在半導(dǎo)體制造的精密世界里，每一個(gè)微小的改進(jìn)都可能引發(fā)效率的飛躍。今天，美能光子灣科技將帶您一探晶圓背面磨削工藝中的關(guān)鍵技術(shù)——總厚度變化（TTV）控制的奧秘。隨著三維集成電路3D IC制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，晶圓的厚度均勻性成為了行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，而TTV控制，正是確保這一均勻性的核心。

Part.01

什么是TTV？Bow，Wrap有何差異？

晶圓的總厚度變化（Total Thickness Variation），簡(jiǎn)稱TTV，是晶圓的最大厚度和最小厚度之間的差異。這個(gè)參數(shù)是用來(lái)衡量晶圓厚度均勻性的一個(gè)重要指標(biāo)。在半導(dǎo)體制程中，晶圓的厚度必須在整個(gè)表面上非常均勻。通常在晶圓上的五個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算最大差異。最終，這個(gè)數(shù)值是判斷硅片質(zhì)量的依據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中，4inch 硅片TTV一般小于2um，6inch硅片一般小于3um。

晶圓的弓形變形，Bow，在半導(dǎo)體制造中指的是硅片的彎曲，是通過(guò)測(cè)量硅片的中心和邊緣之間的最大偏差來(lái)定義的，這個(gè)值通常用微米（μm）表示。4inch硅片的SEMI標(biāo)準(zhǔn)是，Bow<40um。

Warp是硅片的一個(gè)全局特性，表示硅片表面的最大偏離平面的距離。它測(cè)量的是硅片的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的距離。4inch硅片的SEMI標(biāo)準(zhǔn)是，Warp<40um。

硅晶圓平整度規(guī)格介紹

Part.02

晶圓背面研磨工藝原理

將晶圓安裝在多孔陶瓷夾具上，杯形磨輪安裝在氣浮主軸上，主軸的軸線相對(duì)于夾具進(jìn)行一定距離的偏移，以確保磨輪邊緣通過(guò)卡盤軸。氣浮軸承用于主軸和卡盤，以獲得高精度的旋轉(zhuǎn)精度，并實(shí)現(xiàn)塑性模式下的材料去除。在晶圓背面磨削的過(guò)程中，主軸和卡盤同時(shí)旋轉(zhuǎn)，主軸在軸向以低速拼刀，如下圖所示，晶圓背面材料可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)和直線進(jìn)刀的疊加運(yùn)動(dòng)去除。

晶圓背面進(jìn)料磨削模式的示意圖

Part.03

一種新的TTV控制策略

來(lái)自清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員提出了一種新的厚度變化TTV控制策略。在晶圓加工之前，將夾具臺(tái)面磨削成圓錐形，然后將晶圓安裝在上面。采用高精度螺旋結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整夾具軸和主軸之間的傾斜角度，以達(dá)到補(bǔ)償磨削晶圓，調(diào)節(jié)控制總厚度偏差TTV。

用于總厚度偏差TTV控制的傾斜角度調(diào)節(jié)原理示意圖

Part.04

TTV的影響因素

影響晶圓表面TTV值的諸多因素，究其根本因素，是主軸與承片臺(tái)角度達(dá)到工藝要求。磨輪與承片臺(tái)之間呈一定的夾角，這是獲得較好的晶圓減薄表面質(zhì)量、控制TTV、延長(zhǎng)磨輪壽命和減小減薄內(nèi)應(yīng)力關(guān)鍵工藝。以下幾點(diǎn)因素也會(huì)對(duì)晶圓表面TTV值造成影響：

• 磨輪主軸與承片臺(tái)角度達(dá)不到工藝要求

• 承片臺(tái)表面的平面度

• 各承片臺(tái)軸線不平行

• 承片臺(tái)面清潔度、是否有殘?jiān)?/span>

• 磨輪質(zhì)量

• 磨削工藝參數(shù)

• 磨削進(jìn)給系統(tǒng)剛度

承片臺(tái)系統(tǒng)剛度

Part.05

TTV對(duì)后續(xù)晶圓加工過(guò)程中的影響

制造工藝：

TTV直接影響硅晶圓的加工和制造過(guò)程。在半導(dǎo)體制造中，精確控制硅晶圓的厚度變化至關(guān)重要。過(guò)大的TTV值可能會(huì)導(dǎo)致薄厚不均勻，進(jìn)而影響后續(xù)工藝步驟的精度和穩(wěn)定性。

設(shè)備兼容性：

硅晶圓的TTV對(duì)設(shè)備適配性有著重要影響。一些加工設(shè)備對(duì)于晶圓表面與底部之間的距離要求較為嚴(yán)格，如果TTV超出了設(shè)備所能容忍的范圍，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備操作不穩(wěn)定或無(wú)法正常工作。

材料性能：

TTV也會(huì)影響硅晶圓的材料性能。厚度變化會(huì)引起應(yīng)力集中或應(yīng)力分布不均，從而影響硅晶圓的機(jī)械強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)性能以及電學(xué)性能。

制程良率：

TTV直接關(guān)系到硅晶圓在制程中的良率。通過(guò)控制TTV，可以提高硅晶圓制程中的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，減少次品率，降低生產(chǎn)成本。

理想的晶圓是一個(gè)上下表面完全平整并且相互完美平行的圓盤，而實(shí)際上，加工工藝的限制會(huì)在原始晶圓表面造成各種偏差。總厚度變化(TTV)受到所有的后續(xù)制程影響，彎曲度(bow)和翹曲度(warp)則受到部分后續(xù)制程影響，因此都必須予以監(jiān)控。

晶圓3D厚度分析

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美能光子灣3D共聚焦顯微鏡

美能光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對(duì)各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對(duì)多樣化測(cè)量場(chǎng)景，能夠快速高效完成亞微米級(jí)形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

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在半導(dǎo)體制造的精密領(lǐng)域，晶圓背面磨削工藝的每一次創(chuàng)新都標(biāo)志著行業(yè)向前邁出的一大步。美能光子灣3D共聚焦顯微鏡，以其卓越的性能，為晶圓加工質(zhì)量的精確測(cè)量提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。我們對(duì)TTV控制技術(shù)的深入研究和新策略的提出，不僅優(yōu)化了晶圓的厚度均勻性，也為整個(gè)半導(dǎo)體制造流程的效率和可靠性提供了有力保障。

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