Em fabrico de semicondutores, a qualidade de uma pastilha vai muito além da pureza do material. Mesmo uma pastilha de silício, safira, quartzo ou carboneto de silício produzida na perfeição pode causar problemas de produção se a sua geometria não for devidamente controlada.
Entre os parâmetros mais importantes da geometria das pastilhas encontram-se o TTV (Variação Total de Espessura), a curvatura longitudinal e a curvatura transversal. Estas medições ajudam os engenheiros a avaliar a uniformidade da espessura e a planicidade das pastilhas antes de estas entrarem em processos críticos, tais como a litografia, a colagem, o afinamento e o acondicionamento.
Este artigo explica o que estes parâmetros significam, por que razão são importantes e como são medidos.
Por que razão a planicidade do wafer é importante
Os dispositivos semicondutores modernos são fabricados com tolerâncias extremamente rigorosas. Uma ligeira variação na espessura ou na planicidade da pastilha pode afetar:
- Precisão de focagem na fotolitografia
- Qualidade da ligação de pastilhas
- Uniformidade na deposição de películas finas
- Desempenho do CMP (Polimento Químico-Mecânico)
- Rendimento do corte em cubos e da embalagem
À medida que os diâmetros das pastilhas aumentam e as estruturas dos dispositivos se tornam mais complexas, o controlo da geometria das pastilhas assume uma importância cada vez maior.
O que é a TTV (Variação da Espessura Total)?
A TTV, ou Variação Total da Espessura, mede o grau de uniformidade da espessura de uma pastilha ao longo de toda a sua superfície.
É definida como a diferença entre a espessura máxima e a espessura mínima medidas na pastilha.
Fórmula:
TTV = Espessura máxima − Espessura mínima
Por exemplo, se o ponto mais espesso de uma pastilha tiver 726 μm e o ponto mais fino tiver 721 μm, o TTV é de 5 μm.
Um valor mais baixo de TTV indica, geralmente, uma melhor uniformidade de espessura, o que é essencial para o processamento de semicondutores de precisão.
Por que é que a TTV é importante
Um TTV excessivo pode levar a:
- Erros de focagem durante a litografia
- Resultados de polimento irregulares
- Baixo desempenho na ligação de pastilhas
- Aumento da variação do processo
As pastilhas semicondutoras de gama alta exigem frequentemente valores de TTV de apenas alguns micrómetros ou menos.
O que é a curvatura do wafer?
A curvatura descreve a curvatura global de uma pastilha em relação a um plano de referência.
Imagine colocar uma bolacha numa superfície plana. Se o centro da bolacha ficar acima ou abaixo do plano de referência, a bolacha apresenta uma curvatura.
A deformação em arco é normalmente causada por tensões internas geradas durante:
- Crescimento epitaxial
- Deposição de camadas finas
- Processamento térmico
- Afinamento de pastilhas
Uma curvatura positiva significa que o centro da pastilha se encontra acima do plano de referência, enquanto uma curvatura negativa significa que se encontra abaixo.
Por que é que o arco é importante?
O arco pode influenciar:
- Manuseamento de pastilhas
- Precisão de alinhamento
- Processos de colagem
- Avaliação da tensão em películas finas
No caso das pastilhas de engenharia e dos substratos avançados, a curvatura é frequentemente monitorizada ao longo de todo o processo de fabrico.
O que é a deformação do wafer?
A deformação longitudinal mede a deformação global de uma pastilha isolada.
Ao contrário da curvatura, que descreve principalmente uma curvatura uniforme, a deformação inclui tanto a curvatura global como as distorções locais da superfície.
Consequentemente, a deformação longitudinal proporciona, normalmente, uma representação mais realista da forma real de uma pastilha.
Por que é que o Warp é importante
Valores elevados de deformação podem causar:
- Problemas relacionados com o manuseamento do equipamento
- Problemas com o sistema de fixação a vácuo
- Rendimento de ligação reduzido
- Preocupações relativas à fiabilidade das embalagens
A deformação linear tornou-se particularmente importante nas tecnologias avançadas de embalagem, nas quais são combinados vários materiais com diferentes coeficientes de expansão térmica.
Bow vs. Warp: Qual é a diferença?
Embora estes termos sejam frequentemente utilizados em conjunto, descrevem aspetos diferentes da geometria da pastilha.
| Parâmetro | Arco | Deformar |
|---|---|---|
| Medidas | Curvatura global | Deformação total |
| Inclui distorção local | Não | Sim |
| Valor típico | Mais pequeno | Maior |
| Aplicação principal | Análise de tensões | Embalagem e colagem |
Uma forma simples de se lembrar da diferença é:
O «bow» descreve a curvatura da pastilha, enquanto o «warp» descreve a sua forma real.
Como se medem o TTV, a curvatura e a deformação?
A metrologia moderna de wafers baseia-se principalmente em técnicas de medição ótica sem contacto.
Sistemas de digitalização a laser
Os sistemas baseados em laser analisam ambas as superfícies das pastilhas e geram mapas detalhados da espessura e da planicidade.
Estes sistemas podem medir:
- Espessura
- TTV
- Arco
- Deformar
São amplamente utilizados para pastilhas de silício, safira, quartzo e SiC.
Perfilómetros óticos
Os perfilómetros óticos criam perfis tridimensionais de superfícies com elevada precisão.
São habitualmente utilizados para:
- Análise da urdidura
- Medição da topografia da superfície
- Inspeção da planicidade
Interferómetros de luz branca
Para aplicações de ultraprecisão, a interferometria de luz branca pode proporcionar uma resolução de medição na ordem dos submicrões e até mesmo dos nanómetros.
Estes sistemas são frequentemente utilizados em MEMS, fotónica e aplicações de investigação.
Especificações típicas da geometria das pastilhas
Os valores aceitáveis para o TTV, a curvatura longitudinal e a curvatura transversal variam consoante o material da pastilha e a aplicação.
Entre os exemplos típicos contam-se:
| Tipo de wafer | TTV típico |
| Pastilha de silício | 1–5 μm |
| Obleta de safira | 3–10 μm |
| Pastilha de quartzo | 5–20 μm |
| Pastilha de SiC | 2–10 μm |
As especificações reais dependem do diâmetro e da espessura da pastilha, bem como dos requisitos de utilização final.
Conclusão
TTV, curvatura e deformação são parâmetros fundamentais utilizados para avaliar a geometria e a planicidade da pastilha.
- TTV mede a uniformidade da espessura.
- Arco mede a curvatura global da pastilha.
- Deformar mede a deformação total da pastilha.
À medida que a produção de semicondutores continua a evoluir, é essencial um controlo mais rigoroso destes parâmetros para alcançar rendimentos mais elevados, um melhor desempenho dos dispositivos e uma maior estabilidade do processo.
Quer esteja a procurar fornecedores pastilhas de silício, pastilhas de safira, pastilhas de quartzo ou substratos de carboneto de silício, compreender os parâmetros TTV, curvatura e deformação pode ajudá-lo a selecionar as especificações adequadas para a pastilha na sua aplicação.