芯耀
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1 、引言
薄膜材料广泛应用于半导体器件、光学涂层、柔性电子、光伏电池等领域，其厚度均匀性直接决定器件的光学性能、电学特性及服役稳定性。在薄膜沉积（溅射、蒸镀、涂覆等）过程中，受设备参数、基材平整度、环境因素影响，易出现局部厚度偏差，导致器件性能不均、良率下降。传统厚度测量方法多为单点或局部检测，难以实现全域厚度均匀性的精准表征，无法满足高精度薄膜制备的质量管控需求。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，可快速获取薄膜全域厚度分布数据，精准评估厚度均匀性，为薄膜沉积工艺优化提供可靠数据支撑。本文重点探讨3D白光干涉仪在薄膜厚度均匀性光学3D轮廓测量中的应用。
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分别照射至薄膜表面及未镀膜基材区域（或薄膜边缘裸露基材），反射光沿原路径返回并与参考光汇交产生干涉条纹。因白光相干长度极短（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薄膜表面与基材表面的三维坐标。利用薄膜表面与基材表面的高度差计算局部薄膜厚度，结合全域扫描拼接技术，可获取薄膜全域厚度分布数据，进而评估厚度均匀性，其垂直分辨率可达亚纳米级，适配纳米至微米级薄膜的厚度测量需求。
3 、3D白光干涉仪在薄膜厚度均匀性测量中的应用
3.1 薄膜全域厚度分布重建与均匀性量化
针对纳米至微米级薄膜（厚度范围5 nm-10 μm）的厚度均匀性测量需求，3D白光干涉仪可通过优化测量策略实现精准表征。测量时，根据薄膜尺寸（如4英寸晶圆薄膜、柔性薄膜卷材）选取适配物镜倍率与扫描范围，采用网格扫描模式对薄膜全域进行高精度扫描，通过三维点云拼接与坐标校准技术，获取薄膜表面与基材表面的全域高度分布数据，计算各扫描点的薄膜厚度值，生成全域厚度分布热力图。采用厚度均匀性评价指标（如厚度偏差率、厚度极差）量化均匀性，实验数据表明，其厚度测量误差≤0.5 nm，厚度偏差率测量精度≤0.5%，可有效捕捉溅射功率、蒸镀速率变化导致的厚度分布差异，为工艺参数优化提供精准量化依据，同时支持批量薄膜的一致性评估。
3.2 局部厚度缺陷的高效识别与追溯
薄膜沉积过程中易出现的局部过厚、过薄、针孔、划痕等厚度相关缺陷，会严重影响器件性能。3D白光干涉仪在重建全域厚度分布的同时，可实现此类缺陷的高效识别与量化。通过设定厚度阈值（如厚度偏差超过±5%、针孔直径≥100 nm），系统可自动筛选不合格区域，并标记缺陷位置与尺寸。结合缺陷分布特征分析可追溯问题根源：如局部过厚多与沉积源功率不均相关，针孔则与基材表面杂质、真空度不足有关。例如，当检测到薄膜边缘出现连续过厚区域时，可反馈调整沉积源的边缘遮挡参数，提升薄膜厚度均匀性。
相较于传统接触式厚度测量仪对薄膜的划伤风险，3D白光干涉仪的非接触测量模式可保障薄膜（尤其是柔性、脆弱薄膜）的完整性；相较于椭圆偏振仪等局部测量方法，其全域扫描能力可全面呈现薄膜厚度分布特征，避免局部测量的片面性。同时，其具备高效扫描能力（4英寸晶圆薄膜全表面测量时间≤12 s），可满足薄膜产业化批量检测需求。通过为薄膜厚度均匀性提供全面、精准的光学3D轮廓测量数据及缺陷检测结果，3D白光干涉仪可助力构建严格的质量管控体系，提升薄膜制备良率与性能稳定性，为高精度薄膜器件的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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