一、引言

在半導體制造領域，晶圓切割是關鍵環節，其質量直接影響芯片性能與成品率。晶圓切割過程中，熱場、力場、流場等多物理場相互耦合，引發切割振動，嚴重影響晶圓厚度均勻性。探究多物理場耦合作用下的振動產生機制，提出有效的控制策略以提升厚度均勻性，對推動半導體產業發展意義深遠。

二、多物理場耦合對晶圓切割振動及厚度均勻性的影響

2.1 熱 - 力場耦合作用

切割過程中，高速旋轉的刀具與晶圓摩擦生熱，形成高溫熱場。晶圓受熱膨脹，內部產生熱應力，與切割力共同作用，改變晶圓的力學特性。當熱應力與切割力的頻率接近晶圓或刀具的固有頻率時，易引發共振，導致切割振動加劇。振動使刀具切削軌跡偏移，造成晶圓局部過度切割或切割不足，破壞厚度均勻性。

2.2 流 - 力場耦合影響

切割冷卻液在流場作用下沖擊晶圓和刀具表面，產生流體動力。流體動力與切割力相互疊加，改變切削力的大小和方向，使切割過程不穩定。不穩定的切削力激發刀具和晶圓的振動，振動又進一步影響冷卻液的流動狀態，形成惡性循環，加劇晶圓厚度不均勻問題 。

三、基于多物理場耦合的振動控制與厚度均勻性提升策略

3.1 多物理場耦合建模與仿真

運用有限元分析軟件，建立包含熱場、力場、流場的多物理場耦合模型。通過模擬不同工藝參數下的多物理場分布及相互作用，分析振動產生的根源。利用仿真結果優化切割工藝參數，如調整切割速度、進給量和冷卻液流量，減少物理場間的不利耦合，降低振動幅度 。

3.2 工藝參數優化

合理選擇刀具材料和幾何參數，降低切削熱的產生，減小熱 - 力場耦合效應。優化冷卻液噴射方式和流量，改善流 - 力場耦合狀態，穩定切削力。同時，采用變參數切割工藝，根據切割過程中多物理場的實時變化，動態調整切割速度和進給量，抑制振動，保證晶圓厚度均勻性 。

3.3 振動主動控制技術

在切割設備上安裝振動傳感器實時監測振動信號，結合多物理場模型預測振動趨勢。采用主動控制技術，如電磁作動器、壓電陶瓷等，產生反向作用力抵消振動，實現對切割振動的主動抑制，進而提升晶圓厚度均勻性 。

高通量晶圓測厚系統運用第三代掃頻OCT技術，精準攻克晶圓/晶片厚度TTV重復精度不穩定難題，重復精度達3nm以下。針對行業厚度測量結果不一致的痛點，經不同時段測量驗證，保障再現精度可靠。?

我們的數據和WAFERSIGHT2的數據測量對比,進一步驗證了真值的再現性：

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

該系統基于第三代可調諧掃頻激光技術，相較傳統雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數測量。其創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，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據結果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結構測量，覆蓋μm級到數百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據結果）

此外，可調諧掃頻激光具備出色的“溫漂”處理能力，在極端環境中抗干擾性強，顯著提升重復測量穩定性。

（以上為新啟航實測樣品數據結果）

系統采用第三代高速掃頻可調諧激光器，擺脫傳統SLD光源對“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實現小型化設計，還能與EFEM系統集成，滿足產線自動化測量需求。運動控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測量。