一、引言

在半導(dǎo)體晶圓制造流程里，晶圓切割是決定芯片質(zhì)量與生產(chǎn)效率的重要工序。切割過(guò)程中，振動(dòng)與應(yīng)力的耦合效應(yīng)顯著影響晶圓質(zhì)量，尤其對(duì)厚度均勻性干擾嚴(yán)重。深入剖析振動(dòng) - 應(yīng)力耦合效應(yīng)對(duì)晶圓厚度均勻性的影響機(jī)制，并提出有效抑制方法，是提升晶圓加工精度、推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。

二、振動(dòng) - 應(yīng)力耦合效應(yīng)對(duì)晶圓厚度均勻性的影響

2.1 振動(dòng)引發(fā)應(yīng)力集中與分布不均

切割過(guò)程中，刀具與晶圓接觸產(chǎn)生的振動(dòng)，會(huì)使晶圓局部區(qū)域受力狀態(tài)發(fā)生突變，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。高頻振動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力快速交替變化，在晶圓內(nèi)部形成復(fù)雜的應(yīng)力分布。應(yīng)力集中區(qū)域材料易發(fā)生塑性變形，使得切割深度出現(xiàn)差異，造成晶圓厚度不均勻 。例如，刀具振動(dòng)幅值增加 10μm，晶圓局部應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值可能提升 20% - 30%，進(jìn)而影響切割深度和厚度均勻性。

2.2 應(yīng)力加劇振動(dòng)的產(chǎn)生與傳播

晶圓內(nèi)部的殘余應(yīng)力或切割過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，會(huì)改變晶圓的剛度和固有頻率。當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)改變后的晶圓固有頻率與切割振動(dòng)頻率相近時(shí)，會(huì)引發(fā)共振，加劇振動(dòng)幅度。振動(dòng)幅度的增大又進(jìn)一步促使應(yīng)力重新分布，二者相互作用形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重破壞晶圓厚度均勻性 。如在切割脆性較大的晶圓材料時(shí)，應(yīng)力導(dǎo)致晶圓局部剛度下降，振動(dòng)能量更容易傳播，使得厚度偏差問(wèn)題更為突出。

2.3 耦合效應(yīng)導(dǎo)致刀具切削不穩(wěn)定

振動(dòng) - 應(yīng)力耦合作用下，刀具的切削狀態(tài)變得不穩(wěn)定。應(yīng)力的變化使刀具與晶圓的接觸力波動(dòng)，加劇刀具磨損；振動(dòng)則使刀具切削軌跡偏移。不穩(wěn)定的切削過(guò)程無(wú)法保證均勻的材料去除量，導(dǎo)致晶圓不同部位的厚度出現(xiàn)偏差 。

三、晶圓切割中振動(dòng) - 應(yīng)力耦合效應(yīng)的抑制方法

3.1 優(yōu)化刀具與切割工藝參數(shù)

選擇高剛性、低振動(dòng)的刀具，合理設(shè)計(jì)刀具刃口形狀和幾何參數(shù)，降低切削力波動(dòng)，減少振動(dòng)產(chǎn)生。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真確定最佳切割工藝參數(shù)，如降低切割速度可減小切削力，減少振動(dòng)激發(fā)；調(diào)整進(jìn)給量，避免過(guò)大的切削負(fù)荷引發(fā)應(yīng)力集中，從而抑制振動(dòng) - 應(yīng)力耦合效應(yīng) 。

3.2 改進(jìn)工件夾持與裝夾方式

設(shè)計(jì)高精度、高穩(wěn)定性的工件夾持系統(tǒng)，保證晶圓在切割過(guò)程中穩(wěn)固固定，減少因夾持不當(dāng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力和振動(dòng)。采用柔性裝夾材料和結(jié)構(gòu)，緩沖切割過(guò)程中的振動(dòng)傳遞，降低振動(dòng) - 應(yīng)力耦合對(duì)晶圓的影響 。

3.3 引入振動(dòng)主動(dòng)控制與應(yīng)力調(diào)節(jié)技術(shù)

在切割設(shè)備上安裝振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)，運(yùn)用主動(dòng)控制技術(shù)，如電磁激勵(lì)器、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器等，產(chǎn)生反向振動(dòng)抵消有害振動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)熱處理、激光沖擊等方法調(diào)節(jié)晶圓內(nèi)部應(yīng)力，降低殘余應(yīng)力水平，改變晶圓應(yīng)力分布狀態(tài)，削弱振動(dòng) - 應(yīng)力耦合效應(yīng)，保障晶圓厚度均勻性 。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)運(yùn)用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準(zhǔn)攻克晶圓/晶片厚度TTV重復(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)精度達(dá)3nm以下。針對(duì)行業(yè)厚度測(cè)量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)段測(cè)量驗(yàn)證，保障再現(xiàn)精度可靠。?

我們的數(shù)據(jù)和WAFERSIGHT2的數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

該系統(tǒng)基于第三代可調(diào)諧掃頻激光技術(shù)，相較傳統(tǒng)雙探頭對(duì)射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測(cè)量。其創(chuàng)新掃描原理極大提升材料兼容性，從輕摻到重?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對(duì)重?fù)叫凸?，可精?zhǔn)探測(cè)強(qiáng)吸收晶圓前后表面；?

點(diǎn)掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串?dāng)_，勝任粗糙晶圓表面測(cè)量；?

通過(guò)偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測(cè)量信噪比；

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測(cè)量，覆蓋μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)厚度范圍，還可測(cè)量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

此外，可調(diào)諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環(huán)境中抗干擾性強(qiáng)，顯著提升重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

系統(tǒng)采用第三代高速掃頻可調(diào)諧激光器，擺脫傳統(tǒng)SLD光源對(duì)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測(cè)量。