Sensofar在半導體晶圓薄膜厚度測量中的應用

Sensofar?S?neox 通過 4?in?1 光學技術（共聚焦、白光干涉、多焦面疊加、光譜反射）實現對晶圓薄膜的非接觸、亞納米級厚度測量。以下從測量原理、典型案例、操作流程、數據輸出四個維度展開說明。

1. 測量原理

• 白光干涉 + 光譜擬合：利用寬譜白光照射薄膜，采集反射光譜后與多層膜模型進行最小二乘擬合，直接得到每層厚度。該方法在 50?nm–5?mm 范圍內均可工作，適配高折射率或高吸收材料。

• 共聚焦顯微：在薄膜表面進行高 NA（0.95）共聚焦掃描，提供 0.10?µm 橫向分辨率，確保測量點的定位精度，尤其在薄膜邊緣或局部缺陷處發揮作用。

• 多焦面疊加：對斜率超過 70° 的晶圓鍵合界面仍能保持測量完整性，避免傳統干涉儀因視角限制產生盲區。

2. 典型工業案例

這些案例表明 S?neox 能在傳統接觸式輪廓儀噪聲 5?nm RMS 以上的情況下，提供更低的測量噪聲并顯著提升測量速度（相同面積約提升 8 倍）。

3. 操作流程（簡要）

1. 系統預熱 & 自動校準：通電后 10?min 完成光路自校準，確保 Z 軸零點與光學中心對齊。

2. 樣品裝載：將 300?mm 直徑晶圓放置在 XY 臺上，使用傾斜平臺將晶圓平面調平至 ≤?0.5°。

3. 模式選擇：在 SensoMAP 軟件中選擇“薄膜厚度（光譜干涉）"，系統自動加載對應材料庫（SiO?、Si?N?、TiN 等）。

4. 參數設定：設定測量點陣（如 10?mm?×?10?mm 區域 100?×?100 點），選擇掃描速度 3?mm?/?s。

5. 測量執行：點擊“開始"，系統同步采集光譜、共聚焦圖像并實時生成厚度分布圖。

6. 結果處理：軟件自動計算 ISO?25178?2 參數（Sa、Sq、Sz），并生成 PDF 報告與 Excel 數據表。

7. 校準與維護：每 200?h 使用標準厚度片（已知 SiO? 80?nm）進行一次全系統校準，確保長期重復性 ≤?0.01?nm RMS。

4. 數據輸出與質量控制

• 厚度映射圖：全晶圓 2?D 顏色映射，支持 0.1?µm 顏色分辨率。

• 統計報告：均值、標準差、最大偏差、均勻性（%）等關鍵指標。

• 缺陷標記：自動識別局部厚度異常（>?±3?σ）并在圖上標注，便于后續工藝調節。

• 接口輸出：CSV、XML、OPC?UA 接口，可直接對接 MES 系統，實現在線 SPC（統計過程控制）。

5. 與傳統方法的對比優勢

6. 小結

S?neox 將光譜干涉、共聚焦與多焦面疊加技術有機結合，能夠在保持高精度的同時，實現對大尺寸晶圓的快速全片厚度測量。其模塊化的軟件與硬件設計，使得不同薄膜材料（氧化物、氮化物、金屬）均可通過材料庫快速切換，滿足半導體前段（沉積、刻蝕）與后段（鍵合、封裝）全流程的厚度監控需求。通過與 MES 系統的無縫對接，S?neox 進一步提升了工藝良率與產線自動化水平。