RU2008652C1 - Method of determining ellipsometric parameters of an object - Google Patents

Method of determining ellipsometric parameters of an object Download PDF

Info

Publication number
RU2008652C1
RU2008652C1 SU4934497A RU2008652C1 RU 2008652 C1 RU2008652 C1 RU 2008652C1 SU 4934497 A SU4934497 A SU 4934497A RU 2008652 C1 RU2008652 C1 RU 2008652C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
information
beams
polarization
parameters
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.П. Кирьянов
Original Assignee
Кирьянов Анатолий Павлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кирьянов Анатолий Павлович filed Critical Кирьянов Анатолий Павлович
Priority to SU4934497 priority Critical patent/RU2008652C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2008652C1 publication Critical patent/RU2008652C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: ellipsometry. SUBSTANCE: known reference part is split out of radiation beam of polarized electromagnetic waves till the beam interacts with tested object. Split reference part and the rest information part of the radiation beam are separated after the latter interacted with the object to four reference and information beams correspondingly with different types of polarization being identical for corresponding reference and information beams. Intensity of these beams are measured and three ellipsometric parameters are determined in situ according to their relations (modules and phase shifts for refractivities, component of radiation with orthogonal linear p- and n-polarizations). Known reference part of the beam is split out of the beam before it interacts with an object is performed and constancy of relations between amplitudes and phases of the beam for components of radiation is provided in above mentioned reference and information parts of the radiation beam before interaction with the object. EFFECT: improved precision. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-физическим измерениям, а точнее - к эллипсометрии, и может найти применение в научных исследованиях, технологии и технике. The invention relates to optical-physical measurements, and more specifically to ellipsometry, and may find application in scientific research, technology and engineering.

Эллипсометрия известна как область оптико-физических измерений параметров тонких и сверхтонких слоев и пленок на поверхности жидких и твердых тел на основе изменений в состоянии поляризации электромагнитного излучения в результате его взаимодействия с изучаемым объектом. Эти измерения по сути своей являются бесконтактными и неразрушающими, а при некоторых условиях и невозмущающими изучаемый объект. Другая особенно ценная черта эллипсометрии состоит в возможности вести измерения и контроль параметров поверхностных слоев и процессов в режиме in situ, т. е. в процессе роста пленок, в ходе технологического процесса, при изучении быстротекущих процессов, а также и при использовании, в частности, импульсного излучения. Главные условия для осуществления таких измерений в режиме in situ состоят в соблюдении быстродействия, соответствующего характерным временам изучаемого или контролируемого процесса, и одновременности определения эллипсометрических параметров, характеризующих изучаемый объект. В качестве таких параметров выбирают поддающиеся экспериментальному определению эллипсометрические параметры ρ и Δ объекта, где ρ - отношение модулей ρр и ρs и Δ - разность фаз комплексных амплитудных коэффициентов отражения объектом компонент излучения с главными ортогональными линейными р- и s - поляризациями соответственно. Упомянутые параметры ρ и Δ определяются не только параметрами объекта, но и внешними условиями проведения эксперимента, такими как оптические характеристики окружающей среды, длина волны излучения и угол падения его на объект. Конкретный эксперимент по определению эллипсометрических параметров объекта, особенно в режиме in situ, проводят при известных и поддерживаемых неизменными в ходе эксперимента упомянутых выше внешних условиях. Однако возможность экспериментального определения только двух эллипсометрических параметров ρ и Δ объекта ограничивает информативность эллипсометрии в целом и снижает ее практическую ценность в частности, особенно в экспериментах in situ и при использовании импульсного излучения. Так, даже наиболее простой случай объекта, например непоглощающая пленка на непоглощающей подложке, требует для своего описания как минимум три параметра: показатели преломления n1 пленки и n2 подложки и толщину d пленки. Другой практически важный случай объекта, например поглощающая пленка на поглощающей подложке, требует для своего описания уже пять параметров: действительные n1, n2 и мнимые κ1, κ2 части комплексного показателя преломления соответственно пленки и подложки и толщину d пленки. При этом параметры n2 и κ2 для подложки обычно находят на основе предварительных измерений, но и в такой ситуации число независимых параметров, необходимых для описания объекта, остается равным как минимум трем, что больше числа экспериментально определяемых параметров ρ и Δ объекта. По этой причине связь измеряемых непосредственно и необходимых для описания объекта параметров зависит от выбираемой модели изучаемого объекта, что делает эллипсометрические измерения параметров объекта не прямыми, а косвенными, зависящими от модели объекта. Поэтому расширение информативности способа определения in situ эллипсометрических параметров объекта за счет увеличения числа непосредственно определяемых в эксперименте параметров является актуальной задачей эллипсометрии в целом и имеет большую ценность для многообразной практики контрольно-измерительной техники и современных технологий.Ellipsometry is known as the field of optical-physical measurements of the parameters of thin and ultrathin layers and films on the surface of liquid and solid bodies based on changes in the polarization state of electromagnetic radiation as a result of its interaction with the studied object. These measurements are inherently non-contact and non-destructive, and under certain conditions non-disturbing to the object under study. Another especially valuable feature of ellipsometry is the ability to measure and control the parameters of surface layers and processes in situ, i.e., during the growth of films, during the process, when studying fast processes, and also when using, in particular, pulsed radiation. The main conditions for performing such in situ measurements are observing the speed corresponding to the characteristic times of the process being studied or controlled, and the simultaneous determination of ellipsometric parameters characterizing the object under study. As such parameters, experimentally determinable ellipsometric parameters ρ and Δ of the object are chosen, where ρ is the ratio of the modules ρ p and ρ s and Δ is the phase difference of the complex amplitude reflection coefficients of the radiation components with the main orthogonal linear p and s polarizations, respectively. The mentioned parameters ρ and Δ are determined not only by the parameters of the object, but also by the external conditions of the experiment, such as the optical characteristics of the environment, the wavelength of the radiation, and the angle of incidence on the object. A specific experiment to determine the ellipsometric parameters of an object, especially in an in situ mode, is carried out under known and maintained unchanged during the experiment conditions mentioned above. However, the possibility of experimental determination of only two ellipsometric parameters ρ and Δ of an object limits the information content of ellipsometry as a whole and reduces its practical value in particular, especially in experiments in situ and when using pulsed radiation. So, even the simplest case of an object, for example, a non-absorbing film on a non-absorbing substrate, requires at least three parameters for its description: the refractive indices n 1 of the film and n 2 of the substrate and the thickness d of the film. Another practically important case of an object, for example, an absorbing film on an absorbing substrate, already requires five parameters for its description: the real n 1 , n 2 and imaginary κ 1 , κ 2 parts of the complex refractive index of the film and substrate, respectively, and the film thickness d. In this case, the parameters n 2 and κ 2 for the substrate are usually found on the basis of preliminary measurements, but even in this situation, the number of independent parameters needed to describe the object remains at least three, which is more than the number of experimentally determined parameters ρ and Δ of the object. For this reason, the relationship of the parameters measured directly and necessary for describing the object depends on the chosen model of the object being studied, which makes ellipsometric measurements of the parameters of the object not direct, but indirect, depending on the model of the object. Therefore, expanding the information content of the method for determining in situ ellipsometric parameters of an object by increasing the number of parameters directly determined in the experiment is an urgent task of ellipsometry as a whole and is of great value for the diverse practice of instrumentation and modern technologies.

Известны способы определения эллипсометрических параметров объекта [1] , заключающиеся в том, что пучок поляризационного электромагнитного излучения направляют на объект и после взаимодействия с ним посылают в измерительный канал, измеряют интенсивности пучка для ряда последовательных операций и в результате определяют два эллипсометрических параметра объекта. Known methods for determining the ellipsometric parameters of an object [1], namely, that a beam of polarized electromagnetic radiation is directed to the object and, after interacting with it, is sent to the measuring channel, the beam intensities are measured for a series of sequential operations, and as a result, two ellipsometric parameters of the object are determined.

Известен другой способ определения эллипсометрических параметров объекта, заключающийся в том, что пучок поляризованного излучения модулируют по амплитуде и по фазе с различными частотами, расщепляют светоделителем на два одинаковых пучка и направляют на объект и соответственно эталон, после взаимодействия с ними посылают упомянутые пучки попеременно в измерительный канал, измеряют интенсивности пучков на разных частотах модуляции и в результате определяют два эллипсометрических параметра объекта. Принципиальным недостатком известных способов, приведенных в [1] , и другого известного способа определения эллипсометрических параметров объекта является разновременность выполнения операций в измерительном канале с целью определения параметров ρ и Δ, что, во-первых, ограничивает быстродействие характерными временами на самих изучаемых процессов, а временами выполнения смены операций и, во-вторых, делает такие известные способы малопригодными для измерений в режиме in situ параметров слоев и процессов на поверхности различных тел. There is another method for determining the ellipsometric parameters of an object, namely, that a beam of polarized radiation is modulated in amplitude and phase with different frequencies, split by a beam splitter into two identical beams and sent to the object and, accordingly, a standard, after interacting with them, the mentioned beams are alternately sent to the measuring channel, measure the intensity of the beams at different modulation frequencies and as a result determine two ellipsometric parameters of the object. The fundamental disadvantage of the known methods described in [1] and another known method for determining the ellipsometric parameters of an object is the simultaneous execution of operations in the measuring channel in order to determine the parameters ρ and Δ, which, firstly, limits the performance by characteristic times on the studied processes themselves, and at times of performing the change of operations and, secondly, makes such known methods of little use for in situ measurements of the parameters of layers and processes on the surfaces of various bodies.

По этой причине в качестве ближайшего прототипа выбираем известный способ определения in situ эллипсометрических параметров объекта [2] , заключающийся в том, что пучок поляризованного электромагнитного излучения направляют на объект и после взаимодействия его с объектом разделяют на четыре информационных пучка с различными типами поляризации, измеряют интенсивности информационных пучков и определяют по их соотношениям эллипсометрические параметры объекта. Однако серьезным недостатком этого способа определения in situ эллипсометрических параметpов объекта остается упомянутая выше возможность определения одновременно только двух параметров ρ и Δ объекта, что ограничивает информативность способа. Другой серьезный недостаток этого способа заключается в том, что полученные параметры ρ и Δ несут в себе информацию не только об изучаемом объекте, но и об изменении поляризации излучения по всему его пути прохождения, которые вносят заметную аппаратную погрешность. For this reason, as the closest prototype, we select the well-known method for determining in situ ellipsometric parameters of an object [2], which consists in the fact that a beam of polarized electromagnetic radiation is directed to the object and, after interacting with the object, it is divided into four information beams with different types of polarization, and the intensities are measured information beams and determine by their relations the ellipsometric parameters of the object. However, a serious drawback of this method for determining the in situ ellipsometric parameters of an object remains the above-mentioned possibility of determining only two parameters ρ and Δ of an object at a time, which limits the information content of the method. Another serious drawback of this method is that the obtained parameters ρ and Δ carry information not only about the studied object, but also about the change in the polarization of radiation along its entire transmission path, which introduce a noticeable hardware error.

Цель изобретения - расширение информативности способа определения in situ эллипсометрических параметров объекта путем определения одновременно трех эллипсометрических параметров объекта. The purpose of the invention is the expansion of the information content of the method for determining in situ ellipsometric parameters of an object by determining simultaneously three ellipsometric parameters of an object.

Дополнительная цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения аппаратурной погрешности. An additional objective of the invention is to improve the accuracy of measurements by eliminating hardware errors.

