Proyección De Imagen Ellipsometry - Teoría De Operación Para la Caracterización Superficial

Por AZoNano

Índice

Introducción
Polarización de la Luz
El Sistema Coordinado Apropiado
Reflexión en las Superficies
Componentes Ópticos Usados Para Ellipsometry
Polarizadores
Retardadores Ópticos
Nuling Ellipsometry
Modelado Óptico
Proyección De Imagen Ellipsometry
Analizador
Proyección De Imagen Ellipsometer de Nanofilm
Conclusión
Sobre Accurion

Introducción

Ellipsometry es una técnica óptica altamente sensible que se ha utilizado por alrededor de cientos años para obtener la información sobre superficies. Trabaja en el principio que el estado de polarización de la luz puede cambiar cuando el haz luminoso se refleja de una superficie. Si la superficie es revestida por una película fina o una pila de películas, el sistema óptico entero de película y de substrato afecta al cambio en la polarización. El estado elíptico de la polarización, adonde el vector del campo eléctrico se mueve a lo largo de una elipse cuando está considerado en una punta fija en espacio, es el estado más general de la polarización. Los componentes básicos de un ellipsometer son una fuente de luz, algunos componentes ópticos para cambiar la polarización y un detector. Con la ayuda de la tecnología de la imagen, es posible ampliar el ellipsometer clásico a un nuevo formulario de la herramienta de la visualización o de un microscopio con alta sensibilidad a las películas finas.

Cuadro 1. ajuste Histórico de un ellipsometer [der Optik, Leipzig, 1906 de Paul Drude, de Lehrbuch]

Polarización de la Luz

Para describir la luz, que es una onda electromagnética, la dirección y la fuerza del campo eléctrico E se considera como esto tiene una acción recíproca más fuerte con la materia que el campo magnético. La luz Monocromática puede en una punta en el espacio E, estar partido en tres oscilaciones armónicas independientes a lo largo de un x, y, sistema del z-coordenada. Si la onda pálida es una onda de plano que viaja a lo largo de z-AXIS, el vector de E es siempre ortogonal a z, así puede ser descrito por dos oscilaciones armónicas a lo largo de x y del Y. Estas oscilaciones tienen una frecuencia idéntica, pero una diversas amplitud y fase. Por Lo Tanto, el vector de E se mueve a lo largo de una elipse en una punta especificada en espacio. La manera de la cual un campo de vector varía con tiempo en una punta fija en espacio se conoce como polarización. Por Lo Tanto la polarización más general de la luz monocromática es elíptica. Si las oscilaciones de x y de y son iguales, la elipse resultante forma en una línea derecha. Si la diferencia de fase es +/-90° la elipse forma en un círculo. Así, la polarización lineal y circular es casos especializados del estado elíptico general. Para el resto de las diferencias de fase, una elipse “verdadera” se desarrolla.

Cuadro 2. estado de Polarización de la luz.

El Sistema Coordinado Apropiado

Cuando un haz luminoso ilumina una superficie bajo incidencia oblicua, un avión se puede especificar por el vector de onda K que apunta en dirección de la luz y del N. normal superficial. Esto se conoce como el avión de la incidencia. Las direcciones de x y de y se definen de una manera tal que x sea paralelo al avión de la incidencia y y sea perpendicular. Estas direcciones se señalan como p para el paralelo y s para la perpendicular que reemplazan el x, notación de y. Así, el campo eléctrico E es resuelto en sus componentes de p y de s.

Reflexión en las Superficies

La luz es reflejada por la superficie de la muestra. La muestra comprende un sistema óptico complejo con varias capas que tienen diversas propiedades ópticas. La reflexión Múltiple en los interfaces de la capa sobrepone para formar una onda pálida reflejada con un estado modificado de la polarización. Específicamente, el p y los componentes de s estarán conforme a un rango de defasajes y también exhibirán diversas propiedades reflexivas. Así, la dimensión de una variable y la talla de la elipse de la polarización se cambian. Este cambio es los valores cuantificados de las propiedades del sistema óptico o de la muestra. El incidente y los vectores reflejados de E son conectados por la matriz R de la reflexión de la muestra tal y como se muestra en de la Ecuación 1:

El Cuadro 3. Reflexión de la muestra (sistema de la película/del substrato) cambia la elipse de la polarización.

Componentes Ópticos Usados Para Ellipsometry

Los componentes ópticos principales usados en la mayoría de los tipos de ellipsometers se describen en las secciones siguientes e incluyen los polarizadores y los retardadores.

