CN111192837B - 一种晶圆片翘曲度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆片翘曲度的测试方法，包括以下步骤：(1)呈竖直设置一标准平镜，使所述标准平镜平行于重力方向；(2)加载晶圆片；(3)调整所述晶圆片与所述标准平镜之间的间距；(4)调整所述晶圆片与所述标准平镜呈面与面平行；(5)启动测试模组，使所述测试模组相对于所述标准平镜作平行移动扫描，通过设置在所述测试模组上的传感器分别对所述传感器的探头至所述晶圆片的距离进行采样和所述传感器的探头至所述标准平镜的距离进行采样；(6)将获得的所述距离采样值进行数据处理程序处理，得出所述晶圆片的翘曲度参数；本发明的优点是：当晶圆竖直放置测试，晶圆面内刚度大，可大幅度减小重力的影响，减小形变，测试方法便捷简单。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆片表面参数测量领域，特别涉及一种晶圆片翘曲度的测试方法。
背景技术
在集成电路在片制造中，为增加产能和降低成本，大尺寸硅晶圆应用越来越广；同时为了提高片性能与封装密度，发展三维封装技术要求对大尺寸硅晶圆进行减薄加工。减薄过程中产生的残余应力导致硅晶圆产生翘曲变形，将会増加硅晶圆在传输和后续加工中的碎片率。硅晶圆的翘曲变形是评价硅晶圆加工质量的重要技术指标，也是分析硅晶圆加工残余应力、优化减薄工艺的重要依据。在石英晶圆的应用中，大多数是以平放进行加工，迫切需要消除重力变形的影响后的数据平面测量数据，特别是WARP值和BOW值。晶圆原始面形的数据比重力变形后的数据更具有价值。重力变形后的数据因放置方法不同而导致测量结果存在很大的测量差异，难以成为标准。
在美国和日本的晶圆片测试仪中，大多数是通过平面放置的方式来对晶圆片进行测试，但同样也没有对重力变形产生的测量数据进行补偿；或者进行补偿后精度又难以得到保证。现有测试晶圆片表面平面度的方法一般有扫描法、探针法、位相干涉法等。CN101261306B的中国发明公开了一种全自动晶圆测试方法及实现该测试方法的设备，该方法按如下步骤顺序进行：a、扫描片盒：片盒相对晶圆探测传感器上下移动，晶圆探测传感器探测到片盒中晶圆后向控制器发送信号，控制器记录当前晶圆的运动位置和序号以及厚度；b、取片；c、粗调；d、送片；e、精确对准：晶圆测试平台装置移动到安装槽内的光学系统镜头下面，图像采集装置采集晶圆图像，计算机对采集得到的图像进行建立模板，模板匹配，把处理结果转化为运动参数发送给运动控制卡，运动控制卡控制电机驱动机构，使得晶圆测试平台装置动作，对不同位置进行图像采集处理，直到满足要求为止；f、测试：横向直线导轨与纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动到使得晶圆能够与探针接触的位置后计算机向测试仪器发送开始测试信号，测试仪器测试完毕后向计算机发送测试完毕和测试状态信号，计算机获得测试完毕信号后查看测试状态信号，根据状态信号输出测试报告并把下一个管芯与探针接触，循环上述过程直到整个晶圆都测试完毕为止；g、放回晶圆。该方法同样也是对晶圆片进行水平测试，不能够避免重力形变对测试结果造成的影响，并且也没有对重力影响进行补偿，使得测试结果的精确度得不到保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆片翘曲度的测试方法，通过将晶圆片在竖直状态下进行测试，能够有效解决重力对测试造成影响导致精确度不够的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种晶圆片翘曲度的测试方法，包括以下步骤：
