Спектральный эллипсометр

136947где 1, - интенсивность излучения, падающего на образец;Р, А - азимуты поляризатора и ана" 1 г лизатора соответственно;К , Е - коэффициенты отражения пор 3интенсивности излучения,поляризованного в плоскостипадения и перпендикулярно ей, 20 соответственно.8 М, , л - эллипсометрическиепараметры Изобретение относится к поляриэационной оптике и может использовать"ся при исследованиях в физике, электронике, электрохимии, медицине,биологиии и в различных отраслях промьлвенности,Целью изобретения являются повьппение точности и чувствительности эллипсометрических измерений и упрощение обработки данных.На фиг.изображен эллипсометр,на фиг. 2 - вид по стрелке А; на фиг.3 - вид по стрелке Б.Спектральный эллипсометр содержитдвойной призменный монохроматор 1,зеркальную систему 2 формированияслабосходящегося пучка излучения (уголсходимости пучка 0,5 ), диафрагму3 с двумя отверстиями, делящую пучокизлучения на верхний и нижний пучкис заданной формой сечения, обтюратор4. Зеркала 5, 6 расположенные под4углом 45 к падающему на них излучению, и две отражающие пластины 7, 8., 25иэ кремния, установленные под углом75 к падающему на них излучению(близким к углу Брюстгра), составляют поляризатор отражательного типа,эффективно работающих в спектральной 30области 0,5-106 мкм. Зеркала 9, 10и пластины 11, 12 из кремния расположены аналогично соответствующим зеркалам и пластинам в поляризаторе 13 и.служат для поляризации нижнего пучка излучения. За 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 образом,Слабосходящийся монохроматическийпучок излучения делится диафрагмой 453 с двумя отверстиями 19 и 20 на верхний В и нижний Г пучки,Пучки В и Г проходят одинаковыеоптические пути при отражениях от зеркал 5, 6 и пластин 7, 8 и зеркал 9, 101 О и пластин 11, 12 соответственно.Конструкция обеспечивает возможностьизменения азимутов линейной поляриэа"цин пучков В н Г. После отражения отисследуемого участка образца пучки Ви Г проходят анализатор 15, фпкусирующую систему 16 н регистрйруютсяфотоприемниками 17, связанными с сис"темой регистрации и обработки данных 18, Обтюратор 4 прерывает пучки В и Гс частотой 340 Гц.Зависимость интенсивности сигнала на фотоприемнике от азимута анализатора А описывается формулой 1 1 (зь.п Рад п А К +совф Рсоз А Кз+ о 8+ 0,581 п 2 Р з 1 п 2 АКНсоз),Один иэ вариантов эллипсометричес"ких измерений следующий,При калибровке эллипсометра с помощью анализатора в положении напросвет (беэ образца) устанавливаютазимуты пучков В и Г. Нужное из соображений повышения чувствительностиизмерений соотношение интенсивностейа пучков В и Г устанавливается либоослаблением одного иэ пучков, либоизменением азимута дополнительногополяризатора перед диафрагмой. Приэтом а точно определяется по азимутуанализатора, при котором интенсивности прерываемых обтюратором пучковВ и Г на фотоприемнике равны. Устанавливая образец под углом Ч к падающему излучению и поворачивая плечоапалиэатора с фотоприемниками на угол2 Ч, регистрируют величины сигналов нафотоприемнике 1,в 1 , соответствующиемоментам, когда открыты пучки В и .Изменяя азимут анализатора, определяют азимуты Л, и Л, соответствующиеравенству Е, и 1. Используя условие1,1и формулу (1), легко получитьпростые выражения, связывающие АиА с эллипсометрическими параметрамиИ Ю.В другом варианте измерений наспектральном эллипсометре система 2,формирования пучка излучения перестраивается так, что пучки В и Г строг.коллимированы. Тогда они падают наразличные участки образца н вариантизмерений можно цазвать двухлучевьм,При этом обтюратор может последовательно прерывать пучки либо прц применении двух фотоприемников включен 5ных по балансовой схеме, когда пучкиВ и Г падают на отдельные фотоприемники, может быть выведен из пучка.