引言

晶圓光刻圖形是半導(dǎo)體制造中通過光刻工藝形成的微米至納米級三維結(jié)構(gòu)（如光刻膠線條、接觸孔、柵極圖形等），其線寬、高度、邊緣粗糙度等參數(shù)直接決定后續(xù)蝕刻、沉積工藝的精度，進而影響器件性能。傳統(tǒng)測量方法中，掃描電鏡需真空環(huán)境且無法直接獲取高度信息，原子力顯微鏡效率低難以覆蓋大面積檢測。白光干涉儀憑借非接觸、高精度、快速三維成像的特性，成為光刻圖形測量的核心工具，為光刻膠涂覆、曝光、顯影等工藝的參數(shù)優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

晶圓光刻圖形測量的核心需求

晶圓光刻圖形測量需滿足三項核心指標：一是亞納米級精度，線寬（10nm-5μm）和高度（50nm-2μm）的測量誤差需控制在 ±2% 以內(nèi)，以評估光刻對準精度和臨界尺寸（CD）偏差；二是全參數(shù)表征，需同步獲取線寬均勻性、邊緣粗糙度（LER）、高度差、側(cè)壁傾角等參數(shù)，避免單一維度測量導(dǎo)致的工藝誤判；三是高效無損檢測，單片晶圓需在 5 分鐘內(nèi)完成多個曝光場的掃描，且不能損傷光刻膠的化學(xué)穩(wěn)定性。

接觸式測量易造成光刻膠變形（如高寬比 > 2 的細線條），光學(xué)顯微鏡僅能提供二維輪廓，均無法滿足需求。白光干涉儀的技術(shù)特性恰好適配這些測量難點。

白光干涉儀的技術(shù)適配性

高精度微納測量能力

白光干涉儀的垂直分辨率可達 0.1nm，橫向分辨率達 0.2μm，能捕捉光刻圖形 1nm 級的高度波動和 5nm 級的線寬變化。通過相移干涉算法，線寬測量重復(fù)性誤差 < 0.3%，高度測量精度 ±1nm，滿足 7nm 制程中 CD 均勻性（3σ<1.5nm）的嚴苛要求。例如，對 1μm 高的光刻膠線條，其高度測量偏差可控制在 2nm 以內(nèi)。

材料兼容性與非接觸優(yōu)勢

采用光學(xué)干涉原理，測量過程無物理接觸，避免了光刻膠的刮擦或化學(xué)損傷。寬光譜光源（400-700nm）可適配正性 / 負性光刻膠、SiNx 掩膜等材料，通過調(diào)整光源偏振態(tài)，能有效抑制透明基底（如石英掩模版）的反光干擾，確保光刻膠圖形信號的純凈性。

大面積掃描與自動化分析

通過精密 XY 平臺拼接掃描，可在 6 分鐘內(nèi)完成 300mm 晶圓上 5mm×5mm 區(qū)域的三維成像，覆蓋數(shù)百個光刻圖形單元。結(jié)合機器視覺算法，能自動識別圖形缺陷（如線寬縮頸、邊緣鋸齒）、計算 LER（≤0.5nm）和線寬均勻性，并生成曝光場級的參數(shù)分布熱力圖，大幅提升檢測效率。

具體測量流程與關(guān)鍵技術(shù)

測量系統(tǒng)配置

需配備超高數(shù)值孔徑物鏡（NA=1.4）以提升橫向分辨率，同時采用低相干光源（相干長度 < 5μm）減少基底反射干擾；結(jié)合納米級壓電掃描臺（行程 50μm，步長 0.5nm）實現(xiàn) Z 向精密掃描。測量前用標準光刻膠樣板（線寬 500nm，高度 1μm）校準，確保跨批次測量偏差 < 1%。

