一、引言

碳化硅（SiC）作為第三代半導體材料的代表，以其卓越的物理化學性能，在新能源汽車、軌道交通、5G 通信等關鍵領域展現出不可替代的作用。然而，SiC 材料硬度高、脆性大的特性，給其襯底切割加工帶來了極大挑戰。傳統切割方法存在切割精度低、效率慢、厚度均勻性差等問題，嚴重制約了 SiC 器件的性能與生產規模。在此背景下，開發基于機器視覺的碳化硅襯底切割自動對刀系統，并實現厚度均勻性控制，對推動 SiC 產業發展具有重要意義。

二、系統總體設計

自動對刀系統主要由機器視覺模塊、運動控制模塊、切割執行模塊和控制系統組成。機器視覺模塊采用高分辨率工業相機與定制光學鏡頭，實時采集切割區域圖像。運動控制模塊通過精密電機與絲杠導軌，精準控制切割刀具的位置與進給速度。切割執行模塊根據不同切割工藝（如金剛線切割、激光切割等）選擇相應刀具。控制系統整合各模塊信息，實現自動化運行。

三、機器視覺對刀原理與實現

3.1 圖像采集與預處理

工業相機以固定幀率采集切割區域圖像，圖像經灰度化、濾波、增強等預處理操作，提升圖像質量，凸顯襯底與刀具邊緣特征，為后續特征提取做準備。例如，采用高斯濾波去除圖像噪聲，直方圖均衡化增強圖像對比度。

3.2 特征提取與匹配

利用邊緣檢測算法（如 Canny 算法）提取襯底邊緣輪廓與刀具特征點。通過模板匹配技術，將實時采集圖像中的刀具特征與預先存儲的標準刀具模板進行匹配，確定刀具實際位置與姿態。當檢測到刀具位置偏差時，控制系統計算補償量并發送指令給運動控制模塊，實現刀具自動調整。

四、厚度均勻性控制策略

4.1 進給量動態調節

碳化硅襯底切割過程中，依據切割深度、刀具磨損狀態等因素動態調整進給量。切割起始階段，材料表面完整，刀具與材料接觸狀態穩定，可采用較大進給量提高加工效率。隨著切割深入，刀具磨損加劇，材料內部應力分布改變，此時逐步減小進給量，能有效控制切割力在合理范圍，維持材料均勻去除，保證厚度均勻性。構建以切割深度為自變量，進給量為因變量的梯度調節函數，通過傳感器實時監測切割深度、刀具振動、切割力等參數，將數據反饋至控制系統，由控制系統依據預設的梯度調節模型，動態調整進給量。

4.2 切割參數優化

通過實驗與仿真相結合的方式，建立切割參數（如切割速度、進給量、切割功率等）與厚度均勻性的映射關系模型。利用該模型，針對不同規格的碳化硅襯底，優化切割參數組合，使切割過程中材料去除均勻，降低厚度偏差。例如，對于較薄的襯底，適當減小切割速度與進給量；對于硬度更高的碳化硅材料，調整切割功率與冷卻條件，確保切割過程穩定，提升厚度均勻性。

高通量晶圓測厚系統運用第三代掃頻OCT技術，精準攻克晶圓/晶片厚度TTV重復精度不穩定難題，重復精度達3nm以下。針對行業厚度測量結果不一致的痛點，經不同時段測量驗證，保障再現精度可靠。?

我們的數據和WAFERSIGHT2的數據測量對比,進一步驗證了真值的再現性：

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

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

對重摻型硅，可精準探測強吸收晶圓前后表面；?

點掃描第三代掃頻激光技術，有效抵御光譜串擾，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應補償，增強低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測量信噪比；

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結構測量，覆蓋μm級到數百μm級厚度范圍，還可測量薄至4μm、精度達1nm的薄膜。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

此外，可調諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環境中抗干擾性強，顯著提升重復測量穩定性。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

系統采用第三代高速掃頻可調諧激光器，擺脫傳統SLD光源對“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實現小型化設計，還能與EFEM系統集成，滿足產線自動化測量需求。運動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。