Ellipsometrie und Rasterkraftmikroskopie

Ellipsometrie und Rasterkraftmikroskopie

Bei der Reflexion an einer Oberfläche ändert sich der Polarisationszustand des Lichtes. Diese Änderung erlaubt eine detaillierte Analyse der Oberflächeneigenschaften. Die zu untersuchende Oberfläche wird dazu mit linear polarisiertem Licht beleuchtet. Das reflektierte Licht ist dann im Allgemeinen elliptisch polarisiert, daher der Name „Ellipsometrie“. Dieser Polarisationszustand wird ermittelt und für einen bestimmten Wellenlängenbereich des analysierenden Lichtes bestimmt. Aus dieser Information werden anschließend die optischen Eigenschaften des Oberflächen-Schichtsystems berechnet. Mittels physikalischer Modelle bestimmt man daraus grundlegendere Parameter des Schichtsystems: Schichtdicke, Homogenität, chemische und physikalische Zusammensetzung, Stöchiometrie, Mikro-Rauhigkeit, Dichte,...

Der immense Vorteil dieser Methode liegt darin, dass die Messung optisch und daher berührungslos und zerstörungsfrei durchgeführt wird. Unter optimalen Bedingungen können Schichtdickenänderungen im Subnanometer-Bereich gemessen werden wie zum Beispiel Polymerbeschichtungen auf Metallen, Oxide auf Silizium-Wafer.

Die Halbleiterindustrie setzt dieses Verfahren sehr häufig. Weitere zahlreiche neue Anwendungen ergeben sich zum Beispiel bei der Erzeugung von Hartstoffschichten (TiN, ...) mittels PACVD, bei der Analyse von Polymbeschichten auf Glas oder bei der Kontrolle von Klebstoffschichten.

Rastersondenmikroskopie: Mikroskopische Analyse von Oberflächeneigenschaften

Rastersondenmikroskopie ermöglicht die mikroskopische Erfassung von Oberflächeneigenschaften. Dabei kann nicht nur die Topographie der Oberfläche sondern auch magnetische Eigenschaften, Elastizität oder Reibung analysiert werden. Eine laterale Auflösung im Bereich von 1 nm ermöglicht auch die Analyse von Nanostrukturen. Rastersondenmikroskopie ist somit ein unumgängliches Werkzeug der Nanotechnologie.

Das Herzstück des Rastersondenmikroskops ist eine winzige Spitze, die an einem Ende eines Balkens montiert ist. Diese Spitze reagiert auf Wechselwirkungskräfte, die beim Abscannen der Probe lateral, vertikal oder in beide Richtungen auftreten. Diese Kräfte zwingen den Balken zur Auslenkung, welche über eine optische Methode detektiert wird. Dabei wird ein Laserstrahl auf die Rückseite des Balkens projiziert und das reflektierte Signal mittels segmentierter Photodiode eruiert. Die Bewegungen des Balkens werden dann aus den unterschiedlichen Werten, welche auf den Photodiodensektoren auftreten, errechnet. Je nach Regelung der Rückkopplung auf den Balken aufgrund der errechneten Signale, können verschiedenste Arten von Oberflächenparametern gemessen werden.

Rastersondenmikroskopie ist ein unerlässliches Hilfsmittel in der Analyse von Nanostrukturen. Durch die Möglichkeit die Topographie der Oberfläche einfach zu erfassen, ist es eine wertvolle Ergänzung zur Rasterelektronenmikroskopie.