一、引言

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，晶圓切割是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響芯片性能與成品率。晶圓切割過程中，熱場(chǎng)、力場(chǎng)、流場(chǎng)等多物理場(chǎng)相互耦合，引發(fā)切割振動(dòng)，嚴(yán)重影響晶圓厚度均勻性。探究多物理場(chǎng)耦合作用下的振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)制，提出有效的控制策略以提升厚度均勻性，對(duì)推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

二、多物理場(chǎng)耦合對(duì)晶圓切割振動(dòng)及厚度均勻性的影響

2.1 熱 - 力場(chǎng)耦合作用

切割過程中，高速旋轉(zhuǎn)的刀具與晶圓摩擦生熱，形成高溫?zé)釄?chǎng)。晶圓受熱膨脹，內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，與切割力共同作用，改變晶圓的力學(xué)特性。當(dāng)熱應(yīng)力與切割力的頻率接近晶圓或刀具的固有頻率時(shí)，易引發(fā)共振，導(dǎo)致切割振動(dòng)加劇。振動(dòng)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(chǎng)耦合影響

切割冷卻液在流場(chǎng)作用下沖擊晶圓和刀具表面，產(chǎn)生流體動(dòng)力。流體動(dòng)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(wěn)定。不穩(wěn)定的切削力激發(fā)刀具和晶圓的振動(dòng)，振動(dòng)又進(jìn)一步影響冷卻液的流動(dòng)狀態(tài)，形成惡性循環(huán)，加劇晶圓厚度不均勻問題 。

三、基于多物理場(chǎng)耦合的振動(dòng)控制與厚度均勻性提升策略

3.1 多物理場(chǎng)耦合建模與仿真

運(yùn)用有限元分析軟件，建立包含熱場(chǎng)、力場(chǎng)、流場(chǎng)的多物理場(chǎng)耦合模型。通過模擬不同工藝參數(shù)下的多物理場(chǎng)分布及相互作用，分析振動(dòng)產(chǎn)生的根源。利用仿真結(jié)果優(yōu)化切割工藝參數(shù)，如調(diào)整切割速度、進(jìn)給量和冷卻液流量，減少物理場(chǎng)間的不利耦合，降低振動(dòng)幅度 。

3.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

合理選擇刀具材料和幾何參數(shù)，降低切削熱的產(chǎn)生，減小熱 - 力場(chǎng)耦合效應(yīng)。優(yōu)化冷卻液噴射方式和流量，改善流 - 力場(chǎng)耦合狀態(tài)，穩(wěn)定切削力。同時(shí)，采用變參數(shù)切割工藝，根據(jù)切割過程中多物理場(chǎng)的實(shí)時(shí)變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整切割速度和進(jìn)給量，抑制振動(dòng)，保證晶圓厚度均勻性 。

3.3 振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)

在切割設(shè)備上安裝振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)，結(jié)合多物理場(chǎng)模型預(yù)測(cè)振動(dòng)趨勢(shì)。采用主動(dòng)控制技術(shù)，如電磁作動(dòng)器、壓電陶瓷等，產(chǎn)生反向作用力抵消振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割振動(dòng)的主動(dòng)抑制，進(jìn)而提升晶圓厚度均勻性 。

高通量晶圓測(cè)厚系統(tǒng)運(yùn)用第三代掃頻OCT技術(shù)，精準(zhǔn)攻克晶圓/晶片厚度TTV重復(fù)精度不穩(wěn)定難題，重復(fù)精度達(dá)3nm以下。針對(duì)行業(yè)厚度測(cè)量結(jié)果不一致的痛點(diǎn)，經(jīng)不同時(shí)段測(cè)量驗(yàn)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(cè)量對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(duì)射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測(cè)量。其創(chuàng)新掃描原理極大提升材料兼容性，從輕摻到重?fù)絇型硅，到碳化硅、藍(lán)寶石、玻璃等多種晶圓材料均適用：?

對(duì)重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)探測(cè)強(qiáng)吸收晶圓前后表面；?

點(diǎn)掃描第三代掃頻激光技術(shù)，有效抵御光譜串?dāng)_，勝任粗糙晶圓表面測(cè)量；?

通過偏振效應(yīng)補(bǔ)償，增強(qiáng)低反射碳化硅、鈮酸鋰晶圓測(cè)量信噪比；

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(cè)量，覆蓋μm級(jí)到數(shù)百μm級(jí)厚度范圍，還可測(cè)量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(qiáng)，顯著提升重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實(shí)測(cè)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(duì)“主動(dòng)式減震平臺(tái)”的依賴，憑借卓越抗干擾性實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)量需求。運(yùn)動(dòng)控制靈活，適配2-12英寸方片和圓片測(cè)量。