Εργαςτηριακό Εγχειρι διό. Μετρη ςεισ Πα χόυσ Λεπτών Υμενι ών

Εργαςτηριακό Εγχειρι διό Μετρη ςεισ Πα χόυσ Λεπτών Υμενι ών ςτο πλαίςιο του εργαςτθρίου του μακιματοσ Η Εξαμινου «Νανοθλεκτρονικι Σεχνολογία» Δρ. Παναγιϊτθσ αράφθσ Ακινα, 11/2016

Περιεχόμενα 1 φντομθ Περιγραφι του υμβολομετρικοφ υςτιματοσ FR-Basic VIS/NIR... 3 2 Μζτρθςθ Πάχουσ Λεπτοφ Τμενίου με το πρόγραμμα FR-Monitor... 4 3 Μζτρθςθ του κοτεινοφ Φάςματοσ (Dark Spectrum) και του Φάςματοσ Αναφοράσ (Reference Spectrum)... 5 3.1 Αρχικοποίθςθ τθσ Μετρθτικισ Διάταξθσ... 5 3.2 Περιγραφι τθσ Αρχικισ Οκόνθσ... 5 3.3 Μζτρθςθ του Dark Spectrum... 6 3.4 Ρυκμίςεισ για τθ Μζτρθςθ του Reference Spectrum... 7 3.5 Μζτρθςθ του Reference Spectrum... 10 4 Μζτρθςθ Πάχουσ Λεπτοφ Τμενίου με 1 τρϊμα... 13 4.1 Ειςαγωγι του δείγματοσ προσ Μζτρθςθ... 13 4.2 Fitting τθσ Μζτρθςθσ και Τπολογιςμόσ του Πάχουσ του Τμενίου... 14 5 Μζτρθςθ Πάχουσ Λεπτοφ Τμενίου με 2 τρϊματα... 17 5.1 Ειςαγωγι του δείγματοσ προσ Μζτρθςθ... 17 5.2 Fitting τθσ Μζτρθςθσ και Τπολογιςμόσ του Πάχουσ του Τμενίου... 18 6 Μζτρθςθ Πάχουσ Λεπτοφ Τμενίου με 3 τρϊματα... 21 6.1 Ειςαγωγι του δείγματοσ προσ Μζτρθςθ... 21 6.2 Fitting τθσ Μζτρθςθσ και Τπολογιςμόσ του Πάχουσ του Τμενίου... 22 Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 2

1 ύντομη Περιγραφή του υμβολομετρικού υςτήματοσ FR- Basic VIS/NIR Σο ςφςτθμα FR-Basic VIS/NIR είναι ζνα ςφςτθμα που ςτθρίηεται ςτθ φαςματοςκοπία λευκοφ φωτόσ (White Light Reflectance Spectroscopy WLRS). Σο όργανο αποτελείται από μία πθγι φωτόσ που εκπζμπει ςτο ορατό φάςμα (VIS) και ςτο εγγφσ υπζρυκρο (NIR), ζνα φαςματοφωτόμετρο που κάνει τθν ανάλυςθ του φωτόσ που λαμβάνεται κακϊσ και από ζνα ςφςτθμα οπτικϊν ινϊν που μεταφζρουν το φωσ προσ και από το δείγμα. Σα επιμζρουσ τμιματα του οργάνου φαίνονται ςτθν παρακάτω εικόνα: Περιςςότερεσ πλθροφορίεσ για τθν πειραματικι διάταξθ μπορεί να βρει κάποιοσ ςτο Manual του καταςκευαςτι, ςτο website του καταςκευαςτλθ αλλά και ςτο κανάλι του ςτο YouTube: Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 3

