摘要

硅片、碳化硅、藍寶石及氮化鋁是半導體功率器件、光電子芯片與第三代半導體封裝制程的核心晶圓襯底材料，晶圓表面粗糙度直接影響薄膜外延生長質量、光刻制程精度及器件鍵合可靠性，是決定半導體芯片良率與服役性能的關鍵基礎指標。傳統接觸式粗糙度測量儀易對超精密晶圓表面造成微觀劃痕損傷，且測量采樣范圍小、檢測效率低，難以適配多品類硬質襯底高精度、全批次快速質檢需求。本文采用白光干涉光學3D測量技術，針對四類主流半導體襯底晶圓開展表面粗糙度專項檢測，無損獲取晶圓全域三維微觀形貌，精準量化Ra、Rq、Rt等核心粗糙度參數，適配不同襯底材質硬度、拋光工藝及微納表面結構檢測差異，為晶圓拋光制程調校、來料品質管控與半導體前置工藝提質筑牢精準測量基礎。

關鍵詞

半導體襯底；硅片；碳化硅；藍寶石；氮化鋁；晶圓；表面粗糙度；白光干涉測量

1 引言

隨著第三代半導體與光電子產業快速發展，硅片、碳化硅、藍寶石、氮化鋁襯底憑借各自優異的導熱、絕緣、光電及電學性能，分別廣泛應用于功率半導體、LED芯片、射頻器件及高密度封裝領域。晶圓襯底經過研磨、化學機械拋光等制程加工后，表面微觀平整度與粗糙度需嚴格契合器件制造工藝標準，表面微小凸起、劃痕及微觀起伏缺陷，都會直接導致后續外延層生長不均、器件漏電、鍵合失效等工藝問題。傳統接觸式檢測方式存在檢測局限性，顯微形貌觀測僅能定性目視判別，無法完成粗糙度數值定量輸出。白光干涉測量技術依托非接觸無損檢測、微納級超高精度、快速三維形貌重構的核心優勢，可兼容不同材質晶圓襯底檢測需求，精準捕捉微觀表面細微形貌差異，實現多類晶圓粗糙度標準化、數字化快速檢測。

2 測量實驗與檢測應用

實驗選取量產規格硅片、碳化硅、藍寶石、氮化鋁四類拋光晶圓作為待測試樣，統一清理晶圓表面粉塵與附著物，規避雜質干擾檢測精度。采用白光干涉3D測量設備調試適配不同襯底光學反射特性的檢測參數，對各晶圓表面中心及邊緣多點位進行掃描測量，快速重構晶圓表面三維立體形貌，自動采集并統計粗糙度核心表征參數，同步記錄不同襯底表面微觀缺陷分布與形貌起伏特征。通過多點位數據比對分析，精準判別晶圓拋光工藝均勻性，快速篩查表面拋光不良、微觀劃痕、局部凹凸等隱形缺陷，有效解決傳統檢測方式精度不足、材質適配性差的行業痛點。

實際測量實踐證明，白光干涉測量技術可高效適配多品類半導體襯底晶圓檢測工況，測量數據穩定可靠、檢測效率高，既能滿足晶圓來料質檢抽檢需求，也可適配拋光制程在線工藝微調檢測，全方位保障半導體襯底晶圓加工品質一致性。新啟航 專業提供綜合光學3D測量方案。

大視野3D白光干涉儀——晶圓粗糙度納米級測量解決方案

突破傳統測量局限，定義晶圓檢測新范式！大視野3D白光干涉儀依托核心創新技術，一機解鎖納米級全場景測量，以高效與精密兼具的優勢，適配晶圓全流程檢測需求，重新詮釋工業精密測量的核心標準。

核心優勢：大視野+高精度，打破行業壁壘

打破行業常規局限，徹底解決傳統設備1倍以下物鏡僅能單孔使用、需兩臺儀器分別實現大視野觀測與高精度測量的痛點。本設備搭載全新0.6倍輕量化鏡頭，配備15mm超大單幅視野，搭配可兼容4個物鏡的轉塔鼻輪，一臺設備即可全面覆蓋大視野觀測與高精度測量需求，高效適配晶圓及相關部件的復雜檢測場景，無需頻繁切換設備，大幅提升檢測效率與數據精準度。

晶圓相關實測應用圖示

（圖示為CMP研磨碟盤表面金剛石顆粒共面度分析：左側為放大細節圖，右側為整體共面度分析圖，直觀展現設備帶圖形的大視野3D測量能力，助力研磨碟盤質量管控）

（圖示為裸片晶圓BOW、WARP等形變測量，精準捕捉晶圓形變數據，保障晶圓加工及封裝精度）

晶圓表面粗糙度專項分析

（圖示為CMP拋光后實測數據，精度達6pm=0.006nm，滿足晶圓超光滑表面檢測需求）

（圖示為CMP拋光后實測數據，Ra=0.96nm，精準表征晶圓拋光后表面粗糙度，助力拋光工藝優化）

（圖示為晶圓背面表面粗糙度實測數據，Ra=0.9μm，適配晶圓背面加工質量檢測場景）

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