эллипсометр

Формула изобретения

1. Эллипсометр, содержащий осветитель, поляризатор, два измерительных, фазовый и амплитудный, оптически несвязанных между собой параллельных канала, причем указанные элементы оптически связаны с возможностью подачи светового пучка от осветителя к поляризатору, от поляризатора - на исследуемый образец и далее на измерительные каналы, отличающийся тем, что снабжен размещенным в первом, фазовом, измерительном канале светоотделяющим элементом, отрезающим в фазовый канал часть отраженного поверхностью образца светового пучка и выполняющим при этом одновременно функцию ахроматического фазосдвигающего элемента.

2. Эллипсометр по п.1, отличающийся тем, что фазовый измерительный канал выполнен в составе светоотделяющего элемента, двулучепреломляющей поляризационной призмы, расщепляющей световой пучок на две ортогонально поляризованные компоненты, и фоторегистратора, причем указанные элементы последовательно оптически связаны между собой, а амплитудный измерительный канал выполнен в виде двулучепреломляющей поляризационной призмы, расщепляющей световой пучок на две ортогонально поляризованные компоненты, и фоторегистратора, оптически связанного с ней.

3. Эллипсометр по п.2, отличающийся тем, что фоторегистратор выполнен в виде двухэлементного фотоприемника с первой и второй фоточувствительными областями, детектирующими ортогонально поляризованные компоненты светового пучка и формирующими электрические сигналы для вычисления эллипсометрических параметров образца.

4. Эллипсометр по п.1, отличающийся тем, что осветитель выполнен в виде источника монохроматического излучения, перестраиваемого по длине волны, а в качестве поляризатора использована поляризационная призма.

5. Эллипсометр по п.2, отличающийся тем, что осветитель выполнен в виде источника монохроматического излучения, перестраиваемого по длине волны, а в качестве поляризатора использована поляризационная призма.

6. Эллипсометр по п.3, отличающийся тем, что осветитель выполнен в виде источника монохроматического излучения, перестраиваемого по длине волны, а в качестве поляризатора использована поляризационная призма.

7. Эллипсометр по п.1, отличающийся тем, что светоотделяющий элемент выполнен в виде пятигранной призмы, грани призмы выполнены с возможностью падения света перпендикулярно относительно входной грани, последовательного отражения его от трех других граней с выполнением на каждой условия полного внутреннего отражения и выхода перпендикулярно выходной грани с обеспечением суммарного фазового сдвига, равного 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

8. Эллипсометр по п.2, отличающийся тем, что светоотделяющий элемент выполнен в виде пятигранной призмы, грани призмы выполнены с возможностью падения света перпендикулярно относительно входной грани, последовательного отражения его от трех других граней с выполнением на каждой условия полного внутреннего отражения и выхода перпендикулярно выходной грани с обеспечением суммарного фазового сдвига, равного 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

9. Эллипсометр по п.3, отличающийся тем, что светоотделяющий элемент выполнен в виде пятигранной призмы, грани призмы выполнены с возможностью падения света перпендикулярно относительно входной грани, последовательного отражения его от трех других граней с выполнением на каждой условия полного внутреннего отражения и выхода перпендикулярно выходной грани с обеспечением суммарного фазового сдвига, равного 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

10. Эллипсометр по п.4, отличающийся тем, что светоотделяющий элемент выполнен в виде пятигранной призмы, грани призмы выполнены с возможностью падения света перпендикулярно относительно входной грани, последовательного отражения его от трех других граней с выполнением на каждой условия полного внутреннего отражения и выхода перпендикулярно выходной грани с обеспечением суммарного фазового сдвига, равного 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

11. Эллипсометр по п.5, отличающийся тем, что светоотделяющий элемент выполнен в виде пятигранной призмы, грани призмы выполнены с возможностью падения света перпендикулярно относительно входной грани, последовательного отражения его от трех других граней с выполнением на каждой условия полного внутреннего отражения и выхода перпендикулярно выходной грани с обеспечением суммарного фазового сдвига, равного 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

12. Эллипсометр по п.6, отличающийся тем, что светоотделяющий элемент выполнен в виде пятигранной призмы, грани призмы выполнены с возможностью падения света перпендикулярно относительно входной грани, последовательного отражения его от трех других граней с выполнением на каждой условия полного внутреннего отражения и выхода перпендикулярно выходной грани с обеспечением суммарного фазового сдвига, равного 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

13. Эллипсометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

14. Эллипсометр по п.2, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

15. Эллипсометр по п.3, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

16. Эллипсометр по п.4, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

17. Эллипсометр по п.5, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

18. Эллипсометр по п.6, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

19. Эллипсометр по п.7, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

20. Эллипсометр по п.8, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

21. Эллипсометр по п.9, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

22. Эллипсометр по п.10, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

23. Эллипсометр по п.11, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

24. Эллипсометр по п.12, отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

25. Эллипсометр по любому из пп.1-24, отличающийся тем, что светоотделяющий элемент выполнен из оптического кварцевого стекла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике оптико-физических измерений, а именно к эллипсометрии, и может быть использовано при неразрушающем контроле оптических параметров поверхности и слоев тонких пленок.

