분석된 표면에 라만 여기 표면을 적합하게 할 수 있는 몇개의 배럴을 포함;
- 반사율 측정 수단은 변조된 반사율 측정 수단;
- 변조는 광학적;
- 변조는 전기적;
- 변조는 단색 라만 여기 레이저원에 의해 확보됨;
- 반사율 측정원은 광섬유에 의해 상기 장치의 나머지에 결합됨;
- 라만과 반사율 측정 리시버중 적어도 하나는 광섬유에 의해 상기 장치의 나머지에 결합됨;
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 원리도.
도 2는 단색광 플럭스에서 에너지의 횡단 분포의 그래프로서, 도 2a는 가우시안 빔, 도 2b는 본 발명에 따른 멀티모드 광섬유에 의한 수정 후의 그래프.
본 발명의 장치는 샘플(2)의 포인트(1)에서 라만 측정을 실현한다. 이 목적에 있어서, 광원(21)은 멀티모드 섬유(22)에 의해 방출된 라만 여기 파장 λe으로 광빔을 만든다. 빔을 렌즈(24)로 향하게 안내하는 블레이드(23)에 의해 이 광빔은 반사되며, 렌즈는 샘플의 포인트(1)에서 상기 빔을 조준한다. 라만 효과에 의해 후방산란된 빔(26)은 파장 λr에 있다. 필터(27)는 파장 λr에서 이러한 라만 플럭스를 선별하고 여기 파장 λe에 산란된 플럭스를 거부할 수 있게 한다. 따라서, 필터(27)에 의해 방출된 빔은 여기 파장 λe에 어떠한 요소도 포함하지 않는다. 이 플럭스는 라만 리시버(예를 들면, 센서(29))와 결합된 분광계(28)에 의해 분석된다. 컨트롤 유닛(30)은 분광계(28)를 동작하고 센서(28)에 의해 생성된 정보를 받는다.
종래 기술에 있어서, 분광계(28)의 컨트롤 정보와 센서(29)에 의해 공급된 정보를 처리함으로서, 컨트롤 유닛(30)은 샘플(2)의 라만 특성분석 데이터를 준비하도록 한다.
이러한 멀티모드 광섬유(22)의 사용은 소스(21)에서 나온 플럭스에 포함된 광 에너지의 횡단 분포를 현저하게 수정한다는 점이 알려져 왔다.
일반적으로 레이저인 소스(21)의 출력에 있어서, 광의 분포는 모양에 있어서 가우시안 분포인 것은 잘 알려져 있다. 이점은 우리가 샘플의 비교적 큰 면적을 비추기를 원할 때 후방산란 라만 분광학에 어려움이 있다는 것을 나타낸다. 현미경 렌즈를 가지고 가우시안 빔을 조준하는 광점을 만들기 때문에, 표면 유닛당 매우 높은 강도는 샘플이 박막일 때 샘플을 손상시키거나 파괴한다. 상기 광점의 지름은 회절 리미트(즉, 1.2λ/na)에 근접하며, 여기서 λ는 파장이고 na는 렌즈의 디지털 오프닝 즉, 가시광선에서 서브마이크로닉 스팟인 na = 0.9 와 λ= 0.5 ㎛인 렌즈를 가진다.
이러한 단점을 없애기 위하여, 샘플에서 빔 초점을 흐리게 하지만, 파워를 보존하는 것은 예상되어 왔다. 따라서, 항상 균등하지는 않지만 에너지의 횡단 분포는 늘어나며 가우시안 빔에서 상기에 기술된 것과 같이 동일하게 적용하는 문제를 발생하는 정점과 계곡을 나타낸다.
예를 들면, 이것은 1993년 뉴욕의 페가논 출판사에서 출간된 본 울프의 '광학의 원리' 책에서 분석되어 있다. 실용적인 결과는 다음과 같다. 구, 실린더, 또는 비구면 광학에 의한 가우시안 빔의 초점을 흐리게 하는 것은 발산이고 막의 수정은 더 이상 자동적으로 가운데에 발생하지 않지만, 막은 여전히 국부적으로 파괴되거나 변할 수 있다.
