摘要

本文圍繞半導(dǎo)體晶圓研磨工藝，深入剖析聚氨酯研磨墊磨損狀態(tài)與晶圓 TTV 均勻性的退化關(guān)系，探究其退化機(jī)理，并提出相應(yīng)的預(yù)警方法，為保障晶圓研磨質(zhì)量、優(yōu)化研磨工藝提供理論與技術(shù)支持。

引言

在半導(dǎo)體晶圓研磨過程中，聚氨酯研磨墊是重要的耗材，其磨損狀態(tài)直接影響晶圓的研磨質(zhì)量。晶圓 TTV 均勻性作為衡量晶圓研磨質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，與研磨墊磨損密切相關(guān)。隨著研磨過程的推進(jìn)，研磨墊逐漸磨損，其表面形貌、硬度等性能發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致晶圓 TTV 均勻性退化，影響芯片制造良率。因此，研究聚氨酯研磨墊磨損狀態(tài)與晶圓 TTV 均勻性的退化機(jī)理及預(yù)警方法，對提升半導(dǎo)體制造工藝穩(wěn)定性具有重要意義。

聚氨酯研磨墊磨損狀態(tài)對晶圓 TTV 均勻性的影響

聚氨酯研磨墊的磨損主要表現(xiàn)為表面磨粒脫落、基體材料損耗以及表面粗糙度改變。當(dāng)研磨墊表面磨粒大量脫落時(shí)，其切削能力下降，導(dǎo)致晶圓表面材料去除速率不一致，使得 TTV 均勻性變差。例如，在研磨墊局部區(qū)域磨粒脫落嚴(yán)重時(shí)，該區(qū)域?qū)A的研磨作用減弱，從而造成晶圓厚度不均勻。

研磨墊基體材料的損耗會(huì)改變其彈性性能，影響與晶圓表面的接觸壓力分布。磨損后的研磨墊彈性下降，無法均勻分散研磨壓力，致使晶圓局部受到過大壓力，產(chǎn)生過度研磨，破壞 TTV 均勻性。同時(shí)，研磨墊表面粗糙度的變化會(huì)影響研磨液的流動(dòng)和磨粒的分布，進(jìn)一步加劇晶圓 TTV 均勻性的惡化。

晶圓 TTV 均勻性的退化機(jī)理

晶圓 TTV 均勻性的退化是一個(gè)復(fù)雜的過程，與研磨墊磨損引發(fā)的多種因素相互作用有關(guān)。從力學(xué)角度來看，研磨墊磨損導(dǎo)致接觸壓力分布不均，在晶圓表面產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力，使得晶圓不同區(qū)域的材料去除量存在差異，從而造成 TTV 均勻性下降。

在化學(xué)層面，研磨過程中研磨液與晶圓、研磨墊發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，磨損后的研磨墊表面化學(xué)性質(zhì)改變，影響化學(xué)反應(yīng)速率和產(chǎn)物分布，進(jìn)而對晶圓表面材料去除過程產(chǎn)生影響，促使 TTV 均勻性退化。此外，研磨墊磨損產(chǎn)生的碎屑若不能及時(shí)排出，會(huì)在研磨過程中劃傷晶圓表面，進(jìn)一步破壞晶圓 TTV 均勻性。

聚氨酯研磨墊磨損與晶圓 TTV 均勻性退化的預(yù)警方法

為及時(shí)發(fā)現(xiàn)聚氨酯研磨墊磨損及晶圓 TTV 均勻性退化，可采用多參數(shù)監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的預(yù)警方法。利用光學(xué)顯微鏡、激光干涉儀等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測研磨墊表面形貌變化，通過傳感器采集研磨過程中的壓力、溫度、振動(dòng)等參數(shù)。

運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模，如構(gòu)建基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的磨損預(yù)測模型和 TTV 退化預(yù)警模型。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值或模型預(yù)測到異常趨勢時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號，提示操作人員及時(shí)更換研磨墊或調(diào)整研磨工藝參數(shù)，避免因研磨墊磨損導(dǎo)致晶圓 TTV 均勻性嚴(yán)重退化，造成晶圓報(bào)廢。

高通量晶圓測厚系統(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。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)段測量驗(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)測量對比,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)雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測量。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：?

對重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)探測強(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量；?

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

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測量，覆蓋μm級到數(shù)百μm級厚度范圍，還可測量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(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)測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(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“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)化測量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。