在半導體制造的精密世界里，每一個微小的改進都可能引發(fā)效率的飛躍。今天，美能光子灣科技將帶您一探晶圓背面磨削工藝中的關(guān)鍵技術(shù)——總厚度變化（TTV）控制的奧秘。隨著三維集成電路3D IC制造技術(shù)的不斷進步，晶圓的厚度均勻性成為了行業(yè)關(guān)注的焦點，而TTV控制，正是確保這一均勻性的核心。

Part.01

什么是TTV？Bow，Wrap有何差異？

晶圓的總厚度變化（Total Thickness Variation），簡稱TTV，是晶圓的最大厚度和最小厚度之間的差異。這個參數(shù)是用來衡量晶圓厚度均勻性的一個重要指標。在半導體制程中，晶圓的厚度必須在整個表面上非常均勻。通常在晶圓上的五個位置進行測量，并計算最大差異。最終，這個數(shù)值是判斷硅片質(zhì)量的依據(jù)。實際應(yīng)用中，4inch 硅片TTV一般小于2um，6inch硅片一般小于3um。

晶圓的弓形變形，Bow，在半導體制造中指的是硅片的彎曲，是通過測量硅片的中心和邊緣之間的最大偏差來定義的，這個值通常用微米（μm）表示。4inch硅片的SEMI標準是，Bow<40um。

Warp是硅片的一個全局特性，表示硅片表面的最大偏離平面的距離。它測量的是硅片的最高點與最低點之間的距離。4inch硅片的SEMI標準是，Warp<40um。

硅晶圓平整度規(guī)格介紹

Part.02

晶圓背面研磨工藝原理

將晶圓安裝在多孔陶瓷夾具上，杯形磨輪安裝在氣浮主軸上，主軸的軸線相對于夾具進行一定距離的偏移，以確保磨輪邊緣通過卡盤軸。氣浮軸承用于主軸和卡盤，以獲得高精度的旋轉(zhuǎn)精度，并實現(xiàn)塑性模式下的材料去除。在晶圓背面磨削的過程中，主軸和卡盤同時旋轉(zhuǎn)，主軸在軸向以低速拼刀，如下圖所示，晶圓背面材料可以通過旋轉(zhuǎn)和直線進刀的疊加運動去除。

晶圓背面進料磨削模式的示意圖

Part.03

一種新的TTV控制策略

來自清華大學摩擦學國家重點實驗室的研究人員提出了一種新的厚度變化TTV控制策略。在晶圓加工之前，將夾具臺面磨削成圓錐形，然后將晶圓安裝在上面。采用高精度螺旋結(jié)構(gòu)來調(diào)整夾具軸和主軸之間的傾斜角度，以達到補償磨削晶圓，調(diào)節(jié)控制總厚度偏差TTV。

用于總厚度偏差TTV控制的傾斜角度調(diào)節(jié)原理示意圖

Part.04

TTV的影響因素

影響晶圓表面TTV值的諸多因素，究其根本因素，是主軸與承片臺角度達到工藝要求。磨輪與承片臺之間呈一定的夾角，這是獲得較好的晶圓減薄表面質(zhì)量、控制TTV、延長磨輪壽命和減小減薄內(nèi)應(yīng)力關(guān)鍵工藝。以下幾點因素也會對晶圓表面TTV值造成影響：

• 磨輪主軸與承片臺角度達不到工藝要求

• 承片臺表面的平面度

• 各承片臺軸線不平行

• 承片臺面清潔度、是否有殘渣

• 磨輪質(zhì)量

• 磨削工藝參數(shù)

• 磨削進給系統(tǒng)剛度

承片臺系統(tǒng)剛度

Part.05

TTV對后續(xù)晶圓加工過程中的影響

制造工藝：

TTV直接影響硅晶圓的加工和制造過程。在半導體制造中，精確控制硅晶圓的厚度變化至關(guān)重要。過大的TTV值可能會導致薄厚不均勻，進而影響后續(xù)工藝步驟的精度和穩(wěn)定性。

設(shè)備兼容性：

硅晶圓的TTV對設(shè)備適配性有著重要影響。一些加工設(shè)備對于晶圓表面與底部之間的距離要求較為嚴格，如果TTV超出了設(shè)備所能容忍的范圍，可能會導致設(shè)備操作不穩(wěn)定或無法正常工作。

材料性能：

TTV也會影響硅晶圓的材料性能。厚度變化會引起應(yīng)力集中或應(yīng)力分布不均，從而影響硅晶圓的機械強度、熱傳導性能以及電學性能。

制程良率：

TTV直接關(guān)系到硅晶圓在制程中的良率。通過控制TTV，可以提高硅晶圓制程中的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，減少次品率，降低生產(chǎn)成本。

理想的晶圓是一個上下表面完全平整并且相互完美平行的圓盤，而實際上，加工工藝的限制會在原始晶圓表面造成各種偏差。總厚度變化(TTV)受到所有的后續(xù)制程影響，彎曲度(bow)和翹曲度(warp)則受到部分后續(xù)制程影響，因此都必須予以監(jiān)控。

晶圓3D厚度分析

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在半導體制造的精密領(lǐng)域，晶圓背面磨削工藝的每一次創(chuàng)新都標志著行業(yè)向前邁出的一大步。美能光子灣3D共聚焦顯微鏡，以其卓越的性能，為晶圓加工質(zhì)量的精確測量提供了堅實基礎(chǔ)。我們對TTV控制技術(shù)的深入研究和新策略的提出，不僅優(yōu)化了晶圓的厚度均勻性，也為整個半導體制造流程的效率和可靠性提供了有力保障。

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