晶圓的環(huán)吸方案相比其他吸附方案，對(duì)于測(cè)量晶圓 BOW/WARP 的影響

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，晶圓的加工精度和質(zhì)量控制至關(guān)重要，其中對(duì)晶圓 BOW（彎曲度）和 WARP（翹曲度）的精確測(cè)量更是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的吸附方案被應(yīng)用于晶圓測(cè)量過程中，而晶圓的環(huán)吸方案因其設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)或其他吸附方案相比，對(duì) BOW/WARP 測(cè)量有著顯著且復(fù)雜的影響。

一、常見吸附方案概述

傳統(tǒng)的吸附方案包括全表面吸附、邊緣點(diǎn)吸附等。全表面吸附利用真空將晶圓整個(gè)底面緊密貼合在吸盤上，能提供穩(wěn)定的吸附力，確保晶圓在測(cè)量時(shí)位置固定，但這種方式對(duì)晶圓施加的壓力較為均勻且大面積分布，可能掩蓋晶圓自身的微小形變趨勢(shì)。邊緣點(diǎn)吸附則是通過在晶圓邊緣幾個(gè)特定點(diǎn)施加吸力來固定，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)晶圓中心區(qū)域影響小，不過其穩(wěn)定性欠佳，容易在測(cè)量中因輕微震動(dòng)等外界干擾使晶圓產(chǎn)生位移，進(jìn)而影響測(cè)量準(zhǔn)確性。

二、環(huán)吸方案原理與特點(diǎn)

環(huán)吸方案是在晶圓邊緣靠近圓周的一定寬度環(huán)形區(qū)域施加吸力。從原理上講，它結(jié)合了全表面吸附的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)與邊緣點(diǎn)吸附對(duì)中心區(qū)域低干擾特性。環(huán)形吸附區(qū)域所提供的吸附力足以固定晶圓，防止其在測(cè)量平臺(tái)上滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由于避開了晶圓中心大部分區(qū)域，使得晶圓自身因重力、內(nèi)部應(yīng)力等因素導(dǎo)致的 BOW/WARP 能夠更自然地呈現(xiàn)，不被過度約束。

三、對(duì)測(cè)量 BOW 的影響

1. 精度提升

2. 相較于全表面吸附，環(huán)吸不會(huì) “撫平” 晶圓原本存在的微小彎曲。例如在高溫制程后的晶圓，由于熱應(yīng)力不均勻分布，中心區(qū)域可能存在向一側(cè)凸起或凹陷的 BOW 情況。環(huán)吸下，測(cè)量設(shè)備的探頭能更精準(zhǔn)地捕捉到這種細(xì)微起伏，真實(shí)反映晶圓彎曲程度，誤差可較全表面吸附降低 10% - 20%。因?yàn)槿砻嫖降木鶋盒Ч赡軐⑦@幾微米到十幾微米的彎曲修正，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)偏小，使后續(xù)基于錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的工藝調(diào)整偏離實(shí)際需求。

3. 2.重復(fù)性保障

4. 在多次測(cè)量過程中，環(huán)吸方案憑借穩(wěn)定的環(huán)形固定結(jié)構(gòu)，保證晶圓每次放置后的相對(duì)位置和姿態(tài)高度一致。與邊緣點(diǎn)吸附易受外界震動(dòng)干擾不同，即使測(cè)量環(huán)境存在一定程度的設(shè)備振動(dòng)、氣流擾動(dòng)，環(huán)吸都能使晶圓維持既定狀態(tài)，使得 BOW 測(cè)量結(jié)果重復(fù)性良好，偏差控制在極小范圍內(nèi)，滿足高精度半導(dǎo)體工藝對(duì)于測(cè)量穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。

5. 四、對(duì)測(cè)量 WARP 的影響

6. 3.真實(shí)形變還原

7. 當(dāng)涉及到 WARP 測(cè)量，即晶圓整體平面的扭曲狀況時(shí)，環(huán)吸方案優(yōu)勢(shì)突出。由于只在邊緣環(huán)形區(qū)域作用，晶圓各個(gè)部分能依據(jù)自身應(yīng)力分布自由翹曲。如在化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）工藝后，晶圓因研磨不均勻，周邊和中心區(qū)域應(yīng)力失衡引發(fā) WARP，環(huán)吸讓這種三維扭曲狀態(tài)完整暴露，測(cè)量數(shù)據(jù)全面反映晶圓真實(shí)質(zhì)量，避免了如全表面吸附造成的 “假平整” 現(xiàn)象，為工藝改進(jìn)提供可靠依據(jù)。

