Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ЛЕКЦИЯ 11. НУЛЬ-ЭЛЛИПСОМЕТРЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ 4 страница



I*Dф(sq)p = F– 1{IDф[Zo(t)]}p = С(sq)p + iS(sq)p (17.1). .

I*Dф(sq)s = F– 1{IDф[Zo(t)]}s = С(sq)s + iS(sq)s (17.2).

где sq – волновое число в массиве дискретных точек отсчётов по спектраль-ному диапазону; С(sq)p,s и S(sq)p,s – действительная и мнимая части ком-плексного спектра I*Dф(sq)p,s для линейно поляризованных р- и s-компонент потока излучения. . . Приведённые спектральные соотношения (17.1) и (17.2) для комплексных спектров интенсивности I*Dф(sq)p и I*Dф(sq)s для линейно поляризованных р- и s-компонент потока излучения, отражаемого исследуемым объектом, решают проблему определения спектра эллипсометрических параметров y(sq) и D(sq) исследуемого объекта. В самом деле, рассчитаем модули |I*Dф(sq)p| и |I*Dф(sq)s| спектральных интенсивностей I*Dф(sq)p и I*Dф(sq)s для линейно поляризован-ных р- и s-компонент потока излучения на выходе из поляризационного светоделителя А:

|I*Dф(sq)p| = {С(sq)2p + S(sq)2p}1/2 (17.3). .

|I*Dф(sq)s| = {С(sq)2s + S(sq)2s}1/2 (17.4).

возьмём их отношение и получим спектр параметра y(sq): . .

y(sq) = arc tg{[|I*Dф(sq)p|]/[|I*Dф(sq)s|]} (17.5). .

Отношение мнимой части S(sq)p,s комплексного спектра интенсивности I*Dф(sq)p,s для линейно поляризованных р- и s-компонент потока излучения к соответствующей действительной части С(sq)p,s позволяет найти спектр фаз dp,s(sq) для этих линейно поляризованных р- и s-компонент потока излучения: .

dp(sq) = arc tg{[S(sq)p]/[С(sq)p]} (17.6). .

ds(sq) = arc tg{[S(sq)s]/[С(sq)s]} (17.7).

а их разность определяет спектр второго эллипсометрического параметра: . .

D(sq) = dp(sq) – ds(sq) (17.8). .

Современные компьютеры позволяют работать непосредственно с комплексными величинами и, в частности, с комплексными обратными фурье-преобразованиями F–1{IDф[Zo(t)k]}p,s на дискретном множестве отсчётов интерферограмм IDф[Zo(t)k]p,s, где k – номера отсчётов на интерферограммах для линейно поляризованных р- и s-компонент потока излучения. Это позволяет сразу получать спектр комплексного относительного коэффици-ента отражения r*(sq) для линейно поляризованных р- и s-компонент потока излучения на отражателе:

r*(sq) = F–1{IDф[Zo(t)k]}p/ F–1{IDф[Zo(t)k]}s (17.9). представляющего собой основное уравнение фурье-спектроэллипсометрии. . . Соответственно получаются и спектры эллипсометрических параметров исследуемого объекта:

y(sq) = arc tg|r*(sq)| = (17.10). .

= arctg|F–1{IDф[Zo(t)k]}p|/|F–1{IDф[Zo(t)k]}s| (17.11). .

D(sq) = arg F–1{IDф[Zo(t)k]}p – arg F–1{IDф[Zo(t)k]}s = (17.12). .

= arctg[S(sq)p/C(sq)p] – arctg[S(sq)s/C(sq)s] (17.13). .

