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晶圓應力檢測是半導制造過程中極為重要的一環(huán)。傳統(tǒng)上晶圓的內(nèi)應力大多都不是直接測量的，而是通過曲率法間接進行測量的，也就是用各種辦法測量出晶圓的形變程度（例如翹曲度），再通過幾何形變與應力之間著名的斯托尼方程（Stoney’s Equation）計算出晶圓的應力。那么問題就來了：晶圓是形變越大應力就一定越大么？
這個在硅半導體中大抵是沒有問題的。硅工業(yè)發(fā)展到今天，晶圓的質(zhì)量已得到了很好的控制，缺陷密度極低。晶圓的形變主要由晶格常數(shù)的變化——也就是晶格共價鍵的拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)引起，這種情況符合基于彈性形變理論的斯托尼方程所描述的狀況。
而在SiC等寬禁帶半導體身上情況就不同了——有大量的位錯、層錯等晶格缺陷存在。自從1931年Berg第一個從拍攝的X-射線單晶形貌像中發(fā)現(xiàn)塑性形變以來，位錯等晶格缺陷被認為是塑性形變的主要來源之一。這種情況下，通過測量晶圓幾何形變進而通過斯托尼方程計算出應力的方法就值得商榷了。而下面就是一個翹曲度變化和應力變化趨勢相反的例子。
圖 1 用拉曼光譜法測量半片6吋SiC應力分布。（a）未打開真空吸氣，樣品自然放置在樣品盤上，有翹曲但應力分布均勻；（b）打開真空吸氣將樣品吸牢在樣品盤上，樣品中間部位明顯出現(xiàn)應力集中區(qū)域（偽彩色為紅色的區(qū)域）。
如圖 1 所示，采用共焦方法在樣品表面逐點采集SiC拉曼光譜，并對777 cm-1附近的特征峰進行擬合，通過峰位的移動計算應力的大小，進而得出在整個樣品上的分布。我們可以看到未開吸氣、樣品自然放置的時候，雖然有翹曲但應力分布在整個表面是均勻的；而當打開真空吸氣將樣品吸牢時，雖然翹曲降低、樣品被吸平了，但是中央部分出現(xiàn)了明顯應力集中的區(qū)域。從原理上，這種方法測應力，直接反映的就是晶格共價鍵的形變對聲子譜造成的影響，從而與位錯等缺陷引起的塑性形變沒有直接的關(guān)系。當然，對這么大且有翹曲的樣品進行拉曼光譜掃描成像的測試，沒有帶激光自動聚焦跟蹤表面功能的自動化掃描系統(tǒng)的支持是不可能的，而這也正是我司面向半導體工業(yè)的R1系列晶圓級共焦拉曼光譜儀的主要特色之一。
目前北京卓立漢光儀器有限公司與本文作者所在蘇州惟光探真科技有限公司基于共同的理念和目標，決定在半導體設(shè)備領(lǐng)域開展深入合作。合作旨在為廣大國內(nèi)外用戶在微米到納米尺度的纖維光學和光譜學量測儀器，服務于半導體材料和器件的自動化檢測需求。誠摯地歡迎產(chǎn)品垂詢，共同探索半導體材料檢測技術(shù)的未來可能。
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