1 、引言

晶圓作為半導(dǎo)體器件制造的核心基材，其表面質(zhì)量直接決定芯片制備良率與器件性能。在晶圓切割、拋光、清洗等制程中，易產(chǎn)生劃痕、凹陷、凸起、殘留顆粒等納米級(jí)缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致后續(xù)光刻圖案轉(zhuǎn)移失真、薄膜沉積不均，進(jìn)而引發(fā)器件漏電、功能失效。傳統(tǒng)二維測(cè)量方法難以精準(zhǔn)捕捉納米級(jí)缺陷的三維輪廓特征，無(wú)法滿足先進(jìn)制程晶圓的嚴(yán)苛質(zhì)量管控需求。3D白光干涉儀憑借非接觸測(cè)量特性、亞納米級(jí)分辨率及全域三維形貌重建能力，可快速精準(zhǔn)獲取晶圓表面納米級(jí)缺陷的完整光學(xué)3D輪廓，為晶圓制程優(yōu)化與質(zhì)量篩選提供可靠數(shù)據(jù)支撐。本文重點(diǎn)探討3D白光干涉儀在晶圓表面納米級(jí)缺陷光學(xué)3D輪廓測(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。參考光射向固定參考鏡反射，物光經(jīng)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦后照射至晶圓表面，反射光沿原路徑返回并與參考光匯交產(chǎn)生干涉條紋。因白光相干長(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)晶圓表面及缺陷各點(diǎn)的三維坐標(biāo)。結(jié)合全域掃描拼接與缺陷輪廓擬合技術(shù)，可完整重建晶圓表面納米級(jí)缺陷的全域光學(xué)3D輪廓，精準(zhǔn)提取缺陷深度、寬度、高度、體積等核心參數(shù)，其垂直分辨率可達(dá)0.1 nm，適配納米級(jí)缺陷的高精度測(cè)量需求。

3、 3D白光干涉儀在晶圓納米級(jí)缺陷測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 納米級(jí)缺陷光學(xué)3D輪廓精準(zhǔn)重建與參數(shù)提取

針對(duì)晶圓表面納米級(jí)缺陷（尺寸范圍5 nm-500 nm）的光學(xué)3D輪廓測(cè)量需求，3D白光干涉儀可通過(guò)優(yōu)化測(cè)量策略實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)表征。測(cè)量時(shí)，根據(jù)晶圓尺寸（8英寸/12英寸）與缺陷預(yù)估尺寸，選取適配物鏡倍率與掃描范圍，對(duì)晶圓表面進(jìn)行全域或局部高精度掃描，通過(guò)三維點(diǎn)云拼接技術(shù)重建缺陷完整的光學(xué)3D輪廓。采用缺陷特征提取算法，自動(dòng)區(qū)分劃痕、凹陷、凸起等缺陷類(lèi)型，精準(zhǔn)計(jì)算劃痕的深度、長(zhǎng)度、寬度，凹陷/凸起的高度/深度、體積等核心參數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其缺陷深度測(cè)量誤差≤0.5 nm，寬度測(cè)量誤差≤2 nm，可有效捕捉拋光壓力、清洗工藝參數(shù)波動(dòng)導(dǎo)致的缺陷形態(tài)變化，為制程優(yōu)化提供精準(zhǔn)量化依據(jù)，同時(shí)支持整片晶圓的缺陷分布與密度統(tǒng)計(jì)。

3.2 微小缺陷的高效識(shí)別與篩選

晶圓表面的微小缺陷（如10 nm級(jí)殘留顆粒、淺劃痕）易被傳統(tǒng)測(cè)量方法遺漏，卻可能對(duì)先進(jìn)制程芯片造成致命影響。3D白光干涉儀憑借高靈敏度干涉信號(hào)檢測(cè)能力，可實(shí)現(xiàn)微小缺陷的高效識(shí)別。通過(guò)設(shè)定缺陷閾值（如深度≥5 nm、寬度≥10 nm），系統(tǒng)可自動(dòng)篩選出不合格缺陷，并標(biāo)記其位置坐標(biāo)。結(jié)合缺陷形態(tài)分析，可追溯缺陷來(lái)源：如淺劃痕多與拋光墊磨損相關(guān)，殘留顆粒則與清洗工藝潔凈度不足有關(guān)。例如，當(dāng)檢測(cè)到晶圓表面密集的10-20 nm級(jí)殘留顆粒時(shí)，可反饋調(diào)整清洗工藝的超聲功率與清洗劑配比，提升晶圓表面潔凈度。

相較于掃描電子顯微鏡的破壞性測(cè)量與真空環(huán)境限制，3D白光干涉儀的非接觸測(cè)量模式可避免損傷晶圓表面，且適配大氣環(huán)境下的快速檢測(cè)；相較于原子力顯微鏡的點(diǎn)掃描低效率缺陷，其具備更快的全域掃描速度（12英寸晶圓局部重點(diǎn)區(qū)域測(cè)量時(shí)間≤10 s），可滿足半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化批量檢測(cè)需求。通過(guò)為晶圓表面納米級(jí)缺陷提供全面、精準(zhǔn)的光學(xué)3D輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)及高效篩選功能，3D白光干涉儀可助力構(gòu)建先進(jìn)制程晶圓的嚴(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(zhuān)業(yè)提供綜合光學(xué)3D測(cè)量解決方案！

審核編輯 黃宇