DD157219A1 - ARRANGEMENT FOR INFRARED ELLIPSOMETRY - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung ist anwendbar fuer routinemaessige Untersuchungen der optischen Eigenschaften von Metallen, Halbleitern und Dielektrika, wobei der Brechungsindex und der Absorptionskoeffizient einer Probe ermittelt werden. Die Aufgabe besteht darin, eine Anordnung anzugeben, mit der die an sich bekannte ellipsometrische Messmethode im Infraroten durchgefuehrt werden kann. Es sollen ein guenstiges Signal- Rausch-Verhaeltnis und geringe Messzeiten erreicht werden. Erfindungsgemaess wird ein photometrisches Ellipsometer mit dem Interferometer eines Fourierspektrometers optisch gekoppelt, wobei das Polarisationsverhalten des Interferometers eliminiert wird, und zwar in der Weise, dass zwischen dem Interferometer und der zu untersuchenden Probe zumindest ein linearer Polarisator mit fester Orientierung zur Einfallsebene der Probe angeordnet ist, oder die Polarisationseigenschaften des Interferometers bei der Auswertung der ellipsometrischen Messung rechnerisch beruecksichtigt werden. Vorzugsweise wird ein Ellipsometer verwendet, das nach dem Prinzip des rotierenden Polarisators arbeitet. Bei der Reflexion der linear polarisierten Strahlung an der Probe kann es sich um eine aeussere, innere oder Vielfachreflexion handeln.The invention is applicable to routine investigations of the optical properties of metals, semiconductors and dielectrics, whereby the refractive index and the absorption coefficient of a sample are determined. The object is to provide an arrangement with which the known ellipsometric measurement method can be performed in the infrared. A favorable signal-to-noise ratio and short measurement times should be achieved. According to the invention, a photometric ellipsometer is optically coupled to the interferometer of a Fourier spectrometer, whereby the polarization behavior of the interferometer is eliminated in such a way that at least one linear polarizer with a fixed orientation to the plane of incidence of the sample is arranged between the interferometer and the sample to be examined, or the polarization properties of the interferometer are taken into account arithmetically in the evaluation of the ellipsometric measurement. Preferably, an ellipsometer is used which operates on the principle of the rotating polarizer. The reflection of the linearly polarized radiation on the sample may be an external, internal or multiple reflection.
Description
Anordnung zur Infrarot-EllipsometrieArrangement for infrared ellipsometry
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung können das Amplituden-Verhältnis der Komponenten der auf eine Probe einfallenden polarisierten Strahlung parallel (p) und senkrecht (s) zur Einfallsebene und deren Phasendifferenz bei der Reflexion oder in Transmission im Infrarotbereich gemessen werdenWith the measuring arrangement according to the invention, the amplitude ratio of the components of the incident on a sample polarized radiation parallel (p) and perpendicular (s) to the plane of incidence and its phase difference in the reflection or transmission in the infrared range can be measured
Aus diesen Primärdaten lassen sich für Metalle, Halbleiter und Dielektrika der Brechungsindex und Absorptionskoeffizient ableiten, d.h«, deren optische Materialkonstanten er* mitteln. Bei einer Erweiterung des optischen Modells der au untersuchenden Oberfläche lassen sich ferner die optischen Eigenschaften von Schichten auf diesen Oberflächen bestimmen. Diesem Problemkreis kommt in der Pestkörperphysik besondere Bedeutung zu» From these primary data, the refractive index and absorption coefficient can be derived for metals, semiconductors and dielectrics, that is, their optical material constants are averaged. By expanding the optical model of the surface to be examined, it is also possible to determine the optical properties of layers on these surfaces. This problem area is of particular importance in the field of plague physics ».
Auf Grund des in der Anordnung realisierten Meßprinzips werden die Materialdaten in Abhängigkeit von der Wellenzahl, d.h. spektroskopisch gewonnen.Due to the measuring principle implemented in the arrangement, the material data is determined as a function of the wavenumber, i. obtained spectroscopically.