Цель достигается тем, что отщепляют одну - опорную часть от пучка излучения до взаимодействия его с объектом, направляют на объект другую - информационную часть пучка излучения, а отщепленную опорную часть пучка разделяют на четыре опорных пучка с различными типами поляризации, идентичными типам поляризации соответствующих информационных пучков, измеряют интенсивности опорных пучков одновременно с измерениями интенсивностей информационных пучков и определяют по их совместным соотношениям три эллипсометрических параметра объекта. При этом информационные пучки формируют из отраженной, а для частично пропускающего объекта - из пропущенной объектом доли информационной части пучка излучения. The goal is achieved by splitting one - the supporting part from the radiation beam before it interacts with the object, sending the other - the information part of the radiation beam to the object, and the split-off supporting part of the beam is divided into four reference beams with different types of polarization identical to the polarization types of the corresponding information beams , measure the intensities of the reference beams simultaneously with the measurements of the intensities of the information beams and determine by their joint relationships three ellipsometric parameters of the object. In this case, information beams are formed from the reflected, and for a partially transmitting object, from the portion of the information part of the radiation beam that is missed by the object.

С целью дальнейшего расширения информативности способа для частично пропускающего объекта и путем определения одновременно шести параметров объекта интенсивности информационных пучков от отраженной и пропущенной объектом доли информационной части пучка измеряют одновременно. In order to further expand the information content of the method for a partially transmitting object and by simultaneously determining six object parameters, the intensities of information beams from the reflected and missed object share of the information part of the beam is measured simultaneously.

Отщепляют опорную часть от пучка излучения до взаимодействия его с объектом любым известным способом с обеспечением в течение всего изучаемого или контролируемого процесса in situ постоянства характерных (для используемого известного способа отщепления опорной части от пучка излучения соотношений) между амплитудами и соответственно фазами компонент поляризованного излучения с главными ортогональными поляризациями в отщепленной опорной и оставшейся информационной частях пучка излучения. The reference part is split off from the radiation beam before it interacts with the object in any known manner, ensuring that throughout the entire studied or controlled process in situ the characteristics are constant (for the known known method of splitting the reference part from the radiation beam) between the amplitudes and, accordingly, the phases of the components of polarized radiation with the main orthogonal polarizations in the split reference and remaining information parts of the radiation beam.

П р и м е р 1. Отщепляют опорную часть от пучка излучения до взаимодействия его с объектом одинаковой по интенсивности и типу поляризации с оставшейся информационной частью пучка излучения, при этом обеспечивают повышение точности и упрощение процедуры определения эллипсометрических параметров объекта. Example 1. The reference part is split off from the radiation beam until it interacts with the object of the same intensity and type of polarization with the remaining information part of the radiation beam, while increasing accuracy and simplifying the procedure for determining the ellipsometric parameters of the object.

П р и м е р 2. Отщепляют опорную часть от пучка до взаимодействия его с объектом поляризованной по кругу, при этом повышают чувствительность способа к малым значениям фазового эллипсометрического параметра Δ объекта. PRI me R 2. Split the supporting part from the beam until it interacts with the object polarized in a circle, while increasing the sensitivity of the method to small values of the phase ellipsometric parameter Δ of the object.

Разделяют отщепленную опорную часть непосредственно и оставшуюся информационную часть пучка излучения после взаимодействия ее с объектом на четыре опорных и соответственно информационных пучка с различными идентичными для соответственных опорных и информационных пучков типами поляризации по-разному и способы упомянутой операции разделения известны. The split-off reference part is separated directly and the remaining information part of the radiation beam after its interaction with the object into four reference and, accordingly, information beams with different polarization types that are identical for the respective reference and information beams, and the methods of the aforementioned separation operation are known.

П р и м е р 3. В принятом нами в качестве прототипа известном способе определения in situ эллипсометрических параметров объекта [2] пучок поляризованного электромагнитного излучения после взаимодействия его с объектом расщепляют светоделителем, расщепленные светоделителем пучки излучения разделяют линейными поляризационными призмами на четыре информационных пучка с различными типами поляризации, при этом одну из упомянутых призм устанавливают на отбор компонент пучка излучения с главными ортогональными линейными р- и s-поляризациями, а другую призму поворотом вокруг оси падающего на нее пучка излучения устанавливают так, что направление s-поляризации для упомянутой призмы составляет 45о с таковым направлением для падающего на нее излучения в системе координат главных линейных поляризаций излучения на объекте.Example 3. In the well-known method of determining the in situ ellipsometric parameters of an object [2], which we adopted as a prototype, a beam of polarized electromagnetic radiation after its interaction with an object is split by a beam splitter, beam splits split by a beam splitter are divided by linear polarization prisms into four information beams with different types of polarization, while one of the mentioned prisms is installed to select the components of the radiation beam with the main orthogonal linear p and s polarizations, and d by turning the other prism around the axis of the incident radiation beam so that the s-polarization direction for said prism is 45 ° with that direction for the radiation incident on it in the coordinate system of the main linear polarizations of the radiation at the object.

П р и м е р 4. Отщепленную опорную часть непосредственно и оставшуюся информационную часть пучка излучения после взаимодействия ее с объектом разделяют на четыре опорных и соответственно информационных пучка с различными идентичными для соответственных опорных и информационных пучков типами поляризации с обеспечением замены упомянутой выше установленной под углом 45о другой линейной поляризационной призмы круговой поляризационной призмой.Example 4. The split-off reference part directly and the remaining information part of the radiation beam after interacting with the object are divided into four reference and, respectively, information beams with different types of polarization identical for the respective reference and information beams, ensuring the replacement of the above 45 about another linear polarizing prism with a circular polarizing prism.

Одновременность измерений интенсивности опорных пучков с измерениями интенсивности информационных пучков обеспечивают тем, что при осуществлении предлагаемого способа не предусматривают и не используют какие-либо разновременные операции измерений интенсивностей опорных и информационных пучков излучения или операции переключения режимов работы, а также устанавливают равными в пределах точности измерений оптические пути для любого из опорных и информационных пучков излучения и не обнаруживают в пределах точности измерений временного сдвига в моментах отсчета результатов измерений интенсивности для любого из упомянутых опорных и информационных пучков излучения. The simultaneity of the measurements of the intensity of the reference beams with the measurements of the intensity of the information beams is ensured by the fact that during the implementation of the proposed method they do not provide for and do not use any multi-time operations for measuring the intensities of the reference and information beams of radiation or the operation of switching operating modes, and also set the optical paths for any of the reference and information radiation beams and do not detect within the accuracy of time measurements th shift points of reference intensity measurements for each of said reference and information light beams.

П р и м е р 5. Минимальную величину Δtмин временного сдвига в моментах отсчета результатов измерений интенсивности опорных и информационных пучков в видимой области спектра оценивают точностью установления равенства оптических путей для различных упомянутых пучков, при этом минимальную предельную точность (погрешность) измерения разницы Δl оптических путей оценивают примерно одной восьмой длины волны излучения и потому минимальную величину Δtмин оценивают около 0,2 фс.Example 5. The minimum value Δt min of the time shift at the moments of counting the results of measurements of the intensity of the reference and information beams in the visible region of the spectrum is estimated by the accuracy of establishing the equality of optical paths for the various mentioned beams, while the minimum limiting accuracy (error) of measuring the difference Δl optical paths estimate approximately one-eighth of the radiation wavelength and therefore the minimum value Δt min is estimated at about 0.2 fs.

П р и м е р 6. Минимальный временной сдвиг Δtмин в отсчетах результатов измерений интенсивностей опорных и информационных пучков излучения, отличного от видимого света, оценивают также точностью установления равенства оптических путей для каждого пучка.Example 6. The minimum time shift Δt min in the samples of the measurement results of the intensities of the reference and information beams of radiation other than visible light is also evaluated by the accuracy of establishing the equality of optical paths for each beam.

Необходимое для осуществления способа определения in situ эллипсометрических параметров объекта быстродействие измерений интенсивностей опорных и информационных пучков обеспечивают подбором характерных времен детектирования электромагнитного излучения, регистрации интенсивности упомянутых пучков и обработки результатов измерений существенно меньшими характерных времен изучаемых процессов. The speed of measuring the intensities of the reference and information beams necessary for implementing the method for determining the in situ ellipsometric parameters of an object is ensured by selecting characteristic times for detecting electromagnetic radiation, recording the intensities of the mentioned beams, and processing the measurement results substantially less than the characteristic times of the processes under study.

П р и м е р 7. Достигнутым быстродействием известных способов детектирования электромагнитного излучения, регистрации интенсивности пучков излучения, обработки результатов измерений обеспечивают изучение быстротекущих процессов in situ с характерными временами до единиц наносек - пикосек. Example 7. Achieved speed of the known methods for detecting electromagnetic radiation, recording the intensity of radiation beams, processing the measurement results provide the study of fast-moving processes in situ with characteristic times of up to several nanoseconds - picosecs.

Измерения интенсивностей опорных и информационных пучков осуществляют фотоприемниками электромагнитного излучения, при этом отбирают обычно фотоприемники для опорных и информационных пучков идентичными и оптически изотропными по динамической вольт-ваттной чувствительности, а также и пороговой чувствительности. The intensities of the reference and information beams are measured by photodetectors of electromagnetic radiation, while photodetectors for the reference and information beams are usually identical and optically isotropic in terms of dynamic volt-watt sensitivity and threshold sensitivity.

П р и м е р 8. Возможную погрешность при определении эллипсометрических параметров объекта из-за поляризационной зависимости динамической чувствительности фотоприемников линейно поляризованного излучения исключают преобразованием до измерения интенсивности такого пучка линейно поляризованного излучения линейной поляризации его в круговую поляризацию. EXAMPLE 8. A possible error in determining the ellipsometric parameters of an object due to the polarization dependence of the dynamic sensitivity of photodetectors of linearly polarized radiation is excluded by conversion to measuring the intensity of such a beam of linearly polarized linearly polarized radiation into circular polarization.

На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа, где показаны источник 1 излучения, блок 2 питания и пуска источника 1 излучения; линейный поляризатор 3, оптический столик 4 для установки линейного поляризатора 3 в пучок излучения, отщепитель 5, оптический столик 6, для установки отщепителя 5 в пучок излучения, объект 7, оптический столик 8 для установки объекта 7 в пучок излучения; 9о и 9и (9т) - каналы опорный и соответственно информационный для отражаемой (пропускаемой) объектом 7 доли информационной части пучка излучения, светоделители 10о и 10и в опорном и соответственно информационном каналах, оптические столики 11о и 11и для установки упомянутых светоделителей в пучок излучения. Линейные поляризационные призмы 12о и 12и в опорном и соответственно информационном каналах, оптические столики 13о и 13и для установки упомянутых поляризационных призм 12о и 12и в пучок излучения, круговые поляризационные призмы 14о и 14и в опорном и соответственно информационном каналах, оптические столики 15о и 15и для установки упомянутых круговых поляризационных призм в пучок излучения, фотоприемники 16о (1, 2, 3, 4) и 16и (1, 2, 3, 4) электромагнитного излучения в опорном и соответственно информационном каналах, система 17 регистрации, система 18 обработки, система 19 отображения, дополнительный источники 20 излучения; дополнительный линейный поляризатор 21. оптический столик 22 для установки дополнительного линейного поляризатора 21 в пучок излучения, плоскопараллельная стеклянная пластина 23, оптический столик 24 для установки пластины 23 в пучок излучения, анализирующие поляризаторы 25ои 25и для опорного и соответственно информационного каналов, оптические столики 26о и 26и для установки упомянутых анализаторов в пучок излучения, плоские отражатели 27о (1, 2) и 27и (1, 2) с отверстиями в опорном и соответственно информационном каналах, вспомогательные фотоприемники 28о (1, 2) и 28и (1, 2) в опорном и соответственно информационном каналах, при этом система 17 регистрации соединена с выходами фотоприемников 16о (1, 2, 3, 4) и 16и (1, 2, 3, 4), система 18 обработки соединена с системой 17 регистрации и блоком 2 питания и пуска источника излучения, система 19 отображения соединена с системой 18 обработки.The drawing shows a block diagram of a device for implementing the proposed method, which shows the radiation source 1, the power supply unit 2 and start the radiation source 1; linear polarizer 3, optical stage 4 for installing the linear polarizer 3 in the radiation beam, splitter 5, optical table 6, for installing the splitter 5 in the radiation beam, object 7, optical stage 8 for installing the object 7 in the radiation beam; 9 a and 9 and (9 m) - feeds the support and respectively the information for the reflected (skipped) object 7 share the information part of the radiation beam, beam splitters 10 a and 10 and in the support and respectively the information channels, optical tables 11 on and 11 and to install said beam splitters in the radiation beam. Linear polarizing prism 12 a and 12 and in the support and respectively the information channels, optical tables 13 on and 13 and for setting said polarizing prisms 12 on and 12 and in the radiation beam, a circular polarizing prism 14 a and 14 and in the support and respectively the information channels , optical tables 15 o and 15 and for installing the mentioned circular polarizing prisms in the radiation beam, photodetectors 16 o (1, 2, 3, 4) and 16 and (1, 2, 3, 4) electromagnetic radiation in the reference and, respectively, information channels registration system 17 system 18 brabotki, display system 19, additional sources of radiation 20; additional linear polarizer 21. optical stage 22 for installing an additional linear polarizer 21 in the radiation beam, plane-parallel glass plate 23, optical stage 24 for installing the plate 23 in the radiation beam, analyzing polarizers 25 ° and 25 and for the reference and, respectively, information channels, optical tables 26 about and 26 and for installing the above analyzers in the radiation beam, flat reflectors 27 about (1, 2) and 27 and (1, 2) with holes in the reference and, respectively, information channels, auxiliary photoprots the detectors 28 about (1, 2) and 28 and (1, 2) in the reference and, respectively, information channels, while the recording system 17 is connected to the outputs of the photodetectors 16 about (1, 2, 3, 4) and 16 and (1, 2 , 3, 4), the processing system 18 is connected to the registration system 17 and the power supply and start-up unit 2 of the radiation source, the display system 19 is connected to the processing system 18.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом (фиг. 1). The proposed method is as follows (Fig. 1).

