摘要

本文聚焦碳化硅襯底 TTV 厚度測(cè)量過(guò)程，深入探究表面粗糙度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響機(jī)制，通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示表面粗糙度與測(cè)量誤差的關(guān)聯(lián)，為優(yōu)化碳化硅襯底 TTV 測(cè)量方法、提升測(cè)量準(zhǔn)確性提供理論依據(jù)。

引言

在第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，碳化硅襯底的質(zhì)量對(duì)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(biāo)，其精確測(cè)量至關(guān)重要。然而，碳化硅襯底表面粗糙度會(huì)對(duì) TTV 厚度測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。研究表面粗糙度對(duì) TTV 測(cè)量結(jié)果的影響，有助于深入理解測(cè)量誤差來(lái)源，進(jìn)而改進(jìn)測(cè)量方法，提高測(cè)量精度，對(duì)推動(dòng)碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

表面粗糙度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響機(jī)制

光學(xué)測(cè)量方法

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

探針接觸式測(cè)量方法

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

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與初步驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)樣品準(zhǔn)備

選取多片碳化硅襯底，通過(guò)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(duì)樣品表面粗糙度進(jìn)行精確測(cè)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(cè)量實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

分別采用光學(xué)干涉儀和原子力顯微鏡對(duì)不同粗糙度的碳化硅襯底進(jìn)行 TTV 厚度測(cè)量。每組樣品進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比不同粗糙度樣品的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際厚度值，分析表面粗糙度對(duì) TTV 測(cè)量結(jié)果的影響規(guī)律。初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，隨著表面粗糙度增加，兩種測(cè)量方法得到的 TTV 測(cè)量誤差均呈上升趨勢(shì)，其中光學(xué)測(cè)量法受影響程度更為顯著。

高通量晶圓測(cè)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(cè)量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)段測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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?，可精?zhǔn)探測(cè)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(cè)量；?

通過(guò)偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測(cè)量信噪比；

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(cè)量，覆蓋μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)厚度范圍，還可測(cè)量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(cè)量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(cè)量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測(cè)量。