摘要

本文針對(duì)激光干涉法在碳化硅襯底 TTV 厚度測量中存在的精度問題，深入分析影響測量精度的因素，從設(shè)備優(yōu)化、環(huán)境控制、數(shù)據(jù)處理等多個(gè)維度提出精度提升策略，旨在為提高碳化硅襯底 TTV 測量準(zhǔn)確性提供理論與技術(shù)支持。

引言

隨著碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)碳化硅襯底質(zhì)量要求日益嚴(yán)苛，晶圓總厚度變化（TTV）作為關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，其精確測量至關(guān)重要。激光干涉法憑借非接觸、測量速度快等優(yōu)勢，在碳化硅襯底 TTV 厚度測量中得到廣泛應(yīng)用。然而，受設(shè)備性能、環(huán)境因素、樣品特性等影響，測量精度仍有待提高。探索有效的精度提升策略，對(duì)保障碳化硅襯底生產(chǎn)質(zhì)量、推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

影響激光干涉法測量精度的因素分析

設(shè)備自身因素

激光干涉儀的光源穩(wěn)定性、光學(xué)元件精度對(duì)測量精度影響顯著。光源波長波動(dòng)、光束發(fā)散角變化會(huì)導(dǎo)致干涉條紋畸變；光學(xué)元件的表面粗糙度、面形誤差會(huì)引入額外的光程差，造成測量偏差。此外，干涉儀的信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的分辨率和采樣頻率不足，也難以捕捉微小的厚度變化，影響測量精度。

環(huán)境因素

環(huán)境溫濕度、振動(dòng)、空氣流動(dòng)等因素會(huì)干擾激光干涉測量。溫度變化會(huì)引起光學(xué)元件熱脹冷縮，改變光程；濕度變化可能導(dǎo)致光學(xué)元件表面結(jié)露或腐蝕，影響光學(xué)性能；振動(dòng)和空氣流動(dòng)會(huì)使干涉條紋抖動(dòng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確。

樣品因素

碳化硅襯底的表面形貌、反射率差異會(huì)影響干涉效果。表面粗糙度高、存在劃痕或污漬的襯底，會(huì)使反射光發(fā)生散射，降低干涉條紋對(duì)比度；不同區(qū)域反射率不一致，會(huì)導(dǎo)致光強(qiáng)信號(hào)波動(dòng)，影響厚度測量準(zhǔn)確性。

精度提升策略

設(shè)備優(yōu)化

選用穩(wěn)定性高的激光光源，如半導(dǎo)體穩(wěn)頻激光器，確保波長穩(wěn)定性在 ±0.01nm 以內(nèi)。對(duì)光學(xué)元件進(jìn)行高精度加工和嚴(yán)格篩選，定期清潔和校準(zhǔn)，減少元件誤差。升級(jí)信號(hào)采集與處理系統(tǒng)，提高分辨率和采樣頻率，例如將采樣頻率提升至 10kHz 以上，以更精確地捕捉干涉條紋變化。

環(huán)境控制

搭建恒溫恒濕、防震的測量環(huán)境。將測量室溫度控制在（23±0.5）℃，濕度保持在 40% - 60% RH；采用氣浮隔振平臺(tái)和減震地基，隔離外界振動(dòng)干擾；安裝空氣凈化裝置和防風(fēng)罩，減少空氣流動(dòng)對(duì)測量的影響。

數(shù)據(jù)處理改進(jìn)

采用數(shù)字濾波算法對(duì)采集到的干涉數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除噪聲干擾，如使用中值濾波、小波濾波等方法，提高數(shù)據(jù)信噪比。引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），對(duì)干涉條紋圖像進(jìn)行分析，自動(dòng)識(shí)別和校正因樣品表面形貌引起的測量誤差，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的厚度計(jì)算。

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(duì)行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(jí)到數(shù)百μm級(jí)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(duì)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動(dòng)化測量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。