聚氨酯研磨垫磨损状态与晶圆 TTV 均匀性的退化机理及预警

摘要

本文围绕半导体晶圆研磨工艺，深入剖析聚氨酯研磨垫磨损状态与晶圆 TTV 均匀性的退化关系，探究其退化机理，并提出相应的预警方法，为保障晶圆研磨质量、优化研磨工艺提供理论与技术支持。

引言

在半导体晶圆研磨过程中，聚氨酯研磨垫是重要的耗材，其磨损状态直接影响晶圆的研磨质量。晶圆 TTV 均匀性作为衡量晶圆研磨质量的关键指标，与研磨垫磨损密切相关。随着研磨过程的推进，研磨垫逐渐磨损，其表面形貌、硬度等性能发生变化，进而导致晶圆 TTV 均匀性退化，影响芯片制造良率。因此，研究聚氨酯研磨垫磨损状态与晶圆 TTV 均匀性的退化机理及预警方法，对提升半导体制造工艺稳定性具有重要意义。

聚氨酯研磨垫磨损状态对晶圆 TTV 均匀性的影响

聚氨酯研磨垫的磨损主要表现为表面磨粒脱落、基体材料损耗以及表面粗糙度改变。当研磨垫表面磨粒大量脱落时，其切削能力下降，导致晶圆表面材料去除速率不一致，使得 TTV 均匀性变差。例如，在研磨垫局部区域磨粒脱落严重时，该区域对晶圆的研磨作用减弱，从而造成晶圆厚度不均匀。

研磨垫基体材料的损耗会改变其弹性性能，影响与晶圆表面的接触压力分布。磨损后的研磨垫弹性下降，无法均匀分散研磨压力，致使晶圆局部受到过大压力，产生过度研磨，破坏 TTV 均匀性。同时，研磨垫表面粗糙度的变化会影响研磨液的流动和磨粒的分布，进一步加剧晶圆 TTV 均匀性的恶化。

晶圆 TTV 均匀性的退化机理

晶圆 TTV 均匀性的退化是一个复杂的过程，与研磨垫磨损引发的多种因素相互作用有关。从力学角度来看，研磨垫磨损导致接触压力分布不均，在晶圆表面产生不均匀的应力，使得晶圆不同区域的材料去除量存在差异，从而造成 TTV 均匀性下降。

在化学层面，研磨过程中研磨液与晶圆、研磨垫发生化学反应，磨损后的研磨垫表面化学性质改变，影响化学反应速率和产物分布，进而对晶圆表面材料去除过程产生影响，促使 TTV 均匀性退化。此外，研磨垫磨损产生的碎屑若不能及时排出，会在研磨过程中划伤晶圆表面，进一步破坏晶圆 TTV 均匀性。

聚氨酯研磨垫磨损与晶圆 TTV 均匀性退化的预警方法

为及时发现聚氨酯研磨垫磨损及晶圆 TTV 均匀性退化，可采用多参数监测与数据分析相结合的预警方法。利用光学显微镜、激光干涉仪等设备实时监测研磨垫表面形貌变化，通过传感器采集研磨过程中的压力、温度、振动等参数。

运用机器学习算法对采集到的数据进行分析建模，如构建基于神经网络的磨损预测模型和 TTV 退化预警模型。当监测数据达到预设的阈值或模型预测到异常趋势时，系统发出预警信号，提示操作人员及时更换研磨垫或调整研磨工艺参数，避免因研磨垫磨损导致晶圆 TTV 均匀性严重退化，造成晶圆报废。

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