EP2331294A1 - Method for measuring the thickness of a discoidal workpiece - Google Patents

Method for measuring the thickness of a discoidal workpiece

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Publication number
EP2331294A1
EP2331294A1 EP09778204A EP09778204A EP2331294A1 EP 2331294 A1 EP2331294 A1 EP 2331294A1 EP 09778204 A EP09778204 A EP 09778204A EP 09778204 A EP09778204 A EP 09778204A EP 2331294 A1 EP2331294 A1 EP 2331294A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
thickness
radiation
determined
intensity
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09778204A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ingo Grotkopp
Jörn KANZOW
Jörg Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peter Wolters GmbH
Original Assignee
Peter Wolters GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Peter Wolters GmbH filed Critical Peter Wolters GmbH
Publication of EP2331294A1 publication Critical patent/EP2331294A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
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    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the thickness of a disk-shaped workpiece serving as a substrate for electronic components, comprising the steps: infrared radiation is directed to the workpiece top, wherein a first radiation component is reflected at the top and a second radiation component penetrates the workpiece thickness the workpiece lower side is reflected and exits again on the workpiece top, the first and the second radiation component interfere to form an interference pattern and, based on the interference pattern, the optical workpiece thickness between the workpiece top and the workpiece bottom is determined.
  • Thin disc-shaped workpieces for example silicon wafers
  • the geometry of the workpieces produced in this case is of great importance for further use.
  • the finished workpieces are often provided by optical imaging methods with integrated circuits. Unwanted thickness variations of the workpieces reduce the image sharpness and thus the quality of the integrated circuits.
  • a thickness measurement of the workpieces takes place only after processing in a double side processing machine and / or a CMP machine. Based on the measurement result, workpieces are sorted out in the event of an impermissible geometry deviation. Due to the measurement, this procedure only leads to undesired rejects after completion of the machining.
  • Known methods for thickness measurement are, for example, laser triangulation, ultrasound and eddy current measuring methods. However, these methods do not provide sufficient for the thin disc-shaped workpieces in question Accuracy. More precise measuring results are provided by capacitive thickness measuring methods. These are expensive and sensitive.
  • the optical thickness of the workpiece is determined from the interference pattern of electromagnetic radiation reflected or transmitted by a workpiece to be measured, for example from the distance between two interference maxima.
  • the optical thickness is the product of mechanical thickness and refractive index of the workpiece material. Knowing the refractive index, it is thus possible to calculate the mechanical workpiece thickness from the optical backsize of the workpiece.
  • the refractive index is assumed to be the constant predetermined for the workpiece material to be measured in each case.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method of the type mentioned, with a more accurate thickness measurement of thin disk-shaped workpieces is possible.
  • the invention solves this problem by the subject matter of claim 1.
  • Advantageous embodiments can be found in the dependent claims and the description and the figures.
  • the invention solves the problem in that the mechanical workpiece thickness is determined from a measurement of the intensity of the reflected and / or transmitted infrared radiation from the workpiece, taking into account the optical workpiece thickness.
  • the invention is based on the finding that a change in the refractive index has an effect on the degree of reflection or absorption of the workpiece and, accordingly, with a changed refractive index, a corresponding change in the reflected or transmitted radiation intensity occurs. This effect is exploited according to the invention to compensate for refractive index fluctuations in the determination of the mechanical workpiece thickness from the determined optical workpiece thickness.
  • the refractive index due to a changed absorption due to changed workpiece thickness can be neglected. This is especially true for highly transparent to infrared radiation materials, such as silicon. With other materials it is possible that the absorption of the workpiece also changes with a change in thickness.
  • the refractive index can then be determined by correcting the measured intensity by a scale factor determined during a calibration and indicating the changed absorption.
  • the refractive index variations for example due to doping fluctuations
  • more accurate thickness measurements are possible and so improved properties for the Application of integrated circuits or individual electronic components achieved.
  • thin disc-shaped partially transparent workpieces are measured, which may be formed in particular cylindrical or circular.
  • the workpieces can have a thickness of less than 1.5 mm.
  • the mechanical workpiece thickness can be calculated as the quotient of the optical workpiece thickness and the refractive index.
  • the determination of the optical workpiece thickness between the workpiece top side and the workpiece underside as well as an optional determination of the refractive index can be carried out in each case using suitable calibration characteristics or suitable calibration characteristics.
  • the upper side of the workpiece is the side of the workpiece facing the incident radiation, while the side of the workpiece facing away from the incident radiation is referred to as the workpiece underside.
  • the method according to the invention is independent of the orientation of the workpiece in space or of the direction of incidence of the infrared radiation. In particular, it can also be directed vertically from bottom to top on the workpiece.
  • the second radiation component can, of course, pass through the workpiece thickness several times and be correspondingly reflected several times on the lower and optionally inner surface of the upper side before it emerges from the workpiece again.
  • the inclusion of the interference pattern is carried out in particular on the workpiece top side facing side.
  • the infrared radiation can, for example, be coupled into a glass fiber and passed through it onto the workpiece, or the radiation coming from the workpiece can be absorbed by the glass fiber. taken and evaluated.
  • a suitable detector with suitable evaluation electronics can be provided for the evaluation of the interference pattern.
  • the disk-shaped workpiece may be part of a sandwich structure, in which case the workpiece underside forms the interface with the next underlying layer. Likewise, the workpiece top may be the interface to a next overlying layer.
  • the interference pattern generated by the interference of the radiation components may, for example, be a diffraction pattern or else an interference pattern that is spectrally fanned out, for example, analogous to white-light interferometry. The nature of the interference is not important to the invention.
  • an infrared radiation spectrum can be directed to the workpiece top.
  • This spectrum can be directed in particular perpendicular to the workpiece top.
  • a spectrometer for example a grating spectrometer.
  • the known per se and proven in practice infrared interferometry is used.
  • infrared lamps in particular infrared lamps or infrared gas discharge lamps can be used as infrared radiation sources. This leads to the interference of the two radiation components.
  • the path difference produced by the workpiece thickness is just such that destructive or constructive interference occurs.
  • This interference pattern can then be spectrally analyzed and evaluated by means of a spectrometer. For example, from the distance between two maxima or minima, the optical workpiece thickness can be determined.
  • a spectrometer For example, from the distance between two maxima or minima, the optical workpiece thickness can be determined.
  • other interference methods are also conceivable, for example with radiation of high coherence length (for example laser radiation) and oblique radiation incidence.
  • the intensity of the radiation resulting from the interference of the first and second radiation components can be measured after their reflection at the workpiece top side or after their exit from the workpiece top side.
  • the intensity measurement can take place on the same side on which the two interfering radiation components are received and evaluated.
  • the same measuring arrangement can advantageously be used for the intensity measurement and the evaluation of the interference pattern.
  • a particularly high accuracy can be achieved if an intensity difference between two defined points of the interference pattern, for example an interference maximum and an interference minimum, is determined for measuring the intensity.
  • the minimum may in particular also have an intensity equal to zero.
  • a third radiation component can emerge from the workpiece at the workpiece underside, and the intensity of the third radiation component after its exit from the workpiece can be measured to measure the intensity of the reflected and / or transmitted infrared radiation.
