29. Эллипсометрия. (Контроль тонкоплёночных структур)

Эллипсометрия - метод неразрушающего контроля состояния поверхности полупроводниковых пластин,параметров тонких поверхностных слоёв и границ раздела между ними, основ-ый на анализе изменения поляризации пучка поляризованного монохроматического света при его отражении от исследуемого объекта.Т.к. обычно измеряются параметры эллиптически поляризованного света, метод назван эллипсометрическим или просто эллипсометрией.

Для однородной монохроматической плоской волны состояние поляризации может быть определено с помощью 2-х угловых величин: эллиптической разностью фаз  между s- и p-составляющими электрич-ого вектора отражённой волны и азимутом  восстановленной линейной поляризации.

Разность фаз  характеризует угол разворота осей эллипса - , а азимут  - форму эллипса (соотношение осей через угол ).

Если ввести относительный коэффициент отражения , представ-щий собой отношение комплексных коэффициентов отражения для p- и s-компонентов, то компонентов, то можно записать основное уравнение эллипсометрии, связывающее воедино отражающие свойства границы раздела с эллипсометрическими параметрами  и .

К числу основных особенностей эллипсометрии,затрудняющей её применение, относится то,что функциональная связь между непосредственно измеряемыми величинами и величинами, которые интересуют экспериментатора, является в большенстве случаев весьма сложной и нелинейной.

Задача исследователя - найти точное соответствие м/у интересующими его физич-ми велич-ми, напр значен-ми толщин и показателями преломления плёнки на известной подложке и велич-ми измер-ых углов  и , т.е. опред-ть искомые параметры образца.

При установлении количест-ой взаим-зи м/у поляризационными углами и физическими параметрами отражающей системы сущест-ет две задачи:прямая - расчёт совокуп-ти углов и  по известным параметрам этой системы, и обратная - вычисление конкретных значений физических величин, например,оптических констант и толщин слоёв,реальной структуры по измеренным по ней эксперим-ым значениям поляризационных углов.

Получение инфор-ции – непосред-е решение обратной задачи на основе эллипс-го урав-я.Но он требует встроенной в эллипсометр специализир-ой ЭВМ со сложным программным обеспечением.Предварительно с помощью универсальной ЭВМ решают прямую задачу,т.е.для конкретной эквивалентной модели исследуемой тонкоплёночной структуры рассчит-ют теорет-кие значения углов и  для всех возможных численных наборов реальных значений искомых физических величин. т.о, проводят как бы градуировку эллипсометра.Затем, используя резул-ты решения прямой задачи, непосред-но при контроле тонкопл-ой структуры, решают обратную задачу.Наиболее просто прямая задача решается в случае, если в процессе измерения некоторого объекта имеется только два неизвестных параметра, относительно которых осуществляется расчёт.

Результат расчёта (т.е. решения прямой задачи) представляется в виде таблиц или а -, -номограмм.Решая затем обратную задачу, искомые физические величины определяются путём сравнения эксперим-но измеренных значений эллипсомет-их углов с теорети-ми зависи-ми, например от n и d, т.е. с резул-ми решения прямой задачи.За одно измерение на эллипсометре определяются оба угла и  и, следовательно, два любых неизвестных физических параметра исследуемой системы, вход-их в уравнение эллипсометрии, при известных остальных величинах.