椭偏仪—介质膜的首选方法

当工艺进入先进制程，薄膜厚度降到

几纳米甚至几埃（Å）

级别时（例如先进逻辑芯片中极薄的 High-K 栅极介质层），传统的光谱反射法会完全失效，此时

唯有椭偏仪能够胜任

什么是偏振光？

普通光：电场振动方向随机，各方向均有

线偏振光：电场只在一个平面内振动

椭圆偏振光：电场端点轨迹是椭圆

椭偏仪的名称就来源于

椭圆偏振光

。

核心物理原理？

传统的光谱反射法（Reflectometry）测量的是光反射回来的强度（亮度）变化，这容易受到光源老化、表面灰尘等干扰。

椭偏仪的绝妙之处在于：

它完全不关心光有多亮，它只关心光的“姿态”（偏振状态）发生了什么扭曲。

入射光

：椭偏仪打出的是一束经过精确控制的

线偏振光

。我们可以把这束光分解为两个相互垂直的振动分量：

p 波（平行于入射面的光波）

p 波

（平行于入射面的光波）

s 波

（垂直于入射面的光波）

当这束光倾斜照射到薄膜表面并反射回来时，薄膜的厚度和折射率会对 p 波和 s 波产生

不同程度的反射率衰减

和

不同程度的相位延迟

。

因为 p 波和 s 波的步调不一致了，原本的“线偏振光”在反射后，其电矢量轨迹就会变成一个椭圆形，这就是“椭圆偏振光”（也是椭偏仪名字的由来）。

椭偏仪的两个核心测量？

椭偏仪测量的是反射前后p/s分量的

振幅比变化

和

相位差变化

：

Ψ（Psi，0°–90°）：反映振幅比变化

Δ（Delta，0°–360°）：反映相位差变化

这两个参数是椭偏仪的原始测量输出，本身没有直接物理意义，需要通过光学模型换算成膜厚和折射率。