화상 진찰 Ellipsometry - 지상 특성을 위한 동작 원리

AZoNano의

소개

Ellipsometry는 표면에 관하여 정보를 장악하기 위하여 대략 백 년간 이용된 매우 민감한 광학적인 기술입니다. 그것은 바꿀 빛의 대립 상태가 수 있는 원리에 광선이 표면에서 반영될 때 작동합니다. 표면이 필름의 박막 또는 더미에 의해 커버되는 경우에, 필름 & 기질의 전체 광학계는 분극에 있는 변경에 영향을 미칩니다. 공간에 있는 고정점에 볼 경우 전기장 선그림이 타원에 따라서, 인 분극의 가장 일반 국가 움직이는 분극의 타원형 국가. ellipsometer의 기본 분대는 광원, 분극 및 검출기를 바꾸는 몇몇 광학적인 분대 입니다. 영상 공학 덕분에, 박막까지 높은 감도를 가진 구상 공구 현미경의 새로운 양식까지 고아한 ellipsometer를 연장하는 것이 가능합니다.

숫자 1. ellipsometer [폴 Drude, Lehrbuch der Optik, 라이프찌히 1906년]의 역사적인 준비

빛의 분극

전자기파인 빛을 기술하기 위하여는, 방향에는 이것으로 및 전기장 E의 병력은 있습니다 자기장 보다는 사정과의 강한 상호작용이 여겨집니다. 단색 빛은 공간 E에 있는 점에, x, y 의 z 협조 시스템에 따라서 3개의 독립적인 조화되는 진동으로 나뉘기 위하여 일지모른습니다. 광파가 z 축선에 따라서 이동하는 평면파인 경우에, E 선그림은 항상 z에 직각 입니다, 따라서 x와 Y.에 따라서 2개의 조화되는 진동에 의해 기술될 수 있습니다. 이 진동은 동일한 주파수, 그러나 다른 진폭 및 단계를 보냅니다. 따라서, E 선그림은 공간에 있는 지정된 점에 타원에 따라서 움직입니다. 벡터장이 공간에 있는 고정점에 시간으로 변화하는 방법은 분극으로 알려집니다. 그러므로 단색 빛의 일반적인 분극은 타원형 입니다. x와 y 진동이 동등한 경우에, 유래 타원은 직선으로 형성합니다. 위상차가 +/- 90° 인 경우에 타원은 원형으로 형성합니다. 따라서, 선형과 원형 분극은 일반적인 타원형 국가의 전문화한 케이스입니다. 그밖 위상차 전부를 위해, "확실한" 타원은 발전합니다.

숫자 2. 빛의 대립 상태.

적당한 좌표계

광선이 비스듬한 부각의 밑에 표면을 분명히할 때, 비행기는 빛 및 지상 정상 N.의 방향으로 조준하는 파동 벡터 K에 의해 지정될 수 있습니다. 이것은 입사면으로 알려집니다. x와 y의 방향은 x가 입사면과 평행하 y가 수직 이다 그런 방법으로 정의됩니다. x를 대체하는 이 방향은 수직, y 표기법을 위한 병렬 그리고 s를 위한 p로 지정됩니다. 따라서, 전기장 E는 그것의 p와 s 분대로 단호합니다.

표면에 반영

빛은 견본 표면에 의해 반영됩니다. 견본은 다른 광학적 성질이 있는 몇몇 층을 가진 복잡한 광학계 구성하고 있습니다. 층 공용영역에 다중 반사는 분극의 변경한 국가에 반사 조명 파를 형성하기 위하여 첨가합니다. 특히, p 및 s 분대는 위상 번호의 범위에 지배를 받고 또한 다른 사려깊은 속성을 전시할 것입니다. 따라서, 분극의 타원의 모양 그리고 규모는 바뀝니다. 이 변경은 광학계 견본의 속성의 양이 정해진 가치입니다. 사건 및 반영된 E 선그림은 방정식 1에서 보이는 것처럼 견본의 반영 매트릭스 R에 의해 연결됩니다:

견본 (필름/기질 시스템)에서 숫자 3. 반영은 분극의 타원을 바꿉니다.

Ellipsometry에 사용되는 광학적인 분대

ellipsometers의 대부분의 모형에서 이용된 주요 광학적인 분대는 뒤에 오는 단면도에서 기술되고 편광자와 억제제를 포함합니다.