  • the intensity of the radiation radiating through the workpiece is recorded and deduced therefrom on the reflection or absorption degree.
  • the refractive index of the workpiece can be determined, and the mechanical workpiece thickness can be determined taking into account the determined refractive index from the optical workpiece thickness.
  • the refractive index can be determined, for example, from a characteristic curve representing the refractive index as a function of the intensity or the intensity difference of the infrared radiation reflected and / or transmitted by the workpiece. Such a characteristic curve can be created as part of a calibration. It is also conceivable to determine the mechanical workpiece thickness by means of a characteristic diagram. Such a characteristic map can represent, for example, the workpiece thickness as a function of the intensity or the intensity difference and the refractive index. Such a map is usually created as part of a calibration. The use of characteristic curves or characteristics leads to a particularly simple evaluation of the recorded radiation.
  • the infrared radiation can be guided laterally over the workpiece top side and with the method according to the invention, a mechanical workpiece thickness profile can be determined.
  • the infrared radiation is successively or simultaneously directed over a plurality of lying in the lateral direction of the workpiece successive locations on the workpiece top and determined for each of these locations, the thickness in the inventive manner.
  • a lateral thickness profile is created.
  • the infrared radiation can be guided radially over the workpiece top and with the method according to the invention, a radial workpiece thickness profile can be determined. Unless of one Rotational symmetry of the workpiece can be assumed, is achieved by such a radial measurement sufficient accuracy in the thickness measurement. It is possible to drive the infrared radiation in the radial direction over the entire workpiece surface or only a part, for example, from the edge to the center of the workpiece surface, or an even smaller area.
  • the workpiece may be a wafer, in particular a silicon wafer.
  • Such wafers or semiconductor wafers are widely used to provide partially complex integrated circuits.
  • the workpiece geometry is of particular importance for the quality of the integrated circuit for the reasons mentioned above.
  • the workpiece may be a sapphire disk.
  • Such substrates may for example be provided with a silicon layer so that they form a sandwich structure.
  • an integrated circuit or a single device, such as silicon dioxide may be deposited on top of the silicon layer. a diode, or the like can be applied.
  • the thickness of a workpiece during and / or shortly before machining the workpiece in a double-side processing machine or a single-side processing machine such as a machine for chemical mechanical planarization or chemical mechanical polishing, especially during grinding, lapping and / or polishing the workpiece. It is then possible, depending on the determined thickness and / or the determined thickness profile, the parameters for the processing of Workpiece during machining.
  • an online thickness measurement and optionally an online control of the processing parameters as a function of the thickness measurement can thus be carried out in such processing machines in such a way that the workpiece geometry is optimized.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a workpiece to be measured
  • FIG. 1 shows a disk-shaped workpiece 10 for an integrated circuit, in the present case a silicon wafer 10, whose mechanical thickness d is to be measured.
  • An infrared radiation source 12 in this case an infrared lamp 12, generates infrared radiation 14, in the illustrated Example, an infrared radiation spectrum 14, so over a certain wavelength or frequency range distributed infrared radiation.
  • a beam splitter 16 for example a semitransparent mirror 16, the infrared radiation 14 focused by an optical system 18 reaches the upper side 20 of the wafer 10 with normal incidence.
  • a first radiation component 22 is reflected on the workpiece upper side 20 and runs back perpendicular to the upper side 20.
  • Further radiation 23 penetrates the workpiece thickness d is (partially) reflected on the workpiece underside 26, passes through the workpiece thickness d again from the bottom 26 to the top 20 and at least partially emerges as a second radiation component 24 again on the workpiece top.
  • the radiation 23 passing back through the workpiece thickness d from the underside of the workpiece 26 to the upper side 20 is partially reflected again at the upper side 20, so that a further radiation component 30 passes through the workpiece thickness d again from the upper side 20 to the workpiece lower side 26, and so on.
  • These beam paths are known per se. Since the radiation 23 is only partially reflected on the underside of the workpiece, in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a third radiation component 28 emerges on the underside of the workpiece 26.
  • the first and second radiation components 22, 24 strike the beam splitter 16 again after being reflected or after their re-emergence from the workpiece 10 and are deflected vertically by the latter and guided to a spectrometer 32.
  • the spectrometer 32 is a grating spectrometer 32.
  • the infrared radiation 14 striking the spectrometer 32 is spectrally fanned out, as shown schematically in FIG. 1 as a spectrum 34.
  • the spectrum 34 for purposes of illustration only, the radiation intensity is plotted in arbitrary units versus wavelength.
  • a corresponding interference diagram is shown in a general and schematic manner in FIG. 1 at reference numeral 36.
  • the intensity is again plotted in arbitrary units over the wavelength. This results in an interference pattern 38.
  • the thickness d of the workpiece 10 is determined.
  • the optical workpiece thickness L can be determined as a product of the mechanical workpiece thickness d and the refractive index of the wafer 10 in a manner known per se to a person skilled in the art.
  • the intensity difference 42 between an interference maximum and an interference minimum contains information about the reflectivity of the wafer 10.
  • the refractive index of the wafer 10 can be determined, for example, based on a characteristic curve created during a calibration.
  • the mechanical factory thickness d can be calculated as the quotient of the determined optical workpiece thickness L and the likewise determined refractive index n.
  • the described method can be used to create a radial thickness profile of a workpiece 10, as shown schematically in FIG. Accordingly, the method is along a radial line 44, starting from the center of the cylindrical and in plan view circular Workpiece 10 to the edge of the workpiece 10 successively carried out for arranged along the radial line 44 surface locations and so created a radial thickness profile.
  • a corresponding radial thickness profile 46 is shown in Fig. 4.
  • the measured workpiece thickness d is plotted in microns over the radius of the workpiece 10 in millimeters.
  • the radius 0 denotes the center of the workpiece top 20.

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Abstract

The invention relates to a method for measuring the thickness of a discoidal workpiece serving as a substrate for electronic components, comprising the steps: Infrared radiation is applied to the top surface of the workpiece, wherein a first radiation component is reflected at the top surface and a second radiation component penetrates the workpiece thickness, is reflected at the bottom surface of the workpiece, and exits the top surface of the workpiece again, the first and the second radiation components interfere with each other forming an interference pattern, and the optical workpiece thickness between the top surface and bottom surface of the workpiece is determined using the interference pattern. According to the invention, the mechanical workpiece thickness is determined from a measurement of the intensity of the reflected and/or transmitted infrared radiation, considering the optical workpiece thickness.

