Многолучевой интерференционный эллипсометр

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (}9) (11}

4(5}} G 01 Н 21 45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ й.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1!, ;,.

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3679712/24-25 (22) 26.12.83 (46) 23.05.85. Бюл. N 19 (72) Д.Д.Пилипко (71) Киевский ордена Ленина государственный университет им. Т.Г.Шевченко (53) 535.24(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 749188, кл, G О) И 21/45, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

В 753269, кл. G 01 N 21/45, 1980 (прототип). (54) (57) ИНОГОЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЦЙ ЭЛЛИПСОИЕТР, содержащий одночастотный лазер и расположеннь}е последовательно по ходу излучения оптическую развязку с поляризатором, согласующую линзу, оптический перестраиваемый интерферометр с исследуемым объектом, двулучепреломляющую призму и два фотоприемника, а также подключенные к фотоприемникам блоки обработки сигналов и формирователь интервалов времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измереЪ ний, в него дополнительно введены одночастотный перестраиваемый лазер с оптической развязкой и поляризатором, светосмеситель, установленный между оптической развязкой и согласующей линзой в точке пересечения оптических осей лазеров, дополнительные поляризатор и фотоприемник, установленные последовательно по ходу излучения и оптически ся связанные с лазерами через светосмеситель, электронный ключ, подключенный к дополнительному фотоприемнику, измеритель частоты, подключенный к электронному ключу, и преобразователь интервал времени — напряжение, вход которого подключен к формирователю интервалов времени, а выход — к электронному ключу и одночастотному перестраиваемому лазеру, причем поляризаторы оптических развязок и дополнительный поляризатор установлены так, что оптические оси поляризаторов оптических развязок взаимно ортогональны, а оптическая ось дополнительного поляризатора ориентирована *од углом к ним.

1 11574

Изобретение относится к устройствам для измерения оптической аниэотропии и может быть использовано для прецизионных измерений амплитудной и фазовой анизотропии высокоотражающих покрытий.

Известен эллипсометр, содержащий источник монохроматического излучения на двух длинах волн с ортогональными поляризациями, изотропный светоделитель, два поляризатора, psa фотоприемника. Оптическое излучение преобразуют в электрические сигналы и определяют фазовую анизотропию по разности фаз двумя электрическими сигналами разностной частоты, выделяемыми на выходе каждого каьала Pl) .

Недостатком эллипсометра является невозможность проведения измерений амплитудной аниэотропии.

Известен также многолучевой интерференционный зллипсометр, содержащий одночастотный лазер и

25 расположенные последовательно по ходу излучения оптическую развязку с поляризатором, согласующую линзу, оптический перестраиваемый интерферометр с исследуемым объектом, двулучепреломляющую призму и два фото30 приемника, а также подключенные к фотоприемнику блоки обработки сигналов и формирователь интервалов времени f2) .

Недостатком известного устройст- З5 ва является малая точность измерений, связанная с преобразованием амплитудной и фазовой аниэотропии в интервалы времени, точность измерения которых ограничивается нелинейностью « перестройки во времени длины оптического интерферометра, стабильностью и абсолютной величиной частоты эталона физического измерения времени. 45

Цель 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 последова.тельно по ходу излучения оптическую развязку с поляризатором, согласующую линзу, оптический перестраивае- 55 мый интерферометр с исследуемым объектом, двулучепреломляющую призму и два фотоприемника, а также подклю16 2 ченные к фотоприемникам блоки обработки сигналов и формирователь интервалов времени, дополнительно введены одночастотный перестраиваемый лазер с оптической развязкой и поляризатором, светосмеситель, установленный между оптической развязкой и согласующей линзой в точке пересечения оптических осей лазеров, дополнительные поляризатор и фотоприемник, установленные последовательно по ходу излучения и оптически связанные с лазерами через светосмеситель, электронный ключ, подключенный к дополнительному фотоприемнику, измеритель частоты, подключенный к 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 развязок и дополнительный поляризатор установлены так, что оптические оси поляризаторов оптических развязок взаимно ортогональны, а оптическая ось дополнительного поляризатора ориентирована под углом к ним.

На чертеже, изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, Устройство содержит одночастотный лазер l, оптическую развязку, состоящую из поляризатора 2 и невэаимного фарадеевского 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 10, оптический перестраиваемый интерферометр, состоящий из входного зеркала

11 исследуемого объекта зеркало)

12 и выходного зеркала 13, которое укреплено 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 l l 57

Излучение от лазеров и 5 смеши- вается на светосмесителе 9 и поступает в интерферометр, образованный зеркалами ll — 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 45О . Фарадеевские !6 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 (5-поляризации), а от лазера 5 — параллельно плоскости интерферометра {P-поляризация). Поляризатор 25 ориентирован так, что на фотоприемник 26 проходит излучение от обоих лазеров °

Линза 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 S-поляризаций. В блоках 19 н 20 производится обработка регистрнруе- 40 мого сигнала, а в блоке 21 — форми рование прямоугольных импульсов, передний фронт которых соответствует максимуму интерференционных импульсов, а длительность пропорциональна 45

416 4 ширине интерференционного импульса на половине интенсивности. При совпадении частот излучения лазеров (%

4z )интерференционные импульсы pasных поляризаций смещены во времени один относительно другого. Если „ Ф Ф, то при некотором значении

Ф и Я интервал времени между импульсами(Ю становится равным нулю. Тогда разность частот излучения лаверов

h4 = < < становится равной разности частот ортогональных поляризаций интерферометра. Плавно изменяя разность частот между лазерами и 5 с помощью формирователя 21, интервалов времени, фиксируется момент, когда

V =О. В этом случае сигнал с выхода преобразователя 24 интервал временинапряжение также равен нулю, и открывается электронный ключ 22. Сигнал разностной частоты D4 поступает с фотоприемника 26 на измеритель

23 частоты. Для автоматизации измерений перестраиваемый лазер 5 соединен с формирователем 21 интервалов времени через преобразователь 24 интервал времени — напряжение. При

" А 0 происходит перестройка частоты лазера до тех пор, пока Ч; не становится равным нулю. Электронный ключ открывается только в момент, когда

О. 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 10 раэ.

1157416

Составитель Г.Коломейцев

Редактор О.Юрковецкая Текред 11Лароцай Корректор M. Пожа

Заказ 3359/41 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква„ Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул . Проектная, 4