晶圆磨削中TTV的优化方法
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电 子 工 业 专 用 设备
Equipment for Electronic Products Manufacturing
半导体制造工艺与设备
晶圆磨削中 TTV 的优化方法
刘子阳，常庆麒，崔 洁
(中国电子科技集团公司第四十五研究所袁北京 100176)
摘 要院 介绍了晶圆磨削原理袁分析了 TTV 产生的原因袁提出了在不同情况下晶圆 TTV 的调整
在 TTV 的诸多影响因素中，最为常见的是主
a 图 3 主轴与承片台之间的角度
理想 情况下 ，abc 三 点的相 对高 度 分 别 为 0、 0、-30 滋m 时，主轴与承片台角度较 为理想 ，这时 砂 轮 上 ab 段 为 磨 削 区 域 ，bc 段 不 参 与 磨 削 。 当 砂轮与承片台 a b 两点相对高度不 为 0、0 时，晶
轴与承片台之间的角度未达到工艺要求。主轴与 承片台之间的角度调整，可以减小磨削力，降低磨 削过程热量的产生，改善 TTV 值，提高磨削质量。 主轴与承片台之间角度的测量采用千分表，将千 分表固定在主轴上，保证测头与砂轮磨齿垂直对 齐，分别测量承片台中心点 b 和边缘上的两个点 a、c，如图 3 所示。
在集成电路（IC）行业，硅是运用最广泛的衬底 材料，高质量的硅晶圆加工在芯片制造及封装过程 中起着至关重要的作用。为了提高效率，降低单元 制造成本，硅晶圆趋向于大直径化。随着 IC 制造技 术的飞速发展，准300 mm 硅晶圆已经成为主流产 品，很多晶圆制造厂商已经开始制造 准450 mm 硅 晶圆。晶圆尺寸越来越大，但随着芯片 3D 封装技 术的发展，芯片厚度要求越来越薄，最小厚度甚至 要到达 50 滋m 以下，对晶圆的加工精度和表面质 量提出了更高的要求。TTV(Total Thickness Variation) 是晶圆在厚度测量值中的最大厚度与最小 厚度的差值，称作晶圆的总厚度偏差，是衡量晶圆 磨削质量优劣的重要标准之一。
硅晶圆自旋转磨削时，硅晶圆固定在尺寸略
Oct援 圆019（总第 278 期） 7
半导体制造工艺与设备
电 子 工 业 专 用 设备
Equipment for Electronic Products Manufacturing
大于硅晶圆的真空吸盘上，并随吸盘一起绕其中 心轴旋转，杯型砂轮绕其主轴旋转并沿轴向进给， 采用自旋转磨削方法加工硅晶圆的装置原理如图 1(a)所示[3]。自旋转磨削加工过程中。当砂轮主轴 与吸盘主轴平行时，理论上砂轮与硅晶圆之间的 全接触磨削面积或弧长，如图 1(b)所示；在实际磨 削过程中，为了减小磨削力和降低磨削产生的热 量，通常有意调整砂轮主轴与吸盘主轴之间的角 度，产生一个微倾角使砂轮和硅晶圆实现半接触 磨削，如图 1(c)所示。磨轮与晶圆磨削过程如图 2 所示。
收稿日期院2019-09-05
1 磨削原理
1988 年日本的 Matsui S. 等人提出了硅晶圆 自旋转磨削方法[1]。其采用略大于硅晶圆尺寸的 转台，硅晶圆的中心与转台的中心重合，杯型砂轮 的工作面调整到硅晶圆的中心位置，磨削时，硅晶 圆和砂轮绕各自的轴线回转，砂轮只是相对于硅 晶圆进行轴向进给。由于杯型砂轮单纯切入磨削， 而且砂轮的接触长度、接触面积、切入角固定不 变，所以加工余量可以不受限制，磨削力可以保持 恒定，从原理上可以实现面型精度的主动控制，改 善硅晶圆面型精度[2]。
承片台 c
磨轮
（ b ）全接触磨削
（ c ）半接触磨削
b 图 1 硅晶圆自旋转磨削原理
2 TTV 产生原理
磨 削 后 晶 圆 的 总 厚 度 偏 差 ，DTTV = Dmax - Dmin， DTTV 越小，晶圆厚度均匀性越好。
晶 圆的 磨 削 过 程 中 ， 影 响 TTV 的 因 素 有 很 多，如表 1 所示[4]。
(The 45th Research Institute of CETC，Beijing 100176)