Description

Verfahren zum Messen der Dicke eines scheibenförmigen Werkstücks Method for measuring the thickness of a disk-shaped workpiece
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Dicke eines scheibenförmigen Werkstücks, das als Substrat für elektronische Bauelemente dient, umfassend die Schritte: Infrarotstrahlung wird auf die Werkstückoberseite gerichtet, wobei ein erster Strahlungsanteil an der Oberseite reflektiert wird und ein zweiter Strahlungsanteil die Werkstückdicke durchdringt, an der Werkstückunterseite reflektiert wird und wieder an der Werkstückoberseite austritt, der erste und der zweite Strahlungsanteil interferieren unter Bildung eines Interferenzmusters und, anhand des Interferenzmusters wird die optische Werkstückdicke zwischen der Werkstückoberseite und der Werkstückunterseite bestimmt.The invention relates to a method for measuring the thickness of a disk-shaped workpiece serving as a substrate for electronic components, comprising the steps: infrared radiation is directed to the workpiece top, wherein a first radiation component is reflected at the top and a second radiation component penetrates the workpiece thickness the workpiece lower side is reflected and exits again on the workpiece top, the first and the second radiation component interfere to form an interference pattern and, based on the interference pattern, the optical workpiece thickness between the workpiece top and the workpiece bottom is determined.
Dünne scheibenförmige Werkstücke, beispielsweise Silizium-Wafer, werden üblicherweise in Doppelseiten- und Einseitenbearbeitungsmaschinen bearbeitet, beispielsweise geschliffen, geläppt, poliert („Haze Free Polishing" oder „Chemisch- Mechanisches Polieren") usw. Die Geometrie der dabei erzeugten Werkstücke ist von großer Bedeutung für den weiteren Einsatzzweck. So werden die fertig bearbeiteten Werkstücke häufig durch optische Abbildeverfahren mit integrierten Schaltungen versehen. Unerwünschte Dickenschwankungen der Werkstücke verringern die Abbildungsschärfe und damit die Qualität der integrierten Schaltungen.Thin disc-shaped workpieces, for example silicon wafers, are usually processed in double-sided and single-side processing machines, for example ground, lapped, polished ("haze-free polishing" or "chemical-mechanical polishing") etc. The geometry of the workpieces produced in this case is of great importance for further use. Thus, the finished workpieces are often provided by optical imaging methods with integrated circuits. Unwanted thickness variations of the workpieces reduce the image sharpness and thus the quality of the integrated circuits.
Bislang findet eine Dickenmessung der Werkstücke erst nach der Bearbeitung in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine und/oder einer CMP-Maschine statt. Auf Grundlage des Messergebnisses werden Werkstücke bei einer unzulässigen Geometrieabweichung aussortiert. Diese Vorgehensweise führt aufgrund der Messung erst nach Abschluss der Bearbeitung zu unerwünschtem Ausschuss. Bekannte Verfahren zur Dickenmessung sind beispielsweise Lasertriangulations-, Ultraschall- und Wirbelstrommessverfahren. Diese Verfahren bieten jedoch für die in Rede stehenden dünnen scheibenförmigen Werkstücke keine ausreichende Genauigkeit. Genauere Messergebnisse bieten kapazitive Dickenmessverfahren. Diese sind jedoch teuer und empfindlich.So far, a thickness measurement of the workpieces takes place only after processing in a double side processing machine and / or a CMP machine. Based on the measurement result, workpieces are sorted out in the event of an impermissible geometry deviation. Due to the measurement, this procedure only leads to undesired rejects after completion of the machining. Known methods for thickness measurement are, for example, laser triangulation, ultrasound and eddy current measuring methods. However, these methods do not provide sufficient for the thin disc-shaped workpieces in question Accuracy. More precise measuring results are provided by capacitive thickness measuring methods. These are expensive and sensitive.
Für eine Online-Dickenmessung während oder kurz vor der Bearbeitung des Werkstücks kommt beispielsweise die Interferometrie in Frage. Dabei wird aus dem Interferenzmuster von durch ein zu vermessendes Werkstück reflektierter oder transmittierter elektromagnetischer Strahlung die optische Dicke des Werkstücks bestimmt, beispielsweise aus dem Abstand zweier Interferenzmaxima. Die optische Dicke ist das Produkt aus mechanischer Dicke und Brechungsindex des Werkstückmaterials. Unter Kenntnis des Brechungsindexes lässt sich aus der optischen Werksrückdicke also die mechanische Werkstückdicke berechnen. Der Brechungsindex wird dabei als für das jeweils zu vermessende Werkstückmaterial vorgegebene Konstante angenommen.For an online thickness measurement during or just before the machining of the workpiece, for example, the interferometry in question. In this case, the optical thickness of the workpiece is determined from the interference pattern of electromagnetic radiation reflected or transmitted by a workpiece to be measured, for example from the distance between two interference maxima. The optical thickness is the product of mechanical thickness and refractive index of the workpiece material. Knowing the refractive index, it is thus possible to calculate the mechanical workpiece thickness from the optical backsize of the workpiece. The refractive index is assumed to be the constant predetermined for the workpiece material to be measured in each case.
In der Praxis ist die auf diese Weise erreichbare Messgenauigkeit jedoch nicht immer ausreichend. So kommt es durch Materialschwankungen, beispielsweise Dotierungsschwankungen, des Werkstücks, beispielsweise eines Wafers, zu Schwankungen des Brechungsindexes.In practice, however, the measurement accuracy achievable in this way is not always sufficient. Thus, material fluctuations, for example doping fluctuations, of the workpiece, for example a wafer, lead to fluctuations in the refractive index.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem eine genauere Dickenmessung von dünnen scheibenförmigen Werkstücken möglich ist.Based on the explained prior art, the invention is therefore an object of the invention to provide a method of the type mentioned, with a more accurate thickness measurement of thin disk-shaped workpieces is possible.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung und den Figuren. Für ein Verfahren der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass aus einer Messung der Intensität der von dem Werkstück reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung unter Berücksichtung der optischen Werkstückdicke die mechanische Werkstückdicke ermittelt wird.The invention solves this problem by the subject matter of claim 1. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims and the description and the figures. For a method of the type mentioned, the invention solves the problem in that the mechanical workpiece thickness is determined from a measurement of the intensity of the reflected and / or transmitted infrared radiation from the workpiece, taking into account the optical workpiece thickness.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass es beispielsweise aufgrund von Materialschwankungen zu Abweichungen des Brechungsindexes und dadurch zu einer Verfälschung der Dickenmessung kommen kann. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine Änderung des Brechungsindexes auf den Reflexions- bzw. Absorptionsgrad des Werkstücks auswirkt und es somit bei verändertem Brechungsindex zu einer entsprechenden Änderung in der reflektierten bzw. transmittierten Strahlungsintensität kommt. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um bei der Bestimmung der mechanischen Werkstückdicke aus der ermittelten optischen Werkstückdicke Brechungsindexschwankungen zu kompensieren.According to the invention, it has been recognized that, for example due to material fluctuations, deviations of the refractive index may occur and thereby adulterate the thickness measurement. In this case, the invention is based on the finding that a change in the refractive index has an effect on the degree of reflection or absorption of the workpiece and, accordingly, with a changed refractive index, a corresponding change in the reflected or transmitted radiation intensity occurs. This effect is exploited according to the invention to compensate for refractive index fluctuations in the determination of the mechanical workpiece thickness from the determined optical workpiece thickness.
