摘要

硅片、碳化硅、蓝宝石及氮化铝是半导体功率器件、光电子芯片与第三代半导体封装制程的核心晶圆衬底材料，晶圆表面粗糙度直接影响薄膜外延生长质量、光刻制程精度及器件键合可靠性，是决定半导体芯片良率与服役性能的关键基础指标。传统接触式粗糙度测量仪易对超精密晶圆表面造成微观划痕损伤，且测量采样范围小、检测效率低，难以适配多品类硬质衬底高精度、全批次快速质检需求。本文采用白光干涉光学3D测量技术，针对四类主流半导体衬底晶圆开展表面粗糙度专项检测，无损获取晶圆全域三维微观形貌，精准量化Ra、Rq、Rt等核心粗糙度参数，适配不同衬底材质硬度、抛光工艺及微纳表面结构检测差异，为晶圆抛光制程调校、来料品质管控与半导体前置工艺提质筑牢精准测量基础。

关键词

半导体衬底；硅片；碳化硅；蓝宝石；氮化铝；晶圆；表面粗糙度；白光干涉测量

1 引言

随着第三代半导体与光电子产业快速发展，硅片、碳化硅、蓝宝石、氮化铝衬底凭借各自优异的导热、绝缘、光电及电学性能，分别广泛应用于功率半导体、LED芯片、射频器件及高密度封装领域。晶圆衬底经过研磨、化学机械抛光等制程加工后，表面微观平整度与粗糙度需严格契合器件制造工艺标准，表面微小凸起、划痕及微观起伏缺陷，都会直接导致后续外延层生长不均、器件漏电、键合失效等工艺问题。传统接触式检测方式存在检测局限性，显微形貌观测仅能定性目视判别，无法完成粗糙度数值定量输出。白光干涉测量技术依托非接触无损检测、微纳级超高精度、快速三维形貌重构的核心优势，可兼容不同材质晶圆衬底检测需求，精准捕捉微观表面细微形貌差异，实现多类晶圆粗糙度标准化、数字化快速检测。

2 测量实验与检测应用

实验选取量产规格硅片、碳化硅、蓝宝石、氮化铝四类抛光晶圆作为待测试样，统一清理晶圆表面粉尘与附着物，规避杂质干扰检测精度。采用白光干涉3D测量设备调试适配不同衬底光学反射特性的检测参数，对各晶圆表面中心及边缘多点位进行扫描测量，快速重构晶圆表面三维立体形貌，自动采集并统计粗糙度核心表征参数，同步记录不同衬底表面微观缺陷分布与形貌起伏特征。通过多点位数据比对分析，精准判别晶圆抛光工艺均匀性，快速筛查表面抛光不良、微观划痕、局部凹凸等隐形缺陷，有效解决传统检测方式精度不足、材质适配性差的行业痛点。

实际测量实践证明，白光干涉测量技术可高效适配多品类半导体衬底晶圆检测工况，测量数据稳定可靠、检测效率高，既能满足晶圆来料质检抽检需求，也可适配抛光制程在线工艺微调检测，全方位保障半导体衬底晶圆加工品质一致性。新启航 专业提供综合光学3D测量方案。

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晶圆相关实测应用图示

（图示为CMP研磨碟盘表面金刚石颗粒共面度分析：左侧为放大细节图，右侧为整体共面度分析图，直观展现设备带图形的大视野3D测量能力，助力研磨碟盘质量管控）

（图示为裸片晶圆BOW、WARP等形变测量，精准捕捉晶圆形变数据，保障晶圆加工及封装精度）

晶圆表面粗糙度专项分析

（图示为CMP抛光后实测数据，精度达6pm=0.006nm，满足晶圆超光滑表面检测需求）

（图示为CMP抛光后实测数据，Ra=0.96nm，精准表征晶圆抛光后表面粗糙度，助力抛光工艺优化）

（图示为晶圆背面表面粗糙度实测数据，Ra=0.9μm，适配晶圆背面加工质量检测场景）

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