(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）
ａ１）偏光状態生成器と機能的に組み合わされ、約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のＦＴＩＲ光源（Ｓ２）；および
ａ２）電磁放射線のＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含み約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器であって、
ａ２１）オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；および
ａ２２）偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；
からなる群から選択される偏光状態生成器
からなる群から選択される光源と、
ａ３）偏光状態生成器と機能的に組み合わされ、３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）；および
ａ４）電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）を含み３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器であって、
ａ４１）オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；および
ａ４２）偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；
からなる群から選択される偏光状態生成器；
からなる群から選択される光源と
ｂ）サンプル支持体（Ｓ）と；
ｃ）ゴーレイ（Golay）セル検出器（ＧＣ）；および
ボロメーター検出器（ＢＯＬ）；
からなる検出器群から選択される少なくとも１つの検出器を含む電磁放射線の検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）と
を含み、
前記電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）は、３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす基本出力周波数の高調波をもたらすために必要に応じて設けられる周波数逓倍器（Ｍ）と機能的に組み合わされる、
後進波発振器（ＢＷＯ）；
スミスパーセル（Smith-Purcell）セル（ＳＰ）；および
自由電子レーザ（ＦＥ）；
からなる光源群から選択される少なくとも１つの光源を含み、
さらに、前記THz光源（Ｓ１）とＦＴＩＲ光源（Ｓ２）との間の選択を行う手段を含み；
さらに、前記選択された光源と前記選択された検出器との間に、
前記光源（Ｓ１）（Ｓ２）と前記サンプル支持体（Ｓ）との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子（Ｐ）；
前記サンプル支持体（Ｓ）と前記検出器（ＧＣ）（ＢＯＬ）との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子（Ａ）；および
前記光源と前記検出器（ＧＣ）（ＢＯＬ）との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）；
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を含み、使用時、選択された光源、選択された場合に含まれる偏光状態生成器、および選択された検出器を選択された機能的な組み合わせにすることにより、
前記オッドバウンス偏光状態回転システムによって方位を回転させ、その後、前記偏光状態生成器の出射側偏光子を方位に関して回転させて、当該オッドバウンス偏光状態回転システムから出射する電磁放射線の偏光の方位位置に対応するようにされた電磁放射線を前記サンプル支持体（Ｓ）上のサンプルに当て当該サンプルと相互作用させ、その後、前記選択された検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）に入射させて、前記検出器が出力をもたらすように構成した、エリプソメーターまたは偏光計システム。 
【請求項２】
ＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含む前記ａ２の偏光状態生成器、およびTHz光源（Ｓ１）を含む前記ａ４の偏光状態生成器が選択され、ならびにａ２２の出射側偏光子およびａ４２の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項３】
ＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含む前記ａ２の偏光状態生成器、およびTHz光源（Ｓ１）を含む前記ａ４の偏光状態生成器が選択され、ならびにａ２１の出射側偏光子およびａ４１の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項４】
ＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含む前記ａ２の偏光状態生成器、およびTHz光源（Ｓ１）を含む前記ａ４の偏光状態生成器が選択され、ならびにａ２１の出射側偏光子およびａ４２の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項５】
ＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含む前記ａ２の偏光状態生成器、およびTHz光源（Ｓ１）を含む前記ａ４の偏光状態生成器が選択され、ならびにａ２２の出射側偏光子およびａ４１の出射側偏光子がさらに選択されている、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項６】
前記偏光状態生成器が：
選択されたオッドバウンス偏光状態回転システムと、これに続く前記偏光状態生成器の出射側偏光子とを備え、使用時、前記オッドバウンス偏光状態回転システムが、電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームをその前記光源から受光し、前記少なくとも部分的に偏光されたビームの偏光状態を回転させてから、そのビームを、前記偏光状態生成器の出射側偏光子から出射する偏光状態の純度を改善する働きをする当該偏光状態生成器の出射側偏光子に通過させることを特徴とする、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項７】
前記偏光状態生成器は：
選択された偏光状態生成器の入射側偏光子と、これに続く前記偏光状態生成器の出射側偏光子とを備え、使用時、前記偏光状態生成器の入射側偏光子が、電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームをその前記光源から受光してから、そのビームを前記偏光状態生成器の出射側偏光子に通過させるようにし、前記偏光状態生成器の入射側偏光子は、前記光源からもたらされた電磁放射線の前記少なくとも部分的に偏光されたビームの有効方位と、その前記偏光状態生成器の出射側偏光子の有効方位とが、互いに対して本質的に９０度をなしていて、それにより、電磁放射線の前記少なくとも部分的に偏光されたビームが前記偏光状態生成器の出射側偏光子を越えて進まないようにする条件の発生を回避できるように働くことを特徴とする、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項８】
少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）が選択され、かつ、少なくとも３つの奇数個の反射素子を含み、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームが、前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも３つの反射素子と相互作用し、かつ逸脱も変位もしていない軌道に沿ってそれらオッドバウンス光学像回転システムから出射し、前記電磁放射線ビームがまた、サンプルシステムを支持するためのステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用するように、少なくとも３つの前記反射素子が正しい向きに向けられている、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）が、
３つの反射素子；および
５つの反射素子；
からなる反射素子群から選択される反射素子からなる、請求項８に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１０】
前記後進波発振器が前記光源として選択されている、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１１】
さらに、前記電磁ビームをチョッピングするチョッパ（ＣＨ）を含み、実質的に前記チョッピングされた電磁ビームのみを前記検出器に向けて供給する、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１２】
ａ２）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）を含む偏光状態生成器；
を選択することを含み、該偏光状態生成器の後位にオッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）を備えていて、該オッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）は：
少なくとも３つの奇数個の反射素子であって、前記電磁放射線源からもたらされた電磁放射線が、前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも３つの反射素子のそれぞれと相互作用し、逸脱も変位もしていない軌道に沿ってそれら前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムから出射し、前記電磁放射線がさらに、サンプルシステムを支持するための前記ステージに配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用するように、正しい向きに向けられた前記少なくとも３つの反射素子
を含む、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１３】
少なくとも２つの回転素子を含み、それら回転素子のそれぞれが：
回転偏光子（Ｐ）；
回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）；
回転検光子（Ａ）；および
オッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）
からなる構成要素群から選択されている、請求項１２に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１４】
２つの回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）を含む、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１５】
回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）および回転検光子（Ａ）を含む、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１６】
回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）を含み、および少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）が選択されて連続的に回転される、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１７】
回転検光子（Ａ）を含み、および前記オッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）が連続的に回転される、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１８】
さらに、前記電磁ビームをチョッピングするためのチョッパ（ＣＨ）を含み、および実質的に前記チョッピングされた電磁ビームのみを前記検出器に供給し；かつ少なくとも２つの回転素子を含み、それら各回転素子が：
回転偏光子（Ｐ）；
回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）；
回転検光子（Ａ）；および
オッドバウンス光学像回転システム（ＯＢ）（ＯＢ’）；
からなる回転素子群から選択されており、それらは、データ収集中回転する、請求項１に記載のエリプソメーターまたは偏光計システム。
【請求項１９】
サンプルの特性を決定する方法であって：
Ａ）エリプソメーターまたは偏光計システムを備えるステップであって、前記エリプソメーターまたは偏光計システムは、
ａ）
ａ１）約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のＦＴＩＲ光源（Ｓ２）と；
ａ２）約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、電磁放射線のＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含む偏光状態生成器であって、
ａ２１）オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；および
ａ２２）偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；
からなる群から選択される当該偏光状態生成器と
からなる光源群から選択される光源、および
ａ３）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）と；
ａ４）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）を含む偏光状態生成器であって、
ａ４１）オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；および
ａ４２）偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある偏光状態生成器の出射側偏光子；
からなる群から選択される当該偏光状態生成器と
からなる光源群から選択される光源と
を含み、
電磁放射線の前記THz光源（Ｓ１）は、
後進波発振器（ＢＷＯ）；
スミスパーセル（Smith-Purcell）セル（ＳＰ）；および
自由電子レーザ（ＦＥ）；
からなる光源群から選択される少なくとも１つの光源を、３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす、基本出力周波数の高調波をもたらす周波数逓倍器（Ｍ）と、任意に機能的に組み合わせて含み、
前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記THz光源（Ｓ１）とＦＴＩＲ光源（Ｓ２）との間で選択する手段と；