Электромагнитное излучение от источника 1 излучения после пуска упомянутого источника блоком 2 питания и пуска направляют через линейный поляризатор 3, установленный на оптическом столике 4, на отщепитель 5 пучка излучения, установленный на оптическом столике 6, отделяют отщепителем 5 опорную часть 0 пучка излучения и направляют ее непосредственно в опорный канал 9о, в то же время оставшуюся информационную часть И пучка излучения направляют на объект 7 на оптическом столике 8 и после взаимодействия ее с объектом 7 направляют в информационный канал 9и, при этом отщепленная опорная 0 и оставшаяся информационная И части пучка излучения непосредственно на выходе из отщепителя 5 имеют одинаковую интенсивность и круговую поляризацию, далее отщепленную опорную часть 0 непосредственно и оставшуюся информационную часть И после ее взаимодействия с объектом разделяют на четыре опорных и соответственно информационных пучка с различными идентичными для соответственных опорных и информационных пучков типами поляризации, при этом опорную и информационную части пучка излучения расщепляют соответственно одинаковыми светоделителями 10о и 10и, установленными на оптических столиках 11о и соответственно 11и, на два пучка излучения

Figure 00000001
и
Figure 00000002
I0 и соответственно
Figure 00000003
и
Figure 00000004
Iи, упомянутые пучки
Figure 00000005
и
Figure 00000006
I0,и разделяют помещенными на их пути соответственно одинаковыми поляризационными линейными 12о и 12и призмами, установленными на оптических столиках 13о и соответственно 13и, и одинаковыми круговыми 14о и 14и призмами, установленными на оптических столиках 15о и соответственно 15и, на четыре опорных и соответственно информационных пучка с различными идентичными для соответственных опорных и информационных пучков типами поляризации, причем с ортогональными линейными р- и s-поляризациями для первой пары пучков
Figure 00000007
и
Figure 00000008
на выходе из линейных поляризационных призм 12о и соответственно 12и и ортогональными круговыми поляризациями с левым и правым вращениями для другой пары пучков
Figure 00000009
I0 и
Figure 00000010
Iи на выходе из круговых поляризационных призм 14о и 14и, далее разделенные четыре опорных и соответственно информационных пучка направляют на отдельные фотоприемники 16о-1, 16о-2, 16о-3, 16о-4 и соответственно 16и-1, 16и-2, 16и-3, 16и-4, удовлетворяющие условиям в примере 7 измеряют интенсивности опорных пучков Iо1, Iо2, Iо3, Iо4 одновременно с измерениями интенсивностей информационных пучков Iи1, Iи2, Iи3, Iи4, измеренные одновременно упомянутые интенсивности опорных и информационных пучков регистрируют системой 17 регистрации, обрабатывают вычислительной системой 18 обработки и определяют по совместным соотношениям для интенсивностей опорных и информационных пучков три эллипсометрических параметра ρp, ρs и Δ объекта, далее выдают системой 19 отображения определенные одновременно три упомянутых эллипсометрических параметра объекта, при этом управляют пуском источника 1 излучения системой 18 обработки. В случае слабопоглощающего или частично пропускающего излучение объекта используют одновременно отражение и пропускание излучения объекта 7, установленным на оптическом столике 8, взаимодействующей с ним оставшейся информационной части И пучка излучения (фиг. 1), при этом направляют отражаемую объектом долю информационной части пучка излучения в информационный канал 9и для отражаемой объектом доли информационной части пучка излучения и пропускаемую объектом долю информационной части пучка излучения в информационный канал 9т для пропускаемой объектом доли информационной части пучка излучения, а дальнейшие операции разделения долей информационных частей - на информационные пучки с различными идентичными соответственному опорному пучку типами поляризации, операции измерений интенсивностей информационных пучков одновременно с измерениями интенсивностей опорных пучков и определения эллипсометрических параметров объекта для отражаемой и пропускаемой объектом информационных частей пучка излучения осуществляют идентично описанному выше случаю взаимодействующей с объектом информационной части излучения, причем система 19 отображения в этом случае частично пропускающего излучения объекта выдает шесть независимых эллипсометрических параметров объекта: два модуля ρp и ρs и разность фаз Δ для отражения и два модуля τр и τs и разность фаз Δ
Figure 00000011
для пропускания объектом компонент излучения с главными линейными р- и s-поляризациями.The electromagnetic radiation from the radiation source 1, after starting said source with the power supply and start-up unit 2, is directed through a linear polarizer 3 mounted on the optical stage 4 to the radiation beam splitter 5 mounted on the optical stage 6, the reference part 0 of the radiation beam is separated by the 5 splitter and sent directly into the supporting channel 9 on at the same time remaining information part and the radiation beam is directed to the object 7 on an optical table 8 and after its interaction with the object 7 is directed into information channel 9 and, thus split off abutment 0 and remaining information and part of the radiation beam directly at the output of otschepitelya 5 have the same intensity and circular polarization, then cleaved supporting part 0 immediately and the remaining data portion and after its interaction with the object are divided into four basic and respectively, of an information beam with different types of polarization, identical for the respective reference and information beams, while the reference and information parts of the radiation beam are split lyayut respectively identical beam splitters 10 and about 10 and mounted on the optical tables 11 and about 11 respectively, and two radiation beam
Figure 00000001
and
Figure 00000002
I 0 and accordingly
Figure 00000003
and
Figure 00000004
I and mentioned bundles
Figure 00000005
and
Figure 00000006
I 0, and separated by placed on their way the same polarizing linear 12 o and 12 and prisms mounted on the optical tables 13 o and 13 and respectively, and the same circular 14 o and 14 and prisms mounted on the optical tables 15 o and 15 respectively and , into four reference and, respectively, information beams with different types of polarization identical for the respective reference and information beams, with orthogonal linear p and s polarizations for the first pair of beams
Figure 00000007
and
Figure 00000008
the output of the linear polarization of the prisms 12 and 12 respectively and the orthogonal circular polarizations and the left and right rotations for another pair of beams
Figure 00000009
I 0 and
Figure 00000010
I and at the exit from the circular polarizing prisms 14 о and 14 and , further separated by four reference and, respectively, information beams are sent to separate photodetectors 16 about -1, 16 about -2, 16 about -3, 16 about -4 and respectively 16 and - 1, 16 and -2, 16 and -3, 16 and -4, satisfying the conditions in Example 7, measure the intensities of the reference beams I o1 , I o2 , I o3 , I o4 simultaneously with measurements of the intensities of the information beams I and 1 , I and 2 , I u3, I u4 measured simultaneously and said reference intensity beams recorded information registration system 17, is treated calc to computational system 18 processing and determine joint relations for intensities of reference and information sheaves three ellipsometric parameter ρ p, ρ s and Δ object further issue display system 19, certain sets of three of said ellipsometric parameter object, wherein the control starting source 1 of radiation system 18 processing . In the case of an object that is weakly absorbing or partially transmits radiation, reflection and transmission of the radiation of object 7 are used simultaneously, mounted on the optical table 8, interacting with it the remaining information part AND of the radiation beam (Fig. 1), while directing the reflected part of the information part of the radiation beam to the information channel 9 and for the fraction of the informational part of the radiation beam reflected by the object and the fraction of the informational part of the radiation beam transmitted by the object into the information channel 9 t for prop the fraction of the informational part of the radiation beam accelerated by the object, and the subsequent operations of separating the parts of the informational parts into informational beams with different types of polarization identical to the reference reference beam, the measurement of informational beam intensities simultaneously with the measurements of the reference beam intensities and determining the ellipsometric parameters of the object for information parts of the radiation beam are identical to the case described above interacting the object information part of the radiation, wherein the display system 19 in this case is partially transmissive object radiation produces six independent ellipsometric object parameters: two modules and ρ p ρ s and the phase difference Δ and to reflect the two modules and τ p τ s and the phase difference Δ
Figure 00000011
for transmission of radiation components with principal linear p and s polarizations by an object.

Возможность определения одновременно трех эллипсометрических параметров ρр, ρs и Δ объекта, а в случае частично пропускающего излучения объекта и шести эллипсометрических параметров ρр, ρs, Δ и τр, τs, Δ

