Многолучевой интерференционный эллипсометр

(71) Киевский ордарственный унивчанко(прототнп). юл. У 1 свидетельство СССРИ 21/45, 1980,идетельство СССР1 Н 21/45, 1980 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЕ ИЭОБР МУ СВИДЕТЕЛЬС ГВ ена Ленина госурситет им. Т.Г.Шев(54) (57) ИНОГОЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЦЙ ЭЛЛИПСОИЕТР, содержащийодночастотный лазер и расположенныепоследовательно по ходу излученияоптическую развязку с поляризатором,согласующую линзу, оптическийперестраиваемый интерферометр сисследуемым объектом, двулучепреломляющую призму и два фотоприемника, а также подключенные к фотоприемникам блоки обработки сигналови формирователь интервалов времени,о т л н ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измере" ннй, в него дополнительно введеныодночастотный перестраиваемый лазерс оптической развязкой и поляризатором, светосмеситель, установленный между оптической развязкой исогласующей линзой в точке пересечения оптических осей лазеров, дополнительные поляризатор и фотоприемник, установленные последовательнопо ходу излучения и оптически сясвязанные с лазерами через светосмеситель, электронный ключ, подключенный к дополнительному фотоприемнику, измеритель частоты, подключенный к электронному ключу, ипреобразователь интервал времени -напряжение, вход которого подключенк формирователю интервалов времени,а выход - к электронному ключу иодночастотному перестраиваемомулазеру, причем поляризаторы оптических развязок и дополнительный поляризатор установлены так, что оптические оси поляризаторов оптических развязок взаимно ортогональны,а оптическая ось дополнительногополяризатора ориентирована одуглом к ним, 1 1574Изобретение относится к устройствам для измерения оптической аниэотропии и может быть использовано для прецизионных измерений амплитудной и фазовой анизотропии высоко- отражающих покрытий. Известен эллипсометр, содержащий источник монохроматического излучения на двух длинах волн с ортогональными поляризациями, изотропный светоделитель, два поляризатора, два фотоприемника. Оптическое излучение преобразуют в электрические сигналы и определяют фазовую анизотропию по разности фаз двумя электрическими сигналами разностной частоты, выделяемыми на выходе каждого каьала Г 11 .Недостатком эллипсометра является невозможность проведения измерений амплитудной аниэотропии.Известен также многолучевой интерференционный зллипсометр, содержащий одночастотный лазер и25 расположенные последовательно по ходу излучения оптическую развязку с поляризатором, согласующую линзу, оптический перестраиваемый интерферометр с исследуемым объектом, двулучепреломляющую призму и два фото 30 приемника, а также подключенные к фотоприемнику блоки обработки сигналов и Формирователь интервалов времени 12 .Недостатком известного устройст- З 5 ва является малая точность измерений, связанная с преобразованием амплитудной и фазовой аниэотропии в интервалы времени, точность измерения которых ограничивается нелинейностью 4 О перестройки во времени длины оптического интерферометра, стабильностью и абсолютной величиной частоты эталона физического измерения времени. 45Цель изобретения - повышение точности измерения путем преобразования оптической аниэотропии в частоту,Поставленная цель достигается тем, что в многолучевой интерференционный 50 эллипсометр, содержащий одночастотный лазер и расположенные последовательно по ходу излучения оптическую развязку с поляризатором, согласующую линзу, оптический перестраивае мый интерферометр с исследуемым объектом, двулучепреломляющую призму и два фотоприемника, а также подклю 16ченные к фотоприемникам блоки обработки сигналов и формирователь интервалов времени, дополнительно введеныодночастотный перестраиваемый лазерс оптической развязкой и поляризатором, светосмеситель, установленныймежду оптической развязкой и согласующей линзой в точке пересеченияоптических осей лазеров, дополнительные поляризатор и фотоприемник,установленные последовательно походу излучения и оптически связанныес лазерами через светосмеситель,электронный ключ, подключенный кдополнительному фотоприемнику,измеритель частоты, подключенныйк электронному ключу, и преобразователь интервал времени - напряжение,вход которого подключен к формирователю интервалов времени, а выходк электронному ключу и одночастотному перестраиваемому лазеру, причем поляризаторы оптических развязоки дополнительный поляризатор установлены так, что оптические осиполяризаторов оптических развязоквзаимно ортогональны, а оптическаяось дополнительного поляризатораориентирована под углом к ним.