.gif)
Besproken Onderwerpen
Achtergrond
Hoe Werkt een Fase Gemoduleerde Ellipsometer?
Optische Opstelling
Beschrijving van de Technologie van de Modulatie van de Fase
Wat zijn de Voordelen van de Photoelastic Modulator over Andere Vormen van de Modulatie van de Polarisatie?
De Brede Spectrale Dekking van de Waaier
De Grote Hoek van de Goedkeuring
Het Vermogen van Microspot
De Hoge Metingen van de Nauwkeurigheid voor Alle Waarden van Psi en Delta
Hoge Gevoeligheid
De Snelle Snelheid van de Aanwinst van Gegevens
Het Geavanceerde Vermogen van de Meting
De Gevolgen van de Depolarisatie
De Matrijs van Mueller
Gekwalificeerde Prestaties UVISEL Fase Gemoduleerde Ellipsometer
Ellipsometrische Nauwkeurigheid voor Gevallen Waar Δ aan 0 Dicht is: Straight-Through Metingen van de Lucht
De Nauwkeurigheid en de Herhaalbaarheid van Ellipsometer
De Standaard Materialen van de Verwijzing
Definities
Prestaties
Herhaalbaarheid Tegenover de Tijd van de Integratie
Conclusie
Achtergrond
De waaier UVISEL van HORIBA de Wetenschappelijke spectroscopische photoelastic modulators van het ellipsometersgebruik om polarisatiemodulatie bij een hoge frequentie (kHz 50) zonder enige mechanische beweging uit te voeren.
Ten gevolge van deze technologie hebben deze systemen het voordeel om zeer snel te zijn, geen bewegende delen te hebben en hoge nauwkeurigheidsmetingen over een brede spectrale waaier zonder de behoefte aan extra optische elementen te verstrekken. De modulatie van de Fase staat de voltooiing van hogere gevoeligheid voor de karakterisering van dunne filmdikte en optische constanten toe wanneer vergeleken met conventionele ellipsometers.
Hoe Werkt een Fase Gemoduleerde Ellipsometer?
Optische Opstelling
De lichtbron is een lamp van het Xenon die een grote spectrale waaier van 190 tot 2100 NM behandelt. Na het overgaan door de eerste polarisator die een lineaire polarisatie vestigt, denkt het licht bij schuine hoek (over het algemeen 70°) van de steekproef na in studie. Het outputhoofd bestaat uit een photoelastic modulator en uit een analyserende polarisator die de polarisatiestaat van de weerspiegelde straal oplost.
Beide polarisators worden gehouden tijdens de meting vast terwijl de photoelastic modulator wordt gebruikt om een gemoduleerde faseverschuiving van de weerspiegelde straal te veroorzaken.
Het licht wordt geanalyseerd door grating monochromator die opeenvolgend het licht voor elke individuele golflengte op de detector leidt. Twee types van detectors zijn aangewend: photomultipliers voor toepassingen fuv-VIS, en fotodiodes InGaAs voor toepassingen NIR.
Monochromator van het Aftasten de systemen hebben het voordeel van controleerbare bandbreedte die zeer nauwkeurige experimentele spectrums, hoge resolutie verstrekt die voor dikke laagtoepassingen en uitstekende herhaalbaarheid van de meting nuttig is. Moderne Wetenschappelijke monochromators Horiba kunnen een meting van FUV aan NIR in een korte tijd uitvoeren.
De configuratie van fase gemoduleerde ellipsometer UVISEL wordt getoond in de hieronder figuur.
Figuur 1. Optische opstelling van UVISEL
Beschrijving van de Technologie van de Modulatie van de Fase
Wat is een Photoelastic Modulator?
De photoelastic modulator is een gesmolten kiezelzuurbar tentoonstellend isotroop gedrag wanneer geen spanning wordt toegepast. De photoelastic modulator is een optisch element dat als dubbele brekingsmodulator kan worden beschreven.
