一、引言

在半導(dǎo)體晶圓制造領(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)，直接影響芯片制造的良品率與性能。淺切多道工藝通過分層切削降低單次切削力，有效改善晶圓切割質(zhì)量，但該工藝過程中產(chǎn)生的切削熱分布及其與工藝的耦合效應(yīng)，會對晶圓 TTV 產(chǎn)生復(fù)雜影響 。深入研究兩者耦合效應(yīng)對 TTV 的作用機(jī)制，對優(yōu)化晶圓切割工藝、提升晶圓質(zhì)量具有重要意義。

二、淺切多道工藝與切削熱分布的耦合效應(yīng)對 TTV 的影響機(jī)制

2.1 切削熱累積與晶圓變形

淺切多道工藝雖單次切削深度小，但多次切削導(dǎo)致熱量持續(xù)累積。切削熱使晶圓局部溫度升高，產(chǎn)生熱膨脹變形 。由于晶圓不同部位受熱不均，熱膨脹程度存在差異，從而改變晶圓的厚度分布，影響 TTV。例如，在多道切割過程中，刀具與晶圓接觸區(qū)域溫度可達(dá) 200℃以上，導(dǎo)致該區(qū)域晶圓膨脹變形，造成厚度變化。

2.2 切削熱對材料去除特性的影響

切削熱會改變晶圓材料的物理性能，使其硬度和強(qiáng)度下降 。在后續(xù)切割道次中，材料去除速率受溫度影響發(fā)生變化。溫度較高區(qū)域材料更易被去除，導(dǎo)致晶圓表面材料去除不均勻，進(jìn)一步加劇 TTV 的波動 。這種因切削熱引起的材料去除特性改變，與淺切多道工藝相互作用，形成復(fù)雜的耦合效應(yīng)。

2.3 熱 - 力耦合作用加劇 TTV 波動

切削熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力與切削力相互疊加，形成熱 - 力耦合 。淺切多道工藝下，盡管切削力相對較小，但熱應(yīng)力的存在使晶圓內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)更為復(fù)雜 。熱 - 力耦合導(dǎo)致晶圓產(chǎn)生更大的變形，尤其是在晶圓邊緣和薄弱部位，這種變形直接反映在 TTV 的變化上，使 TTV 值增大，厚度均勻性降低。

三、研究方法探討

3.1 實(shí)驗(yàn)測量

設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，在不同淺切多道工藝參數(shù)（如切削深度、切割道次、進(jìn)給速度等）下進(jìn)行晶圓切割，利用紅外熱像儀實(shí)時監(jiān)測切削熱分布，通過高精度厚度測量儀檢測晶圓 TTV 。分析工藝參數(shù)、切削熱分布與 TTV 之間的關(guān)系，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)值模擬

基于有限元分析方法，建立晶圓切割過程的熱 - 力耦合模型 。將淺切多道工藝參數(shù)作為輸入條件，模擬切削熱的產(chǎn)生、傳導(dǎo)以及熱 - 力耦合對晶圓變形的影響，預(yù)測不同工藝條件下的 TTV 變化趨勢，為工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。

高通量晶圓測厚系統(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。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時段測量驗(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)測量對比,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)雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測量。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：?

對重?fù)叫凸?，可精?zhǔn)探測強(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量；?

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

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(shù)據(jù)結(jié)果）

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

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(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)測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測樣品數(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“主動式減震平臺”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)線自動化測量需求。運(yùn)動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。