【其他行业标准】 硅衬底上绝缘体薄膜厚度及折射率的椭圆偏振测试方法

ICS 77.120.99 H 68 YS/T 839—2012 中华人民共和国有色金属行业标准 硅衬底上绝缘体薄膜厚度及折射率的椭圆偏振测试方法 Test method for measurement of insulator thickness and refractive index on silicon substrates by ellipsometry 发布：2012-11-07 实施：2013-03-01 中华人民共和国工业和信息化部 前言 本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243）归口。 起草单位：中国计量科学研究院、有研半导体材料股份有限公司、瑟米莱伯贸易（上海）有限公司。 主要起草人：高英、武斌、孙燕等。 1 范围 1.1 本方法规定了用椭圆偏振测试方法测量生长或沉积在硅衬底上的绝缘体薄膜厚度及折射率的方法。 1.2 本方法适用于薄膜对测试波长无吸收、且衬底在测试波长处不透光，并已知衬底折射率和消光系数条件下的绝缘体薄膜厚度及折射率测量。当满足一定条件时，也可用于非绝缘体薄膜测量。 2 方法提要 2.1 仪器结构如图1所示，单色仪发出的光经过起偏器后转化为线偏振光。 2.2 补偿器设置为-45°（或+315°），将线偏振光转换为椭圆偏振光。从入射面内观察，以逆时针方向为正方向。 2.3 入射光的偏振方位角和椭圆度由起偏器和补偿器的设置决定。 2.4 入射光经样品反射后，其偏振状态发生变化。通过调节起偏器和检偏器，使反射光在探测器上达到消光状态。 2.5 薄膜厚度及折射率可通过图解法或仪器软件计算获得。 2.6 对于具有一定吸收或消光系数的非绝缘体薄膜，当反射信号满足仪器要求时方可测量。 3 干扰因素 3.1 样品表面污染会导致测量误差。 3.2 衬底不平整或薄膜厚度、折射率不均匀可能导致无法完全消光，从而降低测量精度。 3.3 若薄膜对测试波长存在吸收或散射，可能无法得到唯一解。 3.4 图解法计算中，当相位变化角度或振幅变化角度处于特定范围时，测量准确性会下降。 4 测量仪器 4.1 光源：多色灯或激光器，经单色化后提供准直单色光。 4.2 起偏器：双折射晶体，用于将非偏振光转换为线偏振光，安装在精度±0.1°的旋转刻度盘上。 4.3 检偏器：结构与起偏器类似，用于分析反射光偏振状态。 4.4 补偿器：双折射片，用于将线偏振光转换为椭圆偏振光，具有已知透射率和相位延迟。 4.5 样品台：配有高精度旋转刻度盘及可调r-平台，用于调整入射与反射角度及测量区域。 4.6 探测器：光电探测器，用于检测反射光信号极小值以实现消光判断。 4.7 光阑：用于限制入射光束直径（约1 mm～5 mm），以保证光束稳定性与测量精度。