Ellipsometrie

Wofür wird Ellipsometrie verwendet?

Die Ellipsometrie liefert Einblicke in die optischen Eigenschaften verschiedener Materialien, wie beispielsweise die dielektrische Funktion und den Brechungsindex. Die Ellipsometrie kann zur Bestimmung der Dicke dünner Schichten bis auf atomare Ebenen eingesetzt werden, was die Technik besonders nützlich für die Herstellung von Halbleitern, Polymeren und Beschichtungen macht. Ihr zerstörungsfreier Charakter macht die Ellipsometrie zu einer idealen Technik für die Analyse empfindlicher Schichten, insbesondere solcher, die mit den ALD- und MLD-Techniken hergestellt wurden.

Wie funktioniert die Ellipsometrie?

Die Ellipsometrie misst die Veränderungen in der Polarisation von Licht nach der Wechselwirkung mit einer Dünnschichtprobe. Zunächst wird Licht durch einen Polarisator geleitet, der die Ausrichtung des austretenden Strahls einschränkt. Der Strahl interagiert dann mit der Probe und wird entweder reflektiert oder transmittiert. Das reflektierte/transmittierte Licht wird von einem Detektor erfasst, der die Veränderungen in der Polarisation des Lichts misst. Diese Veränderungen werden dann mit einem Modell der Probe verglichen, um Informationen über ihre Eigenschaften abzuleiten.

Einwellenlängen- vs. spektroskopische Ellipsometrie

Die Einwellenlängen-Ellipsometrie verwendet einen Einwellenlängen-Laser für die Analyse. Dies ermöglicht es dem System, einen sehr kleinen Bereich der Probe mit einer leistungsstarken Lichtquelle zu untersuchen und sehr spezifische Daten über diesen Ort zu liefern. Dies macht die Einwellenlängen-Ellipsometrie ideal für eingehende Analysen im kleinen Maßstab. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass pro Messung nur ein Datensatz aufgezeichnet werden kann.

Die spektroskopische Ellipsometrie hingegen verwendet eine Breitbandlichtquelle, die ein vollständiges Spektrum von Wellenlängen vom Ultravioletten bis zum Infraroten erzeugt. Dieses Licht kann nicht auf die gleiche Weise fokussiert werden wie eine Einzelwellenlängenquelle, aber es kann mehrere Datenpunkte gleichzeitig erfassen, wodurch die spektroskopische Ellipsometrie besser für die Gesamtanalyse komplexer Strukturen geeignet ist.

Geeignete Proben und Probenvorbereitung

Typischerweise liegen Ellipsometrie-Proben in Form von dünnen Schichten mit einer Dicke zwischen 1 nm und 1.000 nm vor. Die Schichten sollten transparent oder halbtransparent sein, um den Lichtdurchgang zu ermöglichen. Darüber hinaus sollte die Rauheit nicht zu hoch sein, da dies das Licht vom Detektor wegstreuen kann.

Vorteile und Grenzen der Ellipsometrie

Ellipsometrie ist eine nicht-invasive, zerstörungsfreie Technik, die den zu analysierenden Film nicht beschädigt, was bei der Prüfung empfindlicher Proben von entscheidender Bedeutung ist. Sie kann für eine Vielzahl von Probentypen eingesetzt werden und liefert durchgängig präzise Ergebnisse mit hoher Empfindlichkeit, selbst auf nanoskopischer Ebene.

Ein wesentlicher Nachteil der Ellipsometrie besteht darin, dass der Film so flach und frei von Verunreinigungen wie möglich sein muss. Dies bedeutet, dass die Herstellung eines geeigneten Substrats für einige Materialien eine Herausforderung darstellen wird. Darüber hinaus kann die Prüfung transparenter Filme, die auf einem Substrat aufgebracht sind, zu Interferenzen durch das Substrat führen, die bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden müssen.

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