[发明专利]一种晶圆减薄磨削力在线测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种晶圆减薄磨削力在线测量装置及方法，属于半导体晶圆材料超精密加工领域。该磨削力测量装置包括半导体晶圆、工作台、承载台、薄膜压力传感器、数据处理与无线传输模块。磨削力的测试方法包含基于测试装置的传感器标定与磨削力在线测量。利用本发明提供的磨削力测量装置及方法，可以实时监测半导体晶圆磨削过程中的磨削力，对半导体的加工，降低磨削损伤具有重要意义。本发明具有如下特点：传感器采用薄膜压力传感器，响应时间短，测试精度高；数据的传输采用无线传输设计，能够在晶圆和主轴旋转过程中对磨削力进行实时监测，避免晶圆旋转绕线的风险；传感器采用分布式设计，能够监测磨削力沿晶圆径向，晶向的分布。

技术领域

本发明属于半导体晶圆材料超精密加工领域，涉及一种晶圆减薄磨削力在线测试装置及方法。

背景技术

半导体晶圆减薄加工是集成电路(IC)制造领域不可缺少的工艺。随着高密度和小型化电子器件的增加，对晶圆减薄技术提出了更高的要求。基于晶圆自旋转磨削方法的晶圆减薄是当前主流的晶圆减薄技术。磨削过程中，砂轮表面磨粒与晶圆表面相互作用实现材料的去除。这一过程不可避免地造成硅晶圆表面损伤，如相变、位错、微裂纹等。这些损伤会降低晶圆强度，影响后续加工良率和封装产品可靠性。为降低磨削损伤，一些学者研究了磨削参数(砂轮转速、晶圆转速、主轴进给速率)对亚表面损伤的影响。这些研究对理解磨削参数对损伤的影响和优化磨削工艺具有重要意义。然而，磨削力是造成损伤的本质因素，对磨削过程中磨削力进行实时监测有助于在磨削阶段控制磨质量，同时对研究磨削损伤的形成有重要意义。

目前，商用磨削机台，如日本DISCO公司DFG系列、Okamoto公司GNX系列以及中国电子科技集团有限公司生产的β系列，多采用主轴电流监控的方法间接反映磨削力。该方法操作简单，但是电流的变化不够灵敏，不能满足精密加工的需求。同时主轴电流受磨削法向力，切向力的共同影响，通过控制主轴电流监控磨削状态存在诸多问题。为获得半导体晶圆磨削过程中的磨削力，一些学者将传感器安装在空气主轴上，通过主轴的变形反应磨削力。但该力同样不是接触区域的磨削力。此外，上述间接测量方式均采用有线信号传输方式，与真实磨削状态存在较大的差别。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种晶圆减薄与磨削力测量装置及方法。该装置将薄膜压力传感器置于加工晶圆和工作台之间。薄膜压力传感器信号通过工作台穿线孔引入承载台空腔内。承载台空腔放置信号采集和无线传输模块。外部通过安装无线接收器的电脑对无线信号进行实施监测。

本发明技术方案如下：

一种晶圆减薄磨削力在线测量装置，其特征在于，它包括：半导体晶圆，键合胶，薄膜压力传感器，工作台，承载台，晶圆主轴底座，数据采集与无线传输模块，无线接收模块。半导体晶圆通过键合胶固定在工作台的工作台面的一侧。键合胶的厚度小于300μm。薄膜压力传感器的底面与键合胶的底面位于同一平面，其厚度大于键合胶的厚度3-10μm。工作台内设置穿线孔，所述穿线孔呈长方体结构，贯穿于工作台，其横截面长度大于薄膜压力传感器的宽度，其横截面宽度大于薄膜压力传感器的厚度。薄膜压力器通过导线穿过穿线孔与数据采集和无线传输模块连接。数据采集和无线传输模块位于承载台空腔内。无线接收模块通过无线传输协议实时监测磨削力电压信号，对磨削力实时监测。

作为本专利的进一步改进，其特征在于，所述加工晶圆为硅晶圆、碳化硅晶圆、砷化镓晶圆、碲锌镉晶圆、氧化锌晶圆的一种。

作为本专利的进一步改进，其特征在于，所述键合胶为临时键合胶、蓝膜、双面胶带的一种。

作为本专利的进一步改进，其特征在于，所述承载台包含空腔和螺孔，用于放置和固定数据采集和无线传输模块。

一种晶圆减薄磨削力在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据本专利提供的磨削力在线测量装置，建立晶圆减薄磨削力在线测量装置。