SU1160810A1 - Ellipsometer - Google Patents

Ellipsometer Download PDF

Info

Publication number
SU1160810A1
SU1160810A1 SU833582196A SU3582196A SU1160810A1 SU 1160810 A1 SU1160810 A1 SU 1160810A1 SU 833582196 A SU833582196 A SU 833582196A SU 3582196 A SU3582196 A SU 3582196A SU 1160810 A1 SU1160810 A1 SU 1160810A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
ellipsometer
analyzer
beams
polarizer
radiation
Prior art date
Application number
SU833582196A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
V I Kovalev
M I Elinson
P I Perov
Original Assignee
Inst Radiotekh Elektron
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Radiotekh Elektron filed Critical Inst Radiotekh Elektron
Priority to SU833582196A priority Critical patent/SU1160810A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1160810A1 publication Critical patent/SU1160810A1/en

Links

Description

Изобретение относится к оптическим поляризационным приборам и может быть использовано для экспрессного бесконтактного определения физических параметров (толщины слоев, показателей преломления и поглощения, концентрации свободных носителей заряда, степени шероховатости поверхностей твердых тел, глубины нарушенного при обработке слоя, двулучепреломления, концентрации растворов и т.д.) твердых ,и жидких материалов в различных отраслях промышленности, например оптическом приборостроении, микроэлектронике, оптоэлектронике и пищевой промышленности,The invention relates to optical polarization devices and can be used for express non-contact determination of physical parameters (layer thickness, refractive index and absorption, free carrier concentration, degree of roughness of solid surfaces, depth of the layer damaged during processing, birefringence, concentration of solutions, etc. .) solid and liquid materials in various industries, such as optical instrument making, microelectronics, optoelectronics and food processing industry,

Известны ненулевыеэллипсометры, содержащие расположенные последовательно источник монохроматическогоNon-zero ellipsometers are known that contain consecutive monochromatic sources

коллимированного излучения, поляризатор, образец, анализатор, приемно-регистрирующую систему, и нулевые эллипсометры, в которых между поляризатором и анализатором дополнительно устанавливается 'Д/4 - пластинка (компенсатор) и определяются азимуты поляризатора и анализатора, соответствующие гашению света анализатора. .collimated radiation, a polarizer, a sample, an analyzer, a receiving-recording system, and zero ellipsometers, in which the A / 4-plate (compensator) is additionally installed between the polarizer and the analyzer and the azimuths of the polarizer and analyzer are determined to correspond to the light of the analyzer. .

Ненулевые промышленные эллипсометры с ручным управлением имеют низкую точность, а в нулевых промышленных эллипсометрах с ручным управлением требуются измерения по крайней мере в двух зонах, что ведет к значительным затратам времени (2-3 мин).Non-zero industrial ellipsometers with manual control have low accuracy, and in zero industrial ellipsometers with manual control measurements are required in at least two zones, which leads to a significant investment of time (2-3 minutes).

Наиболее близким к предложенному эллипсометру является эллипсометр, содержащий источник монохроматичес1160810 А1The closest to the proposed ellipsometer is an ellipsometer containing a monochromatic source1160810 A1

3 1160810 43 1160810 4

кого коллимированного излучения и расположенные последовательно по ходу луча поляризатор, установленный с возможностью вращения, анализатор и приемно-регистрирующую систему. ίcollimated radiation and a polarizer arranged in turn along the beam, mounted for rotation, an analyzer and a receiving-recording system. ί

Однако данный эллипсометр обладает низкой скоростью измерений и малым отношением сигнал/шум.However, this ellipsometer has a low measurement speed and a small signal-to-noise ratio.

