Способ эллипсометрических измерений Советский патент 1987 года по МПК G01N21/21 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение при измерении эллипсо- метрическим методом параметров материалов, однослойных и многослойных структур в производстве электронных ,и оптоэлектронньш приборов, а также в исследованиях физических процессов на поверхности твердых тел.

Цель изобретений - повышение точности измерений и отношения сигнал/ /шум,

На чертеже представлен пример реализации предлагаемого способа измерений.

Линейно поляризованный коллими- рованный монохроматический пучок излучения от источника 1 излучения (например, лазера ЛГ-126) проходит поляризатор 2, переключатель 3 поляризации (магнитооптическое, электрооптическое или механическое устройство) , отражается от образца, закрепленного в держателе 4 под углом у,и после анализатора 5 с азимутом направления поляризации р, поступает на фотоприемник 6. Регистрирующая аппаратура 7 обеспечивает индикацию минимума сигнала на частоте первой гармоники.

Азимут линейной поляризации падающего на образец излучения переключает (в нашем случае механически с частотой около 300 Гц) между значениями d , и, d о. 5 личины оС, и cL,

при этом нужные ве- и отношение а интенсивностей пучков с азимутами oi и oL (калибровочный коэффициент) устанавливают с помощью поворота поляризатора 2 и переключателя 3 поляризации. Длительности измеряемых импульсов на фотоприемнике и промежутки мевду ними равны.

Главный угол падения Ч,, определяют по минимуму сигнала на частоте первой гармоники uJ после анализатора с азимутом PI . Далее изменяют с помощью, например,.Фарадеевской ячейки или совместного поворота поляризатора 2 и переключателя 3 поляризации азимуты поляризации до значений .ct. и oi - 2oi, (° - о1з+ 2(90 - -d), при которых снова наблюдают минимум на частоте перв ой гармоники 1) , и отсюда определяют эллипсомет- рический параметр Ч из соотношения

1 f cosV, - acosV

tg4 - tgfircosVr - acosV

Приведем конкретный пример, отображающий погрешности измерений по известному и .предлагаемому способам. Пусть /I - 0,6328 мкм - длина

волны анализируемого излучения. Определяются параметры Ч и V пленки алюминия. При измерении по известному способу ошибка в определении абсолютных значений Ч и Ч составляет

около 0,1 . Погрешность в определении Ч и Ч по воспроизводимости около 0,02. Время измерения ч и v меньше 1 мин.

Измерения на лазерном эллипсометре с ручным управлением на основе гониометра ГС-5 с применением механического переключения азимута поляризации показывают, что ошибка в определении абсолютных величин

и Ч по предлагаемому способу меньше за счет исключения ошибок, обусловленных зависимостью сигнала фотоприемника от поляризации излучения и девиации пучка при вращении, а

также из-за большей чувствительности и точности метода определения Ч, по первой гармонике по сравнению с фазовым методом, применяемым в известном способе, и составляет 0,03-0,04 ,

Погрешность в определении f и Ч по воспроизводимости 0,01. Время измерения M j и Ч меньше 1 мин. Отношение сигнал/шум при измерениях по предлагаемому способу в 10-30 раз выше

(при выборе равного измерительного времени), чем по известному способу.

Формула изобретения

40

Способ эллипсометрических измерений, при осуществлении которого на исследуемый образец направляют линейно поляризованный монохроматический пучок излучения, выделяют линейно

45 поляризованную компоненту в отраженном- излучении и регистрируют ее интенсивность, изменяют угол Ч падения излучения на образец до значения , при котором фазовый сдвиг

50 ортогональных компонент вектора

электрического поля электромагнитного излучения при отражении.равен 90°, изменяют азимут плоскости поляризации падающего на образец излучения,

55 отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и отношения сигнал/шум, для определения ff изменяют дискретно азимут плоскости поляризации падающего на

образец излучения с частотой х) между значениями о/, и cL -Ы, и устанавливают угол падения излучения на образец, соответствующий минимальной интенсивности первой гармоники и вьщеленной интенсивности линейно поляризованной компоненты, при изменении азимута плоскости поляризации падающего на образец излучения изменяют азимуты oL и oL до

значении

соответствующих минимальному значению интенсивности первой

э

гармоники и выделенной интенсивност линейно поляризованной i OMnoHeHTbi, регистрируют ot 2 и и определяют эллипсометрический параметр Ц из соотношения

asm

f

I cia J-1I у-л

ё gp,

.

sin

асоз Ы

где

Pj- фиксированный азимут

выделяемой линейно поляризованной компоненты,

о калибровочный коэффициент.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение при измерении эллип- сометрическим методом параметров материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений и отношения сигнал/шум. Это достигается благодаря тому, что в способе эллип- сомётрических измерений на исследуе- мьй образец направляют линейно поляризованный монохроматический пучок излучения. Регистрируют интенсивность линейно поляризованной компоненты отраженного света. Изменяют угол падения излучения на образец до значения, при котором фазовый сдвиг ортогональных компонент вектора электрического поля электромагнитного излучения при отражении равен 90. Затем дискретно изменяют азимут плоскости поляризации падающего на образец излучения с частотой LiJ между значениями oi, и сХ. г изменяют Ц , измеряют при каждом If азимуты анализатора и , соответствующие минимуму сигнала на частоте первой гармоники и связанные, формулой tg 4 HasinV -sinV2) / /( - cosVp)- tg р.- cgp; , где a - калибровочный коэффициент, и определяют Ч , когда (р, , а Ч определяют из вьшеописанной формулы. При этом ошибка в определении абсолютных величин Ч и Ф по предлагаемому способу меньше за счет исключения ошибок, обусловленных зависимостью сигнала фотоприемника от поляризации излучения и девиации пучка при враш;ении, а также из-за большей чувствительности и точности ме, 1 ил. тода определения Ч г по минимуму персл вой гармоники. to 00 00 01 сл 00

;

л

Редактор А.Шишкина

Составитель В.Котенев

Техред И. Верес Корректор С.Шекмар

Заказ 7799/40Тираж 799Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4