Abhängig von dem jeweiligen Material des Werkstücks kann dabei in den meisten Fällen ein Einfluss auf den Brechungsindex durch eine veränderte Absorption aufgrund veränderter Werkstückdicke vernachlässigt werden. Dies gilt insbesondere bei für Infrarotstrahlung hochtransparenten Werkstoffen, wie Silizium. Bei anderen Werkstoffen ist es möglich, dass sich bei einer Dickenänderung die Absorption des Werkstücks ebenfalls ändert. Dann kann der Brechungsindex ermittelt werden, indem die gemessene Intensität um einen im Rahmen einer Kalibrierung ermittelten, die veränderte Absorption anzeigenden Skalenfaktor korrigiert wird.Depending on the particular material of the workpiece, in most cases an influence on the refractive index due to a changed absorption due to changed workpiece thickness can be neglected. This is especially true for highly transparent to infrared radiation materials, such as silicon. With other materials it is possible that the absorption of the workpiece also changes with a change in thickness. The refractive index can then be determined by correcting the measured intensity by a scale factor determined during a calibration and indicating the changed absorption.
Erfindungsgemäß werden bei Schwankungen des Brechungsindexes zum Beispiel aufgrund von Dotierungsschwankungen im Vergleich zum Stand der Technik genauere Dickenmessung ermöglicht und so verbesserte Eigenschaften für das Aufbringen von integrierten Schaltungen oder einzelnen elektronischen Bauelementen erreicht.According to the invention, when the refractive index variations, for example due to doping fluctuations, are made more accurate in comparison to the prior art, more accurate thickness measurements are possible and so improved properties for the Application of integrated circuits or individual electronic components achieved.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dünne scheibenförmige teiltransparente Werkstücke vermessen, die insbesondere zylindrisch bzw. kreisförmig ausgebildet sein können. Die Werkstücke können insbesondere eine Dicke von weniger als 1,5 mm besitzen. Die mechanische Werkstückdicke kann dabei als Quotient aus der optischen Werkstückdicke und dem Brechungsindex berechnet werden. Die Bestimmung der optischen Werkstückdicke zwischen der Werkstückoberseite und der Werkstückunterseite sowie eine gegebenenfalls erfolgende Bestimmung des Brechungsindexes kann jeweils unter Verwendung geeigneter Kalibrationskennlinien beziehungsweise geeigneter Kalibrationskennfelder erfolgen. Als Werkstückoberseite wird erfindungsgemäß die der einfallenden Strahlung zugewandte Seite des Werkstücks bezeichnet, während als Werkstückunterseite die der einfallenden Strahlung abgewandte Seite des Werkstücks bezeichnet wird. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig von der Ausrichtung des Werkstücks im Raum bzw. von der Einfallrichtung der Infrarotstrahlung. Sie kann insbesondere auch in vertikaler Richtung von unten nach oben auf das Werkstück gerichtet werden.With the method according to the invention thin disc-shaped partially transparent workpieces are measured, which may be formed in particular cylindrical or circular. In particular, the workpieces can have a thickness of less than 1.5 mm. The mechanical workpiece thickness can be calculated as the quotient of the optical workpiece thickness and the refractive index. The determination of the optical workpiece thickness between the workpiece top side and the workpiece underside as well as an optional determination of the refractive index can be carried out in each case using suitable calibration characteristics or suitable calibration characteristics. According to the invention, the upper side of the workpiece is the side of the workpiece facing the incident radiation, while the side of the workpiece facing away from the incident radiation is referred to as the workpiece underside. Of course, the method according to the invention is independent of the orientation of the workpiece in space or of the direction of incidence of the infrared radiation. In particular, it can also be directed vertically from bottom to top on the workpiece.
Bei der erfindungsgemäß genutzten internen Interferometrie kann der zweite Strahlungsanteil die Werkstückdicke natürlich mehrfach durchlaufen und entsprechend mehrfach an der Unter- und gegebenenfalls Innenfläche der Oberseite reflektiert worden sein, bevor er wieder aus dem Werkstück austritt. Die Aufnahme des Interferenzmusters erfolgt insbesondere auf der der Werkstückoberseite zugewandten Seite. Dabei kann die Infrarotstrahlung beispielsweise in eine Glasfaser eingekoppelt werden und durch diese auf das Werkstück geleitet werden bzw. die von dem Werkstück kommende Strahlung kann von der Glasfaser aufge- nommen und einer Auswertung zugeführt werden. Für die Auswertung des Interferenzmusters kann beispielsweise ein geeigneter Detektor mit einer geeigneten Auswertelektronik vorgesehen sein.In the case of the internal interferometry used in accordance with the invention, the second radiation component can, of course, pass through the workpiece thickness several times and be correspondingly reflected several times on the lower and optionally inner surface of the upper side before it emerges from the workpiece again. The inclusion of the interference pattern is carried out in particular on the workpiece top side facing side. In this case, the infrared radiation can, for example, be coupled into a glass fiber and passed through it onto the workpiece, or the radiation coming from the workpiece can be absorbed by the glass fiber. taken and evaluated. For example, a suitable detector with suitable evaluation electronics can be provided for the evaluation of the interference pattern.
Das scheibenförmige Werkstück kann Teil einer Sandwichstruktur sein, wobei dann die Werkstückunterseite die Grenzfläche zu der nächsten darunterliegenden Schicht bildet. Ebenso kann die Werkstückoberseite die Grenzfläche zu einer nächsten darüber liegenden Schicht sein. Das durch die Interferenz der Strahlungsanteile erzeugte Interferenzmuster kann beispielsweise ein Beugungsmuster oder auch ein beispielsweise spektral aufgefächertes Interferenzmuster analog zur Weißlichtinterferometrie sein. Auf die Art der Interferenz kommt es erfindungsgemäß nicht an.The disk-shaped workpiece may be part of a sandwich structure, in which case the workpiece underside forms the interface with the next underlying layer. Likewise, the workpiece top may be the interface to a next overlying layer. The interference pattern generated by the interference of the radiation components may, for example, be a diffraction pattern or else an interference pattern that is spectrally fanned out, for example, analogous to white-light interferometry. The nature of the interference is not important to the invention.
Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Infrarotstrahlungsspektrum auf die Werkstückoberseite gerichtet werden. Dieses Spektrum kann insbesondere senkrecht auf die Werkstückoberseite gerichtet werden. Es ist dann weiter möglich, die durch Interferenz der ersten und zweiten Strahlungsanteile entstandene Strahlung mittels eines Spektrometers, beispielsweise eines Gitterspektrometers, spektral zu analysieren. Bei dieser Ausgestaltung wird die an sich bekannte und in der Praxis bewährte Infrarotinterferometrie eingesetzt. Dabei können als Infrarotstrahlungsquellen zum Beispiel Infrarotlampen, insbesondere Infrarotglühlampen oder Infrarotgasentladungslampen verwendet werden. Dabei kommt es zur Interferenz der beiden Strahlungsanteile. Insbesondere ist für bestimmte Wellenlängen des Spektrums der durch die Werkstückdicke erzeugte Gangunterschied gerade so, dass destruktive oder konstruktive Interferenz auftritt. Dieses Interferenzmuster kann dann mittels eines Spektrometers spektral analysiert werden und ausgewertet werden. Beispielsweise aus dem Abstand zweier Maxima oder Minima kann die optische Werkstückdicke bestimmt werden. Selbstverständlich sind erfindungsgemäß auch andere Interferenzverfahren denkbar, beispielsweise mit Strahlung hoher Kohärenzlänge (zum Beispiel Laserstrahlung) und schrägem Strahlungseinfall.According to one embodiment, an infrared radiation spectrum can be directed to the workpiece top. This spectrum can be directed in particular perpendicular to the workpiece top. It is then further possible to spectrally analyze the radiation resulting from the interference of the first and second radiation components by means of a spectrometer, for example a grating spectrometer. In this embodiment, the known per se and proven in practice infrared interferometry is used. In this case, for example, infrared lamps, in particular infrared lamps or infrared gas discharge lamps can be used as infrared radiation sources. This leads to the interference of the two radiation components. In particular, for certain wavelengths of the spectrum, the path difference produced by the workpiece thickness is just such that destructive or constructive interference occurs. This interference pattern can then be spectrally analyzed and evaluated by means of a spectrometer. For example, from the distance between two maxima or minima, the optical workpiece thickness can be determined. Of course, according to the invention, other interference methods are also conceivable, for example with radiation of high coherence length (for example laser radiation) and oblique radiation incidence.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann zur Messung der Intensität der von dem Werkstück reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung die Intensität der durch Interferenz der ersten und zweiten Strahlungsanteile entstandenen Strahlung nach ihrer Reflexion an der Werkstückoberseite beziehungsweise nach ihrem Austritt aus der Werkstückoberseite gemessen werden. Bei dieser Ausgestaltung kann also die Intensitätsmessung auf derselben Seite erfolgen, auf der die beiden interferierenden Strahlungsanteile empfangen und ausgewertet werden. So kann in vorteilhafter Weise für die Intensitätsmessung und die Auswertung des Interferenzmusters dieselbe Messanordnung genutzt werden. Eine besonders hohe Genauigkeit kann erreicht werden, wenn zur Messung der Intensität ein Intensitätsunterschied zwischen zwei definierten Punkten des Interferenzmusters, beispielsweise einem Interferenzmaximum und einem Interferenzminimum, ermittelt wird. Das Minimum kann dabei insbesondere auch eine Intensität gleich Null aufweisen.According to a further embodiment, for measuring the intensity of the infrared radiation reflected and / or transmitted by the workpiece, the intensity of the radiation resulting from the interference of the first and second radiation components can be measured after their reflection at the workpiece top side or after their exit from the workpiece top side. In this embodiment, therefore, the intensity measurement can take place on the same side on which the two interfering radiation components are received and evaluated. Thus, the same measuring arrangement can advantageously be used for the intensity measurement and the evaluation of the interference pattern. A particularly high accuracy can be achieved if an intensity difference between two defined points of the interference pattern, for example an interference maximum and an interference minimum, is determined for measuring the intensity. The minimum may in particular also have an intensity equal to zero.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann ein dritter Strahlungsanteil an der Werkstückunterseite aus dem Werkstück austreten und zur Messung der Intensität der reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung die Intensität des dritten Strahlungsanteils nach seinem Austritt aus dem Werkstück gemessen werden. Bei dieser Ausgestaltung wird also die Intensität der das Werkstück durchstrahlenden Strahlung aufgenommen und daraus auf den Reflektions- beziehungsweise Absorptionsgrad geschlossen. Diese Ausgestaltung bietet sich zum Beispiel an, wenn die Unterseite des Werkstücks von außen zugänglich ist und entsprechend durchgehende Strahlung aufgenommen werden kann.According to an alternative embodiment, a third radiation component can emerge from the workpiece at the workpiece underside, and the intensity of the third radiation component after its exit from the workpiece can be measured to measure the intensity of the reflected and / or transmitted infrared radiation. In this embodiment, therefore, the intensity of the radiation radiating through the workpiece is recorded and deduced therefrom on the reflection or absorption degree. This embodiment lends itself, for example, if the underside of the workpiece is accessible from the outside and corresponding continuous radiation can be recorded.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Brechungsindex des Werkstücks bestimmt werden, und die mechanische Werkstückdicke unter Berücksichtung des ermittelten Brechungsindexes aus der optischen Werkstückdicke ermittelt werden. Der Brechungsindex kann beispielsweise aus einer den Brechungsindex in Abhängigkeit von der Intensität beziehungsweise dem Intensitätsunterschied der von dem Werkstück reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung darstellenden Kennlinie ermittelt werden. Eine solche Kennlinie kann im Rahmen einer Kalibrierung erstellt werden. Es ist auch denkbar, die mechanische Werkstückdicke mittels eines Kennfelds zu ermitteln. Ein solches Kennfeld kann zum Beispiel die Werkstückdicke in Abhängigkeit von der Intensität beziehungsweise dem Intensitätsunterschied und dem Brechungsindex darstellen. Auch ein solches Kennfeld wird üblicherweise im Rahmen einer Kalibration erstellt. Der Einsatz von Kennlinien beziehungsweise Kennfeldern führt zu einer besonders einfachen Auswertung der aufgenommenen Strahlung.According to a further embodiment, the refractive index of the workpiece can be determined, and the mechanical workpiece thickness can be determined taking into account the determined refractive index from the optical workpiece thickness. The refractive index can be determined, for example, from a characteristic curve representing the refractive index as a function of the intensity or the intensity difference of the infrared radiation reflected and / or transmitted by the workpiece. Such a characteristic curve can be created as part of a calibration. It is also conceivable to determine the mechanical workpiece thickness by means of a characteristic diagram. Such a characteristic map can represent, for example, the workpiece thickness as a function of the intensity or the intensity difference and the refractive index. Such a map is usually created as part of a calibration. The use of characteristic curves or characteristics leads to a particularly simple evaluation of the recorded radiation.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Infrarotstrahlung lateral über die Werkstückoberseite geführt werden und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein mechanisches Werkstückdickenprofil ermittelt werden. Bei dieser Ausgestaltung wird also die Infrarotstrahlung nacheinander oder gleichzeitig über eine Vielzahl von in lateraler Richtung des Werkstücks hintereinander liegenden Orten auf der Werkstückoberseite gerichtet und für jeden dieser Orte die Dicke in der erfindungsgemäßen Weise ermittelt. Es wird also ein laterales Dickenprofil erstellt. Gemäß einer diesbezüglichen Ausgestaltung kann dabei die Infrarotstrahlung radial über die Werkstückoberseite geführt werden und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein radiales Werkstückdickenprofil ermittelt werden. Sofern von einer Rotationssymmetrie des Werkstücks ausgegangen werden kann, wird durch eine solche radiale Vermessung eine ausreichende Genauigkeit bei der Dickenmessung erreicht. Dabei ist es möglich die Infrarotstrahlung in radialer Richtung über die gesamte Werkstückoberfläche oder nur einen Teil, beispielsweise von dem Rand bis zum Mittelpunkt der Werkstückoberfläche, oder einen noch kleineren Bereich zu fuhren.According to a further embodiment, the infrared radiation can be guided laterally over the workpiece top side and with the method according to the invention, a mechanical workpiece thickness profile can be determined. In this embodiment, therefore, the infrared radiation is successively or simultaneously directed over a plurality of lying in the lateral direction of the workpiece successive locations on the workpiece top and determined for each of these locations, the thickness in the inventive manner. Thus, a lateral thickness profile is created. According to a related embodiment, the infrared radiation can be guided radially over the workpiece top and with the method according to the invention, a radial workpiece thickness profile can be determined. Unless of one Rotational symmetry of the workpiece can be assumed, is achieved by such a radial measurement sufficient accuracy in the thickness measurement. It is possible to drive the infrared radiation in the radial direction over the entire workpiece surface or only a part, for example, from the edge to the center of the workpiece surface, or an even smaller area.
