半導(dǎo)體測(cè)量設(shè)備主要用于監(jiān)測(cè)晶圓上膜厚、線寬、臺(tái)階高度、電阻率等工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)器件各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確控制，進(jìn)而保障器件的整體性能。橢偏儀主要用于薄膜工藝監(jiān)測(cè)，基本原理為利用偏振光在薄膜上、下表面的反射，通過(guò)菲涅爾公式得到薄膜參數(shù)與偏振態(tài)的關(guān)系，計(jì)算薄膜的折射率和厚度。

Flexfilm費(fèi)曼儀器作為薄膜測(cè)量技術(shù)革新者，致力于為全球工業(yè)智造提供精準(zhǔn)測(cè)量解決方案，公司自主研發(fā)的全光譜橢偏儀提供高準(zhǔn)確度、高速度和高穩(wěn)定性的測(cè)量方案，保障薄膜沉積環(huán)節(jié)的量值統(tǒng)一，支撐半導(dǎo)體器件性能的精準(zhǔn)控制，確保半導(dǎo)體制造的質(zhì)量和效率。

橢偏儀測(cè)量原理

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橢偏儀校準(zhǔn)

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用于校準(zhǔn)橢偏儀的標(biāo)準(zhǔn)器為膜厚樣板，采用氧化工藝制備而成。薄膜氧化的過(guò)程是硅與水蒸氣、氧氣等氧化劑在高溫條件下化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化硅。氧化過(guò)程中 , 氧和硅的價(jià)電子重新分配，形成 Si-O共價(jià)鍵。由于硅的原子密度和二氧化硅的分子密度不同，氧化后硅和二氧化硅的分界面會(huì)下降。隨著氧化薄膜的變厚，會(huì)形成一層致密層，氧化的速率會(huì)慢慢下降，符合迪爾 - 格羅夫的氧化動(dòng)力學(xué)模型。

通常情況下，半導(dǎo)體工藝中氧化薄膜的厚度控制在2μm以內(nèi)。如果需要制備更厚的氧化薄膜，可以選擇化學(xué)氣相沉積等方案。氧化過(guò)程在氧化爐中進(jìn)行，需要嚴(yán)格控制溫度、氧化時(shí)間、濕度等條件。研制的 2~1 000 nm 標(biāo)準(zhǔn)樣片。

研制的 2~1 000 nm 膜厚標(biāo)準(zhǔn)樣片

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橢偏儀的測(cè)量準(zhǔn)確度

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通常采用 X 射線光電子光譜儀（XPS）和光譜型橢偏儀等作為膜厚樣板的定值裝置。橢偏儀的校準(zhǔn)依據(jù)JJG（軍工）14—2011《光學(xué)薄膜折射率和厚度測(cè)試儀》檢定規(guī)程，涉及的計(jì)量參數(shù)包括波長(zhǎng)、入射角、偏振角、相位差、折射率以及膜厚等，其中主要計(jì)量參數(shù)是膜厚和折射率。通過(guò)橢偏儀對(duì)膜厚標(biāo)準(zhǔn)樣片中心的待測(cè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量六次，取平均值為測(cè)量結(jié)果，與標(biāo)準(zhǔn)值比較評(píng)價(jià)橢偏儀的測(cè)量準(zhǔn)確度。

橢偏儀校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

橢偏儀通過(guò)精準(zhǔn)解析納米級(jí)膜厚與折射率，成為半導(dǎo)體薄膜沉積工藝不可或缺的監(jiān)控工具。其計(jì)量數(shù)據(jù)不僅直接優(yōu)化沉積參數(shù)，更支撐半導(dǎo)體量值溯源體系的核心決策——基于膜厚/折射率漂移趨勢(shì)，動(dòng)態(tài)制定設(shè)備計(jì)量周期與應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，最終保障晶圓制造中薄膜特性的全局可控性。

Flexfilm全光譜橢偏儀

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全光譜橢偏儀擁有高靈敏度探測(cè)單元和光譜橢偏儀分析軟件，專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量和分析光伏領(lǐng)域中單層或多層納米薄膜的層構(gòu)參數(shù)（如厚度）和物理參數(shù)（如折射率n、消光系數(shù)k）

• 先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器測(cè)量技術(shù)：無(wú)測(cè)量死角問(wèn)題。
• 粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測(cè)量：先進(jìn)的光能量增強(qiáng)技術(shù)，高信噪比的探測(cè)技術(shù)。
• 秒級(jí)的全光譜測(cè)量速度：全光譜測(cè)量典型5-10秒。
• 原子層量級(jí)的檢測(cè)靈敏度：測(cè)量精度可達(dá)0.05nm。

Flexfilm全光譜橢偏儀收集的數(shù)據(jù)可以用于分析半導(dǎo)體薄膜工藝中的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)膜層厚度不符合要求后，可以調(diào)整沉積或刻蝕的時(shí)間和條件解決問(wèn)題。Flexfilm費(fèi)曼儀器的薄膜厚度測(cè)量技術(shù)貫穿于材料研發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)控到終端應(yīng)用的全流程，尤其在半導(dǎo)體、新能源、汽車(chē)工業(yè)、醫(yī)療、航空航天等高精度領(lǐng)域不可或缺。

原文參考：《典型半導(dǎo)體工藝測(cè)量設(shè)備計(jì)量技術(shù)》

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