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 Ellipsomie geeignete Materialien gehören Halbleiter, Dielektrika, Polymere, organische Stoffe und Metalle. Ellipsometrie kann auch zur Untersuchung von Fest-Flüssig- oder Flüssigkeitsgrenzflächen verwendet werden.
Je nach Materialtyp kann die Ellipsometrie die Dicke von wenigen A bis zu Dutzend Mikrometern messen. Wie weit das Licht in das Material eindringen kann, hängt vom Absorptionskoeffizienten des Materials ab. Es ist wichtig zu beachten, dass bei optisch undurchsichtigen Proben, wie Metallschichten größer als etwa 50 nm, die Ellipsometrie nur optische Eigenschaften und NICHT die Dicke bestimmen kann. Dies liegt an der starken Absorptionskraft der Metalle und daher einer sehr geringen Lichtdurchdringungstiefe. Bei transparenten oder halbtransparenten Proben hingegen hängt die maximal mit einem Ellipsometer messbare maximale Dicke 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 ein Lichtintensitätsverhältnis, während die spektroskopische Ellipsometrie die Änderung des Polarisationszustands des Lichts misst.
Sowohl spektroskopische Ellipsometrie als auch Reflektometrie sind kontaktlose optische Techniken, und beide erfordern Modellierung, um ein Ergebnis zu erzielen. Ein Reflektometer misst jedoch ein Lichtintensitätsverhältnis, während die spektroskopische Ellipsometrie die Änderung des Polarisationszustands des Lichts (d. h. elektrischer Feldvektor) misst.
Reflektometrie für eine native Oxidschicht auf c-Si.
Reflektometrie reagiert nicht auf kleine Veränderungen der Dünnschichtdicke und wird daher meist bei dickeren (>100 nm) Proben verwendet, während Ellipsomie sehr empfindlich auf ultradünne Filme reagiert. Die Abbildungen rechts zeigen die Reflektometrie (oben) und den Parameter Δ, gemessen durch Ellipsometrie (unten) für eine native Oxidschicht auf c-Si.
Der Parameter Δ, gemessen durch Ellipsometrie für eine native Oxidschicht auf c-Si.
Offensichtlich ist die Reflektometrie nicht empfindlich gegenüber der ultradünnen Schicht, während die 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 kann einzelne und dicke Filme (>100 nm) messen, besitzt jedoch nicht so viel Empfindlichkeit wie die Ellipsometrie für den Umgang mit dünnen Filmen (<100 nm). Außerdem wird Reflektometrie allgemein für einschichtige transparente Filme verwendet. Sie ist für bestimmte Proben nicht nützlich, wie etwa solche, die mehrschichtig, anisotrop, absorbierend und/oder gradiert sind.
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.