이러한 단점을 없애고 탐색된 박막의 무결성을 보존하기 위하여, 멀티모드 광섬유는 단색광의 광원과 막 사이에 놓여진다. 이 멀티모드 광섬유의 간섭은 에너지의 가우시안 분포를 파괴하는 반면에, 에너지 밀도의 상기 섬유 균일 분포의 출력에서 얻는 것을 가능하게 하며, 그것은 대략 비추고 있는 광점의 가운데와 가장자리에서 동일하다.
도 2는 각각 레이저로부터 나오는 가우시안 빔(도 2a)과 멀티모드 광섬유의 출력에서의 가우시안 빔(도2b)을 통과하는 광 에너지 밀도 E/△S의 분포를 비교한 것이다.
멀티모드 광섬유는 바람직하게는 100 ㎛ 정도의 직경 D와 적어도 수 dm 길이를 갖는다.
50 배율의 렌즈를 가지는 라만 현미경 사용에 있어서 대략 20 ㎛의 직경 D의 디스크 상에서 샘플의 여기를 얻는다.
이 후, 우리는 1 ㎽ 정도의 파워를 가지고 레이저에 대하여 이러한 샘플상에서 3.3 Watts/mm2 정도의 에너지 밀도를 얻는다.
광섬유의 직경이 변하는 동안, 에너지 밀도는 수정될 수 있다.
몇 개의 섬유를 가지고 에너지를 여기 할 수도 있으며, 여기서 여기 포인트는 라인을 따라 분포되고, 모아진 플럭스는 분석 분광계의 입력 슬롯상에 초점이 된다.
이 아이디어는 샘플(2)의 영역(1)을 특성분석하는 것이다. 이러한 특성분석은 한편으로는 타원 측정에 의해 수행된다. 타원 측정원(3)은 커플러(4)에 의해 광 섬유(5)에 연결되며, 이 광섬유(5)는 소스에 의해 제공된 광 플럭스를 전송하고 커플러(6)를 통해 광 플럭스를 편광기(7)로 안내하며, 상기 편광자는 입사각 α이하로 샘플(2)상에 보내진 광빔(8)을 생성한다.
편광기(7)와 샘플사이에 위상 변조기(9)가 구비되며, 잘 알려진데로 상기 위상 변조기는 광빔(8)의 편광화 상태의 변조를 수행한다.
빔(8)은 편광기(11)에 의해 분석되고 광 시스템에 의해 섬유(13)에 결합된 광빔(10)에, 샘플(2)에 의해, 반사되며, 상기 섬유는 빔을 파장 관련 선택 설비를 포함할 수 있는 반사 리시버(예를 들면, 광 리시버(14))로 안내한다. 컨트롤 유닛(15)은 위상 변조기(9)를 동작하고 커넥션(16)을 경유한다. 이 컨트롤 유닛(15)은 라인(17)을 통해 광 리시버(14)에 의해 만들어진 신호를 받는다.
이 데이터를 처리함으로써, 컨트롤 유닛(15)은 샘플(2)의 중요한 타원측정 정보를 공급할 수 있어 타원측정 분석을 하게 한다.
한 쪽의 타원측정 컨트롤 유닛과 다른 쪽의 라만 컨트롤 유닛(30)은 전기적으로 글로벌 컨트롤 컴퓨터(40)에 연결되어 있으며, 상기 글로벌 컨트롤 유닛은 전체 장치들을 사용하는 인터페이스로서 샘플(2)의 포인트(1)의 완전한 물리화학적 특성분석을 가능하게 한다.
상기에 기술된 타원측정 수단은 위상 변조 타원계를 수행하며, 본 발명의 장치는 모든 타입의 타원계, 분광계, 심지어 광도계와도 동작할 수 있으며, 광도계는 편광 상태와 독립적이지만 일반적으로 파장과 관련하여 반사된 플럭스(10)를 분석한다. 위상 변조 타원계는 광도 측정과 타원 측정을 동시에 할 수 있게 한다.
