Spektralspektrometer

Einer,SpektralellipsometerGeeignet für Materialbereiche:

Halbleiter, Elektromedien, Polymere, Organische Stoffe, Metalle, Mehrschichtstoffe usw.

Zwei,SpektralellipsometerTechnische Parameter:

Drei,SpektralellipsometerBetroffene Branchen:

Halbleiter, Kommunikation, Datenspeicher, optische Beschichtungen, Flachbildschirme, Forschung, Biologie, Medizin...

Vier,SpektralellipsometerTestbereich:

Frühere Jahre war die Arbeitswellenlänge des Ellipsometers eine einzige Wellenlänge oder einige unabhängige Wellenlängen, Zui ist typischerweise eine einfarbige Lichtquelle, die mit Lasern oder starkem spektralem Licht wie dem Bogen gefiltert wird. Heute arbeiten die meisten Elliptometer mit mehreren Wellenlängen in einem sehr breiten Wellenlängenbereich (in der Regel mit mehreren Hundert Wellenlängen, nahezu kontinuierlich). Im Vergleich zu einem Elliptometer mit einer Wellenlänge hat ein Spektralelliptometer mit mehreren Wellenlängen die folgenden Vorteile: Es kann die Erkennungsfähigkeit mehrerer Schichten verbessern und den Brechungsgrad von Substanzen gegenüber Lichtwellen mit verschiedenen Wellenlängen testen.

2, Spektralellipsometer Spektralbereich im tiefen UV-142nm bis Infrarot 33µm ist optional. Die Auswahl des Spektrumbereichs hängt von Faktoren wie den Eigenschaften des zu messenden Materials, der Filmdicke und dem betroffenen Spektrumssegment ab. Beispielsweise hat die Dopingkonzentration einen großen Einfluss auf die infraroten optischen Eigenschaften des Materials, weshalb ein Elliptometer erforderlich ist, das das Infrarotband messen kann; Die Dickenmessung der Folie erfordert, dass Licht die Folie durchdringen kann, das Substrat erreicht und dann vom Detektor erkannt wird, daher muss ein transparentes oder teilweise transparentes Spektrum des zu messenden Materials ausgewählt werden; Für dicke Folien ist die Auswahl einer langen Wellenlänge günstiger für die Messung.

Fünf,Arbeitsprinzip des Spektralellipsometers：

1, gibt die grundlegende optische physikalische Struktur des Ellipsometers. Der Polarisationszustand des einfallenden Lichts ist bekannt, das Polarisationslicht wird auf der Probenoberfläche reflektiert, die Polarisationszustand des reflektierten Lichts (Breite und Phase) wird gemessen und die Eigenschaften des Materials berechnet oder angepasst.

Das elektrische Feld des eingehenden Lichtstrahls (lineares polarisiertes Licht) kann in zwei vertikale Ebenen in Vektorelemente aufgeteilt werden. Die Ebene P enthält eingehendes und ausgehendes Licht, während die Ebene S senkrecht zu dieser Ebene liegt. Ähnlich ist reflektiertes oder durchlässiges Licht typisch für elliptisches polarisiertes Licht, daher wird das Instrument als Elliptometer bezeichnet. Eine detaillierte Beschreibung des polarisierten Lichts kann auf andere Literatur verwiesen werden. In der Physik kann eine Veränderung des Polarisationszustands in der komplexen Zahl ρ ausgedrückt werden:

ψ und Δ beschreiben jeweils Amplitude und Phase. Der Fresnel-Reflexionskoeffizient auf der P- und s-Ebene wird durch die Multifunktion rp bzw. rs ausgedrückt. Die mathematischen Ausdrücke von rp und rs können durch die Maxwell-Gleichung durch elektromagnetische Strahlung an unterschiedlichen Materialgrenzen erreicht werden.

4 undwobei φ0 der Eintrittswinkel und φ1 der Brechungswinkel ist. Der Eintrittswinkel ist der Zwischenwinkel zwischen dem Eintrittsstrahl und der zu untersuchenden Oberflächenlinie. Normalerweise beträgt der Eintrittswinkelbereich des Ellipsometers 45° bis 90°. Dies ermöglicht eine Empfindlichkeit von * bei der Erkennung der Materialeigenschaften. Der Brechungsgrad jedes Schichtmediums kann durch die folgende Komplexfunktion ausgedrückt werden:

Fünf,Normalerweise wird n als Brechungsgrad bezeichnet und k als Dämpfungskoeffizient. Diese beiden Faktoren werden verwendet, um zu beschreiben, wie das einfallende Licht mit dem Material interagiert. Diese werden als optische Konstanten bezeichnet. In der Tat, obwohl dieser Wert variiert, wenn sich die Wellenlänge, die Temperatur und andere Parameter ändern. Wenn das gegenwärtige Probenmedium Luft oder Vakuum ist, wird der Wert N0 in der Regel 1.000.

Normalerweise ist der Wert des Ellipsometers als Wellenlängen- und Eingangswinkelfunktion ρ (oft in ψ und Δ oder entsprechenden Mengen ausgedrückt). Nachdem die Messung abgeschlossen ist, werden die erhaltenen Daten verwendet, um die optischen Konstanten, die Schichtdicke und andere interessante Parameterwerte zu analysieren. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, umfasst der Analyseprozess viele Schritte.

