椭圆偏光仪(Ellipsometry)

1、第五章橢圓偏光儀（Ellipsometry）橢圓偏光儀的發展n1808年E.L. Malus發現光反射時的偏振特性n1889年P.K.L. Drude利用兩道偏振方向互相垂直的光來量測薄膜的厚度 n1945年，A. Rothen將此種利用不同偏振光來量測樣品厚度及其折射率的方法統稱為橢圓偏光術(ellipsometry)橢圓偏光儀的應用n在半導體、物理、化學、材料、生物、機械、冶金和生物醫學工程中廣泛應用n半導體、光學薄膜、晶圓、金屬、介電薄膜、玻璃及有機薄膜等，另外也可應用於介電、非晶半導體、聚合物薄膜及薄膜生長過程的即時監控等量測n可以用來測量薄膜的偏振特性及色散特性，特別是可研究薄膜生長

2、的初始階段，並用以計算分子層的厚度及密度等。在其量測的精確度及高速且非破壞性量測等特性下，無論在產業應用上或基礎學術研究上都有非常廣的應用層面 橢圓偏光儀原理n橢圓偏光術是一種非接觸式、非破壞性、以光學技術量測薄膜表面特性的方法n量測原理：運用光在兩層薄膜間的介面或薄膜中發生的現象及其特性的一種光學方法n利用偏振光束在界面反射或穿透時出現的偏振轉換，得到與 ，稱之為橢圓參數n由所建構的物理模型，計算薄膜的折射係數n、吸收係數k、膜厚tn橢圓偏光儀無法直接測量樣品的物理參數，必須藉由一模型來描述樣品的物理性質，以數值分析求得實際樣品的物理參數n因此數值分析方法亦決定橢圓偏光儀量測的準確性及應用的

3、範圍n對比較單純的結構可以等比級數的公式計算n當考慮多層膜結構時，由於各層間皆有交互作用，無法利用級數法來求解，必須利用遞迭的方式，一層層地以電腦程式計算穿透係數及反射係數。 儀器結構n光源：為單一波長的雷射光或白光產生器附加單光儀以調變所需的波長n偏光片：光源一般為非偏極光，因此需藉一偏光片，將光源轉成線性偏極光n補償片：通常為四分之一波片，其功能在於確定入射於分析片之前的光為線性偏極光 n分析片：結構同偏光片，用於分析反射光之極化現象n檢測器：用來檢測反射光之強度，一般為光電倍增管或光二極體 橢圓偏光儀種類n一種為歸零式的消光法(null elliposmeter)，如圖二(a)所示，利用

4、旋轉橢圓儀中光學元件的角度 使其偵測到的光訊號強度最小，再根據這些光學元件之角度計算出與n一種為相位調制光度量測法(photometric ellipsometer)，如圖二(b)所示，利用相位調制技術，將其中之光學元件加入調制訊號，然後利用鎖相放大技術來處理所得之光強度，再經由傅利葉分析求得與 Scanninig channel O.M.A.channel PMTPDA光源 Xe LampPA光纖 Optical FiberrIncidence angler = rprs= Tan(Y).e j(D D)Measured Parameters TanY and CosD DSubstrate (ns, ks)Thin Film 1 (n1, k1, T1)Thin Film 2 (n2, k2, T2)Thin Film i (ni, ki, Ti)Ambient (n0, k0)foESEiEPrsrpErDUV UV VISIBLENIRMeasured