摘要

本文聚焦半導體晶圓研磨工藝，介紹梯度結構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，為提高晶圓研磨質量提供新的技術思路與理論依據。

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鍵因素。傳統聚氨酯研磨墊在研磨過程中，因結構均一，難以滿足復雜研磨工況下對晶圓 TTV 均勻性的高精度要求。梯度結構聚氨酯研磨墊通過設計不同區域的物理化學性能，有望實現對晶圓研磨壓力、磨粒分布等的精準調控，從而有效提升晶圓 TTV 均勻性，成為當前研究熱點。

梯度結構聚氨酯研磨墊的制備

梯度結構聚氨酯研磨墊的制備采用分步聚合與分層復合工藝。首先，根據不同性能需求，調配具有不同硬度、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力集中。然后，利用多層涂布或模壓成型技術，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合強度，形成具有梯度結構的研磨墊。此外，還可通過改變反應條件，如溫度、催化劑濃度等，進一步優化梯度結構的性能參數。

對晶圓 TTV 均勻性的提升機制

梯度結構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調控實現。在研磨過程中，其梯度彈性結構能夠自適應地調節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，梯度結構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

為驗證梯度結構聚氨酯研磨墊對晶圓 TTV 均勻性的提升效果，設計對比實驗。對照組采用傳統均一結構聚氨酯研磨墊，實驗組使用新制備的梯度結構研磨墊，在相同研磨工藝參數下對晶圓進行研磨。實驗過程中，利用高精度檢測設備實時監測晶圓 TTV 值。初步實驗數據表明，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%，顯示出梯度結構聚氨酯研磨墊在提升晶圓 TTV 均勻性方面的顯著優勢。

高通量晶圓測厚系統運用第三代掃頻OCT技術，精準攻克晶圓/晶片厚度TTV重復精度不穩定難題，重復精度達3nm以下。針對行業厚度測量結果不一致的痛點，經不同時段測量驗證，保障再現精度可靠。?

我們的數據和WAFERSIGHT2的數據測量對比,進一步驗證了真值的再現性：

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

該系統基于第三代可調諧掃頻激光技術，相較傳統雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數測量。其創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，有效抵御光譜串擾，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應補償，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據結果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結構測量，覆蓋μm級到數百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據結果）

此外，可調諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環境中抗干擾性強，顯著提升重復測量穩定性。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

系統采用第三代高速掃頻可調諧激光器，擺脫傳統SLD光源對“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實現小型化設計，還能與EFEM系統集成，滿足產線自動化測量需求。運動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。