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01Aug.2022
膜厚儀
【薄膜厚度量測】『顯微分光法』與『橢圓偏光法』有什麼不同?
| 目錄 1.薄膜厚度量測原理比較｜2大量測方式大不同 a.光學膜厚量測原理比較 2.光學膜厚量測方法各有擅長的領域 a.顯微分光與橢圓偏光的比較一覽表 |
薄膜厚度量測原理比較｜2大量測方式大不同
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。以現行光學薄膜膜厚量測法來說，大致可分為：反射分光法與橢圓偏光法兩種。
且也有人說橢圓偏光會比較準確，真的是這樣嗎？就以大塚科技本身就有的2種量測方式，來跟大家說明吧！
光學薄膜厚度量測各自擅長的領域分析
橢圓偏光儀
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：- 因為參數較多也提升分析難度
- 因為需要收不同角度的偏振光，單一點位量測時間較長
- 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
- 僅能用特定不透光的底材（一般是以晶圓做基板）
反射分光膜厚儀
反射分光法，可以分為有沒有搭配顯微鏡；有搭配顯微鏡的又稱做「顯微分光法」，若沒有就是一般稱的「反射分光法」。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，一般臺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。
顯微分光法（OPTM） VS 橢圓偏光儀（FE5000）差異比較
| 顯微分光法(OPTM) | 橢圓偏光儀(FE5000) | 說明 | |
|---|---|---|---|
| 分光器波段 | OPA1 : 230 ~ 800 nm OPA2 : 360 ~ 1100 nm OPA3 : 900 ~ 1600 nm |
多為可視光 380 ~780 nm | 因橢圓偏光收光角度的關係，無法接收太弱的光，一般為可視光波段。 |
| 膜厚量測範圍 | OPA1 : 1 nm ~ 35 μm OPA2 : 7 nm ~ 49 μm OPA3 : 16 nm ~ 92μm |
0.1 nm ~1 μm | 因橢圓偏光儀使用可視光波段，無法量測較厚的膜。約1μm以上就會因為波形過於複雜而難以解析。 |
| 樣品種類 | 透明膜、半透明膜、有色膜 | 透明膜 | 同上，在可視光波段有吸收的膜橢圓偏光就難以量測。OPTM可選用其他波段(例如近紅外光)進行有色膜的量測。 |
| 量測下限 | 1 nm | 0.1 nm | 橢圓偏光因為多收集一個橢圓率的參數，在極薄膜(約10nm以下)有較好的分辨率。 |
| 基板底材 | 晶圓、玻璃、高分子膜 | 晶圓(不透光底材) | 1.OPTM專利鏡頭可物理性去除透明基板底層的反射光(稱為背面反射)，橢圓偏光若要量測玻璃等透明底材時，需要先塗黑。 2.高分子底材有光學異方性，以橢圓偏光在不同的方向入射時會得到不同的厚度，樣品只要稍微旋轉就會得到不同結果。OPTM使用垂直的反射，不受光學異方性干擾。 |
| 量測時間 | 1秒內 | 數分鐘 | 顯微分光膜厚搭配快速的對焦機制，對焦+量測不到1秒! 橢圓偏光需要變換角度後還需要旋轉，量測時間長達數分鐘。 |
| 分析難度 | 較容易 | 較複雜 | 橢圓偏光參數較多，解析起來較複雜。相對來說也因為比較多的參數，可以量到極薄的膜層。 |
| 量測面積 | 最小約5μm | 數mm等級 | 樣品有做patten圖案，或是元件等量測面積很小的時候，就需要小面積的量測能力。 |
| 光學常數分析 | 可求得 | 可求得 | |
| 多層膜厚 | 可求得 | 可求得 |
臺灣大塚科技備有顯微分光OPTM的DEMO機，及專業量測人員。
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