CN106783657B - 一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法，应用于控制器，晶圆测量机构包括测量仪固定架；与测量仪固定架连接的第一测量仪和第二测量仪，第一测量仪的第一测头位于承片台中心位置处，第二测量仪的第二测头位于承片台外环上，该方法包括：在承片台上空载时，接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值；当承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及参考校零值，获取晶圆的磨削厚度值。本发明在晶圆减薄加工的过程中可有效控制晶圆的厚度，提高了晶圆磨削加工的精度。

Description

一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法。

背景技术

在晶圆减薄加工过程中，晶圆的实时厚度对晶圆的生成质量有着至关重要的影响，是反映晶圆加工质量的重要指标，实时检测晶圆厚度可以对晶圆磨削过程中的各项工艺参数进行实时调整，保证最终磨削厚度以及控制磨削流程，从而使晶圆在减薄加工过程中始终保持高效优质状态。

发明内容

本发明实施例提供一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法，可以在晶圆减薄加工过程中有效控制晶圆最终厚度，提高晶圆磨削加工的精度。

本发明实施例提供一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法，应用于控制器，所述晶圆测量机构包括测量仪固定架；与所述测量仪固定架连接的第一测量仪和第二测量仪，所述第一测量仪的第一测头位于承片台中心位置处，所述第二测量仪的第二测头位于承片台外环上，所述方法包括：

在承片台上空载时，接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值；

当承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与所述晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及所述参考校零值，获取所述晶圆的磨削厚度值。

其中，在获取所述晶圆的磨削厚度值之后，所述方法还包括：

在预设时长内检测所述晶圆的磨削厚度值是否发生变化；

当在预设时长内所述晶圆的磨削厚度值未发生变化时，保存获取的所述晶圆的磨削厚度值。

其中，在接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值之前，所述方法还包括：

对第一测量仪的第一测头和第二测量仪的第二测头进行校准。

其中，所述对第一测量仪的第一测头和第二测量仪的第二测头进行校准的步骤包括：

获取第一测头未吸附标准测量块时的第一测量值以及第二测头未吸附标准测量块时的第二测量值；

获取第一测头吸附标准测量块时的第三测量值以及第二测头吸附标准测量块时的第四测量值；

根据所述第一测量值和所述第三测量值对第一测头进行校准；

根据所述第二测量值和所述第四测量值对第二测头进行校准。

其中，所述根据所述第一测量值和所述第三测量值对第一测头进行校准的步骤包括：

计算所述第三测量值与所述第一测量值之差，获取第一差值；

将所述第一差值与所述标准测量块的厚度值进行比较；

当所述第一差值与所述标准测量块的厚度值之差小于预设值时，校准完成；

当所述第一差值与所述标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，由第一测头的放大器继续对第一测头进行校准。

其中，所述根据所述第二测量值和所述第四测量值对第二测头进行校准的步骤包括：

计算所述第四测量值与所述第二测量值之差，获取第二差值；

将所述第二差值与所述标准测量块的厚度值进行比较；

当所述第二差值与所述标准测量块的厚度值之差小于预设值时，校准完成；

当所述第二差值与所述标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，由第二测头的放大器继续对第二测头进行校准。

其中，所述第一测量仪包括与第一测头连接的第一处理器；所述第二测量仪包括与第二测头连接的第二处理器；

在对第一测量仪的第一测头和第二测量仪的第二测头进行校准之后，接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值之前，所述方法还包括：

向所述第一处理器发送第一指令，使得所述第一处理器内的第一接收元件根据所述第一指令控制第一测头运动，与承片台中心位置接触；

向所述第二处理器发送第二指令，使得所述第二处理器内的第二接收元件根据所述第二指令控制第二测头运动，与承片台外环接触。

其中，所述第一测量仪包括与第一测头连接的第一处理器；所述第二测量仪包括与第二测头连接的第二处理器；

所述接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值的步骤包括：

接收第一测头测量的、通过第一处理器发送的承片台中心位置的厚度值；

接收第二测头测量的、通过第二处理器发送的承片台外环的厚度值；

计算承片台中心位置的厚度值与承片台外环的厚度值之差，获取所述参考校零值。

其中，所述根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与所述晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及所述参考校零值，获取所述晶圆的磨削厚度值的步骤包括：

