[新启航]白光干涉仪在 ICP 刻蚀后的 3D 轮廓测量

摘要：本文研究白光干涉仪在 ICP 刻蚀后的 3D 轮廓测量应用，阐述其工作原理与技术优势，通过实例验证其对刻蚀后表面形貌的精准检测能力，为 ICP 刻蚀工艺的质量控制提供参考。

关键词：白光干涉仪；ICP 刻蚀；3D 轮廓测量；微纳制造

一、引言

ICP 刻蚀作为微纳制造中高精度加工的关键技术，凭借高等离子体密度与优异的各向异性，被广泛用于半导体芯片、MEMS 器件的精细结构制备。刻蚀后的 3D 轮廓参数（如深度、侧壁角度、线宽）直接决定器件性能，但其等离子体分布易受环境影响，导致局部形貌偏差。传统测量方法难以平衡精度与效率，而白光干涉仪以非接触、高分辨率特性，成为 ICP 刻蚀后 3D 轮廓检测的核心工具。

二、白光干涉仪工作原理

白光干涉仪基于低相干干涉效应实现三维重构。宽带白光经分光后形成参考光与测量光，测量光照射 ICP 刻蚀表面，不同区域（沟槽、台阶、平面）的反射光与参考光产生干涉条纹。通过纵向扫描调节光程差，仅在光程差接近零时形成清晰干涉信号，结合相位解算算法，可精确计算各点高度，重建出纳米级纵向分辨率（≤0.1nm）的 3D 轮廓，完整呈现刻蚀结构细节。

三、技术优势

3.1 复杂结构兼容性

针对 ICP 刻蚀常见的高深宽比沟槽、多层台阶等结构，通过优化光学景深（达 100μm）与环形照明设计，有效减少阴影干扰，可同步捕捉沟槽底部、侧壁及边缘的形貌信息，尤其适用于 85° 以上陡峭侧壁的角度测量，避免传统方法的检测盲区。

3.2 高精度测量能力

采用多波长融合与亚像素算法，纵向精度达 ±1nm，横向分辨率≤50nm，可识别因等离子体能量波动导致的 ±5nm 深度偏差及＜10nm 线宽漂移，满足高精度器件的公差要求（通常＜10nm）。

3.3 高效全域检测

支持 10mm×10mm 大面积扫描，结合快速拼接技术，3 分钟内可完成 6 英寸晶圆的全域测量，同步获取刻蚀均匀性与局部缺陷数据，效率较 SEM 提升 20 倍以上，适配批量生产的快速质检需求。

四、应用实例

某半导体厂对 ICP 刻蚀的硅基芯片栅极结构（目标深度 200nm、线宽 100nm）进行检测。采用白光干涉仪 50× 物镜（视场 0.5mm×0.5mm）扫描，结果显示：实际深度 198±3nm，线宽最大偏差 8nm，局部因等离子体耦合不均出现 5nm 深度超差。调整射频功率与气体流量后，刻蚀一致性提升至 99.5%，线宽偏差＜5nm，器件漏电率降低 30%。

五、结语

白光干涉仪凭借对复杂结构的兼容性、纳米级精度及高效检测能力，为 ICP 刻蚀后的 3D 轮廓测量提供了可靠解决方案，助力微纳器件制造的工艺优化与质量管控。

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实测验证硬核实力​

1）硅片表面粗糙度检测：凭借优于 1nm 的超高分辨率，精准捕捉硅片表面微观起伏，实测粗糙度 Ra 值低至 0.7nm，为半导体制造品质把控提供可靠数据支撑。​

（以上数据为新启航实测结果）

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高深宽比结构测量：面对深蚀刻工艺形成的深槽结构，展现强大测量能力，精准获取槽深、槽宽数据，解决行业测量难题。​

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