專利名稱：用于在加工元件時檢測該元件的厚度尺寸的儀器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種儀器，該儀器用于在磨床上加工半導體晶片時檢測該半導體晶片的厚度尺寸，所述檢測儀器包括檢測系統，該檢測系統具有紅外線光源、反射光束檢測器以及光學探測器，所述光源和所述檢測器連接于所述光學探測器，以沿著縱向通路朝向正在被加工的所述半導體晶片的第一表面發射紅外線光束，并且基本沿著該縱向通路接收由所述第一表面和被加工的所述半導體晶片所限定的至少一個不同的表面反射的光束；支撐定位件，該支撐定位件用于支撐并定位所述光學探測器；以及控制處理單元，該控制處理單元連接于所述檢測系統。本發明還涉及一種方法，該方法用于在磨床上加工半導體晶片時通過紅外線光學探測器和該光學探測器的支撐定位件檢測該半導體晶片的厚度尺寸，所述檢測方法包括如下步驟經由所述光學探測器沿著縱向通路向正在被加工的所述半導體晶片的第一表面供應并傳送紅外線光束；通過所述縱向通路和光學探測器檢測并接收由所述第一表面和被加工的所述半導體晶片所限定的至少一個不同的表面反射的光束；以及通過干涉測量系統處理反射的所述光束，以獲取正在被加工的所述半導體晶片的厚度尺寸的信息。
背景技術：
在半導體薄片或半導體晶片在機床(具體為磨床和拋光機)上進行加工的過程中，用于檢測該正在加工的半導體薄片或半導體晶片的厚度尺寸的檢測系統存在有公知系統。所述公知系統具有不同的類型，例如可以包括具有機械觸點的測頭，其中所述機械觸點用于接觸正在被加工的晶片的至少一個表面。這種系統擾動影響被檢測的工件，而且其檢測值不允許低于某一尺寸值，因此該系統不能適用于下述經常發生的情形，即需要對一側固定于薄膜或者支撐件上的半導體晶片的厚度尺寸進行精確檢測的情形。其它公知系統采用不同類型的探測器，例如電容探測器、感應探測器(例如渦流探頭或其它探測器)或者超聲探測器。但是，這些公知系統的局限在于能夠檢測的尺寸(例如不能檢測小于100微米的厚度)和能夠達到的分辨能力(不小于10微米)有限。為了克服這些缺陷，可以采用具有光學探測器的系統。美國專利US6437868A涉及該種具有光學探測器的系統的應用，該系統包括光學反射系統，該光學反射系統沿軸向方向安裝在待檢測的晶片的支撐件內。由于晶片的制造材料(半導體材料，典型為硅)的特性，所采用的紅外光能夠部分地透過該晶片或構成該晶片的晶片層，并且在與該晶片或晶片層的磨削加工側相對的一側檢測該晶片或晶片層的厚度。經常地，必須在磨削加工的同一側進行檢測，或者在磨削加工的同一側進行檢測比較方便，并使得光學探測器能夠執行這種檢測，例如，公開號為JP08-216016A的日本專利申請中所公開的光學探測器。為了增強檢測的可靠性，一般簡便地通過清潔流體(例如空氣或水)來使得所述光學探測器探測的晶片表面保持清潔。在該方式下，所述光學探測器的操作會受到影響，特別是由于傳輸元件的不連續和/或清潔流體中的紊流現象所導致的傳輸和/或接收的光束的特性的意外和不可控制的改變，更會使得所述光學探測器的操作受到影響。此外，不同的介質會部分地吸收輻射光，從而限制了反射到所述光學探測器的光線強度。因此，必須采用更高的電放大倍數，并且所述探測器會更多地暴露在背景噪聲中。在使用清潔空氣的情形下，必須嚴格過濾以避免引入異物而干擾檢測并污染晶片表面，由此會增加成本。而且，被加工的工件上的、尤其是在非常薄(達到5-10微米)的硅片上的空氣噴射流的機械效應是不可忽視的。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于在磨削加工過程中檢測半導體晶片的厚度尺寸的儀器和方法，該儀器和方法非常可靠，其使用靈活，并且保證了高水平的檢測性能，從而克服了公知儀器和方法的問題。該目的和其它目的分別通過根據本發明所要求的第一和第i 技術方案所述的儀器和方法來實現。根據本發明所述的儀器，該儀器包括光學探測器和用于該光學探測器的獨特的支撐定位件，其中低速流動的流體被輸送到所述光學探測器所發射和接收的光束通過的限定區域上。在實施時，通過形成層流形式的流體層或流體墊來保持工件表面清潔，而不會產生湍流。