אליפסומטריה ספקטרוסקופית מאומצת באופן נרחב ב סמיקונדקטור עיבוד, כגון בייצור של מעגלים משולבים, לוחות תצוגה שטוחים ותאים סולאריים. עם זאת, אליפסומטר ספקטרוסקופי קונבנציונלי, כפי שמוצג באיור 1a, מווסת בדרך כלל את מצב הקיטוב באמצעות סיבוב מכני של המפצה או הנתח. לזיהוי ספקטרלי, זה דורש סריקה באורך גל או שימוש בספקטרומטר רב-ערוצי. המערכת המתקבלת היא לרוב מגושמת, מורכבת ודורשת מדידות מרובות.
במאמר חדש שפורסם ב אור: מדע ויישומים, צוות מדענים, בראשותו של פרופסור יואנמו יאנג מאוניברסיטת Tsinghua, סין ועמיתיו לעבודה הציעו והדגימו בניסוי מערכת מבוססת מערך מטה-משטחי קומפקטי למדידת אליפסומטריה ספקטרוסקופית בצילום יחיד, כפי שמוצג באיור.1b.
המערכת המוצעת משתמשת במערך מטא-שטח מבוסס סיליקון כדי לקודד את ספקטרום הקיטוב המלא של סטוקס של אור המוחזר מהסרט הדק. לאחר מכן, הקיטוב והמידע הספקטרלי מפוענחים בהתבסס על אותות העוצמה הנאספים על ידי חיישן CMOS באמצעות אלגוריתמי אופטימיזציה קמורים.
זה יכול לשחזר את ספקטרום הקיטוב המלא של הסרט הדק, מה שיאפשר עוד יותר את קביעת עובי הסרט ומקדם השבירה. גישה זו מפשטת באופן משמעותי מערכות אליפסומטריות ספקטרוסקופיות קונבנציונליות ומאפשרת מדידות פרמטרים של סרט דק בצילום בודד.
הסכמטי של אליפסומטר ספקטרוסקופי מבוסס מערך משטחי מוצג באיור 2א. קטע הזיהוי הספקטרופולרימטרי של האליפסומטר מורכב ממערך משטח משולב בחיישן CMOS מסחרי, וכתוצאה מכך מערכת קומפקטית במיוחד. מערך המטא-שטח מורכב מ-20 × 20 אלמנטים מותאמים שנועדו לתמוך בתגובה אנזוטרופית ומגוונת ספקטרלית, מה שמבטיח שחזור מדויק של ספקטרום הקיטוב המלא של סטוקס.
בעבודה זו, חמישה SiO2 סרטים דקים בעוביים הנעים בין 100 ננומטר ל-1000 ננומטר שהופקדו על מצע סיליקון נבחרו כדגימות לבדיקה. העובי המותאם ופיזור מקדם השבירה של הסרטים הדקים שנבדקו תאמו באופן הדוק את האמת המתקבלת מאליפסומטר ספקטרוסקופי מסחרי, עם שגיאות של 2.16% ו-0.84% בלבד עבור מדידות עובי ואינדקס השבירה, בהתאמה.
צוות המחקר הציע והדגים בניסוי מערך metasurface עבור מערכת אליפסומטריה ספקטרוסקופית משולבת בזריקה אחת. מערכת זו מאפשרת קביעה מדויקת של עובי הסרט הדק ומקדם השבירה באמצעות מדידה אחת ללא כל חלקים נעים מכניים או אלמנטים אפנון פאזה דינמיים.
מערך המטא-משטח טומן בחובו גם הבטחה להדמיה ספקטרופולארימטרית, אשר עשויה לאפשר עוד יותר את האפיון הלא הרסני של סרטים דקים לא הומוגניים במרחב.