晶圆切割中浅切多道工艺与切削热分布的耦合效应对 TTV 的影响

一、引言

在半导体晶圆制造领域，晶圆总厚度变化（TTV）是衡量晶圆质量的关键指标，直接影响芯片制造的良品率与性能。浅切多道工艺通过分层切削降低单次切削力，有效改善晶圆切割质量，但该工艺过程中产生的切削热分布及其与工艺的耦合效应，会对晶圆 TTV 产生复杂影响 。深入研究两者耦合效应对 TTV 的作用机制，对优化晶圆切割工艺、提升晶圆质量具有重要意义。

二、浅切多道工艺与切削热分布的耦合效应对 TTV 的影响机制

2.1 切削热累积与晶圆变形

浅切多道工艺虽单次切削深度小，但多次切削导致热量持续累积。切削热使晶圆局部温度升高，产生热膨胀变形 。由于晶圆不同部位受热不均，热膨胀程度存在差异，从而改变晶圆的厚度分布，影响 TTV。例如，在多道切割过程中，刀具与晶圆接触区域温度可达 200℃以上，导致该区域晶圆膨胀变形，造成厚度变化。

2.2 切削热对材料去除特性的影响

切削热会改变晶圆材料的物理性能，使其硬度和强度下降 。在后续切割道次中，材料去除速率受温度影响发生变化。温度较高区域材料更易被去除，导致晶圆表面材料去除不均匀，进一步加剧 TTV 的波动 。这种因切削热引起的材料去除特性改变，与浅切多道工艺相互作用，形成复杂的耦合效应。

2.3 热 - 力耦合作用加剧 TTV 波动

切削热产生的热应力与切削力相互叠加，形成热 - 力耦合 。浅切多道工艺下，尽管切削力相对较小，但热应力的存在使晶圆内部应力状态更为复杂 。热 - 力耦合导致晶圆产生更大的变形，尤其是在晶圆边缘和薄弱部位，这种变形直接反映在 TTV 的变化上，使 TTV 值增大，厚度均匀性降低。

三、研究方法探讨

3.1 实验测量

设计对比实验，在不同浅切多道工艺参数（如切削深度、切割道次、进给速度等）下进行晶圆切割，利用红外热像仪实时监测切削热分布，通过高精度厚度测量仪检测晶圆 TTV 。分析工艺参数、切削热分布与 TTV 之间的关系，获取实验数据。

3.2 数值模拟

基于有限元分析方法，建立晶圆切割过程的热 - 力耦合模型 。将浅切多道工艺参数作为输入条件，模拟切削热的产生、传导以及热 - 力耦合对晶圆变形的影响，预测不同工艺条件下的 TTV 变化趋势，为工艺优化提供理论依据。

高通量晶圆测厚系统运用第三代扫频OCT技术，精准攻克晶圆/晶片厚度TTV重复精度不稳定难题，重复精度达3nm以下。针对行业厚度测量结果不一致的痛点，经不同时段测量验证，保障再现精度可靠。​

我们的数据和WAFERSIGHT2的数据测量对比,进一步验证了真值的再现性：

（以上为新启航实测样品数据结果）

该系统基于第三代可调谐扫频激光技术，相较传统双探头对射扫描，可一次完成所有平面度及厚度参数测量。其创新扫描原理极大提升材料兼容性，从轻掺到重掺P型硅，到碳化硅、蓝宝石、玻璃等多种晶圆材料均适用：​

对重掺型硅，可精准探测强吸收晶圆前后表面；​

点扫描第三代扫频激光技术，有效抵御光谱串扰，胜任粗糙晶圆表面测量；​

通过偏振效应补偿，增强低反射碳化硅、铌酸锂晶圆测量信噪比；

（以上为新启航实测样品数据结果）

支持绝缘体上硅和MEMS多层结构测量，覆盖μm级到数百μm级厚度范围，还可测量薄至4μm、精度达1nm的薄膜。

（以上为新启航实测样品数据结果）

此外，可调谐扫频激光具备出色的“温漂”处理能力，在极端环境中抗干扰性强，显著提升重复测量稳定性。

（以上为新启航实测样品数据结果）

系统采用第三代高速扫频可调谐激光器，摆脱传统SLD光源对“主动式减震平台”的依赖，凭借卓越抗干扰性实现小型化设计，还能与EFEM系统集成，满足产线自动化测量需求。运动控制灵活，适配2-12英寸方片和圆片测量。