數(shù)據(jù)采集與處理流程

晶圓經(jīng)真空吸附固定后，系統(tǒng)通過 alignment 標記自動定位至曝光場，掃描獲取干涉數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理包括三步：一是圖形分割，基于灰度閾值區(qū)分光刻膠與基底；二是參數(shù)提取，計算線寬（50% 高度處橫向尺寸）、高度（頂點 - 基底差值）、LER（邊緣偏離度）；三是工藝評估，與設(shè)計值比對，標記超差區(qū)域（如線寬偏差 > 3% 的圖形）。

典型應(yīng)用案例

在 7nm 邏輯芯片的柵極光刻測量中，白光干涉儀檢測出曝光場邊緣的光刻膠線條高度降低 15nm（設(shè)計高度 800nm），LER 增至 1.2nm（正常區(qū)域 < 0.8nm），推測為曝光劑量不均導(dǎo)致，為調(diào)整光刻機劑量分布提供依據(jù)。在極紫外（EUV）光刻膠測量中，通過反射模式有效穿透超薄光刻膠層（<50nm），清晰識別出 0.3nm 級的表面起伏。

應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與解決方案

超薄圖形的信號提取

對 < 50nm 的光刻膠圖形，信號強度易受基底噪聲干擾。采用鎖相放大技術(shù)可提升信噪比 10 倍以上，確保超薄圖形參數(shù)的穩(wěn)定提取。

高陡度側(cè)壁的測量

光刻膠側(cè)壁傾角（通常 85°-90°）測量易因信號衰減導(dǎo)致誤差。通過多角度照明（±15°）和三維建模算法，可將傾角測量精度提升至 ±0.5°，滿足蝕刻轉(zhuǎn)移工藝的預(yù)評估需求。

大視野 3D 白光干涉儀：納米級測量全域解決方案

突破傳統(tǒng)局限，定義測量新范式！大視野 3D 白光干涉儀憑借創(chuàng)新技術(shù)，一機解鎖納米級全場景測量，重新詮釋精密測量的高效精密。

三大核心技術(shù)革新

1）智能操作革命：告別傳統(tǒng)白光干涉儀復(fù)雜操作流程，一鍵智能聚焦掃描功能，輕松實現(xiàn)亞納米精度測量，且重復(fù)性表現(xiàn)卓越，讓精密測量觸手可及。

2）超大視野 + 超高精度：搭載 0.6 倍鏡頭，擁有 15mm 單幅超大視野，結(jié)合 0.1nm 級測量精度，既能滿足納米級微觀結(jié)構(gòu)的精細檢測，又能無縫完成 8 寸晶圓 FULL MAPPING 掃描，實現(xiàn)大視野與高精度的完美融合。

3）動態(tài)測量新維度：可集成多普勒激光測振系統(tǒng)，打破靜態(tài)測量邊界，實現(xiàn) “動態(tài)” 3D 輪廓測量，為復(fù)雜工況下的測量需求提供全新解決方案。

實測驗證硬核實力

1）硅片表面粗糙度檢測：憑借優(yōu)于 1nm 的超高分辨率，精準捕捉硅片表面微觀起伏，實測粗糙度 Ra 值低至 0.7nm，為半導(dǎo)體制造品質(zhì)把控提供可靠數(shù)據(jù)支撐。

（以上數(shù)據(jù)為新啟航實測結(jié)果）

有機油膜厚度掃描：毫米級超大視野，輕松覆蓋 5nm 級有機油膜，實現(xiàn)全區(qū)域高精度厚度檢測，助力潤滑材料研發(fā)與質(zhì)量檢測。

高深寬比結(jié)構(gòu)測量：面對深蝕刻工藝形成的深槽結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)強大測量能力，精準獲取槽深、槽寬數(shù)據(jù)，解決行業(yè)測量難題。

分層膜厚無損檢測：采用非接觸、非破壞測量方式，對多層薄膜進行 3D 形貌重構(gòu)，精準分析各層膜厚分布，為薄膜材料研究提供無損檢測新方案。

新啟航半導(dǎo)體，專業(yè)提供綜合光學(xué)3D測量解決方案！

審核編輯 黃宇