一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體材料加工測(cè)試領(lǐng)域，特別設(shè)及磨削晶圓厚度在線測(cè)量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為滿足日常生活、市場(chǎng)等行業(yè)的需求，電子封裝技術(shù)不斷發(fā)展。電子封裝產(chǎn)品逐漸 趨向薄、小、輕W及高集成方向發(fā)展。娃晶圓作為電子封裝的基底材料，封裝前需進(jìn)行減薄。 由于低損傷、高效率的優(yōu)點(diǎn)晶圓自旋轉(zhuǎn)磨削技術(shù)已成為晶圓磨削的主流技工技術(shù)。
[0003] 然而，晶圓磨削過(guò)程中由于砂輪主軸傾角的擺動(dòng)、砂輪和晶圓的彈性變形等因素 的存在，晶圓表面不同位置處厚度會(huì)存在偏差，局部厚度偏差甚至超過(guò)10微米。#325砂輪 粗磨后晶圓厚度偏差會(huì)影響精磨效率和精磨過(guò)程晶圓厚度控制。#2000砂輪精磨后晶圓厚 度偏差則會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)CMP效率。甚至，由于厚度偏差的存在將增加光刻過(guò)程的難度，影 響光刻精度W及降低圖形晶圓的可靠性。
[0004] 目前，晶圓磨削機(jī)均是基于晶圓自旋轉(zhuǎn)磨削原理，磨削機(jī)內(nèi)部設(shè)有接觸式晶圓厚 度檢測(cè)探針，晶圓磨削過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓厚度的檢測(cè)。然而，晶圓厚度檢測(cè)探針只能對(duì)晶 圓表面特定的位置進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到的厚度只能反應(yīng)晶圓表面局部區(qū)域厚度值，晶圓表面 絕大部分區(qū)域厚度并不能有效測(cè)得。此外，對(duì)于超薄晶圓，運(yùn)種接觸式晶圓厚度檢測(cè)探針可 能會(huì)造成晶圓損壞。隨著晶圓直徑大尺寸化，晶圓磨削過(guò)程產(chǎn)生的厚度偏差也會(huì)相應(yīng)增大， 傳統(tǒng)的接觸式晶圓厚度測(cè)試探針已不能滿足測(cè)試的需要。為準(zhǔn)確、無(wú)損檢測(cè)磨削晶圓厚度， 需一種有效、全面、實(shí)時(shí)、非接觸式在線檢測(cè)磨削晶圓厚度的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]本發(fā)明提出一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，包括試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理方 法，試驗(yàn)方法解決了大尺寸磨削晶圓表面厚度檢測(cè)問(wèn)題；數(shù)據(jù)處理方法主要建立電容與晶 圓厚度之間的關(guān)系，根據(jù)電容值實(shí)時(shí)檢測(cè)磨削過(guò)程中晶圓厚度。試驗(yàn)原理簡(jiǎn)單、操作方便、 結(jié)果可靠。
[0006] 一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于：晶圓傳輸?shù)秸婵瘴P上吸 附之前，先在吸盤6表面平鋪直徑大于晶圓直徑的開(kāi)孔侶片7 ;然后將電容傳感器4安裝在 傳感器懸臂支架上5,傳感器探頭與侶片之間距離11為Imm;采用屏蔽線10將侶片、電容傳 感器4和電容檢測(cè)裝置連接在一起，形成電容回路，標(biāo)定出電容傳感器電極板與侶片之間 距離H;當(dāng)晶圓（3)吸附在侶片上方時(shí)，電容量將發(fā)生變化；磨削過(guò)程隨晶圓表面材料不斷 去除，晶圓厚度也隨之發(fā)生變化，電容量也不斷變化；建立電容量與晶圓厚度之間的關(guān)系， 通過(guò)電容變化實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓厚度的實(shí)時(shí)全面監(jiān)測(cè)。
[0007] 進(jìn)一步，侶片7表面開(kāi)通孔，侶片厚度范圍0. 2~0. 4畑1。
[0008] 進(jìn)一步，電容傳感器4沿晶圓徑向分布，電容傳感器探頭為圓形，電極板半徑為 2. 5 ~ 3cm〇
[0009] 進(jìn)一步，電容傳感器懸臂支架5為非導(dǎo)電材料。
[0010] 進(jìn)一步，電容回路所采用連接線為屏蔽線10。
[0011] 更為具體的是：