ｂ）サンプル支持体（Ｓ）と；
ｃ）電磁放射線の検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）であって、
ゴーレイ（Golay）セル検出器（ＧＣ）；および
ボロメーター検出器（ＢＯＬ）；
からなる検出器群から選択される少なくとも１つの検出器を含む、当該検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）と
を含み、
前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記選択された光源と前記選択された検出器との間に、
前記光源（Ｓ１）（Ｓ２）と前記サンプル支持体（Ｓ）との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子（Ｐ）；
前記サンプル支持体（Ｓ）と前記検出器（ＧＣ）（ＢＯＬ）との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子（Ａ）；および
前記光源と前記検出器（ＧＣ）（ＢＯＬ）との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）；
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を含んでいて、使用時、選択された光源、任意選択の偏光状態生成器、および検出器の選択的な機能的な組み合わせを適用して、
前記オッドバウンス偏光状態回転システムによって方位を回転させ、その後、前記偏光状態生成器の出射側偏光子を方位に関して回転させて、当該オッドバウンス偏光状態回転システムから出射する電磁ビームの偏光の方位位置に対応するようにされた電磁放射線が前記サンプル支持体上のサンプル（Ｓ）に当たってそのサンプルと相互作用し、その後前記選択された検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）に入射して、前記検出器が出力をもたらすようにする、当該ステップ；
Ｂ）光源と検出器と偏光状態生成器とを選択するステップ；
Ｃ）前記選択された光源を適用して、実質的に偏光された電磁放射線を前記サンプル支持体上の前記サンプル（Ｓ）に当てかつそのサンプルと相互作用させて、その後前記選択された検出器に進めてその検出器に入射させて、前記検出器が出力をもたらすようにするステップ；
を含み、
前記方法は、さらに：
前記THz光源（Ｓ１）と前記ＦＴＩＲ光源（Ｓ２）とを用いて、前記電磁放射線の検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）の出力を解析して、赤外線（ＩＲ）範囲とTHz周波数範囲の両方の周波数の重畳範囲において、サンプルを特徴づけるPSI値（Ψ）、及びDELTA値（Δ）について、前記エリプソメーターまたは偏光計システムが同様の結果を与えることをチェックすること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶させること；
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、およびその解析の少なくとも一部に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること
からなる動作群から選択される少なくとも１つの動作を実施することを含む方法。 
【請求項２０】
前記オッドバウンス偏光状態回転システムを備えることを含み、さらに、データ収集中に、前記光源と検出器との間に存在する少なくとも１つの前記オッドバウンス偏光状態回転システムを連続的にまたは段階的に回転させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子（Ｐ）と；
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子（Ａ）と；
前記光源と前記検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）と
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を連続的にまたは段階的に回転させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子（Ｐ）と；
前記サンプル支持体（Ｓ）と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子（Ａ）と；
前記光源と前記検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）と
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を備えることを含むエリプソメーターまたは偏光計システムを備えるステップはさらに、選択群に、
電子−変調器、音響−変調器または光−変調器
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記THz光源（Ｓ１）と前記サンプル支持体（Ｓ）との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子（Ｐ）と；
前記サンプル支持体（Ｓ）と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子（Ａ）と；
前記光源と前記検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）と
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を連続的にまたは段階的に回転させるステップを提供する前記選択群は、さらに、
前記電子−変調器、音響−変調器または光−変調器を動作させる可能性を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）を提供するステップにおける
後進波発振器（ＢＷＯ）；
スミスパーセル（Smith-Purcell）セル（ＳＰ）；および
自由電子レーザ（ＦＥ）；
からなる選択群は、
固体光源装置
を含み、
その選択群からの前記選択が、基本出力周波数の高調波をもたらすための周波数逓倍器（Ｍ）と機能的に組み合わされて、３００GHz以下から少なくとも約１．４THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらし；
かつ、
電磁放射線のゴーレイ（golay）セル検出器（ＧＣ）；および
電磁放射線のボロメーター検出器（ＢＯＬ）
からなる選択群から選ばれた１つの前記検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）は、さらに：
固体検出器
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
３００GHz以下から少なくとも約１．４THz超に及ぶ周波数範囲の電磁放射線の検出器システム（Ｄ１）を提供するステップは、前記ゴーレイ（Golay）セルを選択することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＦＴＩＲ光源（Ｓ２）からの約１THz超の電磁放射線の検出器システム（Ｄ２）を提供するステップは、前記ボロメーター（ＢＯＬ）を選択することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
電磁放射線の前記THz光源（Ｓ１）の前記選択群が、さらに：
固体光源装置；
を含み、および前記THz光源（Ｓ１）とＦＴＩＲ光源（Ｓ２）との間で選択する手段はさらに、前記固体光源装置を選択する手段を含み；
および、前記検出器の選択群はさらに：
固体検出器
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも１つのオッドバウンス偏光状態回転システムを選択し、かつ前記オッドバウンス偏光状態回転システムは、少なくとも３個という奇数個の反射素子を含み、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームが、前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも３つの反射素子のそれぞれと相互作用して、逸脱も変位もしていない軌道に沿ってそれらオッドバウンス光学像回転システムから出射し、前記電磁放射線ビームがまた、サンプルシステムを支持するための前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと相互作用し、および前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用するように、前記反射素子の向きが向けられている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、前記方法を少なくとも２回実施することを含み、そのうちの１回は選択したTHz光源（Ｓ１）を使用し、および１回は少なくとも１つの選択された検出器と共にＩＲ光源（Ｓ２）を使用し、前記光源（Ｓ１）（Ｓ２）が双方とも、１．０〜１．４THz範囲の出力をもたらし；前記方法がさらに、前記選択された検出器のいずれかからの出力を約１．０〜１．４THzの周波数範囲において解析することによって、エリプソメトリックによる結果を含めて実質的に同じ結果を達成するように、前記２つの光源（Ｓ１）（Ｓ２）を協働させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、少なくとも１つの選択された検出器と共に、選択されたTHz光源（Ｓ１）およびＩＲ光源（Ｓ２）の双方を使用して前記方法を実施することを含み、前記光源（Ｓ１）（Ｓ２）の双方ともが、１．０〜１．４THz範囲の出力をもたらし；前記方法がさらに、前記選択された検出器のいずれかからの出力を約１．０〜１．４THzの周波数範囲において解析することによって、エリプソメトリックによる結果を含めて実質的に同じ結果を達成するように、前記２つの光源（Ｓ１）（Ｓ２）を協働させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
光源を選択するステップが、後進波発振器を選択することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
システムを提供するステップが、さらに、ビームチョッパ（ＣＨ）を提供することを含み、実質的に前記チョッピングされた電磁ビームのみを前記検出器にもたらす、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
エリプソメーターまたは偏光計システムを提供するステップが、さらに、コンピュータ（ＣＭＰ）を提供することを含み、前記コンピュータが、少なくとも１つの回転素子の回転を制御する働きをし、さらに、
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにすること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の前記出力を解析し、およびその解析の少なくとも一部に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにすること；
からなる動作群から選択される少なくとも１つの動作を実施する働きをし、かつ前記データおよびその解析の結果の双方またはいずれか一方の少なくとも一部を表示させる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
財政支援ステートメント
この出願の主題である発明は、Phase I ARMY STTR Contract No.W911NF-08-C-01121下において軍隊からの助成金による支援を受けて一部開発された。
【０００２】
この出願の、「奇数回反射（オッドバウンス）による像回転システムおよびその使用方法（odd bounce image rotation system and method of use）」に関わる発明の部分は、Phase II SBIR Contract No. 9901510下において全米科学財団（National Science Foundation）からの助成金による支援を受けて一部開発された。
【０００３】
合衆国政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００４】
技術分野
本発明は、電磁放射線源、偏光状態生成器、サンプル支持ステージ、偏光状態検出器および電磁放射線検出器を含むエリプソメーターシステムおよびポラリメーター（偏光計）（polarimeter）システムに関し、より詳細には、３００GHz以下から少なくとも１テラヘルツ（THz）よりも高い範囲にまで及んでいて、赤外線（ＩＲ）範囲を超えて好ましくは１００THz、またはそれよりも高い周波数範囲で動作するエリプソメーターまたは偏光計または同様の光学測定システムであって、後進波発振器；スミスパーセル（Smith-Purcell）セル；自由電子レーザ、ＦＴＩＲ光源（フーリエ変換赤外分光用光源）および入手可能であれば固体デバイスなどの光源；およびゴーレイ（Golay）セル；ボロメーターおよび必要ならば固体検出器などの検出器；を含み、好ましくは、一連の奇数個の反射素子を含む偏光状態像回転システムと機能的に組み合わされて、その偏光状態像回転システムに入射された偏光電磁ビームが、当該奇数個の反射素子と反射型の相互作用をし、かつ、方位は回転されているが、それ以外では偏光状態は実質的に不変で、本質的にそれずにかつ変位しない方向に出射する、エリプソメーターまたは偏光計または同様のシステムに関する。尚、ポラリメーターは、エリプソメーター（偏光計）に補償子を付加したシステムである。
【背景技術】
【０００５】
エリプソメトリーの実施は、サンプルシステムの特性を決定するための非破壊的な手法として定着しており、実時間で実施することができる。このトピックに関しては多数の出版物に詳細が記載されており、そのような出版物の１つに（非特許文献１）による総括書がある。
【０００６】
まず、本発明に関係するので、エリプソメーターシステムが一般的に、直線または楕円偏光状態（一般には、実質的に直線偏光）を設定する手段を含むことに留意されたい。
【０００７】
続いて、概して、エリプソメトリーの最近の実施方法では、通常、既知の偏光状態にある分光的な電磁放射線のビームを、入射面において、サンプルシステムの表面の法線に対する少なくとも１つの入射角でサンプルシステムと相互作用させている（注：入射面には、調査対象のサンプルシステムの表面の法線と前記電磁放射線のビームのローカスすなわち軌跡（又はビーム経路又はビーム通路とも称す）（locus）の双方が含まれる）。前記サンプルシステムとの前記相互作用の結果による前記電磁放射線のビームの偏光状態の変化は、前記サンプルシステムの構造と組成を決める情報を与える。エリプソメトリーを実施するに当たりさらに、エリプソメーターシステムの数学的モデルおよびそれを使用することにより調査されるサンプルシステムを提案することを含み、それからエリプソメーターシステムを適用することにより実験データを得る。これに続き、一般に、サンプルシステムの特性を決定する数学的モデルのパラメータを評価するために、平方誤差を低減する数学的回帰法を適用し、得られた実験データと数学的モデルを使用して計算された値とが実質的に同じになるようにする。
