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实验 用椭偏仪测量薄膜厚度 在半导体平面工艺中，SiO 薄膜是不可缺少的重要材料。它既可以被作为杂质掩蔽、表 2 面钝化和器件的电隔离材料，也可以用作电容器的介质和MOS管的绝缘栅介质等。无论SiO2膜 用作哪一种用途的材料，都必须准确的测定和控制它的厚度。另外，折射率也是表征SiO2膜 性质的重要参数之一，因此我们必须掌握SiO2膜厚及其折射率的测量方法。 通常测定薄模厚度的方法有比色法、干涉法、椭偏法等。比色法可以方便的估计出氧化 硅膜的厚度，但误差较大。干涉法具有设备简单、测量方便的特点，结果也比较准确。椭偏 法测量膜厚是非破坏性测量，测量精度高，应用范围广。我们这个实验是用椭偏法来测量SiO2 膜厚度。 本实验目的是了解用椭圆偏振法测量薄膜参数的基本原理和方法；掌握椭圆偏振仪的使 用方法，并用椭偏仪测量Si衬底上的SiO2薄膜的折射率和厚度。 一、实验原理 由激光器发出一定波长( λ=6328Å) 的激光束，经过起偏器后变为线偏振光，并确定其偏 振方向。再经过 1/4 波长片，由于双折射现象，使其分解成互相垂直的 P 波和 S 波，成为椭 圆偏振光，椭圆的形状由起偏器的方位角决定。椭圆偏振光以一定角度入射到样品上，经过 屏 接 激光管 幕 收 检 管 起 偏 线 偏 偏 器 偏 1/4 椭 器 振 光 波 偏 样 品 光 片 光 样品表面和多层介质（包括衬底－介质膜－空气）的来回反射与折射，总的反射光束一般仍 图 27.1 椭偏仪的结构图 为椭圆偏振光，但椭圆的形状和方位改变了。一般用Φ和Δ来描述反射时偏振状态的变化， 其定义为： tg e φ iΔ Rp R s 式中tg Φ的物理意义是P波和S波的振幅之比在反射前后的变化，称为椭偏法的振幅参量。Δ 的物理意义是P波和S波的相位差在反射前后的变化，称为椭偏法的相位参量。RP和RS 分别为 P波初量和S波分量的总反射系数。椭偏仪的结构图如图 27.1 所示。 在波长、入射角、衬底等参数一定时，Φ和Δ是膜厚 d 和折射率 n 的函数。对一定厚度 的某种膜，旋转起偏器总可以找到某一方位角，使反射光变为线偏振光。这时再转动检偏器， 1 当检偏器的方位角与样品上的反射光的偏振方向垂直时，光束不能通过，出现消光现象。消 光时，Δ和Φ分别由起偏器的方位角 P 和检偏器的方位角 A