在半導(dǎo)體制造、精密光學(xué)加工等高級領(lǐng)域,表面形貌的微小起伏可能直接影響器件性能。
白光干涉儀憑借其納米級測量精度,成為微觀形貌檢測的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。其核心原理在于利用光的干涉現(xiàn)象,將表面高度變化轉(zhuǎn)化為可量化的光學(xué)信號,實(shí)現(xiàn)非接觸、高精度的三維形貌測量。
一、干涉原理:光程差與表面高度的精密映射
白光干涉儀通過分光棱鏡將光源分為兩束光:一束投射至被測樣品表面,另一束射向參考鏡。兩束反射光在CCD相機(jī)感光面疊加形成干涉條紋。當(dāng)樣品表面存在高度差時(shí),光程差隨之變化——每移動一個條紋間距,光程差改變一個波長(約500納米)。由于白光包含連續(xù)光譜,不同波長的光在不同位置形成干涉極大值,通過分析干涉條紋的明暗分布與位置信息,可精確解析出樣品表面的相對高度。例如,在半導(dǎo)體晶圓檢測中,該技術(shù)可捕捉到0.1納米級的表面粗糙度變化,為工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
二、精度保障:從光學(xué)系統(tǒng)到算法的協(xié)同優(yōu)化
實(shí)現(xiàn)納米級精度需多環(huán)節(jié)協(xié)同:
1.光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì):采用非對稱光路結(jié)構(gòu)與高透過率鏡片,提升干涉信號強(qiáng)度40%,降低環(huán)境光干擾。例如,北京儀光3D白光干涉儀通過優(yōu)化分光比,使信噪比提升至傳統(tǒng)設(shè)備的2倍。
2.機(jī)械穩(wěn)定性:精密導(dǎo)軌與低膨脹系數(shù)材料構(gòu)建測量平臺,確保樣品臺移動時(shí)振動幅度小于0.1納米,避免機(jī)械誤差引入測量偏差。
3.算法創(chuàng)新:基于深度學(xué)習(xí)的形貌重構(gòu)算法可自動校正非線性畸變,數(shù)據(jù)處理速度達(dá)傳統(tǒng)方法的3倍。在測量15毫米視野的8寸晶圓時(shí),該算法能在30秒內(nèi)完成全區(qū)域掃描,并輸出Ra 0.01納米的表面粗糙度數(shù)據(jù)。

三、應(yīng)用突破:從靜態(tài)到動態(tài)的測量革命
傳統(tǒng)白光干涉儀受限于靜態(tài)測量模式,而新一代設(shè)備通過集成多普勒激光測振系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了“動態(tài)+靜態(tài)”雙模檢測。例如,在深槽結(jié)構(gòu)測量中,系統(tǒng)可同步捕捉槽壁振動與形貌數(shù)據(jù),解決深寬比超過10:1的復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測難題。此外,0.6倍大視野鏡頭與0.1納米級精度的融合,使設(shè)備既能檢測5納米級有機(jī)油膜厚度,又能完成8寸晶圓的全幅面掃描,單次測量效率提升5倍。
從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線,白光干涉儀正以光速重構(gòu)微觀世界的測量范式。隨著國產(chǎn)設(shè)備在精度、速度與智能化領(lǐng)域的持續(xù)突破,中國高級制造正逐步擺脫對進(jìn)口儀器的依賴,邁向自主可控的新階段。