Figure 00000012
объекта следует из общих известных законов взаимодействия поляризованного электромагнитного излучения с объ ектом. Так, в общем случае изаимодействия поляризованного пучка излучения с объектом измерения интенсивностей информационных и опорных пучков дают восемь поддающихся экспе риментальному определению независимых величин. Но эти же упомянутые пучки несут также информацию, описываемую семью другими независимыми параметрами: начальной амплитудой Ао пучка излучения, модулями ρр, ρs и фазой Δ объекта, модулями Ар, Аs и фазой ΔА для комплексных амплитудных коэффициентов отражения объектом и соответственно аппаратных функций оптического тракта осуществляющего предлагаемый способ устройства по всему пути прохождения излучения с исключением лишь самого объекта. Тогда на основе решения системы известных нелинейных соотношений для упомянутых выше семи независимых параметров, описывающих состояния поляризованного излучения, при наличии одновременно измеряемых интенсивностей информационных Iи1, Iи2, Iи3, Iи4и опорных Iо1, Iо2, Iо3, Iо4 пучков возникает возможность определения одновременно в режиме in situ трех упомянутых выше эллипсометрических параметрпов ρр, ρs иΔ объекта. Для этого берут отношения интенсивностей информационных пучков Iи1, Iи2, Iи3, Iи4 или их определенных линейных независимых комбинаций к соответственным интенсивностям опорных пучков Iо1, Iо2, Io3, Iо4 или к их соответственным линейным независимым комбинациям и таким образом исключают неопределенность из-за отсутствия информации о начальной амплитуде Aо пучк излучения. Затем формируют при известном отношении α интенсивностей отщепляемой опорной и оставшейся информационной частей пучка излучения пять относительных величин видa:
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
,
Figure 00000016
,
Figure 00000017
, (I) исключают последовательно в алгоритме расчета аппаратные параметры Ар, Аs и ΔА для главных линейных р- и s-поляризаций излучения и определяют в режиме in situ три эллипсометрических параметра ρр, ρs и Δ объекта. нклбыханыхя главл
В случае частично пропускающего излучения объекта на основе измерений интенсивности информационных пучков Iт1, Iт2, Iт3, Iт4 для пропускаемой объектом доли информационной части пучка излучения с выходов фотоприемников в информационном канале 9т для пропускаемой объектом доли информационной части пучка излучения формируют дополнительно четыре независимых относительных величины вида:
Figure 00000018
,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
,
Figure 00000021
(2)
Одновременно достигают и дополнительную цель, поскольку исключают аппаратную погрешность, вносимую аппаратными диаметрами Ар, Аsи ΔА из-за изменений состояния поляризации пучка излучения на всем его пути прохождения.The ability to simultaneously determine three ellipsometric parameters ρ p , ρ s and Δ of the object, and in the case of partially transmitting radiation from the object and six ellipsometric parameters ρ p , ρ s , Δ and τ p , τ s , Δ
Figure 00000012
The object follows from the general known laws of the interaction of polarized electromagnetic radiation with the object. Thus, in the general case of the interaction of a polarized radiation beam with an object for measuring the intensities of information and reference beams, eight independent experimental quantities can be determined experimentally. But these same beams also carry information described by seven other independent parameters: the initial amplitude A of the radiation beam, the modules ρ p , ρ s and the phase Δ of the object, the modules A p , A s and the phase Δ A for the complex amplitude reflection coefficients of the object and respectively, the hardware functions of the optical path carrying out the proposed method of the device along the entire radiation path with the exception of only the object itself. Then, based on solutions of the system known nonlinear relations for the above-mentioned seven independent parameters describing the polarized light state, if both the measured intensities of the information I u1, I u2, I u3, I w4 and supporting I o1, I o2, I o3, I a4 of beams, it becomes possible to determine simultaneously the three above-mentioned ellipsometric parameters ρ p , ρ s and Δ of the object in situ. To do this, take the ratios of the intensities of information beams I and 1 , I and 2 , I and 3 , I and 4 or their specific linear independent combinations to the corresponding intensities of the reference beams I o1 , I o2 , I o3 , I o4 or to their respective linear independent combinations and thus eliminate uncertainty due to the lack of information about the initial amplitude A about the radiation beam. Then, with a known ratio α of intensities, five relative values of the form are split off of the reference and remaining information parts of the radiation beam:
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
,
Figure 00000016
,
Figure 00000017
, (I) sequentially exclude in the calculation algorithm the hardware parameters A p , A s and Δ A for the main linear p and s polarizations of the radiation, and determine three ellipsometric parameters ρ p , ρ s and Δ of the object in situ. nklybykhya glavl
In the case of partially transmitting radiation from an object based on measurements of the intensity of information beams I t1 , I t2 , I t3 , I t4 , an additional four are formed for the transmitted part of the information part of the radiation beam from the outputs of the photodetectors in the 9 t channel for the transmitted part of the information part of the radiation beam independent relative values of the form:
Figure 00000018
,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
,
Figure 00000021
(2)
At the same time, an additional goal is achieved, since they exclude the hardware error introduced by the hardware diameters A p , A s and Δ A due to changes in the polarization state of the radiation beam along its entire transmission path.

П р и м е р 9. На чертеже: 1 - непрерывно накачиваемый твердотельный лазер на АИГ: Nd3+ в режиме "обрывания импульса" с внутритрезонаторной генерерацией гармоник (основая мода λ= 1064 нм, длительность импульса τи ≅ 35 нс, пиковая мощность Рпик ≃ 500 Вт; вторая гармоника λ= 532 нм, τ< 25 нс, Рпик ≃ 10 Вт; частота повторения импульсов f ≃ 295 кГц, в режиме "обрывания импульса". f до 1 МГц); 2 - блок питания и пуска лазера 1; 3 - призма Глана-Фуко (коэффициент гашения ~ 10-7); 4 - оптический столик для установки призмы 3 в пучок излучения; 5 - составная круговая поляризационная призма Френеля (угол расхождения пучков круговой поляризации с левым и правым вращениями Δ θ= 12', отношение интенсивностей упомянутых пучков с левым и правым вращениями α= 1,000+0,001); 6 - оптический столик для установки упомянутой призмы 5 в пучок излучения; 7 - объект (эпитаксиальные слои структуры nSi - n+Si толщиты до 0,6 мкм, удельное сопротивление ~ 20 мкОм·м); 8 - оптический столик для установки объекта 7 в пучок излучения; 9о и 9и - опорный и соответственно информационный каналы; 10о и 10и - светоделительные кубики в опорном и соответственно информационном каналах; 11о и 11и - оптические столики для установки упомянутых светоделителей 10о и 10и соответственно в пучок излучения; 12о и 12и - призмы Глана-Фуко; 13о и 13и - оптические столики для установки призм 12о и 12и соответственно в пучок излучения; 14о и 14и - составные круговые поляризационные призмы Френеля; 15о и 15и - оптические столики для установки упомянутых круговых призм 14о и 14исоответственно в пучок излучения; 16о (1, 2, 3, 4) и 16и (1, 2, 3, 4) - фотодиоды из германия, легированного золотом (азотное охлаждение, пороговая чувствительность Рпор ≃100 фВт/Гц1/2, полоса пропускания частот Δf ≃ 10 ГГц, минимальная мощность Рмин ≃0,2 нВт, вольт-амперная динамическая чувствительность D ≃ 1 В/Вт); 17 - система регистрации (электрооптическая камера "Агат-"СФВ") [4] ; 18 - система обработки и 19 - система отображения с автоматическим управлением от вычислительного комплекса на основе IBM РС/АТ; 20 - дополнительный гелий-неоновый лазер непрерывного излучения типа ЛГ-36А, мощность Ро = 20 мВт; 21 - дополнительная призма Глана-Фуко; 22 - оптический столик для установки призмы 21 в пучок излучения от вспомогательного источника излучения; 23 - плоскопараллельная стеклянная пластина; 24 - оптический столик для установки пластины 23 в пучок излучения; 25о и 25и - призмы Глана-Фуко; 26о и 26и - оптические столики для установки призм 25о и 25исоответственно в пучок излучения; 27о и 27и - плоские отражатели с диафрагмами в опорном и соответственно информационном каналах; 28о и 28и- дополнительные фотоприемники в опорном и соответственно информационном каналах (ФЭУ-68, ширина частот Δf≃600 кГц, частота модуляции fм = 12 МГц, усиление К ≃ 40 дБ).PRI me R 9. In the drawing: 1 - continuously pumped solid-state laser on the AIH: Nd 3+ in the mode of "cutting off the pulse" with intracavity generation of harmonics (main mode λ = 1064 nm, pulse duration τ and ≅ 35 ns, peak power P peak ≃ 500 W; second harmonic λ = 532 nm, τ <25 ns, P peak ≃ 10 W; pulse repetition frequency f ≃ 295 kHz, in the "pulse cut-off" mode. f up to 1 MHz); 2 - power supply and laser start 1; 3 - Glan-Foucault prism (extinction coefficient ~ 10 -7 ); 4 - optical table for installing prism 3 in the radiation beam; 5 - composite circular polarizing Fresnel prism (angle of divergence of circular polarized beams with left and right rotations Δ θ = 12 ', the ratio of the intensities of the mentioned beams with left and right rotations α = 1,000 + 0,001); 6 - an optical table for installing said prism 5 in a radiation beam; 7 - object (epitaxial layers of the nSi - n + Si structure are up to 0.6 μm thick, resistivity ~ 20 μOhm · m); 8 - optical table for installing the object 7 in the radiation beam; 9 about and 9 and - reference and, accordingly, information channels; 10 about and 10 and - beam-splitting cubes in the reference and, accordingly, information channels; 11 about and 11 and - optical tables for installing the aforementioned beam splitters 10 about and 10 and, accordingly, in the radiation beam; 12 about and 12 and - prisms of the Glan Foucault; 13 about and 13 and - optical tables for mounting prisms 12 about and 12 and, accordingly, in the radiation beam; 14 about and 14 and - compound circular polarizing Fresnel prisms; 15 about and 15 and - optical tables for installing the mentioned circular prisms 14 about and 14 and, respectively, in the radiation beam; 16 about (1, 2, 3, 4) and 16 and (1, 2, 3, 4) are gold-doped germanium photodiodes (nitrogen cooling, threshold sensitivity P pore ≃100 fW / Hz 1/2 , frequency bandwidth Δf ≃ 10 GHz, minimum power P min ≃ 0.2 nW, current-voltage dynamic sensitivity D ≃ 1 V / W); 17 - recording system (electro-optical camera "Agat-SFV") [4]; 18 - processing system and 19 - display system with automatic control from a computer complex based on IBM PC / AT; 20 - additional helium-neon cw laser of the type LG-36A, power Р о = 20 mW; 21 - additional Glan-Foucault prism; 22 - optical stage for mounting the prism 21 into the radiation beam from an auxiliary radiation source; 23 - plane-parallel glass plate; 24 - optical stage for installing the 23 V plate ray beam, about 25 and 25, and - pr zmy Glan-Foucault; 26 o and 26 and - optical tables for setting prism 25 a and 25 and respectively in a radiation beam; 27 a and 27, and - flat reflectors with apertures in the support and respectively the information channels; 28 a and 28, and - additional photodetectors in the reference and, respectively, information channels (PMT-68, frequency width Δf≃600 kHz, modulation frequency f m = 12 MHz, gain K ≃ 40 dB).

