[发明专利]一种大尺寸磨削晶圆残余应力测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及大尺寸磨削晶圆的残余应力测试方法，特别涉及一种采用应力释放法测试大尺寸磨削晶圆残余应力的方法。

背景技术

随着IC制造技术的飞速发展,为了增大IC芯片产量,降低单元制造成本,晶圆趋向大直径化，晶圆直径最初只有2英寸,1975年发展到4英寸(100mm),1987年发展到6英寸(150mm),1992年开始使用8英寸(200mm)的晶圆,2000年芯片制造厂开始使用12英寸(300mm)的晶圆,到2004年,世界范围内已经陆续建立了24条300毫米芯片生产线，预计2012年将开始在18英寸(450mm)的晶圆上制造36纳米技术节点的半导体芯片。

随着晶圆直径增大,为了保证晶圆具有足够的强度,晶圆的厚度也相应增加。目前200毫米直径晶圆的平均厚度725微米,而300毫米直径晶圆平均厚度已增加到775微米,与此相反,为满足IC芯片封装的需要,提高IC尤其是功率IC的可靠性，降低热阻，提高芯片的散热能力和成品率,要求芯片厚度薄型化,芯片的平均厚度每两年减少一半。目前芯片厚度己减小到100-200微米、智能卡、MEMS以及生物医学传感器等IC芯片厚度已减到100微米以下,高密度电子结构的三维集成和立体封装芯片更是需要厚度小于50微米的超薄的晶圆。因此，晶圆的减薄是关键。目前主流的减薄技术为晶圆自旋转磨削技术，然而机械加工过程不可避免造成晶圆表面的损伤，表面损伤的一个重要指标就是残余应力。残余应力是一种内应力，残余应力的存在将会引起晶圆的翘曲以及促使内部裂纹的延伸，导致晶圆的破裂，给晶圆的传输带来极大的挑战。通常情况下晶圆的损伤层深度为十几微米，损伤层的变形以弹性变形为主，在残余应力测量过程中可将其视为平面应力状态。

目前残余应力的测试方法按其结构是否破坏，包括：全破坏法、半破坏法和无损法，按其测量原理来讲，可分为机械测定法和物理测定法。机械释放测量方法主要包括截条法、逐层剥层法、切铣环槽法、盲孔法、钻阶梯孔法、套取芯棒法、内孔直接贴片法以及释放管孔周应变测量法。物理测量方法主要包括：X射线衍射法、电磁法、超声波法、拉曼光谱法以及固有应变法。物理测试方法虽然测试效率高，但其成本高，并且大多数物理测量方法只能得到一个方向上的残余应力值，不能较准确表征磨削晶圆表面残余应力大小。

为了准确表征磨削晶圆表面层的残余应力值，本发明在克服物理方法测量残余应力存在局限性的基础上，根据现有的机械测量残余应力的方法，通过在晶圆表面测试点处开通孔对磨削晶圆表面的残余应力进行测量。本发明一种大尺寸磨削晶圆残余应力测试方法可得到X、Y方向上的残余应力值，并可得到测试点的主应力值，可较准确地表征磨削晶圆表面残余应力值。

发明内容

本发明提供了一种磨削晶圆残余应力的测试方法，通过应力释放测得应变，然后利用广义胡克定律和应变莫尔圆分别求测试点X、Y方向正应力和主应力。

一种大尺寸磨削晶圆残余应力测试方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供磨削后的半导体晶圆，确定12个测试点，测试点分布在<110>晶向的4条半径上，每条半径上3个测试点，相邻测试点之间的间隔为30mm，靠近晶圆中心的测试点距晶圆中心5mm，靠近晶圆边缘的测试点距边缘5mm；

用丙酮清洗测试点，在测试点0°、45°、90°三个方向上粘贴已编号(a、b、c)的应变计；

在应变花测量圆中心处通过机械方式开孔进行应力释放，孔直径为0.8-1mm，孔的边缘距应变计的近端距离为1-1.5mm；

利用应变仪记录下应力释放过程中产生的应变，根据公式：