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Case 白光干涉测厚

泓川科技白光干涉测厚传感器在硅片光刻胶厚度检测中的应用技术案例

日期: 2025-03-04
浏览次数: 34


1. 背景与需求

在半导体制造工艺中,光刻胶厚度的均匀性直接影响光刻图形精度及后续蚀刻/沉积工艺的质量。某半导体企业需对硅片表面光刻胶(厚度范围20μm±1μm)进行快速、非接触式在线检测,要求测量精度优于±0.1μm,且需适应产线高速节拍(每秒10点以上)。传统接触式测厚仪存在划伤风险,而光谱椭偏仪则对操作环境要求苛刻。基于此,采用HT-T系列白光干涉测厚传感器构建解决方案。

泓川科技白光干涉测厚传感器在硅片光刻胶厚度检测中的应用技术案例




2. 技术原理与设备选型

2.1 白光干涉测厚原理

传感器通过发射宽谱白光至硅片表面,采集光刻胶上表面与硅基底的反射光干涉信号(图1)。利用傅里叶变换解析干涉光谱,结合光刻胶折射率(n=1.5)与相位差关系,直接计算薄膜厚度,公式为:

泓川科技白光干涉测厚传感器在硅片光刻胶厚度检测中的应用技术案例

泓川科技白光干涉测厚传感器在硅片光刻胶厚度检测中的应用技术案例

2.2 关键设备配置

  • 探头型号:HT-T10W(弥散光斑型)

    • 光斑直径4mm(适应光刻胶表面微小起伏)

    • 安装距离5-10mm(避免硅片运动干扰)

    • ±20nm线性精度,1nm重复精度

  • 控制器:HT-TC-100W

    • 10kHz采样速度(满足产线10点/秒需求)

    • RS485接口(与PLC集成)

    • 模拟量输出(4-20mA对应0-25μm)





3. 系统集成与实测验证

3.1 集成方案设计

  • 机械布局:探头倾斜10°安装于硅片传输轨道上方,利用编码器触发同步测量(图2)。

  • 校准流程

    1. 使用标准厚度片(20μm)进行零位校准

    2. 通过HT-T10W内置温度补偿算法消除环境漂移

    3. 设置Modbus协议阈值报警(19.8-20.2μm)

3.2 实测数据

测试批次

平均厚度(μm)

标准差(nm)

最大偏差(nm)

1

20.03

12

±18

2

19.98

9

±15

3

20.01

11

±20

(数据采集频率10kHz,每组1000点连续测量)


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4. 技术优势与问题解决

4.1 核心优势

  • 抗干扰能力:光谱分析法有效抑制硅片表面金属层反射干扰(对比激光三角法误差降低90%)。

  • 效率提升:10kHz采样速度使单硅片全检时间从5分钟缩短至40秒。

  • 适应性:±2mm工作距离容差兼容不同型号硅片载具。

4.2 典型问题与对策

  • 边缘测量失真

    • 现象:硅片边缘厚度值跳变

    • 对策:启用探头内置边缘滤波算法,抑制倾斜反射噪声

  • 多层膜干扰

    • 现象:底层氧化硅导致厚度误判

    • 对策:设置n=1.5-3.4折射率匹配范围,自动排除非目标层信号

泓川科技白光干涉测厚传感器在硅片光刻胶厚度检测中的应用技术案例




5. 经济效益分析

指标

传统接触式

HT-T方案

提升幅度

单片检测成本

$0.35

$0.12

65.7%

设备维护周期

3个月

12个月

300%

工艺良率

98.2%

99.5%

1.3%




6. 结论

HT-T10W白光干涉测厚系统成功实现20μm光刻胶厚度的高精度在线检测,其纳米级重复性、宽工作距离及高速响应特性,显著提升了半导体前道工艺的质控水平。未来可扩展应用于CMP抛光膜、晶圆键合层等场景,为半导体制造提供全流程厚度监控解决方案。

(注:文中图示及详细协议配置参数可参考HT-T系列技术手册第4.2-5.1章节。)

 


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