타원측정 수단은 소정의 주파수로 샘플상에 전기적, 광적, 또는 열적 변조하는 외부 변조 수단을 포함한다. 이러한 수단은, 예를 들면, 순환 스크린 또는 셔터(43)가 될 수 있고, 변조 주파수와 위상을 결정하는 셔터의 오리엔테이션은 라인(44)을 통해 컨트롤 유닛(15)에 의해 동작된다.
유리하게도, 라만 여기 수단, 즉 단색 라만 여기 레이저원(21)에 의해 만들어진 광 빔(25)은 타원측정 수단을 구성한다.
라만 측정동안 측정된 샘플의 영역은 타원측정에 의해 제공된 범위에 정확하게 위치되고 바람직하게는 배치한다. 이러한 측정 모두는 동시에 이루어질 수 있다.
본 발명의 장치는 이전까지 어려웠던 특성분석의 현실화를 가능하게 하는 상기 장치에서 아래와 같은 응용에 특히 적합하다.
a) 박막 다결정(또는 미세결정) 실리시움
부분적으로 결정화된 실리시움(silicium)은 가장 최근의 반도체 산업에서 사용되고 있다. 이것은 비결정 게인 조인트와 관련하여 다양한 사이즈의 결정을 포함한다.
이 물질은 종종 두께에서 발산(divergent)하고 결정체의 사이즈와 관련하여 특히 표면 거칠음을 나타낸다. 자외선에서 가시광선으로 확장한 파장의 영역에서 타원 측정은 라만에서는 거의 접근할 수 없는 전체 두께와 거칠음( ≤50nm)을 매우 정확하게(≒1%) 한다. 일반적으로, 자외선-가시광선 타원 측정은 막의 형태(밀도 등)에 보다 더 민감하다.
두 가지 기술은 층의 평균조성(결정 부분)의 측정을 가능하게 하며, 여기서 타원 측정은 어떠한 두께 발산을 특성분석하는 것도 가능하다.
반대로, 입자의 사이즈는 라만 분광분석에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 상기 입자의 크기는 반사율 측정으로는 거의 측정할 수 없다. 마찬가지로, 라만 분광 분석은 특성분석 광선의 파장의 변위를 기반으로 샘플 내에서 존재하는 스트레스에 접근하게 한다. 이러한 스트레스는 반사율 측정, 예를 들면, 타원 측정에 의해 거의 접근 할 수 없다.
따라서, 타원측정 특성분석(주로 자외선-가시광선 범위내에서)와 라만 특성분석은 상보적이다.
b) 박막으로 된 카본
박막으로 된 카본은 많은 분야에 사용된다. 두께와 형태(밀도, 거칠음)의 견지에서 전술한 예와 관련하여 발전된 고찰은 박막으로 된 카본의 경우에도 적용된다.
카본은 결정 또는 비결정 구조일수 있다. 자연에는 두 가지 결정 형태, 즉 매우 다른 특징을 가지는 다이아몬드( 혼성 sp3 )또는 흑연( 혼성 sp2)이 존재한다. 이것들은 라만 분광분석 뿐만 아니라 타원 측정에 의해서도 식별될 수 있다. 비결정 형태에 있어서, 두가지 상은 일반적으로 실용적 특성(단단함 등)에 상당한 영향을 주면서 공존하며, 여기서 예를 들면, '다이아몬드 같은'카본은 sp3 상이 많다. 그러나, 이들 상들은 이전의 경우에서와 같이 결합되어 식별될 가능성이 없이 종종 서로가 원자 스케일과 관련하여 나타난다. 이러한 박막은 수소의 중요한 부분을 포함하는 플라즈마에 의해 종종 침착되고, 상기 플라즈마는 특성에 영향을 줄 수 있다(상기 층은 심지어 폴리머 형태로 나타날 수 있다).
