Еліпсометр

Эллипсометр, содержащий излучатель, механический модулятор, четвертьволновые пластинки, поляризатор, компенсатор, ана лизатор, фотоприемное устройство, механизм синхронного разворота плеч поляризатора и анализатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что отсчетное устройство азимутов поляризатора, анализатора и угла разворота плеч поляризатора и анализатора выполнено в виде круговых поворотных индуктосинов, подвижные кольца которых жестко связаны соответственно с поляризатором, компенсатором, анализатором и плечами поляризатора и анализатора, а неподвижные кольца закреплены в корпусах соответствующих блоков эллипсометра и через блоки преобразователя и интерфейса связаны электрически с персональной ЭВМ. to ю о Изобретение относится к технике оптикофизических измерений, а именно к эллипсометрии, и предназначено для исследования при неразрушающем контроле оптических параметров жидких и твердых сред, например, в полупроводниковой технике. В качестве прототипа выбран лазерный фотоэлектрический эллипсометр [1]. Прототип содержит источник излучения монохроматического света, плечо поляризатора, состоящего из трех зеркал, модулятора для увеличения интенсивности пучка света, двух четвертьволновых пластин, поляризационной призмы (поляризатора) из исландского шпата с механизмом поворота и системой отсчета угла поворота призмы, в которую входят лимб, лампочка для подсветки, отсчетный микроскоп, два зеркала и экран; плечо анализатора, состоящего из призмы исландского шпата с механизмом поворота и системой отсчета угла поворота призмы, в которую входят лимб, лампочка, отсчетный микроскоп, два зеркала и экран; трех зеркал и одного зеркала с отверстием в середине, фотоприемного устройства, микрообъективе, диафрагмы и экрана; компенсатор в виде четверть- волновой пластины из кристаллического кварца с механизмом поворота и системой отсчета угла поворота пластины, в которую входят лимб, лампочка, световод, призма и отсчетный микроскоп; коллимационную систему в виде входной диафрагмы и выходного отверстия в центре 22012 зеркала для точной настройки отраженного от исследуемого образца светового пучка. В основу принципа действия эллипсометра положен "нулевой" оптический метод, который предусматривает достижения ми- 5 нимальной интенсивности пучка света на выходе анализатора, путем поворота поляризатора и анализатора Угловое положение компенсатора при измерении фиксируется так, чтобы его "чистая" ось находилась под 10 углом 45°. Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение точности и производительности измерений. Поставленная задача достигается тем, что измерительное устройство эллипсомет- 15 ра выполнено в виде круговых поворотных индуктосинов, взаимодействующих с азимутами поляризатора, компенсатора и анализатора и с изменяющейся величиной угла падения светового пучка на образец измере- 20 ния, а также связанных электрически с микропроцессором и цифропечатающим устройством По сравнению с прототипом предлагаемый эллипсометр проявляет новые техниче- 25 ские свойства, заключающиеся в упрощении конструкции за счет исключения из оптической схемы системы зеркал, лимбов, осветительных лампочек, отсчетных микроскопов и экранов; повышения точности измерений за 30 счет введения в качестве измерительных устройств круговых поворотных индуктосинов, электрический сигнал от которых непосредственно поступает в микропроцессор, а затем на цифропечатающее устройст- 35 во. На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого эллипсометра. Основными элементами его являются следующие: источник излучения 1, механи- 40 ческий модулятор света 2. поворотное зеркало 3, четвертьволновая пластинка 4, четвертьволновая пластинка 5, поляризационная призма Глана (поляризатор) 6, круговой поворотный индуктосин 7, механизм 45 поворота 8, компенсатор (четвертьволновая пластинка) 9, круговой поворотный индуктосин 10, устройство поворота 11, диафрагма 12, предметный столик 13, червячная пара 14 и 15, винт 16, ручка привода 17, диафраг- 50 ма 18, устройство поворота 19, круговой поворотный индуктосин 20, призма