1. 这份国家标准是什么
GB/T 40279-2021 硅片表面薄膜厚度的测试 光学反射法
半导体行业里，硅片表面的氧化层、氮化层等薄膜厚度直接关系到器件性能。膜厚测不准，工艺良率和器件可靠性都会出问题。过去各家测试方法不一、结果难以横向比较，这份国标就是要统一硅片表面薄膜厚度的测试方法，让不同厂家、不同实验室测出来的数据能对齐。
这份标准一共 9 家起草单位，优尼康科技（翌颖科技（上海）有限公司）是其中之一，其余还有有研半导体材料有限公司、中环领先半导体材料有限公司等国内半导体材料企业。标准里的技术细节，下面逐条展开。
2. 标准规定了什么
这份标准主要规定了测试对象、仪器要求、测量环境和测试步骤几块内容，每一项都有明确的技术指标。
2.1 测试对象与范围
标准针对的是硅片表面生长的二氧化硅薄膜和多晶硅薄膜，测试范围覆盖 15nm 到 10⁵nm（即 100μm）。同时，标准也适用于所有光滑、透明或半透明、低吸收系数的表面薄膜，比如非晶硅、氮化硅、类金刚石镀膜、光刻胶等，适用面相当宽。
2.2 仪器配置
执行这份国标的测试系统，标准规定了几个基本组成。
| 组成部分 | 标准要求 |
|---|---|
| 光源 | 波长范围 190nm ～ 1050nm（覆盖紫外到近红外） |
| 光谱仪 | 接收并分析反射光信号，获取干涉数据 |
| 光纤探头 | 传递入射光与反射光 |
| 样品台 | 承载被测硅片 |
| 计算机及软件 | 控制采集、计算膜厚并输出结果 |
2.3 测量环境
标准要求测试在符合 GB/T 25915.1-2010 的 6 级洁净度环境中进行，温度 23℃±3℃，相对湿度 30%～50%，并避免强光和电磁干扰。环境波动会直接影响反射光谱的稳定性和膜厚读数的重复性，所以标准对环境条件单独做了约束。
3. 光学反射法的测量原理
光学反射法测量膜厚的原理基于薄膜干涉。一束光照射到薄膜表面时，会在膜的上表面和下表面分别发生反射，两束反射光因光程差产生干涉。反射率随波长起伏变化，形成干涉条纹。薄膜越厚，干涉条纹随波长变化的周期就越快。分析反射光谱中干涉极值的位置，就能反推出薄膜厚度。
标准在附录里给出了这套原理的数学表达，核心是菲涅尔（Fresnel）公式。当光在薄膜上下两个界面反射时，总反射率 R 可以写成：
从这个公式可以看出，反射率随波长做周期性振荡，振荡周期由膜厚 d 和折射率 n 共同决定。反过来，只要在反射光谱里找到相邻两个干涉极值对应的波长，代入折射率，就能算出膜厚。标准正文给出的膜厚计算公式为相邻极值法：
这套方法的优势在于非接触、无损、速度快，还能同时测量多层膜。它和 Filmetrics 光谱反射法膜厚仪的测量原理完全一致，也是这类设备能在半导体产线和研发实验室被广泛采用的原因。
4. 标准里的关键精度指标
精度指标是这份国标里最值得关注的硬数据，直接决定测量结果可不可信。
4.1 测量重复性要求
标准第 9 章对测量重复性做了规定：二氧化硅薄膜的测量重复性应不大于 ±0.5%，多晶硅薄膜的测量重复性应不大于 ±1.5%。这是执行国标测量的精度门槛。
| 薄膜类型 | 测量重复性要求 |
|---|---|
| 二氧化硅薄膜 | ≤ ±0.5% |
| 多晶硅薄膜 | ≤ ±1.5% |
4.2 标准给出的精密度参考数据
标准在精密度章节还给出了一组实测参考数据，按薄膜类型和厚度区间区分，可以直接作为设备选型和数据验收的对照。
| 薄膜类型 | 厚度区间 | 重复性（nm） | 相对偏差 |
|---|---|---|---|
| 二氧化硅薄膜 | 300nm ～ 800nm | 0.01 ～ 0.16 | 0.24% ～ 0.65% |
| 多晶硅薄膜 | 800nm ～ 1200nm | 0.01 ～ 0.48 | 0.56% ～ 1.21% |
4.3 折射率取值
光学反射法计算膜厚需要用到薄膜的折射率，取值准不准直接影响膜厚结果的精度。标准给出了二氧化硅薄膜在几个典型波长下的折射率参考值。
| 波长 λ（nm） | 427 | 587 | 856 |
|---|---|---|---|
| 折射率 nλ | 1.46748 | 1.45832 | 1.45291 |
从这组数据能看出一个规律：二氧化硅的折射率随波长增大而减小，短波长下折射率更高。这也是为什么标准要求光源覆盖 190nm～1050nm 这么宽的波段，只有拿到不同波长下的反射谱和对应折射率，才能把膜厚算准。
5. 参与制定标准意味着什么
国家标准不是随便哪家公司都能参与起草的。能被写进起草单位名单，通常意味着两件事：一是对测试方法有足够深的技术积累，才能参与到方法讨论和验证中去；二是能站在行业高度理解测量方法背后的规范逻辑，而不是只停留在单一设备的使用层面。
这份国标的 9 家起草单位里，优尼康科技（翌颖科技（上海）有限公司）是其中一家，与有研半导体、中环领先这些国内半导体材料龙头同列。一家做膜厚测量设备和方案的供应商，能被拉进国家标准制定这个局，靠的是真刀真枪的技术功底，不是规模和名气。
对优尼康来说，参与起草这份国标，和代理 Filmetrics 光谱反射法膜厚仪是相辅相成的。标准里怎么规定测试方法、折射率怎么取值、精度卡在什么水平，这些细节我们都清楚，也就能更准确地帮客户把测量设备用对、把测试流程规范起来。
6. 对用户的实用价值
这份国标对用膜厚仪的用户，有几个实际的用处。
选型时有据可依
采购膜厚仪时，可以用国标规定的波长范围、测量重复性作为对照指标，判断设备能不能满足行业规范要求。光谱覆盖是否达到 190nm～1050nm、二氧化硅膜厚重复性能否落在 ±0.5% 以内，这些都是可以参考的硬指标。
测试流程有规范可循
标准对测量环境、仪器配置、折射率取值、测量步骤都有规定。按国标流程执行，测出来的数据更容易被认可，也方便在不同批次、不同实验室之间做对比。
数据能进入质量体系
对需要对接半导体行业质量体系的企业，采用符合国标的测试方法，膜厚数据更容易被纳入规范的检测流程，减少下游客户对数据可靠性的质疑。
7. 总结
GB/T 40279-2021《硅片表面薄膜厚度的测试 光学反射法》把硅片表面膜厚测试这件事规定得相当细：测试范围 15nm～10⁵nm，波长 190nm～1050nm，二氧化硅薄膜重复性 ≤±0.5%、多晶硅薄膜 ≤±1.5%，还给出了折射率取值和精密度参考数据。按这套方法测出来的膜厚，才具备行业通行的可比性。
优尼康科技是这份标准的起草单位之一，代理的 Filmetrics 光谱反射法膜厚仪与标准的技术路线一致。如果您要按国标测膜厚，或者想确认手里的膜厚仪能不能满足国标要求，欢迎联系我们的应用工程师。
本文技术数据引自 GB/T 40279-2021《硅片表面薄膜厚度的测试 光学反射法》标准原文。具体条款指标与公式以标准正式文本为准。
