Радиоволновый эллипсометр

Радиоволновый эллипсометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: измерение толщины покрытий. Сущность изобретения: радиоволн , эллипсометр, содержит последовательно соединенные СВЧ-генератор, первый волноводно-лучевой переход (ВЛП), поляризатор и держатель образца, поляризационный делитель, второй ВЛП, СВЧ-детектор, измеритель отношений, индикатор, последовательно соединенные третий ВЛП, связанный со вторым выходом поляризационного делителя, второй СВЧ-детектор, соединенные с вторым входом измерителя отношений, первый аттенюатор в канале падающей волны и второй аттенюатор в канале отраженной волны. Дополнительно введены делитель с калиброванными параметрами , включенный между держателем образца и поляризационным делителем, вычислитель , включенный между измерителем отношений и индикатором, последовательно соединенные анализатор поляризации, связанный с вторым выходом делителя с калиброванными параметрами, четвертый ВЛП, третий СВЧ-детектор, соединенные с третьим входом измерителя отношений, причем ось пропускания анализатора поляризации устанавливается под определенным , например, 45°, углом к оси пропускания поляризационного делителя, измеритель отношений выполнен трехканальным, а параметры калиброванного делителя введены в память вычислителя и учитываются при восстановлении изображения поляризационного эллипса СВЧ-волны. 1 ил. у te

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s -6 01 N 22/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4859521/09 (22} 14.08,90 (46) 30.07,93. Бюл. N 28 (71) Белорусский политехнический институт (72) Н.Н. Пунько, М.Г. Караваев, А.Н. Анищенко и С.Л. Смоляков (56) Конев В,А. и др. Радиоволновая зллипсометрия. M.: Наука и техника, 1985, с.63.

Авторское свидетельство СССР

М 1499196, кл. G 01 N 22/00, 1987, (54) РАДИОВОЛНОВЫЙ ЭЛЛИПСОМЕТР (57) Использование: измерение толщины покрытий, Сущность изобретения. радиоволн. зллипсометр, содержит последовательно соединенные СВЧ-генератор, первый волноводно-лучевой переход (ВЛП), поляризатор и держатель образца, поляризационный делитель, второй ВЛП. СВЧ-детектор, измеритель отношений, индикатор, последовательно соединенные третий ВЛП, связанный со вторым выходом поляризационного делителя, второй СВЧ-детектор, соединенные с вторым входом измерителя

Изобретение о носится к измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров покрытий, в частности, для определения толщины тонких металлических пленок на диэлектрических подложках и непроводящих покрытий на металлах.

Цель изобретения — повышение точности и скорости измерений.

На чертеже представлена структурная электрическая схема радиоволнового snлипсометра.

„„59„„ f 830479 А1 отношений, первый аттенюатор в канале падающей волны и второй аттенюатор в канале отраженной волны. Дополнительно введены делитель с калиброванными параметрами, включенный между держателем образца и поляризационным делителем, вычислитель, включенный между измерителем отношений и индикатором, последовательно соединенные анализатор поляризации, связанный с вторым выходом делителя с калиброванными параметрами, четвертый

ВЛП, третий СВЧ-детектор, соединенные с третьим входом измерителя отношений, причем ась пропускания анализатора поляризации устанавливается под определенным, например, 450, углом к оси пропуска ния поляризационного делителя, измеритель. отношений выполнен трехка- 3 нальным, а параметры калиброванного делителя введены в память вычислителя и учитываются при восстановлении изображения поляризационного эллипса СВЧ-волны. f ил.

Радиоволновой эллип ометр содержит С

СВЧ-генератор 1, волноводно-лучевые пе- Ь реходы 2, поляризатор 3, держатель образца

4, делитель с калиброванными параметрами 5, 0 поля ризационный делитель 6, анализатор поляризации 7, СВЧ-детекторы 8, измеритель отношений 9, вычислительное устройство

10, индикатор 11, Аттенюаторы в каналах ВВЮВЙ падающей и отраженной волны могут быть установлены в различных участках в зависимости от их конструкции и на схеме не указаны.

