[新启航]白光干涉仪在高深宽比刻蚀后的 3D 轮廓测量

摘要：本文探讨白光干涉仪在高深宽比刻蚀后的 3D 轮廓测量中的应用，分析其工作原理及适配高深宽比结构的技术特性，通过实际案例验证其测量效能，为微纳制造中高深宽比结构的质量控制提供技术参考。

关键词：白光干涉仪；高深宽比刻蚀；3D 轮廓测量；微纳结构

一、引言

高深宽比刻蚀是制造微纳尺度精密结构的核心工艺，广泛应用于 MEMS、半导体器件等领域，其形成的深沟槽、高柱状结构（深宽比通常＞10:1）的 3D 轮廓精度直接决定器件性能。由于这类结构存在光照遮挡、信号衰减等问题，传统光学测量方法易产生数据缺失或误差。白光干涉仪凭借独特的低相干干涉特性与先进的信号处理算法，成为高深宽比刻蚀后 3D 轮廓测量的关键技术手段。

二、白光干涉仪工作原理

白光干涉仪基于宽带光源的低相干干涉效应实现三维形貌重构。其工作过程为：将白光分解为参考光与测量光，测量光投射至高深宽比刻蚀表面后，沟槽底部、侧壁及顶部的反射光与参考光在探测器处形成干涉条纹。通过纵向扫描系统调节光程差，仅当光程差接近零时产生清晰干涉信号，结合傅里叶变换与相位解包裹算法，可精确计算沟槽深度、侧壁角度、顶部线宽等参数，即使在深宽比＞20:1 的结构中，仍能保持纳米级纵向分辨率。

三、技术优势

3.1 深结构信号捕捉能力

针对高深宽比沟槽的侧壁遮挡问题，白光干涉仪通过优化照明角度（采用 45° 斜射光源）与探测器接收模式，增强侧壁反射信号强度，同时利用多波长融合算法区分底部与侧壁的干涉信号，避免信号混叠，实现沟槽全深度（最深可达 100μm）的轮廓测量。

3.2 亚微米级横向分辨率

配备高数值孔径物镜（100×，NA=0.95）与超像素探测器（4096×4096），可分辨高深宽比结构顶部边缘的微米级缺陷（如线宽偏差、边缘锯齿），横向测量精度达 0.1μm，满足精密刻蚀工艺的公差要求（通常＜1μm）。

3.3 非接触全结构表征

采用无接触光学测量方式，避免探针式测量对脆弱高深宽比结构（如细长柱体）的机械损伤，同时一次扫描即可获取沟槽深度、侧壁垂直度、顶部平整度等全维度参数，检测效率较截面 SEM 提升 8-10 倍。

四、应用实例

某 MEMS 传感器厂对深宽比 15:1 的硅基沟槽刻蚀结构进行检测，沟槽设计深度 50μm、宽度 3.3μm。采用白光干涉仪配置 100× 物镜与 2048×2048 像素分辨率，对刻蚀区域扫描。结果显示：沟槽实际深度 49.8±0.5μm，侧壁垂直度 88.7°，顶部线宽偏差最大 0.3μm，局部区域因刻蚀气体湍流出现侧壁凹凸（幅度＜0.2μm）。基于测量数据调整刻蚀腔体压力与射频功率后，沟槽深度一致性提升至 99.2%，侧壁粗糙度降低 60%。

五、结语

白光干涉仪在高深宽比刻蚀后的 3D 轮廓测量中展现出显著优势，其对深结构的信号捕捉能力、高分辨率全参数表征特性及非接触保护能力，为高深宽比器件的工艺优化与质量管控提供了可靠技术支撑，助力提升微纳制造的精密化水平。

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（以上数据为新启航实测结果）

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