在 半導體製造, 晶圓幾何形狀在決定製程穩定性、光刻精度、鍵合品質，以及最終的元件良率方面，扮演著至關重要的角色。隨著晶圓直徑持續增大，以及先進封裝技術的要求日益嚴苛，對精密晶圓量測技術的需求也前所未有的高。.
在用於評估晶圓品質的眾多參數中，, 總厚度變異 (TTV) 和 總指示讀數（TIR） 經常會遇到這兩種情況。雖然這兩種測量值都與晶圓厚度和平整度有關，但它們所描述的卻是不同的物理特性，且常被誤解。.
本文闡述了 TIR 與 TTV 的定義、測量方法、應用以及兩者之間的關鍵差異，協助工程師更深入理解晶圓幾何規格。.
了解晶圓厚度測量
半導體晶圓s 預期其整個表面的厚度應高度均勻。即使只有輕微的變化，也可能影響：
- 光刻對焦精度
- 晶圓處理與輸送
- 晶圓接合製程
- CMP 效能
- 裝置可靠性與良率
為了評估厚度均勻性，製造商會採用幾項幾何參數，包括：
- 厚度
- TTV（總厚度變化）
- 弓形
- 翹曲
- TIR（總指示讀數）
每個參數皆提供有關晶圓物理狀態的獨特資訊。.
什麼是 TTV（總厚度變化）?
定義
TTV 代表在晶圓上測量所得的最大厚度與最小厚度之間的差值。.
從數學角度來看：
TTV = 最大厚度 − 最小厚度
TTV 僅著重於厚度均勻性，而不考慮晶圓的取向或旋轉行為。.
測量原理
透過以下方式，在晶圓表面的多個點進行厚度測量：
- 電容式感測器
- 光學干涉儀
- 接觸式厚度計
- 雷射量測系統
系統會識別出最大與最小的厚度值，兩者之間的差值即為 TTV 值。.
範例
若晶圓厚度介於以下範圍：
- 最大厚度：726 μm
- 最小厚度：721 μm
接著：
TTV = 726 − 721 = 5 微米
TTV 數值越小，表示厚度均勻性越好。.
何謂 TIR（總指示讀數）？
定義
TIR 用於測量晶圓繞其中心軸旋轉時所觀察到的總變異量。.
與 TTV 不同，TIR 反映了以下各項因素的綜合影響：
- 厚度變化
- 表面不平整
- 晶圓偏心率
- 夾具對位誤差
- 表面跳動
TIR 通常應用於精密機械及計量領域。.
測量原理
晶圓安裝在主軸上，並進行 360 度的旋轉，同時位移感測器會持續記錄表面位移。.
旋轉過程中最高讀數與最低讀數之間的差值定義為：
TIR = 指示器最大讀數 − 指示器最小讀數
範例
輪值期間：
- 最高讀數：+3 μm
- 最低讀數：−4 μm
接著：
TIR = 3 − (−4) = 7 微米
TTV 與 TIR：主要差異
| 參數 | TTV | TIR |
|---|---|---|
| 全名 | 總厚度變化 | 指示讀數總和 |
| 主要目的 | 厚度均勻性 | 旋轉表面的變化 |
| 可以測量厚度嗎？ | 是的 | 部分地 |
| 受表面形狀的影響？ | 不 | 是的 |
| 受晶圓偏心率影響？ | 不 | 是的 |
| 需要旋轉嗎？ | 不 | 是的 |
| 典型應用 | 半導體晶圓驗收 | 精密量測與設備對準 |
最重要的區別在於：
TTV 直接測量厚度變化，而 TIR 則測量旋轉過程中的整體位置變化。.
因此，由於包含額外的幾何誤差，TIR 值通常會大於 TTV 值。.
TIR 與 TTV 之間的關係
雖然 TIR 與 TTV 彼此相關，但兩者並不能互換使用。.
在理想的晶圓中：
- 完美的居中對齊
- 完美的主軸對準
- 表面無不平整處
TIR 可能接近 TTV 的數值。.
然而，在實際的製造環境中，TIR 通常會受到其他因素的影響：
表面跳動
微小的波浪狀紋理或局部缺陷可能會導致指示器讀數升高。.
晶圓偏心率
若晶圓中心未能與主軸軸線完全對齊，總內反射（TIR）便會增加。.
賽程表錯誤
卡盤的平整度與安裝精度可能會導致測量結果出現波動。.
機械振動
設備的不穩定性可能會導致測量雜訊。.
因此：
在大多數實際情況下，TIR ≥ TTV。.
為何 TIR 在半導體製造中至關重要
隨著晶圓直徑從 150 公釐和 200 公釐擴大至 300 公釐及以上，幾何精度變得愈發重要。.
TIR 測量通常應用於：
晶圓研磨
在背磨製程中監控主軸精度。.
晶圓拋光
評估 CMP 製程中的旋轉穩定性。.
晶圓檢測系統
確保精準的定位與對焦。.
晶圓接合
減少先進封裝應用中的對位誤差。.
MEMS 製造
對微機電結構維持嚴格的平整度要求。.
業界的典型要求
可接受的 TTV 和 TIR 數值取決於晶圓類型及應用情境。.
矽晶圓
| 直徑 | 典型 TTV |
| 150 公釐 | < 5 微米 |
| 200 公釐 | < 3 微米 |
| 300 公釐 | < 1 微米 |
先進碳化矽晶圓
| 直徑 | 典型 TTV |
| 6 英吋 | < 10 μm |
| 8 英吋 | < 5 微米 |
TIR 的規格通常是由設備製造商和製程要求所決定，而非僅由基板標準所決定。.
TIR、TTV、彎曲與翹曲：全面解析
沒有任何單一參數能夠完全描述晶圓的幾何形狀。.
工程師通常會評估：
| 參數 | 說明 |
| 厚度 | 平均晶圓厚度 |
| TTV | 厚度均勻性 |
| TIR | 旋轉變化 |
| 弓形 | 相對於參考平面的中心位移 |
| 翹曲 | 整體晶圓變形 |
綜合這些測量結果，可對晶圓品質與製程相容性有全面的了解。.
總結
TTV 和 TIR 都是晶圓量測中不可或缺的參數，但兩者的用途不同。.
TTV 用於量化晶圓表面厚度的一致性，因此是基板製造商和半導體晶圓廠的一項關鍵規格。另一方面，TIR 則用於測量旋轉過程中的總位置變化，並反映厚度變化、表面不平整以及機械對準等因素的綜合影響。.
隨著半導體製造持續朝向更大晶圓直徑、先進封裝及更嚴格的製程公差發展，對於從事晶圓生產、檢測及元件製造的工程師而言，理解 TTV 與 TIR 之間的區別變得日益重要。.
透過精確評估這兩項參數，製造商能夠提升製程穩定性、設備性能以及整體裝置良率。.