Polarizadores

Un polarizador produce la luz en un estado especial de la polarización en el rendimiento. Los polarizadores Lineales funcionan suprimiendo un componente de la luz de incidente y permiten que solamente el otro componente pase. La rotación de este polarizador hace un haz de la luz lineal polarizada ser producida de luz de incidente sin polarizar con la dirección de la polarización correspondiente al ángulo de la rotación del eje del polarizador. En caso de que el haz de incidente se polarice ya, la intensidad transmitida dependerá de la amplitud del componente de E a lo largo del eje del polarizador. En tal caso el polarizador se llama un analizador que permite que uno mida la relación de transformación de los componentes de p y de s.

Retardadores Ópticos

Los retardadores Ópticos se utilizan para desviar la fase de un componente de la luz de incidente. Un retardador típico es una “placa quarterwave” que hace que un “rápido” y “reduzca” el eje que causa un desplazamiento de fase del 90° en los componentes de E a lo largo de estas hachas. De Acuerdo con la orientación de la placa de la cuarto-onda transforma la elipse de la polarización, por ejemplo, la luz lineal polarizada se transforma a la luz circular polarizada cuando conjunto a 45° referente al eje de la polarización lineal. Los retardadores también se llaman los compensadores. Es esencial observar que la combinación de un polarizador lineal P y de un compensador C (PC) de la cuarto-onda en montajes rotativos puede actuar como filtro variable de la polarización que pueda generar cualquier estado elíptico deseado de la polarización en el rendimiento dado el s y amplitud de p es igual en la entrada de información.

Nuling Ellipsometry

Cuando la luz lineal polarizada que tiene un eje el apuntar dondequiera excepto la dirección de s o de p es incidente en una muestra, la luz reflejada mostrará un estado elíptico de la polarización. El mismo estado elíptico de la polarización pero con un incidente invertido de la rotación en una superficie producirá una reflexión lineal polarizada.

Para un haz lineal polarizado es posible extinguir el haz fijando el analizador a una posición del 90° referente al eje de la polarización lineal. Esto se conoce como “encontrando la Falta De Información” o” anulando”. La receta un ellipsometer que anula en una ordenación de PCSA se da abajo:

• La Luz se hace para pasar con una combinación de la PC, mientras que registra la configuración angular de P y de la C.
• Se cambian P y C de una manera tal que la reflexión de la muestra S esté polarizada lineal.
• Un fotodetector se arregla detrás de un analizador A para detectar esto como condición atmosférica mínima en la señal.

Es posible ahora determinar rutinas iterativas para encontrar real las configuraciones de ángulo recto para que P, C y A satisfagan la condición Nula. La técnica más de uso general es el “esquema que anula del compensador fijo” en cuál es fijo el compensador a un ángulo específico y se gira ese P y A. Puede ser mostrado que una rotación de P siguió por una rotación de A mientras que guardaba P en su posición de señal mínima causa una Falta De Información. Esta técnica tiene que ser relanzada iterativo para obtener la precisión requerida. Una ventaja de anular ellipsometry es el hecho de que uno mide ángulos en vez de flux pálido, así parcialmente evitando los problemas de la estabilidad de la fuente de luz o de la ausencia de linealidad de los detectores.

Cuadro 4. Ajuste de un ellipsometer de la proyección de imagen que anula.

Cuadro 5. Estado de la polarización durante anular ellipsometry.

Modelado Óptico

Para los materiales isotrópicos, donde está diagonal R (Rsp, RPS = 0), dos supuestos Y y D elipsométricos de los ángulos se pueden definir, definiendo la relación de transformación de los coeficientes de reflexión complejos Rpp y Rss, que son medidos real por el ellipsometer:

El Y es un ángulo y la tangente da la relación de transformación del cambio de la amplitud para los componentes de p y de s, mientras que el D denota el desplazamiento de fase relativo del componente de p y de s sobre la reflexión. El resultado de anular es un conjunto de ángulos de P, de C y del A. Hay las fórmulas que se relacionan estos números con el Y elipsométrico y el D de los ángulos y así con la matriz R de la reflexión tal y como se muestra en de la Ecuación 5.

Es importante poder determinar las cantidades físicas de la muestra que es examinada por ejemplo, el espesor del film en un substrato. De Acuerdo con R, estos parámetros no pueden ser medidos directamente así que llega a ser necesario desarrollar un modelo óptico y ajustar el rendimiento del modelo hasta que sea igual a los valores medidos del Y y de la D. El modelado óptico se considera la punta más crítica de ellipsometry.

