摘要

本文聚焦碳化硅襯底 TTV 厚度測量過程，深入探究表面粗糙度對測量結(jié)果的影響機制，通過理論分析與實驗驗證，揭示表面粗糙度與測量誤差的關(guān)聯(lián)，為優(yōu)化碳化硅襯底 TTV 測量方法、提升測量準(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)，其精確測量至關(guān)重要。然而，碳化硅襯底表面粗糙度會對 TTV 厚度測量結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。研究表面粗糙度對 TTV 測量結(jié)果的影響，有助于深入理解測量誤差來源，進(jìn)而改進(jìn)測量方法，提高測量精度，對推動碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

表面粗糙度對測量結(jié)果的影響機制

光學(xué)測量方法

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

探針接觸式測量方法

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

實驗設(shè)計與初步驗證

實驗樣品準(zhǔn)備

選取多片碳化硅襯底，通過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樣品表面粗糙度進(jìn)行精確測量，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） 。

測量實驗與數(shù)據(jù)分析

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

高通量晶圓測厚系統(tǒng)運用第三代掃頻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(jìn)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?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)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?dāng)_，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(dá)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。