摘要

本文聚焦半導體晶圓研磨工藝，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

在半導體制造過程中，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程中，因結(jié)構(gòu)均一，難以滿足復雜研磨工況下對晶圓 TTV 均勻性的高精度要求。梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊通過設(shè)計不同區(qū)域的物理化學性能，有望實現(xiàn)對晶圓研磨壓力、磨粒分布等的精準調(diào)控，從而有效提升晶圓 TTV 均勻性，成為當前研究熱點。

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、彈性模量和磨粒負載能力的聚氨酯預聚體。例如，靠近晶圓一側(cè)的預聚體可添加更多細粒徑磨粒，增強切削能力；而外層預聚體則注重彈性與緩沖性能，減少研磨過程中的應(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合，通過精確控制各層的厚度與界面結(jié)合強度，形成具有梯度結(jié)構(gòu)的研磨墊。此外，還可通過改變反應(yīng)條件，如溫度、催化劑濃度等，進一步優(yōu)化梯度結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)。

對晶圓 TTV 均勻性的提升機制

梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊對晶圓 TTV 均勻性的提升主要通過壓力均勻分布和磨粒動態(tài)調(diào)控實現(xiàn)。在研磨過程中，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，避免局部壓力過大導致的過度研磨。同時，不同區(qū)域的磨粒濃度梯度，使得研磨初期由高濃度磨粒快速去除材料，研磨后期低濃度磨粒進行精細拋光，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特性，及時帶走研磨碎屑，降低二次劃傷風險，從而全方位提升晶圓 TTV 均勻性。

實驗驗證

為驗證梯度結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊對晶圓 TTV 均勻性的提升效果，設(shè)計對比實驗。對照組采用傳統(tǒng)均一結(jié)構(gòu)聚氨酯研磨墊，實驗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)下對晶圓進行研磨。實驗過程中，利用高精度檢測設(shè)備實時監(jiān)測晶圓 TTV 值。初步實驗數(shù)據(jù)表明，實驗組晶圓的 TTV 波動范圍較對照組縮小約 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。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)運用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準攻克晶圓/晶片厚度TTV重復精度不穩(wěn)定難題，重復精度達3nm以下。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點，經(jīng)不同時段測量驗證，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,進一步驗證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實測樣品數(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，從輕摻到重摻P型硅，到碳化硅、藍寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對重摻型硅，可精準探測強吸收晶圓前后表面；?

點掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串擾，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應(yīng)補償，增強低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測量信噪比；

（以上為新啟航實測樣品數(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1nm的薄膜。

（以上為新啟航實測樣品數(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，顯著提升重復測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實測樣品數(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“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實現(xiàn)小型化設(shè)計，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動化測量需求。運動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。