ЭЛЛИПСОМЕТР

Изобретение относится к технике оптико-физических измерений, а именно к эллипсометрии, и предназначено для исследования при неразрушающем контроле оптических параметров поверхности и слоев тонких пленок.
Известен двухканальный эллипсометр (Henty D.N., Jerrard H.G.А universal
ellipsometer - Surf.Sci.,1976,v.56,p. 170-181) в котором одновременно измеряются азимут поляризации и фазовый сдвиг в разных каналах. Эллипсометр содержит источник монохроматического излучения (влючающий лампу с монохроматором), поляризатор, делитель светового пучка, разделяющий излучение, отраженное от образца на фазовый измерителный канал, снабженный четвертьволновым фазосдвигающим устройством, компенсационной и модуляционной ячейками Фарадея, анализатором и фотоприемником, и амплитудный измерительный канал, включающий компенсационную ячейку, расположенную между поляризатором и образцом, модуляционную ячейку, анализатор и фотоприемник. В данном эллипсометре изменение эллиптичности и азимута света, отраженного от образца, компенсируется изменением токов на компенсационных ячейках Фарадея фазового и амплитудного каналов до достижения нуль-сигналов с фотоприемников. При этом величины токов на компенсацонных ячейках, пропорциональные величинам эллиптичности и азимута, выводятся на считывающее устройство.
Недостатками данного эллипсометра являются сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества рабочих элементов и бодыяая потребляемая мощность вследствие использования магнитооптических ячеек Фарадея.
Известен эллипсометр (Авт. Свидетельство N 1495648, МПК:О01 J4/04, опубл. БюJs. №27 от 23.07.89 г.), построенный по балансной двухкадяальной схеме, содержащий источник монохроматического излучения (влючающий лампу с монохроматором), поляризатор, призму полного внутреннего отражения, разделяющую излучение, отраженное от поверхности образца, на фазовый измерительный канал, снабженный компенсатором, анализатором, модулятором и фотоприемным устройством, и амплитудный измерительный канал, снабженный анализатором, модулятором и фотоприемным устройством. В данной схеме вращением поляризатора и анализатора
амплитудного канала компенсируют изменение эллипсометрических параметров и по их азимутальному положению при условии баланса сигналов от ортогональнополяризованных пучков вычисляют эти параметры.
Недостатком такого эллипсометра яляется низкое быстродействие, которое в данном случае определяется преимущественно временем на поворот поляризатора и анализатора до достижения условия баланса, а также сложность конструктивного исполнения, требующего использования в приборе поворотных устройств с шаговыми приводами, датчиков угловых перемещений, а также блока модуляции сигнала.
Технический результат изобретения - повышение быстродействия измерений и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в эллипсометре, содержащим источник монохроматического из;гучения, поляризатор, призму полного внутреннего отражения, разделяющую излучение, отраженное от образца на фазовый измерительный канал, снабженный компенсатором, анализатором и фотоприемным устройством и амплитудный измерительный канал, снабженный анализатором и фотоприемным устройством, поляризатор, компенсатор и анализаторы имеют фиксированные положения, при этом ортогонально-поляризованные , выделенные двулучепрелоляющими поляризационными призмами, падают непосредственно на фоточувствительные площадки двухплощадных приемников излучения, создавая электрические сигналы. По этим сигналам вычисляются эллипсометрические параметры образца. Быстродействие в этом случае определяется скоростью съема и обработки сигналов. Конструкция эллипсометра также существенно упрощается, в связи с отсутствием вращения поляризационных элементов, измерения угловых положений, а также модуляции сигналов.
Оптическая схема эллипсометра приведена на фиг5фе.
№лучение от источника монохроматического света 1, линейно поляризованное призмой 2, отражается от поверхности исследуемого образца 3. Призма полного внутреннего отражения 4 разделяет отраженный пучек на два измерительных канала. В фазовом измерительном канале п)ек проходит компенсатор 5 и падает на двулучепреломляющую по.ляризационную призму 6. В амплитудном измерительном канале пучек падает на двулучепреломляющую поляризационную призму 7. В каждом из измерительных каналов падающий световой пучок расщепляется двулучепреломляющими поляризационными призмами на два ортогонально
Л/lPJ f
поляризованных луча. Эти лучи засвечивают фоточувствительные площадки двухплощадного фото приемника 8 в фазовом измерительном канале создавая сигналы Ii и Ь , а также аналогичного фотоприемника 9 в амплитудном измерительном канале создавая сигналы Ii и Ь.
Эллипсометр работает следующим образом. Линейно-поляризованный световой пучек после отражения от поверхности измеряемого образца 3 изменяет состояние поляризации и становится, в общем случае, эллиптически поляризованным.. Параметры поляризации в данном приборе вычисляют непосредственно измеряя интенсивности ортогонально поляризованных световых пучков , Ь, Ii и Ь выделенных двулучепреломляющими призмами 6 и 7. При этом в процессе измерения поляризационные элементы имеют фиксированные угловые положения относительно плоскости падения света: поляризатор 45°, компенсатор 45°, анализаторы 0°.
По измеренным величинам Ii, Ь, Ii и Ь вычисляют эллипсометрические параметры образца из следующих формул: параметр А sin Д  (Ii параметр |/
cos(2M/)  ()/(Ii + l2)(2)
При этом скорость измерения эллипсометрических параметров, зависящая только от скорости съема и обработки сигналов, достигает порядка микросекунды и менее, в зависимости от параметров электроники. С другой стороны, отсутствие в эллипсометре вращающихся элементов и систем модуляции сигналов существенно упрощает конструкцию эллипсомегра. l2)/(Ii + Ь) sin (2м/)(1)