엘립소메트리는 표면에서 반사되는 빛의 편광 변화를 분석하여 박막의 광학적 및 유전적 특성을 결정하는 강력한 기술입니다. 이 분석을 통해 프로빙 광 자체의 파장보다 얇은 층, 심지어 단일 원자 층까지 얇은 층에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 엘립소메트리는 복소 굴절률 또는 유전 함수 텐서를 조사할 수 있으며 이를 통해 기본 물리적 매개변수에 액세스할 수 있고 두께, 형태, 결정 품질, 화학적 조성 또는 전기 전도도를 비롯한 다양한 시료 특성과 관련됩니다.
단색 광선을 사용하는 단일 파장(레이저) 타원편측법과 달리 분광 타원편측법(SE)은 적외선, 가시광선 또는 자외선 스펙트럼 영역의 특정 스펙트럼 범위를 포괄하는 광대역 광원을 사용합니다. 이 영역의 SE는 투명도 또는 밴드 갭 미만 영역의 굴절률과 밴드 간 전이 또는 엑시톤과 같은 전자 특성을 연구합니다. - 위키피디아
내용물
장비정보
사용된 타원계는 JA Woollam Co. , Inc.의 수직 가변 각도 분광 타원계(V-VASE)입니다. HS-190 모노크로메이터는 초점 거리가 160mm인 Czerny-Turner 스캐닝 모노크로메이터입니다. VB-400 제어 모듈에는 전원 공급 장치와 모터 드라이버가 포함되어 있습니다. AutoRetarder가 설치되어 있지만 각 테스트마다 그 사용은 선택 사항입니다. 이 장치는 검출기 장치에 들어오는 빛을 선형 편광에서 원형 편광으로 변경하여 분석기의 정확도를 향상시킵니다.
장비사양
AutoRetarder, NIR, DUV, 포커싱, 카메라, 190-1700nm의 스펙트럼 범위를 갖춘 가변 각도 분광 타원계를 갖춘 V-VASE.
- 진공 스테이지가 있는 수직 시료 스테이지는 최대 직경 200mm의 시료를 수용할 수 있습니다(*맞춤형 시료 장착 요청*)
- 20°에서 90°까지 자동 입사각.
- 탁월한 미광 제거를 위한 이중 챔버 단색 장치.
- AutoRetarder - 모든 샘플에 대해 최고의 정확도를 제공합니다. 또한 탈분극, 이방성 및 Mueller-Matrix와 같은 고급 측정도 가능합니다.
- NIR 업그레이드 – 최대 스펙트럼 한계를 ~1700nm로 업그레이드합니다.
- DUV 업그레이드 – 최소 스펙트럼 제한을 ~190nm로 업그레이드합니다.
- 포커싱 업그레이드 - 측정 빔 직경을 ~100μm(100μm 광섬유 포함)로 줄이는 탈착식 포커싱 광학 장치입니다. 초점 광학 장치는 스펙트럼 범위를 1700nm 미만으로 제한하고 입사각을 75° 이하로 제한합니다.
- 카메라 업그레이드 – 샘플의 지점 위치를 볼 수 있는 디스플레이가 있는 카메라. 실제 광선은 매끄럽고 반사되는 표면에는 나타나지 않습니다.
규약
켜기(켜고 나서 램프가 예열될 때까지 20분간 기다린 후 사용)
- 먼저 컨트롤 박스를 켭니다. 하드웨어 창에서 초기화를 클릭하여 컴퓨터를 타원계측기와 동기화합니다(WVASE32 프로그램을 실행하려면 컴퓨터에 소프트웨어 키가 있어야 함).
- 단색 장치의 조명 버튼을 누른 다음 점화를 눌러 조명을 켭니다.
- 적절한 광섬유 케이블이 연결되어 있는지 확인하십시오. 빛의 범위/빔 크기에 따라 다릅니다.
- UV: 200nm - 2100nm(흡수로 인한 불감 범위 1350nm - 1450nm)
- IR: 270nm – 2300nm
끄기
- 조명을 끄려면 모노크로메이터의 조명 버튼을 누르고, 조명을 다시 누르고 점화를 누르지 않고 꺼진 상태로 두되 전원이 켜진 상태로 두십시오.
- 전체 시스템을 끄는 경우 조명을 끈 다음 단색 장치를 끈 다음 제어 모듈과 진공을 끕니다.
교정(편광판과 분석기에 대해 0이 알려져 있는지 확인하기 위해 - 모든 새로운 테스트 세션이 시작될 때 수행되어야 함)
- 실리콘 교정 웨이퍼 삽입(스파이더 케이스에서 직접 적용)
- 샘플 정렬 – 시스템 교정을 클릭합니다(기본 설정은 괜찮습니다).
- "교정 데이터 수집 중" 진행률이 100%에 도달하면 교정이 완료됩니다.
- 파일 – 로그 보기를 클릭하여 Ps, As 값을 이전 교정과 비교합니다.
