第三章、 文獻回顧分析( SiN x 氮化矽沉積薄膜特性)
4.3 光學量測設備 Optical measurement
圖 4-21 典型太陽能電池片 PECVD 腔體示意圖[5]
資料來源: Roth & Rou AG SINA Process Training”
4.3 光學量測設備 Optical measurement
4.3.1 橢圓儀( Ellipsometer ) / SE400 量測[51,52]
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1890 年代德國物理學家 Drude 利用兩道偏振方向互相垂直的光來量測 薄膜的厚度，此為橢圓偏光儀量測最早的基本概念，橢圓偏光術是一種非 接觸式、非破壞性、以光學技術量測薄膜表面特性的方法。其原理運用光 在兩層薄膜界面間或薄膜中發生的現象及其特性的一種光學方法，(圖 4-22) 利用偏振光束在反射或穿透時出現的偏振轉換，得到兩獨立的數據Ψ 與 Δ，
稱之為橢圓參數，再經由物理模型，計算求得折射係數 n、吸收係數 k 值及 膜厚 t。
橢圓偏光儀並非直接測量樣品的物理參數，必須藉由一模型來描述樣 品的物理性質，分別利用數值分析求得實際上樣品的物理參數。因此，數 值分析方法也亦決定橢圓偏光儀量測的準確性及應用。主要量測不同偏振 態下改變量的比例，而不直接利用量測光的絕對強度，因此增加了量測的 精確度。對於單純的結構，尚可以等比級數的公式加以計算，當考慮多層 膜結構交互作用時，就必須利用電腦程式計算穿透係數及反射係數。
本實驗利用一種非接觸式、非破壞性、以光學技術量測薄膜表面特性 的里華 SE400 型號全光譜橢圓儀(Spectroscopic ellipsometer ) 儀量測薄膜的 折射率和消光係數。(圖 4-23)
圖 4-22 橢圓偏振實驗之裝置原理示意圖[51]
資料來源: http://www.itrc.narl.org.tw/
圖 4-23 里華全光譜橢圓儀 (Spectroscopic Ellipsometer)
4.3.2 Spectrometer system [53]
在此採用 UV/VIS 光譜儀系統 Lambda 45 UV WinLab 測量 SiNx薄膜的
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反射係數和透射的。此儀器的光源路徑的示意在圖 4-24。使用的燈源分別 為氘氣燈 (Deuterium)與鹵素燈(Halogen)，分別適用於短波長頻段與長波長 頻段部分。
將兩種頻段光源經過混合後，混合光束路徑會通過濾光輪和入射狹 縫。最後透過光柵（單色器）將具有不同波長的光譜分開使用。儀器使用 上當進行穿透射率量測時是利用透明玻璃校正片來進行儀器校準，(以此作 為 100%的穿透率的量測基準)。當使用反射量測時則是利用全反射鏡片來 作為校正。
圖 4-24 Lambda 25, 35, 45 光學路徑 [53]
資料來源:http://www2.fisica.unlp.edu.ar/
4.3.3 ICOS Photovoltaic Inspection [54]
光學量測儀器 ICOS PV1-6 Inspection (Blue eye : Color measurement)是 目前業界最普遍的量測器材(圖 4-25 )。量化 PECVD 完成後的 SiNx抗反射
層薄膜顏色及薄膜厚度，同時利用顏色灰階值來量化 SiNx 薄膜塗層的顏 色，並提供計算比對抗反射薄膜層的厚度的變化。
光學量測儀器利用 RGB 紅光、綠光和藍光來提供光學室內的照明，經 由 14 Mega 像素的鏡頭取，觀察到抗反射氮化矽薄膜的厚度變化(顏色變化) 和表面缺陷。當然計算部分的灰階值和 SiNx層的塗佈厚度之間的相關性，
必需先知道校正片的塗膜層厚度。這也是本儀器所用來校正的方法。
(a) ICOS PVI-6 光學檢驗設備儀器 (b) 4 Side RGB LED 照明光學室 圖 4-25 ICOS 系統架構[54]
資料來源: ICOS Photovoltaic Inspection- Operator Manual
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第五章、實驗結果與分析