光学粗糙度测试仪

德国OptoSurf WaferMaster WM 300 角分辨光散射(ARS)技术粗糙度测量系统，也叫光学粗糙度测试仪。

先进半导体封测应用工艺如扇出型晶圆级封装 (FOWLP) 及扇出型面板级封装(FOPLP) 需将晶圆或面板减薄至 50 - 30 µm ，于是晶背研磨工艺后的晶圆粗糙度测量极其重要。OptoSurf 的角分辨散射粗糙度测量系统取代了传统的 WLI （白光干涉）或 AFM （原子力显微镜 ）小面积测量技术已经用于超导的高质量抛光金属表面的表面测量中得到充分证明，可在 30 秒内精准测量< 1 nm 的 Ra 值以获得整个200 毫米晶圆区域的粗糙度以及微米范围内的翘曲和纳米范围内的波纹度。

光学粗糙度测试仪WaferMaster WM 300 不像传统轮廓仪需要长时间的垂直高度扫描加上水平拼接以得到3D的表面轮廓进行耗时粗糙度计算。而是利用角分辨光散射技术测量晶圆表面梯度角计算的粗糙度，以每秒2000次 高速扫描全晶圆表面上面的粗糙度，为目前业界最快全晶圆粗糙度测量系统，可以依各种样品形状尺寸客制化量测探头以及平台解决方案。WM 300 可直接计算得到以微米为单位的粗糙度值，波纹度和轮廓值。角分辨光散射测量不受探头与样品间距离变化影响，并可在震动环境下保证测量准确性。

芯片在转台上旋转，角散射光传感器从边缘向中心连续移动。 该系统可以在 200 毫米晶圆上进行 25,000 次测量

* US 砖利号 10,180,316 B2

光学粗糙度测试仪的通用规格

• 使用 670 nm 激光测量非接触式 ARS 散射光原理 (LED光源 670 nm，光斑尺寸 0.9 mm ; 高分辨率选项 0.03 毫米光斑的激光)

• 通过晶圆旋转技术和线性传感器移动进行测量扫描

• 样品测量最大晶圆尺寸 300 毫米 , OptoScan 600机型支持600 x 600 mm 面板

• 300 mm晶圆全区域扫描量测时间 60 秒 ; 转轴直接驱动 ，无铁芯

• 直驱旋转轴，无铁芯 ; 倾斜误差 < 5 弧秒 直驱直线轴，无铁芯; 倾斜误差 < 10 弧秒, 旋转轴跟随磨痕方向.

• 无风扇嵌入式计算机 PC Windows 7

• SECCS/GEM 接口选项

• 外壳 ≈ 700/700/1800 (mm, L/W/H)

• 不需防震

• 重量 ≈ 100公斤

• 粗糙度标准 Ra >0,5 nm

• 转速达 120 rpm

• 旋转工作台 < 0,5 µm

• 传感器速度高达 2000/s 数据传输

• 德国真空吸盘（Metapor、Witte）

• 粗糙度测量性能

• 测量范围 ≈ 0.5 nm – 200 nm (Ra)*

• 校正标样 < 0.5 nm Ra

• MSA 测试能力（1类型 ）; 制程能力 Cg > 1,33（在 1 nm 标样上进行 50 次测量 )

• 波纹度低至 1 nm

• 横向分辨率 < 60 µm

• 测量角度 -12° … + 12° ; 范围 ** (0,01 µm – 4 mm)

* Ra 值基于高精度表面轮廓测量系统的相关测量。 ** 4 mm 表示以 20 mm 基板的高度为 4 mm（局部测量角度 11°）。

Ra (nm)

Ra (nm)

磨轮 #8000

CMP抛光

平均 Ra 值为 1.5 nm 的精细研磨芯片测量示例与抛光芯片的测量对比.

散射粗糙度 共聚焦显微镜

160x160 (µm) 角度分布

对比共聚焦显微镜测量.

与白光干涉仪 (WLI)、原子力显微镜 (AFM) 和角散射光传感器 (OS) 进行比较测量。 G2 研磨晶圆，CMP（以最高质量抛光的裸晶圆）

µm

翘曲

波纹度

µm

翘曲度和波纹度可以通过测量角度的积分来测量.

粗糙度

波纹度 线轮廓

虽然粗糙度低（Ra = 1.58 nm），但晶圆上仍有很强的波纹度，振幅约为 100 nm，波长为 4mm

带有强烈凹痕的晶圆

边缘区域有裂纹的晶圆。 肉眼看不到裂缝。

但可由测得的倾斜角信号在显示为真正的裂缝之前检测到.

强度

坡度

图案化芯片上的细微裂缝检测是一个挑战。左侧散射强度图，裂缝并不可见。 但在右侧的坡度 (斜率) 图中，平均值清楚地显示了裂缝.

采用高分辨率模式（光斑 0.03 mm）在精细研磨晶圆中心测量波纹度。振幅在 10 – 20 nm 范围.