超薄碳化硅襯底（<100μm）切割自動對刀技術的精度提升策略

一、引言

碳化硅（SiC）作為第三代半導體材料，以其高硬度、高熱導率和優異的電氣性能，在電力電子、新能源汽車及光伏等領域應用廣泛。在 SiC 襯底加工中，超薄（<100μm）碳化硅襯底切割面臨諸多挑戰，自動對刀技術精度對切割質量與效率影響重大，提升其精度成為行業關鍵問題。

二、影響自動對刀精度的因素剖析

2.1 光學系統偏差

對刀系統的光學元件若存在質量瑕疵，如透鏡的折射率不均勻、反射鏡表面不平整，會導致激光束傳播路徑偏移，使對刀光斑位置不準。并且，光學組件的安裝與校準誤差，哪怕僅有微小的光軸不重合，也會在對刀過程中被放大，造成顯著的對刀偏差 。例如，使用低質量透鏡時，激光束可能在傳播 100mm 后產生 10μm 的偏移，這對于超薄碳化硅襯底切割來說，足以導致切割位置出現偏差，影響產品質量。

2.2 切割環境干擾

溫度波動會使切割設備的機械部件熱脹冷縮，改變對刀系統的結構尺寸與相對位置。濕度變化可能使光學鏡片起霧，影響激光束的傳輸與聚焦。此外，外界振動通過基礎傳遞至切割設備，導致對刀裝置抖動，難以獲取穩定、準確的對刀信號 。在實際生產中，當環境溫度在一天內波動 5℃時，設備的關鍵部件可能會產生 5 - 10μm 的尺寸變化，從而干擾對刀精度。

2.3 工件特性差異

不同批次的碳化硅襯底，其表面粗糙度、反射率等光學特性存在差異。超薄襯底因厚度極薄，在切割力作用下易產生變形，導致對刀時襯底實際位置與理論位置不符，增加對刀誤差 。比如，表面粗糙度較大的襯底，可能使激光反射信號產生散射，讓對刀系統誤判位置，造成對刀偏差。

三、精度提升策略探討

3.1 優化光學系統

采用高折射率、低色散的優質光學元件，如螢石透鏡，減少光線傳播中的折射偏差與色差，提升激光束聚焦精度。同時，定期運用自準直儀、干涉儀等專業設備，對光學組件進行精密校準，確保光軸嚴格對齊，降低因組件安裝與使用損耗帶來的光軸偏差 。還可引入自適應光學系統，通過波前傳感器實時監測激光束波前畸變，利用變形鏡快速補償，維持激光在碳化硅襯底上的精準聚焦 。據測試，使用優質光學元件并配合自適應光學系統，可將激光束的聚焦精度提升至 ±1μm 以內，大大提高對刀準確性。

3.2 穩定切割環境

安裝高精度溫濕度調控設備，將切割車間的溫度控制在 22±1℃，相對濕度維持在 40% - 60%，減少環境溫濕度變化對設備與光學元件的影響。把切割設備放置在配備空氣彈簧、橡膠減振墊的隔振平臺上，隔絕外界振動傳入，為對刀過程提供穩定環境 。實踐表明，在穩定的溫濕度與隔振環境下，對刀精度的穩定性可提高 50% 以上。

3.3 自適應對刀算法

開發基于圖像識別、激光三角測量原理的自適應對刀算法。在對刀前，算法快速掃描碳化硅襯底表面，根據表面特征與預設模型精確調整對刀位置。在切割過程中，持續監測襯底狀態，實時補償因切割力、熱效應導致的襯底變形與位置變化，確保對刀精度的動態穩定 。經實驗驗證，采用自適應對刀算法后，對刀精度在切割全過程中的偏差可控制在 ±2μm 以內，顯著優于傳統對刀方式。

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。