Damit kann die Infrarot-Ellipsometrie in ähnlicher Weise routinemäßig betrieben werden, wie andere Infrarot-Meßmethoden, z. B. die Reflexions- und ATR-Spektroskopie.Thus, the infrared ellipsometry can be routinely operated in a similar manner as other infrared measurement methods, eg. As the reflection and ATR spectroscopy.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Die Ellipsometrie ist eine an sich bekannte optische Untersuchungsmethode insbesondere der Pestkörper- und Oberflächenphysik, bei der linear polarisiertes Licht einer bestimmten Wellenlänge unter einem relativ großen Einfallswinkel auf die zu untersuchende Probe auftrifft. Das reflektierte Licht ist im allgemeinen elliptisch polarisiert. In Abhängigkeit von der Frequenz des einfallenden Lichtes werden der Polarisationszustand des reflektierten Lichtes und gegebenenfalls auch der Absolutwert der Amplitude gemessen. Daraus lassen sich Brechungsindex und Absorptionskoeffizient der Probe bestimmenEllipsometry is a per se known optical examination method, in particular of plague body and surface physics, in which linearly polarized light of a specific wavelength impinges on the sample to be examined at a relatively large angle of incidence. The reflected light is generally elliptically polarized. Depending on the frequency of the incident light, the polarization state of the reflected light and optionally also the absolute value of the amplitude are measured. From this, the refractive index and absorption coefficient of the sample can be determined
(Brockhaus ABC Physik, VEB P.A. Brockhaus Verlag, Leipzig 1972, S. 400-401).(Brockhaus ABC Physics, VEB P.A. Brockhaus Verlag, Leipzig 1972, pp. 400-401).
Bekannte Anordnungen zur Durchführung der Ellipsometrie bestehen aus der Kombination eines Dispersionsmonochromators oder einer monochromatischen Lichtquelle mit einem Ellipsometer. Sie werden vorwiegend im sichtbaren Spektralbereich eingesetzt. Im Infraroten ergeben sich erhebliche Intensitätsprobleme, die auf die thermischen Strahlungsquellen, die optische Anordnung sowie auf die Empfänger zurückzuführen sind, so daß nur wenige Messungen im Infraroten, vorwiegend an Metallen, bekannt geworden sindKnown arrangements for performing the ellipsometry consist of the combination of a dispersion monochromator or a monochromatic light source with an ellipsometer. They are mainly used in the visible spectral range. In the infrared, there are considerable intensity problems that are due to the thermal radiation sources, the optical arrangement and the receiver, so that only a few measurements in the infrared, mainly on metals, have become known
(AoSo Siddiqui, D0M. Treherene, Infrared Phys. 17, 33 (1977); J.B. Beattie, Phil.Mag. 46, 235 0955); R.W. Stobie, B. Rao, M.J. Digmann, J.Opt.Soc.Am. 65, 25 (1975) ). Die zur Anwendung kommenden Eilipsometer arbeiten nach dem Prinzip der Intensitätsmessung und des rotierenden Analysators bzw. Polarisators oder des rotierenden Kompensators (BRD-OS 2 616 14b G 01 J, 4/04).(AoSo Siddiqui, D 0 M. Treherene, Infrared Phys., 17, 33 (1977); JB Beattie, Phil. 46, 235, 0955); RW Stobie, B. Rao, MJ Digmann, J.Opt.Soc.Am. 65, 25 (1975)). The Eilipsometers used are based on the principle of intensity measurement and the rotating analyzer or polarizer or the rotating compensator (BRD-OS 2 616 14b G 01 J, 4/04).
