V výroba polovodičů, geometrie destičky hraje klíčovou roli při určování stability procesu, přesnosti litografie, kvality spojování a v konečném důsledku i výtěžnosti zařízení. Vzhledem k tomu, že se průměry destiček neustále zvětšují a pokročilé technologie balení kladou stále vyšší nároky, je potřeba přesné metrologie destiček větší než kdykoli předtím.
Mezi četnými parametry, které se používají k hodnocení kvality polovodičových destiček, Celková odchylka tloušťky (TTV) a Celková indikovaná hodnota (TIR) se vyskytují poměrně často. Ačkoli se obě veličiny vztahují k tloušťce a rovinnosti destičky, popisují odlišné fyzikální vlastnosti a jsou často nesprávně chápány.
Tento článek vysvětluje definice, metody měření, oblasti použití a hlavní rozdíly mezi veličinami TIR a TTV, čímž pomáhá inženýrům lépe porozumět specifikacím geometrie polovodičových destiček.
Základy měření tloušťky waferů
Polovodičová destičkas by měly mít po celé ploše velmi rovnoměrnou tloušťku. I nepatrné odchylky mohou mít vliv na:
- Přesnost zaostření při litografii
- Manipulace s destičkami a jejich přeprava
- Procesy spojování waferů
- Výkon CMP
- Spolehlivost zařízení a výtěžnost
K posouzení rovnoměrnosti tloušťky používají výrobci několik geometrických parametrů, mezi něž patří:
- Tloušťka
- TTV (celková odchylka tloušťky)
- Luk
- Warp
- TIR (celková indikovaná hodnota)
Každý parametr poskytuje jedinečné informace o fyzickém stavu destičky.
Co je to TTV (celková odchylka tloušťky)?
Definice
TTV představuje rozdíl mezi maximální a minimální tloušťkou naměřenou na ploše destičky.
Matematicky:
TTV = maximální tloušťka − minimální tloušťka
Metoda TTV se zaměřuje výhradně na rovnoměrnost tloušťky a nezohledňuje orientaci destičky ani její rotační chování.
Princip měření
Měření tloušťky se provádí v několika bodech po celém povrchu destičky pomocí:
- Kapacitní senzory
- Optické interferometry
- Kontaktní tloušťkoměry
- Laserové měřicí systémy
Zjistí se nejvyšší a nejnižší hodnota tloušťky a jejich rozdíl se stane hodnotou TTV.
Příklad
Pokud se tloušťka destičky pohybuje v rozmezí:
- Maximální tloušťka: 726 μm
- Minimální tloušťka: 721 μm
Potom:
TTV = 726 − 721 = 5 μm
Čím menší je hodnota TTV, tím lepší je rovnoměrnost tloušťky.
Co je TIR (celková indikovaná hodnota)?
Definice
Ukazatel TIR měří celkovou odchylku pozorovanou při otáčení destičky kolem její středové osy.
Na rozdíl od TTV odráží TIR kombinovaný vliv:
- Kolísání tloušťky
- Nerovnosti povrchu
- Excentricita destičky
- Chyby v zarovnání upínacích prvků
- Povrchové vybočení
Technologie TIR se běžně používá v oblasti přesného strojírenství a metrologie.
Princip měření
Dřík je upevněn na vřetenu a otáčí se o 360 stupňů, přičemž snímač posunu nepřetržitě zaznamenává pohyb povrchu.
Rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší naměřenou hodnotou během otáčení se definuje jako:
TIR = maximální hodnota na měřidle − minimální hodnota na měřidle
Příklad
Během rotace:
- Nejvyšší naměřená hodnota: +3 μm
- Nejnižší naměřená hodnota: −4 μm
Potom:
TIR = 3 − (−4) = 7 μm
TTV vs. TIR: Hlavní rozdíly
| Parametr | TTV | TIR |
|---|---|---|
| Celé jméno | Celková odchylka tloušťky | Celková indikovaná hodnota |
| Hlavní účel | Rovnoměrnost tloušťky | Změna rotačního povrchu |
| Měří tloušťku? | Ano | Částečně |
| Závisí to na tvaru povrchu? | Ne | Ano |
| Je to ovlivněno excentricitou destičky? | Ne | Ano |
| Je nutná rotace? | Ne | Ano |
| Typické použití | Kvalifikace polovodičových destiček | Přesná metrologie a seřizování zařízení |
Nejdůležitější rozdíl spočívá v tom, že:
Metoda TTV měří přímo kolísání tloušťky, zatímco metoda TIR měří celkové kolísání polohy během otáčení.
