Спектральный эллипсометр
Изобретение относится к поляризационной оптике и может использоваться в эллипсометрии. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности эллипсометрических измерений и упрощение обработки данных. Спектральный эллипсометр содержит монохроматор 1, на выходе которого помещена система формирования слабосходящегося пучка излучения 2. Диафрагма 3 делиз этот пучок на два пучка, которые поочередно перекрываются с помощью обтюратора 4 . На пути одного из пучков расположен отражательный поляризатор , образованный зеркалами 5 и 6 и полупроводниковыми пластинами 7 nS. Аналогично выполнены поляризатор, установленный на пути второго пучка, и анализатор 15. Поляризаторы установлены с возможностью вращения вокруг направления падающего на них излучения. После анализатора 15 установлены фокус сирующая система 16, фотоприемники 17 и система обработки данных 18. 3 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„! 36947i
А1 (51) 5 G 01 J 4/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4030830/25 (22) 28 ° 02.86 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (7 1) Институт радиотехники н электроники АН СССР (72) В.И. Ковалев (53) 535.8(088.8) (56) Surface Science, 1983, v. 135, У 1-3, р. 353-373 °
Applied Optics, 1975, v. 14, Ф 1 р. 220-228. (54) СПЕКТРАЛЬНЫЙ ЭЛЛИПСОМЕТР (57) Изобретение относится к поляризацнонной оптике н мохет использоваться в зллипсометрии. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности эллипсометрических измерений н упрощение обработки данных.
Спектральный эллипс ометр содержит монохроматор 1, на выходе которого помещена система формирования слабосходящегося пучка излучения 2. Диафрагма
3 делит этот пучок на два пучка, которые поочередно перЕкрываются с помощью обтюратора 4. На пути одного из пучков расположен отражательный поляризатор, образованный зеркалами 5 и 6 и полупроводниковыми пластинами 7 и 8, Аналогично выполнены поляризатор, установленный на пути второго пучка, и анализатор 15. Поляризаторы установлены с возмохностью вращения вокруг направления падающего на инх излучения. После анализатора 15 установлены фоку- д сирующая система 16, фотоприемники 17 и система обработки данных 18. 3 ил.
13694 7!
18. Обтюратор 4 прерывает пучки В и Г .с частотой 340 Гц, Ъ
Зависимость интенсивности сигнала где Е, — интенсивность излучения, падающего на образец;
Р, А — азимуты поляризатора и ана"
1r лизатора соответственно;
R, R — коэффициенты отражения по интенсивности излучения, поляризованного в плоскости падения и перпендикулярно ей, 20 соответственно. g М $ Q,b — эллипсометрические параметры
Изобретение относится к поляриэационной оптике и может использовать" ся при исследованиях в физике, электронике, электрохимии, медицине, биологиии и в различных отраслях промьшшенности.
Целью изобретения являются повышение точности и чувствительности эллипсометрических измерений и упроще- 10 ние обработки данных.
На фиг. изображен эллипсометр, на фиг. 2 — вид по стрелке А; на фиг.
3 - вид по стрелке Б.
Спектральный эллипсометр содержит двойной призменный монохроматор 1, зеркальную систему 2 формирования слабосходящегося пучка излучения (угол сходимости пучка 0,5 ), диафрагму
3 с двумя отверстиями, делящую пучок излучения на верхний и нижний пучки с заданной формой сечения, обтюратор
4. Зеркала 5, 6> расположенные под
4 углом 45 к падающему на них излучению, и две отражающие пластины 7, 8: 25 иэ кремния, установленные под углом
75 к падающему на них излучению (близким к углу Брюстера), составляют поляризатор отражательного типа, эффективно работающих в спектральной 30 области 0,5-10 6 мкм. Зеркала 9, 10 и пластины 11, 12 из кремния расположены аналогично соответствующим зеркалам и пластинам в поляризаторе 13 и .служат для поляризации нижнего пуч36 ка излучения. 3а образцом 14 расположены анализатор 15, аналогичный поляризатору 13 фокусирующая система !Б, фотоприемники 17, связанные с системой !8 регистрации излучения и обработки данных, Эллипсометр работает следующим о6разом, !
Слабосходящийся монохроматический пучок излучения делится диафрагмой 45
3 с двумя отверстиями 19 и 20 на верхний В и нижний Г пучки, Пучки В и Г проходят одинаковые оптические пути при отражениях от зеркал 5, 6 и пластин 7, 8 и зеркал 9, " 0
1О и пластин 11, 12 соответственно.
Конструкция обеспечивает возможность изменения азимутов линейной поляриза-ции пучков В н Г. После отражения от исследуемого участка образца пучки В и Г проходят анализатор 15, фпкусирующую систему 16 и регистрйруются . фотоприемниками 17, связанными с снс" темой регистрации и обработки данных на фотоприемнике от азимута анализатора A описывается формулой (sin Рэ1пг A Rã +cos Pcos A R + о S Р
+ 0Psin2P sin2AfR>Rzcosb), Один иэ вариантов эллипсометрических измерений следующий.
