Was ist ein Ellipsometer?
Die Ellipsometrie ist eine optische Technik zum Messen der Dicke und der optischen Eigenschaften extrem dünner Filme oder Materialschichten. Die messbaren Eigenschaften sind der Brechungsindex, oder wie viel Licht gebogen wird, und der Grad der Lichtabsorption, der als Absorptionskoeffizient bezeichnet wird . Ein Ellipsometer ist ein Gerät, mit dem diese Messungen durchgeführt werden.
Ellipsometer arbeiten, indem sie eine gut definierte Lichtquelle auf ein Material richten und die Reflexion erfassen. Moderne Ellipsometer verwenden Laser, typischerweise Helium-Neon-Laser, als Quelle. Der Ellipsometerstrahl durchläuft zunächst einen Polarisator, so dass nur in einer bekannten Richtung orientiertes Licht passieren kann. Es geht dann durch ein Gerät namens Kompensator, der den Lichtstrahl elliptisch polarisiert. Das verbleibende Licht wird dann vom zu untersuchenden Material reflektiert.
Die Analyse ist abhängig vom Snellschen Gesetz; Wenn ein Lichtstrahl auf ein Material trifft, werden einige sofort reflektiert, und einige treten vor dem Reflektieren zur anderen Seite des Materials durch. Durch Messen der Differenz zwischen den beiden Reflexionen kann die Dicke der Vorrichtung bestimmt werden. Das reflektierte Licht erfährt auch eine Änderung der Polarisation; Diese Änderung wird verwendet, um den Brechungsindex und den Absorptionskoeffizienten zu berechnen.
Damit ein Ellipsometer ordnungsgemäß funktioniert, muss das zu untersuchende Material bestimmte physikalische Eigenschaften aufweisen. Die Probe muss aus einer kleinen Anzahl gut definierter Schichten bestehen. Die Schichten müssen optisch homogen sein, in alle Richtungen die gleiche Molekülstruktur aufweisen und erhebliche Lichtmengen reflektieren. Wenn eine dieser Anforderungen verletzt wird, funktionieren die Standardverfahren nicht.
Ellipsometer sind äußerst empfindliche Geräte, mit denen Schichten von nur einem Atom gemessen werden können. Sie werden häufig in der Halbleiterfertigung eingesetzt, bei der aufeinanderfolgende Materialschichten chemisch aufeinander aufgewachsen werden.
Ellipsometrie ist zerstörungsfrei; Ein Material, das mit einem Ellipsometer gemessen wird, wird durch den Prozess nicht beeinträchtigt. Aufgrund dieser Eigenschaft nimmt die Verwendung von Ellipsometern in den biologischen Wissenschaften zu. Biologische Materialien sind weit weniger einheitlich als hergestellte Materialien und weisen im Allgemeinen nicht die für die traditionelle Ellipsometrie erforderlichen physikalischen Eigenschaften auf. Neue Techniken, wie die Verwendung mehrerer Ellipsometer, die in unterschiedlichen Winkeln angeordnet sind, wurden entwickelt, um mit solchen Materialien zu arbeiten.