Целью изобретения является увеличение скорости измерений и величины отношения сигнал/шум.The aim of the invention is to increase the measurement speed and the value of the signal-to-noise ratio.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в эллипсометре5 содержащем источник монохроматического излучения и расположенные последовательно по ходу луча поляризатор, установленный с возможностью вращения, анализатор и приемно-регистрирующую систему, между поляризатором и анализатором установлены с возможностью одновременного вращения элемент разделения поляризованных лучей, амплитудный модулятор и элемент объединения лучей, причем элементы 2 разделения и объединения лучей снаб- * жены жестко соединенными с ними пьезоэлектрическими модуляторами *This goal is achieved due to the fact that in an ellipsometer 5 containing a source of monochromatic radiation and a polarizer arranged in rotation along the beam, an analyzer and a receiving-recording system, the polarization beam separation element, an amplitude modulator and an element of combining rays, and the elements 2 of splitting and combining rays are equipped with a piezoelectric element rigidly connected to them conventional modulators *

На чертеже схематически изображен предлагаемый эллипсометр (вариант)/The drawing shows schematically the proposed ellipsometer (option) /

Эллипсометр содержит источник 1 коллимированного монохроматического излучения (лазер ЛГ-126, обеспечивающий излучение с длинами волн 0,63, 1,15 и 3,39 мкм), поляризатор 2, элементы 3, 4 разделения поляризованных пучков, элементы 5, 6 объединения пучков, аналогичные элементам разделения пучков, амплитудный модулятор (например механический обтюрзтор 7), фазовый модулятор (например пьезокерамический модулятор 8 ППК-1), экран 9, держатель образца 10, анализатор 11, фотоприемники 12 (кремниевый и германиевый фотодиоды, фо- ζ тосопротивление РЬТе), усилители 13, регистрирующий прибор 14, Поляризатор и анализатор отражательного типа содержат по две отражающие механически полированные кремниевые е пластины (легированный кремний КЗС0,01), установленные под углом 75° (вблизи угла Брюстера) и обеспечивающие высокую степень поляризации в указанном рабочем спектральном диа- с пазоне сThe ellipsometer contains a source of 1 collimated monochromatic radiation (LG-126 laser providing radiation with a wavelength of 0.63, 1.15 and 3.39 μm), a polarizer 2, elements 3, 4 of the separation of polarized beams, elements similar separation beams amplitude modulator (e.g. mechanical obtyurztor 7), a phase modulator (e.g. piezoceramic modulator 8 PEP-1), the screen 9, the sample holder 10, the analyzer 11, photodetectors 12 (silicon and germanium photodiodes, fo- ζ tosoprotivlenie PbTe) , amplifiers 13, p gistriruyuschy device 14, the reflection type polarizer and analyzer comprise two reflective mechanically polished silicon wafer f (doped silicon KZS0,01) installed at an angle of 75 ° (near the Brewster angle), and providing a high degree of polarization in the working spectral dia- with pazone with

Элемент разделения поляризованных пучков содержит прозрачную делительную пластину (плавленный кварц,The polarized beam separation element contains a transparent dividing plate (fused quartz,

СаР, Ζηδβ, либо слои пленок с высоким показателем преломления на подложках с низким показателем преломления) и полированные пластины из легированного кремния, расположенные параллельно друг другу под углом . Брюстера к падающему излучению.CaP, Ζηδβ, or layers of films with a high refractive index on substrates with a low refractive index) and polished plates of doped silicon arranged parallel to each other at an angle. Brewster to the incident radiation.

Механический обтюратор 7 прерывает с частотой 300 Гц поочередно разделенные в пространстве поляризованные пум ки А, Б и В (фиг.1). Модулятор 8 обеспечивает сдвиг по синусоидальному закону элементов 4 и 6 в направлении, перпендикулярном направлению пучка, падающего на образец 10,The mechanical obturator 7 interrupts, with a frequency of 300 Hz, polarized beads A, B, and C alternately separated in space (figure 1). The modulator 8 provides a sinusoidal shift of the elements 4 and 6 in the direction perpendicular to the direction of the beam incident on the sample 10,

Эллипсометр работает следующим обра зом.The ellipsometer works as follows.

