DE2430521A1

DE2430521A1 - Automatisches ellipsometer

Info

Publication number: DE2430521A1
Application number: DE2430521A
Authority: DE
Inventors: Frederick Hayes Dill; Peter Swift Hauge
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-06-25
Filing date: 1974-06-25
Publication date: 1975-01-23
Also published as: CA1010262A; JPS5023691A; GB1419738A; NL7408560A; SE403658B; FR2234559A1; JPS5410473B2; US3880524A; IT1007987B; FR2234559B1; SE7407781L

Description

Böblingen, den 21. Juni 1974 heb-oh

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N*Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 972 1O1

Automatisches Eilipsometer

Die Erfindung betrifft die Ellipsometrie und insbesondere ein neuarartiges, automatisches Eilipsometer, das eine wesentliche Herabsetzung der für die Durchführung ellipsoitietrischer Messungen benötigten Zeit gegenüber der von bekannten Eilipsometern benötigten Zeit ermöglicht. Dadurch wird die Verwendung des neuartigen Eilipsometers als Prozeßsteuergerät in der Fertigung ermöglicht und seine Nützlichkeit als Forschungsinstrument stark verbessert.

Die Ellipsometrietechnik basiert auf der Tatsache, daß eine linear polarisierte Lichtschwingung in zwei rechtwinklige, phasengleiche Schwingungen aufgelöst werden kann. Eine dieser Schwingungen liegt in der Einfallsebene und die andere steht senkrecht auf der Einfallsebene. Nach Reflexion oder übertragung unterliegen diese Schwingungen Amplituden- und Phasenänderungen, die grundsätzlich verschieden sind. Somit ist das Licht dann elliptisch polarisiert. Das Eilipsometer ermöglicht die Messung der Änderungen des Polarisationszustandes. Allgemein enthält ein Eilipsometer eine kollimierte und monochromatische Lichtquelle, einen Polarisator mit oder ohne Viertelwellenplatte, eine Oberfläche, einen Analysator und einen Photodetektor. In einfachen

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Nullsystemen wird der Detektor dazu verwendet, die Positionen der polarisierenden Optik zu bestimmen, für die das Licht ein Minimum aufweist.

Die Ellipsometrie ist ein empfindliches und nützliches Instrument für die Untersuchung blanker, mit Filmen überzogener Oberflächen. Bei der manuellen Anwendung sind solche Techniken jedoch unerwünscht langsam. Das notwendige manuelle Ausbalancieren des Polarisators und des Analysators, die im "Schwingverfahren" arbeiten (das Auffinden einer Null durch Hessen eines bestimmten aber willkürlichen Hinkeis θ auf jeder Seite der Null, für den die übertragenen Lichtintensitäten gleich sind), kann unter Normalbedingungen bis zu fünf Hinuten und bei einem dynamisch sich ändernden System noch wesentlich mehr Zeit benötigen.

Daher besteht insbesondere für die Verwendung bei dynamisch sich ändernden Verhältnissen ein dringender Bedarf an einem schnellen, automatischen Eilipsometer. Bei Versuchen in dieser Richtung wurden Eilipsometer vorgeschlagen, die den Azimuthwinkel α und die Elliptizität e des elliptisch polarisierten Lichtes in einer sehr kurzen Zeit messen. Derartige automatisch betriebene Ellipsometer haben die gezeigten Probleme jedoch nur teilweise zu lösen vermocht. Sie geben z.B. keinerlei Information über die Eigenschaften wie Filmdicke, Brechungsindex usw. der zur Untersuchung und Analyse verwendeten Probe.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Erstellung eines vollständig automatischen Eilipsometers, das durch schnelle Arbeitsweise auszeichnet, vorteilhaft für die Analyse von Probeeigenschaften verwendet und als Prozeßsteuergerät zur überwachung der Produktion, beispielsweise von integrierten Schaltungen, und als verbessertes Forschungsinstrument eingesetzt werden kann und die Probe in einem ellipsometrisehen Prozeß automatisch auszurichten vermag.

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Stand der Technik ^ ' . _;

In der Veröffentlichung Von B.D. Cahan mit dem Titel "Ä High Speed Precision Automatic Eilipsometer", Surface Science 16 (1969), Seiten 166-176, erschienen bei North-Holland Publishing Co., Amsterdam, wird ein automatisch arbeitendes Eilipsometer beschrieben/ welches Azimuth und Elliptizität von elliptisch polarisiertem Licht messen kann. Bei diesem Ellipsometer besteht jedoch nicht die Möglichkeit der automatischen Probenausrichtung, wodurch der Zeitverbrauch nicht minimiert werden kann. Außerdem liefert dieses Ellipsometer keinerlei Information über die Eigenschaften einer analysierten Probe, wie z.B. Filmdicke und Brechungsindex.

In der Veröffentlichung von W. Budde mit dem Titel "Photoelectric Analysis of Polarized Light", Applied Optics, Vol. 1, Seiten 201-205, (1962), wird als Polarimetrietechnik die Prüfung der Intensität in gleichen Winkelschritten der Analysatorposition und die nachfolgende Fourieranalyse veröffentlicht. In dieser Veröffentlichung wird betont, daß die Störungsreduzierung und kleinste Quadrate die Vorteile der Technik bilden. Nach dieser Veröffentlichung wird jedoch

a) das Verfahren manuell durchgeführt - ein Datenumlauf in 10 Hinuten;

. b) die Fourieranalyse zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen;

c·) durch diese Technik nur die Polarisation des Lichtes an sich gemessen, d.h., es ist eine Polarimetrietechnik im Gegensatz zu den Eigenschaften der mit dem Licht in Wechselwirkung stehenden Materialien bei der Ellipsoraetrietechnik;

d) keinerlei Hinweis auf die Bedeutung anderer Harmonischer gegeben oder solche ausgenutzt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein automatisches Ellipso-

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meter zum Messen der Eigenschaften einer in einer gewählten Einfallsebene liegenden Probe gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß es eine monochromatische Lichtquelle zur Lieferung eines einfallenden Lichtstrahles auf die Probe für eine Reflexion dieses Lichtstrahles von der Probe, ein erstes Polariationselement in der Bahn des einfallenden Lichtstrahles in einem vorgegebenen Winkel relativ zu der Einfallsebene fixiert, ein zweites rotierendes Polarisationselement in der Bahn des reflektierten Lichtstrahles, in der Bahn dieses reflektierten Lichtstrahles ein auf ihn nach seinem Durchgang durch das zweite Polarisationselement durch Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignales aufgrund des auftreffenden, reflektierten Lichtstrahles reagierendes, photoempfindliches Element, einen zu diesem zweiten Polari3ationselement gehörenden Winkelcodierer zur Lieferung erster Impulse für jede Umdrehung des sich drehenden zweiten Polarisationselementes und entsprechender zweiter Impulse für jeden gewählten Bruchteil einer jeden Umdrehung, einen auf die Ausgangssignale des Winkelcodierers und des photoempfindlichen Elementes ansprechenden Analog/Digitalwandler zur Digitalisierung der Ausgangssignale des photoempfindlichen Elementes entsprechend den zweiten Impulsen und auf das Anlegen der Ausgangssignale des Analog/Digitalwandlers und der ersten Impulse zur Analyse der Ausgangssignale des photoempfindlichen Elementes ansprechenden Datenanalysiereinrichtungen enthält.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind in den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen angegeben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den mechanischen Teil eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines automatischen Eilipsometers gemäß der Erfindung;

