Imaging Ελλειψομετρία - Αρχών Λειτουργίας για Χαρακτηρισμός Επιφανειών

Με AZoNano

Περιεχόμενα

Εισαγωγή

Ελλειψομετρία είναι μια ιδιαίτερα ευαίσθητη οπτική τεχνική που έχει χρησιμοποιηθεί για περίπου εκατό χρόνια για να λάβουν πληροφορίες σχετικά με τις επιφάνειες. Θα λειτουργεί βάσει της αρχής ότι η κατάσταση πόλωσης του φωτός μπορεί να αλλάξει όταν η φωτεινή δέσμη αντανακλάται από μια επιφάνεια. Αν η επιφάνεια καλύπτεται από μια λεπτή ταινία ή μια στοίβα των ταινιών, το σύνολο του οπτικού συστήματος των ταινιών & υπόστρωμα επηρεάζει τη μεταβολή της πόλωσης. Η ελλειπτική κατάσταση της πόλωσης, όπου το ηλεκτρικό πεδίο διάνυσμα κινείται κατά μήκος μια έλλειψη όταν δει σε ένα σταθερό σημείο στο χώρο, είναι η πιο γενική κατάσταση της πόλωσης. Τα βασικά συστατικά ενός ellipsometer είναι μια πηγή φωτός, κάποια οπτικά στοιχεία για να αλλάξετε την πόλωση και έναν ανιχνευτή. Με τη βοήθεια της τεχνολογίας απεικόνισης, είναι δυνατό να επεκταθεί η κλασική ellipsometer σε μια νέα μορφή του εργαλείου οπτικοποίησης ή ένα μικροσκόπιο με υψηλή ευαισθησία για λεπτές ταινίες.

Σχήμα 1. Ιστορική εγκατάσταση ενός ellipsometer [Paul Drude, Lehrbuch der Optik, Λειψία, 1906]

Πόλωση του φωτός

Για να περιγράψει το φως, το οποίο είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, η κατεύθυνση και η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου Ε θεωρείται ως αυτό έχει μια ισχυρότερη αλληλεπίδραση με την ύλη από το μαγνητικό πεδίο. Μονοχρωματικό φως μπορεί σε ένα σημείο του χώρου Ε, να χωριστεί σε τρεις ανεξάρτητες αρμονικές ταλαντώσεις κατά μήκος ενός x, y, z-σύστημα συντεταγμένων. Αν το φως κύμα είναι ένα επίπεδο κύμα που ταξιδεύει κατά μήκος του z-άξονα, το διάνυσμα E είναι πάντα ορθή γωνία z, έτσι μπορεί να περιγραφεί με δύο αρμονικές ταλαντώσεις κατά μήκος x και y. Αυτές οι ταλαντώσεις που έχουν την ίδια συχνότητα, αλλά σε διαφορετικό πλάτος και φάση. Κατά συνέπεια, το διάνυσμα Ε κινείται κατά μήκος μία έλλειψη σε συγκεκριμένο σημείο στο χώρο. Ο τρόπος με τον οποίο ένα πεδίο διάνυσμα μεταβάλλεται με το χρόνο σε ένα σταθερό σημείο του χώρου είναι γνωστή ως πόλωση. Εξ ου και η πιο γενική πόλωση των μονοχρωματικό φως είναι ελλειπτική. Εάν το x και y ταλαντώσεων είναι ίσες, το αποτέλεσμα αποτελεί έλλειψη σε μια ευθεία γραμμή. Αν η διαφορά φάσης είναι + / -90 ° τα έντυπα έλλειψη σε έναν κύκλο. Έτσι, γραμμική και κυκλική πόλωση είναι εξειδικευμένες περιπτώσεις του γενικού ελλειπτική κατάσταση. Για όλες τις άλλες διαφορές φάσης, μια "πραγματική" έλλειψη εξελίσσεται.

Σχήμα 2. Κατάσταση πόλωσης του φωτός.

Το κατάλληλο σύστημα συντεταγμένων

Όταν μια ακτίνα φωτός φωτίζει μια επιφάνεια κάτω από πλάγια συχνότητα, ένα αεροπλάνο μπορεί να καθορίζεται από τον Κ διάνυσμα κύματος δείχνει προς την κατεύθυνση του φωτός και της επιφάνειας κανονική n. Αυτό είναι γνωστό ως το επίπεδο πρόσπτωσης. Οι κατευθύνσεις του x και y ορίζεται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε το x είναι παράλληλος προς το επίπεδο πρόσπτωσης και y είναι κάθετη. Αυτές οι κατευθύνσεις που ορίζονται ως p για παράλληλη και s για την κάθετη που αντικαθιστούν τα x, y σημειογραφία. Έτσι, το ηλεκτρικό πεδίο Ε αυτή χωρίζεται σε p του και τα στοιχεία s.

Ο προβληματισμός σε επιφάνειες

Το φως που αντανακλάται από την επιφάνεια του δείγματος. Το δείγμα αποτελείται από ένα σύνθετο οπτικό σύστημα με πολλά στρώματα που έχουν διαφορετικές οπτικές ιδιότητες. Πολλαπλές προβληματισμό στις διεπαφές στρώμα υπερέχουν για να σχηματίσουν ένα αντανακλάται κύματος φωτός με ένα τροποποιημένο κατάσταση της πόλωσης. Συγκεκριμένα, τα στοιχεία P και S θα υπόκειται σε μια σειρά από μετατοπίσεις φάσης και, επίσης, παρουσιάζουν διαφορετικές ανακλαστικές ιδιότητες. Έτσι, το σχήμα και το μέγεθος της έλλειψης της πόλωσης έχουν αλλάξει. Αυτή η αλλαγή είναι η ποσοτικά τιμές των ιδιοτήτων του οπτικού συστήματος ή του δείγματος. Το περιστατικό και αντανακλώνται οι φορείς Ε συνδέονται με την αντανάκλαση μήτρα R του δείγματος, όπως φαίνεται στην εξίσωση 1: