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[하이라이트 논문] 한국광학회지 Vol. 33 No.5 (2022 October)

사무국 hit 751 date 2022-10-25

원자힘 현미경 융합형 마이크로스폿 분광타원계 개발
Development of a Microspot Spectroscopic Ellipsometer Compatible with Atomic Force Microscope

인선자ㆍ이민호ㆍ조성용ㆍ홍준선ㆍ백인호ㆍ권용현ㆍ윤희규ㆍ김상열†

 

한국광학회지  Vol. 33 No.5 (2022 October) pp. 201-209
DOI: https://doi.org/10.3807/KJOP.2022.33.5.201

 


 



Fig. 1  Characteristics of a typical composite retarder: (a) the phase retardation angle in degrees and (b) the ratio of transmission coefficient, versus wavelength.
 

Keywords: 원자힘 현미경, 마이크로스폿 분광타원계
OCIS codes: (000.2170) Equipment and techniques; (120.2130) Ellipsometry and polarimetry; (120.3930) Metrological instrumentation

 


 

초록
기존 마이크로스폿 분광타원계의 집속광학계를 개선하여 원자힘 현미경(atomic force microscope, AFM) 헤드를 장착할 수 있도록 한 AFM 융합형 마이크로스폿 분광타원계를 개발하였다. 빔의 워블에 의한 영향을 최소화하기 위해 편광자-시료-보정기-검광자 배치에서 회전 보정기 구동방식을 채택하고 이상적인 4분파장 위상지연 특성으로부터 벗어나는 비색성 위상지연자를 사용할 수 있도록 측정이론을 제시하였 다. 개발된 마이크로스폿 분광타원계는 AFM 헤드를 장착한 상태에서도 20 μm 이하의 스폿 사이즈를 가지며 190–850 nm의 파장대역에 걸쳐 구동하고 δΔ ≤ 0.05°와 δΨ ≤ 0.02°의 측정정밀도를 가지는 것을 확인하였다. 연속회전하는 스테핑 모터의 속도와 분광계를 정밀하게 동기화시켜 ≤3 s/sp의 빠른 측정속도를 구현하였다. AFM과 융합된 마이크로스폿 분광타원계는 초미세 패턴시료의 구조 및 광학물성 분석에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

Abstract
The previously developed microspot spectroscopic ellipsometer (SE) is upgraded to a microspot SE compatible with the atomic force microscope (AFM). The focusing optical system of the previous microspot SE is optimized to incorporate an AFM head. In addition, the rotating compensator ellipsometer in polarizer-sample-compensator-analyzer configuration is adopted in order to minimize the negative effects caused by beam wobble. This research leads to the derivation of the expressions needed to get spectro-ellipsometric constants despite the fact that the employed rotating compensator is far from the ideal achromatic quarter-wave plate. The spot size of the developed microspot SE is less than 20 μm while the AFM head is mounted. It operates in the wavelength range of 190–850 nm and has a measurement accuracy of δΔ ≤ 0.05° and δΨ ≤ 0.02°, respectively. Fast measurement of ≤3 s/sp is realized by precisely synchronizing the azimuthal angle of a rotating compensator with the spectrograph. The microspot SE integrated with an AFM is expected to be useful in characterizing the structure and optical properties of finely patterned samples.

 

첨부파일
KJOP vol. 33 no. 5 (2022 October) article no. 2022-13.pdf