В первом случае оба пучка сводятсяна один фотоприемник, и измерения аца 10логичны описанным. При измерениях безобтюратора азимуты анализатора, соответствующие равенству интенсивностейпучков, падающих на различные фотоприемники, определяются точно иэ-за су" 15щественного подавления шумов.В конструкции спектрального эллцпсометра не используются дисперсиоцные светоделительные элементы, и всеэлементы отражательные, Деление пуч- р 11ка на верхний и нижний пучки диафрагмой, их последовательное переключение с Частотой 340 Гц и формированиедвух линейно поляризованных пучков сазимутами Р и Р 1 позволяет повыситьточность и чувствительность эллипсометрических измерений и существенноупростить приемно-регистрирующую систему и алгоритм обработки данных.Так как для определения А и Лтребуется только наблюдение равенства двух интенсивных сигналов, ане их фотометрирование, снимаютсяжесткие требования к линейности ц стабилизации дрейфа приемно-регистрирую 35щей системы и, следовательно поышается точность и стабильность эллипсометрических измерений и упрощаетсяприемно-регистрирующая система. Разность сигналов 1, и 1 изменяется сазимутом анализатора вблизи положений баланса А, и А быстрее, чемсигналы 1, и 1 следовательно, чул-ствигельность измерений вьппе, чем лэллипсометрии с вращающимся анализа 45тором,/Отсутствие быстро вращаюппхся оптических элементов и возможцость строгого учета ошибок, связанных с цецдеальностью поляризатора и ацалцздторапри двух фиксированных азимутах поля 50риэацни Р. и Р исключение оп 1 Гкиз-за девиации пучка цри вращенииполяризатора и поляриэаццоццой ччствительности фотоприемника тлкъе позволяет увеличить точность и чутцительность эллипсометрцческцх зм ре -ний. Измерения с переключениемцмутов Р, и Рреалцэовлццье цл цл л;а гаемом с цектр,ш цом ллцлс ометрепозолчт оысцт. о ноценс сигнал/ /шум, и, следовательно, точцост, и чув - с т амтел ьцос ть эпЗиис оно т 1 ичкосИх цэ -мереццй по срацеццн 1 с летодлц эллцпсометрии с вращающимс 1 поллрцзатором или анализатором, в которых отношение времени иэмереций (выборок) прц дискретных положениях азимута анализатора к интервалам между выборками мало.В используемых способах определяются непосредственно Л, ц А по простым формулам, следующим иэ (1) ц з, Следовательцо алгоритм измерений заметно проще, чем алгоритм обработки методом Фурье анализаЦелью эллипсомет рцческих измерений является определение параметров исследуемых образцов, поэтому можно беэ промежуточных операций определения и д определять эти параметры по Ли Л. Измерения с быстрым переключением пучков позволяет исключить и нестабильность источников излучения,Формула ц з о б р е т е н и яСпектрдльцы эллипсометр, содержа. щий последовательно расположенные вдоль оптической оси моцохроматор, систему формирования слабо сходящегося пучка излучения и поляризатор, а также анализатор, фотоприемцик и систему регистрацц и обработки данных, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьплецця точностл и чувствительности эллипсометрических измерений и упрощения обработки даццьх он дополнительно содержит последовательно установленные по ходу пучка излучения после системы Формирования слабо сходящегося пучка излучения диафрагму с двумя отверстиями ц обтюратор, а также второй поляризатор, каждый из поляризаторов оптчески связан с соответствующим отверстием в диафрагме и установлен с возможностью вращения вокруг цаправлецця падающего на поляризатор излучения, причем каждый из поляризаторов вылозцец в виде последовательно устал 1 л ццых и оптически связанных двух прллпельцых зеркал с металлическим покр,ем ц двух отражающих пластин полуи о 1 1 дццкового материала, устацолсцьь под углом Брюстера к падаю;пему цлучеццю,