Еліпсометр

1. Еліпсометр, який містить джерело світлового пучка, поляризатор, аналізатор і фотоприймальний пристрій, який відрізняється тим, що додатково містить поворотний пристрій, пристрій для повороту поляризатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка, пристрій для вимірювання азимуту поляризатора, пристрій для повороту аналізатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка та пристрій для вимірювання азимуту аналізатора, поворотний пристрій містить вертикальну вісь, платформу, яка розташована на вер U 2 (19) 1 3 В основному рівнянні еліпсометрії комплексні коефіцієнти відбивання RP і RS визначаються будовою відбивальної системи і є функціями оптичних сталих середовища, товщин шарів, кута падіння і довжини хвилі світла, геометрії межі поділу тощо. Тому, вимірявши значення еліпсометричних параметрів ψ и ∆ можна знайти параметри будови відбивальної системи. Вимірювання еліпсометричних параметрів ψ i ∆ здійснюють за допомогою фотоелектричного методу Бітті. В методі Бітті світловий пучок проходить черeз поляризатор і поляризований світловий пучок падає на дзеркальну поверхню досліджуваного об'єкта під довільним кутом падіння. Еліптично поляризований відбитий світловий пучок проходить через другий поляризатор (який для запобігання плутанини прийнято називати аналізатором), в якому можна змінювати так званий азимут аналізатора відносно площині падіння, та надходить до фотоприймального пристрою, за допомогою якого вимірюють інтенсивність відбитого світлового пучка. За виміряними інтенсивностями відбитого світлового пучка по визначеним формулам розраховують еліпсометричні параметри. Прилади, в яких використовують цей метод, називають еліпсометрами. Відомий еліпсометр (RU 16314 U1, G01N 21/21, опубл. 20.12.200), який містить джерело світлового пучка, поляризатор, призму повного внутрішнього відбиття, яка поділяє відбитий від зразка світловий пучок на фазовий вимірювальний канал, що забезпечений компенсатором, першим аналізатором і першим фотоприймальним пристроєм, і амплітудний вимірювальний канал, що забезпечений другим аналізатором і другим фотоприймальним пристроєм, причому поляризатор, компенсатор і два аналізатори мають фіксовані кутові положення щодо площини падіння світла (азимути) по відношенню. Такі елементи пристрою, як поляризатор, компенсатор, два аналізатори містять поляризаційні елементи, такі наприклад, як поляризаційна призма, поляризаційна плівка тощо. Пристрій працює таким чином. Випромінювання від джерела світлового пучка, проходячі через поляризатор, відбивається від поверхні досліджуваного зразка та надходить у призму повного внутрішнього відбиття. Призма повного внутрішнього відбиття розділяє відображений світловий пучок на два вимірювальні канали - фазовий та амплітудний. У фазовому вимірювальному каналі світловий пучок проходить через компенсатор і падає на перший аналізатор, який виконаний як поляризаційна призма із подвійним променезаломленням. У амплітудному вимірювальному каналі світловий пучок падає на другий аналізатор, який виконаний як поляризаційна призма із подвійним променезаломленням. У кожному з вимірювальних каналів падаючий на аналізатори світловий пучок розщеплюється аналізаторами на два ортогонально поляризованих проміня. Ці промені засвічують фоточутливі площини фотоприймального пристрою у фазовому вимірювальному каналі та аналогічного фотоприймального пристрою в амплітудному ви 41610 4 мірювальному каналі, створюючи електричні сигналі, що реєструються. При цьому в процесі вимірювання елементи пристрою, до складу яких входять поляризаційні елементи (поляризатор, компенсатор та два аналізатори) мають фіксовані кутові положення щодо площини падіння світла (азимути): азимут поляризатора складає 45°, азимут компенсатора складає 45°, азимут аналізаторів складає 0°. Недоліком цього пристрою є недостатня точність вимірювання, яка пов'язана із тим, що у пристрої неможливо змінювати азимути поляризатора та аналізаторів, а також неможливо змінювати кут падіння світлового пучка на поверхню зразка. Точність визначення еліпсометричних параметрів підвищується у випадку, коли вимірювання проводяться при декількох різних азимутах поляризатора та аналізатора, і отримані значення інтенсивності