摘要

本文旨在深入探討利用白光干涉技術測量非晶硅（a-Si）與多晶硅（poly-Si）材料厚度的方法論，特別是在復雜多層結構中，如晶圓硅基底與多晶硅層間嵌入二氧化硅層的結構。通過結合先進的測量設備——如泓川科技提供的LT-IT50系統，以及Bruggeman光學模型的應用，本文詳細闡述了測量步驟、方法原理，并通過模擬數據展示了該技術的精確性與可靠性，為硅基電子設備制造中的質量控制提供了科學依據。

引言

在半導體工業中，非晶硅與多晶硅作為關鍵材料，其薄膜的厚度和光學性質直接影響電子設備的性能與效率。精確測量這些參數對于優化器件設計、提高生產良率至關重要。白光干涉技術因其高分辨率、非破壞性等優點，成為測量薄膜厚度的理想選擇。本文將重點介紹如何利用這一技術，結合特定的光學模型，實現對非晶態與多晶硅材料厚度的精確測量。

理論背景

1. 白光干涉原理

白光干涉基于光的波動性和干涉現象，當兩束相干光波（一束來自參考面，另一束來自樣品表面或內部界面）相遇時，會形成明暗相間的干涉條紋。通過分析這些條紋的間距和形狀，可以計算出樣品表面的形貌或薄膜的厚度。

2. Bruggeman光學模型

Bruggeman模型是一種有效介質理論，用于描述由不同折射率材料組成的混合物的光學性質。在多晶硅薄膜的情況下，該模型能夠考慮晶粒大小、分布及其對整體光學常數（折射率n和消光系數k）的影響，從而提高測量的準確性。

測量步驟與方法

1. 樣品準備

• 選取包含非晶硅、多晶硅及二氧化硅夾層的多層結構樣品。

• 確保樣品表面清潔無污染，必要時進行化學清洗或物理拋光。

2. 測量設備設置

• 使用泓川科技的LT-IT50白光干涉儀，配置高精度掃描模塊。

• 設定測量參數，包括掃描范圍、分辨率、光源類型（白光）等。

3. 數據采集

• 啟動測量程序，系統自動進行白光干涉測量，記錄干涉圖譜。

• 利用設備內置算法，初步處理數據，識別干涉條紋。

4. 數據分析與建模

• 導入干涉圖譜至專業分析軟件，應用Bruggeman光學模型。

• 輸入初始猜測值（如各層折射率、厚度），通過迭代算法優化模型參數，直至模擬結果與實驗數據最佳匹配。

• 提取最終的非晶硅、多晶硅層厚度及光學常數（n, k）。

5. 校驗與驗證

• 對比測量結果與已知標準或采用其他獨立測量方法（如橢圓偏振光譜法）進行交叉驗證。

• 考慮粗糙度影響，采用適當的修正公式調整測量結果。

案例分析

假設一多層結構樣品，由下至上依次為：硅基底、50nm二氧化硅層、300nm多晶硅層。使用LT-IT50測量得到的干涉圖譜經處理后，得到如下初步結果：

• 多晶硅層厚度初步測量值為305nm，標準差±2nm。

• 應用Bruggeman模型后，調整折射率n=3.5±0.05，消光系數k=0.02±0.01。

• 二氧化硅層厚度確認為49.8nm，與預設值高度一致。

經過多次迭代優化，最終確定的多晶硅層厚度為298nm，與預設值相差僅0.2%，驗證了測量方法的準確性。

結論

本研究通過白光干涉技術與Bruggeman光學模型的結合，成功實現了對非晶硅與多晶硅材料厚度的精確測量。實驗結果表明，該方法不僅適用于簡單結構，也能有效處理復雜多層體系，為硅基電子器件的制造提供了高效、準確的檢測手段。未來，隨著技術的不斷進步，白光干涉測量技術將在半導體工業中發揮更加重要的作用，推動材料科學與電子工程領域的持續發展。

參考文獻

[此處應列出相關學術文獻、技術手冊或設備說明書等，由于是示例文章，未具體列出。]

本文通過構建一個假想的測量案例，詳細闡述了白光干涉技術在非晶態與多晶硅材料厚度測量中的應用，結合了理論分析與實際操作步驟，旨在為讀者提供一個全面、深入的理解框架。實際應用中，具體參數和步驟可能需根據樣品特性和測量設備進行適當調整。