Site: http://www.thetametrisis.com/ YouTube: https://www.youtube.com/channel/ucnlbw9bxl8mws1eznnv1d9q 2 Μέτρηςη Πάχουσ Λεπτού Υμενίου με το πρόγραμμα FR- Monitor Ζνα από τα βαςικά προβλιματα όταν πρζπει να μετριςουμε με ακρίβεια κάποια πολφ μικρι ποςότθτα είναι θ αφαίρεςθ τθσ επίδραςθσ τθσ μετρθτικισ μασ διάταξθσ. το ςφςτθμα FR-Basic που κα χρθςιμοποιιςουμε, αυτι θ επίδραςθ μπορεί να επιμεριςτεί ςτισ παρακάτω επιμζρουσ επιδράςεισ: 1. Επίδραςθ των οπτικϊν ινϊν 2. Θόρυβοσ του Φαςματοφωτομζτρου 3. Φωτιςμόσ από τον περιβάλλοντα χϊρο 4. Απϊλειεσ του φωτόσ κατά τθ διάδοςθ ςτον αζρα (μεταξφ οπτικι ίνασ και δείγματοσ) 5. Μθ γραμμικότθτεσ των πθγϊν φωτόσ Για να αυξιςουμε λοιπόν τθν ακρίβεια των μετριςεϊν μασ πρζπει να λάβουμε υπόψιν και το κοτεινό Φάςμα (Dark Spectrum) και το Φάςμα Αναφοράσ (Reference Spectrum). Αυτά τα δφο φάςματα κα μασ βοθκιςουν να αφαιρζςουμε τθν επίδραςθ των παραπάνω παραγόντων ςτθ μζτρθςι μασ. κοτεινό Φάςμα (Dark Spectrum) Σο κοτεινό Φάςμα (Dark Spectrum) είναι θ μζτρθςθ που παίρνει το φαςματοφωτόμετρο όταν δεν λαμβάνει κακόλου φωσ από τθ λάμπα του οργάνου. Αυτι θ μζτρθςθ ιδεατά κα ιταν 0, αλλά εξαιτίασ του κορφβου του φαςματοφωτομζτρου και του ατμοςφαιρικοφ φωτιςμοφ, αυτό είναι μεγαλφτερο του 0. Οι τιμζσ οι οποίεσ παίρνει είναι ςυνικωσ γφρω ςτα 1500 a.u. υνεπϊσ παίρνοντασ τθ μζτρθςθ του Dark Spectrum αφαιροφμε τθν επίδραςθ του κορφβου και του ατμοςφαιρικοφ φωτιςμοφ. Φάςμα Αναφοράσ (Reference Spectrum) Σο Φάςμα Αναφοράσ (Reference Spectrum) είναι θ μζτρθςθ που παίρνει το φαςματοφωτόμετρο όταν το φωσ αντανακλάται ςε μία ζντονα και ομοιόμορφα ανακλαςτικι επιφάνεια π.χ. ςτο Si. Χρθςιμοποιϊντασ αυτι τθ μζτρθςθ μποροφμε να αφαιρζςουμε τθν επίδραςθ των οπτικϊν ινϊν, τισ απϊλειεσ του φωτόσ κατά τθ διάδοςθ ςτον αζρα αλλά και τισ μθ γραμμικότθτεσ των πθγϊν φωτόσ. Όπωσ φαίνεται από τα παραπάνω τα Dark και Reference Spectrum είναι ςυνάρτθςθ των ςυνκθκϊν που παίρνουμε τισ μετριςεισ. Αν αλλάξει οποιαδιποτε από αυτζσ τισ ςυνκικεσ τότε πρζπει να ξαναμετριςουμε αυτά τα φάςματα. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 4