Известен эллипсометр (патент США №5311285, МПК: 5 G01В 11/06), содержащий осветитель, светоделительный элемент, четвертьволновую фазовую пластинку, две двулучепреломляющие поляризационные призмы. Между осветителем и светоделительным элементом размещен исследуемый образец. Светоделительный элемент выполнен в виде стеклянной пластинки, делящей по амплитуде отраженный от образца световой пучок. Указанные элементы оптически последовательно связаны между собой с возможностью подачи светового пучка от осветителя на исследуемый образец, отражения от образца светового пучка, в общем случае, эллиптически поляризованного, деления отраженного светового пучка на четыре ортогонально поляризованные компоненты посредством светоделительного элемента и двух двулучепреломляющих призм с пропусканием части излучения через светоделительный элемент и четвертьволновую фазовую пластинку и отражением другой части от первой грани светоделительного элемента, с последующим расщеплением прошедшей и отраженной частей двулучепреломляющими призмами на две ортогонально поляризованные компоненты. Эллипсометр также снабжен оптически связанным с указанной последовательностью элементов фоторегистратором и блоком управления обработки сигналов, электрически связанным с фоторегистратором. По измеренным интенсивностям четырех световых компонент вычисляются эллипсометрические параметры и .

Недостатками данного известного технического решения являются недостаточно высокая точность измерений и узкий спектральный диапазон проведения измерений. Недостаточно высокая точность измерения обусловлена нестабильностью параметров светоделительного элемента, приводящей к погрешности в измерениях эллипсометрических параметров и вызывающей необходимость предварительной калибровки эллипсометра, состоящей в определении собственных коэффициентов отражения и пропускания светоделительного элемента. Использование в эллипсометре четвертьволновой фазовой пластинки не позволяет проводить измерения в широком спектральном диапазоне.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по назначению является эллипсометр (свидетельство на полезную модель РФ №16314, МПК: 6 G01N 21/21), содержащий осветитель, поляризатор, два измерительных канала, призму полного внутреннего отражения. Между поляризатором и призмой полного внутреннего отражения размещен исследуемый образец. Первый измерительный канал, являющийся фазовым измерительным каналом, снабжен компенсатором, анализатором и фоторегистратором; второй измерительный канал, являющийся амплитудным измерительным каналом, снабжен анализатором и фоторегистратором. Анализаторы выполнены в виде двулучепреломляющих призм, выделяющих два ортогонально поляризованных пучка, а фоторегистраторы выполнены в виде двухплощадных фотоприемников, фоточувствительные площадки которых предназначены для приема ортогонально поляризованных пучков излучения и формирования сигналов для вычисления эллипсометрических параметров образца. Компенсатор выполнен в виде четвертьволновой фазовой пластинки. При этом конструктивные элементы между собой оптически связаны с возможностью подачи светового пучка от осветителя к поляризатору, от поляризатора - на исследуемый образец, от образца - на призму полного внутреннего отражения, разделяющую и подающую излучение, отраженное образцом на первый, фазовый, измерительный канал и на второй, амплитудный, измерительный канал; в фазовом измерительном канале компенсатор, анализатор и фоторегистратор последовательно оптически связаны между собой, в амплитудном канале также выполнена оптическая связь. Причем поляризатор, компенсатор и анализаторы выполнены как элементы, имеющие фиксированные положения.

Недостатками данного известного технического решения являются недостаточно высокая точность измерений и узкий спектральный диапазон проведения измерений. Недостаточно высокая точность измерения обусловлена тем, что призма полного внутреннего отражения, имея собственное двулучепреломление вследствие внутренних напряжений, вносит ошибки в измерение отношения амплитудных коэффициентов отражения Френеля для p- и s- компонент отраженного света. Другой приведенный недостаток обусловлен использованием в качестве компенсатора четвертьволновой фазовой пластинки.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и расширение спектрального диапазона проведения измерений.

