V výroba polovodičů, kvalita destičky totiž nespočívá pouze v čistotě materiálu. I dokonale vyrobena destička z křemíku, safíru, křemene nebo karbidu křemíku může způsobit problémy ve výrobě, pokud není její geometrie řádně kontrolována.
Mezi nejdůležitější parametry geometrie destičky patří TTV (celková odchylka tloušťky), prohnutí a zkroucení. Tyto měření pomáhají inženýrům posoudit rovnoměrnost tloušťky a rovinnost destičky ještě předtím, než destička vstoupí do kritických procesů, jako jsou litografie, lepení, ztenčování a balení.
Tento článek vysvětluje, co tyto parametry znamenají, proč jsou důležité a jak se měří.
Proč je rovinnost destičky důležitá
Moderní polovodičová zařízení se vyrábějí s extrémně malými tolerancemi. I nepatrná odchylka v tloušťce nebo rovinnosti destičky může mít vliv na:
- Přesnost zaostření při fotolitografii
- Kvalita spojování destiček
- Rovnoměrnost nanášení tenkých vrstev
- Výkonnost CMP (chemicko-mechanického leštění)
- Výtěžnost krájení na kostky a balení
S rostoucím průměrem destiček a zvyšující se složitostí struktur polovodičových prvků nabývá kontrola geometrie destiček stále většího významu.
Co je TTV (celková odchylka tloušťky)?
TTV (Total Thickness Variation) udává, jak rovnoměrná je tloušťka destičky po celé její ploše.
Definuje se jako rozdíl mezi maximální a minimální tloušťkou naměřenou na destičce.
Vzorec:
TTV = maximální tloušťka − minimální tloušťka
Například pokud je nejtlustší místo na destičce 726 μm a nejtenčí místo 721 μm, pak je TTV 5 μm.
Nižší hodnota TTV obecně svědčí o lepší rovnoměrnosti tloušťky, což je pro přesné zpracování polovodičů zásadní.
Proč je TTV důležité
Nadměrná hodnota TTV může vést k:
- Chyby zaostření při litografii
- Nerovnoměrné výsledky leštění
- Nízká účinnost spojování destiček
- Zvýšená procesní variabilita
U špičkových polovodičových destiček se často vyžadují hodnoty TTV v řádu pouhých několika mikronů nebo méně.
Co je to prohnutí destičky?
Bow popisuje celkové zakřivení destičky vzhledem k referenční rovině.
Představte si, že položíte destičku na rovnou plochu. Pokud se střed destičky vyvýší nad referenční rovinu nebo klesne pod ni, dochází k prohnutí destičky.
Ohyb je obvykle způsoben vnitřním napětím vznikajícím během:
- Epitaxní růst
- Nanášení tenkých vrstev
- Tepelné zpracování
- Ztenčování destiček
Kladné prohnutí znamená, že střed destičky leží výše než referenční rovina, zatímco záporné prohnutí znamená, že leží níže.
Proč je luk důležitý
Luk může ovlivnit:
- Manipulace s destičkami
- Přesnost vyrovnání
- Procesy lepení
- Hodnocení napětí v tenkých vrstvách
U speciálně vyvinutých destiček a moderních substrátů se prohnutí často sleduje v průběhu celého výrobního procesu.
Co je to deformace destičky?
Měření deformace (Warp) slouží k určení celkové deformace volně ležícího waferu.
Na rozdíl od prohnutí, které popisuje především rovnoměrné zakřivení, pojem „deformace“ zahrnuje jak celkové ohyby, tak lokální povrchové deformace.
V důsledku toho zkreslení obvykle poskytuje realističtější obraz skutečného tvaru destičky.
Proč je Warp důležitý
Vysoké hodnoty osové deformace mohou způsobit:
- Problémy s manipulací s vybavením
- Problémy s vakuovým upínáním
- Snížená výtěžnost spojování
- Obavy ohledně spolehlivosti balení
Deformace se stala obzvláště důležitou v oblasti pokročilých balicích technologií, kde se kombinuje více materiálů s různými koeficienty tepelné roztažnosti.
Bow vs. Warp: V čem spočívá rozdíl?
Ačkoli se tyto pojmy často používají společně, popisují různé aspekty geometrie destičky.
| Parametr | Luk | Warp |
|---|---|---|
| Opatření | Celkové zakřivení | Celková deformace |
| Zahrnuje lokální zkreslení | Ne | Ano |
| Typická hodnota | Menší | Větší |
| Hlavní aplikace | Analýza napětí | Balení a lepení |
Jednoduchý způsob, jak si tento rozdíl zapamatovat, je:
Pojem „bow“ popisuje zakřivení destičky, zatímco pojem „warp“ popisuje její skutečný tvar.
Jak se měří TTV, prohnutí a zkroucení?
Moderní metrologie polovodičových destiček se opírá především o bezkontaktní optické měřicí techniky.
Laserové skenovací systémy
Laserové systémy skenují oba povrchy destiček a vytvářejí podrobné mapy tloušťky a rovinnosti.
Tyto systémy mohou měřit:
- Tloušťka
- TTV
- Luk
- Warp
Jsou široce využívány pro destičky z křemíku, safíru, křemene a SiC.
Optické profilometry
Optické profilometry vytvářejí trojrozměrné profily povrchu s vysokou přesností.
Obvykle se používají k:
- Analýza osnovy
- Měření topografie povrchu
- Kontrola rovinnosti
Interferometry s bílým světlem
Pro ultrapřesné aplikace může interferometrie s bílým světlem poskytnout měřicí rozlišení v řádu submikronů a dokonce i nanometrů.
Tyto systémy se často využívají v oblastech MEMS, fotoniky a ve výzkumných aplikacích.
Specifikace typické geometrie destiček
Přípustné hodnoty TTV, prohnutí a zkroucení se liší v závislosti na materiálu destičky a konkrétním použití.
Mezi typické příklady patří:
| Typ destičky | Typická hodnota TTV |
| Křemíkové destičky | 1–5 μm |
| Safírová destička | 3–10 μm |
| Křemíková destička | 5–20 μm |
| SiC Wafer | 2–10 μm |
Konkrétní technické parametry závisí na průměru a tloušťce destičky a na požadavcích daného konečného použití.
Závěr
TTV, prohnutí a zvrásnění jsou základní parametry používané k hodnocení geometrie a rovinnosti destičky.
- TTV měří rovnoměrnost tloušťky.
- Luk měří celkové zakřivení destičky.
- Warp měří celkovou deformaci destičky.
Vzhledem k neustálému pokroku ve výrobě polovodičů je přísnější kontrola těchto parametrů nezbytná pro dosažení vyšších výtěžností, lepšího výkonu zařízení a větší stability výrobního procesu.
Ať už hledáte dodavatele křemíkové destičky, safírové destičky, křemenné destičky nebo substráty z karbidu křemíku, porozumění parametrům TTV, prohnutí a zkroucení vám může pomoci vybrat správné specifikace destičky pro vaši aplikaci.