【０００８】
通例エリプソメトリーの目的は、サンプルシステムと相互作用するようにされる前記電磁放射線のビームの各波長および入射角に対して、サンプルシステムを特徴付けるPSI値およびDELTA値を得ることであり（PSI値は、前記電磁放射線のビームの直交成分ｒｐ／ｒｓの大きさの比の変化に関係し、DELTA値は、前記直交成分ｒｐとｒｓとの間に生じた移相すなわち位相のずれに関係する）、これらの値は、前記サンプルシステムとの相互作用によって生じる。これらを決定する式は：
ρ＝ｒｐ／ｒｓ＝Ｔａｎ（Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ）
である。
【０００９】
可能性を示唆したように、エリプソメトリーを実施するには、サンプルシステムおよび適用されるエリプソメーターシステム用の数学的モデルを導き出して提供する必要がある。その観点からみれば、サンプルシステムの調査に適用されるエリプソメーターシステムは、一般的に、シーケンシャルに：
ａ．電磁放射線のビーム源；
ｂ．偏光子素子；
ｃ．任意に設けられることのある補償子用素子（compensator element）；
ｄ．（追加的な１つまたは複数の素子）；
ｅ．サンプルシステム；
ｆ．（追加的な１つまたは複数の素子）；
ｇ．任意に設けられることのある補償子用素子（compensator element）；
ｈ．検光子素子；および
ｉ．分光検出器システム
を備えることを理解する必要がある。
【００１０】
前記構成要素ｂ．〜ｉ．のそれぞれを、上記ａ．の前記電磁放射線のビーム源から生じる電磁放射線のビームを表すベクトルに加えて、エリプソメーターシステムの数学的モデルによって正確に示す必要がある。
【００１１】
通常の様々な構成のエリプソメーターは、偏光子と、検光子および補償子の双方またはいずれか一方とをデータ収集中に回転させることができ、回転偏光子（ＲＰＥ）型、回転検光子（ＲＡＥ）型および回転補償子（ＲＣＥ）型のエリプソメーターシステムとして多様に表現することができる。使用時、素子が回転するというよりも回転可能である消光型エリプソメーターも存在することにも留意されたい。一般的に、消光型エリプソメーターシステムの使用の際には、直線偏光子によって電磁放射線のビームを直線偏光状態にして、得られる電磁放射線の偏光ビームをサンプルシステムと相互作用させ、次に検光子を、サンプルシステムを通過して進む電磁放射線のビームを効率的に無効にする（すなわち消す）方位に調整する。消光が生じる検光子の方位角により、サンプルシステムの特性を洞察できるすなわち予見する情報（insight）が得られる。
【００１２】
さらに、使用時、存在するサンプルシステムが配置されたエリプソメーターシステムによってデータセットを得ることができる。このデータセットは、他のサンプルシステムが存在する場合と、エリプソメーターシステムが直通型に配置され、電磁放射線のビームを、サンプルシステムと相互作用せずにエリプソメーターシステムを真っ直ぐに通過させるようにした場合とに、連続的に得られる。複数のデータセットを用いる同時的な数学的回帰法によって、エリプソメーターを較正し、および波長域にわたって、サンプルシステムの特性を決定するPSI値およびDELTA値を評価することができる。例えば、存在する一連のサンプルシステムを用いること、およびこれらサンプルシステムと相互作用するようにされる電磁ビームを複数のシーケンシャルな偏光状態にするようにすることの双方またはいずれか一方を用いてエリプソメーターシステムにより多数のデータセットを得ることにより、多数のエリプソメーターシステムの変数のシステム較正を可能とする。
【００１３】
公知の参照文献を開示する前に、PTO（米国特許商標局）のウェブサイトにおいて、
（ellipsometer & bolometer）；および
（ellipsometer & ゴーレイ（Golay） cell）；
の用語を含む特許および出願公開をコンピュータで検索したところヒットは１件（Tsukrukによる（特許文献１））しかなかったことに留意されたい。（特許文献１）は、エリプソメトリーおよびゴーレイ（Golay）の用語を含むが、前記素子を含むエリプソメーターシステムについては含まない。
【００１４】
さらに、
（ellipsometer & backward wave oscillator）；
（ellipsometer & スミスパーセル（Smith-Purcell））；および
（ellipsometer & free electron laser）；
の用語を含む特許および出願公開のPTOのウェブサイト検索は、Nakaharaらの（特許文献２）しかヒットしなかった。この文献には、用語エリプソメーターおよび自由電子レーザは含まれるが、前記素子の組み合わせについては説明されていない。
【００１５】
Wangら、（特許文献３）は、ゴーレイ（Golay）セル検出器とスミスパーセル（Smith-Purcell）検出器の組み合わせにおいて使用される自由電子レーザについて説明しているため、興味深い。しかしながら、エリプソメトリーまたはポラリメトリー（偏光測定）への適用については説明していない。
【００１６】
Brownellによる（特許文献４）では、自由電子レーザおよびスミスパーセル（Smith-Purcell）検出器の使用が説明されているが、エリプソメトリーまたはポラリメトリー（偏光測定）に関連してではない。
【００１７】
（非特許文献２）では、スミスパーセル（Smith-Purcell）自由電子レーザの使用が説明されている。
【００１８】
Kompfnerの（特許文献５）の開示によれば、後進波発振器について説明している。 
【００１９】
Epszteinの（特許文献６）の開示によれば、後進波発振器について説明している。 
【００２０】
THz周波数範囲で動作するエリプソメーターについて説明している公知の参照文献としては以下のものがある。
【００２１】
（非特許文献３）では、汎用エリプソメトリーへのTHz電磁放射線の適用について説明されており、ここで電磁放射線THz光源は、独国のＢＥＳＳＹに配置されたシンクロトロンである。
【００２２】
（非特許文献４）では、汎用エリプソメトリーへのTHz電磁放射線の適用について説明しており、ここで電磁放射線THz光源はシンクロトロンおよび従来の黒体である。ＦＴＩＲ光源およびボロメーターの使用についても述べられている。
【００２３】
（非特許文献５）では、アンバイアスGaAs結晶電磁放射線THz光源およびZnTe結晶検出器の使用について説明している。
【００２４】
（非特許文献６）では、３０GHz〜１０THzの適用について説明しており、かつ、遠赤外（ＦＩＲ）周波数範囲におけるフーリエ変換分光計（ＦＴＳ）の使用について、そのような手法は１THz未満では容易に適用できないことに注意を払って説明している。前記参照文献はまた、後進波発振器（ＢＷＯ）と周波数逓倍器との適用について、３０GHz〜３THzの範囲を網羅するためには、一般に多くのＢＷＯおよび周波数逓倍器が前記周波数範囲を網羅する必要があることに注意を払って説明している。この論文は、フェムト秒レーザ（例えば、モードロックのTi：サファイアレーザまたはErドープされたファイバーレーザを、低温成長したGaAs製の光導電アンテナと組み合わせて）の使用を支持している。
【００２５】
（非特許文献７）の論文は、モードロックのTi：サファイアレーザをボウタイ型アンテナおよびGaAs検出器アンテナと組み合わせた使用について説明している。
【００２６】
Luttmanによる（特許文献７）では、エリプソメーターシステムにおけるTHz光源の使用について説明している。
【００２７】
（非特許文献８）では、テラヘルツエリプソメーターについて説明している。
【００２８】
（非特許文献９）では、電磁放射線を生成するテラヘルツ光源の使用について説明している。
【００２９】
Herzingerらの（特許文献８）では、電磁ビームの偏光状態を回転させるための「オッドバウンス（Odd-Bounce）」システムについて説明している。（特許文献８）の発明が特許に至る出願中に開示されている特許は以下の通りである。
【００３０】
Herzingerの（特許文献９）によれば、複数の反射手段との関連において単一のブルースター角偏光子について説明しており、かつ、従来技術の二重ブルースター角単一反射手段の偏光子システムについて開示されている。
【００３１】
Herzingerらの（特許文献１０）では、調整可能なビームアライメント補償子／リターダーと、分光エリプソメトリーへの応用について説明している。
【００３２】
Johsらの（特許文献１１）では、複数のベレーク（Berek）板光学リターダーシステムについて説明している。
【００３３】
Johsらの（特許文献１２）では、単一の三角形光学リターダー素子について説明している。
【００３４】
Johsらの（特許文献１３）では、デュアルチップ型のワイヤグリッド偏光子を様々な補償子／リターダーシステムと組み合わせたものについて説明している。
【００３５】
Johsらの（特許文献１４）では、二重の水平に向けられた三角形光学リターダーについて説明している。
【００３６】
Johsらの（特許文献１５）では、平行四辺形の光学リターダー素子について説明している。
【００３７】
Johsらの（特許文献１６）では、二重の垂直に向けられた三角形光学リターダー素子について説明している。
【００３８】
Johsらの（特許文献１７）および（特許文献１８）の開示によれば、偏角自己補償補償子システムについて説明している。
【００３９】
Johsらの（特許文献１９）の開示によれば、データ収集中に検光子および偏光子が、方位の位置が固定されて維持される一方、補償子は連続的に回転させられるエリプソメーターシステムについて説明している。
【００４０】
Thompsonらの（特許文献２０）の開示によれば、この明細書では、赤外線波長域で使用されるエリプソメーターシステムの較正に主に適用される、数学的回帰法をベースにした二重フーリエ級数（double Fourier series）エリプソメーター較正手順を教示している。複屈折の透過性の窓様の補償子がそのシステムに存在すると説明しており、かつデータ収集中に、互いに対して回転せずにシーケンシャルに隣接する素子によって生じたリターデーションの相互関係についても説明している。
【００４１】
さらに（特許文献８）で開示されている特許には、Greenらの（特許文献２１）；および（特許文献２２）があり、これらは、回転検光子／偏光子型のエリプソメーターシステムの範囲を拡大してゼロ（０．０）度および１８０度に近いDELTA値の測定を可能とする方法、かつ変調器素子型のエリプソメーターを４５度のPSI値に拡大することを可能とする方法を教示している。前記特許文献は、追加された、可変で透過性の複屈折型成分の存在およびデータ収集中に、認識されたキャパシティーを可能とするその適用を説明している。
【００４２】
Heらの（特許文献２３）の開示によれば、この明細書では、狭いスポット領域において、サンプルシステムに対して斜めの入射角で電磁放射線の偏光ビームを与えることを可能とするエリプソメーターシステムを説明している。
【００４３】
（特許文献８）で説明している一般的に興味のある特許としては：
Woollamらの（特許文献２４）（ビームチョッパを説明している）；Johsらの（特許文献２５）；Greenらの（特許文献２６）；およびJohsらの（特許文献２７）；があり、エリプソメーターシステムに関連すると説明している。
【００４４】
Coatesらの（特許文献２８）の開示によれば、この明細書では、平面偏光電磁放射の反射単色性ビームをブルースター入射角でサンプル基板に向けて照射し、その上にある薄膜の厚さを判定することについて説明している。この明細書では、表面コーティングの厚みが異なる２つのサンプル基板を用いた較正についても説明している。
【００４５】
サンプルシステムを調査するために反射電磁放射線を使用することを説明している他の特許明細書は、Coatesの（特許文献２９）、（特許文献３０）、および（特許文献３１）；およびJohnsonの（特許文献３２）である。
【００４６】
Bjorkらの（特許文献３３）の開示によれば、この明細書では、電磁放射線のビームに複数の反射性偏光状態修正手段をシーケンシャルに個々に位置決めさせて備えているエリプソメーターシステムを説明している。（特許文献３４）；（特許文献３５）および（特許文献３６）も（特許文献３３）に引用されている。偏光状態を修正するために素子からの反射を用いる、これらの特許明細書に記載されているシステムは（特に（特許文献３５））、そのような素子が調査対象のサンプルの、必要な複製品でありかつそのサンプルから９０度回転されている場合、電磁ビーム効果に及ぼす偏光状態修正素子（エレメント）の影響を、サンプルによって消し去ることができることに留意されたい。
【００４７】
Mansuripurらの（特許文献３７）は、反射率を測定する装置について開示している。
【００４８】
Rosencwaigらの（特許文献３８）および（特許文献３９）も、電磁ビームを斜めの入射角でサンプルシステムに当てるシステムを説明している。（特許文献３９）は、複数の波長および複数の入射角を使用することを提案している。同様の理由のためにGoldらの（特許文献４０）も開示されている。
【００４９】
確認された特許明細書のほか、（特許文献８）では、ある特定の科学論文も開示されている。（非特許文献１０）も、エリプソメーターシステムを較正するための、数学的回帰法をベースにした手法について説明している。
【００５０】
追加的な関連特許は、Johsの（特許文献４１）である。この特許では、ビームコンバイナを含む複合多色電磁放射線ビーム光源が説明されている。
【００５１】
J. A. Woollman Co., Inc.が、長年、ＩＲ-ＶＡＳＥ（登録商標）というＩＲ範囲のエリプソメーターを市販していることも説明している。前記機器は、１０THz〜１５０THzの機能（ケイパビリティ：capability）を提供し、かつBomen ＦＴＩＲスペクトロメータを使用する角度可変回転補償子システムを提供する。さらに、前記機器は、ＦＴＩＲ光源、およびワイヤグリッド偏光子によってもたらされた偏光状態を回転させるオッドバウンス像回転システムを含む。市販されているものとして、このシステムはケイパビリティが１THzまで落ちることはなく、このケイパビリティは、本発明の開発における研究によって達成されたことに留意されたい。
【００５２】
THz範囲で実用化されているエリプソメトリーについて説明しているさらなる参照文献は以下の通りである。
【００５３】
（非特許文献１１）では、THz周波数範囲で使用するための実験的エリプソメーターが説明されている。
【００５４】
（非特許文献１２）では、THz周波数をもたらすための自由電子レーザの使用が説明されている。
【００５５】
（非特許文献１３）では、ストークスパラメータを全て決定するための概念が説明されている。
【００５６】
（非特許文献１４）では、汎用光磁気エリプソメトリーにおいてシンクロトロン発生電磁放射線の使用が説明されている。
【００５７】
（非特許文献１５）では、汎用ミュラー行列エリプソメトリーにおいてシンクロトロン発生電磁放射線が説明されている。
【００５８】
（非特許文献１６）では、光磁気による光学的測定においてTHz周波数を使用する誘電テンソルの決定が説明されている。
【００５９】
（非特許文献１７）では、広範囲の周波数にわたりTHz波の偏光状態の決定が説明されている。
【００６０】
（非特許文献１８）では、テラヘルツエリプソメトリーと時間域分光法との組み合わせが説明されている。
【００６１】
