1 、引言

芯片晶片作為半導(dǎo)體器件的核心基材，其表面粗糙度直接影響光刻、蝕刻、薄膜沉積等后續(xù)工藝的穩(wěn)定性與器件最終性能。尤其是在先進(jìn)制程中，低于0.3 nm的超光滑表面要求成為關(guān)鍵技術(shù)瓶頸——表面微小凸起或凹陷會(huì)導(dǎo)致光刻膠涂覆不均、薄膜附著力下降，進(jìn)而引發(fā)器件漏電、良率降低等問(wèn)題。傳統(tǒng)表面粗糙度測(cè)量方法受限于分辨率或測(cè)量模式，難以實(shí)現(xiàn)低于0.3 nm精度的非接觸全域檢測(cè)。3D白光干涉儀憑借亞納米級(jí)垂直分辨率、非接觸測(cè)量特性及全域三維形貌表征能力，成為芯片晶片超低表面粗糙度測(cè)量的核心技術(shù)手段。本文重點(diǎn)探討3D白光干涉儀在芯片晶片低于0.3 nm表面粗糙度測(cè)量中的應(yīng)用。

2 、3D白光干涉儀測(cè)量原理

3D白光干涉儀以寬光譜白光為光源，經(jīng)分束器分為參考光與物光兩路。參考光射向高精度固定參考鏡反射，物光照射至待測(cè)芯片晶片表面后反射，兩束反射光匯交產(chǎn)生干涉條紋。由于白光相干長(zhǎng)度極短（僅數(shù)微米），僅在光程差接近零時(shí)形成清晰干涉條紋。通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)參考鏡進(jìn)行納米級(jí)精密掃描，高靈敏度探測(cè)器同步采集干涉條紋強(qiáng)度變化，形成干涉信號(hào)包絡(luò)曲線，曲線峰值位置精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)晶片表面高度坐標(biāo)。結(jié)合像素級(jí)高度計(jì)算與全域二維拼接技術(shù)，可快速重建晶片表面三維輪廓，通過(guò)專業(yè)粗糙度分析算法精準(zhǔn)計(jì)算Ra（算術(shù)平均偏差）等核心參數(shù)，其垂直分辨率可達(dá)0.01 nm，完全適配芯片晶片低于0.3 nm的超光滑表面檢測(cè)需求。

3 、3D白光干涉儀在芯片晶片超低粗糙度測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 低于0.3nm粗糙度精準(zhǔn)量化

針對(duì)芯片晶片低于0.3 nm的粗糙度檢測(cè)要求，3D白光干涉儀可通過(guò)優(yōu)化測(cè)量參數(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)量化。測(cè)量時(shí)，選取低噪聲測(cè)量模式，搭配高數(shù)值孔徑物鏡，對(duì)晶片光學(xué)功能區(qū)進(jìn)行全域掃描，通過(guò)三維輪廓重建獲取全表面高度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)內(nèi)置的粗糙度分析模塊可自動(dòng)剔除測(cè)量噪聲，精準(zhǔn)計(jì)算Ra值，且支持不同區(qū)域的參數(shù)對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其測(cè)量結(jié)果與原子力顯微鏡（AFM）比對(duì)誤差≤0.02 nm，可有效捕捉拋光工藝中磨料粒徑、拋光壓力變化導(dǎo)致的0.05 nm級(jí)粗糙度波動(dòng)，為先進(jìn)制程晶片拋光工藝參數(shù)優(yōu)化提供精準(zhǔn)量化依據(jù)。同時(shí)，采用二維拼接技術(shù)可實(shí)現(xiàn)8英寸、12英寸大尺寸晶片的全表面覆蓋測(cè)量，避免局部測(cè)量的片面性。

3.2 表面微缺陷同步識(shí)別

芯片晶片表面的納米級(jí)微劃痕、殘留顆粒、微小凹陷等缺陷，即使尺寸僅數(shù)十納米，也會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)工藝及器件性能，且與表面粗糙度密切相關(guān)。3D白光干涉儀在實(shí)現(xiàn)低于0.3 nm粗糙度測(cè)量的同時(shí)，可通過(guò)三維輪廓重建同步識(shí)別此類微缺陷。當(dāng)檢測(cè)到深度超過(guò)0.5 nm、長(zhǎng)度超過(guò)200 nm的微劃痕，或直徑超過(guò)50 nm的殘留顆粒/凹陷時(shí)，可判定為不合格產(chǎn)品。通過(guò)缺陷的尺寸、位置量化分析，可追溯拋光、清洗等制備環(huán)節(jié)的問(wèn)題。例如，當(dāng)表面出現(xiàn)密集微小殘留顆粒時(shí)，可反饋調(diào)整清洗工藝的超聲功率、清洗劑配比等參數(shù)，提升晶片表面潔凈度與光滑度。

4 、測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值

相較于傳統(tǒng)觸針式粗糙度儀，3D白光干涉儀的非接觸測(cè)量模式可避免劃傷芯片晶片的超光滑表面，保障樣品完整性；相較于原子力顯微鏡（AFM）的點(diǎn)掃描局限，其具備更快的全域掃描速度（12英寸晶片全表面測(cè)量時(shí)間≤15 s），可滿足半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)批量生產(chǎn)檢測(cè)需求。通過(guò)為芯片晶片低于0.3 nm表面粗糙度測(cè)量提供精準(zhǔn)、全面的量化數(shù)據(jù)及微缺陷檢測(cè)結(jié)果，3D白光干涉儀可助力構(gòu)建先進(jìn)制程晶片的嚴(yán)格質(zhì)量管控體系，提升芯片制備良率，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更高精度制程發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

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(wú)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(wú)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(wú)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