Avbilda Ellipsometry - Principer av Funktionen för Ytbehandlar Karakterisering

Vid AZoNano

Bordlägga av Tillfredsställer

Inledning

Ellipsometry är en högt känslig optisk teknik som har använts för att omkring hundra år ska erhålla information om ytbehandlar. Den fungerar på principen som polarizationen som är statlig av ljust, kan ändra, när det ljust strålar reflekteras från en ytbehandla. Om ytbehandla täckas av ett tunt filmar eller, en bunt av filmar, filmar det hela optiska systemet av, & substraten påverkar ändringen i polarization. De ellipsformiga påstår av polarization, var de elektriska sätter in vektorflyttningar längs en ellips, när de ses på fixad pekar i utrymme, är det allmänast påstår av polarization. De grundläggande delarna av en ellipsometer är en ljus källa, några optiska delar som ändrar polarizationen och en avkännare. Med hjälpen av att avbilda teknologi, är det möjligheten som fördjupa den klassiska ellipsometeren till ett nytt, bildar av visualization bearbetar, eller ett mikroskop med kickkänsligheten som ska göras tunnare, filmar.

Figurera 1. Historiskt ställa in av en ellipsometer [Paul Drude, Lehrbuch der Optik, Leipzig, 1906]

Polarization av Ljust

Det Riktiga Koordinerade Systemet

Reflexionen på Ytbehandlar

Optiska Delar som Används För Ellipsometry

De huvudsakliga optiska delarna som används i mest typer av ellipsometers, beskrivas i delar upp och inkluderar efter polarizers och retarders.

Polarizers

Optiska Retarders

Nuling Ellipsometry

För som polariseras linjärt, stråla den är möjligheten som släcker stråla, genom att ställa in analysatorn till en 90°, placerar med hänsyn till axeln av den linjära polarizationen. Detta är bekant som ”finna det Ogiltigt” eller” nulling”. Recept en nulling ellipsometer i en PCSA-ordning ges nedanfört:

• Light göras för att passera till och med en PCkombination, stunden som antecknar den vinkelformiga inställningen av P och C.
• P och C är ändrande in sådan långt som reflexionen från ta prov S polariseras linjärt.
• En fotodetektor är ordnad bak en analysator A att avkänna denna som en minimi i signalera.

Det är nu möjligheten som bestämmer iterativa rutiner faktiskt för att finna de vinkelräta inställningarna för P, C, och A som tillfredsställer det Ogiltigt, villkorar. Den mest gemensam använda tekniken är ”den fixade nulling intrigen för kompensatorn” i vilket kompensatorn fixas på en närmare detalj metar och det P och A roteras. Det kan visas att en rotation av P som följs av en rotation av A-stunder som håller P på dess minimi signalerar placerar orsakar ett Ogiltigt. Denna teknik måste att upprepas iteratively för att erhålla den krävda precisionen. En gynnar av ellipsometry nulling är faktumet som man mäter metar i stället för ljus flux, således undvika delvist problem av stabiliteten av den ljusa källan eller non-linjäriteterna av avkännarna.

Figurera 4. Ställa In av en nulling avbilda ellipsometer.

Figurera 5. Påstå av polarisation under ellipsometry nulling.

Optiskt Modellera

För isotropiska material, var R är diagonalt (Rsp, Rps = 0), metar ellipsometric två som så-kallas, Y, och D kan definieras och att definiera förhållandet av de komplexa reflexionskoefficienterna Rpp och Rss, som mätas faktiskt av ellipsometeren:

Y är en meta, och beröringsen ger förhållandet av amplitudändring för pet, och s-delar, stundD betecknar släktingen arrangerar gradvis förskjutningen av pet och set som är del- på reflexion. Resultatet av att nulling är en uppsättning av metar av P, C och A. Det finns formler som förbinder dessa numrerar till det ellipsometric metar Y och D och thus till reflexionsmatrisen R som visat i Likställande 5.

Det är viktigt att vara kompetent att bestämma läkarundersökningantalet av ta prov som undersöks för, anföra som exempel, filmatjockleken på en substrate. Baserat på R, kan dessa parametrar inte mätas direkt, så det blir nödvändigt att framkalla ett optiskt modellerar, och passformsom tillverkas av modellera, tills den är jämbördig till mätt, värderar av Y och D. Optiskt modellera är ansett det mest kritisk pekar i ellipsometry.

