Ellipsometry, Transmission/Reflection and Scatterometry: QAS Lab/エリプソメトリー、透過/反射測定、散乱測定：QASラボ

このページは、クイーンズ大学 応用持続可能性研究グループによって作成されました。

エリプソメトリーは、表面から反射する光の偏光の変化を解析することで、薄膜の光学的特性と誘電特性を決定する強力な手法です。この解析により、プローブ光の波長よりも薄い層、さらには単原子層に至るまでの情報を得ることができます。エリプソメトリーは、複素屈折率テンソルまたは誘電関数テンソルを測定することができ、これにより基本的な物理パラメータにアクセスすることが可能となり、厚さ、形態、結晶品質、化学組成、電気伝導率など、さまざまな試料特性と関連付けられます。

単波長（レーザー）エリプソメトリーが単色光ビームを使用するのに対し、分光エリプソメトリー（SE）は、赤外線、可視光、または紫外線のスペクトル領域における特定のスペクトル範囲をカバーする広帯域光源を使用します。これらの領域におけるSEは、透明領域またはバンドギャップ以下の領域における屈折率、およびバンド間遷移や励起子などの電子特性を研究します。 - Wikipedia

使用するエリプソメーターは、JA Woollam Co. , Inc.製の垂直可変角度分光エリプソメーター（V-VASE）です。HS-190モノクロメーターは、焦点距離160mmのチェルニー・ターナー走査型モノクロメーターです。VB-400制御モジュールには、電源とモータードライバーが内蔵されています。オートリターダーが搭載されていますが、各テストでの使用は任意です。この装置は、検出器ユニットに入射する光を直線偏光から円偏光に変更することで、アナライザーの精度を向上させます。

オートリターダー、近赤外線、深紫外、フォーカシング、カメラ、190～1700nmのスペクトル範囲を持つ可変角度分光エリプソメーターを備えたV-VASE。

• 真空ステージ付き垂直サンプルステージは、最大直径200mmまでのサンプルに対応可能です（*カスタムサンプル取り付けについてはお問い合わせください*）。
• 入射角を20°から90°まで自動調整します。
• 優れた迷光除去性能を実現する二重チャンバー式分光器。
• オートリターダーは、あらゆるサンプルに対して最高の精度を提供します。また、偏光解消、異方性、ミュラー行列などの高度な測定も可能です。
• 近赤外線アップグレード – 最大スペクトル限界を約1700nmにアップグレードします。
• DUVアップグレード – 最小スペクトル限界を約190nmにアップグレードします。
• フォーカシングアップグレード – 取り外し可能なフォーカシング光学系により、測定ビーム径を約100μmまで縮小できます（付属の100μm光ファイバーを使用）。フォーカシング光学系は、スペクトル範囲を1700nm以下、入射角を75°以下に制限します。
• カメラのアップグレード – サンプル上のスポットの位置を確認できるディスプレイ付きカメラ。実際の光線は、滑らかで鏡面仕上げの表面には表示されません。

電源を入れる（電源を入れた後、ランプが温まるまで20分待ってから使用してください）

• まずコントロールモジュールをオンにしてから、モノクロメータの電源をオンにしてください。
• 数秒待ってからランプ電源をオンにし、さらに数秒待ってからイグニッションを押してライトを点灯します。
• ハードウェアウィンドウで、「初期化」をクリックしてコンピュータをエリプソメーターと同期させます（WVASE32プログラムを実行するには、ソフトウェアキーがコンピュータに挿入されている必要があります）。
• 適切な光ファイバーケーブルが接続されていることを確認してください。これは光の範囲/ビームのサイズによって異なります。

• 紫外線：200nm～2100nm（1350nm～1450nmは水の吸収により不感帯）
• 赤外線：270nm～2300nm

電源を切る

• モノクロメーターのライトボタンを押すとライトが消え、もう一度ライトボタンを押して点火ボタンは押さずにそのままにしておくと、電源は入ったままですがライトは消えたままになります。
• システム全体をオフにする場合は、ライトをオフにしてからモノクロメーターをオフにし、次に制御モジュールと真空をオフにします。

校正（偏光子と検光子のゼロ点が既知であることを確認するため。新しいテストセッションの開始時に毎回実施する必要があります）

• シリコン校正ウェハを挿入します（スパイダーケースから直接挿入してください）。
• 「データ取得」→「システム校正」をクリックしてください（デフォルト設定で問題ありません）。
• 「キャリブレーションデータの取得」の進行状況が100%に達すると、キャリブレーションが完了します。
• ファイル→ログの表示をクリックして、Ps、Asの値を以前の校正値と比較してください。