V důsledku toho jsou hodnoty TIR často větší než hodnoty TTV, protože zahrnují i další geometrické chyby.
Vztah mezi TIR a TTV
Ačkoli jsou pojmy TIR a TTV příbuzné, nejsou zaměnitelné.
V ideálním plátku:
- Dokonalé vycentrování
- Dokonalé vyrovnání vřetena
- Žádné nerovnosti povrchu
Hodnota TIR se může přiblížit hodnotě TTV.
V reálných výrobních podmínkách je však TIR obvykle ovlivňován dalšími faktory:
Odchylka povrchu
Mikroskopické zvlnění nebo lokální vady mohou zvýšit hodnoty na indikátoru.
Excentricita destičky
Pokud se střed destičky neshoduje přesně s osou vřetena, hodnota TIR se zvyšuje.
Chyby v rozlosování
K odchylkám v měření může přispívat rovinnost upínacího nástavce a přesnost upevnění.
Mechanické vibrace
Nestabilita zařízení může způsobit šum v měření.
Z toho vyplývá:
Ve většině praktických situací platí, že TIR ≥ TTV.
Proč je technologie TIR důležitá při výrobě polovodičů
S tím, jak se průměr waferů zvětšuje ze 150 mm a 200 mm na 300 mm a více, nabývá geometrická přesnost stále většího významu.
Měření TIR se běžně používají v:
Broušení destiček
Sledování přesnosti vřetena během procesů zadního broušení.
Leštění destiček
Hodnocení rotační stability během operací CMP.
Systémy pro kontrolu polovodičových destiček
Zajištění přesného umístění a zaostření.
Spojování destiček
Snížení chyb zarovnání v aplikacích pokročilého balení.
Výroba MEMS
Dodržování přísných požadavků na rovinnost mikroelektromechanických struktur.
Typické požadavky v daném odvětví
Přijatelné hodnoty TTV a TIR závisí na typu destičky a konkrétním použití.
Křemíkové destičky
| Průměr | Typická hodnota TTV |
| 150 mm | < 5 μm |
| 200 mm | < 3 μm |
| 300 mm | < 1 μm |
Pokročilé SiC destičky
| Průměr | Typická hodnota TTV |
| 6 palců | < 10 μm |
| 8 palců | < 5 μm |
Specifikace TIR jsou obecně určovány spíše výrobci zařízení a požadavky na proces než pouze normami pro substráty.
TIR, TTV, prohnutí a zkroucení: ucelený přehled
Žádný jednotlivý parametr nedokáže geometrii destičky plně popsat.
Inženýři obvykle posuzují:
| Parametr | Popis |
| Tloušťka | Průměrná tloušťka destičky |
| TTV | Rovnoměrnost tloušťky |
| TIR | Rotační odchylka |
| Luk | Posun středu od referenční roviny |
| Warp | Celková deformace destičky |
Všechna tato měření dohromady poskytují ucelený přehled o kvalitě destiček a kompatibilitě procesů.
Závěr
TTV i TIR jsou sice oba zásadní parametry pro měření polovodičových destiček, ale slouží k odlišným účelům.
Parametr TTV kvantifikuje rovnoměrnost tloušťky po celém povrchu destičky, což z něj činí klíčovou specifikaci pro výrobce substrátů a polovodičové továrny. Parametr TIR naproti tomu měří celkovou polohovou odchylku během otáčení a odráží kombinované účinky kolísání tloušťky, povrchových nerovností a mechanického vyrovnání.
Vzhledem k tomu, že se výroba polovodičů stále více orientuje na větší průměry destiček, pokročilé balení a přísnější procesní tolerance, stává se pro inženýry zabývající se výrobou destiček, kontrolou a výrobou zařízení stále důležitější pochopit rozdíl mezi TTV a TIR.
Díky přesnému vyhodnocení obou parametrů mohou výrobci zlepšit stabilitu procesu, výkon zařízení a celkovou výtěžnost zařízení.