特氟龍夾具的晶圓夾持方式，相比真空吸附方式，對(duì)測(cè)量晶圓 BOW 的影響

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，晶圓作為芯片的基礎(chǔ)母材，其質(zhì)量把控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一便是對(duì) BOW（彎曲度）的精確測(cè)量。而在測(cè)量過(guò)程中，特氟龍夾具的晶圓夾持方式與傳統(tǒng)的真空吸附方式有著截然不同的特性，這些差異深刻影響著晶圓 BOW 的測(cè)量精度與可靠性，對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體工藝鏈的穩(wěn)定性起著不可忽視的作用。

一、真空吸附方式剖析

真空吸附方式長(zhǎng)期以來(lái)在晶圓測(cè)量領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。它借助布滿吸盤(pán)表面的微小氣孔，通過(guò)抽真空操作，使晶圓底面與吸盤(pán)緊密貼合。從穩(wěn)定性角度來(lái)看，這種方式表現(xiàn)卓越，強(qiáng)大且均勻的吸附力能夠有效抵御外界輕微震動(dòng)、氣流擾動(dòng)等干擾因素，為高精度測(cè)量?jī)x器提供了近乎理想的靜態(tài)工作平臺(tái)。

然而，當(dāng)聚焦于晶圓 BOW 測(cè)量時(shí)，真空吸附的弊端逐漸顯現(xiàn)。晶圓在經(jīng)歷一系列復(fù)雜的制造工藝，如高溫退火、化學(xué)機(jī)械拋光、薄膜沉積等過(guò)程后，內(nèi)部積聚了錯(cuò)綜復(fù)雜的應(yīng)力。真空吸附施加的大面積均勻壓力，如同給晶圓披上了一層無(wú)形卻緊固的 “束縛鎧甲”，在一定程度上掩蓋了晶圓真實(shí)的彎曲形態(tài)。對(duì)于一些細(xì)微的 BOW 變化，尤其是幾微米甚至更小尺度的形變，測(cè)量探頭難以穿透這層 “壓力屏障” 精準(zhǔn)捕捉，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果往往低于晶圓實(shí)際的彎曲程度，為后續(xù)工藝優(yōu)化與質(zhì)量管控埋下隱患。

二、特氟龍夾具夾持方式特性

特氟龍夾具的晶圓夾持方式則另辟蹊徑。特氟龍材料因其極低的摩擦系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性以及良好的柔韌性脫穎而出，成為制作夾具的優(yōu)選材質(zhì)。特氟龍夾具通常設(shè)計(jì)為在晶圓邊緣選取若干關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行夾持，這種設(shè)計(jì)理念旨在最大限度地減少對(duì)晶圓中心區(qū)域應(yīng)力釋放的影響，讓晶圓能夠自然呈現(xiàn)其原本的彎曲或翹曲形態(tài)。

與真空吸附不同，特氟龍夾具并非通過(guò)大面積的壓力貼合來(lái)固定晶圓，而是利用其特殊材質(zhì)的摩擦力與適度的夾持力，溫柔且精準(zhǔn)地 “握住” 晶圓。這意味著在測(cè)量過(guò)程中，晶圓中心因自身應(yīng)力產(chǎn)生的 BOW 能夠相對(duì)自由地展現(xiàn)，不會(huì)受到過(guò)度的外力約束。例如，在對(duì)經(jīng)過(guò)高溫制程后的晶圓進(jìn)行 BOW 測(cè)量時(shí)，特氟龍夾具能允許晶圓依據(jù)內(nèi)部熱應(yīng)力分布自然地向某一方向彎曲，使得測(cè)量設(shè)備能夠更接近真實(shí)地探測(cè)到晶圓的彎曲狀態(tài)。

三、對(duì)測(cè)量 BOW 精度的影響對(duì)比

1，精度提升潛力

在精度提升方面，特氟龍夾具夾持方式展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。以某款用于高端智能手機(jī)芯片制造的晶圓為例，經(jīng)模擬實(shí)際工況的熱循環(huán)測(cè)試后，晶圓中心出現(xiàn)約 30 微米的凹陷彎曲。采用特氟龍夾具夾持測(cè)量時(shí)，測(cè)量所得 BOW 值與理論計(jì)算值偏差控制在 5% 以內(nèi)，能夠精準(zhǔn)反映晶圓的實(shí)際彎曲情況。而真空吸附方式下，由于其對(duì)晶圓形變的抑制作用，測(cè)量偏差高達(dá) 20% 以上，無(wú)法為后續(xù)工藝提供可靠的厚度數(shù)據(jù)參考，高下立判。