світлового пучка враховуються у визначених формулах. Крім того, у цьому пристрої немає можливості проведення вимірів в різних областях поверхні зразка. Задачею корисної моделі є удосконалення пристрою для вимірювання параметрів еліптичної поляризації світлового випромінювання шляхом введення нових елементів пристрою. Задача вирішується еліпсометром, який містить джерело світлового пучка, поляризатор, пристрій для повороту поляризатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка, пристрій для вимірювання азимуту поляризатора, аналізатор, пристрій для повороту аналізатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка, пристрій для вимірювання азимуту аналізатора, фотоприймальний пристрій та поворотний пристрій, причому поворотний пристрій містить вертикальну вісь, платформу, яка розташована на вертикальній вісі, перше і друге плече, першу штангу, другу штангу, третю штангу та повзунок, перше та друге плечо зв'язані із вертикальною віссю за допомогою рухомого з'єднання і виконані такими, що можуть повертатись у горизонтальній площині, повзунок розташований на третій штанзі, перша штанга рухомо з'єднана із першим плечем та із повзунком, друга штанга рухомо з'єднана із другим плечем та із повзунком, третя штанга з'єднана із вертикальною віссю, на першому плечі розташовані джерело світлового пучка, поляризатор, пристрій для повороту поляризатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка, та пристрій для вимірювання азимуту поляризатора, на другому плечі розташовані аналізатор, фотоприймальний пристрій, пристрій для повороту аналізатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка та пристрій для вимірювання азимуту аналізатора. Крім того, еліпсометр може містити столик, який призначений для розміщення на ньому зразка, столик розташований на платформі і оснащений механізмом для повороту столика у вертикальній та горизонтальній площині. Технічний результат, який досягається корисною моделлю: наявність поворотного пристрою дозволяє змінювати кут падіння світлового пучка на поверхню зразка, за рахунок чого з'являється 5 можливість здійснювати проведення вимірів в різних областях поверхні зразка та підвищується точність вимірювання еліпсометричних параметрів; наявність в еліпсометрі таких елементів як пристрій для повороту поляризатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка, пристрій для вимірювання азимуту поляризатора, пристрій для повороту аналізатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка та пристрій для вимірювання азимуту аналізатора, дозволяє здійснювати проведення вимірювань при різних значеннях азимуту поляризатора та азимуту аналізатора, що теж підвищує точність визначення еліпсометричних параметрів; виконання поворотного пристрою із такими елементами, як перше і друге плече, перша штанга, друга штанга, третя штанга та повзунок, та розташування на двох плечах поворотного пристрою джерела світлового пучка, поляризатору, пристрою для повороту поляризатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка, пристрою для вимірювання азимуту поляризатора, аналізатор, пристрою для повороту аналізатора навколо умовної лінії напрямку світлового пучка, пристрою для вимірювання азимуту аналізатора та фотоприймального пристрою, дозволяє при руці повзунка змінювати кут падіння світлового пучка на поверхню зразка таким чином, що при цьому автоматично змінюється також і кут умовної оптичної вісі відносно поверхні зразка, на якій повинні бути розташовані аналізатор та фотоприймальний пристрій, причому зміна одного кута призводить до зміни іншого кута на ту ж саму величину, завдяки цьому теж підвищується точність вимірювання; наявність в еліпсометрі столик, який призначений для розміщення на ньому зразка, і оснащення столику механізмом для повороту столика у вертикальній та горизонтальній площині дозволяє здійснити точне орієнтування поверхні зразка у двох перпендикулярних площинах, що теж підвищує точність вимірювання. Один із можливих варіантів здійснення корисної моделі показаний на фіг. 1. Фіг. 1 - схема еліпсометру у вигляді знизу. Основними елементами пристрою є джерело світлового пучка (1), поляризатор (2), аналізатор (3), фотоприймальний пристрій (4). Вони розташовані на