摘要：本文針對(duì)晶圓切割過(guò)程，研究切割液性能與切削區(qū)多物理場(chǎng)耦合作用對(duì)晶圓 TTV 均勻性的影響機(jī)制，并探索相應(yīng)調(diào)控策略。通過(guò)分析切割液性能在熱、力、流等物理場(chǎng)中的作用及場(chǎng)間耦合效應(yīng)，揭示其影響 TTV 均勻性的內(nèi)在規(guī)律，為優(yōu)化晶圓切割工藝提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。

一、引言

在半導(dǎo)體晶圓制造中，TTV 均勻性是決定芯片制造良率與性能的關(guān)鍵指標(biāo)。切割過(guò)程中，切割液性能與切削區(qū)熱場(chǎng)、力場(chǎng)、流場(chǎng)等多物理場(chǎng)相互作用、耦合，共同影響切割過(guò)程穩(wěn)定性與晶圓質(zhì)量。深入研究切割液性能 - 切削區(qū)多物理場(chǎng)耦合對(duì)晶圓 TTV 均勻性的影響及調(diào)控方法，對(duì)提升晶圓切割工藝水平具有重要意義。

二、切割液性能與切削區(qū)多物理場(chǎng)的耦合關(guān)系

（一）切割液與熱場(chǎng)的耦合

切割液的冷卻性能直接影響切削區(qū)熱場(chǎng)分布。高效的冷卻性能可快速帶走切割熱，降低晶圓與刀具溫度，減少熱變形。反之，冷卻不足會(huì)使熱量積聚，導(dǎo)致晶圓局部膨脹，影響 TTV 均勻性。同時(shí)，切削區(qū)溫度變化也會(huì)改變切割液的物理化學(xué)性質(zhì)，如黏度、導(dǎo)熱系數(shù)，進(jìn)一步影響其冷卻效果，形成耦合反饋。

（二）切割液與力場(chǎng)的耦合

切割液的潤(rùn)滑性能對(duì)切削力場(chǎng)有顯著影響。良好的潤(rùn)滑能降低刀具與晶圓間的摩擦系數(shù)，減小切削力，穩(wěn)定切割過(guò)程。切削力的變化又會(huì)影響切割液在切削區(qū)的流動(dòng)與分布，例如較大的切削力可能導(dǎo)致切割液膜破裂，削弱潤(rùn)滑效果，兩者相互影響，形成耦合作用。

（三）切割液與流場(chǎng)的耦合

切割液的排屑性能與切削區(qū)流場(chǎng)緊密相關(guān)。合適的切割液流速與流變特性有助于切屑排出，維持流場(chǎng)穩(wěn)定。流場(chǎng)的變化，如渦流、湍流的產(chǎn)生，會(huì)影響切割液對(duì)切屑的攜帶能力和在切削區(qū)的均勻分布，進(jìn)而影響排屑效果與切割過(guò)程穩(wěn)定性，體現(xiàn)出切割液與流場(chǎng)的耦合特性。

三、多物理場(chǎng)耦合對(duì)晶圓 TTV 均勻性的影響

（一）熱 - 力耦合的影響

切削區(qū)熱 - 力耦合作用下，晶圓受熱膨脹與切削力共同作用，導(dǎo)致局部變形不一致。熱膨脹使晶圓材料軟化，切削力更容易造成材料去除不均勻，從而增大 TTV 值，降低晶圓厚度均勻性。

（二）熱 - 流耦合的影響

熱 - 流耦合中，切削區(qū)高溫改變切割液的流動(dòng)特性，如黏度降低使切割液流動(dòng)性增強(qiáng)，但可能導(dǎo)致其在切削區(qū)的停留時(shí)間縮短，冷卻效果下降。不穩(wěn)定的熱 - 流耦合會(huì)使晶圓表面溫度分布不均，引發(fā)熱應(yīng)力差異，影響 TTV 均勻性。

（三）力 - 流耦合的影響

力 - 流耦合時(shí)，切削力的波動(dòng)會(huì)破壞切割液流場(chǎng)的穩(wěn)定性，影響切割液的潤(rùn)滑和排屑效果。切割液流場(chǎng)不穩(wěn)定又會(huì)導(dǎo)致切削力變化，形成惡性循環(huán)，造成刀具振動(dòng)和晶圓表面損傷，進(jìn)而影響晶圓 TTV 均勻性。

四、基于多物理場(chǎng)耦合的調(diào)控策略

（一）切割液性能優(yōu)化

根據(jù)切削區(qū)多物理場(chǎng)特性，優(yōu)化切割液配方與性能。如添加特殊添加劑提高切割液的高溫穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性能，改善流變特性以增強(qiáng)排屑能力，從而提升切割液在多物理場(chǎng)耦合環(huán)境下的適應(yīng)性。

（二）工藝參數(shù)調(diào)控

調(diào)整切割速度、進(jìn)給量、切割液流量等工藝參數(shù)，優(yōu)化多物理場(chǎng)分布。例如，合理降低切割速度可減少切削熱產(chǎn)生；增加切割液流量能強(qiáng)化冷卻與排屑效果，削弱多物理場(chǎng)耦合對(duì) TTV 均勻性的不利影響 。

（三）多物理場(chǎng)協(xié)同控制

利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)切削區(qū)熱、力、流等物理場(chǎng)參數(shù)，結(jié)合仿真模型預(yù)測(cè)多物理場(chǎng)耦合趨勢(shì)。通過(guò)智能控制系統(tǒng)，根據(jù)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)結(jié)果，動(dòng)態(tài)調(diào)整切割工藝和切割液供給，實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)協(xié)同控制，保障晶圓 TTV 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?，可精?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(guò)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。