При калибровке эллипсометра с помощью анализатора в полоЖении на просвет (беэ образца) устанавливают азимуты пучков В и Г. Нужное из соображений повышения чувствительности измерений соотношение интенсивностей а пучков В и Г устанавливается либо ослаблением одного иэ пучков, либо изменением азимута дополнительного поляризатора перед диафрагмой. При этом а точно определяется по азимуту анализатора, при котором интенсивности прерываемых обтюратором пучков
В и Г на фотоприемнике равны. Устанавливая образец под углом Ч к падающему излучению и поворачивая плечо апалиэатора с фотоприемниками на угол
29, регистрируют величины сигналов на фотоприемнике I,H I<, соответствующие моментам, когда открыты пучки В и Г.
Изменяя азимут анализатора, определяют азимуты Л, и Л, соответствующие равенству Е, и I>. Используя условие
Е - I и формулу (1), легко получить простые выражения, связывающие А „ и
Aq с эллипсометрическими параметрами и ь.
В другом варианте измерений на спектральном эллипсометре система 2, формирования пучка излучения перестраивается так, что пучки В и Г cTpol коллимированы. Тогда они падают на различные участки образца н вариант
1 1694 71 измерений можно I При этом обтюратор может послед» на— тельно прерывать пучки либо при применении двух фотоприемников нк!»очен5 ных по балансовой схеме, когда пучки В и Г падают на отдельные фотоприемники, может быть выведен из пучка. В первом случае оба пучка сводятся на один фотоприемник, и измерения ана10 логичны описанным. При измерениях беэ обтюратора азимуты анализатора, соответстнующие равенству интенсивностей пучков, падающих на различные фотоприемники, определяются точно иэ-зл су" щественного подавления шумов. В конструкции спектрального эллипсометра не используются дисперсионные светоделительные элементы, и r I точность и чувствительность эллипсометрических измерений и существенно упростить приемно-регистрирующую систему и алгоритм обработки данных ° Так как для определения А и Л 1 требуется только наблюдение равенства двух интенсивных сигналов, а не их фотометрирование, снимаются :кесткие требонания к линейности н стабилизации дрейфа приемно-регистрирую35 щей системы и, следовательно> rloll Отсутствие быстро вращаюпп<хся оптических элементов и нозможность строгого учета ошибок, связанных с I 1 из-за девиации пучка цри вращении поляризатора и поляриэационной чч«ствительности фотоприемника Tax<>e «с эволяет увеличить точность и чустнптельность эллипсометрическ»х «зм в<в ний. Измерения с переключенн<.м л <»мутон P и Р1 > реал»зон-.»lll»le «л <ц < д:<лглемом с«ектр,VII «< м ><<л«<<с-»метре, пîз«опччт повысить nтн<1«<е«I /п<уь<, и, следователь«о > To
С ТБИТЕЛ ЬНО< ТЬ ЭЛ!IНПС <1»< TРИЧE С КI<Х I<З— мерений по сравнению с методa< В используемых способах определяются непосредственно Л, и А Ilo простым формулам, следующим иэ (1),<< и,!. Следовательно> алгоритм измерений элметно проще, чем ллгоригм обработки методом Фурье анализа ° Целью эллипсомет рических измерений является определение параметров исследуемых образцов, поэтому можно беэ промежуточных операций определения << и д определять эти плрамегры по Л, и Л 1. Измерения с быстрым переключением пучков поэ<<оляет исключить и нестабильность источников излучения. Формул а и з о б р е т е н и я Спектрлльный эллипсометр, содержащий последовательно расположенные вдоль оп1ической оси монохромлтор, систему формирования слабо сходящегося пучка излучения и поляризатор, а также анализатор, фотоприемник и систему регистра»>!« и обработки данных, отличающийся тем, что, с целью поньпления точностл и чувствительности эллипсометрических измерений и упрощения обработки да«нь<х, он дополнительно содержит последовательно установленные па ходу пучка излучения после системы формирования слабо сходящегося пучка излучения диафрагму с двумя отверст«ямп и обтюрлтор, а также второй поляризатор, каждый из поляризаторов опт«чески связан с соответствующим отверстием в диафрагме и установлен с возможностью вращения вокруг напранлецня падающего на поляризатор нзлуче<н<я, причем каждый из поляризаторов вы»олнен н виде последовательно установя III Фиг.Р Составитель В. Рандоакин Техред М.Ходанич Корректор В. Гирняк Редактор О. Стенина Заказ 4663 Тираж 303 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, $-35, Рауаская наб., д, 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
