晶圆切割中深度补偿 - 切削热耦合效应对 TTV 均匀性的影响及抑制

一、引言

在晶圆制造流程中，晶圆总厚度变化（TTV）均匀性是衡量晶圆质量的核心指标，直接关系到芯片制造的良品率与性能表现 。切割深度补偿技术能够动态调整切割深度，降低因切削力波动等因素导致的厚度偏差；而切削热作为切割过程中的必然产物，会显著影响晶圆材料特性与切割状态 。深度补偿与切削热之间存在复杂的耦合效应，这种效应会对 TTV 均匀性产生重要影响，深入研究其作用机制并探寻有效的抑制方法，对提升晶圆加工精度具有关键意义。

 

二、深度补偿 - 切削热耦合效应对 TTV 均匀性的影响

 

2.1 切削热干扰深度补偿效果

 

切削热会导致刀具与工件发生热变形，改变刀具与晶圆的实际接触状态 。深度补偿系统依据初始设定和常规监测数据进行调整，但切削热引起的刀具热膨胀可能使实际切割深度大于补偿预期，导致晶圆局部过度切割；同时，晶圆受热变软，材料去除率增加，使得深度补偿难以精准匹配实际切割需求，破坏 TTV 均匀性 。

 

2.2 深度补偿加剧切削热累积

 

频繁的深度补偿操作会改变刀具切削轨迹和切削力分布，导致切削区域材料变形加剧，产生更多切削热 。例如，深度补偿过程中刀具切入角度和切削面积的变化，会使切削摩擦增大，进一步提升切削热的产生量 。过多的切削热积累又会反过来影响晶圆和刀具的性能，形成恶性循环，加剧 TTV 的不均匀性 。

 

2.3 耦合效应导致应力复杂分布

 

深度补偿与切削热的耦合作用会使晶圆内部产生复杂的应力场 。切削热引发晶圆热应力，深度补偿带来的切削力变化又会产生机械应力，两种应力相互叠加 。在应力集中区域，晶圆容易发生塑性变形，导致厚度偏差，从而严重影响 TTV 均匀性 。

 

三、深度补偿 - 切削热耦合效应的抑制策略

 

3.1 优化深度补偿控制策略

 

改进深度补偿算法，将切削热因素纳入补偿模型 。通过实时监测切削温度，结合热变形预测模型，动态调整深度补偿参数 。例如，当检测到切削热升高时，适当降低深度补偿的幅度，避免因刀具和晶圆热变形导致过度补偿 。

 

3.2 强化切削热管理

 

采用高效的冷却润滑技术，如低温冷风冷却、微量润滑等，降低切削热的产生和累积 。合理设计刀具结构，提高刀具的散热性能，减少刀具热变形 。同时，优化切割工艺参数，在保证切割效率的前提下，降低切削热的生成，削弱其与深度补偿的耦合作用 。

 

3.3 引入应力调控技术

 

在切割过程中引入应力调控手段，如激光冲击强化、超声振动等技术 。通过这些技术改善晶圆内部应力分布，抵消深度补偿 - 切削热耦合产生的不利应力 。例如，超声振动可使切削力均匀化，减少应力集中，从而提升 TTV 均匀性 。

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。