橢偏儀在位表征電化學沉積的係統搭建（九）- 光學模型的建立與數據的提取

正文

橢偏儀(yi) 在位表征電化學沉積的係統搭建（九）- 光學模型的建立與(yu) 數據的提取

4.3在位測試裝置

目前的在位橢偏儀(yi) 監測電化學沉積的關(guan) 鍵在於(yu) 係統的集成。實驗室的橢偏儀(yi) 光源為(wei) 氙燈，可以進行全譜的測試，但是這也導致單波長的光強度較弱，因此裝置設計中的光路設計尤為(wei) 重要，另外是光斑的大小問題，光斑大小會(hui) 隨著測試角度的變化而變化。另外其設計需要滿足電化學薄膜沉積的需求，又要同時滿足橢偏儀(yi) 測試的需求。如作為(wei) 電解池它需要滿足容電解液充足，且可以放置好工作電極、對電極和參比電極。橢偏儀(yi) 的在位裝置首先要滿足透光，其次是保證工作電極易於(yu) 調節入射光和出射光在同一光平麵，需考慮溶液的光程，原則上越小越好，這樣可以減小光的衰減，更易得到沉積薄膜的信息。因此需要根據係統進行設計。

4.4光學模型的建立與(yu) 數據的提取

在位橢偏儀(yi) 測試的另外一個(ge) 挑戰在於(yu) 數據的分析。通過橢偏光譜的在位監測可以獲得(ψ，Δ)值，利用這些光譜，需要進行建模從(cong) 而獲取其光學參數。表1-1總結了在位橢偏儀(yi) 數據分析常用的分析方法。

	線性回歸分析（LRA）	全局誤差zui小化（GEM）	虛擬襯底近似（VSA）
解析條件	介電函數是已知	介電函數與(yu) 厚度無關(guan)	薄膜和襯底吸光
難易程度	容易	困難	中等
介電函數	必要	非必要	必要
透明材料分析	可以	可以	不可以
梯度層分析	困難	困難	可行
實時控製	可以	不可以	可以

表1-1在位橢偏儀(yi) 數據分析方法

表1-1所示的線性回歸分析(LRA)必須知道樣品所有的介電函數，通過擬合得到誤差的zui小值來確定光學常數和薄膜結構。當樣品中有未知的介電函數時，需要進行介電函數建模，使用數值反演法可以提取樣品的介電函數。圖1-17是用LRA橢偏儀(yi) 數據分析的流程圖，可以看出橢偏儀(yi) 數據提取與(yu) 分析的步驟為(wei) ：(1)建立適合的光學模型；(2)確定每一層的介電常數；(3)對橢偏譜譜(ψ，Δ)進行擬合；(4)誤差計算。通過不斷重複以上四個(ge) 步驟得到zui小誤差，然後進行(5)光學常數和厚度的測定及(6)結果可靠性判斷。

圖1-17橢偏光譜法數據分析程序流程圖

表1-1中的全局誤差zui小化法(GEM)是Collins團隊開發的數據分析方法，該方法使我們(men) 能夠同時確定樣品的介電函數和結構。因此，當樣品的介電函數未知時，GEM是一種相當強大的分析方法。

圖1-18展示了GEM的數據分析過程。圖1-18(a)為(wei) 橢偏譜的光學模型。在這個(ge) 模型中，和分別表示表麵粗糙度層、本體(ti) 層和基底的介電函數。在分析過程中，先要確定本體(ti) 層、基底層的介電常數。通常基底層介電函數可以從(cong) 薄膜沉積前的(ψ,Δ)光譜使用數值反演法得到。表麵粗糙度層的由EMA計算。如圖1-18(b)所示，該光學模型中的未知參數為(wei) 體(ti) 積層的介電函數表麵粗糙度層厚度d_s，和本體(ti) 層厚度d_b。如果隨時間的變化可知，則d_s和d_b可以直接從(cong) 測量的光譜(ψ,Δ)使用數值反演得到。然後用線性回歸分析，可以確定測量層的光學常數和厚度，如圖1-18(b)和(c)所示。不斷重複以上步驟使得誤差小zui，從(cong) 而得到材料的光學常數和厚度，zui後進行結果的可靠性判斷完成整個(ge) 分析過程。

圖1-18全局誤差zui小化(GEM)法數據分析步驟

表1-1中的虛擬襯底近似法(VSA)，是1993年Aspnes開發的，其要求薄膜和襯底表現出相對較大的光吸收。VSA常用於(yu) 半導體(ti) 襯底上形成的半導體(ti) 層。VSA可以描述介電函數在厚度方向上連續變化的梯度層。將VSA国产成人在线观看免费网站於(yu) 成分梯度層的分析，則可以確定每一層的成分。從(cong) VSA中也可以看出晶體(ti) 體(ti) 積分數在生長方向上的變化。然而，與(yu) LRA和GEM相比，VSA不能国产成人在线观看免费网站於(yu) 光吸收較低的樣品。

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