[實用新型]用于納米薄膜表面測量的變入射角度光譜橢偏成像裝置

無效

• 申請號: 200720103324.3
• 申請日: 2007-01-24
• 公開（公告）號: CN201000428Y
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 靳剛;孟永宏
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01B11/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 高存秀

技術領域

本實用新型涉及一種橢偏測量裝置；特別是涉及一種對具有復雜橫向結構的塊狀材料表面或納米薄膜樣品表面上各點，同時進行光譜橢偏分析的變入射角度光譜橢偏成像裝置。

背景技術

光波在材料界面反射時，反射光波的偏振態受表面調制會發生變化，當反射界面上存在超薄膜樣品時，光波的偏振態會發生顯著的變化。橢偏測量方法正是通過測量這一變化來得到樣品的信息(如，折射率和厚度)，它具有兩個顯著的優點：(1)對樣品無擾動、無破壞性，因此可進行實時測量、離體乃至在體測量；(2)極高的測量靈敏度，可以達到原子層量級的檢測分析水平。因此，該方法已經成為一種研究納米層構材料的有效方法，廣泛應用于微電子工業、表面材料和生物醫學等領域。

色散是材料的基本特性之一，因此，光譜橢偏測量已成為橢偏測量的重要分支。光譜橢偏可高精度、高準確性地給出材料的橢偏參數與光譜的依賴關系，利用這些參數可以對材料進行多方面的研究，如：(a)材料(包括半導體、金屬、甚至只出現在薄膜上的寬帶隙材料)的介電函數(例如，作為波長函數的光學介電常數的實部和虛部)，這是目前準確度最高的方法；(b)可以達到原子層分辨率的界面、薄膜或多層膜厚度的結構分布；(c)對一些合成或合金層(塊狀、薄膜或表面)的成份分析；(d)納米膜層的表面微粗糙度研究；(e)半導體材料在制備中的真實的表面附近溫度的研究；(f)對靜態塊狀材料和薄膜進行電子或振動結構的分析。目前的光譜橢偏測量基本是單光束測量，其特點是測量結果是光束范圍內的樣品參數的平均值。由于光束直徑在幾十微米以上，因此該方法的橫向分辨率低，限制了應用。

隨著微、納器件研究的需求和發展，需要對同一基片上由一種或多種不同性質材料制備的復雜微結構的表面分布(如微納表面器件和高通量生物芯片等)進行光譜特性研究。采用單點光譜橢偏儀結合機械掃描技術可以對整個樣品進行逐點測量，可參見文獻〔1〕：Spatially?resolved?ellipsometry，M.Erman?and?J.B.Theeten，Journal?of?Applied?Physics，1986，69(3)：859-873〕。該技術只能對幾十微米以上的結構進行分辨，無法得到更加精細的表面信息；另一方面，采用機械掃描時耗時多，如在一個波長下測量一個面積為15×25mm的樣品，掃描步距為20微米時，需要數小時的時間才可完成，很難滿足實際應用中對快速測量的需求。因此發展快速的光譜橢偏測量技術成為迫切的需求。

為了提高對樣品的空間分辨率和測量速度，滿足對具有橫向空間精細結構分布的樣品(如，集成表面格式化器件或生物芯片等)進行檢測的應用場合，近年來發展了橢偏成像技術，可參考文獻〔2〕：Detection?of?thickness?uniformity?offilm?layers?in?semiconductor?devices?by?spatially?resolved?ellipso-interferometry，Teruhito?Mishima，Kwan?C.Kao，Optical?Engineering，1982，21(6)：1074-1078。該技術在保持橢偏測量非接觸、高靈敏測量優點的基礎上，還具有：(1)橫向分辨提高到亞微米水平(最高可達到光學衍射極限的水平)；(2)可以對大面積樣品上的各點同時進行快速橢偏測量分析，因此可顯示樣品表面參數(如，折射率、厚度、分子表面密度等)的空間分布。目前，橢偏成像的發展和應用集中在單波長上和少數幾個分立波長上。

因此將光譜分辨和空間分辨特性進行結合對表面和界面可以同時提供樣品的光譜和空間分布信息，已成為一種發展的趨勢。