[發(fā)明專利]一種用于拉曼光譜法測量晶圓殘余應力的精確定位工具-定位儀

有效

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• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104034662A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦飛;任超;孫敬龍;安彤;王仲康;唐亮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/65;G01L1/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及拉曼光譜無損檢測領(lǐng)域，尤其涉及到拉曼光譜法精確定位檢測的實現(xiàn)方式。?

背景技術(shù)

單晶硅晶圓是目前使用最廣泛的IC制造基底材料。硅晶圓的面型精度和表面質(zhì)量要求也越來越高,由于原始硅晶圓存在較大的厚度偏差和較深的損傷層，且根據(jù)封裝輕薄化的發(fā)展要求，需要對晶圓進行平整化和減薄處理。在此期間，超精密背面磨削技術(shù)得到了大量的研究。其中，具有低損傷、高精度、高效率等優(yōu)點的硅晶圓自旋轉(zhuǎn)磨削技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的研磨技術(shù)，成為拋光硅晶圓加工和圖形硅晶圓背面減薄的主流加工技術(shù)。然而磨削加工不可避免地會給晶圓表面帶來損傷。單晶硅是脆性材料，背面磨削工藝會在硅晶圓的表面造成機械損傷層(硅的抗剪應力遠小于抗拉應力)，其中就包括使晶圓表現(xiàn)出殘余應力。影響后續(xù)拋光效率和封裝良率。為了對晶圓表面的殘余應力進行評估和控制，需要對應力進行測量，通過查閱文獻資料并最終比較發(fā)現(xiàn)，拉曼光譜法是一種測量方法簡單，對制樣要求低，非接觸，以及無損的應力測量方式。拉曼光譜法是根據(jù)拉曼效應而發(fā)揮作用，即入射光子使被照射分子的能級發(fā)生改變，當分子能級返回初始狀態(tài)時與散射光子會發(fā)生能量交換。研究發(fā)現(xiàn)，散射光的頻譜移動與試樣所受到的應力成正比，因此通過測量散射光子的能量變化來確定待測試樣的應力。由于拉曼入射光的聚焦尺度非常小(1μm)，因此對目標測量位置的定位準確性會極大地影響測量結(jié)果的可靠性。兩次測量位置取得不一致，進行對比的時候引入的誤差就比較大，結(jié)果的可信度就比較低。比如要表征不同磨削工況下的晶圓殘余應力，對于不同的磨粒大小、進給速度、晶圓轉(zhuǎn)速等條件下的磨削晶圓，必須進行同位置測量實驗，比較才有意義。但目前尚未有任何器件或方法可以對測量點準確定位，僅是以大概位置為基準進行比較測量。為了減小由于測量位置偏差而帶來的實驗誤差，需要精確定位測量位置，本發(fā)明通過減小人為持拿引入的誤差，從而提高了實驗精度。?

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明設(shè)計了如題所述的定位儀。將晶圓放在實驗載臺上用定位儀卡住晶圓直徑，通過定角旋轉(zhuǎn)與定距伸縮拉伸桿，來定位測量位置，從而保證每次測量取的是同樣的位置。減小了人為觀測導致的每次測量點的位置誤差，提高了整體實驗的可靠性。?

一種用于拉曼光譜法測量晶圓殘余應力的精確定位工具‐定位儀，其特征在于：包括滑軌及轉(zhuǎn)塢部分、伸縮臂部分和角度測量部分；?

滑軌及轉(zhuǎn)塢部分包括帶有刻度的滑軌和轉(zhuǎn)塢兩個構(gòu)件；其中滑軌上刻出通孔槽，通孔槽沿著滑軌長度方向；滑軌是一個細長桿，將其一端加工成針尖形狀，作為指示角度的指針使用；滑軌卡在轉(zhuǎn)塢的凹槽中，滑軌能夠沿著轉(zhuǎn)塢的凹槽滑動，?

轉(zhuǎn)塢位于定位儀中心，轉(zhuǎn)塢下方設(shè)有轉(zhuǎn)塢軸，轉(zhuǎn)塢能夠繞著轉(zhuǎn)塢軸轉(zhuǎn)動；所述伸縮臂部分包括兩個帶有齒輪的伸縮桿、一個和轉(zhuǎn)塢嵌套的轉(zhuǎn)塢殼、一個通過轉(zhuǎn)塢軸嵌套在轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪、以及一個固定支撐桿；在同一水平面上的兩個伸縮桿輪齒與轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪進行嚙合；轉(zhuǎn)塢殼設(shè)計為中空圓柱，上表面預留一個與轉(zhuǎn)塢軸相配合的圓孔，轉(zhuǎn)塢軸通過此孔插入到轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪中間的孔中；固定臂垂直于兩條伸縮桿，且不能伸縮，與轉(zhuǎn)塢殼固定在一起，所述角度測量部分包括一個測角儀，測角儀固定在轉(zhuǎn)塢殼及固定臂上。?

在利用拉曼光譜法測量晶圓(200mm)的殘余應力的實驗中，拉曼光束會打到晶圓表面，光束的聚焦范圍為1μm，拉曼光譜儀的載物臺可以X-Y向水平移動，還可以沿著垂直于載臺的方向上下移動，移動的步進最小可以達到0.1μm，一般情況下拉曼光譜法測量應力采取的步進為1～2μm。?

在單因子實驗以及正交試驗等實驗設(shè)計中，需要測量若干晶圓，且每個晶圓上的選取的測量位置應該保持一致，這在目前還沒有比較精確的方式。比如要沿著晶圓半徑方向從邊沿到中心取三個位置測量應力，那么就要保證這三個位置在每個待測晶圓上的一致性，一般方法是通過直尺測量標記待測位置或者是直接目視取點，存在較大的位置誤差。?

針對上面提到的難以精確定位的問題，本發(fā)明設(shè)計了一種定位儀，其?主要作用原理是，此定位儀可將晶圓卡住，其中心是一個轉(zhuǎn)塢，將標有刻度的滑軌安放到轉(zhuǎn)塢上，滑軌的一端為指針，可以從測角儀上讀出轉(zhuǎn)塢轉(zhuǎn)動的角度，這樣通過改變滑軌的長度和轉(zhuǎn)動的角度，便可比較精確定位晶圓上想要測量的任何一點。?

附圖說明：

圖1定位儀外觀(西南等軸測)；?

圖2為滑軌與轉(zhuǎn)塢；?

圖3為測角儀；?

圖4為轉(zhuǎn)塢殼與其內(nèi)部齒輪；?

圖5為伸縮臂與齒輪的嚙合。?

圖1中：?