白光干涉仪：磷化铟衬底粗糙度测量应用场景

在AI算力基础设施建设全面提速的背景下，磷化铟作为光通信核心材料，正迎来从供需错配到产业重构的关键时期。据行业机构预测：2025年至2030年，AI数据中心对磷化铟需求有望从60万片大幅增长至1300万片。当前磷化铟产业链景气度明显升温，却也面临着多重制约。

磷化铟作为光模块产能扩张的主要卡点之一，行业内磷化铟衬底的良品率却并不高。目前国内磷化铟衬底仍被海外寡头垄断，供给紧张，2-4 英寸已经实现商业化，6 英寸大尺寸良率与海外仍有差距。而衬底处于产业链上游，其质量缺陷不会止步于自身，会随着后续工序逐级放大，最终反应在下游器件的良率与可靠性上

光模块咽喉是一块衬底：被AI算力引爆的磷化铟

磷化铟（InP）并不是一种新材料，作为第二代Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，它已在通信行业服役数十年。然而在光模块速率向800G、1.6T持续演进的今天，其直接带隙的发光特性成为高速光互联中不可替代的物理基础。

硅是间接带隙半导体，几乎无法发光，只能做光路和分光；而磷化铟是直接带隙材料，通电即可产生光子，是少数能高效发光的半导体材料。更关键的是，以磷化铟为衬底生长的InGaAs、InAsP薄膜，其发光波长恰好落在石英光纤的最小损耗窗口（1310nm、1550nm）——这让磷化铟天然适配光通信：既能有效降低传输损耗，又具备较高的电子迁移速率和良好的光学性能。

磷化铟的产业版图主要分为三段：衬底晶圆、外延片、光芯片制造。磷化铟衬底是指将高纯原料制备为InP单晶锭，再经定向、切片、倒角、研磨、抛光、清洗和检测等工序，形成2英寸、3英寸、4英寸乃至6英寸晶圆。 作为产业链上游的一环，衬底的质量，尤其是衬底表面质量，直接决定下游外延和光芯片制造的可靠性。

从微米到亚纳米：粗糙度是衬底质量分水岭

在磷化铟单晶片的化学机械抛光工艺（CMP）中，涉及粗抛和精抛两个阶段，分别实现对厚度变化与表面粗糙度的控制：

• 粗抛阶段：采取压纹结构的抛光布、硅胶直径大的抛光液、有效氯含量高的氧化剂等措施，使化学作用、机械作用在较高的作用模式下达到平衡，使磷化铟单晶片表面快速达到镜面水平。此阶段以控制总厚度变化（TTV）为主，表面粗糙度停留在微米量级。

• 精抛阶段：采取绒毛结构抛光布、硅胶直径更小的抛光液、以过氧化氢为氧化剂，实现对晶片表面粗糙度的精细控制。此阶段是粗糙度的硬关卡：行业要求Ra小于0.5nm，高端光通信级可达Ra小于0.1nm。

从粗抛的微米量级到精抛的亚纳米量级，表面粗糙度跨越了近四个数量级。而这一步之差之所以关键，在于抛光的质量会直接影响后续外延质量和器件可靠性。

磷化铟外延需要在衬底上通过MOCVD或MBE生长InP、InGaAs、InGaAsP等多层纳米级薄膜，形成量子阱结构。衬底表面只要有一个纳米级的起伏，就可能破坏外延层的晶格匹配，诱发位错与非辐射复合中心，直接影响激光器/探测器的波长精度、阈值电流与长期寿命。对于高速光通信而言，外延层的均匀性和缺陷控制会进一步传导到芯片端的良率、寿命和批量一致性。

粗糙度的重要性毋庸置疑，难的是把它真正测准——亚纳米量级的表面质量，对检测手段提出了苛刻要求。

0.15纳米的验收线：白光干涉仪如何守住

CMP工艺存在一个长期悬而未决的痛点：抛光后表面粗糙度Ra值可能符合指标，但亚表面损伤层难以量化。 这些隐形损伤在外延生长过程中会诱发位错，缩短器件寿命；而要评估损伤层，又不能破坏样品。接触式测量面临两难——既怕划伤洁净的抛光面，又够不到亚表面层；看不到真实三维形貌，就无法判断抛光到底“抛透了”没有。

近期，某磷化铟衬底客户找到优可测，需要在衬底制造的粗抛、精抛两道工序后分别检测表面粗糙度，验收指标明确：0.2纳米以内，最好能做到0.15纳米，并对设备的长期稳定性提出极高要求。经评估，客户最终选定优可测白光干涉仪 AM7000 系列。

样品检测结果如下：

AM7000系列磷化铟衬底粗抛后粗糙度测量结果

AM7000系列磷化铟衬底精抛后粗糙度测量结果

AM7000 系列采用白光干涉非接触式测量，最高精度0.03nm，RMS重复性最高0.002nm。非接触的特性使其无需破坏样品即可评估表面及亚表面状态，适配抛光后的洁净衬底；通过加装隔振台，有效隔离环境振动，保障产线环境下测量结果的稳定性与一致性。

目前，国内6英寸磷化铟衬底国产化率不足5%，国产企业正持续突破衬底、外延等核心工艺，大量中试线、量产线正在建设中。这条国产化之路上，衬底厂扩产意味着每一片新产线上的晶圆都需要检测，外延厂扩产意味着每一炉外延前的衬底都需要验收——从"造得出"到"造得稳"，测量能力是必须补齐的一环。当粗糙度验收标准推进到亚纳米量级，测量设备的精度与稳定性，也随之成为衡量国产磷化铟产业链成熟度的标尺之一。

参考文献

1. 霍星羽,杨子晏.AI需求驱动磷化铟景气度高涨金属铟迎来量价齐升窗口[N].上海证券报,2026-07-23(006).DOI:10.28719/n.cnki.nshzj.2026.003515.

2. 钱立富.“光”疯狂下的紧缺困局[N].IT时报,2026-06-05(007).DOI:10.28404/n.cnki.nitsd.2026.000225.

3. 磷化铟的化学机械抛光技术研究进展[J].半导体技术,2018,43(3):201-210.

4. 杨洪星,王云彪,刘春香,等.磷化铟单晶片三步抛光技术研究[J].微纳电子技术,2012,49(10):693-700.

5. 萝卜投研. 磷化铟行业深度：供需分析、国产替代、产业链及相关公司深度梳理[R/OL]. (2026-08-04)[2026-08-21].