翹曲(Bow・Warp)是表示在自由支撐狀態下整片晶圓彎曲程度的指標。Bow 表示中心點相對於基準面的偏移(帶正負號,可知是凸或凹),Warp 表示整個中面最大位移與最小位移的差(包含起伏在內的絕對變形量)。兩者的共同點是晶圓吸附後即可矯正平整,這一點與吸附後仍會殘留的平坦度(SFQR)性質不同。
在晶圓製造階段,切片時線材的撓曲、Lapping 與拋光時正反面的去除量差異、熱處理時的溫度分布都會造成翹曲。正反面加工歷程不對稱時,內部應力平衡會被破壞,在釋放時發生彎曲。使用雙面拋光(DSP)的理由之一,就是以正反面對稱的加工避免產生這種應力差。
在元件製程中,沉積薄膜的應力是翹曲的主因。膜與基板的熱膨脹差及膜本身的內應力會使晶圓彎曲,由其曲率反推膜應力的就是 Stoney 公式。在 3D NAND 這類堆疊 100 層以上的製程,或厚金屬膜、功率元件的背面電極中,翹曲量有時可達毫米等級。
翹曲過大會接連造成實務上的問題:真空吸盤或 ESC 無法吸附晶圓、傳送機械手臂無法從槽位正確取出、曝光時強行矯正而產生面內伸縮(疊對誤差)、薄化後的晶圓破裂等。特別是在伴隨貼合或薄化的 3D 構裝中,翹曲管理是製程能否成立的前提條件。
量測是以電容式感測器或雷射干涉儀,在以 3 點支撐晶圓的自由狀態下取得形狀。對策則組合運用以下方法:在背面也沉積抵銷應力的膜、以沉積條件(溫度・壓力・RF 功率)調整膜應力、調整堆疊順序以抵銷應力等。