所述探測器以如下方式定位在所述支撐定位件內，即使得光束(典型為紅外線光束)行進在通過空氣(具有低吸收性)的通路段和通過流體墊(具有限定的吸收性)的通路段，其中所述流體墊填充在所述探測器和工件的加工表面之間的空間內。優選地，空氣中的通路段和流體中的通路段優選通過玻璃分隔開。有利地，所采用的流體可以與磨削加工過程中使用的流體(典型地為軟化水(即去礦物水))相同。根據本發明的優選實施方式，所述支撐定位件包括徑向通道(例如四個徑向通道，該四個徑向通道相對于彼此形成90°的夾角)，該徑向通道布置為與所述隔離玻璃相切(即貼靠)。所述流體在徑向管道中進行輸送并且貼附于該玻璃流動。這種方式阻止了空氣泡的形成，并且增強了流體的規則流動和層流的保持。
現在參照附圖描述本發明，本發明僅通過非限制性的實施例給出，在附圖中圖1是根據本發明的厚度檢測儀器的簡化的側視剖面圖，并且局部顯示了正視圖中的一些細節；以及圖2是圖1所示的儀器沿圖1的截面線I1-1I的截面圖。
具體實施例方式圖1表示用于在加工狀態下檢測元件的厚度尺寸的儀器。被檢測的元件例如可以是半導體材料(例如硅)的薄片或者晶片1，該薄片或晶片可以由層形成，該層
具有不同的物理特征，并由不連續面2”，2”’分隔開。具有層和不連續面的半導體晶片的結構本身是公知的，并且以示意的方式在圖1中進行了顯示。所述層的數量和尺寸也僅是一種例示。晶片I的第一表面2在適當的機床上進行磨削，與此同時能夠進行厚度檢測，所述機床本身是公知的，為了簡單起見，在圖1中以簡化方式用數字6所示的磨輪表示機床。檢測系統包括公知類型的光學探測器3，該光學探測器3通過光學纖維5與控制處理單元10連接；發射紅外光的光源11 ;以及接收反射的光束并提供相應的電信號的檢測器12。光源11和檢測器12本身是公知的，例如，在圖1中以簡化方式將其作為控制處理單元10的組件進行了顯示。支撐定位件7以公知的方式固定在外部支撐件9上，并且該支撐定位件7內容納有探測器3，以限定該探測器3相對于第一表面2的位置。保護套13在圖1中以正視圖形式進行了部分顯示，該保護套13內容納有光學纖維5。如上所述，光學探測器3是公知類型的探測器。關于其操作不進行詳細描述，探測器3發射沿著縱向通路4穿行的紅外線光束，該紅外線光束的一部分由晶片I的第一表面2反射，另一部分因各個層的制造材料的典型特性而穿過晶片1，并由不連續表面2”，2”’和/或相對的外表面2’反射。由不同表面2，2’，2”和/或2”’反射的紅外線光束基本沿同一縱向通路4行進，并且被傳送到檢測器12，檢測器12的輸出信號在控制處理單元10的電路中通過干涉測量法進行適當的處理，以獲取關于晶片厚度尺寸的信息，即層
的厚度和/或晶片I的整體厚度。這種系統能夠檢測厚度非常小(甚至不超過10微米)的晶片。支撐定位件7具有基本呈圓柱形的主體14，該主體14具有與探測器3連通的軸向開口 15,以能夠使發射的光束穿過所述縱向通路。主體14的一端連接(例如通過螺紋連接方式)有封板16，該封板16包括與軸向開口 15對準的出口孔17。在主體14和封板16之間設置有隔尚玻璃20,并且該隔尚玻璃20在軸向開口 15處通過主體14和封板16之間的連接而被鎖緊。該玻璃20通過環形墊圈或“0型圈”19密封軸向開口 15。在支撐定位件7的 封板16中，設置有具有徑向入口 23和內部通道25的液壓管道22，內部通道25使得徑向入口 23與出口孔17相互連通。出口孔17朝向圖1所示的處于加工位置的晶片I的第一表面2。在圖示的實施例中，內部通道25為四個，該四個內部通道25相對于縱向通路4徑向布置，并且布置為彼此之間形成90°的夾角。液壓管道22的徑向入口 23以公知的方式(在圖1中以簡化方式以箭頭26顯示)與低速流動的液體27的外部源連通，所述液體27例如可以是在磨削加工中用作冷卻劑的相同的水。液體27通過液壓管道22輸送到出口孔17，并且穿過該出口孔17從封板16中流出并到達被加工的晶片I的表面2。徑向布置并且與玻璃20的表面相切貼靠的四個通道25的存在增強了液體27的規則流動，使得液體27基本以貼附于玻璃20的層流形式流動，并且在液體27從出口孔17中流出時在探測器3和晶片I的表面2之間形成液體墊30。