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tq. 2. ^ttheftafcisöh den elektrischen Teil des Ellipso*-

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Fig--.· 3 «iie Daten^ und Änalysedarstellung 4es Ellipso-

<meters;

Flgi 4 -scheittatlsch eine Vorrichtung zum Ausrichten der

Probe;

Fig. Ϊ5 ähnlich wie Fig. 4 einen Teil des Verfahrens

zum Ausrichten der Probe;

Fig. 6 ähnlich wie die Fign. 4 und 5 einen weiteren

Teil des Verfahrens zum Ausrichten der Probe;

Fig. 7 schematisch Struktur und Arbeitsweise der

Vorrichtung zum Ausrichten der Probe;

Fig. 8 perspektivisch ein Ausführungsbeispiel des in

der Vorrichtung verwendeten Probenhalters;

Fig. 9 ähnlich wie Fig. 1 schematisch den Strahlengang

des einfallenden Lichts bei der normalen Messung;

Fig. 10 ähnlich wie Fig. 9 schematisch den Strahlengang

des einfallenden Lichts beim Messen dünner Filme; und

Fig. 11 in perspektivischer Darstellung eine Rückansicht eines zur Lagerung des Polarisators und der Viertelwellenplatte geeigneten Halters für die in den Fign. 9 und 10 gezeigten Betriebsarten.

Das neuartige, automatische Eilipsometer stellt eine Kombination von drei zusammenwirkenden Gruppen von Bauteilen dar. Die erste

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dieser Gruppen ist eine mechanische und optische Gruppe und enthält eine Lichtquelle, verschiedene !»olarisationselemente (von denen eines sich kontinuierlich dreht), verschiedene Blenden, die zu messende Probe mit der Lagerung und einen Lichtdetektor. Die zweite Gruppe betrifft die elektrischen Bauelemte und deren Signale, die als digitalisierte Daten durch digitale Logikschaltungen gelesen und analysiert werden können. Die dritte Gruppe besteht aus logischen Schaltkreisen zum Speichern und Ausführen einer relativ einfachen Datenanalyse und aus Ausgabe- bzw. Anzeigegeräten.

Im Betrieb des erfindungsgemäßen automatischen Eilipsometers wird eine zu messende Probe derart auf den Probenhalter gelegt, daß ihre Oberseite, d#h. die reflektierende Oberfläche, in der richtigen Höhe liegt. Da die Dicke der Proben von einer Probe zur anderen um mehr als einige tausendstel Zoll abweichen kann, kann man entweder die Höhe nachstellen oder den aus einer Höhenveränderung resultierenden Einfallswinkel korrigieren. Danach werden die folgenden Schritte automatisch ausgeführt, d.h. ohne daß man in irgendeiner Weise eingreifen muß.

1. Die Probe wird in zwei Rotationsachsen richtig ausgerichtet, um die Möglichkeit einer keilförmigen Probe oder einer Probe mit nicht vollkommen ebener Oberfläche berücksichtigen zu können.

2. Durch einen kontinuierlich sich in der Bahn des reflektierten Lichtstrahles drehenden Analysator wird eine Lichtintensität übertragen. Diese Lichtintensität wird in geeigneten Winkelschritten von z.B. 1° für eine vollständige Umdrehung, beginnend in einem bekannten Winkel, abgetastet, gesammelt und digital codiert. Andererseits können Daten auch für mehrere Umdrehungen zusammengefaßt und hinterher Durchschnittswerte gebildet werden.

3. Die im Schritt 2 gewonnenen Daten durchlaufen eine

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numerische Fourieranalyse. Die Sinus- und Kosinus-Koeffizienten der zweiten Harmonischen, bezogen auf den Durchschnittswert über eine Umdrehung, werden durch Standard-Ellipsometrieformeln mit den gewünschten Eigenschaften der Probe, wie z.B. Dicke des Films, Brechungsindex usw. in Beziehung gebracht.

4. . Die gewünschten Eigenschaften der Probe (und/oder andere

zugehörige und berechenbare Parameter) werden bildlich dargestellt oder ausgedruckt.

5. Die Probe wird dann wieder herausgenommen.

Der ganze Ablauf vom Einsetzen der Probe bis zum Ausdruck wird automatisch mit einem kleinen Digitalrechner, wie z.B. IBM 1130, ausgeführt. Die Operationsfolge dauert etwa 5-10 Sek.

In Fig. 1 sind schematisch die mechanischen und optischen Teile des Eilipsometers dargestellt. Man erkennt eine kollimierte, monochromatische Lichtquelle 10, die ζ,B. ein 1 mw HeNe-Laser sein kann. Das von der Lichtquelle 10 kommende Licht durchläuft ein Polarisationsprisma 12, nachfolgend Polarisator genannt, der unter einem bekannten Winkel (im allgemeinen 45°) zur Einfallsebene 13 angebracht ist, und dann eine Viertelwellenplatte 14, (die auch weggelassen werden kann), die ebenfalls unter einem bekannten Winkel angebracht ist, und dann eine Punktblende 18. Das Licht wird dann von einer zu messenden Probe 20 unter einem bekannten Winkel zur Flächennormalen (70°) reflektiert, wobei die Probe 20 in der richtigen Höhe gehalten ist. Der reflektierte Lichtstrahl durchläuft dann eine einen Lichtstrahl definierende Blende 24 und ein kontinuierlich, z.B. mit 5 ümdrehungen/sec., angetriebenes, sich drehendes Polariationsprisma 26, auch Analysator genannt. Das vom Analysator 26 kommende Licht wird durch ein lineares, lichtempfindliches Element 28 wie eine Photoverstärkerröhre abgefühlt. Es ist zu beachten, daß der Lichtstrahl 21 auf die reflektierende Oberfläche der Probe 20

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in einem ausgewählten Winkel von z.B. 20 auftrifft, und der Lichtstrahl 22 von der reflektierenden Oberfläche der Probe 20 unter einem ent:
flektiert wird.

