芯耀
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1 、引言
PLC（平面光波导）作为集成光学领域的核心器件，其内部图形凹槽的深度是决定光传输路径、模式耦合效率及信号传输损耗的关键参数。在PLC制备过程中，光刻、蚀刻等工艺易导致凹槽深度出现偏差，过深会破坏波导芯层完整性，过浅则无法实现光信号的有效约束与隔离，直接影响器件性能。传统凹槽深度测量方法存在测量范围有限、易损伤器件表面等缺陷，难以满足PLC高精度检测需求。3D白光干涉仪凭借非接触测量特性、纳米级分辨率及全域三维形貌重建能力，可快速精准提取图形凹槽深度数据，为PLC制备工艺管控提供可靠支撑。本文重点探讨3D白光干涉仪在PLC平面光波导图形凹槽深度测量中的应用。
PR光刻胶作为半导体制造、微纳加工领域的核心光刻材料，其经曝光、显影后形成的台阶结构高度，直接决定光刻图案的保真度、后续蚀刻工艺的精准度及器件最终性能。台阶高度偏差过大会导致图案转移失真、层间对准偏移，进而引发器件功能失效。传统台阶高度测量方法存在易损伤光刻胶、测量精度不足或测量范围有限等缺陷，难以满足微纳尺度光刻工艺的严苛管控需求。3D白光干涉仪凭借非接触测量特性、纳米级分辨率及全域三维形貌重建能力，可快速精准提取PR光刻胶台阶高度参数，为光刻工艺优化与质量管控提供可靠技术支撑。本文重点探讨3D白光干涉仪在PR光刻胶台阶高度测量中的应用。
2 、3D白光干涉仪测量原理
3D白光干涉仪以宽光谱白光为光源，经分束器分为参考光与物光两路。参考光射向固定参考镜反射，物光经高数值孔径物镜聚焦后照射至PR光刻胶台阶表面，反射光沿原路径返回并与参考光汇交产生干涉条纹。由于白光相干长度极短（仅数微米），仅在光程差接近零时形成清晰干涉条纹。通过压电陶瓷驱动装置带动参考镜进行精密扫描，高灵敏度探测器同步采集干涉条纹强度变化，形成干涉信号包络曲线，曲线峰值位置精准对应台阶表面各点的高度坐标。结合像素级高度计算与二维扫描拼接技术，可完整重建PR光刻胶台阶全域三维轮廓，以光刻胶基底或相邻平整区域为基准面，通过台阶顶部与基准面的高度差计算获取台阶高度，其垂直分辨率可达亚纳米级，适配微纳尺度PR光刻胶台阶的高精度测量需求。
3 、3D白光干涉仪在PR光刻胶台阶高度测量中的应用
3.1 台阶高度精准量化
针对微纳尺度PR光刻胶台阶（高度范围50 nm-5 μm）的测量需求，3D白光干涉仪可通过优化测量参数实现精准量化。测量时，根据台阶尺寸与光刻胶材质选取适配的视场范围、物镜倍率及测量模式，对台阶区域进行全域扫描，通过三维轮廓重建获取台阶完整的高度分布数据。采用基准面自动拟合与台阶边缘精准识别算法，剔除光刻胶表面微小起伏的干扰，精准定位台阶上下表面的高度基准，计算两者差值即得台阶高度。实验数据表明，其台阶高度测量误差≤1 nm，可有效捕捉曝光剂量、显影时间变化导致的台阶高度波动，为光刻工艺参数优化提供精准量化依据。同时，支持多区域、多台阶连续扫描测量，实现整片晶圆光刻胶台阶高度的均匀性评估。
3.2 台阶形貌缺陷同步检测
PR光刻胶台阶制备过程中易出现的边缘毛刺、台阶倾斜、顶部凹陷、底部残留等缺陷，会直接影响台阶高度测量准确性及后续工艺兼容性。3D白光干涉仪在测量台阶高度的同时，可通过三维轮廓重建同步识别此类缺陷。当检测到台阶边缘毛刺高度超过20 nm、台阶倾斜角度超过0.8°，或顶部凹陷深度超过30 nm时，可判定为不合格产品。通过缺陷的尺寸、位置量化分析，可追溯光刻掩膜精度、曝光聚焦精度、显影液浓度等制备环节的问题。例如，当出现大面积台阶高度偏低且伴随底部残留时，可反馈调整显影时间或显影液温度参数，提升台阶成型质量。
相较于传统触针式轮廓仪，3D白光干涉仪的非接触测量模式可避免划伤PLC波导光滑表面及凹槽内壁，保障器件完整性；相较于原子力显微镜的点扫描局限，其具备更快的全域扫描速度（单凹槽测量时间≤2 s），可满足PLC器件产业化批量检测需求。通过为图形凹槽深度测量提供精准、全面的量化数据及缺陷检测结果，3D白光干涉仪可助力构建PLC平面光波导制备的严格质量管控体系，提升器件良率与光学性能稳定性，为集成光学技术的产业化发展提供关键技术支撑。
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（以上数据为新启航实测结果）
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