П р и м е р 10. На чертеже: 1 - инфракрасный СО2-лазер типа ЛГ-74 (длина волны λ= 10,6 мкм, мощноть Ро = 100 кВт); 2 - блок питания и пуска лазера 1; 3 - брюстеровский отражательный линейный поляризатор; 5 - дифракционная поляризационная решетка (число штрихов 1200 на 1 мм, направления штрихов под 45о к направлению поляризации падающего пучка излучения, плоскость решетки ориентирована под 45о к оси упомянутого пучка излучения, угол расхождения пучков с ортогональными линейными поляризациями Δ θ= 90о, отношение интенсивностей упомянутых пучков с ортогональными линейными поляризациями α = 1,000±0,001); 6 - оптический столик для установки поляризационной призмы 5 в пучок излучения; 7 - объект (эпитаксиальная пленка антимонида индия n-типа, толщина d до 0,6 мкм, концентрация носителей N ≃ 1015 см-3, температура Т = 77 К, на подложке из высокоомного антимонида индия р-типа); 8 - оптический столик для установки объекта в пучок излучения; 9о и 9и - опорный и информационный каналы; 10о и 10и - светоделительные кубики их хлористого натрия в опорном и соответственно информационном каналах; 11о и 11и - столики оптические для установки светоделителей 10ои соответственно 11и и пучок излучения; 12о и 12и - дифракционные решеточные поляризаторы (типа поляризатора 5) в опорном и соответственно информационном каналах; 13о и 13и - оптические столики для установки поляризаторов 12о и соответственнео 12и в пучок излучения; 14о и 14и - дифракционные решеточные поляризаторы (число штрихов 1200 на 1 мм, направление штрихов под 45о к направлению поляризации излучения, падающего на дифракционный решеточный поляризатор 5, плоскость решетки ориентирована под углом 45о к оси падающего на нее пучка излучения, угол расхождения пучков с ортогональными линейными поляризаторами Δ θ = 90о) в опорном и соответственно информационном каналах; 15о и 15и - оптические столики для установки дифракционных поляризаторов 14о и соответственно 14и в пучок излучения; 16о (1, 2, 3, 4) и 16и (1, 2, 3, 4) - германиевые легированные золотом фотодиоды в опорном и соответственно информационном каналах; 17 - многоканальная система регистрации (широкополосные усилители типа УЗ-7А, цифровые вольтметры, аналого-цифровые преобразователи АЦП); 18 - система обработки и 19 - система отображения на основе вычислительного комплекса I ВМ РС/АТ; 25ои 25и - дифракционные поляризаторы; в опорном и соответственно информационном каналах; 26о и 26и - оптические столики для установки поляризаторов 25о и соответственно 25и в пучок излучения.PRI me R 10. In the drawing: 1 - infrared CO 2 laser type LG-74 (wavelength λ = 10.6 μm, power Po = 100 kW); 2 - power supply and laser start 1; 3 - Brewster reflective linear polarizer; 5 - diffraction polarization grating (number of strokes 1200 per 1 mm, stroke directions at 45 ° to the direction of polarization of the incident radiation beam, the plane of the grating is oriented at 45 ° to the axis of the mentioned radiation beam, the angle of divergence of the beams with orthogonal linear polarizations Δ θ = 90 ° , the ratio of the intensities of the mentioned beams with orthogonal linear polarizations α = 1,000 ± 0,001); 6 - optical table for installing the polarizing prism 5 in the radiation beam; 7 - object (n-type indium antimonide epitaxial film, thickness d up to 0.6 μm, carrier concentration N ≃ 10 15 cm -3 , temperature T = 77 K, on the p-type high-resistance indium antimonide substrate); 8 - optical table for installing the object in the radiation beam; 9 about and 9 and - reference and information channels; 10 about and 10 and - beam-splitting cubes of their sodium chloride in the reference and, accordingly, information channels; 11 and about 11 and - optical tables for installation of the beam splitters 10 and 11, respectively, and and the radiation beam; 12 about and 12 and - diffraction grating polarizers (type of polarizer 5) in the reference and, accordingly, information channels; 13 about and 13 and - optical tables for installing polarizers 12 about and, respectively, 12 and into the radiation beam; 14 a and 14, and - the diffraction lattice polarizers (the number of strokes 1200 on 1 mm, the direction of strokes under 45 ° to the direction of polarization of the radiation incident on the diffraction grating polarizer 5, the lattice plane is oriented at an angle of 45 ° to the axis of the incident beam, the angle discrepancies between beams with orthogonal linear polarizers Δ θ = 90 ° ) in the reference and, accordingly, information channels; 15 about and 15 and - optical tables for installing diffraction polarizers 14o and, accordingly, 14i in the radiation beam; 16 about (1, 2, 3, 4) and 16 and (1, 2, 3, 4) are germanium gold-doped photodiodes in the reference and, respectively, information channels; 17 - multi-channel recording system (broadband amplifiers of the type UZ-7A, digital voltmeters, analog-to-digital converters of the ADC); 18 - processing system and 19 - display system based on the computing complex I VM RS / AT; 25 about and 25 and - diffraction polarizers; in the reference and, accordingly, information channels; 26 about and 26 and - optical tables for installing polarizers 25 about and 25, respectively, and in the radiation beam.

П р и м е р 11. Подготовка работы в режиме in situ. Осуществляют подготовку работы в режиме in situ в описанном выше примере 9 следующим образом: включают вспомогательный источнике излучения 20 (Не-Ne лазер ЛГ-36А, длина волны λ = 630 нм); пучок электромагнитного излучения от источника 20 излучения направляют на линейную поляризационную призму 21 (призму Глана-Фуко), установленную в оправе на оптическом столике 22; устанавливают ось поляризационной призмы 21 вдоль направления оси пучка излучения от источника 20 излучения; поворотом поляризационной призмы 21 вокруг оси пучка излучения устанавливают направление колебаний электрического вектора

Figure 00000022
на выходе из поляризационной призмы 21 по вертикали вдоль направления главной S-поляризации излучения на объекте 7; устанавливают плоскопараллельную стеклянную пластину 23 на оптическом столике 24; снимают объект 7 с оптического столика 8; поворотом плоскопараллельной пластины 23 вокруг вертикальной оси направляют отражаемый ею пучок линейно поляризованного излучения в опорный канал 9о и пропускаемый ею пучок упомянутого излучения в информационный канал 9и; устанавливают на пути отражаемого и пропускаемого плоскопараллельной пластиной 23 пучков линейно поляризованного излучения анализирующие поляризационные призмы Глана-Фуко 25о и соответственно 25и в позиции Ао и соответственно Аиперед входами в опорный и соответственно информационный каналы; далее вводят в один из опорных и соответственно информационных пучков на выходе из круговой поляризационной призмы Френеля 14о и соответственно 14и плоский отражатель 27о-1 и соответственно 27и-1 и отклоняют ими упомянутые пучки на фотоприемники 28о-1 и соответственно 28и-1 типа мФЭУ-68; устанавливают анализаторы 25о и соответственно 25и поворотом вокруг оси падающего на них линейно поляризованного излучения в положение почти полного скрещивания с линейным поляризатором 21, о чем судят по сильному уменьшению сигнала на выходе упомянутых фотоприемников 28о-1 и 28и-1, далее в упомянутом выше положении анализаторов 25о и 25иполучают еще большее уменьшение сигнала на фотоприемниках 28о и 28иповоротом светоделителя 10о и соответственно 10и вокруг соответственной горизонтальной оси в делительной плоскости соответственно упомянутых светоделителей; устанавливают анализаторы 25о и 25и в положение полного скрещивания с поляризатором 21; переносят анализаторы 25о и соответственно 25и из позиций Ао и Аи в позиции Во и соответственно Висразу за светоделителями 10о и соответственно 10и перед круговыми поляризационными призмами Френеля 14о и соответственно 14и; обеспечивают еще большее уменьшение до нулевого уровня сигнала на фотоприемниках 28ои 28и-плавной подстройкой направления делительной плоскости светоделителей 10о и соответственно 10и поворотом их вокруг упомянутых горизонтальных осей в делительных плоскостях соответственных светоделителей; по достижению нулевого уровня сигнала на выходе фотоприемников 28о- и 28и- судят об установке направления колебаний электрического вектора линейно поляризованного излучения от вспомогательного источника в делительной плоскости светоделителей перпендикулярно плоскости падения пучка излучения на упомянутую делительную плоскость светоделителей; вводят в один из опорных и соответственно информационных пучков на выходе поляризационных призм 12ои соответственно 12и плоский отражатель 27о-2 и соответственно 27и-2 и отклоняют ими упомянутые пучки на дополнительные фотоприемники 28о-2 и соответственно 28и-2 типа ФЭУ-68; устанавливают линейные поляризационные призмы 12о и соответственно 12и в положение отбора главных ортогональных линейных р- и s-поляризаций пучка излучения поворотом упомянутых призм 12о и 12и вокруг оси падающего на них пучка излучения; при этом о требуемой выше установке поляризационных призм 12о и 12и судят по достижению нулевого сигнала на выходе фотоприемников 28о-2 и соответственно 28и-2, далее плоские отражатели 27о-1, 27о-2 и соответственно 27и-1, 27и-2 устанавливают на пропускание (через диафрагмы в них) излучения от упомянутых поляризационных призм 12о и 14ои соответственно призм 12и и 14и на соответственные отдельные фотоприемники, например, в нашем случае 16о-1, 16о-3 и соответственно 16и-1 16и-4; убирают с пути излучения анализирующие поляризаторы 25о и соответственно 25и, плоскопараллельную пластину 23; выключают вспомогательный источник 20 излучения; включают источник 1 излучения с помощью пуска блока 2 питания и пуска; устанавливают линейный поляризатор 3 на пропускание им линейно поляризованного пучка электромагнитного излучения с направлением колебаний электрического вектора
Figure 00000023
по вертикали; упомянутую установку линейного поляризатора 3 осуществляют поворотами вокруг установленных осей оптического столика 4 и линейного поляризатора 3 вокруг оси падающего на него излучения; устанавливают объект 7 на оптический столик 8; устанавливают отражающую плоскость объекта 7 к направлению падающего на него пучка излучения так, что отражаемый объеком 7 пучок излучения направляют в информационный канал 9и; саму отражающую плоскость объекта 7 располагают в верикальной плоскости; производят отсчеты интенсивностей опорных и соответственно информационных пучков на выходе из линейных поляризационных призм 12о и соответственно 12и в опорном 9о и соответственно информационном 9иканалах; затем поворачивают круговую поляризационную призму 5 вокруг оси падающего на нее поляризованного излучения на 90о; повторяют отсчеты интенсивностей опорных и соответственно информационных пучков на выходе из тех же линейных поляризационных призм 12о и 12и в опорном 9о и соответственно информационном 9и каналах; в результате получают возможность судить о параметрах для отношения интенсивностей пучков излучения круговой поляризации с левым и правым вращениями непосредственно на выходе из упомянутой входной круговой поляризационной призмы 5.PRI me R 11. Preparation of work in situ. Prepare the work in situ in the above example 9 as follows: include an auxiliary radiation source 20 (He-Ne laser LG-36A, wavelength λ = 630 nm); the electromagnetic radiation beam from the radiation source 20 is sent to a linear polarizing prism 21 (Glan-Foucault prism) mounted in a frame on the optical table 22; establish the axis of the polarizing prism 21 along the direction of the axis of the radiation beam from the radiation source 20; by turning the polarizing prism 21 about the axis of the radiation beam, the direction of oscillation of the electric vector is established
Figure 00000022
at the exit from the polarization prism 21 vertically along the direction of the main S-polarization of radiation at the object 7; establish a plane-parallel glass plate 23 on the optical table 24; remove the object 7 from the optical table 8; by rotating the plane-parallel plate 23 about a vertical axis, a beam of linearly polarized radiation reflected by it is sent to the reference channel 9 about and a beam of said radiation transmitted by it to the information channel 9 and ; is set on the path of the reflected and transmitted plane-parallel plate 23 linearly polarized light beams the polarization analyzing Glan-Foucault prism 25 and about 25 and in position A o and A, respectively, and before entering the reference and information channels, respectively; then they are introduced into one of the reference and, respectively, information beams at the exit from the Fresnel circular polarizing prism, 14 о and, respectively, 14 and a flat reflector 27 about -1 and 27 and -1, respectively, and they deflect the mentioned beams to photodetectors 28 about -1 and 28 and respectively -1 type mFEU-68; set of analyzers 25 and 25 and turning around the axis of incident linearly polarized radiation to a position almost completely crossed with linear polarizer 21, as judged by a strong decrease of the output signal of said photodetectors 28 and 28 -1 and -1, more in the above-mentioned position of the analyzers 25 and 25 to obtain an even greater decrease in signal photodetectors 28 and 28 and of rotation of the beamsplitter 10 and 10 respectively and around respective horizontal axis in a separating plane, respectively, wherein -mentioned beam splitters; set the analyzers 25 about and 25 and in the position of full crossing with the polarizer 21; transferred analyzers 25 and about 25 and from position A o and A and B in a and respectively B and immediately behind the beam splitters 10 and about 10 and before circular polarization Fresnel prisms 14 and about 14 and, respectively; provide even greater reduction to a zero level of the signal on the photodetectors 28 about and 28 and smooth adjustment of the direction of the dividing plane of the beam splitters 10 about and, respectively, 10 and turning them around the mentioned horizontal axes in the pitch planes of the respective beam splitters; upon reaching a zero signal level at the output of the photodetectors 28 about - and 28 and - judge about setting the direction of oscillation of the electric vector of linearly polarized radiation from the auxiliary source in the dividing plane of the beam splitters perpendicular to the plane of incidence of the radiation beam on said dividing plane of the beam splitters; is introduced into one of the support beams and, respectively, the information at the output of polarizing prisms 12 and 12 and the flat reflector 27 about -2 and -2, respectively 27 and deflect them, and said additional beams to the photodetectors 28 and about -2 and -2, respectively 28 type PMT-68; The linear polarization of the prism 12 and respectively 12 and to position the main selection orthogonal linear p- and s-polarizations of the beam rotation of said prisms 12 And 12 ° and around the axis of incident radiation beam; wherein the installing of the above desired polarization prisms 12 and about 12 and is judged by zero signal at the output of photodetectors achieve 28o-2 and -2, respectively 28 and further flat reflector 27 of -1, -2 and about 27 respectively 27 and 1, -2 and 27 mounted on the transmission (through the aperture therein) radiation from said polarizing prisms 12 on and 14 on and respectively prisms 12 and 14 and on the respective separate photodetectors, for example, in our case of 16 -1 to 16 -3 and respectively 16 and -1 16 and -4; removed from the radiation path of analyzing polarizers 25 and 25 And, respectively, a plane-parallel plate 23; turn off the auxiliary radiation source 20; include a radiation source 1 by starting the power supply unit 2 and start; establish a linear polarizer 3 for transmission of a linearly polarized beam of electromagnetic radiation with the direction of oscillation of the electric vector
Figure 00000023
vertically; the said installation of the linear polarizer 3 is carried out by turning around the installed axes of the optical stage 4 and the linear polarizer 3 around the axis of the radiation incident on it; set the object 7 on the optical table 8; establish the reflecting plane of the object 7 to the direction of the incident radiation beam so that the radiation beam reflected by the object 7 is sent to the information channel 9i; the reflecting plane of the object 7 itself is located in the vertical plane; producing samples of the intensities of reference and information respectively output beams from linear polarization prisms 12 and about 12 and in the support 9 and about 9 and, respectively, the information channels; then rotate the circular polarizing prism 5 around the axis of the incident polarized radiation by 90 about ; repeated readings of the intensities of reference and information respectively output beams of the same linear polarization of the prisms 12 and 12 and in the support 9 and about 9 and, respectively, the information channels; as a result, it is possible to judge the parameters for the ratio of the intensities of the circularly polarized radiation beams with left and right rotations directly at the exit from the said circular circular polarizing prism 5.

