CN108447784B - 研磨机晶圆放反报警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及研磨机晶圆放反报警系统及方法。根据本发明的一实施例，晶圆检测系统包含晶圆，所述晶圆具有正面和与所述正面相对的反面，其中所述正面具有电路图案；以及光学检测器，其安置于所述晶圆下方且不与所述晶圆接触，所述光学检测器经配置以接收从晶圆表面射出的光线，并确定面向所述光学检测器的所述晶圆表面是所述晶圆的所述正面。本发明的研磨机晶圆放反报警系统及方法有效改善因操作人员将晶圆放反而造成的高额经济损失。
Description
技术领域
本发明大体涉及半导体封装技术，特别是对半导体晶圆表面进行检测的技术。
背景技术
随着半导体技术的发展，用于制备半导体芯片电路的晶圆的尺寸不断增加，使得单个晶圆上能够制备的芯片数目也随之增加。用于制备芯片的晶圆裸片具有彼此相对且大致光滑的表面。半导体制造技术通过在晶圆裸片的一个表面(下文统称为“正面”)上施加一系列工艺流程以形成电路进而形成多个芯片，而与该正面相对的另一表面(下文统称为“反面”)则不形成任何电路，因此该反面仍为大致光滑的表面。以此方式，晶圆裸片被形成为在其正面具有芯片的晶圆，以供晶圆测试。
通过晶圆测试的晶圆需要进一步按照产品型号及功能需求进行封装以得到独立芯片。封装过程需要将一个或多个晶圆移至研磨机，该过程通常也可称为上料。上料过程中，操作人员首先通过肉眼探查的方式对一个或多个晶圆进行人工目检，以确保在移至研磨机前所有晶圆的正面都朝向同一方向。
然而，依靠人工目检的上料过程时常出现晶圆放反的情形，导致某个或某些晶圆的正面朝向与其他晶圆不同而未被发觉。这一问题在批量上料并封装时显得尤为突出。同时，现有研磨机也都不具备检测上述晶圆放反的功能。
因此，有必要提供一种能够有效地检测晶圆放反的技术，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种研磨机晶圆放反报警系统及方法，以期有效改善因操作人员将晶圆放反而造成的高额经济损失。
本发明的一实施例提供一种晶圆检测系统，其包含晶圆，所述晶圆具有正面和与所述正面相对的反面，其中所述正面具有电路图案；以及光学检测器，其安置于所述晶圆下方且不与所述晶圆接触，所述光学检测器经配置以接收从晶圆表面射出的光线，并确定面向所述光学检测器的所述晶圆表面是所述晶圆的所述正面。
根据本发明的另一实施例，一种晶圆检测方法使用光学检测器接收从晶圆表面射出的光线，其中所述晶圆表面是正面或与所述正面相对的反面，所述正面具有电路图案，且其中所述光学检测器经配置以确定面向所述光学检测器的所述晶圆表面是所述晶圆的所述正面。
本发明提供的晶圆放反报警技术能够以相对很低的改造成本有效侦测出晶圆放反，从而避免了人工上料阶段的疏忽错漏被不利地延续至研磨阶段，并因此避免了晶圆磨损所带来的高额经济损失。
附图说明
图1A-1D显示现有技术中研磨上料的标准流程。
图2A是晶圆正确放置时经受研磨机研磨的示意图。
图2B是晶圆误被放反时经受研磨机研磨的示意图。
图3A、3B是根据本发明一实施例的晶圆检测系统的示意图。
图4是根据图3A、3B所示实施例对研磨机进行改装的示意图。
图5A、5B是根据本发明另一实施例的晶圆检测系统的示意图。
图6是根据图5A、5B所示另一实施例对研磨机进行改装的示意图。
图7是晶圆以非固持状态放置于定位盘上的示意图。
图8是根据图4、6所示实施例所实施的改造图。
图9描绘本发明晶圆检测的方法。
具体实施方式
为更好地理解本发明的精神，以下结合本发明的部分优选实施例对其作进一步说明。
本发明所提到的方向用语，例如上方、下方、左侧、右侧、正面、反面、侧面、水平、横向、垂直等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
以下详细地讨论本发明的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但是应当理解，这些实施方式仅用于示出的目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下，可以使用其他部件和配置。
