【新启航】玻璃晶圆 TTV 厚度在光刻工艺中的反馈控制优化研究

一、引言

玻璃晶圆在半导体制造、微流控芯片等领域应用广泛，光刻工艺作为决定器件图案精度与性能的关键环节，对玻璃晶圆的质量要求极为严苛 。总厚度偏差（TTV）是衡量玻璃晶圆质量的重要指标，其厚度的均匀性直接影响光刻工艺中曝光深度、图形转移精度等关键参数 。当前，如何优化玻璃晶圆 TTV 厚度在光刻工艺中的反馈控制，以提高光刻质量和生产效率，成为亟待研究的重要课题。

二、玻璃晶圆 TTV 厚度对光刻工艺的影响

2.1 影响曝光深度一致性

玻璃晶圆 TTV 厚度不均会导致晶圆表面与光刻掩膜版的距离出现差异 。在光刻曝光过程中，根据光学原理，曝光深度与晶圆表面到掩膜版的距离密切相关 。TTV 厚度偏差使得不同区域的曝光深度不一致，造成光刻胶的固化程度不同，最终影响光刻图案的成型质量 。例如，在相同曝光剂量下，厚度较厚区域的光刻胶曝光不足，而厚度较薄区域则可能曝光过度。

2.2 降低图形转移精度

光刻工艺旨在将掩膜版上的图案精确转移到玻璃晶圆表面 。TTV 厚度的变化会引起晶圆表面的不平整，导致光刻过程中光线折射和衍射情况复杂多变 。这种光学差异会使光刻图案在转移过程中发生变形、扭曲，降低图形的对准精度和尺寸精度 ，进而影响芯片的性能和良率 。

三、反馈控制优化方法

3.1 高精度测量技术的应用

采用先进的测量技术获取玻璃晶圆 TTV 厚度数据是实现有效反馈控制的基础 。白光干涉测量技术凭借其高分辨率和非接触特性，能够快速、精确地测量晶圆表面形貌，获取 TTV 厚度信息 。此外，结合激光扫描测量技术，可对晶圆进行全方位扫描，提高测量的覆盖范围和准确性 。通过实时、高精度的测量，为光刻工艺的反馈控制提供可靠的数据支持 。

3.2 优化反馈控制系统架构

构建更完善的反馈控制系统，将测量模块、数据处理模块、控制执行模块紧密结合 。在测量模块，实现 TTV 厚度数据的实时采集和传输；数据处理模块利用算法对测量数据进行分析，建立 TTV 厚度与光刻工艺参数之间的关系模型 ，预测光刻过程中可能出现的问题 。控制执行模块根据数据处理结果，及时调整光刻工艺参数，如曝光剂量、聚焦位置等 。同时，引入人工智能算法，使反馈控制系统能够自适应不同批次、不同规格的玻璃晶圆，提高系统的鲁棒性 。

3.3 动态控制策略的实施

光刻工艺过程中，环境因素、设备状态等不断变化，静态的控制策略难以满足高精度要求 。实施动态控制策略，实时监测光刻过程中的各项参数，如环境温度、湿度，设备的光源强度、工作台平整度等 。根据这些参数的变化以及 TTV 厚度数据，动态调整光刻工艺参数 。例如，当检测到环境温度升高导致玻璃晶圆膨胀，TTV 厚度发生变化时，自动调整曝光剂量和聚焦位置，保证光刻质量的稳定性 。

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；​

通过偏振效应补偿，增强低反射碳化硅、铌酸锂晶圆测量信噪比；

（以上为新启航实测样品数据结果）

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。

（以上为新启航实测样品数据结果）

此外，可调谐扫频激光具备出色的“温漂”处理能力，在极端环境中抗干扰性强，显著提升重复测量稳定性。

（以上为新启航实测样品数据结果）

系统采用第三代高速扫频可调谐激光器，摆脱传统SLD光源对“主动式减震平台”的依赖，凭借卓越抗干扰性实现小型化设计，还能与EFEM系统集成，满足产线自动化测量需求。运动控制灵活，适配2-12英寸方片和圆片测量。