激光退火后，晶圆 TTV 变化管控

摘要：本文针对激光退火后晶圆总厚度偏差（TTV）变化的问题，深入探讨从工艺参数优化、设备改进、晶圆预处理以及检测反馈机制等方面，提出一系列有效管控 TTV 变化的方法，为提升激光退火后晶圆质量提供技术参考。

关键词：激光退火；晶圆；TTV 变化；管控方法

一、引言

激光退火作为半导体制造中的关键工艺，在改善晶圆电学性能方面发挥着重要作用。然而，激光退火过程中产生的高热量及不均匀的能量分布，易导致晶圆内部应力变化，从而引起 TTV 改变。TTV 的波动会影响后续芯片制造工艺的精度与良率，因此对激光退火后晶圆 TTV 变化进行有效管控成为半导体制造领域亟待解决的重要问题 。

二、TTV 变化管控方法

2.1 工艺参数优化

激光退火的工艺参数直接影响晶圆 TTV 变化程度。激光能量密度需严格控制，过高的能量密度会使晶圆局部温度急剧升高，产生过大热应力，导致 TTV 增大；过低则无法达到预期的退火效果。通过试验确定不同晶圆材质和工艺需求下的最佳能量密度范围，例如对于硅晶圆，在特定的退火目标下，将能量密度控制在某区间内可有效减少 TTV 变化。同时，激光扫描速度也至关重要，合适的扫描速度能保证晶圆受热均匀，避免局部过度受热引起的变形 。

2.2 设备改进

对激光退火设备进行优化有助于管控 TTV 变化。改进激光束的匀化装置，使激光能量在晶圆表面更均匀地分布，减少因能量不均导致的局部应力差异。此外，升级设备的温度控制系统，提高温度监测和控制的精度，确保晶圆在退火过程中温度变化平稳，降低热应力对 TTV 的影响 。

2.3 晶圆预处理

在进行激光退火前，对晶圆进行预处理可有效降低 TTV 变化。通过化学机械抛光（CMP）技术进一步提高晶圆表面平整度，减少因表面不平整在激光退火时产生的应力集中现象。同时，对晶圆进行应力释放处理，如采用热处理等方式消除晶圆内部原有应力，使其在激光退火过程中更稳定，降低 TTV 变化幅度 。

2.4 检测与反馈机制完善

建立高精度的检测与反馈机制是管控 TTV 变化的关键。利用高分辨率的光学检测设备，在激光退火前后对晶圆 TTV 进行快速、精确测量。将测量数据实时传输至控制系统，一旦检测到 TTV 变化超出允许范围，系统自动调整激光退火工艺参数，如能量密度、扫描速度等，实现对 TTV 变化的动态管控 。

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（Total Thickness Variation，总厚度偏差）、BOW（弯曲度）、WARP（翘曲度），TIR（Total Indicated Reading 总指示读数，STIR（Site Total Indicated Reading 局部总指示读数），LTV（Local Thickness Variation 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 4 μm ，精度可达1nm。

2，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调谐激光器，一改过去传统SLD宽频低相干光源的干涉模式，解决了由于相干长度短，而重度依赖“主动式减震平台”的情况。卓越的抗干扰，实现小型化设计，同时也可兼容匹配EFEM系统实现产线自动化集成测量。

5，灵活的运动控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圆片测量。

审核编辑 黄宇