8. 4.數(shù)據(jù)一致性

9. 在生產(chǎn)線批量測(cè)量場(chǎng)景下，環(huán)吸的統(tǒng)一環(huán)形吸附模式確保了不同晶圓測(cè)量條件標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于同一批次晶圓，無論初始 WARP 差異多大，都在相似的邊緣約束環(huán)境下檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)具備橫向可比性，方便工程師快速篩選出異常晶圓，追溯工藝問題根源，提高生產(chǎn)良率管控效率。

10. 五、面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)

11. 盡管環(huán)吸方案優(yōu)勢(shì)顯著，但也存在挑戰(zhàn)。一方面，環(huán)形吸附區(qū)域的設(shè)計(jì)精度要求極ji，吸附力過大易造成晶圓邊緣局部微小變形，影響測(cè)量；過小則固定不牢。這需要精密的真空系統(tǒng)調(diào)控與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配合，通過實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)反饋來動(dòng)態(tài)調(diào)整吸力。另一方面，晶圓尺寸日益增大，維持環(huán)形吸附穩(wěn)定性變得困難，需研發(fā)適配大尺寸晶圓的寬環(huán)、多段環(huán)等新型環(huán)吸結(jié)構(gòu)，結(jié)合智能算法優(yōu)化吸力分布，保障在不同尺寸規(guī)格下都能精準(zhǔn)測(cè)量 BOW/WARP，推動(dòng)半導(dǎo)體制造向更高精度邁進(jìn)。

12. 綜上所述，晶圓的環(huán)吸方案在測(cè)量 BOW/WARP 方面相較于其他吸附方案展現(xiàn)出高精度、高重復(fù)性、真實(shí)還原形變等諸多優(yōu)勢(shì)，雖有挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)迭代優(yōu)化，有望成為半導(dǎo)體晶圓測(cè)量吸附的主流方案，為芯片制造質(zhì)量保駕護(hù)航。

六、高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)以光學(xué)相干層析成像原理，可解決晶圓/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，總厚度偏差）、BOW（彎曲度）、WARP（翹曲度），TIR（Total Indicated Reading 總指示讀數(shù)，STIR（Site Total Indicated Reading 局部總指示讀數(shù)），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等這類技術(shù)指標(biāo)。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)，全新采用的第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相比傳統(tǒng)上下雙探頭對(duì)射掃描方式；可一次性測(cè)量所有平面度及厚度參數(shù)。

1，靈活適用更復(fù)雜的材料，從輕摻到重?fù)?P 型硅 (P++)，碳化硅，藍(lán)寶石，玻璃，鈮酸鋰等晶圓材料。

重?fù)叫凸瑁◤?qiáng)吸收晶圓的前后表面探測(cè)）

粗糙的晶圓表面，（點(diǎn)掃描的第三代掃頻激光，相比靠光譜探測(cè)方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對(duì)測(cè)量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)；（通過對(duì)偏振效應(yīng)的補(bǔ)償，加強(qiáng)對(duì)低反射晶圓表面測(cè)量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時(shí)測(cè)量多 層 結(jié) 構(gòu)，厚 度 可 從μm級(jí)到數(shù)百μm 級(jí)不等。 

可用于測(cè)量各類薄膜厚度，厚度可低至 4 μm ，精度可達(dá)1nm。

可調(diào)諧掃頻激光的“溫漂”處理能力，體現(xiàn)在工作環(huán)境中抗干擾能力強(qiáng)，充分提高重復(fù)性測(cè)量能力。

4，采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，一改過去傳統(tǒng)SLD寬頻低相干光源的干涉模式，解決了由于相干長(zhǎng)度短，而重度依賴“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的情況。抗干擾強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，同時(shí)也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線自動(dòng)化集成測(cè)量。

5，靈活的運(yùn)動(dòng)控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測(cè)量。