WO2016162324A1 - Method for ascertaining the refractive index and layer thickness of a transparent layer by means of ellipsometry - Google Patents

Method for ascertaining the refractive index and layer thickness of a transparent layer by means of ellipsometry Download PDF

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WO2016162324A1 PCT/EP2016/057405 EP2016057405W WO2016162324A1 WO 2016162324 A1 WO2016162324 A1 WO 2016162324A1 EP 2016057405 W EP2016057405 W EP 2016057405W WO 2016162324 A1 WO2016162324 A1 WO 2016162324A1
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Peter NESTLER
Christiane A. Helm
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Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
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Abstract

The invention relates to an ellipsometric method for ascertaining characteristic variables of transparent layers. A pair of ellipsometric variables of a layer (2) to be examined is ascertained on said layer at a first layer thickness and then at a second layer thickness. One of the two layer thicknesses can also have a value of 0, in which case the pair of ellipsometric variables are being measured on an uncoated substrate (1). The refractive index of the layer to be examined is ascertained from the total of four measured ellipsometric variables using a given formula, and the layer thickness can be ascertained from the refractive index using known ellipsometric methods.

Description

VERFAHREN ZUM ERMITTELN VON BRECHUNGSINDEX UND SCHICHTDICKE EINER TRANSPARENTEN SCHICHT MITTELS ELLIPSOMETRIE Die Ellipsometrie ist ein optisches Messverfahren zur Untersuchung von  METHOD FOR DETERMINING BREAKING INDEX AND LAYER THICKNESS OF A TRANSPARENT LAYER BY MEANS OF ELLIPSOMETRY Ellipsometry is an optical measurement method for the investigation of
Oberflächen und oberflächennahen Schichten. Das Grundprinzip der Ellipsometrie ist, das polarisiertes Licht an der zu vermessenden Probe reflektiert wird, und man aus der resultierenden Änderung des Polarisationszustandes des Lichts  Surfaces and near-surface layers. The basic principle of ellipsometry is that polarized light is reflected at the sample to be measured, and one from the resulting change in the polarization state of the light
Rückschlüsse auf optische und strukturelle Eigenschaften der Probe zieht. Die Ellipsometrie ist eine etablierte Technik, die ersten Geräte dieser Art wurden um 1890 eingesetzt und seitdem technisch fortlaufend weiterentwickelt. Heute zählt die Ellipsometrie zu einem der Standardverfahren in der Materialanalyse und der Oberflächenphysik. Ein häufiges Anwendungsgebiet ist die Untersuchung von Draw conclusions about optical and structural properties of the sample. The ellipsometry is an established technique, the first devices of this kind were used around 1890 and since then developed technically on an ongoing basis. Today, ellipsometry is one of the standard methods in material analysis and surface physics. A common field of application is the investigation of
Oberflächenbeschichtungen (z.B. in der Halbleiterindustrie, der Metallographie und der Kunststoffindustrie). Zwei wichtige Kenngrößen zur Charakterisierung von Beschichtungen sind die Schichtdicke und der Brechungsindex der Schicht. Aus dem Brechungsindex lassen sich z.B. Informationen zur Dichte und chemischen Zusammensetzung des Schichtmaterials ziehen.  Surface coatings (e.g., in the semiconductor industry, metallography, and the plastics industry). Two important characteristics for the characterization of coatings are the layer thickness and the refractive index of the layer. From the refractive index, e.g. Draw information on the density and chemical composition of the coating material.
