¿Qué es un Elipsómetro?
Los elipsómetros (en inglés: Ellipsometer) son instrumentos sin contacto y no destructivos para medir el grosor de películas finas y las constantes ópticas de materiales mediante propiedades ópticas.
La constante óptica de un objeto se cuantifica haciendo brillar la luz de una fuente luminosa en un ángulo con respecto al objeto que se desea medir, recibiendo la luz reflejada con un sensor y midiendo el cambio de estado de polarización. Aunque suele denominarse elipsómetro, el término correcto es “elipsómetro espectroscópico”. La medición no es posible con películas opacas que no transmiten la luz o con superficies rugosas que no reflejan suficientemente la luz.
Usos de los Elipsómetros
Los elipsómetros se utilizan principalmente para medir las constantes ópticas y, a partir de ellas, el espesor de las películas. Como miden la luz polarizada reflejada, no pueden medir objetos muy gruesos (1 mm o menos), pero algunos tienen una resolución en la escala de 0,01 nm para películas finas, por lo que suelen utilizarse para medir el grosor de películas finas con gran precisión.
Puede medir las propiedades ópticas de películas ópticas como diversos revestimientos y lentes, así como la cristalinidad, composición y anisotropía óptica de los materiales que componen la película. Dependiendo del instrumento, también se pueden medir las propiedades ópticas de los líquidos.
Principio de los Elipsómetros
La luz proyectada oblicuamente desde una fuente luminosa incide sobre el objeto (película) que se desea medir, y la luz reflejada es recibida por un sensor receptor de luz para medir el cambio de polarización. Como la luz proyectada es conocida, la diferencia entre la luz reflejada y la luz recibida se mide longitud de onda por longitud de onda.
El Elipsómetros puede determinar el índice de refracción (n) y el coeficiente de extinción (k) de la luz, pero los valores de espesor (d), n y k del objeto que se va a medir se predicen de antemano, y a partir de los datos supuestos se crea un modelo óptico, se compara con los datos obtenidos de la medición y se realiza un análisis de ajuste para calcular el resultado final. Esta serie de construcción del modelo, análisis de ajuste, etc. es realizada por el sistema de análisis instalado en el Elipsómetros.
Por las razones mencionadas anteriormente, si el modelo óptico asumido difiere significativamente, los resultados de la medición también diferirán significativamente.
Los elipsómetros están disponibles en dos tipos principales de fuente de luz: fuentes de luz láser de longitud de onda única y fuentes de luz de lámpara de xenón espectroscópica. Estas últimas pueden realizar mediciones más detalladas, como el análisis multicapa y las mediciones de los límites entre película y película (interfaz), pero presentan desventajas como la calibración de la fuente de luz y el mayor coste de los equipos.
En las mediciones con elipsómetros, la condición de instalación del objeto que se va a medir es importante, y se proporciona un autocolimador para medir si el objeto está instalado horizontalmente. El ángulo de incidencia de la fuente de luz también es muy importante, por lo que los datos del autocolimador se comparan con el ángulo de la fuente de luz (valor fijo) y se utilizan para el análisis.