图1A-1D显示现有技术的人工上料标准流程。图1A中具有左右两个载架，右侧载架用于放置待目检晶圆，左侧载架用于放置通过目检的晶圆。图1B显示操作人员通过肉眼探查的方式进行人工正反面目检。图1C显示操作人员将通过目检的晶圆从右侧载架转载至左侧载架中。图1D显示经由如图1C所示的左侧载架将已经通过目检的晶圆提供至研磨机研磨的晶圆上机过程。上料完毕后，研磨机可根据具体的产品型号及功能需求对晶圆的反面进行逐一研磨。
图2A是晶圆201正确放置时经受研磨机研磨的示意图。研磨机的研磨主轴211受研磨机控制，带动连接于研磨主轴211的研磨盘212转动以对晶圆201的反面204进行研磨，晶圆201的正面203上具有电路202。通过精细控制研磨盘212的转速及进深等研磨参数，处在同一晶圆上的所有芯片即可批量获得满足封装需要的构型。
需要特别留意的是，人工上料过程要求处于转载机中的所有晶圆201都必须以其反面面对研磨机的研磨盘表面213，以供研磨盘表面213对晶圆的反面204进行研磨。然而，由于人为或各种随机因素的影响，时常出现个别晶圆201被放反而未被及时发现的情形。一旦放反的晶圆201被转载机提供至研磨机，将出现图2B所示的情形。在图2B中，晶圆201被错误放反，导致晶圆201的正面203不期望地面向研磨盘表面213，使得研磨盘212在研磨过程中将位于晶圆201的正面203上的电路202划伤甚至完全磨掉，造成整片晶圆201受损报废，从而带来高额经济损失。并且，随着晶圆尺寸的不断增加，单片晶圆上所制备的芯片数目也逐渐增多，使得单片晶圆的价值呈不断增长态势。因此，随着晶圆尺寸的不断增加，晶圆放反所带来的经济损失也呈不断增长的态势。
为解决由此带来的问题，本申请提供能够有效地检测晶圆放反的技术。
图3A、3B显示晶圆检测系统的一实施例。在图3A、3B中，光纤传感器304安置于晶圆301下方并与晶圆301下表面保持一定距离。光纤传感器304以近似垂直方式面向晶圆301的下表面，以感测反射自晶圆301下表面的反射光。本领域技术人员知晓，光纤传感器304也可以倾斜非垂直方式面向晶圆301的下表面。作为一个实施例，光纤传感器304还可配备主动式光源以照射晶圆表面。
参见图3A，当晶圆301正常放置时，晶圆301的下表面为形成有电路的正面302，而晶圆301的上表面为未形成有电路的反面303。此时，由于晶圆301正面302上的芯片上可具有复杂的电路图案(例如交织排布的多层金属布线及大量有源、无源电路元件)，使得入射至晶圆301正面302上的入射光线仅有部分光线被反射至光纤传感器304的感测端，而入射光线的另一部分光线则被散射到光纤传感器304的感测端以外的区域从而不为光纤传感器304所感测。作为一个实施例，晶圆301正常放置时的光线值可为2000至2300。作为另一个实例，晶圆正确放置时的光线值可为2108左右。也可使用透光率来表征晶圆301下表面对于入射光的反射程度。上述光线值由基恩士(KEYENCE)FS-V21R光线放大器测量得出，但也可由其它任何光线值测量设备测得。
参见图3B，当晶圆301被错误地反向放置(即，晶圆放反)时，晶圆301的下表面为不具有电路的反面303，而晶圆301的上表面为形成有电路的正面302。此时，由于晶圆301反面303未形成任何电路图案而近似光滑平面，使得入射至晶圆301反面303的入射光线近似完全被反射至光纤传感器304的感测端，仅有很少一部分光线被散射到感测端以外的区域因而可以忽略不计。作为另一实施例，可设定光线值阈值以判定晶圆放反。例如，当光纤传感器304所感测的光线值大于2300时，即可判定晶圆放反。作为一个实例，晶圆放反时的光线值可为4095左右。也可设定透光率阈值以判定晶圆放反。
图4显示以图3A、3B实施例为基础对现有研磨机进行改装的示意图。现有技术中的研磨机通常具有如图4所示的电磁阀411、定位盘汽缸412及定位盘413。在上料过程完成后，处于转载机中的晶圆401可被提供至定位盘413。