Die Bestimmung von Dicke und Brechungsindex einer Schicht mittels Ellipsometrie erfolgt nun in zwei Schritten: (i) Messung der ellipsometrischen Winkel der beschichteten Oberfläche und anschließend (ii) computergestützte Modellrechnung zur Bestimmung von Brechungsindex und Dicke der Schicht. Die ellipsometrischen Winkel Δ und Ψ sind diejenigen Größen, welche bei der Ellipsometrie unmittelbar gemessen werden. Δ ist ein Maß für die Phasenverschiebung, die das Licht bei der Reflektion erfährt. Ψ ist ein Maß für das Amplitudenverhältnis von reflektierter zu eingestrahlter Lichtwelle. Diese beiden ellipsometrischen Winkel können zwar direkt gemessen werden, sind jedoch abstrakt und nur bedingt interpretierbar. The determination of thickness and refractive index of a layer by means of ellipsometry now takes place in two steps: (i) measurement of the ellipsometric angle of the coated surface and then (ii) computer-aided model calculation for determining the refractive index and thickness of the layer. The ellipsometric angles Δ and Ψ are those quantities which are measured directly in ellipsometry. Δ is a measure of the phase shift that the light undergoes during reflection. Ψ is a measure of the amplitude ratio of reflected to irradiated light wave. Although these two ellipsometric angles can be measured directly, they are abstract and only partially interpretable.
Der zweite Schritt, diese Winkel in Dicke und Brechungsindex der Schicht umzurechnen, ist nur dann problemlos möglich, wenn die Schichtdicke ausreichend groß ist (als Schwellwert ist eine Dicke von 15 nm sinnvoll). Im Falle von ultradünnen Schichten (unterhalb dieses Schwellwertes) ist es nach wie vor äußerst problematisch mittels Ellipsometrie sowohl Dicke als auch Brechungsindex einer Beschichtung zu bestimmen. Die Gründe dafür liegen im Messverfahren selbst: Bei einer ultra-dünnen Schicht ist der Einfluss von Schichtdicke und Brechungsindex auf die Reflektion des Lichtes nicht mehr unabhängig voneinander bestimmbar. The second step to convert these angles into thickness and refractive index of the layer is only possible without problems if the layer thickness is sufficient is large (as a threshold, a thickness of 15 nm makes sense). In the case of ultrathin layers (below this threshold), it is still extremely problematic to determine both thickness and refractive index of a coating by means of ellipsometry. The reasons for this lie in the measuring method itself: With an ultra-thin layer, the influence of layer thickness and refractive index on the reflection of the light can no longer be determined independently of one another.
Außerdem wirken sich kleine experimentelle Fehler (welche unvermeidbar sind) in diesem Fall besonders stark auf die gemessenen ellipsometrischen Winkel Δ und Ψ aus. In addition, small experimental errors (which are unavoidable) in this case have a particularly strong effect on the measured ellipsometric angles Δ and Ψ.
Stand der Technik State of the art
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Bestimmen charakteristischer Größen An example of a method for determining characteristic quantities
transparenter Schichten mithilfe der Ellipsometrie ist aus DE 43 01889 A1 bekannt. transparent layers using ellipsometry is known from DE 43 01889 A1.
Aus: W. Knoll, R.C. Advincula, Functional Polymer Films, Vol. 2, Part III, Wiley-VCH, 201 1 , Kapitel "Investigations of soft organic films with ellipsometry", ist es bekannt, dass die Dicke einer Schicht und ihr Brechungsindex nur dann unabhängig ermittelt werden können, wenn die Probe ausreichend dick ist. Für dünne Filme ist es nicht möglich, die Dicke und den Brechungsindex getrennt zu ermitteln. From: W. Knoll, R.C. Advincula, Functional Polymer Films, Vol. 2, Part III, Wiley-VCH, 201 1, chapter "Investigations of soft organic films with ellipsometry", it is known that the thickness of a layer and its refractive index can only be determined independently, if the sample is sufficiently thick. For thin films, it is not possible to determine the thickness and the refractive index separately.