unter einem entsprechend gewählten Winkel, wie z.B. 70 , rein Fig. 2 sind die elektrischen Teile des Eilipsometers schematisch gezeigt. In Fig. 2 sind außerdem noch der reflektierte Lichtstrahl 22, die Blende 24, der sich drehende Analysator 26 und der Photodetektor oder das lichtempfindliche Element 28 dargestellt. Außerdem ist der zu dem Analysator 26 gehörende Winkelcodierer 30 mit den beiden Ausgangsklemmen 31 und 33 dargestellt. In Wirklichkeit ist der Winkelcodierer 30 auf der vorzugsweise hohlen Welle des sich drehenden Analysators 26 befestigt. An der Ausgangsklemme 31 tritt bei jeder Umdrehung des Analysators 26 ein Schaltimpuls auf. An der Ausgangsklemme 33 tritt für gleichgroße Bruchteile von 360° einer Umdrehung jeweils ein Impuls auf. Wenn ein Analyseverfahren, wie z.B. die schnelle Fourier-Transformation, verwendet wird, sollte die Gesamtzahl der je Umdrehung an der Ausgangsklemme 33 abgegebenen

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Impulse eine Potenz von 2, wie z.B. 2 , d.h. 128, 2 , d.h. 256, 2 , d.h. 512, 2 , d.h. 1024, sein. Andererseits kann an der Ausgangsklemme 33 je ein Impuls für jeden Grad der Umdrehung oder für jede vorbestimmte Anzahl von Graden einer jeden Umdrehung des Analysators 26 abgegeben werden. Mit dieser Anordnung kann man die Umdrehung des Analysators 26 in kleinen Schritten von Bruchteilen einer Umdrehung von einem Anfangswinkel an verfolgen. Die an der Ausgangsklemme 33 auftretenden Impulse werden einem Analog/Digitalwandler 32 zugeleitet.

Die Ausgangsklemme 35 des Photodetektors 28 liefert das analoge Eingangssignal für den Analog/Digitalwandler 32, wobei das Ausgangssignal des Photodetektors 28 allgemein die mit 34 bezeichnete Form hat. Der Analog/Digitalwandler 32 wandelt das vom Ausgang des Photodetektors 28 kommende Analogsignal in ein Digitalsignal um, das die durch die gestrichelte Linie 36 dargestellte Form hat. Auf diese Weise liegt die Lichtintensität des reflektierten Lichtstrahles 22 im Übertragungswinkel des

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Analysator s in digitaler Form an den Ausgangsklemmen des Analog/ Digitalwandlers 32 vor. Das digitale Ausgangssignal des Analog/ Digitaiwandiers 32 wird an den Daterianalysator 38 angelegt; der z.B. eine IBM 1130 oder ein anderer kleiner Digitalrechner sein kann. In dem Datenanalysator 38 werden die Daten numerisch nach Fourier analysiert, wobei den Koeffizienten der zweiten Harmonischen (bezogen auf den Durchschnittswert einer vollständigen Umdrehung} besondere Aufmerksamkeit gewidmet wird, da diese den Polarisationszustand des reflektierten Lichts (Orientierung und Elliptizität) beschreiben. Bei der ellipsometrisehen Analyse des reflektierten Lichtes werden nur diese Koeffizienten und nicht die volle Fourier-Transformation benötigt. Eine solche Fourier-Analyse verringert die durch die Messung selbst erzeugten Störsignale, d.h. die willkürlichen Schwankungen der einzelnen Datenwerte ganz erheblich. Dies ergibt sich aus folgenden Umständen:

1. Jeder Datenpunkt wird benutzt. Die Alternative bestünde in der Schätzung der Winkel und der Werte von Maxima und Minima der Daten und im Herausfinden ihres numerischen Verhältnis ses.

2. Die Fourier-Analyse führt im wesentlichen eine "Anpassung der kleinsten Quadrate" (least squares fit) aller Daten an die das reflektierte Licht beschreibende Ellipse durch.

3. Ein weiterer Vorteil der Fourier-Analyse ist die Erkennung von Systemanomalien. Im Idealfall finden sich in den Daten nur eine Gleichstromkomponente und eine zweite Harmonische. Untersucht man jedoch während der Systemausrichtung und den Anfangseinstellungen die anderen Harmonischen, so erleichtert das die Entfernung von Anomalien, wie:

a) Strahl-Fehlausrichtung (angezeigt durch eine von Null verschiedene erste Harmonische);

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* to

b) Nichtlinearität des Detektors (angezeigt durch eine von NuÜ verschiedene vierte Harmonische).

Außerdem kann man aus der Größe der übrigen Harmonischen die beliebigen Störungen messen.

Hat man die normalisierten Koeffizienten der zweiten Harmonischen einmal ermittelt, dann werden die ellipsometrischen Standardformeln ausgewertet, um herauszufinden, welche die optischen Eigenschaften der Probe charakterisierenden, berechenbaren Parameter erwünscht sind. Diese werden dann ausgedruckt oder auf andere Weise, wie z.B. durch Kathodenstrahlröhren, sichtbar gemacht.

In Fig. 3 ist die numerische Fourier-Analyse der digitalisierten Eingangsdaten 36 durch den Datenanalysator 38 gezeigt. In diesem Datenanalysator 38 werden die normalisierten Koeffizienten der Fourierreihe a„, b₂ numerisch bestimmt. Die ellipsometrischen Standardformeln werden ausgewertet, um die gewünschten Parameter der Probe, wie z.B. die Dicke des Films und Brechungsindex, zu erhalten. Außerdem ist in Fig. 3 die Ausgabe mit Drucker 40 und die optische Anzeige 42 gezeigt. Die ausgedruckte oder bildlich dargestellte Information enthält Azimuth, Elliptizität, ψ, Δ, Filmdicke, Brechungsindex usw.

Das oben beschriebene und nach dem Erfindungsgedanken aufgebaute automatische Eilipsometer ist in der Genauigkeit mit konventionellen manuellen Eilipsometern vergleichbar, in seinen Werten mindestens so reproduzierbar wie diese (1 oder 2 A¹ Wiederholbarkeit in SiO₂-Filmen auf Silizium von 2OO bis 1300 8 Dicke) und liefert eine sehr viel höhere Arbeitsgeschwindigkeit (5 bis 10 Sek. pro Messung gegenüber 5 bis 10 Min. pro Messung bei herkömmlichen Geräten).

Um die Fourieranalyse in der Analysatorstufe 38, d.h. dem Rechner auszuführen, können z.B. Programme verwendet werden

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mit der Bezeichnung "System/7 Fast Fourier Transform Program RPQ P82000", beschrieben in "IBM INSTALLATION NEWSLETTER", Ausgabe Nr. 72-11, vom 2. Juni 1972 und herausgegeben von der IBM Corporation.

