半導體測量設備主要用于監測晶圓上膜厚、線寬、臺階高度、電阻率等工藝參數，實現器件各項參數的準確控制，進而保障器件的整體性能。橢偏儀主要用于薄膜工藝監測，基本原理為利用偏振光在薄膜上、下表面的反射，通過菲涅爾公式得到薄膜參數與偏振態的關系，計算薄膜的折射率和厚度。

Flexfilm費曼儀器作為薄膜測量技術革新者，致力于為全球工業智造提供精準測量解決方案，公司自主研發的全光譜橢偏儀提供高準確度、高速度和高穩定性的測量方案，保障薄膜沉積環節的量值統一，支撐半導體器件性能的精準控制，確保半導體制造的質量和效率。

橢偏儀測量原理

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橢偏儀校準

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用于校準橢偏儀的標準器為膜厚樣板，采用氧化工藝制備而成。薄膜氧化的過程是硅與水蒸氣、氧氣等氧化劑在高溫條件下化學反應產生二氧化硅。氧化過程中 , 氧和硅的價電子重新分配，形成 Si-O共價鍵。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下降。隨著氧化薄膜的變厚，會形成一層致密層，氧化的速率會慢慢下降，符合迪爾 - 格羅夫的氧化動力學模型。

通常情況下，半導體工藝中氧化薄膜的厚度控制在2μm以內。如果需要制備更厚的氧化薄膜，可以選擇化學氣相沉積等方案。氧化過程在氧化爐中進行，需要嚴格控制溫度、氧化時間、濕度等條件。研制的 2~1 000 nm 標準樣片。

研制的 2~1 000 nm 膜厚標準樣片

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橢偏儀的測量準確度

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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。橢偏儀的校準依據JJG（軍工）14—2011《光學薄膜折射率和厚度測試儀》檢定規程，涉及的計量參數包括波長、入射角、偏振角、相位差、折射率以及膜厚等，其中主要計量參數是膜厚和折射率。通過橢偏儀對膜厚標準樣片中心的待測點重復測量六次，取平均值為測量結果，與標準值比較評價橢偏儀的測量準確度。

橢偏儀校準數據

橢偏儀通過精準解析納米級膜厚與折射率，成為半導體薄膜沉積工藝不可或缺的監控工具。其計量數據不僅直接優化沉積參數，更支撐半導體量值溯源體系的核心決策——基于膜厚/折射率漂移趨勢，動態制定設備計量周期與應急響應機制，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單元和光譜橢偏儀分析軟件，專門用于測量和分析光伏領域中單層或多層納米薄膜的層構參數（如厚度）和物理參數（如折射率n、消光系數k）

• 先進的旋轉補償器測量技術：無測量死角問題。
• 粗糙絨面納米薄膜的高靈敏測量：先進的光能量增強技術，高信噪比的探測技術。
• 秒級的全光譜測量速度：全光譜測量典型5-10秒。
• 原子層量級的檢測靈敏度：測量精度可達0.05nm。

Flexfilm全光譜橢偏儀收集的數據可以用于分析半導體薄膜工藝中的問題，發現膜層厚度不符合要求后，可以調整沉積或刻蝕的時間和條件解決問題。Flexfilm費曼儀器的薄膜厚度測量技術貫穿于材料研發、生產監控到終端應用的全流程，尤其在半導體、新能源、汽車工業、醫療、航空航天等高精度領域不可或缺。

原文參考：《典型半導體工藝測量設備計量技術》

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