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薄膜反射光谱仪薄膜测厚仪椭偏仪台阶仪

  • 型   号:NanoX-3-5
  • 更新时间:2017-02-28
  • 访问次数:2408
  • 价   格:

薄膜反射光谱仪薄膜测厚仪椭偏仪台阶仪
薄膜的光学特性主要有反射和干涉.NanoCalc薄膜反射测量系统可以用来进行10nm~250µm的膜厚分析测量,对单层膜的分辨率为0.1nm。根据测量软件的不同,可以分析单层或多层膜厚。

薄膜反射光谱仪薄膜测厚仪椭偏仪台阶仪

NanoCalc薄膜反射光谱仪系统

薄膜反射光谱仪薄膜测厚仪椭偏仪台阶仪

薄膜的光学特性主要有反射和干涉.NanoCalc薄膜反射测量系统可以用来进行10nm~250µm的膜厚分析测量,对单层膜的分辨率为0.1nm。根据测量软件的不同,可以分析单层或多层膜厚。

产品特点

  • 可分析单层或多层薄膜

  • 分辨率达0.1nm

  • 适合于在线监测

  • 操作理论

zui常用的两种测量薄膜的特性的方法为光学反射和投射测量、椭圆光度法测量。NanoCalc利用反射原理进行膜厚测量。

查找n和k值

可以进行多达三层的薄膜测量,薄膜和基体测量可以是金属、电介质、无定形材料或硅晶等。NanoCalc软件包含了大多数材料的n和k值数据库,用户也可以自己添加和编辑。

应用

NanoCalc薄膜反射材料系统适合于在线膜厚和去除率测量,包括氧化层、中氮化硅薄膜、感光胶片及其它类型的薄膜。NanoCalc也可测量在钢、铝、铜、陶瓷、塑料等物质上的抗反射涂层、抗磨涂层等。

根据实验情况选择不同光谱

NC-UV-VIS-NIR
重量:250-1100 nm
厚度:10 nm-70 µm
光源:氘卤灯
NC-UV-VIS
重量:250-850 nm
厚度:10 nm-20 µm
光源:氘卤灯
NC-VIS-NIR
重量:400-1100 nm
厚度:20nm-100µm (可选1µm-250µm)
光源:卤灯
NC-VIS
重量:400-850 nm
厚度:50 nm-20μm
光源:卤灯
NC-NIR
重量:650-1100 nm
厚度:70 nm-70μm
光源:卤灯
NC-NIR-HR
重量:650-1100 nm
厚度:70 nm-70μm
光源:卤灯
NC-512-NIR
重量:900-1700 nm
厚度:50 nm-200μm
光源:高亮度卤灯

NanoCalc规格

入射角90°
层数3层以下
需要进行参考值测量
透明材料
传输模式
粗糙材料
测量速度100ms - 1s
在线监测可以
公差(高度)参考值测量或准直(74-UV)
公差(角度)参考值测量
微黑子选项配显微镜
显示选项配显微镜
定位选项6"和12" XYZ 定位台
真空可以

椭偏仪 

椭偏仪[1-2] 是一种用于探测薄膜厚度、光学常数以及材料微结构的光学测量仪器。由于测量精度高,适用于超薄膜,与样品非接触,对样品没有破坏且不需要真空,使得椭偏仪成为一种吸引力的测量仪器。

下图给出了椭偏仪的基本光学物理结构。已知入射光的偏振态,偏振光在样品表面被反射,测量得到反射光偏振态(幅度和相位),计算或拟合出材料的属性。

入射光束(线偏振光)的电场可以在两个垂直平面上分解为矢量元。P平面包含入射

光和出射光,s平面则是与这个平面垂直。类似的,反射光或透射光是典型的椭圆偏振光,因此仪器被称为椭偏仪。关于偏振光的详细描述可以参考其他文献。在物理学上,偏振态的变化可以用复数ρ来表示:其中,ψ和?分别描述反射光p波与s波振幅衰减比和相位差。P平面和s平面上的Fresnel反射系数分别用复函数rp和rs来表示。rp和rs的数学表达式可以用Maxwell方程在不同材料边界上的电磁辐射推到得到。

其中?0是入射角,?1是折射角。入射角为入射光束和待研究表面法线的夹角。通常椭偏仪的入射角范围是45°到90°。这样在探测材料属性时可以提供zui佳的灵敏度。每层介质的折射率可以用下面的复函数表示

通常n称为折射率,k称为消光系数。这两个系数用来描述入射光如何与材料相互作用。它们被称为光学常数。实际上

,尽管这个值是随着波长、温度等参数变化而变化的。当待测样品周围介质是空气或真空的时候,N0的值通常取1.000。

通常椭偏仪测量作为波长和入射角函数的ρ的值(经常以ψ和?或相关的量表示)。一次测量完成以后,所得的数据用来分析得到光学常数,膜层厚度,以及其他感兴趣的参数值。如下图所示,分析的过程包含很多步骤。

