引言在精密光学测量领域,激光面型干涉仪与白光干涉仪都是重要的测量设备。二者虽都基于干涉原理实现测量,但在多个方面存在显著差异。深入了解这些区别,有助于在实际应用中根据需求选择合适的测量仪器。 而白光干涉仪使用白光作为光源,白光包含了从可见光到近红外波段的多种波长成分,是宽带光源,其光谱范围广,但相干长度较短,这一特性决定了白光干涉仪在测量原理和适用场景上与激光面型干涉仪有所不同。 测量原理与方法不同激光面型干涉仪基于单色光干涉原理,利用激光的高相干性,通过产生稳定的干涉条纹来反映被测表面与参考面之间的差异。 常见的如泰曼 - 格林干涉仪等,通过分析干涉条纹的形状、间距和扭曲程度,结合波长等参数计算被测表面的面型误差。白光干涉仪主要通过垂直扫描干涉测量(VSI)或相移干涉测量(PSI)等模式实现测量。 实际案例1,优于1nm分辨率,轻松测量硅片表面粗糙度测量,Ra=0.7nm2,毫米级视野,实现5nm-有机油膜厚度扫描3,卓越的“高深宽比”测量能力,实现光刻图形凹槽深度和开口宽度测量。
引言在精密光学测量技术中,白光干涉仪与激光干涉仪凭借各自独特的光学特性,成为不同测量场景的核心工具。二者虽均基于光的干涉现象,但在光源选择、干涉机制及应用方向上存在本质差异。 激光干涉仪的干涉机制激光束经分光后形成测量光与参考光,测量光随被测物体运动,参考光路径固定。 在操作复杂度上,白光干涉仪需进行繁琐的光学对准和参数校准,对操作人员专业要求较高;激光干涉仪则多采用自动化光路设计,校准流程简化,更易实现集成化测量。 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
白光干涉仪的光谱干涉模式作为一种先进的测量手段,为众多领域提供了可靠的测量方案,深入探究其原理对拓展测量应用具有重要意义。 当白光进入干涉仪后,会被分光元件分为参考光和测量光两束光。参考光沿固定光路传播,测量光照射到被测物体表面后反射回来。 TopMap Micro View白光干涉3D轮廓仪一款可以“实时”动态/静态 微纳级3D轮廓测量的白光干涉仪1)一改传统白光干涉操作复杂的问题,实现一键智能聚焦扫描,亚纳米精度下实现卓越的重复性表现。 实际案例1,优于1nm分辨率,轻松测量硅片表面粗糙度测量,Ra=0.7nm2,毫米级视野,实现5nm-有机油膜厚度扫描3,卓越的“高深宽比”测量能力,实现光刻图形凹槽深度和开口宽度测量。
Mach–Zehnder interferometer干涉仪:Maach–Zehnder interferometer干涉仪的变形之一,用于测试斜入射反射中的平面表面。 Mach–Zehnder interferometer干涉仪的变形之二,Jamin interferometer干涉仪,用于测试透明物体的透射率。 Jamin interferometer干涉仪是将分束器和折叠镜组合成一个元件,如图。该装置非常坚固,对元件的机械漂移不敏感,因为当引入元件的分离、偏心或小倾斜时,参考臂和测试臂会经历几乎相同的变化。 参考:Handbook of Optical Systems, Volume 5 Metrology of Optical Components and Systems光学量测82Handbook of
一、引言白光干涉仪作为一种高精度光学测量仪器,在微电子制造、精密机械加工、生物医学等领域有着广泛应用。 二、白光干涉仪的基本构成白光干涉仪主要由光源系统、干涉系统、成像系统和数据处理系统四部分组成。光源系统通常采用白光光源,如卤钨灯、氙灯等。 此外,对于透明介质的厚度测量,白光干涉仪利用光在介质上下表面反射产生的干涉条纹,通过分析条纹的特征可计算出介质的厚度。 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
现在市面上所有的光纤端面干涉仪都是Michelson式或者Mirau式。A、为什么呢? 这是实际待测产品——光纤的参数决定的,其他形式的干涉仪的横向分辨率太低,只有Michelson式或者Mirau式能满足。 B、现在待测产品除了单光纤之外,越来越多是多芯的产品,要求视野要大,这时候mirau式不能满足,只能是Michelson式参考之前博文:芯片测量用的几种干涉仪原理光路和特点迈克尔逊干涉仪通过使用分束器将照明光分成两束来形成干涉条纹 下面是一个典型的迈克尔逊干涉仪的示意图。一束光从参考镜上反射(橙色光束),另一束光则从被测物体上反射(黄色光束)。这些光束被分束器重新组合,并被成像到相机上(绿光束)。
二 表面测量干涉测量原理 干涉仪利用光的波动特性来分析表面特性,特别是表面高度变化。为了评估表面形貌,干涉仪将光源分离,使其遵循两条独立的路径,其中一条路径包括参考表面,另一条路径是物体表面。 光学系统的升级迈克尔逊干涉仪转换为用于表面形貌测量的工具。下图中透镜和电子相机的添加创建了一个数字图像,使得每个相机像素对应于物体表面上的共轭点。 五 干涉仪设计 主流的干涉仪大多数都是参考下图三种干涉仪结构之一来设计的。 六 相移干涉术的测量精度 虽然相移干涉术的纵向精度非常高,但横向精度由于衍射的限制,精度就一般,下图是不同测量技术精度的比较: 七 相移干涉术的应用例子 光纤通信存在于身边乃至全世界,如互联网、5G 测量光纤端面物理参数的仪器叫光纤端面干涉仪,应用的正是相移干涉仪术。
