引言

晶圓光刻圖形是半導(dǎo)體制造中通過(guò)光刻工藝形成的微米至納米級(jí)三維結(jié)構(gòu)（如光刻膠線條、接觸孔、柵極圖形等），其線寬、高度、邊緣粗糙度等參數(shù)直接決定后續(xù)蝕刻、沉積工藝的精度，進(jìn)而影響器件性能。傳統(tǒng)測(cè)量方法中，掃描電鏡需真空環(huán)境且無(wú)法直接獲取高度信息，原子力顯微鏡效率低難以覆蓋大面積檢測(cè)。白光干涉儀憑借非接觸、高精度、快速三維成像的特性，成為光刻圖形測(cè)量的核心工具，為光刻膠涂覆、曝光、顯影等工藝的參數(shù)優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

晶圓光刻圖形測(cè)量的核心需求

晶圓光刻圖形測(cè)量需滿足三項(xiàng)核心指標(biāo)：一是亞納米級(jí)精度，線寬（10nm-5μm）和高度（50nm-2μm）的測(cè)量誤差需控制在 ±2% 以內(nèi)，以評(píng)估光刻對(duì)準(zhǔn)精度和臨界尺寸（CD）偏差；二是全參數(shù)表征，需同步獲取線寬均勻性、邊緣粗糙度（LER）、高度差、側(cè)壁傾角等參數(shù)，避免單一維度測(cè)量導(dǎo)致的工藝誤判；三是高效無(wú)損檢測(cè)，單片晶圓需在 5 分鐘內(nèi)完成多個(gè)曝光場(chǎng)的掃描，且不能損傷光刻膠的化學(xué)穩(wěn)定性。

接觸式測(cè)量易造成光刻膠變形（如高寬比 > 2 的細(xì)線條），光學(xué)顯微鏡僅能提供二維輪廓，均無(wú)法滿足需求。白光干涉儀的技術(shù)特性恰好適配這些測(cè)量難點(diǎn)。

白光干涉儀的技術(shù)適配性

高精度微納測(cè)量能力

白光干涉儀的垂直分辨率可達(dá) 0.1nm，橫向分辨率達(dá) 0.2μm，能捕捉光刻圖形 1nm 級(jí)的高度波動(dòng)和 5nm 級(jí)的線寬變化。通過(guò)相移干涉算法，線寬測(cè)量重復(fù)性誤差 < 0.3%，高度測(cè)量精度 ±1nm，滿足 7nm 制程中 CD 均勻性（3σ<1.5nm）的嚴(yán)苛要求。例如，對(duì) 1μm 高的光刻膠線條，其高度測(cè)量偏差可控制在 2nm 以內(nèi)。

材料兼容性與非接觸優(yōu)勢(shì)

采用光學(xué)干涉原理，測(cè)量過(guò)程無(wú)物理接觸，避免了光刻膠的刮擦或化學(xué)損傷。寬光譜光源（400-700nm）可適配正性 / 負(fù)性光刻膠、SiNx 掩膜等材料，通過(guò)調(diào)整光源偏振態(tài)，能有效抑制透明基底（如石英掩模版）的反光干擾，確保光刻膠圖形信號(hào)的純凈性。

大面積掃描與自動(dòng)化分析

通過(guò)精密 XY 平臺(tái)拼接掃描，可在 6 分鐘內(nèi)完成 300mm 晶圓上 5mm×5mm 區(qū)域的三維成像，覆蓋數(shù)百個(gè)光刻圖形單元。結(jié)合機(jī)器視覺(jué)算法，能自動(dòng)識(shí)別圖形缺陷（如線寬縮頸、邊緣鋸齒）、計(jì)算 LER（≤0.5nm）和線寬均勻性，并生成曝光場(chǎng)級(jí)的參數(shù)分布熱力圖，大幅提升檢測(cè)效率。

具體測(cè)量流程與關(guān)鍵技術(shù)

測(cè)量系統(tǒng)配置

需配備超高數(shù)值孔徑物鏡（NA=1.4）以提升橫向分辨率，同時(shí)采用低相干光源（相干長(zhǎng)度 < 5μm）減少基底反射干擾；結(jié)合納米級(jí)壓電掃描臺(tái)（行程 50μm，步長(zhǎng) 0.5nm）實(shí)現(xiàn) Z 向精密掃描。測(cè)量前用標(biāo)準(zhǔn)光刻膠樣板（線寬 500nm，高度 1μm）校準(zhǔn)，確?？缗螠y(cè)量偏差 < 1%。

數(shù)據(jù)采集與處理流程

晶圓經(jīng)真空吸附固定后，系統(tǒng)通過(guò) alignment 標(biāo)記自動(dòng)定位至曝光場(chǎng)，掃描獲取干涉數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理包括三步：一是圖形分割，基于灰度閾值區(qū)分光刻膠與基底；二是參數(shù)提取，計(jì)算線寬（50% 高度處橫向尺寸）、高度（頂點(diǎn) - 基底差值）、LER（邊緣偏離度）；三是工藝評(píng)估，與設(shè)計(jì)值比對(duì)，標(biāo)記超差區(qū)域（如線寬偏差 > 3% 的圖形）。

典型應(yīng)用案例

在 7nm 邏輯芯片的柵極光刻測(cè)量中，白光干涉儀檢測(cè)出曝光場(chǎng)邊緣的光刻膠線條高度降低 15nm（設(shè)計(jì)高度 800nm），LER 增至 1.2nm（正常區(qū)域 < 0.8nm），推測(cè)為曝光劑量不均導(dǎo)致，為調(diào)整光刻機(jī)劑量分布提供依據(jù)。在極紫外（EUV）光刻膠測(cè)量中，通過(guò)反射模式有效穿透超薄光刻膠層（<50nm），清晰識(shí)別出 0.3nm 級(jí)的表面起伏。

應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與解決方案

超薄圖形的信號(hào)提取

對(duì) < 50nm 的光刻膠圖形，信號(hào)強(qiáng)度易受基底噪聲干擾。采用鎖相放大技術(shù)可提升信噪比 10 倍以上，確保超薄圖形參數(shù)的穩(wěn)定提取。

高陡度側(cè)壁的測(cè)量

光刻膠側(cè)壁傾角（通常 85°-90°）測(cè)量易因信號(hào)衰減導(dǎo)致誤差。通過(guò)多角度照明（±15°）和三維建模算法，可將傾角測(cè)量精度提升至 ±0.5°，滿足蝕刻轉(zhuǎn)移工藝的預(yù)評(píng)估需求。

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