Das Eilipsometer ist in der Regel hinter dem Monochromator angeordnet. Die monochromatische Strahlung wird durch einen Polarisator linear polarisiert und mit fester Winkelorientierung zur Einfallsebene unter einem bestimmten Einfallswinkel <-f auf die reflektierende Probe gestrahlt. An der Probe werden die Amplituden in den beiden ausgezeichneten Polarisationsrichtungen parallel (p) und senkrecht (s) zur Einfallsebene unterschiedlich und mit einer Phasendifferenz gegeneinander reflektiert. Das so entstandene Amplitudenverhältnis tg ψ = -Д- und die Phasendifferenz JS. - ü -S ergeben in ihrer Kombination nach der Reflexion elliptisch polarisiertes Licht. Dieses Licht wird mit einem drehbaren Analysator untersucht, indem die Strahlungsintensitäten bei verschiedenen Winkelstellungen des Analysators ausgewertet werden. Die Auswertung wird bei bestimmten besonders geeigneten Winkelstellungen (0°, 45°, 90°, 135° usw.) oder bei beliebigen aber äquidistanten Winkelstellungen mit Hilfe der Fourieranalyse vorgenommen. Die Auswertung erfolgt digital bzw. durch die frequenzselektive Messung der Amplitude des Analogsignals. Ihr liegt die Beziehung I (<*) = 1 (s0 + S1 cos 2oC + s2 sin 2o() (1)The ellipsometer is usually located behind the monochromator. The monochromatic radiation is linearly polarized by a polarizer and irradiated with a fixed angular orientation to the plane of incidence at a certain angle of incidence <-f on the reflective sample. At the sample, the amplitudes in the two excellent polarization directions parallel (p) and perpendicular (s) to the plane of incidence are reflected differently and with a phase difference against each other. The resulting amplitude ratio tg ψ = -Д- and the phase difference JS. - ü - give in their combination after reflection elliptically polarized light. This light is examined with a rotatable analyzer by evaluating the radiation intensities at different angular positions of the analyzer. The evaluation is carried out at certain particularly suitable angular positions (0 °, 45 °, 90 °, 135 °, etc.) or at any but equidistant angular positions using the Fourier analysis. The evaluation is carried out digitally or by the frequency-selective measurement of the amplitude of the analog signal. It is the relationship I (<*) = 1 (s 0 + S 1 cos 2oC + s 2 sin 2o () (1)
zugrunde.based.
Darin sindAre in it
S0, в.., Sp drei der vier Stokes-Parameter,S 0 , в .., Sp three of the four Stokes parameters,
oC die jeweilige Winkelstellung des Analysators. Es gelten die Verknüpfungen oC the respective angular position of the analyzer. The links apply
cos 2 o r bocos 2 o rb o
So . Sun
2 ψ ; ~- = sin 2 V cos Д r bo r 2 ψ ; ~ - = sin 2 V cos Д rb o r
so daß tg Iv/ und Λ errechnet werden können.so that tg Iv / and Λ can be calculated.
Ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis bei der Messung von 1 (эС) überträgt sich auf dio'Genauigkeit für tg 'ψ undAn unfavorable signal-to-noise ratio in the measurement of 1 (эС) translates to dio'-accuracy for tg 'ψ and
Die geringe Strahlungsleistung thermischer Quellen im IR-Bereich in Verbindung mit den zur- verfugung stehenden Empfängern, die nicht йвъ ГЬоtonenrauschen der Strahlung alsThe low radiant power of thermal sources in the IR range in connection with the available receivers, the non - noise of the radiation as
Meßgrenze erreichen, führt dazu, daß diese Einschränkungen durch eine große Meßzeit und einen hohen Lichtleitwert ausgeglichen werden müssen. In diesen beiden Eigenschaften ist aber ein Dispersionsmonochromator einem Fourierspektrometer bekanntermaßen prinzipiell unterlegen.Measuring limit results in that these restrictions must be compensated by a large measuring time and a high light conductance. In these two properties, however, a dispersion monochromator is in principle inferior to a Fourier spectrometer in principle.
