Еліпсометр

Еліпсометр для вимірювання азимута та еліптичності поляризації світлового випромінювання, що містить джерело монохроматичного світлового випромінювання та розміщені послідовно на оптичній осі поляризатор, перший модулятор у вигляді комірки Фарадея, компенсатор у вигляді чверть 29750 кож джерело електричного сигналу модуляції, вихід якого електрично з'єднаний з входом другого модулятора, згідно з винаходом, джерело електричного сигналу модуляції виконане з можливістю розділення різних півперіодів синусоїдального електричного сигналу, перший вихід джерела електричного сигналу модуляції електрично з'єднаний з входами першого та другого модуляторів, причому ці з'єднання містять перший та другий вимикачі, відповідно. Заміна двох джерел електричних сигналів з різними частотами одним джерелом електричного сигналу з можливістю розділення різних півперіодів синусоїдального електричного сигналу та зміна електричних зв'язків дозволяє спростити і зробити однаковим для вимірювань азимута та еліптичності поляризації світлового випромінювання аналіз вихідного інформаційного електричного сигналу, оскільки цей сигнал в положеннях повного погасання тепер є однаковим при обох вимірюваннях, зменшити нагрівання робочих стержнів завдяки зменшенню діючого значення електричного струму в комірках Фарадея, а отже, запобігти виникненню в робочих стержнях додаткових неконтрольованих напружень, спростити будову та покращити процес вимірювання. Все це разом, в кінцевому результаті, дозволяє проводити вимірювання з вищою точністю. Запропонована конструкція еліпсометра для вимірювання азимута та еліптичності поляризації світлового випромінювання в оптичній геометрії на пропускання світла досліджуваним зразком представлена на фіг. 1, на фіг. 2 - осцилограми вихідного інформаційного електричного сигналу, де на фіг. 1 джерело монохроматичного світлового випромінювання з циркулярною поляризацією представлене у вигляді лазера 1 та чвертьхвильової пластини 2, З - поляризатор, 4 - перший модулятор у вигляді комірки Фарадея, 5 - компенсатор, 6 - досліджуваний зразок, 7 - перший вимикач, 8 - другий вимикач, 9 - другий модулятор у вигляді комірки Фарадея, 10 - аналізатор, 11 - фотоелектричний перетворювач, 12 - система аналізу вихідного інформаційного електричного сигналу, 13 - джерело електричного сигналу з можливістю розділення різних півперіодів цього сигналу для модуляції площини світлової поляризації в першій та другій комірках Фарадея, на фіг. 2: а) – осцилограма вихідного інформаційного електричного сигналу для випадку роз'юстованої системи поляризатора та аналізатора, тобто відсутності положення повного погасання, при вимірюванні еліптичності поляризації світлового випромінювання, б) - осцилограма вихідного інформаційного електричного сигналу для випадку роз'юстованої системи поляризатора та аналізатора, тобто відсутності положення повного погасання, при вимірюванні азимута поляризації світлового випромінювання, с) - осцилограма вихідного інформаційного електричного сигналу в положеннях повного погасання, тобто при таких положеннях аналізатора та поляризатора, при яких можна відраховувати значення кутів, що відповідають азимуту та еліптичності поляризації світлового випромінювання в режимах їх вимірювання, Т - період коливань вихідного інформаційного електричного сигналу в положенні повного погасання. Еліпсометр для вимірювання азимута та еліптичності поляризації світлового випромінювання, що містить джерело монохроматичного світлового випромінювання представлене у вигляді лазера 1 і чвертьхвильової пластини 2, та розміщені послідовно на оптичній осі поляризатор 3, перший модулятор у вигляді комірки Фарадея 4, компенсатор у вигляді чвертьхвильової пластини 5, другий модулятор у вигляді комірки Фарадея 9, аналізатор 10, фотоелектричний перетворювач 11 та електрично з'єднану з ним систему аналізу вихідного електричного