晶圆背面磨削工艺中的TTV控制深入解析

在半导体制造的精密世界里，每一个微小的改进都可能引发效率的飞跃。今天，美能光子湾科技将带您一探晶圆背面磨削工艺中的关键技术——总厚度变化（TTV）控制的奥秘。随着三维集成电路3D IC制造技术的不断进步，晶圆的厚度均匀性成为了行业关注的焦点，而TTV控制，正是确保这一均匀性的核心。

Part.01

什么是TTV？Bow，Wrap有何差异？

晶圆的总厚度变化（Total Thickness Variation），简称TTV，是晶圆的最大厚度和最小厚度之间的差异。这个参数是用来衡量晶圆厚度均匀性的一个重要指标。在半导体制程中，晶圆的厚度必须在整个表面上非常均匀。通常在晶圆上的五个位置进行测量，并计算最大差异。最终，这个数值是判断硅片质量的依据。实际应用中，4inch 硅片TTV一般小于2um，6inch硅片一般小于3um。

晶圆的弓形变形，Bow，在半导体制造中指的是硅片的弯曲，是通过测量硅片的中心和边缘之间的最大偏差来定义的，这个值通常用微米（?m）表示。4inch硅片的SEMI标准是，Bow<40um。

Warp是硅片的一个全局特性，表示硅片表面的最大偏离平面的距离。它测量的是硅片的最高点与最低点之间的距离。4inch硅片的SEMI标准是，Warp<40um。

硅晶圆平整度规格介绍

Part.02

晶圆背面研磨工艺原理

将晶圆安装在多孔陶瓷夹具上，杯形磨轮安装在气浮主轴上，主轴的轴线相对于夹具进行一定距离的偏移，以确保磨轮边缘通过卡盘轴。气浮轴承用于主轴和卡盘，以获得高精度的旋转精度，并实现塑性模式下的材料去除。在晶圆背面磨削的过程中，主轴和卡盘同时旋转，主轴在轴向以低速拼刀，如下图所示，晶圆背面材料可以通过旋转和直线进刀的叠加运动去除。

晶圆背面进料磨削模式的示意图

Part.03

一种新的TTV控制策略

来自清华大学摩擦学国家重点实验室的研究人员提出了一种新的厚度变化TTV控制策略。在晶圆加工之前，将夹具台面磨削成圆锥形，然后将晶圆安装在上面。采用高精度螺旋结构来调整夹具轴和主轴之间的倾斜角度，以达到补偿磨削晶圆，调节控制总厚度偏差TTV。

用于总厚度偏差TTV控制的倾斜角度调节原理示意图

Part.04

TTV的影响因素

影响晶圆表面TTV值的诸多因素，究其根本因素，是主轴与承片台角度达到工艺要求。磨轮与承片台之间呈一定的夹角，这是获得较好的晶圆减薄表面质量、控制TTV、延长磨轮寿命和减小减薄内应力关键工艺。以下几点因素也会对晶圆表面TTV值造成影响：

• 磨轮主轴与承片台角度达不到工艺要求

• 承片台表面的平面度

• 各承片台轴线不平行

• 承片台面清洁度、是否有残渣

• 磨轮质量

• 磨削工艺参数

• 磨削进给系统刚度

承片台系统刚度

Part.05

TTV对后续晶圆加工过程中的影响

制造工艺：

TTV直接影响硅晶圆的加工和制造过程。在半导体制造中，精确控制硅晶圆的厚度变化至关重要。过大的TTV值可能会导致薄厚不均匀，进而影响后续工艺步骤的精度和稳定性。

设备兼容性：

硅晶圆的TTV对设备适配性有着重要影响。一些加工设备对于晶圆表面与底部之间的距离要求较为严格，如果TTV超出了设备所能容忍的范围，可能会导致设备操作不稳定或无法正常工作。

材料性能：

TTV也会影响硅晶圆的材料性能。厚度变化会引起应力集中或应力分布不均，从而影响硅晶圆的机械强度、热传导性能以及电学性能。

制程良率：

TTV直接关系到硅晶圆在制程中的良率。通过控制TTV，可以提高硅晶圆制程中的稳定性和可重复性，减少次品率，降低生产成本。

理想的晶圆是一个上下表面完全平整并且相互完美平行的圆盘，而实际上，加工工艺的限制会在原始晶圆表面造成各种偏差。总厚度变化(TTV)受到所有的后续制程影响，弯曲度(bow)和翘曲度(warp)则受到部分后续制程影响，因此都必须予以监控。

晶圆3D厚度分析

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