支持技術(shù)相關(guān)方： 泓川科技 (Chuantec)

摘要 (Executive Summary)

從晶圓制造的前道光刻工藝到后道先進(jìn)封裝（Advanced Packaging），隨著器件制程逼近物理極限以及 3D 堆疊技術(shù)（Chiplet, SiP）的普及，半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)尺寸量測(cè)（Metrology）和缺陷檢測(cè)（Inspection）的精度要求已從微米級(jí)躍升至納米級(jí)。

傳統(tǒng)機(jī)器視覺（2D）及三角反射激光等技術(shù)在面對(duì)透明薄膜（Transparent Films）、高反光鏡面（High Polished Surfaces）、深孔臺(tái)階（TSV/Deep Structure） 時(shí)存在天然物理瓶頸。本白皮書論述了光譜共焦（Chromatic Confocal）位移傳感器技術(shù)原理，并依據(jù) LTC系列產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格，為半導(dǎo)體行業(yè)的關(guān)鍵測(cè)控環(huán)節(jié)提供量得準(zhǔn)、測(cè)得快的選型指導(dǎo)與解決方案。

第一章：半導(dǎo)體檢測(cè)的即時(shí)挑戰(zhàn)

在傳統(tǒng)激光三角和影像系統(tǒng)失效的場(chǎng)景中，光譜共焦技術(shù)正成為“首選方案”。主要挑戰(zhàn)包括：

多層透明材質(zhì)干擾： 半導(dǎo)體制造大量涉及光刻膠、晶圓研磨減薄、Bonding膠層等透明體制備。傳統(tǒng)激光會(huì)在上下表面形成多重亂反，無法測(cè)量。

極端的表面特性： 從切割后的毛糙表面到 CMP 處理后的納米級(jí)鏡面，以及 BGA 錫球的球形反射面，傳統(tǒng)傳感器常因鏡面高反致使 CCD 飽和或由于漫反射光太弱導(dǎo)致測(cè)不出。

高密度與狹小空間： 封裝密度的增加意味著檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部給傳感器預(yù)留的空間（Stand-off Distance 和 Body Size）被極大壓縮。

第二章：關(guān)鍵技術(shù)核心與原理

2.1 測(cè)量原理

LTC系列光譜共焦傳感器利用物理光學(xué)的**“色散共焦”** 原理：

色散編碼： 控制器內(nèi)的白光光源通過光纖傳輸至光瞳，經(jīng)特制色散透鏡組將光按波長(zhǎng)在軸向上進(jìn)行“色散”，不同的單色光聚焦在光軸的不同高度上（形成一條彩虹光帶）。

共焦濾光： 只有聚焦在被測(cè)物體表面的該單一波長(zhǎng)的光，才能在反射后高效率通過特制的小孔光闌（Pinhole），照射到光譜分析儀單元上（Peak 波長(zhǎng)）。未聚焦的光波長(zhǎng)會(huì)被針孔阻擋。

數(shù)據(jù)解算： 光譜儀通過解析返回光的最強(qiáng)波長(zhǎng)（Peak），依據(jù)“波長(zhǎng)-位移轉(zhuǎn)換”校準(zhǔn)關(guān)系，直接輸出高精度的距離 Z 值。

2.2 技術(shù)相對(duì)優(yōu)勢(shì)（vs 傳統(tǒng)激光位移）

第三章：半導(dǎo)體選型關(guān)鍵參數(shù)解讀（基于技術(shù)資料）

在半導(dǎo)體設(shè)備集成中，主要考量探頭尺寸、精度、與擴(kuò)展性。

3.1 極小空間下的微型探頭選型

很多 Bonding 機(jī)臺(tái)內(nèi)部空間已定型，需集成后裝傳感器。

LTCR系列（徑向/軸向）

外徑： 僅 Φ8mm甚至Φ3.8mm（如：LTCR1500N的Φ3.8mm），可直接塞入機(jī)械手與 Wire Bonder 焊針通過極其狹小的縫隙進(jìn)行引線框架檢測(cè)。

配置：提供 90° 徑向出光版，解決了常規(guī)大尺寸測(cè)頭無法從側(cè)面量測(cè) Wafer 邊緣 (Edge profile) 的難題。

3.2 納米級(jí)厚度與 TTV (Total Thickness Variation) 測(cè)量

針對(duì) Wafer 減薄制程，精度是衡量關(guān)鍵。

推薦型號(hào)：

LTC100B / LTC400

核心參數(shù)：

線性精度： ±0.12 μm 以內(nèi) (LTC400)

重復(fù)精度： 3nm - 12nm (靜態(tài)指標(biāo))。

這足以覆蓋 Wafer 厚度均一性檢測(cè)中小于 <1μm 的制程公差要求。

3.3 生產(chǎn)節(jié)拍與多動(dòng)作控制器方案

Factory Automation (FA) 中，檢測(cè)不僅要準(zhǔn)，還要匹配產(chǎn)線的高 UPH（每小時(shí)產(chǎn)出）。

控制體系：

LT-CCH控制器：這是半導(dǎo)體量產(chǎn)優(yōu)選。支持最高 16通道 并行（開啟多通道測(cè)量Wafer多點(diǎn)位），且支持 Max 20kHz (單通道32kHz) 的超高采樣率。