3 Μέτρηςη του κοτεινού Φάςματοσ (Dark Spectrum) και του Φάςματοσ Αναφοράσ (Reference Spectrum) 3.1 Αρχικοποίηςη τησ Μετρητικήσ Διάταξησ Ανάβουμε το όργανο FR-Basic από το διακόπτθ πίςω από αυτό. Ανάβουμε τθ λάμπα του οργάνου που βρίςκεται ςτο μπροςτά μζροσ. Σο κουμπί ρφκμιςθσ τθσ ζνταςθσ τθσ λάμπασ πρζπει να είναι ςτθ μζςθ (ςτο 3 ι ςτο 4). Περιμζνουμε γφρω ςτα 10-15 μζχρι θ λάμπα να ηεςτακεί. Αν θ λάμπα δεν είναι ηεςτι τότε κα μεταβάλλεται το φάςμα εκπομπισ τθσ κατά τθ διάρκεια των μετριςεων. Αυτό οδθγεί ςε μθ ςυνεπείσ μετριςεισ μιασ και όςο ηεςταίνετε θ λάμπα τότε κα αυξάνεται θ ιςχφσ τθσ. Επιπλζον κα υπάρχει αναντιςτοιχία μεταξφ των πραγματικϊν Dark και Reference Spectrum και αυτϊν που μετριςαμε ςτθν αρχι και χρθςιμοποιοφνται ςτθ ςυνζχεια. 3.2 Περιγραφή τησ Αρχικήσ Οθόνησ Ανοίγουμε το πρόγραμμα FR-Monitor. Θ πρϊτθ εικόνα που βλζπουμε είναι θ παρακάτω: ε αυτιν διακρίνουμε τα παρακάτω ςτοιχεία Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 5

Σρζχων Reference spectrum Σρζχων μετροφμενο φάςμα Σρζχων Dark Spectrum 3.3 Μέτρηςη του Dark Spectrum Σο πρϊτο ςιμα το οποίο κα χρειαςτοφμε είναι το Dark Spectrum. Για να το πάρουμε αυτό πρζπει να τοποκετιςουμε μία επιφάνεια θ οποία απορροφά ολόκλθρο το φάςμα του φωτόσ που εκπζμπεται από τθ λάμπα μασ. Αν αυτι θ επιφάνεια δεν υπάρχει τότε βάηουμε τθν απόλθξθ τθσ οπτικισ ίνασ πάνω από κάποια τρφπα τθσ βάςθσ. Κάνουμε διάφορεσ δοκιμζσ κουνϊντασ τθν οπτικι ίνα μζχρι να πάρουμε τθν ελάχιςτθ τιμι του Dark Spectrum. Παίρνουμε το καινοφργιο «Dark Spectrum» πατϊντασ το κουμπί DS Διαλζγουμε που κα αποκθκευτεί το αρχείο που περιζχει τθ μζτρθςθ για το Dark Spectrum Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 6

Και μετά επιλζγουμε «Yes» για να χρθςιμοποιιςουμε τθ μζτρθςθ που μόλισ πιραμε ςαν DS Βλζπουμε ότι το τρζχων ςιμα ςυμπίπτει με το τρζχων DS που χρθςιμοποιείται ςτουσ υπολογιςμοφσ. 3.4 Ρυθμίςεισ για τη Μέτρηςη του Reference Spectrum Σοποκετοφμε το δείγμα που κα χρθςιμοποιιςουμε ςαν δείγμα αναφοράσ. Εν προκειμζνω κα χρθςιμοποιιςουμε το δείγμα του Si. Σο δείγμα αναφοράσ πρζπει να είναι ζνα δείγμα αρκετά ανακλαςτικό το οποίο αντανακλά όλεσ τισ ςυχνότθτεσ που μασ ενδιαφζρουν ζτςι ϊςτε να αφαιρζςουμε τελείωσ τθν επίδραςθ των τυχαίων μεταβολϊν τθσ οπτικισ μασ πθγισ. Με άλλα λόγια το δείγμα αναφοράσ πρζπει να ςυμπεριφζρεται ςαν κακρζφτθσ για τισ ςυχνότθτεσ που μασ ενδιαφζρουν. ε αυτιν τθν μζτρθςθ ςαν κακρζφτθ κα χρθςιμοποιιςουμε το Si. Αρχικά πθγαίνουμε ςτο πάνω αριςτερά κουμπί (Configuration) και επιλζγουμε ςαν αναφορά (Reference Correction) το Si. Αυτζσ οι επιλογζσ φαίνονται και ςτισ παρακάτω εικόνεσ: Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 7