Монохроматический коллимированный пучок излучения от источника 1 проходит через поляризатор 2 и поступает на элемент разделения пучков. Элемент 3 (фиг.1) делит пучок излучения на пучки А, Б и В. Пучок А отражается от кремниевых элементов 4 и 6, установленных на модуляторе 8 под углом 76 к падающему излучению и далее отражается от прозрачного элемента 5, аналогичного элементу 3, Пучки Б и В проходят элемент 5 и совмещаются с пучком А, Равенство оптических путей пучков А и Б достигается выбором толщины прозрачного элемента и расстояние между элементами 3 и 4 (5 и 6),A monochromatic collimated beam of radiation from the source 1 passes through the polarizer 2 and enters the beam separation element. Element 3 (figure 1) divides the radiation beam into beams A, B and B. Bundle A is reflected from silicon elements 4 and 6 installed on the modulator 8 at an angle of 76 to the incident radiation and then reflected from transparent element 5, similar to element 3, Beams B and C pass through element 5 and are combined with beam A, the equality of the optical paths of beams A and B is achieved by choosing the thickness of the transparent element and the distance between elements 3 and 4 (5 and 6),

Один из вариантов измерения эллипсометрических параметров ψΜ Δ следующий.One of the options for measuring ellipsometric parameters ψΜ Δ is as follows.

При калибровке эллипсометра с помощью анализатора определяется соотношение интенсивностей пучков А, Б и В и их состояние поляризации в положении "На просвет" (без образца).When calibrating an ellipsometer, the analyzer determines the ratio of the intensities of the beams A, B and C and their polarization state in the "To the Light" position (without a sample).

При этом напряжение на модуляторе 8The voltage on the modulator 8

5 равно нулю, а обтюратор прерывает пучки А, Б и В с частотой 300 Гц, Нужное для повышения точности соотношения интенсивностей пучков устанавливают поворотом поляризатора 2 5 is equal to zero, and the obturator interrupts beams A, B, and B with a frequency of 300 Hz. The ratio of the intensities of the beams needed to increase the accuracy is set by turning the polarizer 2

θ и связанных вместе элементов разделения и объединения пучков. В частном случае пучки А, Б и В линейно поляризованы.θ and related together elements of the separation and unification of the beams. In the particular case, beams A, B, and C are linearly polarized.

Устанавливая образец под углом к падающему излучению, регистрируютSetting the sample at an angle to the incident radiation, register

5 величины сигналов на фотоприемникё Ι,ι, Ι^ и 1э в моменты, когда на образец падают пучки А, Б и В(| соответственно с азимутами линейной поляри5 5 magnitudes of the signals on the photoreceiver Ι, ι, Ι ^ and 1 e at the moments when beams A, B and C fall on the sample (| respectively with azimuths of the linear polari

11608101160810

66

*зации οί, , (Уг и ϊ По значениям* sions οί,, (Ug and ϊ by values

I,, Ι^, Ι-,,, ος,Οί^, (Хэ и фиксированного при измерениях азимута анализатора /3, определяют эллипсометричес- 5I ,, Ι ^, Ι - ,,, ος, Οί ^, (He and the analyzer's azimuth, fixed when measuring, / 3, are determined by the ellipsometric 5

кие параметры & и ср.cue parameters & cf.

Второй вариант измерений»The second measurement option "

В этом варианте пучок В перекрывается, а пучки А и Б прерываются механическим обтюратором так, что на 10 образец с частотой прерывания падает либо пучок А, либо Б, либо пучок, получающийся в моменты, когда открыты оба пучка А и Б (пучок Г). При этом подается напряжение на модуля- 15 тор 8 и устанавливается нужное состояние поляризации пучка Г. Как и в предыдущем варианте с помощью анали- затора определяется соотношение интенсивностей пучков А, Б и Г и их сос- ’О тояния поляризации в положении "На просвет". Этот вариант имеет большую чувствительность при измерениях ср и & очень тонких пленок, если устанавливается циркулярная поляризация 25 пучка Г. Вариант измерений с фазовой модуляцией состояния поляризации.In this embodiment, beam B overlaps, and beams A and B are interrupted by a mechanical obturator so that by 10 the sample with the interruption frequency drops either beam A or B or the beam produced at the moments when both beams A and B are open . In this case, the voltage is applied to the modulator-15 torus 8 and the desired polarization state of the beam H is set. As in the previous version, the analyzer determines the ratio of the intensities of the beams A, B and D and their state- ". This option has a greater sensitivity in measuring φ and и very thin films if circular polarization 25 of the beam is established. Measurement variant with phase modulation of the polarization state.

