Espectrómetro de desvio

Um,Espectro-elipímetroAplicável à gama de materiais:

Semicondutores, elétricos, polímeros, orgânicos, metais, materiais de camadas múltiplas, etc.

Dois.Espectro-elipímetroParâmetros técnicos:

Três.Espectro-elipímetroIndústrias envolvidas:

Semicondutores, comunicações, armazenamento de dados, revestimentos ópticos, monitores de tela plana, pesquisa científica, biologia, medicina...

Quatro.Espectro-elipímetroÂmbito de teste:

Nos anos anteriores, o comprimento de onda de trabalho do elipsímetro era de um comprimento de onda único ou alguns comprimentos de onda independentes, zui era tipicamente uma fonte de luz monocromática produzida usando laser ou filtro de luz espectral forte, como arco elétrico. Atualmente, a maioria dos elipsómetros funciona em vários comprimentos de onda em uma ampla gama de comprimentos de onda (geralmente centenas de comprimentos de onda, quase contínuos). Em comparação com o elipímetro de comprimento de onda único, o elipímetro espectral de comprimento de onda múltiplo tem as seguintes vantagens: pode melhorar a capacidade de detecção de camadas múltiplas, pode testar a taxa de refração da matéria para ondas de luz de comprimento de onda diferente, etc.

A gama espectral do elipímetro espectral é opcional entre 142nm ultravioleta profundo e 33µm infravermelho. A escolha da faixa espectral depende de fatores como as propriedades do material testado, a espessura da película fina e o segmento espectral interessado. Por exemplo, a concentração de dopagem tem um grande impacto nas propriedades ópticas infravermelhas do material, por isso é necessário um elipímetro capaz de medir a faixa infravermelha; A medição da espessura da película exige que a luz penetre a película, chegue ao fundo e, em seguida, seja detectada pelo detector, portanto, é necessário escolher o segmento espectral transparente ou parcialmente transparente do material a ser testado; A escolha de comprimentos de onda longos para filmes espessos é mais favorável à medição.

Cinco.Princípio de funcionamento do eletrômetro espectral：

Dada a estrutura física óptica básica do elipsómetro. O estado de polarização da luz entrante é conhecido, a luz polarizada é refletida na superfície da amostra, medir o estado de polarização da luz refletida (amplitude e fase), calcular ou adaptar as propriedades do material.

O campo elétrico do feixe de entrada (polarização linear) pode ser dividido em vetores em dois planos verticais. O plano P contém a luz entrante e a emissora, enquanto o plano S é vertical a este plano. Da mesma forma, a luz refletida ou transmitida é típica da polarização elíptica, por isso o instrumento é chamado de elipímetro. Uma descrição detalhada da luz polarizada pode ser consultada em outra literatura. Em física, a mudança de polarização pode ser representada pelo número complexo ρ:

Onde ψ e Δ descrevem a amplitude e a fase, respectivamente. Os coeficientes de reflexão Fresnel nos planos P e s são representados por funções múltiplas rp e rs, respectivamente. As expressões matemáticas de rp e rs podem ser obtidas com a radiação eletromagnética empurrada pelas equações de Maxwell nas fronteiras de diferentes materiais.

4 eonde φ0 é o ângulo de entrada e φ1 é o ângulo de refração. O ângulo de entrada é o ângulo entre o feixe de entrada e a linha da superfície a ser estudada. Normalmente, o ângulo de entrada do elipímetro é de 45° a 90°. Isso fornece uma sensibilidade* ao detectar as propriedades do material. A taxa de refração de cada camada de meio pode ser representada pela função múltipla abaixo.

5 eNormalmente, n é chamado de taxa de refração e k é chamado de coeficiente de extinção de luz. Esses dois fatores são usados ​​para descrever como a luz entrante interage com o material. Eles são chamados de constantes ópticas. Na verdade, embora esse valor seja variado com a mudança de parâmetros como comprimento de onda, temperatura e outros. Quando o meio circundante da amostra contemporânea é ar ou vácuo, o valor de N0 é geralmente 1.000.

Normalmente, o elipímetro é um valor de ρ como função de comprimento de onda e ângulo de entrada (muitas vezes expresso em ψ e Δ ou quantidades relacionadas). Uma vez concluída a medição, os dados obtidos são usados ​​para analisar constantes ópticas, espessura da camada de membrana e outros valores de parâmetros de interesse. Como mostrado no gráfico abaixo, o processo de análise inclui muitas etapas.

