Оптико-физические методы исследования (стр. 10 )

Установка поляризатора и анализатора в положение гашения производится с помощью расположенных на лицевой (а компенсатора – на обратной) стороне соответствующих плеч эллипсометра поворотных дисков.

Образец укладывается на столик, который имеет возможность перемещаться в двух направлениях, поворачиваться вокруг собственной оси, а также наклоняться при помощи трех ручек по бокам столика.

Блок питания индикаторов и модулятора расположен передней панели прибора, а ФЭУ – в его корпусе.

5.9. Проведение измерений

1. Включить эллипсометр ЛЭФ-3М.

Обязательным условием успешного проведения измерения является включение не менее чем за 30 мин до работы, и прогрев устройств установки. Подача питания на индикаторы угла падения и азимутов вращающихся элементов оптической схемы с помощью конопок на передней панели эллипсометра производится непосредственно при измерении.

2. Установить образец чистой стеклянной подложки.

Образец, подлежащий исследованию, кладется на предметный столик. Вращением микрометрических подвижек перемещения столика пятно лазерного луча направляют на интересующий участок поверхности. Затем с помощью трех дисков управления наклоном предметного столика добиваются появления пятна лазерного луча красной длины волны на матовом стекле юстировочного индикатора. Необходимым условием измерений является появление на форе пятна черной точки отверстия, позволяющего вывести излучение на ФЭУ. (Аналогичные операции выполняются в п.4 для слоя аморфного a-Si на стеклянной подложке.)

3. Проведение эллипсометрических измерений подложки.

Установить угол падения равным 45°, а азимуты поляризатора и анализатора – в диапазонах для первой измерительной зоны (см. выражения (5-11)).

Попеременным вращением расположенных на лицевой стороне эллипсометра дисков изменения азимутов поляризатора (расположен слева) и анализатора (расположен справа) визуально добиваются погасания пятна лазерного луча на матовом стекле. Вращением соответствующей ручки (на правом плече прибора) по часовой стрелке переходят к измерению малой интенсивности проходящего светового луча, подключая, таким образом, ФЭУ. Более существенного гашения сигнала добиваются, используя шкалу стрелочного индикатора, расположенного в верхней части пробора, по мере необходимости увеличивая усиления сигнала с ФЭУ (это делается нажатием кнопки “АРУ” на передней панели эллипсометра).

По достижении минимума сигнала с ФЭУ сразу же обратным поворотом ручки по часовой стрелке отключается подача света на ФЭУ. С устройств индикации считываются значения азимутов поляризатора и анализатора – P и А. Записать азимуты поляризатора и анализатора в положении гашения для 1-ой измерительной зоны.

Повернуть поляризатор на 90°, установив его в соответствии со второй измерительной зоной (см. выражения (5-11)). Провести измерения и записать азимуты поляризатора и анализатора в положении гашения для 2-ой измерительной зоны.

Аналогичным образом выполнить эллипсометрические измерения чистой стеклянной подложки при 2-3-х углах падения в диапазоне 45–65° по двухзонной методике.

4. Выполнить эллипсометрические измерения слоя a-Si на стеклянной подложке при 3-5-х углах падения в диапазоне 45–65° аналогично описанию в п. п.2,3.

5.10. Обработка результатов

1. Определить показатель преломления подложки, используя модель чистой поверхности. Использовать прикладную программу Ellips1 или Ellips0.

2. Определить толщину, показатель преломления и коэффициент экстинкции кремниевого слоя в рамках модели слоя на подложке. Использовать прикладную программу Ellips0.

При выполнении поиска решения обратной задачи начальные значения поиска устанавливать с предварительными данными технологов (толщина составляет приблизительно 300 нм), а также данными справочной литературы (комплексный показатель преломления аморфного кремния составляет примерно ).

3. Оценить степень совпадения экспериментально определенных эллипсометрических углов D и Y с теоретическими, получаемыми путем решения прямой задачи. В программе Ellips0 решить прямую задачу эллипсометрии (определить расчетные значения D и Y) для структуры с определенными в п. п.1,2 параметрами и использованными при определении эллипсометрических углов условиями измерения. Разница между экспериментальными и расчетными значениями эллипсометрических углов при всех использованных в эксперименте углах падения не должна превышать долей градусов.

