Спектрометр

I. СОДЕРЖАНИЕспектральный эллипсоидПрименяется к материалу:

Полупроводники, диэлектрики, полимеры, органические вещества, металлы, многослойные мембранные материалы и т.д.

II.спектральный эллипсоидТехнические параметры:

III.спектральный эллипсоидСфера деятельности:

Полупроводники, связь, хранение данных, оптическое покрытие, плоские дисплеи, научные исследования, биология, медицина...

IV.спектральный эллипсоидДиапазон обнаружения:

В предыдущие годы эллипсоид работал на одной длине волны или нескольких отдельных длинах волны, и zui обычно был монохромным источником света, генерируемым лазером или фильтрацией яркого спектрального света, такого как дуга. В настоящее время большинство эллипсомеров работают на нескольких длинах волн в широком диапазоне длин волн (обычно с сотнями длин волн, близких к непрерывности). По сравнению с одноволновым эллиптическим дефлектором многоволновый спектральный эллипсоид имеет следующие преимущества: он может улучшить многослойную способность обнаружения и проверить скорость преломления материала на световые волны разных длин волн.

Спектральный эллипсометр имеет спектральный диапазон от 142 нм в глубоком ультрафиолетовом диапазоне до 33 мкм в инфракрасном диапазоне. Выбор спектрального диапазона зависит от таких факторов, как свойства измеренного материала, толщина пленки и интересующий спектральный сегмент. Например, концентрация легирования оказывает большое влияние на инфракрасные оптические свойства материала, поэтому требуется эллипсометр, способный измерять инфракрасный диапазон; Для измерения толщины пленки требуется, чтобы световая энергия проникала в эту пленку, достигала фундамента и затем обнаруживалась детектором, поэтому необходимо выбрать прозрачный или частично прозрачный спектральный сегмент для измеренного материала; Выбор длины волны для толстой пленки более удобен для измерения.

V.принцип работы спектрального эллипсоидаА.

1) Определяет основную оптическую физическую структуру эллипсоида. Известно, что поляризованное состояние падающего света, поляризованный свет отражается на поверхности образца, измеряется, чтобы получить поляризованное состояние отраженного света (амплитуда и фаза), вычислить или согласовать свойства материала.

Электрическое поле падающего луча (линейно поляризованного света) может быть разбито на векторные элементы на двух вертикальных плоскостях. плоскость P содержит падающий и исходящий свет, а плоскость s перпендикулярна этой плоскости. Аналогично, отраженный или пропускающий свет является типичным эллиптическим поляризованным светом, поэтому прибор называется эллиптическим дефлектором. Подробное описание поляризованного света можно найти в других источниках. В физике изменения поляризованного состояния могут быть выражены множественным числом:

Из них, Сай и ∆ описывают амплитуду и фазу соответственно. Коэффициенты отражения Фреснеля на плоскости P и S представлены комплексными функциями RP и RS соответственно. Математические выражения RP и RS могут быть получены с помощью электромагнитного излучения уравнения Максвелла на границе различных материалов.

4.При этом угол падения составляет 0, а угол преломления - 1. Угол падения - это угол между падающим лучом и нормалью поверхности, подлежащей изучению. Обычно эллипсоид имеет угол падения от 45 ° до 90 °. Это обеспечивает * чувствительность при обнаружении свойств материала. Степень преломления каждого слоя может быть выражена комплексной функцией ниже.

5.Обычно n называется коэффициентом преломления, а k называется коэффициентом экстинкции. Эти два коэффициента используются для описания того, как падающий свет взаимодействует с материалом. Они называются оптическими константами. На самом деле, хотя это значение изменяется с изменением длины волны, температуры и других параметров. Когда окружающая среда современных образцов является воздушной или вакуумной, значение N0 обычно принимает 1.000.

Обычно эллипсоид служит значением функции длины волны и угла падения (часто выражается в виде Сай и ∆ или связанных с ними величин). По завершении одного измерения полученные данные используются для анализа значений полученных оптических констант, толщины мембраны и других интересующих параметров. Как показано на диаграмме ниже, процесс анализа включает в себя множество шагов.