Основные уравнения фурье-спектроэллипсометрии в виде соотношений (17.10), (17.11), (17.12) и (17.13) служат основанием для решения обратной задачи эллипсометрии – определения спектра действительной n(sq) и мнимой k(sq) частей комплексного показателя преломления n*(sq) = n(sq) + ik(sq) оптически изотропного поглощающего отражающего слоя на подложке, а также и толщины d этого слоя. Использование потоков излучения от широкополосных некогерентных источников электромагнитных волн в методе фурье-спектроэллипсометрии требует использования определённых конструктивных решений и приёмов для организации достаточно плоского потока излучения на поляризаторах, светоделителях и на исследуемом объекте, а также достаточно необходимой чувствительности метода к измеряемым в опыте параметров. В этой связи в фурье-спектрометрии ограничиваются геометрией облучения исследуемого объекта только под одним углом падения/отражения, обычно близким к углу Брюстера или каким-то другим из соображений удобства эксперимента. Спектральное разрешение ds достаточно близких спектральных компонент s1 и s2 в фурье-спектроэллипсометрии определяется общим условием спект-рального разрешения для фурье-спектрометрии:

ds = (1/2Zомакс) (17.14)

где Zомакс – максимальная величина сканирования Zo(t) разности оптических путей для интерферирующих пучков в двулучевом интерферометре, реализуемая при регистрации линейно поляризованных компонент потоков излучения как с поляризацией р-типа, так и поляризации s-типа. . . Любой тонкий метод измерений характеризуется пороговой чувствитель-ностью к измеряемому потоку светового излучения или обнаружительной способностью по отношению к измеряемым параметрам. В случае интер-ференционного фурье-спектроэллипсометра это будут пороговая (или обна-руживаемая) мощность спектрального излучения dФN, известная также как шумовой эквивалент мощности:

N = (ZомаксSпр1/2)/(Т1/2qhD*) (17.15). .

Здесь Sпр – приёмная площадка фотоприёмника (см2); Т – время измерений; q – предельный геометрический фактор спектроэллипсометра (в см2×стерад); h – полная относительная эффективность использования потока излучения; D* – приведённая обнаружительная способность фотоприёмника (смГц½/Вт): .

D* = (Sпрпор) (17.16).

где Рпор – пороговая чувствительность фотоприёмника, определяемая как среднеквадратичная шумовая интенсивность Nш принимаемого фотоприём-ником сигнала, поделённая на радикал от низкочастотной полосы пропуска-ния Df приёмно-регистрирующей и усилительной части установки:

Рпор = (Nш /Df1\2) (17.17). . Заметим в этой связи, что предельный геометрический фактор спектро-эллипсометра q обусловлен обычно предельным геометрическим фактором для фотоприёмника qпр:

qпр = SпрWпр (17.18).

где Wпр – телесный угол, под которым падает поток излучения на фото-приёмник, причём при наличии иммерсионного сопряжения оптических сред фотоприёмника и окружения:

Wпрмакс @ 2p (17.19). .

В частности, в своих исследованиях в терагерцовой (субмиллиметровой) области спектра электромагнитных волн мы эффективно использовали для иммерсионного сопряжения фотоэлектрического приёмника из антимонида индия n-типа (n-InSb), работающего при температуре кипения жидкого гелия Т = 4,2 К и обладающего пороговой чувствительностью Рпор = 10–12 Вт/Гц1/2, фоконы (конические световоды) из германия Ge, показатель преломления которого n = 4,0, совпадая с показателем преломления n-InSb.

Полная эффективность h фурье-спектроэллипсометра:

h = xмодtоптcинтpпол (17.20).

где xмод – эффективность модуляции потока излучения (например, при амплитудной модуляции путём вращающегося прерывателя xмод = 0,5, а при фазовой модуляции в интерферометре Майкельсона xмод @ 1); tопт – коэффи-циент пропускания оптического тракта прибора; cинт – эффективность деления световых потоков по интенсивности светоделителями интерферо-метра (в лучшем случае составляет » 0,25); pпол – эффективность деления потока излучения на линейно поляризованные компоненты потока излучения поляризационными светоделителями на выходе эллипсометра. Наконец, обнаружительная способность ИК фурье-спектроэллипсометра оценивается среднеквадратичными дисперсиями dy и dD эллипсометриче-ских параметров y и D, которые понимаются как наименьшие значения обнаруживаемых на фоне шумов экспериментальной установки этих параметров, причём:

