摘要：碳化硅襯底切割過(guò)程中，進(jìn)給量與磨粒磨損狀態(tài)緊密關(guān)聯(lián)，二者協(xié)同調(diào)控對(duì)提升切割質(zhì)量與效率至關(guān)重要。本文深入剖析兩者相互作用機(jī)制，探討協(xié)同調(diào)控模型構(gòu)建方法，旨在為優(yōu)化碳化硅襯底切割工藝提供理論與技術(shù)支撐。

一、引言

碳化硅憑借優(yōu)異的物理化學(xué)性能，成為第三代半導(dǎo)體材料的核心。在其襯底加工環(huán)節(jié)，切割是關(guān)鍵工序。切割進(jìn)給量直接影響切割效率與材料去除率，而磨粒磨損狀態(tài)關(guān)乎切割工具壽命與加工精度。二者相互影響，單一參數(shù)的調(diào)整難以滿足高質(zhì)量、高效率切割需求，構(gòu)建協(xié)同調(diào)控模型成為突破工藝瓶頸的關(guān)鍵。

二、進(jìn)給量與磨粒磨損狀態(tài)的相互作用機(jī)制

（一）進(jìn)給量對(duì)磨粒磨損的影響

在碳化硅襯底切割時(shí)，進(jìn)給量大小顯著影響磨粒所受載荷。當(dāng)進(jìn)給量增大，單位時(shí)間內(nèi)參與切削的材料增多，磨粒承受的切削力、摩擦力與沖擊載荷急劇上升。高強(qiáng)度的載荷促使磨粒磨損加速，不僅加劇磨粒的機(jī)械磨損，還可能引發(fā)熱磨損，導(dǎo)致磨粒尖端迅速鈍化甚至脫落。反之，進(jìn)給量較小，磨粒受力相對(duì)平穩(wěn)，磨損速度減緩，但其切割效率較低。

（二）磨粒磨損對(duì)進(jìn)給量的限制

磨損后的磨粒，切削刃鋒利度下降，切割能力減弱。若此時(shí)保持較大進(jìn)給量，磨粒難以有效切削碳化硅材料，會(huì)導(dǎo)致切割力進(jìn)一步增大，切割表面質(zhì)量惡化，甚至可能引發(fā)切割工具振動(dòng)與破損。因此，隨著磨粒磨損加劇，需相應(yīng)降低進(jìn)給量，以維持穩(wěn)定的切割過(guò)程，這也限制了進(jìn)給量的提升空間。

三、協(xié)同調(diào)控模型的構(gòu)建

（一）模型構(gòu)建思路

以切削力學(xué)、材料磨損理論為基礎(chǔ)，結(jié)合碳化硅材料特性，構(gòu)建多變量耦合的協(xié)同調(diào)控模型。將進(jìn)給量、磨粒磨損狀態(tài)、切割力、材料去除率等參數(shù)納入模型體系，通過(guò)分析各參數(shù)間的非線性關(guān)系，建立數(shù)學(xué)方程描述它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給量與磨粒磨損狀態(tài)的協(xié)同調(diào)控。

（二）模型構(gòu)建方法

運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式獲取數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)不同進(jìn)給量條件下的碳化硅襯底切割實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磨粒磨損形貌、切割力、材料去除率等參數(shù)變化；同時(shí)，借助有限元分析軟件，模擬切割過(guò)程中磨粒的受力與磨損行為。整合實(shí)驗(yàn)與模擬數(shù)據(jù)，采用回歸分析、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等方法，優(yōu)化模型參數(shù)，提高模型的準(zhǔn)確性與適用性。

四、協(xié)同調(diào)控模型的應(yīng)用策略

（一）在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)調(diào)控

在切割設(shè)備上安裝傳感器，對(duì)磨粒磨損狀態(tài)（如磨粒形貌、磨損量）與切割過(guò)程參數(shù)（進(jìn)給量、切割力）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)依據(jù)協(xié)同調(diào)控模型，動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)給量，確保在磨粒不同磨損階段，進(jìn)給量始終處于最優(yōu)狀態(tài)，維持穩(wěn)定的切割質(zhì)量與效率。

（二）基于模型的工藝規(guī)劃

在碳化硅襯底切割前，根據(jù)切割要求與磨粒初始狀態(tài)，利用協(xié)同調(diào)控模型進(jìn)行工藝規(guī)劃。預(yù)先設(shè)定合理的進(jìn)給量變化曲線，使切割過(guò)程中進(jìn)給量與磨粒磨損狀態(tài)相匹配，減少因參數(shù)不匹配導(dǎo)致的切割質(zhì)量波動(dòng)與磨粒異常磨損，提高切割工藝的穩(wěn)定性與可靠性。

高通量晶圓測(cè)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(duì)行業(yè)厚度測(cè)量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)段測(cè)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(cè)量對(duì)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(cè)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(duì)射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測(cè)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(duì)重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)探測(cè)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(cè)量；?

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

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(cè)量，覆蓋μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)厚度范圍，還可測(cè)量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(cè)量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(duì)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”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(dòng)化測(cè)量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測(cè)量。