在半导体先进制造中，双面抛光机是实现晶圆全局平坦化的核心装备。其在大压力下的连续加工，会因持续摩擦与设备运行产生显著热量，导致内部温升。热稳定性直接决定了抛光盘的面型精度、设备运行的可靠性，并最终影响晶圆加工良率。本文系统阐述温升对工艺结果的影响，并结合典型晶片形貌，说明热管理不善导致的品质问题。
01双抛机运行中的热挑战
双抛机通过上下抛光盘的相对运动，在稳定压力下对晶圆进行双面抛光。在连续加工过程中，盘面摩擦与电机、主轴等核心部件的运行会产生大量热量。若散热不及时，设备内部温度将持续升高。
常规压力（如250kg）下，依靠设备自身散热，内部温度可维持在约35℃。然而，随着加工压力增大、持续运行时间加长，温升风险显著增加，对设备精度与稳定性构成直接威胁。
02温升的核心影响：精度下降与运行恶化
设备内部温升会引发一系列连锁反应，主要体现在两大方面：
直接影响：机械热变形导致加工精度劣化
各金属结构件（如抛光盘支撑架、盘面）及密封件在热膨胀下会发生形变，直接导致抛光盘的平面度与平行度偏离设定值。这不仅增加运转阻力，更会降低晶圆抛光的均匀性与面型精度。
通过专业热力学仿真可以清晰看到温升的分布及其对关键部件的影响。如下图所示，在高负载连续运行条件下，设备内部热量会聚集，导致局部高温，进而引发结构变形。
图1、双抛机热力学稳态仿真
热变形对加工精度的具体影响，直观体现在抛光盘的位移变化上。仿真对比分析表明，在考虑温升效应后，抛光盘的位移与倾斜量会显著增加，直接影响承载晶圆的载具运行轨迹与抛光一致性。
位移结果
图2、双抛机热力学稳态仿真（考虑温度）
间接影响：运行稳定性陷入恶性循环
温度升高会导致润滑效果下降、摩擦系数增加，从而使电机负载率上升。负载率提高又会引发电机电流增加，产生更多热量，形成“温升-负载增加-进一步温升”的恶性循环，严重威胁设备长期运行的稳定性。
03从设备问题到晶圆缺陷：温升导致的典型工艺结果
上述设备精度的下降与运行的恶化，最终会直接传导至晶圆表面，形成可观测的各类缺陷。
面型均匀性恶化与区域偏移
抛光盘的热变形会导致压力分布不均，使晶圆特定区域（如边缘或中心）的材料去除率发生系统性偏移，形成“边缘慢抛”或“中心过抛”等全局面型问题，严重影响平坦化效果。
表面粗糙度增加与微观损伤
温度波动会影响抛光垫的物理状态，可能导致表面粗糙度（Ra）超标，甚至产生密集的微观划伤（Micro-scratches），对后续光刻等工艺构成风险。
片内与片间一致性失控
在“温升-负载”恶性循环下，工艺状态持续漂移，导致同一片晶圆内不同区域的去除率差异扩大，同时批次生产中片与片之间的关键参数（如膜厚）重复性变差，良率大幅波动。
矽加可实现完美的凸型轮廓，并将TTV稳定控制在1μm左右。
对于需保持原始面型的应用，我们可高度复刻来料面型，并将TTV优化至＜1μm。
上述高精度加工的实现，核心依托于矽加双抛机的完善、精密的下盘温控系统，该系统为工艺稳定性提供了关键保障。
04热控制思路
为抑制温升、保障工艺稳定，需从系统层面进行热管理。工程中通常依据实际散热需求与成本效益，采用风冷、关键部件液冷或组合策略等方案。有效的热控制是打断上述恶性循环、确保设备精度与工艺结果一致性的前提。
总结
双抛机在大压力加工中的热稳定性，直接关系到设备精度与晶圆质量。温升会引发设备热变形和运行恶性循环，最终导致晶圆面型不均、粗糙度超标等缺陷。
随着3D NAND等先进制程对平整度要求逼近极限，热管理已从设备工程问题，升级为影响芯片性能的核心工艺控制环节。这要求设备与工艺工程师协同，通过精准的热设计、监控与管控，共同保障制造良率。