Elipsometria W to potężna technika, dzięki której analizuje się zmianę polaryzacji światła odbitego od powierzchni w celu określenia właściwości optycznych i dielektrycznych cienkiej warstwy. Analiza ta może dostarczyć informacji o warstwach cieńszych niż długość fali samego światła sondującego, nawet w przypadku pojedynczej warstwy atomowej. Elipsometria może badać złożony współczynnik załamania światła lub tensor funkcji dielektrycznej, co daje dostęp do podstawowych parametrów fizycznych i jest powiązany z różnymi właściwościami próbki, w tym grubością, morfologią, jakością kryształów, składem chemicznym lub przewodnością elektryczną.
W przeciwieństwie do elipsometrii jednofalowej (laserowej), która wykorzystuje monochromatyczną wiązkę światła, elipsometria spektroskopowa (SE) wykorzystuje szerokopasmowe źródła światła, które pokrywają pewien zakres widmowy w zakresie widma podczerwonego, widzialnego i ultrafioletowego. SE w tych obszarach bada współczynnik załamania światła w obszarze przezroczystości lub poniżej przerwy wzbronionej oraz właściwości elektroniczne, takie jak przejścia między pasmami lub ekscytony.
SE wykorzystuje światło spolaryzowane do określenia właściwości optoelektronicznych materiału. SE wymaga pewnej wiedzy na temat badanej próbki, takiej jak liczba i grubość warstw osadzonych na podłożu przezroczystym w zakresie roboczym SE.
Zawartość
Tło dotyczące elipsometrii
Teksty dostępne w bibliotece MOST
- Podręcznik użytkownika dotyczący elipsometrii autorstwa HG Tompkinsa
- Zasady i zastosowania spektroskopowej elipsometrii autorstwa Hiroyuki Fujiwara
- Notatki dotyczące elipsometrii spektroskopowej autorstwa RW Collinsa
Sprzęt
| Model elipsometryczny VWASE VB-400 |
|---|
 Moduł elipsometryczny |
Zastosowanym elipsometrem jest elipsometr spektroskopowy o zmiennym kącie (VASE) firmy JA Woollam. VASE jest podłączony do komputera, na którym do gromadzenia danych wykorzystywane jest oprogramowanie WVase32. Dane zapisywane są przez program w postaci pliku .txt, który można zaimportować do innego oprogramowania, np. Libre Office , w celu analizy. Elipsometr JA Woollam V-VASE W jest dostępny do elipsometrii w pokoju M&M 431 w MTU. Ogólne dane techniczne wazonów
Dane techniczne spektroskopowego elipsometru spektroskopowego o zmiennym kącie (VASE) firmy JA Woollam
Opis sprzętu Nasz sprzęt składa się z następującego głównego sprzętu;
Monochromator HS-190 o następujących specyfikacjach;
- Źródło światła o mocy 75 W - szybki system monochromatorowy.
- Monochromator skaningowy Czerny-Turner o ogniskowej f = 160 mm i efektywnym współczynniku apertury f/4,5.
- Nasz standardowy model ma zakres widmowy 250 - 1700 nm i aktualizację DUV do 190 nm.
Kabel światłowodowy Nasz system wykorzystuje kabel światłowodowy o następujących specyfikacjach;
- Rdzeń o średnicy 200 mikronów z powłoką z krzemionki domieszkowanej o grubości 25 mikronów.
- Światłowód jest zakończony na każdym końcu złączem SMA dla łatwego wkładania i wyjmowania.
- Światłowód IR transmituje fale o długości powyżej 300 nm oraz,
- Promień gięcia ≥ 50 mm.
Przykładowy etap Nasz model składa się z następujących etapów:
- Standardowy stolik pionowy mieszczący próbki o średnicy do 150 mm,
- HTC - stopień grzania 100 (temperatura pokojowa do 300 stopni Celsjusza),
- 6-calowy stolik XY do mapowania próbek oraz
- sample Rotator umożliwiający bardzo precyzyjny obrót próbki (tylko 360 0 theta) do badania anizotropii.
Nasz system zawiera również automatyczny zwalniacz 0 - 360 0 i w pełni zautomatyzowany kąt padania 20 -90 0 .
Zanim zaczniesz
Zanim będzie można korzystać z elipsometru, należy przejść quiz szkoleniowy w zakresie bezpieczeństwa w zakładzie mikrofabrykacji MTU . Jeśli jesteś zainteresowany przeszkoleniem w zakresie obsługi tego sprzętu, porozmawiaj z dr Pearcem, a następnie wyślij e-mail na adres: Paul Bergstrom (paulb@mtu.edu) lub Bill Knudsen (wknudsen@mtu.edu), aby uzyskać więcej informacji.