Μετά τοποκετοφμε το δείγμα του Si και θ εικόνα που παίρνουμε είναι θ εξισ: Σο Si που χρθςιμοποιοφμε ςαν κακρζφτθ ζχει μία ανακλαςτικότθτα ~30%. Ο Analog-to- Digital Converter (ADC) που διακριτοποιεί το φαςματοφωτόμετρο είναι 16bit, πράγμα το οποίο δθμιουργεί 65536 ςτάκμεσ διακριτοποίθςθσ. Για να μποροφμε να μετριςουμε οποιαδιποτε δείγμα με ανακλαςτικότθτα 0-100% τότε πρζπει θ μζτρθςθ του Reference να Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 8

είναι ~30% 65536 = ~20000. υνεπϊσ διαλζγουμε το μετροφμενο ςιμα να είναι γφρω ςτισ 19000-20000. Αν δεν ςυμβαίνει αυτό ζχω 3 τρόπουσ να το επιτφχω: 1. Να αυξιςω τθν ζνταςθ τθσ λάμπασ 2. Να μειϊςω τθν απόςταςθ μεταξφ τθσ απόλθξθσ τθσ ίνασ και του δείγματοσ αναφοράσ 3. Να αυξιςω το χρόνο ολοκλιρωςθσ Πρζπει να ζχουμε ςτο μυαλό μασ ότι όςο μεγαλφτερθ θ ιςχφσ που λαμβάνεται από το φαςματοφωτόμετρο, τόςο μεγαλφτερο και το Dark Current. Αλλά θ μεγάλθ ιςχφσ μεγαλϊνει και το Signal-To-Noise Ratio (SNR) και ςυνεπϊσ μασ δίνει πιο κακαρό ςιμα. Σο SNR ορίηεται ωσ: Signal Intensity SNR Noise Intensity Θ 3 θ μζκοδοσ ςχετίηεται με τθν αφξθςθ του χρόνου ολοκλιρωςθσ, δθλαδι το χρόνο που κα κεωροφμε ότι κρατάει μία μζτρθςθ. Αυτό αυξάνει τθν ενζργεια που ςυγκεντρϊνεται από το φαςματοφωτόμετρο και ςυνεπϊσ αυξάνει και το πλάτοσ του ςιματοσ. Όλεσ οι μζκοδοι αλλάηουν τισ ρυκμίςεισ τθσ διάταξισ μασ και για αυτό το λόγο απαιτοφν να ξαναπάρουμε το Dark Current. Ειδικότερα όμωσ με τθ μζκοδο 1, αυξάνουμε και το κόρυβο που προκφπτει από τθ φωτεινι πθγι και για αυτό το λόγο ςυνικωσ τθ χρθςιμοποιοφμε ωσ τελευταία λφςθ. Θ μζκοδοσ που κα χρθςιμοποιιςουμε εδϊ είναι θ 3, δθλαδι αυτι με τθ ρφκμιςθ του χρόνου ολοκλιρωςθσ. Θ μζκοδοσ περιγράφεται παρακάτω. Αρχικά, από το παράκυρο διαλόγου του Configuration ρυκμίηουμε το χρόνο ολοκλιρωςθσ (Integration Time). Θ τιμι αυτοφ δεν πρζπει να είναι πολφ μικρι αλλά οφτε και να ξεπερνά τα 80 msec. Μία ςυνθκιςμζνθ τιμι είναι γφρω ςτα 50 msec. Αν ςτο διακζςιμο εφροσ δεν μποροφμε να επιτφχουμε το μετροφμενο ςιμα του Reference να είναι ανάμεςα ςτα 15000-20000 τότε αναγκαςτικά αυξομειϊνουμε τθν ζνταςθ τθσ λάμπασ ι αυξομειϊνουμε τθν απόςταςθ μεταξφ τθσ ίνασ και του δείγματοσ. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 9

