Polarímetro espectral

I,Elipsometro espectralámbito de aplicación del material:

Semiconductores, dieléctrico, polímeros, materia orgánica, metales, sustancias multicapa, etc.

En segundo lugar,Elipsometro espectralParámetros técnicos:

En tercer lugar,Elipsometro espectralSectores involucrados:

Semiconductores, comunicaciones, almacenamiento de datos, recubrimiento óptico, pantalla plana, investigación científica, biología, medicina...

4,Elipsometro espectralAlcance de la prueba:

1. en los primeros años, la longitud de onda de trabajo del elipsometro era de una sola longitud de onda o de unas pocas longitudes de onda independientes, y Zui era típicamente una fuente de luz monocromática producida por el uso de láseres o la filtración de luz espectral fuerte como arcos eléctricos. Hoy en día, la mayoría de los elipsometros funcionan en múltiples longitudes de onda en un rango de longitud de onda muy amplio (generalmente cientos de longitudes de onda, cerca de la continuidad). En comparación con el elipsometro de longitud de onda única, el elipsometro espectral de longitud de onda múltiple tiene las siguientes ventajas: puede mejorar la capacidad de detección de varias capas y puede probar el índice de refracción de la materia a las ondas de luz de diferentes longitudes de onda.

2. el rango espectral del elipsometro espectral es opcional de 142 nm a 33 micras infrarrojas de ultravioleta profunda. La selección del rango espectral depende de las propiedades del material medido, el espesor de la película y los segmentos espectrales preocupados. Por ejemplo, la concentración de dopaje tiene un gran impacto en las propiedades ópticas infrarrojas del material, por lo que se necesita un elipsometro que pueda medir la banda infrarroja; La medición del espesor de la película requiere que la energía de la luz penetre en la película, llegue al sustrato y luego sea detectada por el detector, por lo que es necesario seleccionar un segmento espectral transparente o parcialmente transparente del material a probar; Para las películas gruesas, la selección de longitudes de onda largas es más propicia para la medición.

V,Principio de funcionamiento del elipsometro espectral:

1. se da la estructura física óptica básica del elipsometro. Se conoce el Estado de polarización de la luz incidente, la luz polarizada se refleja en la superficie de la muestra, se mide el Estado de polarización de la luz reflejada (amplitud y fase), y se calculan o ajustan las propiedades del material.

2. el campo eléctrico del haz incidente (luz polarizada lineal) se puede descomponer en elementos vectoriales en dos planos verticales. El plano P contiene la luz incidente y la luz emitida, mientras que el plano s es vertical a este plano. Del mismo modo, la luz reflejada o transmitida es una luz polarizada elíptica típica, por lo que el instrumento se llama elipsometro. La descripción detallada de la luz polarizada se puede consultar en otras referencias. En física, los cambios en el Estado de polarización se pueden expresar en el complejo p:

3. entre ellos, PSI y △ describen la amplitud y la fase, respectivamente. Los coeficientes de reflexión de Fresnel en el plano P y el plano s se expresan en funciones complejas RP y rs, respectivamente. Las expresiones matemáticas de RP y Rs se pueden deducir con la radiación electromagnética de la ecuación Maxwell en diferentes límites de materiales.

4,Entre ellos, ¿ 0 es el ángulo de incidencia y ¿ 1 es el ángulo de refracción. El ángulo de incidencia es el ángulo entre el haz incidente y la superficie normal a estudiar. Por lo general, el rango de ángulo de incidencia del elipsometro es de 45 ° a 90 °. De esta manera, se puede proporcionar la sensibilidad de * al detectar las propiedades del material. El índice de refracción de cada capa de Medio se puede expresar con la siguiente función compleja.

5,Por lo general, n se llama índice de refracción y k se llama coeficiente de extinción. Estos dos coeficientes se utilizan para describir cómo la luz incidente interactúa con el material. Se llaman constantes ópticas. De hecho, aunque este valor cambia con parámetros como la longitud de onda y la temperatura. Cuando el medio circundante de la muestra de medición contemporánea es aire o vacío, el valor de n0 suele tomar 1000.

6. los valores de Rho del elipsometro como función de la longitud de onda y el ángulo de incidencia (a menudo expresados en PSI y↑ o cantidades relacionadas). Después de completar una medición, los datos obtenidos se utilizan para analizar y obtener constantes ópticas, espesor de la película y otros valores de parámetros de interés. Como se muestra en la siguiente imagen, el proceso de análisis contiene muchos pasos.

