摘要

本文聚焦碳化硅襯底 TTV 厚度測量過程，深入探究表面粗糙度對測量結(jié)果的影響機制，通過理論分析與實驗驗證，揭示表面粗糙度與測量誤差的關(guān)聯(lián)，為優(yōu)化碳化硅襯底 TTV 測量方法、提升測量準確性提供理論依據(jù)。

引言

在第三代半導體產(chǎn)業(yè)中，碳化硅襯底的質(zhì)量對芯片性能和良率起著決定性作用，晶圓總厚度變化（TTV）作為衡量碳化硅襯底質(zhì)量的關(guān)鍵指標，其精確測量至關(guān)重要。然而，碳化硅襯底表面粗糙度會對 TTV 厚度測量結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。研究表面粗糙度對 TTV 測量結(jié)果的影響，有助于深入理解測量誤差來源，進而改進測量方法，提高測量精度，對推動碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

表面粗糙度對測量結(jié)果的影響機制

光學測量方法

在基于光學干涉原理的 TTV 測量中，碳化硅襯底表面粗糙度會改變光的反射特性。當表面粗糙度較高時，光線發(fā)生漫反射，導致反射光強度減弱、干涉條紋模糊，影響測量系統(tǒng)對干涉條紋的識別與分析，使得厚度測量值出現(xiàn)偏差 。此外，表面微觀起伏還會引入額外的光程差，干擾真實厚度信息的獲取，造成測量結(jié)果偏離實際值。

探針接觸式測量方法

對于原子力顯微鏡（AFM）等探針接觸式測量設(shè)備，表面粗糙度會影響探針與襯底的接觸狀態(tài)。粗糙表面的凸起和凹陷會使探針在掃描過程中受力不均，導致探針振動幅度變化，從而影響測量的垂直位移數(shù)據(jù)，最終造成 TTV 測量誤差。而且，表面粗糙度可能使探針與襯底的接觸點位置不穩(wěn)定，使得不同測量區(qū)域的測量結(jié)果缺乏一致性 。

實驗設(shè)計與初步驗證

實驗樣品準備

選取多片碳化硅襯底，通過不同的拋光工藝處理，制備出具有不同表面粗糙度的樣品。使用原子力顯微鏡對樣品表面粗糙度進行精確測量，確定其均方根粗糙度（Ra）值，將樣品分為低粗糙度組（Ra < 0.5nm）、中粗糙度組（0.5nm ≤ Ra < 2nm）和高粗糙度組（Ra ≥ 2nm） 。

測量實驗與數(shù)據(jù)分析

分別采用光學干涉儀和原子力顯微鏡對不同粗糙度的碳化硅襯底進行 TTV 厚度測量。每組樣品進行多次重復測量，記錄測量數(shù)據(jù)。通過對比不同粗糙度樣品的測量結(jié)果與實際厚度值，分析表面粗糙度對 TTV 測量結(jié)果的影響規(guī)律。初步實驗數(shù)據(jù)顯示，隨著表面粗糙度增加，兩種測量方法得到的 TTV 測量誤差均呈上升趨勢，其中光學測量法受影響程度更為顯著。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)運用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準攻克晶圓/晶片厚度TTV重復精度不穩(wěn)定難題，重復精度達3nm以下。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點，經(jīng)不同時段測量驗證，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,進一步驗證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實測樣品數(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，從輕摻到重摻P型硅，到碳化硅、藍寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對重摻型硅，可精準探測強吸收晶圓前后表面；?

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

通過偏振效應(yīng)補償，增強低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測量信噪比；

（以上為新啟航實測樣品數(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1nm的薄膜。

（以上為新啟航實測樣品數(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，顯著提升重復測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實測樣品數(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。運動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。