Sensofar在半导体晶圆薄膜厚度测量中的应用

 Sensofar在半导体晶圆薄膜厚度测量中的应用

Sensofar S neox 通过 4‑in‑1 光学技术（共聚焦、白光干涉、多焦面叠加、光谱反射）实现对晶圆薄膜的非接触、亚纳米级厚度测量。以下从测量原理、典型案例、操作流程、数据输出四个维度展开说明。

1. 测量原理

• 白光干涉 + 光谱拟合：利用宽谱白光照射薄膜，采集反射光谱后与多层膜模型进行最小二乘拟合，直接得到每层厚度。该方法在 50 nm–5 mm 范围内均可工作，适配高折射率或高吸收材料。

• 共聚焦显微：在薄膜表面进行高 NA（0.95）共聚焦扫描，提供 0.10 µm 横向分辨率，确保测量点的定位精度，尤其在薄膜边缘或局部缺陷处发挥作用。

• 多焦面叠加：对斜率超过 70° 的晶圆键合界面仍能保持测量完整性，避免传统干涉仪因视角限制产生盲区。

2. 典型工业案例

这些案例表明 S neox 能在传统接触式轮廓仪噪声 5 nm RMS 以上的情况下，提供更低的测量噪声并显著提升测量速度（相同面积约提升 8 倍）。

3. 操作流程（简要）

1. 系统预热 & 自动校准：通电后 10 min 完成光路自校准，确保 Z 轴零点与光学中心对齐。

2. 样品装载：将 300 mm 直径晶圆放置在 XY 台上，使用倾斜平台将晶圆平面调平至 ≤ 0.5°。

3. 模式选择：在 SensoMAP 软件中选择“薄膜厚度（光谱干涉）"，系统自动加载对应材料库（SiO₂、Si₃N₄、TiN 等）。

4. 参数设定：设定测量点阵（如 10 mm × 10 mm 区域 100 × 100 点），选择扫描速度 3 mm / s。

5. 测量执行：点击“开始"，系统同步采集光谱、共聚焦图像并实时生成厚度分布图。

6. 结果处理：软件自动计算 ISO 25178‑2 参数（Sa、Sq、Sz），并生成 PDF 报告与 Excel 数据表。

7. 校准与维护：每 200 h 使用标准厚度片（已知 SiO₂ 80 nm）进行一次全系统校准，确保长期重复性 ≤ 0.01 nm RMS。

4. 数据输出与质量控制

• 厚度映射图：全晶圆 2‑D 颜色映射，支持 0.1 µm 颜色分辨率。

• 统计报告：均值、标准差、最大偏差、均匀性（%）等关键指标。

• 缺陷标记：自动识别局部厚度异常（> ±3 σ）并在图上标注，便于后续工艺调节。

• 接口输出：CSV、XML、OPC‑UA 接口，可直接对接 MES 系统，实现在线 SPC（统计过程控制）。

5. 与传统方法的对比优势

6. 小结

S neox 将光谱干涉、共聚焦与多焦面叠加技术有机结合，能够在保持高精度的同时，实现对大尺寸晶圆的快速全片厚度测量。其模块化的软件与硬件设计，使得不同薄膜材料（氧化物、氮化物、金属）均可通过材料库快速切换，满足半导体前段（沉积、刻蚀）与后段（键合、封装）全流程的厚度监控需求。通过与 MES 系统的无缝对接，S neox 进一步提升了工艺良率与产线自动化水平。