Darstellung Ellipsometry - Prinzipien der Operation für OberflächenKennzeichnung

Durch AZoNano

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Polarisation der Leuchte
Das Richtige Koordinatensystem
Reflexion an den Oberflächen
Optische Bauteile Verwendet Für Ellipsometry
Polarisatoren
Optische Dauerbremsen
Nuling Ellipsometry
Optische Formung
Darstellung Ellipsometry
Scanner
Nanofilm-Darstellung Ellipsometer
Schlussfolgerung
Über Accurion

Einleitung

Ellipsometry ist eine sehr empfindliche optische Technik, die verwendet worden ist, damit ungefähr hundert Jahre Informationen über Oberflächen einholen. Es arbeitet an dem Prinzip, das der Polarisationszustand möglicherweise der Leuchte ändert, wenn der Lichtstrahl von einer Oberfläche reflektiert wird. Wenn die Oberfläche durch einen Dünnfilm oder einen Stapel Filme umfaßt wird, beeinflußt die gesamte optische Anlage des Filmes u. der Substratfläche die Änderung in der Polarisation. Der elliptische Zustand der Polarisation, wohin der Vektor des elektrischen Bereichs entlang eine Ellipse, wenn er an einem Fixpunkt im Platz gesehen wird, ist der Allgemeinzustand der Polarisation sich bewegt. Die grundlegenden Bauteile eines ellipsometer sind eine Lichtquelle, einige optische Bauteile, zum der Polarisation und des Detektors zu ändern. Mithilfe der Bildgebungstechnologie ist es möglich, das klassische ellipsometer auf ein neues Formular des Sichtbarmachungshilfsmittels oder des Mikroskops mit hoher Empfindlichkeit auf Dünnfilme auszudehnen.

Abbildung 1. Historische Installation von einem ellipsometer [der Pauls Drude, Lehrbuch Optik, Leipzig, 1906]

Polarisation der Leuchte

Um Leuchte zu beschreiben, die eine elektromagnetische Welle ist, wird die Richtung und Stärke des elektrischen Bereichs E als dieses hat eine stärkere Interaktion mit Stoff als das Magnetfeld angesehen. Einfarbige Leuchte kann an einem Punkt in Platz E, in drei unabhängige harmonische Oszillationen entlang ein x, o, Zkoordinate Anlage aufgespaltet zu werden. Wenn die Lichtwelle eine ebene Welle ist, die entlang dem Zschwerpunkt sich fortpflanzt, ist der E-Vektor immer zu z orthogonal, so kann er durch zwei harmonische Oszillationen entlang x und Y. beschrieben werden. Diese Oszillationen haben eine identische Frequenz, aber eine andere Amplitude und eine Phase. Infolgedessen bewegt sich der E-Vektor entlang eine Ellipse an einem festgelegten Punkt im Platz. Die Art, in der ein Vektorbereich mit Zeit an einem Fixpunkt im Platz schwankt, bekannt als Polarisation. Folglich ist die allgemeinste Polarisation der einfarbigen Leuchte elliptisch. Wenn die x- und o-Oszillationen gleich sind, bildet sich die resultierende Ellipse in eine Gerade. Wenn die Phasendifferenz +/-90° ist, bildet sich die Ellipse in einen Kreis. So sind lineare und Kreispolarisation fachkundige Fälle vom allgemeinen elliptischen Zustand. Für alle weiteren Phasendifferenzen entwickelt eine „wahre“ Ellipse.

Abbildung 2. Polarisationszustand der Leuchte.

Das Richtige Koordinatensystem

Wenn ein Lichtstrahl eine Oberfläche unter schiefem Vorkommen leuchtet, wird ein Flugzeug durch den Wellenvektor festgelegt möglicherweise K, der in Richtung der Leuchte und des Oberflächennormal N. zeigt. Dieses bekannt als die Einfallsebene. Die Richtungen von x und von o werden definiert, sodass x zur Einfallsebene parallel ist und o senkrecht ist. Diese Richtungen werden als P für Ähnlichkeit und s für Senkrechtes, die das x austauschen, o-Anmerkung gekennzeichnet. So ist der elektrische Bereich E in seine P- und s-Bauteile entschlossen.