샘플 적용
- 진공박스가 켜져 있는지 확인하세요.
- 뒷면에 표시된 대로 적절한 진공 포트로 전환하십시오. 슬릿과 구멍은 각각 큰 시료와 작은 시료에 사용됩니다.
- 타원계측기의 스위치를 '환기'에서 '진공'으로 전환
- 샘플 스테이지 홈을 통해 핀셋(꼬집음)을 사용하여 진공 입구 위에 샘플을 적용합니다.
샘플 정렬(새로 배치된 모든 샘플에 대해 수행)
- 하드웨어 창에서 데이터 수집 - 정렬을 클릭합니다.
- 정렬 감지기를 조심스럽게 삽입하세요.
- 정렬 손잡이(샘플 스테이지 뒷면에 있는 검은색 손잡이 2개)를 조정하여 화면의 회색 상자 4개 중앙에 빨간색 십자가를 정렬합니다. 십자가는 자연스럽게 움직이지만 중앙에 가까워지기를 원합니다(이상적으로는 X 및 Y 값 <1) - 완료되면 Esc를 눌러 종료하세요.
- 정렬 감지기가 크게 벗어난 경우(회색 상자가 없거나 매우 작은 경우) 먼저 대략적인 샘플 정렬을 얻으려면 수동으로 빔을 찾아야 합니다.
- 정렬 감지기 제거
- 화면의 빨간색 선 높이를 최대화하기 위해 은색 손잡이를 조정하여 Z축을 정렬합니다(최근에 조명이 켜진 경우 점차 높아질 수 있음). 완료되면 Esc를 눌러 종료합니다.
데이터 수집 - 분광 분석
- 샘플 교정 및 정렬
- 하드웨어 창에서 데이터 수집 - 분광 스캔을 클릭합니다.
- 권장 옵션:
- 0.025eV - 0.05eV 파장 간격
- 20 Revs/측정 – 시끄러운 경우 더 커짐
- 3개 각도: 기판의 브루스터 각도와 동일하거나 위의 각도(유리 기판의 샘플의 경우 53°, 56°, 59°, 실리콘 기판의 샘플의 경우 70°, 74°, 78°)
- 동적 평균화(최대 100)
- 15분마다 파일 저장(처음에는 강제로 파일 이름을 지정하고 댓글을 달게 됨)
- 자세한 설정:
- 트랙 편광판 켜짐
- 델타가 180° 이상으로 올라갈 것으로 예상되는 경우 자동 리타더(켜는 것이 가장 좋음)
- 샘플 유형: 등방성 + 탈분극
- 길이: 하나의 샘플을 테스트하는 데 35~50분이 소요됩니다(AutoRetarder를 사용하는 경우 3개 각도, 0.025eV 파장 간격, 1~4.5eV 범위).
데이터 수집 - 반사 및 전송 분석
- 샘플 교정 및 정렬
- 하드웨어 창에서 데이터 획득 – R+T 데이터를 클릭합니다.
- 기준선 및 데이터 스캔
- 기본 스캔을 위해 슬라이드 스테이지를 방해가 되지 않는 곳으로 이동해야 합니다. 스테이지 베이스를 뒤로 밀고 회색 Z축 손잡이와 스테이지 사이에 두꺼운 물체(베이지색 샘플 홀더)를 끼워서 그렇게 하십시오.
- 권장 옵션:
- 파장의 0.05 또는 0.1eV 간격
- 20 Revs/측정 – 시끄러운 경우 더 커짐
- 직접 전송의 경우: 0이 아닌 증분으로 0에서 0까지 각도를 설정합니다.
- 전송 데이터를 엘립소메트리 데이터와 결합하는 경우(예: 재료 구성 결정용) 분광학 스캔 각도와 일치하도록 각도를 설정합니다.
- 15분마다 파일 저장(처음에는 강제로 파일 이름을 지정하고 댓글을 달게 됨)
- 길이: 하나의 샘플을 테스트하는 데 약 10-15분이 소요됩니다.
데이터 수집 - 산란계 분석
- 샘플 교정 및 정렬
- 하드웨어 창에서 데이터 획득 – R+T 데이터를 클릭합니다.
- 산란계에서:
- 분산 측정 활성화 확인
- 스윕 감지기(감지기가 움직여 산란된 빛을 포착함)
- 감지기가 스윕할 영역을 선택하고(즉, 각도가 70으로 설정된 경우 -10 ~ 10은 60도에서 80도까지 스윕함) 측정 간격을 설정합니다.
- 기준선 및 데이터 스캔
- 기본 스캔을 위해 슬라이드 스테이지를 방해가 되지 않는 곳으로 이동해야 합니다. 스테이지 베이스를 뒤로 밀고 회색 Z축 손잡이와 스테이지 사이에 두꺼운 물체(베이지색 샘플 홀더)를 끼워서 그렇게 하십시오.
