[新启航]白光干涉仪在芯片晶圆沟槽的 3D 轮廓测量

摘要：本文研究白光干涉仪在芯片晶圆沟槽 3D 轮廓测量中的应用，分析其工作原理及适配沟槽结构的技术优势，通过实际案例验证其测量精度，为芯片晶圆沟槽制造的质量控制与工艺优化提供技术支持。

关键词：白光干涉仪；芯片晶圆；沟槽；3D 轮廓测量

一、引言

芯片晶圆沟槽是集成电路中的关键结构，承担着信号传输、散热等重要功能，其 3D 轮廓参数（如深度、宽度、侧壁垂直度、底部平整度）直接影响芯片的电学性能与可靠性。沟槽结构通常具有微米至纳米级尺度，且形貌复杂，传统测量方法难以兼顾全域检测与细节捕捉。白光干涉仪凭借非接触、高分辨率及三维重构能力，成为芯片晶圆沟槽 3D 轮廓测量的核心技术手段。

二、白光干涉仪工作原理

白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。其工作过程为：宽带白光经分光后形成参考光与测量光，测量光投射至芯片晶圆沟槽表面，沟槽底部、侧壁及台面的反射光与参考光在探测器处产生干涉条纹。通过纵向扫描系统调节光程差，仅当光程差接近零时形成清晰干涉信号，结合相位解算与三维建模算法，可精确计算沟槽各点的高度值，重建出纳米级纵向分辨率（≤0.1nm）的 3D 轮廓，完整呈现沟槽的微观形貌特征。

三、技术优势

3.1 沟槽结构适配性

针对芯片晶圆沟槽的高深宽比（可达 20:1）、窄缝（宽度＜1μm）等特征，白光干涉仪通过优化光学系统景深（＞50μm）与照明角度（采用斜射光源减少侧壁遮挡），可有效捕捉沟槽底部与侧壁的反射信号，避免传统光学测量中的 “阴影效应”，实现沟槽全结构的轮廓测量，包括侧壁角度（测量误差＜0.5°）与底部圆角（分辨率≤50nm）等细节。

3.2 高精度参数检测

采用高数值孔径物镜（100×，NA=0.95）与亚像素边缘识别算法，横向分辨率可达 0.05μm，纵向测量精度 ±1nm，可精准量化沟槽的深度偏差（≤3nm）、宽度一致性（偏差＜50nm）及表面粗糙度（Ra＜0.5nm），满足 7nm 及以下制程芯片对沟槽精度的严苛要求。

3.3 高效全域表征

支持最大 2mm×2mm 的单次扫描范围，结合快速图像拼接技术，可在 5 分钟内完成整片 8 英寸晶圆的沟槽阵列测量，同步获取沟槽的分布均匀性、局部缺陷（如侧壁凹陷、底部凸起）等全域数据，测量效率较原子力显微镜提升 10 倍以上，适配批量生产的快速质检需求。

四、应用实例

某芯片制造企业对 14nm 制程晶圆的浅沟槽隔离结构（STI）进行检测，沟槽设计深度 300nm、宽度 200nm。采用白光干涉仪配置 50× 物镜（视场 0.5mm×0.5mm）与沟槽测量模式，结果显示：实际沟槽深度为 298±2nm，宽度偏差最大 8nm，侧壁垂直度 89.3°，局部区域因刻蚀不均出现底部 1.5nm 的凸起缺陷。基于测量数据调整刻蚀等离子体功率后，沟槽深度一致性提升至 99.7%，侧壁垂直度改善至 89.8°，芯片漏电率降低 22%。

五、结语

白光干涉仪在芯片晶圆沟槽 3D 轮廓测量中展现出显著优势，其对沟槽结构的适配性、高精度参数检测能力及高效全域表征特性，为芯片晶圆沟槽的工艺优化与质量管控提供了可靠技术支撑，助力提升集成电路的制造精度与性能稳定性。

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（以上数据为新启航实测结果）

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