因而，輻射(發射和反射)光束的縱向通路4包括通過軸向開口 15內的空氣的通路段，在該軸向開口 15內對光束的吸收最小；以及通過基本以層流形式流動的液體墊30的短的通路段，該穿過液體墊30的通路段處在光束通過隔離玻璃20之后。因此，這種縱向通路4的不連續性得到控制并且是恒定的(而不是隨意的，例如在湍急紊動的水面上所形成的不連續性)。因為這能夠采用算法進行操作以識別并消除存在于光束的縱向通路4中的偽厚度(亂真厚度)，因此充分保證了通過干涉儀測量處理方法所獲得的結果的可靠性。就以上已經顯示和描述的技術內容而言，對其進行相關的變型是切實可行的，例如，就支撐定位件中的液壓管道22的實現形式和結構而言，實際上，內部通道的數量和/或布置可以與上述內部通道25不同，只須保證形成具有上述列出并強調的適當特性的液體墊30即可。
權利要求
1.一種用于在磨床(6)上加工半導體晶片(I)時檢測該半導體晶片(I)的厚度尺寸的儀器，該儀器包括檢測系統，該檢測系統具有紅外線光源(11)、檢測反射光束的檢測器(12)以及光學探測器(3)，所述光源(11)和所述檢測器(12)連接于所述光學探測器(3)，以沿縱向通路(4) 向被加工的所述半導體晶片(I)的第一表面(2)發射紅外線光束，并沿所述縱向通路(4)接收由所述第一表面(2)和被加工的所述半導體晶片(I)所限定的至少一個不同的表面(2’， 2”，2’”)反射的光束；支撐定位件(7)，該支撐定位件(7)支撐并定位所述光學探測器(3)，所述支撐定位件 (7 )限定有軸向開口( 15 )，所述縱向通路(4 )包括該軸向開口( 15 )，以及控制處理單元(10)，該控制處理單元(10)連接于所述檢測系統，其中，所述支撐定位件(7)包括與液體(27)的外部源相連的液壓管道(22)，并且該液壓管道(22)在所述光學探測器(3)與被加工的所述半導體晶片(I)的第一表面(2)之間形成層流形式的所述液體(27)的液體墊(30)，所述縱向通路(4)包括由玻璃(20)分隔開的所述液體墊(30 )和通過空氣的通路段，所述通過空氣的通路段包括所述軸向開口( 15 )，其特征在于，所述液壓管道(22)包括與所述玻璃(20)的表面相切貼靠的內部通道 (25),所述玻璃(20)通過墊圈(19)密封所述軸向開口( 15)。
2.根據權利要求1所述的儀器，其中，所述液壓管道(22)包括入口(23)，所述內部通道(25)與朝向所述半導體晶片(I)的第一表面(2)布置的出口孔(17)連通。
3.根據權利要求1或2所述的儀器，其中，所述支撐定位件(7)包括主體(14)和封板 (16)，所述液壓管道(22)設置在所述封板(16)內，所述玻璃(20)設置在所述在主體(14) 和所述封板(16)之間。
4.根據權利要求1所述的儀器，其中，所述液體(27)是在所述磨床上加工所述半導體晶片(I)時所用的冷卻劑。
5.根據權利要求1所述的儀器，其中，所述檢測器(12)用于發射與所接收的反射光束相對應的電信號，所述控制處理單元(10)包括與所述檢測器(12)相連的電路，并且用于接收所述電信號并執行干涉測量類型的處理過程。
全文摘要
一種用于在磨削加工過程中檢測半導體晶片(1)的厚度尺寸的儀器，該儀器包括光學探測器(3)，該光學探測器將紅外線輻射光束發射到被加工的晶片(1)的表面(2)上，并探測由所述表面、所述晶片的相對的表面(2’)和/或在晶片中用于分隔不同層的表面(2”，2”’)所反射的光束。發射和反射的光束沿通路(4)行進，所述通路(4)具有顯著恒定的不連續性，其一部分穿過空氣(15)，另一部分通過基本以層流形式低速流動的液體墊(30)。所述光學探測器的支撐定位件(7)包括形成液體墊的液壓管道(22，25)。一種用于檢測厚度尺寸的方法包括沿發射和反射的光束的行進通路形成液體墊。
文檔編號B24B49/04GK103029030SQ20121051084
公開日2013年4月10日 申請日期2008年7月18日 優先權日2007年7月20日
發明者C·達拉利奧 申請人:馬波斯S·P·A·公司