7,Las muestras medidas se pueden describir con un modelo que contiene múltiples planos de cada material, incluido el sustrato. Dentro del rango espectral medido, cada capa se describe con espesor y constantes ópticas (n y k), y se hace una hipótesis inicial de parámetros desconocidos. El modelo simple de Zui es un sólido homogéneo a granel sin ásperas ni oxidación en la superficie. En este caso, la función compleja del índice de refracción se expresa directamente.Sin embargo, la mayoría de los materiales en aplicaciones prácticas son superficies ásperas o oxidadas, por lo que las funciones anteriores a menudo no se pueden aplicar.

8. a continuación, utilice el modelo para generar gen.data, los parámetros determinados por el modelo generan datos PSI y detla, y los comparan con los datos obtenidos de la medición, corrigiendo constantemente los parámetros en el modelo para que los datos generados y los datos obtenidos de la medición sean lo más *. Incluso si solo hay una capa de película delgada en un sustrato grande, la descripción teórica de las ecuaciones numéricas de este modelo es muy compleja. Por lo tanto, por lo general, no se puede dar una descripción matemática de las constantes ópticas, el grosor, etc. similar a la ecuación anterior. tales problemas generalmente se llaman problemas de inversión.

9. la forma habitual para que Zui resuelva el problema de inversión del elipsometro es aplicar el algoritmo levenberg - marquart en el análisis de atenuación. Utilizando la ecuación de comparación, se comparan los datos obtenidos del experimento con los datos generados por el modelo. En general, el error cuadrado promedio de definición es:

10,En algunos casos, el MSE pequeño de Zui puede producir resultados no físicos o no *. Sin embargo, después de agregar restricciones o juicios que se ajustan a las leyes de la física, todavía se pueden obtener buenos resultados. El análisis de atenuación ha recibido una aplicación exitosa en el análisis del elipsometro, y los resultados son creíbles, consistentes con las leyes de la física, precisos y confiables.

6. estructura del instrumento espectral con polarización:

1. se utilizan diferentes configuraciones de hardware en la medición del elipsometro espectral, pero cada configuración debe ser capaz de producir haces de luz con Estados de polarización conocidos. Medir el Estado de polarización de la luz reflejada por la muestra medida. Esto requiere que el instrumento pueda cuantificar la cantidad de cambio del Estado de polarización p.

2,Algunos instrumentos miden P como un polarizador (conocido como polarizador) que determina el Estado de la luz polarizada inicial girando. A continuación, se utiliza un polarizador de segunda posición fija (conocido como detector de polarización) para medir el Estado de polarización del haz de salida. Otros instrumentos son fijar el polarizador y el detector, mientras que en la parte media se modular el Estado de la luz polarizada, como el uso de cristales acústicos y acústicos, Zui finalmente obtiene el Estado de polarización del haz de salida. Los resultados finales de Zui de estas diferentes configuraciones se miden como una función compleja de longitud de onda y ángulo de incidencia.

3. al seleccionar el elipsometro adecuado, el rango espectral y la velocidad de medición también son factores importantes que generalmente deben considerarse. El rango espectral opcional oscila entre 142 nm de ultravioleta profunda y 33 micras de infrarrojo. la selección del rango espectral suele estar determinada por la Aplicación. Diferentes rangos espectrales pueden proporcionar diferentes informaciones sobre el material, y el instrumento adecuado debe coincidir con el rango espectral a medir.

4. la velocidad de medición suele estar determinada por el instrumento de División de luz seleccionado (utilizado para separar la longitud de onda). El monocromador se utiliza para seleccionar una longitud de onda única y de banda estrecha. al mover el dispositivo óptico dentro del monocromador (generalmente controlado por computadora), el monocromador puede elegir la longitud de onda de interés. De esta manera, la longitud de onda es más precisa, pero la velocidad es más lenta, porque solo se puede probar una longitud de onda a la vez. Si el monocromador se coloca frente a la muestra, una ventaja es que reduce significativamente la cantidad de luz incidente que llega a la muestra (evitando cambios en el material sensible a la luz). Otra forma de medición es medir todo el rango espectral al mismo tiempo, desplegar la longitud de onda del haz compuesto y utilizar una matriz de detectores para detectar diferentes señales de longitud de onda. De esta manera se suele utilizar cuando se necesitan mediciones rápidas. El espectrómetro de transformación de Ft también puede medir todo el espectro al mismo tiempo, pero generalmente solo se necesita un detector sin una matriz, un método que se aplica en el rango espectral infrarrojo.