ЛАЗЕРНЫЙ ЭЛЛИПСОМЕТР

Заявленная полезная модель относится к эллипсометрам, - к приборам для контроля качества материалов и структур на основе диэлектриков, полупроводников и металлов.
Известны эллипсометры (Патент РФ 2302623, опубликовано 10.07.2007), содержащие осветитель, поляризатор, два измерительных (фазовый и амплитудный) оптически не связанных между собой параллельных канала, причем указанные элементы оптически связаны с возможностью подачи светового пучка от осветителя к поляризатору, от поляризатора - на исследуемый образец и далее на измерительные каналы; эллипсометр снабжен размещенным в первом, фазовом, измерительном канале светоразделяющим элементом, отрезающим в фазовый канал часть отраженного поверхностью образца светового пучка и выполняющим при этом одновременно функцию ахроматического фазосдвигающего элемента.
Однако этот эллипсометр не может контролировать эллипсометрические параметры тонких прозрачных образцов, у которых лицевая сторона является полированной, а обратная сторона является шлифованной (например - образцы сапфира или образцы кремния на сапфире с тонким слоем кремния и обратной стороной со шлифованной поверхностью), так как шлифованная поверхность создает значительные помехи при измерении эллипсометрических параметров на полированной стороне.
Прототипом настоящей полезной модели является лазерный эллипсометр типа ЛЭМ-2 (ГОСТ 5.2105-73), содержащий последовательно расположенные лазер, применяющийся в качестве источника излучения; первую четвертьволновую пластину, включенную с возможностью создания света с круговой поляризацией, поляризатор; вторую четвертьволновую пластину; столик для размещения образца на его поверхности, анализатор и устройство для фиксации луча лазера, расположенное после анализатора. Луч лазера после второй четвертьволновой пластины падает на образец под заданным углом, а отраженный от расположенного на столике образца луч лазера после анализатора попадает на устройство фиксации луча лазера, в качестве которого может быть использован экран для визуального наблюдения. Эллипсометры подобного типа являются «нуль-эллипсометрами», в которых эллипсометрические параметры определяются по лимбам поляризатора и анализатора при «гашении» луча лазера, попадающего на устройство фиксации отраженного от поверхности образца луча лазера.
Недостатком прототипа является возможность ошибочных измерений тонких прозрачных образцов, лицевая поверхность которых является полированной, а обратная поверхность является шлифованной из-за того, что отраженные от шлифованной стороны лучи не позволяют осуществить полное гашение отраженного света.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности полного гашения луча лазера, попадающего на устройство фиксации луча лазера при измерении прозрачных пластин, у которых лицевая сторона является полированной, а обратная сторона является шлифованной.
Поставленный технический результат реализуется таким образом, что конструкция лазерного эллипсометра, содержащая последовательно расположенные лазер, первую четвертьволновую пластину, поляризатор; вторую четвертьволновую пластину; столик для размещения образца на его поверхности, анализатор и экран для визуального наблюдения попадающего на экран лазерного излучения содержит дополнительно устройство, позволяющее изменять расстояние между анализатором и устройством фиксации луча лазера, а столик для размещения образца имеет отверстие, препятствующее попаданию на экран для визуального наблюдения света лазера, отраженного от поверхности столика.
На фиг.1 представлена полезная модель эллипсометра по настоящей заявке. Здесь 1 - лазер, применяющийся в качестве источника излучения; 2 - первая четвертьволновая пластина; 3 - поляризатор; 4 - вторая четвертьволновая пластина; 5 - измеряемый образец (в конструкции эллипсометра отсутствует); 6 - анализатор; 7 - экран для визуального наблюдения отраженного от образца луча лазера, 8 - устройство, позволяющее изменять расстояние от анализатора до экрана для визуального наблюдения отраженного от образца луча лазера, устанавливаемого на расстоянии Х от анализатора, причем расстояние Х может изменяться вплоть до 1,5 м, 9 - столик для размещения образца с отверстием 10, препятствующим попаданию на экран 7 луча лазера, отраженного от поверхности столика 9.
При испытании прототипа эллипсометра (типа ЛЭМ-2) при измерении таких образцов, как пластины сапфира с полированной лицевой поверхностью и обратной шлифованной поверхностью или КНС-структуры с малой толщиной слоя кремния (порядка 0,3 мкм), нанесенные на пластины сапфира с обратной шлифованной поверхностью, наблюдаемый на экране луч не гасится полностью из-за влияния рассеянного света от обратной поверхности измеряемого образца. Кроме того, луч лазера, прошедший через прозрачный или полупрозрачный образец, отражается от поверхности столика, на котором расположен образец, и препятствует полному погасанию луча, отраженного от образца. При увеличении расстояния Х наблюдаемый на экране луч от лицевой поверхности измеряемого образца можно погасить полностью, луч, прошедший через прозрачный или полупрозрачный образец при создании отверстия в столике, на который устанавливается образец, вообще не попадает на экран для визуального наблюдения отраженного от образца луча лазера.
Опытным путем было установлено, что при расстоянии от экрана для визуального наблюдения до поверхности анализатора, равном 1,5 м, в частности, для всех прозрачных или полупрозрачных образцов с обратной шлифованной поверхностью визуально наблюдалось полное гашение луча.
Таким образом, элементами новизны полезной модели по сравнению с прототипом является включение в конструкцию эллипсометра устройства, позволяющего изменять расстояние от анализатора до экрана для визуального наблюдения отраженного от образца луча лазера, а также - наличие отверстия на столике для размещения образца, препятствующего попаданию на экран света, отраженного от поверхности столика.