Aus: H.G. Tom kins, A User's Guide to Ellipsometry, Academic Press, 1993, S. 65 From: H.G. Tom Kins, A User's Guide to Ellipsometry, Academic Press, 1993, p. 65
Figure imgf000004_0001
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Psi  psi
ist der Verlauf der ellipsometrischen Größen Psi und Delta bei verschiedenen Brechungsindices auf Silizium bekannt. Dort wird darauf hingewiesen, dass für die ersten 50 Angströmeinheiten die Werte nur schlecht getrennt sind. Daraus wird gefolgert, dass die Δ- und Ψ- Messungen nicht geeignet sind, Informationen über den Brechungsindex eines Films zu erhalten. Aus: M.M. Ibrahim, N.M. Bashara, Parameter-Correlation and Computational Considerations in Multiple-Angle Ellipsometry, J. Opt. Soc. Am. 61 , 1622-1629, 1971 geht hervor, dass bei geringen Schichtdicken große Ungenauigkeiten mit den bisherigen Messverfahren verbunden sind. Ebenfalls zum Stand der Technik gehören: the course of the ellipsometric quantities Psi and Delta at different refractive indices on silicon is known. There it is noted that for the first 50 Angstrom units the values are only badly separated. It is concluded that the Δ and Ψ measurements are not suitable for obtaining information on the refractive index of a film. From: MM Ibrahim, NM Bashara, Parameter Correlation and Computational Considerations in Multiple Angle Ellipsometry, J. Opt. Soc. At the. 61, 1622-1629, 1971 shows that with small layer thicknesses large inaccuracies are associated with the previous measurement methods. Also state of the art include:
P. Nestler, S. Block, CA. Helm: Temperature-Induced Transition from Odd-Even to Even-Odd Effect in Polyelectrolyte Multilayers Due to Interpolyelectrolyte  P. Nestler, S. Block, CA. Helm: Temperature-Induced Transition from Odd-Even to Even-Odd Effect in Polyelectrolyte Multilayers Due to Interpolyelectrolyte
Interactions, J. Phys. Chem. B, 201 1 , 1 16, S. 1234-1243 und Interactions, J. Phys. Chem. B, 201 1, 1 16, p 1234-1243 and
P. Nestler, M. Paßvogel, CA. Helm: Influence of Polymer Molecular Weight on the Parabolic and Linear Growth Regime of PDADMAC/PSS Multilayers, P. Nestler, M. Paßvogel, CA. Helmet: Influence of Polymer Molecular Weight on the Parabolic and Linear Growth Regime of PDADMAC / PSS Multilayers,
Macromolecules, 2013, 46, S. 5622-5629. Macromolecules, 2013, 46, pp. 5622-5629.
Das Problem der Bestimmung des Brechungsindexes einer ultra-dünnen Schicht mittels Ellipsometrie ist gelöst, falls mit einem anderen Messverfahren die Dicke der Beschichtung unabhängig bestimmt wurde, oder diese von vornherein bekannt ist. Dies ist jedoch i.A. nicht der Fall. The problem of determining the refractive index of an ultra-thin layer by means of ellipsometry is solved if the thickness of the coating was determined independently or was known from the outset with another measuring method. This is however i.A. not the case.
Andersherum ist das Problem der Bestimmung der Dicke einer ultra-dünnen Schicht mittels Ellipsometrie gelöst, falls mit einem anderen Messverfahren dessen On the other hand, the problem of determining the thickness of an ultra-thin layer by means of ellipsometry is solved, if with another measuring method of it
Brechungsindex unabhängig bestimmt wurde, oder dieser von vornherein bekannt ist. Dies ist jedoch i.A. nicht der Fall. Refractive index was independently determined, or this is known from the outset. This is however i.A. not the case.
Wird die beschichtete Oberfläche mittels Ellipsometrie bei unterschiedlichen Will the coated surface by ellipsometry at different
Wellenlängen untersucht, können diese zusätzlichen Informationen zur Lösung des Problems beitragen. Messungen bei unterschiedlichen Wellenlängen sind jedoch nicht bei allen Geräten möglich. Wird z.B. ein Laser als Lichtquelle verwendet, ist dieser Ansatz ausgeschlossen. Wavelengths studied, this additional information can help solve the problem. However, measurements at different wavelengths are not possible with all devices. For example, if a laser is used as a light source, this approach is excluded.