dD = (dy/2) = (2r2срN1/2)–1 ×[(РпорFизбDf1/2)/(Nшум)] (17.21). . Здесь rср – усреднённый по линейным поляризациям р- и s-типа модуль амплитудного коэффициента отражения; N – разрешающая способность фурье-спектрометра, причём множитель N–1.2 в соотношении (17.21) учиты-вает так называемый выигрыш Фелжетта в фурье-спектрометрии; Fизб – фактор избыточности шумов, учитывающий реальный уровень шумового сигнала по сравнению с идеальным; Df – полоса пропускания низкочастотной приёмно-усилительной и регистрирующей части аппаратуры прибора. . .

Полагая qпр = p см2; s = 30 см–1; N = 4000; Рпор = 10–9 Вт/Гц ½; Fизб = 2; Df = 25 Гц; xмод = 1; tопт = 0,7; cинт = 0,25; pпол = 0,12, имеем dD = 0,05 угл.сек.

ЛЕКЦИЯ 18.ТРУДНОСТИ ТРАДИЦИОННОЙ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ IN SITU.ПОНЯТИЕ О ХОЛОЭЛЛИПСОМЕТРИИ И ХОЛОЭЛЛИПСОМЕТРАХ.

Эллипсометрия – это довольно чувствительный метод дистанционного неразрушающего бесконтактного контроля оптических свойств поверхности различных тел. Более того, она является даже не просто неразрушающим методом контроля, но и вообще не возмущающим изучаемые процессы на объекте. Традиционная эллипсометрия, рассматриваемая нами во всех пред-шествующих лекциях, описывает состояние поляризации отражаемого изуча-емым образцом потока света с помощью двух определяемых эксперимен-тально эллипсометрических параметров r = tgy и D, представляющих собой отношение модулей rp и rs и соответственно разность фаз dp и ds для ком-плексных амплитудных коэффициентов отражения r*p и r*s линейно поля-ризованных p- и s-компонент потока волн. Использование двух эллипсомет-рических параметров r и D для линейно поляризованных p- и s-компонент отражаемого объектом света позволяет обойти, исключить поляризацион-ную аппаратную функцию самого эллипсометра. Она даёт вклад в интенсив-ность на выходе прибора линейно поляризованных p- и s-компонент потока света из-за их взаимодействия с оптическими элементами прибора на пути потока от источника света до фотоприёмника. Эта возможность метода, по-зволяющая использовать два эллипсометрических параметров r и D объекта, лежит в основании принципа работы всех известных эллипсометров.

Определение этих параметров r и D сводится по существу к двум отсчё-там при соответствующем размещении по схеме PCSA или PSCA оптических элементов эллипсометра. В ненулевых методах эллипсометрии считываются показания интенсивности выходных сигналов, а в нулевых – азимуты поля-ризатора и анализатора, при которых наблюдается гашение сигнала. Такая необходимость проведения отсчётов, сдвинутых во времени, и поиска этих положений отсчёта составляет главное затруднение для традиционных при-боров при работе в режиме реального времени (режиме in situ). Дело в том, что главные условия при осуществлении измерений параметров поверхност-ных слоёв в процессе их роста, в ходе технологического процесса по обра-ботке поверхности образца, при изучении быстротекущих процессов, иначе говоря, при изучении процессов в реальном времени (режиме in situ), а также при использовании импульсного излучения состоят в обеспечении, во-пер-вых, параллельности (или одновременности) измерения этих параметров и, во-вторых, быстродействия, соответствующего характерным временам изуча-емого (контролируемого) процесса на объекте. А при определении его пара-метров методом, свойственным традиционной нуль-эллипсометрии, наруша-ются оба эти условия измерений in situ.