7 undDie gemessene Probe kann mit einem Modell beschrieben werden, das mehrere Ebenen jedes Materials umfasst, einschließlich des Substrats. Im gemessenen spektralen Bereich wird jede Schicht mit Dicken- und optischen Konstanten (n und k) beschrieben und zunächst eine erste Annahme der unbekannten Parameter gemacht. Zui Einfaches Modell ist ein gleichmäßiges großes Stück Feststoff, die Oberfläche ohne Rauheit und Oxidation. In diesem Fall ist die Komplexfunktion des Brechungsverhältnisses direkt dargestellt.Allerdings sind die meisten Materialien in praktischen Anwendungen raue oder oxidierte Oberflächen, so dass die oben genannten Funktionsformen oft nicht anwendbar sind.

Als nächster Schritt wird das Modell verwendet, um Gen.Data zu generieren, Psi- und Detla-Daten von den vom Modell festgelegten Parametern zu generieren und mit den gemessenen Daten zu vergleichen, wobei die Parameter im Modell kontinuierlich so korrigiert werden, dass die erzeugten Daten mit den gemessenen Daten so weit wie möglich sind *. Selbst wenn es nur eine dünne Schicht auf einer großen Basis gibt, ist die theoretische Beschreibung der algebraischen Gleichung dieses Modells sehr komplex. Daher kann in der Regel nicht die gleiche mathematische Beschreibung der optischen Konstanten, Dicken usw. wie die oben genannte Gleichung gegeben werden, ein solches Problem wird in der Regel als Umkehrproblem bezeichnet.

Die übliche Lösung des Problems der Ellipsometer-Inversion besteht darin, den Levenberg-Marquardt-Algorithmus in der Dämpfungsanalyse anzuwenden. Verwenden Sie die Vergleichsgleichung, um die Daten aus dem Experiment und die Daten, die durch das Modell generiert werden, zu vergleichen. Normalerweise wird der Durchschnittsfehler definiert wie folgt:

10 undIn einigen Fällen kann eine kleine MSE zu einem nicht-physikalischen oder nicht-physikalischen Ergebnis führen. Aber wenn man Einschränkungen oder Urteile hinzufügt, die den Gesetzen der Physik entsprechen, kann man immer noch gute Ergebnisse erzielen. Die Abbauungsanalyse wurde erfolgreich in der Ellipsometeranalyse angewendet und liefert zuverlässige, physikalische und präzise Ergebnisse.

6. Struktur des spektralen Abweicheninstruments:

Bei der Messung eines Spektralellipsometers werden verschiedene Hardwarekonfigurationen verwendet, aber jede Konfiguration muss einen Strahl mit bekannter Polarisation erzeugen können. Messt den Polarisationszustand des Lichts, das von der gemessenen Probe reflektiert wird. Dies erfordert, dass das Instrument die Größe der Veränderung des Polarisationszustands ρ quantifizieren kann.

2,Einige Instrumente messen ρ als Polarisationsscheiben, die den ersten polarisierten Lichtzustand durch Drehung bestimmen (sogenannte Polarisatoren). Zur Messung der Polarisation des Ausgangsstrahls wird eine zweite, feststehende Polarisationsscheibe (auch als Polarisationsspeicher bezeichnet) verwendet. Andere Instrumente sind feste Polarisatoren und Inspektoren, während der Zustand des polarisierten Lichts im mittleren Teil moduliert wird, wie z. B. durch die Verwendung von Schallkristallen, so erhält Zui schließlich den Polarisationszustand des Ausgangsstrahls. Zui Endergebnisse dieser verschiedenen Konfigurationen werden alle gemessen als Wellenlänge und Eingangswinkel-Komplexfunktion ρ.

Bei der Auswahl eines geeigneten Ellipsometers sind der spektrale Bereich und die Messgeschwindigkeit auch ein wichtiger Faktor, der in der Regel berücksichtigt werden muss. Die optionalen Spektren reichen von 142 nm im tiefen UV bis 33 µm im Infrarot. Die Auswahl des Spektrumbereichs ist in der Regel von der Anwendung abhängig. Verschiedene Spektralbereiche können unterschiedliche Informationen über das Material liefern, und die geeigneten Geräte müssen dem zu messenden Spektralbereich entsprechen.

Die Messgeschwindigkeit wird in der Regel durch das gewählte Spektrometer bestimmt (verwendet, um Wellenlängen zu trennen). Monochromer werden verwendet, um eine einzige, schmale Bandwellenlänge zu wählen, und durch die Bewegung der optischen Geräte im Monochromer (in der Regel vom Computer gesteuert), kann das Monochromer die Wellenlänge des Interesses auswählen. Auf diese Weise ist die Wellenlänge genauer, aber langsamer, da nur eine Wellenlänge jedes Mal getestet werden kann. Wenn das Monochromator vor der Probe platziert wird, besteht ein Vorteil darin, dass die Menge des einfallenden Lichts, das die Probe erreicht, deutlich reduziert wird (Veränderungen des Lichtempfindungsmaterials werden vermieden). Eine weitere Methode zur Messung besteht darin, den gesamten Spektrumbereich gleichzeitig zu messen, die Wellenlänge des zusammengesetzten Strahls auszuweiten und ein Detektorarray zu verwenden, um verschiedene Wellenlängensignale zu erkennen. Wenn eine schnelle Messung erforderlich ist, wird dies in der Regel auf diese Weise durchgeführt. Das Fourier-Transformationsspektrometer kann auch das gesamte Spektrum gleichzeitig messen, aber in der Regel benötigt es nur einen Detektor und kein Array, eine Methode, die im Infrarot-Spektrumbereich angewendet wird.