Gemäß einer besonders praxisgemäßen Ausgestaltung kann das Werkstück ein Wafer, insbesondere ein Silizium-Wafer, sein. Derartige Wafer oder Halbleiterscheiben werden in weiten Bereichen eingesetzt, um teils komplexe integrierte Schalrungen bereitzustellen. Die Werkstückgeometrie ist dabei aus den eingangs genannten Gründen für die Qualität der integrierten Schaltung von besonderer Bedeutung. Es sind aber auch andere scheibenförmige Werkstücke für integrierte Schaltungen oder einzelne elektronische Bauelemente denkbar. So kann das Werkstück zum Beispiel eine Saphirscheibe sein. Solche Substrate können beispielsweise mit einer Siliziumschicht versehen werden, so dass sie eine Sandwichstruktur bilden. Auf die Siliziumschicht kann dann beispielsweise mittels optischer Abbildeverfahren eine integrierte Schaltung oder ein einzelnes Bauelement, wie z.B. eine Diode, oder ähnliches aufgebracht werden.According to a particularly practical embodiment, the workpiece may be a wafer, in particular a silicon wafer. Such wafers or semiconductor wafers are widely used to provide partially complex integrated circuits. The workpiece geometry is of particular importance for the quality of the integrated circuit for the reasons mentioned above. But there are also other disc-shaped workpieces for integrated circuits or individual electronic components conceivable. For example, the workpiece may be a sapphire disk. Such substrates may for example be provided with a silicon layer so that they form a sandwich structure. For example, by means of optical imaging techniques, an integrated circuit or a single device, such as silicon dioxide, may be deposited on top of the silicon layer. a diode, or the like can be applied.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dicke eines Werkstücks während und/oder kurz vor einer Bearbeitung des Werkstücks in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine oder einer Einseitenbearbeitungsmaschine, beispielsweise einer Maschine zum Chemisch- Mechanischen Planarisieren oder Chemisch-Mechanischen Polieren, insbesondere während des Schleifens, Läppens und/oder Polierens des Werkstücks, bestimmt werden. Es ist dann weiter möglich, in Abhängigkeit von der ermittelten Dicke und/oder des ermittelten Dickenprofils die Parameter für die Bearbeitung des Werkstücks während einer Bearbeitung anzupassen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also bei derartigen Bearbeitungsmaschinen eine Online- Dickenmessung und optional eine Online-Regelung der Bearbeitungsparameter in Abhängigkeit von der Dickenmessung so erfolgen, dass die Werkstückgeometrie optimiert wird. Insbesondere besteht bei solchen Maschinen in der Regel die Aufgabe, eine unerwünscht konkave oder unerwünscht konvexe Oberflächen- oder Dickenform durch die Bearbeitungsteller, beispielsweise Polierteller, zu vermeiden. Aufgrund der in derartigen Maschinen vorherrschenden rotierenden Bearbeitung kann davon ausgegangen werden, dass die Werkstücke im Wesentlichen rotationssymmetrisch sind, so dass auch gegebenenfalls auftretende Abweichungen von der vorgegebenen Geometrie rotationssymmetrisch sind. Eine erfindungsgemäße radiale Dickenmessung liefert somit in diesem Fall eine ausreichende Genauigkeit.According to a further embodiment, with the method according to the invention, the thickness of a workpiece during and / or shortly before machining the workpiece in a double-side processing machine or a single-side processing machine, such as a machine for chemical mechanical planarization or chemical mechanical polishing, especially during grinding, lapping and / or polishing the workpiece. It is then possible, depending on the determined thickness and / or the determined thickness profile, the parameters for the processing of Workpiece during machining. With the method according to the invention, an online thickness measurement and optionally an online control of the processing parameters as a function of the thickness measurement can thus be carried out in such processing machines in such a way that the workpiece geometry is optimized. In particular, in such machines usually has the task of avoiding an undesirable concave or undesirable convex surface or thickness shape by the processing plate, such as polishing plate. Due to the prevailing in such machines rotating machining can be assumed that the workpieces are substantially rotationally symmetric, so that any deviations from the given geometry are rotationally symmetric. A radial thickness measurement according to the invention thus provides a sufficient accuracy in this case.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. They show schematically:
Fig. 1 einen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,1 shows a structure for carrying out the method according to the invention,
Fig. 2 eine Skizze zur Veranschaulichung der Strahlengänge,2 is a sketch to illustrate the beam paths,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zu vermessenden Werkstücks, undFig. 3 is a schematic representation of a workpiece to be measured, and
Fig. 4 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgenommenes radialesFig. 4 a recorded by the method according to the invention radial
Dickenprofil.Thickness profile.
Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. In Figur 1 ist ein scheibenförmiges Werkstück 10 für eine integrierte Schaltung, vorliegend ein Silizium- Wafer 10, dargestellt, dessen mechanische Dicke d gemessen werden soll. Eine Infrarotstrahlungsquelle 12, vorliegend eine Infrarotlampe 12, erzeugt Infrarotstrahlung 14, in dem dargestellten Beispiel ein Infrarotstrahlungsspektrum 14, also über einen bestimmten Wellenlängen- beziehungsweise Frequenzbereich verteilte Infrarotstrahlung. Durch einen Strahlteiler 16, beispielsweise einen halbdurchlässigen Spiegel 16, gelangt die durch eine Optik 18 fokussierte Infrarotstrahlung 14 unter senkrechtem Einfall auf die Oberseite 20 des Wafers 10.Unless otherwise indicated, like reference characters designate like items throughout the figures. FIG. 1 shows a disk-shaped workpiece 10 for an integrated circuit, in the present case a silicon wafer 10, whose mechanical thickness d is to be measured. An infrared radiation source 12, in this case an infrared lamp 12, generates infrared radiation 14, in the illustrated Example, an infrared radiation spectrum 14, so over a certain wavelength or frequency range distributed infrared radiation. By means of a beam splitter 16, for example a semitransparent mirror 16, the infrared radiation 14 focused by an optical system 18 reaches the upper side 20 of the wafer 10 with normal incidence.
