激光退火后 晶圓 TTV 變化管控

摘要：本文針對激光退火后晶圓總厚度偏差（TTV）變化的問題，深入探討從工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備改進(jìn)、晶圓預(yù)處理以及檢測反饋機(jī)制等方面，提出一系列有效管控 TTV 變化的方法，為提升激光退火后晶圓質(zhì)量提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：激光退火；晶圓；TTV 變化；管控方法

一、引言

激光退火作為半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵工藝，在改善晶圓電學(xué)性能方面發(fā)揮著重要作用。然而，激光退火過程中產(chǎn)生的高熱量及不均勻的能量分布，易導(dǎo)致晶圓內(nèi)部應(yīng)力變化，從而引起 TTV 改變。TTV 的波動會影響后續(xù)芯片制造工藝的精度與良率，因此對激光退火后晶圓 TTV 變化進(jìn)行有效管控成為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域亟待解決的重要問題 。

二、TTV 變化管控方法

2.1 工藝參數(shù)優(yōu)化

激光退火的工藝參數(shù)直接影響晶圓 TTV 變化程度。激光能量密度需嚴(yán)格控制，過高的能量密度會使晶圓局部溫度急劇升高，產(chǎn)生過大熱應(yīng)力，導(dǎo)致 TTV 增大；過低則無法達(dá)到預(yù)期的退火效果。通過試驗(yàn)確定不同晶圓材質(zhì)和工藝需求下的最佳能量密度范圍，例如對于硅晶圓，在特定的退火目標(biāo)下，將能量密度控制在某區(qū)間內(nèi)可有效減少 TTV 變化。同時，激光掃描速度也至關(guān)重要，合適的掃描速度能保證晶圓受熱均勻，避免局部過度受熱引起的變形 。

2.2 設(shè)備改進(jìn)

對激光退火設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化有助于管控 TTV 變化。改進(jìn)激光束的勻化裝置，使激光能量在晶圓表面更均勻地分布，減少因能量不均導(dǎo)致的局部應(yīng)力差異。此外，升級設(shè)備的溫度控制系統(tǒng)，提高溫度監(jiān)測和控制的精度，確保晶圓在退火過程中溫度變化平穩(wěn)，降低熱應(yīng)力對 TTV 的影響 。

2.3 晶圓預(yù)處理

在進(jìn)行激光退火前，對晶圓進(jìn)行預(yù)處理可有效降低 TTV 變化。通過化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）技術(shù)進(jìn)一步提高晶圓表面平整度，減少因表面不平整在激光退火時產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。同時，對晶圓進(jìn)行應(yīng)力釋放處理，如采用熱處理等方式消除晶圓內(nèi)部原有應(yīng)力，使其在激光退火過程中更穩(wěn)定，降低 TTV 變化幅度 。

2.4 檢測與反饋機(jī)制完善

建立高精度的檢測與反饋機(jī)制是管控 TTV 變化的關(guān)鍵。利用高分辨率的光學(xué)檢測設(shè)備，在激光退火前后對晶圓 TTV 進(jìn)行快速、精確測量。將測量數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至控制系統(tǒng)，一旦檢測到 TTV 變化超出允許范圍，系統(tǒng)自動調(diào)整激光退火工藝參數(shù)，如能量密度、掃描速度等，實(shí)現(xiàn)對 TTV 變化的動態(tài)管控 。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)

高通量晶圓測厚系統(tǒng)以光學(xué)相干層析成像原理，可解決晶圓/晶片厚度TTV（Total Thickness Variation，總厚度偏差）、BOW（彎曲度）、WARP（翹曲度），TIR（Total Indicated Reading 總指示讀數(shù)，STIR（Site Total Indicated Reading 局部總指示讀數(shù)），LTV（Local Thickness Variation 局部厚度偏差）等這類技術(shù)指標(biāo)。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)，全新采用的第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相比傳統(tǒng)上下雙探頭對射掃描方式；可一次性測量所有平面度及厚度參數(shù)。

1，靈活適用更復(fù)雜的材料，從輕摻到重?fù)?P 型硅 (P++)，碳化硅，藍(lán)寶石，玻璃，鈮酸鋰等晶圓材料。

重?fù)叫凸瑁◤?qiáng)吸收晶圓的前后表面探測）

粗糙的晶圓表面，（點(diǎn)掃描的第三代掃頻激光，相比靠光譜探測方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對測量粗糙表面晶圓）

低反射的碳化硅(SiC)和鈮酸鋰(LiNbO3)；（通過對偏振效應(yīng)的補(bǔ)償，加強(qiáng)對低反射晶圓表面測量的信噪比）

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時測量多 層 結(jié) 構(gòu)，厚 度 可 從μm級到數(shù)百μm 級不等。

可用于測量各類薄膜厚度，厚度最薄可低至 4 μm ，精度可達(dá)1nm。

2，可調(diào)諧掃頻激光的“溫漂”處理能力，體現(xiàn)在極端工作環(huán)境中抗干擾能力強(qiáng)，充分提高重復(fù)性測量能力。

4，采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，一改過去傳統(tǒng)SLD寬頻低相干光源的干涉模式，解決了由于相干長度短，而重度依賴“主動式減震平臺”的情況。卓越的抗干擾，實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，同時也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線自動化集成測量。

5，靈活的運(yùn)動控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測量。