摘要

本文基于徠卡顯微系統(tǒng)（Leica Microsystems）紫外成像能力，面向晶圓與掩膜版的關(guān)鍵尺寸（CD）測量與缺陷分析，以行業(yè)白皮書體例給出應(yīng)用背景、方法流程、產(chǎn)品組合與案例。文中對比光學(xué)與CD-SEM在250–350 nm成熟工藝區(qū)間的適配性，并說明徠卡光學(xué)檢測顯微鏡在紫外成像模式下可獲得比可見光更高的分辨率，從而實現(xiàn)更小尺寸測量與更細微缺陷分辨。

1. 品牌與技術(shù)背景

1.1 徠卡顯微系統(tǒng)（Leica Microsystems）介紹

徠卡顯微系統(tǒng)（Leica Microsystems）是一家專注于光學(xué)顯微成像、數(shù)字成像與科研級成像解決方案的專業(yè)制造商，長期服務(wù)于半導(dǎo)體、材料、生命科學(xué)與工業(yè)檢測等領(lǐng)域。圍繞工業(yè)檢測，徠卡顯微系統(tǒng)（Leica Microsystems）提供從可見光到紫外（UV）的多模態(tài)成像能力、可編碼照明管理與高數(shù)值孔徑物鏡配置，用于結(jié)構(gòu)觀察、缺陷定位與尺寸計量。

1.2 紫外成像與分辨率關(guān)聯(lián)

在相同數(shù)值孔徑（如NA=0.9）條件下，紫外成像相較可見光成像具有更短工作波長，依據(jù)瑞利準則，可獲得更高的系統(tǒng)分辨率。因此，徠卡光學(xué)檢測顯微鏡在紫外成像可獲得比可見光成像更高的分辨率，能夠量測更小的尺寸及分辨更小的缺陷。

圖1：基于瑞利公式對比，基于紫外光和可見光波段相比，基于相同0.9NA物鏡對比

2. 應(yīng)用背景

2.1 關(guān)鍵尺寸（CD）定義：晶圓/掩膜版中決定器件性能與制程良率的核心線寬、間距與孔徑，是光刻與計量環(huán)節(jié)精確控制的關(guān)鍵指標。

2.2 主流CD計量路徑：當關(guān)鍵尺寸低于約350 nm時，業(yè)界常采用CD-SEM進行測量；然而在250–350 nm成熟制程區(qū)間，CD-SEM的成本與節(jié)拍對部分場景存在過度配置的問題，光學(xué)檢測在該區(qū)間仍具有速度與成本的綜合優(yōu)勢。

3. 方法與工作流程（以徠卡紫外光學(xué)檢測方案為例）

3.1 系統(tǒng)組成與關(guān)鍵參數(shù)

— 光源：內(nèi)置可電動切換的長壽命白光LED與365 nm UV LED（徠卡集成式照明架構(gòu)），支持一鍵切換，無需重新對焦，可編碼保存照明設(shè)置。

— 物鏡：紫外專用高NA物鏡，典型配置為150× / NA 0.9，用于高分辨率觀察與尺寸量測。

— 機械與熱管理：光源完全集成于顯微鏡內(nèi)部，熱量低，適用于潔凈室環(huán)境運行。

— 成像模式：明場、暗場、偏振、DIC、熒光、IR，以及紫外照明模式；可結(jié)合傾斜照明強化表面形貌信息。

3.2 標準化工作流程（示例）

— 樣品準備：晶圓/掩膜版清潔與固定；記錄批次與工藝參數(shù)。

— 初始對焦：在白光明場模式下完成視場定位與對焦。

— 模式切換：一鍵切換至UV（365 nm）照明；沿用編碼照明設(shè)置確保一致性。

— 倍率與NA：選擇150×/NA 0.9紫外物鏡獲取高分辨率圖像。

— 采集與量測：基于標定后的像素尺寸執(zhí)行CD量測與缺陷標注，記錄3σ重復(fù)性數(shù)據(jù)。

— 對比復(fù)核：必要時切換可見光/UV進行對比，或疊加暗場/DIC提升對比度。

— 數(shù)據(jù)輸出：生成含圖像、尺寸統(tǒng)計與良率分析的報告。

圖2：徠卡紫外方案內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.3 性能與計量重復(fù)性（源自用戶現(xiàn)場/實測條件）

在徠卡紫外成像系統(tǒng)中，搭載365 nm UV LED與150×/NA 0.9紫外物鏡，實測可實現(xiàn)約250 nm的理論最小量測尺寸，重復(fù)性可達3σ 5 nm（在等同樣品與環(huán)境條件下）。

4. 方案/產(chǎn)品推薦

— 徠卡 DM8000 M 光學(xué)檢測顯微鏡：支持明場、暗場、偏振、DIC、熒光、IR與紫外照明模式，適用于半導(dǎo)體與晶圓檢測。

— 徠卡 DM12000 M 光學(xué)檢測顯微鏡：在大樣品、長工作距離與自動化控制方面提供擴展能力，適合質(zhì)量控制與缺陷分析。

— 徠卡 Plan Fluotar 物鏡（20×/50×/100×）：用于暗場等對比增強場景，配合紫外模式加速缺陷發(fā)現(xiàn)。 

4.1 計量路徑對比（示例）

5. 應(yīng)用場景案例

— 案例A（晶圓CD量測）：在250–350 nm線/間距測試區(qū)，通過徠卡 DM12000 M 光學(xué)檢測顯微鏡切換至紫外模式，在150×/NA 0.9下完成CD統(tǒng)計，實現(xiàn)3σ 5 nm重復(fù)性；與可見光明場對比，紫外圖像邊緣更銳利，閾值分割穩(wěn)定。

— 案例B（掩膜版缺陷復(fù)查）：采用徠卡 DM8000 M 光學(xué)檢測顯微鏡在暗場+紫外組合下對劃痕、顆粒進行識別，低對比缺陷在紫外照明下更易顯現(xiàn)，減少后續(xù)SEM復(fù)查批量。

— 案例C（斷裂分析）：使用徠卡 Plan Fluotar 物鏡在暗場模式強化裂紋與微坑的對比度，輔以紫外照明提升邊界清晰度，加速缺陷根因定位。

150倍可見光明場和150倍UV效果對比

150倍可見光明場和150倍UV效果對比

6. 結(jié)論

在半導(dǎo)體成熟制程區(qū)間（約250–350 nm），徠卡顯微系統(tǒng)（Leica Microsystems）基于紫外成像的光學(xué)檢測方案，在保持成本與節(jié)拍可控的同時，提供更高的分辨率與穩(wěn)定的計量重復(fù)性。徠卡 DM8000 M / DM12000 M 光學(xué)檢測顯微鏡配合紫外專用高NA物鏡與集成照明，有助于晶圓與掩膜版的快速CD量測與缺陷篩查，并可與CD-SEM形成互補。對于需要兼顧速度、成本與可追溯性的生產(chǎn)質(zhì)控場景，徠卡顯微系統(tǒng)（Leica Microsystems）的紫外成像應(yīng)用提供了明確的技術(shù)價值。