半导体精密制造检测选型白皮书——基于LTC系列光谱共焦技术的应用解决方案
技术支持单位： 泓川科技（ChuanTech）
摘要（Executive Summary）
随着半导体器件制程接近物理极限，以及3D堆叠技术（如Chiplet、SiP）的广泛应用，从前道光刻工艺到后道先进封装，尺寸测量（Metrology）和缺陷检测（Inspection）的精度要求已从微米级别提升至纳米级别。
传统的2D机器视觉与三角反射激光技术在面对透明薄膜（Transparent Films）、高反光镜面（High Polished Surfaces）以及深孔台阶结构（如TSV）时，常常面临物理局限。本白皮书探讨光谱共焦（Chromatic Confocal）位移传感器的工作原理，并结合LTC系列产品的性能参数，为半导体关键测控环节提供高精度、高效率的选型指南。
第一章：半导体检测中的核心挑战
在激光三角法和影像系统失效的场景中，光谱共焦技术正逐渐成为首选方案。当前面临的典型挑战包括：
多层透明材料干扰： 半导体制造中，光刻胶、晶圆减薄工艺以及Bonding胶层等透明材料的使用极为普遍。传统激光易在这些材料表面形成多重反射，影响测量效果。
极端表面特性： 表面状态多样，从切割后的粗糙表面到CMP处理后的纳米级镜面，再到BGA锡球的球面高反射面，传统传感器常因反射过强或信号过弱而难以稳定测量。
高密度与狭小空间： 随着封装密度增加，传感器在设备内部的安装空间受到严重限制，对探头尺寸和安装方式提出更高要求。
第二章：核心技术与测量原理
2.1 基本测量原理
LTC系列光谱共焦传感器基于光学“色散共焦”原理进行测量：
色散编码： 控制器内置的白光光源通过光纤传输至光瞳，再经由特制的色散透镜将光按波长沿光轴方向分散，形成一条“彩虹光带”，不同波长光聚焦于不同深度。
共焦滤光： 只有聚焦于被测表面的特定波长光能够通过针孔（Pinhole），进入光谱分析单元。其余非聚焦光则被过滤掉。
数据解算： 通过光谱分析仪识别返回光中的峰值波长，并依据预先校准的波长-位移关系，输出高精度的距离数据。
2.2 技术相对优势（与传统激光位移技术对比）
| 对比维度 | 光谱共焦技术（LTC系列） | 激光三角反射技术 | 优势分析 |
|---|---|---|---|
| 感光路径 | 同轴（Coaxial） | 非同轴测量路径 | 无盲区。LTC系列可测量深孔底部，适用于TSV和Wire Bonding检测。 |
| 透明材质适应性 | 支持多峰解算 | 通常失效 | 能同时解析顶层和底层波峰，实现晶圆厚度测量，误差控制在0.8μm以内。 |
| 材质适应范围 | 适用于镜面与吸光面 | 对高反光敏感 | LTC2400型号支持最大±60°入射角，适用于BGA、Solder Ball等球面测量。 |
第三章：半导体行业选型关键参数解析（基于技术资料）
在半导体设备集成中，关键考量因素包括探头尺寸、测量精度和系统扩展能力。
3.1 狭小空间下的微型探头选型
许多Bonding机台内部空间已固定，需后期集成传感器。
LTCR系列（径向/轴向）
外径： 最小可达Φ3.8mm（如LTCR1500N），可直接嵌入机械手与Wire Bonder设备进行引线框架测量。
配置： 提供90°径向出光版本，解决传统探头无法测量Wafer边缘轮廓的问题。
3.2 纳米级厚度与TTV（Total Thickness Variation）测量
在晶圆减薄工艺中，测量精度是核心考量。
推荐型号：
LTC100B / LTC400
核心参数：
线性精度： LTC400的线性误差控制在±0.12μm以内。
重复精度： 静态指标范围为3nm至12nm，可满足μm级厚度均一性检测要求。
3.3 生产节拍与多通道控制器方案
在工厂自动化（FA）系统中，除了测量精度，设备的检测速度也需与产线的高UPH（每小时产出）匹配。
控制体系：
LT-CCH控制器是半导体产线的优选方案，支持最高16通道并行测量，采样率可达20kHz（单通道最高32kHz）。
通信接口： 支持EtherCAT（100Mbps）和高速以太网，便于与上位机连接，实现3D重建与高速数据采集。
第四章：典型应用场景解决方案图谱
基于LTC系列产品的技术参数，以下为几种半导体典型工序的适用方案：
4.1 晶圆厚度与表面粗糙度测量
挑战： 晶圆经过研磨后厚度极薄，表面高度光洁，需一次性测量平面度。
解决方案： 采用双探头（上下对射）或单侧穿透模式进行测量。
选型推荐： LTC600或LTC1200探头。
支撑数据： LTC系列可在±32.5°测量角度下保持精度，即使晶圆发生翘曲，依然可以适应变化。
4.2 先进封装点胶/Underfill高度检测
挑战： 透明环氧底胶可能导致激光穿透，无法测量胶面高度。
解决方案： 利用光谱特性，通过胶面与基板之间的反射峰进行测量。
核心优势： LTC算法可自动识别液面与基板之间的反射峰。
选型推荐： LTC-7000系列远距离版本，避免胶体挥发对探头造成影响。
4.3 金/铜线键合高度与引脚共平面度测量
挑战： 金线或铜线线径微米级，表面高度抛光，SOP封装引脚密集。
解决方案： 利用LTC100B的小光斑（ø2.7μm）进行测量，避免信号滑落。
通过同轴光路设计，可无死角测量Pin脚缝隙深度，确保共面性，防止虚焊。
4.4 液位与光刻胶湿膜厚度控制（RDL工艺）
文档支持： 资料P07中展示“油膜厚度测量”为典型应用。
测量原理： 光谱共焦技术可直接解析液体界面与晶圆界面之间的厚度，无需进行复杂折射率计算。
第五章：技术指标综述与实施建议
5.1 环境耐受性与安装方式
在Class 100/1000洁净室环境下：
分体式设计： 控制器安装于电气柜，仅需将无源光纤探头延伸至机台，有助于避免热源对晶圆造成热变形。
光纤跳线： 提供0.4mm超细跳线或防折断型跳线，适用于AOI扫描平台的高速运动场景。
5.2 软件集成能力
配套软件（如TSConfocalStudio）及二次开发包（C++/C# DLL）是系统集成的关键。LTC传感器DLL可直接嵌入设备主控系统，实现闭环控制（测量-反馈-调整）。
结语
在半导体迈向2nm制程与高密度封装趋势下，LTC系列光谱共焦传感器凭借其纳米级轴向分辨率、适用于镜面及透明材质的多样化探头设计，以及灵活的高速工业总线控制器，在多个检测环节中解决了传统测量方式的瓶颈。
对于前道薄膜厚度及台阶高度检测，或后道微凸块、Wire Loop等封装检测场景，建议优先考虑LTC600（常规高精度）或LS-CCP（多通道）组合，以提高良率管理的可靠性。
审核编辑：黄宇