Технический результат достигается тем, что эллипсометр, содержащий осветитель, поляризатор, два измерительных, фазовый и амплитудный, оптически не связанных между собой, параллельных, канала, причем указанные элементы оптически связаны с возможностью подачи светового пучка от осветителя к поляризатору, от поляризатора - на исследуемый образец и далее на измерительные каналы, снабжен размещенным в первом, фазовом, измерительном канале светоотделяющим элементом, отрезающим в фазовый канал часть отраженного поверхностью образца светового пучка и выполняющим при этом одновременно функцию ахроматического фазосдвигающего элемента.

В эллипсометре фазовый измерительный канал выполнен в составе светоотделяющего элемента, двулучепреломляющей поляризационной призмы, расщепляющей световой пучок на две ортогонально поляризованные компоненты, и фоторегистратора, причем указанные элементы последовательно оптически связаны между собой, а амплитудный измерительный канал выполнен в виде двулучепреломляющей поляризационной призмы, расщепляющей световой пучок на две ортогонально поляризованные компоненты, и фоторегистратора, оптически связанного с ней.

В эллипсометре фоторегистратор выполнен в виде двухэлементного фотоприемника с первой и второй фоточувствительными областями, детектирующими ортогонально поляризованные компоненты светового пучка и формирующими электрические сигналы для вычисления эллипсометрических параметров образца.

В эллипсометре осветитель выполнен в виде источника монохроматического излучения, перестраиваемого по длине волны, а в качестве поляризатора использована поляризационная призма.

В эллипсометре светоотделяющий элемент выполнен в виде пятигранной призмы, грани призмы выполнены с возможностью падения света перпендикулярно относительно входной грани, последовательного отражения его от трех других граней с выполнением на каждой условия полного внутреннего отражения и выхода перпендикулярно выходной грани с обеспечением суммарного фазового сдвига равного 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

Эллипсометр дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения образца, выполненной в составе двух диафрагм, размещенных в оптическом тракте так, что исследуемый образец расположен между ними, зеркала, расположенного за диафрагмой в плече анализатора, и поворотного механизма, вводящего зеркало в оптический тракт при юстировке образца в положение, когда плоскость зеркала перпендикулярна лучу, и выводящего из оптического тракта при измерении.

В эллипсометре светоотделяющий элемент выполнен из оптического кварцевого стекла.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. На Фиг.1 приведена блок-схема эллипсометра, где 1 - осветитель, 2 - поляризатор, 3 - исследуемый образец, 4 - светоотделяющий элемент, 5 - двулучепреломляющая поляризационная призма второго (амплитудного) измерительного канала, 6 - двулучепреломляющая поляризационная призма первого (фазового) измерительного канала, 7 - фоторегистратор второго (амплитудного) измерительного канала, 8 - фоторегистратор первого (фазового) измерительного канала; на Фиг.2 показан светоотделяющий элемент.

Совмещение в одном оптическом элементе (в светоотделяющем элементе (4) см. Фиг.1) функций светоотделительного элемента и ахроматического фазосдвигающего элемента дает возможность сократить количество оптических элементов, вносящих погрешности в измерения, и, следовательно, обеспечить более высокую точность измерений. С другой стороны, введение в конструкцию предлагаемого эллипсометра фазосдвигающего элемента с ахроматическими свойствами позволяет расширить спектральный диапазон для проведения измерений.

Эллипсометр содержит (Фиг.1) осветитель (1), поляризатор (2), светоотделяющий элемент (4), двулучепреломляющую поляризационную призму первого (фазового) измерительного канала (6), двулучепреломляющую поляризационную призму второго (амплитудного) измерительного канала (5), фоторегистратор первого (фазового) измерительного канала (8), фоторегистратор второго (амплитудного) измерительного канала (7). Исследуемый образец (3) размещен между светоотделяющим элементом (4) и поляризатором (2). В качестве осветителя (1) используется источник монохроматического излучения, перестраиваемый по длине волны, а в качестве поляризатора (2) используется поляризационная призма.

Первый измерительный канал, являющийся фазовым измерительньм каналом, выполнен в составе светоотделяющего элемента (4), двулучепреломляющей поляризационной призмы (6), выделяющей ортогонально поляризованные пучки, и фоторегистратора (8).