Но и параллельное определение двух параметров r и D, возможное для некоторых рассмотренных нами автоматических и ненулевых эллипсомет-ров, не снимает тем не менее всех трудностей при реализации измерений в режиме in situ. Дело в том, что в случае образца, типичного для практики эллипсометрических измерений и представляющего собой тонкую поглоща-ющую плёнку, необходимо при решении обратной задачи эллипсометрии знать не менее трёх экспериментально определяемых параметров. Такое число экспериментальных параметров нужно иметь, чтобы получить соот-ветственно значения трёх электродинамических (теоретически необходимых) параметров объекта: действительной n и мнимой k частей комплексного показателя преломления n* исследуемого (контролируемого) образца, напри-мер, полимерного резиста, а также и его толщины d. При этом считают, что оптические свойства окружающих объект сред известны на основе предвари-тельных измерений и остаются при этом постоянными в течение всего опыта. Определение же значений параметров n и k и толщины плёнки d в режиме in situ оказывается уже не прямым, но косвенным, нуждающимся при решении обратной задачи эллипсометрии в использовании конкретных числовых зна-чений какого-то их этих параметров. Наконец, обычно используемое при рас-чётах допущение, что поляризационные аппаратные функции эллипсометра А*р и А*s для линейно поляризованных p- и s-компонент потока света на объекте равны (А*р = А*s), верно лишь в том случае, если приняты специаль-ные меры симметризации этих аппаратных функций прибора, когда обеспе-чивается равенство А*р = А*s. Но это обычно не предпринимается. Отсюда, конечно, систематические погрешности при определении как самих эллипсо-метрических параметров r и D образца (объекта), так и при решении обрат-ной задачи эллипсометрии в интересах приложений на практике.

Метод эллипсометрии, удовлетворяющей требованиям обеспечения необ-ходимого для режима in situ быстродействия и параллельности получения полного, то есть теоретически необходимого для решения обратной задачи эллипсометрии, набора экспериментально определяемых оптических пара-метров слоистой структуры, назван нами холоэллипсометрией.

Холоэллипсометрия есть эллипсометрия полного набора параллельно оп-ределяемых экспериментально в режиме in situ оптических параметров слои-стого объекта, нужных для решения обратной задачи эллипсометрии в масс-штабе реального времени для протекающих на нём процессов. Эта задача, как и любая из известных задач восстановления локальных или дифференци-альных параметров физической системы по её интегральным параметрам, ко-торые определяются экспериментально, относится к классу так называемых математически некорректных задач. Решение таких задач требует (1) доволь-но высокой точности получения экспериментальных параметров (требует довольно малой погрешности измерений) и (2) избыточности в количестве параметров, определяемых в эксперименте.

Реализация холоэллипсометрии, снимающей отмеченные затруднения тра-диционной эллипсометрии при работе в режиме in situ, обеспечивается соот-ответствующим устройством – холоэллипсометром, в основе работы кото-рого лежит известная, рассмотренная нами уже ранее, ненулевая методика определения эллипсометрических параметров объекта, организованная по схеме PSCA (или в русской аббревиатуре: ПОКА). Блок-схема холоэллипсо-метра, которая позволяет реализовать холоэллипсометрию, приведена на рисунке 18–1 для простой, но важной на практике слоистой структуры, созданной изотропной поглощающей плёнкой на изотропной подложке. Здесь свет от лазерного источника 1 через линейный поляризатор 3 направ-ляется на светоделитель 4 потока света, который расщепляет падающий на него поток света на две части: опорную О и информационную И, при этом они имеют на выходе из расщепителя 4 одинаковые типы поляризации. Далее опорная часть потока О непосредственно и информационная часть И после взаимодействия с образцом 5 разделяются на четыре опорных и четыре информационных пучка с различными для каждой части, но идентичными для соответственных опорных и информационных пучков поляризациями.

 

Рисунок 18–1. Блок–схема холоэллипсометра для слоистой структур .