Hinzu kommt infolge der Kopplung Monochromator-Eilipsometer die ungünstige Verknüpfung des Lichtleitwertes und des Auflösungsvermögens mit der Variation des Einfallswinkels cfi auf die РгоЪе sowie die nutzbare Probenfläche. In der bereits zitierten Arbeit von Stobie, Rao und Digmann ist eine Meßanordnung mit Meßergebnissen im nahen IR-Bereich bei 3 /um beschrieben, die auch deutlich den hohen elektronischen Aufwand für die analoge Verarbeitung der Meßsignale ze:&t, obwohl in diesem Wellenlängenbereich noch eine vergleichsweise hohe Strahlungsleistung zur Verfügung steht.In addition, due to the coupling Monochromator-Eilipsometer the unfavorable combination of the light conductance and the resolution with the variation of the angle of incidence cfi on the РгоЪе and the usable sample area. In the already cited paper by Stobie, Rao and Digmann, a measuring arrangement with measurement results in the near IR range at 3 μm is described, which also clearly shows the high electronic outlay for the analog processing of the measuring signals, although in this wavelength range one more comparatively high radiant power is available.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, routinemäßige Untersuchungen der optischen Eigenschaften von Oberfläche^ insbesondere die Ermittlung des Brechungsindex und Absorptionskoeffizienten einer Probe zu ermöglichen.The aim of the invention is to allow routine investigations of the optical properties of the surface, in particular the determination of the refractive index and the absorption coefficient of a sample.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit der die an sich bekannte ellipsometrische Meßmethode im infraroten Spektralbereich anwendbar ist, wobei ein günstiges Signal-Rauschverhältnis und geringe Meßzeiten erreicht werden sollen.The invention has for its object to provide an arrangement with which the known ellipsometric measurement method is applicable in the infrared spectral range, with a favorable signal-to-noise ratio and low measurement times to be achieved.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein photometrisches Eilipsometer mit dem Interferometer eines Pourierspektrometers gekoppelt ist, wobei das Polarisa-According to the invention the object is achieved in that a photometric ellipsometer is coupled to the interferometer of a Pourierspektrometers, wherein the Polarisa-
tionsverhalten des Interferometers eliminiert wird, und zwar in der Weise, daß zwischen dem Interferometer und der zu untersuchenden Probe zumindest ein linearer Polarisator mit fester Orientierung zur Einfallsebene der Probe angeordnet ist, oder die Polarisationseigenschaften aes Interferometers bei der Auswertung der ellipsometrischen Messung rechnerisch berücksichtigt v/erden. Vorzugsweise wird ein Eilipsometer verwendet, das nach dem Prinzip des rotierenden Polarisators arbeitete Es ist jedoch auch möglich, ein nach dem Prinzip des rotierenden Kompensators arbeitendes Eilipsometer einzusetzen. Es werden zwei Varianten des Strahlungsganges im Ellipaometer und damit für die Beleuchtung des' Interferometers vorgeschlagen.tion behavior of the interferometer is eliminated, in such a way that between the interferometer and the sample to be examined, at least one linear polarizer is arranged with a fixed orientation to the plane of incidence of the sample, or the polarization properties of an interferometer in the evaluation of the ellipsometric measurement mathematically taken into account v / earth. Preferably, an ellipsometer is used, which worked on the principle of the rotating polarizer. However, it is also possible to use an operating according to the principle of the rotating compensator ellipsometer. There are two variants of the radiation path in the Ellipaometer and thus proposed for the illumination of the 'interferometer.
Die Beleuchtung der Probe mit parallelem Licht ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn Metalle zu untersuchen sind. Die Beleuchtung der Probe mit konvergentem Licht, wobei die Lichtquelle auf der Probenoberfläche abgebildet wird, ist beispielsweise bei der Untersuchung von Dielektrika sinnvoll.The illumination of the sample with parallel light is useful, for example, when metals are to be examined. The illumination of the sample with convergent light, wherein the light source is imaged on the sample surface, is useful, for example, in the examination of dielectrics.
