反射光譜法計算薄膜厚度

關鍵詞

薄膜、厚度、反射率、光刻膠、硅片、VeeMAX、鏡面反射附件

簡介

薄膜的反射掃描會生成干涉條紋。各波長范圍內的條紋數量取決于反射角、薄膜厚度和薄膜折射率。如折射率已知，則在一個折射角采集的數據足以計算薄膜厚度；如折射率未知，在兩個折射角所采集的數據可用于計算折射率和薄膜厚度。所有計算均在電子數據表格中自動完成，以便技術人員操作。采用分光光度計得到的結果與折光儀測得的結果良好吻合。

背景

半導體制造行業常要求在硅片表面沉積光阻材料。旋涂或氣相沉積的膜厚精度對于光子器件（包括光刻膠、導電聚合物膜、導電氧化物薄膜和太陽能電池）的研究員和制造商至關重要。薄膜性能和成本在很大程度上取決于薄膜厚度，因此頻繁測量對生產開發和質控至關重要。Thermo Scientific 紫外-可見分光光度計附件提供輕松快速的無損檢測方法進行這些測量。

實驗方法

采用 Thermo Scientific Evolution? Pro 紫外-可見分光光度計搭配VeeMAX紫外可見可變角鏡面反射附件進行實驗。VeeMAX或任何兩個固定角鏡面反射附件適用于通過所采集的數據來計算折射率和薄膜厚度。當光束從薄膜折射出去時，一部分從薄膜的第一個面反射出去，一部分穿透薄膜，從基質面反射出去（圖1）。根據光束波長、入射角以及薄膜厚度的不同，兩個反射光束可同相或反相，形成相長和相消干涉（圖2）。

在電子數據程序中，上述方程均自動計算，以便操作。在涂覆光刻膠的硅片上進行實驗。使用折光儀單獨測定光刻膠折射率，測得結果為 1.65。實驗儀器1. Thermo Scientific Evolution? Pro 紫外-可見分光光度計2. VeeMAX 紫外可見可變角鏡面反射附件（圖3）

圖3.VeeMAX 紫外可見可變角鏡面反射附件

對于圖 2 中在 45°角處測量的薄膜，亦在 65° 角處測量（圖 5）。如圖6 所示，使用 1 -21 號條紋進行折射率與薄膜厚度的計算。計算結果與折光儀的測得結果（h = 1.65，d = 12.532 μm）非常吻合。

結果

使用 Evolution Pro 分光光度計中的 VeeMAX附件測量上文實驗部分所述樣品，再計算薄膜厚度。圖 4 顯示該電子數據表。

使用 Foothill 折光儀單獨測定薄膜厚度，測得結果為12.532 μm。

注：1. 如有 21 個峰，則計 20 個條紋。2. 電子數據表將 轉換為弧度，以便于計算。3. 電子數據表將 nm 轉換為 μm，使用上述值計算結果。

圖4 使用 Thermo Scientific 電子數據表計算薄膜厚度

結論

測量表面薄膜時，Evolution 系列分光光度計的鏡面反射會生成條紋圖形。從這些條紋圖形得出的數據可用于提取折射率和薄膜厚度數據。