自动对刀技术对碳化硅衬底切割起始位置精度的提升及厚度均匀性优化

摘要：碳化硅衬底切割对起始位置精度与厚度均匀性要求极高，自动对刀技术作为关键技术手段，能够有效提升切割起始位置精度，进而优化厚度均匀性。本文深入探讨自动对刀技术的作用机制、实现方式及其对切割工艺优化的重要意义。

一、引言

碳化硅衬底是第三代半导体器件的核心基础材料，其切割质量直接影响器件性能与成品率。在碳化硅衬底切割过程中，起始位置精度不足会导致切割路径偏移，造成材料浪费与加工误差；而厚度不均匀则会影响后续芯片制造工艺的稳定性。自动对刀技术通过精确确定刀具与工件的相对位置，为提升切割起始位置精度与优化厚度均匀性提供了有效途径。

二、自动对刀技术原理与分类

（一）技术原理

自动对刀技术基于传感器获取刀具与工件表面的位置信息，通过数据处理与控制系统实现刀具位置的精确调整。其核心在于快速、准确地感知刀具与工件的接触状态，将物理接触信号转化为电信号或数字信号，进而驱动执行机构完成对刀操作 。

（二）常见分类

常见的自动对刀技术包括接触式对刀与非接触式对刀。接触式对刀通过刀具与工件直接接触，利用压力传感器、电感传感器等检测接触瞬间，实现位置校准；非接触式对刀则借助激光、红外等光学手段，在不接触工件的情况下测量刀具与工件的相对位置，具有对刀具和工件无损伤、测量速度快等优势。

三、自动对刀技术对切割起始位置精度的提升

（一）消除系统误差

机床在长期使用过程中会产生机械磨损、热变形等系统误差，影响切割起始位置精度。自动对刀技术能够实时检测刀具位置，通过补偿算法修正机床坐标系与工件坐标系之间的偏差，消除因机床误差导致的起始位置偏移，确保刀具准确落于预设切割起始点。

（二）提高重复定位精度

对于批量碳化硅衬底切割，自动对刀技术可在每次切割前自动校准刀具位置，避免人工对刀的主观性与误差，显著提高切割起始位置的重复定位精度。即使在长时间连续加工过程中，也能保证每片衬底的切割起始位置一致性，为后续切割质量稳定奠定基础。

四、基于起始位置精度提升的厚度均匀性优化

（一）保证切割路径准确性

精确的起始位置确保了切割路径严格按照预设轨迹进行。在碳化硅衬底切割中，若起始位置存在偏差，切割过程中刀具受力不均，易导致切割深度变化，进而造成厚度不均匀。自动对刀技术使刀具从准确位置开始切割，保证切割过程中各点切削深度一致，有效提升厚度均匀性。

（二）实时反馈与调整

自动对刀系统可与切割过程监测系统联动，在切割过程中实时监测刀具位置与切割参数。一旦检测到厚度异常趋势，系统能够快速反馈并调整刀具位置或切割参数，及时纠正偏差，维持切割厚度的稳定性，实现对厚度均匀性的动态优化。

五、自动对刀技术的实现与应用

（一）硬件系统搭建

自动对刀技术的实现依赖于高精度传感器、高性能控制器与稳定的执行机构。选用分辨率高、响应速度快的传感器（如纳米级精度激光位移传感器）实时采集位置信息；采用运算能力强的控制器进行数据处理与算法执行；搭配高精度伺服电机等执行机构，确保刀具位置调整的准确性与快速性。

（二）软件算法优化

开发专用的自动对刀软件算法，实现传感器信号的滤波、处理与分析，以及对刀策略的智能化决策。结合机器学习算法，根据历史对刀数据与切割结果，优化对刀参数与补偿算法，提高自动对刀的精度与适应性，使其更好地满足碳化硅衬底切割工艺需求。

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。