Aufgabe dieser Erfindung Object of this invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der sowohl der Brechungsindex als auch die Schichtdicke einer ultra-dünnen Schicht mittels Ellipsometrie ermittelt werden kann. Unter einer ultra- dünnen Schicht versteht man eine Schicht mit einer Dicke von weniger als 15 nm. The invention is based on the object of providing a possibility with which both the refractive index and the layer thickness of an ultra-thin layer can be determined by means of ellipsometry. By an ultra-thin layer is meant a layer having a thickness of less than 15 nm.
Lösung dieser Aufgabe durch diese Erfindung Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den im This object is achieved by this invention. In order to achieve this object, the invention proposes a method with the
Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Claim 1 mentioned features. Further developments of the invention are the subject of dependent claims.
Erfindungsgemäß wird also so vorgegangen, dass durch zwei verschiedene Messungen (Messung A und B) zwei unterschiedliche Paare der ellipsometrischen Winkel Δ und Ψ gemessen werden (AA, ΨΑ, Δβ sowie ΨΒ). Die beiden Messungen A und B erfolgen an ein und derselben Probe, welche zwischen den beiden According to the invention, the procedure is such that two different pairs of the ellipsometric angles Δ and Ψ are measured by two different measurements (measurements A and B) (A A , ΨΑ, Δ β and ΨΒ). The two measurements A and B take place on one and the same sample, which is between the two
Messungen nicht bewegt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass beide Messungen bei demselben Einfallswinkel durchgeführt werden. Die beiden Messungen unterscheiden sich alleine hinsichtlich der Dicke der Beschichtung: Die Messung A erfolgt an einer beschichteten Oberfläche mit höherer Schichtdicke. Messung B erfolgt dagegen an derselben Oberfläche mit geringerer Schichtdicke. Measurements are not moved. This will ensure that both measurements are made at the same angle of incidence. The two measurements differ only in terms of the thickness of the coating: Measurement A takes place on a coated surface with a higher layer thickness. Measurement B, on the other hand, takes place on the same surface with a smaller layer thickness.
Die kleinere Schichtdicke kann auch eine Schichtdicke des Werts 0 sein, sodass also eine Messung an der unbeschichteten Oberfläche eines Substrats erfolgt. The smaller layer thickness can also be a layer thickness of the value 0, so that therefore a measurement takes place on the uncoated surface of a substrate.
In beiden Fällen ist die Schichtdicke jedoch kleiner als 15 nm. In both cases, however, the layer thickness is less than 15 nm.
Dieser Ansatz kann mit unterschiedlichen Verfahren realisiert werden: In einer zeitlichen Abfolge wird erst die unbeschichtete Oberfläche vermessen (Messung B), diese anschließend beschichtet und schließlich erneut vermessen (Messung A). Die Beschichtung erfolgt lediglich auf einem Teil der Oberfläche, während die restliche Oberfläche unbeschichtet bleibt. Anschließend wird mittels This approach can be realized with different methods: In a temporal sequence, the uncoated surface is first measured (measurement B), then coated and finally measured again (measurement A). The coating takes place only on a part of the surface, while the remaining surface remains uncoated. Subsequently, by means of
ortsaufgelöster Ellipsometrie die Grenze zwischen beschichtetem und Spatially resolved ellipsometry is the boundary between coated and ellipsometry
unbeschichtetem Bereich vermessen. Die ellipsometrischen Winkel, welche auf dem beschichteten Teil der Oberfläche gemessen werden (AA, ΨΑ) bilden Messung A, während diejenigen auf dem unbeschichteten Teil (AB, ΨΒ) die Messung B bilden. Die Oberfläche wird erst vollständig beschichtet und in einem zweiten Schritt auf einem Teil der Oberfläche wieder entfernt. Anschließend wird mittels measure uncoated area. The ellipsometric angles measured on the coated portion of the surface (A A , ΨΑ) constitute measurement A, while those on the uncoated portion (AB, ΨΒ) constitute measurement B. The surface is first completely coated and removed in a second step on a part of the surface again. Subsequently, by means of
