中文
English
專注光譜傳感和光電應(yīng)用系統(tǒng)
電話：86-0755-23229824
手機：18948346937 / 13510373651
地址：深圳市寶安區(qū)沙井街道后亭茅洲山工業(yè)園工業(yè)大廈全至科技創(chuàng)新園科創(chuàng)大廈11層C
微信：
微信客服號：
抖音官方號：
立即溝通
薄膜測量
1.薄膜測量
薄膜是沉積在另一種物質(zhì)表面的非常薄的物質(zhì)層，廣泛應(yīng)用于技術(shù)工藝行業(yè)，如鈍化絕緣層、防擴散層、硬涂層等。集成電路就主要由薄膜的沉積和選擇性的去除組成。
物理厚度作為薄膜最基本的參數(shù)之一，對整個器件的最終性能具有重要影響。因此，快速而精確地測量薄膜厚度具有重要的實際意義。
2.薄膜測量原理
由于光學(xué)測量方法準確，無破壞，只需很少或無需專門樣品，光學(xué)測量法常常是薄膜測量的首選方法。傳統(tǒng)的測量薄膜物理厚度的光學(xué)方法主要有光度法和橢偏法兩種。橢偏儀測量具有靈敏度高的優(yōu)點，但是受界面層等因素的影響，需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來求解厚度，上述方法已經(jīng)成功而廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域。然而，近年來微光機電系統(tǒng)等微加工技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)常需要在高低起伏的基板上（patterned substrate）沉積薄膜，因此用測量表面輪廓的白光干涉儀來進行薄膜厚度測試的方法引起了人們的關(guān)注。
橢圓偏振儀的基本原理
光學(xué)測量是通過精確測量薄膜與光線的相互作用來獲取薄膜特性的技術(shù)。這些特性包括薄膜的厚度、表面粗糙度以及光學(xué)常數(shù)等。通過光學(xué)測量，我們可以將這些光學(xué)常數(shù)與其他材料參數(shù)（如成分和帶隙）相關(guān)聯(lián)。光學(xué)常數(shù)（n和k）描述光如何通過薄膜傳播。在某個時間光穿過一種物質(zhì)的電磁場可以簡單表示為
其中x：距離，λ：光波長，n和k：薄膜相應(yīng)的折射率和消光系數(shù)。折射率是光在物質(zhì)和真空中傳播速度的比值。消光系數(shù)是測量光在物質(zhì)中被吸收了多少。
3.光纖光譜儀實現(xiàn)薄膜厚度測量
當(dāng)入射光穿透不同物質(zhì)的界面時將會有部分的光被反射，由于光的波動性導(dǎo)致從多個界面的反射光彼此干涉，這兩部分反射光可能干涉相長（強度相加）或干涉相消（強度相減），這取決于它們的相位關(guān)系。而相位關(guān)系取決于這兩部分反射光的光程差，光程差又是由薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)和光波長決定的。
薄膜厚度測量原理示意圖
薄膜測量系統(tǒng)是基于白光干涉的原理來確定光學(xué)薄膜的厚度。白光干涉圖樣通過數(shù)學(xué)函數(shù)的計算得出薄膜厚度。對于單層膜來說，如果已知薄膜介質(zhì)的n和k值就可以計算出它的物理厚度。
如下圖為光鍍有折射率為η膜層折射率為n1的基板光路示意圖。使用光纖光譜儀測量薄膜的厚度主要是通過反射光譜，反射光譜曲線中干涉峰的出現(xiàn)是薄膜干涉的結(jié)果。
光鍍有折射率為η膜層折射率為n1的基板光路示意圖
4.實驗
4.1實驗?zāi)康?/strong>
測量太陽能板樣品400-1100nm的薄膜厚度光譜測量。
采用萊森光學(xué)LiSpec-HS400高靈敏光譜儀，采用典型積分球反射光路，實現(xiàn)客戶測試要求。
一共三個樣品，測量三個樣品的薄膜厚度，測量每個樣品兩層膜的厚度，測量膜系結(jié)構(gòu)是硅基底上鍍了一層厚度為1-2nm的氧化硅，再上面是poly-si膜層，膜厚在100nm左右。
圖1 樣品圖片
2.2實驗儀器列表
儀器/設(shè)備名稱 | 型號&序列號 | 配置明細 |
高靈敏光譜儀 | LiSpec-HS400 | 光譜范圍：200nm-1100nm |
大功率鹵素?zé)艄庠?/p> | iLight-HAL-HP | 輸出功率100W，強度可調(diào)，SMA接口 |
積分球 | iSphere-C3-REF | 1、光譜范圍：200-2500nm 2、出光口均勻性：＞99% 3、積分球材料反射率：≥98% |
光纖 | IFB-600-1-GS | 光纖芯徑：600微米 光纖長度：1米 |
2.3實驗內(nèi)容
薄膜厚度設(shè)備測量示意圖：
光路實驗示意圖
光路實驗實物圖
2.4實驗結(jié)果
以下計算薄膜的算法使用的是光譜白光干涉，擬合使用L-M擬合和PS優(yōu)化結(jié)合使用。計算結(jié)果如下表格：
2.4.1 3號樣品
膜層 | 材料 | 擬合厚度 |
Layer1 | Poly-si | 140.638 |
Layer2 | SiO2 | 4.51338 |
2.4.2 4號樣品
膜層 | 材料 | 擬合厚度 |
Layer1 | Poly-si | 140.167 |
Layer2 | SiO2 | 4.46099 |
2.4.3 5號樣品
膜層 | 材料 | 擬合厚度 |
Layer1 | Poly-si | 140.209 |
Layer2 | SiO2 | 4.49997 |
3.結(jié)論
通過數(shù)據(jù)得出測量Poly-si的厚度為140nm±1nm，SiO2的厚度為4nm±1nm。
