碳化硅襯底的環(huán)吸方案相比其他吸附方案，對于測量碳化硅襯底 BOW/WARP 的影響

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，隨著碳化硅（SiC）材料因其卓越的電學(xué)性能、高熱導(dǎo)率等優(yōu)勢逐漸嶄露頭角，成為新一代功率器件、射頻器件等制造的熱門襯底選擇，對碳化硅襯底質(zhì)量的精準把控愈發(fā)關(guān)鍵。其中，碳化硅襯底的 BOW（彎曲度）和 WARP（翹曲度）測量精度直接影響后續(xù)芯片加工工藝的良率與性能，而不同的吸附方案在這一測量過程中扮演著舉足輕重的角色，環(huán)吸方案更是以其獨特性與其他吸附方案形成鮮明對比，對測量結(jié)果產(chǎn)生著顯著影響。

一、常見吸附方案剖析

傳統(tǒng)用于碳化硅襯底的吸附方案包括大面積真空吸附和多點機械夾持吸附。大面積真空吸附是通過在吸盤表面構(gòu)建均勻分布的微小氣孔，抽真空后使襯底整個底面緊密貼合吸盤。這種方式能提供強大且穩(wěn)定的吸附力，確保襯底在測量平臺上紋絲不動，為高精度測量儀器創(chuàng)造穩(wěn)定的操作基礎(chǔ)。然而，對于 BOW/WARP 測量而言，其弊端逐漸顯現(xiàn)。碳化硅襯底在制備過程中，由于高溫生長、摻雜工藝引入的熱應(yīng)力以及不同材料層間熱膨脹系數(shù)失配等因素，內(nèi)部應(yīng)力分布復(fù)雜，大面積吸附施加的均勻壓力易掩蓋襯底真實的形變狀態(tài)，使得測量探頭難以捕捉到細微的 BOW/WARP 變化，導(dǎo)致測量結(jié)果趨于 “平整化”，與襯底實際情況存在偏差。

多點機械夾持吸附則是在襯底邊緣選取若干個點位，利用機械夾具施加壓力固定。此方案的優(yōu)勢在于對襯底中心區(qū)域的應(yīng)力釋放影響較小，理論上能讓襯底自然呈現(xiàn)其原本的彎曲或翹曲形態(tài)。但實際操作中，由于機械夾具與襯底接觸點的局部壓力較大，容易在襯底邊緣造成微小損傷，并且在測量過程中，若受到外界輕微震動干擾，夾持點可能發(fā)生松動或位移，進而引發(fā)襯底晃動，嚴重影響測量的準確性與重復(fù)性，給 BOW/WARP 測量帶來極大的不確定性。

二、環(huán)吸方案原理與特性

環(huán)吸方案針對碳化硅襯底的特性進行設(shè)計，在襯底邊緣靠近圓周的特定寬度環(huán)形區(qū)域布置真空吸附結(jié)構(gòu)。從原理上講，環(huán)形吸附區(qū)域產(chǎn)生的吸力足以抗衡襯底自重以及測量過程中的輕微擾動，穩(wěn)穩(wěn)固定襯底位置。相較于大面積真空吸附，它巧妙避開了襯底中心大面積區(qū)域，使得襯底內(nèi)部因應(yīng)力積累而產(chǎn)生的 BOW/WARP 能夠不受過多約束地展現(xiàn)出來。例如，在碳化硅外延生長后，由于外延層與襯底晶格常數(shù)差異，界面處產(chǎn)生應(yīng)力，引發(fā)襯底中心區(qū)域向某一方向彎曲，環(huán)吸方案下測量設(shè)備能精準探測到這種彎曲程度，真實反映襯底的 BOW 狀況，為后續(xù)工藝調(diào)整提供可靠依據(jù)。

同時，對比多點機械夾持吸附，環(huán)吸方案避免了機械接觸帶來的邊緣損傷風(fēng)險，且環(huán)形吸附的連續(xù)結(jié)構(gòu)提供了更穩(wěn)定可靠的固定效果，即使在存在一定環(huán)境震動或氣流擾動的測量環(huán)境中，碳化硅襯底依然能保持既定姿態(tài)，確保多次測量結(jié)果的高度一致性，極大提升了 BOW/WARP 測量的重復(fù)性精度。

三、對測量 BOW 的具體影響

1.精度提升

在 BOW 測量精度方面，環(huán)吸方案優(yōu)勢顯著。如前所述，大面積真空吸附易造成測量值偏低，無法準確反映真實彎曲度。環(huán)吸方案下，測量探頭能夠更接近襯底的實際彎曲表面，精準捕捉從幾微米到幾十微米的彎曲變化。以某款高功率碳化硅器件用襯底為例，經(jīng)模擬實際工況的熱循環(huán)測試后，襯底中心產(chǎn)生約 20 微米的凸起彎曲，采用環(huán)吸方案測量的 BOW 值與理論計算值偏差控制在 5% 以內(nèi)，而大面積真空吸附測量偏差高達 20% 以上，充分證明環(huán)吸對 BOW 測量精度的卓越提升能力，為高精度芯片制造工藝提供精準數(shù)據(jù)支撐。

