随着先进制程持续微缩，以及先进封装、MEMS、SiC/GaN功率器件等快速发展，半导体结构越来越关注三维集成。研发与制备工艺不仅要回答“坑有多深"“凸起多高"，还要看清微小缺陷、陡峭结构、材料差异以及同一区域在不同观察模式下的变化。这对显微表征提出了新的挑战：既要有足够的分辨率，又要兼顾不损害样品、多模态观察和复杂结构适应性。

激光共聚焦显微镜原理

激光共聚焦显微镜用激光逐点、逐层扫描样品，把每层清晰的图像叠加起来，重构出完整的三维立体形貌，因此分辨率高；它采用非接触式测量，不易损伤样品；能力范围广：除二维高分辨成像、三维形貌、尺寸和粗糙度测量外，还可扩展明场、暗场等多种观察模式。对于晶圆划痕和颗粒等复杂样品，可以在同一平台上从“看见异常"进一步走向“定位、测量和关联分析"。

为满足半导体市场不断升级的表征需求，蔡司激光共聚焦显微镜LSM 910突破单一形貌测量的边界，将高分辨成像、非接触三维测量、多模态观察与关联分析整合于同一平台，帮助用户建立更加完整的表征链路。

具体而言，LSM 910的优势主要体现在以下三个方面：

• 更高分辨率：让微小缺陷和精细结构清晰可见

  随着线宽、缺陷和阵列间距的不断减小，表征设备需要更高的横向分辨能力。在表面三维形貌表征方面，LSM 910的XY方向分辨率高达120nm，拍摄及测量结果准确可靠, 其高分辨共聚焦成像能够帮助区分常规光镜下边界模糊或相互靠近的微细结构，适用于光刻胶残留、线条边缘、微凸点阵列、MEMS结构及晶圆表面缺陷的快速筛查和定位，可替代部分原本依赖电镜完成的前置观察和尺寸评估。同时无需真空环境，无需导电镀膜，不导电样品、聚合物、光刻胶及多层复合材料均可直接观察。

▲LSM 910（左）与电镜（右）线宽测量结果对比

• 深入复杂微结构：实现高达50:1深宽比的三维成像

  韬（τ）定律强调通过逻辑折叠、垂直集成和系统协同压缩信号传播时延，使芯片结构从二维平面走向更复杂的三维空间，高深宽比结构测量成为重要挑战。而蔡司材料共聚焦正是面向这类复杂研发与工艺问题的重要光学表征平台，深宽比测量最高可达50:1。适合深沟槽、微孔、TSV、MEMS腔体等高深宽比结构的测量及缺陷分析。同时，LSM 910可在保证分辨率的同时进行多位置和大区域扫描，也可用于薄膜或透明涂层的无损厚度分析。

▲高深宽比深硅刻蚀样品的三维表征

▲无台阶光刻胶厚度测量

• 多模态与光电联用：从形貌观察到同位关联分析

  在复杂半导体表征中，单一形貌图像往往不足以判断异常究竟来自颗粒、残胶、裂纹边缘，还是材料本身的荧光或发光差异。LSM 910可在同一平台扩展明场、暗场、偏光、圆微分干涉、共聚焦表面三维形貌和共聚焦荧光等观察方式，对同一区域进行原位或处理前后的关联分析。例如，圆微分干涉可增强微小缺陷、划痕和边缘结构的可见性，有助于定位，三维形貌可进一步获得高度、粗糙度和体积信息；荧光则可用于定位或分析有机残留、污染物、发光区域或特定材料分布。

▲芯片表面微小划痕三维表征

▲荧光染色后砂岩孔隙的三维表征

对于需要更高分辨验证的区域，还可先用共聚焦快速找到荧光信号或缺陷位置，软件自动记录坐标，再转移至电镜，一键点击即可对同一区域进行超高倍观察。该工作流适用于光刻胶残胶、污染物、裂纹及其他缺陷分析，减少跨设备重新找点带来的时间消耗和信息割裂，实现真正的跨尺度多模态原位观察。

▲光电关联方案

从“看见缺陷"到“找到原因"