Методы измерения эллипсометрических углов.
Оценка 4.8

Методы измерения эллипсометрических углов.

Оценка 4.8
doc
16.02.2020
Методы измерения эллипсометрических углов.
Методы измерения эллипсометрических углов.doc

1.1.1.   Методы измерения эллипсометрических углов.

Для проведений эллипсометрических измерений используются приборы, которые называются эллипсометрами. Существуют различные типы эллипсометров, которые можно разделить на два обширных класса:

1)     фотометрические эллипсометры – позволяют определять не только форму и ориентацию эллипса поляризации, но и интенсивность используемого излучения;

2)     нуль-эллипсометры, позволяющие измерять лишь поляризационные характеристики лучения (углы , ).

Именно тип и схема используемого эллипсометра определяют конкретную методику определения эллипсометрических углов.

Главное достоинство фотометрических методик измерения эллипсометрических углов состоит в исключении из оптической схемы эллипсометра спектральночувствительного элемента – компенсатора. Это значительно упрощает выполнение спектральных эллипсометрических измерений. Но необходимость измерения интенсивности излучения в широком диапазоне предъявляет очень высокие требования к стабильности источников света, коэффициента преобразования фотодетектора, и линейности его параметров.

Возможности нуль-эллипсометров по сравнению с фотометрическими несколько ограничены, но как показал сравнительный анализ приведенный в работе [191], нулевой метод обладает наивысшими метрологическими характеристиками. В свою очередь, нуль-эллипсометры чаще всего бывают многоугловыми или иммерсионными. Иммерсионные эллипсометры лучше подходят для исследования поверхностей неизвестной структуры, однако они предполагают контакт исследуемой поверхности с иммерсионной жидкостью, что может повлечь за собой необратимые изменения поверхности, а также не всегда выполнимо технически. Многоугловая методика лишена этого недостатка.

Процедура измерения эллипсометрических параметров исследуемой поверхности посредством нуль-эллипсометра с фиксированным компенсатором [183], сводится к тому, что поляризатор и анализатор ориентируют таким образом, чтобы регистрируемый фотоприёмником световой поток был минимален, после чего считывают показания с соответствующих угломерных устройств. Положение компенсатора в ходе измерения остается неизменным и составляет с плоскостью падения угол  или .

Отсчёт азимутов поляризатора, анализатора и компен­сатора ведётся от плоскости падения против часовой стрелки, если смотреть навстречу распространяющему­ся световому лучу (Рис. 2.4).

Рис. 2.4. Направления отсчётов азимутов поляризатора, анализатора и компенсатора [183].

 

Минимуму интенсив­ности света на выходе оптической схемы нуль-эллипсометра соответствует 256 комбинаций азимутов её элементов. Но, согласно методике Мак Крекина, для получения достоверных результатов эллипсометрических измерений достаточно провести лишь 16 измерений в четырёх зонах, различающихся между собой положениями компенсатора и началом отсчёта азимутов поляризатора [192]. При этом, для упрощения определения  и  по азимутам поляризатора, компенсатора и анализатора вводятся три угловые величины ,  и , зна­чения которых при любых возможных отсчетах на шкалах поляризатора и анализатора (от 0 до 360°) меняются в сле­дующих пределах:

, .

Вычисление этих величин производится по азимутам поляризатора, компенсатора и анализатора в соответствии с выражениями, приведенными в Таблице 1. В ней приведены направление вращения и диапазон изменения отсчетов на шкалах поляризатора и анализатора (графы 3 и 4), а также формулы, позволяющие пересчитывать азимуты плоскостей пропуска­ния поляризатора  и анализатора  в угловые величины ,  и  (графы 5, 6, 7). Полученные значения ,  и  усредняются в каждой из зон, а затем между всеми зонами для , а также в зонах 1, 4 и 2, 3 для  и , соответственно.