7.Измеренные образцы можно описать с помощью модели (model), которая содержит несколько плоскостей каждого материала, включая фундамент. В спектральном диапазоне измерений каждый слой описывается толщиной и оптическими константами (n и k), делая первоначальное предположение о неизвестных параметрах. Простая модель Zui представляет собой однородный массивный твердый кусок, поверхность которого не является грубой и окисленной. В этом случае комплексная функция преломления выражается непосредственно.Однако большинство материалов в практическом применении являются грубыми или окисляемыми поверхностями, поэтому эти функциональные формулы часто не могут быть применены.

Следующим шагом является использование модели для генерации Gen.Data, генерирования данных Psi и Detla из параметров, определенных моделью, и сравнения с измеренными данными, а также постоянная коррекция параметров модели, чтобы генерированные данные и измеренные данные были максимально возможными *. Даже если на большом фундаменте есть только один слой пленки, теоретическое описание алгебраических уравнений этой модели очень сложно. Таким образом, оптические константы, толщина и т.д., как правило, не дают математического описания, аналогичного приведенному выше уравнению, и такие вопросы часто называют проблемами инверсии.

Обычно Zui решает проблему инверсии эллипсоида, используя алгоритм Левенберг - Марквардта для анализа затухания. Используя уравнения сравнения, данные, полученные в ходе эксперимента, сравниваются с данными, полученными в результате моделирования. Как правило, средняя квадратичная погрешность определения составляет:

10.В некоторых случаях, zui небольшие MSE могут иметь нефизические или не* результаты. Но после добавления ограничений или суждений, соответствующих законам физики, можно получить хорошие результаты. Анализ затухания получил успешное применение в эллиптическом анализе, и результаты являются достоверными, точными и надежными в соответствии с законами физики.

Структура спектральных приборов с отклонением:

Для измерения спектрального эллипсоида используются различные конфигурации оборудования, но каждая конфигурация должна генерировать лучи в известных поляризованных состояниях. Измерение поляризованного состояния заднего света отраженного испытуемым образцом. Это требует, чтобы прибор мог количественно измерять изменения в поляризованном состоянии.

2.Некоторые измерительные приборы представляют собой поляризационные пластины (называемые дефлекторами), которые определяют начальное поляризованное состояние света вращением. Для измерения поляризованного состояния выходного луча используются поляризационные пластины второго фиксированного положения (известные как дефлекторы отклонения). Другие приборы являются фиксированными дефлекторами и дефлекторами, в то время как состояние поляризованного света модулируется в середине, например, с использованием акустических и оптических кристаллов, zui в конечном итоге получает поляризованное состояние выходного луча. Конечный результат этих различных конфигураций zui измеряется как комплексная функция длины волны и угла падения.

При выборе подходящего эллипсоида спектральный диапазон и скорость измерения также являются важными факторами, которые обычно необходимо учитывать. Дополнительный спектральный диапазон варьируется от 142 нм в глубоком ультрафиолетовом диапазоне до 33 мкм в инфракрасном диапазоне. Различные спектральные диапазоны могут предоставлять различную информацию о материале, и соответствующий прибор должен соответствовать спектральному диапазону, который должен быть измерен.

Скорость измерения обычно определяется выбранным спектрометром (используемым для разделения длин волн). Монохрометр используется для выбора одной узкополосной длины волны, и, перемещая оптические устройства внутри монохроматора (обычно управляемые компьютером), монохроматор может выбрать интересующую длину волны. Этот способ имеет более точную длину волны, но более медленную скорость, так как каждый раз можно проверить только одну длину волны. Если монохроматор помещается перед образцом, то одним из преимуществ является то, что он значительно уменьшает количество падающего света, достигающего образца (избегает изменений в светочувствительном материале). Другим способом измерения является одновременное измерение всего спектрального диапазона, расширение длины волны сложного луча и использование массива детекторов для обнаружения различных сигналов длины волны. Когда требуется быстрое измерение, обычно это делается таким образом. спектрометр преобразования Фурье также может измерять весь спектр одновременно, но обычно требуется только один детектор, а не массив, и этот метод применяется в инфракрасном спектральном диапазоне.