薄膜中薄膜厚度检测方案

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Gordon Bain， Ph.D.Thermo Fisher Scientific， Madison， WI， USA服务热线：010-67968866 18911200309 关键词 薄膜、厚度、反射率、光刻胶、硅片、VeeMAX、镜面反射附件 简介 实验方法 薄膜的反射扫描会生成干涉条纹。各波长范围内的条纹数量取决于反射角、薄膜厚度和薄膜折射率。如折射率已知，则在一个折射角采集的数据足以计算薄膜厚度；如折射率未知，在两个折射角所采集的数据可用于计算折射率和薄膜厚度。所有计算均在电子数据表格中自动完成，以便技术人员操作。采用分光光度计得到的结果与折光仪测得的结果良好吻合。 采用 Thermo Scientific EvolutionQ 300 紫外-可见分光光度计搭配VeeMAX紫外可见可变角镜面反射附件进行实验。 VeeMAX或任何两个固定角镜面反射附件适用于通过所采集的数据来计算折射率和薄膜厚度。 背景 当光束从薄膜折射出去时，一部分从薄膜的第一个面反射出去，一部分穿透薄膜，从基质面反射出去(图1)。 半导体制造行业常要求在硅片表面沉积光阻材料。旋涂或气相沉积的膜厚精度对于光子器件(包括光刻胶、导电聚合物膜、导电氧化物薄膜和太阳能电池)的研究员和制造商至关重要。薄膜性能和成本在很大程度上取决于薄膜厚度，因此频繁测量对生产开发和质控至关重要。Thermo Scientific 紫外-可见分光光度计附件提供轻松快速的无损检测方法进行这些测量。 根据光束波长、入射角以及薄膜厚度的不同，两个反射光束可同相或反相，形成相长和相消干涉(图2) 图2使用 VeeMAX附件在45°角处测得的反射谱图 图1薄膜前后两表面的反射线平行但反相 入1=558nm入2=700 nm且条纹数， N=14方程1用于计算薄膜厚度。 方程1 其中 d=薄膜厚度 n=折射率 0=以弧度表示的反射角 入1=第1个条纹峰的波长 入2=第n个条纹峰的波长 N=条纹数=n-1 请注意，如波长单位用um，则计算出的薄膜厚度单位亦用um。 如薄膜材料折射率未知，则将从n条纹的两个角度测得的数据代入方程2中进行计算。 方程2 在电子数据程序中，上述方程均自动计算，以便操作。 在涂覆光刻胶的硅片上进行实验。使用折光仪单独测定光刻胶折射率，测得结果为 1.65。 实验仪器 1. Thermo Scientific Evolution 300 紫外-可见分光光度计 2. VeeMAX紫外可见可变角镜面反射附件(图3) 图3.VeeMAX紫外可见可变角镜面反射附件 对于图2中在45°角处测量的薄膜，亦在65°角处测量(图5)。如图6所示，使用1-21号条纹进行折射率与薄膜厚度的计算。计算结果与折光仪的测得结果(h=1.65， d=12.532 um) 非常吻合。 结果 使用 Evolution 300分光光度计中的 VeeMAX附件测量上文实验部分所述样品，再计算薄膜厚度。图4显示该电子数据表。 使用 Foothill折光仪单独测定薄膜厚度，测得结果为12.532umo 根据反射条纹数据计算薄膜厚度 条纹数1= m 14 折射率= n 1.65 入射角2(度数)= 0 45 第一个条纹的入3(nm) x. 558 最后一个条纹的入(nm) 700薄膜厚度= 12.92 um注：1.如有21个峰，则计20个条纹。 2.电子数据表将 转换为弧度，以便于计算。 3.电子数据表将 nm 转换为 um， 使用上述值计算结果。 图4使用 Thermo Scientific 电子数据表计算薄膜厚度 图5.在 VeeMAX附件上以65°角测定图2中的同一薄膜样品 表面薄膜折射率和厚度计算器(根据两个角度处的反射数据) 角度1数据 角度2数据 条纹数1= m 20 入射角2(度数)= 01 45 2号入射角?(度数)= 65 第一个条纹的入3(nm) 入1 558 第一个条纹的入3(nm) 入 552 最后一个条纹的入 (nm) 入2 786 最后一个条纹的(nm) 入2 801 Eta=1.635 薄膜厚度= 13.05um 注： 1.如有21个峰，则计20个条纹。 2.电子数据表将0转换为弧度，以便于计算。 3.电子数据表将 nm转换为 um， 使用上述值计算结果。 图6使用两个角度处测得的条纹数据计算薄膜厚度 结论 测量表面薄膜时， Evolution 系列分光光度计的镜面反 射会生成条纹图形。从这些条纹图形得出的 数据可用于提取折射率和薄膜厚度数据。 SCIENTIFIC 热线电话：ales.cad@thermofisher.comwww.thermofisher.comSCIENTIFICPart of Thermo Fisher Scientific 简介，背景，实验方法都在表格里，具体详细内容可以看表格。简介薄膜的反射扫描会生成干涉条纹。各波长范围内的条 纹数量取决于反射角、薄膜厚度和薄膜折射率。如折 射率已知，则在一个折射角采集的数据足以计算薄膜 厚度；如折射率未知，在两个折射角所采集的数据可 用于计算折射率和薄膜厚度。所有计算均在电子数据 表格中自动完成，以便技术人员操作。采用分光光度 计得到的结果与折光仪测得的结果良好吻合。背景 半导体制造行业常要求在硅片表面沉积光阻材料。旋 涂或气相沉积的膜厚精度对于光子器件（包括光刻 胶、导电聚合物膜、导电氧化物薄膜和太阳能电池） 的研究员和制造商至关重要。薄膜性能和成本在很大 程度上取决于薄膜厚度，因此频繁测量对生产开发和 质控至关重要。Thermo Scientific 紫外-可见分光光度计附件提供轻松快速的无损检测方法进行这些测量。