CHn 진동은 효율적인 부분에서 다르기 때문에 라만 분광분석보다 적외선 타원측정에 의해 보다 쉽게 식별될 수 있다. 일반적으로, 수소는 반드시 sp3 상으로 결합된다. 그러므로, 적외선 타원측정은 sp3 상 특성분석에 잘 적용된다. 상기 예에서와 같이, 라만 분광분석과 반사율 측정에 의해 동일한 지점에서 실시간으로 측정할 수 있는 본 발명의 장치는 그러한 예의 묘사를 완전히 확신한다.
c) 폴리머
폴리머의 경우에, 적외선 타원측정과 라만 분광분석의 상보성은 다양한 진동에서 두 가지 기술의 다양한 민감도에 기인하며, 여기서 라만 분광분석은 C=C 그룹에 매우 민감하고, 폴리카보네이트와 같이 큰 폴리머에 존재하는 C=0 그룹에 적외선 타원측정은 민감하다. 같은 지점에서 동시에 이러한 두 가지 형태의 측정을 수행할 수 있는 본 발명의 장치는 이러한 상보성의 모든 장점을 얻을 수 있게 한다. 일반적으로, 라만 분광분석은 벤젠 코어 변형 민감 특성분석을 하는 동안 원격 적외선 타원측정에 상보적이다.
소정의 플리머 프로세스는 라만 분광분석과 예를들면, 플라즈마에 의해 자외선-가시광선 타원측정의 상보성을 설명한다. 교차 결합 현상은 타원측정과 증가된 굴절률(밀도화) 또는 자외선범위내(발색단그룹의 출현)에서 흡수의 수단에 의해 즉시 입증될 것이다. 유사한 종류에서, 우리는 분해 프로세스를 증거로 놓을 수 있다. 개량에 의해 고찰된 폴리머 두께는 다층 형태 때문에 타원 측정에서 접근할 것이다.
그와 반대로, 물질의 구조에 거의 민감하지 않은 자외선-가시광선 타원측정은 교차결합 또는 미세한 분해 메카니즘을 서술하는데 적합할 것이다. 폴리머 또는 폴리머화된 상태의 구조 변경은 라만 분광분석 측정에 의해 쉽게 특성분석된다.
본 발명의 상술한 장치예는 장치의 이점을 나타낸 것으로 어떠한 제한도 의미하지 않는다.
삭제

Claims (13)

  1. 프레임, 단색 라만 여기 레이저원(21), 상기 단색 라만 여기 레이저원(21)에 의해 방출되는 광속을 특성 분석할 박막 샘플(2)로 안내하고 상기 단색 라만 여기 레이저원(21)과 상기 샘플(2) 사이에 위치되어 수십 ㎛2의 샘플(2) 최소 표면상의 단위 면적당 에너지 분포를 균일화하는 수단(22)을 포함하는 광학 수단(23), 라만 효과에 의해 산란된 광을 모으기 위한 라만 집광 수단(24), 및 상기 라만 집광 수단(24)에 의해 모은 광을 선택하기 위한 라만 선택 수단(27,28)을 포함하는 라만 분광기를 후방 굴절시킴으로써 상기 샘플(2)을 특성분석하는 장치로서,
    상기 라만 집광 수단(24) 및 상기 라만 선택 수단(27,28)과 결합하여 상기 샘플(2)의 영역 위에서 상기 샘플(2)의 유전 함수 ε(ω)의 측정을 가능하게 하는 반사 측정 수단(3-14)을 포함하고,
    상기 반사 측정 수단(3-14)은 상기 단색 라만 여기 레이저원(21)과 동일한 샘플의 영역으로 안내되는 반사 여기 수단(3-9)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사 측정 수단(3-14)은 광도를 측정하기 위한 광도 측정 수단인 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반사 측정 수단(3-14)은 편광된 광의 성분의 진폭을 측정하는 타원 측정 수단인 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 분포를 균일화하는 수단(22)은 멀티모드 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상기 멀티모드 섬유는 교체 가능한 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 에너지 분포를 균일화하는 수단(22)은 분광계 슬롯 위의 초점 가능한 영역 위의 샘플을 비출 수 있는 다수개의 멀티모드 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사 측정 수단(3-14)은 변조 효과를 측정하는 변조 반사 측정 수단인 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사 여기 수단(3-9)은 반사원(3)에 결합된 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사 측정 수단(3-14)은 반사 리시버를 포함하고 상기 라만 선택 수단(27,28)은 라만 리시버를 포함하며, 상기 라만 리시버와 상기 반사 리시버 중 적어도 하나는 광섬유에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 박막샘플 특성분석 장치.
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