Zanim będzie można samodzielnie korzystać z tego sprzętu, należy uzyskać certyfikat. Przed przystąpieniem do egzaminu praktycznego należy przeprowadzić program szkoleniowy składający się z (3 obserwacji/3 operacji). Po zdaniu egzaminu praktycznego można przystąpić do samodzielnej obsługi sprzętu.
Do wykonania elipsometrii wykorzystuje się następującą metodę (wg nauczania na szkoleniu).
Włączanie systemu
| Panel sterowania elipsometrią |
|---|
 Panel sterowania |
ZATRZYMAJ SIĘ! NAJPIERW ZALOGUJ SIĘ . Dziennik jest zawsze w laboratorium.
Włącz zasilanie LAMPY (na panelu sterowania elipsometru (patrz zdjęcie))
WŁĄCZ ZAPŁON (przełącznik znajduje się obok włącznika zasilania LAMPY)
Włącz zasilanie monochromatora
Otwórz program WVASE32 z pulpitu i kliknij ekran SPRZĘT
Pamiętaj, aby na tym etapieZAŁOŻYĆ RĘKAWICE .
Procedura kalibracji systemu
- Otwórz skrzynkę kalibracyjną i
- Usuń próbkę kalibracyjną
- Włącz podciśnienie podczas załadunku (przełącznik znajduje się pod sceną)
- Umieść próbkę kalibracyjną na scenie
| Próbka kalibracyjna na scenie |
|---|
 Przykładowy etap |
Inicjalizacja sprzętu
Na pasku narzędzi kliknij „Inicjuj”, aby rozpocząć inicjalizację sprzętu. ( Poczekaj, może to zająć kilka minut )
- Po wyświetleniu monitu wpisz swoją nazwę użytkownika, zaczynając od imienia i inicjału nazwiska .
Przejdź do paska narzędzi i kliknij Acquire Data, a następnie Align Sample .
Wyrównanie próbki
Zostaniesz poproszony o umieszczenie czerwonego (+) na środku przecinających się linii (na pulpicie).
- dostać się do +0,5 i -0,5 punktu początkowego (zarówno na osi y, jak i x).
Do wyrównania w kierunku y
- Wyreguluj górne pokrętło z tyłu elipsometru, aby wyrównać szare paski i wyrównać w pionie
Do wyrównania w kierunku X
| Ustawienia kalibracji |
|---|
 Przykładowe ustawienia kalibracji |
- Wyreguluj dolne pokrętło z tyłu elipsometru, aby ustawić je w poziomie
- Naciśnij ESC po wyrównaniu, aby zaakceptować
Maksymalizacja intensywności
Zostaniesz poproszony o <Maksymalizacja intensywności.>
- Naciśnij OK
- Wyreguluj przednie szare pokrętło dla kierunku z
Linia będzie przebiegać przez ekran,
- Zmaksymalizuj intensywność, doprowadzając tę linię do wartości szczytowej.
- Naciśnij ESC po zmaksymalizowaniu, aby zaakceptować
Kalibrowanie
Przejdź do: Pasek narzędzi -> Pozyskaj dane -> Kalibruj system
- Kliknij OK na ekranie, który się pojawi
- Poczekaj na zakończenie procesu kalibracji (może to zająć minutę lub dłużej).
- Usuń próbkę kalibracyjną, przytrzymując i wyłączając próżnię
- Włóż do pojemnika na próbki kalibracyjne stroną zadrukowaną do dołu i zamknij
Skany spektroskopowe
Załaduj próbkę testową na scenę (jak w poprzednim przypadku).
- Włącz próżnię (jeżeli została wyłączona po kalibracji).
- !!Upewnij się, że próżnia jest wystarczająco silna, aby utrzymać próbkę na scenie!! - przed wypuszczeniem przetestuj próbkę pęsetą.
- Przełącz wąż z tyłu stolika próbki elipsometru na inną dyszę, aby uzyskać większą moc ssania lub większe rozmiary próbek.
Powtórz procedury wyrównywania i maksymalizacji intensywności, jak opisano powyżej.
