RU16314U1 - Эллипсометр - Google Patents

Abstract

Эллипсометр, содержащий источник монохроматического излучения, поляризатор, призму полного внутреннего отражения, разделяющую излучение, отраженное от образца на фазовый измерительный канал, снабженный компенсатором, анализатором и фотоприемным устройством и амплитудный измерительный канал, снабженный анализатором и фотоприемным устройством, отличающийся тем, что поляризатор, компенсатор и анализаторы имеют фиксированные положения, при этом ортогонально-поляризованные пучки, выделенные двулучепреломляющими поляризационными призмами, падают непосредственно на фоточувствительные площадки двухплощадных приемников излучения, создавая электрические сигналы, по которым вычисляют эллипсометрические параметры образца.

Description

Изобретение относится к технике оптико-физических измерений, а именно к эллипсометрии, и предназначено для исследования при неразрушающем контроле оптических параметров поверхности и слоев тонких пленок.

Известен двухканальный эллипсометр (Henty D.N., Jerrard H.G.А universal

ellipsometer - Surf.Sci.,1976,v.56,p. 170-181) в котором одновременно измеряются азимут поляризации и фазовый сдвиг в разных каналах. Эллипсометр содержит источник монохроматического излучения (влючающий лампу с монохроматором), поляризатор, делитель светового пучка, разделяющий излучение, отраженное от образца на фазовый измерителный канал, снабженный четвертьволновым фазосдвигающим устройством, компенсационной и модуляционной ячейками Фарадея, анализатором и фотоприемником, и амплитудный измерительный канал, включающий компенсационную ячейку, расположенную между поляризатором и образцом, модуляционную ячейку, анализатор и фотоприемник. В данном эллипсометре изменение эллиптичности и азимута света, отраженного от образца, компенсируется изменением токов на компенсационных ячейках Фарадея фазового и амплитудного каналов до достижения нуль-сигналов с фотоприемников. При этом величины токов на компенсацонных ячейках, пропорциональные величинам эллиптичности и азимута, выводятся на считывающее устройство.

Недостатками данного эллипсометра являются сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества рабочих элементов и бодыяая потребляемая мощность вследствие использования магнитооптических ячеек Фарадея.

Известен эллипсометр (Авт. Свидетельство N 1495648, МПК:О01 J4/04, опубл. БюJs. №27 от 23.07.89 г.), построенный по балансной двухкадяальной схеме, содержащий источник монохроматического излучения (влючающий лампу с монохроматором), поляризатор, призму полного внутреннего отражения, разделяющую излучение, отраженное от поверхности образца, на фазовый измерительный канал, снабженный компенсатором, анализатором, модулятором и фотоприемным устройством, и амплитудный измерительный канал, снабженный анализатором, модулятором и фотоприемным устройством. В данной схеме вращением поляризатора и анализатора

амплитудного канала компенсируют изменение эллипсометрических параметров и по их азимутальному положению при условии баланса сигналов от ортогональнополяризованных пучков вычисляют эти параметры.

Недостатком такого эллипсометра яляется низкое быстродействие, которое в данном случае определяется преимущественно временем на поворот поляризатора и анализатора до достижения условия баланса, а также сложность конструктивного исполнения, требующего использования в приборе поворотных устройств с шаговыми приводами, датчиков угловых перемещений, а также блока модуляции сигнала.

Технический результат изобретения - повышение быстродействия измерений и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что в эллипсометре, содержащим источник монохроматического из;гучения, поляризатор, призму полного внутреннего отражения, разделяющую излучение, отраженное от образца на фазовый измерительный канал, снабженный компенсатором, анализатором и фотоприемным устройством и амплитудный измерительный канал, снабженный анализатором и фотоприемным устройством, поляризатор, компенсатор и анализаторы имеют фиксированные положения, при этом ортогонально-поляризованные , выделенные двулучепрелоляющими поляризационными призмами, падают непосредственно на фоточувствительные площадки двухплощадных приемников излучения, создавая электрические сигналы. По этим сигналам вычисляются эллипсометрические параметры образца. Быстродействие в этом случае определяется скоростью съема и обработки сигналов. Конструкция эллипсометра также существенно упрощается, в связи с отсутствием вращения поляризационных элементов, измерения угловых положений, а также модуляции сигналов.

Оптическая схема эллипсометра приведена на фиг5фе.

№лучение от источника монохроматического света 1, линейно поляризованное призмой 2, отражается от поверхности исследуемого образца 3. Призма полного внутреннего отражения 4 разделяет отраженный пучек на два измерительных канала. В фазовом измерительном канале п)ек проходит компенсатор 5 и падает на двулучепреломляющую по.ляризационную призму 6. В амплитудном измерительном канале пучек падает на двулучепреломляющую поляризационную призму 7. В каждом из измерительных каналов падающий световой пучок расщепляется двулучепреломляющими поляризационными призмами на два ортогонально

Л/lPJ f

поляризованных луча. Эти лучи засвечивают фоточувствительные площадки двухплощадного фото приемника 8 в фазовом измерительном канале создавая сигналы Ii и Ь , а также аналогичного фотоприемника 9 в амплитудном измерительном канале создавая сигналы Ii и Ь.

Эллипсометр работает следующим образом. Линейно-поляризованный световой пучек после отражения от поверхности измеряемого образца 3 изменяет состояние поляризации и становится, в общем случае, эллиптически поляризованным.. Параметры поляризации в данном приборе вычисляют непосредственно измеряя интенсивности ортогонально поляризованных световых пучков , Ь, Ii и Ь выделенных двулучепреломляющими призмами 6 и 7. При этом в процессе измерения поляризационные элементы имеют фиксированные угловые положения относительно плоскости падения света: поляризатор 45°, компенсатор 45°, анализаторы 0°.

По измеренным величинам Ii, Ь, Ii и Ь вычисляют эллипсометрические параметры образца из следующих формул: параметр А sin Д (Ii параметр |/

cos(2M/) ()/(Ii + l2)(2)

При этом скорость измерения эллипсометрических параметров, зависящая только от скорости съема и обработки сигналов, достигает порядка микросекунды и менее, в зависимости от параметров электроники. С другой стороны, отсутствие в эллипсометре вращающихся элементов и систем модуляции сигналов существенно упрощает конструкцию эллипсомегра. l2)/(Ii + Ь) sin (2м/)(1)

Claims (1)

1. Эллипсометр, содержащий источник монохроматического излучения, поляризатор, призму полного внутреннего отражения, разделяющую излучение, отраженное от образца на фазовый измерительный канал, снабженный компенсатором, анализатором и фотоприемным устройством и амплитудный измерительный канал, снабженный анализатором и фотоприемным устройством, отличающийся тем, что поляризатор, компенсатор и анализаторы имеют фиксированные положения, при этом ортогонально-поляризованные пучки, выделенные двулучепреломляющими поляризационными призмами, падают непосредственно на фоточувствительные площадки двухплощадных приемников излучения, создавая электрические сигналы, по которым вычисляют эллипсометрические параметры образца.