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，深入分析干擾產生的機理，提出多種解決策略，旨在提高碳化硅襯底 TTV 厚度測量的準確性與可靠性，為碳化硅半導體制造工藝提供精確的測量技術支持。

引言

碳化硅（SiC）作為第三代半導體材料，憑借其優異的物理化學性能，在高功率、高頻電子器件領域展現出巨大的應用潛力。晶圓總厚度變化（TTV）是衡量碳化硅襯底質量的關鍵指標之一，精準測量 TTV 對于保障器件性能和良率至關重要。然而，碳化硅晶體具有顯著的各向異性，其晶體結構和物理性質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，導致測量結果出現偏差，影響工藝控制和產品質量評估。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實意義。

各向異性干擾產生的原因

碳化硅晶體的各向異性主要源于其獨特的晶體結構。不同晶面的原子排列方式和鍵合強度存在差異，使得在進行 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，導致測量的表面形貌出現偏差。此外，光學測量方法中，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

測量方法優化

選擇對各向異性不敏感的測量技術，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，進而計算襯底厚度，其測量結果受表面形貌和晶向影響較小。此外，改進傳統測量方法，在使用光學測量設備時，可采用多角度測量方式，從不同方向獲取測量數據，通過數據融合降低各向異性帶來的干擾 。

樣品預處理

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

數據處理與校正

建立基于碳化硅晶體各向異性特性的數學模型，對測量數據進行校正。利用已知的晶體結構和物理性質參數，結合測量得到的數據，通過算法補償各向異性帶來的偏差。采用機器學習算法，對大量不同晶向、不同條件下的測量數據進行訓練，構建高精度的數據校正模型，實現對測量結果的智能修正 。

實驗驗證

設計實驗驗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，分為對照組和實驗組。對照組采用傳統測量方法，實驗組采用優化后的測量方法、經過預處理的樣品，并結合數據處理校正策略。使用高精度測量設備對兩組樣品的 TTV 進行測量，對比測量結果。初步實驗數據表明，實驗組測量結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運用第三代掃頻OCT技術，精準攻克晶圓/晶片厚度TTV重復精度不穩定難題，重復精度達3nm以下。針對行業厚度測量結果不一致的痛點，經不同時段測量驗證，保障再現精度可靠。?

我們的數據和WAFERSIGHT2的數據測量對比,進一步驗證了真值的再現性：

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

該系統基于第三代可調諧掃頻激光技術，相較傳統雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數測量。其創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，有效抵御光譜串擾，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應補償，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據結果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結構測量，覆蓋μm級到數百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據結果）

此外，可調諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環境中抗干擾性強，顯著提升重復測量穩定性。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

系統采用第三代高速掃頻可調諧激光器，擺脫傳統SLD光源對“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實現小型化設計，還能與EFEM系統集成，滿足產線自動化測量需求。運動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。