一種基于原子力顯微鏡的晶圓表面粗糙度測量方法

王維 吳愛華 張家歡 張曉東 / 中國電子科技集團公司第十三研究所

0 引言

隨著半導體技術的發展，微電子器件呈現出高集成度、高密度以及高性能的趨勢。根據國際半導體技術發展路線圖顯示：從一個技術節點到下一個技術節點，微電子器件的關鍵尺寸按照0.7倍的速率縮減[1]。為了滿足半導體技術的發展需求，8英寸（1英寸=2.54 cm）以及12英寸的晶圓片都已投入市場。由于光刻、刻蝕、濺射、研磨、磨削和拋光等技術被廣泛應用于微電子器件的制備工藝過程中，晶圓片自身的硬度、強度和脆性，使得加工后的表面不可避免地出現裂紋、變形等損傷[2]。因此，表面粗糙度等重要工藝參數的精準化控制是提高器件性能的關鍵。

晶圓表面的粗糙度測量方法主要分為以下兩種：接觸式測量方法和非接觸式測量方法，如圖1所示[3]。接觸式測量方法主要包括觸針式表面輪廓儀法和粗糙度測定儀法等；非接觸式測量方法主要包括圖像法、光學法和超聲波法等，其中白光干涉儀、激光共焦顯微鏡是比較常見的非接觸測量儀器[4]。原子力顯微鏡（AFM）存在三種測量模式：接觸模式、非接觸模式和輕敲模式[5]，具有測量準確度高，測量范圍小，速度慢，對材料無要求等特點。因此，針對微電子領域的測量需求，本文將開展基于AFM的晶圓表面粗糙度測量方法的研究。

圖1 常見晶圓表面粗糙度測量方法

1 晶圓表面粗糙度

1.1 表面粗糙度的定義

晶圓表面實際輪廓形貌和理想表面形貌會存在一定偏差。……