橢圓偏光術與 X 射線螢光（XRF）的差異
半導體工廠每天以線上方式量測沉積膜的厚度，代表性的方法就是橢圓偏光術與 X 射線螢光分析（XRF）。兩者都能在不破壞晶圓的情況下量測，但原理不同，擅長的膜也不同。以下整理兩者的差異與使用時機。
結論
差異在於以什麼求出膜厚，以及擅長的膜種。橢圓偏光術對膜照射偏振光，從反射光的偏振變化求出膜厚與折射率，擅長以奈米以下精度量測氧化膜、氮化膜、High-k 膜、光阻等會透光的薄膜。X 射線螢光分析（XRF）照射 X 射線，從元素放出螢光 X 射線的強度量測膜中元素的量，再換算成膜厚或組成，擅長量測不透光的金屬膜與合金組成。
主要差異
| 比較面向 | 橢圓偏光術 | X 射線螢光分析（XRF） |
|---|---|---|
| 照射 | 偏振光（紫外～紅外） | X 射線 |
| 量測 | 反射光的偏振變化（Ψ・Δ） | 元素放出螢光 X 射線的強度 |
| 擅長的膜 | 透光的絕緣膜・光阻薄膜 | 金屬膜、厚膜 |
| 能得知 | 膜厚、折射率等光學常數 | 膜厚（由元素量換算）、組成 |
| 分析 | 需要膜結構的模型 | 需要以標準試樣校正 |
| 不擅長 | 不透光的厚金屬膜 | 輕元素、極薄膜的高精度量測 |
橢圓偏光術讀取光的偏振變化
在橢圓偏光術中，以斜角對膜照射偏振光，量測反射光2個偏振分量強度的比（Ψ）與相位差（Δ）。這些值由膜厚與折射率決定，因此要與以假設膜結構的模型計算出的值擬合，求出膜厚。即使是數 nm 的閘極氧化層也能高精度量測，改變波長量測的光譜橢偏術還能分析多層膜。
XRF 從元素的量求出膜厚
在 XRF 中，照射 X 射線時，膜中所含元素會放出各元素特定能量的螢光 X 射線。其強度與膜中元素的量成正比，只要以標準試樣校正，就能換算成膜厚或組成。不透光的金屬膜也能量測，也能同時得知合金膜的組成，因此用於管理導線阻障金屬、電鍍膜與封裝的金屬膜。
依膜的種類分別使用
氧化膜、氮化膜、High-k 膜、光阻這類透光的膜使用橢圓偏光術；銅、鎢、鈦等金屬膜，或也要管理組成的膜則使用 XRF。極薄膜表面的金屬汙染，以小角度照射 X 射線的 TXRF 量測。也有以量測片電阻間接管理金屬膜厚度的方法，要依各製程選擇最適合的方法。
常見問題
金屬膜的膜厚能用橢圓偏光術量測嗎？
極薄的金屬膜有時可以，但金屬幾乎不透光，膜一厚光就到不了下方，無法求出膜厚。數十 nm 以上金屬膜的膜厚與組成管理，一般使用 XRF 或片電阻量測。
XRF 和 TXRF 有什麼不同？
XRF 以大角度照射 X 射線，量測膜或試樣整體的元素量，求出膜厚或組成。TXRF 以極小角度照射 X 射線使其全反射，不讓 X 射線進入晶圓，只分析表面，因此用於量測表面極微量的金屬汙染。
延伸閱讀
所屬主題
參考資料
- 日本畫像學會「分光エリプソメトリー：基礎から応用まで（日本画像学会誌 50巻5号）」（2026/10/19 查閱）
- 日本分光（JASCO）「膜厚計測、厚さに適した測定、解析方法」（2026/10/19 查閱）
- 東麗研究中心（Toray Research Center）「蛍光X線分析法（X-Ray Fluorescence Spectrometry：XRF）」（2026/10/10 查閱）