Ellipsometrie und spektrale Reflexion

Sowohl spektroskopische Ellipsometrie (SE) als auch Spektrale Reflexion (SR) analysieren zur Schichtdickenmessung und zur Bestimmung des Brechungsindex von Dielektrika, Halbleitern und dünnen Metallschichten das reflektierte Licht. Der primäre Unterschied zwischen beiden Methoden liegt darin, dass SE die Reflexion an der Dünnschicht bei einem kleinen Einfallswinkel analysiert, während bei der SR das Licht orthogonal zur Dünnschicht einfällt.

Der Unterschied im Einfallswinkel führt zu Unterschieden bei den Kosten, der Komplexität und der Leistungsfähigkeit der beiden Techniken. Da das Licht des Ellipsometers unter einem bestimmten Winkel einfällt, muss sowohl die Intensität als auch die Polarisation des reflektierten Lichts analysiert werden, sodass sowohl sehr dünne Schichten als auch komplizierte Schichtaufbauten besser gemessen werden können. Die Analyse der Polarisation jedoch bedeutet, dass teure optische Komponenten von Nöten sind.

Da bei der SR der Einfallswinkel 90° zur Schichtoberfläche beträgt, ist es möglich, Polarisationseffekte zu ignorieren (dies liegt daran, dass die meisten Schichten rotationssymmetrisch sind). Daher sind für die SR keine beweglichen optischen Komponenten notwendig, sodass die Schichtdickenmessgeräte wesentlich einfacher aufgebaut und damit kostengünstiger sind. SR-Systeme können außerdem leicht zur Transmissionsmessung eingesetzt werden.

In Anlehnung an die Tabelle weiter unten ist SR im Normalfall die bevorzugte Technik für Schichten mit einer Dicke von mehr als 10µm, wohingegen SE im Allgemeinen bei Schichten, die dünner als 10nm sind, zum Einsatz kommt. Zwischen diesen beiden Grenzwerten gibt es viele Anwendungen, bei denen beide Technologien verwendet werden können. Ist dies der Fall, so wird oft SR zur Schichtdickenmessung eingesetzt, da diese Technologie schneller, einfacher und kostengünstiger ist.