テラヘルツ周波数範囲の電磁気光源について説明しているさらなる参照文献は以下の通りである。
【００６２】
（非特許文献１９）では、ＢＷＯと周波数逓倍器との組み合わせが説明されている。
【００６３】
（非特許文献２０）では、THz周波数をもたらすための閃亜鉛鉱半導体（GaAs、GaP）の適用が説明されている。
【００６４】
（非特許文献２１）では、ＢＷＯが生成されたスペクトロメータを使用して誘電体、伝導体および超伝導体の誘電応答スペクトルを直接測定する方法が説明されている。
【００６５】
（非特許文献２２）では、０．１〜１THzの周波数範囲で動作する携帯型THzスペクトロメータが説明されている。
【００６６】
（非特許文献２３）。
【００６７】
２００８年４月３日発行のVodopanovらの（特許文献４２）では、光パルス列で半導体を照明することを含む、THz放射線を生成する方法が説明されている。
【００６８】
２００４年１１月１６日発行のStehleらの（特許文献４３）および２００５年１月２５日発行の（特許文献２）ではまた、エリプソメーターシステムでのTHz周波数の適用を説明している。
【００６９】
同時係属のＰＣＴ出願、（特許文献４４）の調査報告が最近受領され、以下の参照文献を特定していることに留意されたい。
【００７０】
Herzingerらの（特許文献８）；Greenらの（特許文献４５）；Zahnらの（特許文献４６）；Kolodzeyらによる（特許文献４７）；Itsujiによる（特許文献４８）；
Nabetらによる（特許文献４９）；Woodらによる（特許文献５０）；Pfeifferらによる（特許文献５１）； （非特許文献２４）；および（非特許文献２５）。
【００７１】
特定された参照文献、（特許文献５２）、（特許文献５３）および（特許文献５４）は全て本願明細書に参照として援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０１７５５０７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３１７，６１８号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９１４，４９２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／００５０２６９号明細書
【特許文献５】米国特許第２，９８５，７９０号明細書
【特許文献６】米国特許第２，８８０，３５５号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００４／００２７５７１号明細書
【特許文献８】米国特許第６，７９５，１８４号明細書
【特許文献９】米国特許第６，１３７，６１８号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，０８４，６７５号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，１１８，５３７号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，１４１，１０２号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，９４６，０９８号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，１００，９８１号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，０８４，６７４号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，９６３，３２５号明細書
【特許文献１７】米国特許第７，４５０，２３１号明細書
【特許文献１８】米国特許第７，４６０，２３０号明細書
【特許文献１９】米国特許第５，８７２，６３０号明細書
【特許文献２０】米国特許第５，７０６，２１２号明細書
【特許文献２１】米国特許第５，７５７，４９４号明細書
【特許文献２２】米国特許第５，９５６，１４５号明細書
【特許文献２３】米国特許第５，９６３，３２７号明細書
【特許文献２４】米国特許第５，３７３，３５９号明細書
【特許文献２５】米国特許第５，６６６，２０１号明細書
【特許文献２６】米国特許第５，５２１，７０６号明細書
【特許文献２７】米国特許第５，５０４，５８２号明細書
【特許文献２８】米国特許第４，８２６，３２１号明細書
【特許文献２９】米国再発行特許第３４，７８３号明細書
【特許文献３０】米国特許第４，３７３，８１７号明細書
【特許文献３１】米国特許第５，０４５，７０４号明細書
【特許文献３２】米国特許第５，４５２，０９１号明細書
【特許文献３３】米国特許第４，６４７，２０７号明細書
【特許文献３４】米国特許第４，２１０，４０１号明細書
【特許文献３５】米国特許第４，３３２，４７６号明細書
【特許文献３６】米国特許第４，３５５，９０３号明細書
【特許文献３７】米国特許第４，８３８，６９５号明細書
【特許文献３８】米国特許第４，７５０，８２２号明細書
【特許文献３９】米国特許第５，５９５，４０６号明細書
【特許文献４０】米国特許第５，０４２，９５１号明細書
【特許文献４１】米国特許第６，２６８，９１７号明細書
【特許文献４２】米国特許第７，３３９，７１８号明細書
【特許文献４３】米国特許第６，８１９，４２３号明細書
【特許文献４４】ＰＣＴ／ＵＳ０９／０５３４６号明細書
【特許文献４５】米国特許第７，２７４，４５０号明細書
【特許文献４６】米国特許第６，７９８，５１１号明細書
【特許文献４７】米国特許出願公開第２００４／０２２８３７１号明細書
【特許文献４８】米国特許出願公開第２００７／０２５２９９２号明細書
【特許文献４９】米国特許出願公開第２００６／０２８９７６１号明細書
【特許文献５０】米国特許出願公開第２００７／０２７８４０７号明細書
【特許文献５１】米国特許出願公開第２００７／００９７３７３号明細書
【特許文献５２】米国特許出願第１２／４５６，７９１号明細書
【特許文献５３】米国仮特許出願第６１／２０８，７３５号明細書
【特許文献５４】米国仮特許出願第６１／２８１，９０５号明細書
【非特許文献】
【００７３】
【非特許文献１】Collins, “Automatic Rotating Element Ellipsometers: Calibration,Operation and Real-Time Applications”, Rev．Sci．Instrum., 61 (8) (1990)
【非特許文献２】Andrewsらの"Gain of a スミスパーセル（Smith-Purcell） Free Electron Laser"の論文、Phy. Rev., VoI 7, 070701 (2004)
【非特許文献３】"Terahertz Generalized Meuller-matrix Ellipsometery"、Hofmannら、Proc. of SPIE, Vol. 6120, pp. 61200D1-61200D10, (2005)
【非特許文献４】"Terahertz magneto-optic generalized ellipsometry using synchrotron and blackbody radiation"、Hofmannら、American Inst. of Physics, 77, 063902-1 through 063902-12, (2006)
【非特許文献５】"Label-free Amplified Bioaffinity Detection Using Terahertz Wave Technology"、Menikhら、Biosensors and Bioelectronics 20, 658-662 (2004)
【非特許文献６】"Spectroscopy by Pulsed Terahertz Radiation"、Hangoら、Meas. Sci. and Technol., 13 (2002), pp 1727-1738
【非特許文献７】"Measurement of Complex Optical Constants of a Highly Doped Si Wafer Using Terahertz Ellipsometry"、Nagashimaら、Applied Phys. Lett. Vol. 79, No. 24（２００１年１２月１０日）
【非特許文献８】"Development of Terahertz Ellipsometry and its Application to Evaluation of Semiconductors"、Nagashimaら、Tech. Meeting on Light Application and Visual Science, IEEE (2002)
【非特許文献９】"Terahertz Imaging System Based on a Backward-Wave Oscillator、Dobroiuら、Applied Optics, Vol. 43, No 30（２００４年１０月２０日）
【非特許文献１０】Johsによる論文”Regression Calibration Method for Rotating Element Ellipsometers”, Thin Solid Films, 234 (1993)
【非特許文献１１】"THz Ellipsometry in Theory and Experiment"、Dietzら、33rd International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 16th International Conference on Terahertz Electronics, IRMMW-THz (2008)
【非特許文献１２】"Study Terahertz Ellipsometry Setups for Measuring Metals and Dielectrics Using Free Electron Laser Light Source"、31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics, IRMMW-THz (2006)
【非特許文献１３】"Spectral THz Ellipsometer for the Unambiguous Determination of all Stokess Parameters"、Holldackら、30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics, IRMMW-THz (2006)
【非特許文献１４】"Terahertz Magneto-Optic Generalized Ellipsometry Using Synchrotron and Blackbody Radiation"、Esquinaziら、Sci. Instrum., Vol. 7, No. 6 (2006)
【非特許文献１５】"Terahertz Generalized Mueller-Matrix Ellisometry"、Esquinaziら、Proc. Int. Soc. Opt. Eng., Vol. 6120, (2006)
【非特許文献１６】"THz Time-Domain Magneto-Optic Ellipsometry in Reflection Geometry"、Kuwata-Gonokamiら、Trends Opt. Photonics Series, Vol. 97, (2004)
【非特許文献１７】"Terahertz Polar imetry"、Gallotら、Conf. Lasers Electro-Optics, CLEO, Vol. 3 (2005)
【非特許文献１８】"Evalution of Complex Optical Constants of Semiconductor Wafers using Terahertz Ellipsometry"、Hangyoら、Trends Opt. Photonics Series, Vol. 88, (2003)
【非特許文献１９】"Improved Performance of Hybrid Electronic Terahertz Generators"、Hurlbutら、33rd International Conference on Infrared and Millimeter Waves and Terahertz Waves, IRMMW-THz (2008)
【非特許文献２０】"Terahertz Wave Generation in Orientation-Patterned GaAs Using Resonantly Enhanced Schemes"、Vodopyanovら、SPIE-Intl. Soc. for Opt. Eng. USA, Vol. 6455, (2007)
【非特許文献２１】"Terahertz BWO Spectroscopy of Conductors and Superconductors"、Gorshunovら、Quantum Electronics, Vol. 37, No. 10 (Oct 2007)
【非特許文献２２】"Portable THz Spectrometers"、Kozlovら、31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics, IRMMW-THz (2007)
【非特許文献２３】"Terahertz Time-Domain Spectrsocopy"、Nishizawaら、Terahertz Optoelectronics, Topics Appl . Phys . 97, 203-271 (2005)
【非特許文献２４】Duerr, Erik Kurtによる博士論文、"Distributed Photomixers"、Mass. Inst. Tech.、２００２年９月
【非特許文献２５】"Hole Diffusion Profile in a P-P+ Slicon Homojunction Determined by Terahertz and Midinfrared Spectroscopic Ellipsometry"、Hofmannら、App. Phys . Lett., 95 032102 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００７４】
関連する従来技術を考慮しても、好ましくは直線偏光の方位角を制御できる電磁放射線の直線偏光ビームを提供する好適な手法と併せて、テラヘルツ領域で適用するためエリプソメーターまたはポラリメーター（偏光計）システムに対する下記の要望がある。本発明は、これら認識されている要望に応えるものである。
【課題を解決するための手段】
【００７５】
本発明は、３００GHz以下の周波数範囲から、好ましくは赤外線の周波数範囲までにおいて適用するための実用的なエリプソメーターまたはポラリメーター（偏光計）システムとして供する光学測定システムである。従来技術では、テラヘルツ（THz）周波数においてエリプソメトリーを使用するためのシステムを提案または提供することは知られているが、そのようなことを可能にしかつ大学や産業界などにおける一般的な適用に好適な特定の実施形態は、これまでに開示されていない。本出願人の知るところによれば、市販されているTHzエリプソメーターまたは偏光計はない。エリプソメーターまたは偏光計が赤外線（ＩＲ）の周波数のケイパビリティを提供する場合には、これらのものはなおさら現存しない。
【００７６】
