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聯，為優化碳化硅襯底 TTV 測量方法、提升測量準確性提供理論依據。

引言

在第三代半導體產業中，碳化硅襯底的質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量的關鍵指標，其精確測量至關重要。然而，碳化硅襯底表面粗糙度會對 TTV 厚度測量結果產生顯著影響。研究表面粗糙度對 TTV 測量結果的影響，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業發展具有重要意義。

表面粗糙度對測量結果的影響機制

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，影響測量系統對干涉條紋的識別與分析，使得厚度測量值出現偏差 。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備，表面粗糙度會影響探針與襯底的接觸狀態。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據，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定，使得不同測量區域的測量結果缺乏一致性 。

實驗設計與初步驗證

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） 。

測量實驗與數據分析

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，記錄測量數據。通過對比不同粗糙度樣品的測量結果與實際厚度值，分析表面粗糙度對 TTV 測量結果的影響規律。初步實驗數據顯示，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。