ortsaufgelöster Ellipsometrie die Grenze zwischen beschichtetem und Spatially resolved ellipsometry is the boundary between coated and ellipsometry
unbeschichtetem Bereich vermessen. Die ellipsometrischen Winkel, welche auf dem beschichteten Teil der Oberfläche gemessen werden (AA, ΨΑ) bilden Messung A, während diejenigen auf dem unbeschichteten Teil (AB, ΨΒ) die Messung B bilden. Die Beschichtung erfolgt auf einer speziell präparierten Oberfläche (ein sog. Substrat). Dieses Substrat ist selbst auf einem Teil seiner Oberfläche modifiziert und auf dem restlichen Teil nativ. Für solche Substrate sind Silizium-Wafer besonders geeignet. Diese können präpariert werden, indem die Dicke der Silizium-Oxidschicht auf einem Teil der Waferoberfläche gezielt erhöht wird. Um dies zu erreichen stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, z.B. o PECVD (Plasma-enhanced chemical vapor deposition) measure uncoated area. The ellipsometric angles measured on the coated portion of the surface (A A , ΨΑ) constitute measurement A, while those on the uncoated portion (AB, ΨΒ) constitute measurement B. The coating takes place on a specially prepared surface (a so-called substrate). This substrate is modified even on part of its surface and native on the remainder. For such substrates, silicon wafers are particularly suitable. These can be prepared by specifically increasing the thickness of the silicon oxide layer on a part of the wafer surface. To achieve this, various methods are available, eg o PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition)
o Thermische Oxidation von Silizium  o Thermal oxidation of silicon
o Ionenimplantation  o ion implantation
Aus den vier gemessenen ellipsometrischen Winkeln (AA, ΨΑ, Δβ sowie ΨΒ) berechnet man die Größe
Figure imgf000008_0001
Anschließend ergibt sich der Brechungsindex n der Schicht über die Formel
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0003
From the four measured ellipsometric angles (A A , ΨΑ, Δ β and ΨΒ) one calculates the size
Figure imgf000008_0001
Subsequently, the refractive index n of the layer is given by the formula
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0003
Dabei bezeichnen ni den Brechungsindex des Umgebungsmediums (z.B. Luft), r?2 den Brechungsindex des Materials, auf dem die Beschichtung erfolgt (z.B. Silizium), \ den Einfallswinkel des Lichts und a2 = arcsin(sina1 - n n2) . Here ni denote the refractive index of the surrounding medium (eg air), r? 2 the refractive index of the material on which the coating takes place (eg silicon), \ the angle of incidence of the light and a 2 = arcsin (sina 1 - nn 2 ).
Nachdem der Brechungsindex n der Schicht bekannt ist, wird die Dicke c/ der Schicht mit den üblichen ellipsometrischen Methoden bestimmt. After the refractive index n of the layer is known, the thickness c / of the layer is determined by the usual ellipsometric methods.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the claims and abstract, the wording of which is incorporated by reference into the description, the following description
bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen: preferred embodiments of the invention and with reference to the drawing. Hereby show:
Figur 1 schematisch die Meßanordnung zur Durchführung des von der Figure 1 shows schematically the measuring arrangement for carrying out of the
Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens;  Invention proposed method;
Figur 2 eine vereinfacht dargestellte Möglichkeit zur Darstellung zweier FIG. 2 shows a simplified representation of the possibility of displaying two
Schichtdicken;  Coating thickness;
Figur 3 einen Vergleich der Messergebnisse zwischen einer konventionellen und einer erfindungsgemäßen Messung; FIG. 3 shows a comparison of the measurement results between a conventional and a measurement according to the invention;
Figur 4 zwei Ergebnisse von Messungen an beschichteten Siliziumswafern. FIG. 4 shows two results of measurements on coated silicon wafers.