サンプルの適用

• 掃除機の電源が入っていることを確認してください。
• 背面に表示されている適切な真空ポートに切り替えてください。スリットと穴は、それぞれ大きなサンプルと小さなサンプルに使用されます。
• エリプソメーターのスイッチを「ベント」から「バキューム」に切り替える
• ピンセット（しっかりと挟む）を使ってサンプルステージの溝からサンプルを取り出し、真空開口部の上に塗布する。

サンプルの位置合わせ（新しく配置されたサンプルごとに実行されます）

• ハードウェアウィンドウで、「データの取得」→「アライメント」をクリックします。
• アライメント検出器を慎重に挿入する
• サンプルステージ背面にある2つの黒いノブ（アライメントノブ）を調整して、画面上の4つの灰色のボックスの中央に赤い十字を合わせます。十字は自然に動きますが、中央に近い位置（理想的にはXとYの値が1未満）になるようにしてください。完了したらEscキーを押して終了します。

• アライメント検出器が大きくずれている場合（灰色のボックスが表示されない、または非常に小さい場合）、まず手動でビームを見つけて大まかなサンプルアライメントを行う必要があります。

• 位置合わせ検出器を取り外す
• 銀色のノブを調整してZ軸を合わせ、画面上の赤い線の高さが最大になるようにします（ライトが点灯した直後は徐々に上昇する場合があります）。完了したらEscキーを押して終了します。

• サンプルを校正および位置合わせする
• ハードウェアウィンドウで、「データの取得」→「分光スキャン」をクリックします。
• おすすめのオプション：

• 0.025eV～0.05eVの波長間隔
• 20回転/測定 – 騒音が大きい場合はそれ以上
• 3つの角度：基板のブリュースター角より下、等しい、上（ガラス基板上のサンプルでは53°、56°、59°、シリコン基板上のサンプルでは70°、74°、78°）
• 動的平均化（最大100）
• 15分ごとにファイルを保存（初期設定でファイル名とコメントを強制的に指定）

• その他の設定:

• トラック偏光板をオンにする
• デルタが180°を超えることが予想される場合は、オートリターダーをオンにする（オンにしておくのが最適）。
• サンプルタイプ：等方性＋偏光解消

• 所要時間：1つのサンプルをテストするには35～50分かかります（オートリターダーを使用した場合、3つの角度、0.025eVの波長間隔、1～4.5eVの範囲）。

• サンプルを校正および位置合わせする
• ハードウェアウィンドウで、「データの取得 - R+Tデータ」をクリックします。
• ベースラインおよびデータスキャン

• ベースラインスキャンを行うには、スライドステージを邪魔にならないように移動する必要があります。そのためには、ステージのベースを後ろに押し、灰色のZ軸ノブとステージの間に厚い物体（ベージュのサンプルホルダー）を挟み込んでください。

• おすすめのオプション：

• 波長の0.05または0.1eV間隔
• 20回転/測定 – 騒音が大きい場合はそれ以上
• 直接伝送の場合：角度を0から0まで、0以外の増分で設定します。
• 透過データとエリプソメトリーデータを組み合わせる場合（例えば、材料組成を決定する場合）、分光スキャン角度に合わせて角度を設定してください。
• 15分ごとにファイルを保存（初期設定でファイル名とコメントを強制的に指定）

• 所要時間：サンプル1つの検査には約10～15分かかります。

• サンプルを校正および位置合わせする
• ハードウェアウィンドウで、「データの取得 - R+Tデータ」をクリックします。
• 散乱測定法において：

• 散乱測定が有効になっているか確認してください
• スイープ検出器（散乱光を検出するために移動する検出器）
• 検出器がスキャンする領域を選択します（例：-10から10を選択すると、角度が70に設定されている場合、60度から80度までスキャンされます）。次に、測定間隔を設定します。

• ベースラインおよびデータスキャン

• ベースラインスキャンを行うには、スライドステージを邪魔にならないように移動する必要があります。そのためには、ステージのベースを後ろに押し、灰色のZ軸ノブとステージの間に厚い物体（ベージュのサンプルホルダー）を挟み込んでください。

• おすすめオプション

• 反射角を1つ選択してください（0～0×1で通常の透過、60～60×1で60度の反射角での散乱など）。
• 波長の0.1eV間隔
• 20回転/測定
• 15分ごとにファイルを保存（初期設定でファイル名とコメントを強制的に指定）

• 所要時間：1つのサンプルをテストするには、-10から10まで0.2ずつ角度を掃引し、0.1eV単位で測定された波長範囲で、約1～1.5時間かかります。