[0012] 本發(fā)明提出的測(cè)試方法擬采用靜電電容法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磨削晶圓厚度。在晶圓傳輸?shù)?真空吸盤吸附之前，首先將侶片平鋪在吸盤上，沿侶片半徑在侶片上方，通過(guò)懸臂結(jié)構(gòu)安裝 多個(gè)電容傳感器。利用屏蔽線連接侶片、電容傳感器W及外部電容量檢測(cè)設(shè)備，形成回路， 標(biāo)定出電容傳感器電極板與侶片上表面的距離。通過(guò)機(jī)械手將晶圓傳輸?shù)轿P的侶片上， 由吸盤吸附，記錄此時(shí)電容值。晶圓磨削過(guò)程，其厚度不斷減小，電容量不斷變化，記錄任意 時(shí)刻電容值，根據(jù)電容量與晶圓厚度的關(guān)系式可得到任意時(shí)刻晶圓厚度值。
[0013] 本發(fā)明提出的測(cè)試方法包括W下步驟：
[0014] 1 :對(duì)應(yīng)真空吸盤的真空吸孔位置，通過(guò)機(jī)械方式將侶片7開(kāi)通孔，將薄侶片平鋪 在真空吸盤上。安裝電容傳感器懸臂支架5,懸臂支架底座固定在真空吸盤邊緣，然后安裝 電容傳感器4。通過(guò)屏蔽線10將侶片、電容傳感器和電容檢測(cè)設(shè)備連接，記錄電容量，標(biāo)定 電容傳感器電極板與侶片上表面距離11。
[0015] 2 :通過(guò)機(jī)械手臂將待磨削晶圓傳輸?shù)劫N有侶片的真空吸盤上，晶圓正面與侶片接 觸，開(kāi)啟真空吸盤吸附晶圓，記錄此時(shí)電容量，然后磨削。
[0016] 3 :砂輪磨削晶圓去除晶圓表面材料，晶圓厚度減小，電容量發(fā)生改變，記錄晶圓上 方徑向不同位置電容傳感器的電容量，通過(guò)式：
計(jì)算晶圓厚度。
[0017] 式中d為晶圓任意時(shí)刻厚度，S為電容傳感器電極板有效面積，C為電容量，H為電 容傳感器極板與侶片距離，e。為真空中介電常數(shù)，e為空氣介電常數(shù)，ef為晶圓介電常 數(shù)。
[0018] 本發(fā)明可W取得如下有益效果：
[0019] 1、本發(fā)明提出的試驗(yàn)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸磨削晶圓厚度的在線非接觸測(cè)量，可避 免對(duì)超薄晶圓的損傷；同時(shí)可全面檢測(cè)晶圓表面厚度。
[0020] 2、本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)處理方法可W根據(jù)試驗(yàn)所得的結(jié)果準(zhǔn)確的得到晶圓厚度值。
[0021] 3、本發(fā)明提出的測(cè)試方法簡(jiǎn)單、可靠，保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】：
[0022] 圖1為試驗(yàn)原理示意圖。
[0023] 圖2為晶圓磨削在線測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖中：
[0025] 1-砂輪主軸，2-砂輪，3-晶圓，4-電容傳感器，5-傳感器懸臂支架，6-吸盤， 7-侶片，8-吸盤主軸，9-磨粒，10-屏蔽線，11-電容傳感器電極板與侶片之間距離， 12-侶片通孔
【具體實(shí)施方式】
[00%] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0027] 圖1為試驗(yàn)原理示意圖，制作圓形侶片7,侶片厚度范圍為0. 2~0. 4cm，將薄侶片 機(jī)械開(kāi)孔，開(kāi)孔位置對(duì)應(yīng)吸盤的吸孔，將侶片7平鋪在真空吸盤6表面。在真空吸盤邊緣固 定支撐電容傳感器的非導(dǎo)電性懸臂支架5,在固定好的懸臂支架5上安裝電容傳感器4,使 晶圓徑向任意位置厚度均可測(cè)量。采用屏蔽線連接侶片、電容傳感器和外部電容檢測(cè)設(shè)備， 記錄電容值C。，通過(guò)式：
定電容傳感器電極板與侶片之間距離11。
[0028] 圖2為磨削晶圓厚度在線測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖，通過(guò)晶圓傳輸機(jī)械手將晶圓傳輸?shù)劫N 有侶片的真空吸盤上，開(kāi)啟真空設(shè)備吸附晶圓，此時(shí)真空吸盤的主軸與砂輪的主軸共面且 平行，磨削砂輪出現(xiàn)在晶圓上方。磨削時(shí)，砂輪和晶圓繞各自的主軸旋轉(zhuǎn)，晶圓的厚度不斷 減小，電容值也隨之變化，記錄電容值，通過(guò)式：
計(jì)算晶圓厚度。
[0029] 本發(fā)明電容值與晶圓厚度關(guān)系式的計(jì)算如下：
[0030] 晶圓（電介質(zhì)）放置在侶片上之前，電容回路里電容值與電容傳感器電極板和侶 片距離間的關(guān)系為：
[00 川
（1)
(2)
[0032] 放入晶圓后，電容回路里的電容為： 陽(yáng)0；33]其中
H二x + dW
[0034]將式做代入式似得：
(4) W對(duì) ' W36] 因此，晶圓厚度
（5)
[0037]式中，式中d為晶圓任意時(shí)刻厚度，X為晶圓上表面到電容傳感器電極板的距離，S為電容傳感器電極板有效面積，。為晶圓與傳感器電極板形成的電容，Cz為晶圓厚度范圍 內(nèi)形成的電容，C為電容量，H為電容傳感器極板與侶片的初始距離，e。為真空中介電常數(shù)， e為空氣介電常數(shù)，Ef為晶圓介電常數(shù)。