Глана (анализатор) 21, поворотное зеркало 22, ручка переключателя 23, зеркало с отверстием 24, фотоприемное устройство 25, затвор 26, 55 крышка 27, экран 28, круговой поворотный индуктосин 29. Принцип работы состоит в следующем. Источник излучения 1 генерирует световой пучок, который модулируется по интен сивности модулятором 2 и направляется на поворотное зеркало 3. от которого световой пучок направляется на четвертьволновую пластину 4, устраняющую эллиптичность поляризации пучка, имеющую место на выходе трубки лазера и в результате отражения от поворотного зеркала; затем световой пучок поступает на четвертьволновую пластинку 5, которая установлена своими осями под углом 45 ° к плоскости поляризации входящего пучка света и после прохождения которой световой пучок приобретает круговую поляризацию. Этим самым обеспечивается неизменность интенсивности пучка света для всех рабочих угловых положений поляризатора 6 Поляризационная призма Глана 6 (поляризатор) формирует линейную поляризацию пучка света с азимутальными углами в пределах от 0 до 180 °. Когда плоскость поляризации падающего на образец пучка света совпадает с азимутами осей компенсатора 9, то на его выходе получается линейная поляризация. Если плоскость поляризации находится под углом 45 °в к этим осям, то на выходе компенсатора 9 получается круговая поляризация. В остальных случаях компенсатор 9 превращает линейную поляризацию падающего на него пучка света в эллиптическую. Система отсчета угла поворота призмы Глана 6 представляет собой круговой поворотный индуктосин 7 с механизмом поворота 8. Система отсчета угла поворота компенсатора 9 представляет собой круговой поворотный индуктосин 10 с механизмом поворота 11. Пройдя плечо поляризатора, световой пучок через диафрагму 12 падает на исследуемый образец, который помещают на столик 13. Отразившись от поверхности образца он поступает в плечо анализатора через диафрагму 18. Плечо анализатора состоит из призмы Глана 21 (анализатор) и системы отсчета угла поворота призмы, которая представляет собой круговой поворотный индуктосин 20 с механизмом поворота 19. Для точной настройки отраженного от измеряемого образца пучка света используется коллимационная система, которая представляет собой входную диафрагму 18 и выходное отверстие в центре зеркала 24. Зеркало 24 выводит изображение падающего на него светового пучка и отверстия в виде черной круглой точки в центре перекрестия экрана 28. Затвор 26 предохраняет фотоприемное устройство 25 от попадания на него светового потока большой интенсивности. Крышка 27 перекрывает ход световому потоку с зеркала 24 на экран 28. Затвор 26 и крышка 27 связаны между собой кинематически и переключают 22012 ся ручкой 23. Таким образом в процессе каждого измерения в начале выводится световая информация на экран 28 и производится визуальное гашение светового пучка, а затем производится измерение ослабленного светового сигнала с помощью фотоприемного устройства 25. Устройство поворота плеч позволяет изменять угол падения светового пучка на измеряемый образец в пределах от 45 до 90°. Оно состоит из ручки привода 17, чер* 10 вячной пары 14 и 15, и пары гайка-винт 16 Винт 16 жестко соединен с толкателями, которые упираясь в опоры плеч, производят синхронный поворот плеч относительно общей оси. Отсчет угла поворота плеч производится кру- 15 говым поворотным индуктосином 29. Круго Упорядник Замовлення 4464 вые поворотные индуктосины 7, 10, 20, 29 в процессе измерения выдают электрические сигналы определенной величины в микропроцессор, формируется информация в цифровой величине и передается затем на цифропечатающее устройство. Применение в эллипсометре круговых поворотных индуктосинов, вырабатывающих измерительную информацию в виде электрических сигналов, с последующей передачей ее в микропроцессор, а затем на цифропечать делает конструкцию эллипсометра более совершенной и отвечающей современным требованиям по точности измерения, производительности и удобству обслуживания. Техред М Келемеш Коректор Н. Король Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна. 101