поворотному пристрої (5), який містить вертикальну вісь (13), платформу (6), яка розташована на вертикальній вісі, перше плече (7) і друге плече (8), першу штангу (9), другу штангу (10), третю штангу (11) та повзунок (12). Джерело світлового пучка та поляризатор розташовані на першому плечі. Аналізатор та фотоприймальний пристрій розташовані на другому плечі. Як джерело світлового потоку може бути використана лампа розжарювання, що дає неперервний спектр випромінювання, газорозрядна лампа з лінійчастим спектром чи лазер. Як правило, еліпсометричні виміри проводяться із застосуванням таких джерел, які випромінюють монохроматичне світло. В якості поляризатора пристрій може містити поляризаційну призму або поляризаційну плівку. Поляризатор оснащено пристроєм повороту поля 41610 6 ризатора навколо напрямку поширення світлового пучка (14) і пристроєм вимірювання азимута поляризатора (15). Як один із варіантів виконання корисної моделі, поляризатор може бути поміщений в оправу, яка у свою чергу розташована у корпусі, що оснащений пристроєм повороту поляризатора навколо напрямку поширення світлового пучка і пристроєм вимірювання азимута поляризатора. Зрозуміло, що джерело світлового потоку та поляризатор повинні бути розташовані на одній умовній оптичній вісі. В якості аналізатора пристрій може містити поляризаційну призму або поляризаційну плівку, які можуть бути аналогічні за своїми характеристиками до поляризатора або мати інші характеристики. Аналізатор оснащено пристроєм повороту аналізатору навколо напрямку поширення світлового пучка (16) і пристроєм вимірювання азимута аналізатора (17). Як один із варіантів виконання корисної моделі, аналізатор може бути поміщений в оправу, яка у свою чергу розташована у корпусі, що оснащений пристроєм повороту аналізатора навколо напрямку поширення світлового пучка і пристроєм вимірювання азимута аналізатора. Як фотоприймальний пристрій може бути використаний будь-який відомий пристрій, споряджений приймальним елементом із спектральною чутливістю, що відповідає спектру випромінювання джерела світлового пучка. Зрозуміло, що аналізатор та фотоприймальний пристрій повинні бути розташовані на одній умовній оптичній вісі. Платформа розташована на вертикальній вісі і може обертатись, причому незалежно від повороту першого та другого плеча поворотного пристрою. На платформі може бути розташований столик, який призначений для розташування на ньому досліджуваного зразка і який споряджений будь-яким відомим механізмом повороту площини зразка у вертикальній і горизонтальній площинах, що застосовується в аналогічних пристроях. Крім того, столик може бути оснащений будь-яким відомим механізмом поступального переміщення столика відносно поверхні платформи. Перша та друга штанги (9) і (10) мають однакові довжини і закріплені першими кінцями відповідно на першому та другому плечах (7) та (8) у точках, розташованих на однакових віддалях від вертикальної вісі, а другими кінцями прикріплені до повзунка (12). Повзунок виконаний з можливістю обертання навколо третьої штанги (11), при обертанні повзунок вільно переміщається вздовж третьої штанги. Для зміни кута падіння світлового потоку на досліджуваний зразок здійснюють обертання повзунка, і переміщення повзунка по третій штанзі призводить до обертання першої та другої штанги відносно вертикальної вісі (13) у горизонтальній площині. Вимірювання за допомогою корисної моделі здійснюють таким чином. Зразок встановлюють на столик та за допомогою механізму повороту площини зразка і механізму поступального переміщення столика орієнтують зразок у вертикальній і горизонтальній площинах так, щоб досліджувана зона поверхні зразка знаходилась просторово на 7 41610 умовній осі лінії обертання вертикальної вісі. За допомогою поворотного пристрою змінюють кут падіння світлового пучка на поверхню зразка та вимірюють інтенсивності відбитого світлового пучка. Після вимірювання відповідних інтенсивностей Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 відбитого світлового пучка обчислюють значення еліпсометричних параметрів зразка. Наведені приклади здійснення корисної моделі лише ілюструють корисну модель, але не обмежують її. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601