Метрология тонких пленок (эллипсометрия и рефлектометрия)

Эллипсометрия и рефлектомертия (метрология тонких пленок)

В промышленном производстве полупроводников и иных микро- и оптоэлектронных устройств неотъемлемым процессом является метрология тонких пленок. Для этой цели используется разнообразное оборудование, в том числе лазерные и спектроскопические эллипсометры, а также рефлектометры. Перечисленные приборы доказали свою результативность в деле надежного и точного анализа тонких пленок и выявления их параметров, способность одинаково эффективно работать как с ультратонкими однослойными пленками, так и со сложными многослойными структурами.

Лазерные эллипсометры

Эллипсометрия относится к поляризационно-оптическим методам исследований и позволяет изучать свойства поверхности и приповерхностных областей объектов, в том числе твердых, жидких, газообразных сред. Метод основывается на анализе модификации поляризации пучка поляризованного света в момент его взаимодействия с поверхностью раздела сред. Лазерные эллипсометры способны работать с малыми структурами, в локальных областях.

Эллипсометрия является основным методом измерения спектров оптических постоянных полупроводников, диэлектриков и металлов. Метод одинаково хорошо применим как для прозрачных, так и для относительно поглощающих сред, объемных образцов и тонких пленок. Современные эллипсометры успешно справляются с задачами расчета коэффициента отражения многослойных и неоднородных по толщине структур, однородных пленок (в виде смеси разных веществ), отражения от шершавых поверхностей и островковых пленок.

Преимущества:

• Одноволновой быстродействующий эллипсометр предельно прост в эксплуатации. Высокое быстродействие позволяет использовать это оборудование в исследованиях кинетики быстропротекающих поверхностных процессов.
• Применение лазеров позволило резко поднять чувствительность и информативность эллипсометрического метода.
• Лазерная эллипсометрия успешно применяется в электронике для контроля толщины эпитаксиальных слоев, изучения адгезии и адсорбции, других задач.

Спектроскопические (спектральные) эллипсометры

В отличие от лазерных эллипсометров, где длина волны составляет 632,8 нм, спектроскопические приборы работают в диапазоне 190 нм – 25000 нм. Спектральный эллипсометр проводит исследования в оптическом диапазоне от ближнего ИК до вакуумного ультрафиолета. Главное преимущество технологии – бесконтактные, неразрушающие исследования без необходимости подготовки поверхности, позволяющие быстро определить сразу несколько свойств пленок.

Спектроскопический эллипсометр используют в самых разных областях научных изысканий, начиная от измерения спектральных характеристик объектов и изучения слоистых структур до экспертизы сверхчистых поверхностей. Объектами исследований могут выступать:

• диэлектрики,
• полупроводники,
• органики
• OLED пленки,
• антибликовые покрытия, пленки с низкими и высокими значениями оптических констант и пр.

Рефлектометры

Спектроскопическая рефлектометрия – неразрушающий метод, основанный на анализе распространения электромагнитных волн в веществе. Если на пути потока излучения встречается неоднородность, часть энергии отражается в направлении источника. Отраженный сигнал несет в себе важные данные о характеристиках физической системы – в особенности о толщине тонких слоев. Именно поэтому данный метод широко применяется для анализа многослойных структур, например, трехмерных интегральных схем.

Современные рефлектометры повсеместно применяются с целью измерения тонких и слоистых покрытий на полупроводниках, стекле, пластике, металле и глянцевой бумаге, анализа разнообразных пленок: оксидов, фоторезистов, композитов.

Эллипсометры для фотовольтаики (PV)

Фотовольтаика сегодня – одна из самых динамично развивающихся областей производства электрической энергии. В этой сфере все большее распространение получают эллипсометры для фотовольтаики – приборы для измерения толщины и оптических характеристик просветляющих покрытий.

Эллипсометры, в частности, используются для контроля качества при производстве солнечных элементов PERC. Они измеряют тонкие и многослойные пленки SiO2, Al2O3 и SiNx, которые используются для антиотражения на передней стороне и для пассивации на задней стороне ячеек PERC. Высокая чувствительность и обнаружение ультранизкого шума позволяют проводить измерения на поверхностях, типичных для текстурированных моно- и поликристаллических кремниевых солнечных элементов.

Компания МИНАТЕХ представляет на рынке немецкого производителя SENTECH Instruments GmbH - одного из лидеров отрасли.