DE2417548C3 - Eilipsometer zur Messung der Dicke, einer optischen Konstante o.dgl. einer Oberflächenschicht - Google Patents
Eilipsometer zur Messung der Dicke, einer optischen Konstante o.dgl. einer OberflächenschichtInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Eilipsometer zur Messung der Dicke, einer optischen Konstante od. dgl.
einer Oberflächenschicht, wobei ein polarisierendes System ein monochromatisches, linear polarisiertes
Lichtbündel schräg auf die Oberfläche der zu untersuchenden Probe richtet und dieses von dort als Lichtbündel
mit verändertem Polarisationszustand reflektiert wird.
Ein solches Eilipsometer dient zur Durchführung von Polarisationsanalysen, mit denen die Eigenschaf-548
ten der Schicht, wie Dicke, Absorptionsvermögen, Brechungsindex usw. bestimmt werden können.
Bei den bekannten Ellipsometern ist das optischmechanische System für den Lichteintritt und -austritt
recht groß, verglichen mit der Fläche der zu messenden Probe. Das gesamte Gerät wird deshalb groß und kann
nicht mehr bequem transportiert und gehandhabt werden. Auch in einem Meßraum eines Laboratoriums
oder einer Fabrik ist eine solche Größe des Meßgerätes störend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Größe eines Eilipsometers der einleitend beschriebenen
Art und damit auch dessen Herstellungskosten zu verringern, so daß die genannten Nachteile der
bekannten Geräte vermieden werden.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe gelöst durch die Vereinigung der Merkmale, daß das polarisierende
optische System elliptisch polarisiertes Licht abgibt und auf einer optischen Achse angeordnet ist, die im
wesentlichen senkrecht zu der Probenoberfläche ausgerichtet ist, daß weiterhin ein erstes im optischen Weg
angeordnetes total reflektierendes Prisma dem aus d;m polarisierenden optischen System austretenden
elliptisch polarisierten Licht eine Phasensprungdifferenz verleiht und das elliptisch polarisierte Licht schräg auf
die Probenoberfläche ablenkt, daß ferner ein zweites im optischen Weg angeordnetes total reflektierendes
Prisma dem von der Probenoberfläche reflektierten Licht eine weitere Phasensprungdifferenz verleiht und
dieses Licht parallel zur optischen Achse des polarisierenden optischen Systems ablenkt, und daß ein Analysator
so drehbar angeordnet ist, daß das durch das zweite total reflektierende Prisma gelangende linear
polarisierte Licht ausgelöscht wird.
Insbesondere durch die im Strahlengang angeordneten total reflektierenden Prismen wird eine Verringerung
des von der gesamten Einrichtung benötigten Raumes, verglichen mit bekannten Einrichtungen ermöglicht,
und dieses bedeutet eine größere Leichtigkeit des Transportes wie auch der Unterbringung auf einem
gewünschten Platz. Ferner ermöglichen die total reflektierenden Prismen die komplette Vermeidung von
Energieverlusten, und die Vorrichtung kann auch für andere Wellenlängen durch Austausch des Filters und
der Viertelwellenlängenplatte verwendet werden.
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 eine Poincaro-Kugel zur Darstellung des
Prinzips der Messung.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt, bei der
eine Lichtquelle O, ein monochromatisches Filter F und ein drehbarer Polarisator P benutzt sind. Das von
der Lichtquelle O stammende Licht wird von Filter r
und Polarisator in linear polarisiertes monochroma- ·' ■ tisches Licht umgewandelt. Eine Viertelwellenlängenplatte Q ist unter einem Azimutwinkel von —45° ge- -·
genüber der Einfallsebene angeordnet und sorgt für ("
die Umwandlung des linear polarisierten Lichtes in elliptisch polarisiertes Licht. Ein modifiziertes total
reflektierendes Fresnel-Prisma /1 dient zur Ablenkung des etwa senkrecht zur Probenoberfläche S gerichteten .',',',
Lichtbündels, so daß dieses schräg auf die Probenoberfläche auftrifft, und ist so ausgelegt, daß die in
ihm auftretenden Einzelreflexionen je für eine Phasensprungdifferenz
von 45° zwischen der Komponente des elliptisch polarisierten Lichtes in Einfallsebene und
dessen Komponente in der hierzu senkrechten (Ebene der Oberfläche des Einfalls sorgt.
Ein weiteres modifiziertes, totalreflektierendes Fresnel-Prisma
Il bringt das von der Probenoberfläche reflektierte Licht auf einen Weg etwa senkrecht zu der
Probenoberfläche und ist im Hinblick auf eine Phasensprunqdifferenz
von 45' ausgelegt. Ein Analysator A ist um seine Achse drehbar angeordnet und dient zur
Auslöschung des linear polarisierten Lichtes des Prismas/2.
Nachstehend ist das Meßprinzip des Eilipsometers an Hand der in Fig. 2 dargestellten Poincare-Kugel
beschrieben, wobei P die Einfallebene (Azimutwinkel == 0°) und S die hierzu senkrechte Ebene (Azimutwinkel
= 90°) bezeichnet.