シンクロトロンを使用してエリプソメーターにTHz周波数帯域の電磁放射線をもたらしているが、THzエリプソメトリーを稼働させることが望ましい全ての場所においてシンクロトロンを提供することはできない。本発明は多くの素子の組み合わせを提供し、それにより、市場において汎用的に適用するための新規の実用的なシステムを提供する。
【００７７】
以下の説明に先立ち、いくつかの用語を定義することが有益である。まず、一般的に、テラヘルツ周波数範囲を構成すると認められている範囲は、３×１０１１ヘルツ（すなわち３００GHz）から１．３×１０１２ヘルツ（すなわち１．３THz）である。テラヘルツ範囲は、マイクロ波の波長／周波数範囲（その上限値は１ミリメートルの波長を有する）と遠赤外の波長／周波数範囲（１００マイクロメートルの長波長端）との間に挟まれている。
【００７８】
次に、テラヘルツ（THz）電磁放射線の光源が多数存在することに留意されたい。例えば、スミスパーセル（Smith-Purcell）セルは、電子のエネルギービームを、回折格子の、刻線を刻んだ面に著しく接近させて向ける装置である。ビームの軌道に対する影響は無視できるが、テラヘルツ周波数範囲におけるチェレンコフ放射を生じさせることができ、ここでは電磁放射線の位相速度が周期的な格子によって変えられる。テラヘルツ放射の別の光源は自由電子レーザである。この光源では、電子ビームは相対論的速度で加速され、周期的な横方向磁場を通って通過させられる。磁石アレイは、電子に正弦曲線経路を形成するようにさせるためアンジュレーターまたは「ウィグラー」と称す場合もある。電子の加速によって光子が放出され、これを「シンクロトロン放射」と称す。さらに、電子の動きは、前記放出された電磁放射線のフィールドと同相であり、それゆえ、フィールドが一貫し増大する。アンジュレーターにおける振動との相互作用の結果生じる電子ビームの不安定性が電磁放射線を放出させ、その場合電子は独立して放射を行う。電子から放出された電磁放射線の波長を、電子ビームのエネルギーおよびアンジュレーターの磁場強度の双方またはいずれか一方を調節することによってテラヘルツ範囲に調節できる。テラヘルツ周波数の別の光源は後進波発振器（ＢＷＯ）であり、これは、電子銃を含む真空管システムであり、その電子銃は、電子ビームを生成し、かつ電子ビームを放出された電子とは反対方向に進行する電磁波と相互作用するようにさせて、THz周波数の振動を、電子ビームに対して逆方向に進行する伝搬波との相互作用によって維持するようにする。
【００７９】
テラヘルツ範囲の電磁放射線を監視するための多数の検出器が存在することについても説明する。その１つの例はゴーレイ（Golay）セルであり、これは、電磁放射線が材料に当たることによって生じる温度変化を、測定可能な信号に変換することによって動作する。一般的に、電磁放射線を黒化した材料に当てると、電磁放射線は、筐体の第１のチャンバにあるガス（例えばキセノン）を加熱し、それにより、前記第１のチャンバに隣接する変形可能な反射絞り／膜の形状を変化させる。前記絞り／膜によって第１のチャンバから分離されている第２のチャンバでは、電磁ビームを膜から光電セルへ反射させ、次いで、光電セルは、受光した電磁放射線を電気信号に変換させる。テラヘルツ範囲の電磁放射線を監視する別の検出器はボロメーターであるが、ボロメーターは、電磁放射線が黒化した金属に当たることによって起こる電気抵抗を変化させる効果を使用して動作する。
【００８０】
テラヘルツ周波数の電磁放射線の固体光源および検出器があることにも留意されたい。例えば、Nagashimaらによって特定された参照文献によれば、THzパルスは、８０Fs（フェムト秒）の時間幅のパルスを有するモードロックのTi−サファイアレーザによって付勢されたボウタイ型の光導電性放射線アンテナによって生成することができ、かつ検出アンテナを、薄膜LT−GaAs上に組み込められた５ミクロンのギャップを有する双極子型の光導電アンテナで形成できることが説明されている。さらに、AB Millimeter（フランス、パリ）という名称の会社が、固体光源装置および検出器装置を備える、８GHzから１０００GHzまでの全範囲を網羅するシステムを供給していることが知られている。
【００８１】
上記の予見的情報によれば、特許文献５２には、
ａ１）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされる電磁放射線源；
ａ２）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器；
ｂ）サンプル支持体；
ｃ）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ範囲の、電磁放射線を検出可能な少なくとも１つの電磁放射線検出器
からなる群から選択されるものを含むエリプソメーターまたは偏光計システムを含むシステムが開示されている。
【００８２】
前記エリプソメーターまたは偏光子システムはさらに、前記THz光源と前記検出器との間に、
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定（stationary）偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子；
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子；
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子；および
電子−変調器、音響−変調器または光−変調器；
からなる群から選択される少なくとも１つを含み、その目的は、データ収集手順中に偏光状態を変調させることである。
【００８３】
３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器は、このTHz光源によってもたらされた自然偏光を利用して、個別の偏光子の使用をする必要がないが；一般に、３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされた前記電磁放射線源は、個別の偏光子を含むことに留意されたい。
【００８４】
続いて、電磁放射線THz光源は、
後進波発振器；
スミスパーセル（Smith-Purcell）セル；
自由電子レーザ；および
固体光源装置；
からなる光源群から選択される少なくとも１つの光源を含み、好ましくはさらに、前記電磁放射線THz光源の後位に周波数逓倍を行う手段を含み、この周波数逓倍器は、前記THz光源から出力された電磁放射線を受光し、かつ前記光源の出力基本波と約１．６THzとの範囲内の前記電磁放射線の高調波をもたらす。
【００８５】
さらに、エリプソメーターまたは偏光計システムは好ましくは、
前記電磁放射線THz光源と前記検出器との間に
少なくとも１つのオッドバウンス（すなわち奇数回反射による）偏光状態回転システムを含むと共に、当該オッドバウンス偏光状態回転システムをエリプソメーターおよび偏光計および同様のシステムに適用する方法を含む。当該オッドバウンス偏光状態回転システムがあることは、場合によってはこれを偏光状態生成器と組み合わせて、エリプソメーターシステムの偏光子を回転させずに、電磁放射線源によってもたらされた偏光状態を回転させることができる点において有益である。オッドバウンス（すなわち奇数回反射による）光学像回転システムは、特許文献８に記載されている。前記特許文献８に記載されているように、前記オッドバウンスサーブス（serves）光学像回転システムは、その伝搬方向のローカスに著しい逸脱（それること）または変位をもたらすことなく、またはその偏光状態を著しく変えることなく、直線偏光にまたは部分的に直線偏光にされた（すなわち実質的に偏光された）電磁放射線ビームの方位角を回転させる働きをする（すなわち、主要強度直交成分から他の直交成分へのエネルギーの著しいシフトを生じさせない、またはそれらの間の位相角の著しいシフトを生じさせない）。オッドバウンス光学像回転システムは、入射電磁放射線ビームをその第１の反射素子から第２の反射素子に反射させ、かつ第２の反射素子から第３の反射素子に反射させる等々のように向きを向けて設けられた一連の奇数個の反射素子であると説明できる。３つの反射素子を有するオッドバウンス光学像回転素子システムの場合、オッドバウンス光学像回転システムが、電磁放射線ビームのローカスと一致した軸の周りで、段階的にまたは連続的に回転するようにされている場合にも、３回の反射によって電磁放射線ビームを第３の反射素子から、回転された直線偏光の方位角でまたは回転された部分的に直線偏光の方位角で、かつ入力ビームのローカスから著しく逸脱も変位もしていない方向に出射させる。同じことが、任意の奇数個（例えば３、５、７など）の反射素子を含むオッドバウンス光学像回転素子システムに一般的に当てはまる。反射素子の数が多くなるほど、ビームが反射素子に対してなす入射角がより直角に近くなり、および入射角が法線に近くなるほど、収差効果が小さくなることに留意されたい。同様に、３つより多い反射素子が存在する場合、反射素子によって生じたある種の非理想性（non-idealities）を、これら反射に、一致しない（non-coincident）座標系を使用することによって打ち消すことができる。しかしながら、その見返りとして、存在する反射素子の数が多いほど、前記ビームの逸脱および変位を回避するためにシステムを調整することが困難になる。
【００８６】
オッドバウンス光学像回転システムを実質的に直線偏光にする偏光素子（これは非偏光電磁放射線光源および偏光子を含むか、またはその出力として偏光電磁放射線をもたらす光源を含むことができる）とを結合することにより、偏光素子は定常状態にすなわち方位角は固定状態に維持されたままであるが、当該偏光素子から出射する電磁気の偏光ビームの方位角（そこに入射する電磁ビームのローカスに沿った位置からみて）は回転される、偏光子システムを提供できる。
【００８７】
一般的に説明すると、オッドバウンス光学像回転素子システムが、それを機能的に通過する電磁放射線ビームと一致する軸の周りで３６０度一回転することによって、主要な強度直交成分が７２０度の回転を行うこととなることにも留意されたい。これは重大ではないが、前記方法の実施中に考慮にいれる必要があるとして触れておく。
【００８８】
３００GHz以下から１THz超に及ぶ範囲の電磁放射線検出器は、
ゴーレイ（Golay）セル；
ボロメーター；および
固体検出器
からなる検出器群から選択できる。
【００８９】
加えて、前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、ＦＴＩＲ光源と、約１THz超の周波数範囲の前記ＦＴＩＲ周波数出力を検出するための検出器とを含むとともに、
３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ範囲のTHz周波数出力をもたらす、前記電磁放射線THz光源および任意選択的に設けられる周波数逓倍器と、
約１THz超のＩＲ周波数範囲の出力をもたらす前記ＦＴＩＲ光源と
の間を選択するための手段を含む。
【００９０】
約１THz超の周波数範囲の前記ＦＴＩＲ周波数出力を検出するための検出器、および３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ範囲の前記電磁放射線検出器は、それぞれ独立して、
ゴーレイ（Golay）セル；
ボロメーター；および
固体検出器
からなる検出器群から選択される。
【００９１】
上述のように、好ましい実施形態では、エリプソメーターまたは偏光計システムは、好ましくは、機能的に組み合わされた周波数逓倍器を有する前記THz光源から出力を生ずるので、この出力は、前記ＦＴＩＲ光源からの出力と少なくとも１．０〜１．４THzの周波数において重なる。好ましくは、前記光源の各々は、選択される検出器のいずれかからの約１．０〜１．４THzの周波数範囲の出力を解析することによって実質的に同じ結果（例えば、エリプソメトリーのPSI値およびDELTA値の双方またはいずれか一方）が得られるように較正される。
【００９２】
詳細には、先に述べたエリプソメーターまたは偏光計システムは：
ａ１）約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線ＦＴＩＲ光源；および
ａ２）約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線ＦＴＩＲ光源を含む偏光状態生成器；
からなる構成要素群からの選択と、
ａ３）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線THz光源；および
ａ４）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器；
からなる構成要素群からの選択を含み、前記電磁放射線THz光源は、
後進波発振器；
スミスパーセル（Smith-Purcell）セル；
自由電子レーザ；および
固体デバイス；
からなる群から選択される少なくとも１つを、好ましくは、３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす基本出力周波数の高調波をもたらすために、周波数逓倍器と機能的に組み合わせられて、含んでいる。
【００９３】
さらに、前記エリプソメーターまたは偏光計は、前記THz光源とＦＴＩＲ光源との間で選択する手段を有する。
【００９４】
前記エリプソメーターまたは偏光計はさらに、
ｂ）サンプル支持体と；
ｃ）ゴーレイ（Golay）セル検出器；
ボロメーター検出器；および
固体光源装置
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を含む電磁放射線の検出器システムを含む。
【００９５】
前記好ましいエリプソメーターまたは偏光システムの実施形態はさらに、
前記選択された光源と、
前記選択された検出器との間
に少なくとも１つのオッドバウンス偏光状態回転システムを含む。
【００９６】
前記エリプソメーターシステムはさらに、前記選択された光源と前記選択された検出器との間に、
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子；
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子；
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子；および
電子−変調器、音響−変調器または光−変調器
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を含む。
【００９７】
使用時、選択された光源と選択された検出器との選択された機能的な組み合わせを適用して、電磁放射線が前記サンプル支持体上のサンプルに当たりかつそれと相互作用してから、前記選択された検出器に入射するようにし、それにより前記検出器が出力をもたらすようにする。
【００９８】
さらに、前記好ましい実施形態は、前記選択されたTHz光源と好ましくは周波数逓倍器との機能的な組み合わせからの出力と、前記ＦＴＩＲ光源からの出力とが、少なくとも１．０〜１．４THzの周波数で重なり、選択された検出器のいずれかからの約１．０〜１．４THzの周波数範囲で出力を解析することによって実質的に同じ結果（例えば、エリプソメトリーのPSI値およびDELTA値の双方またはいずれか一方）が得られるようにした例を提供する。
【００９９】
好ましいシステムはまた、サンプルと相互作用する電磁ビームをチョッピングするためのチョッパを含む。これにより、特にデータを、疑似電磁放射線が存在するように暗くされていない室内に配置されたシステムによって得る場合にノイズが低減される。