П р и м е р 12. Подготовка работы в режиме in situ. PRI me R 12. Preparation of work in situ.

Осуществляют также подготовку работы в режиме in situ в описанном выше примере 10 следующим образом. Включают блок 2 питания и запуска ИК-лазера на СО2; запускают ИК СО2-лазер типа ЛГ-74 (длина волны λ = 10,6 мкм); устанавливают дифракционный решеточный поляризатор 5 на оптический столик 6; устанавливают плоскость поляризатора 5 под углом 45о к оси падающего на него линейно поляризованного излучения от источника 1 излучения так, что штрихи решеточного поляризатора 5 перпендикулярны направлению поляризации падающего на него пучка излучения (направлению колебаний электрического вектора

Figure 00000024
в пучке излучения, а в нашем случае - по вертикали); направляют проходящий сквозь решеточный поляризатор 5 пучок линейно поляризованного ИК-излучения с направлением колебаний электрического вектора
Figure 00000025
по вертикали в опорный канал 9о; помещают на его пути анализирующий решеточный поляризатор 25о на оптический столик 26о в позицию Ао перед входом в опорный канал 9о; устанавливают анализатор 25о его плоскостью перпендикулярно оси падающего на него пучка излучения; поворачивают анализатор 25о в его плоскости вокруг оси пучка излучения в положение почти полного скрещивания с линейным поляризатором 3 и, следовательно, с линейной поляризацией падающего на анализатор 25о пучка излучения, при этом пользуются сильным уменьшением интенсивности сигналов на выходах фотоприемников 16о (1, 2, 3, 4) в опорном канале; далее в положении почти полного скрещивания анализатора 25о с пучком поляризованного линейного ИК-излучения с направлением колебаний э лектрического вектора
Figure 00000026
пучка по вертикали получают еще большее уменьшение интенсивности сигнала на выходе одного и некоторое увеличение интенсивности сигнала на выходе другого для пары фотоприемников 16о-1 и 16о-2, 16о-3 и 16о-4 поворотом делительной плоскости светоделителя 10о вокруг горизонтальной оси в его делительной плоскости; устанавливают анализатор 25о в положениеи полного скрещивания с падающим на него пучком поляризованного линейно ИК-излучения, о чем судят по нулевому уровню интенсивности сигнала с выходов каждого из фотоприемников 16о (1, 2, 3, 4) в опорном канале 9о; проверяют точность установки направления колебаний электрического вектора
Figure 00000027
пучка линейно поляризованного ИК-излучения в делительной плоскости светоделителя 10о перпендикулярно плоскости падения на упомянутую делительную плоскость светоделителя поворотом анализатора 25о в его плоскости вокруг нормали к ней (и, следовательно, вокруг оси падающего на него пучка ИК-излучения) на 90о, при этом отмечают ожидаемые большую интенсивность сигнала одного и малую интенсивность сигнала другого из упомянутых пар фотоприемников 16о-1 и 16о-2, 16о-3 и 16о-4; по необходимости добиваются еще большего по возможности уменьшения меньшей интенсивности сигналов для упомянутых фотоприемников в опорном канале; устанавливают нормали к дифракционным поляризаторам 12о и 14о в опорном канале поворотами оптических столиков 13о и соответственно 15о вокруг установленных осей под углом 45о к оси падающих на них пучков ИК-излучения от светоделителей 10о; устанавливают дифракционные поляризаторы 12о и 14о на отбор ортогональных линейных р- и s-поляризаций, о чем судят по нулевому сигналу одного из фотоприемников отмеченной пары фотоприемников; точность установки такого отбора проверяют поворотом дифракционных поляризаторов вокруг нормали к их плоскости на 90о, тогда получают ожидаемую смену показаний интенсивности сигналов для фотоприемников в каждой из упомянутых пар фотоприемников в опорном канале; поворачивают дифракционный поляризатор 14о в его плоскости вокруг нормали к ней на 45о; устанавливают объект 7 на оптический столик 8; устанавливают плоскость объекта 7 в вертикальной плоскости; поворачивают дифракционный решеточный поляризатор 5 в его плоскости вокруг нормали к ней на 90о так, что при этом штрихи поляризатора 5 располагаются по вертикали; направляют от поляризатора 5 пучок линейно поляризованного ИК-излучения с направлением колебаний электрического вектора
Figure 00000028
по вертикали на объект 7; поворотом плоскости объекта 7 вокруг вертикальной оси отражают от него пучок ИК-излучения в информационный канал 9и; помещают на пути отражаемого объектом 7 пучка ИК-излучения анализирующий поляризатор 25и, идентичный поляризатору 25ов опорном канале, на оптический столик 26и в позицию Аи перед входом в информационный канал 9и; повторяют подготовку работы в режиме in situ информационного канала идентично опианной выше подготовке работы в режиме in situ в опорном канале; убирают с пути пучков ИК-излучения анализаторы 25о и 25и; при необходимости обеспечения повышенной чувствительности предлагаемого способа к малым значениям фазового эллипсометрического параметра Δ объекта на оптические столики 26о и 26ипомещают обеспечивающшие круговую поляризацию ромбы Френеля из хлористого натрия на месте линейных анализаторов 25о и 25исоответственно; поворачивают дифракционный поляризатор 5 в его плоскости вокруг нормали к ней на угол 45о; отсчитывают интенсивности опорных и соответственно информационных пучков на выходах из дифракционных поляризаторов 12о и 12и в опорном 9о и соответственно информационном 9иканалах; поворачивают упомянутый поляризатор 5 на 90о; отсчитывают повторно интенсивности опорных и информационных пучков на упомянутых выходах из поляризаторов 12о и 12и; в результате судят о равенстве интенсивностей отражаемого и пропускаемого дифракционным решеточным поляризатором 5 пучков ИК-излучения с ортогональными линейными поляризациями в отщепляемой опорной и оставшейся информационной частях пучка ИК-излучения; при необходимости устанавливают желаемую величину α для отношения интенсивностей отщепляемой опорной и оставшейся информационной частей пучка излучения непосредственно на выходе их из дифракционного решеточного поляризатора 5.In situ training is also carried out in Example 10 above as follows. Turn on the power supply unit 2 and start the IR laser on CO 2 ; launch an IR CO 2 laser of the type LG-74 (wavelength λ = 10.6 μm); set the diffraction grating polarizer 5 on the optical table 6; establish polarizer plane 5 at an angle of 45 ° to the axis of incident linearly polarized radiation from the radiation source 1 so that the lattice polarizer 5 strokes perpendicular to the direction of polarization of the incident radiation beam (oscillation direction of the electric vector
Figure 00000024
in a radiation beam, and in our case - vertically); direct a beam of linearly polarized IR radiation passing through the grating polarizer 5 with the direction of oscillation of the electric vector
Figure 00000025
vertically in the reference channel 9 about ; place on its way an analyzing lattice polarizer 25 о on the optical table 26 о in position А о before entering the reference channel 9 о ; set the analyzer 25 about its plane perpendicular to the axis of the incident radiation beam; rotated analyzer 25 on its plane about the beam axis to a position almost completely crossed with linear polarizer 3 and therefore with linear polarization incident on the analyzer 25 of the radiation beam, while enjoying a strong decrease in the signal intensity at photodetector 16 outputs a (1 2, 3, 4) in the reference channel; further in the position of almost complete crossing of the 25 о analyzer with a beam of polarized linear IR radiation with the direction of oscillation of the electric vector
Figure 00000026
the vertical beam receive an even greater decrease in signal intensity at the output of one and a slight increase in signal intensity at the output of the other for a pair of photodetectors 16 about -1 and 16 about -2, 16 about -3 and 16 about -4 by rotating the dividing plane of the beam splitter 10 about around the horizontal axis in its dividing plane; mounted on the analyzer 25 in the fully mating with the beam incident on it linearly polarized infrared radiation, as judged by the intensity of the zero level output signal from each of the photodetectors 16 (1, 2, 3, 4) in the reference channel 9 on; check the accuracy of setting the direction of oscillation of the electric vector
Figure 00000027
a beam of linearly polarized IR radiation in the dividing plane of the beam splitter 10 about perpendicular to the plane of incidence on the dividing plane of the beam splitter by rotating the analyzer 25 about in its plane around the normal to it (and, therefore, around the axis of the incident beam of IR radiation) by 90 about , at the same time, the expected high signal intensity of one and low signal intensity of the other of the mentioned pairs of photodetectors 16 about -1 and 16 about -2, 16 about -3 and 16 about -4; if necessary, achieve even more possible reduction of a lower signal intensity for said photodetectors in the reference channel; mounted normal to the diffraction of the polarizers 12 and 14 on a reference channel optical rotations of the tables 13 and 15 respectively of the installed around axes angled 45 ° to the axis incident on them IR radiation beams from the beam splitters 10 °; establish diffraction polarizers 12 ° and 14 ° for the selection of orthogonal linear p and s polarizations, as judged by the zero signal of one of the photodetectors of the marked pair of photodetectors; the accuracy of the installation of such a selection is checked by turning the diffraction polarizers around the normal to their plane by 90 ° , then the expected change in the signal intensity for the photodetectors in each of the mentioned pairs of photodetectors in the reference channel is obtained; turn the diffraction polarizer 14 about in its plane around the normal to it by 45 about ; set the object 7 on the optical table 8; set the plane of the object 7 in a vertical plane; turn the diffraction grating polarizer 5 in its plane around the normal to it by 90 about so that the strokes of the polarizer 5 are located vertically; direct from the polarizer 5 a beam of linearly polarized infrared radiation with the direction of oscillation of the electric vector
Figure 00000028
vertically on the object 7; by turning the plane of the object 7 around the vertical axis, a beam of infrared radiation is reflected from it into the information channel 9 and ; place on the path of the infrared beam reflected by the object 7 an analyzing polarizer 25 and , identical to the polarizer 25 о in the reference channel, on the optical stage 26 and at position A and before entering the information channel 9 and ; repeat the preparation of the in-situ operation of the information channel identically to the above-described preparation of the in-situ operation in the reference channel; analyzers 25 o and 25 and are removed from the path of the infrared beams; if necessary, to provide increased sensitivity of the proposed method to small values of the phase ellipsometric parameter Δ of the object on the optical tables 26 about and 26 and put providing circular polarization Fresnel rhombuses of sodium chloride in place of linear analyzers 25 about and 25 and, respectively; turn the diffraction polarizer 5 in its plane around the normal to it at an angle of 45 about ; counted and intensity of the reference beams, respectively, the information at the outputs of the diffraction of the polarizers 12 and 12 and in the support 9 and about 9 and, respectively, the information channels; said polarizer 5 is rotated 90 ° ; re-count the intensities of the reference and information beams at the mentioned outputs from the polarizers 12 about and 12 and ; as a result, they judge the equality of the intensities of the reflected and transmitted by the diffraction grating polarizer 5 IR radiation beams with orthogonal linear polarizations in the detachable reference and remaining information parts of the IR radiation beam; if necessary, set the desired value of α for the ratio of the intensities of the detachable reference and the remaining information parts of the radiation beam directly at their exit from the diffraction grating polarizer 5.