可以用一个模型(model)来描述测量的样品,这个模型包含了每个材料的多个平面,包括基底。在测量的光谱范围内,用厚度和光学常数(n和k)来描述每一个层,对未知的参数先做一个初始假定。zui简单的模型是一个均匀的大块固体,表面没有粗糙和氧化。这种情况下,折射率的复函数直接表示为:

但实际应用中大多数材料都是粗糙或有氧化的表面,因此上述函数式常常不能应用。

图中的下一步,利用模型来生成Gen.Data,由模型确定的参数生成Psi和Detla数据,并与测量得到的数据进行比较,不断修正模型中的参数使得生成的数据与测量得到的数据尽量*。即使在一个大的基底上只有一层薄膜,理论上对这个模型的代数方程描述也是非常复杂的。因此通常不能对光学常数、厚度等给出类似上面方程一样的数学描述,这样的问题,通常被称作是反演问题。

zui通常的解决椭偏仪反演问题的方法就是在衰减分析中,应用Levenberg-Marquardt算法。利用比较方程,将实验所得到的数据和模型生成的数据比较。通常,定义均方误差为:

在有些情况下,zui小的MSE可能产生非物理或非*的结果。但是加入符合物理定律的限制或判断后,还是可以得到很好的结果。衰减分析已经在椭偏仪分析中收到成功的应用,结果是可信的、符合物理定律的、精确可靠。

仪器构造

编辑

在光谱椭偏仪的测量中使用不同的硬件配置,但每种配置都必须能产生已知偏振态的光束。测量由被测样品反射后光的偏振态。这要求仪器能够量化偏振态的变化量ρ。

有些仪器测量ρ是通过旋转确定初始偏振光状态的偏振片(称为起偏器)。再利用第二个固定位置的偏振片(称为检偏器)来测得输出光束的偏振态。另外一些仪器是固定起偏器和检偏器,而在中间部分调制偏振光的状态,如利用声光晶体等,zui终得到输出光束的偏振态。这些不同的配置的zui终结果都是测量作为波长和入射角复函数ρ。

在选则合适的椭偏仪的时候,光谱范围和测量速度也是一个通常需要考虑的重要因素。可选的光谱范围从深紫外的142nm到红外的33microm。光谱范围的选择通常由应用决定。不同的光谱范围能够提供关于材料的不同信息,合适的仪器必须和所要测量的光谱范围匹配。

测量速度通常由所选择的分光仪器(用来分开波长)来决定。单色仪用来选择单

椭偏仪基本架构椭偏仪基本架构

一的、窄带的波长,通过移动单色仪内的光学设备(一般由计算机控制),单色仪可以选择感兴趣的波长。这种方式波长比较准确,但速度比较慢,因为每次只能测试一个波长。如果单色仪放置在样品前,有一个优点是明显减少了到达样品的入射光的量(避免了感光材料的改变)。另外一种测量的方式是同时测量整个光谱范围,将复合光束的波长展开,利用探测器阵列来检测各个不同的波长信号。在需要快速测量的时候,通常是用这种方式。傅立叶变换分光计也能同时测量整个光谱,但通常只需一个探测器,而不用阵列,这种方法在红外光谱范围应用zui为广泛。

种类

编辑

椭偏仪 全自动光谱椭偏仪 成像椭偏仪(成像椭圆偏振技术)激光单波长椭偏仪……[3] 

光谱范围

编辑

zui初,椭偏仪的工作波长多为单一波长或少数独立的波长,zui典型的是采用激光或对电弧等强光谱光进行滤光产生的单色光源。现在大多数的椭偏仪在很宽的波长范围内以多波长工作(通常有几百个波长,接近连续)。和单波长的椭偏仪相比,光谱型椭偏仪有下面的优点:可以提升多层探测能力,可以测试物质对不同波长光波的折射率等。

椭偏仪的光谱范围在深紫外的142nm到红外33um可选。光谱范围的选择取决于被测材料的属性、薄膜厚度及关心的光谱段等因素。例如,掺杂浓度对材料红外光学属性有很大的影响,因此需要能测量红外波段的椭偏仪;薄膜的厚度测量需要光能穿透这薄膜,到达基底,然后并被探测器检测到,因此需要选用该待测材料透明或部分透明的光谱段;对于厚的薄膜选取长波长更有利于测量。

应用

编辑

应用领域

半导体、微电子、MEMS、通讯、数据存储、光学镀膜、平板显示器、科学研究、物理、化学、生物、医药[2]  …

可测材料

半导体、介电材料、有机高分子聚合物、金属氧化物、金属钝化膜、自组装单分子层、多层膜物质和石墨烯等等[1] 

发展

编辑

成像椭圆偏振技术正在引起越来越多的兴趣。研究人员发现利用成像椭偏技术可实现超小块薄膜分析、原位椭偏测量、各种液体环境下的椭偏分析并且可以实现和多种技术联用,如布鲁斯特角显微镜、表面等离子共振、原子力显微镜、石英晶体微天平、LB槽、反射光谱仪、太赫兹光谱仪以及拉曼光谱仪等等。这些新特点拓展了椭偏仪的应用领域。这椭偏技术带来了新的研究热点的同时也给该技术带来了挑战,例如在非稳定液体表面的薄膜的测量和显微成像等。

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