Опорная О и информационная И части потока света расщепляются соот-ветственно идентичными светоделителями 6о и 6и на пары пучков света (Io, IIo) и (Iи, IIи ); а каждый пучок из этих пар Iо,и и IIо,и разделяются помещён-ными на их пути поляризационными 7о,и и 8о,и призмами. Так получают четы-ре опорных и четыре информационных пучка. Их интенсивности измеряют одновременно отдельными фотоприёмниками 9о–1¸9о–4 и 9и–1¸9и–4. Для первой пары пучков Io и Iи на выходе из линейных поляризационных призм 7о и 7и имеем пучки с ортогональными p- и s-линейными поляризациями, соотнесёнными с главными p- и s-линейными поляризациями для образца 5. Для второй пары пучков IIo и IIи на выходе из поляризационных призм 8о и 8и имеем круговые поляризации с левым и правым вращением, если призмы 8о и 8и являются круговыми призмами. Каждую из них можно заменить поляриза-ционной призмой, позволяющей иметь на её выходе пучки света с линейной поляризацией, ортогональные направления которых составляют угол в 45º с ортогональными p- и s-линейными поляризациями пучков света на выходе из призмы 7о,и. И такое взаимное расположение линейных поляризационных призм 7о,и и 8о,и обеспечивается поворотом последней приэмы 8о,и на угол в 45º в плоскости, перпендикулярной оси потока относительно 7о,и призм. Призмами 7о,и и 8о,и прибора могут быть поляризациионные призмы Фуко-Глана, дающие фактор гашения на уровне 10-6¸10-7. . . Интенсивности этих опорных и информационных пучков преобразуются системой фотоприёмников 9о–1¸9о–4 и 9и–1¸9и–4 в электрические сигналы, которые с выхода каждого из фотоприёмников одновременно регистриру-ются системой регистрации 10 и обрабатываются системой обработки 11 сиг-налов, что позволяет на основе совместных математических соотношений для интенсивностей опорных и информационных пучков определить три эл-липсометрических параметра rр, rs и D изучаемой плёнки на подложке. Ре-зультаты обработки банка данных выдаются затем системой отображения 12 в виде определяемых параллельно эллипсометрических параметров rр, rs и D образца и по необходимости для поглощающей плёнки в виде оптических па-раметров: действительной n и мнимой k частей комплексного показателя пре-ломления n*, толщины d плёнки.

