一、引言

在半導(dǎo)體晶圓制造流程里，晶圓切割是決定芯片質(zhì)量與生產(chǎn)效率的重要工序。切割過程中，振動與應(yīng)力的耦合效應(yīng)顯著影響晶圓質(zhì)量，尤其對厚度均勻性干擾嚴(yán)重。深入剖析振動 - 應(yīng)力耦合效應(yīng)對晶圓厚度均勻性的影響機(jī)制，并提出有效抑制方法，是提升晶圓加工精度、推動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。

二、振動 - 應(yīng)力耦合效應(yīng)對晶圓厚度均勻性的影響

2.1 振動引發(fā)應(yīng)力集中與分布不均

切割過程中，刀具與晶圓接觸產(chǎn)生的振動，會使晶圓局部區(qū)域受力狀態(tài)發(fā)生突變，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。高頻振動導(dǎo)致應(yīng)力快速交替變化，在晶圓內(nèi)部形成復(fù)雜的應(yīng)力分布。應(yīng)力集中區(qū)域材料易發(fā)生塑性變形，使得切割深度出現(xiàn)差異，造成晶圓厚度不均勻 。例如，刀具振動幅值增加 10μm，晶圓局部應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值可能提升 20% - 30%，進(jìn)而影響切割深度和厚度均勻性。

2.2 應(yīng)力加劇振動的產(chǎn)生與傳播

晶圓內(nèi)部的殘余應(yīng)力或切割過程中產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力，會改變晶圓的剛度和固有頻率。當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)改變后的晶圓固有頻率與切割振動頻率相近時，會引發(fā)共振，加劇振動幅度。振動幅度的增大又進(jìn)一步促使應(yīng)力重新分布，二者相互作用形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重破壞晶圓厚度均勻性 。如在切割脆性較大的晶圓材料時，應(yīng)力導(dǎo)致晶圓局部剛度下降，振動能量更容易傳播，使得厚度偏差問題更為突出。

2.3 耦合效應(yīng)導(dǎo)致刀具切削不穩(wěn)定

振動 - 應(yīng)力耦合作用下，刀具的切削狀態(tài)變得不穩(wěn)定。應(yīng)力的變化使刀具與晶圓的接觸力波動，加劇刀具磨損；振動則使刀具切削軌跡偏移。不穩(wěn)定的切削過程無法保證均勻的材料去除量，導(dǎo)致晶圓不同部位的厚度出現(xiàn)偏差 。

三、晶圓切割中振動 - 應(yīng)力耦合效應(yīng)的抑制方法

3.1 優(yōu)化刀具與切割工藝參數(shù)

選擇高剛性、低振動的刀具，合理設(shè)計刀具刃口形狀和幾何參數(shù)，降低切削力波動，減少振動產(chǎn)生。通過實驗和仿真確定最佳切割工藝參數(shù)，如降低切割速度可減小切削力，減少振動激發(fā)；調(diào)整進(jìn)給量，避免過大的切削負(fù)荷引發(fā)應(yīng)力集中，從而抑制振動 - 應(yīng)力耦合效應(yīng) 。

3.2 改進(jìn)工件夾持與裝夾方式

設(shè)計高精度、高穩(wěn)定性的工件夾持系統(tǒng)，保證晶圓在切割過程中穩(wěn)固固定，減少因夾持不當(dāng)產(chǎn)生的附加應(yīng)力和振動。采用柔性裝夾材料和結(jié)構(gòu)，緩沖切割過程中的振動傳遞，降低振動 - 應(yīng)力耦合對晶圓的影響 。

3.3 引入振動主動控制與應(yīng)力調(diào)節(jié)技術(shù)

在切割設(shè)備上安裝振動傳感器實時監(jiān)測振動信號，運用主動控制技術(shù)，如電磁激勵器、壓電陶瓷驅(qū)動器等，產(chǎn)生反向振動抵消有害振動。同時，通過熱處理、激光沖擊等方法調(diào)節(jié)晶圓內(nèi)部應(yīng)力，降低殘余應(yīng)力水平，改變晶圓應(yīng)力分布狀態(tài)，削弱振動 - 應(yīng)力耦合效應(yīng)，保障晶圓厚度均勻性 。

高通量晶圓測厚系統(tǒng)運用第三代掃頻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。針對行業(yè)厚度測量結(jié)果不一致的痛點，經(jīng)不同時段測量驗證，保障再現(xiàn)精度可靠。?

我們的數(shù)據(jù)和WAFERSIGHT2的數(shù)據(jù)測量對比,進(jìn)一步驗證了真值的再現(xiàn)性：

（以上為新啟航實測樣品數(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)雙探頭對射掃描，可一次完成所有平面度及厚度參數(shù)測量。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：?

對重?fù)叫凸瑁删珳?zhǔn)探測強吸收晶圓前后表面；?

點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量；?

通過偏振效應(yīng)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(shù)據(jù)結(jié)果）

支持絕緣體上硅和MEMS多層結(jié)構(gòu)測量，覆蓋μm級到數(shù)百μm級厚度范圍，還可測量薄至4μm、精度達(dá)1nm的薄膜。

（以上為新啟航實測樣品數(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，顯著提升重復(fù)測量穩(wěn)定性。

（以上為新啟航實測樣品數(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“主動式減震平臺”的依賴，憑借卓越抗干擾性實現(xiàn)小型化設(shè)計，還能與EFEM系統(tǒng)集成，滿足產(chǎn)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。