Радиоволновой зллипсометр работает следующим образом.

1830479

Сверхвысокочастотные электромагнитные колебания, генерируемые генератором

1, формируются в кваэиоптический пучок волноводно-лучевым переходом 2. После прохождения поляризатора, пучок падает под углом на контролируемый образец 4;

Отраженный пучок делится на два канала делителем с калиброванными параметрами

5. Одна часть отраженного пучка разделяется кэ двэ взаимно ортогональные компонанти поляризационным делителем 6.

Другая пропускается через анализатор поляризации 7, ось пропускания которого установлена под углом, например, 45О к оси пропускаиия поляризационного делителя.

Выделенные поляризационным делителем

6 и анализатором 7 линейно поляризованные компоненты проходят через соответствующие волноводно-лучевые переходы 2, детектируются СВЧ-детекторами 8 и в виде электрических сигналов подаются на изме-, ритель отношений 9. На выходе измерителя отношений 9 сигналы, пропорциональные величинам отношений и — сигналы с первого, второго и третьего СВЧ-детекторов, по. ступают на входы вычислителя (BY) 10.

Предварительно в память BY введены параметры калиброванного делителя, т.е. известны поляризационные искажения, вносимые делителем в оба выходящих пучка для произвольной поляризации отраженной в.олны.

Вычислитель на основании измеренных отношений трех линейно поляризованных компонент отраженной волны с учетом поляризационных искажений; вносимых калиброванным делителем 5, восстанавливает изображение эллипса поляризации отраженной волны, Результат регистрируется индикатором 11. . Алгоритм вычислений построен следующим образом.

На выходе измерителя отношений 9 получаем сигналы, пропорциональные величинам отношений Uz/U1 и U3/Ui, где U1, 4

Ог, 0з — соответствуют трем линейно поляризованным компонентам, причем U> и Uz— взаимно ортогональные, à Ug составляет угол а с U> (угол между осью пропускания анализатора и осью пропускания поляризационного делителя).

Если начало прямоугольных координат перенесено в центр поляризационного эллипса, то уравнение эллипса имеет вид где:

1 аи 0

1з= ад агг О

0 0 азз

1 аа

a 12 агг

35 гдеугол р равен (6) Ь as а4 (7) a»х + 2ац ху+ эгг уг+ азз = О. (1) Так как при эллипсометрических измерениях определяются относительные вели-. чины — эзлипсометрические параметры, характеризующие изменение формы и ориентации поляризационного эллипса, то можем записать уравнение эллипса в виде

5 х +2а1г х у+агг. у +азз=0. (2) Уравнение (2) получено иэ (1) путем деления правой и левой части на коэффициент

10 э». Измеряемые эллипсометрические параметры из уравнения (2) определяются следу- . ющими соотношениями: а и b — полуоси эллипса равны: э ь-1 ",; а=1 (з)

1г а4 !г агг (4) инварианты уравнения эллипса(2).

ah = айаг sin 2 р+ — (1 — агг сов 2 р+

+ (1+агг)

З0 эК =31zsIA2 р--(1 — агг) cos 2 р+

2

+р(1+агг)

1 (5) .

40 Отношение полуосей (эллипсометрический параметр) равно где an", а»" определяются согласно (5).

Другой эллипсометрический параметр— угол ориентации эллипса относительно вы50 бранной системы координат определяется значением угла р.

Таким образом, задача определения зллипсометрических параметров сводптся к

55 нахождению коэффициентов а12, агг. азз, При прохождении волной делителя с калиброванными параметрами эллипс "деформируется", т,е. изменяются коэффициенты а12, агг, азз.

