摘要：本文研究白光干涉儀在晶圓深腐蝕溝槽 3D 輪廓測量中的應用，分析其工作原理及適配深腐蝕溝槽特征的技術(shù)優(yōu)勢，通過實際案例驗證測量精度，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)，承擔著電場隔離、機械支撐等關(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，且腐蝕過程易因溶液濃度不均導致局部形貌偏差。傳統(tǒng)測量方法難以兼顧深度檢測與側(cè)壁細節(jié)捕捉，而白光干涉儀憑借非接觸、高分辨率及三維全域測量能力，成為晶圓深腐蝕溝槽 3D 輪廓測量的理想工具。

二、測量原理與方法

白光干涉儀基于低相干干涉技術(shù)實現(xiàn)三維形貌重構(gòu)。測量時，寬帶白光經(jīng)分光后形成參考光與測量光，測量光投射至晶圓深腐蝕溝槽表面，溝槽底部、側(cè)壁及臺面的反射光與參考光在探測器處產(chǎn)生干涉條紋。通過高精度縱向掃描系統(tǒng)（掃描步長 0.1nm）調(diào)節(jié)光程差，結(jié)合深溝槽信號增強算法，可有效提取溝槽底部的微弱反射信號，精確計算溝槽深度（深度 = 臺面高度 - 底部高度）；對于側(cè)壁輪廓，采用多角度照明與相位拼接技術(shù)，消除側(cè)壁遮蔽導致的信號缺失，實現(xiàn)側(cè)壁傾斜角（測量誤差＜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

3.1 深溝槽結(jié)構(gòu)適配性

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

3.2 腐蝕缺陷識別能力

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能力提升 20 倍以上，滿足高精度深腐蝕工藝對缺陷密度的要求（通常＜0.5 個 /mm2）。

3.3 非接觸無損測量

采用光學遙感式測量方式，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)機械損傷（如側(cè)壁坍塌、底部剝落），尤其適用于硅、藍寶石等脆性材料晶圓的測量，確保測量數(shù)據(jù)反映真實的腐蝕質(zhì)量。

四、應用實例

某半導體企業(yè)對硅晶圓的深腐蝕溝槽（設(shè)計深度 30μm、寬度 5μm，深寬比 6:1）進行檢測，采用白光干涉儀配置 20× 物鏡與深溝槽測量模式。結(jié)果顯示：實際溝槽深度 29.9±0.2μm，側(cè)壁傾斜角 89.2°，局部區(qū)域因腐蝕液對流不均出現(xiàn)深度 5nm 的側(cè)壁坑洼。基于測量數(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%

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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。?

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審核編輯 黃宇