【０１００】
サンプルの特性を決定する方法は、
Ａ）上述のようなエリプソメーターまたは偏光計を備えるステップ；
Ｂ）光源および検出器を選択するステップ；
Ｃ）前記選択された光源を適用して、実質的に偏光された電磁放射線が前記サンプル支持体上の前記サンプルに当たりかつそれと相互作用するようにし、その後、前記選択された検出器に進めて入射させて、前記検出器が出力をもたらすようにするステップ
を含む。
【０１０１】
前記方法はまた、好ましくは、実質的に偏光された電磁放射線をチョッピングして、前記サンプル支持体上の前記サンプルに当てかつそれと相互作用させ、その後、前記選択した検出器に進めて入射させるようにする。それにより実質的にチョッピングされたビームの内容のみに基づいた出力をもたらすためである。
【０１０２】
前記方法はさらに、
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶すること；
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶すること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示すること；
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示すること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力が、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにすること；
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、および少なくともその一部に、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号をもたらすようにさせること
からなるステップ群から選択される少なくとも１つのステップを実行することを含む。
【０１０３】
前記方法はさらに、データ収集中に、前記光源と検出器との間にも存在する少なくとも１つのオッドバウンス偏光状態回転システムの少なくとも１つを連続的にまたは段階的に回転させるか、または存在する電子−、音響−または光−変調器を動作させるステップを含む。
【０１０４】
この方法の利点は、特にＩＲ範囲以下の波長で動作するエリプソメーター／偏光計などのシステムにおいて、直線偏光子（または検光子）を通過する電磁放射線ビームを不利益にそらしたりすることなくまたは直線偏光子（または検光子）の複数の素子（すなわち、特許文献１３に記載のような複数チップ型（tipped）ワイヤ直線偏光子）の調整を誤ることなく、直線偏光子（または検光子）を回転させることは困難であることである。前記システムは、直線偏光子および検光子のそれぞれの方位の向きを実質的に固定して設定し得るが、その代わりにオッドバウンス光学像回転素子を使用すれば、電磁ビームの方位の向きを異なる向きに回転することができる。
【０１０５】
さらに、好ましくは、３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす基本出力周波数の高調波をもたらすための周波数逓倍器と機能的にそれぞれ組み合わせられる、
後進波発振器；
スミスパーセル（Smith-Purcell）セル；
自由電子レーザ；および
固体デバイス；
から特に選択された素子と、
それぞれ様々なタイプの偏光子、検光子および設けられているならば補償子から選択された素子と、それぞれの動作（すなわち固定、回転可能または回転）と、データ収集中のビームチョッパ周波数と組み合わせられる
ＦＴＩＲ光源と；
さらには、THz範囲およびＩＲ範囲のそれぞれでの動作用の
ゴーレイ（Golay）セル検出器；
ボロメーター検出器；および
固体光源装置；
からの特定の選択された素子との機能的な組み合わせのような、エリプソメーターまたは偏光計を構成する種々の素子の様々な選択された組み合わせが、測定されたノイズ／信号比および波長域の範囲によって定量された異なる質、例えば、エリプソメトリーのPSI値またはDELTA値の結果をもたらすことができることにも留意されたい。後者の点において、異なる波長出力をもたらしかつそれらの出力を結合させる２つのTHz光源を提供することを有利とし得ることに留意されたい。
【０１０６】
本願の提出時には、好ましい実施形態は後進波発振器（ＢＷＯ）を、×１、×２、×３、×６および×９の性能（capability：ケイパビリティ）を有する逓倍器と組み合わせて利用すると考えられており、ゴーレイ（Golay）セルまたはボロメーターと機能的に組み合わされて、約０．１２〜１．５THzの範囲で良好な結果をもたらす。さらに、１０〜１５０THzの性能を有するジェイ・エイ・ウーラム・コーポレーション（J.A. Woollam Co.）社製のＩＲ-ＶＡＳＥ (登録商標)で使用されているような従来のＦＴＩＲ光源は、約１．０THzまで下げた出力を提供することができることが示されている。これにより、好都合にも、THz光源とＩＲ光源との約１．０〜１．４THzの間の重なりが可能となり、それを使用して、THz光源およびＩＲ光源を使用して個別に得られる結果を検証することができる。加えて、検出器を冷却すること（例えば、液体ヘリウムを使用して）、および光源と検出器との異なる組み合わせには異なるようにビームチョッパ率を調整する（例えば約１２から５０Hzの間）のが好都合である。
【０１０７】
さらに、
ａ２）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器
を含み、その後位に、少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムを含んでいるエリプソメーターまたは偏光計システムであって、当該少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムが、
少なくとも３つの奇数個の反射素子であって、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームを、前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも３つの反射素子のそれぞれと相互作用させ、そこから、逸脱（ずれ）も変位もしていない軌道に沿って出射させ、さらに前記電磁放射線ビームを、サンプルシステムを支持する前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用させるように、向きが向けられた当該奇数個の反射素子
を含んでいる、当該エリプソメーターまたは偏光計システムは、確かに新規であり、かつ特許性を有すると信じられている；特に、当該エリプソメーターまたは偏光計システムが、さらに少なくとも２つの回転素子を含んでいて、それぞれの回転素子が：
回転偏光子；
回転補償子；および
回転検光子
からなる回転素子群から選択された回転素子である場合には尚更である。
【０１０８】
加えて、エリプソメーターまたは偏光計システムを提供するステップを含む方法であって、当該ステップが
ａ２）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源を含む偏光状態生成器を選択し；かつ
少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムを備えること
を含み、当該少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムが、
少なくとも３つの奇数個の反射素子であって、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームを前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも３つの反射素子のそれぞれと相互作用させ、そこから、逸脱（ずれ）も変位もしていない軌道に沿って出射させ、さらに前記電磁放射線ビームを、サンプルシステムを支持する前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用させるように向きが向けられた当該奇数個の反射素子；
を備えている場合には、当該方法は確かに新規であり、かつ特許性を有する。
【０１０９】
これは、データ収集中に前記オッドバウンス光学像回転システムが：
段階的に回転される；および
連続的に回転される
からなる回転方式群から選択される回転方式で回転される場合である。
【０１１０】
特許性の追加的な根拠は、特に、システムが少なくとも２つの回転素子を含み、そのそれぞれが：
回転偏光子；
回転補償子；
回転検光子；および
前記オッドバウンス光学像回転システム；
からなる回転素子群から選択され、かつ前記選択された２つの回転素子が双方ともデータ収集中に連続的に回転される場合に、さらに高まる。
【０１１１】
また、THz範囲で動作するエリプソメーターまたは偏光計システム、およびその使用方法について説明する。当該システムのエリプソメーターまたは偏光計がチョッパを含んでいて、電磁ビームをチョッピングして実質的にチョッピングされた電磁ビームのみを検出器に供給し、および前記チョッパは少なくとも２つの回転素子と機能的に組み合わされており、それら回転素子のそれぞれが、
回転偏光子；
回転補償子；
回転検光子；および
オッドバウンス光学像回転システム；
からなる回転素子群から選択され、該少なくとも２つの回転素子がデータ収集中に回転させられる。このような構成のエリプソメーターまたは偏光計システム、およびその使用方法は、新しく、新規であり進歩性があると思われる。このことは特に、次のような場合に言える。すなわち、前記THz範囲エリプソメーターまたは偏光計システムが、少なくとも３つの奇数個の反射素子を含む少なくとも１つの連続回転式オッドバウンス光学像回転システムを含んでいて、ここでは、前記電磁放射線源によってもたらされた電磁放射線ビームが、前記少なくとも１つのオッドバウンス光学像回転システムの前記少なくとも３つの反射素子のそれぞれと相互作用し、そこから、逸脱（ずれ）も変位もしていない軌道に沿って出射し、さらに前記電磁放射線ビームが、サンプルシステムを支持するための前記ステージ上に配置されたサンプルシステムと、前記検出器に入射する前に前記検光子と相互作用する場合である。
【０１１２】
続いて、上述の記載は、特許文献５２に実質的に説明されている。下記においては、特許文献５４に実質的に記載されているような、上述のものに対する変形例を説明する。
【０１１３】
上述において説明されているように、本発明のエリプソメーターまたは偏光計システムは：
ａ）
ａ１）約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のＦＴＩＲ光源（Ｓ２）；および
ａ２）約１THz超の周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含む偏光状態生成器
からなる群から選択された光源
を含む。上述した構成とここで説明する構成との相違点の１つは、本願明細書で説明するシステムは、前記偏光状態生成器が、
a２１）オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子；および
a２２）偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子
からなる群から選択されることを提供することである。
【０１１４】
上述のように、本発明のエリプソメーターまたは偏光計システムはさらに：
ａ３）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす、偏光状態生成器と機能的に組み合わされた電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）
からなる群から選択される光源を含む。
【０１１５】
上述の構成と下記で説明する構成との別の相違点は、本願明細書で記載するシステムでは、前記偏光状態生成器が：
ａ４）３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された出力をもたらす電磁放射線のTHz光源（Ｓ１）を含む偏光状態生成器であって、
ａ４１）オッドバウンス偏光状態回転システムの後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子；および
ａ４２）偏光状態生成器の入射側偏光子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子
からなる群から選択される偏光状態生成器である。
【０１１６】
上述のように、
電磁放射線の前記THz光源（Ｓ１）は、
後進波発振器（ＢＷＯ）；
スミスパーセル（Smith-Purcell）セル（ＳＰ）；および
自由電子レーザ（ＦＥ）；
からなる群から選択される少なくとも１つの光源を、３００GHz以下から少なくとも１THz超に及ぶ周波数範囲の、実質的に偏光された周波数出力をもたらす基本出力周波数の高調波をもたらす周波数逓倍器（Ｍ）と、任意に機能的に組み合わせて含み、および
前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記THz光源（Ｓ１）とＦＴＩＲ光源（Ｓ２）との間で選択する手段を含む。
【０１１７】
この選択手段の後位に、
ｂ）サンプル支持体（Ｓ）と；
ｃ）
ゴーレイ（Golay）セル検出器（ＧＣ）；および
ボロメーター検出器（ＢＯＬ）
からなる群から選択される少なくとも１つの検出器を含む電磁放射線の検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）と
が設けられている。
【０１１８】
前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記選択された光源と前記選択された検出器との間に、
前記光源（Ｓ１）（Ｓ２）と前記サンプル支持体（Ｓ）との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子（Ｐ）；
前記サンプル支持体（Ｓ）と前記検出器（ＧＣ）（ＢＯＬ）との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子（Ａ）；および
前記光源と前記検出器（ＧＣ）（ＢＯＬ）との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子（Ｃ）（Ｃ’）
からなる構成要素群から選択される少なくとも１つの構成要素を含む。
【０１１９】
使用時、選択された光源、選択されている場合の偏光状態生成器、および検出器の選択的で機能的な組み合わせを適用して、電磁放射線を前記サンプル支持体（Ｓ）上のサンプルに当ててそれと相互作用させてから、前記選択された検出器システム（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）に入射させて、前記検出器が出力をもたらすようにする。
【０１２０】
ここで開示している特定の発明は、ａ２の偏光状態生成器がＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含み、およびａ４の偏光状態生成器がTHz光源（Ｓ１）を含み、ａ２２およびａ４２がさらに選択されていることが分かっている。
【０１２１】
