一种可溯源的光谱椭偏仪标定方法.pdf

第卷第期年月物理学报
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一种可溯源的光谱椭偏仪标定方法!
张继涛!)" 李岩!) 罗志勇#)
!)(清华大学精密仪器与机械学系,精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京!$$$%&)
#)(中国计量科学研究院,北京!$$$!’)
(#$$( 年& 月% 日收到;#$$( 年) 月* 日收到修改稿)
提出了一种用+ 射线反射术标定光谱椭偏仪的方法, 作为一种间接测量方法,光谱椭偏术测得的薄膜厚度依
赖于其光学常数,不具有可溯源性, 在掠入射条件下,+ 射线反射术能测得薄膜的物理厚度,测量结果具有亚纳米
量级的精密度且与薄膜光学常数无关, 在单晶硅基底上制备了厚度分别为# -.,!% -.,’& -.,*! -. 及!/$ -. 的
薄膜标样,并用强制过零点的直线拟合了两种方法的标样测量结果,拟合直线的斜率为,表明该
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方法可在薄膜厚度测量中标定光谱椭偏仪,
关键词:光谱椭偏术,+ 射线反射术,膜厚,标定
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吸收系数);’)当光学常数未知时,需要根据材料特
!3 引言性选择合适的色散关系模型(如 NODFE 模型,P;DGCQ
模型,RSOE-?= 模型等)并将其系数设置为待拟合参
光谱椭偏仪目前在薄膜厚度和光学常数测量中数;&)设定拟合参数的初始值,将椭偏角的实测值和
[ —] 基于模型的理论值进行拟合,得到薄膜厚度和光学
获得了广泛的应用! / , 相比其他薄膜厚度测量方
常数由上述过程可知,最佳的拟合结果与薄膜的厚
法,它具有测量精度高(可达$3! -. 甚至更高)、测,
度和光学常数有关,当光学常数未知时,厚度与光学
量速度快(最快可在几秒钟内完成,且已有 H-:A1?D 式
的在线实时测量仪器)、对测量环境及样品要求低常数的拟合结果互相依赖;当光学常数已知但不准
(可在空气中测量,样品制备简单)、及价格相对较低确时,更会严重影响厚度测量准确度, 对于现有的薄
膜材料来说,在可见光波段内光学常数准确测得的
等优点,
情形只是其中的一小部分,绝大多数薄膜材料的光
然而,由于原理上是一种间接测量方法,光谱
学常数是未知或不准确的,对于新型薄膜材料来说
椭偏仪测得的薄膜厚度与其光学常数之间是相关
更是如此,这就极大地限制了光谱椭偏仪在薄膜测
的,当后者未知或不准确时,将无法准确测得薄膜的
量领域的应用范围
厚度[%] 光谱椭偏仪的测量原理可描述为,
, 为了保证光谱椭偏仪对薄膜厚度测量的准确性
( ) 表示待测薄膜表面反
?;- EIJ > K ! M ! , !( ,)
! " L 0 " " K L 0 与可靠性,需要对其进行标定, 目前最常用的方法是
射