- 권장 옵션
- 하나의 반사 각도를 선택합니다(일반 투과의 경우 0~0 x 1, 60도 반사 각도에서 산란의 경우 60~60 x 1 등).
- 파장의 0.1eV 간격
- 20회전/측정
- 15분마다 파일 저장(처음에는 강제로 파일 이름을 지정하고 댓글을 달게 됨)
- 길이: 하나의 샘플을 테스트하는 데는 0.1eV로 측정된 주어진 파장 범위를 사용하여 -10에서 10까지 0.2로 스위프하는 한 각도에서 약 1-1.5시간이 소요됩니다.<br
데이터 수집 - 이방성 샘플에 대한 산란계 분석
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산란계는 빛과 이방성 박막의 상호 작용에 대한 유용한 정보를 보여줍니다. 샘플이 광학적으로 이방성인 경우 입사광의 각도와 샘플에서 빛이 도달하는 위치가 중요합니다.
등방성 샘플의 경우 반사는 입사각이 반사각과 동일하다는 것을 의미하는 스넬의 법칙에 따라 발생합니다. 따라서 타원계가 T/R 모드에 있을 때 검출기는 자동으로 스넬의 법칙을 따르는 위치로 이동합니다. V-VASE의 산란계의 경우 검출기는 샘플 스테이지 주위로 방위각으로 이동할 수 있습니다. 이는 스넬의 법칙을 따르지 않고 다른 각도에서 반사/투과가 발생하는 이방성 샘플에 유용합니다. 탐지기를 방위각으로 움직이면 반사된 광선을 탐지할 수 있습니다. 서로 다른 미세 구조의 경우 서로 다른 각도에서 서로 다른 산란이 발생할 수 있으므로 이상적인 방법은 검출기가 입사 평면에서 180도 스캔하는 것입니다. 그러나 V-VASE는 주로 산란계용으로 설계되지 않았기 때문에 검출기가 방위각(반사 모드)으로 입사면에서 180도를 스캔할 수 없다는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
그림은 검출기 위치와 입사빔의 평면도를 개략적으로 보여줍니다. 검출기와 입사빔이 도달할 수 있는 가장 가까운 각도는 30도입니다. 따라서 검출기는 방위각으로 (θ i -30 o )+ 90o 도 에 대해서만 반사광을 스캔할 수 있습니다 . 검출기는 이 범위 내에서 반사성 피크뿐만 아니라 비반사성 피크도 측정할 수 있습니다(그림에서 빨간색 곡선으로 표시). 그러나 검출기가 처리할 수 없는 측면에서 발생하는 산란(90o - θ i )+ 30o는 수집된 데이터에서 누락됩니다. 높은 입사각의 경우 검출기로 더 넓은 범위를 스캔할 수 있습니다. 예를 들어, 입사각이 70o인 경우 검출기 는 (70o -30o)+90o =130o도 스캔 하고 입사광 에서 멀어지는 방향 으로 시계 방향으로 스캔을 시작할 수 있습니다. 입사각이 15도인 경우 감지기는 광원에서75 ° 만 이동할 수 있습니다.
이러한 제한으로 인해 다양한 입사각에 대해 감지기의 움직임을 독립적으로 설정해야 합니다.
규약
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- 샘플 교정 및 정렬
- 하드웨어 창에서 데이터 획득 – R+T 데이터를 클릭합니다.
- 데이터 유형: PR. 뒷면이 없는 Refl-P-Pol(이 옵션의 경우 S-편광 또는 비편광도 사용할 수 있음)
- 산란계에서:
- 분산 측정 활성화 확인
- 스윕 감지기(감지기가 움직여 산란된 빛을 포착함)
- 감지기가 Sweep할 영역을 선택합니다. (입사각에 따라 감지기가 Sweep할 수 있는 영역이 달라집니다.)
- 기준선 및 데이터 스캔
- 기본 스캔을 위해 슬라이드 스테이지를 방해가 되지 않는 곳으로 이동해야 합니다. 스테이지 베이스를 뒤로 밀고 회색 Z축 손잡이와 스테이지 사이에 두꺼운 물체(베이지색 샘플 홀더)를 끼워서 그렇게 하십시오.
- 입사각 선택
- 파장 선택
- 변경 창에서:
- 동적 평균화 활성화를 확인하십시오. "동적 평균화를 사용하면 WVASE는 평균화된 데이터의 노이즈 표준 편차가 특정 컷오프 수준 아래로 떨어질 때까지 데이터를 평균화하여 평균화할 분석기 주기 수를 결정할 수 있습니다."
- 최대 회전수를 2000으로 설정합니다.
- Max # of Rev의 수가 많으면 실험 시간이 많이 걸리지만 얻은 데이터는 덜 잡음이 많습니다. 이는 반사 피크만큼 강하지 않을 수 있는 비 반사 피크를 관찰하는 데 유용합니다.
