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1 、引言

晶圓作為半導體器件制造的核心基材，其表面質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，易產生劃痕、凹陷、凸起、殘留顆粒等納米級缺陷，這些缺陷會導致后續光刻圖案轉移失真、薄膜沉積不均，進而引發器件漏電、功能失效。傳統二維測量方法難以精準捕捉納米級缺陷的三維輪廓特征，無法滿足先進制程晶圓的嚴苛質量管控需求。3D白光干涉儀憑借非接觸測量特性、亞納米級分辨率及全域三維形貌重建能力，可快速精準獲取晶圓表面納米級缺陷的完整光學3D輪廓，為晶圓制程優化與質量篩選提供可靠數據支撐。本文重點探討3D白光干涉儀在晶圓表面納米級缺陷光學3D輪廓測量中的應用。

2、 3D白光干涉儀測量原理

3D白光干涉儀以寬光譜白光為光源，經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，物光經高數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生干涉條紋。因白光相干長度極短（僅數微米），僅在光程差接近零時形成清晰干涉條紋。通過壓電陶瓷驅動裝置帶動參考鏡進行精密掃描，高靈敏度探測器同步采集干涉條紋強度變化，形成干涉信號包絡曲線，曲線峰值位置精準對應晶圓表面及缺陷各點的三維坐標。結合全域掃描拼接與缺陷輪廓擬合技術，可完整重建晶圓表面納米級缺陷的全域光學3D輪廓，精準提取缺陷深度、寬度、高度、體積等核心參數，其垂直分辨率可達0.1 nm，適配納米級缺陷的高精度測量需求。

3、 3D白光干涉儀在晶圓納米級缺陷測量中的應用

3.1 納米級缺陷光學3D輪廓精準重建與參數提取

針對晶圓表面納米級缺陷（尺寸范圍5 nm-500 nm）的光學3D輪廓測量需求，3D白光干涉儀可通過優化測量策略實現精準表征。測量時，根據晶圓尺寸（8英寸/12英寸）與缺陷預估尺寸，選取適配物鏡倍率與掃描范圍，對晶圓表面進行全域或局部高精度掃描，通過三維點云拼接技術重建缺陷完整的光學3D輪廓。采用缺陷特征提取算法，自動區分劃痕、凹陷、凸起等缺陷類型，精準計算劃痕的深度、長度、寬度，凹陷/凸起的高度/深度、體積等核心參數。實驗數據表明，其缺陷深度測量誤差≤0.5 nm，寬度測量誤差≤2 nm，可有效捕捉拋光壓力、清洗工藝參數波動導致的缺陷形態變化，為制程優化提供精準量化依據，同時支持整片晶圓的缺陷分布與密度統計。

3.2 微小缺陷的高效識別與篩選

晶圓表面的微小缺陷（如10 nm級殘留顆粒、淺劃痕）易被傳統測量方法遺漏，卻可能對先進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檢測能力，可實現微小缺陷的高效識別。通過設定缺陷閾值（如深度≥5 nm、寬度≥10 nm），系統可自動篩選出不合格缺陷，并標記其位置坐標。結合缺陷形態分析，可追溯缺陷來源：如淺劃痕多與拋光墊磨損相關，殘留顆粒則與清洗工藝潔凈度不足有關。例如，當檢測到晶圓表面密集的10-20 nm級殘留顆粒時，可反饋調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量與真空環境限制，3D白光干涉儀的非接觸測量模式可避免損傷晶圓表面，且適配大氣環境下的快速檢測；相較于原子力顯微鏡的點掃描低效率缺陷，其具備更快的全域掃描速度（12英寸晶圓局部重點區域測量時間≤10 s），可滿足半導體產業化批量檢測需求。通過為晶圓表面納米級缺陷提供全面、精準的光學3D輪廓測量數據及高效篩選功能，3D白光干涉儀可助力構建先進制程晶圓的嚴格質量管控體系，提升芯片制備良率，為半導體產業向更高精度制程發展提供關鍵技術支撐。

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