在现代半导体制造工艺中，高性能材料及其精密检测技术对器件质量、良率和可靠性起着决定性作用。本文结合两份技术资料，分别介绍用于金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备中的 SiC 涂层石墨基座，以及用于等离子体腔体防护的 Y₂O₃ 抗等离子涂层，并展示如何通过光学测量系统（如 ThetaMetrisis FR-Scanner）实现对这类功能涂层的快速、无损、高精度厚度分布测绘。
一、SiC 涂层石墨基座：MOCVD 外延生长的核心承载部件
在制造 LED、功率器件（如 SiC SBD、MOSFET）及射频器件（如 GaN HEMT）的过程中，常需在 SiC、GaAs 或硅等衬底上通过 MOCVD 技术外延生长高质量单晶薄膜。这一过程对温度均匀性、气体流场、污染控制等要求极为严苛，因此不能将衬底直接置于金属或普通支架上。
1.1 石墨基座的作用与挑战
石墨因其优异的热导率、高温稳定性及低热膨胀系数，被广泛用作 MOCVD 设备中的基座（托盘），兼具承载体与发热体功能。然而，在高温、腐蚀性气体（如 NH₃、HCl、金属有机源）环境中，纯石墨易发生腐蚀、掉粉现象，不仅缩短使用寿命，还会污染外延层，影响芯片纯度与性能。
1.2 SiC 涂层的优势
为解决上述问题，工业界普遍采用表面涂层技术对石墨基座进行改性。其中，碳化硅（SiC） 因具备以下特性成为理想选择：
高致密度与全包裹性，有效隔绝腐蚀介质；
与石墨相近的热膨胀系数，减少热循环下的开裂风险；
高热导率，保障外延过程中温度均匀；
高熔点、优异的抗氧化与抗腐蚀能力；
良好的表面平整度，维持衬底放置精度。
SiC 存在多种晶型，主要包括 α-SiC（如 4H、6H）和 β-SiC（3C）。其中 β-SiC 因合成温度较低（1000–1600°C）、热导率更高、耐腐蚀性更强，特别适用于 MOCVD 的严苛工况，已成为石墨基座涂层的主流材料。
二、Y₂O₃ 抗等离子涂层：等离子体工艺中的关键防护层
在集成电路制造的刻蚀、清洗等等离子体工艺中，腔体内部材料长期暴露于高能离子与活性自由基环境中，极易被侵蚀。为保护昂贵的陶瓷部件（如氧化铝圆盘），常在其表面涂覆一层氧化钇（Y₂O₃） 作为抗等离子涂层。
2.1 Y₂O₃ 的材料优势
Y₂O₃ 具有：
热稳定性（熔点 >2400°C）；
对高氧亲和力碱性熔体的优异耐受性；
良好的电绝缘性与化学惰性；
在等离子体环境中极低的溅射产额。
因此，Y₂O₃ 广泛应用于等离子体腔体、静电吸盘、喷淋头等关键部件的表面防护。
2.2 厚度均匀性的重要性
涂层的厚度分布均匀性直接影响其防护寿命与工艺稳定性。过薄区域易被快速侵蚀，导致颗粒污染；过厚则可能引发应力开裂。因此，对大面积（如直径 560 mm）Y₂O₃ 涂层进行快速、无损、高分辨率的厚度测绘至关重要。
三、检测技术：FR-Scanner 实现大面积涂层精准表征
ThetaMetrisis 公司的 FR-Scanner VIS/NIR 系统为此类需求提供了高效解决方案。该设备基于光谱反射干涉原理，在 370–1020 nm 波长范围内可测量 15 nm 至 100 μm 的薄膜厚度。
应用案例：560 mm 氧化铝圆盘上的 Y₂O₃ 涂层
采用极坐标扫描模式（旋转 + 径向移动），自动采集 208 个测量点；
测得 Y₂O₃ 层平均厚度约 10.24μm，min： 8.27 μm，max： 10.58 μm；
厚度不均匀性约为 ±11.29%，满足多数工业应用要求；
多次重复扫描验证了系统的高重复性与准确性。
该技术不仅适用于 Y₂O₃，也可用于 SiC、Al₂O₃、SiO₂ 等各类功能涂层的在线或离线质量控制。
结语
无论是 MOCVD 中的 SiC 涂层石墨基座，还是等离子体设备中的 Y₂O₃ 抗蚀涂层，涂层材料都是支撑半导体制造向更高性能、更小尺寸、更高良率发展的基石。而配合如 FR-Scanner 这类高通量、非接触式光学测量系统，可实现对涂层厚度、均匀性及完整性的快速评估，为工艺优化与设备维护提供数据支撑。
未来，随着宽禁带半导体（SiC、GaN）和制程（3 nm 及以下）的普及，对高性能涂层材料及其精密检测技术的需求将持续增长。材料—工艺—检测三位一体的协同创新，将成为半导体产业链升级的关键驱动力。
问题解答：
Q1：为什么在 MOCVD 工艺中不能直接使用裸露的石墨基座？
A： 虽然石墨具有优异的热导率和高温稳定性，但在 MOCVD 的高温及腐蚀性气体环境（如 NH₃、HCl、金属有机源）中，裸露石墨容易发生：
表面腐蚀和掉粉；
释放颗粒污染外延层；
缩短设备寿命并降低芯片良率。
因此必须通过涂层（如 SiC）进行表面改性以提升耐久性和洁净度。
Q2：为什么选择碳化硅（SiC）作为石墨基座的涂层材料？
A： SiC 具有多项关键优势：
高致密度，能有效隔绝腐蚀性气体；
热膨胀系数与石墨接近，减少热循环导致的开裂；
高热导率，保障外延生长时的温度均匀性；
高熔点、强抗氧化/抗腐蚀能力；
表面平整，利于衬底精确定位。
其中，β-SiC（3C 型） 因合成温度较低（1000–1600°C）、热导率更高，适用 MOCVD 应用。
Q3：这种光学检测技术是否只适用于 Y₂O₃？
A： 不是。FR-Scanner 等光谱反射系统具有广泛适用性，可测量多种透明或半透明功能涂层，包括：
SiC（碳化硅）
Al₂O₃（氧化铝）
SiO₂（二氧化硅）
以及其他介电或陶瓷薄膜，适用于半导体、光伏、LED 等多个领域。