Επίςθσ αλλάηοντασ το # Spectra Avg από 1 ςε 5, όπωσ φαίνεται ςτθν παραπάνω εικόνα, χρθςιμοποιοφμε για κάκε μασ μζτρθςθ 5 φάςματα για να εξάγουμε τον μζςο όρο αυτϊν. Αυτό μειϊνει τον κόρυβο ςτο ςιμα μασ. 3.5 Μέτρηςη του Reference Spectrum Όπωσ προαναφζρκθκε το 2ο ςιμα το οποίο κα χρειαςτοφμε είναι το Reference Spectrum. Για να γίνει αυτό πατάμε ςτο κουμπί RS όπωσ φαίνεται παρακάτω και μετά διαλζγουμε το αρχείο που κζλουμε να γίνει θ αποκικευςθ τθσ μζτρθςθσ. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 10

Πατϊντασ το Yes ςτθν ερϊτθςθ «Do you want to use the newly captured spectrum as the reference spectrum?» ρυκμίηουμε το ςφςτθμά μασ ϊςτε ςτουσ υπολογιςμοφσ του να χρθςιμοποιιςει ωσ Reference το ςιμα που μόλισ πιραμε. Με το που πατάμε Yes θ οκόνθ που εμφανίηεται είναι θ επόμενθ Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 11

Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 12

4 Μέτρηςη Πάχουσ Λεπτού Υμενίου με 1 τρώμα Ζχοντασ πάρει τισ μετριςεισ για τα το Dark Spectrum και για το Reference Spectrum προχωράμε ςτθ μζτρθςθ του πάχουσ ενόσ λεπτοφ υμενίου. το ςυγκεκριμζνο παράδειγμα κα χρθςιμοποιιςουμε ζνα δείγμα που απαρτίηεται από SiO 2 /Si. Σο Si είναι καλόσ ανακλαςτισ (ανακλά ~30%) ενϊ το SiO 2 είναι μερικϊσ διάφανο, πράγμα το οποίο επιτρζπει τθν ακριβι μζτρθςθ με τθ μζκοδό μασ. SiO 2 Si 4.1 Ειςαγωγή του δείγματοσ προσ Μέτρηςη Ειςάγω το δείγμα που ζχω προσ μζτρθςθ. Για αρχι κα εξετάςουμε ζνα δείγμα που ζχει μόνο ζνα ςτρϊμα SiO 2 πάνω από το Si. Θ οκόνθ θ οποία βλζπουμε ζχει αλλάξει. Παρατθροφμε ότι τϊρα ζχουμε ζναν ςυντονιςμό. Αφοφ το δείγμα ζχει μόνο SiO 2 πθγαίνουμε ςτο ςθμείο που δείχνει το βζλοσ και προςκζτω ι αφαιρϊ layer αναλόγωσ τθ δομι μου. Εδϊ βλζπουμε ότι υπιρχε ζνα layer Si 3 N 4 πάνω από το SiO 2. Επιλζγουμε και αφαιροφμε αυτό το layer. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 13

Αφοφ το ςβιςουμε, θ καρτζλα Layer Stack φαίνεται ωσ εξισ: 4.2 Fitting τησ Μέτρηςησ και Υπολογιςμόσ του Πάχουσ του Υμενίου τθ ςυνζχεια, πθγαίνουμε ςτο Fit Mode Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 14