7 eA amostra medida pode ser descrita com um modelo que contém vários planos de cada material, incluindo a base. No intervalo espectral medido, cada camada é descrita em constantes de espessura e óptica (n e k), fazendo uma suposição inicial sobre parâmetros desconhecidos. O modelo simples de zui é um grande pedaço uniforme de sólido, com uma superfície sem rugosidade e oxidação. Neste caso, a função múltipla da refração é expressa diretamente.No entanto, a maioria dos materiais em aplicações reais são superfícies rugosas ou oxidadas, portanto, as fórmulas funcionais acima muitas vezes não podem ser aplicadas.

Em seguida, use o modelo para gerar Gen.Data, para gerar dados Psi e Detla a partir dos parâmetros determinados pelo modelo e comparar com os dados medidos, constantemente corrigindo os parâmetros no modelo para que os dados gerados sejam o máximo possível com os dados medidos. Mesmo com apenas uma camada fina em uma base grande, a descrição teórica das equações algebraicas deste modelo é muito complexa. Portanto, geralmente não é possível dar uma descrição matemática semelhante à equação acima para constantes ópticas, espessuras, etc., tais problemas são geralmente chamados de problemas de inversão.

A maneira comum de resolver o problema da inversão do elipsómetro é aplicar o algoritmo de Levenberg-Marquardt na análise de decadência. Usando equações comparativas, comparar os dados obtidos pelo experimento com os dados gerados pelo modelo. Normalmente, o erro médio é definido como:

10 eEm alguns casos, MSE pequenas podem produzir resultados não físicos ou não *. No entanto, após a adição de restrições ou julgamentos em conformidade com as leis da física, ainda é possível obter bons resultados. A análise de decadência tem sido aplicada com sucesso na análise elipítrica e os resultados são confiáveis, compatíveis com as leis da física e precisos.

6. estrutura do instrumento espectral:

Configurações de hardware diferentes são usadas na medição de um elipímetro espectral, mas cada configuração deve produzir um feixe de polarização conhecida. Medir o estado de polarização da luz refletida pela amostra medida. Isso requer que o instrumento seja capaz de quantificar a quantidade ρ de mudança no estado de polarização.

2,Alguns instrumentos medem ρ como uma placa polarizada (chamada polarizadora) que determina o estado inicial da luz polarizada por rotação. Uma segunda placa polarizada em uma posição fixa (chamada de polarizador) é reutilizada para medir o estado de polarização do feixe de saída. Outros instrumentos são polarizadores fixos e polarizadores, enquanto que na parte média modula o estado da luz polarizada, como o uso de cristais sonoros, etc., zui obtém o estado polarizador do feixe de saída. Os resultados finais dessas configurações diferentes zui são medidos como funções complexas de comprimento de onda e ângulo de entrada ρ.

Ao escolher o elipímetro adequado, o alcance espectral e a velocidade de medição também são fatores importantes que geralmente precisam ser considerados. O espectro opcional varia de 142nm no ultravioleta profundo a 33µm no infravermelho. A escolha da faixa espectral é geralmente determinada pela aplicação. As diferentes faixas espectrais podem fornecer informações diferentes sobre o material e o instrumento adequado deve corresponder à faixa espectral a ser medida.

A velocidade de medição é geralmente determinada pelo instrumento espectroscópico escolhido (usado para separar o comprimento de onda). O monocromátero é usado para escolher um único comprimento de onda de banda estreita, movendo o dispositivo óptico dentro do monocromátero (geralmente controlado por computador), o monocromátero pode escolher o comprimento de onda de interesse. Desta forma, o comprimento de onda é mais preciso, mas mais lento, porque só é possível testar um comprimento de onda de cada vez. Se o monocromátero for colocado na frente da amostra, há uma vantagem em reduzir significativamente a quantidade de luz entrante que chega à amostra (evitando a alteração do material fotosensor). Outra maneira de medir é medir toda a gama espectral ao mesmo tempo, expandindo o comprimento de onda do feixe composto, usando uma matriz de detectores para detectar diferentes sinais de comprimento de onda. Quando a medição é necessária rapidamente, geralmente é dessa forma. O espectrómetro de transformação de Fourier também pode medir todo o espectro simultaneamente, mas geralmente requer apenas um detector, em vez de uma matriz, e este método é aplicado na faixa do espectro infravermelho.