(1)呈竖直设置一标准平镜，使所述标准平镜平行于重力方向；
(2)加载晶圆片；
(3)调整所述晶圆片与所述标准平镜之间的间距；
(4)调整所述晶圆片与所述标准平镜呈面与面平行；
(5)启动测试模组，使所述测试模组相对于所述标准平镜作平行移动扫描，通过设置在所述测试模组上的传感器分别对所述传感器的探头至所述晶圆片的距离进行采样和所述传感器的探头至所述标准平镜的距离进行采样；
(6)将获得的所述距离采样值进行数据处理程序处理，得出所述晶圆片的翘曲度参数；
(7)卸载晶圆片，测试完成。
优选的，所述步骤(4)还包括平行调整步骤；所述平行调整步骤包括启动设置在所述晶圆片和所述标准平镜之间的测试模组，使所述测试模组相对于所述晶圆片中心线垂直扫描晶圆片，通过设置在所述测试模组上的传感器分别对所述传感器的探头至所述晶圆片的距离和所述传感器的探头至所述标准平镜的距离进行采样；将获得的所述距离采样值进行数据处理，得出所述晶圆片相对于标准平镜之间的角度，通过调整所述旋转轴，使其与所述标准平镜呈面与面平行。通过测试模组将晶圆片的竖直角度调整至与标准平镜平行，即与重力垂直，有利于将重力对晶圆片的形变影响减小到最小。
优选的，所述传感器与所述晶圆片和所述标准平镜间呈等距设置，有利于使传感器与标准平镜之间的距离参数更易于参照。
进一步的，在步骤(5)完成后，将所述晶圆片垂直旋转180°，再重复步骤(5)，补偿支撑点对所述晶圆片造成的误差，提高最后测量结果的精确度。
测试时，所述晶圆片与所述传感器的探头的距离设置范围为15±1.3mm，所述测试模组的扫描速度最大为100mm/s，采样间距为0.1-300mm，采样间距越小，测试模组的扫描速度越慢，精度越高。
优选的，所述晶圆片通过一抱持机构及两个支撑点设置；所述抱持机构夹持于所述晶圆片的两侧，所述抱持机构的夹持力为0.5-3克，通过抱持机构和两个支撑点能够支撑晶圆片呈竖直状态，减小重力对晶圆片的形变影响，并且通过误差补偿，进一步提高了测试精度。
所述传感器为光谱共焦原理的位移传感器，采用光谱共焦原理的位移传感器能够提高测量的精度，从而使得到的测量结果精确度得到保证。
优选的，所述测试方法内还包括X模组、Y模组和Z模组；所述Y模组用于所述晶圆片与所述标准平镜间距的调整，所述Y模组的调整范围为20-40cm，Y模组的调整根据晶圆片的尺寸决定，增加测试的实用性；设于Z模组两端的两个传感器，用于分别测量晶圆片和标准平镜的厚度变化，所述X模组和Z模组分别用于控制所述测试模组相对所述标准平镜在X-Y平面作平行移动，有利于灵活设定测试模组的运行线路。
与现有技术相比，本发明的优点是：
当将晶圆水平放置测试时，晶圆容易弯曲，而当晶圆竖直放置测试时，由于晶圆面内刚度大，可大幅度减小重力的影响，减小形变，并且通过误差补偿，剔除干扰因素后，进一步增加了测试结果的精确性，测试方法便捷简单，能够适应不同尺寸大小的晶圆片。
附图说明
图1为晶圆片材料为BF33时，水平放置测试和竖直放置测试在垂直旋转0度、90度、180度、270度的对比图；
图2为晶圆片材料为D263T时，水平放置测试和竖直放置测试在垂直旋转0度、90度、180度、270度的对比图；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明一种晶圆片翘曲度的测试方法的实施例，包括以下步骤：
测试时的晶圆片可以为透明晶圆片或者非透明晶圆片，测试环境温度为23℃。
(1)呈竖直设置一标准平镜，使标准平镜平行于重力方向；
(2)加载晶圆片，本实施例中晶圆片的材料为φ300mm的透明D263T；
(3)晶圆片通过Y模组调整晶圆片与标准平镜之间的间距，调整后的间距为215mm；