П р и м е р 13 Достижение положительного эффекта. PRI me R 13 Achieving a positive effect.

Пусть при осуществлении предлагаемого способа описанным выше в примере 9 устройством имеют:
ρр - модуль комплексного амплитудного коэффициента отражения объектом компоненты излучения с р-поляризацией;
ρs - модуль комплексного амплитудного коэффициента отражения объектом компоненты излучения с S-поляризацией;
Δ - разность фаз комплексных амплитудных коэффициентов отражения объектом компонент излучения с ортогональными р- и s-поляризациями соответственно;
Ар - модуль комплексной амплитудной аппаратной функции оптического тракта осуществляющего предлагаемый способ устройства для компоненты излучения с р-поляризацией;
Аs - модуль комплексной амплитудной аппаратной функции оптического тракта осуществляющего предлагаемый способ устройства для компоненты излучения с S-поляризацией;
ΔА - разность фаз комплексных амплитудных аппаратных функций оптического тракта осуществляющего предлагаемый способ устройства для компонент излучения с ортогональными р- и s-поляризациями;
Ао - начальная амплитуда пучка поляризованного излучения до его взаимодействия с отщепителем 5 круговой поляризационной призмой Френеля);
α - отношение интенсивностей отщепляемой опорной и оставшейся информационной частей непосредственно на выходе из отщепителя (в нашем случае отношение интенсивностей пучков круговой поляризации с левым и соответственно правым вращениями α = 1,000±0,001);
ρрD - модуль комплексного амплитудного коэффициента отражения светоделителем в опорном и соответственно информационном каналах компоненты излучения р-поляризации;
ρsD - модуль комплексного амплитудного коэффициента отражения светоделителем в опорном и соответственно информационном каналах компоненты излучения s-поляризации;
τрD - модуль комплексного амплитудного коэффициента пропускания светоделителем в опорном и соответственно информационном каналах компоненты излучения р-поляризации;
τsD - модуль комплексного амплитудного коэффициента пропускания светоделителем в опорном и соответственно информационном каналах компоненты излучения s-поляризации;
Δ τ - разность фаз комплексных амплитудных коэффициентов пропускания светоделителем в опорном и соответственно информационном каналах компонент излучения с ортогональными р- и соответственно s-поляризациями;
D - динамический вольт-ваттная чувствительность фотоприемников излучения в опорном и информационном каналах.
Let the implementation of the proposed method described above in example 9, the device have:
ρ p is the modulus of the complex amplitude reflection coefficient of the object of the radiation component with p-polarization;
ρ s is the modulus of the complex amplitude reflection coefficient of the radiation component with S-polarization by the object;
Δ is the phase difference of the complex amplitude reflection coefficients of the object radiation components with orthogonal p and s polarizations, respectively;
And p is the module of the complex amplitude hardware function of the optical path carrying out the proposed device method for the radiation component with p-polarization;
And s is the module of the complex amplitude hardware function of the optical path carrying out the proposed method of the device for the radiation component with S-polarization;
Δ A is the phase difference of the complex amplitude hardware functions of the optical path carrying out the proposed method of the device for radiation components with orthogonal p and s polarizations;
And about - the initial amplitude of the beam of polarized radiation before it interacts with the splitter 5 circular polarizing Fresnel prism);
α is the ratio of the intensities of the detachable support and the remaining information parts directly at the exit of the splitter (in our case, the ratio of the intensities of the circularly polarized beams with the left and right rotations α = 1,000 ± 0,001);
ρ рD is the module of the complex amplitude reflection coefficient by a beam splitter in the reference and, accordingly, information channels of the p-polarized radiation component;
ρ sD is the modulus of the complex amplitude reflection coefficient by the beam splitter in the reference and, accordingly, information channels of the s-polarization radiation component;
τ рD is the module of the complex amplitude transmittance of the beam splitter in the reference and, respectively, information channels of the p-polarized radiation component;
τ sD is the module of the complex amplitude transmittance of the beam splitter in the reference and, accordingly, information channels of the radiation component of s-polarization;
Δ τ is the phase difference of the complex amplitude transmission coefficients of the beam splitter in the reference and, respectively, information channels of the radiation components with orthogonal p- and, accordingly, s-polarizations;
D is the dynamic volt-watt sensitivity of the radiation photodetectors in the reference and information channels.

Тогда получают интенсивность Iи1 сигнала для информационного пучка излучения р-поляризации:
Iи1 = D ρp 2Ap 2 ρpD 2Ao 2 (3) интенсивность Iо1 сигнала для опорного пучка излучения р-поляризации:
Iо1 = αDAp 2 ρpD 2Ao 2 (4) интенсивность Iи2 сигнала для информационного пучка излучения s-поляризации:
Iи2 = D ρs 2As 2 ρsD 2Ao 2 (5) интенсивность Iо2 сигнала для опорного пучка излучения s-поляризации:
Iо2 = αDAs 2 ρsD 2Ao 2 (6)
Берут отношение (3) к (4) и (5) к (6), получают при известном отношении α интенсивностей отщепляемой опорной и оставшейся информационной частей пучка излучения квадраты модулей ρр и ρsкоэффициентов отражения объектом компонент с ортогональными линейными р- и s-поляризациями соответственно:
ρp 2 = α (Iи1/Iо1) (7) и
ρs 2 = α (Iи2/Iо2) (8) извлекают корни из соотношений (7) и (8) и определяют пару эллипсометрических параметров ρр и ρs объекта:
ρp = (α Iи1/Iо1)1/2 (9) и
ρs = (α Iи2/Iо2)1/2 (10)
Одновременно с измерениями интенсивностей Iи1, Iи2информационных и Iо1, Iо2 опорных пучков получают интенсивности Iи3 и Iи4 сигналов для информационных пучков излучения с левой и соответственно правой круговой поляризацией:
Iиз = αDAo 2s 2As 2 τsD 2p 2Ap 2 τpD 2 +
+ 2ρs ρpAsAp τsD τpD sin (Δ+ΔA

Figure 00000029
)] (11) и
Iи4 = DAo 2s 2As 2 τsD 2 + ρp 2Ap 2 τpD 2 -
- 2ρs ρpAsAp τsD τpD sin ( Δ+ΔA
Figure 00000030
)] (12) интенсивности Iо3 и Iо4 сигналов для опорных пучков излучения с левой и соответственно правой круговой поляризацией:
Iо3 = α2DAo 2 [As 2 τsD 2 + Ap 2 τpD 2 +
+2 AsAp τsD τpD sin (ΔA + Δ
Figure 00000031
)] (13) и
Iо4 = αDAo 2 [As 2 τsD 2 + Ap 2 τpD 2 -
-2 AsAp τsD τpD sin (ΔA
Figure 00000032
)] (14) формируют при известном α три независимые относительные величины:
q=
Figure 00000033
=
Figure 00000034
sin(Δ+Δs), (15)
P =
Figure 00000035
=
Figure 00000036
sinΔs, (16)
v =
Figure 00000037
=
Figure 00000038
Figure 00000039
, (17) при этом вводят относительный эллипсометрический параметр ρ:
ρ= ρp/ ρs (18) относительный параметр α для модулей аппаратных функций для компонент излучения с ортогональными линейными р- и s-поляризациями:
α=
Figure 00000040
(19) и фазовый параметр Δs аппаратных функций для компонент излучения с ортогональными р- и s-поляризациями:
Δs = ΔA + Δτ (20)
Для определения фазового эллипсометрического параметра Δ объекта осуществляют следующие расчетные операции:
- при известном α и найденных эллипсометрических параметрах ρр и ρs объекта с использованием формул (3) - (10) находят по формуле (18) относительный параметр ρ;
- при известном α и найденных параметрах ρ и ρs из формулы (17) по величине v находят аппаратный параметр α в виде (19);
- при найденном параметре α по величине р из формулы (16) находят значение sin Δs и далее фазовый параметр Δs аппаратных функций;
- при найденных параметрах ρ и α по величине q из формулы (15) находят значение sin ( Δ+ Δs) и далее фазовый параметр Δ+Δs;
- по найденным фазовым параметрам Δs и Δ+ Δs находят фазовый эллипсометрический параметр Δ объекта.Then, the intensity I and 1 of the signal is obtained for the information beam of p-polarized radiation:
I and 1 = D ρ p 2 A p 2 ρ pD 2 A o 2 (3) signal intensity I o1 for the reference beam of p-polarized radiation:
I o1 = αDA p 2 ρ pD 2 A o 2 (4) signal intensity I and 2 for an information beam of s-polarization radiation:
I and 2 = D ρ s 2 A s 2 ρ sD 2 A o 2 (5) signal intensity Io2 for the reference beam of s-polarized radiation:
I o2 = αDA s 2 ρ sD 2 A o 2 (6)
We take the ratio of (3) to (4) and (5) to (6), and for a known ratio of the intensities α of the detachable reference and remaining information parts of the radiation beam, the squared moduli ρ p and ρ s of the reflection coefficients of the object components with orthogonal linear p and s -polarizations, respectively:
ρ p 2 = α (I and 1 / I о1 ) (7) and
ρ s 2 = α (I and 2 / I о2 ) (8) extract roots from relations (7) and (8) and determine a pair of ellipsometric parameters ρ p and ρ s of the object:
ρ p = (α I and 1 / I о1 ) 1/2 (9) and
ρ s = (α I and 2 / I о2 ) 1/2 (10)
Simultaneously with measurements of the intensities I and 1 , I and 2 of the information and I o1 , I o2 reference beams, the intensities I and 3 and I and 4 of the signals for information beams of radiation with left and right circular polarization are obtained:
I of = αDA o 2s 2 A s 2 τ sD 2 + ρ p 2 A p 2 τ pD 2 +
+ 2ρ s ρ p A s A p τ sD τ pD sin (Δ + Δ A + Δ
Figure 00000029
)] (11) and
I and 4 = DA o 2s 2 A s 2 τ sD 2 + ρ p 2 A p 2 τ pD 2 -
- 2ρ s ρ p A s A p τ sD τ pD sin (Δ + Δ A + Δ
Figure 00000030
)] (12) the intensities of I o3 and I o4 signals for reference radiation beams with left and, accordingly, right circular polarization:
I o3 = α 2 DA o 2 [A s 2 τ sD 2 + A p 2 τ pD 2 +
+2 A s A p τ sD τ pD sin (Δ A + Δ
Figure 00000031
)] (13) and
I o4 = αDA o 2 [A s 2 τ sD 2 + A p 2 τ pD 2 -
-2 A s A p τ sD τ pD sin (Δ A + Δ
Figure 00000032
)] (14) with known α form three independent relative values:
q =
Figure 00000033
=
Figure 00000034
sin (Δ + Δ s ), (15)
P =
Figure 00000035
=
Figure 00000036
sinΔ s , (16)
v =
Figure 00000037
=
Figure 00000038
Figure 00000039
, (17) in this case, the relative ellipsometric parameter ρ is introduced:
ρ = ρ p / ρ s (18) the relative parameter α for the moduli of hardware functions for the radiation components with orthogonal linear p and s polarizations:
α =
Figure 00000040
(19) and the phase parameter Δ s of the hardware functions for radiation components with orthogonal p- and s-polarizations:
Δ s = Δ A + Δ τ (20)
To determine the phase ellipsometric parameter Δ of the object, the following calculation operations are performed:
- with known α and the ellipsometric parameters ρ p and ρ s of the object found, using formulas (3) - (10), the relative parameter ρ is found by formula (18);
- with known α and the found parameters ρ and ρ s from formula (17), the apparatus parameter α is found from the value of v in the form (19);
- when the parameter α is found from the value of p from the formula (16), the value sin Δ s and then the phase parameter Δ s of the hardware functions are found;
- when the parameters ρ and α are found by the value of q from the formula (15), the value sin (Δ + Δ s ) is found and then the phase parameter Δ + Δ s ;
- from the found phase parameters Δ s and Δ + Δ s find the phase ellipsometric parameter Δ of the object.

