芯耀
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1 、引言
薄膜材料作为半导体、光学、柔性电子等领域的核心基础材料，其表面粗糙度直接影响薄膜的光学反射/透射效率、电学接触电阻、涂层附着力及生物相容性。在薄膜沉积、抛光、改性等制备过程中，受工艺参数波动、基材杂质、环境颗粒污染等影响，易形成纳米级的表面起伏、划痕或凸起，导致器件性能衰减、服役寿命缩短。传统表面粗糙度测量方法多为局部点扫描，难以全面表征薄膜全域表面形貌，且部分接触式测量会损伤薄膜表面。3D白光干涉仪凭借非接触测量特性、亚纳米级分辨率及全域三维形貌重建能力，可精准获取薄膜表面粗糙度的全域分布数据，为薄膜制备工艺优化提供可靠技术支撑。本文重点探讨3D白光干涉仪在薄膜表面粗糙度光学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照射至薄膜表面，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各点的三维坐标。结合全域扫描拼接与表面轮廓重构技术，可完整重建薄膜全域3D表面轮廓，通过粗糙度分析算法（如高斯滤波）提取Ra（算术平均偏差）、Rz（轮廓最大高度）、Rq（均方根偏差）等核心粗糙度参数，其垂直分辨率可达0.1 nm，适配纳米级薄膜表面粗糙度的高精度测量需求。
3 、3D白光干涉仪在薄膜表面粗糙度测量中的应用
3.1 薄膜全域表面粗糙度精准表征
针对不同应用场景的薄膜（如半导体器件用氧化硅薄膜、光学涂层用氟化镁薄膜，粗糙度要求Ra≤5 nm）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）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，通过三维点云拼接技术重建完整的表面3D轮廓。系统内置的粗糙度分析模块可自动剔除测量噪声，精准计算全域及局部区域的Ra、Rz、Rq等参数，并生成粗糙度分布热力图。实验数据表明，其Ra测量误差≤0.2 nm，与原子力显微镜（AFM）比对偏差≤0.3 nm，可有效捕捉溅射气压、退火温度变化导致的表面粗糙度波动，为工艺参数优化提供精准量化依据，同时支持批量薄膜的粗糙度一致性评估。
3.2 表面微缺陷与粗糙度关联性分析
薄膜表面的纳米级划痕、凸起、残留颗粒等微缺陷是导致粗糙度超标的核心原因，且会进一步影响器件性能。3D白光干涉仪在测量粗糙度的同时，可通过3D轮廓重建同步识别此类微缺陷，量化缺陷的尺寸（深度、宽度、高度）与分布密度，并分析其对局部粗糙度的贡献。通过设定缺陷阈值（如划痕深度≥10 nm、凸起高度≥8 nm），系统可自动标记缺陷区域，结合粗糙度分布数据追溯问题根源：如残留颗粒导致的局部粗糙度飙升多与沉积环境洁净度不足相关，划痕则与后续抛光工艺参数不当有关。例如，当检测到薄膜表面存在密集纳米级凸起时，可反馈调整沉积真空度及基材清洗工艺，降低表面粗糙度。
相较于传统触针式粗糙度仪的接触损伤风险与局部测量局限，3D白光干涉仪的非接触测量模式可保障薄膜（尤其是柔性、超薄薄膜）的表面完整性；相较于原子力显微镜的点扫描低效率缺陷，其具备更快的全域扫描速度（4英寸晶圆薄膜全表面测量时间≤10 s），可满足产业化批量检测需求。通过为薄膜表面粗糙度提供全面、精准的光学3D轮廓测量数据及缺陷关联分析结果，3D白光干涉仪可助力构建严格的薄膜质量管控体系，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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实测验证硬核实力
1）硅片表面粗糙度检测：凭借优于 1nm 的超高分辨率，精准捕捉硅片表面微观起伏，实测粗糙度 Ra 值低至 0.7nm，为半导体制造品质把控提供可靠数据支撑。
（以上数据为新启航实测结果）
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新启航半导体，专业提供综合光学3D测量解决方案！
