薄膜膜厚量測-『顯微分光法』與『橢圓偏光法』比較

光學式的膜厚量測有不會接觸(破壞)膜面,以及可以得知光學參數(折射率、消光係數)等優點。 現行光學薄膜膜厚量測法,可大致分為反射分光法與橢圓偏光法兩種。

原理

反射分光法

反射分光法也稱為光干涉法,搭載光譜儀的反射架構下,由反射率進一步求得光學膜厚。 主要利用上圖R1(膜層表面的反射)以及R2(膜層介面的反射)兩道光的光程差進行演算求得。

橢圓偏光法

橢圓偏光法是藉由入射光與反射光的偏振狀態不同,使用照射前的P偏振光以及S偏振光產生相位差做計算。  

比較

一般而言橢圓偏光法較擅長量測超薄膜(約10nm)以下,但是也有下列問題 1.因為參數較多也提升分析難度。 2.因為需要收不同角度的偏振光,單一點位量測時間較長。 3.光斑spot大小為mm等級,若膜層表面平坦度不足或是有結構也無法量測。 4.僅能用特定不透光的底材(一般是以晶圓做基板)。   而反射分光法可以搭配顯微鏡,又稱做顯微分光法。在量測膜厚可以完全克服上述橢圓偏光法的弱點,一般台灣的使用者會有一種迷思,薄膜量測一定要用橢圓分光法來做,是因為早期光譜儀感度不足,需要收更多的資訊(p、s偏振光)才能量到較薄的膜。但隨著硬體的進步,顯微分光法也可以量測到1nm的薄膜,可以滿足絕大多數薄膜量測的需求,又能提供更多的應用性。 下面簡單列舉兩種方法的比較 台灣大塚科技備有顯微分光OPTM的DEMO機,及專業量測人員。 跳脫過去薄膜只能用橢圓偏光的迷思,歡迎測試DEMO。  

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