一、引言

在半導體晶圓制造領(lǐng)域，晶圓總厚度變化（TTV）是衡量晶圓質(zhì)量的關(guān)鍵指標，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，會對晶圓 TTV 產(chǎn)生復雜影響 。深入研究兩者耦合效應對 TTV 的作用機制，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對 TTV 的影響機制

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 200℃以上，導致該區(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，導致晶圓表面材料去除不均勻，進一步加劇 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，形成復雜的耦合效應。

2.3 熱 - 力耦合作用加劇 TTV 波動

切削熱產(chǎn)生的熱應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，但熱應力的存在使晶圓內(nèi)部應力狀態(tài)更為復雜 。熱 - 力耦合導致晶圓產(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 實驗測量

設計對比實驗，在不同淺切多道工藝參數(shù)（如切削深度、切割道次、進給速度等）下進行晶圓切割，利用紅外熱像儀實時監(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，獲取實驗數(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、傳導以及熱 - 力耦合對晶圓變形的影響，預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)運用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準攻克晶圓/晶片厚度TTV重復精度不穩(wěn)定難題，重復精度達3nm以下。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點，經(jīng)不同時段測量驗證，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,進一步驗證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實測樣品數(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，從輕摻到重摻P型硅，到碳化硅、藍寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對重摻型硅，可精準探測強吸收晶圓前后表面；?

點掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串擾，勝任粗糙晶圓表面測量；?

通過偏振效應補償，增強低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測量信噪比；

（以上為新啟航實測樣品數(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1nm的薄膜。

（以上為新啟航實測樣品數(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，顯著提升重復測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實測樣品數(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現(xiàn)小型化設計，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動化測量需求。運動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。