편광자

편광자는 산출에 분극의 특별한 국가에 있는 빛을 일으킵니다. 선형 편광자는 작동되고 사건 빛의 1개 분대 억압 덕분에 단지 그밖 분대가 통과하는 것을 허용합니다. 이 편광자의 교체는 선형으로 극화한 빛의 光速가 편광자의 축선의 교체의 각에 일치하는 분극의 방향을 가진 비분극 사건 빛에서 일어나는 원인이 됩니다. 만일 입사 선속이 이미 극화되면, 전달한 강렬은 편광자의 축선에 따라서 E의 분대의 진폭에 달려 있을 것입니다. 그러한 경우에 편광자는 1개가 p와 s 분대의 비율을 측정하는 것을 허용하는 해석기이라고 칭합니다.

광학적인 억제제

광학적인 억제제는 사건 빛의 1개 분대의 단계를 이동하기 위하여 사용됩니다. 전형적인 억제제는 "단단 것"와 "" 이 도끼에 따라서 E의 분대에서 90°의 위상 번호를 일으키는 원인이 되는 축선을 감속해 달라고 하는 "quarterwave 격판덮개"입니다. 내무반 파 격판덮개의 오리엔테이션에 기지를 두어 그것은 분극의 타원을 변형시킵니다, 예를 들면, 선형으로 극화된 빛은 선형 분극 축선에 관하여 원형으로 극화한 빛에 때 45°에 세트 변형됩니다. 억제제는 또한 보정장치에게 불립니다. 선형 편광자 P 및 돌릴수 있는 마운트에서 내무반 파 보정장치 C (PC)의 조합이 s가 주어진 산출에 분극의 어떤 요구한 타원형 국가든지 생성할 수 있고 p가 진폭 입력에 동등한 변하기 쉬운 분극 필터로 작동할 수 있다는 것을 주의하는 것이 필수적 입니다.

Nuling Ellipsometry

s 또는 p 방향을 제외하고 어디에서든지 조준 축선이 있을 선형으로 극화되는 빛이 견본에 사건의 때, 반사 조명은 분극의 타원형 국가를 보여줄 것입니다. 분극의 그러나 표면에 반전한 교체 사건을 가진 동일 타원형 국가는 선형으로 극화한 반영을 일으킬 것입니다.

선형으로 극화한 光速를 위해 선형 분극의 축선에 관하여 90° 위치에 해석기를 놓아서 光速를 진화하는 것이 가능합니다. 이것은 "알려져 공백"를 찾아내거나" 영으로 하기" 것과 같이. 조리법은 PCSA 배열에 있는 영으로 하는 ellipsometer 아래와 같이 주어집니다:

빛은 P와 C.의 모난 조정을 기록하고 있는 동안 PC 조합을 통과하기 위하여 합니다.
견본 S에서 반영이 선형으로 극화되다 그런 방법으로 P와 C는 바뀝니다.
광검출기는 해석기 A의 뒤에 신호에 있는 최소한으로 이것을 검출하기 위하여 배열됩니다.

지금 반복 실제로 P, C 및 A를 위한 정각 비은 조건을 만족시키기 위하여 조정을 찾아내도록 일과를 결정하는 것이 가능합니다. 통용되는 기술은 보정장치가 특정 각으로 조정 이고 그 P 및 A가 자전하는지 어느 것에서 "조정 보정장치 영으로 하는 계획"입니다. P를 그것의 최소한도 신호 위치에 지키고 있는 동안 P의 교체가 A의 교체를 거쳐 일으키는 원인이 된다는 것을 공백을 따랐다는 것을 보일 수 있습니다. 이 기술은 필수 정밀도를 장악하기 위하여 반복으로 반복되어야 합니다. ellipsometry 영으로 하기의 1개의 이득은 사람이 가벼운 유출 대신에 각을 측정하다 는 사실이어, 따라서 부분적으로 검출기의 광원 비선형성의 안정성의 문제를 피하.

영으로 하는 화상 진찰 ellipsometer의 숫자 4. 준비.

ellipsometry 영으로 하기 도중 분극의 숫자 5. 국가.

광학적인 만들기

R가 대각선 (Rsp, Rps = 0) 인, 등방성 물자를 위해 2 소위 ellipsometric 각 Y 및 D는 수 있어, ellipsometer에 의해 실제로 측정되는 복잡한 반사 곁수 Rpp와 Rss의 비율을 정의하 정의될:

Y는 각이고 측면은 D는 반영에 p와 s 분대의 상대 위상 번호를 표시하는 그러나, p와 s 분대를 위한 진폭 변경의 비율을 줍니다. 영으로 하기의 결과는 P, C 및 A.의 각의 세트입니다. 방정식 5.에서 보이는 것처럼 ellipsometric 각 Y 및 D와 이렇게 반영 매트릭스 R와 이 수를 관련시키는 공식이 있습니다.

