摘要

本文對碳化硅襯底 TTV 厚度測量的多種方法進行系統(tǒng)性研究，深入對比分析原子力顯微鏡測量法、光學(xué)測量法、X 射線衍射測量法等在測量精度、效率、成本等方面的優(yōu)勢與劣勢，為不同應(yīng)用場景下選擇合適的測量方法提供參考依據(jù)。

引言

在第三代半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，碳化硅（SiC）襯底憑借出色的性能，成為高功率、高頻電子器件制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。晶圓總厚度變化（TTV）作為衡量碳化硅襯底質(zhì)量的核心指標之一，其測量精度直接影響器件性能與生產(chǎn)良率。目前，針對碳化硅襯底 TTV 厚度測量存在多種技術(shù)手段，每種方法都有其獨特的適用場景與局限性。全面評測這些測量方法的優(yōu)劣勢，有助于科研與生產(chǎn)人員根據(jù)實際需求選擇最佳方案，提升測量的準確性與效率。

光學(xué)測量法

優(yōu)勢

光學(xué)測量法具有測量速度快、非接觸式測量的特點，不會對碳化硅襯底表面造成損傷 。例如，白光干涉儀通過分析干涉條紋獲取表面形貌信息，可快速完成大面積測量，適用于生產(chǎn)線上的快速抽檢。此外，該方法操作相對簡便，對操作人員的技術(shù)要求較低，設(shè)備成本也相對適中，易于在企業(yè)中推廣使用。

劣勢

光學(xué)測量法受表面粗糙度和反射率影響較大。當碳化硅襯底表面粗糙度較高或存在氧化層等影響反射率的因素時，測量信號易發(fā)生畸變，導(dǎo)致測量誤差增大 。而且，該方法在測量精度上相對有限，對于超薄或高精度要求的碳化硅襯底 TTV 測量，難以滿足需求。

原子力顯微鏡測量法

優(yōu)勢

原子力顯微鏡（AFM）測量法能夠?qū)崿F(xiàn)納米級的超高測量精度，可清晰獲取碳化硅襯底表面的微觀形貌信息，準確測量 TTV 厚度 。它適用于對測量精度要求極高的科研實驗場景，能夠為研究碳化硅襯底表面特性提供詳細數(shù)據(jù)。同時，AFM 還可對襯底表面的力學(xué)性能等進行同步分析，提供更多維度的研究數(shù)據(jù)。

劣勢

AFM 測量速度極慢，一次測量只能覆蓋極小的區(qū)域，若要完成整片襯底的測量，耗時極長，無法滿足生產(chǎn)線快速檢測的需求。此外，設(shè)備價格昂貴，維護成本高，且對測量環(huán)境要求苛刻，需要在恒溫、恒濕、低振動的環(huán)境下進行測量，限制了其廣泛應(yīng)用。

X 射線衍射測量法

優(yōu)勢

X 射線衍射（XRD）測量法對碳化硅晶體的各向異性不敏感，測量結(jié)果受表面形貌和晶向的影響較小，能夠準確測量襯底內(nèi)部的晶格參數(shù)，進而計算出 TTV 厚度 。對于晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各向異性明顯的碳化硅襯底，XRD 測量法具有獨特的優(yōu)勢，可提供可靠的測量結(jié)果。

劣勢

XRD 測量設(shè)備龐大復(fù)雜，操作難度高，需要專業(yè)的技術(shù)人員進行操作與維護 。并且，該方法測量成本高，檢測周期長，不適用于對測量效率要求較高的常規(guī)檢測場景。同時，其測量深度有限，只能反映襯底表面一定深度范圍內(nèi)的信息，對于厚度變化的全面表征存在局限性。

實驗對比

選取不同表面狀態(tài)的碳化硅襯底樣品，分別采用光學(xué)測量法、原子力顯微鏡測量法和 X 射線衍射測量法進行 TTV 厚度測量。實驗結(jié)果顯示，在測量光滑表面樣品時，光學(xué)測量法耗時僅為 5 分鐘，測量誤差約 ±1μm；原子力顯微鏡測量法耗時長達 2 小時，測量誤差在 ±5nm 以內(nèi)；X 射線衍射測量法耗時 40 分鐘，測量誤差約 ±0.5μm。在測量粗糙表面樣品時，光學(xué)測量法誤差增大至 ±3μm，而其他兩種方法誤差波動相對較小，直觀體現(xiàn)出各測量方法在不同條件下的性能差異。

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(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)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(fù)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。