На чертеже, изображена принципиальная схема предлагаемого устройства,Устройство содержит одночастотныйлазер 1, оптическую развязку, состоящую из поляризатора 2 и невэаимногофарадеевского вращателя 3, поляризатор 4, перестраиваемый одночастотный лазер 5 и соответствующую ему оптическую развязку, состоящую из поляризатора 6 и фарадеевского вращателя 7,.поляризатор 8, светосмеситель 9, согласующую линзу 1 О, оптический перестраиваемый интерферометр, состоящий из входного зеркала11, исследуемого объекта зеркало) 12 и выходного зеркала 13, котороеукреплено на пьезокерамике 14, соединенной с генератором 15 пилообразного напряжения, двулучепреломляющую призму 16, фотоприемники 17 и 18, блоки 19 и 20 обработки сигналов, формирователь 21 интервалов времени электронный ключ 22, измеритель 23 частоты, преобразователь 24 интервал времени - напряжение, . поляризатор 25 и фотоприемник 26.Устройство работает следующим образом.3 1157Излучение от лазерови 5 смеши-вается на светосмесителе 9 и поступает в интерферометр, образованный зеркалами 1 - 13. Оптические развязки предназначены для устранения влияния отраженного сигнала от зеркала 1 на работу лазеров. Поляризаторы 8 и 4 ориентированы относительно поляризаторов 6 и 2 соответственно под углом 45 . Фарадеевские 16 вращатели поворачивают плоскость поляризации излучения на 45. Лазеры 1 и 5 и их оптические развязки ориентированы так, что излучение от лазера 1 при падении на светосмеситель 9 поляризовано перпендикулярно плоскости интерферометра 1 5-поляризации), а от лазера 5 - параллельно плоскости интерферометра Р-поляризация). Поляризатор 25 ориентирован так, что на фотоприемник 26 прохо" дит излучение от обоих лазеровЛинза 10 предназначена для согласования мод лазеров и интерферометра. Прн подаче пилообразного напряжения от генератора 15 на пьезокерамику .14 оптическая длина интерферометра изменяется по пилообразному закону. При совпадении собственной частоты оптического интерферометра с частотой лазера фотоприемник регистрирует импульс, соответствующий по форме аппаратной функции интерферометра. Направление смещения частоты зависит от направления смещения зеркала 13. Между выходным зеркалом 13 и фото" 35 приемниками 17 и 18 расположена двулучепреломляющая призма 16, производящая разделение ортогональных р - и Я-поляризаций, В блоках 19 и 20 производится обработка регистрнруе мого сигнала, а в блоке 21 - форми рование прямоугольных импульсов, передний фронт которых соответствует максимуму интерференционных импульсов, а длительность пропорциональна 43 4 б 4 ширине интерференционного импульсана половине интенсивности. При совпадении частот излучения лазеров (% = 2 )интерференционные импульсы разных поляризаций смещены во времени один относительно другого. ЕслиФ Ф, то при некотором значении Ф и Я интервал времени между импульсами (Ю становится равным. нулю. Тогда разность частот излучения лаверов О =становится равной разности частот ортогональных поляризаций интерферометра. Плавно изменяя разность частот между лазерамии 5 с помощью формирователя 21, интервалов времени, фиксируется момент, когда В =О. В этом случае сигнал с выхода преобразователя 24 интервал времени- напряжение также равен нулю, и открывается электронный ключ 22. Сигнал разностной частоты й поступаетс фотоприемника 26 на измеритель 23 частоты. Для автоматизации измерений перестраиваемый лазер 5 соеди. нен с формирователем 21 интервалов времени через преобразователь 24 интервал времени - напряжение. ПриО происходит перестройка частоты лазера до тех пор, пока Ч не становится равным нулю. Электронный ключ открывается только в момент, когдаО. Амплитудную аннзотропию измеряют путем регистрации интервалов времени между точками перехода через ноль вторых производных аппаратных функций.Эспериментальная проверка показала, что погрешность измерения предлагаемым устройством определяется в основном нелинейностью сканирования длины интерферометра. Устройство позволяет преобразовать оптическую аниэотропию в частоту и благодаря этому повысить точность измерения по сравнению с известным устройством в 1 О раэ.1157416 оставитель Г,Коломейц екред И,Пароцай ктор М. Пожо Редактор О,ЮрковЗаказ 3359/41ВНИИПИ к Подписи Тираж 897Государствеинбго комитета СССам изобретений и открытийИосква Ж, Раушская наб.,по 1130