白光干涉仪的膜厚测量模式,凭借高精度、非接触等优势,成为膜厚测量的重要技术手段,深入剖析其原理有助于更好地发挥该模式的测量效能。 光路结构与干涉基础白光干涉仪膜厚测量模式中,白光经准直后进入干涉仪的分光系统,被分为参考光束与测量光束。参考光束沿固定路径传播至参考镜反射,测量光束则照射在待测薄膜样品表面。 膜厚计算与测量实现依据提取的相位信息,结合已知的光源波长范围、干涉仪系统参数以及薄膜材料的折射率等数据,通过特定的数学模型和算法,可计算出薄膜的厚度值。 TopMap Micro View白光干涉3D轮廓仪一款可以“实时”动态/静态 微纳级3D轮廓测量的白光干涉仪1)一改传统白光干涉操作复杂的问题,实现一键智能聚焦扫描,亚纳米精度下实现卓越的重复性表现。 实际案例1,优于1nm分辨率,轻松测量硅片表面粗糙度测量,Ra=0.7nm2,毫米级视野,实现5nm-有机油膜厚度扫描3,卓越的“高深宽比”测量能力,实现光刻图形凹槽深度和开口宽度测量。
垂直分辨率的定义与内涵垂直分辨率,即白光干涉仪在 Z 轴方向上能够分辨的最小高度差,是表征仪器对样品表面微小高度变化识别能力的关键参数。 其数值通常以纳米甚至亚纳米为单位,例如部分高端白光干涉仪的垂直分辨率可达到 0.1 纳米级别。 例如,采用宽光谱 LED 光源的白光干涉仪,其垂直分辨率通常优于传统单色光源干涉仪。 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
而对光刻图形的精确测量,能够有效监控光刻工艺和光刻胶剥离效果,白光干涉仪为此提供了可靠的技术手段。 白光干涉仪在光刻图形测量中的应用测量原理白光干涉仪基于白光干涉的基本原理,将白光光源发出的光经分光镜分为两束,一束投射到待测光刻图形表面反射回来,另一束作为参考光,两束光相遇产生干涉。 测量优势白光干涉仪具有高精度、非接触、快速测量等显著优势。 实际应用在光刻胶剥离前后,白光干涉仪都发挥着重要作用。 实际案例(以上为新启航实测样品数据结果)1,优于1nm分辨率,轻松测量硅片表面粗糙度测量,Ra=0.7nm(以上为新启航实测样品数据结果)2,毫米级视野,实现5nm-有机油膜厚度扫描(以上为新启航实测样品数据结果
测量原理的核心差异白光干涉仪的测量原理白光干涉仪基于光的干涉现象工作,其核心是利用宽光谱白光的低相干特性(相干长度通常小于 20μm)。 性能参数的对比分辨率特性在垂直分辨率方面,白光干涉仪表现更优,可达 0.1nm 级别,能精准捕捉纳米级的表面起伏;激光共聚焦显微镜的垂直分辨率通常在 10nm 以上,虽低于白光干涉仪,但足以满足多数微观结构的测量需求 适用场景与样品类型白光干涉仪的适用场景白光干涉仪适用于测量超光滑表面(如光学镜片、半导体硅片)的粗糙度、台阶高度等参数,尤其擅长大面积、低粗糙度样品的检测。 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
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。 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 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%。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
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。 3.2 纳米级精度控制采用多波长融合技术与亚像素定位算法,纵向测量精度达 ±1nm,横向分辨率≤50nm,可精准识别 ICP 刻蚀中因等离子体能量波动导致的纳米级深度偏差(如 ±5nm)与线宽漂移(<10nm 采用白光干涉仪配置 50× 物镜(视场 0.5mm×0.5mm)与高速扫描模式,测量结果显示:实际刻蚀深度为 198±3nm,线宽偏差最大 8nm,局部区域因等离子体耦合强度不均出现深度超差 5nm 的缺陷 基于测量数据调整 ICP 射频功率与气体流量比例后,刻蚀深度一致性提升至 99.5%,线宽偏差控制在 5nm 以内,器件漏电率降低 30%。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
接触式测量易破坏纳米结构,光学轮廓仪垂直分辨率不足(>5nm),均无法满足需求。白光干涉仪的技术特性恰好适配这些测量难点。 白光干涉仪的技术适配性扫描方向梯度捕捉能力白光干涉仪的垂直分辨率达 0.1nm,横向分辨率 0.3μm,通过线扫描干涉(LSI)模式可实现扫描方向的高速数据采集(扫描速率达 5mm/s)。 非接触测量模式不会对高宽比 > 5 的纳米线结构造成机械损伤,通过优化光源偏振态(s 偏振)可增强光刻胶与硅基底的界面反射信号,在低反射率表面(反射率 <5%)仍能保持信噪比> 30dB。 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