(4)调整晶圆片与标准平镜呈面与面平行；
平行调整步骤包括启动设置在晶圆片和标准平镜之间的测试模组，使测试模组相对于晶圆片中心线垂直扫描晶圆片，通过设置在测试模组上的传感器分别对传感器的探头至晶圆片的距离和传感器的探头至标准平镜的距离进行采样；
将获得的距离采样值进行数据处理，得出晶圆片相对于标准平镜之间的角度，通过调整旋转轴，使其与标准平镜呈面与面平行。标准平镜在设置时已于重力方向平行，通过传感器的测量校正，能够使晶圆片的竖直角度也与重力方向平行。
(5)启动测试模组，测试模组的扫描速度为100mm/s，采样间距为1mm，使测试模组相对于标准平镜作平行移动扫描，通过设置在测试模组上的传感器分别对传感器的探头至晶圆片的距离进行采样和传感器的探头至标准平镜的距离进行采样。
传感器设于Z模组两端，Z模组和X模组配合控制测试模组相对所述标准平镜在X-Y平面作平行移动，传感器的探头距晶圆片的距离为15mm，距标准平镜的距离为215mm，传感器传与晶圆片和所述标准平镜间可以呈等距设置，也可以不为等距设置，在不等距设置时，可以根据传感器扫描得到的读数对其进行补偿；测试中采用的传感器为光谱共焦原理的位移传感器，采用双传感器能够将测量精度提升，减小测试模组在测试中因为运动产生的误差，传感器也可以采用其他类型的非接触式传感器，例如三角测量法的激光位移传感器等等。
传感器扫描晶圆片和标准平镜的位移数据相加就可以大幅度消除导轨直线性和运动抖动造成的误差。
本实施例中的晶圆片为透明晶圆片，通过传感器还可以测量出晶圆片的配件厚度数据δ为0.302mm。
晶圆片在测试时，是通过抱持机构和设置在底部两侧的支撑点对晶圆片进行竖直支撑的，抱持架构夹持在晶圆片的两边，夹持力为0.5g。在抱持机构上设有两个测力传感器，测力传感器能够分别显示夹持在晶圆片两边的力，通过测力传感器调整两边的抱持力相等能够使晶圆片呈垂直状态，进一步减小重力的影响。支撑点和抱持机构对晶圆片仍存在边缘形变的影响，在步骤(5)测试完成后，需要将晶圆片沿垂直旋转180°，再重复一次步骤(5)，补偿支撑点对所述晶圆片造成的误差，提高测试结果的精确度。
(6)将获得的距离采样值进行数据处理程序处理，得出晶圆片的表面状态和表面参数如图1和表1所示；
对数据的主要处理方式为依据测的数据滤除异常点，根据处理程序通过限幅滤波法滤除微小坑点或微尘等影响，限幅滤波法为现有公开技术，具体可参照清华大学出版社在2012年出版的《数字信号处理》，在此不多赘述。在对晶圆片进行扫描时，连续取4个采样值进行算数平均运算，降低一定的抖动影响，并且在使用双传感器同步测量，消除导轨直线度误差和大幅度降低运动抖动影响。
图1中第一行为水平放置时晶圆片的形状图，可以看出晶圆片在水平状态下，由于厚度过薄，重力产生变形很大，并且很容易受放置平台的表面平整度影响，产生了区域10、11、12、13内的形变；第二行为竖直放置时晶圆片形状图，采用竖直放置的测试方式，由于晶圆片内部的刚性大，利用这个特性能够极大的减小晶圆片因重力影响产生的形变，晶圆片的整体在竖直状态下较水平状态下形变较小，由区域10、11、12、13可见，垂直转动多个角度的测量结果非常一致，保证了测量结果为晶圆片的原始形状，并且通过误差补偿、减小环境影响、剔除不正常数据的手段，进一步保证了测试结果的精确度。
表1两种放置状态下晶圆片的表面参数
WARP——翘曲度；BOW——弯曲度。
从表1的数据中也能看出，水平和竖直测量的平均值相差极大，证明水平状态下，晶圆片的变形高达400μm以上。从极差和标准差进行对比，竖直测量的重复精度要高于水平放置。最后从相对误差进行对比，竖直放置的结果是远大于水平放置的。因此，通过将晶圆片竖直放置的测量方法能够极大的降低晶圆片受重力产生的变形，并高精度的测量出晶圆片原始状态的翘曲度和弯曲度。
