Квазиоптическое масштабное моделирование влияния локализованных дефектов поверхности металлов на данные оптической эллипсометрии

Abstract

Эллипсометрия – высокочувствительный, бесконтактный, неразрушающий метод исследования поверхностей и межфазных границ, основанный на изучении изменения состояния поляризации зондирующей электромагнитной волны в результате ее взаимодействия с границей раздела. Особую проблему при анализе эллипсометрических данных представляют дефекты поверхности, к которым можно отнести шероховатость, островковые пленки, регулярный рельеф, отдельные локализованные дефекты. На сегодняшний день не существует адекватных моделей, описывающих влияние локализованных дефектов поверхности на результаты эллипсометрических экспериментов. Ранее было выдвинуто предположение, что локализованные дефекты при определенных условиях могут не влиять на эллипсометрические данные. Целью работы является проверка этой гипотезы путем проведения систематических исследований влияния дефектов в форме параллелепипедов различных размеров на эллипсометрические данные. C помощью созданного терагерцевого эллипсометра, работающего на длине волны λ =2,2 мм(0,14 ТГц), проведено масштабное моделирование влияния дефектов, характерных для поверхности, подвергнутой радиационному распылению, на результаты эллипсометрического эксперимента в оптическом диапазоне. Такая большая рабочая длина волны позволяет формировать на поверхности дефекты заданной формы и размеров и исследовать их влияние на эллипсометрические параметры. Приведено описание эллипсометра, а также результаты систематических исследований влияния различных дефектов на поверхности материала с сильным поглощением на данные эллипсометрии. Впервые экспериментально доказано, что локализованные дефекты, сравнимые по размеру с длиной волны, могут быть «невидимыми» для эллипсометрической методики.

Ellipsometry is a highly sensitive, non-contact, non-destructive method for studying surfaces and interphase boundaries, based on the study of changes in the polarization state of the probe electromagnetic wave asa result of its interaction with the boundary between the media. A special problem in the analysis of the ellipsometric data are surface defects, which include roughness, island films, regular relief, some localized defects. To date, there are no adequate models describing the effect of localized surface defects on results of ellipsometrical experiments. Previously, it has been suggestedthat localized defects under certain conditions may not affect the ellipsometric data. The purpose of this work is to test this hypothesis by conducting systematic studies of the influence of defects in the form of parallelepipeds of various sizes on the ellipsometric data. Scale modeling of influence of defects typical for surface subjected to radiation sputtering on ellipsometric experiment results in the optical range has been performed using developed terahertz ellip-someter that operates at wavelength λ =2.2 mm (0.14 THz). Such a large operating wavelength allowed to form on the surface defects of a given shape and size and to investigate their impact on the ellipsometric parameters. A description of the ellipsometer, and the results of systematic studies of the influence of various defects on the surface of the material with strong absorption data ellipsometry are presented. It is first experimentally proved that localized defects of comparable size to the wavelength can be "invisible" for ellipsometry.