Βλζπουμε ότι δεν υπάρχει κάποια ςφμπτωςθ μεταξφ των γραμμϊν. Εδϊ πρζπει να τονιςτεί ότι θ μάυρθ γραμμι είναι θ μζτρθςθ. Η κόκκινθ γραμμι ανταποκρίνεται ςτθ κεωρθτικι πρόβλεψθ ενόσ ςτρϊματοσ του ςυγκεκριμζνου υλικοφ (εδϊ SiO 2 ) που ζχει πάχοσ ίςο με αυτό που φαίνεται ςτο Est. Thick. (εν προκειμζνω 1000 nm). Για να δθλϊςουμε το ςτρϊμα του οποίου το πάχοσ κζλουμε να βροφμε, κάνουμε κλικ ςτο checkbox του Est. Thick.. Ακολοφκωσ ορίηουμε τα Min. Thick., Max. Thick. και Est. Thick. Θ επιλογι αυτϊν των τιμϊν γίνεται με κριτιριο τθν εκτίμθςι μασ για το πάχοσ του υλικοφ. Επίςθσ είναι απαραίτθτο να ορίςουμε και τον αρικμό των βθμάτων του επαναλθπτικοφ αλγορίκμου που κα εκτελεςτοφν. Αυτό το ρυκμίηουμε από τθ ςτιλθ «# steps». Μία καλι προςζγγιςθ είναι να βάηουμε τουλάχιςτον 1 με 2 βιματα για κάκε 100 nm που είναι το Max. Thick. Min. Thick. Σε αυτό το ςθμείο πρζπει να τονίςουμε ότι όςα περιςςότερα βιματα βάηουμε τόςο περιςςότερο αργεί να εκτελεςτεί ο αλγόρικμοσ. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 15

Για το ςυγκεκριμζνο δείγμα βάηουμε Min. Thick. = 100 nm και Max. Thick. = 1000 nm. Βάηουμε επίςθσ Est. Thick. = 400 nm (περίπου ςτθ μζςθ) ϊςτε ο επαναλθπτικόσ αλγόρικμοσ να ξεκινιςει από αυτιν τθν τιμι. Παρατθροφμε ότι αλλάηει θ κόκκινθ καμπφλθ και πλθςίαςε περιςςότερο ςτθ μζτρθςι μασ. αν # of Steps αφινουμε το 9. Μετά κάνουμε κλικ ςτο κουμπί Fit. Βλζπουμε ότι ζχουμε καλφτερο Fit αλλά και ότι άλλαξε θ τιμι που ζγραφε ςτο Est. Thick. Θ νζα τιμι είναι και το πραγματικό πάχοσ του υμενίου. Παρατιρθςθ Θ μθ καλι ςφμπτωςθ που ςυμβαίνει ςτα 400 480 nm οφείλεται ςτο χαμθλό ςιμα που λαμβάνει το φαςματοφωτόμετρο ςε αυτιν τθν περιοχι (βλζπε και κεφάλαιο 3.4). Αυτό μπορεί οφείλεται ςτθ χαμθλι εκπομπι τθσ λάμπασ ςε αυτά τα μικθ κφματοσ. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 16

5 Μέτρηςη Πάχουσ Λεπτού Υμενίου με 2 τρώματα Ζχοντασ πάρει τισ μετριςεισ για τα το Dark Spectrum και για το Reference Spectrum προχωράμε ςτθ μζτρθςθ του πάχουσ ενόσ λεπτοφ υμενίου. το ςυγκεκριμζνο παράδειγμα κα χρθςιμοποιιςουμε ζνα δείγμα που απαρτίηεται από Si 3 N 4 /SiO 2 /Si. Σο Si είναι καλόσ ανακλαςτισ ενϊ τα Si 3 N 4 και SiO 2 είναι αρκετά διάφανα, πράγμα το οποίο επιτρζπει τθν ακριβι μζτρθςθ με τθ μζκοδό μασ. Si 3 Ν 4 SiO 2 Si 5.1 Ειςαγωγή του δείγματοσ προσ Μέτρηςη Αρχικά ειςάγουμε το δείγμα προσ μζτρθςθ. Θ οκόνθ θ οποία παίρνουμε είναι θ παρακάτω. Παρατθροφμε ότι υπάρχουν 4 κορυφζσ, πράγμα το οποίο οφείλεται ςτο μεγαλφτερο πάχοσ των μετροφμενων ςτρωμάτων. Παρατθροφμε ότι τα υλικά που εμφανίηονται ςτθν καρτζλα Layer Stack είναι ελλιπι ςε ςχζςθ με το πραγματικό μασ δείγμα. Για να περιγράψουμε το ακριβζσ Layer Stack πρζπει να προςκζςουμε ζνα Layer. Για αυτό το λόγο πατάμε το κουμπί Add Layer που φαίνεται ςε κόκκινο τετράγωνο ςτθν παρακάτω εικόνα: Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 17