2.數(shù)據(jù)穩(wěn)定性保障

在批量測量碳化硅襯底 BOW 時，環(huán)吸方案憑借穩(wěn)定的環(huán)形吸附力，確保每一片襯底在測量平臺上的放置姿態(tài)和受力狀態(tài)近乎一致。無論測量環(huán)境溫度、濕度如何微小波動，或是設(shè)備運行產(chǎn)生的輕微震動，環(huán)吸都能有效緩沖外界干擾，使襯底維持穩(wěn)定測量條件。實驗數(shù)據(jù)表明，在連續(xù)測量同一批次 50 片碳化硅襯底 BOW 過程中，環(huán)吸方案下測量數(shù)據(jù)的標(biāo)準差僅為 2 微米左右，相較于多點機械夾持吸附動輒超過 5 微米的標(biāo)準差，環(huán)吸極大保障了 BOW 測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，方便工藝工程師快速篩選出 BOW 異常襯底，提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量管控水平。

四、對測量 WARP 的突出影響

3.真實形變還原

當(dāng)聚焦于 WARP 測量，即碳化硅襯底整體平面的扭曲狀況時，環(huán)吸方案展現(xiàn)出強大的還原能力。由于僅在邊緣環(huán)形區(qū)域作用，襯底各個部分依據(jù)自身應(yīng)力分布自由翹曲。例如，在化學(xué)機械拋光（CMP）工藝后，因研磨不均勻，襯底不同區(qū)域應(yīng)力失衡引發(fā) WARP，環(huán)吸讓這種三維扭曲狀態(tài)完整暴露，測量數(shù)據(jù)全面反映襯底真實質(zhì)量。相比大面積真空吸附造成的 “假平整” 假象，環(huán)吸為工藝改進提供了無可替代的可靠依據(jù)，助力優(yōu)化后續(xù)的薄膜沉積、光刻等工序，確保芯片性能一致性。

4.工藝優(yōu)化導(dǎo)向性增強

在半導(dǎo)體制造全流程視角下，準確的 WARP 測量數(shù)據(jù)對于工藝優(yōu)化至關(guān)重要。環(huán)吸方案所獲取的高精度、真實反映襯底 WARP 的數(shù)據(jù)，能夠精準指導(dǎo)從襯底制備初期的熱工藝參數(shù)調(diào)整，到芯片制造后期封裝工藝的適配性改進。通過對大量采用環(huán)吸方案測量 WARP 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，工藝研發(fā)團隊可以快速定位工藝瓶頸，如發(fā)現(xiàn)某一熱退火環(huán)節(jié)溫度梯度不合理導(dǎo)致襯底 WARP 增大，進而針對性優(yōu)化工藝，降低不良品率，推動碳化硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向更高工藝成熟度邁進。

五、面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略

盡管碳化硅襯底的環(huán)吸方案優(yōu)勢盡顯，但在實際應(yīng)用與推廣中仍面臨挑戰(zhàn)。一方面，環(huán)形吸附區(qū)域的設(shè)計與制造精度要求極高，吸附力的均勻性稍有偏差，就可能導(dǎo)致襯底邊緣局部受力不均，產(chǎn)生微小變形，影響測量精度。這需要借助先進的微納加工技術(shù)優(yōu)化吸附環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)合高精度壓力傳感器實時監(jiān)測與反饋調(diào)控，確保吸力均勻穩(wěn)定。另一方面，隨著碳化硅襯底向大尺寸化發(fā)展，維持環(huán)形吸附的穩(wěn)定性愈發(fā)困難。研發(fā)適配大尺寸襯底的寬環(huán)、分段環(huán)等創(chuàng)新型環(huán)吸結(jié)構(gòu)，配合智能算法動態(tài)分配吸附力，保障不同尺寸規(guī)格下襯底 BOW/WARP 測量的精準性，成為當(dāng)下亟待攻克的技術(shù)難題。

綜上所述，碳化硅襯底的環(huán)吸方案在測量 BOW/WARP 方面相較于其他吸附方案展現(xiàn)出高精度、高穩(wěn)定性、真實還原形變等諸多優(yōu)勢，雖面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，但隨著科研人員持續(xù)攻堅克難，不斷優(yōu)化創(chuàng)新，有望成為碳化硅襯底測量吸附的主流方案，為蓬勃發(fā)展的碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)注入強勁動力，助力高端芯片制造邁向新征程。

六、高通量晶圓測厚系統(tǒng)

高通量晶圓測厚系統(tǒng)以光學(xué)相干層析成像原理，可解決晶圓/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，總厚度偏差）、BOW（彎曲度）、WARP（翹曲度），TIR（Total Indicated Reading 總指示讀數(shù)，STIR（Site Total Indicated Reading 局部總指示讀數(shù)），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等這類技術(shù)指標(biāo)。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)，全新采用的第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相比傳統(tǒng)上下雙探頭對射掃描方式；可一次性測量所有平面度及厚度參數(shù)。

1，靈活適用更復(fù)雜的材料，從輕摻到重摻 P 型硅 (P++)，碳化硅，藍寶石，玻璃，鈮酸鋰等晶圓材料。

重摻型硅（強吸收晶圓的前后表面探測）

粗糙的晶圓表面，（點掃描的第三代掃頻激光，相比靠光譜探測方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對測量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)；（通過對偏振效應(yīng)的補償，加強對低反射晶圓表面測量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時測量多 層 結(jié) 構(gòu)，厚 度 可 從μm級到數(shù)百μm 級不等。

可用于測量各類薄膜厚度，厚度最薄可低至 4 μm ，精度可達1nm。

2，可調(diào)諧掃頻激光的“溫漂”處理能力，體現(xiàn)在極端工作環(huán)境中抗干擾能力強，充分提高重復(fù)性測量能力。

采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，一改過去傳統(tǒng)SLD寬頻低相干光源的干涉模式，解決了由于相干長度短，而重度依賴“主動式減震平臺”的情況。卓越的抗干擾，實現(xiàn)小型化設(shè)計，同時也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)線自動化集成測量。

3，靈活的運動控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測量。