摘要：本文研究白光干涉儀在晶圓深腐蝕溝槽 3D 輪廓測(cè)量中的應(yīng)用，分析其工作原理及適配深腐蝕溝槽特征的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過實(shí)際案例驗(yàn)證測(cè)量精度，為晶圓深腐蝕工藝的質(zhì)量控制與器件性能優(yōu)化提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：白光干涉儀；晶圓；深腐蝕溝槽；3D 輪廓測(cè)量

一、引言

晶圓深腐蝕溝槽是功率器件、MEMS 傳感器等器件的核心結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著電場(chǎng)隔離、機(jī)械支撐等關(guān)鍵功能，其 3D 輪廓參數(shù)（如溝槽深度、側(cè)壁傾斜角、底部粗糙度）直接影響器件的性能與可靠性。深腐蝕溝槽通常具有深度大（10-100μm）、深寬比高（5:1 至 30:1）的特點(diǎn)，且腐蝕過程易因溶液濃度不均導(dǎo)致局部形貌偏差。傳統(tǒng)測(cè)量方法難以兼顧深度檢測(cè)與側(cè)壁細(xì)節(jié)捕捉，而白光干涉儀憑借非接觸、高分辨率及三維全域測(cè)量能力，成為晶圓深腐蝕溝槽 3D 輪廓測(cè)量的理想工具。

二、測(cè)量原理與方法

白光干涉儀基于低相干干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維形貌重構(gòu)。測(cè)量時(shí)，寬帶白光經(jīng)分光后形成參考光與測(cè)量光，測(cè)量光投射至晶圓深腐蝕溝槽表面，溝槽底部、側(cè)壁及臺(tái)面的反射光與參考光在探測(cè)器處產(chǎn)生干涉條紋。通過高精度縱向掃描系統(tǒng)（掃描步長(zhǎng) 0.1nm）調(diào)節(jié)光程差，結(jié)合深溝槽信號(hào)增強(qiáng)算法，可有效提取溝槽底部的微弱反射信號(hào)，精確計(jì)算溝槽深度（深度 = 臺(tái)面高度 - 底部高度）；對(duì)于側(cè)壁輪廓，采用多角度照明與相位拼接技術(shù)，消除側(cè)壁遮蔽導(dǎo)致的信號(hào)缺失，實(shí)現(xiàn)側(cè)壁傾斜角（測(cè)量誤差＜0.5°）、表面粗糙度（Ra 分辨率 0.1nm）等參數(shù)的量化，完整重建溝槽的 3D 輪廓。

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 深溝槽結(jié)構(gòu)適配性

針對(duì)晶圓深腐蝕溝槽的高深寬比特征，白光干涉儀通過優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)（采用長(zhǎng)焦深物鏡與紅外光源），減少光線在溝槽內(nèi)的衰減與散射，探測(cè)深度可達(dá) 150μm。即使在寬度 2μm、深度 50μm 的溝槽中，仍能保持底部輪廓測(cè)量精度 ±5nm，側(cè)壁傾斜角分辨率 0.1°，有效解決傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量的 “深槽盲區(qū)” 問題。

3.2 腐蝕缺陷識(shí)別能力

深腐蝕易產(chǎn)生側(cè)壁坑洼、底部凸起等缺陷，白光干涉儀通過高靈敏度相位解算（相位精度 0.001π），可識(shí)別深度僅 2nm 的側(cè)壁凹陷與直徑＞1μm 的底部凸起，較金相顯微鏡的缺陷檢測(cè)能力提升 20 倍以上，滿足高精度深腐蝕工藝對(duì)缺陷密度的要求（通常＜0.5 個(gè) /mm2）。

3.3 非接觸無損測(cè)量

采用光學(xué)遙感式測(cè)量方式，避免與晶圓深腐蝕溝槽的直接接觸，可防止腐蝕后的脆弱表面出現(xiàn)機(jī)械損傷（如側(cè)壁坍塌、底部剝落），尤其適用于硅、藍(lán)寶石等脆性材料晶圓的測(cè)量，確保測(cè)量數(shù)據(jù)反映真實(shí)的腐蝕質(zhì)量。

四、應(yīng)用實(shí)例

某半導(dǎo)體企業(yè)對(duì)硅晶圓的深腐蝕溝槽（設(shè)計(jì)深度 30μm、寬度 5μm，深寬比 6:1）進(jìn)行檢測(cè)，采用白光干涉儀配置 20× 物鏡與深溝槽測(cè)量模式。結(jié)果顯示：實(shí)際溝槽深度 29.9±0.2μm，側(cè)壁傾斜角 89.2°，局部區(qū)域因腐蝕液對(duì)流不均出現(xiàn)深度 5nm 的側(cè)壁坑洼?；跍y(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整腐蝕液濃度與攪拌速率后，溝槽深度一致性提升至 99.7%，側(cè)壁平整度改善 75%，器件的擊穿電壓穩(wěn)定性提高 18%

大視野 3D 白光干涉儀：納米級(jí)測(cè)量全域解決方案?

突破傳統(tǒng)局限，定義測(cè)量新范式！大視野 3D 白光干涉儀憑借創(chuàng)新技術(shù)，一機(jī)解鎖納米級(jí)全場(chǎng)景測(cè)量，重新詮釋精密測(cè)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(shí)現(xiàn)亞納米精度測(cè)量，且重復(fù)性表現(xiàn)卓越，讓精密測(cè)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(jí)測(cè)量精度，既能滿足納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)的精細(xì)檢測(cè)，又能無縫完成 8 寸晶圓 FULL MAPPING 掃描，實(shí)現(xiàn)大視野與高精度的完美融合。?

3）動(dòng)態(tài)測(cè)量新維度：可集成多普勒激光測(cè)振系統(tǒng)，打破靜態(tài)測(cè)量邊界，實(shí)現(xiàn) “動(dòng)態(tài)” 3D 輪廓測(cè)量，為復(fù)雜工況下的測(cè)量需求提供全新解決方案。?

實(shí)測(cè)驗(yàn)證硬核實(shí)力?

1）硅片表面粗糙度檢測(cè)：憑借優(yōu)于 1nm 的超高分辨率，精準(zhǔn)捕捉硅片表面微觀起伏，實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)結(jié)果）

有機(jī)油膜厚度掃描：毫米級(jí)超大視野，輕松覆蓋 5nm 級(jí)有機(jī)油膜，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域高精度厚度檢測(cè)，助力潤(rùn)滑材料研發(fā)與質(zhì)量檢測(cè)。?

高深寬比結(jié)構(gòu)測(cè)量：面對(duì)深蝕刻工藝形成的深槽結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)強(qiáng)大測(cè)量能力，精準(zhǔn)獲取槽深、槽寬數(shù)據(jù)，解決行業(yè)測(cè)量難題。?

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

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

審核編輯 黃宇