Эллипсометрия

12.08.2015

Этот элегантный оптический метод применяется для изучения поверхностей и лежащих на них тонких пленок. Он называется «эллипсометрия» или «поляризатционная спектрометрия». Метод основан на классической теории Друде, описывающей измерения состояния поляризации света при отражении от чистой поверхности или поверхности с находящейся на ней пленкой. С помощью эллипсометрии возможны измерения оптических постоянных чистой поверхности или, если эти оптические константы известны, а на поверхность нанесена диэлектрическая пленка, можно рассчитать толщину и показатель преломления пленки. Изменение состояния поляризации представляется через tg ψ (отношение величины коэффициента отражения света, поляризованного в плоскости падения к таковой, для света, поляризованного нормально в плоскости падения), а также через величину А — разность фаз двух поляризаций. Метод можно применять для изучения поверхности, покрытой двумя пленками, а именно для системы из полимерной подложки А, тонкой пленки В на подложке и граничного слоя между А и В (рис. 11.3).
Существует несколько моделей эллипсометров промышленного изготовления, и они находят применение, преимущественно, в полупроводниковой индустрии. На рис. 11.3 показан автоматический эллипсометр с нагревательной камерой, специально разработанный для исследования поверхностей типа полимер-полимер. С его помощью можно измерять толщину граничного слоя с интервалом 30 с и при высокой температуре. Полимерный образец представляет собой двуслойную пленку, включающую тонкую (приблизительно 400 нм) пленку полимера А, полученную центрифугированием, и толстую (приблизительно 0,5 мм) подложку из полимера В. приготовленную прессованием расплава между двумя силиконовыми пластинами, обеспечивающими получение оптически плоской поверхности. Свет падает на образец под углом 70°. Отражательное отношение tg ψ и запаздывание Δ определяются из эллипсометрических измерений. Для анализа данных используется четырехслойная модель, показанная на рис. 11.4. Поскольку величины показателей преломления n1, n2, n4 и толщина d2 известны, n3 и d3 можно определить с помощью процедуры подбора tg ψ и Δ, наилучшим образом удовлетворяющих уравнению Друде.
Численные расчеты подгоночных параметров осуществляются на персональном компьютере. Четырехслойная модель (см. рис. 11.3) предполагает, что показатель преломления граничного слоя 3 однороден и приблизительно равен n3 = (n2 + n4)/2. Учитывая сложный профиль граничного слоя, мы принимаем его толщину равной λ=d3/1,7.
Эллипсометрия