Bei der Reflexion der linear polarisierten Strahlung an der Probe kann es sich um eine äußere, innere oder Vielfachreflexion handeln.The reflection of the linearly polarized radiation on the sample may be an external, internal or multiple reflection.
Es ist vorteilhaft, zur Beleuchtung der Probe einen thermischen Strahler in Verbindung mit einem Metallspiegel ohne Schutzschicht zu verwenden, wobei der Einfallswinkel auf die Probe genügend klein zu halten ist. Er kann beispielsweise -<T 20° sein.It is advantageous to use a thermal radiator in conjunction with a metal mirror without protective layer for illuminating the sample, wherein the angle of incidence on the sample is to be kept sufficiently small. For example, it can be - <T 20 °.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gegeben, daß der Strahlteiler des Interferometers hinsichtlich seiner Phasenbeze£.£h#fungen so bemessen ist, daß er die Punktion eines Kompensators (Phasenverzögerers) 5 der zur Ermittlung des 4. Stokes-Parameters erforderlich ist, mit übernimmt.A further expedient embodiment of the arrangement according to the invention is given by the fact that the beam splitter of the interferometer is dimensioned with regard to its phase values so that it requires the puncture of a compensator (phase retarder) 5 for determining the 4th Stokes parameter , with takes over.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden· In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. In the accompanying drawings:
Fig. 1: den prinzipiellen Aufbau eines Infrarot-Ellipsometers nach der Erfindung,1 shows the basic structure of an infrared ellipsometer according to the invention,
Pig. 2: ein Eilipsometer nach Pig· 1, Dei dem die Probe mit parallelem Licht beleuchtet wird,Pig. 2: an egg-ipsimeter according to Pig. 1, in which the sample is illuminated with parallel light,
Pig· 3ϊ ein Eilipsometer nach Pig· 1, bei dem die Probe mit konvergentem Licht beleuchtet wird,Pig · 3ϊ an egg-ipsimeter according to Pig · 1, in which the sample is illuminated with convergent light,
Pig· 4: eine mögliche Variante der Kopplung Ellipsometer-Interferometer,Pig · 4: a possible variant of the coupling ellipsometer interferometer,
Pig· 5: eine andere Variante der Kopplung Ellipsometer-Interferometer,Pig · 5: another variant of the coupling ellipsometer interferometer,
Pig. 6: eine weitere Variante der Kopplung Eilipsometer-Int e rfe rome t er,Pig. 6: another variant of the coupling Eilipsometer Int e rfe rome t he,
Pig, Ix eine vierte Variante der Kopplung Ellipsometer-Interferometer,Pig, Ix a fourth variant of the coupling ellipsometer I n interferometers,
Wie aus Pig· 1 ersichtlich, ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein photometrisches Eilipsometer, das bei der hier gezeigten Ausführungsform nach dem Prinzip des rotierenden Polarisators arbeitet, mit dem Interferometer eines Fourierspektrometers optisch gekoppelt. Dabei ist im vorliegenden Fall das Eilipsometer vor dem Pourierspektrometer angeordnet.As can be seen from Pig. 1, in the arrangement according to the invention, a photometric ellipsometer, which operates according to the principle of the rotating polarizer in the embodiment shown here, is optically coupled to the interferometer of a Fourier spectrometer. In the present case, the ellipsometer is arranged in front of the pouring spectrometer.
Die Strahlung der Lichtquelle Q wird durch den nachgeschalteten Polarisator P^ linear polarisiert und unter dem Einfallswinkel U> auf die zu untersuchende Probe gerichtet. Nach der Reflexion an der Probe - es kann sich um eine äußere, innere oder Vielfachreflexion handeln - durchläuft die nunmehr elliptisch polarisierte und eine Information über die Materialeigenschaften der Probe enthaltende Strahlung den linearen Polarisator P2 und gelangt anschließend überThe radiation of the light source Q is linearly polarized by the downstream polarizer P ^ and directed at the angle of incidence U> on the sample to be examined. After the reflection on the sample - it can be an external, internal or multiple reflection - the now elliptically polarized and containing information about the material properties of the sample radiation passes through the linear polarizer P 2 and then passes over
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das Interferometer des Fourierspektrometers auf den Empfänger E.the interferometer of the Fourier spectrometer on the receiver E.
