不同的碳化硅襯底的吸附方案對測量碳化硅襯底 BOW-WARP 的影響

不同的碳化硅襯底的吸附方案，對測量碳化硅襯底BOW/WARP的影響在當今蓬勃發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，碳化硅（SiC）襯底作為關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，正引領(lǐng)著高性能芯片制造邁向新的臺階。對于碳化硅襯底而言，其BOW（彎曲度）和WARP（翹曲度）參數(shù)猶如精密天平上的砝碼，細微的偏差都可能讓后續(xù)芯片制造工藝失衡，而不同的吸附方案則像是操控這一精密測量天平的無形之手，深刻影響著測量結(jié)果的精準度。一、傳統(tǒng)大面積真空吸附方案大面積真空吸附長期以來在碳化硅襯底測量領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它依托布滿吸盤表面的微小氣孔，在抽真空后，如同施展了強大的“吸力魔法”，讓襯底整個底面與吸盤緊密相擁，為測量儀器搭建起一個看似堅不可摧的穩(wěn)定平臺。從穩(wěn)定性角度審視，它確實表現(xiàn)卓越，能有效抵御外界輕微震動、氣流擾動等干擾因素，確保襯底在測量期間穩(wěn)如泰山。然而，當我們將目光聚焦于BOW/WARP測量時，問題接踵而至。碳化硅襯底在其復(fù)雜的制備旅程中，歷經(jīng)高溫淬煉、摻雜融合等工序，內(nèi)部積聚了錯綜復(fù)雜的熱應(yīng)力，不同材料層之間還時常因熱膨脹系數(shù)的差異而“鬧別扭”，導(dǎo)致應(yīng)力分布不均。此時，大面積真空吸附施加的均勻壓力，就像是給襯底披上了一層“緊身衣”，強行將其原本凹凸有致的“身形”往平整方向拉扯。測量探頭試圖捕捉襯底真實的BOW/WARP變化時，仿佛霧里看花，那些細微卻關(guān)鍵的形變被掩蓋，得到的測量結(jié)果往往與襯底實際的彎曲、翹曲狀態(tài)大相徑庭，給芯片制造工藝的精準調(diào)控蒙上了一層陰影。二、多點機械夾持吸附方案多點機械夾持吸附方案宛如一位小心翼翼的“拾貝者”，在碳化硅襯底邊緣精心挑選若干關(guān)鍵點位，通過機械夾具溫柔而堅定地施加壓力，將襯底固定。這一方案的精妙之處在于，它對襯底中心區(qū)域的應(yīng)力釋放干擾極小，理論上為襯底預(yù)留了足夠的“自由空間”，使其能自然舒展，呈現(xiàn)出最本真的彎曲或翹曲模樣?？涩F(xiàn)實的測量舞臺并非一帆風(fēng)順。機械夾具與襯底接觸的瞬間，就像兩個性格迥異的舞者初次搭檔，容易出現(xiàn)“摩擦”。由于接觸點局部壓力過大，襯底邊緣時常遭受微小“創(chuàng)傷”，這不僅影響襯底自身質(zhì)量，更可能在后續(xù)測量中引入額外誤差。并且，測量過程中只要外界稍有風(fēng)吹草動，如輕微震動來襲，夾持點就可能慌亂“走位”，引發(fā)襯底晃動不安，使得測量準確性與重復(fù)性如風(fēng)中殘燭，飄忽不定，讓工程師們在工藝優(yōu)化的道路上舉步維艱。三、新興環(huán)吸方案環(huán)吸方案恰似一位精準施策的“領(lǐng)航員”，為碳化硅襯底測量開辟了新航道。它獨具匠心地在襯底邊緣靠近圓周處勾勒出一道特定寬度的環(huán)形真空吸附區(qū)域。從固定原理來看，環(huán)形吸附區(qū)域產(chǎn)生的吸力恰到好處，既能穩(wěn)穩(wěn)托住襯底，對抗自重與外界小干擾，又像是一位善解人意的守護者，巧妙避開襯底中心的“敏感地帶”。當涉及BOW測量時，環(huán)吸方案優(yōu)勢盡顯。以一款用于新能源汽車充電樁功率模塊的碳化硅襯底為例，在經(jīng)歷嚴苛的功率循環(huán)測試后，襯底中心出現(xiàn)約30微米的凹陷彎曲。環(huán)吸方案下，測量探頭如同擁有“火眼金睛”，精準探測到這一細微變化，測量所得BOW值與模擬計算值偏差控制在3%以內(nèi)，為后續(xù)芯片制造工藝提供了高可信度的數(shù)據(jù)基石。反觀大面積真空吸附，偏差可能飆升至25%以上，高下立判。聚焦WARP測量，環(huán)吸方案更是展現(xiàn)出強大的“還原真相”能力。在化學(xué)機械拋光（CMP）工藝后，襯底因研磨不均陷入應(yīng)力失衡的“困境”，整體平面扭曲變形。環(huán)吸如同揭開神秘面紗的手，讓這種三維扭曲狀態(tài)毫無保留地呈現(xiàn)在測量視野中，助力工程師們透過精準數(shù)據(jù)，直擊工藝痛點，優(yōu)化后續(xù)薄膜沉積、光刻等關(guān)鍵工序，確保芯片性能穩(wěn)定輸出。四、復(fù)合型吸附方案探索隨著半導(dǎo)體技術(shù)的星辰大海愈發(fā)深邃，單一吸附方案逐漸顯露出局限性。如今，科研人員大膽探索復(fù)合型吸附方案，試圖融合多種方案的優(yōu)勢。例如，將環(huán)吸的穩(wěn)定性與多點機械夾持的應(yīng)力釋放靈活性相結(jié)合，在初始測量階段，利用多點夾持讓襯底自然松弛，初步感知整體形變趨勢；隨后切換至環(huán)吸精準固定，進行高精度測量。又或是引入智能調(diào)控系統(tǒng)，依據(jù)襯底實時狀態(tài)動態(tài)調(diào)整吸附力分布，無論是應(yīng)對復(fù)雜應(yīng)力分布的襯底，還是在不同測量環(huán)境下，都力求實現(xiàn)BOW/WARP測量的極致精準。綜上所述，不同的碳化硅襯底吸附方案在測量BOW/WARP時各有千秋，也各存短板。從傳統(tǒng)方案的經(jīng)驗積累，到新興環(huán)吸方案的突破創(chuàng)新，再到復(fù)合型方案的前沿探索，每一步都是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)追求卓越、精益求精的見證。只有深入理解每種方案的影響機制，持續(xù)優(yōu)化創(chuàng)新，才能讓碳化硅襯底測量精準無誤，為高端芯片制造的宏偉藍圖添上濃墨重彩的一筆。五、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（TotalThicknessVariation，總厚度偏差）、BOW（彎曲度）、WARP（翹曲度），TIR（TotalIndicatedReading總指示讀數(shù)，STIR（SiteTotalIndicatedReading局部總指示讀數(shù)），LTV（LocalThicknessVariation局部厚度偏差）等這類技術(shù)指標。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擾噪聲影響，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?？捎糜跍y量各類薄膜厚度，厚度最薄可低至4μm，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。4，采用第三代高速掃