ここで開示している別の発明は、ａ２の偏光状態生成器がＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含み、およびａ４の偏光状態生成器がTHz光源（Ｓ１）を含み、ａ２１およびａ４１がさらに選択されていることが分かっている。
【０１２２】
ここで開示している別の発明は、ａ２の偏光状態生成器がＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含み、およびａ４の偏光状態生成器がTHz光源（Ｓ１）を含み、ａ２１およびａ４２がさらに選択されることが分かっている。
【０１２３】
ここで開示している別の発明は、ａ２の偏光状態生成器がＦＴＩＲ光源（Ｓ２）を含み、およびａ４の偏光状態生成器がTHz光源（Ｓ１）を含み、ａ２２およびａ４１がさらに選択されることが分かっている。
【０１２４】
サンプルの特性を決定する方法は：
Ａ）上述のようにエリプソメーターまたは偏光計システムを備えるステップ；
Ｂ）光源と検出器と偏光状態生成器とを選択するステップ；
Ｃ）前記選択された光源を適用して、実質的に偏光された電磁放射線を前記サンプル支持体上の前記サンプル（Ｓ）に当ててかつそれと相互作用させて、前記選択された検出器に進めて入射させて、前記検出器が出力をもたらすようにするステップ；
を含み、前記方法はさらに、
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を機械的可読媒体に記憶させること；
前記検出器によってもたらされた出力の少なくとも一部を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を機械的可読媒体に記憶させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を解析し、および前記解析結果の少なくとも一部を電子的および非電子的手段の双方またはいずれか一方によって表示させること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること；
前記検出器によってもたらされた少なくとも一部の出力を解析し、および少なくともその一部に基づいて、具体的かつ実際的な結果をもたらすように適用される信号を生じさせること
からなる動作群から選択される少なくとも１つの動作を実行することを含む。
【０１２５】
ここで開示している発明の別の形態によれば、
ａ）１．１THz以下から１．４THz以上までに及ぶ周波数範囲の、少なくとも部分的に偏光された出力をもたらす電磁放射線源；および
ｂ）
偏光状態生成器の入射側偏光子；および
オッドバウンス偏光状態回転システム
からなる素子群から選択された素子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子との直列の組み合わせからなる偏光状態生成器
を含むエリプソメーターまたは偏光計システムである。
【０１２６】
この直列の組み合わせの後位に続けて：
ｃ）サンプル支持体；および
ｄ）３００GHz以下から少なくとも１．４THzまでの範囲の電磁放射線を検出可能である少なくとも１つの電磁放射線検出器
が設けられている。
【０１２７】
前記光源と前記検出器との間には、前記偏光状態生成器の構成要素に加えて、
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子；
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子；および
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子；
からなる素子群から選択される少なくとも１つの素子が存在する。
【０１２８】
偏光状態生成器は、選択されたオッドバウンス偏光状態回転システムと、その後位の当該偏光状態生成器の出射側偏光子とによって特徴付けられ、当該偏光状態生成器は、使用時、当該オッドバウンス偏光状態回転システムが電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームをその光源から受光し、前記少なくとも部分的に偏光されたビームの偏光状態を回転させ、かつそれを、前記偏光状態生成器の出射側偏光子から出射する偏光状態の純度を高める働きをする前記偏光状態生成器の出射側偏光子を通って通過させ動作を行うことに留意されたい。
【０１２９】
また、偏光状態生成器は、偏光状態生成器の入射側偏光子と、その後位の当該偏光状態生成器の出射側偏光子とによって特徴付けられ、当該偏光状態生成器は、当該偏光状態生成器の前記入射側偏光子が、電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームをその光源から受光し、その後、それを、前記偏光状態生成器の出射側偏光子を通って通過させる動作を行うことにも留意されたい。前記偏光状態生成器の入射側偏光子は、光源からもたらされた電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームの有効な方位および偏光状態生成器の出射側偏光子の有効な方位が互いに対して本質的に９０度をなしていることにより、電磁放射線の少なくとも部分的に偏光されたビームが偏光状態生成器の出射側偏光子を越えて伝搬するのを妨げる条件を回避させるのに供する。
【０１３０】
本発明のエリプソメーターまたは偏光計システムの別の形態によれば、エリプソメーターまたは偏光計システムが、
ａ）３００GHz以下から１．１THz以上に及ぶ周波数範囲の、少なくとも部分的に偏光された出力をもたらす電磁放射線THz光源；および
ｂ）
偏光状態生成器の入射側偏光子；および
オッドバウンス偏光状態回転システム
からなる素子群から選択される素子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子と直列の組み合わせからなる偏光状態生成器
を含む。
【０１３１】
これらの素子の後位には：
ｃ）サンプル支持体；および
ｄ）３００GHz以下から少なくとも１．１THzまでの範囲の電磁放射線を検出可能な少なくとも１つの電磁放射線検出器
が設けられている。
【０１３２】
前記偏光状態生成器の構成要素に加えて、前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記光源と前記検出器との間に、
前記光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子；
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子；および
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子
からなる素子群から選択された少なくとも１つの素子を含む。
【０１３３】
本発明のエリプソメーターまたは偏光計システムの別の実施形態では、エリプソメーターまたは偏光計システムが
ａ）１．１THz以下から１．４THz以上に及ぶ周波数範囲の少なくとも部分的に偏光された出力をもたらす電磁放射線ＦＴＩＲ光源：および
ｂ）
偏光状態生成器の入射側偏光子；および
オッドバウンス偏光状態回転システム
からなる素子群から選択された素子の後位にある、偏光状態生成器の出射側偏光子との直列の組み合わせからなる偏光状態生成器
を含む。
【０１３４】
次いで、前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、
ｃ）サンプル支持体；および
ｄ）１．１THz以下から少なくとも１．４THzまでに及ぶ範囲の電磁放射線を検出可能な少なくとも１つの電磁放射線検出器
を含む。
【０１３５】
前記偏光状態生成器の構成要素に加えて、前記エリプソメーターまたは偏光計システムはさらに、前記光源と前記検出器との間に、
前記THz光源と前記サンプル支持体との間の、固定偏光子、回転可能偏光子または回転偏光子；
前記サンプル支持体と前記検出器との間の、固定検光子、回転可能検光子または回転検光子；および
前記光源と検出器との間の、固定補償子、回転可能補償子または回転補償子
からなる素子群から選択される少なくとも１つの素子を含む。
【０１３６】
最後に、最近の判例法の観点から、本発明のシステムは、好ましくは、素子の動き（例えば、偏光子（Ｐ）、補償子（Ｃ、Ｃ’）、検光子（Ａ）、オッドバウンス像回転システム（ＯＢ）の素子の群から選択されたいずれか１つの素子または２つ以上の素子の段階的または連続的な回転）；
チョッパ（ＣＨ）の動作；サンプル（Ｓ）の位置決め；光源（Ｓ１、S２）の選択；検出器（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）の選択；および光源（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）および検出器（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）の双方またはいずれか一方の動作を制御するコンピュータシステムを含むことを特に説明する。さらに、本発明のシステムは、検出器（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）によってもたらされたデータを解析しかつ前記データまたはその解析結果を表示する働きをするコンピュータシステム（ＣＭＰ）を含む。すなわち、本発明は、エリプソメーターまたは偏光計を含むコンピュータシステム（ＣＭＰ）であって、前記エリプソメーターまたは偏光計の素子の動作を制御して、サンプルを特徴づけるデータ、ならびに実行された前記データの解析および前記データまたはその解析結果の表示が生成されるコンピュータシステム（ＣＭＰ）であると考えられる。
【０１３７】
本発明を、本願明細書の詳細な説明を図面と併せて参照することで、より良く理解できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１−１】図１ａ〜図１ｃは、本発明のエリプソメーターまたは偏光計システムとして供する光学測定システムの例示的な構成を示す図、および図１ｄは、変調器を伴う代替的な偏光状態生成器を示す図である。
【図１−２】図１ｅ〜図１ｇは、オッドバウンス像回転システムおよび偏光子の相対位置が逆になっている、図１ａ〜図１ｃと類似の光学測定システムを示す図、および図１ｈは、逆に配置されたオッドバウンス像回転システムの偏光子が同調して制御されていることを示す図である。
【図１−３】図１ｉ〜図１ｋは、図１ｅ−１ｇと類似であるが、オッドバウンス像回転システムを第２の偏光子で置き換えたものを示す図である。
【図２】図２ａ〜図２ｄは、テラヘルツ周波数の光源の様々な態様を示す図、および図２ｅ〜図２ｇは、テラヘルツ周波数の例示的な検出器を示す図である。
【図３】図３ａは、３つの反射素子を含むオッドバウンス像回転システムを示す図、および図３ｂは、５つの反射素子を含むオッドバウンス像回転システムを示す図である。
【図４】ＩＲ範囲の波長に適用するために回転補償子型エリプソメーターシステムに使用された好ましい補償子（Ｃ）（Ｃ’）（Ｃ”）を示す図である。
【図５−１】図５ａは、非ブルースター角とブルースター角とを組み合わせた偏光子システムを示す図である。
【図５−２】図５ｂは、デュアルチップ型ワイヤグリッド偏光子システムを示す図である。
【図６】約１．０〜１．４THzの周波数範囲が重なっている、本発明の適用によって達成できるデータを示す図である。
【図７】コンピュータを使用して本発明を実施することによって得られるデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１３９】
ここで図面を参照すると、図１ａ、図１ｂおよび図１ｃは、本発明の光学測定システムを提供する様々な手法を示す。図１ａは、それぞれ後進波発振器またはスミスパーセル（Smith-Purcell）セルまたは自由電子レーザまたは固体デバイスとし得る３つの光源（Ｓ１）（Ｓ２）（Ｓ３）を示す。また、それぞれ光源（Ｓ１）（Ｓ２）（Ｓ３）からの電磁放射線を、それぞれ任意選択の、すなわち必要に応じ選択されることのある偏光子（Ｐ）（自然光源の偏光で十分とし得る）、オッドバウンス像回転システム（ＯＢ）および補償子（Ｃ）を介してサンプル（Ｓ）に向ける働きをするビームコンバイナ（ＢＣ１）（ＢＣ２）（ＢＣ３）も示す。典型例として、前記任意選択の構成要素（Ｐ）（ＯＢ）（Ｃ）を組み合わせて示してあり、この組み合わせは、従来型の偏光状態生成器（ＣＰＳＧ）と称せられるものであり、かつこれら構成要素は、光源（Ｓ１）（Ｓ２）（Ｓ３）によってもたらされた電磁放射線ビームを偏光させる意図で含まれている。しかしながら、本発明に関しては、いずれか選択された光源（Ｓ１）（Ｓ２）（Ｓ３）が、既に偏光されている電磁放射線ビームを提供できる可能性がある。それゆえ、本願明細書では、光源（Ｓ１）（Ｓ２）（Ｓ３）が従来型の偏光状態生成器（ＣＰＳＧ）の構成要素の存在を含めるかまたは含めないかは、「偏光状態生成器（ＰＳＧ）」の定義内にあることを理解されたい。図１ａにはまた、サンプル（Ｓ）と検出器（Ｄ１）（Ｄ２）との間に任意選択の構成要素（ＯＢ’）（Ｃ’）および（Ｐ））が示されている。検出器（Ｄ１）および（Ｄ２）には、ビームスプリッター／光指向器（director：ディレクター）によって電磁放射線が向けられていることに留意されたい。使用時、サンプル（Ｓ）の方へ進む電磁放射線ビームが様々な範囲の波長を含むように、光源（Ｓ１）（Ｓ２）および（Ｓ３）を付勢させたり、または付勢させなかったりすることができる。例えば、光源（Ｓ１）を、テラヘルツ（THz）周波数をもたらすように選択でき、および光源（Ｓ２）を、赤外線（ＩＲ）周波数をもたらすように選択でき、かつ使用中、（THz）波長または（ＩＲ）波長のどちらかのみをもたらすようにそれら光源の一方または他方を付勢させることができるし、または双方の光源を付勢させて、好ましくは約１．０THzの周波数と１．４THz以上の周波数との間で範囲が重なった、広範な組み合わせ波長範囲をもたらすことができる。光源および検出器の構成が異なって示されていることを除いて、図１ａについて説明した概要は図１ｂおよび図１ｃにも同様に当てはまる。図１ｂに示す構成では、光源（Ｓ１）（Ｓ２）（Ｓ３）および検出器（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）は、単純に順次にスライドさせて所定位置に動かせる。図１ｃでは、入力ビーム反射手段（ＢＲＩ）および出力ビーム反射手段（ＢＲＯ）を、１つの光源または別の光源からサンプル（Ｓ）に電磁放射線を選択的に向けるように回転可能な構成として示す。図１ａ〜図１ｃに示す構成は、何ら限定的ではなく、単なる例示にすぎない。例えば、図１ａの光源選択手法、および図１ｂまたは図１ｃの検出器選択配置などの構成を選択することが可能である。さらに、光源を１つだけ（すなわちテラヘルツ周波数をもたらす光源系）提供する一方、２つの検出器（例えばゴーレイ（Golay）セルまたはボロメーター）間で選択を行うようなことは本発明の範囲内のことである。
【０１４０】
図１ａの構成を、複数の光源のスイッチを同時に入れることによって動作させ、広範な周波数範囲を含む電磁ビームをもたらすことができることにも留意されたい。特に、何ら限定されるものではないが、そのような構成では、１．０〜１．４THzの範囲の出力をもたらすように前記光源をそれぞれ調整して、実質的に同じ結果（例えばエリプソメトリーによるPSI値およびDELTA値の双方またはいずれか一方）を、選択したいずれかの検出器からの出力が約１．０〜１．４THzの周波数範囲にあることを解析することによって、得るようにすることが有益である。これは、周波数範囲の下限値と上限値との間を連続的に提供するだけでなく、結果の精度を保証する手法でもある。著しく異なる電磁放射線源を使用して同じ結果を得るならば、どちらの光源の使用でも、良好なデータの収集ができる可能性が非常に高いとみなすことができる。
