摘要

本文聚焦半導(dǎo)體晶圓研磨工藝，介紹梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊的制備方法，深入探究其對(duì)晶圓總厚度變化（TTV）均勻性的提升作用，為提高晶圓研磨質(zhì)量提供新的技術(shù)思路與理論依據(jù)。

引言

在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，晶圓的總厚度變化（TTV）均勻性是影響芯片性能和良率的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)聚氨酯研磨墊在研磨過(guò)程中，因結(jié)構(gòu)均一，難以滿足復(fù)雜研磨工況下對(duì)晶圓 TTV 均勻性的高精度要求。梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊通過(guò)設(shè)計(jì)不同區(qū)域的物理化學(xué)性能，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓研磨壓力、磨粒分布等的精準(zhǔn)調(diào)控，從而有效提升晶圓 TTV 均勻性，成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。

梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊的制備

梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊的制備采用分步聚合與分層復(fù)合工藝。首先，根據(jù)不同性能需求，調(diào)配具有不同硬度、彈性模量和磨粒負(fù)載能力的聚氨酯預(yù)聚體。例如，靠近晶圓一側(cè)的預(yù)聚體可添加更多細(xì)粒徑磨粒，增強(qiáng)切削能力；而外層預(yù)聚體則注重彈性與緩沖性能，減少研磨過(guò)程中的應(yīng)力集中。然后，利用多層涂布或模壓成型技術(shù)，將不同性能的聚氨酯材料逐層復(fù)合，通過(guò)精確控制各層的厚度與界面結(jié)合強(qiáng)度，形成具有梯度結(jié)構(gòu)的研磨墊。此外，還可通過(guò)改變反應(yīng)條件，如溫度、催化劑濃度等，進(jìn)一步優(yōu)化梯度結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)。

對(duì)晶圓 TTV 均勻性的提升機(jī)制

梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊對(duì)晶圓 TTV 均勻性的提升主要通過(guò)壓力均勻分布和磨粒動(dòng)態(tài)調(diào)控實(shí)現(xiàn)。在研磨過(guò)程中，其梯度彈性結(jié)構(gòu)能夠自適應(yīng)地調(diào)節(jié)與晶圓表面的接觸壓力，避免局部壓力過(guò)大導(dǎo)致的過(guò)度研磨。同時(shí)，不同區(qū)域的磨粒濃度梯度，使得研磨初期由高濃度磨?？焖偃コ牧?，研磨后期低濃度磨粒進(jìn)行精細(xì)拋光，有效減少了研磨缺陷。而且，梯度結(jié)構(gòu)還能改善研磨液在研磨墊與晶圓間的流動(dòng)特性，及時(shí)帶走研磨碎屑，降低二次劃傷風(fēng)險(xiǎn)，從而全方位提升晶圓 TTV 均勻性。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊對(duì)晶圓 TTV 均勻性的提升效果，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。對(duì)照組采用傳統(tǒng)均一結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊，實(shí)驗(yàn)組使用新制備的梯度結(jié)構(gòu)研磨墊，在相同研磨工藝參數(shù)下對(duì)晶圓進(jìn)行研磨。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用高精度檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)晶圓 TTV 值。初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)組晶圓的 TTV 波動(dòng)范圍較對(duì)照組縮小約 30%，平均 TTV 值降低 25%，顯示出梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊在提升晶圓 TTV 均勻性方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

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?，可精?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。