Cuadro 6. Ángulo de los espectros (AOI) del incidente del Y y del D: Aire | substrato y Aire | Capa Superficial | substrato.

Únicos resultados que anulan en dos cantidades reales mensurables. Así, principalmente el discurso, índice de refracción complejo o real índice de refracción junto con un espesor del film u otra combinación de dos números reales es posibles. Pero normalmente para un sistema acodado doble, dos espesores más dos índices refractivos para un sistema de la capa doble necesitan ser medidos. Esto es posible haciendo mediciones de la múltiple-ángulo-de-incidencia o la dimensión en diversas longitudes de onda donde cada longitud de onda introduce un nuevo Índice de refracción el desconocido debido a la dispersión pero proporciona a dos nuevos valores para el Y y la D. Esto lleva a ellipsometry espectroscópico. Los cálculos y las matemáticas implicados se complican también especialmente si la muestra es anisotrópica. En ese caso incluso la definición de Y y de D no es suficiente.

Cuadro 7. espectros de la Longitud De Onda del Y y de D. en diverso AOI - aire | graphene | SiO₂ | Si.

Proyección De Imagen Ellipsometry

Para agregar proyección de imagen a un ellipsometer allí es una necesidad de un objetivo y de un detector espacial de resolución, tal como una Cámara CCD sensible. Las imágenes objetivos el área iluminada de la muestra sobre la cámara. Como consecuencia, regiones que hacen que diversas propiedades ópticas causen una diversa señal en la imagen de la cámara. Las regiones que satisfacen la condición del elipsométrico “Falta De Información” se extinguen para esa configuración determinada de P, de C y de A, y aparecerán oscuras en la imagen.

Cuadro 8. componentes ópticos Adicionales de un ellipsometer de la proyección de imagen

Donde esta condición no se cumple intensidades de luz más altas son incidente en el detector, produciendo regiones más brillantes de la imagen. Alterando las configuraciones de P, de C, y de A es posible ahora determinar la Falta De Información para estas regiones, que darán lugar a las áreas oscuras anteriores para aparecer brillantes. La ventaja principal de tal ellipsometer de la proyección de imagen es que la señal es espacial resuelta mostrar los detalles de la muestra y no el promedio sobre una mancha de rayo láser entera en la muestra. Uno recibe no sólo la información cualitativa inmediata, pero el análisis elipsométrico se restringe a una región específica de interés dentro del campo visual. La aplicación de algoritmos propietarios permite que uno correlacione Anula para la imagen entera. Esto rinde una correspondencia bidimensional de los datos elipsométricos que se pueden modificar en una correspondencia del espesor de la muestra o de otra cantidad.

Cuadro 9. Que Correlaciona: Correspondencia del Espesor - aire | SiO₂ | Si

Analizador

Uno hace frente normalmente al problema de un ángulo de observación inclinado en la proyección de imagen ellipsometry. Solamente un área limitada de la imagen aparece bien-ser enfocada al usar la óptica tradicional. La Proyección De Imagen Ellipsometer vence esta limitación usando un mecanismo de enfoque motorizado para cerco una serie de imágenes con diversas longitudes focales dentro del campo visual. Un sistema del tratamiento de la imagen digital entonces sobrepone solamente las partes enfocadas de una serie de la imagen, dando por resultado una imagen digitalizada que sea sostenida del borde al borde. Puesto Que el movimiento de los objetos bajo observación es crucial, una velocidad variable del analizador se proporciona para adaptar el sistema a una amplia gama de situaciones experimentales.

Cuadro 10. Imágenes enfocadas del Guardapolvo usando un analizador del enfoque.

Proyección De Imagen Ellipsometers de Nanofilm

La Proyección De Imagen Ellipsometers de Nanofilm activa el estudio de la superficie en tres pasos de progresión que incluyan el siguiente:

• generar imágenes del alto contraste de la superficie
• ellipsometry con la resolución lateral más alta (el 1µm)
• el generar de las correspondencias del espesor 3D

Las aplicaciones Típicas existen en los campos de la biofísica, de la química superficial y de la Nanotecnología.

Cuadro 11 ellipsometer Espectroscópico de la proyección de imagen.

Conclusión

Ellipsometry es un método óptico no destructivo bien conocido para medir espesor del film y propiedades ópticas. La Proyección De Imagen Ellipsometry combina la potencia de ellipsometry con microscopia y vence los límites de ellipsometers convencionales.

Sobre Accurion

Accurion es una compañía de alta tecnología que proporciona a la instrumentación avanzada en el campo del análisis superficial y del aislamiento de vibración activo.

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por Accurion.

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