摘要

本文聚焦碳化硅襯底晶圓總厚度變化（TTV）厚度測(cè)量技術(shù)，剖析其在精度提升、設(shè)備小型化及智能化測(cè)量等方面的最新發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)未來(lái)在新興應(yīng)用領(lǐng)域的拓展及推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前景進(jìn)行展望，為行業(yè)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用提供參考思路。

引言

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，碳化硅襯底憑借其優(yōu)異的物理特性，如高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率等，成為制造高性能功率器件和射頻器件的關(guān)鍵材料。而 TTV 厚度作為衡量碳化硅襯底質(zhì)量的核心指標(biāo)之一，其精確測(cè)量對(duì)于保障器件性能、提高生產(chǎn)良率至關(guān)重要。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷向高集成度、高性能方向發(fā)展，對(duì)碳化硅襯底 TTV 厚度測(cè)量技術(shù)也提出了更高要求，促使該技術(shù)呈現(xiàn)出一系列新的發(fā)展趨勢(shì)。

最新發(fā)展趨勢(shì)

測(cè)量精度持續(xù)提升

為滿(mǎn)足半導(dǎo)體制造工藝對(duì)高精度的需求，TTV 厚度測(cè)量技術(shù)在精度方面不斷突破。新型測(cè)量設(shè)備采用更先進(jìn)的傳感器技術(shù)，如高精度激光干涉?zhèn)鞲衅?、原子力顯微鏡（AFM）等。激光干涉測(cè)量技術(shù)通過(guò)優(yōu)化光路設(shè)計(jì)和信號(hào)處理算法，能夠?qū)崿F(xiàn)亞納米級(jí)的測(cè)量精度，有效捕捉碳化硅襯底細(xì)微的厚度變化 。AFM 則利用微小探針與襯底表面的原子間作用力，獲取原子尺度的表面形貌和厚度信息，進(jìn)一步提升測(cè)量精度。此外，通過(guò)對(duì)測(cè)量環(huán)境的嚴(yán)格控制，如恒溫、恒濕、防震等措施，減少環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，確保測(cè)量精度的穩(wěn)定性。

設(shè)備小型化與便攜化

傳統(tǒng)大型 TTV 厚度測(cè)量設(shè)備使用場(chǎng)景受限，難以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)需求。近年來(lái)，設(shè)備小型化與便攜化成為重要發(fā)展趨勢(shì)。便攜式測(cè)量設(shè)備集成了微型化的傳感器、數(shù)據(jù)處理芯片和電源模塊，設(shè)計(jì)緊湊、體積小巧，重量通常控制在幾千克以?xún)?nèi)，方便操作人員攜帶至生產(chǎn)線(xiàn)旁、實(shí)驗(yàn)室不同區(qū)域或現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)地點(diǎn) 。同時(shí)，設(shè)備操作界面簡(jiǎn)潔直觀，多采用觸摸屏或簡(jiǎn)易按鍵控制，無(wú)需復(fù)雜培訓(xùn)即可上手操作，大大提高了測(cè)量的靈活性與便捷性，滿(mǎn)足了半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控和快速檢測(cè)的需求。

智能化測(cè)量與數(shù)據(jù)分析

隨著人工智能（AI）和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，TTV 厚度測(cè)量技術(shù)逐漸向智能化方向邁進(jìn)。測(cè)量設(shè)備通過(guò)集成 AI 算法，能夠?qū)Σ杉降拇罅繙y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與處理。例如，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法自動(dòng)識(shí)別測(cè)量數(shù)據(jù)中的異常值，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和降噪處理，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量 。通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型，預(yù)測(cè)碳化硅襯底 TTV 厚度的變化趨勢(shì)，提前發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問(wèn)題，為工藝調(diào)整提供決策依據(jù)。此外，智能化測(cè)量設(shè)備還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作，技術(shù)人員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)、控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高生產(chǎn)管理效率。

未來(lái)展望

在新興應(yīng)用領(lǐng)域的拓展

隨著 5G 通信、新能源汽車(chē)、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)碳化硅器件的需求持續(xù)增長(zhǎng)，TTV 厚度測(cè)量技術(shù)將在這些新興應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用 。在 5G 基站建設(shè)中，高性能碳化硅射頻器件對(duì)襯底 TTV 厚度精度要求極高，測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步將助力提高射頻器件的性能與穩(wěn)定性，保障 5G 通信質(zhì)量。在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，碳化硅功率器件用于車(chē)輛的動(dòng)力控制單元，精確的 TTV 厚度測(cè)量有助于提升功率器件的可靠性，降低能耗，延長(zhǎng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程。在 AI/AR 眼鏡等新興智能穿戴設(shè)備中，碳化硅襯底產(chǎn)品也需精準(zhǔn)控制 TTV 等關(guān)鍵參數(shù)，測(cè)量技術(shù)將為相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)提供有力支持。

推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展

未來(lái)，碳化硅襯底 TTV 厚度測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步將與半導(dǎo)體制造工藝深度融合，推動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。高精度的測(cè)量技術(shù)能夠幫助制造商更好地理解和控制碳化硅襯底的質(zhì)量，優(yōu)化晶體生長(zhǎng)、切割、研磨和拋光等工藝參數(shù)，提高襯底生產(chǎn)良率，降低制造成本 。同時(shí)，智能化測(cè)量與數(shù)據(jù)分析將為半導(dǎo)體制造過(guò)程的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型提供支撐，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的精準(zhǔn)控制與優(yōu)化，加速新型碳化硅器件的研發(fā)進(jìn)程，促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更高性能、更低成本的方向邁進(jìn)。

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(lài)，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(mǎn)足產(chǎn)線(xiàn)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。