一種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法，特別涉及一種分布腐蝕和拉曼光譜測試磨削晶圓亞表面殘余應力的方法。
【背景技術】
[0002]隨著IC制造技術的飛速發展，為了增大IC芯片產量，降低單元制造成本，晶圓趨向大直徑化，晶圓尺寸從最初的2英寸發展到目前廣泛使用的8英寸，甚至向著更大尺寸方向發展。隨著晶圓直徑增大，為了保證晶圓具有足夠的強度，晶圓的厚度也相應增加。目前8英寸晶圓的平均厚度725微米，而12英寸晶圓平均厚度已增加到775微米，與此相反，為滿足IC芯片封裝的需要，提高IC尤其是功率IC的可靠性，降低熱阻，提高芯片的散熱能力和成品率，要求芯片厚度薄型化，芯片的平均厚度每兩年減少一半。目前芯片厚度己減小到100-200微米、智能卡、MEMS以及生物醫學傳感器等IC芯片厚度已減到100微米以下，高密度電子結構的三維集成和立體封裝芯片更是需要厚度小于50微米的超薄的晶圓。
[0003]晶圓減薄能力是決定晶圓厚度的關鍵，目前主流的減薄技術為晶圓自旋轉磨削技術，然而機械加工過程不可避免造成晶圓表面的損傷，損傷將引起殘余應力。殘余應力是一種內應力，殘余應力的存在將會引起晶圓的翹曲以及促使內部裂紋的延伸，導致晶圓的破裂，給晶圓的傳輸帶來極大的挑戰。通常情況下晶圓的損傷層深度為十幾微米，殘余應力也在一定的深度范圍內存在。目前，對磨削晶圓表面殘余應力的檢測主要采用拉曼光譜進行無損檢測，而對晶圓亞表面殘余應力的檢測則需要對晶圓進行機械切片制作剖面試樣。然而，切片過程會引入新的切割殘余應力同時會釋放掉部分磨削殘余應力，影響殘余應力測試的準確性。
[0004]“楊氏”溶液分步腐蝕可以不斷去除腐蝕區材料達到亞表面，不會引入新的殘余應力，對殘余應力測試結果影響較小。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法，包括實驗方法和數據處理方法。實驗方法主要解決了腐蝕深度的測試和磨削晶圓亞表面殘余應力的測試問題，數據處理方法主要解決了腐蝕深度的計算和殘余應力計算問題。實驗原理簡單，操作方便，結果可靠。
[0006]—種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法，其特征在于，包括下列步驟:
[0007]提供磨削后的單晶娃晶圓，清水沖洗晶圓表面，固定晶圓并用有機溶劑清洗；確定測試點，測試點位于〈110〉晶向，沿半徑分布，至少3個測試點，第一測試點距晶圓圓心10-15mm，第二測試點距第一測試點40_60mm，第三測試點距第二測試點40_60mm ;利用“楊氏”溶液對每個測試點進行腐蝕，每個測點共腐蝕8次，每次腐蝕時間分別為2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，每次腐蝕結束均用清水清洗腐蝕區以終止腐蝕；待腐蝕區干燥，首先利用白光干涉儀測量腐蝕深度，然后利用拉曼光譜測量殘余應力。
[0008]進一步，所述“楊氏”溶液的配比為H2O = HF(質量百分比濃度為49% ):Cr2O3 =500ml:500ml:75g。
[0009]進一步，其特征在于，對拉曼測試曲線進行高斯擬合。
[0010]更具體的:采用分步腐蝕法、白光干涉儀對腐蝕深度進行檢測，然后利用拉曼光譜儀對磨削晶圓亞表面殘余應力進行檢測。實驗過程中，首先對晶圓進行磨削，用水沖洗晶圓表面以去除殘留的磨肩，將晶圓固定，用有機溶劑(如丙酮，酒精)二次清洗晶圓。確定<110>晶向，沿半徑分布的3個測試點。利用“楊氏”溶液對每個測試點進行腐蝕，每個測點共腐蝕8次，每次腐蝕時間分別為28、38、48、58、108、158、258、408，每次腐蝕后用清水清洗腐蝕位置以終止腐蝕過程。將晶圓固定在白光干涉儀的載臺上，測試腐蝕深度；然后利用拉曼光譜測試腐蝕區殘余應力，對拉曼測試結果進行高斯擬合，最后計算殘余應力。
[0011]本發明可取的以下有益的效果:
[0012]1.本發明提出的實驗方法可解決磨削晶圓亞表面殘余應力測試不準確和腐蝕深度測試困難的問題。
[0013]2.本發明提出的數據處理方法可準確獲得殘余應力值以及腐蝕深度。
[0014]3.本發明提出的測試方法原理簡單、可靠，保證了測試結果的準確性。
【附圖說明】
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[0015]圖1為晶圓磨削示意圖。
[0016]圖2為晶圓定位腐蝕示意圖。
[0017]圖3為腐蝕深度測試示意圖。
[0018]圖4為殘余應力分布示意圖。
[0019]圖5為文獻中殘余應力分布示意圖。
[0020]圖6本發明流程圖
[0021]圖中:
[0022]I—砂輪，2—磨削前晶圓，3—吸盤，4—卡槽，5—磨削后晶圓，6—定位銷。
