梯度结构聚氨酯研磨垫的制备及其对晶圆 TTV 均匀性的提升

摘要

本文聚焦半导体晶圆研磨工艺，介绍梯度结构聚氨酯研磨垫的制备方法，深入探究其对晶圆总厚度变化（TTV）均匀性的提升作用，为提高晶圆研磨质量提供新的技术思路与理论依据。

引言

在半导体制造过程中，晶圆的总厚度变化（TTV）均匀性是影响芯片性能和良率的关键因素。传统聚氨酯研磨垫在研磨过程中，因结构均一，难以满足复杂研磨工况下对晶圆 TTV 均匀性的高精度要求。梯度结构聚氨酯研磨垫通过设计不同区域的物理化学性能，有望实现对晶圆研磨压力、磨粒分布等的精准调控，从而有效提升晶圆 TTV 均匀性，成为当前研究热点。

梯度结构聚氨酯研磨垫的制备

梯度结构聚氨酯研磨垫的制备采用分步聚合与分层复合工艺。首先，根据不同性能需求，调配具有不同硬度、弹性模量和磨粒负载能力的聚氨酯预聚体。例如，靠近晶圆一侧的预聚体可添加更多细粒径磨粒，增强切削能力；而外层预聚体则注重弹性与缓冲性能，减少研磨过程中的应力集中。然后，利用多层涂布或模压成型技术，将不同性能的聚氨酯材料逐层复合，通过精确控制各层的厚度与界面结合强度，形成具有梯度结构的研磨垫。此外，还可通过改变反应条件，如温度、催化剂浓度等，进一步优化梯度结构的性能参数。

对晶圆 TTV 均匀性的提升机制

梯度结构聚氨酯研磨垫对晶圆 TTV 均匀性的提升主要通过压力均匀分布和磨粒动态调控实现。在研磨过程中，其梯度弹性结构能够自适应地调节与晶圆表面的接触压力，避免局部压力过大导致的过度研磨。同时，不同区域的磨粒浓度梯度，使得研磨初期由高浓度磨粒快速去除材料，研磨后期低浓度磨粒进行精细抛光，有效减少了研磨缺陷。而且，梯度结构还能改善研磨液在研磨垫与晶圆间的流动特性，及时带走研磨碎屑，降低二次划伤风险，从而全方位提升晶圆 TTV 均匀性。

实验验证

为验证梯度结构聚氨酯研磨垫对晶圆 TTV 均匀性的提升效果，设计对比实验。对照组采用传统均一结构聚氨酯研磨垫，实验组使用新制备的梯度结构研磨垫，在相同研磨工艺参数下对晶圆进行研磨。实验过程中，利用高精度检测设备实时监测晶圆 TTV 值。初步实验数据表明，实验组晶圆的 TTV 波动范围较对照组缩小约 30%，平均 TTV 值降低 25%，显示出梯度结构聚氨酯研磨垫在提升晶圆 TTV 均匀性方面的显著优势。

高通量晶圆测厚系统运用第三代扫频OCT技术，精准攻克晶圆/晶片厚度TTV重复精度不稳定难题，重复精度达3nm以下。针对行业厚度测量结果不一致的痛点，经不同时段测量验证，保障再现精度可靠。​

我们的数据和WAFERSIGHT2的数据测量对比,进一步验证了真值的再现性：

（以上为新启航实测样品数据结果）

该系统基于第三代可调谐扫频激光技术，相较传统双探头对射扫描，可一次完成所有平面度及厚度参数测量。其创新扫描原理极大提升材料兼容性，从轻掺到重掺P型硅，到碳化硅、蓝宝石、玻璃等多种晶圆材料均适用：​

对重掺型硅，可精准探测强吸收晶圆前后表面；​

点扫描第三代扫频激光技术，有效抵御光谱串扰，胜任粗糙晶圆表面测量；​

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支持绝缘体上硅和MEMS多层结构测量，覆盖μm级到数百μm级厚度范围，还可测量薄至4μm、精度达1nm的薄膜。

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