摘要：碳化硅襯底切割對起始位置精度與厚度均勻性要求極高，自動對刀技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)手段，能夠有效提升切割起始位置精度，進(jìn)而優(yōu)化厚度均勻性。本文深入探討自動對刀技術(shù)的作用機(jī)制、實(shí)現(xiàn)方式及其對切割工藝優(yōu)化的重要意義。

一、引言

碳化硅襯底是第三代半導(dǎo)體器件的核心基礎(chǔ)材料，其切割質(zhì)量直接影響器件性能與成品率。在碳化硅襯底切割過程中，起始位置精度不足會導(dǎo)致切割路徑偏移，造成材料浪費(fèi)與加工誤差；而厚度不均勻則會影響后續(xù)芯片制造工藝的穩(wěn)定性。自動對刀技術(shù)通過精確確定刀具與工件的相對位置，為提升切割起始位置精度與優(yōu)化厚度均勻性提供了有效途徑。

二、自動對刀技術(shù)原理與分類

（一）技術(shù)原理

自動對刀技術(shù)基于傳感器獲取刀具與工件表面的位置信息，通過數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具位置的精確調(diào)整。其核心在于快速、準(zhǔn)確地感知刀具與工件的接觸狀態(tài)，將物理接觸信號轉(zhuǎn)化為電信號或數(shù)字信號，進(jìn)而驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對刀操作 。

（二）常見分類

常見的自動對刀技術(shù)包括接觸式對刀與非接觸式對刀。接觸式對刀通過刀具與工件直接接觸，利用壓力傳感器、電感傳感器等檢測接觸瞬間，實(shí)現(xiàn)位置校準(zhǔn)；非接觸式對刀則借助激光、紅外等光學(xué)手段，在不接觸工件的情況下測量刀具與工件的相對位置，具有對刀具和工件無損傷、測量速度快等優(yōu)勢。

三、自動對刀技術(shù)對切割起始位置精度的提升

（一）消除系統(tǒng)誤差

機(jī)床在長期使用過程中會產(chǎn)生機(jī)械磨損、熱變形等系統(tǒng)誤差，影響切割起始位置精度。自動對刀技術(shù)能夠?qū)崟r檢測刀具位置，通過補(bǔ)償算法修正機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系之間的偏差，消除因機(jī)床誤差導(dǎo)致的起始位置偏移，確保刀具準(zhǔn)確落于預(yù)設(shè)切割起始點(diǎn)。

（二）提高重復(fù)定位精度

對于批量碳化硅襯底切割，自動對刀技術(shù)可在每次切割前自動校準(zhǔn)刀具位置，避免人工對刀的主觀性與誤差，顯著提高切割起始位置的重復(fù)定位精度。即使在長時間連續(xù)加工過程中，也能保證每片襯底的切割起始位置一致性，為后續(xù)切割質(zhì)量穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。

四、基于起始位置精度提升的厚度均勻性優(yōu)化

（一）保證切割路徑準(zhǔn)確性

精確的起始位置確保了切割路徑嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)軌跡進(jìn)行。在碳化硅襯底切割中，若起始位置存在偏差，切割過程中刀具受力不均，易導(dǎo)致切割深度變化，進(jìn)而造成厚度不均勻。自動對刀技術(shù)使刀具從準(zhǔn)確位置開始切割，保證切割過程中各點(diǎn)切削深度一致，有效提升厚度均勻性。

（二）實(shí)時反饋與調(diào)整

自動對刀系統(tǒng)可與切割過程監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動，在切割過程中實(shí)時監(jiān)測刀具位置與切割參數(shù)。一旦檢測到厚度異常趨勢，系統(tǒng)能夠快速反饋并調(diào)整刀具位置或切割參數(shù)，及時糾正偏差，維持切割厚度的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對厚度均勻性的動態(tài)優(yōu)化。

五、自動對刀技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

（一）硬件系統(tǒng)搭建

自動對刀技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于高精度傳感器、高性能控制器與穩(wěn)定的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。選用分辨率高、響應(yīng)速度快的傳感器（如納米級精度激光位移傳感器）實(shí)時采集位置信息；采用運(yùn)算能力強(qiáng)的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與算法執(zhí)行；搭配高精度伺服電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保刀具位置調(diào)整的準(zhǔn)確性與快速性。

（二）軟件算法優(yōu)化

開發(fā)專用的自動對刀軟件算法，實(shí)現(xiàn)傳感器信號的濾波、處理與分析，以及對刀策略的智能化決策。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)歷史對刀數(shù)據(jù)與切割結(jié)果，優(yōu)化對刀參數(shù)與補(bǔ)償算法，提高自動對刀的精度與適應(yīng)性，使其更好地滿足碳化硅襯底切割工藝需求。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)運(yùn)用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準(zhǔn)攻克晶圓/晶片厚度TTV重復(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)精度達(dá)3nm以下。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時段測量驗(yàn)證，保障再現(xiàn)精度可靠。?

我們的數(shù)據(jù)和WAFERSIGHT2的數(shù)據(jù)測量對比,進(jìn)一步驗(yàn)證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

該系統(tǒng)基于第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相較傳統(tǒng)雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測量。其創(chuàng)新掃描原理極大提升材料兼容性，從輕摻到重?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)探測強(qiáng)吸收晶圓前后表面；?

點(diǎn)掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串?dāng)_，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測量信噪比；

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測量，覆蓋μm級到數(shù)百μm級厚度范圍，還可測量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

此外，可調(diào)諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環(huán)境中抗干擾性強(qiáng)，顯著提升重復(fù)測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

系統(tǒng)采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，擺脫傳統(tǒng)SLD光源對“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動化測量需求。運(yùn)動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。