1、 引言

PLC（平面光波導(dǎo)）作為集成光學(xué)領(lǐng)域的核心器件，其內(nèi)部圖形凹槽的深度是決定光傳輸路徑、模式耦合效率及信號(hào)傳輸損耗的關(guān)鍵參數(shù)。在PLC制備過(guò)程中，光刻、蝕刻等工藝易導(dǎo)致凹槽深度出現(xiàn)偏差，過(guò)深會(huì)破壞波導(dǎo)芯層完整性，過(guò)淺則無(wú)法實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的有效約束與隔離，直接影響器件性能。傳統(tǒng)凹槽深度測(cè)量方法存在測(cè)量范圍有限、易損傷器件表面等缺陷，難以滿足PLC高精度檢測(cè)需求。3D白光干涉儀憑借非接觸測(cè)量特性、納米級(jí)分辨率及全域三維形貌重建能力，可快速精準(zhǔn)提取圖形凹槽深度數(shù)據(jù)，為PLC制備工藝管控提供可靠支撐。本文重點(diǎn)探討3D白光干涉儀在PLC平面光波導(dǎo)圖形凹槽深度測(cè)量中的應(yīng)用。

2 、3D白光干涉儀測(cè)量原理

3D白光干涉儀以寬光譜白光為光源，經(jīng)分束器分為參考光與物光兩路。參考光射向固定參考鏡反射，物光經(jīng)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦后照射至PLC平面光波導(dǎo)的圖形凹槽表面，反射光與參考光匯交產(chǎn)生干涉條紋。因白光相干長(zhǎng)度極短（僅數(shù)微米），僅在光程差接近零時(shí)形成清晰干涉條紋。通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)參考鏡進(jìn)行精密掃描，高靈敏度探測(cè)器同步采集干涉條紋強(qiáng)度變化，形成干涉信號(hào)包絡(luò)曲線，曲線峰值位置精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)凹槽表面各點(diǎn)的高度坐標(biāo)。結(jié)合像素級(jí)高度計(jì)算與二維掃描拼接技術(shù)，可完整重建圖形凹槽全域三維輪廓，以PLC波導(dǎo)表面為基準(zhǔn)面，通過(guò)凹槽底部與基準(zhǔn)面的高度差計(jì)算獲取凹槽深度，其垂直分辨率可達(dá)亞納米級(jí)，適配微納尺度PLC圖形凹槽的高精度測(cè)量需求。

3 、3D白光干涉儀在PLC圖形凹槽深度測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 凹槽深度精準(zhǔn)量化

針對(duì)微納尺度PLC圖形凹槽（深度范圍100 nm-5 μm）的測(cè)量需求，3D白光干涉儀可通過(guò)優(yōu)化測(cè)量參數(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)量化。測(cè)量時(shí)，根據(jù)凹槽尺寸選取適配的視場(chǎng)范圍與物鏡倍率，對(duì)PLC圖形凹槽區(qū)域進(jìn)行全域掃描，通過(guò)三維輪廓重建獲取凹槽完整的高度分布數(shù)據(jù)。采用基準(zhǔn)面擬合與深度提取算法，自動(dòng)剔除波導(dǎo)表面微小起伏的干擾，精準(zhǔn)計(jì)算凹槽底部與波導(dǎo)基準(zhǔn)面的高度差，即凹槽深度值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其凹槽深度測(cè)量誤差≤2 nm，可有效捕捉干法蝕刻工藝中蝕刻時(shí)間、氣體配比變化導(dǎo)致的深度波動(dòng)，為工藝參數(shù)優(yōu)化提供精準(zhǔn)量化依據(jù)。同時(shí)，支持多凹槽連續(xù)掃描測(cè)量，實(shí)現(xiàn)整片PLC器件圖形凹槽深度的均勻性評(píng)估。

3.2 凹槽形貌缺陷同步檢測(cè)

PLC圖形凹槽制備過(guò)程中易出現(xiàn)的槽底殘留、槽壁傾斜、邊緣毛刺、局部凹陷等缺陷，會(huì)直接影響深度測(cè)量準(zhǔn)確性及器件光學(xué)性能。3D白光干涉儀在測(cè)量凹槽深度的同時(shí)，可通過(guò)三維輪廓重建同步識(shí)別此類缺陷。當(dāng)檢測(cè)到槽底殘留高度超過(guò)50 nm、槽壁傾斜角度超過(guò)1°，或邊緣毛刺高度超過(guò)30 nm時(shí)，可判定為不合格產(chǎn)品。通過(guò)缺陷的尺寸、位置量化分析，可追溯光刻掩膜精度、蝕刻工藝穩(wěn)定性等制備環(huán)節(jié)的問(wèn)題。例如，當(dāng)出現(xiàn)大面積槽底殘留導(dǎo)致深度偏小時(shí)，可反饋調(diào)整蝕刻功率或延長(zhǎng)蝕刻時(shí)間，提升凹槽成型質(zhì)量。