关键词:白光干涉仪;碳化硅(SiC);沟槽型 MOSFET;3D 轮廓测量一、引言沟槽型碳化硅(SiC)MOSFET 作为高频、高压功率器件的核心,其沟槽结构(深度 2-5μm,宽度 0.5-2μm)的 二、测量原理与方法白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。 栅氧层沉积界面及源漏极金属层台阶的三维参数,量化栅氧层厚度均匀性(偏差<2%)与金属层覆盖平整度(Ra<0.5nm),无需多次换用检测设备即可实现芯片多工艺环节的质量评估,测量效率较原子力显微镜(AFM)提升 5 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
测量原理的本质差异白光干涉仪的测量原理白光干涉仪基于光学干涉现象实现粗糙度测量。宽光谱白光经分光镜分为参考光与物光,参考光经固定参考镜反射,物光照射样品表面后反射,两束光在接收端形成干涉条纹。 环境适应性白光干涉仪受环境振动、温度波动影响较大,需在恒温(±0.5℃)、防震条件下工作,否则易导致干涉条纹失真,影响粗糙度计算精度。 原子力显微镜虽对振动也较敏感,但因测量尺度小,对环境的整体稳定性要求略低于白光干涉仪,部分型号可在普通实验室环境中使用。 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
白光干涉仪的技术特性恰好适配这些测量难点。 通过优化光源强度(5-20mW)和积分时间(5-15ms),可在低反射率硅基底上获取信噪比 > 35dB 的干涉信号,确保纳米级参数的稳定提取。 典型应用案例在 5nm 逻辑芯片的栅极光刻测量中,白光干涉仪检测出某曝光场的 CD 均匀性 3σ=2.1nm(标准 < 1.5nm),高度标准差 0.8nm,追溯为投影透镜的球面像差所致,调整透镜补偿系数后 大视野 3D 白光干涉仪:纳米级测量全域解决方案突破传统局限,定义测量新范式!大视野 3D 白光干涉仪凭借创新技术,一机解锁纳米级全场景测量,重新诠释精密测量的高效精密。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
白光干涉仪凭借非接触、高分辨率及多材料适配性,成为 FCVD 填充后 3D 轮廓测量的理想工具。二、测量原理与方法白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。 3.2 微缺陷检测能力针对 FCVD 填充易产生的微小气泡(直径 1-5μm)与表面凹陷,白光干涉仪通过高灵敏度相位解算(相位分辨率 0.01π),可识别深度仅 1nm 的凹陷与体积>0.1μm³ 的气泡 3.3 高效全域表征支持 1mm×1mm 的单次扫描范围,结合快速拼接算法,可在 5 分钟内完成 6 英寸晶圆上 FCVD 填充结构的全域测量,同步获取填充均匀性(偏差<1%)、表面粗糙度(Ra 分辨率 四、应用实例某半导体厂对 FCVD 铜填充的高深宽比沟槽(深宽比 10:1,深度 5μm)进行检测,采用白光干涉仪配置 50× 物镜与多材料测量模式。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。
图5 图 5. 在安装在计算机、机器或智能手机上的软件上,由 CMOS 阵列组成的芯片通过卷积神经网络 (CNN) 对检测到的 UPE 进行特征提取和模式识别,顶部) 不使用光学干涉仪直接进行UPE检测,底部) 在干涉仪后进行 光学干涉仪的存在是为了区分UPE波长,因为相似光子(在波长上)的干涉与非相似光子形成不同的模式。这种干涉仪的优点之一是对相似波长进行简单的“光谱测量”。 利用CMOS阵列直接检测UPE和光学干涉仪间接检测UPE都可用于UPE数据采集。 图7 上图为光学干涉仪中各种MZI调制器单元的示意图。光在波导和调制器中的不良衰减取决于芯片平台的材料以及确定弯曲和散射损耗的调制器的尺寸和结构。
刻蚀后的深沟槽(深度 5-20μm,深宽比 5:1 至 20:1)3D 轮廓参数(如沟槽深度均匀性、侧壁垂直度、底部平整度)直接影响器件的光提取效率与电学性能。 白光干涉仪凭借非接触、高分辨率及深结构检测能力,成为该场景下 3D 轮廓测量的理想工具。二、测量原理与方法白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。 即使在宽度 1μm、深度 20μm 的沟槽中,仍能清晰分辨底部腐蚀坑(直径>0.5μm)与侧壁阶梯状缺陷,较扫描电镜(SEM)的无损检测深度提升 5 倍以上。 结果显示:实际沟槽深度 9.8±0.2μm,侧壁倾斜角 89.1°,局部区域因光照强度不均出现深度 1.2μm 的偏差及侧壁 Ra=5nm 的粗糙带。 (以上数据为新启航实测结果)有机油膜厚度扫描:毫米级超大视野,轻松覆盖 5nm 级有机油膜,实现全区域高精度厚度检测,助力润滑材料研发与质量检测。