光干涉及椭圆偏振法测量薄膜厚度
在半导体平面工艺中，2SiO 薄膜的质量好坏对器件的成品率和性能影响很大，因此对2SiO 薄膜必须作必要的检查，厚度测量是2SiO 膜质量检查的重要内容之一。2SiO 膜厚的测量有多种方法：如椭圆偏振仪测量，比色法估计等。干涉法测2SiO 膜厚是生产中较普遍采用的测量方法，其优点是设备简单，操作方便，无需复杂的计算。
一. 干涉法
一、实验原理
干涉条纹的测量原理是：当用单色光垂直照射氧化层表面时，由于2SiO 是透明介质，所以入射光将分别在2SiO 表面和2SiO -Si 界面处反
射，如图 28.1 所示。根据光的干涉原理.当两道相干光的光程差△为半波长的偶数倍，
时，两道光的相位相同，互相加强，因而出现亮条纹。
当 两 道 光 的 光 距 差 △ 为 半 波 长 的 奇 数 倍 ， 即 当
时，两道光的相位相反，因而互相减弱，出现暗条纹。由于整个2SiO 台阶的厚度是连续变化的因此，在2SiO 台阶上将出现明暗相间的干涉
条纹。
在图 28.1 中，光束S 在2SiO 台阶上的反射光束用(1)表示，在2SiO -Si 界面的反射光束用(2)表示。根据光程的概念和小入射角的条件，光束(2)在2SiO 内走过的光程应近似为 2n 2X ，这里n 为2SiO 的折射率，
2X 为入射照射处2SiO 厚度。由图可见，光束(1)和光束(2)的光程差为
2n 2X 。假如光束(1)和光束(2)产生的干涉条纹为亮条纹，则下列关系
式成立
又若光束2S 在2SiO 台阶表面的反射光束和在2SiO 界面处的反射光束
产生一个与上述亮纹相邻的亮条纹。则同样应有下式成立
由此可知，两个相邻亮条纹之间的2SiO 层的厚度差为
同样，两个相邻暗条纹之间的2SiO 层的厚度差应为
由此可见，如果从2SiO 台阶楔尖算起至台阶顶端共有m+1 个亮条纹
(或暗条纹)，则2SiO 层的厚度应为
这就是我们通常用来计算2SiO 层厚度的公式。其中2SiO 的折射率
n ≈1.5，λ为照射光的波长，m 习惯上称为干涉条纹数。由前面的分析可知，在2SiO 台阶楔尖处应出现亮条纹。 但光在不同的介质上反
射时， 我们应考虑“半波损失”。根据光学原理，当光从光疏媒介进入光密媒介时，其反射光存在“半波损失”。在上述系统中，空气、2SiO ,Si 的折射率分别为 1、1.5、3.5，因此在两个界面上的反射光都存在“半波损失”，其作用相互抵消，对光程差不产生影响，所以2SiO 台阶楔尖处仍应为亮条纹。当测量2SiO 膜厚时，若以亮条纹为计算对
象，并且2SiO 台阶两边都出现亮条纹，则从楔尖的第一个亮条纹算起，
从一个亮纹到相邻另一个亮纹算为一个干涉条纹，如图 28.1 所示的图案干涉条纹数应为 3。若在干涉显微镜的视场内观察到的干涉图案如图 28.2 所示，对应于台阶顶端的左边为暗条纹，对应于台阶楔尖的右边为亮条纹。这时公式中的干涉条纹数 m 不为整数。如图 28.2 所示的干涉图案应算为二个半干涉条纹，即 m=2.5。由上述分析可知，干涉条纹的位置取决于光程差，光程差的任何变化都将引起干涉条纹的移动。若光程差每变化一个波长，条纹就移动一根。如果被测样品表面有部分凹凸不平，则两束光干涉后与被测样品表面不平处相对应的地方，干涉条纹就产生了弯曲，通过对干涉条纹的弯曲程度（用弯
曲量△N 表示）的测量，同样可得出2SiO 膜的厚度，为弯曲度法。
在用弯曲度法测2SiO 膜厚时，光将2SiO 膜腐蚀成劈刀，如图 28.3所
示，因2SiO 膜是透明的，2SiO 膜的上表面的反射光很弱，而下表面的
反射光较强(硅表面)，这样2SiO 膜上表面的反射可以忽略。
在劈尖两边p 、c 处反射光的光程不同。从D 到p 的反射光的光程为 2nd （n 为2SiO 的折射率），入射光C 到c 的反射光的光程为 2d ，这
样从点p 到c 光程的变化为2 nd ?2d=2(n?1)d
光程差每变化一个波长的数值时，干涉条纹就弯曲一根条纹的距离，如果变化△N 个λ则条纹弯曲△N 根条纹的距离，故
因2SiO 膜的折射率m ≈1.5，所以通过干涉显微镜测出弯曲度△N ，就
可以出2SiO 膜的厚度。
椭圆偏振法
原理:
由激光器发出一定波长的激光束，经起偏器变成线性偏振光，并确定偏振方向，再经过1/4波长片，由于双折射现象，使其产生为相位相差90°的两部分光，它们的偏振方向相互垂直，所以变成椭圆偏振光。
对于一定厚度的某种膜启动起偏器，总可以找到一个方位角，使反射光变成线性偏振光。这是转动检偏器，当检偏器的方位角与反射线偏振光相互垂直的时，光束不能通过，出现消光现象。
因此,在装置中只要使1/4的波片的快轴F与x的夹角为pi/4,然后测出检偏器后消光时的起,检偏器方位角,便可
从而完成总反射系数比的测量,
即可得出波膜厚度.