In der oben erwähnten Fourier-Analyse bestimmt die Änderung der normalisierten Fourier-Koeffizienten a₂ und b, mit der Dicke des Films, dem Brechungsindex (oder anderen gemessenen Parametern) die Empfindlichkeit des Eilipsometers für diesen Parameter und somit die Genauigkeit der Messung. Die Empfindlichkeit ist im allgemeinen am größten, wenn diese Koeffizienten annähernd null sind, d.h., wenn nur eine kleine Schwankung der Intensität des vom sich drehenden Analysator übertragenen Lichtes vorliegt oder, mit anderen Worten, wenn das von der Probe reflektierte Licht annähernd kreisförmig polarisiert ist. Umgekehrt ist die Empfindlichkeit am kleinsten für große Koeffizientenwerte in der Nähe von Eins, d.h.,wenn das reflektierte Licht annähernd linear polarisiert ist. Der Polarisationszustand des reflektierten Lichtes kann willkürlich für jede zu messende Probe dadurch verändert werden, daß man einfach die Winkellage (Azimuth) vom Polarisator und Kompensator verstellt, d.h. die Viertelwellenplatte in der Bahn des einfallenden Lichtes. Somit definieren bestimmte Werte dieser Azimuthe die Betriebsart des Eilipsometers, und in der Praxis wird eine von vielleicht zwei oder drei verschiedenen Betriebsarten ausgewählt, um die Meßempfindlichkeit für einen zu messenden gegebenen Typ von Proben zu optimieren. Für die Messung von dünnen Filmen aus SiO. und Si₃N₄ auf Silizium werden nachfolgend z.B. zwei solcher Meßbetriebsarten beschrieben. (Es braucht wohl nicht extra erwähnt zu werden, daß in jedem Fall der Einfluß des Polaritätszustandes des einfallenden Lichtes bei der Analyse der zur Bestimmung der Dicke des Filmes usw. gemessenen Werte der Koeffizienten berücksichtigt werden muß.)

In der einfachsten Eingabekonfiguration fehlt der Kompensator (die Viertelwellenplatte) und der Polarisator steht unter 45° zur Einfallsebene. Dieses ist die Normalbetriebsart des Ellipsometers und liefert eine gute Empfindlichkeit für alle Filme aus

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₂ und Si₃N₄ auf Silizium bis zu einer Dicke von weniger als etwa 250 S. Wenn die Filme zu dünn sind, nähert sich der reflektierte Lichtstrahl der linearen Polarisation und die Empfindlichkeit wird schlechter. Für einen relativ breiten Bereich von Dicken zwischen etwa 250 bis 1350 8, wo die Ellipsometrie gegenüber anderen optischen Meßverfahren vorgezogen wird, reicht die Empfindlichkeit im Normalbetrieb aus.

Die Optik für den einfallenden Lichtstrahl kann auf optimale Meßempfindlichkeit zum Messen sehr dünner Filme (von 0 bis etwa 350 A) eingestellt werden. Zu diesem Zweck wird z.B. das Azimuth des Polarisators auf 12° gegen die Einfallsebene gewählt und der Kompensator hinter dem Polarisator in die Lichtbahn so eingefügt, daß seine "schnelle Achse" mit der Einfallsebene einen Winkel von 90° bildet. Diese Anordnung dient zum Messen sehr dünner Filme. Durch diese Azimuthwerte wird das von reinem Silizium reflektierte Licht annähernd kreisförmig polarisiert. Die Polarisation geht mit zunehmender Dicke eines auf dem Silizium aufgebrachten Filmes allmählich in eine lineare Polarisation über.

In einem Ausführungsbeispiel werden die Halterungen für Polarisator und Kompensator benützt, mit denen der Azimuth kontinuierlich eingestellt werden kann und weisen bestimmte, fest verstiftete Positionen (0°, 12° und 45° für den Polarisator, 90° für den Kompensator) auf, damit man diese beiden Betriebsarten immer wieder einstellen kann, ohne die fein unterteilte Winkelanzeige für diese Einstellung vornehmen zu müssen.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind übliche Befestigungen für Polarisator und Kompensator mit fein unterteilter Azimuthanzeige vorgesehen. Damit ist die kontinuierliche Veränderung der Polarisation des einfallenden Lichtstrahls möglich, um den empfindlichsten Meßpunkt für die jeweils gemessene Probe herausfinden zu können. Diese Anwendung eignet sich besser für die Forschung, wo man eine gewisse Geschicklichkeit der Bedienungskraft annehmen kann, und die für solche Einstellung aufgewandte Sorgfalt und die benötigte Zeit sind hier keine

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Gegenargumente. In dem obengenannten Ausführungsbeispiel reduziert die Benutzung von verstifteten Azimuthpositionen die Anforderungen an Zeit, Sorgfalt und Geschicklichkeit der Bedienungskraft» so daß dieses Ausführungsbeispiel mehr für den Fertigungsbetrieb geeignet ist, wo größere Mengen nominell identischer Filme der Reihe nach zu messen sind.

Fig. 9 zeigt schematisch den normalen Meßbetrieb. Hier ist die kollimierte, monochromatische Lichtquelle 10 und das Polarisationsprisma 12 und der einfallende Lichtstrahl gezeigt. Die Viertelwellenplatte oder der Kompensator 14 ist hier nicht gezeigt. Dabei ist das Polarisationsprisma oder der Polarisator unter 45 zur Bezugsebene des einfallenden Lichtes angeordnet.

Fig. 10 zeigt in ähnlicher Weise schematisch die Anordnung zum Messen dünner Filme, Dabei ist der Polarisator 12 unter 12 gegen die Ebene des einfallenden Lichtes eingestellt, und die Viertelwellenplatte oder der Kompensator 14 ist um 90° gegen die Einfallsebene gedreht.

Fig. 11 zeigt eine Halterung für die Einstellung des Polarisators 12 und der Viertelwellenplatte 14 für den Normal- und den Dünnfilmbetrieb. Die Halterung besteht aus einer Platte 180 mit einem Teil 182, das einen Flansch 183 enthält, wobei das Teil eine kreisförmige öffnung zur Aufnahme entweder des Polarisators 12 oder der Viertelwellenplatte 14 aufweist. Der Rahmen 180 ist mit dem Rahmen 184 durch Gewindebolzen 186 verschraubt. Der Polarisator 12 oder die Viertelwellenplatte 14 sind in der öffnung des Teiles 182 frei drehbar.

In der Platte 180 sind Bohrungen 188 in den Winkelpositionen 0°, 12°, 45° und 90° vorgesehen. Um entweder den Polarisator 12 oder die Viertelwellenplatte 14 unter einem dieser Winkel zur Bezugsebene einzustellen, wird der Polarisator oder die Viertelwellenplatte in die gewünschte Position gedreht und der (nicht dargestellte) Stift wird dann in die jeweilige Bohrung 188 eingesetzt, wodurch der Polarisator oder die Viertelwellenplatte in ihrer Lage gehalten werden.
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Bei der Anwendung der Ellipsometrietechnik ist die manuelle Einstellung des Winkels einer reflektierenden Probe zur Ausrichtung des reflektierten Lichtes auf die Achse eines Detektors ein ganz wesentlicher Schritt. Eine Einstellung muß vorgenommen werden, um den richtigen Einfallswinkel zu bekommen und eine andere, um ein Verkanten oder eine Neigung der Probe auszuschalten. Diese Einstellungen sind für die Beibehaltung der Meßgenauigkeit kritisch. Sie sind jedoch auch sehr mühsam und etwas subjektiv und können sich daher von einer Bedienungskraft zur anderen ändern.