4 、測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值

相較于傳統(tǒng)觸針式輪廓儀，3D白光干涉儀的非接觸測(cè)量模式可避免劃傷PLC波導(dǎo)光滑表面及凹槽內(nèi)壁，保障器件完整性；相較于原子力顯微鏡的點(diǎn)掃描局限，其具備更快的全域掃描速度（單凹槽測(cè)量時(shí)間≤2 s），可滿足PLC器件產(chǎn)業(yè)化批量檢測(cè)需求。通過(guò)為圖形凹槽深度測(cè)量提供精準(zhǔn)、全面的量化數(shù)據(jù)及缺陷檢測(cè)結(jié)果，3D白光干涉儀可助力構(gòu)建PLC平面光波導(dǎo)制備的嚴(yán)格質(zhì)量管控體系，提升器件良率與光學(xué)性能穩(wěn)定性，為集成光學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

大視野 3D 白光干涉儀：納米級(jí)測(cè)量全域解決方案?

突破傳統(tǒng)局限，定義測(cè)量新范式！大視野 3D 白光干涉儀憑借創(chuàng)新技術(shù)，一機(jī)解鎖納米級(jí)全場(chǎng)景測(cè)量，重新詮釋精密測(cè)量的高效精密。

三大核心技術(shù)革新?

1）智能操作革命：告別傳統(tǒng)白光干涉儀復(fù)雜操作流程，一鍵智能聚焦掃描功能，輕松實(shí)現(xiàn)亞納米精度測(cè)量，且重復(fù)性表現(xiàn)卓越，讓精密測(cè)量觸手可及。?

2）超大視野 + 超高精度：搭載 0.6 倍鏡頭，擁有 15mm 單幅超大視野，結(jié)合 0.1nm 級(jí)測(cè)量精度，既能滿足納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)的精細(xì)檢測(cè)，又能無(wú)縫完成 8 寸晶圓 FULL MAPPING 掃描，實(shí)現(xiàn)大視野與高精度的完美融合。?

3）動(dòng)態(tài)測(cè)量新維度：可集成多普勒激光測(cè)振系統(tǒng)，打破靜態(tài)測(cè)量邊界，實(shí)現(xiàn) “動(dòng)態(tài)” 3D 輪廓測(cè)量，為復(fù)雜工況下的測(cè)量需求提供全新解決方案。?

實(shí)測(cè)驗(yàn)證硬核實(shí)力?

1）硅片表面粗糙度檢測(cè)：憑借優(yōu)于 1nm 的超高分辨率，精準(zhǔn)捕捉硅片表面微觀起伏，實(shí)測(cè)粗糙度 Ra 值低至 0.7nm，為半導(dǎo)體制造品質(zhì)把控提供可靠數(shù)據(jù)支撐。?

（以上數(shù)據(jù)為新啟航實(shí)測(cè)結(jié)果）

有機(jī)油膜厚度掃描：毫米級(jí)超大視野，輕松覆蓋 5nm 級(jí)有機(jī)油膜，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域高精度厚度檢測(cè)，助力潤(rùn)滑材料研發(fā)與質(zhì)量檢測(cè)。?

高深寬比結(jié)構(gòu)測(cè)量：面對(duì)深蝕刻工藝形成的深槽結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)強(qiáng)大測(cè)量能力，精準(zhǔn)獲取槽深、槽寬數(shù)據(jù)，解決行業(yè)測(cè)量難題。?

分層膜厚無(wú)損檢測(cè)：采用非接觸、非破壞測(cè)量方式，對(duì)多層薄膜進(jìn)行 3D 形貌重構(gòu)，精準(zhǔn)分析各層膜厚分布，為薄膜材料研究提供無(wú)損檢測(cè)新方案。?

新啟航半導(dǎo)體，專業(yè)提供綜合光學(xué)3D測(cè)量解決方案！

審核編輯 黃宇