TPY-2椭偏法测量薄膜厚度的实验研究.docVIP

TPY-2椭偏法测量薄膜厚度的实验研究 摘要随着薄膜技术在信息存储、电子元器件、航天技术以及光学仪器等方面越来越广泛的应用，薄膜光学特性和表面形态的准确测量逐渐成为薄膜研究的重要方向。本论文介绍了测量薄膜厚度的几种方法，详细研究了椭偏法的测量原理，使用TPY-2自动椭圆偏振仪进行了实验，并使用干涉原理做了对比实验，综合比较了两种仪器的优缺点，提出了减小系统误差的建议。10277 关键词薄膜厚度测量方法椭偏仪 毕业设计说明书（论文）外文摘要 TitleExperimental study of the ellipsometric measurement of film thickness Abstract With thin film technology more widely used in information storage, electronic components, aerospace technology, and optical instruments,the accurate measurement of thin film optical properties and surface morphology gradually become an important direction of study of the thin films. This article describes several methods for measuring film thickness，Studied in detail the measurement principle of ellipsometry，Use of TPY-2 automatic ellipsometry experiments，And made a comparative experiment using the interference principle，comprehensive comparison the advantages and disadvantages of the two instruments, Put forward the proposal to reduce systematic errors. KeywordsFilm thicknessMeasurement methodsEllipsometer 目次 1 绪论1 1.1 测量薄膜厚度的意义1 1.2 测量薄膜厚度的方法1 1.3 椭偏测量术3 2. 干涉法测量薄膜厚度的原理6 3. 椭偏法测量薄膜厚度的原理7 1.2.1光谱法 光谱法的基础是光的干涉理论，依据薄膜与基底，再到薄膜界面上的光束的透射或反射，引起双光束或多光束干涉效应，具有不同特性的薄膜具有不同的光谱反射率或透射率，而且在全光谱范围内和薄膜厚度有着唯一的对应关系。因此，便可以通过测量薄膜的光谱特性来计算薄膜的厚度和其他光学常数 。 光谱法的优点在于测量精度较高、速度快 ，能同时测定薄膜的多个参数，且有效地排除方程解得多值性，测试简单且精度高，具有非接触性和非苛刻性，并可以测试多种类型的薄膜 。但是光谱法也有一定的局限性。不论是透射光谱还是反射光谱，均由分光计测量得到，而反射率和透射率对薄膜表面条件的依赖性很强，且对入射角的变化很敏感，这样测量反射率和透射率的稳定性就很差，因而不能够达到很高的测量精度 。而且利用光谱法测量时，针对不同类型的待测薄膜需要使用不同波段的光谱对其进行测量，特定的光谱波段范围在实际测量过程中往往是很难保证的。目前，这种测量方法主要用于测量有机薄膜的厚度和监测气体、液体的浓度 。 1.2.2干涉法 基于经典干涉理论和现代相干理论的光干涉法，是目前最有发展前景的薄膜厚度测量的方法。这种测量方法直观性好，测量精度高、抗空气扰动性强、稳定性高 、测量仪器简单便捷、成本低、方便实用性强。白光扫描干涉法可以测到的最小厚度为50nm，若能再采用相移、傅立叶变换等辅助方法，就可测量10nm厚的薄膜 。这种干涉测量的方法已被广泛用于半导体工业中的刻蚀技术领域 。随着纳米技术和对纳米材料的不断深入研究，如何快速准确地测量纳米级薄膜的厚度成为人们研究的重点。王恩实等人用迈克尔逊干涉仪和计算机技术以及图像处理技术相结合的方法测量了纳米级薄膜厚度，测量分辨率达到6nm 。但是，干涉法测量也有其缺点。这种方法不适合用于黑色的不透明薄膜的测量。但是对于反光率较高的不透明薄膜，光干涉法可以很灵敏的测得其厚度 。 在前人实验和发现的基础上，人们进一步从理论上研究光的偏振性并将光的偏振理论应用于生产实践。椭偏测量所依据的物理学基本原理正是光与物质表面或界面运动电荷相互作用时其偏振态变化