TPY-2椭偏法测量薄膜厚度的实验研究(2)
时间:2017-06-17 15:11 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.2.1 光谱法 光谱法的基础是光的干涉理论，依据薄膜与基底，再到薄膜界面上的光束的透射或反射，引起双光束或多光束干涉效应，具有不同特性的薄膜具有不同的光谱反射率或透射率，而且在全光谱范围内和薄膜厚度有着唯一的对应关系。因此，便可以通过测量薄膜的光谱特性来计算薄膜的厚度和其他光学常数 。 光谱法的优点在于测量精度较高、速度快 ，能同时测定薄膜的多个参数，且有效地排除方程解得多值性，测试简单且精度高，具有非接触性和非苛刻性，并可以测试多种类型的薄膜 。但是光谱法也有一定的局限性。不论是透射光谱还是反射光谱，均由分光计测量得到，而反射率和透射率对薄膜表面条件的依赖性很强，且对入射角的变化很敏感，这样测量反射率和透射率的稳定性就很差，因而不能够达到很高的测量精度 。而且利用光谱法测量时，针对不同类型的待测薄膜需要使用不同波段的光谱对其进行测量，特定的光谱波段范围在实际测量过程中往往是很难保证的。目前，这种测量方法主要用于测量有机薄膜的厚度和监测气体、液体的浓度 。 1.2.2 干涉法 基于经典干涉理论和现代相干理论的光干涉法，是目前最有发展前景的薄膜厚度测量的方法。这种测量方法直观性好，测量精度高、抗空气扰动性强、稳定性高 、测量仪器简单便捷、成本低、方便实用性强。白光扫描干涉法可以测到的最小厚度为50nm，若能再采用相移、傅立叶变换等辅助方法，就可测量10nm厚的薄膜 。这种干涉测量的方法已被广泛用于半导体工业中的刻蚀技术领域 。随着纳米技术和对纳米材料的不断深入研究，如何快速准确地测量纳米级薄膜的厚度成为人们研究的重点。王恩实等人用迈克尔逊干涉仪和计算机技术以及图像处理技术相结合的方法测量了纳米级薄膜厚度，测量分辨率达到6nm 。但是，干涉法测量也有其缺点。这种方法不适合用于黑色的不透明薄膜的测量。但是对于反光率较高的不透明薄膜，光干涉法可以很灵敏的测得其厚度 。 1.2.3 椭偏法 椭偏法是目前测量薄膜厚度及光学常数使用最广泛的方法。这种方法以测量光线的偏振态为基础，通过偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变化来确定薄膜参数的，是研究两媒介界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法。椭偏法测量可以分为反射椭偏法、透射椭偏法和散射椭偏法 。 卢向东等人对椭偏法测量光栅参数的理论做了深入的研究，将椭偏理论和光栅的衍射理论相结合完成了光栅参数的测量 。王莉等人用该方法对粗糙表面的薄膜做了研究，测量得到了粗糙面薄膜的折射率和厚度，但测量受到了入射角度的限制 。 由于其测试精度高(准单层分子或原子厚度量级 )、对样品无损，而且特别适合于较薄的膜层的光学参数的测量 ，椭偏法既能测量薄膜的折射率，又能同时测量薄膜的厚度和消光系数，它还还具有快速、能实时在线测量，并有非破坏性、非扰动性、高灵敏度、系统成本低、适用的材料范围广等很多优点，因此被广泛地应用于科研和工业上。虽然椭偏法是目前人们研究和应用最多的一种测量薄膜厚度和光学参数的方法，但是它也有其局限性。它适合于对透明的或弱吸收的各向同性的薄膜进行测量，对各向异性的介质则不能进行准确的测量 。 1.3 椭偏测量术 1.3.1 椭偏测量术的产生 椭偏测量术的诞生与光的偏振性研究密切联系。人们对光的偏振的发现可追溯到17世纪中叶，1669年，丹麦的Barrolinus教授首次发现方解石晶体能折射出两束光；1808年，法国人Malus惊奇地发现从楼房窗户上反射的光是高度偏振的；1868年，苏格兰的Brewster在Malus研究的基础上，发现的Brewster反射定律；1823年，Fresnel推导出光的反射与折射定律；1853年，英国物理学家Stokes发明了描述光偏振态的简便表达式；1865年，Mxawell建立了光波电磁学理论。至此，椭偏测量术的理论框架背景己基本完成。 (责任编辑：qin) |