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淺切多道切割工藝對(duì)晶圓 TTV 厚度均勻性的提升機(jī)制與參數(shù)優(yōu)化

新啟航半導(dǎo)體有限公司 ? 2025-07-11 09:59 ? 次閱讀
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一、引言

半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,晶圓總厚度變化(TTV)是衡量晶圓質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一,直接影響芯片制造的良品率與性能。傳統(tǒng)切割工藝在加工過(guò)程中,易因單次切割深度過(guò)大引發(fā)應(yīng)力集中、振動(dòng)等問(wèn)題,導(dǎo)致晶圓 TTV 厚度均勻性欠佳。淺切多道切割工藝作為一種創(chuàng)新加工方式,為提升晶圓 TTV 厚度均勻性提供了新方向,深入探究其提升機(jī)制與參數(shù)優(yōu)化方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、淺切多道切割工藝對(duì)晶圓 TTV 厚度均勻性的提升機(jī)制

2.1 降低切削應(yīng)力

淺切多道切割工藝通過(guò)減小單次切削深度,使切削力分散到多次切割過(guò)程中。相比傳統(tǒng)大深度單次切割,每次切削產(chǎn)生的應(yīng)力大幅降低,避免了應(yīng)力集中現(xiàn)象。較小的切削應(yīng)力能減少晶圓因受力不均產(chǎn)生的變形,從而有效控制晶圓不同部位的厚度差異,提升 TTV 厚度均勻性 。

2.2 抑制振動(dòng)影響

單次切削深度小,刀具與晶圓接觸時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)幅值較低。并且,多道切割過(guò)程中,后序切割可對(duì)前序切割產(chǎn)生的微小振動(dòng)誤差進(jìn)行修正。穩(wěn)定的切割過(guò)程減少了因振動(dòng)導(dǎo)致的切割深度波動(dòng),保障了晶圓厚度的一致性,進(jìn)一步改善 TTV 厚度均勻性 。

2.3 優(yōu)化材料去除方式

該工藝采用分層漸進(jìn)的材料去除模式,更精準(zhǔn)地控制晶圓表面材料的去除量。每一道切割都可根據(jù)晶圓當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整,使晶圓表面材料去除更均勻,從而實(shí)現(xiàn)對(duì) TTV 厚度均勻性的有效提升 。

三、淺切多道切割工藝參數(shù)優(yōu)化

3.1 切削深度與道次優(yōu)化

通過(guò)實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法,確定合適的單次切削深度與總切割道次。一般來(lái)說(shuō),在保證加工效率的前提下,適當(dāng)減小單次切削深度、增加切割道次,有助于提升 TTV 厚度均勻性,但需避免因道次過(guò)多導(dǎo)致加工效率過(guò)低 ??山⒁?TTV 厚度均勻性為目標(biāo)函數(shù),以切削深度和道次為變量的數(shù)學(xué)模型,利用優(yōu)化算法求解最佳參數(shù)組合。

3.2 進(jìn)給速度與切割速度優(yōu)化

合理調(diào)整進(jìn)給速度與切割速度,二者需相互匹配。較低的進(jìn)給速度配合合適的切割速度,可使切削過(guò)程更平穩(wěn),減少切削力波動(dòng)。通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究不同進(jìn)給速度與切割速度組合下的 TTV 厚度均勻性表現(xiàn),篩選出最優(yōu)參數(shù)區(qū)間 。

3.3 刀具參數(shù)優(yōu)化

選擇合適的刀具材料與幾何參數(shù)。高硬度、耐磨性好的刀具材料能保證切割過(guò)程的穩(wěn)定性;優(yōu)化刀具的前角、后角等幾何參數(shù),可降低切削力,減少對(duì)晶圓的損傷。依據(jù)晶圓材料特性與工藝要求,對(duì)刀具參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化,輔助提升 TTV 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。?

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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:

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(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;

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(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。

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(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。

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(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。

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