如图7所示，定位盘702在未夹紧晶圆701的状态下，仅支撑晶圆701的外部边缘以暴露出大部分晶圆701下表面以供位于晶圆701下方的光纤传感器(未示出)对来自晶圆701下表面的反射光线进行感测。
接下来参见图4，在已经确定晶圆401下表面为晶圆401的正面402之后，定位盘413受定位盘汽缸412控制而夹紧晶圆401的边缘从而固持晶圆401，以便研磨机响应于固持晶圆401的动作而使用研磨盘对晶圆401反面403进行研磨。在此基础上，额外添加光纤传感器404、继电器405及继电器电源406。一旦光纤传感器404感测到光线值超过光线值阈值(或透光率超过透光率阈值)从而判定晶圆放反，便可向继电器405发出紧急制动信号。继电器405收到紧急制动信号后，经由电磁阀411控制定位盘汽缸412不动作，以确保定位盘413不固持晶圆401。同时，响应于定位盘413未做出固持晶圆401的动作，研磨机将不启动研磨程序。优选地，当研磨机全自动作业时,若定位盘413超出预设时间后仍未动作,则研磨机发出报警信号以达到防呆作用。作用一个实例，继电器电源406的电压可为直流24V。光纤传感器404可经由放大器对感测信号进行放大，并使用经放大后的感测信号作为紧急制动信号控制继电器405。
图4所示的改装无需对现有研磨机进行大规模改造，并能够以低成本方式加以实现，同时显著降低未及时发现晶圆放反的出错概率，从而有效地避免由晶圆放反所带来的高昂经济损失。
图5A、5B显示晶圆检测系统的另一实施例。在晶圆501下方一定距离处安置图像传感器504(例如CCD传感器或CMOS传感器等)以替代图3A、3B中的光纤传感器304，图像传感器504以近似垂直方式面向晶圆501的下表面，并以采集从晶圆501下表面射出的反射光的方式对晶圆501下表面拍照或摄像。本领域技术人员知晓，图像传感器504也可以倾斜非垂直方式面向晶圆501的下表面。图像传感器504进一步将采集到的反射光输出至图像鉴别装置，以判定晶圆501是否被放反。一方面，图像鉴别装置可为显示器或显示屏，以将晶圆501表面图像实时地呈现给操作人员进行目检；若发现不存在电路则人工判定晶圆放反，并通过控制装置经由继电器和电磁阀控制定位盘汽缸不动作，同时可发出报警以起到防呆作用。另一方面，图像鉴别装置可为图像智能分辨装置，以智能分析晶圆501表面图像是否存在电路；若发现不存在电路则自动判定晶圆放反，并通过控制装置控制定位盘汽缸不动作，同时可发出报警以起到防呆作用。
图6显示以图5A、5B实施例为基础对现有研磨机进行改装的示意图。以包含电磁阀611、定位盘汽缸612及定位盘613的现有研磨机基础上，可额外添加图像传感器604、图像鉴别装置605、继电器606及继电器电源607，一旦图像鉴别装置605判定晶圆放反，便可向继电器606发出紧急制动信号。继电器606收到紧急制动信号后，经由电磁阀611控制定位盘汽缸612不动作，以确保定位盘613不固持晶圆601。同时，响应于定位盘613未做出固持晶圆601的动作，研磨机将不启动研磨程序。当研磨机全自动作业时,若定位盘613超出预设时间后仍没有动作,则研磨机发出报警信号以达到防呆作用。作为一个实施例，继电器电源607的电压可为直流24V。
图6所示的改装无需对现有研磨机进行大规模改造，但其改装费用较图4改装费用稍高，而其优点则在于可100％侦测出是否存在晶圆放反。相较之下，图4的改装方式可因晶圆表面颜色繁杂或透光度不一而无法保证100％侦测出是否存在晶圆放反。
图8显示根据图4所示实施例进行的实物改造图。图8左侧为未经改装的现有研磨机机台。图8右侧显示加装于研磨机机台表面上的(如图4所示的)光纤传感器404，以及加装于电磁阀附近的继电器及电源，其中所加装的光纤传感器404经由信号线连接至继电器。
由图8可见，本发明所做改造仅涉及对现有研磨机进行轻微的小范围改造，因而能够以快速且低成本方式得以实施。
图9描绘本发明晶圆检测的方法。在步骤901中，使用光学检测器接收从晶圆表面射出的光线。其中，由光学检测器确定面向光学检测器的晶圆表面是晶圆正面。接下来，在步骤902中，由光学检测器确定面向光学检测器的晶圆表面是晶圆的正面。作为一个实施例，光学检测器可为光纤传感器。作为另一个实施例，光学检测器可为图像传感器。