Если бы эллипсометрические компенсатор представлял собой совершенную четвертьволновую фазовую пластинку, то получен­ные во всех четырех зонах значения ,  и не отличались бы друг от друга. Однако для несо­вершенной четвертьволновой пластинки только эксперимен­тальные значения  во всех четырех зонах должны совпадать между собой, a .

В соответствии с описанной методикой, измерения могут проводиться следующими способами:

1-й способ – измерения проводятся в четырех зонах по четыре измерения в каждой из них;

2-й способ – измерения проводятся в четырех зонах по одному измерению в каждой зоне;

3-й способ – измерения проводятся в одной из тождественных пар зон: либо в зонах 1 – 4-й, либо в зонах 2 – 3-й по одному измерению в каждой зоне;

4-й способ – проводится одно измерение в одной из зон.

При исследовании незнакомой поверхности желательно производить все 16 измерений, 2-й способ также дает достаточно точные результаты и применяется при исследовании более или менее известных поверхностей. 3-й способ, обладает меньшей точностью и обычно применяется для быстрого определения свойств поверхности, когда компенсатор имеет сдвиг фаз, отличный от 90°. 4-й способ дает приблизительные результаты. Его точность близка к точности 3-го способа только при очень малом (в 1 – 2°) отличии сдвига фаз компенсатора от 90°.

Таблица 1.

Зоны по Мак Крекину.

 

Зона

Компен­сатор

Измерение

P

A

p

1

2

3

3 4

4 5

5 6

6 7

7 8

1

-45°
(315°)

1

0-90-180

0-90

 

2

180-270-360

0-90

3

0-90-180

180-270

4

180-270-380

180-270

2

+45°

5

90-0-270

0-90

 

6

270-180-90

0-90

7

90-0-270

180-270

8

270-180-90

180-270

3

-45°
(315°)

9

90-180-270

180-90

10

270-0-90

180-90

11

90-180-270

0-270

12

270-0-90

0-270

4

+45°

13

180-90-0

180-90

 

14

0-270-180

180-90

15

180-90-0

0-270

16

0-270-180

0-270

 

Точные выражения для вычисления значений  и  по усредненным угловым величинам ,  и  в случае реального компенсатора весьма громоздки [193]. Однако, если фазовый сдвиг компенсатора , а анизотропия его коэффициента , то с ошибкой, меньшей 0,001°:

                                           ,                                         (2.28)

и с ошибкой, не превышающей 0,01°:

                                      ,                                    (2.29)

где с ошибкой не выше 0,02 .

Если для решения обратной задачи, в конкретной модели поверхности, требуется больше пар значений эллипсометрических углов, полученных в различных условиях эксперимента (угол падения, показатель преломления иммерсионной жидкости, длина волны), то условия эксперимента следует изменить, и повторить описанную выше процедуру необходимое число раз.


Скачано с www.znanio.ru

Методы измерения эллипсометрических углов

Методы измерения эллипсометрических углов

Положение компенсатора в ходе измерения остается неизменным и составляет с плоскостью падения угол или

Положение компенсатора в ходе измерения остается неизменным и составляет с плоскостью падения угол или

Вычисление этих величин производится по азимутам поляризатора, компенсатора и анализатора в соответствии с выражениями, приведенными в

Вычисление этих величин производится по азимутам поляризатора, компенсатора и анализатора в соответствии с выражениями, приведенными в

При исследовании незнакомой поверхности желательно производить все 16 измерений, 2-й способ также дает достаточно точные результаты и применяется при исследовании более или менее известных поверхностей

При исследовании незнакомой поверхности желательно производить все 16 измерений, 2-й способ также дает достаточно точные результаты и применяется при исследовании более или менее известных поверхностей

Точные выражения для вычисления значений и по усредненным угловым величинам , и в случае реального компенсатора весьма громоздки [193]

Точные выражения для вычисления значений и по усредненным угловым величинам , и в случае реального компенсатора весьма громоздки [193]
Скачать файл