获取承片台中心位置的厚度与所述晶圆的厚度之和，作为第一标准值；

计算所述第一标准值与承片台外环的厚度值的差值，获取第二标准值；

计算所述第二标准值与所述参考校零值之差，获取所述晶圆的磨削厚度值。

本发明实施例技术方案的有益效果至少包括：

本发明技术方案，通过晶圆测量机构，在承片台上空载时获取第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值；在承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及参考校零值，获取晶圆的磨削厚度值。本发明可实现晶圆减薄加工过程中晶圆厚度的在线测量，并对实时在线测量值进行分析，修正工艺参数以控制晶圆最终磨削厚度，提高晶圆磨削加工的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例晶圆测量机构与承片台配合示意图；

图2表示本发明实施例一提供的采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法示意图；

图3表示本发明实施例二提供的采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法，应用于控制器，其中如图1所示，晶圆测量机构包括测量仪固定架10，测量仪固定架10位于承片台13的上方；与测量仪固定架10连接的第一测量仪11和第二测量仪12，第一测量仪11的第一测头111位于承片台中心位置处，第二测量仪12的第二测头121位于承片台外环上，如图2所示，该方法包括：

步骤201、在承片台上空载时，接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值。

具体的，晶圆测量机构的测量仪固定架位于承片台的上方，在测量仪固定架上固定有第一测量仪和第二测量仪，第一测量仪的第一测头位于承片台安装晶圆的中心位置处，在使用第一测头进行测量时，控制器首先控制第一测头与承片台中心位置接触，然后利用第一测头进行测量。第二测量仪的第二测头位于承片台外环上，在使用第二测头进行测量时，控制器首先控制第二测头与承片台外环接触，然后利用第二测头进行测量。其中，承片台外环即为承片台的外边缘位置。

在利用晶圆测量机构进行测量时，需要先测量承片台空载时，承片台中心位置的厚度值以及承片台外环的厚度值。具体为：在承片台空载时，控制器控制第一测头与承片台中心位置接触，接收第一测头测量的承片台中心位置的厚度。同时控制器控制第二测头与承片台外环接触，接收第二测头测量的承片台外环的厚度。

在获取承片台空载时承片台中心位置的厚度、承片台外环的厚度之后，根据承片台中心位置的厚度值、承片台外环的厚度值确定一参考校零值。其中在根据承片台中心位置的厚度值、承片台外环的厚度值确定一参考校零值时，可以计算承片台中心位置的厚度值与承片台外环的厚度值之差，得到第一比较差值，确定第一比较差值为参考校零值。在确定参考校零值之后，执行步骤202。

步骤202、当承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及参考校零值，获取晶圆的磨削厚度值。

在获取参考校零值之后，在承片台上安装晶圆时，控制器控制第一测头与承片台中心位置处的晶圆接触，接收第一测头测量的承片台中心位置的厚度与晶圆厚度之和。同时控制器控制第二测头与承片台外环接触，接收第二测头测量的承片台外环的厚度。

然后根据承片台中心位置厚度与晶圆厚度之和、承片台外环的厚度值以及参考校零值来确定晶圆的磨削厚度值。当第一比较差值为参考校零值时，计算承片台中心位置厚度与晶圆厚度之和得到第一和值，然后计算第一和值与承片台外环的厚度值之差，所得到的值减去参考校零值即为晶圆的磨削厚度值。

需要说明的是，控制器在获取第一测头和第二测头的测量数据时，通过控制器内部的模拟信号接收元件与第一测量仪、第二测量仪内的模拟信号发送元件之间的交互，获取相应的测量信息。

本发明实施例一，通过晶圆测量机构，在承片台上空载时获取第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值；在承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及参考校零值，获取晶圆的磨削厚度值。本发明可实现晶圆减薄加工过程中晶圆厚度的在线测量，并对实时在线测量值进行分析，修正工艺参数以控制晶圆最终磨削厚度，提高晶圆磨削加工的精度。