В этом варианте эллипсометрических измерений механический обтюратор останавливается, причем открыты оба 30 пучка А и Б. Азимуты ортогональных поляризаций пучков А и Б οί| = 45° и -45°. Азимут анализатора 11In this version of the ellipsometric measurement, the mechanical obturator stops, with both 30 beams A and B open. The azimuths of the orthogonal polarizations of the beams A and B οί | = 45 ° and -45 °. Azimuth Analyzer 11

β, = -45°. В такой конфигурации ιβ, = -45 °. In this configuration ι

' осуществляется высокочастотное 35'carried high 35

смещение элементов 4 и 6 с помощью модулятора 8 Постоянное смещение на пьезокерамике позволяет точно установить начальную фазу колебаний. Поворотом поляризатора 2 устанавливается 40· точное равенство пучков А и Б по интенсивности в положении "На просвет" при вращающемся обтюраторе» Измеряются гармонические составляющие сигнала с фотоприемника с помощью селектив-45 ного усилителя* *displacement of elements 4 and 6 with the help of modulator 8 A constant displacement on piezoceramics allows the initial phase of oscillations to be precisely determined. Turning polarizer 2 sets 40 · exact equality of beams A and B in intensity in the "To the light" position with a rotating obturator. "Harmonic components of the signal from the photodetector are measured using a selective amplifier 45 * * *

Отношение сигнал/шум при измерениях на предлагаемом эллипсометре в 10-30 раз выше, чем в измерениях на известном эллипсометре, вследствие существенного уменьшения скважности измерительных интервалов времени.The signal-to-noise ratio, when measured on the proposed ellipsometer, is 10-30 times higher than in measurements on a known ellipsometer, due to a significant decrease in the duty cycle of the measurement intervals.

В качестве базового объекта сравнения выбирают серийно выпускаемый эллипсометр с ручным управлением Э-3. Промышленность не выпускает автоматических ненулевых эллипсометров» Основные параметры прибора следующие: ошибка в измерении поляризационных углов Ср й А по воспроизводимости составляет 0,1-0,15 , ошибка в определении абсолютных величин и А больше 0,2 , время измерения и й. больше 10 с,As the basic object of comparison, choose a commercially available ellipsometer with manual control e-3. The industry does not produce automatic non-zero ellipsometers. ”The main parameters of the instrument are as follows: the error in measuring the polarization angles Cp À A with reproducibility is 0.1–0.15, the error in determining absolute values and A is greater than 0.2, the measurement time and nd. more than 10 s

Скорость измерений на предлагаемом эллипсометре на три порядка выше, а отношение сигнал/шум на порядок выше, чем в базовом, эллипсометре Э-3, вследствие более эффективного исключения нестабильности мощности источника излучения и приемнорегистрирующего тракта при скоростных измерениях на предлагаемом эллипсометре.The measurement speed on the proposed ellipsometer is three orders of magnitude higher, and the signal-to-noise ratio is an order of magnitude higher than in the base ellipsometer E-3, due to the more effective elimination of the instability of the power of the radiation source and the reception-recording path in the high-speed measurements on the proposed ellipsometer.

Более высокое отношение сигнал/Higher signal ratio /

/шум позволяет эффективно использовать предлагаемый эллипсометр для измере’" ния ср и Δ на локальных участках размерами до 10x10 мкм2 и при измерениях в вакуумной УФ и ИК областях спектра со слабыми источниками излучения и недостаточно эффективными фотоприемниками.noise makes it possible to effectively use the proposed ellipsometer for measuring cp and Δ in local areas up to 10x10 µm 2 and when measuring in vacuum UV and IR spectral regions with weak radiation sources and insufficiently effective photodetectors.

