不同的真空吸附方式对测量晶圆 BOW 的影响

不同的真空吸附方式，对测量晶圆BOW的影响在半导体产业蓬勃发展的当下，晶圆作为芯片制造的基础材料，其质量把控贯穿整个生产流程。其中，晶圆的BOW（弯曲度）测量精度对于确保后续工艺的顺利进行以及芯片性能的稳定性起着举足轻重的作用。而不同的真空吸附方式，作为晶圆测量环节中的关键支撑技术，对BOW测量结果有着千差万别的影响。一、全表面真空吸附方式全表面真空吸附是最为传统且应用广泛的一种方式。其原理是利用均匀分布在吸盘表面的微小气孔，通过抽真空，使晶圆整个底面与吸盘紧密贴合。从稳定性角度来看，这种吸附方式无疑具有显著优势。在测量过程中，晶圆能够被牢牢固定在既定位置，几乎不会出现位移或晃动现象，为高精度测量仪器提供了稳定的操作平台。然而，当聚焦于晶圆BOW测量时，问题逐渐浮现。由于晶圆与吸盘大面积紧密接触，吸盘施加的压力均匀覆盖整个晶圆底面。对于一些本身存在微小热应力或内部应力不均衡的晶圆，这种均匀压力会在一定程度上“强制”晶圆趋于平整。例如，在经历高温退火工艺后的晶圆，其中心区域因热扩散速率与周边不一致，往往会产生一定程度的凸起或凹陷，即BOW现象。但在全表面真空吸附下，该凸起或凹陷被吸盘的均压部分抵消，测量探头所获取的BOW值相较于晶圆的真实弯曲程度偏小。据实验数据统计，在某些特定工艺制程后的晶圆测量中，全表面真空吸附导致的BOW测量误差可达15%-25%，这无疑会给后续基于测量数据的工艺调整带来误导，增加芯片制造的不良率风险。二、边缘点真空吸附方式与全表面吸附截然不同，边缘点真空吸附仅在晶圆边缘选取几个特定的点位布置真空吸嘴。这种设计的初衷是最大程度减少对晶圆中心区域的影响，让晶圆内部应力能够自由释放，以期望在测量时呈现出最真实的BOW状态。在实际操作中，边缘点真空吸附确实在展现晶圆原始BOW特性方面有一定成效。当晶圆因前期制造工艺积累了复杂的内部应力，如在多层膜沉积工艺后，不同膜层材料的热膨胀系数差异引发晶圆翘曲，边缘点吸附能够避免过度约束，使得测量设备能够探测到相对真实的弯曲情况。但其短板同样明显——稳定性不足。由于仅依靠少数几个点提供吸附力，在外界轻微震动干扰下，晶圆极易发生位移或微小转动。在高精度的BOW测量场景中，哪怕是几微米的位置偏差，都可能导致测量探头与晶圆接触点的压力分布改变，进而使测量结果出现较大波动。实验室模拟产线环境测试发现，边缘点真空吸附方式下，多次测量同一晶圆的BOW值偏差标准差可达5微米以上，这对于如今纳米级精度要求的半导体工艺而言，是难以接受的误差范围，严重影响了测量数据的可靠性与重复性。三、环形真空吸附方式环形真空吸附作为一种折中的创新方案，近年来备受关注。它在晶圆边缘靠近圆周处设计了一定宽度的环形真空吸附区域。一方面，环形吸附继承了全表面吸附的稳定性优势，通过连续的环形吸力，能够稳固地固定晶圆，抵御测量环境中的震动、气流扰动等不利因素，确保晶圆在多次测量过程中的位置重复性良好，偏差可控制在极小范围内，满足先进半导体制造工艺对测量稳定性的严苛诉求。另一方面，相较于全表面吸附，其避开了晶圆中心大面积区域，使得晶圆因重力、内部应力等产生的BOW能够自然呈现。以化学机械抛光（CMP）工艺后的晶圆为例，由于研磨过程的不均匀性，晶圆中心易出现局部弯曲。环形真空吸附下，测量仪器能够精准捕捉到这种细微弯曲变化，相比全表面吸附，BOW测量精度可提升10%-20%，为工艺优化提供了更具参考价值的数据。四、复合型真空吸附方式探索随着半导体技术向更高精度、更复杂工艺迈进，单一的真空吸附方式愈发难以满足需求。目前，科研人员正在探索复合型真空吸附方式，例如结合边缘点吸附的应力释放优势与环形吸附的稳定性特点，通过智能控制系统动态调整不同区域的吸附力。在晶圆初始定位阶段，采用边缘点吸附让晶圆自然舒展，初步测量整体BOW趋势；随后切换至环形吸附，强化固定效果进行高精度测量。这种复合型方式有望进一步降低BOW测量误差，推动半导体制造产业迈向新高度。综上所述，不同的真空吸附方式在测量晶圆BOW时各有利弊。从传统的全表面、边缘点吸附到新兴的环形吸附以及未来的复合型吸附，技术的迭代始终围绕着如何在确保测量稳定性的同时，最大程度还原晶圆真实的BOW状态。只有精准把握每种吸附方式的特性与影响，持续创新优化，才能为半导体芯片制造的高质量发展奠定坚实基础。五、高通量晶圆测厚系统高通量晶圆测厚系统以光学相干层析成像原理，可解决晶圆/晶片厚度TTV（TotalThicknessVariation，总厚度偏差）、BOW（弯曲度）、WARP（翘曲度），TIR（TotalIndicatedReading总指示读数，STIR（SiteTotalIndicatedReading局部总指示读数），LTV（LocalThicknessVariation局部厚度偏差）等这类技术指标。高通量晶圆测厚系统，全新采用的第三代可调谐扫频激光技术，相比传统上下双探头对射扫描方式；可一次性测量所有平面度及厚度参数。1，灵活适用更复杂的材料，从轻掺到重掺P型硅(P++)，碳化硅，蓝宝石，玻璃，铌酸锂等晶圆材料。重掺型硅（强吸收晶圆的前后表面探测）粗糙的晶圆表面，（点扫描的第三代扫频激光，相比靠光谱探测方案，不易受到光谱中相邻单位的串扰噪声影响，因而对测量粗糙表面晶圆）低反射的碳化硅(SiC)和铌酸锂(LiNbO3)；（通过对偏振效应的补偿，加强对低反射晶圆表面测量的信噪比）绝缘体上硅（SOI)和MEMS，可同时测量多层结构，厚度可从μm级到数百μm级不等。可用于测量各类薄膜厚度，厚度最薄可低至4μm，精度可达1nm。可调谐扫频激光的“温漂”处理能力，体现在极端工作环境中抗干扰能力强，充分提高重复性测量能力。4，采用第三代高速扫频可