Der Polarisator P^ verbleibt während der gesamten Messung in einer festen Winkelposition oC zur Einfallsebene, so daß das Interferometer stets mit linear polarisiertem Licht konstanter Winkelorientierung zur Einfallsebene beleuchtet wird. Auf diese Weise bleiben die Polarisationseigenschaften des1 Interferometers und der nachfolgenden Optik ohne Einfluß auf das Meßergebnis. Der Polarisator P ^ wird während der Messung eines oder mehrerer Interferogramme auf eine feste Winkelposition/? eingestellt. Anschließend erfolgen weitere Messungen bei veränderter, aber fester Winkelstellung β des Polarisators P-.The polarizer P ^ remains during the entire measurement in a fixed angular position oC to the plane of incidence, so that the interferometer is always illuminated with linearly polarized light constant angular orientation to the plane of incidence. In this way, the polarization properties of the 1 interferometer and the subsequent optics remain without influence on the measurement result. The polarizer P ^ is set to a fixed angular position during the measurement of one or more interferograms. set. Subsequently, further measurements are carried out with changed, but fixed angular position β of the polarizer P-.
Danach erfolgt die gemeinsame Auswertung dieser Messung nach der BeziehungThereafter, the joint evaluation of this measurement takes place according to the relationship
I (ß ) = -| (s0 + S1 cos 2 β + S2 sin 2 β ) (2)I (ß ) = - | (s 0 + S 1 cos 2 β + S 2 sin 2 β ) (2)
durch eine Fourieranalyse zur Ermittlung dejs drei Stokes-Parameter sQ, s-, s«.by a Fourier analysis to determine three Stokes parameters s Q , s-, s «.
Das Messen des vierten Stokes-Parameters s, erfordert das Einfügen einer zusätzlichen bekannten Phasenverschiebung in den Strahlengang zwischen den beiden Polarisatoren P- und Pp mit Hilfe eines !Compensators K.The measurement of the fourth Stokes parameter s, requires the insertion of an additional known phase shift in the beam path between the two polarizers P and Pp using a! Compensator K.
Die Fourieranalyse kann nach der Transformation des Interferogramms im 6" «Bereich für jede berechnete Wellenzahl G oder auch im Interferogramm für jeden gemessenen Gangunterschied D mit anschließender Transformation vorgenommen werden.The Fourier analysis can be carried out after the transformation of the interferogram in the 6 "range for each calculated wavenumber G or also in the interferogram for each measured path difference D with subsequent transformation.
Aus diesen Rechnungen gehen als vorläufiges Ergebnis die Stokes-Parameter hervor, aus denen dann tg iff und cos Д. ermittelt werden nach der Beziehung (1) bzw. (2). In Verbindung mit einem geeigneten optischen Modell für die zu untersuchende Oberfläche lassen sich aus tg 11/ und £± die optischen konstanten Brechungsindex η und Absorptionskoeffizient K bzw. die dielektrische Funktion berechnen.From these calculations the preliminary result is the Stokes parameter, from which tg iff and cos Д. be determined according to the relationship (1) or (2). In conjunction with a suitable optical model for the surface to be examined, the optical constant refractive indices η and absorption coefficient K or the dielectric function can be calculated from tg 11 / and £ ± .
