Die spektroskopische Ellipsometrie ist nicht-invasiv, zerstörungsfrei und berührungslos und ermöglicht die gleichzeitige Bestimmung mehrerer Filmeigenschaften. Das Verfahren ist schnell und erfordert keine Probenvorbereitung. Es ist zudem präzise, reproduzierbar und sehr empfindlich gegenüber Dünnschichten unter 10 nm. Der Spektralbereich liegt üblicherweise zwischen 190 und 2100 nm. Die spektroskopische Ellipsometrie eignet sich für nahezu alle Dünnschichtmaterialien und ist ideal für In-situ-Anwendungen.
Für spektroskopische Ellipsometrie geeignete Materialien gehören Halbleiter, Dielektrika, Polymere, organische Stoffe und Metalle. Ellipsometrie kann auch zur Untersuchung von Fest-Flüssig- oder Flüssigkeitsgrenzflächen verwendet werden.
Je nach Materialart kann Ellipsometrie Schichtdicken von wenigen Å bis zu mehreren zehn Mikrometern messen. Wie tief das Licht in das Material eindringen kann, hängt vom Absorptionskoeffizienten des Materials ab. Wichtig ist, dass Ellipsometrie bei optisch undurchsichtigen Proben, wie beispielsweise Metallfilmen mit einer Dicke von mehr als etwa 50 nm, lediglich die optischen Eigenschaften, nicht aber die Schichtdicke bestimmen kann. Dies liegt an der starken Absorption von Metallen und der damit verbundenen sehr geringen Eindringtiefe des Lichts. Bei transparenten oder halbtransparenten Proben hingegen hängt die maximal messbare Schichtdicke mit einem Ellipsometer von der spektralen Auflösung des Instruments ab.
Je nach Instrument kann der Spektralbereich zwischen 145 nm und 2100 nm liegen. Zum Beispiel haben die Auto-SE- und Smart-SE-Instrumente einen festen Spektralbereich von 450 nm bis 1000 nm, das UVISEL-PLUS-System bietet zwei verschiedene Spektralbereiche: 190–920 nm und 190–2100 nm, und der UVISEL 2-Spektralbereich reicht von 190 nm bis 1000 nm mit optionaler NIR-Erweiterung bis zu 2100 nm. Wir bieten außerdem das UVISEL 2-VUV-Instrument an, das einen Spektralbereich von 145 nm bis 880 nm hat, außerdem mit einer optionalen NIR-Erweiterung bis zu 2100 nm.
Der NIR-Bereich ist nützlich, um die Dicke der im sichtbaren Bereich absorbierenden Materialien sowie dicke Proben zu messen. Der NIR-Bereich kann auch hilfreich sein, wenn du die optischen Eigenschaften im NIR-Bereich kennen möchtest.
Der Fern-Ultraviolett-Bereich (FUV) eignet sich zur Bestimmung der Bandlücke, Kristallinität, Zusammensetzung und Absorption von Dielektrika und Halbleitern. Er ermöglicht außerdem die Messung ultradünner Schichten und Schichten mit geringem Brechungsindexkontrast. Messungen im FUV-Bereich sind selbstverständlich unerlässlich für Anwendungen, bei denen die optischen Eigenschaften des Materials in diesem Bereich bekannt sein müssen, beispielsweise in der Fotolithografie.
Ein Reflektometer misst das Intensitätsverhältnis des Lichts, wohingegen die spektroskopische Ellipsometrie die Änderung des Polarisationszustands des Lichts misst.
Sowohl die spektroskopische Ellipsometrie als auch die Reflektometrie sind berührungslose optische Verfahren und erfordern jeweils eine Modellierung zur Ergebnisgewinnung. Ein Reflektometer misst jedoch ein Intensitätsverhältnis des Lichts, während die spektroskopische Ellipsometrie die Änderung des Polarisationszustands des Lichts (d. h. des elektrischen Feldvektors) misst.
Reflektometrie für eine native Oxidschicht auf c-Si.
Die Reflektometrie reagiert nicht empfindlich auf geringe Änderungen der Dünnschichtdicke und wird daher üblicherweise bei dickeren Proben (>100 nm) eingesetzt, während Ellipsometrie sehr empfindlich auf ultradünne Schichten reagiert. Die Abbildungen rechts zeigen die Reflektometrie (oben) und den mittels Ellipsometrie gemessenen Parameter Δ (unten) für eine native Oxidschicht auf c-Si.
Der Parameter Δ, gemessen mittels Ellipsometrie für eine native Oxidschicht auf c-Si.
Offensichtlich ist die Reflektometrie nicht empfindlich gegenüber der ultradünnen Schicht, während Ellipsometrie es ist. Da die Reflektometrie intensitätsbasiert ist, können Dinge wie Veränderungen der Lampenintensität das Ergebnis beeinflussen. Die Ellipsometrie basiert auf Polarisation, daher ist die Lampenintensität nur wichtig, um ein gutes Signal-Rauschen-Signal zu erhalten. Ein Ellipsometer kann ebenfalls Reflexion und Transmission messen.
Die Reflektometrie eignet sich zur Messung einzelner und dicker Schichten (>100 nm), ist aber im Vergleich zur Ellipsometrie bei dünnen Schichten (<100 nm) weniger empfindlich. Zudem wird die Reflektometrie im Allgemeinen für einschichtige, transparente Schichten eingesetzt. Sie ist für bestimmte Proben, wie z. B. mehrschichtige, anisotrope, absorbierende und/oder gradierte Schichten, nicht geeignet.
Die Anwendung der spektroskopischen Ellipsometrie ist überall dort nützlich, wo es Dünnschichten gibt, darunter: Photovoltaik, Mikroelektronik und Halbleiter, Flachbildschirme, Optoelektronik, Metallurgie, optische Beschichtungen, Biochemie, Nanotechnologie, Polymere und organische Materialien. Einige der mit Ellipsometrie gemessenen und in den oben genannten Anwendungen verwendeten Materialien sind c-Si, a-Si, p-Si, mc-Si, CdTe, CIGS, CdS, SiN, SiC, GaAs, AlGaAs, AlN, InGaN, SnO2, SiO2, PET, PEN, ZnO, PbS, PbSe, TiO2, Al, Ag, Au und Kohlenstoffnanoröhren, um nur einige zu nennen. Wenn Sie unsicher sind, ob Ihre Anwendung für die spektroskopische Ellipsometrie geeignet ist, kontaktieren Sie uns bitte.
