碳化硅衬底 TTV 厚度不均匀性测量的特殊采样策略

摘要

本文聚焦碳化硅衬底 TTV 厚度不均匀性测量需求，分析常规采样策略的局限性，从不均匀性特征分析、采样点布局优化、采样频率确定等方面提出特殊采样策略，旨在提升测量效率与准确性，为碳化硅衬底质量评估提供更可靠的数据支持。

引言

在碳化硅半导体制造领域，晶圆总厚度变化（TTV）不均匀性是影响器件性能和良率的关键因素。精确测量 TTV 厚度不均匀性有助于及时发现工艺问题、优化制造流程。然而，碳化硅衬底的材料特性和制造工艺导致其 TTV 不均匀性分布复杂，常规采样策略难以全面、准确地反映其真实情况，因此亟需研究适用于碳化硅衬底 TTV 厚度不均匀性测量的特殊采样策略。

不均匀性特征分析

碳化硅衬底 TTV 厚度不均匀性受晶体生长、加工工艺等多种因素影响，呈现出不同的分布特征。在晶体生长过程中，由于温度场、浓度场的不均匀，会导致衬底不同区域的生长速率差异，进而产生厚度变化 。加工过程中的研磨、抛光工艺参数波动，也会使衬底表面材料去除量不一致。此外，衬底边缘与中心区域的应力状态不同，容易造成边缘区域 TTV 不均匀性更为显著，这些特征为特殊采样策略的制定提供了依据。

特殊采样策略制定

采样点布局优化

针对碳化硅衬底 TTV 不均匀性的分布特点，采用非均匀采样点布局。在边缘区域、晶体生长缺陷易发区等不均匀性可能较大的部位，增加采样点密度，如采用网格加密的方式，确保能够捕捉到细微的厚度变化 。对于衬底中心相对均匀的区域，适当减少采样点数量，在保证测量准确性的同时提高测量效率。同时，结合衬底的晶向信息，在不同晶向方向上合理布置采样点，以全面反映各方向的 TTV 不均匀性。

采样频率确定

根据碳化硅衬底的生产批次、工艺稳定性等因素确定采样频率。对于工艺稳定性较差的批次，增加采样频率，以便及时发现 TTV 不均匀性的变化趋势；而对于成熟工艺生产的批次，可适当降低采样频率 。此外，在工艺参数调整后或设备维护后，应提高采样频率，监测 TTV 不均匀性是否受到影响，确保生产过程的稳定性。

动态自适应采样

引入传感器实时监测碳化硅衬底的加工过程参数，如研磨压力、抛光时间等。基于机器学习算法建立 TTV 不均匀性预测模型，根据实时监测的参数预测 TTV 不均匀性的变化 。当预测到不均匀性可能发生显著变化时，自动调整采样策略，增加采样点数量或提高采样频率，实现动态自适应采样，提高测量的针对性和准确性。

高通量晶圆测厚系统运用第三代扫频OCT技术，精准攻克晶圆/晶片厚度TTV重复精度不稳定难题，重复精度达3nm以下。针对行业厚度测量结果不一致的痛点，经不同时段测量验证，保障再现精度可靠。?

我们的数据和WAFERSIGHT2的数据测量对比,进一步验证了真值的再现性：

（以上为新启航实测样品数据结果）

该系统基于第三代可调谐扫频激光技术，相较传统双探头对射扫描，可一次完成所有平面度及厚度参数测量。其创新扫描原理极大提升材料兼容性，从轻掺到重掺P型硅，到碳化硅、蓝宝石、玻璃等多种晶圆材料均适用：?

对重掺型硅，可精准探测强吸收晶圆前后表面；?

点扫描第三代扫频激光技术，有效抵御光谱串扰，胜任粗糙晶圆表面测量；?

通过偏振效应补偿，增强低反射碳化硅、铌酸锂晶圆测量信噪比；

（以上为新启航实测样品数据结果）

支持绝缘体上硅和MEMS多层结构测量，覆盖μm级到数百μm级厚度范围，还可测量薄至4μm、精度达1nm的薄膜。

（以上为新启航实测样品数据结果）

此外，可调谐扫频激光具备出色的“温漂”处理能力，在极端环境中抗干扰性强，显著提升重复测量稳定性。

（以上为新启航实测样品数据结果）

系统采用第三代高速扫频可调谐激光器，摆脱传统SLD光源对“主动式减震平台”的依赖，凭借卓越抗干扰性实现小型化设计，还能与EFEM系统集成，满足产线自动化测量需求。运动控制灵活，适配2-12英寸方片和圆片测量。