Bei der bisher beschriebenen optischen Anordnung nach Pig· 1 und Pig· 4 wurde vorausgesetzt, daß der Polarisator P- mit natürlichem Licht beleuchtet wird. Trifft dies nicht zu, so muß zwischen der Lichtquelle Q und dem Polarisator P1 ein weiterer Polarisator P- eingefügt werden. Die in das Eilipsometer eintretende Strahlungsintensität ist jetzt von der Differenz der Winkelstellung beider Polarisatoren P- und *4 gegeneinander abhängig und muß bei der Auswertung berücksichtigt werden· Auf den Polarisator P- kann aber verzichtet werden, wenn ein thermischer Strahler und ein Metallspiegel ohne Schutzschicht bei kleinem Einfallswinkel (<1 20°) zur Abbildung verwendet wird.In the previously described optical arrangement of Pig * 1 and Pig * 4, it has been assumed that the polarizer P- is illuminated with natural light. If this is not true, then another polarizer P- must be inserted between the light source Q and the polarizer P 1 . The radiation intensity entering the ellipsometer is now dependent on the difference between the angular position of both polarizers P- and * 4 and must be taken into account in the evaluation. However, the polarizer P- can be dispensed with if a thermal radiator and a metal mirror without a protective layer are included small angle of incidence (<1 20 °) is used for imaging.
Bei der Anordnung des Eilipsometers vor der Probe kann deren thermische Eigenstrahlung die Messung beeinflussen, so daß die Anbringung von Blenden oder eine entsprechende Rechnerkorrektur notwendig werden kann. Diese Schwierigkeit läßt sich vermeiden, wenn das Eilipsometer hinter dem Interferometer angeordnet wird, wie dies in Pig· 5 gezeigt ist. Auch hier sind geeignete Vorkehrungen zwingend notwendig, um die Polarisationseigenschaften des Interferometers und der übrigen Optik zu eliminieren. Dem Interferometer folgt dann der Polarisator P- in fester Winkelstellung während der gesamten MessungoWhen the Eilipsometer is placed in front of the sample, its thermal characteristic radiation can influence the measurement, so that the attachment of diaphragms or a corresponding computer correction can become necessary. This difficulty can be avoided if the ellipsometer is placed behind the interferometer, as shown in Pig. Again, suitable precautions are essential to eliminate the polarization properties of the interferometer and the rest of the optics. The interferometer is then followed by the polarizer P- in fixed angular position throughout the measurement
Die zur späteren Fourieranalyse nach der Beziehung (2) notwendigen Messungen werden bei verschiedenen Winkelstellungen β n des Polarisators P1 ausgeführt. Der Polarisator P« wird in fester Winkelstellung o( gehalten, um den Einfluß der polarisierenden Empfängeroptik auf das Meßergebnis zu beseitigen. Bei der Auswertung muß die relative Winkelstellung der Polarisatoren P- und P1 zueinander rechnerisch berücksichtigt werden. Auf den Polarisator P- kann dann verzichtet werden '(Fig« 6), wenn die Stokes-Parameter des das Interferometer verlassenden Lichtes durch Messung oder Rechnungen so genau bekannt sind, daß die Meßergebnisse der untersuchten Probe einer Rechnerkorrektur unterzogen werden können. Die technische.Realisierung von Kompensatoren zur Messung des vierten Stokes-Parameter bereitet im IR-Bereich bekannter-The measurements necessary for the later Fourier analysis according to the relationship (2) are carried out at different angular positions β n of the polarizer P 1 . The polarizer P "is held in a fixed angular position o (to eliminate the influence of the polarizing receiver optics on the measurement result. When evaluating the relative angular position of the polarizers P and P 1 each must be taken into account mathematically can on the polarizer P then. If the Stokes parameters of the light leaving the interferometer are so accurately known by measurement or calculations that the results of the measurements of the examined sample can be subjected to a computer correction, the technical realization of compensators for measuring the fourth Stokes parameter prepares in the IR range known
