[發明專利]一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測量方法

在審

• 申請號: 201510418516.2
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105140146A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 秦飛;孫敬龍;安彤;陳沛;宇慧平;王仲康;唐亮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及半導體材料加工測試領域，特別涉及磨削晶圓厚度在線測量技術。

背景技術

為滿足日常生活、市場等行業的需求，電子封裝技術不斷發展。電子封裝產品逐漸趨向薄、小、輕以及高集成方向發展。硅晶圓作為電子封裝的基底材料，封裝前需進行減薄。由于低損傷、高效率的優點晶圓自旋轉磨削技術已成為晶圓磨削的主流技工技術。

然而，晶圓磨削過程中由于砂輪主軸傾角的擺動、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存在偏差，局部厚度偏差甚至超過10微米。#325砂輪粗磨后晶圓厚度偏差會影響精磨效率和精磨過程晶圓厚度控制。#2000砂輪精磨后晶圓厚度偏差則會嚴重影響后續CMP效率。甚至，由于厚度偏差的存在將增加光刻過程的難度，影響光刻精度以及降低圖形晶圓的可靠性。

目前，晶圓磨削機均是基于晶圓自旋轉磨削原理，磨削機內部設有接觸式晶圓厚度檢測探針，晶圓磨削過程中可實現對晶圓厚度的檢測。然而，晶圓厚度檢測探針只能對晶圓表面特定的位置進行檢測，檢測到的厚度只能反應晶圓表面局部區域厚度值，晶圓表面絕大部分區域厚度并不能有效測得。此外，對于超薄晶圓，這種接觸式晶圓厚度檢測探針可能會造成晶圓損壞。隨著晶圓直徑大尺寸化，晶圓磨削過程產生的厚度偏差也會相應增大，傳統的接觸式晶圓厚度測試探針已不能滿足測試的需要。為準確、無損檢測磨削晶圓厚度，需一種有效、全面、實時、非接觸式在線檢測磨削晶圓厚度的方法。

發明內容

本發明提出一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測量方法，包括試驗方法和數據處理方法，試驗方法解決了大尺寸磨削晶圓表面厚度檢測問題；數據處理方法主要建立電容與晶圓厚度之間的關系，根據電容值實時檢測磨削過程中晶圓厚度。試驗原理簡單、操作方便、結果可靠。

一種大尺寸磨削晶圓厚度在線測量方法，其特征在于：晶圓傳輸到真空吸盤上吸附之前，先在吸盤6表面平鋪直徑大于晶圓直徑的開孔鋁片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和電容檢測裝置連接在一起，形成電容回路，標定出電容傳感器電極板與鋁片之間距離H；當晶圓(3)吸附在鋁片上方時，電容量將發生變化；磨削過程隨晶圓表面材料不斷去除，晶圓厚度也隨之發生變化，電容量也不斷變化；建立電容量與晶圓厚度之間的關系，通過電容變化實現對晶圓厚度的實時全面監測。

進一步，鋁片7表面開通孔，鋁片厚度范圍0.2～0.4cm。

進一步，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。

進一步，電容傳感器懸臂支架5為非導電材料。

進一步，電容回路所采用連接線為屏蔽線10。

更為具體的是：

本發明提出的測試方法擬采用靜電電容法實時監測磨削晶圓厚度。在晶圓傳輸到真空吸盤吸附之前，首先將鋁片平鋪在吸盤上，沿鋁片半徑在鋁片上方，通過懸臂結構安裝多個電容傳感器。利用屏蔽線連接鋁片、電容傳感器以及外部電容量檢測設備，形成回路，標定出電容傳感器電極板與鋁片上表面的距離。通過機械手將晶圓傳輸到吸盤的鋁片上，由吸盤吸附，記錄此時電容值。晶圓磨削過程，其厚度不斷減小，電容量不斷變化，記錄任意時刻電容值，根據電容量與晶圓厚度的關系式可得到任意時刻晶圓厚度值。

本發明提出的測試方法包括以下步驟：

1：對應真空吸盤的真空吸孔位置，通過機械方式將鋁片7開通孔，將薄鋁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。通過屏蔽線10將鋁片、電容傳感器和電容檢測設備連接，記錄電容量，標定電容傳感器電極板與鋁片上表面距離11。

2：通過機械手臂將待磨削晶圓傳輸到貼有鋁片的真空吸盤上，晶圓正面與鋁片接觸，開啟真空吸盤吸附晶圓，記錄此時電容量，然后磨削。

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，通過式：計算晶圓厚度。

式中d為晶圓任意時刻厚度，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距離，ε₀為真空中介電常數，ε為空氣介電常數，ε_r為晶圓介電常數。

本發明可以取得如下有益效果：

1、本發明提出的試驗方法可實現對大尺寸磨削晶圓厚度的在線非接觸測量，可避免對超薄晶圓的損傷；同時可全面檢測晶圓表面厚度。