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在半導(dǎo)體領(lǐng)域的璀璨星河中，氮化鎵（GaN）襯底正憑借其優(yōu)異的性能，如高電子遷移率、寬禁帶等特性，在光電器件、功率器件等諸多應(yīng)用場景中嶄露頭角，成為推動行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。而對于氮化鎵襯底而言，其 BOW（彎曲度）和 WARP（翹曲度）的精確測量是保障后續(xù)芯片制造工藝精準(zhǔn)實施的重要前提，不同的吸附方案在這一測量環(huán)節(jié)中扮演著截然不同的角色，其中環(huán)吸方案更是以獨特優(yōu)勢與其他方案形成鮮明對比，對測量結(jié)果產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。

一、常見吸附方案解析

傳統(tǒng)用于氮化鎵襯底的吸附方案主要有大面積平板吸附和多點接觸吸附。大面積平板吸附借助布滿吸盤表面的微小氣孔，通過抽真空使襯底整個底面與吸盤緊密貼合，構(gòu)建起強大的吸附力。這一方式在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，能夠有效抵御外界輕微震動、氣流擾動等干擾因素，為測量儀器提供穩(wěn)定的操作平臺。然而，當(dāng)聚焦于氮化鎵襯底的 BOW/WARP 測量時，弊端逐漸顯現(xiàn)。氮化鎵襯底在生長過程中，由于高溫、高壓以及不同材料層間熱膨脹系數(shù)的差異，內(nèi)部積聚了復(fù)雜的應(yīng)力。大面積平板吸附施加的均勻壓力，如同給襯底套上了一層 “緊箍咒”，掩蓋了襯底真實的形變狀態(tài)，使得測量探頭難以捕捉到細(xì)微的 BOW/WARP 變化，導(dǎo)致測量結(jié)果偏離襯底實際情況，為后續(xù)工藝優(yōu)化埋下隱患。

多點接觸吸附則是在襯底邊緣選取若干點位，利用機械夾具或真空吸嘴施加吸力固定。此方案的設(shè)計初衷是盡量減少對襯底中心區(qū)域應(yīng)力釋放的影響，讓襯底能夠自然呈現(xiàn)其原本的彎曲或翹曲形態(tài)。但在實際操作中，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，影響襯底質(zhì)量。而且，在測量過程中，若受到外界輕微震動干擾，多點接觸的穩(wěn)定性欠佳，容易引發(fā)襯底晃動，致使測量準(zhǔn)確性與重復(fù)性大打折扣，給工程師精準(zhǔn)判斷襯底 BOW/WARP 狀況帶來極大困難。

二、環(huán)吸方案原理與特性

環(huán)吸方案針對氮化鎵襯底的特性進行精心設(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。相較于大面積平板吸附，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，在氮化鎵外延生長后，由于外延層與襯底晶格常數(shù)存在差異，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(zhǔn)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，對比多點接觸吸附，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，氮化鎵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，大面積平板吸附易造成測量值偏低，無法準(zhǔn)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(zhǔn)捕捉從幾微米到幾十微米的彎曲變化。以某款用于藍(lán)光 LED 制造的氮化鎵襯底為例，經(jīng)模擬實際工況的熱循環(huán)測試后，襯底中心產(chǎn)生約 25 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 4% 以內(nèi)，而大面積平板吸附測量偏差高達(dá) 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(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。

2、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性保障

在批量測量氮化鎵襯底 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 片氮化鎵襯底 BOW 過程中，環(huán)吸方案下測量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差僅為 2.5 微米左右，相較于多點接觸吸附動輒超過 6 微米的標(biāo)準(zhǔn)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，即氮化鎵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。相比大面積平板吸附造成的 “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(zhǔn)確的 WARP 測量數(shù)據(jù)對于工藝優(yōu)化至關(guān)月。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(zhǔn)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，推動氮化鎵基半導(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

盡管氮化鎵襯底的環(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，隨著氮化鎵襯底向大尺寸化發(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(zhǔn)性，成為當(dāng)下亟待攻克的技術(shù)難題。

綜上所述，氮化鎵襯底的環(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，有望成為氮化鎵襯底測量吸附的主流方案，為蓬勃發(fā)展的氮化鎵半導(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)。