德國OptoSurf WaferMaster WM 300 角分辨光散射(ARS)技術(shù)粗糙度測量系統(tǒng)，也叫光學粗糙度測試儀。

先進半導體封測應用工藝如扇出型晶圓級封裝 (FOWLP) 及扇出型面板級封裝(FOPLP) 需將晶圓或面板減薄至 50 - 30 µm ，于是晶背研磨工藝后的晶圓粗糙度測量極其重要。OptoSurf 的角分辨散射粗糙度測量系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的 WLI （白光干涉）或 AFM （原子力顯微鏡 ）小面積測量技術(shù)已經(jīng)用于超導的高質(zhì)量拋光金屬表面的表面測量中得到充分證明，可在 30 秒內(nèi)精準測量< 1 nm 的 Ra 值以獲得整個200 毫米晶圓區(qū)域的粗糙度以及微米范圍內(nèi)的翹曲和納米范圍內(nèi)的波紋度。

光學粗糙度測試儀WaferMaster WM 300 不像傳統(tǒng)輪廓儀需要長時間的垂直高度掃描加上水平拼接以得到3D的表面輪廓進行耗時粗糙度計算。而是利用角分辨光散射技術(shù)測量晶圓表面梯度角計算的粗糙度，以每秒2000次 高速掃描全晶圓表面上面的粗糙度，為目前業(yè)界最快全晶圓粗糙度測量系統(tǒng)，可以依各種樣品形狀尺寸客制化量測探頭以及平臺解決方案。WM 300 可直接計算得到以微米為單位的粗糙度值，波紋度和輪廓值。角分辨光散射測量不受探頭與樣品間距離變化影響，并可在震動環(huán)境下保證測量準確性。

芯片在轉(zhuǎn)臺上旋轉(zhuǎn)，角散射光傳感器從邊緣向中心連續(xù)移動。 該系統(tǒng)可以在 200 毫米晶圓上進行 25,000 次測量

* US 磚利號 10,180,316 B2

光學粗糙度測試儀的通用規(guī)格

• 使用 670 nm 激光測量非接觸式 ARS 散射光原理  (LED光源 670 nm，光斑尺寸 0.9 mm ; 高分辨率選項  0.03 毫米光斑的激光)

• 通過晶圓旋轉(zhuǎn)技術(shù)和線性傳感器移動進行測量掃描

• 樣品測量最大晶圓尺寸 300 毫米 , OptoScan 600機型支持600 x 600 mm 面板

• 300 mm晶圓全區(qū)域掃描量測時間 60 秒 ; 轉(zhuǎn)軸直接驅(qū)動 ，無鐵芯

• 直驅(qū)旋轉(zhuǎn)軸，無鐵芯 ; 傾斜誤差 < 5 弧秒  直驅(qū)直線軸，無鐵芯; 傾斜誤差 < 10 弧秒, 旋轉(zhuǎn)軸跟隨磨痕方向.

• 無風扇嵌入式計算機 PC Windows 7

• SECCS/GEM 接口選項

• 外殼 ≈ 700/700/1800 (mm, L/W/H)

• 不需防震

• 重量 ≈ 100公斤

• 粗糙度標準 Ra >0,5 nm

• 轉(zhuǎn)速達 120 rpm

• 旋轉(zhuǎn)工作臺 < 0,5 µm

• 傳感器速度高達 2000/s 數(shù)據(jù)傳輸

• 德國真空吸盤（Metapor、Witte）

• 粗糙度測量性能

• 測量范圍 ≈ 0.5 nm – 200 nm  (Ra)*

• 校正標樣 < 0.5 nm Ra

• MSA 測試能力（1類型 ）; 制程能力 Cg > 1,33（在 1 nm 標樣上進行 50 次測量 )

• 波紋度低至 1 nm

• 橫向分辨率 < 60 µm

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

* Ra 值基于高精度表面輪廓測量系統(tǒng)的相關測量。  ** 4 mm 表示以 20 mm 基板的高度為 4 mm（局部測量角度 11°）。

Ra (nm)

Ra (nm)

磨輪 #8000

CMP拋光

平均 Ra 值為 1.5 nm 的精細研磨芯片測量示例與拋光芯片的測量對比.

散射粗糙度 共聚焦顯微鏡

160x160 (µm) 角度分布

對比共聚焦顯微鏡測量.

與白光干涉儀 (WLI)、原子力顯微鏡 (AFM) 和角散射光傳感器 (OS) 進行比較測量。 G2 研磨晶圓，CMP（以最高質(zhì)量拋光的裸晶圓）

µm

翹曲

波紋度

µm

翹曲度和波紋度可以通過測量角度的積分來測量.

粗糙度

波紋度 線輪廓

雖然粗糙度低（Ra = 1.58 nm），但晶圓上仍有很強的波紋度，振幅約為 100 nm，波長為 4mm

帶有強烈凹痕的晶圓

邊緣區(qū)域有裂紋的晶圓。 肉眼看不到裂縫。

但可由測得的傾斜角信號在顯示為真正的裂縫之前檢測到.

強度

坡度

圖案化芯片上的細微裂縫檢測是一個挑戰(zhàn)。左側(cè)散射強度圖，裂縫并不可見。 但在右側(cè)的坡度 (斜率) 圖中，平均值清楚地顯示了裂縫.

采用高分辨率模式（光斑 0.03 mm）在精細研磨晶圓中心測量波紋度。振幅在 10 – 20 nm 范圍.