椭偏仪—介质膜的首选方法

当工艺进入先进制程,薄膜厚度降到几纳米甚至几埃(Å)级别时(例如先进逻辑芯片中极薄的 High-K 栅极介质层),传统的光谱反射法会完全失效,此时唯有椭偏仪能够胜任。

什么是偏振光?

普通光:电场振动方向随机,各方向均有

线偏振光:电场只在一个平面内振动

椭圆偏振光:电场端点轨迹是椭圆

椭偏仪的名称就来源于椭圆偏振光。

核心物理原理?

传统的光谱反射法(Reflectometry)测量的是光反射回来的强度(亮度)变化,这容易受到光源老化、表面灰尘等干扰。

椭偏仪的绝妙之处在于:它完全不关心光有多亮,它只关心光的"姿态"(偏振状态)发生了什么扭曲。

入射光:椭偏仪打出的是一束经过精确控制的线偏振光。我们可以把这束光分解为两个相互垂直的振动分量:

p 波(平行于入射面的光波)

p 波(平行于入射面的光波)

s 波(垂直于入射面的光波)

当这束光倾斜照射到薄膜表面并反射回来时,薄膜的厚度和折射率会对 p 波和 s 波产生不同程度的反射率衰减和不同程度的相位延迟。

因为 p 波和 s 波的步调不一致了,原本的"线偏振光"在反射后,其电矢量轨迹就会变成一个椭圆形,这就是"椭圆偏振光"(也是椭偏仪名字的由来)。

椭偏仪的两个核心测量?

椭偏仪测量的是反射前后p/s分量的振幅比变化和相位差变化:

Ψ(Psi,0°--90°):反映振幅比变化

Δ(Delta,0°--360°):反映相位差变化

这两个参数是椭偏仪的原始测量输出,本身没有直接物理意义,需要通过光学模型换算成膜厚和折射率。

#椭偏仪#半导体#薄膜

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