點(diǎn)石成金||中圖儀器光學(xué)3D表面輪廓儀助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大發(fā)展

引言：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是一個點(diǎn)石成金的行業(yè)，將從普通的石英砂中提取的硅原料制成擁有現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)“心臟”之稱的IC芯片，中間須歷經(jīng)數(shù)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(zhì)量有著嚴(yán)格的管控要求，由各式各樣的檢測儀器共同組成了產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的守門員，而在這之中，作為產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測儀器的光學(xué)3D表面輪廓儀，以其超高的檢測精度和重復(fù)性，發(fā)揮著重要的作用。

中圖儀器SuperView W1光學(xué)3D表面輪廓儀，是一款專用于超精密加工領(lǐng)域的光學(xué)檢測儀器，其分辨率可達(dá)0.1nm。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為超精密加工領(lǐng)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(xué)3D表面輪廓儀都以其強(qiáng)大的表面質(zhì)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，硅晶圓的制備質(zhì)量直接關(guān)系著晶圓IC芯片的制造質(zhì)量，而硅晶圓的制備，要經(jīng)過十?dāng)?shù)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(qū)域進(jìn)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(shù)納米以內(nèi)，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(jié)合了光學(xué)干涉原理和精密掃描模塊的光學(xué)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(jié)構(gòu)尺寸極小，任何微小的粘附異物和瑕疵均會導(dǎo)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(jìn)行檢測。下圖是一塊蝕刻后的晶圓IC，使用光學(xué)3D表面輪廓儀對其中一個微結(jié)構(gòu)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(jù)不同的應(yīng)用需求，需要對制備好的晶圓IC的背面進(jìn)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(jìn)行監(jiān)控以滿足后續(xù)的應(yīng)用要求。在減薄工序中，晶圓IC的背面要經(jīng)過粗磨和細(xì)磨兩道磨削工序，下圖是粗磨后的晶圓IC背面，選取其中區(qū)域進(jìn)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(jīng)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(nèi)波動，并獲取該區(qū)域的面粗糙度Sa為216nm，剖面線的粗糙度Ra為241nm。
而在經(jīng)過細(xì)磨后，晶圓IC背面的磨削紋理已基本看不出，選取表面區(qū)域進(jìn)行成像分析。

從上圖可知，在經(jīng)過細(xì)磨之后，晶圓IC背面的磨削紋理輪廓起伏已經(jīng)降到36nm附近，其表面粗糙度也已經(jīng)從200多nm直降到6nm左右。
以上是SuperView W1光學(xué)3D表面輪廓儀在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的幾種典型應(yīng)用案例。目前我國正在大力推進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)跨越式大發(fā)展，中圖儀器SuperView W1光學(xué)3D表面輪廓儀必將為此貢獻(xiàn)更多力量。