(7)卸载晶圆片，测试完成。
本发明一种晶圆片翘曲度的测试方法的实施例，包括以下步骤：
测试时的晶圆片可以为透明晶圆片或者非透明晶圆片，测试环境温度为23℃。
(1)呈竖直设置一标准平镜，使标准平镜平行于重力方向；
(2)加载晶圆片，本实施例中晶圆片的材料为φ300mm的透明BF33玻璃；
(3)晶圆片通过Y模组调整晶圆片与标准平镜之间的间距，调整后的间距为215mm；
(4)调整晶圆片与标准平镜呈面与面平行；
平行调整步骤包括启动设置在晶圆片和标准平镜之间的测试模组，使测试模组相对于晶圆片中心线垂直扫描晶圆片，通过设置在测试模组上的传感器分别对传感器的探头至晶圆片的距离和传感器的探头至标准平镜的距离进行采样；
将获得的距离采样值进行数据处理，得出晶圆片相对于标准平镜之间的角度，通过调整旋转轴，使其与标准平镜呈面与面平行。标准平镜在设置时已于重力方向平行，通过传感器的测量校正，能够使晶圆片的竖直角度也与重力方向平行。
(5)启动测试模组，测试模组的扫描速度为100mm/s，采样间距为1mm，使测试模组相对于标准平镜作平行移动扫描，通过设置在测试模组上的传感器分别对传感器的探头至晶圆片的距离进行采样和传感器的探头至标准平镜的距离进行采样。
传感器设于Z模组两端，Z模组和X模组配合控制测试模组相对所述标准平镜在X-Y平面作平行移动，传感器的探头距晶圆片的距离为15mm，距标准平镜的距离为215mm，传感器传与晶圆片和所述标准平镜间可以呈等距设置，也可以不为等距设置，在不等距设置时，可以根据传感器扫描得到的读数对其进行补偿；测试中采用的传感器为光谱共焦原理的位移传感器，采用双传感器能够将测量精度提升，减小测试模组在测试中因为运动产生的误差，传感器也可以采用其他类型的非接触式传感器，例如三角测量法的激光位移传感器等等。
传感器扫描晶圆片和标准平镜的位移数据相加就可以大幅度消除导轨直线性和运动抖动造成的误差。
本实施例中的晶圆片为透明晶圆片，通过传感器还可以测量出晶圆片的平均厚度数据δ为0.498mm。
晶圆片在测试时，是通过抱持机构和设置在底部两侧的支撑点对晶圆片进行竖直支撑的，抱持架构夹持在晶圆片的两边，夹持力为0.9g。在抱持机构上设有两个测力传感器，测力传感器能够分别显示夹持在晶圆片两边的力，通过测力传感器调整两边的抱持力相等能够使晶圆片呈垂直状态，进一步减小重力的影响。但是支撑点和抱持机构对晶圆片仍存在边缘形变的影响，在步骤(5)测试完成后，需要将晶圆片沿垂直旋转180°，再重复一次步骤(5)，补偿支撑点对所述晶圆片造成的误差，提高测试结果的精确度。
(6)将获得的距离采样值进行数据处理程序处理，得出晶圆片的表面状态和表面参数如图1和表1所示；
对数据的主要处理方式为依据测的数据滤除异常点，根据处理程序通过限幅滤波法滤除微小坑点或微尘等影响，限幅滤波法为现有公开技术，具体可参照清华大学出版社在2012年出版的《数字信号处理》，在此不多赘述。在对晶圆片进行扫描时，连续取4个采样值进行算数平均运算，降低一定的抖动影响，并且在使用双传感器同步测量，消除导轨直线度误差和大幅度降低运动抖动影响。
图2中第一行为水平放置时经重力补偿算法后晶圆片的形状图，可以看出晶圆片在水平状态下，由于厚度过薄，重力产生变形很大，并且很容易受放置平台的表面平整度影响，产生了区域18、19、20、21内的形变；第二行为竖直放置时晶圆片形状图，采用竖直放置的测试方式，由于晶圆片内部的刚性大，利用这个特性能够极大的减小晶圆片因重力影响产生的形变，晶圆片的整体在竖直状态下较水平状态下形变较小，由区域22、23、24、25可见，垂直转动多个角度的测量结果非常一致，保证了测量结果为晶圆片的原始形状，并且通过误差补偿、减小环境影响、剔除不正常数据的手段，进一步保证了测试结果的精确度。