Abstract: This paper first introduces the principle of wafer grinding，then analyses the causes of TTV， puts forward the adjustment methods of wafer TTV under different conditions，and puts forward a way
to make the adjustment of the angle between spindle and chuck table more convenient and accurate. Key words: Wafer grinding；TTV（Total Thickness Variation）；Spindle angle
方法袁使主轴与承片台的角度的调整更加方便准确遥
关键词院 晶圆磨削曰总厚度偏差曰主轴角度
中图分类号院 TN305.1
文献标识码院 A
文章编号院1004-4507(2019)05-0007-04
Optimum Method of TTV in Wafer Grinding
LIU Ziyang，CHANG Qingqi，CUI Jie
向下进给
砂轮
硅片 转台
（ a ）自旋转磨削原理示意图
磨削轮Leabharlann 晶圆图 2 磨轮与晶圆磨削过程示意图
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
表 1 TTV 影响因素
因素 砂轮主轴与承片台角度未达到工艺要求 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 砂轮质量 磨削工艺参数 磨削进给系统刚度 承片台系统刚度
8 （总第 278 期）Oct援 2019
电 子 工 业 专 用 设备
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半导体制造工艺与设备
圆中心与边缘区域的厚度就会产生偏差，这是 TTV 产生的主要原因。在实际操作中，由于存在 千 分 表 的 误 差 、视 线 的 误 差 、承 片 台 的 形 变 等 ，当 主 轴 与 承 片 台 相 对 高 度 为 0、0、-30 滋m 时 ，TTV 往 往 也 无 法 达 到 要 求 ，这 就 需 要 根 据 实 际 情 况 进 行调整。
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晶圆磨削中 TTV 的优化方法
刘子阳，常庆麒，崔 洁
(中国电子科技集团公司第四十五研究所袁北京 100176)
摘 要院 介绍了晶圆磨削原理袁分析了 TTV 产生的原因袁提出了在不同情况下晶圆 TTV 的调整
在 TTV 的诸多影响因素中，最为常见的是主
a 图 3 主轴与承片台之间的角度
理想 情况下 ，abc 三 点的相 对高 度 分 别 为 0、 0、-30 滋m 时，主轴与承片台角度较 为理想 ，这时 砂 轮 上 ab 段 为 磨 削 区 域 ，bc 段 不 参 与 磨 削 。 当 砂轮与承片台 a b 两点相对高度不 为 0、0 时，晶
轴与承片台之间的角度未达到工艺要求。主轴与 承片台之间的角度调整，可以减小磨削力，降低磨 削过程热量的产生，改善 TTV 值，提高磨削质量。 主轴与承片台之间角度的测量采用千分表，将千 分表固定在主轴上，保证测头与砂轮磨齿垂直对 齐，分别测量承片台中心点 b 和边缘上的两个点 a、c，如图 3 所示。
在集成电路（IC）行业，硅是运用最广泛的衬底 材料，高质量的硅晶圆加工在芯片制造及封装过程 中起着至关重要的作用。为了提高效率，降低单元 制造成本，硅晶圆趋向于大直径化。随着 IC 制造技 术的飞速发展，准300 mm 硅晶圆已经成为主流产 品，很多晶圆制造厂商已经开始制造 准450 mm 硅 晶圆。晶圆尺寸越来越大，但随着芯片 3D 封装技 术的发展，芯片厚度要求越来越薄，最小厚度甚至 要到达 50 滋m 以下，对晶圆的加工精度和表面质 量提出了更高的要求。TTV(Total Thickness Variation) 是晶圆在厚度测量值中的最大厚度与最小 厚度的差值，称作晶圆的总厚度偏差，是衡量晶圆 磨削质量优劣的重要标准之一。
硅晶圆自旋转磨削时，硅晶圆固定在尺寸略
Oct援 圆019（总第 278 期） 7