In Figur 1 ist ein Substrat 1 dargestellt, auf dem eine Schicht 2 aufgebracht ist. FIG. 1 shows a substrate 1 on which a layer 2 is applied.
Diese Schicht 2 ist zu untersuchen, und zwar im Hinblick auf ihren Brechungsindex und ihre Dicke. Eine Lichtquelle 3, beispielsweise ein Laser, ist so angeordnet, dass der aus ihr austretende Lichtstrahl 4 in einen Polarisator 5 eintritt und aus diesem unter einem Einfallswinkel α auf eine bestimmte Stelle der Oberfläche der zu untersuchenden Schicht 2 fällt. Der Lichtstrahl 4 wird reflektiert und gelangt durch einen Analysator 6 in den Detektor 7. In diesem erfolgt eine Auswertung des reflektierten Lichtstrahls im Hinblick auf die beiden ellipsometrischen Größen Ψ und Δ. This layer 2 is to be investigated, with regard to its refractive index and its thickness. A light source 3, for example a laser, is arranged such that the light beam 4 emerging from it enters a polarizer 5 and falls therefrom at an angle of incidence α to a specific point on the surface of the layer 2 to be examined. The light beam 4 is reflected and passes through an analyzer 6 in the detector 7. In this, an evaluation of the reflected light beam with respect to the two ellipsometric variables Ψ and Δ.
Die Erfindung sieht nun vor, dass diese Messung der ellipsometrischen Größen einmal an der Schicht 2 in ihrer endgültigen Dicke und einmal an einer dünneren Schicht durchgeführt wird, beispielsweise an dem Substrat 1 ohne die Schicht 2. Dies geschieht erfindungsgemäß ohne eine Bewegung des Substrats 1 , sodass der Winkel, unter dem die Messung durchgeführt wird, bei beiden Messungen identisch ist. The invention now provides that this measurement of the ellipsometric variables is performed once on the layer 2 in its final thickness and once on a thinner layer, for example on the substrate 1 without the layer 2. This is done according to the invention without movement of the substrate 1, so that the angle under which the measurement is made is the same for both measurements.
Eine Möglichkeit, wie man an der Schicht 2 Messungen mit unterschiedlichen Schichtdicken durchführen kann, ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Hier ist zunächst die Schicht 2 in ihrer endgültigen und damit vollständigen Dicke hergestellt und anschließend in dem mittleren Bereich 2a die Schicht wieder teilweise abgetragen worden. Dann kann an dieser Stelle mithilfe eines ortsaufgelösten Ellipsometrieverfahrens einmal die Messung an der vollständigen Dicke und einmal an der verminderten Dicke durchgeführt werden. One way in which it is possible to carry out measurements with different layer thicknesses on the layer 2 is shown schematically in FIG. Here, first, the layer 2 is produced in its final and thus complete thickness and then in the central region 2a, the layer has been partially removed again. Then, at this point, by using a spatially resolved ellipsometry method, once the measurement can be made on the full thickness and once on the reduced thickness.
Aus den gemessenen ellipsometrischen Größen Δ und Ψ für die volle Schichtdicke und für die verringerte Schichtdicke kann dann nach den genannten Formeln der Brechungsindex n der Schicht 2 berechnet werden. Nun zu Figur 3. Die Figur 3 zeigt den Brechungsindex einer Polymerschicht auf einem Silizium-Wafer. Der tatsächliche Wert beträgt 1 ,55. Eine konventionelle ellipsometrische Messung (offene Symbole) liefert für Schichten dünner als 15 nm falsche Werte. Unter Anwendung dieser Erfindung (geschlossene Symbole) erhält man ab 5 nm verlässliche Werte. From the measured ellipsometric quantities Δ and Ψ for the full layer thickness and for the reduced layer thickness, the refractive index n of the layer 2 can then be calculated according to the above-mentioned formulas. Now to FIG. 3. FIG. 3 shows the refractive index of a polymer layer on a silicon wafer. The actual value is 1.55. A conventional ellipsometric measurement (open symbols) gives incorrect values for layers thinner than 15 nm. Using this invention (closed symbols), reliable values are obtained from 5 nm.
