Spektroskopische Ellipsometrie –
Messungen bis 1000 °C
Abb. 1: TS1000-Heizzelle montiert auf M-2000-Ellipsometer.
Spektroskopische Ellipsometrie bei Raumtemperatur liefert viele wichtige Informationen zum Schichtaufbau und den optischen Konstanten. Da sich diese Parameter jedoch bei höheren Temperaturen ändern, erfordern entsprechende Aufgabenstellungen eine temperaturabhängige Messung.
Zu diesem Zweck können unsere Ex-situ-Ellipsometer, wie das M-2000 oder RC2, mit Heizzellen ausgerüstet werden, die einfach auf dem Probenhalter platziert werden. Bisher stand mit unserer Linkam-Heizzelle eine Messoption für den Temperaturbereich von -70 °C (Kühlung durch flüssigen Stickstoff) bis +600 °C zur Verfügung. Die neue TS1000-Zelle ermöglicht jetzt Messungen bis 1000 °C. Diese Heizzelle ist speziell für die M-2000 und RC2-Ellipsometer konzipiert, beides Systeme mit CCD-Technologie. Damit lassen sich Temperaturrampen fahren und für jeden Zeitpunkt, bzw. jede Temperatur wird das gesamte Spektrum simultan aufgenommen.
Abb. 2: Temperaturprofil (rot) und während der Temparturänderung gemessene SiO2-Dicke (blau)
Abb 3: Brechungsindex von Si als Funktion der Wellenlänge, bestimmt bei Raumtemperatur, 300 °C, 600 °C und 1000 °C
Abb. 4: Exktionktionskoeffizient von Si als Funktion der Wellenlänge, bestimmt bei Raumtemperatur, 300 °C, 600 °C und 1000 °C
Im Messbeispiel wurde mit der TS1000 und dem M-2000DI (Spektralbereich 193 - 1700 nm) eine Silizium-Probe auf 1000 °C geheizt und dabei die Zunahme der Oxiddicke und die Änderungen der optischen Konstanten ermittelt. Während des Hochheizens wächst etwas zeitversetzt thermisches SiO2 bis zu einer Dicke von ca. 90 nm. Die optischen Konstanten von Si ändern sich deutlich mit der Temperatur, indem ausgeprägte Strukturen der elektronischen Übergänge „ausschmieren“.
Die TS1000 kann als separate Option oder als kombiniertes Paket mit der Standard-Linkam-Zelle (-70 °C bis +600 °C) bestellt werden. Beide Heizeinheiten verwenden denselben Controller, der wahlweise mit der einen oder der andere verwendet werden kann. Die Zellen selbst werden mit kühlbarem Gehäuse und Fused Silica-Fenster für Messung bei einem Einfallswinkel von 70° geliefert und verfügen über Anschlüsse zur Gasspülung. Halter mit Schnellverschluss erlauben einen schnellen Wechsel zwischen Standardprobenhalter und Heizzelle, inklusive Sensoren zur Erkennung der montierten Einheit, so dass das Messprogramm direkt die entsprechenden Systemeinstellungen übernimmt.