Отметим, что для плёнки, частично пропускающей свет, число определя-емых параллельно эллипсометрических параметров можно удвоить, если ис-пользовать в качестве информационной части потока как отражаемые, так и пропускаемые образцом части падающего на него потока света, анализ же состояния поляризации пропускаемой части потока света ведётся идентично анализу поляризации для отражаемой образцом части потока света. . . Итак, основой метода холоэллипсометрии вне зависимости от схем кон-кретной реализации холоэллипсометра служит формирование в рамках одной установки двух независимых измерительных каналов путём организации ос-новного информационного потока, зондирующего изучаемый объект, и дополнительного опорного (референтного) потока излучения. Основной и опорный потоки света организуются тем, что один исходный поток света, про-шедший от источника света сквозь линейный поляризатор, расщепляется стандартным светоделителем ещё до поступления потока света на образец после его выхода из поляризатора. Расщеплённые светоделителем потоки света поступают на основной объект и вспомогательный опорный объект, причём здесь возможно и отсутствие опорного объекта на пути опорного потока (как в рассмотренной блок-схеме холоэллипсометра на рисунке 18–1). В используемой здесь схеме ПОКА (PSCA) размещения оптических элемен-тов холоэллипсометра компенсатор К (или С) фазовых параметров помещают непосредственно перед входом каждой из поляризационных призм как анализаторов состояния поляризации света. . . Существенно, что в отсутствии основного образца 5 по схеме без исполь-зования опорного объекта или при замене основного объекта эталонным, идентичным опорному, оптические тракты и электроизмерительные схемы в измерительных каналах представляются, по идее развиваемого подхода, одинаковыми. Это обеспечивают подбором характеристик соответственных элементов прибора. Неизбежные же в действительности различия его аппарат-ных функций для соответственных поляризованных компонент потоков света в измерительных каналах можно учесть без каких-либо затруднений путём предварительных опытов при помещении на пути потоков света в каналах идентичных эталонных отражателей, которые можно и менять своими местами. Результаты таких предварительных опытов вносят в банк данных регистрирующей части прибора, так как они относятся к свойствам оптических элементов установки, которые остаются, по идее подхода, неизменными и не затрагиваются процессами обработки основного контролируемого объекта. Полезна корректировка данных, так как из-за флуктуаций во внешней среде возникает «плавание» и внешних условий проведения измерений, и рабочих параметров самой установки. . . Другая принципиальная черта холоэллипсометрии состоит в том, что ин-формационные и опорные потоки света в каждом из анализаторов состоянии поляризации разделяют на четыре информационных и четыре опорных пучка излучения с различными поляризациями для пучков в каждом используемом измерительном канале, но при этом идентичными для соответственных ин-формационных и опорных пучков излучения. Информационный и опорный потоки излучения расщепляются на два пучка излучения на входе каждого анализатора соответственно одинаковыми светоделителями (одинаковыми относительно и друг друга, и светоделителей на входе прибора). Каждый из пучков расщепляется установленными на их пути идентичными поляризаци-онными призмами высокого качества (при гашении одной из линейно по-ляризованных компонент потока излучения на уровне ≈ 10–6 – 10–7) ещё на два пучка излучения со взаимно ортогональными поляризациями. Эти-то пучки и регистрируются одновременно и параллельно одинаковыми по своим характеристикам фотоприёмниками, обладающими достаточным для обеспечения режима in situ быстродействием и подсоединёнными своими выходами к отдельным приёмно-усилительным и регистрирующим частями. Все эти регистрирущие части подключаются к общему автономному высокопроизводительному компьютеру. Информацию о состоянии поляризации основного и опорного потоков света получаем потому, что одна из поля-ризационных призм в анализаторе каждого измерительного канала отбирает компоненты света с линейными p- и s-поляризациями основного (и соответ-ственно опорного) объекта, а другая отбирает компоненты потока света, в которых электрические вектора либо вращаются по кругу влево или вправо, если смотреть навстречу потока света, либо колеблются под углом ±45° отно-сительно направлений колебаний электрического вектора для поляризован-ных p- и s-компонент потоков волн в первой из этих призм.

 

 

ЛЕКЦИЯ 19. ХОЛОЭЛЛИПСОМЕТР-27 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ IN SITU.

Холоэллипсометры как экспериментальные или технические устройства, обеспечивающие осуществление физико-технических принципов по опреде-лению параллельно и одновременно полного набора оптических параметров изучаемой слоистой структуры в режиме in situ или при импульсных изме-рениях, строятся функционально, схемотехнически и конструктивно сооб-разно требованиям и условиям экспериментальной и теоретической обста-новки выполнения измерений. В частности, холоэллипсометр, обеспечиваю-щий соответственно работу с оптически изотропным поглощающим тонким слоем на изотропной подложке, детально рассмотрен в лекции 18. Опираясь на предложенную в ней методологию, продолжим её дальнейшее развитие. . . Такое развитие мы видим в существенном расширении определяемых в эксперименте параллельно (одновременно) и с нужным быстродействием оп-тических параметров, описывающих быстротекущие физико-химические процессы на изучаемой (контролируемой) слоистой структуре.


Рисунок 19-1. Принципиальная блок-схема холоэллипсометра-27.

