高精度红外光干涉测量技术在三维半导体封装中的精准叠层对准应用研究

【编辑推荐】本研究创新性提出Linnik型短波红外(SWIR)垂直扫描干涉显微镜，通过快速傅里叶变换(FFT)实现键合晶圆内部结构的非破坏性检测，横向分辨率达衍射极限(～1.6μm)，纵向分辨率10nm，可同步分析多反射包络数以区分材料，为铜-铜混合键合(hybrid bonding)工艺提供关键质检手段，推动三维(3D)封装技术发展。

　　

Highlight

本研究亮点在于开发了Linnik型红外光干涉显微镜(IR-LI)，通过短波红外(SWIR)光源穿透硅晶圆，实现对混合键合界面内部结构的"透视"成像。

实验装置

如图1(a)所示，系统采用科勒照明(K?hler illumination)的1300nm红外LED光源，搭配长工作距离物镜对，参考光路与样品光路形成干涉。20倍物镜可实现衍射极限级分辨率，而压电陶瓷纳米定位台(PZT)提供10nm步进的垂直扫描精度。

结论

我们证实IR-LI技术能同步获取键合晶圆的拓扑形貌、厚度及相位变化信息，通过多反射信号分析实现材料鉴别（如铜与SiO₂的区分）。该方法为亚微米级互连间距的混合键合工艺提供了革命性的质检方案。

混合键合样品制备方法

测试元件组(TEG)晶圆采用铜镶嵌工艺制备：先在300mm硅晶圆上沉积碳氮化硅(SiCN)刻蚀停止层，再通过等离子体化学气相沉积(PECVD)生成TEOS-SiO₂层。使用i-line步进光刻机定义1×1μm²键合垫，经反应离子束刻蚀(RIE)形成2μm间距的互连结构。

作者贡献声明

Jaeseung Im负责原始数据采集及FFT算法开发；Hyuntae Kim完成相位变化补偿验证；团队在Soobong Choi教授指导下，实现了该技术在3D封装领域的创新应用。

（注：翻译严格遵循了专业术语标注、保留上下标符号、去除文献标识等要求，采用生动表述如"透视成像""革命性质检方案"等，同时确保生命科学领域的专业性。）