本发明的技术内容及技术特点已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。
Claims (16)
1.一种晶圆检测系统，其包含：
晶圆，其具有正面和与所述正面相对的反面，其中所述正面具有电路图案；以及
光学检测器，其安置于所述晶圆下方且不与所述晶圆接触，所述光学检测器经配置以接收从晶圆表面射出的光线，并确定面向所述光学检测器的所述晶圆表面是所述晶圆的所述正面，其中所述光学检测器位于所述晶圆与机台之间并安置在所述机台上，所述机台包含电磁阀和定位盘气缸，所述的晶圆检测系统能够通过所述电磁阀控制所述定位盘气缸以使定位盘不动作。
2.根据权利要求1所述的晶圆检测系统，其中所述光学检测器为光纤传感器，其经配置以检测所述光线的光线值，并在检测到的所述光线值超过阈值时确定所述光线从所述晶圆的所述正面射出。
3.根据权利要求2所述的晶圆检测系统，其进一步包含：
继电器，其经配置以接收所述光纤传感器的控制信号；
外部电源，其经配置以对所述继电器供电，
其中响应于所述光线从所述晶圆的所述正面射出，所述继电器通过所述电磁阀控制所述定位盘气缸，使所述定位盘不动作。
4.根据权利要求3所述的晶圆检测系统，其中当所述晶圆检测系统全自动运行时，如果检测到所述定位盘在超出设定时间后仍不动作，则所述晶圆检测系统发出报警以实现防呆。
5.根据权利要求1所述的晶圆检测系统，其中所述光学检测器为图像传感器，其经配置以拍摄所述晶圆表面，以确定所述晶圆表面是具有所述电路图案的所述正面。
6.根据权利要求5所述的晶圆检测系统，其中所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
7.根据权利要求5所述的晶圆检测系统，其中响应于所述晶圆表面具有所述电路图案的确定，所述的晶圆检测系统通过所述电磁阀控制所述定位盘气缸以使所述定位盘不动作。
8.根据权利要求7所述的晶圆检测系统，其中当所述晶圆检测系统全自动运行时，如果检测到所述定位盘在超出设定时间后仍不动作，则所述晶圆检测系统发出报警以实现防呆。
9.一种晶圆检测方法，所述方法包含：
使用光学检测器接收从晶圆表面射出的光线，其中所述晶圆表面是正面或与所述正面相对的反面，所述正面具有电路图案，且其中所述光学检测器经配置以确定面向所述光学检测器的所述晶圆表面是所述晶圆的所述正面，且其中所述光学检测器位于所述晶圆与机台之间并安置在所述机台上，所述机台包含电磁阀和定位盘气缸，所述的晶圆检测系统能够通过所述电磁阀控制所述定位盘气缸以使定位盘不动作。
10.根据权利要求9所述的晶圆检测方法，其进一步包含使用光纤传感器检测所述光线的光线值，并在检测到的所述光线值超过阈值时确定所述光线从所述晶圆的所述正面射出。
11.根据权利要求10所述的晶圆检测方法，其进一步响应于所述光线从所述晶圆的所述正面射出而通过所述电磁阀控制所述定位盘气缸，使所述定位盘不动作。
12.根据权利要求11所述的晶圆检测方法，其中在全自动运行时，如果检测到所述定位盘在超出设定时间后仍不动作，则发出报警以实现防呆。
13.根据权利要求9所述的晶圆检测方法，其进一步包含使用图像传感器拍摄所述晶圆表面以确定所拍摄的所述晶圆表面是具有所述电路图案的所述正面。
14.根据权利要求13所述的晶圆检测方法，其中所述图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
15.根据权利要求13所述的晶圆检测方法，其进一步包含响应于所述晶圆表面具有所述电路图案的确定，通过所述电磁阀控制所述定位盘气缸以使所述定位盘不动作。
16.根据权利要求15所述的晶圆检测方法，其中在全自动运行时，如果检测到所述定位盘在超出设定时间后仍不动作，则发出报警以实现防呆。
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2018
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