实施例二

本发明实施例二提供一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法，应用于控制器，其中如图1所示，晶圆测量机构包括测量仪固定架10，测量仪固定架10位于承片台13的上方；与测量仪固定架10连接的第一测量仪11和第二测量仪12，第一测量仪11的第一测头111位于承片台中心位置处，第二测量仪12的第二测头121位于承片台外环上，第一测量仪11包括与第一测头111连接的第一处理器；第二测量仪12包括与第二测头121连接的第二处理器。如图3所示，该方法包括：

步骤301、对第一测量仪的第一测头和第二测量仪的第二测头进行校准。

在对第一测头和第二测头进行校准时，首先控制器获取第一测头未吸附标准测量块时的第一测量值以及第二测头未吸附标准测量块时的第二测量值。具体为：在承片台空载时，控制器控制未吸附标准测量块的第一测头与承片台中心位置接触，获得承片台中心位置的厚度值，作为第一测量值。同时控制器控制未吸附标准测量块的第二测头与承片台外环接触，获得承片台外环的厚度值，作为第二测量值。

然后获取第一测头吸附标准测量块时的第三测量值以及第二测头吸附标准测量块时的第四测量值。具体为：在承片台空载时，控制器控制吸附标准测量块的第一测头与承片台中心位置接触，获得承片台中心位置的厚度和标准测量块的厚度值之和，作为第三测量值。同时控制器控制吸附标准测量块的第二测头与承片台外环接触，获得承片台外环的厚度和标准测量块的厚度值之和，作为第四测量值。

然后根据第一测量值和第三测量值对第一测头进行校准；根据第二测量值和第四测量值对第二测头进行校准。在对第一测头进行校准时，具体为：计算第三测量值与第一测量值之差，获取第一差值；将第一差值与标准测量块的厚度值进行比较；当第一差值与标准测量块的厚度值之差小于预设值时，校准完成；当第一差值与标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，由第一测头的放大器继续对第一测头进行校准。

其中这里的预设值可以为1微米，在第一差值与标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，表明此时校准不成功，控制器需要向第一处理器反馈校准不成功的通知，第一处理器内的放大器在获取校准不成功的通知之后，向第一处理器内的第一调节元件发送调节信号，使得第一调节元件根据调节信号对第一测头的测量值进行调节，目的是对第一测头进行标定。在对第一测头进行标定之后，采用另一规格的标准测量块来对第一测头进行测试，当第一测头测得的第一差值与该规格的标准测量块的标定厚度值之差小于预设值时，则校准完成。也可以直接用第一测头来测量该规格的标准测量块的厚度值，若测得的厚度值与该规格的标准测量块的标定值相等，则校准完成。

在对第二测头进行校准时，具体为：计算第四测量值与第二测量值之差，获取第二差值；将第二差值与标准测量块的厚度值进行比较；当第二差值与标准测量块的厚度值之差小于预设值时，校准完成；当第二差值与标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，由第二测头的放大器继续对第二测头进行校准。

其中这里的预设值可以为1微米，在第二差值与标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，表明此时校准不成功，控制器需要向第二处理器反馈校准不成功的通知，第二处理器内的放大器在获取校准不成功的通知之后，向第二处理器内的第二调节元件发送调节信号，使得第二调节元件根据调节信号对第二测头的测量值进行调节，目的是对第二测头进行标定。在对第二测头进行标定之后，采用另一规格的标准测量块来对第二测头进行测试，当第二测头测得的第二差值与该规格的标准测量块的标定厚度值之差小于预设值时，则校准完成。也可以直接用第二测头来测量该规格的标准测量块的厚度值，若测得的厚度值与该规格的标准测量块的标定值相等，则校准完成。

在完成对第一测头和第二测头的校准后，执行步骤302。

步骤302、向第一处理器发送第一指令，使得第一处理器内的第一接收元件根据第一指令控制第一测头运动，与承片台中心位置接触。

在完成第一测头和第二测头的校准之后，控制器向与第一测头连接的第一处理器发送第一指令，第一处理器内的第一接收元件在接收到第一指令之后，控制第一处理器内的第一气缸工作，此时通过第一气缸的工作，控制第一测头向靠近承片台的方向运动，使得第一测头与承片台中心位置接触。

