高精度激光共焦半导体晶圆厚度测量

李兆宇，刘子豪，王瑶莹，邱丽荣，杨帅 （北京理工大学光电学院复杂环境智能感测技术工信部重点实验室）

摘要：针对半导体晶圆厚度的高精度非接触测量问题与需求，提出了基于激光共焦的高精度晶圆厚度测量方法。该方法利用高分辨音圈纳米位移台驱动激光共焦光探针轴向运动扫描，利用激光共焦轴向响应曲线的峰值点对应物镜聚焦焦点的特性，分别对被测晶圆上下表面进行高精度瞄准定位；通过光线追迹算法精确计算出晶圆表面每个采样点的物理坐标，实现了晶圆厚度的高精度非接触测量。基于该方法构建了激光共焦半导体晶圆厚度测量传感器，实验和分析表明，该传感器的轴向分辨力优于5 nm，轴向扫描范围可达5. 7 mm，6 种晶圆厚度测量重复性均优于100 nm，单次测量时长小于400 ms。将共焦定焦技术有效地应用于半导体测量领域，为晶圆厚度的高精度、无损在线测量提供了一种新技术。

关键词：激光共焦；厚度测量；半导体晶圆；光线追迹；高精度；无损测量