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椭偏测厚仪主要参数及工作原理
6-
“椭偏测厚仪”有关情况介绍
引言:
椭偏法是一种测量光在样品表面反射后偏振状态改变的广西方法,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、非破坏性以及高灵敏度、高精度等优点,鼓广泛用于薄膜厚度及材料的光学常数的测定。
椭偏法测量数据可在短时间内快速采集,可对各类薄膜的生长和工艺过程进行实时监测,故已成为半导体行业重要的在线监测设备之一。
纳米技术是当今科技的发展热点,能精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。
椭偏测厚仪发展概况:
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“WJZ型椭偏测厚仪”。基本上是手动测量,仅配一种入射角和衬底材料的薄膜(n,d)~(Ψ,Δ)函数表(如SiO2,70°入射角,波长632.8nm)。
90年代末,华东师范大学研制并生产了“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。
进入二十一世纪,国内生产自动椭偏测厚仪的厂家逐渐多起来。如:天津港东科技发展有限公司生产的“SGC-1型椭圆偏振测厚仪”、“SGC-2型自动椭圆偏振测厚仪”。天津拓普仪器有限公司生产的“TPY-1型椭圆偏振测厚仪”和“TPY-2型自动椭圆偏振测厚仪”等。
现将目前国内生产的几种自动椭圆偏振测厚仪,其性能指标等参数列表如下,供参考:
国内几种“椭圆偏振测厚仪”的性能参数
指标数参称名
指
标
数
参
称
名
HST-2型
多功能智能椭偏仪
(华东师范大学)
SGC-2型
自动椭圆偏振测厚仪
(天津港东)
TPY-2型
自动椭圆偏振测厚仪
(天津拓普)
测量范围
1~2000nm
1~4000nm
1~4000nm
测量最小值
≤1nm
≤1nm
可测镀膜
折射率范围
1.05~2.5
1.3~2.49
1.05~2.5
入射角连续
调节范围
30°~90°
40°~90°
30°~90°
偏振器
方位角范围
0°~180°
0°~180°
偏振器步进角
0.05°(起偏角P和检偏角A的测量分辨率)
0.0375°/步
0.028°/步
的主要原因是由于所给的的初值与实际值有较大的偏差引起的,所以可将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,将进行多次迭代近似计算,直到小于某个指定的误差(例如,取=0.00001)为止,即:
——————————————eq\o\ac(○,5)
此时的就是实际的薄膜折射率,由eq\o\ac(○,4)式可同时得到薄膜厚度d。
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=2,由eq\o\ac(○,4)式可得:
薄膜厚度的周期
薄膜的真实厚度
式中:为正整数,膜厚的周期数;为膜厚的周期;
为不同测量条件时所对应的一个周期内的厚度值。
实验常采用改变入射角和波长的方法得到多组(,),
并由
解得薄膜的真实厚度d。
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