椭偏测厚仪主要全参数及工作原理

1、“椭偏测厚仪有关情况介绍一、引言：1、椭偏法是一种测量光在样品外表反射后偏振状态改变的某某方法，它可以同时测得样品薄膜的厚度和折射率。由于此法具有非接触 性、非破坏性以与高灵敏度、高精度等优点，鼓广泛用于薄膜厚度与 材料的光学常数的测定。2、椭偏法测量数据可在短时间快速采集，可对各类薄膜的生长和工 艺过程进展实时监测，故已成为半导体行业重要的在线监测设备之。3、纳米技术是当今科技的开展热点，能准确测得纳米级薄膜厚度和 折射率的椭偏测量技术受到人们的高度重视和关注。二、椭偏测厚仪开展概况：1、椭偏测厚仪在我国起步较晚，70年代我国自行设计生产的椭偏测厚 仪只有“ TP-77型椭偏测厚仪和“ WJ

2、Z型椭偏测厚仪。根本 上是手动测量，仅配一种入射角和衬底材料的薄膜n , d, 丨函数表如Si02, 70 入射角，波长632.8nm丨。2、90年代末，华东师大学研制并生产了“ HST-1型和“ HST-2 型多功能智能椭偏测厚仪。该仪器使用计算机技术，利用消光法自 动完成，测量薄膜的厚度和折射率。3、进入二一世纪，国生产自动椭偏测厚仪的厂家逐渐多起来。女口: 某某港东科技开展生产的“ SGC-1型椭圆偏振测厚仪、“SGC-2 型自动椭圆偏振测厚仪。某某拓普仪器生产的“TPY-1型 椭圆偏振测厚仪和“ TPY-2型自动椭圆偏振测厚仪等。现将目前国生产的几种自动椭圆偏振测厚仪， 其性能指标等参

3、数列表如下,供参考：国几种“椭圆偏振测厚仪的性能参数参 名称 指飞7娄HST-2 型多功能智能椭偏仪华东师大学SGC-2 型自动椭圆偏振测厚仪某某港东TPY-2 型自动椭圆偏振测厚仪某某拓普测量围12000 nm14000 nm14000 nm测量最小值1 nm1 nm可测镀膜折射率围入射角连续调节围3090 40 90 30 90 偏振器方位角围0 180 0 180 偏振器步进角起偏角P和检偏角A的测量分辨率步0. /步仪器测量精度0.1 nm 薄膜厚度 在10 nm以下时0.5 nm 薄膜厚度在 10100 nm 时在10 nm处为0.5 nm0.1 nm薄膜厚度在10nm以下时0.5

4、nm薄膜厚度在 10100 nm时光学中心高75 mm80 mm允许样品10 120 mm10 140 mm尺寸直径厚度10 mm厚度13 mm外形尺寸730 X230 X290560 X390 X290主机重量30 kg25 kg三、消光法测量薄膜和折射率的计算公式:1.在椭偏法测量中，为了简便，通常引入两个物理量一一，来描述反射光偏振态的变化，它们与总反射系数Rpp分量，在入射面,尺s分量，在垂直于入射面之间的关系，定义如下：tanei = Rp/ Rs 偏振方程O式中：屮，4 椭偏参数均为角度度量相对振幅衰减Rpi2ripDp ei2rip % eRsisi2is2s e相位移动之差在固

5、定实验条件下：n和n为，如此=d , n，= d ,匕式中：2相邻两光束的相位差，设膜厚为 d，光波长为入,如此有：d n2 Cos 22 2 1d (n2q Sin 1)2假如：P-起偏角，A-检偏角如此：=A，二k X180 90 -2p当 0。移时,k=1 ;当 135p 180。时,k=3综上：通过测得起偏角P和检偏角A,即可求得，还可反求d ,门2。1)对于透明膜，n2只有实部，上述椭偏方程复数方程只有 d ,n2两个未知数，由两个实测的，原如此上可解出d ,n2 ,但因得不到它们的解析式，需用计算机进展数据处理，求出数字解。2)如何求解未知衬底材料的复折射率n3 n3二n0 ik对

6、于无膜样品,d=0 , Rp和Rs的定义式可简化为:n3 Cos 1 n1 Cos 3Rp - , Rsn3 Cos 1 n1 Cos 3n1 Cos 2 n3 Cos 3ni Cos 2 n3 Cos 3取口 =1 空气，可解出衬底材料的复折射率n3的实部no和虚部k的解析式:2no2 2 2 222 tan 1 Cos 2 Sin SinkSi n 1 11 Si n2 Cos2 2Sin 1 tan 1 Sin4 Sin2n 1 Sin2 Cos2. 数据处理:令 x ei2tane $Ri2 彳i22p e 1氐 e/i2i21 环節 e1sr2s erip环Dp x 1珏 x r1s

7、2s x 1 r1p2p x展开后得到:a2 bx式中：ariptanieris2sbr2ptans ripis% taner2pc ris taneirip求解得到两个复根b 一 b2 4ac2axiX10e iaiX2 b2 4ac2aia2X20 e 2由d式知x的模应该为1,在Xi ,X2中选取模更接近1的一个另一个舍去，如此x= Xo e ia，代入可得:4 nfn；Sin2 i3. 迭代法求解：根据实验测得的和比拟准确，误差可以忽略不计，X的模Xo偏离i 的主要原因是由于所给的n2的初值与实际值有较大的偏差引起的，所以可 将Xo i的大小作为衡量误差大小的一个标志量。于是，可以任意给一个初 值n2o，将n2进展屡次迭代近似计算，直到|Xo i小于某个指定的误差例如，取 =0.0000i丨为止，即：Xo i O 5此时的n2就是实际的薄膜折射率，由O4式可同时得到薄膜厚度d。4 . 求薄膜的真实厚度：需指出的是，上述测得的薄膜厚度均为小于一个周期时的值，即：0 2 2，易知=，由式可得：薄膜厚度的周期 D -222 Qn ni Sin