Iść do; Pasek narzędzi -> Pozyskaj dane -> Wyrównaj próbkę
- Naciśnij OK, aby wyświetlić ekran dialogowy
- Dostosuj x i y zgodnie z opisem powyżej (patrz kalibracja powyżej)
- Po zakończeniu naciśnij ESC
- Dostosuj z w celu maksymalizacji intensywności (patrz kalibracja powyżej)
- Po zakończeniu naciśnij ESC
Wykonywanie skanów spektroskopowych
Iść do; Pasek narzędzi -> Pozyskaj dane -> Skanowanie spektroskopowe
- Ustaw parametry skanowania (kliknij na obrazek, żeby zobaczyć przykładowe ustawienia skanowania)
| Ustawienia skanowania spektroskopowego |
|---|
 Przykładowe ustawienia |
- Po ustawieniu parametrów naciśnij OK
- Naciśnij OK, aby wyświetlić okno dialogowe, które się pojawi
- Wybierz katalog na komputerze, w którym chcesz zapisać wyniki skanowania.
- Nazwij próbkę, np. SiO2, aby zeskanować próbkę tlenku; a-Si dla próbki amorficznego krzemu itp.
- Naciśnij OK, aby rozpocząć skanowanie.
Czas trwania skanowania
- ~5 minut dla izotropowego
- ~30 minut lub więcej dla izotropii + depolaryzacji
Zdjąć próbkę/wyłączyć próżnię
- Odłóż próbkę
Zamykanie
Po zakończeniu wszystkich skanów:
- Wyłącz ZASILANIE LAMPY
- Wyjdź z programu
- Wyloguj
- Wypełnij dziennik
Analiza i modelowanie danych
Po zakończeniu skanowania następnym krokiem jest zbudowanie modelu.
Budowanie modelu (to tylko ogólny opis)
Przed zbudowaniem modelu należy wiedzieć;
- Liczba warstw w próbce (która może zawierać warstwy chropowatości),
- Tożsamość różnych warstw i
- Przybliżona grubość każdej warstwy.
| Okno modelu |
|---|
 Przykładowe ustawienia |
Kliknij Okno modelu (na pulpicie) (patrz rys. 4)
Więc idź; Pasek narzędzi -> Dodaj warstwę
- Rozpocznij od dodania pierwszej warstwy, np. jeśli próbką jest podłoże + film tlenkowy;
- Korzystając z ogólnej nazwy materiału znalezionej w bazie danych, dodaj warstwę;
- tj. Si.mat dla krzemu, a-si.mat dla krzemu amorficznego lub szkło dla podłoża szklanego
- następnie nakładać kolejną warstwę postępując analogicznie jak w przypadku podłoża.
- W zależności od próbki można także budować modele wielowarstwowe. Zobacz okno Modelu, aby zobaczyć jeden z naszych przykładowych skanów (warstwa p na szkle)
Uwaga: możesz usunąć i dodać inną warstwę podczas budowania modelu za pomocą opcji „Dodaj/Usuń warstwę z paska narzędzi.
- LUB dodaj wiele warstw, korzystając z informacji o poprzednim skanowaniu z odpowiedniego katalogu
- Wpisz przybliżoną grubość warstwy.
Analiza danych
Po nałożeniu warstwy na podłoże i wpisaniu przybliżonej grubości warstwy;
| Dane eksperymentalne |
|---|
 Przykładowe wyniki |
- Sprawdź dopasowanie (pozostawiając n i k niezaznaczone)
- Naciśnij OK
- Naciśnij CTRL F, aby dopasować (aby porównać dane modelowe i eksperymentalne). Zobacz rysunki po prawej stronie.
- Naciśnij OK
- Dostosuj parametry modelu i
Kontynuuj dopasowywanie, aż model będzie pasował eksperymentalnie, a błędy zostaną zminimalizowane
| Dane wygenerowane i eksperymentalne |
|---|
 Dopasuj przykładowe wyniki |
Zobacz rysunek dopasowanych akceptowalnych wyników.
„Proces eksploracji danych”
Aby uzyskać dalsze dane z dopasowanego modelu;
- Naciśnij CTRL + T;
- Raz, aby uzyskać pseudo wartości epsilon 1 i 2
- Dwukrotnie, aby uzyskać pseudowartości n i k
- Trzy razy -> rzeczywiste wartości e1 i e2 lub n i k
Określanie stałych optycznych i jednostek grubości warstwy
| Okno domyślnych ustawień wazonu |
|---|
 Okno domyślnych ustawień wazonu |
- Naciśnij CTRL + D, a pojawi się okno pokazane na rysunku.
Z ekranu ustawień domyślnych wazonu
- Wybierz e1 i e2, aby otrzymać wykres zmian e1 i e2 w zależności od długości fali, lub
- Otrzymane wartości n i k --> Zmiana n i k w zależności od długości fali.
Uwaga : możesz także uzyskać surowe dane epsilon, n i k i zapisać je jako pliki tekstowe lub Excel.
