引言

晶圓濕法刻蝕工藝通過化學溶液對材料進行各向同性或選擇性腐蝕，廣泛應(yīng)用于硅襯底減薄、氧化層開窗、淺溝槽隔離等工藝，其刻蝕深度均勻性、表面平整度、側(cè)向腐蝕量等參數(shù)直接影響器件性能。例如，MEMS 傳感器的濕法刻蝕膜厚偏差若超過 10nm，會導致靈敏度漂移；功率器件的結(jié)深不均會引發(fā)擊穿電壓波動。傳統(tǒng)測量方法中，臺階儀雖能測深但效率低，且易劃傷腐蝕后的脆弱表面；光學顯微鏡僅能觀察二維形貌，無法量化三維輪廓。白光干涉儀憑借非接觸、高精度、大面積成像的特性，成為濕法刻蝕后 3D 輪廓測量的核心工具，為腐蝕液濃度優(yōu)化、刻蝕時間控制提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

晶圓濕法刻蝕后測量的核心需求

晶圓濕法刻蝕后測量需滿足三項關(guān)鍵指標：一是全表面參數(shù)表征，需同步獲取刻蝕深度（誤差 <±5nm）、表面粗糙度（Ra<2nm）、側(cè)向腐蝕量（精度 <±0.1μm），尤其需捕捉化學腐蝕導致的局部坑洼（深度> 10nm）；二是全域均勻性評估，需覆蓋 12 英寸晶圓的整個表面，確保深度均勻性 3σ<15nm，避免邊緣效應(yīng)導致的參數(shù)梯度（如邊緣比中心深 20nm）；三是快速無損檢測，單晶圓測量時間 < 10 分鐘，且兼容腐蝕后的多種材料表面（如硅、SiO?、SiNx），避免測量過程對濕潤表面造成二次污染。

接觸式測量易破壞腐蝕后的軟質(zhì)表面（如光刻膠殘留層），掃描電鏡無法實現(xiàn)大面積均勻性分析，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

大面積輪廓重建能力

白光干涉儀的垂直分辨率達 0.1nm，橫向分辨率 1μm，通過垂直掃描干涉（VSI）模式可實現(xiàn) 12 英寸晶圓的全域三維成像。其采用的面掃描算法能在 5 分鐘內(nèi)完成 50mm×50mm 區(qū)域的測量，生成深度分布熱力圖，清晰識別因腐蝕液對流不均導致的環(huán)形深度偏差（周期 5-10mm）。例如，對硅襯底濕法減薄工藝，可量化整個晶圓的厚度變化（偏差 < 8nm）和表面粗糙度（Ra<1.5nm），滿足功率器件對襯底平整度的嚴苛要求。

多材料與表面狀態(tài)適配性

針對濕法刻蝕涉及的硅（經(jīng) HF 腐蝕后反射率 25%）、SiO?（經(jīng) BOE 腐蝕后反射率 5%）等材料，白光干涉儀可通過調(diào)整光源波段（500-600nm）和積分時間（10-50ms）優(yōu)化信號質(zhì)量。非接觸測量模式避免了對腐蝕后脆弱表面的劃傷，尤其適合多孔硅等易破損結(jié)構(gòu)的測量。通過防反射涂層鏡頭設(shè)計，可有效抑制濕法刻蝕后常見的表面水膜反射干擾，確保信噪比 > 30dB。

化學腐蝕缺陷識別能力

白光干涉儀的高靈敏度檢測系統(tǒng)（動態(tài)范圍 > 80dB）能捕捉納米級腐蝕缺陷，如針孔（直徑 <1μm，深度> 5nm）、條紋狀腐蝕不均（周期 10-100μm）。結(jié)合圖像識別算法，可自動統(tǒng)計缺陷密度并分類，區(qū)分因腐蝕液雜質(zhì)導致的隨機缺陷與因溫度梯度導致的周期性缺陷，為工藝潔凈度控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

具體測量流程與關(guān)鍵技術(shù)

測量系統(tǒng)配置

需配備大視場物鏡（NA=0.3，視場 1mm×1mm）以提升檢測效率；采用高穩(wěn)定性白光 LED 光源（功率波動 < 1%），支持自動曝光調(diào)節(jié)；Z 向掃描范圍≥50μm，步長 1nm 以覆蓋淺刻蝕結(jié)構(gòu)（如 1-20μm 深）。測量前用標準臺階樣板（500nm 高度）校準，確保深度測量偏差 < 3nm。

數(shù)據(jù)采集與處理流程

晶圓經(jīng)氮氣吹干并固定在真空載物臺后，系統(tǒng)自動執(zhí)行多點掃描（如 9 點或 25 點均勻分布）獲取三維干涉數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理包括三步：一是傾斜校正，去除晶圓全局傾斜對深度測量的影響；二是參數(shù)提取，計算平均深度、粗糙度、側(cè)向腐蝕量等參數(shù)；三是均勻性分析，生成深度標準差與空間分布曲線，標記超差區(qū)域（如深度偏差 > 20nm 的區(qū)域）。

典型應(yīng)用案例

在硅片濕法減薄測量中，白光干涉儀檢測出邊緣 5mm 區(qū)域的厚度比中心厚 18nm（目標厚度 500μm），追溯為腐蝕液邊緣濃度降低，調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度后均勻性提升至 3σ=7nm。在 SiO?濕法刻蝕測量中，發(fā)現(xiàn)局部存在直徑 2μm、深度 12nm 的針孔缺陷，通過過濾腐蝕液（孔徑 0.2μm），缺陷密度從 5 個 /cm2 降至 0.3 個 /cm2。

應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與解決方案

表面水膜殘留的干擾

濕法刻蝕后殘留的水膜（厚度 < 100nm）會導致深度測量誤差。采用熱風預(yù)處理（60℃，30 秒）結(jié)合快速掃描模式（單場測量 < 2 秒），可將水膜影響控制在 5nm 以內(nèi)。

各向同性腐蝕的邊緣模糊

側(cè)向腐蝕導致的圖形邊緣模糊（過渡區(qū) > 1μm）會影響線寬測量。通過亞像素邊緣擬合算法，可精準定位腐蝕界面，將側(cè)向腐蝕量測量誤差控制在 0.05μm 以內(nèi)。

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。?

新啟航半導體，專業(yè)提供綜合光學3D測量解決方案！

審核編輯 黃宇