Der Strahlengang beim Auftreffen auf den Wafer 10 ist in Fig. 2 genauer dargestellt. Demgemäß wird ein erster Strahlungsanteil 22 an der Werkstückoberseite 20 reflektiert und läuft senkrecht zur Oberseite 20 zurück. Weitere Strahlung 23 durchdringt die Werkstückdicke d, wird an der Werkstückunterseite 26 (teil-) reflektiert, durchläuft die Werkstückdicke d nochmals von der Unterseite 26 zu der Oberseite 20 und tritt zumindest teilweise als zweiter Strahlungsanteil 24 wieder an der Werkstückoberseite aus. Die die Werkstückdicke d von der Werkstückunterseite 26 zur Oberseite 20 zurück durchlaufende Strahlung 23 wird an der Oberseite 20 wiederum teilreflektiert, so dass ein weiterer Strahlungsanteil 30 die Werkstückdicke d wieder von der Oberseite 20 zur Werkstückunterseite 26 durchläuft, und so weiter. Diese Strahlengänge sind an sich bekannt. Da die Strahlung 23 an der Werkstückunterseite nur teilreflektiert wird, tritt bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein dritter Strahlungsanteil 28 an der Werkstückunterseite 26 aus.The beam path when hitting the wafer 10 is shown in more detail in FIG. Accordingly, a first radiation component 22 is reflected on the workpiece upper side 20 and runs back perpendicular to the upper side 20. Further radiation 23 penetrates the workpiece thickness d, is (partially) reflected on the workpiece underside 26, passes through the workpiece thickness d again from the bottom 26 to the top 20 and at least partially emerges as a second radiation component 24 again on the workpiece top. The radiation 23 passing back through the workpiece thickness d from the underside of the workpiece 26 to the upper side 20 is partially reflected again at the upper side 20, so that a further radiation component 30 passes through the workpiece thickness d again from the upper side 20 to the workpiece lower side 26, and so on. These beam paths are known per se. Since the radiation 23 is only partially reflected on the underside of the workpiece, in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a third radiation component 28 emerges on the underside of the workpiece 26.
Der erste und zweite Strahlungsanteil 22, 24 (und gegebenenfalls weitere reflektierte Strahlungsanteile) treffen nach ihrer Reflexion bzw. nach ihrem Wiederaustritt aus dem Werkstück 10 erneut auf den Strahlteiler 16 und werden von diesem senkrecht abgelenkt und zu einem Spektrometer 32 geführt. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Spektrometer 32 um ein Gitterspekrometer 32. Durch dieses Spektrometer 32 wird die auf das Spektrometer 32 treffende Infrarotstrahlung 14 spektral aufgefächert, wie dies in Fig. 1 schematisch als Spektrum 34 dargestellt ist. In dem Spektrum 34 ist lediglich zur Veranschaulichung die Strahlungsintensität in beliebigen Einheiten über der Wellenlänge aufgetragen.The first and second radiation components 22, 24 (and optionally further reflected radiation components) strike the beam splitter 16 again after being reflected or after their re-emergence from the workpiece 10 and are deflected vertically by the latter and guided to a spectrometer 32. In the illustrated example, the spectrometer 32 is a grating spectrometer 32. By means of this spectrometer 32, the infrared radiation 14 striking the spectrometer 32 is spectrally fanned out, as shown schematically in FIG. 1 as a spectrum 34. In the spectrum 34, for purposes of illustration only, the radiation intensity is plotted in arbitrary units versus wavelength.
Der von dem Wafer 10 zurückkommende Teil der Infrarotstrahlung 14, insbesondere der erste und zweite Strahlungsanteil 22, 24 interferieren miteinander in ebenfalls an sich bekannter Weise. Je nach dem durch die Waferdicke d verursachten Gangunterschied der Strahlungsanteile 22, 24 kommt es zu konstruktiver oder destruktiver Interferenz. Ein entsprechendes Interferenzdiagramm ist in allgemeiner und schematischer Weise in Fig. 1 bei dem Bezugszeichen 36 dargestellt. In dem Interferenzdiagramm 36 ist wiederum die Intensität in beliebigen Einheiten über der Wellenlänge aufgetragen. Es ergibts sich ein Interferenzmuster 38. Durch eine Auswertung des Intensitätssignals in dem Interferenzdiagramm 36 wird die Dicke d des Werkstücks 10 bestimmt. Beispielsweise aus dem Abstand 40 zweier Interferenzmaxima kann in dem Fachmann an sich bekannter Weise die optische Werkstückdicke L als Produkt der mechanischen Werkstückdicke d und des Brechungsindexes des Wafers 10 ermittelt werden. Der Intensitätsunterschied 42 zwischen einem Interferenzmaximum und einem Interferenzminimum enthält eine Information über die Reflektivität des Wafers 10. Auf Grundlage des gemessenen Intensitätsunterschieds 42 kann beispielsweise anhand einer im Rahmen einer Kalibrierung erstellten Kennlinie der Brechungsindex des Wafers 10 bestimmt werden. Auf dieser Grundlage kann die mechanische Werksrückdicke d als Quotient aus der ermittelten optischen Werkstückdicke L und dem ebenfalls ermittelten Brechungsindex n berechnet werden.The part of the infrared radiation 14 coming back from the wafer 10, in particular the first and second radiation parts 22, 24, interfere with each other in a manner also known per se. Depending on the path difference of the radiation components 22, 24 caused by the wafer thickness d, constructive or destructive interference occurs. A corresponding interference diagram is shown in a general and schematic manner in FIG. 1 at reference numeral 36. In the interference diagram 36, the intensity is again plotted in arbitrary units over the wavelength. This results in an interference pattern 38. By evaluating the intensity signal in the interference diagram 36, the thickness d of the workpiece 10 is determined. For example, from the distance 40 of two interference maxima, the optical workpiece thickness L can be determined as a product of the mechanical workpiece thickness d and the refractive index of the wafer 10 in a manner known per se to a person skilled in the art. The intensity difference 42 between an interference maximum and an interference minimum contains information about the reflectivity of the wafer 10. Based on the measured intensity difference 42, the refractive index of the wafer 10 can be determined, for example, based on a characteristic curve created during a calibration. On this basis, the mechanical factory thickness d can be calculated as the quotient of the determined optical workpiece thickness L and the likewise determined refractive index n.
Das beschriebene Verfahren kann dabei dazu genutzt werden, ein radiales Dickenprofϊl eines Werkstücks 10 zu erstellen, wie dies schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Demnach wird das Verfahren entlang einer radialen Linie 44, ausgehend von dem Mittelpunkt des zylindrischen und in der Draufsicht kreisförmigen Werkstücks 10 zum Rand des Werkstücks 10 hin sukzessive für die entlang der radialen Linie 44 angeordneten Oberflächenorte durchgeführt und so ein radiales Dickenprofil erstellt. Ein entsprechendes radiales Dickenprofil 46 ist in Fig. 4 dargestellt. In dem Diagramm ist die gemessene Werkstückdicke d in Mikrometer über dem Radius des Werkstücks 10 in Millimeter aufgetragen. Der Radius 0 bezeichnet den Mittelpunkt der Werkstückoberseite 20.The described method can be used to create a radial thickness profile of a workpiece 10, as shown schematically in FIG. Accordingly, the method is along a radial line 44, starting from the center of the cylindrical and in plan view circular Workpiece 10 to the edge of the workpiece 10 successively carried out for arranged along the radial line 44 surface locations and so created a radial thickness profile. A corresponding radial thickness profile 46 is shown in Fig. 4. In the diagram, the measured workpiece thickness d is plotted in microns over the radius of the workpiece 10 in millimeters. The radius 0 denotes the center of the workpiece top 20.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist im Vergleich zum Stand der Technik eine genauere Dickenmessung von scheibenförmigen Werkstücken 10, die als Substrat für elektronische Bauelemente dienen sollen, möglich. With the method according to the invention a more accurate thickness measurement of disc-shaped workpieces 10, which are to serve as a substrate for electronic components, is possible in comparison to the prior art.