Da ein Eilipsometer ein Instrument ist, mit dem man einen Lichtstrahl mit bekannten Polarisationseigenschaften in einem bekannten Einfallswinkel auf eine reflektierende Oberfläche auftreffen lassen kann, deren Eigenschaften zu bestimmen sind, und den Polarisationszustand des reflektierten Lichtstrahles messen kann, stehen die Eigenschaften der reflektierenden Oberfläche in Beziehung zur Änderung des Polarisationszustandes des Lichtes bei der Reflexion und können somit durch diese Messung bestimmt werden. Es wurde gezeigt, daß sowohl die verwendete Lichtquelle als auch der zur Bestimmung des Polarisationszustandes des reflektierten Lichtes verwendete Detektor eine Mittellinie oder Achse haben, längs der das Licht im Idealfall läuft und von der aus Einfallswinkel und Reflexionswinkel gemessen werden. Damit das Licht von der Oberfläche reflektiert werden und den Detektor erreichen kann, muß im Idealfall die Oberfläche im Schnittpunkt des einfallenden und des reflektierten Strahles liegen, wobei die Senkrechte auf der Oberfläche am Schnittpunkt in ihrer Ebene den Winkel zwischen ihnen in zwei Teile teilt. Der Einfallswinkel φ zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und der Senkrechten ist somit ideal fixiert und genau halb so groß wie der Winkel zwischen der Achse der Lichtquelle und der Achse des Detektors. In Fig. 4, wo die Eigenschaften der reflektierenden Oberfläche 60 der Probe zu messen sind, sind diese Zusammenhänge schematisch gezeigt. Diese reflektierende Oberfläche dreht sich um zwei zueinander rechtwinkligen Achsen, nämlich die Achse A. und die Achse A₂, die sich an einem Punkt 61 schneiden, wo der einfallende Lichtstrahl reflektiert wird. Die Linien 63 und 65 stellen die ent-

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sprechenden Achsen des einfallenden und des reflektierten Lichtstrahles dar. Der Einfallswinkel ist in Fig. 4 mit dem Zeichen φ bezeichnet.

In der Praxis wurde jedoch festgestellt, daß das einfallende Licht zur Achse des von der Quelle kommenden Lichtes wegen der unvollständigen Kollimation oder Brechung aufgrund von in den Strahl eingeschobenen Blenden nicht parallel sein kann. Licht, das nicht auf der Detektorachse oder parallel zu ihr verläuft, kann wegen der notwendigerweise begrenzten Größe des Detektors und dem Aufnahmewinkel abgefühlt werden. Aus demselben Grund kann reflektiertes Licht auch abgefühlt werden, obwohl die Senkrechte zur reflektierenden Oberfläche nicht in der Ebene der Achse Quelle-Detektor liegt. Wenn das einfallende Licht nicht parallel zur Achse der Lichtquelle läuft, liegt eine Abweichung vom Idealzustand vor und dadurch ergibt sich eine Abweichung vom angenommenen Wert des Einfallswinkels. Außerdem kann, wie bereits gesagt, reflektiertes Licht auch abgefühlt werden, obwohl die Senkrechte zur reflektierenden Oberfläche nicht in der Ebene der Achse Quelle-Detektor liegt. Dies nennt man "Verkanten" und erzeugt einen Fehler in der Orientierung der Polarisation des reflektierten Lichtes. Mit Ausnahme der unvollständigen Kollimation oder Ausrichtung des einfallenden Lichtes lassen sich alle oben erwähnten in der Praxis auftretenden Bedingungen in einem sonst richtig ausgerichteten Ellipsometer durch richtige Einstellung und Orientierung der reflektierenden Oberfläche vermeiden.

Die richtige Ausrichtung der Probe erfordert die Erfüllung der beiden folgenden Bedingungen:

1. Die Probenoberfläche muß im Schnitt der Achse der Lichtquelle und der Detektorachse liegen.

2. Die Probe muß dann um diesen Punkt in jeder der beiden Richtungen so gedreht werden, daß man den richtigen Einfallswinkel erhält und ein Verkanten der Probe ausschaltet,

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d.h., sie muß so gedreht werden, daß das reflektierte Licht mit der Detektorachse zusammenfällt.

Wenn diese Einstellungen von Hand vorgenommen werden, hat eine geschickte Bedienungskraft einige Minuten damit zu tun, und zwei Bedienungskräfte können natürlich die Probe sehr unterschiedlich ausrichten.

Nach der Erfindung ist daher außerdem eine Ausrichtvorrichtung für die Probe vorgesehen. Diese Vorrichtung enthält im einfallenden Lichtstrahl die in Fig. 1 gezeigte Punktblende 18, einen um zwei zueinander rechtwinklige Achsen A₁ und A„ (siehe Fig. 4), die sich am Schnittpunkt 61 der Quellenachse und der Detektorachse schneiden, drehbaren Probenhalter und einen in vier Quadranten unterteilten Detektor 64 für die Strahlabweichung, der in Fig. 4 gezeigt und in einem Abstand von etwa 45 - 46 cm von der Probe auf der Detektorachse 65 angeordnet ist. Der in vier Quadranten unterteilte Detektor 64 enthält ein Paar optischer Lichtleiter 67 und 69 zum Erkennen eines Fehlers bei Rotation um die Achse A_, welche eine Änderung des Einfallswinkels erzeugt, und ein Paar optischer Lichtleiter 71*und 73 zum Erkennen eines Fehlers bei Rotation um die Achse A₁, welcher ein Verkanten der Probe zur Folge hat. Die optischen Lichtleiter 67, 69, 71 und

73 der vier Quadranten liegen um eine öffnung 75 herum, die einen Durchmesser von etwa 0,76 mm haben kann, durch die das reflektierte Licht hindurchtritt.

In Fig. 5 ist der Einfluß der Drehung der reflektierenden Ebene um die Achse A zur Erzeugung einer Änderung des Einfallswinkels gezeigt. Die Linie 76 stellt das einfallende Licht und die Linie

74 das reflektierte Licht dar. Die ausgezogene Linie 80 ist die Normale zur reflektierenden Ebene. Wenn die reflektierende Ebene 82 sich um den Betrag αφ um die Achse A_ dreht, dann wird der Einfallswinkel φ zu φ + d<{> und der Reflexionswinkel wird φ + αφ. In Fig. 5 ist r = der Abstand vom Reflexionspunkt und S der Abstand, um den sich das Licht im Abstand r = r tan (2αφ) bewegt, wodurch S = 2r αφ, worin άφ « 1.' Typische Werte für letztere

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Formel sind: r= 45,72 cm; αφ = 0,05° « π/3600 Winkel im Bogenmaß.

