椭偏仪在半导体工艺中的应用

半导体制造中凡是涉及透明或半透明薄膜的工艺节点，几乎都有椭偏仪的身影——它是介质膜厚度、折射率、消光系数的核心测量工具，覆盖从0.1nm栅氧到几微米ILD的全部厚度范围。

前道工艺（FEOL）

衬底与外延

硅片表面自然氧化层厚度SOI顶层硅厚度和BOX层厚度SiGe外延层厚度和Ge组分GaN外延层厚度

栅极工艺

热氧化栅氧（Gate Oxide）厚度High-k栅介质（HfO₂、ZrO₂、Al₂O₃）厚度和介电常数栅极金属（TiN、TaN）厚度和光学常数

隔离工艺

STI填充SiO₂厚度Si₃N₄硬掩模厚度场氧化层厚度

离子注入

筛选氧化层（Screen Oxide）厚度注入后晶格损伤层厚度和程度退火后损伤恢复确认

薄膜沉积工艺

CVD介质膜

TEOS SiO₂厚度和折射率HDP SiO₂厚度PSG/BPSG厚度和掺杂浓度（通过n值间接表征）SiON厚度和n值Si₃N₄厚度、折射率和应力（通过n间接表征）

ALD薄膜

Al₂O₃、HfO₂、ZrO₂等高k介质厚度原位实时监控每个ALD循环的生长量结晶度判断（通过n、k变化）

PVD薄膜

TiN、TaN扩散阻挡层厚度硅化物（NiSi、CoSi₂）厚度和相变监控

Low-k介质

多孔SiO₂厚度和孔隙率SiOC薄膜厚度和介电常数

光刻工艺

光刻胶（PR）

涂胶后厚度均匀性n、k光学常数测量PEB后折射率变化显影后剩余厚度

底部抗反射层（BARC）

t、n、k三参数同时测量有机BARC和无机SiON BARC

顶部抗反射层（TARC）

沉浸式光刻中折射率匹配确认

硬掩模

无定形碳（ACL）厚度、n、kSiON中间层厚度和折射率

散射椭偏

线边粗糙度（LER/LWR）无损代替部分CD-SEM测量

刻蚀工艺

刻蚀前后膜层厚度差（间接得到刻蚀深度）刻蚀终点检测（膜层去除后Ψ、Δ突变）等离子体表面损伤层厚度Bosch DRIE钝化层厚度

CMP工艺

CMP前后介质膜厚度全晶圆厚度mapping（均匀性评估）原位终点检测（EPD）研磨垫老化对厚度均匀性的影响追踪

金属化工艺

Ta/TaN扩散阻挡层分层厚度Cu种子层厚度（配合四探针）

特殊应用

表面粗糙度测量（Rq，0.1–5nm范围）薄膜应力间接表征（通过n值）晶圆翘曲和应力分布有机薄膜（聚酰亚胺PI、旋涂玻璃SOG）厚度原位腔体内实时监控（ALD、CVD）
金属膜厚仪，可测单层多层膜厚，金属含量