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Verfahren zum Messen der Dicke eines scheibenförmigen Werkstücks, das als Substrat für elektronische Bauelemente dient, umfassend die Schritte: a) Infrarotstrahlung (14) wird auf die Werkstückoberseite (20) gerichtet, wobei ein erster Strahlungsanteil (22) an der Oberseite (20) reflektiert wird und ein zweiter Strahlungsanteil (24) die Werkstückdicke (d) durchdringt, an der Werkstückunterseite (26) reflektiert wird und wieder an der Werkstückoberseite (20) austritt, b) der erste und der zweite Strahlungsanteil (22, 24) interferieren unter Bildung eines Interferenzmusters, c) anhand des Interferenzmusters wird die optische Werkstückdicke (L) zwischen der Werkstückoberseite (20) und der Werkstückunterseite (26) bestimmt, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: aus einer Messung der Intensität der von dem Werkstück (10) reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung (14) wird unter Berücksichtung der optischen Werkstückdicke (L) die mechanische Werkstückdicke (d) ermittelt.A method of measuring the thickness of a disk-shaped workpiece serving as a substrate for electronic components, comprising the steps of: a) directing infrared radiation (14) to the workpiece upper side (20), wherein a first radiation portion (22) at the upper side (20 ) and a second radiation portion (24) penetrates the workpiece thickness (d), is reflected on the workpiece underside (26) and exits again on the workpiece top (20), b) the first and second radiation portions (22, 24) interfere with each other Forming an interference pattern, c) using the interference pattern, the optical workpiece thickness (L) between the workpiece top side (20) and the workpiece lower side (26) is determined, characterized by the further step of: measuring the intensity of the reflected from the workpiece (10) and / or transmitted infrared radiation (14), taking into account the optical workpiece thickness (L), the mechanical workpiece thickness e (d) determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Infrarotstrahlungsspektrum (14) auf die Werkstückoberseite (20) gerichtet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an infrared radiation spectrum (14) is directed to the workpiece top side (20).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Infrarotstrahlungsspektrum (14) senkrecht auf die Werkstückoberseite (20) gerichtet wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the infrared radiation spectrum (14) is directed perpendicular to the workpiece top side (20).
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Interferenz der Strahlungsanteile (22, 24) entstandene Strahlung mittels eines Spektrometers (32) analysiert wird.4. The method according to claim 2 or claim 3, characterized in that by interference of the radiation components (22, 24) resulting radiation by means of a spectrometer (32) is analyzed.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Intensität der von dem Werkstück (10) reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung (14) die Intensität der durch Interferenz der ersten und zweiten Strahlungsanteile (22, 24) entstandenen Strahlung nach ihrer Reflexion an der Werkstückoberseite (20) bzw. nach ihrem Austritt aus der Werkstückoberseite (20) gemessen wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for measuring the intensity of the workpiece (10) reflected and / or transmitted infrared radiation (14), the intensity of the interference caused by the first and second radiation components (22, 24) radiation after its reflection on the workpiece top side (20) or after its exit from the workpiece top side (20) is measured.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Intensität der von dem Werkstück (10) reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung (14) ein Intensitätsunterschied (42) zwischen zwei definierten Punkten des Interferenzmusters, insbesondere einem Interferenzmaximum und einem Interferenzminimum, ermittelt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for measuring the intensity of the workpiece (10) reflected and / or transmitted infrared radiation (14) an intensity difference (42) between two defined points of the interference pattern, in particular an interference maximum and a Interference minimum, is determined.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Strahlungsanteil (28) an der Werkstückunterseite (26) aus dem Werkstück (10) austritt und zur Messung der Intensität der von dem Werkstück (10) reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung (14) die Intensität des dritten Strahlungsanteils (28) nach seinem Austritt aus dem Werkstück (10) gemessen wird.7. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a third radiation component (28) on the workpiece underside (26) from the workpiece (10) exits and for measuring the intensity of the workpiece (10) reflected and / or transmitted intensity of the third radiation component (28) after its exit from the workpiece (10) is measured.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex (n) des Werkstücks (10) bestimmt wird, und die mechanische Werkstückdicke (d) unter Berücksichtung des ermittelten Brechungsindexes (n) aus der optischen Werkstückdicke (L) ermittelt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the refractive index (n) of the workpiece (10) is determined, and the mechanical workpiece thickness (d) is determined taking into account the determined refractive index (n) from the optical workpiece thickness (L).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex (n) aus einer den Brechungsindex (n) in Abhängigkeit von der Intensität bzw. dem Intensitätsunterschied (42) der von dem Werkstück (10) reflektierten und/oder transmittierten Infrarotstrahlung (14) darstellenden Kennlinie ermittelt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the refractive index (n) of the refractive index (n) in dependence on the intensity or the intensity difference (42) of the workpiece (10) reflected and / or transmitted infrared radiation (14 ) characteristic curve is determined.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Werkstückdicke (d) mittels eines Kennfelds ermittelt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mechanical workpiece thickness (d) is determined by means of a map.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotstrahlung (14) lateral über die Werkstückoberseite (20) geführt wird und mit dem Verfahren ein mechanisches Werkstückdickenprofil (46) ermittelt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the infrared radiation (14) is guided laterally over the workpiece top side (20) and with the method, a mechanical workpiece thickness profile (46) is determined.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10) ein Wafer (10), insbesondere ein Silizium-Wafer (10), ist.12. Method according to claim 1, wherein the workpiece is a wafer, in particular a silicon wafer.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10) eine Saphirscheibe ist.13. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the workpiece (10) is a sapphire disc.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) eines Werkstücks (10) während und/oder kurz vor und/oder kurz nach einer Bearbeitung des Werkstücks (10) in einer Einseiten- oder Doppelseitenbearbeitungsmaschine, insbesondere einer Maschine zum Chemisch-Mechanischen Planarisieren oder Chemisch-Mechanischen Polieren, bestimmt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness (d) of a workpiece (10) during and / or shortly before and / or is determined shortly after a machining of the workpiece (10) in a one-sided or double-side processing machine, in particular a machine for chemical-mechanical planarization or chemical-mechanical polishing.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Dicke (d) und/oder des ermittelten Dickenprofils die Parameter für die Bearbeitung des Werkstücks (10) angepasst werden. 15. The method according to claim 14, characterized in that depending on the determined thickness (d) and / or the determined thickness profile, the parameters for the machining of the workpiece (10) are adjusted.
EP09778204A 2008-10-01 2009-08-29 Method for measuring the thickness of a discoidal workpiece Withdrawn EP2331294A1 (en)

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