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大于硅晶圆的真空吸盘上，并随吸盘一起绕其中 心轴旋转，杯型砂轮绕其主轴旋转并沿轴向进给， 采用自旋转磨削方法加工硅晶圆的装置原理如图 1(a)所示[3]。自旋转磨削加工过程中。当砂轮主轴 与吸盘主轴平行时，理论上砂轮与硅晶圆之间的 全接触磨削面积或弧长，如图 1(b)所示；在实际磨 削过程中，为了减小磨削力和降低磨削产生的热 量，通常有意调整砂轮主轴与吸盘主轴之间的角 度，产生一个微倾角使砂轮和硅晶圆实现半接触 磨削，如图 1(c)所示。磨轮与晶圆磨削过程如图 2 所示。
收稿日期院2019-09-05
1 磨削原理
1988 年日本的 Matsui S. 等人提出了硅晶圆 自旋转磨削方法[1]。其采用略大于硅晶圆尺寸的 转台，硅晶圆的中心与转台的中心重合，杯型砂轮 的工作面调整到硅晶圆的中心位置，磨削时，硅晶 圆和砂轮绕各自的轴线回转，砂轮只是相对于硅 晶圆进行轴向进给。由于杯型砂轮单纯切入磨削， 而且砂轮的接触长度、接触面积、切入角固定不 变，所以加工余量可以不受限制，磨削力可以保持 恒定，从原理上可以实现面型精度的主动控制，改 善硅晶圆面型精度[2]。
承片台 c
磨轮
（ b ）全接触磨削
（ c ）半接触磨削
b 图 1 硅晶圆自旋转磨削原理
2 TTV 产生原理
磨 削 后 晶 圆 的 总 厚 度 偏 差 ，DTTV = Dmax - Dmin， DTTV 越小，晶圆厚度均匀性越好。
晶 圆的 磨 削 过 程 中 ， 影 响 TTV 的 因 素 有 很 多，如表 1 所示[4]。
(The 45th Research Institute of CETC，Beijing 100176)
Abstract: This paper first introduces the principle of wafer grinding，then analyses the causes of TTV， puts forward the adjustment methods of wafer TTV under different conditions，and puts forward a way
to make the adjustment of the angle between spindle and chuck table more convenient and accurate. Key words: Wafer grinding；TTV（Total Thickness Variation）；Spindle angle
方法袁使主轴与承片台的角度的调整更加方便准确遥
关键词院 晶圆磨削曰总厚度偏差曰主轴角度
中图分类号院 TN305.1
文献标识码院 A
文章编号院1004-4507(2019)05-0007-04
Optimum Method of TTV in Wafer Grinding
LIU Ziyang，CHANG Qingqi，CUI Jie
向下进给
砂轮
硅片 转台
（ a ）自旋转磨削原理示意图
磨削轮Leabharlann 晶圆图 2 磨轮与晶圆磨削过程示意图
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
表 1 TTV 影响因素
因素 砂轮主轴与承片台角度未达到工艺要求 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 砂轮质量 磨削工艺参数 磨削进给系统刚度 承片台系统刚度
8 （总第 278 期）Oct援 2019
电 子 工 业 专 用 设备
Equipment for Electronic Products Manufacturing
半导体制造工艺与设备
圆中心与边缘区域的厚度就会产生偏差，这是 TTV 产生的主要原因。在实际操作中，由于存在 千 分 表 的 误 差 、视 线 的 误 差 、承 片 台 的 形 变 等 ，当 主 轴 与 承 片 台 相 对 高 度 为 0、0、-30 滋m 时 ，TTV 往 往 也 无 法 达 到 要 求 ，这 就 需 要 根 据 实 际 情 况 进 行调整。