步骤303、向第二处理器发送第二指令，使得第二处理器内的第二接收元件根据第二指令控制第二测头运动，与承片台外环接触。

在完成第一测头和第二测头的校准之后，控制器在向与第一测头连接的第一处理器发送第一指令的同时，向与第二侧头连接的第二处理器发送第二指令，第二处理器内的第二接收元件在接收到第二指令之后，控制第二处理器内的第二气缸工作，此时通过第二气缸的工作，控制第二测头向靠近承片台的方向运动，使得第二测头与承片台外环接触。然后执行步骤304。

步骤304、接收第一测头测量的、通过第一处理器发送的承片台中心位置的厚度值。

在控制第一测头与承片台中心位置接触之后，第一测头测量承片台中心位置的厚度。需要说明的是，此时的承片台处于空载状态。在第一测头测得承片台中心位置的厚度之后。控制器接收第一测头测量得到的承片台中心位置的厚度。

具体为：控制器内设置有模拟信号接收元件，第一处理器内设置有模拟信号发送元件，在第一测头测得承片台中心位置的厚度之后，通过第一处理器内的模拟信号发送元件将测量值发送至控制器内的模拟信号接收元件，控制器获取承片台中心位置的厚度。

步骤305、接收第二测头测量的、通过第二处理器发送的承片台外环的厚度值。

在控制第二测头与承片台外环接触之后，第二测头测量承片台外环的厚度。需要说明的是，此时的承片台处于空载状态。在第二测头测得承片台外环的厚度之后。控制器接收第二测头测量得到的承片台外环的厚度。

具体为：控制器内设置有模拟信号接收元件，第二处理器内设置有模拟信号发送元件，在第二测头获取承片台外环的厚度之后，通过第二处理器内的模拟信号发送元件将测量值发送至控制器内的模拟信号接收元件，控制器获取承片台外环的厚度。

步骤306、计算承片台中心位置的厚度值与承片台外环的厚度值之差，获取参考校零值。

控制器在获取承片台中心位置的厚度以及承片台外环的厚度之后，计算承片台中心位置的厚度值与承片台外环的厚度值之差获取参考校零值。本发明实施例中以承片台中心位置的厚度值与承片台外环的厚度值之差作为参考校零值。在获取参考校零值之后，执行步骤307。

步骤307、当承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，获取承片台中心位置的厚度与晶圆的厚度之和，作为第一标准值。

在承片台上安装晶圆之后，且在晶圆处于磨削的过程中，控制器控制第一测头与处于磨削状态的晶圆接触，获取第一测头测量得到的承片台中心位置的厚度与晶圆的厚度之和，作为第一标准值。同时需要控制第二测头与承片台外环接触，获取第二测头测量的承片台外环的厚度值。然后执行后续步骤。

步骤308、计算第一标准值与承片台外环的厚度值的差值，获取第二标准值。

步骤309、计算第二标准值与参考校零值之差，获取晶圆的磨削厚度值。

步骤310、检测在预设时长内晶圆的磨削厚度值是否发生变化。

在获得晶圆的磨削厚度值之后，需要检测在预设时长内获得的晶圆的磨削厚度值是否发生变化，这里的预设时长可以为300ms，在磨削晶圆过程中，晶圆吸附在承片台上，承片台一直处于旋转状态，从而测得整片晶圆的实时厚度，晶圆实时厚度可以用来控制晶圆磨削结束时间。

