一、引言

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）工藝是實(shí)現(xiàn)碳化硅（SiC）襯底全局平坦化的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)提升襯底質(zhì)量、保障后續(xù)器件性能至關(guān)重要。總厚度偏差（TTV）作為衡量碳化硅襯底質(zhì)量的核心指標(biāo)之一，其精確控制是 CMP 工藝的重要目標(biāo)。研究碳化硅 TTV 厚度在 CMP 工藝中的反饋控制機(jī)制，有助于優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn) TTV 厚度的精準(zhǔn)調(diào)控，推動(dòng)碳化硅產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

二、CMP 工藝對(duì)碳化硅 TTV 厚度控制的需求

在 CMP 工藝中，碳化硅襯底表面材料的去除速率不均勻、拋光墊的磨損以及工藝參數(shù)的波動(dòng)等因素，都會(huì)導(dǎo)致襯底 TTV 厚度變化 。若 TTV 厚度控制不佳，會(huì)使后續(xù)器件制造過程中出現(xiàn)光刻對(duì)準(zhǔn)偏差、薄膜沉積不均勻等問題，降低器件成品率和性能 。因此，需建立有效的反饋控制機(jī)制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) TTV 厚度變化，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果及時(shí)調(diào)整 CMP 工藝參數(shù)，確保 TTV 厚度滿足工藝要求。

三、碳化硅 TTV 厚度測(cè)量技術(shù)

3.1 高精度測(cè)量方法

為實(shí)現(xiàn) CMP 工藝中碳化硅 TTV 厚度的反饋控制，需采用高精度的測(cè)量方法。光學(xué)干涉測(cè)量技術(shù)憑借其非接觸、高分辨率的特點(diǎn)，能夠精確獲取碳化硅襯底表面形貌信息，從而計(jì)算出 TTV 厚度 。該技術(shù)通過分析光束在襯底表面反射形成的干涉條紋，可檢測(cè)出微小的厚度變化 。此外，原子力顯微鏡（AFM）測(cè)量技術(shù)具有極高的空間分辨率，能對(duì)碳化硅襯底表面進(jìn)行納米級(jí)精度的掃描，準(zhǔn)確測(cè)量表面起伏，為 TTV 厚度反饋控制提供精確數(shù)據(jù) 。

3.2 在線測(cè)量與實(shí)時(shí)反饋

在 CMP 工藝過程中，采用在線測(cè)量技術(shù)可實(shí)時(shí)獲取 TTV 厚度數(shù)據(jù)?；诩す鈷呙璧脑诰€測(cè)量系統(tǒng)，能夠在不中斷 CMP 工藝的情況下，快速對(duì)碳化硅襯底進(jìn)行掃描測(cè)量 。測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至反饋控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠及時(shí)了解 TTV 厚度變化趨勢(shì)，為工藝參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn) TTV 厚度的動(dòng)態(tài)控制。

四、CMP 工藝中 TTV 厚度反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)收集碳化硅 TTV 厚度測(cè)量數(shù)據(jù)以及 CMP 工藝過程中的相關(guān)參數(shù)，如拋光壓力、拋光液流量、拋光頭轉(zhuǎn)速等 。該模塊采用高精度傳感器，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性 。通過數(shù)據(jù)采集卡將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸至數(shù)據(jù)處理單元。

4.2 數(shù)據(jù)處理與分析模塊

數(shù)據(jù)處理與分析模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。利用濾波算法去除測(cè)量數(shù)據(jù)中的噪聲，通過數(shù)學(xué)模型分析 TTV 厚度與 CMP 工藝參數(shù)之間的關(guān)系 。該模塊還能夠預(yù)測(cè) TTV 厚度的變化趨勢(shì)，為反饋控制提供決策支持 。例如，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立 TTV 厚度預(yù)測(cè)模型，根據(jù)當(dāng)前工藝參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來 TTV 厚度變化。

4.3 控制執(zhí)行模塊

控制執(zhí)行模塊根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析模塊的結(jié)果，調(diào)整 CMP 工藝參數(shù)。當(dāng)檢測(cè)到 TTV 厚度超出設(shè)定范圍時(shí)，控制執(zhí)行模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)拋光壓力、拋光液流量或拋光頭轉(zhuǎn)速等參數(shù)，使 TTV 厚度恢復(fù)到目標(biāo)值 。該模塊采用高精度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保工藝參數(shù)調(diào)整的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

五、CMP 工藝中 TTV 厚度反饋控制策略

5.1 基于模型的反饋控制

基于 CMP 工藝過程模型，建立 TTV 厚度與工藝參數(shù)之間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)基于模型的反饋控制 。通過對(duì)模型的參數(shù)辨識(shí)和優(yōu)化，提高模型的準(zhǔn)確性 。根據(jù)測(cè)量的 TTV 厚度與目標(biāo)值的偏差，利用模型計(jì)算出工藝參數(shù)的調(diào)整量，實(shí)現(xiàn)對(duì) TTV 厚度的精確控制 。例如，采用基于物理原理的 CMP 工藝模型，結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，調(diào)整拋光過程中的材料去除速率，控制 TTV 厚度。

5.2 智能反饋控制

引入智能控制算法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，實(shí)現(xiàn)碳化硅 TTV 厚度的智能反饋控制 。模糊控制無需建立精確的數(shù)學(xué)模型，通過模糊規(guī)則庫和模糊推理機(jī)制，根據(jù) TTV 厚度偏差和偏差變化率調(diào)整工藝參數(shù) 。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有強(qiáng)大的非線性映射能力，能夠?qū)W習(xí) TTV 厚度與工藝參數(shù)之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制 。智能反饋控制能夠提高系統(tǒng)的魯棒性和控制精度，適應(yīng) CMP 工藝過程中的不確定性和干擾。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)運(yùn)用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準(zhǔn)攻克晶圓/晶片厚度TTV重復(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)精度達(dá)3nm以下。針對(duì)行業(yè)厚度測(cè)量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)段測(cè)量驗(yàn)證，保障再現(xiàn)精度可靠。?

我們的數(shù)據(jù)和WAFERSIGHT2的數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

該系統(tǒng)基于第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相較傳統(tǒng)雙探頭對(duì)射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測(cè)量。其創(chuàng)新掃描原理極大提升材料兼容性，從輕摻到重?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對(duì)重?fù)叫凸?，可精?zhǔn)探測(cè)強(qiáng)吸收晶圓前后表面；?

點(diǎn)掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串?dāng)_，勝任粗糙晶圓表面測(cè)量；?

通過偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測(cè)量信噪比；

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測(cè)量，覆蓋μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)厚度范圍，還可測(cè)量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

此外，可調(diào)諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環(huán)境中抗干擾性強(qiáng)，顯著提升重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

系統(tǒng)采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，擺脫傳統(tǒng)SLD光源對(duì)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測(cè)量。