碳化硅衬底切割中自动对刀误差与厚度均匀性的传递函数建模

一、引言

在碳化硅衬底切割工艺中，自动对刀的准确性直接影响切割质量，对刀误差的存在会导致切割过程不稳定，进而影响衬底厚度均匀性。通过建立自动对刀误差与厚度均匀性的传递函数模型，可清晰揭示两者之间的内在联系，为优化切割工艺、提高产品质量提供理论依据。因此，开展相关建模研究对碳化硅衬底切割技术发展至关重要。

二、自动对刀误差分析

自动对刀过程中，误差来源较为复杂。机器视觉系统的图像采集与处理误差是主要因素之一，工业相机的分辨率限制、镜头畸变以及图像处理算法的精度不足，都会导致对刀具位置和姿态的检测误差。例如，相机分辨率较低时，难以准确捕捉刀具微小特征，影响对刀精度。此外，运动控制模块的定位误差也不容忽视，精密电机的步距误差、丝杠导轨的磨损等，都会使刀具实际位置偏离理想位置，造成对刀误差。

三、厚度均匀性影响因素

切割过程中，除对刀误差外，还有多种因素影响碳化硅衬底的厚度均匀性。切割参数如切割速度、进给量、切割功率等的波动，会使材料去除速率不一致，导致厚度偏差。刀具磨损会改变刀具的几何形状和切削性能，随着切割进行，刀具磨损加剧，切割力发生变化，影响材料去除均匀性。同时，碳化硅材料本身的内部应力分布不均匀，在切割过程中应力释放，也会造成厚度不均匀。

四、传递函数建模

基于自动对刀误差分析和厚度均匀性影响因素研究，采用系统辨识方法构建两者的传递函数模型。将自动对刀误差作为输入变量，厚度均匀性偏差作为输出变量，综合考虑切割过程中的其他干扰因素。利用实验采集的数据，通过最小二乘法等参数估计方法，确定传递函数模型的参数。该模型能够定量描述自动对刀误差如何传递并影响厚度均匀性，为后续优化切割工艺、补偿对刀误差提供数学基础。

高通量晶圆测厚系统运用第三代扫频OCT技术，精准攻克晶圆/晶片厚度TTV重复精度不稳定难题，重复精度达3nm以下。针对行业厚度测量结果不一致的痛点，经不同时段测量验证，保障再现精度可靠。

我们的数据和WAFERSIGHT2的数据测量对比,进一步验证了真值的再现性：

（以上为新启航实测样品数据结果）

该系统基于第三代可调谐扫频激光技术，相较传统双探头对射扫描，可一次完成所有平面度及厚度参数测量。其创新扫描原理极大提升材料兼容性，从轻掺到重掺P型硅，到碳化硅、蓝宝石、玻璃等多种晶圆材料均适用：

对重掺型硅，可精准探测强吸收晶圆前后表面；

点扫描第三代扫频激光技术，有效抵御光谱串扰，胜任粗糙晶圆表面测量；

通过偏振效应补偿，增强低反射碳化硅、铌酸锂晶圆测量信噪比；

（以上为新启航实测样品数据结果）

支持绝缘体上硅和MEMS多层结构测量，覆盖μm级到数百μm级厚度范围，还可测量薄至4μm、精度达1nm的薄膜。

（以上为新启航实测样品数据结果）

此外，可调谐扫频激光具备出色的“温漂”处理能力，在极端环境中抗干扰性强，显著提升重复测量稳定性。

（以上为新启航实测样品数据结果）

系统采用第三代高速扫频可调谐激光器，摆脱传统SLD光源对“主动式减震pt”的依赖，凭借卓越抗干扰性实现小型化设计，还能与EFEM系统集成，满足产线自动化测量需求。运动控制灵活，适配2-12英寸方片和圆片测量。