在半導(dǎo)體光刻工藝里，諸多環(huán)節(jié)都對芯片制造的精度與質(zhì)量有著舉足輕重的影響，其中 Leveling（找平）這一關(guān)鍵步驟在確保晶圓表面平整度方面扮演著不可或缺的角色。

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)不斷演進，晶圓尺寸日益增大，厚度持續(xù)減小。在加工過程中，多種因素會導(dǎo)致晶圓產(chǎn)生明顯翹曲。比如，經(jīng)歷較大熱過程（高溫、長時間），對硅片襯底進行溝槽刻蝕并填充不同介質(zhì)（因材料和圖形差異），硅片襯底上沉積的膜層應(yīng)力不匹配，以及硅片厚度減薄過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力等，都會使晶圓出現(xiàn)翹曲。

晶圓翹曲會帶來一系列嚴重問題。在光刻環(huán)節(jié)，它對晶圓邊緣光刻的聚焦影響顯著，大大增加了后續(xù)光刻機臺的對準難度，進而影響套刻精度，最終導(dǎo)致器件性能發(fā)生變化，如defocus問題。即便是滿足設(shè)備加工要求的晶圓翹曲，也可能因熱膨脹系數(shù)不同、應(yīng)力不匹配而存在內(nèi)在缺陷，在受到外力時，極易在加工過程中引發(fā)碎片，不僅會污染加工設(shè)備及相應(yīng)承載工具，導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)，還需復(fù)雜且昂貴的設(shè)備清洗復(fù)機過程。因此，控制晶圓翹曲、保證其表面平整度至關(guān)重要。

Leveling 正是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的重要手段。目前，控制晶圓表面平整性的主要策略是優(yōu)化光阻層厚度的均一性，并在曝光前進行 Leveling 掃描。其原理是通過專門的設(shè)備和技術(shù)，對晶圓表面進行全面掃描，以此確認晶圓表面的形貌。在掃描過程中，能夠精確獲取晶圓表面各個位置的高度信息，從而構(gòu)建出晶圓表面的三維形貌圖。例如，利用干涉儀（斐索干涉）、白光干涉儀、臺階儀 / 探針式輪廓儀、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡等設(shè)備，都可用于獲取晶圓表面形貌及臺階高度相關(guān)信息，這些信息為 Leveling 提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。

基于 Leveling 掃描得到的晶圓表面形貌數(shù)據(jù)，便可對曝光機進行補償。通過調(diào)整曝光機的相關(guān)參數(shù)，如光源的角度、強度分布等，使曝光過程能夠適應(yīng)晶圓表面每一個shot實際情況。這樣一來，即使晶圓存在一定程度的翹曲，也能在一定程度上減少翹曲對光刻精度的影響，使光刻過程更加準確地將掩模板上的圖案轉(zhuǎn)移至光阻層中。

然而，當前采用 Leveling 搭配優(yōu)化光阻層厚度均一性的方法，仍存在一定局限性。盡管能夠在一定程度上改善晶圓表面平整度，但仍無法完全有效地控制，難以補償由于晶圓表面不平整所帶來的套刻殘留，這也成為了當前半導(dǎo)體光刻工藝中亟待解決的問題之一。

為了更精準地實現(xiàn) Leveling，在測量晶圓翹曲相關(guān)參數(shù)方面，有著嚴格的定義和多樣的測量方法。翹曲度是晶圓的重要形貌參數(shù)之一，與之相關(guān)的硅片的厚度、TTV(即Total Thickness Variation，總厚度偏差)、BOW(即彎曲度)、WARP(即翹曲度)、TIR(即Total Indicated Reading，總指示讀數(shù))、STIR(即Site Total Indicated Reading，局部總指示讀數(shù))、LTV(即Local Thickness Variation，局部厚度偏差)等。以 TTV 為例，它通過掃描模式或一系列點測量過程中遇到的最大厚度值與最小厚度值之間的差值來定義，可利用非接觸式測量探針，通過監(jiān)測上下部探針與晶圓表面的間隙變化，并結(jié)合校準過程來計算得出。BOW 則是自由、未夾緊的晶片的中位表面的中心點與中位表面參考平面的偏差，該參考平面由在圓上等距分布的三個點確定。WARP 是自由、未夾緊的晶圓的中間表面與參考位置的最大和最小距離之間的差異。針對這些參數(shù)的測量，有激光干涉測量面型輪廓、接觸式臺階儀、條紋結(jié)構(gòu)光反射成像測量、電容位移傳感器、激光三角位移傳感器、光譜共焦位移傳感器等多種方案，它們在成本、效率和精度等方面各有優(yōu)劣。

Leveling 作為光刻工藝中確保晶圓表面平整度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，雖然目前已廣泛應(yīng)用，但仍需不斷改進和完善，以滿足半導(dǎo)體制造日益提高的精度和質(zhì)量要求，推動整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷向前發(fā)展。

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