Так, в одном из частных, но практически важных случаев, когда изучае-мым объектом служит двухслойная оптически изотропная поглощающая плёнка, наносимая на оптически изотропную подложку, число одновременно измеряемых с нужной быстротой параметров оказывается не меньше шести: это толщины слоёв d1 и d2, действительные n1 и n2 и мнимые k1 и k2 части комплексных показателей преломления n*1 и n*2 веществ для этих слоёв слоистого тела. В случае, когда объектом служит плёнка оптически анизотропного одноосного кристалла, число таких оптических параметров также оказывается не меньше шести. Блок-схема лазерного холоэллипсометра-27, позволяющего получать параллельно, в одно и то же время и с должным быс-тродействием, по крайней мере, двадцать семь (27) определяемых в экспери-менте эллипсометрических параметров, представлена на рисунке 19–1. Здесь 1 – источники света с различными частотами (длинами волн) света(на рисунке представлены три лазера); 2 – блок пуска и питания источников света 1; 3 – совместитель, сводящий в один пучок потоки света от его источ-ников 1; 4 – поляризатор; 5 – светоделители световых пучков; 6 – направля-ющие зеркала; 7 – светоотщепитель; 8и – исследуемый объект; 8э – опорный объект (эталон); 9и и 9о – системы формирования информационных и опорных пучков света; 10и и 10о – системы выделения гармоник информационных и опорных пучков света на соответственные частотам поляризованных потоков света информационные и опорные подпучки; 11и и 11о – компенсаторы аппаратной разности фаз для получаемых информационных и опорных под-пучков; 12и и 12о – фотоприёмники для измерения интенсивностей информационных и опорных подпучков; 13и и 13о – система усиления и регистрации электрических сигналов с выходов соответственных фотоприёмников; 14 – система обработки электрических сигналов; 15 – система отображения банка данных (эллипсометрических параметров объекта для соответственных частот в каждом потоке поляризованного света, отличающемся от других потоков углом падения на основной 8и объект, согласно требованиям определе-ния in situ состояния объекта в реальном времени); 16 – линия синхронизации блока 2 пуска и питания источников 1 света и системы 14 обработки электрических сигналов; 17и и 17о – входные фоконы (конически сходящиеся или расходящиеся световоды) на объекте 8и и эталоне 8э; 18и и 18о – камеры для размещения объекта 8и и эталона 8э; 19и и 19э – держатели для установки объекта 8и в камере 18и и эталона 8э в камере 18э; 20и и 20э – окружающие соответственно исследуемый (контролируемый) объект 8и и эталон 8э жидкие среды; 21и и 21э – выходные фоконы на объекте 8и и на эталоне 8э. . . Образец 8и –эпитаксиальная плёнка антимонида индия n-типа – n-InSb (толщина d = 0,2 мкм, плотность носителей заряда N » 1015 см–3 при тем-пературе Т = 300 К на подложке из высокоомного антимонида индия р-типа); образец 8и находится в среде химически активного жидкого травителя. Опорный образец (эталон) 8э по реализации аналогичен основному образцу 8и. Источники света 1 – накачиваемые полупроводниковые лазеры: (1) лазер из арсенида галлия GaAs (l » 0,895 мкм; мощность в непрерывном режиме излучения Р = 0,7 Вт); (2) лазер из тройной системы AlxGax-1As (l = 0,77 мкм; Р = 0,01 Вт; 3) лазер из антимонида галлия GaSb (l = 1,6 мкм; Р = 0,01 Вт). Поляризатор 4 – дифракционная поляризационная решётка, имевшая 1800 штрихов/мм, при этом она устанавливается так, что плоскость решётки составляет угол в 45° с осью потока волн, а направление штрихов решётки – 45° с направлением поляризации падающего на неё лазерного излучения. Остальные оптические элементы прибора – оптический кубик как светоделитель 5; светоделительный кубик из хлористого натрия NaCl в качестве светоотщепи-теля 7; набор оптических кубиков, совмещённых в линейной связке, как со-вместитель 3 потоков света от его источников 1; линейные поляризационные призмы Глана-Томсона с фактором гашения ≈ 10–7 как важные составные ча-сти систем 9и и 9о формирования информационного (и) и опорного (о) пучков с различными, но идентичными для сходных опорных и информационных пучков состояниями поляризации; дифракционные отражательные решётки типа эшелетта (600 штрихов/мм с направлением штрихов под 