Светоотделяющий элемент (4) предназначен для отрезания части светового пучка, отраженного исследуемым образцом (3), с одновременным выполнением функции ахроматического фазосдвигающего элемента в широком диапазоне длин волн. Он изготовлен в виде пятигранной призмы из оптического кварцевого стекла, грани которой имеют ориентацию, представленную на Фиг.2. Выбор кварцевого стекла в качестве материала светоотделяющего элемента (4) обусловлен хорошим пропусканием света призмой в широком диапазоне длин волн, от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона спектра. При этом свет падает (см. Фиг.2) перпендикулярно на входную грань призмы, последовательно отражается от трех других граней, претерпевая на каждой полное внутреннее отражение, и выходит перпендикулярно выходной грани. Полное внутреннее отражение реализуется при углах падения света на грани призмы, равных: ₁=56°, ₂= ₃=73°. При каждом отражении происходит относительный сдвиг фазы для поляризаций, ориентированных в плоскости падения и в перпендикулярном направлении. Полный фазовый сдвиг является результатом суммирования фазовых сдвигов, происходящих при каждом отражении: _c= ₁+ ₂+ ₃. Геометрия призмы, выполняющей функцию светоотделяющего элемента, рассчитана таким образом, чтобы суммарный фазовый сдвиг был равен 90° для середины спектрального интервала (600 нм).

Выбранная на основании указанного условия ориентация граней призмы обеспечивает распространение света после его выхода из призмы в первоначальном направлении с одновременным параллельным смещением вышедшего луча относительно падающего. Кроме того, указанный выбор углов отражения (см. Фиг.2) предопределяет слабую чувствительность фазового сдвига _с к угловой расходимости света. Это обусловлено тем, что при изменении угла падения света относительно входной грани призмы (светоотделяющего элемента (4)) углы падения относительно второй и третьей отражающих граней имеют изменения с разными знаками, взаимно компенсируя изменение фазового сдвига. Изменение же фазового сдвига при первом отражении, то есть при угле ₁=56°, слабо зависит от вариации угла, так как происходит вблизи максимума зависимости ₁( ₁).

Выбранная указанным образом геометрия светоотделяющего элемента (4) обеспечивает также более слабую дисперсию фазового сдвига в спектральном диапазоне от 250 до 1000 нм (по сравнению с классическим ромбом Френеля с двумя отражениями). Слабая дисперсия _с обусловлена слабой зависимостью фазовых сдвигов ₂ и ₃ от показателя преломления материала призмы (светоотделяющего элемента), который изменяется с изменением длины волны света.

Второй измерительный канал, являющийся амплитудным измерительным каналом, снабжен двулучепреломляющей поляризационной призмой (5), выделяющей ортогонально поляризованные пучки, и фоторегистратором (7).

Двулучепреломляющие поляризационные призмы, выделяющие ортогонально поляризованные пучки, выполняют функцию анализаторов. Фоторегистраторы (7) и (8) представляют собой двухплощадные фотоприемники, первые и вторые фоточувствительные площадки которых предназначены для приема ортогонально поляризованных пучков излучения и формирования электрических сигналов для вычисления эллипсометрических параметров образца.

Элементы первого измерительного канала имеют последовательную оптическую связь. Во втором измерительном канале элементы также связаны оптически. Оба измерительных канала параллельны и оптически не связаны между собой. Измерительные каналы в совокупности функционально представляют собой узел анализатора.

Остальные связи между конструктивными элементами эллипсометра являются оптическими. Световой пучок от осветителя (1) поступает к поляризатору (2), от поляризатора (2) - на исследуемый образец (3) и далее на измерительные каналы, то есть часть отраженного образцом (3) излучения отрезается светоотделяющим элементом (4) первого измерительного канала, а другая часть отраженного образцом (3) излучения поступает на двулучепреломляющую поляризационную призму (5) второго измерительного канала (см. Фиг.1).

Эллипсометр дополнительно снабжен системой контроля рабочего положения исследуемого образца (3). Данная система, предназначенная для определения того, находится ли исследуемый образец в надлежащем для проведения измерений положении, выполнена в составе двух диафрагм, зеркала и поворотного механизма.

Предусмотренные две диафрагмы для контроля рабочего положения исследуемого образца (3) размещены в оптическом тракте эллипсометра так, что исследуемый образец (3) расположен между ними; первая размещена в плече поляризатора, а вторая - в плече анализатора. В плече анализатора после второй диафрагмы размещено зеркало. При выборе положения исследуемого образца (3) зеркало позиционируется в оптическом тракте поворотным механизмом так, что его плоскость перпендикулярна лучу, и после осуществления юстировки исследуемого образца (3) для проведения измерений выводится из оптического тракта. При надлежащем положении исследуемого образца (3) луч, последовательно отражаясь от исследуемого образца (3), от зеркала и снова от исследуемого образца (3), засвечивает обе диафрагмы по их центрам.