Als een mechanische spanning wordt toegepast op de kwartsbar, zoals door een piezoelectric omvormer in bijlage aan het eind van de bar, wordt de modulator dubbelbrekend (n0 ≠Ne). Dit betekent dat de lichte reizen langs één as sneller dan andere wanneer het overgaan door het welke een verschillende fasesnelheid voor elk veroorzaakt, en een gemoduleerde faseverschuiving aan de lichtstraal worden veroorzaakt.
Figuur 2. Schema van het photoelastic modulator werken
Wat zijn de Voordelen van de Photoelastic Modulator over Andere Vormen van de Modulatie van de Polarisatie?
De Brede Spectrale Dekking van de Waaier
Een belangrijk voordeel is dat een brede spectrale waaier van FUV aan NIR zonder de behoefte aan verscheidene hardwareconfiguraties behandeld is, en zonder enige optische elementen te bewegen, UVISEL een ononderbroken en nauwkeurige meting over de brede spectrale waaier van 190 tot 2100 NM verstrekt.
De Grote Hoek van de Goedkeuring
Het photoelastic modulator optische element heeft een grote tolerantie van de inherente hoek die eenvoudigere groepering van het systeem toestaat. Aangezien de lichtstraal niet te hoeven de belangrijkste as van een roterend element volgen is dit een groot voordeel wanneer het uitvoeren van metingen in vloeibare cellen, bij het deposito/ets reactoren in situ.
Het Vermogen van Microspot
UVISEL integreert spiegel gebaseerde optische koppeling aan de steekproef die een microspotvermogen tot 50 μm over de gehele spectrale waaier verstrekt. De Metingen met microspot zijn nuttig voor de karakterisering van gevormde materialen die in halfgeleiderwafeltjes wordt gevonden, vertoningsmaterialen, en biosensors. Het verstrekt eveneens verscheidene voordelen voor de analyse van ruwe lagen en apparaten met transparante substraten.
De Hoge Metingen van de Nauwkeurigheid voor Alle Waarden van Psi en Delta
Fase gemoduleerde ellipsometer levert optimale nauwkeurigheid voor alle waarden van Ψ en Δ voor om het even welke steekproef door de parameters te meten:
Figuur 3. De Energie van het Foton (eV)
Hoge Gevoeligheid
De gevoeligheid van een ellipsometer wordt bepaald door alle verschillende gebruikte componenten. Wanneer een PEM als belangrijkste component wordt gebruikt, verstrekt zijn frequentie van de 50 kHzmodulatie een brede dynamische waaier zonder lawaai. Wanneer gecombineerd met krachtig digitaal signaal dat van de fase UVISEL het gemiddelde neemt kenmerkt gemoduleerde ellipsometer een uitstekend signaal aan lawaaiverhouding van FUV aan NIR.
De Snelle Snelheid van de Aanwinst van Gegevens
Met een modulatiefrequentie van kHz 50 kan fase gemoduleerde ellipsometer met reactietijden zo kort zoals 1ms/point, en met goed signaal werken: lawaai verhouding. Dit maakt tot het instrument het ideale systeem voor procesbeheersing in real time, en om dynamische studies en vloeibaar-oppervlaktemetingen in real time te volgen.
Het Geavanceerde Vermogen van de Meting
De Gevolgen van de Depolarisatie
De Depolarisatie kan in het geval van onsamenhangende bezinning, ruwheid, het verspreiden zich, ontoereikende spectrale resolutie, niet-homogeen karakter voorkomen. _Door meten, Ic en Ic' de UVISEL software toe:staan de berekening van de graad van polarisatie zoals be*palen als:
P = (Is)2 + (Ic)2 + (Ic')2
- Wanneer P=1, de steekproef niet depolariseert.
- Wanneer P<1, de steekproef depolariseert.
Figuur 4. Graad van polarisatie <1 die door een 5 organische laag μm wordt tentoongesteld
De Matrijs van Mueller
Tot 11 elementen van de matrijs van Mueller kunnen door UVISEL Fase Gemoduleerde Ellipsometer worden gemeten. De de matrijsmetingen van Mueller zijn nuttig wanneer de steekproef zowel en anisotroop depolariseert.