Существенное увеличение скорости измерений позволяет эффективно исследовать кинетику физических явлений на поверхности твердых и жидких тел и контролировать параметры, например слоистых структур в процессе их изготовления.A significant increase in the measurement speed makes it possible to effectively investigate the kinetics of physical phenomena on the surface of solid and liquid bodies and to control parameters, for example, layered structures in the process of their manufacture.

11608101160810

Claims (1)

ЭЛЛИПСОМЕТР, содержащий источник монохроматического колли2ELLIPSOMETER containing a source of monochromatic collie2 мированного излучения и расположенные последовательно по ходу луча поляризатор, установленный с возможностью вращения, анализатор и при( емно-регистрирующую систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости измерений и величины отношения сигнал/шум между поляризатором и анализатором установлены с возможностью одновременного вращения элемент разделения поляризованных лучей, амплитудный модулятор и элемент объединения лучей, причем элементы разделения и объединения лучей снабжены жестко соединенными с ними пьезоэлектрическими модуляторами.A polarizer mounted for rotation, an analyzer and a (registering system, characterized in that, in order to increase the measurement speed and the signal-to-noise ratio between the polarizer and the analyzer, the element polarized beam separation, an amplitude modulator and a beam combining element, the beam splitting and combining elements being equipped with piezoelectric elements that are rigidly connected to them kimi modulators. (L
SU833582196A 1983-04-20 1983-04-20 Ellipsometer SU1160810A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833582196A SU1160810A1 (en) 1983-04-20 1983-04-20 Ellipsometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833582196A SU1160810A1 (en) 1983-04-20 1983-04-20 Ellipsometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1160810A1 true SU1160810A1 (en) 1992-01-23

Family

ID=21060140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833582196A SU1160810A1 (en) 1983-04-20 1983-04-20 Ellipsometer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1160810A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6734967B1 (en) 1995-01-19 2004-05-11 Kla-Tencor Technologies Corporation Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6734967B1 (en) 1995-01-19 2004-05-11 Kla-Tencor Technologies Corporation Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0632256B1 (en) Micropolarimeter, microsensor system and method of characterizing thin films
US4298283A (en) Interferometric measuring method
US6515746B2 (en) Thin film optical measurement system and method with calibrating ellipsometer
US4908508A (en) Process and apparatus for determining thicknesses of layers
EP0397388A2 (en) Method and apparatus for measuring thickness of thin films
EP0150945A3 (en) Method and apparatus for measuring properties of thin materials
EP0396409A2 (en) High resolution ellipsometric apparatus
JPS6339842B2 (en)
CA2463768A1 (en) Accuracy calibration of birefringence measurement systems
KR20010090592A (en) Evaluation of optically anisotropic structure
SU1160810A1 (en) Ellipsometer
US4932780A (en) Interferometer
Jerrard A high precision photoelectric ellipsometer
US3967902A (en) Method and apparatus for investigating the conformation of optically active molecules by measuring parameters associated with their luminescence
WO1994011722A1 (en) Reflection-free ellipsometry measurement apparatus and method for small sample cells
Smith An automated scanning ellipsometer
SU1695145A1 (en) Ellipsometer
RU2102700C1 (en) Two-beam interferometer for measuring of refractive index of isotropic and anisotropic materials
Birich et al. Precision laser spectropolarimetry
JP2654366B2 (en) Micro polarimeter and micro polarimeter system
SU1100541A1 (en) Refractometer
Monin et al. A new and high precision achromatic ellipsometer: a two-channel and polarization rotator method
Goldstein et al. Measurement of small birefringence in sapphire and quartz plates
JP2568653B2 (en) Ellipsometer
Nee et al. Simple high-precision extinction method for measuring refractive index of transparent materials