Reflexion an den Oberflächen

Die Leuchte wird durch die Beispieloberfläche reflektiert. Die Probe enthält eine komplexe optische Anlage mit einigen Schichten, die verschiedene optische Eigenschaften haben. Mehrfachreflexion an den Schichtschnittstellen legen, um eine reflektierte Lichtwelle mit einem geänderten Zustand der Polarisation zu bilden. Speziell sind das P und s-Bauteile abhängig von einer Reichweite der Phasenänderungen und weisen auch verschiedene reflektierende Eigenschaften auf. So werden die Form und die Größe der Ellipse der Polarisation geändert. Diese Änderung ist die mengenmäßig bestimmten Werte der Eigenschaften der optischen Anlage oder der Probe. Der Vorfall und reflektierten die E-Vektoren werden durch die Reflexionsgrundmasse R der Probe wie in Gleichung 1 gezeigt verbunden:

Abbildung 3. Reflexion von der Probe (Film-/Substratflächenanlage) ändert die Ellipse der Polarisation.

Optische Bauteile Verwendet Für Ellipsometry

Die optischen hauptsächlichbauteile, die in den meisten Baumustern ellipsometers verwendet werden, werden in den folgenden Kapiteln beschrieben und Polarisatoren und Dauerbremsen umfassen.

Polarisatoren

Ein Polarisator produziert Leuchte in einem speziellen Zustand der Polarisation an der Ausgabe. Lineare Polarisatoren arbeiten, indem sie ein Bauteil der Vorfallleuchte unterdrücken und lassen nur das andere Bauteil passieren. Die Rotation dieses Polarisators veranlaßt einen Träger der linear polarisierten Leuchte, aus unpolarized Vorfallleuchte mit der Polarisationsrichtung entsprechend dem Winkel der Rotation des Schwerpunkts vom Polarisator produziert zu werden. Falls der Vorfallträger bereits polarisiert wird, hängt die übertragene Intensität von der Amplitude des Bauteils von E entlang dem Schwerpunkt des Polarisators ab. In solch einem Fall wird der Polarisator ein Analysegerät genannt, das er ein das Verhältnis der P- und s-Bauteile messen lässt.

Optische Dauerbremsen

Optische Dauerbremsen werden verwendet, um die Phase von einem Bauteil der Vorfallleuchte zu verschieben. Eine typische Dauerbremse ist eine „quarterwave Platte“ die ein „schnelles“ und den Schwerpunkt „verlangsamen lässt“, der eine Phasenänderung von 90° in den Bauteilen von E entlang diesen Äxten verursacht. Basiert auf der Orientierung der 14-Platte wandelt sie die Ellipse der Polarisation um, zum Beispiel wird linear polarisierte Leuchte zu Kreis- polarisierter Leuchte wenn Set zu 45° mit Bezug auf den Schwerpunkt der linearen Polarisation umgewandelt. Die Dauerbremsen werden auch Flatterdämpfer genannt. Es ist wesentlich, zu beachten, dass die Kombination eines linearen Polarisators P und des Viertelwelle Flatterdämpfers C (PC) in den drehbaren Befestigungen als ein variabler Polarisationsfilter auftreten kann, der jeden gewünschten elliptischen Zustand der Polarisation an der Ausgabe erzeugen kann, die das s gegeben wird und P-Amplitude am Input gleich sind.

Nuling Ellipsometry

Wenn die linear polarisierte Leuchte, die einen Schwerpunkt hat, überall ausgenommen die s- oder P-Richtung zu zeigen, Vorfall auf einer Probe ist, zeigt die reflektierte Leuchte einen elliptischen Zustand der Polarisation. Der gleiche elliptische Zustand der Polarisation aber mit einem aufgehobenen Rotationsvorfall auf einer Oberfläche produziert eine linear polarisierte Reflexion.

Für einen linear polarisierten Träger ist es möglich, den Träger zu erlöschen, indem man das Analysegerät in eine 90° Stellung mit Bezug auf den Schwerpunkt der linearen Polarisation einstellt. Dieses bekannt, wie „die Null finden“ oder“ ungültig machend“. Das Rezept ein ungültig machendes ellipsometer in einer PCSA-Anordnung wird unten gegeben:

• Leuchte wird gemacht, um durch eine PC-Kombination zu passieren, beim Aufzeichnen der eckigen Einstellung von P und von C.
• P und C werden geändert, sodass die Reflexion von der Probe S linear polarisiert wird.
• Ein Fotodetektor wird hinter einem Analysegerät A angeordnet, um dieses als Minimum im Signal zu entdecken.