[003引對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述是出于有效說(shuō)明和描述本發(fā)明的目的，并非用W限定本 發(fā)明，任何所屬本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：在不脫離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思和范圍的條件下， 可對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化。故本發(fā)明并不限定于所披露的具體實(shí)施例，而是覆蓋權(quán)利要求 所定義的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于：晶圓傳輸?shù)秸婵瘴P上吸附 之前，先在吸盤（6)表面平鋪直徑大于晶圓直徑的開(kāi)孔鋁片（7);然后將電容傳感器（4)安 裝在傳感器懸臂支架上（5)，傳感器探頭與鋁片之間距離（11)為1mm;采用屏蔽線（10)將鋁 片、電容傳感器（4)和電容檢測(cè)裝置連接在一起，形成電容回路，標(biāo)定出電容傳感器電極板 與鋁片之間距離H ;當(dāng)晶圓（3)吸附在鋁片上方時(shí)，電容量將發(fā)生變化；磨削過(guò)程隨晶圓表 面材料不斷去除，晶圓厚度也隨之發(fā)生變化，電容量也不斷變化；建立電容量與晶圓厚度之 間的關(guān)系，通過(guò)監(jiān)測(cè)電容變化實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓厚度的實(shí)時(shí)全面監(jiān)測(cè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于，鋁片 (7)表面開(kāi)通孔，鋁片厚度范圍0. 2~0. 4cm。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于，鋁片 表面開(kāi)孔方式為機(jī)械開(kāi)孔，開(kāi)孔位置對(duì)應(yīng)吸盤上吸孔位置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于，電容 傳感器（4)沿晶圓徑向分布，電容傳感器探頭為圓形，電極板半徑為2. 5~3cm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于，電容 傳感器懸臂支架（5 )為非導(dǎo)電材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于，電容 回路所采用連接線為屏蔽線（10)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，其特征在于，晶圓式中d為晶圓任意時(shí)刻厚度，S為電容傳感器電極板有效面積，C為電容量，H為電容傳 感器極板與鋁片的距離，％為真空中介電常數(shù)，e為空氣介電常數(shù)，e 1^為晶圓介電常數(shù)。
【專利摘要】一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測(cè)量方法，屬于集成電路測(cè)試領(lǐng)域。將直鋁片平鋪在真空吸盤上，電容傳感器沿鋁片半徑分布在鋁片上方，電容檢測(cè)裝置通過(guò)屏蔽線與鋁片和電容傳感器相連接，形成回路系統(tǒng)，以檢測(cè)電容量。然后，標(biāo)定出電容傳感器電極板與鋁片之間的距離H。大尺寸硅晶圓傳輸?shù)戒X片上方，利用吸盤吸附。由于晶圓(電介質(zhì))的存在，電容量發(fā)生變化，隨著晶圓表面材料不斷被磨削砂輪去除，電容量不斷變化，通過(guò)對(duì)電容量變化的監(jiān)測(cè)并且建立電容量與晶圓厚度之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磨削過(guò)程晶圓厚度。本發(fā)明操作方便簡(jiǎn)單，無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削晶圓不同位置厚度的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【IPC分類】H01L21/66
【公開(kāi)號(hào)】CN105140146
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510418516
【發(fā)明人】秦飛, 孫敬龍, 安彤, 陳沛, 宇慧平, 王仲康, 唐亮
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年7月16日