椭偏仪的校准方法研究

　　作者：赵琳 李锁印 许晓青 韩志国 冯亚南 梁法国(中国电子科技集团公司第十三研究所计量中心，石家庄， 050051)

　　0. 引言

　　在微电子制造领域，微纳米尺度膜厚作为其核心参数之一，广泛应用于器件中。膜厚的精确测量，对器件制造的一致性和可靠性起着决定性作用，也是纳米测量技术中的一个重要内容。当前，测量膜厚参数主要应用的有椭偏仪、膜厚测量仪和台阶仪。椭偏仪属非接触测量，利用光的偏振特性测量薄膜的厚度，其分辨率很高;膜厚测量仪是基于光的干涉原理，通过测量光在衬底上的光谱和光经过薄膜后的光谱经过计算得到膜的厚度;台阶仪是触针式测量仪器，接触式测量，要求被测物质形成台阶状，测量时触针滑过台阶，通过系统放大和计算，给出被测量值。从理论上讲，凡是能形成台阶的物质，仪器都能测量，而且分辨率很高。

　　经过多年的测试，这些仪器的重复性和稳定性良好，我们要解决的问题是如何确定这些仪器的不确定度，就是仪器的示值误差。通俗的说就是仪器准不准?换言之是如何来校准这些仪器?本文我们主要针对椭偏仪的校准方法进行分析研究。国内曾经对该类仪器进行过比对，但是比对结果不是很好，当前我们单位拥有有证的台阶仪和其标准样片，我们可以用台阶仪来定标，制作一套可以用于校准椭偏仪的膜厚样片。

　　1.膜厚标准的研究

　　解决标准是关键。经过广泛调研和多年实践，我们认为利用本所现有的半导体技术设备，制造一种适合椭偏仪的标准样片不仅在理论上是成立的，而且在实践上是完全可行的。

　　我们在硅基(硅圆片)上用热氧化方法制作所需要的物质膜层SiO2，然后把这层膜经过特殊工艺刻饰处理，使其形成适合台阶仪测量的图形。硅和硅的生成物都是硬度极高的物质，做成标准样片，不变形，不易磨损，性能稳定，符合标准要求。

　　我们首先以半导体集成电路工艺中常用SiO2膜厚为基础，设计制作了一套SiO2-Si标准样片，设计膜厚分别为70nm、180nm、340nm、750nm、1000nm。

　　2.膜厚标准样片的定标

　　我们研制的膜厚标准样片的厚度分别为70nm、180nm、340nm、750nm、1000nm，我们选用P-6型台阶仪对其进行标定。在标定前，先用VLSI的台阶标准样片对台阶仪进行了校准。型号为SHS-9400QC，编号为8897-49-09，台阶高度为(945.0±5.5)nm，此标准样片为最新购买的，并且是在有效期内，符合溯源条件。

　　测量数据如表1所示：

　　通过这些数据证明，我们制作的这一套标准样片量值复现性良好，符合标准要求。