검토되는 견본의 물리량을 예를 들면 결정할 수 있을 것이 것입니다 중요합니다, 기질에 필름 간격. R에 바탕을 두어, 이 매개변수는 직접 측정될 수 없습니다 그래서 Y와 D.의 측정치와 동등할 때까지 광학 모형을 개발해 모형의 산출을 적합한 필요하게 됩니다. 광학적인 만드는 것은 한계점 ellipsometry에 있는 고려됩니다.

Y와 D의 사건 (AOI) 스펙트럼의 숫자 6. 각: 공기 | 기질과 공기 | 지상 코팅 | 기질.

2개의 실제적인 양에 있는 단 하나 영으로 하는 결과. 따라서, 필름 간격과 더불어 굴절률 2개의 실수의 다른 조합 굴절률 주요하게 말하고는, 복잡한 또는 실제적인 가능합니다. 그러나 일반적으로 겹켜 시스템을 위해, 겹켜 시스템을 위한 2개의 굴절률 플러스 2개의 간격은 측정될 필요가 있습니다. 이것은 다중 각 의 부각 측정을 하거나 각 파장이 분산 때문에 새로운 미지수 R.i.를 소개하는 다른 파장에 측정에 의하여 가능하 그러나 Y와 D.를 2개의 새로운 가치를 제공합니다. 이것은 분광 ellipsometry에 지도합니다. 특히 견본이 이방성 경우에 이면 관련시킨 계산 및 수학은 너무 복잡하게 됩니다. 그 케이스에서 Y와 D를 정의하는 조차 이젠 그만이 아닙니다.

숫자 7. 다른 AOI에 Y 그리고 D. - 공기의 파장 스펙트럼 | graphene | SiO₂ | Si.

화상 진찰 Ellipsometry

거기 ellipsometer에 화상 진찰을 추가하는 것은 과민한 CCD 사진기와 같은 목적 그리고 공간에 해결 검출기를 위한 필요 입니다. 객관적인 심상 사진기에 견본의 분명히된 지역. 그 결과로, 다른 광학적 성질을 사진기 심상에 있는 다른 신호를 일으키는 원인이 되어 달라고 하는 지구. ellipsometric의 조건을 "만족시키는 지구는 P, C 및 A의 그 특정한 조정을 위해 공백" 진화되고, 심상에서 어두운 것처럼 보일 것입니다.

숫자 8. 추가 화상 진찰 ellipsometer의 광학적인 분대

이 조건이 이루어지지 않는 곳에 더 높은 가벼운 강렬은 검출기에 사건이어, 더 밝은 심상 지구를 일으키. P, C 및 A의 조정을 바꿔서 지금 이전 어두운 지역 밝은 것처럼 보이기 위하여 귀착될 이 지구를 위한 공백을 결정하는 것이 가능합니다. 그런 화상 진찰 ellipsometer의 주요 이득은 견본의 세부사항 및 견본에 전체 레이저 광선 반점에 평균을 아닙니다 보여주는 신호가 공간에 해결되다 입니다. 1개는 뿐만 아니라 즉시 품질 정보를 얻습니다, 그러나 ellipsometric 분석은 시계 내의 관심사의 특이 부위에 제한됩니다. 소유 산법의 응용은 전체 심상을 위해 1개가 영으로 합니다 지도로 나타내는 것을 허용합니다. 견본 다른 양의 간격 지도로 변경될 수 있는 ellipsometric 데이터의 2차원 지도가 이것에 의하여 열매를 산출합니다.

지도로 나타내는 숫자 9.: 간격 지도 - 공기 | SiO₂ | Si

스캐너

1개는 일반적으로 ellipsometry 화상 진찰에 있는 기울어지는 관측 각의 문제를 직면합니다. 심상의 단지 한정된 지역은 전통적인 광학을 사용할 때 잘 집중되는 것처럼 보입니다. 화상 진찰 Ellipsometer는 자동화한 집중시키는 시계 내의 초점 거리 여러가지 일련의 심상을 집합하기 위하여 기계장치를 이용해서 이 제한을 극복합니다. 디지털 화상 처리 시스템은 가장자리에서 가장자리에 예리한 디지털화한 심상의 결과로 그 때 심상 시리즈의 단지 집중된 부분을, 첨가합니다. 관측의 밑에 객체의 운동이 결정적이기 때문에, 변하기 쉬운 스캐너 속도는 실험적인 상황의 광범위에 시스템을 적응시키기 위하여 제공됩니다.