原创不同的氮化镓衬底的吸附方案，对测量氮化镓衬底 BOW/WARP 的影响

 2025-1-17 10:11  42 0 分类: 测试测量

在当今高速发展的半导体产业浪潮中，氮化镓（GaN）衬底宛如一颗耀眼的新星，凭借其卓越的电学与光学性能，在众多高端芯片制造领域，尤其是光电器件、功率器件等方向，开拓出广阔的应用天地。然而，要想充分发挥氮化镓衬底的优势，确保其 BOW（弯曲度）和 WARP（翘曲度）的精准测量至关重要，因为这直接关联到后续芯片制造工艺的良率与性能表现。不同的吸附方案恰似一双双各异的 “巧手”，在测量氮化镓衬底 BOW/WARP 的过程中，施展着截然不同的 “操控魔法”，深刻影响着最终测量结果的精度与可靠性。

一、大面积平板吸附：稳定有余，精准不足

大面积平板吸附作为一种经典的吸附方案，历史悠久且应用广泛。它依托精密制造的吸盘，其表面均匀分布着密密麻麻的微小气孔，当抽真空系统启动，强大的吸力瞬间将氮化镓衬底整个底面紧紧吸附于吸盘之上，构建起一座看似坚不可摧的 “测量堡垒”。从稳定性视角审视，它无疑表现卓越，无论是外界轻微的震动干扰，还是车间内气流的无序扰动，都难以撼动衬底分毫，为高精度测量仪器提供了理想的静态工作平台。

但当我们将目光聚焦于氮化镓衬底 BOW/WARP 测量这一关键任务时，其短板便暴露无遗。氮化镓衬底的制备过程宛如一场 “高温高压的成长试炼”，在晶体生长、外延层沉积等环节，由于高温热应力、不同材料层间热膨胀系数失配等复杂因素交织，衬底内部积蓄了大量错综复杂的应力。此时，大面积平板吸附施加的均匀且强大的压力，如同给衬底披上了一层无形却紧固的 “束缚铠甲”，硬生生地将衬底原本自然的弯曲、翘曲形态往理想的 “平面” 状态拉扯。如此一来，测量探头在试图捕捉衬底真实的 BOW/WARP 细微变化时，仿佛雾里看花，那些隐藏在应力之下、关乎芯片制造成败的几微米甚至更小尺度的形变信息被无情掩盖，导致测量结果与衬底实际的物理状态南辕北辙，为后续工艺优化与质量管控埋下深深的隐患。

二、多点接触吸附：力求自然，稳定性欠佳

多点接触吸附方案则像是一位小心翼翼的 “平衡大师”，它摒弃了大面积吸附的 “粗放”，转而在氮化镓衬底边缘精心挑选若干关键支撑点位，通过机械夹具的精准夹持或小型真空吸嘴的定点吸附，温柔且坚定地将衬底固定。这一设计理念的精妙之处在于，它最大限度地为衬底中心区域预留了 “自由呼吸” 的空间，理论上能让衬底内部应力得以自然释放，进而在测量时呈现出最本真的弯曲、翘曲模样。

可现实的测量环境远非理想状态那般平静。机械夹具与衬底接触的瞬间，就如同两个性格迥异的舞者初次磨合，难免出现 “摩擦碰撞”。由于接触点局部压力相对集中，衬底边缘时常遭受微小却不容忽视的 “创伤”，这不仅影响衬底自身的物理完整性，更可能在后续测量环节引入额外的误差 “杂音”。并且，在测量过程中，只要外界稍有风吹草动，诸如轻微震动的突然来袭，多点接触的脆弱稳定性便原形毕露，夹持点极易发生松动或位移，进而引发衬底的晃动不安，使得测量准确性与重复性如同风中残烛，飘忽不定，让工程师们在追求精准工艺参数的道路上步履维艰。

三、环吸方案：精准与稳定的精妙平衡

环吸方案恰似一位精准施策的 “领航员”，为氮化镓衬底测量开辟了全新的航道。它独具匠心地在衬底边缘靠近圆周处勾勒出一道特定宽度的环形真空吸附区域，宛如为衬底量身定制了一条既稳固又不失灵活的 “安全带”。从固定原理来看，环形吸附区域产生的吸力恰到好处，既能稳稳托住衬底，对抗自重与外界小干扰，又像是一位善解人意的守护者，巧妙避开衬底中心的 “敏感地带”。

以 BOW 测量为例，当氮化镓衬底经历模拟实际工况的热循环测试后，中心区域可能出现几十微米的弯曲形变。环吸方案下，测量探头如同拥有 “火眼金睛”，能够近距离、精准地捕捉到这些细微变化，以某款用于 5G 基站功率放大器芯片的氮化镓衬底为例，测量所得 BOW 值与理论计算值偏差控制在 3% 以内，为后续芯片制造工艺提供了高可信度的数据基石。反观大面积平板吸附，偏差可能飙升至 20% 以上，高下立判。

聚焦 WARP 测量时，环吸方案更是展现出强大的 “还原真相” 能力。在化学机械抛光（CMP）工艺后，衬底因研磨不均陷入应力失衡的 “困境”，整体平面扭曲变形。环吸如同揭开神秘面纱的手，让这种三维扭曲状态毫无保留地呈现在测量视野中，助力工程师们透过精准数据，直击工艺痛点，优化后续薄膜沉积、光刻等关键工序，确保芯片性能稳定输出。

四、复合型吸附：探索多元融合之路

随着半导体技术向着更高精度、更复杂工艺的星辰大海不断迈进，单一吸附方案逐渐显露出 “力不从心” 的疲态。当下，科研人员大胆创新，积极探索复合型吸附方案，试图融合多种方案的优势，打造出更贴合氮化镓衬底测量需求的 “超级工具”。

例如，将环吸方案的稳定性与多点接触吸附的应力释放灵活性深度融合，在测量初始阶段，利用多点夹持让衬底自然松弛，初步感知整体形变趋势；随后无缝切换至环吸精准固定，进行高精度测量。又或是引入智能调控系统，依据衬底实时状态动态调整吸附力分布，无论是应对复杂应力分布的衬底，还是在不同测量环境下，都力求实现 BOW/WARP 测量的极致精准。

综上所述，不同的氮化镓衬底吸附方案在测量 BOW/WARP 时各有千秋，也各存短板。从传统方案的经验积累，到新兴环吸方案的突破创新，再到复合型方案的前沿探索，每一步都是半导体产业追求卓越、精益求精的见证。只有深入理解每种方案的影响机制，持续优化创新，才能让氮化镓衬底测量精准无误，为高端芯片制造的宏伟蓝图添上浓墨重彩的一笔。

五、高通量晶圆测厚系统

高通量晶圆测厚系统以光学相干层析成像原理，可解决晶圆/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，总厚度偏差）、BOW（弯曲度）、WARP（翘曲度），TIR（Total Indicated Reading 总指示读数，STIR（Site Total Indicated Reading 局部总指示读数），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等这类技术指标。