步骤311、当在预设时长内晶圆的磨削厚度值未发生变化时，保存获取的晶圆的磨削厚度值。

如果在300ms以内晶圆的磨削厚度值未发生变化，则保存晶圆的磨削厚度值，否则测量无效，舍弃获取的晶圆的磨削厚度值。

本发明实施例二，通过晶圆测量机构，在承片台上空载时获取第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值；在承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及参考校零值，获取晶圆的磨削厚度值。本发明可实现晶圆减薄加工过程中晶圆厚度的在线测量，并对实时在线测量值进行分析，修正工艺参数以控制晶圆最终磨削厚度，提高晶圆磨削加工的精度。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种采用晶圆测量机构测量晶圆厚度的方法，应用于控制器，其特征在于，所述晶圆测量机构包括测量仪固定架；与所述测量仪固定架连接的第一测量仪和第二测量仪，所述第一测量仪的第一测头位于承片台中心位置处，所述第二测量仪的第二测头位于承片台外环上，所述方法包括：

在承片台上空载时，接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值，其中，所述参考校零值为所述承片台中心位置的厚度值与所述承片台外环的厚度值之差；

当承片台上安装的晶圆处于磨削状态时，根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与所述晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及所述参考校零值，获取所述晶圆的磨削厚度值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述晶圆的磨削厚度值之后，所述方法还包括：

在预设时长内检测所述晶圆的磨削厚度值是否发生变化；

当在预设时长内所述晶圆的磨削厚度值未发生变化时，保存获取的所述晶圆的磨削厚度值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值之前，所述方法还包括：

对第一测量仪的第一测头和第二测量仪的第二测头进行校准。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对第一测量仪的第一测头和第二测量仪的第二测头进行校准的步骤包括：

获取第一测头未吸附标准测量块时的第一测量值以及第二测头未吸附标准测量块时的第二测量值；

获取第一测头吸附标准测量块时的第三测量值以及第二测头吸附标准测量块时的第四测量值；

根据所述第一测量值和所述第三测量值对第一测头进行校准；

根据所述第二测量值和所述第四测量值对第二测头进行校准。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一测量值和所述第三测量值对第一测头进行校准的步骤包括：

计算所述第三测量值与所述第一测量值之差，获取第一差值；

将所述第一差值与所述标准测量块的厚度值进行比较；

当所述第一差值与所述标准测量块的厚度值之差小于预设值时，校准完成；

当所述第一差值与所述标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，由第一测头的放大器继续对第一测头进行校准。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二测量值和所述第四测量值对第二测头进行校准的步骤包括：

计算所述第四测量值与所述第二测量值之差，获取第二差值；

将所述第二差值与所述标准测量块的厚度值进行比较；

当所述第二差值与所述标准测量块的厚度值之差小于预设值时，校准完成；

当所述第二差值与所述标准测量块的厚度值之差大于或者等于预设值时，由第二测头的放大器继续对第二测头进行校准。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一测量仪包括与第一测头连接的第一处理器；所述第二测量仪包括与第二测头连接的第二处理器；

在对第一测量仪的第一测头和第二测量仪的第二测头进行校准之后，接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值之前，所述方法还包括：

向所述第一处理器发送第一指令，使得所述第一处理器内的第一接收元件根据所述第一指令控制第一测头运动，与承片台中心位置接触；

向所述第二处理器发送第二指令，使得所述第二处理器内的第二接收元件根据所述第二指令控制第二测头运动，与承片台外环接触。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量仪包括与第一测头连接的第一处理器；所述第二测量仪包括与第二测头连接的第二处理器；

所述接收第一测头测得的承片台中心位置的厚度值、第二测头测得的承片台外环的厚度值，并确定一参考校零值的步骤包括：

接收第一测头测量的、通过第一处理器发送的承片台中心位置的厚度值；

接收第二测头测量的、通过第二处理器发送的承片台外环的厚度值；

计算承片台中心位置的厚度值与承片台外环的厚度值之差，获取所述参考校零值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一测头测得的承片台中心位置厚度与所述晶圆厚度之和、第二测头测得的承片台外环的厚度值以及所述参考校零值，获取所述晶圆的磨削厚度值的步骤包括：

获取承片台中心位置的厚度与所述晶圆的厚度之和，作为第一标准值；

计算所述第一标准值与承片台外环的厚度值的差值，获取第二标准值；

计算所述第二标准值与所述参考校零值之差，获取所述晶圆的磨削厚度值。