П р и м е р 14. Достижение положительного эффекта. PRI me R 14. Achieving a positive effect.

При осуществлении предлагаемого способа описанным выше в примере 10 устройством в отличие от примера 9 имеют:
ΔA 1 =

Figure 00000041
A- разность фаз комплексных амплитудных аппаратных функций оптического тракта используемого здесь для осуществления предлагаемого способа устройства, когда отщепитель опорной части пучка излучения не вносит сдвига фаз для отщепляемой опорной и оставшейся информационной части пучка излучения по сравнению с отщепителем (круговой поляризационной призмой) в рассмотренном выше примере 9;
α= 1,000±0,001 - интенсивности отщепляемой опорной и оставшейся информационной частей пучка одинаковы на выходе из используемого здесь отщепителя.When implementing the proposed method described above in example 10, the device, in contrast to example 9, have:
Δ A 1 =
Figure 00000041
+ Δ A is the phase difference of the complex amplitude hardware functions of the optical path used here to implement the proposed method of the device when the splitter of the reference part of the radiation beam does not introduce a phase shift for the detachable reference and remaining information part of the radiation beam compared to the splitter (circular polarizing prism) in the considered above example 9;
α = 1,000 ± 0,001 - the intensities of the detachable support and the remaining information parts of the beam are the same at the exit from the splitter used here.

Тогда для определения фазового эллипсометрического параметра Δ объекта используют формулы (9) и 10), (15), (16) и (17), (18), (19) и (20) с заменой α единицей и ΔА величиной ΔА 1 и осуществляют следующие расчетные операции:
- из формулы (9) и (10) по найденным значениям интенсивностей пучков Iи1, Iи2 и Iо1, Iо2 находят эллипсометрические параметры ρр и ρs объекта;
- при найденных параметрах ρs и ρр по формуле (18) находят относительный параметр ρ;
- при найденных параметрах ρs и ρ из формулы (17) по величине v находят аппаратный параметр α;
- при найденном α по величине р из формулы (16) находят значение cos Δs и далее фазовый параметр Δs;
- при найденных параметрах ρ и α по величине q из формулы (15) находят значение cos ( Δ+ Δs) и далее фазовый параметр Δ+ Δs;
- по найденным параметрам Δs и Δ+Δs находят фазовый эллипсометрический параметр Δ объекта.
Then, to determine the phase ellipsometric parameter Δ of the object, formulas (9) and 10), (15), (16) and (17), (18), (19) and (20) are used with α replaced by a unit and Δ A by Δ A 1 and carry out the following settlement operations:
- from the formulas (9) and (10) from the found values of the intensities of the beams I and 1, I and 2 and I o1 , I o2 find the ellipsometric parameters ρ p and ρ s of the object;
- with the found parameters ρ s and ρ p , the relative parameter ρ is found by formula (18);
- with the found parameters ρ s and ρ from the formula (17), the apparatus parameter α is found from the value of v;
- when α is found by the value of p from the formula (16), the value cos Δ s is found and then the phase parameter Δ s ;
- with the parameters ρ and α found, the q value from formula (15) determines the value of cos (Δ + Δ s ) and then the phase parameter Δ + Δ s ;
- the found parameters Δ s and Δ + Δ s find the phase ellipsometric parameter Δ of the object.

Расчеты показывают, что предлагаемый способ позволяет обеспечить при использовании соответственно осуществляющих способ устройств - эллипсометров получение высоких, на уровне мировых стандартов, точностных характеристик: длина волны электромагнитного излучения может быть любой, длительность импульсов излучения до 0,01 - 1,0 наносек, а в специальных случаях и короче, точность измерения инт енсивности фотосигналов не хуже 0,1 - 0,01% ; чувствительность при измерении модулей ρр и ρs коэффициентов отражения ~ 10-7, при измерении фазового эллипсометрического параметра Δ не хуже 10-6 рад. (56) 1. Аззам Р. , Башара Н. Эллипсометрия и поляризационный свет. М. : Мир, 1981. с. 584 (с. 195-199, 295-303, 467-473).Calculations show that the proposed method makes it possible to use high accuracy, world-class standards, accuracy characteristics when using devices that are appropriately carrying out the method — ellipsometers: the wavelength of electromagnetic radiation can be any, the duration of radiation pulses is up to 0.01 - 1.0 nanoseconds, and in in special cases and in short, the accuracy of measuring the intensity of photosignals is not worse than 0.1 - 0.01%; the sensitivity when measuring the moduli ρ p and ρ s of reflection coefficients is ~ 10 -7 , when measuring the phase ellipsometric parameter Δ is not worse than 10 -6 rad. (56) 1. Azzam R., Bashar N. Ellipsometry and polarizing light. M.: Mir, 1981. 584 (p. 195-199, 295-303, 467-473).

2. Авторское свидетельство СССР N 1252677, кл. G 01 N 21/21, 1986. 2. USSR author's certificate N 1252677, cl. G 01 N 21/21, 1986.

3. Авторское свидетельство СССР N 1130777, кл. G 01 N 21/21, 1984. 3. Copyright certificate of the USSR N 1130777, cl. G 01 N 21/21, 1984.

4. Богданов С. С. , Краев Е. П. , Птицын В. В. , Фомичев А. А. //Сб. Оптика анизотропных сред. М. : Изд. МФТИ, з 1988, с. 159.  4. Bogdanov S. S., Kraev E. P., Ptitsyn V. V., Fomichev A. A. // Sat. Optics of anisotropic media. M.: Publ. MIPT, s 1988, p. 159.

Claims (4)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что пучок поляризованного электромагнитного излучения направляют на объект и после взаимодействия его с объектом разделяют на четыре информационных пучка с различными типами поляризации, измеряют интенсивности информационных пучков и по их соотношениям определяют эллипсометрические параметры объекта, отличающийся тем, что отщепляют одну опорную часть от пучка излучения до взаимодействия его с объектом и разделяют на четыре опорных пучка с различными типами поляризации, идентичными типам поляризации соответствующих информационных пучков, измеряют интенсивности опорных пучков одновременно с измерениями интенсивностей информационных пучков и определяют по их совместным соотношениям три эллипсометрических параметра объекта. 1. THE METHOD FOR DETERMINING THE ELLIPSOMETRIC PARAMETERS OF THE OBJECT, namely that the beam of polarized electromagnetic radiation is directed to the object and after its interaction with the object is divided into four information beams with different types of polarization, the intensities of information beams are measured and the ellipsometric parameters of the object are determined by their ratios, differing the fact that one support part is split off from the radiation beam before it interacts with the object and divided into four reference beams with different t Using polarization types identical to the polarization types of the corresponding information beams, the intensities of the reference beams are measured simultaneously with the measurements of the intensities of the information beams and three object ellipsometric parameters are determined from their joint relationships. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивности информационных пучков от отраженной и пропущенной объектом доли информационной части пучка измеряют одновременно. 2. The method according to p. 1, characterized in that the intensity of the information beams from the reflected and missed object of the share of the information part of the beam is measured simultaneously. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отщепление опорной части пучка осуществляют с обеспечением ее интенсивности, одинаковой с интенсивностью информационной части пучка. 3. The method according to p. 1, characterized in that the cleavage of the supporting part of the beam is carried out with ensuring its intensity, the same as the intensity of the information part of the beam. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что опорную часть отщепляют поляризованной по кругу.  4. The method according to p. 3, characterized in that the support part is split off polarized in a circle.
SU4934497 1991-05-08 1991-05-08 Method of determining ellipsometric parameters of an object RU2008652C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4934497 RU2008652C1 (en) 1991-05-08 1991-05-08 Method of determining ellipsometric parameters of an object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4934497 RU2008652C1 (en) 1991-05-08 1991-05-08 Method of determining ellipsometric parameters of an object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2008652C1 true RU2008652C1 (en) 1994-02-28

Family

ID=21573586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4934497 RU2008652C1 (en) 1991-05-08 1991-05-08 Method of determining ellipsometric parameters of an object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2008652C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539828C1 (en) * 2013-11-08 2015-01-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Spectral ellipsometer with device of magnetodynamic measurements
RU2805281C1 (en) * 2022-11-07 2023-10-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Device for controlling the direction of optical radiation in ellipsometry for in situ diagnostics of the formation of layered structures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539828C1 (en) * 2013-11-08 2015-01-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Spectral ellipsometer with device of magnetodynamic measurements
RU2805281C1 (en) * 2022-11-07 2023-10-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) Device for controlling the direction of optical radiation in ellipsometry for in situ diagnostics of the formation of layered structures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5548404A (en) Multiple wavelength polarization-modulated ellipsometer with phase-generated carrier
Garcia-Caurel et al. Advanced Mueller ellipsometry instrumentation and data analysis
US10895477B2 (en) Sine-cosine optical frequency encoder devices based on optical polarization properties
US4158506A (en) Automatic determination of the polarization state of nanosecond laser pulses
US6175412B1 (en) Optical component for polarization modulation, a mueller polarimeter and ellipsometer containing such an optical component, a process for the calibration of this ellipsometer, and an ellipsometric measurement process
US10983048B2 (en) Terahertz full-polarization-state detection spectrograph
JP4455024B2 (en) Birefringence measuring device
US4762414A (en) Static interferometric ellipsometer
FR2809814A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR MEASURING POLARIZATION MODE DISPERSION, AND RECORDING MEDIA
US4176951A (en) Rotating birefringent ellipsometer and its application to photoelasticimetry
KR20080068036A (en) Self referencing heterodyne reflectometer and method for implementing
CN109115690A (en) Real-time polarization sensitive terahertz time-domain ellipsometer and optical constant measuring method
JP2017207446A (en) Total reflection spectroscopic measurement apparatus and total reflection spectroscopic measurement method
US7064828B1 (en) Pulsed spectroscopy with spatially variable polarization modulation element
US7286239B2 (en) Laser scanner with amplitude and phase detection
TW200813411A (en) Combination ellipsometry and optical stress generation and detection
CN108088801B (en) Laser nondestructive testing device based on 90-degree optical mixer
CN115597503B (en) Pulsed laser-based ellipsometry device and related optical operation method
RU2008652C1 (en) Method of determining ellipsometric parameters of an object
US4346999A (en) Digital heterodyne wavefront analyzer
RU2005130289A (en) ELLIPSOMETER
WO1994016310A1 (en) Zeeman ellipsometer
JP2022042290A (en) Measurement device of laser linewidth
JPH08278202A (en) Optical device for polarization analysis and polarization analyzer using the device
JP2713190B2 (en) Optical property measuring device