4. Оценить решение, полученное методом оптимизации в программе Ellips0, с использованием спектральных зависимостей пропускания слоя на стеклянной подложке, полученных для инфракрасного и видимого диапазонов спектра (рис.5-6 и 5-7) при нормальном падении света. Считать потери на отражение на границах внешняя среда–слой, слой–стекло и стекло–внешняя среда не превышающими 10%. Приблизительную оценку произведения действительной части показателя преломления слоя на его толщину выполнить по формуле для прозрачных слоев:

,

(5.21)

где lmax и lmin (сmax и сmin) – спектральные положения соседних максимума и минимума интерференции в динах волн (в обратных динах волн). Сравнить полученный из спектров результат с полученным из эллипсометрических измерений.

Список рекомендуемой литературы

Громов в эллипсометрию. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986.

, , Лызлов НЮ. Эллипсометрия в физико-химических исследованиях. Л.: Химия, 1986.

Эллипсометрия: теория, методы, приложения: Сб. статей. Новосибирск: Наука, 1991.

Основы эллипсометрии/ Под ред. . Новосибирск: Наука, 1979

Аззам P. M., Башара и поляризованный свет. М.: Мир, 1981.

Приложение 1

ОПИСАНИЕ программы spectral assistant 8.0

П1.1 Общие сведения

Программа Spectral Assistant 8.0 (SA8) предназначена для обработки и просмотра в графической форме спектров, измеренных с помощью автоматизированного многоканального спектрофотометра и записанных в текстовых файлах с расширением *.spe, а также для проведения абсорбционного спектрального анализа. Программа работает в среде Windows 2000/XP и не требует предварительной инсталляции.

Рис. П1.1 Вид окна программы SA8

Рабочее окно программы состоит из двух фреймов (рис. П1.1). В верхнем фрейме отображается список загруженных в настоящее время спектров. Для каждого спектра приводятся следующие сведения: номер спектра (уникальный идентификатор, который присваивается спектру при загрузке из файла и не изменяется вплоть до его удаления из списка), имя файла, дата и время записи, представление (спектр поглощения, спектр пропускания или интенсивность сигнала), толщина кюветы, пропорция разведения.

В нижнем фрейме спектры могут быть просмотрены в виде графиков, где по оси абсцисс отложена длина волны или номер канала, а по оси ординат – коэффициент поглощения, коэффициент пропускания или интенсивность сигнала в зависимости от представления спектра. Одновременно могут отображаться спектры только в одном представлении. Справа от области построения графиков располагается легенда.

Двойным щелчком мышью на кривой возможен ее захват, что необходимо для точного определения координаты на графике (выводятся в строке состояния).

Далее приводится подробное описание функций программы SA8 в соответствии со структурой главного меню.

П1.2. Меню Файл

Открыть (Ctrl+O). Загружает спектр из файла и добавляет его в список. Число одновременно загруженных спектров ограничивается только объемом свободной памяти.

Сохранить (Ctrl+S). Сохраняет спектр в файл. Спектр можно сохранить в исходной градуировке (режим автовыбор) либо указать номер прибора, определяющий градуировку (см. Данные градуировки).

Просмотреть в блокноте. Открывает файл спектра в программе Блокнот (Notepad) для просмотра исходного текста.

Свойства (F5). Открывает окно диалога, где можно задать представление спектра, толщину кюветы и пропорцию разведения.

Данные градуировки. Открывает окно диалога, где можно задать данные градуировки (границы рабочего спектрального диапазона и число каналов) для пяти спектрометров. Эти сведения необходимы только при сохранении спектра в файл; при загрузке из файла распознавание происходит автоматически.

П1.3. Меню Правка

Удалить из списка (Del). Удаляет выделенные спектры из списка.

Очистить список (Ctrl+Del). Удаляет все спектры из списка.

Выделить все (Ctrl+A). Выделяет все спектры в списке.

Сортировка. Определяет режим сортировки спектров в списке: параметр, по которому осуществляется сортировка, по возрастанию или убыванию (также выбирается щелчком мышью по соответствующему заголовку в списке спектров).

П1.4. Меню Спектр

Построить график (F3). Выводит на экран графики для выделенных спектров (аналогичное действие производится двойным щелчком на номере спектра в списке). Перед выводом графика необходимо убедится, что отображаемое в списке представление спектра (пропускание, поглощение или интенсивность) соответствует действительности, и при необходимости скорректировать сведения через меню Свойства. В противном случае возможно неправильное построение графика или зависание программы.

Построить все (Ctrl+F3). Выводит на экран графики для всех спектров.