Es ist jetzt möglich, wiederholende Programme zu bestimmen, um die rechtwinkligen Einstellungen wirklich zu finden, damit P, C und A die Ungültige Zustand erfüllt. Die allgemein verwendetste Technik ist der „ungültig machende Entwurf des örtlich festgelegten Flatterdämpfers“ in, welchem der Flatterdämpfer in einem spezifischen Winkel örtlich festgelegt ist und dieses P und A rotiert werden. Es kann gezeigt werden, dass eine Rotation von P von einer Rotation von A folgte, beim Halten von P in seiner minimalen Zeichenlage verursacht eine Null. Diese Technik muss wiederholend wiederholt werden, um die erforderliche Präzision zu erhalten. Ein Nutzen des Ungültig machens ellipsometry ist die Tatsache, dass man Winkel anstelle des hellen Magnetfeldes misst und so teilweise Probleme der Stabilität der Lichtquelle oder der Nichtlinearität von den Detektoren vermeidet.

Abbildung 4. Installation eines ungültig machenden Darstellung ellipsometer.

Abbildung 5. Zustand der Polarisation während des Ungültig machens ellipsometry.

Optische Formung

Für isotrope Materialien in denen R (Rsp, RPS = 0) diagonal ist, können zwei so genanntes ellipsometric Winkel Y und D definiert werden und das Verhältnis der komplexen Reflexionsfaktoren Rpp und Rss definieren, die wirklich durch das ellipsometer gemessen werden:

Y ist ein Winkel und die Tangente gibt das Verhältnis der Amplitudenänderung für die P- und s-Bauteile, während D die relative Phasenänderung des P- und s-Bauteils nach Reflexion bezeichnet. Das Ergebnis des Ungültig machens ist ein Set Winkel von P, von C und von A. Es gibt Formeln, die diese Zahlen auf dem ellipsometric Winkel Y und D und folglich auf der Reflexionsgrundmasse R wie in Gleichung 5. gezeigt in Verbindung stehen.

Es ist wichtig, in der Lage zu sein, die körperlichen Mengen der Probe zu bestimmen zum Beispiel, die, die Dicke auf einer Substratfläche geprüft wird. Basiert auf R, können diese Parameter nicht direkt gemessen werden, also wird es notwendig, ein optisches Baumuster zu entwickeln und die Ausgabe des Baumusters zu befestigen, bis es den Messwerten des Y und des D. gleich ist. Die optische Formung wird der kritischste Punkt in ellipsometry betrachtet.

Abbildung 6. Winkel von Vorfall (AOI)spektren des Y und des D: Luft | Substratfläche und Luft | Oberflächenbeschichtung | Substratfläche.

Einzelne ungültig machende Ergebnisse in zwei messbaren wirklichen Mengen. So allgemein ist sprechen, ein komplexer Brechungskoeffizient oder der wirkliche Brechungskoeffizient zusammen mit einer Dicke oder eine andere Kombination von zwei reellen Zahlen möglich. Aber normalerweise für eine überlagerte Anlage des Doppelten, müssen zwei Stärken plus zwei Brechungskoeffizienten für eine Doppelschichtanlage gemessen werden. Dieses ist entweder durch das Handeln von Mehrfach-Winkel-vonvorkommenmaßen oder Maßnahme an den verschiedenen Wellenlängen möglich, in denen jede Wellenlänge einen neuen Unbekanntbrechungskoeffizienten wegen der Streuung vorstellt, aber stellt zwei Neuwerte für Y und D. zur Verfügung. Dieses führt zu spektralanalytisches ellipsometry. Die Berechnungen und die Mathematik, die betroffen sind, wird auch erschwert, besonders wenn die Probe anisotrop ist. In diesem Fall, Y und D sogar ist zu definieren nicht genug.

Abbildung 7. Wellenlängenspektren des Y und des D. an verschiedenem AOI - Luft | graphene | SiO₂ | Si.