maßen Schwierigkeiten. Dieses Problem läßt sich mit Hilfe des Interferometers dann umgehen, wenn im Interferometer aufgrund von Strahlteilereigenschaften eine genügend große und bekannte Phasendifferenz zwischen den ausgezeichneten Polarisationsrichtungen besteht. In diesen Fällen kann das Interferometer als Kompensator wirkend in das Eilipsometer einbezogen v/erden, wenn die Rechnerauswertung dieser Besonderheit angepaßt wird,, Die Probe kann dann vor oder hinter dem Interferometer angeordnet werden (Fig, 7). Die Ellipsometrie mit Hilfe eines Fourieropektrometers erlaubt über den Multiplexvorteil eine größere Meßzeit pro Spektralelement, die dann mit der der Gesamtmeßzeit für ein Spektrum identisch ist. Der Lichtleitwert ist wesentlich größer als bei den Dispersionsmonochromatoren. Die starke Kopplung der Ellipsometerparameter (Variation des Finfallwinkels und der Probenfläche) mit dem spektralen Auflösungsvermögen wird praktisch aufgehobene Diese drei Vorteile bedingen ein wesentlich besseres Signal-Rausch-Verhältnis und ermöglichen geringere Meßzeiten. Damit wird die routinemäßige Messung des spektralen Verlaufes von tg y/ und Д möglich.measured difficulties. This problem can be avoided with the aid of the interferometer if the interferometer has a sufficiently large and known phase difference between the excellent polarization directions due to beam splitter characteristics. In these cases, the interferometer may be included in the ellipsometer as a compensator, if the computer evaluation of this feature is adjusted. The sample may then be placed in front of or behind the interferometer (Fig. 7). The ellipsometry using a Fourieropektrometers allows over the multiplex advantage a longer measurement time per spectral element, which is then identical to the total measurement time for a spectrum. The optical conductivity is much larger than in the case of the dispersion monochromators. The strong coupling of the Ellipsometerparameter (variation of the Finfallwinkels and the sample surface) with the spectral resolution is practically abolished These three advantages require a much better signal-to-noise ratio and allow shorter measurement times. This enables the routine measurement of the spectral characteristics of tg y / and Д.
Die digitale Auswertung der Interferogramme kann so -erweitert werden, daß als Ergebnis der Fouriertransformation und weiterer Rechnungen direkt der Absorptionskoeffizient und der Brechungsindex der Probe in Abhängigkeit von der Wellenlänge ausgegeben werden.The digital evaluation of the interferograms can be extended so that the absorption coefficient and the refractive index of the sample are output directly as a function of the wavelength as a result of the Fourier transformation and further calculations.
Die Infrarotellipsometrie kann damit ein ähnliches Routineverfahren werden, wie es in diesem Gebiet Reflexionsmessungen und die ATR-Methode bereits sind«.Infrared ellipsometry can thus become a similar routine procedure, as reflection measurements and the ATR method are already used in this field. "
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD22833581A DD157219A1 (en) | 1981-03-16 | 1981-03-16 | ARRANGEMENT FOR INFRARED ELLIPSOMETRY |
Applications Claiming Priority (1)
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| DD22833581A DD157219A1 (en) | 1981-03-16 | 1981-03-16 | ARRANGEMENT FOR INFRARED ELLIPSOMETRY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD157219A1 true DD157219A1 (en) | 1982-10-20 |
Family
ID=5529642
Family Applications (1)
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| DD22833581A DD157219A1 (en) | 1981-03-16 | 1981-03-16 | ARRANGEMENT FOR INFRARED ELLIPSOMETRY |
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|---|---|
| DD (1) | DD157219A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006136124A1 (en) * | 2005-06-19 | 2006-12-28 | Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung mbH | Retarder-free infrared spectroscopic ellipsometer with an azimuth between the planes of incidence of the infrared rays |
-
1981
- 1981-03-16 DD DD22833581A patent/DD157219A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006136124A1 (en) * | 2005-06-19 | 2006-12-28 | Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung mbH | Retarder-free infrared spectroscopic ellipsometer with an azimuth between the planes of incidence of the infrared rays |
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Legal Events
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