Αφοφ πατιςουμε το παραπάνω κουμπί, εμφανίηεται μία καινοφργια γραμμι με ζνα Layer ανάμεςα ςτον αζρα και ςτο SiO 2. Διαλζγουμε το ςωςτό υλικό για τθν γραμμι που εμφανίςτθκε. Διαλζγουμε Category -> Dielectrics και Material -> Si 3 N 4 5.2 Fitting τησ Μέτρηςησ και Υπολογιςμόσ του Πάχουσ του Υμενίου Πθγαίνουμε ςτο Fit View Αφοφ ζχουμε διαλζξει τα ςωςτά υλικά τςεκάρουμε το Est. Thick. και για τα δφο Layer. Εκεί ρυκμίηουμε και το Min. Thick. και το Max. Thick. των δφο layer. το ςυγκεκριμζνο παράδειγμα γνωρίηουμε ότι το πάχοσ του SiO 2 είναι μεταξφ 300-800 nm ενϊ του Si 3 N 4 είναι 50-300 nm. To Est. Thick. το βάηουμε περίπου ςτθ μζςθ (175 nm και 650 nm για το SiO 2 και Si 3 N 4 αντίςτοιχα). Είναι ςθμαντικό να ρυκμίςουμε και τον αρικμό των βθμάτων από τθν ςτιλθ «# steps». Αυτόσ ο αρικμόσ ορίηει τα βιματα που κα γίνουν μζχρι να ςυγκλίνει ο αλγόρικμοσ εφρεςθσ τθσ κατάλλθλθσ τιμισ (fitting). Τπενκυμίηουμε ότι όςο μεγαλφτεροσ ο αρικμόσ των βθμάτων τόςο κακυςτερεί θ εφρεςθ τθσ λφςθσ. Ασ βάλουμε Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 18

αρικμό βθμάτων # steps = 2 και ςτα δφο (αυτόσ ο αρικμόσ βθμάτων είναι πολφ μικρόσ και δεν κα μασ βγάλει καλό αποτζλεςμα. Παρόλα αυτά για χάρθ του παραδείγματοσ κα βάλουμε αυτόν). Μετά πάμε ςτο Fit View και πατάμε Fit. Σο αποτζλεςμα που παίρνουμε είναι το παρακάτω. Αν για κάποιο λόγο το Fit δεν ζβγαινε καλό, για να το βελτιϊςουμε μασ πρζπει να παίξουμε με τισ τιμζσ Min. Thick., Max Thick. και Est. Thick. αναλόγωσ. Κάκε φορά κα πρζπει να αλλάηουμε και το Est. Thick. για να ξεφεφγουμε από τα τοπικά ελάχιςτα του αλγορίκμου επίλυςθσ. Ζνασ καλόσ οδθγόσ είναι ότι όςο περιςςότερεσ οι κορυφζσ τόςο μεγαλφτερο το πραγματικό πάχοσ του υλικοφ. Για να αυξιςουμε τον αρικμό των κορυφϊν αυξάνουμε το Est. Thick. των δφο υλικϊν. το παραπάνω Fit, ο αρικμόσ των κορυφϊν είναι ςωςτόσ. Βλζπουμε ότι ξεκινϊντασ από Est. Thick 100 nm και 100 nm για το SiO 2 και Si 3 Ν 4 αντίςτοιχα πιραμε αποτζλεςμα 90 nm και 755 nm. τθν περίπτωςι μασ όμωσ το Fit είναι αρκετά καλό. Αλλά για να βεβαιωκοφμε ότι ο αλγόρικμοσ βελτιςτοποίθςθσ δεν ζχει βρει απλά ζνα τοπικό ελάχιςτο τρζχουμε το Fit με αυξθμζνο το # Steps. Ζςτω ότι το βάηουμε 9 Παρατθροφμε ότι το Fitting χρειάηεται περιςςότερο χρόνο: Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 19