In Figur 4 ist als weiteres Anwendungsbeispiel eine ortsaufgelöste ellipsometrische Messung eines beschichteten Silizium-Wafers dargestellt. Der obere Teil der beiden Bilder zeigt reines Silizium als Referenzmessung (Δβ, Ψβ). Der untere Teil ist mit einer Polymerschicht beschichtet (AA, ΨΑ). Der inhomogene Übergangsbereich dazwischen ist nicht relevant. Aus den vier Werten (AA, ΨΑ, AB sowie Ψβ) erhält man den Brechungsindex n = 1 ,55 sowie die Schichtdicke c/ = 5,1 nm. FIG. 4 shows a spatially resolved ellipsometric measurement of a coated silicon wafer as a further application example. The upper part of the two pictures shows pure silicon as a reference measurement (Δβ, Ψβ). The lower part is coated with a polymer layer (AA, ΨΑ). The inhomogeneous transition region between them is not relevant. From the four values (AA, ΨΑ, AB and Ψβ) one obtains the refractive index n = 1, 55 and the layer thickness c / = 5.1 nm.
Praktische Anwendung Practical use
Die einfachste Form, diese Erfindung anzuwenden liegt darin, spezielle Substrate herzustellen. Diese werden anschließend mit dem zu untersuchenden Material beschichtet und mittels ortsaufgelöster Ellipsometrie untersucht. The simplest form of applying this invention is to make specific substrates. These are then coated with the material to be examined and examined by means of spatially resolved ellipsometry.
Mit der Erfindung kann die bislang geltende Grenze von 15 nm für die Schichtdicke unterschritten und der Brechungsindex auch dünnerer Schichten mittels With the invention, the previously applicable limit of 15 nm for the layer thickness and below the refractive index of thinner layers by means of
Ellipsometrie gemessen werden. Ellipsometry can be measured.
Als Anwendungsbeispiel kommen insbesondere infrage: Die Oberflächenvergütung und Antireflexbeschichtungen von Linsen (Objektive, Messinstrumente); As an application example are in particular question: The surface treatment and antireflective coatings of lenses (objectives, measuring instruments);
Herstellung von Verzogerungs- bzw. Wellenplatten;  Production of delay or wave plates;
Halbleiterelektronik (Herstellung und Funktionsweise von Transistoren oder Dioden)  Semiconductor electronics (fabrication and operation of transistors or diodes)

Claims

Patentansprüche: claims:
1 . Verfahren zum Ermitteln des Brechungsindex und/oder der Schichtdicke einer transparenten Schicht (2) mithilfe eines ellipsometrischen Verfahrens, mit folgenden Verfahrensschritten: 1 . Method for determining the refractive index and / or the layer thickness of a transparent layer (2) using an ellipsometric method, comprising the following method steps:
- es wird ein Paar der ellipsometrischen Winkel Psi (ΨΑ) und Delta (AA) an der zu untersuchenden Schicht (2) bei einer ersten Schichtdicke gemessen,  a pair of the ellipsometric angles Psi (ΨΑ) and delta (AA) is measured at the layer (2) to be examined at a first layer thickness,
- es wird ein Paar der ellipsometrischen Winkel Psi (Ψβ) und Delta (Δβ) an der zu untersuchenden Schicht (2) mit dem gleichen Einfallswinkel (a) bei einer zweiten Schichtdicke gemessen,  a pair of the ellipsometric angles Psi (Ψβ) and delta (Δβ) are measured on the layer (2) to be examined with the same angle of incidence (a) at a second layer thickness,
- aus den vier gemessenen ellipsometrischen Winkeln (ΨΑ, ΨΒ, AA, AB) wird ein Zwischenwert
Figure imgf000012_0001
- From the four measured ellipsometric angles (ΨΑ, ΨΒ, AA, AB) becomes an intermediate value
Figure imgf000012_0001
berechnet, und calculated, and
- der Brechungsindex n der zu untersuchenden Schicht wird nach folgender Formel berechnet:  the refractive index n of the layer to be investigated is calculated according to the following formula:
Figure imgf000012_0002
wobei
Figure imgf000012_0003
J
Figure imgf000012_0002
in which
Figure imgf000012_0003
J
und and
der Brechungsindex des Umgebungsmediums,  the refractive index of the ambient medium,
r?2 der Brechungsindex des Substrats, der Einfallswinkel des Lichts und r? 2 is the refractive index of the substrate, the angle of incidence of the light and
02 = aresin (sinus cri ni/r?2) sind. 02 = aresin (sinus cri ni / r? 2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die kleinere Schichtdicke den Wert 0 aufweist. 2. The method of claim 1, wherein the smaller layer thickness has the value 0.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zunächst die unbeschichtete Oberfläche des Substrats (1 ) vermessen, diese anschließend beschichtet und danach die beschichtete Oberfläche vermessen wird. 3. The method of claim 1 or 2, wherein first measured the uncoated surface of the substrate (1), this then coated and then the coated surface is measured.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nur ein Teil der Oberfläche des Substrats (1 ) beschichtet wird und der restliche Teil des Substrats (1 ) frei bleibt, wonach anschließend mittels ortsaufgelöster Ellipsometrie die Grenze zwischen dem beschichteten und dem unbeschichteten Bereich des Substrats (1 ) vermessen wird, wobei die auf dem unbeschichteten Teil des Substrats (1 ) gemessenen ellipsometrischen Winkel die eine Messung und die auf dem beschichteten Teil des Substrats (1 ) gemessenen ellipsometrischen Winkel die andere Messung bilden. 4. The method of claim 1 or 2, wherein only a part of the surface of the substrate (1) is coated and the remaining part of the substrate (1) remains free, after which subsequently by means of spatially resolved ellipsometry, the boundary between the coated and the uncoated area of the Substrate (1), wherein the ellipsometric angles measured on the uncoated part of the substrate (1) constitute one measurement and the ellipsometric angle measured on the coated part of the substrate (1) forms the other measurement.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Oberfläche des Substrats (1 ) vollständig beschichtet und in einem zweiten Schritt die Beschichtung auf einem Teil der Oberfläche des Substrats (1 ) teilweise oder vollständig entfernt wird, wonach anschließend mittels ortsaufgelöster Ellipsometrie die Grenze zwischen dem beschichteten und dem unbeschichteten Bereich der Oberfläche vermessen wird. 5. The method of claim 1 or 2, wherein the surface of the substrate (1) is completely coated and in a second step, the coating on a part of the surface of the substrate (1) is partially or completely removed, which then subsequently by means of spatially resolved ellipsometry the limit between the coated and the uncoated area of the surface is measured.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Oberfläche des Substrats vollständig beschichtet wird, wobei das Substrat selbst zuvor modifiziert wurde, indem ein Teil seiner Oberfläche beschichtet und der restliche Teil des Substrats ursprünglich ist, wonach anschließend mittels ortsaufgelöster Ellipsometrie die Grenze zwischen modifizierter und ursprünglicher Oberfläche vermessen wird. 6. The method of claim 1 or 2, wherein the surface of the substrate is completely coated, wherein the substrate itself has been previously modified by coating a part of its surface and the remaining part of the substrate is original, then subsequently using spatially resolved ellipsometry the boundary between modified and original surface is measured.
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