表2两种放置状态下晶圆片的表面参数
WARP——翘曲度；BOW——弯曲度。
从表2的数据中也能看出，水平放置经重力补偿算法后和竖直放置的测量结果的平均值非常接近，证明重力补偿能在一定程度上解决重力变形的问题。但是从标准差来看，竖直放置的重复性要远超过水平放置。因此，此测量方法能够极大的降低晶圆片受重力产生的变形，并高精度的测量出晶圆片原始状态的翘曲度和弯曲度。
(7)卸载晶圆片，测试完成。
通过上述方法和分析，可得知利用了竖直放置晶圆片进行测试的方法，能够有效的减小重力对晶圆片造成的形变，进而提高测量的精确度和精度，对晶圆片的重复测试也能够保证一致性。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (5)
1.一种晶圆片翘曲度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤： （1）呈竖直设置一标准平镜，使所述标准平镜平行于重力方向； （2）加载晶圆片； （3）调整所述晶圆片与所述标准平镜之间的间距； （4）调整所述晶圆片与所述标准平镜呈面与面平行； （5）启动测试模组，使所述测试模组相对于所述标准平镜作平行移动扫描，通过设置在所述测试模组上的传感器分别对所述传感器的探头至所述晶圆片的距离进行采样和所述传感器的探头至所述标准平镜的距离进行采样； （6）将获得的距离采样值进行数据处理程序处理，得出所述晶圆片的翘曲度参数； （7）卸载所述晶圆片，测试完成； 其中，所述步骤（4）还包括平行调整步骤；所述平行调整步骤包括启动设置在所述晶圆片和所述标准平镜之间的测试模组，使所述测试模组相对于所述晶圆片中心线垂直扫描晶圆片，通过设置在所述测试模组上的传感器分别对所述传感器的探头至所述晶圆片的距离和所述传感器的探头至所述标准平镜的距离进行采样；将获得的距离采样值进行数据处理，得出所述晶圆片相对于标准平镜之间的角度，通过调整旋转轴，使其与所述标准平镜呈面与面平行；所述传感器与所述晶圆片和所述标准平镜间呈等距设置；在步骤（5）完成后，将所述晶圆片垂直旋转180°，再重复步骤（5），补偿支撑点对所述晶圆片造成的误差；所述晶圆片通过一抱持机构及两个支撑点竖直支撑；所述抱持机构夹持于所述晶圆片的两侧，所述抱持机构的夹持力为0.5-3克。
2.如权利要求1所述的晶圆片翘曲度的测试方法，其特征在于：在所述步骤（5）中，所述晶圆片与所述传感器的探头的距离设置范围为15±1.3mm，所述测试模组的扫描速度最大为100mm/s，采样间距为0.1-300mm。
3.如权利要求1所述的晶圆片翘曲度的测试方法，其特征在于：在所述步骤（5）中，所述晶圆片与所述传感器的探头的距离设置范围为15±1.3mm，所述测试模组的扫描速度最大为100mm/s，采样间距为0.1-300mm；所述晶圆片与标准平镜的调整范围为20-40cm。
4.如权利要求1所述的晶圆片翘曲度的测试方法，其特征在于：所述传感器为光谱共焦原理的位移传感器。
5.如权利要求1所述的晶圆片翘曲度的测试方法，其特征在于：包括X模组、Y模组和Z模组；所述Y模组用于所述晶圆片与所述标准平镜间距的调整，所述Y模组的调整范围为20-40cm；设于Z模组两端的两个传感器，用于分别测量晶圆片和标准平镜的厚度变化，所述X模组和Z模组分别用于控制所述测试模组相对所述标准平镜在X-Y平面作平行移动。
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