Σο αποτζλεςμα που παίρνουμε είναι το παρακάτω: Βλζπουμε ότι το Fit ςυνεχίηει να δίνει τα ίδια αποτελζςματα. Οπότε κεωροφμε ότι ζχουμε πάρει μία ςωςτι μζτρθςθ. Παρατιρθςθ Όπωσ είπαμε και παραπάνω, θ μθ καλι ςφμπτωςθ που ςυμβαίνει ςτα 400 480 nm οφείλεται ςτο χαμθλό ςιμα που λαμβάνει το φαςματοφωτόμετρο ςε αυτιν τθν περιοχι (βλζπε και κεφάλαιο 3.4). Αυτό μπορεί οφείλεται ςτθ χαμθλι εκπομπι τθσ λάμπασ ςε αυτά τα μικθ κφματοσ. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 20

6 Μέτρηςη Πάχουσ Λεπτού Υμενίου με 3 τρώματα Ζχοντασ πάρει τισ μετριςεισ για τα το Dark Spectrum και για το Reference Spectrum προχωράμε ςτθ μζτρθςθ του πάχουσ ενόσ λεπτοφ υμενίου. το ςυγκεκριμζνο παράδειγμα κα χρθςιμοποιιςουμε ζνα δείγμα που απαρτίηεται από poly-si/si 3 N 4 /SiO 2 /Si. Σο Si είναι καλόσ ανακλαςτισ ενϊ τα poly-si, Si 3 N 4 και SiO2 είναι αρκετά διάφανα, πράγμα το οποίο επιτρζπει τθν ακριβι μζτρθςθ με τθ μζκοδό μασ. poly-si Si 3 Ν 4 SiO 2 Si 6.1 Ειςαγωγή του δείγματοσ προσ Μέτρηςη Θ πρϊτθ οκόνθ είναι θ παρακάτω. Βλζπουμε ότι αυξάνεται ο αρικμόσ των κορυφϊν γιατί ζχουμε μεγαλφτερο μικοσ. Όπωσ και πριν προςκζτουμε άλλο ζνα layer ςτο Layer Stack. Αυτι τθ φορά το υλικό που κα μετριςουμε είναι poly-silicon και εμφανίηεται κάτω από το Category -> Semiconductors, Material -> Si poly Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 21

6.2 Fitting τησ Μέτρηςησ και Υπολογιςμόσ του Πάχουσ του Υμενίου Πατάμε Fit View. Θ οκόνθ που εμφανίηεται είναι θ εξισ: Βλζπουμε ότι με πάχοσ Est. Thick. = 100 nm το κεωρθτικό φάςμα (κόκκινο) είναι πολφ κοντά ςτο μετροφμενο. Οπότε τςεκάρουμε το Est. Thick. και αυξάνουμε τα όρια ωσ εξισ: Αφινουμε τον default αρικμό βθμάτων, ζτςι ϊςτε να μθν κακυςτεριςει πάρα πολφ θ μζτρθςι μασ. τθ ςυνζχεια πατάμε Fit. και βλζπουμε ότι αυτι τθ φορά το πετφχαμε με τθν πρϊτθ! Σο αποτζλεςμα φαίνεται ςτα κυκλωμζνα ςθμεία. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 22

Αν δεν το είχαμε πετφχει κατευκείαν κα ζπρεπε να ςκεφτοφμε όπωσ κάναμε ςτθν ενότθτα 5.2 με τα 2 layers. Ακινα, 2016 Μετριςεισ Πάχουσ Λεπτϊν Τμενίων 23