Das linear polarisierte Licht des Polarisators P mit einem Drehwinkel α entspricht der Strecke PO der
Poincare-Kugel, wandert durch die Viertelwellenlängenplatte Q und wird dabei in elliptisch polarisiertes
Licht mit einem Azimutwinkel von 45° umgewandelt, was der Bogenstrecke El der Poincare-Kugel entspricht.
Das Licht gelangt ferner durch da? Prisma /1 und unterliegt einer Phasenänderung von 135°, wie
sich aus dem Bogen El der Poincare-Kugel ergibt. Dieses Licht trifft auf die Probenoberfläche und unterliegt
hier einem Phasensprung Δ und einem Amplitudenverhältnis ψ, so daß Licht entsprechend dem
Punkt E3 in Fig. 2 die Probenoberfläche verläßt und in das Prisma Il eintritt. Hier unterliegt, das Licht
einer weiteren Phasenänderung von 45", so daß sich linear polarisiertes Licht entsprechend dem Punkt EA
in Fig. 2 ergibt. (In der Poincare-Kugel ist linear polarisiertes
Licht auf dem Äquator liegend dargestellt, links drehende elliptische Polarisation ist in der nördlichen
Hemisphäre und rechts drehend elliptische
ίο Polarisation ist in der südlichen Hemisphäre dargestellt.)
Das durch das Prisma Il gelangende Licht wird von dem Analysator des Drehwinkels β ausgelöscht.
Der Phasensprung Δ und das Amplitudenverhältnis ■ψ können direkt aus der Poincare-Kugel wie folgt
entnommen werden:
Δ = 90 — 2 α
Diese können in bekannter Weise analysiert werden. Bei der besprochenen Ausführungsform ist gezeigt
worden, daß die kombinierten Phasensprungdifferenzen in Folge der Prismen /1 und Il
180° betragen, es kann aber auch eine abweichende Phasensprungdifferenz zu dem gleichen Effekt führen,
wie er oben beschrieben wurde. In solchen Fällen würde es notwendig sein, das linear polarisierte Licht
dem Analysator A über einen hinter dem Prisma /2 angeordneten Kompensator zuzuführen, es würde aber
die nachfolgende Auswertung komplizierter werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Eltipsometer zur Messung der Dicke einer
optischen Konstante od. dgl. einer Oberflächenschicht, wobei ein polarisierendes System ein monochromatisches,
linear polarisiertes Lichtbündel schräg auf die Oberfläche der zu untersuchenden
Probe richtet und dieses von dort als Lichtbündel mit verändertem Polarisationszustand reflektiert
wird, g e kje n.n ζ,ρ,ϊphn,et durch die Vereinigung;;
der Merkmale, daß: das polarisierende optische System elliptisch polarisiertes Licht abgibt
und auf einer optischen Achse angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zu der Probenoberfläche
(S) ausgerichtet ist, daß weiterhin ein erstes im optischen Weg angeordnetes total reflektierendes
Prisma (/1) dem aus dem polarisierenden optischen System (O, F, P, Q) austretenden elliptisch polarisierten
Licht eine Phasensprungdifferenz verleiht ao und das elliptisch polarisierte Licht schräg auf die
Probenoberfläche (5) ablenkt, daß ferner ein zweites im optischen Weg angeordnetes total reflektierendes
Prisma (/2) dem von der Probenoberfläche (S) reflektierten Licht eine weitere Phasen- »5
Sprungdifferenz verleiht und dieses Licht parallel zur optischen Achse des polarisierenden optischen
Systems ablenkt, und daß ein Analysator (A) so drehbar angeordnet ist, daß das durch das zweite
total reflektierende Prisma (/2) gelangende linear polarisierte Licht ausgelöscht wird.
2. Eilipsometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polarisierende optische System
eine Lichtquelle (O), ein monochromatisches Filier (F), einen Polarisator (P) zur Umwandlung
des monochromatischen Lichtes in linear polarisiertes Licht und eine Viertelwellenlänge-Platte (Q)
zur Umwandlung des linear polarisierten Lichtes in elliptisch polarisiertes Licht mk einem Azimutwinkel
von 45° mit Bezug auf die Einfallfläche der Probe aufweist.
3. Eilipsometer na^h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Summe der von dem ersten und zweiten, den optischen Weg ändernden, total
reflektierenden Prismen (/1,12) aufgeprägten Phasensprungdifferenzen
180" beträgt.
4. Eilipsometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem ersten, den optischen
Weg ändernden, total reflektierenden Prisma (/1) aufgeprägte Phasensprungdifferenz 135° und 5©
die von dem zweiten, den optischen Weg ändernden, total reflektierenden Prisma (/2) aufgeprägte
Phasensprungdifferenz 45° beträgt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4135773 | 1973-04-13 | ||
JP4135773A JPS5414953B2 (de) | 1973-04-13 | 1973-04-13 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2417548A1 DE2417548A1 (de) | 1974-10-31 |
DE2417548B2 DE2417548B2 (de) | 1976-04-22 |
DE2417548C3 true DE2417548C3 (de) | 1976-12-16 |
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