In Fig. 6 ist die Auswirkung der Drehung der reflektierenden Ebene um die Achse A-, d.h. des Verkantens der Probe gezeigt. Hier ist die reflektierende Ebene 90 um die Achse A- um den Betrag ψ, den Kippwinkel der Probe gedreht. Die reflektierende Ebene ist durch das gestrichelte Parallelogramm 91 geneigt dargestellt. Die Linie 92 bezeichnet den einfallenden Lichtstrahl, der fest eingestellt ist, und die Linie 94 stellt die Normale zur reflektierenden Oberfläche dar. Die Linie 96 stellt den reflektierten Lichtstrahl und die gestrichelte Linie 97 den reflektierten Lichtstrahl dar, wenn die reflektierende Oberfläche der Probe um den Betrag ψ um die Achse A- geneigt ist. Der als Kreisbogen dargestellte Winkel 99 ist gleich 2 cos φψ. Dabei ist r der Abstand von der reflektierenden Oberfläche, S die Strecke, um den sich das Licht im Abstand r aufgrund der Drehung ψ um die Achse A- bewegt oder = r cos φ. tan(2i|>), wodurch S = 2r ψ cos φ, worin ψ <<1.

Typische, auf die in Fig. 6 gezeigte Situation anwendbare Werte sind: φ = 70°, r = 45,72 cm, S= π/254 cm = 0,76 mm,

_ π/100 Bogengrade _ _{Q 05}o

r>c „ -inP r&Säör WOdurchlf) = 0,15 .

36 cos 70 0 ^^{QO r}

Die Punktblende 18 in Fig. 1 dient der Begrenzung des zu messenden Bereichs auf der Probe. Wenn der Durchmesser dieser Blende klein genug ist, z.B. etwa 0,25 mm, dann wird ein klar zu beobachtendes kreissymmetrisches Brechungsmuster erzeugt, d.h. ein von abwechselnden hellen und dunklen, kreisringförmigen Bereichen, deren Helligkeit allmählich abnimmt, umgebener heller Mittelpunkt. Der Mittelpunkt des Lichtes enthält die Meßinformation und die Brechungsränder sind nützlich bei der Zentrierung des Strahles.

Das wichtigste Teil der Vorrichtung zum Ausrichten der Probe ist der Probenhalter, der die Probe auf einem Sockel hält und

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auf dem Eilipsometer so eingestellt wird, daß seine zwei von vorn nach hinten und von links nach rechts verlaufenden Rotationsachsen sich genau dort schneiden, wo sich auch die Achsen von Lichtquelle und Detektor schneiden. Der Sockel wird um die Dicke der Probe unterhalb dieses Schnittpunktes angebracht, wodurch die Oberfläche der Probe, d.h. die reflektierende Fläche, richtig eingestellt ist. Die Rotation um die beiden Achsen wird durch zwei kleine Gleichstrom-Servomotoren mittels in horizontalen und vertikalen Schlitzen geführten Nocken bewirkt. Der Lagermechanismus enthält eine Parallelogrammkonstruktion, die einen virtuellen Drehpunkt für die Rotation um die Achse in Vorwärts-Rückwärtsrichtung liefert. Dadurch wird die Lagerung gegenüber dem Sockel vorne und hinten niedriger und man erhält zusätzliche Zugriffsmoglichkeiten und die automatische Behandlung der Proben, wie z.B. die Behandlung einer ganzen Bahn von Proben, die vorne zugeführt und hinten entnommen wird, wird damit möglich.

Der Detektor 64 und seine Wirkungsweise ist schematisch aus den Fign. 5 und 7 zu ersehen. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. beschrieben wurde, enthält der Detektor in vier Quadranten optische Lichtleiter 67, 69, 71 und 73, die um eine Öffnung 75 mit einem Durchmesser von 0,76 nm angeordnet sind, durch die der reflektierte Lichtstrahl auf den Detektor fällt. Wie bereits gesagt wurde, sind die Lichtleiter des Detektors 64 paarweise angeordnet zum Abfühlen der Links-Rechts-Abweichung, d.h. eines Verkaiitens der Probe (optische Licht leiter bündel 71 und 73) und zum Abfühlen einer Aufwärts-Abwärts-Abweichung, d.h. des Einfallwinkels (optischer Lichtleiter 67 und 69). Das außerhalb einer solchen Achse auf das eine oder andere Paar optischer Lichtleiter auffallende Licht wird an paarweise angeordnete Photozellen oder Photodioden 100 und 102 sowie 104 und 106 geleitet, die gegensinnig in Reihe geschaltet sind. Die Photozellen 100 und 102 empfangen das von den optischen Lichtleitern 71 und 73 kommende Licht durch die Leiter 108 und 11O und die Photozellen 104 und 106 empfangen das von den optischen Lichtleitern 67 und 69 kommende Licht durch die Leiter 112 bzw. 114, wodurch jede Art

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des Abweichfehlers durch jedes der beiden Photozellenpaare zwei Fehler spannungen V₁. und V_ erzeugt werden. Das Vorzeichen der Fehlerspannung gibt die Abweichrichtung an, wie z.B. zu weit nach oben oder zu weit nach unten. Die Spannungen V₁ und V» werden in den Verstärkern 111 bzw. 113 verstärkt, deren Ausgangssignale an die Glexchstromservomotoren 116 bzw. 118 angelegt werden, um die reflektierende Oberfläche unter Steuerung dieser Motoren in ihre richtige Ebene zu drehen. Dadurch wird der reflektierte Lichtstrahl 65 so gehalten, daß er durch die öffnung 75 fällt.

In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines Probenhalters gezeigt.

Beim Betrieb des in Fig. 8 gezeigten Probenhalters werden die mit V- und V_ bezeichneten Spannungen an die Anschlüsse 128 und 130 der Motoren 116 bzw. 118 angelegt. Der Motor 116 dreht eine in einem senkrecht verlaufenden länglichen Ausschnitt 124 geführte Nocke 120. Der Motor 118 dreht eine in einem waagrecht verlaufenden, länglichen Ausschnitt 126. geführte Nocke 122. Die Rotation der Nocke 120 bzw. 122 in dem Ausschnitt 124 bzw. bewirkt eine Rotation der Probe 60 um die Achse A₁ bzw. A_, wobei der Schnittpunkt der Achsen A. und A» auf der Oberfläche der Probe 60 genau die Stelle ist, auf die der Lichtstrahl 63 fällt. .