Отклонение положения исследуемого образца (3) от надлежащего в результате его смещения в направлении перпендикулярном его плоскости и/или в результате наклона образца вызывает смещение области засветки отраженным лучом на обеих диафрагмах. Величина указанного смещения на входной диафрагме вычисляется: x=8L , в случае если наклон образца имеет место в плоскости падения света; x=2(3+cos )L , в случае если наклон образца имеет место в плоскости, перпендикулярной плоскости падения света; где L - расстояние от первой диафрагмы до исследуемого образца (3) и равно расстоянию от исследуемого образца (3) до второй диафрагмы, - угол падения света на образец, отсчитанный от нормали к отражающей плоскости образца, - угол отклонения нормали к отражающей плоскости образца относительно надлежащего рабочего положения.

Эллипсометр используется следующим образом.

Световой поток, испускаемый осветителем (1), линейно поляризуется поляризатором (2) и падает на поверхность исследуемого образца (3). После отражения от поверхности исследуемого образца (3) линейно поляризованный пучок изменяет собственное состояние поляризации и становится, в общем случае, эллиптически поляризованным. Входной элемент первого (фазового) измерительного канала, светоотделяющий элемент (4), отрезает часть отраженного светового пучка и направляет пропущенный им пучок дальше по первому измерительному каналу. При этом он одновременно выполняет функции ахроматического фазосдвигающего элемента и вносит фазовый сдвиг в состояние поляризации светового пучка. Другая часть отраженного исследуемым образцом (3) светового пучка распространяется по второму (амплитудному) измерительному каналу. В каждом из измерительных каналов световой пучок расщепляется двулучепреломляющими поляризационными призмами (5) и (6) на два ортогонально поляризованных луча. Эти лучи детектируются фоторегистраторами (7), (8), то есть, соответственно, засвечивают фоточувствительные области двухэлементного фотоприемника во втором (амплитудном) измерительном канале, формируя электрические сигналы I ₁ (первая фоточувствительная область) и I ₂ (вторая фоточувствительная область), а также двухэлементного фотоприемника в первом (фазовом) измерительном канале, формируя электрические сигналы I₃ (первая фоточувствительная область) и I₄ (вторая фоточувствительная область) (Фиг.1).

Параметры поляризации вычисляют по измеренным сигналам I₁, I₂, I₃ и I₄. При этом в процессе измерения поляризационные элементы имеют фиксированные угловые положения относительно плоскости падения света: поляризатор (2) (поляризационная призма) ±45°, светоотделяющий элемент (4) 0 или 45°, двулучепреломляющие поляризационные призмы (5) и (6) 0 или 45°. Фазовый сдвиг, вносимый светоотделяющим элементом (4), составляет _с=90°.

По измеренным величинам I₁, I₂, I ₃ и I₄ вычисляют эллипсометрические параметры образца по следующим формулам.

В случае, когда азимут светоотделяющего элемента (4) равен 45°, азимут двулучепреломляющей поляризационной призмы (5) равен 0°, азимут двулучепреломляющей поляризационной призмы (6) равен 0°, то

в случае если азимут двулучепреломляющей поляризационной призмы (6) равен 45°, то

в случае, когда азимут светоотделяющего элемента (4) равен 0°, азимут двулучепреломляющей поляризационной призмы (5) равен 45°, азимут двулучепреломляющей поляризационной призмы (6) равен 45°, то

где I₁ - величина напряжения, снимаемого на фоторегистраторе (7) с первой фоточувствительной области двухэлементного фотоприемника, пропорциональная интенсивности светового потока, падающего на данную область, В;

I ₂ - величина напряжения, снимаемого на фоторегистраторе (7) со второй фоточувствительной области двухэлементного фотоприемника, пропорциональная интенсивности светового потока, падающего на данную область, В;

I₃ - величина напряжения, снимаемого на фоторегистраторе (8) с первой фоточувствительной области двухэлементного фотоприемника, пропорциональная интенсивности светового потока, падающего на данную область, В;

I ₄ - величина напряжения, снимаемого на фоторегистраторе (8) со второй фоточувствительной области двухэлементного фотоприемника, пропорциональная интенсивности светового потока, падающего на данную область, В (см. Фиг.1).

В последнем случае (формула (5)), с учетом знаков сомножителей в квадратных скобках, фазовый сдвиг определяется однозначно во всем диапазоне значений от 0 до 360°. С другой стороны, изменяя азимутальные положения двулучепреломляющих поляризационных призм (5) и (6), отношение коэффициентов отражения Френеля и фазовый сдвиг однозначно и непрерывно измеряются во всем диапазоне значений: от 0 до 90°; от 0 до 360°.