1830479

К21 = —, Кз1 =— .Ог Оз

О1 U1

+Ь4азз =О (12) 35

b»+Ьзз=О

К21 Ьгг+ Ьзз = О .

Величина этих изменений определяется матрицей преобразования. Для прошедшей волны

Ib1- I М 1 1 аl, (8) где 1 а I — матрица коэффициентов исходного эллипса, I b 1- матрица коэффициентов прошедшей волны;

l М I — матрица известных коэффициентов преобразования.

Для отраженной волны!

С! I М! Ial., (9) где l С 1 — матрица. коэффициентов поляризационного эллипса отраженной волны; . 1 М 1 — матрица известных коэффициентов преобразования, Если совместить ось Х прямоугольной системы координат с осью пропускания поляриэационного делителя и ввести обозначения — сигналы на выходе измерителя отношений 9, то математически задача сводится к нахождению эллипса поляризации по известным координатам трех точек, принадлежащих исходному эллипсу с учетом матриц преобразования. Координаты точек равны: — точка 1(1, 0) — точка 2 (О, Кг1)

- точка 3 (Кз1соз а, Кз1з1п а ). а — угол между осью пропускания анализатора поляризации и осью пропускания поляризационного делителя. Для вышеперечисленных трех точек имеем 3 уравнения

С» КЗ1соз а+2 C1z КЗ1 slna сова+

+ Сгг Кзг1 . З1Пг а + СЗЗ = О, где коэффициенты Ь|! и С (1, J - 1, 2, 3) определяются на основании (8), (9).

b11- М11а11+ М1гаг1+ М1заз1- М11 +

+ М12 д12

Ьзз М31813 + M32823 + Мзэазз

Ьгг - Ы21 812 + Мггагг + Мгзазг - М21812+

+ М22822

С» - Ы118» + М12 az1 + Ы1з аз1 - М11 +

+М12 812

C12 - М11 812 + Ы12 822 + Ы1з азг

Ы11 812+ М12 822

С22 М21 812 + M22 823+ Жз 832 М21 812 +

+ЯЯ22 822

Сзз = Мз1 а1з+ Юзг агз+ Мзз азз = Мзз азз.

У (11) . Окончательно для намождения неизвестных коэффициентов 812. агг, азз получаем систему из трех уравнений

МЗ1+ М12 812+ Мазазз ©

К21 М21812+ К21 !вЬВегг+Мзз 833 О ь

K)1 ° coe а (М!!1 + М"12 аль ) + Z К2з1 х х зlп а соз а (Ы11 812 + @2 822 ) +

+ К4 ай a (I41 ° a1z + М г 822 ) + получив коэффициенты 812, azz, азз по формулам(5), (6), (7), находим эллипсометрические параметры.

Формула изобретения

Радиоволновый эллипсометр, содержащий последовательно соединенные СВЧ-генератор, первый волноводно-лучевой переход, поляризатор и держатель образца,. последовательно соединенные поляризационный делитель, второй волноводно-лучевой переход, первый СВЧ-детектор и измеритель отношений, а также последовательно соединенные третий волноеодно-лучевой переход и второй СВЧ-детектор, включенные между вторым выводом поляризационного делителя и вторым входом измерителя отношений, и индикатор, о т л и-ч.ею шийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерений, введены делитель с калиброванными параметрами, включенный между держателем образца и поляризационным делителем, последовательносоединенные анализатор поляризации, четвертый волноевдно-лучевой переход и трежй СВЧ-детектор, включенные между вторым выходом делителя с калиброванными параметрами и третьим

1830479

Составитель Р,Кузнецова

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор

Заказ 2526 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Рвушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул, Гагарина, 101 входом измерителя отношений, который выполнен трехканальным, а также вычислитель параметров эллипса поляризации отраженной волны, включенный между вы„-, 5 ходами измерителя отношений и входом индикатора, при этом ось пропускания анализатора поляризации ориентирована под углом к оси пропускания поляризационного делителя,