Die Achse A₁ ist eine reelle Achse, die durch die Lager 132 und 134 verläuft und durch diese bestimmt ist. Die Lager sind auf Stützhebeln 136 und 138 befestigt. Die Stützhebel 136 und 138 tragen die Lager 132 und 134 in einer solchen Höhe, daß die Achse A₁ in der Ebene der Oberfläche der Probe 60 verläuft.

Die Achse A₂ ist eine virtuelle Achse, die in genau derselben Ebene verläuft wie die Achse A₁ und rechtwinklig zu ihr steht. Die Achse A₁ wird auf folgende Weise gebildet. Zwei an der Grundplatte 143 befestigte Lagerblöcke 140 und 142 sind mit je-

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wells zwei Lagern 144 und 146 sowie 148 und 150 ausgerüstet, die senkrecht übereinander paarweise angeordnet sind. Diese Lagerpaare tragen und gestatten eine parallele Rotation zweier nominell waagrechter Armpaare 152 und 154. Die Armpaare 152 und 154 wiederum sind durch Lager 156 mit vier Laschen 158 verbunden und tragen diese so, daß sie sich kreisförmig um die Lager 144, 146, 148 und 150 drehen, während sie selbst genau senkrecht ausgerichtet bleiben. Demzufolge beschreibt die Bewegung eines Punktes auf den Laschen 158 einen Kreisbogen, dessen Mitte in der Höhe des oberen Endes der Lasche 158 auf der senkrechten Linie liegt, die Achsen der Lager 144, 146, 148 und 150 miteinander verbindet, wenn die waagrechten Arme 152 in der richtigen horizontalen Lage stehen.

Die Lager 160 sind auf jeder der Laschen 158 in Höhe der Oberfläche der Probe 60 angeordnet. Die Stützhebel 136 und 138 und ihre entsprechenden Lager 132 und 134 sind an den Lagern 160 befestigt. Durch Betätigung des Motors 180 bewegen sich die Lager 132 und 134 durch ihre Befestigung an den Laschen 158 in gleicher Höhe wie die Oberfläche der Probe 60 in Kreisbögen um die Achse A₂, die in der Oberfläche der Probe 60 am Reflexionspunkt des einfallenden Lichtstrahles 63 verlaufen.

Der die Probe 60 und den Sockel 164 tragende Träger 162 ist somit um die zwei sich im Reflexionspunkt schneidenden rechtwinklig zueinander stehenden Achsen A₁ und A„ verschwenkbar.

Für die genaue Einstellung der Probe benötigt man zwei Winkeleinstellungen und man muß eine Beschränkung in der Höhe hinnehmen. Die Einstellung erfolgt dann automatisch auf folgende Weise.

Die Oberfläche der Probe wird auf eine von zwei Arten auf den Schnittpunkt der Achse der Lichtquelle und der Achse des Detektors gelegt.

1. Der Halter kann nichteinstellbar sein und dann liegt die YO 972 101 409884/131 1

Oberfläche des Sockels um die Dicke der zu messenden Probe unterhalb der gewünschten Höhe.

2. Die Einstellung kann mit einem geeigneten Höhenanzeiger von Hand vorgenommen werden, wenn Proben wesentlich unterschiedlicher Dicke zu messen sind. Andererseits kann man die Höheneinstellung außer acht lassen und aus der Kenntnis der Dicke der Probe die resultierende Änderung,·d.h. den unterschiedlichen Einfallswinkel, bei der Analyse der Messung berücksichtigen. Jede Kombination dieser beiden Lösungsmöglichkeiten kann entsprechend der jeweiligen Anwendung ebenfalls gewählt werden.

Zur Winkeleinstellung dreht man die Probe in zwei Richtungen und zentriert den reflektierten Lichtstrahl auf die Öffnung des Detektors 64. Die Drehung erfolgt automatisch durch die zwei Gleichstromservomotoren, die durch die verstärkten Fehlerspan- ■ nungen V. und V_ gespeist werden. Die Motoren sind mit solcher Polarität angeschlossen, daß der reflektierte Strahl zur Mitte der Öffnung gelenkt wird, wenn er außerhalb dieser Mitte liegt. Durch die Punktblende 18 erhält der Strahl kreisförmigen Querschnitt. Die Brechungswirkung dieser Blende erzeugt außerdem ein kreissymmetrisches Muster des Lichtes außerhalb der Achse. Wenn der Mittelteil des Strahles also auf die Öffnung des Detektors 64 zentriert ist, fallen gleichgroße Mengen außerhalb der Achse liegenden Lichtes auf die optischen Lichtleiter in den einzelnen Quadranten. Damit wird die Fehlerspannung zu Null, die Gleichstromservomotoren halten an und halten damit die Probe in der richtigen Lage.

Die Genauigkeit, mit der eine reflektierende Oberfläche ausgerichtet werden kann, soll nunmehr betrachtet werden. In diesem Zusammenhang sei angenommen, daß die Oberfläche der Probe irgendwie in die richtige Höhe gebracht wurde. Weiterhin sei angenommen, daß die Mitte des reflektierten Strahles auf irgendeine Stelle in der Öffnung des Detektors 64 ausgerichtet werden kann. Die mögliche Gesamtabweichung (άφ) des Einfallswinkels beträgt

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dann s/2r Bogengrade/ wobei s der Durchmesser der Öffnung des Detektors und r der Abstand vom Reflexionspunkt bis zur öffnung ist. Wenn s z.B. gleich 0,76 mm und r gleich 45,72 cm gewählt wird, dann ist άφ 0,005° + O,025°. Betrachtet man weiter die Möglichkeit der Neigung oder des Verkantens, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 6 gezeigt wurde, so beträgt die größtmögliche Neigung unter denselben Bedingungen s/(2r cos$) Bogengrade, wobei φ der Einfallswinkel ist. Mit denselben Werten für r und s und 70° für φ ergeben sich 0,15° oder + 0,075° als maximale Neigung der Probe. Es wurde festgestellt, daß die Mitte des Strahles sehr dicht bei der Mitte der öffnung liegt, wenn der Strahl zentriert ist, wegen des auf die optischen Fasern auftreffenden, gebrochenen Lichtes. Es wird daher geschätzt, daß die Winkelabweichungen deswegen um den Faktor 2 oder 3 kleiner sind als die oben für den ungünstigsten Fall genannten Werte. Für die Werte r = 45,72 cm, s = 0,76 mn und φ = 70 ist also der Einfallswinkel bis auf + 0,01 genau und die Neigung der Probe wird innerhalb von + O,O3° von Null gehalten. Kleinere Toleranzen erhält man entsprechend durch Erhöhung des Abstandes r vom Detektor 64.

