探针式与非接触式碳化硅 TTV 厚度测量方法对比评测

一、引言

碳化硅（SiC）作为宽禁带半导体材料，在功率器件、射频器件等领域应用广泛。总厚度偏差（TTV）是衡量碳化硅衬底质量的关键指标，准确测量 TTV 对保障器件性能至关重要。目前，探针式和非接触式是碳化硅 TTV 厚度测量的两种主要方法，深入对比评测二者特性，有助于选择合适的测量方案，提升测量效率与准确性。

二、测量原理

2.1 探针式测量原理

探针式测量方法通常基于接触式位移传感原理 。测量时，探针与碳化硅衬底表面直接接触，通过传感器将探针因衬底表面起伏产生的位移转换为电信号，进而计算出衬底不同位置的厚度 。以高精度接触式测厚仪为例，其探针在微小压力下与衬底表面贴合，随着衬底表面高度变化，探针伸缩带动位移传感器输出相应信号，经数据处理系统计算得到 TTV 值 。

2.2 非接触式测量原理

非接触式测量方法多利用光学、电磁学等原理 。例如光学干涉法，通过向碳化硅衬底表面发射光束，光束在衬底上下表面反射后产生干涉条纹，根据干涉条纹的特征信息计算衬底厚度 。激光三角测量法也是常见的非接触式测量方法，激光束照射到衬底表面，反射光被探测器接收，根据反射光的角度和位置变化，结合几何关系计算出衬底厚度，进而得到 TTV 值 。

三、测量性能对比

3.1 测量精度

探针式测量方法理论上能实现较高精度，尤其是在测量表面平整的碳化硅衬底时 。但探针与衬底的接触力控制难度大，接触力过大会使衬底产生形变，导致测量误差；接触力过小则可能接触不良，影响测量稳定性 。非接触式测量方法避免了接触力对衬底的影响，对于表面不平整或超薄的碳化硅衬底，能更准确地反映其真实厚度 。然而，非接触式测量易受衬底表面粗糙度、反射率等因素干扰，若衬底表面存在杂质或缺陷，可能影响测量精度 。

3.2 测量速度

探针式测量由于每次测量都需探针与衬底接触并采集数据，对于大面积衬底测量，需逐点测量，测量速度较慢 。非接触式测量可实现大面积快速扫描，如光学干涉法能一次性获取较大区域的衬底厚度信息，测量速度明显快于探针式测量 。在大规模生产检测中，非接触式测量方法更能满足高效检测需求 。

3.3 设备成本与维护

探针式测量设备结构相对简单，硬件成本较低，但探针属于易损件，长期使用后磨损严重，需定期更换，增加了使用成本 。此外，探针与衬底接触测量，对设备的机械精度要求高，维护难度较大 。非接触式测量设备通常集成了复杂的光学或电磁学系统，硬件成本较高 。不过，非接触式测量设备无需频繁更换易损部件，且对环境条件要求相对稳定，日常维护相对简单 。

3.4 对样品的适用性

探针式测量适用于表面硬度高、不易被探针划伤的碳化硅衬底 。对于超薄或表面脆弱的衬底，接触力可能造成不可逆损伤，不适合采用探针式测量 。非接触式测量对样品无接触损伤，适用于各种类型的碳化硅衬底，包括超薄衬底、表面有特殊涂层的衬底等 。但对于表面反射率极低或透光性差的衬底，非接触式测量可能因信号微弱难以获取准确数据 。

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。