【０１４１】
図１ｄは、任意選択の偏光子（Ｐ）と、変調器（ＭＯＤ）とを備える代替的な偏光状態生成器（ＡＰＳＧ）の構成が本発明に適用できることを説明している。図１ａ〜図１ｃに示した従来型の偏光状態生成器（ＣＰＳＧ）の構成要素の代わりにまたはそれに加えて上述のような（ＡＰＳＧ）構成を用いることができる。また、変調器（ＭＯＤ’）を含む代替的な偏光状態検出器生成器（ＡＰＳＤ）の構成も示している。ここでも、図１ａ〜図１ｃに示した従来型の偏光状態検出器（ＣＰＳＤ）の代わりにまたはそれに加えて、上述のような（ＡＰＳＤ）構成を用いることができる。電気信号または音響信号または光信号を適用して偏光状態を変調させる変調器を含む様々なタイプの変調器が存在することに留意されたい。
【０１４２】
図１ａ〜図１ｄにチョッパ（ＣＨ）も示してある。チョッパ（ＣＨ）を用いて、選択した周波数でビームを「チョッピング」することができ、チョッピングされていないバックグラウンド電磁放射線とは別個に監視できるようにする。これにより、暗くしていない部屋において、ノイズによって潰されていないデータを得ることができる。図１ａ〜図１ｄの各々においてチョッパ（ＣＨ）を異なる位置に配置して示す。これは、チョッパ（ＣＨ）によってビームをチョッピングするという機能的な条件を満たせば、チョッパ（ＣＨ）を配置する位置は問わないことを示す。チョッパ（ＣＨ）を含むシステムは、実質的にチョッピングされた電磁ビームのみを検出器（Ｄ１）（Ｄ２）（Ｄ３）に提供する。
【０１４３】
図１ｅには、図１ａと実質的に類似したシステムであるが、偏光状態生成器（ＰＳＧ）においてオッドバウンス像回転システム（ＯＢ）が偏光子（Ｐ）の前位にあるシステムを示す。図１ｈもまた、オッドバウンス像回転システム（ＯＢ）および偏光子（Ｐ）の双方が、これらの回転を同期させるための手段（例えばステッパ電動機）（ＭＯＢ）と（ＭＯＰ）を備えていることを示す。使用時、光源（Ｓ１）からの自然な偏光状態は、オッドバウンス像回転システム（ＯＢ）によって方位が回転され、その後、偏光子（Ｐ）を通過する。このシステムでは、偏光子（Ｐ）を方位に関して回転させて、オッドバウンス像回転システム（ＯＢ）から出射する電磁ビームの偏光の方位位置に対応するようにする。この手法は非常にうまくいくことが分かっている。オッドバウンス像回転システム（ＯＢ）は、ビーム偏光の方位の向きの設定に対して実質的に役割を果たし、かつ偏光子（Ｐ）は、オッドバウンス像回転システムから出射するビームの偏光を「きれいにする」。図１ｆおよび図１ｇもまた、図１ｂおよび図１ｃと非常に類似している構成であるが、図１ｅおよび図１ａに関して説明したのと同じ目的で、オッドバウンス像回転システム（ＯＢ）および偏光子の位置が同様に逆の位置となっている構成を示している。
【０１４４】
図１ｉ〜図１ｋに、図１ｅ〜図１ｇと類似している構成であるが、図１ｅ〜図１ｇのオッドバウンス像回転システム（ＯＢ）を第２の偏光子（Ｐ’）で置き換えている構成を示す。この場合、第２の偏光子（Ｐ’）は、偏光子（Ｐ）の向きが、光源（１））（Ｓ２）（Ｓ３）から出射する自然な偏光に対して９０度となってしまって放射線が偏光子を透過するのを阻止してしまうような向きとならないように、作用する。偏光子（Ｐ’）を追加することによって、偏光子（Ｐ）をいずれの方位の向きにでも設定することも可能となり、しかも依然として偏光子を通して電磁ビームを透過させることが可能である。
【０１４５】
ここで図２ａ〜図２ｄを参照して、様々なテラヘルツ光源の動作につき説明する。図２ａは、スミスパーセル（Smith-Purcell）（ＳＰ）セルが、格子（Ｇ）を備えていてその上を電子ビーム（ｅ−）が通過すると、THz電磁放射線が放射されることを示している。図２ｂは、自由電子レーザ（ＦＥ）が一連の磁極（ＭＰ）を備えていて、その上を電子ビーム（ｅ−）が通過すると、THz電磁放射線が放射されることを示している。図２ｃは、後進波発振器（ＢＷＯ）が導波路（ＷＧ）を備えていて、その中を電磁放射線（ＥＭ）が一方向に通過する一方で電子ビーム（ｅ−）が反対方向に通過すると、THz電磁放射線が放射されることを示している。図２ｄに示す例では、テラヘルツ光源（任意に（Ｓ１）として示している）は、一般に、拡張周波数範囲の出力（例えば３００GHzまたはそれ未満から少なくとも１．４THzまで）を生じさせるために、周波数逓倍器（Ｍ）が存在することを必要とすることを示している。示すものがないために図示はしないが、ＩＲ範囲の電磁放射線源が好ましくは、分光範囲の波長をもたらすフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）光源であることに留意されたい。（ＦＴＩＲ）は実際に、モノクロメーターの使用によるのではなく、多数の波長を同時に集めてデータにフーリエ変換を適用するための手段を使用して波長スペクトルの解析を行う手法に関係することに留意されたい。しかしながら、ＩＲ波長スペクトルの光源をＦＴＩＲ光源とすることは一般的である。オッドバウンス像回転システム（図３ａおよび図３ｂ）はＩＲ-ＶＡＳＥ（登録商標）に存在しているが、１０THz未満の周波数には適用されていないことに特に留意されたい。また、特にオッドバウンス像回転システムは、３００GHz以下にまで下った周波数をもたらす後進波発振器（ＢＷＯ）またはスミスパーセル（Smith-Purcell）セルまたは自由電子レーザを含むシステムには適用されていない。前記周波数においてオッドバウンス像回転システムを適用することが、本発明において新規なことである。ＦＴＩＲ光源を後進波発振器（ＢＷＯ）またはスミスパーセル（Smith-Purcell）セルまたは自由電子レーザと組み合わせて、３００GHz以下からＩＲ範囲までの広範な周波数範囲にわたってエリプソメトリーを実施するための実用的なシステムを提供することも、本発明において新規なことである。
【０１４６】
図２ｅおよび図２ｆは、検出器（例えばゴーレイ（Golay）セル（ＧＣ）およびボロメーター（ＢＯＬ））の基本的な構成要素を示す。ゴーレイ（Golay）セルは基本的に２つのチャンバ（ＣＨ１）および（ＣＨ２）を備える。使用時、電磁放射線（ＥＭ）は一方のチャンバ（ＣＨ１）に入射し、その中にあるガスを加熱して膨張させる。これにより絞り（ＤＩＡ）の形状が変化し、それによりプローブビーム（ＰＢ）を第２のチャンバ（ＣＨ２）に入射させて、異なる光路に沿って反射させてから、検出器（図示せず）で検出する。図２ｆは、電磁放射線が、温度によって抵抗を変化させる材料（Ω）に当たることによって動作するボロメーター（ＢＯＬ）を示している。また、電圧源（Ｖ）および電流検出器（Ｉ）も示す。使用時、電流の変化は、電磁放射線が材料（Ω）を加熱したことを示す。図２ｇに、テラヘルツ周波数の例示的な検出器を示してあり、これは、電磁放射線（ＥＭ）が当たりかつ測定可能な電圧（Ｖ）をもたらすＰ／Ｎ接合を備えている。さらに、多くの材料を固体デバイスに適用できるが、THz周波数範囲およびＩＲ周波数範囲での適用に特に関連する材料は、「重水素化硫酸トリグリシン」（一般に（ＤＴＧＳ）と称す）であり、この材料は、必要とされる場合には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に埋め込まれる。前記材料は、非常に高い焦電性能を示す。
【０１４７】
（注：図２ｇはまた、電圧が印加されると電磁放射線が放射されるテラヘルツ周波数の固体光源の少なくとも一部分を示しているとみなすべきである。THzおよびＩＲ周波数範囲の双方またはいずれか一方の電磁放射線を生ずるための固体光源やそれら電磁放射線を検出するための検出器を、本願明細書で特定された他の任意のタイプの光源や検出器で代用できるかまたはそれらと組み合わせて使用できることを理解されたい）。
【０１４８】
ここで図３ａおよび図３ｂを参照して説明する。図３ａに、３つの反射素子（ＲＥ１）（ＲＥ２）および（ＲＥ３）を含む３回反射型のオッドバウンス像回転システム（ＯＢＩＲＳ）を示す。これら反射素子は、逸脱または変位がそのローカスに全く入り込まないように、入力電磁放射線ビーム（ＥＭＩ）が出力電磁放射線ビーム（ＥＭＯ）として出射するように、相互に正しい向きで置かれている。図３ｂは、５回反射型のオッドバウンス像回転システム（ＯＢＩＲＳ）を示す。ここでは、５つの反射素子（ＲＥ１’）、（ＲＥ２’）（ＲＥ３’）（ＲＥ４’）および（ＲＥ５’）が、逸脱または変位がそのローカスに全く生じないように、入力電磁放射線ビーム（ＥＭＩ）が出力電磁放射線ビーム（ＥＭＯ）として出射するように相互に正しい向きで置かれている。一般的に、電磁放射線の（ＥＭＩ）ビームおよび（ＥＭＯ）ビームの入射角が、図３ａの３回反射型のオッドバウンス像回転システム（ＯＢＩＲＳ）の場合よりも直角に近いことに留意されたい。これは、入射角が直角に近いほど、ビームに取り込まれる収差効果が小さいため有益である。しかしながら、図３ｂのシステムを構成するのは図３ａのシステムを構成するよりも困難であることも認められる。
【０１４９】
図４に、ＩＲ範囲の波長に適用するために回転補償子型エリプソメーターシステムに使用するのに好ましい補償子（Ｃ）（Ｃ’）を示す。直立側面立面図に示すように、補償子システムは、それぞれ反射面を含む第１（ＯＳ１）および第２（ＯＳ２）の向き調節可能なミラー素子を含む。調節を可能にするピボット（ＰＰ１）（ＰＰ２）取付具に留意されたい。前記補償子システムはさらに、第３の素子（ＴＥ）を含み、この素子は、直立側面立面図で示すように、頂点（ＵＰ２）から左右に下方へ突出する第１の側面（ＩＳ１）および第２の側面（ＩＳ２）を有し、前記第３の素子（ＴＥ）は、内部の第１の側面と第２の側面との間に反射性境界面を提供する材料で作製されている。前記第３の素子（ＴＥ）は、第１の向き調節可能な素子（ＯＳ１）および第２の向き調節可能な素子（ＯＳ２）に対する向きを定めて置かれていて、それにより、使用時に、本質的に水平に向けられたローカスに沿って前記第１の向き調節可能な素子（ＯＳ１）および第２の向き調節可能な素子（ＯＳ２）の一方に達するようにされた入力電磁放射線ビーム（ＬＢ）は、そこから、上方へ垂直な向きで外部へと反射された後（ビーム（Ｒ１）参照）、前記第３の素子（ＴＥ）に入射し、前記第１および第２の側面の一方から本質的に内部全反射され、次いで本質的に水平のローカスに沿って進み（ビーム（Ｒ２）参照）、そして、前記第１（ＯＳ１）および第２（ＯＳ２）の側面の他方から本質的に内部全反射されて、本質的に下方へ垂直な向きのローカスに沿って進み（ビーム（Ｒ３））、その後、前記第１（ＯＳ１）および第２（ＯＳ２）の向き調節可能なミラー素子の他方から反射されて、本質的に水平な向きの（ＬＢ’）伝搬方向ローカスに沿って進む。この水平な向きの（ＬＢ’）伝搬方向ローカスは、前記補償子が電磁放射線ビームのローカスの周りを回転する場合にも、前記入力電磁放射線ビームの本質的に水平な向きのローカスから本質的に逸脱も変位もしておらず、その結果、前記入力電磁放射線ビームの直交成分間にリターデーションが生じる。また、機能性を保持しながら形状が（ＩＳ３’）となる場合がある第３の素子の下側（ＩＳ３）も示す。
【０１５０】
図５ａおよび図５ｂに、図１ａ〜図１ｃに示した偏光子（Ｐ）および検光子（Ａ）として使用できるシステムの例を示す。図５ａは、非ブルースター角（ＮＢＲ）成分と、非ブルースター角（ＢＲ）成分とを含む偏光子（Ｐ）を示す。図示の通過する電磁放射線ビーム（ＥＭＷ）は、任意選択の補償子（Ｃ）（Ｃ’）用の補償子設計が存在してデータ収集中に回転すること、およびオッドバウンス像回転システム（ＯＢＩＲＳ）が様々な方位角位置に段階的に調節されてデータ収集中に静止状態に設定され、それにより、固定直線偏光子（ＦＰ）および検光子（Ａ）（Ａ’）が静止して保持されることを示す。すなわち、本発明の好ましい適用では、回転補償子型エリプソメーターシステムにおいて、固定偏光子とオッドバウンス像回転システム（ＯＢＩＲＳ）とを組み合わせることによって、有効的な回転可能な偏光子を提供する。これは、（ＩＲ波長域で使用されるチップ型のワイヤグリッド板偏光子のような）偏光子が回転するのが困難である一方、その内部にある構成要素のアライメントを維持し、かつ入力電磁ビーム（ＥＭＩ）と出力電磁ビーム（ＥＭＯ）との間に逸脱および変位の影響を及ぼさないようにする場合に有用である。
【０１５１】
図５ｂに、第１（ＷＧ１）および第２（ＷＧ２）のワイヤグリッド偏光子を備えるデュアルチップ型のワイヤグリッド偏光子システムを含む、取り得る代替的な偏光子を示す。第１および第２のワイヤグリッド偏光子（ＷＧ１）（ＷＧ２）は、それらの進相軸が互いに対して平行に向けられた偏光の当該進相軸を有し、偏光子それぞれが、本質的に平行な第１および第２の面を有する。しかしながら、（ＷＧ１）の本質的に平行な側面は、（ＷＧ２）の本質的に平行な側面に対して、角度（α）で示すように、傾斜させられていることに留意されたい。角度（α）を付ける目的は、不要な反射光（Ｒ１）および（Ｒ２）を逸らすためである。
【０１５２】
偏光子が電磁放射線ビームのローカスの周りを回転する場合であっても、図５ａおよび図５ｂの両偏光子とも、そこに入力されるビームから、そこから実質的に逸脱も変位もしない出力ビームを提供することに留意されたい。
【０１５３】
好ましい実施形態におけるそれぞれの偏光子は出力として直線偏光をもたらすものであるが、本発明を、実質的に直線偏光にする偏光子、または部分的に直線偏光にする偏光子と共に使用できることを理解されたい。従って、特許請求の範囲において、用語「偏光子」は好ましくは直線偏光子を意味するが、部分的に直線偏光にする偏光子を含むものとして広く解釈されたい。さらに、補償子と組み合わせて、他の偏光状態を達成することができる。
【０１５４】
最後に、図６に、本発明の好ましい実施形態によって、THz範囲およびＩＲ範囲の双方において（例えば３００GHzから約１．４THzまで、および約１．０THz以上の周波数）においてサンプル調査が可能となることを示す。さらに、約１．４THz未満では、第１の光源（Ｓ１）を使用して電磁放射線をもたらし、かつ約１．０THz超では第２の光源（Ｓ２）を使用して電磁放射線をもたらすことを示す。図６に、約１．０〜約１．４THzの範囲の重畳範囲を示し、これは、本発明のシステムが、検出器の出力を解析して、例えば、サンプルを特徴づけるPSI値（Ψ）、（またはDELTA値（Δ））をもたらすときに、好ましくは同じ結果（例えばエリプソメトリーのPSI値およびDELKTA値の双方またはいずれか一方）をもたらすことを示す。図６は、本発明を適用することによって得られる、具体的かつ実際的な結果を示しているとみなすべきである。
【０１５５】
図７に、検出器（ＤＥＴ）（例えば図１ａ〜図１ｄのＤ１、Ｄ２、Ｄ３）によってもたらされ、コンピュータ（ＣＭＰ）の機械的可読媒体を使用して本発明を実施することによって得られたデータ（DIS）を表示する実例を示すとともに、コンピュータ（ＣＭＰ）がエリプソメーター／偏光計の素子の動作を制御できることを示す。
【０１５６】
本発明の主題を開示したが、教示を考慮して本発明の多くの修正例、代替例、変形例が可能であることは明白である。そのため、具体的に説明した以外でも本発明を実施でき、その範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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