分光エリプソメトリーは広く採用されています。 半導体 集積回路、フラットディスプレイパネル、太陽電池の製造などの加工。しかし、図1aに示すような従来の分光エリプソメータは、通常、補償器または検光子の機械的な回転によって偏光状態を変調します。スペクトル検出には、波長スキャンまたはマルチチャンネル分光計の使用が必要です。結果として得られるシステムは、多くの場合、大きくて複雑であり、複数の測定が必要になります。
出版された新しい論文 光：科学と応用中国清華大学のYuanmu Yang教授とその共同研究者らの科学者チームは、図1bに示すように、シングルショット分光エリプソメトリー測定のためのコンパクトなメタサーフェスアレイベースのシステムを提案し、実験的に実証しました。
提案されたシステムは、シリコンベースのメタサーフェス アレイを利用して、薄膜から反射された光の完全なストークス偏光スペクトルをエンコードします。続いて、凸型最適化アルゴリズムを使用して、CMOS センサーによって収集された強度信号に基づいて、偏光とスペクトルの情報がデコードされます。
薄膜の完全なストークス偏光スペクトルを再構築できるため、さらに膜厚と屈折率を決定できるようになります。このアプローチにより、従来の分光偏光解析システムが大幅に簡素化され、シングルショットの薄膜パラメータ測定が可能になります。
メタサーフェスアレイベースの分光エリプソメーターの概略図を図2aに示します。エリプソメーターの分光偏光検出セクションは、市販の CMOS センサーに統合されたメタサーフェス アレイで構成されており、非常にコンパクトなシステムになります。メタサーフェス アレイは、異方性およびスペクトル的に多様な応答をサポートするように設計された 20 × 20 の最適化された要素で構成され、完全なストークス偏光スペクトルの正確な再構築を保証します。
本作では5つのSiOが2 シリコン基板上に堆積された厚さ 100 nm ～ 1000 nm の薄膜が、テスト用のサンプルとして選択されました。テストした薄膜の当てはめられた厚さと屈折率分散は、市販の分光エリプソメーターから得られたグランドトゥルースとほぼ一致し、厚さ測定と屈折率測定の誤差はそれぞれわずか 2.16% と 0.84% でした。
研究チームは、シングルショット統合分光偏光解析システム用のメタサーフェスアレイを提案し、実験的に実証しました。このシステムにより、機械的な可動部品や動的位相変調素子を使用せずに、1 回の測定で薄膜の厚さと屈折率を正確に決定できます。
メタサーフェス アレイは分光偏光イメージングにも有望であり、これにより空間的に不均一な薄膜の非破壊特性評価がさらに可能になる可能性があります。