Darstellung Ellipsometry

Zwecks Darstellung einem ellipsometer dort hinzuzufügen ist ein Bedarf an einem Lernziel und an einem räumlich lösenden Detektor, wie einer empfindlichen CD-Kamera. Die objektiven Bilder der geleuchtete Bereich der Probe auf die Kamera. Infolgedessen Regionen, die verschiedene optische Eigenschaften ein anderes Signal im Kamerabild verursachen lassen. Die Regionen, die die Bedingung von ellipsometric „erfüllen, Null“ wird für diese bestimmte Einstellung von P, von C und von A erloschen, und wird im Bild dunkel aussehen.

Abbildung 8. Zusätzliche optische Bauteile von einem Darstellung ellipsometer

Wo diese Bedingung nicht getroffen wird, sind höhere Lichtstärken Vorfall am Detektor und produzieren hellere Bildbereiche. Indem man die Einstellungen von P, von C und von A ändert, ist es jetzt möglich, die Null für diese Regionen zu bestimmen, die die ehemaligen dunklen Bereiche ergeben, um hell auszusehen. Der Hauptnutzen solch eines Darstellung ellipsometer ist, dass das Signal räumlich, die Details der Probe und nicht den Durchschnitt über einer gesamten Laserstrahlstelle auf der Probe zu zeigen gelöst wird. Ein erhält nicht nur unmittelbare qualitative Informationen, aber ellipsometric Analyse wird auf eine spezifische Region von Zinsen innerhalb des Blickfeldes eingeschränkt. Die Anwendung von eigenen Algorithmen lässt ein abbilden Ungültig Macht für das gesamte Bild. Dieses erbringt eine zweidimensionale Karte der ellipsometric Daten, die in eine Stärkekarte der Probe oder einer anderen Menge geändert werden können.

Abbildende Abbildung 9.: Stärkekarte - Luft | SiO₂ | Si

Scanner

Ein stellt normalerweise das Problem eines geneigten Beobachtungswinkels in der ellipsometry Darstellung gegenüber. Nur ein begrenzter Bereich des Bildes scheint gut-fokussiert zu sein, wenn er traditionelle Optik verwendet. Die Darstellung Ellipsometer gleicht diese Beschränkung aus, indem sie eine motorisierte Fokussierungsvorrichtung verwendet, um eine Reihe Bilder mit verschiedenen Brennweiten innerhalb des Blickfeldes zu montieren. Eine digitale Bildverarbeitungsanlage legt dann nur die fokussierten Teile einer Bildserie, mit dem Ergebnis eines digitalisierten Bildes, das von Rand zu Rand scharf ist. Da die Bewegung der Nachrichten unter Beobachtung entscheidend ist, wird eine variable Scanner-Drehzahl zur Verfügung gestellt, um die Anlage einer großen Auswahl von experimentellen Situationen anzupassen.

Abbildung 10. Fokussierte Bilder des Gesamten durch die Anwendung eines Fokusscanners.

Nanofilm-Darstellung Ellipsometers

Die Nanofilm-Darstellung Ellipsometers aktivieren Studie der Oberfläche in drei Schritten, die das folgende umfassen:

• Erzeugen von kontrastreichen Bildern von der Oberfläche
• ellipsometry mit höchster seitlicher Auflösung (1µm)
• Erzeugen von Karten der Stärke 3D

Typische Anwendungen existieren auf den Gebieten von Biophysik, von Oberflächenchemie und von Nanotechnologie.

Abbildung 11. Spektralanalytisches Darstellung ellipsometer.

Schlussfolgerung

Ellipsometry ist eine weithin bekannte zerstörungsfreie optische Methode für das Messen von Dicke und von optischen Eigenschaften. Darstellung Ellipsometry kombiniert die Leistung von ellipsometry mit Mikroskopie und gleicht die Grenzen auf herkömmliche ellipsometers aus.

Über Accurion

Accurion ist ein High-Tech-Unternehmen, das hoch entwickelte Instrumentierung auf dem Gebiet der Oberflächenanalyse und der aktiven Schwingungsisolierung zur Verfügung stellt.

Diese Informationen sind Ursprungs- angepasst gewesen, wiederholt und von den Materialien, die von Accurion bereitgestellt werden.

Zu mehr Information über diese Quelle, besuchen Sie bitte Accurion.