一、引言

碳化硅（SiC）憑借優(yōu)異的物理化學(xué)性能，成為功率半導(dǎo)體器件的核心材料?？偤穸绕睿═TV）作為衡量 SiC 襯底質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，其精確測(cè)量對(duì)器件性能和可靠性至關(guān)重要。然而，碳化硅獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)賦予其顯著的各向異性，在 TTV 厚度測(cè)量過(guò)程中，各向異性效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)偏差，影響測(cè)量準(zhǔn)確性。深入研究各向異性效應(yīng)并探尋有效的修正算法，是提升碳化硅 TTV 厚度測(cè)量精度的關(guān)鍵。

二、碳化硅各向異性效應(yīng)的產(chǎn)生與表現(xiàn)

2.1 晶體結(jié)構(gòu)與各向異性的關(guān)聯(lián)

碳化硅存在多種晶體結(jié)構(gòu)，如 4H-SiC、6H-SiC 等，其晶體內(nèi)部原子排列在不同晶向上存在差異 。這種結(jié)構(gòu)差異使得碳化硅在不同晶向表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，包括熱膨脹系數(shù)、彈性模量、硬度等 。例如，不同晶向的熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致在溫度變化時(shí)，襯底各方向的尺寸變化不一致，影響 TTV 測(cè)量結(jié)果。

2.2 各向異性對(duì) TTV 測(cè)量的影響

在 TTV 厚度測(cè)量中，各向異性效應(yīng)主要體現(xiàn)在測(cè)量信號(hào)的差異上。當(dāng)采用接觸式測(cè)量時(shí)，由于不同晶向硬度不同，測(cè)量探頭與襯底接觸時(shí)的接觸力和接觸面積會(huì)隨晶向變化，進(jìn)而影響測(cè)量信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性 。非接觸式測(cè)量中，各向異性導(dǎo)致的表面光學(xué)性質(zhì)差異，如反射率、折射率在不同晶向的不同，使得光學(xué)測(cè)量信號(hào)出現(xiàn)偏差，難以準(zhǔn)確反映襯底的真實(shí)厚度分布 。

三、各向異性效應(yīng)的修正算法

3.1 基于晶向補(bǔ)償?shù)乃惴?/p>

通過(guò)對(duì)碳化硅襯底晶向的精確識(shí)別，建立不同晶向與測(cè)量誤差之間的關(guān)系模型 。在測(cè)量前，利用 X 射線(xiàn)衍射（XRD）等技術(shù)確定襯底晶向，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的晶向 - 誤差補(bǔ)償表，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正 。例如，已知某一晶向?qū)?yīng)的測(cè)量誤差為特定值，在測(cè)量時(shí)將該誤差值從原始測(cè)量數(shù)據(jù)中扣除，以得到更準(zhǔn)確的 TTV 值。

3.2 機(jī)器學(xué)習(xí)修正算法

利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法強(qiáng)大的非線(xiàn)性擬合能力，處理各向異性帶來(lái)的復(fù)雜測(cè)量誤差 。收集大量不同晶向、不同條件下的碳化硅 TTV 測(cè)量數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的真實(shí)值，構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集 。通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等模型，學(xué)習(xí)測(cè)量數(shù)據(jù)與真實(shí)值之間的映射關(guān)系 。在實(shí)際測(cè)量中，將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的模型，模型自動(dòng)輸出修正后的 TTV 值，實(shí)現(xiàn)對(duì)各向異性效應(yīng)的有效修正 。

3.3 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法

結(jié)合測(cè)量過(guò)程中的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度等）和測(cè)量數(shù)據(jù)，建立動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模型 ?？紤]到各向異性效應(yīng)會(huì)隨環(huán)境變化而改變，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出各向異性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度 。然后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，以適應(yīng)測(cè)量過(guò)程中各向異性效應(yīng)的變化，提高測(cè)量精度 。

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)叫凸瑁删珳?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。