Gekwalificeerde Prestaties UVISEL Fase Gemoduleerde Ellipsometer
Ellipsometrische Nauwkeurigheid voor Gevallen waar Δ aan 0° Dicht is: Straight-Through metingen van de Lucht
Het enige materiaal waarvoor de ellipsometrische parameters absoluut gekend zijn is lucht: een ellipsometrische meting in de straight-through configuratie zou per definitie moeten terugkeren Ψ = 45° en Δ = 0°.
Figuur 5. Straight-through ellipsometrische metingen van lucht die op UVISEL in waaiereV 1.5 - 5 in de tijd van de Mej.integratie van 2000 worden uitgevoerd
De Gemiddelde waarde voor Ψ is in de waaier: 44.98º aan 45.02º. De Gemiddelde waarde voor Δ is in de waaier: -0.02º aan 0.02º. De Standaard afwijking voor Ψ is 0.0035 en Δ 0.0057, dit is ±0.01º.
De Nauwkeurigheid en de Herhaalbaarheid van Ellipsometer
De Standaard Materialen van de Verwijzing
De nauwkeurigheid en herhaalbaarheidsmetingen van ellipsometer UVISEL werden uitgevoerd gebruikend een standaardverwijzingsmaterialen (SRM) die door het Nationale Instituut van de Technologie van Normen worden geleverd (NIST). De Normen bestaan uit thermisch oxyde op silicium en NIST werd 100 NM gebruikt.
NIST 100 NM geeft de volgende verklaarde waarden (voor een één laagmodel):
- Dikte: 973.00 Å
- r.i.: 1.465
Definities
De herhaalbaarheid wordt als standaardafwijking van 10 statische metingen gedefinieerd die bij de zelfde vlekplaats worden gemaakt. De nauwkeurigheid is het verschil tussen de gemiddelde waarde van de steekproefeigenschappen (dikten en r.i.) meer dan 10 metingen en de nominale waarde NIST.
Prestaties
Tien metingen op NIST werden 100 NM uitgevoerd schuin van weerslag van 70°, gebruikend een integratietijd van 200 ms/point over de spectrale waaier 190-2100 NM. Één enkel laagmodel van SiO2 op CSI werd gebruikt. De optische constanten van SiO werden2 bepaald gebruikend de klassieke Lorentz formule van de oscillatorverspreiding.
De Resultaten verstrekken een uitstekende herhaalbaarheid over de gehele spectrale waaier die toont:
- een gemiddelde diktewaarde van 973.23 ± 0.11 Å,
- een gemiddelde r.i waarde van 1.4627 ± 0.00006.
Volgens de definitie boven de eigenschappen UVISEL een nauwkeurigheid van:
- 0.23 Å voor de dikte,
- 0.002 voor r.i.
Figuur 6. Het Gemeten voorbeeld van de Dikte
Figuur 7. Gemeten R.i voorbeeld
Herhaalbaarheid Tegenover de Tijd van de Integratie
Voor gebruikelijke toepassingen wordt een integratietijd van 100ms of 200ms per punt over het algemeen gebruikt.
Experimentele voorwaarden:
- Aantal metingen: 10 bij eV 2.75 (450 NM)
- Steekproef: thermisch oxyde (~840Å) op Si
- De tijd van de Integratie: waaiers tussen 1000 en 1 Mej.
Lijst 1. Experimentele Gegevens
| | | | | | |
| Ψ (%) | 0.02 | 0.03 | 0.05 | 0.05 | 0.07 |
| Δ (%) | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.06 |
| | | | | | |
| Ψ (%) | 0.14 | 0.23 | 0.32 | 0.61 | 0.86 |
| Δ (%) | 0.10 | 0.16 | 0.20 | 0.25 | 0.41 |
Conclusie
Spectroscopische ellipsometry gebaseerd op photoelastic modulatie levert zeer hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid. Ten gevolge van deze technologie staat UVISEL de unieke combinatie van hoge prestaties en experimentele veelzijdigheid toe om aan geavanceerde klantenbehoeften en toepassingsmogelijkheden te voldoen.
Figuur 8. UVISEL: Spectroscopische Fase Gemoduleerde Ellipsometer
Bron: Wetenschappelijke Horiba - de Afdeling van Dunne Films
Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Wetenschappelijke Horiba - de Afdeling van Dunne Films