通信接口：半導(dǎo)體機(jī)臺(tái)標(biāo)配是 EtherCAT (100Mbps) 或高速以太網(wǎng)，LTC控制器原生支持 EtherCAT 及 PC類的高速數(shù)采擴(kuò)展，能實(shí)時(shí)將波形數(shù)據(jù)回傳至上位機(jī)進(jìn)行3D重建。

第四章：典型應(yīng)用場(chǎng)景解決方案圖譜

根據(jù) LTC 系列規(guī)格書的技術(shù)支撐，我們梳理出下列適配的半導(dǎo)體典型工序：

4.1 晶圓厚度與表面粗糙度量測(cè)

挑戰(zhàn)： 晶圓研磨后極薄，且表面光潔如鏡，需一次性測(cè)量平面度（Flatness）。

解決方案：

使用雙探頭（LTC系列）采用上下對(duì)射布局，或單側(cè)探透模式。

選型推薦： LTC600/1200 中量程高分辨率探頭。

支撐數(shù)據(jù)： 根據(jù)規(guī)格表，針對(duì)透明體多層，無需進(jìn)行位置偏離計(jì)算，可同步輸出波形，即便拋光后 Wafer 產(chǎn)生翹曲，高 ±32.5° 的測(cè)量角度允許其適應(yīng)翹曲變化。

4.2 先進(jìn)封裝點(diǎn)膠/Underfill高度檢測(cè)

挑戰(zhàn)： 底部填充膠（Transparent Epoxy）如果是透明溢膠，激光可以透過液體照射到底板，導(dǎo)致無法確認(rèn)膠線實(shí)際高度。

解決方案：

利用光譜特性，光束在膠水表面和基板界面都會(huì)產(chǎn)生反射峰。

核心優(yōu)勢(shì)： 根據(jù)資料中的“波長(zhǎng)與位移轉(zhuǎn)換曲線”，LTC算法可區(qū)分液面峰值與底面峰值。

選型推薦： 用長(zhǎng)工作距離版本（如 LTC-7000系列遠(yuǎn)距版），保護(hù)探頭不受膠體揮發(fā)影響。

4.3 金/銅線鍵合高度檢測(cè)與回流焊引腳共平面度

挑戰(zhàn)： 線徑極細(xì)（um級(jí)）且為圓柱狀高拋光金屬；SOP 引腳密集。

解決方案：

利用小光斑特性。資料顯示 LTC100B 光斑尺寸僅 ?2.7μm，而LTC600為8μm。光斑完全可以落在金線上收集高度數(shù)據(jù)，不會(huì)滑落。

針對(duì)凹陷或引腳間隙，利用“同軸光路”原理可無盲區(qū)測(cè)入Pin腳縫隙深度，確保 Coplanarity（共面性不良會(huì)導(dǎo)致虛焊）。

4.4 液位/光刻膠濕膜厚度控制 (RDL 工藝)

文檔佐證： 文檔 P07 中明確展示了**“油膜厚度液面高度測(cè)量”** 作為典型案例。

原理： 無需復(fù)雜的折射率補(bǔ)償運(yùn)算，針對(duì)液體與芯片結(jié)合面，其光路在液體界面（折射率n1）和wafer界面（折射率n2）的反射可直接轉(zhuǎn)換為兩層面之間的厚度值。

第五章：技術(shù)指標(biāo)綜述與實(shí)施建議

5.1 環(huán)境耐受性與安裝

在半導(dǎo)體潔凈室（Class 100/1000）中：

分體式設(shè)計(jì)： 控制器安裝自電氣柜（發(fā)熱源），只引出無源不發(fā)熱的光纖測(cè)照至機(jī)臺(tái)。這對(duì)于防止 Wafer 區(qū)域產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致形變的熱氣流至關(guān)重要。

光纖跳線： 資料顯示可選 0.4mm 超細(xì)跳線接頭或防折斷型跳線，適合高動(dòng)態(tài)的 AOI 掃描臺(tái)架測(cè)試。

5.2 軟件集成能力

配套軟件（TSConfocalStudio）或二次開發(fā)包（C++/C# DLL）是必選項(xiàng)。半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商（OEM）可直接將 LTC Sensor DLL 嵌入機(jī)臺(tái)主控軟件，實(shí)現(xiàn) Loop Closed 閉環(huán)控制（測(cè)量->反饋->調(diào)整）。

結(jié)論

在半導(dǎo)體邁向2nm及超高密度封裝的時(shí)代，LTC系列光譜共焦位移傳感器憑借其納米級(jí)的軸向分辨率、適配鏡面/透明材質(zhì)的各類測(cè)頭、靈活的高速工業(yè)總線控制器，從技術(shù)指標(biāo)和原理架構(gòu)上解決了傳統(tǒng)位測(cè)量痛點(diǎn)。

針對(duì)前道量測(cè)（Film Thickness/Step Height）或后道封裝檢測(cè)（Micro-Bump/Wire Loop），推薦優(yōu)先選用 LTC600（常規(guī)高精）或 LS-CCP（多通道）組合，能有效提升良率（Yield）管理的可靠性。

審核編輯 黃宇