Wenn angenommen wird, daß die reflektierende Oberfläche nicht in der richtigen Höhe steht, sondern nur die Höhe bekannt ist, dann sei z.B. angenommen, daß in einer Position die Oberfläche einen Abstand h über dem Schnittpunkt der Achse der Lichtquelle und der Detektorachse aufweist. Der reflektierte Strahl liegt dann zu hoch, wenn der Einfallswinkel seinen angenommenen Wert der Hälfte des Winkels zwischen der festen Achse der Lichtquelle und der Detektorachse hat. Das System zentriert den reflektierten Strahl noch, die Probe wird jedoch gedreht, bis der Strahl durch die öffnung des Detektors fällt. Der Einfallswinkel hat sich jedoch um einen Betrag άφ geändert, der gegeben ist durch

Bogengrade,

worin r und h in denselben Längeneinheiten ausgedrückt sind Wenn also eine gemessene Probe um einen bekannten Betrag zu

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dick oder zu dünn ist, kann ein neuer Einfallswinkel errechnet und in der Analyse benutzt werden. Wenn r z.B. 45,72 cm ist, φ 70° und h etwa 2,54 mm, so beträgt die Änderung άφ des Einfallwinkels 0,30 . Innerhalb der durch den Detektor gegebenen Grenzen kann der Einfallswinkel auf diese Weise absichtlich variiert werden. Z.B. kann man einen Satz von Meßblöcken für diese Änderung unter die Probe legen.

Es wurde festgestellt, daß man zum Ausrichten des reflektierten Lichtstrahles auf eine zentrierte Position mit dem erfindungsgemäßen Ausrichtsystem weniger als eine Sekunde benötigt. Das System kann vorteilhaft mit ziemlich intensiven Lichtquellen, wie 1 mw He Ne-Laser oder mit weniger intensiven Lichtquellen mit größerer Verstärkung und Lichtabschirmung benutzt werden.

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Claims

243052

PATENTANSPRÜCHE

Automatisch arbeitendes Eilipsometer zum Messen der Eigenschaften einer in einer Einfallsebene eines Lichtstrahls liegenden Probe, dadurch gekennzeichnet, daß eine monochromatische Lichtquelle (10), die einen einfallenden Lichtstrahl zur Reflexion von der Oberfläche der Probe (20) abgibt, sowie ein erster unter einem vorbestimmten Winkel gegen die Einfallsebene gedrehter Polarisator (12) und ein zweiter in der Bahn des reflektierten Lichtstrahls angeordneter Polarisator (26) und eine dahinterliegende lichtempfindliche Vorrichtung (28) vorgesehen sind, die ein von der Intensität des reflektierten Lichtstrahls abhängiges elektrisches Ausgangssignal abzugeben in der Lage ist,

daß ferner ein Winkelcodierer (30) dem zweiten Polarisator (26) zugeordnet ist, der für jede Umdrehung des Polarisators (26) erste und jeweils für vorbestimmte Bruchteile einer solchen Umdrehung zweite Ausgangsimpulse abzugeben vermag,

daß ferner ein Analog/Digitalwandler (32) vorgesehen ist, der mit einem Ausgang (33) des Winkelcodierers (30) zur Abnahme der zweiten Impulse der photoempfindlichen Vorrichtung verbunden ist, und daß ein Datenanalysator (38) mit dem Ausgang des A/D-Wandlers (32) und dem zweiten Ausgang (31) des Winkelcodierers (30) zur Abnahme der ersten Impulse verbunden ist.
2. Eilipsometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bahn des einfallenden Lichtstrahls (21) zwischen dem Polarisator (12) und der Probe (20) eine Viertelwellenplatte (14) eingefügt ist.
3. Eilipsometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ^{Y0 972 101} 409884/1311

daß der erste Polarisator (12) in verschiedene vorbestimmten diskrete Winkelpositionen zur Einfallsebene einstellbar ist.
4. Eilipsometer nach Anspruch 3-, dadurch gekennzeichnet, daß diese Winkel 0°, 12°, 45° und 90° betragen.
5. Eilipsometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Normalbetrieb der Winkel 45° beträgt.
6. Eilipsometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Polarisator (12) in verschiedene vorbestimmte erste Winkelpositionen zur Einfallsebene und die Viertelwellenplatte (14) in verschiedene zweite diskrete Winkelposxtxonen in bezug auf die Einfallsebene einstellbar sind.
7. Eilipsometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten vorbestimmten diskreten Winkel 0 , 12°, 45° und 90° betragen.
8. Eilipsometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ι beträgt.

daß der erste Winkel 12° und der zweite Winkel 90°
9. Eilipsometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bahn des einfallenden Lichtstrahls zwischen dem ersten Polarisator (12) und der Probe (20) eine einen Punkt definierende Blende (18) angeordnet ist, die unter einem vorbestimmten Winkel zur Einfallsebene angebracht ist.
10. Ellipsometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als monochromatische Lichtquelle eine kollimierte Laser-Lichtquelle benutzt wird.

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11. Eilipsometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein He Ne-Laser ist.
12. Eilipsometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als photoempfindliche Vorrichtung (28) eine Photovervielfacherröhre benutzt ist.
13. Eilipsometer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite rotierende Polarisator (26) von einer Welle angetrieben wird, auf der auch der Winkelcodierer

(30) angebracht ist.
14. Eilipsometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der während einer Umdrehung erzeugten zweiten Impulse 2ⁿ mit η = 7 bis η = 1O beträgt.
15. Eilipsometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenanalysator (38) eine Datenverarbeitungsanlage enthält, die eine numerische Fourieranalyse der von dem A/D-Wandler kommenden Signale durchzuführen vermag.
16. Eilipsometer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine automatisch ausrichtbare Probenhalterung (61), die um zwei horizontale, senkrecht zueinander verlaufende, im Auftreffpunkt des Lichtstrahls sich schneidende Achsen drehbar ist, und durch eine im Verlauf des reflektierten Strahls angeordnete Vorrichtung (64) zur Feststellung von Strahlabweichungen.
17. Ellipsometer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (64) zur Feststellung von Strahlabweichungen zwischen dem Polarisator (26) und der lichtempfindlichen Vorrichtung (28) angeordnet ist.
18. Elllpsometer nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (64) zur Feststel-

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lung von Strahlabweichungen aus vier in je einem Quadranten angeordneten, eine zentrale Apertur definierenden, mit je einem lichtempfindlichen Element (100, 102, 104, 106) verbundenen Glasfaserbündeln (67, 69, 71, 73) besteht, wobei ein erstes Paar auf einer Diagonale liegender Bündel zur Feststellung seitlicher Abweichungen und ein zweites Paar auf der anderen Diagonale liegender Bündel zur Feststellung von Winkelabweichungen des reflektierten Strahls dient, und daß die elektrischen Ausgänge der lichtempfindlichen Elemente zwei die Bewegung der Probenhalterung (.61) bewirkende Elektromotoren (116, 118) steuern.

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