摘要

本文針對碳化硅襯底 TTV 厚度測量中各向異性帶來的干擾問題展開研究，深入分析干擾產(chǎn)生的機(jī)理，提出多種解決策略，旨在提高碳化硅襯底 TTV 厚度測量的準(zhǔn)確性與可靠性，為碳化硅半導(dǎo)體制造工藝提供精確的測量技術(shù)支持。

引言

碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體材料，憑借其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在高功率、高頻電子器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。晶圓總厚度變化（TTV）是衡量碳化硅襯底質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，精準(zhǔn)測量 TTV 對于保障器件性能和良率至關(guān)重要。然而，碳化硅晶體具有顯著的各向異性，其晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)在不同晶向存在差異，這種各向異性會對 TTV 厚度測量造成干擾，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差，影響工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量評估。因此，研究解決碳化硅襯底 TTV 厚度測量中的各向異性干擾問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

各向異性干擾產(chǎn)生的原因

碳化硅晶體的各向異性主要源于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)。不同晶面的原子排列方式和鍵合強(qiáng)度存在差異，使得在進(jìn)行 TTV 測量時，測量儀器與襯底表面的相互作用因晶向不同而變化。例如，在原子力顯微鏡（AFM）測量中，探針與不同晶面的接觸力和摩擦力不同，導(dǎo)致測量的表面形貌出現(xiàn)偏差。此外，光學(xué)測量方法中，碳化硅襯底對光的反射、折射和吸收特性也會隨晶向改變，從而影響測量信號的準(zhǔn)確性，造成 TTV 測量誤差 。

解決各向異性干擾的策略

測量方法優(yōu)化

選擇對各向異性不敏感的測量技術(shù)，如基于 X 射線衍射（XRD）的 TTV 測量方法。XRD 通過分析晶體的衍射圖譜獲取晶格參數(shù)，進(jìn)而計算襯底厚度，其測量結(jié)果受表面形貌和晶向影響較小。此外，改進(jìn)傳統(tǒng)測量方法，在使用光學(xué)測量設(shè)備時，可采用多角度測量方式，從不同方向獲取測量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合降低各向異性帶來的干擾 。

樣品預(yù)處理

對碳化硅襯底進(jìn)行預(yù)處理，改善其表面狀態(tài)以減少各向異性影響。通過化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)，使襯底表面更加平整均勻，降低因表面粗糙度差異導(dǎo)致的測量誤差。同時，可對襯底進(jìn)行表面鈍化處理，改變表面物理化學(xué)性質(zhì)，減小測量儀器與襯底表面的相互作用差異 。

數(shù)據(jù)處理與校正

建立基于碳化硅晶體各向異性特性的數(shù)學(xué)模型，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。利用已知的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)參數(shù)，結(jié)合測量得到的數(shù)據(jù)，通過算法補(bǔ)償各向異性帶來的偏差。采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對大量不同晶向、不同條件下的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建高精度的數(shù)據(jù)校正模型，實(shí)現(xiàn)對測量結(jié)果的智能修正 。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述解決策略的有效性。選取不同晶向的碳化硅襯底樣品，分為對照組和實(shí)驗(yàn)組。對照組采用傳統(tǒng)測量方法，實(shí)驗(yàn)組采用優(yōu)化后的測量方法、經(jīng)過預(yù)處理的樣品，并結(jié)合數(shù)據(jù)處理校正策略。使用高精度測量設(shè)備對兩組樣品的 TTV 進(jìn)行測量，對比測量結(jié)果。初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)組測量結(jié)果的誤差范圍較對照組縮小約 30%，有效降低了各向異性干擾對 TTV 厚度測量的影響。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)運(yùn)用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準(zhǔn)攻克晶圓/晶片厚度TTV重復(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)精度達(dá)3nm以下。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時段測量驗(yàn)證，保障再現(xiàn)精度可靠。?

我們的數(shù)據(jù)和WAFERSIGHT2的數(shù)據(jù)測量對比,進(jìn)一步驗(yàn)證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

該系統(tǒng)基于第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相較傳統(tǒng)雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測量。其創(chuàng)新掃描原理極大提升材料兼容性，從輕摻到重?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)探測強(qiáng)吸收晶圓前后表面；?

點(diǎn)掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串?dāng)_，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測量信噪比；

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測量，覆蓋μm級到數(shù)百μm級厚度范圍，還可測量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

此外，可調(diào)諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環(huán)境中抗干擾性強(qiáng)，顯著提升重復(fù)測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

系統(tǒng)采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，擺脫傳統(tǒng)SLD光源對“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動化測量需求。運(yùn)動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。