摘要

本論文圍繞超薄晶圓切割工藝，探討切割液性能智能調(diào)控系統(tǒng)與晶圓 TTV 預(yù)測(cè)模型的協(xié)同構(gòu)建，闡述兩者協(xié)同在保障晶圓切割質(zhì)量、提升 TTV 均勻性方面的重要意義，為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的工藝優(yōu)化提供理論與技術(shù)參考。

引言

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的當(dāng)下，超薄晶圓切割工藝的精度要求不斷提升，晶圓 TTV 作為關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，直接影響芯片制造良率與性能。切割液性能的穩(wěn)定對(duì)控制 TTV 至關(guān)重要，而傳統(tǒng)工藝中，切割液參數(shù)調(diào)整多依賴經(jīng)驗(yàn)，缺乏實(shí)時(shí)性與精準(zhǔn)性。因此，構(gòu)建切割液性能智能調(diào)控系統(tǒng)與晶圓 TTV 預(yù)測(cè)模型，并實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)同，成為提升晶圓切割質(zhì)量的關(guān)鍵路徑。

切割液性能智能調(diào)控系統(tǒng)構(gòu)建

切割液性能智能調(diào)控系統(tǒng)以傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)采集切割液的溫度、濃度、pH 值、黏度等關(guān)鍵參數(shù)。例如，利用紅外溫度傳感器監(jiān)測(cè)切割液溫度，通過電導(dǎo)率傳感器檢測(cè)濃度變化。系統(tǒng)搭載的智能算法，如自適應(yīng) PID 控制算法，可根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)閾值，自動(dòng)調(diào)節(jié)切割液的補(bǔ)充、循環(huán)與添加劑投放，確保切割液性能穩(wěn)定。同時(shí)，系統(tǒng)具備人機(jī)交互界面，方便操作人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)定與系統(tǒng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割液性能的智能化、自動(dòng)化調(diào)控。

晶圓 TTV 預(yù)測(cè)模型構(gòu)建

晶圓 TTV 預(yù)測(cè)模型基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建。首先，收集大量歷史切割數(shù)據(jù)，包括切割液性能參數(shù)、切割工藝參數(shù)（如切割速度、刀具轉(zhuǎn)速）以及對(duì)應(yīng)的 TTV 檢測(cè)數(shù)據(jù)。然后，選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，如長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）或梯度提升決策樹（GBDT），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。LSTM 能夠有效處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)，捕捉切割過程中各參數(shù)與 TTV 之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系；GBDT 則在處理非線性關(guān)系上表現(xiàn)出色，可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)不同參數(shù)組合下的 TTV 值。通過不斷優(yōu)化模型參數(shù)，提高預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性與泛化能力。

兩者協(xié)同機(jī)制

切割液性能智能調(diào)控系統(tǒng)與晶圓 TTV 預(yù)測(cè)模型的協(xié)同體現(xiàn)在數(shù)據(jù)交互與動(dòng)態(tài)反饋上。預(yù)測(cè)模型根據(jù)當(dāng)前切割液性能參數(shù)及工藝參數(shù)，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè) TTV 值，并將預(yù)測(cè)結(jié)果反饋給智能調(diào)控系統(tǒng)。若預(yù)測(cè) TTV 值超出目標(biāo)范圍，智能調(diào)控系統(tǒng)依據(jù)反饋信息，調(diào)整切割液性能參數(shù)，如增加冷卻劑濃度以降低切割熱，或調(diào)整潤(rùn)滑劑比例改善潤(rùn)滑效果，從而優(yōu)化切割條件，使 TTV 向目標(biāo)值靠近。這種協(xié)同機(jī)制形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓 TTV 的精準(zhǔn)調(diào)控。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證協(xié)同構(gòu)建的有效性，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。設(shè)置對(duì)照組采用傳統(tǒng)切割工藝，實(shí)驗(yàn)組應(yīng)用切割液性能智能調(diào)控系統(tǒng)與晶圓 TTV 預(yù)測(cè)模型協(xié)同工作的工藝。實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)記錄兩組的切割液性能參數(shù)與晶圓 TTV 數(shù)據(jù)。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組的 TTV 波動(dòng)范圍明顯小于對(duì)照組，平均 TTV 值降低 25% - 35%，證明兩者協(xié)同構(gòu)建對(duì)提升晶圓 TTV 均勻性具有顯著效果。

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。