45° к направлению плоскости решётки) для выделения длин волн в потоке света в системах 10и и 10о; волоконные световоды; интерференционные светофильтры, настроенные на длины волн l1 = 0,89 мкм, l2 = 0,77 мкм и l3 = 1,60 мкм; компенсаторы Солейля как компенсаторы аппаратной разности фаз 11и и 11о в информационных и опорных подпучках. Фотоприёмники 12и и 12о – фотоэлектронные умножители типа ФЭУ-68 с коэффициентом усиления ~ 40. . . Работает холоэллипсометр-27 таким образом. Лазерные источники света 1 с различными длинами волн запускаются блоком 2; потоки от них совмеща-ются в один поток волн совместителями потоков света 3 (способ совмещения показан на рисунке 19–1); далее совместный поток света из компонент с раз-личными частотами пропускается через линейный поляризатор 4 на светоделители 5, аналогичные совместителю потоков света 3; полученные в резу-льтате деления на них потоки света с идентичным набором частот с помо-щью направляющих зеркал 6 направляются на светоделитель 7 и расщепля-ются им на совокупность информационных (и) и опорных (о) частей потоков света, напрямляемых соответственно на исследуемый (контролируемый) основной объект 8и и опорный объект (эталон) 8э, причём пространственное отличение опорных и информациионных частей потоков света обеспечивается разными углами падения на эти объекты 8и и 8э. Полученные таким образом информационные и опорные части потоков света направляются на основной информационный (и) и опорный эталонный (э) объекты с помощью фоконов 17и и 17э – конических световодов, фокусирующих поток света в одном и том же участке соответственных объектов. Далее с помощью выходных фоконов 21и и 21э потоки света от объекта 8и и эталона 8э направляются на вход систем 9и и 9о, обеспечивающих формирование информационных и опорных пучков с различными типами поляризации в поляризованных потоках света. Это достигается разделением информационных и опорных частей в каждом потоке, отмечаемом углом падения на объекты 8и и 8э, на четыре ин-формационных и соответственно четыре опорных пучка; эти пучки в каждом из потоков света имеют различные состояния поляризации в каждом из своих (информационной и опорной) частей потоков излучения, но идентичные для соответственно сопоставляемых информационных и опорных пучков света. Полученные так информационные и опорные пучки разделяют спектрально на соответственные монохроматические подпучки, которые-то и регистриру-ются фотоприёмниками 12и и 12о. Возникающие неизбежно фазовые сдвиги между информационными и опорными подпучками можно компенсировать (хотя и необязательно) с помощью устанавливаемых на пути каждого из под-пучков фазовых компенсаторов Солейля. Электрические сигналы с выходов фотоприёмников усиливаются и регистрируются системами 13и и 13о усиления и регистрации в каждом информационном и опорном каналах прибора, далее они поступают в систему 14 обработки всего банка полученных электрических сигналов; здесь же в системе 14 осуществляется и определение все-го массива (пакета) эллипсометрических параметров на основе использова-ния программы обработки поступающих электрических сигналов с помошью компьютера с достаточными для режима in situ оперативной памятью и быстродействием. Далее система отображения 15 выдаёт соответственные эллипсометрические параметры для всего исходного набора углов падения потока света на основной объект (образец) и частот света. Здесь, когда используются три различных угла падения на объекты и три различных рабочих частоты подпучков, имеем двадцать семь (3х3х3) независимых эллипсо-метрических параметров, а для рабочей частоты излучения – девять (9 = 3х3) параллельно определяемых in situ эллипсометрических параметров. Этот набор параллельно определяемых в эксперименте параметров основного объекта решает задачу эллипсометрии как метода параллельных измерений in situ оптических поляризационных характеристик контролируемой слоистой структуры. Её решению служат и необходимые операции по синхронизации работы блока пуска 2 источников света 1 и системы обработки 14 банка экспериментальных данных и по обеспечению идентичности условий для потоков волн в информационной и опорной частях установки.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.