Спектроэллипсометр

 

Изобретение относится к исследованиям химических и физических свойств веществ с помощью оптических поляризационных методов и может использоваться для определения оптических постоянных исследуемых материалов, параметров тонких пленок на различных подложках. Целью изобретения является расширение спектрального диапазона измерений при повышении чувствительности, упрощение конструкции и уменьшение потребляемой мощности спектроэллипсоида. Для этого анализаторы фазового и амплитудного измерительных каналов, разделяющие световое излучение в каждом канале на два ортогонально-поляризованных световых пучка, объединены в единые блоки с механическими модуляторами, обеспечивающими 100%-ную противофазную модуляцию этих пучков, с последующим их совмещением на приемной площадке фотоприемного устройства соответствующего канала. Спектроэллипсометр может найти применение в качестве измерительного прибора в оптической и полупроводниковой технологии. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (594 G01 J4 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4235335/24-25 (22) 02.02.87 (46) 23.07.89. Бюл. № 27 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро специальной электроники и аналитического приборостроения (72) С. В. Рыхлицкий, В. К. Соколов и В. Н. Федоринин (53) 535.511 (088.8) (56) Matheson С. С., Wright J. G. А high

precision, polychroma tic, automatic el lipsorn«ter. — Surf. Sci, v. 56, р. 196 — 211.

Henty D. iV., Jerrard Н. G. А universal ellipsometer. — Surf. Sci. ч. 56, р. 170—

181. (54) СПЕКТРОЭЛЛИПСОМЕТР (57) Изобретение относится к исследованиям химических и физических свойств веществ с помощью оптических поляризационных методов и может использоваться для

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ с помощью оптических методов путем измерения состояния поляризации излучения, отраженного от исследуемого объекта, и может быть использовано для определения параметров тонких пленок на различных подложках и оптических постоянных исследуемых материалов.

Целью изобретения является расширение спектрального диапазона измерений при повышении чувствительности эллипсометра, упрощение конструкции и уменьшение потребляемой мощности.

На чертеже приведена оптическая схема спектроэллипсометра.

Излучение от лампы 1 с помощью линзы 2 проецируется на входную щель монохроматора 3, далее монохроматическое изÄÄSUÄÄ 1495648 А1

2 определения оптических постоянных исследуемых материалов, параметров тонких пленок на различных подложках. Целью изобретения является расширение спектрального диапазона измерений при повышении чувствительности, упрощение конструкции и уменьшение потребл яемой мощности спектроэлл и псоида. Для этого анализаторы фазового и амплитудного измерительных каналов, разделяющие световое излучение в каждом канале на два ортогонально-поляризованных световых пучка, объединены в единые блоки с механическими модуляторами, обеспечивающими 10000 -ную противофазную модуляцию этих пучков, с последующим их совмещением на приемной площадке фотоприемного устройства соответствующего канала.

Спектроэллипсометр может найти применение в качестве измерительного прибора в оптической и полупроводниковой технологии.

1 ил. лучение, выделяемое монохроматором, распространяется через линзу 4 и поляризатор 5. Линза 4 проецирует изображение выходной щели монохроматора в плоскость установки образца 6. Излучение, отраженное от образца, с помощью поворотной призмы 7 полного внутреннего отражения делится на два измерительных канала. В первом измерительном канале излучение проходит компенсатор 8 и падает на двоякопреломляющую призму 9. Во втором измерительном канале излучение, отраженное от призмы 7, падает на двоякопреломляющую призму 10. После прохождения призмы излучение каждого канала разделяется на два пучка, излучение которых поляризовано линейно и взаимно ортогонально. С помощью линз 11 и 12 в плоскость установки модуляторов 13 и 14 проецируется двойное изображение выходной щели моно1495648

7(>

7(7

71 Ц 75 (.о« I IIIи

1 (.(ак><>р I I. 1><и>к<>и;1 Гскрс,(И. 13(!>««K(>I)I)(I T;>I>:).,(I(»i <) 1>a

1 > > < 3<) I è();I>I(466 !охиисиоо

l3lll llll11! 1 и«) «ар(ill«я>осг:I II() иаобр< 1(ииям и открытия(1 lII KIIT (:(:(.Р

113();)и, .Чо«кi<;I, iK;3;>, Р(I), Ill«I.(I>I I<(I(>, д. 4/5

Il!>(>ll и<о (сгн(IIII()-иал;)г«.1>,скии ко 1<>illlll «II

,роматора. Линзами 15 и 1b излучениф проецируется на фотоприемники 17 и 18. Падак)щее на модулятор пространственно раздел IIII()(излучение модулируется в противо(1)<1.Ы .

11ринцип работы спектроэллипсометра заключается в установке азимутов ориентации поляризатора 5 и двоякопреломляющих призм 9 и 10 обоих измерительных каналов в такие положения, когда интенсивности пространственно разделенных ортогонально-поляризованных световых пучков в каждом канале равны между собой. При этом в фототоке приемников 17 и 18 отсутствует модуляционная составляющая, а азимуты ориентации поляризатора 5 и двоякопреломляюших призм 9 и 10 удовлетворяют соотношениям

2A! — 90 +А=О; А2=0; Р=)- ) ; гже Л и Ф вЂ” измеряемые эллипсометрические параметры;

А), А — азимуты ориентации двуякопре- 20 ломляюших призм фазового и амплитудных измерительных каналов;

Р— ази мут ориента ции поляризатора. >5

Для сохранения 100о-ной амплитудной противофазной модуляции ортогонально-поляризованных световых пучков в каждом канале при изменении азимутов ориентации дноякопреломляю(цих призм 9 и 10 анализаторы и модуляторы выполнены в виде блоков, представляющих собой поляризационныс двоякопрсломляюшие призмы 9 и 10 жестко соедпненныс с механическими прерывателямп — модуляторами 13 и 14. фокусирующсй оптикой — - линзами 11, 15 и 12, 16, объединяюи(ей ортогонально-полярна(н)а и н ыс и ротивофазно- модулированные (!)ето((ые пучки в каждом канале на приемных и (0(I(адках фотоприемников 17 и 18 соответствующего измерительного канала.

Спектроэллипсометр позволяет обеспечить высокую чувствительность эллипсометрических измерений в широком спектральном диапазоне, ограниченном областью прозрачности двоякопреломляюших призм.

В случае использования источников излучения одинаковой мощности и условии достижения одинаковой спектральной чувствительности он обеспечивает значительно более высокое спектральное разрешение. Отказ от применения модуляционных ячеек позволяет существенно упростить конструкцию прибора, снизить его энергопотребление. формула изобретения

Спектроэллипсометр, содержащий оптически связанные источник спектрального излучения, фокусируюшую и коллимирующую оптику, монохроматор, поляризатор, призму полного внутреннего отражения, разделяющую излучение, отраженное от образца на фазовый измерительный канал, снабженный компенсатором, анализатором, модулятором и фотоприемным устройством, и амплитудный измерительный канал, снабженный а нализатором, модулятором и фотоприемным устройством, от гичающий ся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона измерений при повышении чувствительности, упрощения конструкции и уменьшения потребл яемой мощности, анализаторы и модуляторы фазового и амплитудного измерительных каналов объединены в блоки, предста вляющие собой двоякопреломляющую призму, разделяющую световое излучение на две ортогонально-поляризованные составляющие, жестко соединенную с модулятором, выполненным в виде механического прерывателя, модулируюшего эти составляющие в противофазе, и с фокусирующей оптикой, объединяющей ортогонально-поляризованные составляющие на приемной площадке фотоприемного устройства соответствующего измерительного канала.