сигналу 12, а також джерело електричного сигналу модуляції 13, виконане з можливістю розділення різних півперіодів синусоїдального електричного сигналу, перший вихід джерела електричного сигналу модуляції 13 електрично з'єднаний з входами першого 4 та другого 9 модуляторів, причому ці з'єднання містять перший 7 та другий 8 вимикачі, відповідно, а другий вихід джерела електричного сигналу модуляції 13 електричне з'єднаний з входом другого модулятора 9. Вимірювання азимута та еліптичності поляризації світлового випромінювання проводяться послідовно. При вимірюванні азимута поляризації світлового випромінювання поляризатор 3 встановлюється в таке положення по відношенню до осей компенсатора 5, щоб на виході компенсатора 5 стан світлової поляризації залишався таким же, як і на його вході, тобто поляризація світлового випромінювання залишалася лінійною, а визначення азимута поляризації зводиться до вимірювання кута довороту аналізатора 10 до положення повного погасання, наявність якого визначається за допомогою системи 12 на основі інформаційного електричного сигналу, що знімається з фотоелектричного перетворювача 11. При вимірюванні еліптичності еліпса поляризації світлового випромінювання поляризатор З встановлюється в таке положення по відношенню до осей компенсатора 5, щоб внесена компенсатором 5 фазова затримка скомпенсувала еліптичність, що створюється в досліджуваному зразку 6 і на виході з зразка 6 поляризація залишалася лінійною. При вимірюванні еліптичності поляризації світлового випромінювання (режим роботи І: перший вимикач 7 - увімкнений, другий вимикач 8 - не увімкнений) на перший 4 і другий 9 модулятори подаються різні півперіоди одного і того ж електричного сигналу від джерела 13. При вимірюванні азимута еліпса поляризації світлового випромінювання перший модулятор 4 не модулює, а другий модулятор 9 модулює в обох півперіодах електричного сигналу, що являє собою випрямлений гармонійний сигнал від джерела 13 (режим роботи II: вимикач 8 увімкнений, вимикач 7 не увімкнений). Завдяки модуляції поляризації світлового випромінювання модуляторами та 9 на виході аналізатора 10 отримуємо світлове випромінювання з промодульованою інтенсивністю, а на виході фотоелектричного перетворювача 11 інформаційний електричний сигнал, форма якого залежить від положень поляризатора 3 та аналізатора 10. Вимірювання кутів, що відповідають азимуту та еліптичності еліпса поляризації світлового випромінювання слід проводити тоді, коли вихідний інформаційний електричний сигнал на часових ділянках, що відповідають різним півперіодам електричного сигналу джерела 13 2 29750 буде являти собою сигнал з подвійною частотою (в два рази меншим періодом), тобто це буде сигнал з частотою в чотири рази більшою ніж частота гармонічного електричного сигналу джерела 13. На фіг. 2 представлені осцилограми вихідного інформаційного електричного сигналу для випадку роз'юстованої системи, тобто за відсутності положення повного погасання, при вимірюванні еліптичності (фіг. 2а), при вимірюванні азимута (фіг. 2б), а також при таких положеннях аналізатора 10 та поляризатора 3, при яких можна відраховувати значення кутів, що відповідають азимуту та еліптичності в режимах їх вимірювання, тобто за наяв ності положення повного погасання (фіг. 2с). Джерело електричного сигналу модуляції 13 з можливістю розділення різних півперіодів може представляти собою, наприклад, звичайне потужне джерело синусоїдального електричного сигналу, на виході якого різні півперіоди розділяються за допомогою діодів і подаються на перший та другий виходи. Запропонований еліпсометр для вимірювання азимута та еліптичності поляризації світлового випромінювання, завдяки його новій конструкції, має вищу точність вимірювань, простішу будову, менше енергоспоживання, простіший в користуванні. Фіг. 1 3 29750 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4