OTSUKA大塚電子關于了解薄膜厚度評估 測量方法

使用光干涉效應的薄膜厚度計*常見的方法是峰谷方法（PV 方法）。 原理很簡單，它利用了在膜表面反射的光和背面反射的光相互干擾，當光的相位匹配時，強度增加，當偏移時減弱。 因此，在光譜上觀察到反射強度隨波長變化而變化的干涉模式。 具體來說，PV方法根據這種圖案的峰值和谷波長確定薄膜厚度。

由于光通過膜層兩次合成，因此 n= 折射率和 d = 厚度僅產生**個光路差。 這是因為光在膜層中的傳輸速度是n倍，這就是為什么需要折射率的原因。 *后，重要的是反射光的相位是如何變化的。 也就是說，在折射率較大的介質上反射時，相位不會發生變化，因此波長的整數倍為光路差 2nd 的波長為峰值。 相反，在低介質上反射會導致 180 度偏差。 換句話說，在空氣/膜/空氣組合的背面，相位偏移180度，使波長的整數倍光路差2nd成為谷。 如果折射率已知，則根據這種關系確定厚度。 此外，折射率的大小也可以根據光路差 2nd 的整數倍的波長是峰值還是谷值來確定。

此外，在峰值和谷以外的波長上，通過彎曲擬合每個波長的反射強度和理論值，可以確定折射率以及薄膜厚度值。

薄膜的光吸收系數被視為消光系數 k。 化學分析中使用的吸光度的差異通過乘以波長，與折射率一樣無尺寸化。 此外，在電磁波的理論方程中使用折射率 n 和消光系數 k，將復雜折射率 N 表示為簡化公式，如下式所示。 與真空中相比，光在折射率為 n 的介質中移動得較慢，當消光系數增加時，強度會衰減。

N=n-jk
 

如果僅測量薄膜厚度，則消光系數只會增加參數，使分析變得困難，因此通常使用近紅外光測量測量光源，并在沒有吸收的波長下進行測量。 在液晶濾色片中，著色是質量的重要因素，因此可能會增加著色，特別是由于干擾，甚至改變顯示設備的色調。 此外，在半導體領域，k的測量變得越來越重要，因為它是晶體內部電子狀態水平的重要指標。
此外，由于絕緣膜的著色會導致器件性能問題，因此需要設置沉積條件，以降低 k。

消光系數 k 可以從反射光譜中**確定，如果光譜形狀已知，則可以利用克拉默斯-克羅尼希在折射率和消光系數之間的關系，從而減少參數。 但是，當光譜形狀發生變化時，測量精度并不高。 此外，如果光譜模式未知，則無法從反射光譜中確定 k。

為了高精度地測量薄膜的消光系數，測量的透射光譜必須與光譜橢圓光譜和反射光譜相結合。 這種方法相當常見，但缺點是，它**于透明基板。

硅基板的折射率得到了很好的研究，文獻也很多，但盡管如此，文獻中的數字卻大相徑庭。 由于通常的沉積是在Si基板上進行的，因此，即使折射率和消光系數不同，由此產生的反射光譜和光譜橢圓光譜也完全符合理論計算。 近年來，外延生長的Si膜被粘貼在絕緣基板上，并用于半導體基板，由于光在這種Si膜中透射，消光系數的差異直接反映在光譜中。 換句話說，即使使用文獻值，也不可能準確分析測量光譜，從而導致與文獻值之間的偏差。 換句話說，文獻值具有相當大的誤差。

這種測量方法的歷史非常悠久，可以追溯到19世紀。 近年來，光譜橢圓法之所以如此流行，是因為它在分析方法方面取得了長足的進步。 換句話說，一種新的舊測量方法就是橢圓測量。

在單波長橢圓體中，薄膜厚度值由橢圓體參數（如 tan_ 或 * ）簡單計算，但多層膜使模型表達式變得過于復雜，因此不容易確定。 因此，通過改變波長、進行參數擬合和多變量分析，可以分析多層膜，但近年來，由于個人電腦的進步大大縮短了分析時間，因此得到了廣泛的應用。

橢圓具有橢圓的含義。 由于光是波，當直行方向的偏振光的相位偏移 90 度時，它變為圓偏振光。 如下圖所示，從光的行進方向看偏振方向，它隨著時間的推移向左 旋轉。 如果相位偏移不是 90 度，則為橢圓。 偏振分析稱為橢圓偏振分析儀，因為它分析橢圓偏振光。 光具有波的性質。 換句話說，光譜橢圓測量充分利用了三種信息：強度、相位和波長。

為什么分析橢圓偏振光需要薄膜厚度？ P 波是與反射面法線平行的偏振光，S 波是與法線成直角的偏振分量的名稱。 對于薄膜厚度測量，光譜橢圓測量始終通過具有恒定入射角的反射測量進行。 除了 P 波和 S 波的表面反射率不同外，反射率比還受到光干擾的影響，因此為 tan。 此外，由于薄膜介質中光的進度速度不同，會產生相位差。 此外，由于P波和S波在反射過程中的相位變化不同，因此它們會產生相位差。 因此，相位差也會隨薄膜厚度而變化。 這是光譜橢圓法測量薄膜厚度的原理。

在沒有公式的條件下解釋愛立浦奏的原理是極其困難的，我認為阿扎穆斯的電磁解釋是*容易理解的。 換句話說，遵循公式是*準確、*容易理解的，如果不使用公式，則從光譜形狀解釋可能更容易理解。

光譜橢圓法的折射率和薄膜厚度測量是一種非常敏感的方法，但如果薄膜厚度較大，則光譜變化會表現出細微的 n 差異。 利用這一特性，我們經常討論膜界面的狀態和膜縱向密度梯度，但這種詳細分析存在一些風險。 這是因為有許多因素可以改變光譜，特別是在很大程度上取決于膜表面的狀態，因此可能不清楚哪個是真正的膜模型。

光譜橢圓法也有其局限性。 當薄膜的薄膜約為幾納米時，它大約是光波長的百分之一，需要nd，但很難分離兩者。 這種缺點也是光譜學的一個常見問題。

光譜法不僅允許單層膜，還允許更復雜的結構分析。
例如，對于高速、節能的 SOI（Si 夾層 SiO2 結構），表面層的 Si 和中央 SiO2 層的厚度都會影響質量，但光譜法允許測量此類多層結構中每一層的薄膜厚度。

此外，退火的ITO（透明導電膜）提高了透明度和導電性，但膜質量可能會在加熱表面和難以傳遞熱量的基板側逐漸改變。
也可以分析這種膜質量厚度方向的階段性變化。

此外，還可以分析折射率因液晶方向而異的材料的三維折射率，并分析特定區域內薄膜厚度的不均勻性（不均勻性）。

我們非常重視這些結構分析，并專注于開發。