在集成电路制造过程中，四片要进行多次各种材质的薄膜沉积，因此薄膜的厚度及其性质(如折射率和消光系数)需要准确地确定，以确保每一道工艺均满足设计规格。基于多界面光学干涉原理的光学薄膜测量设备是生产线上最常用的薄膜测量设备，其优点是快速、精确，对被测样品无损伤，可测量集成电路制造工艺中的各种透明介质膜(如氧化物体膜、氮化物薄膜等)、半导体薄膜(如多晶硅薄膜、SiGe薄膜等)及很薄的导电类薄膜(如TIN薄膜、1薄膜、Ta薄膜、TaN薄膜等)。

先进集成电路生产线上所使用的光学薄膜测量设备，以高分辨率的小光斑宽波段光谱测量技术和多参量的模型实时回归( Model - Based RealTime

Regresin)计算为核心。光学系统的设计兼顾探测光在圆片表面聚焦后的光斑大小，测量光谱范国内的光通量，以及光谱采集系统的分辨率，实现在微小的测量区域以ms级的积分时间快速采集光谱。以不同材料的光学色散模型( Dispersion Mode)及多界面光学干涉原理为基础的计算软件，从预设的薄膜参量初值(通常为工艺指标对应值，或称为Nomninal Values)开始，围绕实测光谱进行回归透代逼近，最终获得薄服参量终值，并将其作为测量结果。

除了实测光谱对薄膜厚度及其光学常数(折射率和消光系数)的灵敏度，灵活有效的光学色敢模型和快速准确的计算方法也是决定光学薄膜测量设备测量能力的关键所在。为了最大限度地提高设备的吞吐量，对于回归计算、光谱采集与随后的圆片运动控制应采取并行处理(Puallel Presin)的模式。

光学薄顾测量设备的光谐测量方式主要分为椭圆偏振( ElpiaiPlarzaion)和重直反射两种。在精圆偏报方式下，光源发出的光经由起偏器、光学聚焦系统，以-定的角度(在布儒斯特角附近)人射圆片表面，经过表面膜层和硅衬底反射的光再经过光学系统和检偏器，由光谱仪接收。反射光的P偏振分量(平行于人射面)和S偏振分量(垂直于人射面)的光场报幅比(anmp) 和相位差(0)，在起偏2或检偏器旋转的情况下，通过光谱仪同时获取。由于Tanp和A是波长、膜厚和薄膜光学常数的函数，通过对膜原和薄膜光学常数等变量进行回归迭代通近，使计算光谱与实测光谱吻合，最终所得到的迭代值即为所测薄膜的厚度和光学常数。

图8-190所示的是椭四偏振光谱扣合图。由于枫图偏振式测量得到的信号是出射光自身P偏振光与S偏振光的光场强度比和相位差，原理上不受光源强度瞬时变化和长期衰减的影响，因此测量的精确度和稳定性都更高，而且对于超薄膜、复杂的多层膜结构和薄膜材料的光学常数有极高的灵敏性。

与椭圆偏振式测量相比，垂直反射式测量得到的只是圆片表面的垂直反射!光谱，不包含偏振光在近布偶斯特角斜人射时特有的位相变化的信息，且必须通过与事先在标准棵圆片上测得的反射光谱对比才能得到样品的垂直反射率。因此，垂直反射式测量对薄膜厚度及光学常数的灵敏度远低于椭圆偏振式测量，主要用于较厚薄膜和单层膜的厚度测量。为了控制圆片之间(Wafer-to-Wafer)及芯片之间(Die-to-Die)的工艺一致性，薄膜及其光学常数的测量必须在产品圆片上进行。光学薄膜测量设备会根据预设的配方(Reeipe) 选取待测圆片，通过智能化的图像识别，精确、快速地移动到测量位置，完成测量和数据收集，并将其上传到生产线终端系统。

上述步骤均可通过远程控制自动完成。生产线终端可以根据测量设备收集到的数据判断前一道工艺(如CVD、 刻蚀等)是否合格，并根据需要对相应的工艺生产设备进行参数调整以纠正偏差，也可以将所得数据输人后续的刻蚀、CMP等设备，作为控制刻蚀、研磨终值的参考数据。这个测量数据的采集、反馈(Feed-Back)或前馈(Feed-Fonward) 并调整工艺生产设备参数的过程是通过集成电路生产线专用的先进工艺控制( Advanced Process Control)系统自动实现的。

在集成电路工艺向细微化发展的过程中，芯片上用于监控的区域不断缩小，含有新型复合材料的先进工艺不断被采用，这就要求光学薄膜测量设备向光斑更小，对薄膜材料的厚度和组分的灵敏度更高( 尤其是多层膜)，以及测量稳定性更好的方向发展。