基于多物理场耦合的晶圆切割振动控制与厚度均匀性提升

一、引言

在半导体制造领域，晶圆切割是关键环节，其质量直接影响芯片性能与成品率。晶圆切割过程中，热场、力场、流场等多物理场相互耦合，引发切割振动，严重影响晶圆厚度均匀性。探究多物理场耦合作用下的振动产生机制，提出有效的控制策略以提升厚度均匀性，对推动半导体产业发展意义深远。

二、多物理场耦合对晶圆切割振动及厚度均匀性的影响

2.1 热 - 力场耦合作用

切割过程中，高速旋转的刀具与晶圆摩擦生热，形成高温热场。晶圆受热膨胀，内部产生热应力，与切割力共同作用，改变晶圆的力学特性。当热应力与切割力的频率接近晶圆或刀具的固有频率时，易引发共振，导致切割振动加剧。振动使刀具切削轨迹偏移，造成晶圆局部过度切割或切割不足，破坏厚度均匀性。

2.2 流 - 力场耦合影响

切割冷却液在流场作用下冲击晶圆和刀具表面，产生流体动力。流体动力与切割力相互叠加，改变切削力的大小和方向，使切割过程不稳定。不稳定的切削力激发刀具和晶圆的振动，振动又进一步影响冷却液的流动状态，形成恶性循环，加剧晶圆厚度不均匀问题 。

三、基于多物理场耦合的振动控制与厚度均匀性提升策略

3.1 多物理场耦合建模与仿真

运用有限元分析软件，建立包含热场、力场、流场的多物理场耦合模型。通过模拟不同工艺参数下的多物理场分布及相互作用，分析振动产生的根源。利用仿真结果优化切割工艺参数，如调整切割速度、进给量和冷却液流量，减少物理场间的不利耦合，降低振动幅度 。

3.2 工艺参数优化

合理选择刀具材料和几何参数，降低切削热的产生，减小热 - 力场耦合效应。优化冷却液喷射方式和流量，改善流 - 力场耦合状态，稳定切削力。同时，采用变参数切割工艺，根据切割过程中多物理场的实时变化，动态调整切割速度和进给量，抑制振动，保证晶圆厚度均匀性 。

3.3 振动主动控制技术

在切割设备上安装振动传感器实时监测振动信号，结合多物理场模型预测振动趋势。采用主动控制技术，如电磁作动器、压电陶瓷等，产生反向作用力抵消振动，实现对切割振动的主动抑制，进而提升晶圆厚度均匀性 。

高通量晶圆测厚系统运用第三代扫频OCT技术，精准攻克晶圆/晶片厚度TTV重复精度不稳定难题，重复精度达3nm以下。针对行业厚度测量结果不一致的痛点，经不同时段测量验证，保障再现精度可靠。?

我们的数据和WAFERSIGHT2的数据测量对比,进一步验证了真值的再现性：

（以上为新启航实测样品数据结果）

该系统基于第三代可调谐扫频激光技术，相较传统双探头对射扫描，可一次完成所有平面度及厚度参数测量。其创新扫描原理极大提升材料兼容性，从轻掺到重掺P型硅，到碳化硅、蓝宝石、玻璃等多种晶圆材料均适用：?

对重掺型硅，可精准探测强吸收晶圆前后表面；?

点扫描第三代扫频激光技术，有效抵御光谱串扰，胜任粗糙晶圆表面测量；?

通过偏振效应补偿，增强低反射碳化硅、铌酸锂晶圆测量信噪比；

（以上为新启航实测样品数据结果）

支持绝缘体上硅和MEMS多层结构测量，覆盖μm级到数百μm级厚度范围，还可测量薄至4μm、精度达1nm的薄膜。

（以上为新启航实测样品数据结果）

此外，可调谐扫频激光具备出色的“温漂”处理能力，在极端环境中抗干扰性强，显著提升重复测量稳定性。

（以上为新启航实测样品数据结果）

系统采用第三代高速扫频可调谐激光器，摆脱传统SLD光源对“主动式减震平台”的依赖，凭借卓越抗干扰性实现小型化设计，还能与EFEM系统集成，满足产线自动化测量需求。运动控制灵活，适配2-12英寸方片和圆片测量。