點石成金||中圖儀器光學3D表面輪廓儀助力半導體產業大發展

引言：半導體產業是一個點石成金的行業，將從普通的石英砂中提取的硅原料制成擁有現代工業系統“心臟”之稱的IC芯片，中間須歷經數十上百道工序，從硅晶圓的制備到晶圓IC的制造，每一步都對工藝流程的質量有著嚴格的管控要求，由各式各樣的檢測儀器共同組成了產品質量監控的守門員，而在這之中，作為產品表面質量檢測儀器的光學3D表面輪廓儀，以其超高的檢測精度和重復性，發揮著重要的作用。

中圖儀器SuperView W1光學3D表面輪廓儀，是一款專用于超精密加工領域的光學檢測儀器，其分辨率可達0.1nm。半導體產業作為超精密加工領域一顆璀璨的明珠，在其硅晶圓的制備和晶圓IC的制造過程中，光學3D表面輪廓儀都以其強大的表面質量檢測功能給這顆明珠增添一份靚麗的色彩。

硅晶圓的粗糙度檢測
在半導體產業中，硅晶圓的制備質量直接關系著晶圓IC芯片的制造質量，而硅晶圓的制備，要經過十數道工序，才能將一根硅棒制成一片片光滑如鏡面的拋光硅晶圓，如下圖所示，提取表面一區域進行掃描成像。

通過上圖我們看到，制備好的拋光硅晶圓表面輪廓起伏已在數納米以內，其表面粗糙度在0.5nm左右，由于其粗糙度精度已到亞納米量級，而在此量級上，接觸式輪廓儀和一般的非接觸式儀器均無法滿足檢測要求，只有結合了光學干涉原理和精密掃描模塊的光學3D表面輪廓儀才適用。
晶圓IC的輪廓檢測
晶圓IC的制造過程可簡單看作是將光罩上的電路圖通過UV蝕刻到鍍膜和感光層后的硅晶圓上這一過程，其中由于光罩中電路結構尺寸極小，任何微小的粘附異物和瑕疵均會導致制造的晶圓IC表面存在缺陷，因此必須對光罩和晶圓IC的表面輪廓進行檢測。下圖是一塊蝕刻后的晶圓IC，使用光學3D表面輪廓儀對其中一個微結構掃描還原3D圖像，并測量其輪廓尺寸。

晶圓IC減薄后的粗糙度檢測
在硅晶圓的蝕刻完成后，根據不同的應用需求，需要對制備好的晶圓IC的背面進行不同程度的減薄處理，在這個過程中，需要對減薄后的晶圓IC背面的表面粗糙度進行監控以滿足后續的應用要求。在減薄工序中，晶圓IC的背面要經過粗磨和細磨兩道磨削工序，下圖是粗磨后的晶圓IC背面，選取其中區域進行成像分析。

從上圖可以看出，粗磨后的表面存在明顯的磨削紋路，而3D圖像顯示在左下部分存在一處凹坑瑕疵，沿垂直紋理方向提取剖面輪廓并經過該瑕疵，在剖面輪廓曲線里可看到該處瑕疵最大起伏在2.4um左右，而磨削紋理起伏最大在1um范圍內波動，并獲取該區域的面粗糙度Sa為216nm，剖面線的粗糙度Ra為241nm。
而在經過細磨后，晶圓IC背面的磨削紋理已基本看不出，選取表面區域進行成像分析。

從上圖可知，在經過細磨之后，晶圓IC背面的磨削紋理輪廓起伏已經降到36nm附近，其表面粗糙度也已經從200多nm直降到6nm左右。
以上是SuperView W1光學3D表面輪廓儀在半導體產業中的幾種典型應用案例。目前我國正在大力推進半導體產業跨越式大發展，中圖儀器SuperView W1光學3D表面輪廓儀必將為此貢獻更多力量。