這是因?yàn)樘胤垔A具避免了真空吸附的 “過(guò)度矯正” 問(wèn)題，給予測(cè)量探頭更直接接觸晶圓真實(shí)彎曲表面的機(jī)會(huì)，使得從幾微米到幾十微米的彎曲變化都能被精確捕捉，為高精度芯片制造工藝提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)保障。

2，數(shù)據(jù)真實(shí)性保障

在批量測(cè)量晶圓 BOW 時(shí)，特氟龍夾具憑借其穩(wěn)定且輕柔的夾持特性，確保每一片晶圓在測(cè)量平臺(tái)上的放置姿態(tài)和受力狀態(tài)相對(duì)一致，且更貼近自然狀態(tài)。無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度、濕度如何微小波動(dòng)，或是設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的輕微震動(dòng)，特氟龍夾具都能有效緩沖外界干擾，使晶圓維持穩(wěn)定測(cè)量條件。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在連續(xù)測(cè)量同一批次 50 片晶圓 BOW 過(guò)程中，特氟龍夾具夾持方案下測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差僅為 3 微米左右，相較于真空吸附方式動(dòng)輒超過(guò) 8 微米的標(biāo)準(zhǔn)差，特氟龍夾具極大保障了 BOW 測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與真實(shí)性，方便工藝工程師快速篩選出 BOW 異常晶圓，提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量管控水平。

四、面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)策略

盡管特氟龍夾具夾持方式優(yōu)勢(shì)顯著，但在實(shí)際應(yīng)用與推廣中仍面臨挑戰(zhàn)。一方面，特氟龍夾具的制造精度要求極高，夾具與晶圓接觸點(diǎn)的尺寸、形狀以及夾持力的均勻性稍有偏差，就可能導(dǎo)致晶圓局部受力不均，產(chǎn)生微小變形，影響測(cè)量精度。這需要借助先進(jìn)的精密加工技術(shù)優(yōu)化夾具設(shè)計(jì)，結(jié)合高精度壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋調(diào)控，確保夾持力均勻穩(wěn)定。

另一方面，隨著晶圓尺寸向更大直徑發(fā)展，維持特氟龍夾具夾持的穩(wěn)定性愈發(fā)困難。研發(fā)適配大尺寸晶圓的多段式、自適應(yīng)夾具結(jié)構(gòu)，配合智能算法動(dòng)態(tài)調(diào)整夾持策略，保障不同尺寸規(guī)格下晶圓 BOW 測(cè)量的精準(zhǔn)性，成為當(dāng)下亟待攻克的技術(shù)難題。

綜上所述，特氟龍夾具的晶圓夾持方式在測(cè)量 BOW 方面相較于真空吸附方式展現(xiàn)出高精度、高穩(wěn)定性、真實(shí)還原形變等諸多優(yōu)勢(shì)，雖面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，但隨著科研人員持續(xù)攻堅(jiān)克難，不斷優(yōu)化創(chuàng)新，有望成為晶圓測(cè)量夾持的主流方案，為蓬勃發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)注入強(qiáng)勁動(dòng)力，助力高端芯片制造邁向新征程。

五、高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)

高通量晶圓測(cè)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(cè)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(duì)射掃描方式；可一次性測(cè)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(cè)）

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(cè)方案，不易受到光譜中相鄰單位的串?dāng)_噪聲影響，因而對(duì)測(cè)量粗糙表面晶圓）

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

絕緣體上硅（SOI)和MEMS，可同時(shí)測(cè)量多 層 結(jié) 構(gòu)，厚 度 可 從μm級(jí)到數(shù)百μm 級(jí)不等。

可用于測(cè)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(cè)量能力。

采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，一改過(guò)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(zhǎng)度短，而重度依賴“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的情況。卓越的抗干擾，實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，同時(shí)也可兼容匹配EFEM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線自動(dòng)化集成測(cè)量。

3，靈活的運(yùn)動(dòng)控制方式，可兼容2英寸到12英寸方片和圓片測(cè)量。