Figurera 6. Meta av infalls (AOI) spectra av Y och D: Lufta | substraten och Luftar | Ytbehandla att täcka | substrate.

Antal för resultat för en singel nulling mätbart verkligt itu. Således huvud numrerar att tala, ett komplext index av refraktion eller det verkliga indexet av refraktion tillsammans med en filmatjocklek eller en annan kombination av verkliga två är möjligheten. Men normalt för ett dubbelt i lagert system, behöver två tjockleksplus två refractive index för ett dubbelt lagrarsystem att mätas. Denna är möjligheten av antingen görande multipel-meta-av-förekomst mätningar eller mäter på olika våglängder, var varje våglängd introducerar en ny spridning för okända R.I. tack vare, men ger nya två värderar för Y och D. Detta blytak till spectroscopic ellipsometry. De involverade beräkningarna och matematiken försvåras för, om speciellt ta prov är anisotropic. Isåfall är även definition av Y och av D inte nog.

Figurera 7. Våglängdspectra av Y och D. på olik AOI - lufta | graphene | SiO₂ | Si.

Avbilda Ellipsometry

Figurera 8. Extra optiska delar av en avbilda ellipsometer

Var detta villkorar, är inte mötta higher ljusa styrkor är infalla på avkännaren, att producera som är ljusare avbildar regioner. Genom att förändra inställningarna av P, C och A, är det nu möjligheten som bestämmer det Ogiltigt för dessa regioner, som ska resultat i de tidigare mörkerområdena för att verka ljusa. Det huvudsakligt gynnar av en sådan avbilda ellipsometer är att signalera lösas rumsligt för att visa att specificerar av ta prov och inte genomsnittet över en hel laser strålar fläcken på ta prov. En mottar inte endast omgående kvalitativ information, men ellipsometric analys är inskränkt till en specifik region av intresserar inom sätta inbeskåda. Applikationen av privat algoritmer låter en kartlägga Nulls för det helt avbildar. Detta avkastningar som ett tvådimensionellt kartlägger av de ellipsometric datan, som kan ändras in i en tjocklek kartlägger av ta prov eller ett annat antal.

Figurera 9. Kartlägga: Tjocklek kartlägger - lufta | SiO₂ | Si

Bildläsare

En vänder mot normalt problemet av en benägen observation metar, i att avbilda som är ellipsometry. Endast verkar ett inskränkt område av avbilda brunn-att fokuseras, när det använder traditionell optik. Den Avbilda Ellipsometeren övervinner denna begränsning, genom att använda en motorized fokuserande mekanism till, en serie av avbildar mot efterkrav med olika brännvidder inom sätta inbeskåda. Ett digitalt avbildar bearbeta systemet då lägger över endast de fokuserade delarna av en avbildaserie som resulterar i som digitaliseras, avbildar som är kor från kantar för att kanta. Sedan rörelsen av anmärker under observation är avgörande, en variabelbildläsare rusar ges för att anpassa systemet till en lång räcka av experimentella lägen.

Figurera 10. Den fokuserade Overallen avbildar, genom att använda en fokuserabildläsare.

Nanofilm som Avbildar Ellipsometers

Nanofilmen som Avbildar Ellipsometers, möjliggör studien av ytbehandla i tre kliver som inkluderar efter:

• utveckling av kickkontrast avbildar från ytbehandla
• ellipsometry med högst sidoupplösning (1µm)
• utveckling av tjocklek 3D kartlägger

Typiska applikationer finns i sätter in av biophysics, ytbehandlar kemi och Nanotechnology.

Figurera 11. Spectroscopic avbilda ellipsometer.

Avslutning

Ellipsometry är en välkänd oskadlig optisk metod för att mäta filmar tjocklek och optisk rekvisita. Avbilda Ellipsometry sammanslutningar övervinner driva av ellipsometry med microscopy och begränsar av konventionella ellipsometers.

Om Accurion

Accurion är etttech företag som ger avancerad instrumentation i sätta in av, ytbehandlar analys- och aktivvibrationsisolering.

Denna information har varit sourced, granskad och anpassad från material förutsatt att av Accurion.

Behaga besök Accurion För mer information på denna källa.