【具體實施方式】
[0023]本發明提出的測試方法包括以下步驟:
[0024]1:磨削晶圓:調整磨削機磨削參數，選取待磨削晶圓，將晶圓傳輸到磨削工位，吸盤吸附晶圓，磨削晶圓。
[0025]2:清洗晶圓:通過機械手將晶圓傳輸到清洗臺上，沖洗晶圓表面以去除殘留的磨肩。
[0026]3:將晶圓固定在夾具上，用有機溶劑二次清洗晶圓，確定測試位置，利用“楊氏”溶液對每個測試點進行腐蝕，每個測點共腐蝕8次，每次腐蝕時間分別為2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，然后清洗腐蝕位置以終止腐蝕過程。
[0027]4:將晶圓固定在白光干涉儀的載臺上，測試腐蝕深度；利用拉曼光譜測試腐蝕區殘余應力，對拉曼測試結果進行高斯擬合，最后計算殘余應力。
[0028]下面結合附圖對發明進行詳細說明:
[0029]圖1為晶圓磨削示意圖，調整好磨削參數(砂輪進給速率0.8ym/s，砂輪轉速5000r/min,晶圓轉速200r/min)，傳輸機械手將晶圓2傳輸到磨削工位，由吸盤3吸附；砂輪I緩慢向下移動進入到磨削位置，砂輪繞軸線順時針旋轉，晶圓繞軸線逆時針旋轉，磨削減薄晶圓。磨削到設定的厚度，停止磨削，機械手將晶圓傳輸到清洗工位，進行清洗晶圓表面。
[0030]圖2為晶圓定位腐蝕示意圖，將晶圓由卡槽4和定位銷6定位，用丙酮清洗晶圓，確定測試位置；利用“楊氏”溶液(H20:HF49%:Cr203= 500ml: 500ml: 75g)對每個測試點進行腐蝕，每個測點共腐蝕8次，每次腐蝕時間分別為28、38、48、58、108、158、258、408，然后清洗腐蝕位置終止腐蝕過程，待晶圓自然干燥。
[0031]圖3為腐蝕深度測試示意圖，將晶圓放在白光干涉儀的載臺上，白光干涉儀的物鏡對準腐蝕區域，調整儀器直到出現干涉條紋，可獲得每次腐蝕后腐蝕區的3D圖，然后將3D圖導入Vis1n軟件可計算出取樣長度L(250 μm-500 μm)范圍內腐蝕區的平均高度H。;然后，在腐蝕區邊緣處獲取未腐蝕區域的3D圖并導入Vis1n軟件計算取樣長度L (250 μ m-500 μ m)范圍內未腐蝕區的平均高度H，取H-H。差值為腐蝕深度。
[0032]圖4為殘余應力分布示意圖，利用拉曼光譜的物鏡對準腐蝕區中心區域進行拉曼點掃描，得到拉曼曲線，對拉曼曲線進行高斯擬合得出拉曼主峰的偏移量，偏移量乘以應力系數即為應力值。
[0033]通過重復步驟2，3，4即可獲得不同深度下的應力分布。
[0034]圖5為文獻中殘余應力分布示意圖，文獻中切片法測得的亞表面殘余壓應力值較小，這是因為切片過程釋放掉部分磨削殘余應力。
【主權項】
1.一種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法，其特征在于，包括下列步驟: 提供磨削后的單晶硅晶圓，清水沖洗晶圓表面，固定晶圓并用有機溶劑清洗；確定測試點，測試點位于〈110〉晶向，沿半徑分布，至少3個測試點，第一測試點距晶圓圓心10-15mm，第二測試點距第一測試點40-60mm，第三測試點距第二測試點40_60mm ;利用“楊氏”溶液對每個測試點進行腐蝕，每個測點共腐蝕8次，每次腐蝕時間分別為2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，每次腐蝕結束均用清水清洗腐蝕區以終止腐蝕；待腐蝕區干燥，首先利用白光干涉儀測量腐蝕深度，然后利用拉曼光譜測量殘余應力。2.如權利要求1所述的一種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法，其特征在于，所述“楊氏”溶液的配比為 H20:HF49%:Cr203= 500ml: 500ml: 75go3.如權利要求1所述的一種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法，其特征在于，對拉曼測試曲線進行高斯擬合。
【專利摘要】一種磨削晶圓亞表面殘余應力測試方法，屬于殘余應力測試領域。其步驟包括：提供磨削晶圓；高壓水清洗晶圓；固定晶圓；確定腐蝕位置，進行腐蝕，清洗；分別利用白光干涉儀和激光拉曼光譜對腐蝕深度、殘余應力進行測試；重復以上實驗步驟即可獲得磨削晶圓亞表面殘余應力值。本發明操作簡單、可較準確獲得磨削晶圓亞表面殘余應力，通過對測試結果分析，可提出磨削工藝優化方案。
【IPC分類】G01B11/22, G01L1/24
【公開號】CN105067168
【申請號】CN201510420054
【發明人】秦飛, 孫敬龍, 安彤, 陳沛, 宇慧平, 王仲康, 唐亮
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月16日