專利名稱：用于在加工元件時(shí)檢測該元件的厚度尺寸的儀器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儀器，該儀器用于在磨床上加工半導(dǎo)體晶片時(shí)檢測該半導(dǎo)體晶片 的厚度尺寸，所述檢測儀器包括檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)具有紅外線光源、反射光束檢測器 以及光學(xué)探測器，所述光源和所述檢測器連接于所述光學(xué)探測器，以沿著縱向通路朝向正 在被加工的所述半導(dǎo)體晶片的第一表面發(fā)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(dǎo)體晶片所限定的至少一個(gè)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(xué)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(tǒng)。 本發(fā)明還涉及一種方法，該方法用于在磨床上加工半導(dǎo)體晶片時(shí)通過紅外線光學(xué) 探測器和該光學(xué)探測器的支撐定位件檢測該半導(dǎo)體晶片的厚度尺寸，所述檢測方法包括如 下步驟經(jīng)由所述光學(xué)探測器沿著縱向通路向正在被加工的所述半導(dǎo)體晶片的第一表面供 應(yīng)并傳送紅外線光束；通過所述縱向通路和光學(xué)探測器檢測并接收由所述第一表面和被加 工的所述半導(dǎo)體晶片所限定的至少一個(gè)不同的表面反射的光束；以及通過干涉測量系統(tǒng)處 理反射的所述光束，以獲取正在被加工的所述半導(dǎo)體晶片的厚度尺寸的信息。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體薄片或半導(dǎo)體晶片在機(jī)床(具體為磨床和拋光機(jī))上進(jìn)行加工的過程 中，用于檢測該正在加工的半導(dǎo)體薄片或半導(dǎo)體晶片的厚度尺寸的檢測系統(tǒng)存在有公知系 統(tǒng)。 所述公知系統(tǒng)具有不同的類型，例如可以包括具有機(jī)械觸點(diǎn)的測頭，其中所述機(jī) 械觸點(diǎn)用于接觸正在被加工的晶片的至少一個(gè)表面。這種系統(tǒng)擾動(dòng)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(tǒng)不能適用于下述經(jīng)常發(fā)生的情形，即需要 對一側(cè)固定于薄膜或者支撐件上的半導(dǎo)體晶片的厚度尺寸進(jìn)行精確檢測的情形。其它公知 系統(tǒng)采用不同類型的探測器，例如電容探測器、感應(yīng)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(tǒng)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(dá)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(xué)探測器的系統(tǒng)。美國專利US6437868A涉及該種具有光學(xué)探測器的系統(tǒng)的應(yīng)用， 該系統(tǒng)包括光學(xué)反射系統(tǒng)，該光學(xué)反射系統(tǒng)沿軸向方向安裝在待檢測的晶片的支撐件內(nèi)。 由于晶片的制造材料(半導(dǎo)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(gòu)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(cè)相對的一側(cè)檢測該晶 片或晶片層的厚度。 經(jīng)常地，必須在磨削加工的同一側(cè)進(jìn)行檢測，或者在磨削加工的同一側(cè)進(jìn)行檢測 比較方便，并使得光學(xué)探測器能夠執(zhí)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(xué)探測器。為了增強(qiáng)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(xué)探測器探測的晶片表面保持清潔。 在該方式下，所述光學(xué)探測器的操作會(huì)受到影響，特別是由于傳輸元件的不連續(xù)
4和/或清潔流體中的紊流現(xiàn)象所導(dǎo)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(huì)使得所述光學(xué)探測器的操作受到影響。此外，不同的介質(zhì)會(huì)部分地吸收輻射光， 從而限制了反射到所述光學(xué)探測器的光線強(qiáng)度。 因此，必須采用更高的電放大倍數(shù)，并且所述探測器會(huì)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(yán)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(huì)增加成本。而且，被加工的工件上的、尤其是在非常薄(達(dá)到5-10微米)的硅 片上的空氣噴射流的機(jī)械效應(yīng)是不可忽視的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于在磨削加工過程中檢測半導(dǎo)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(jù)本發(fā)明所要求的第一和第 十一技術(shù)方案所述的儀器和方法來實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明所述的儀器，該儀器包括光學(xué)探測器和用于該光學(xué)探測器的獨(dú)特的支 撐定位件，其中低速流動(dòng)的流體被輸送到所述光學(xué)探測器所發(fā)射和接收的光束通過的限定 區(qū)域上。在實(shí)施時(shí)，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(huì)產(chǎn)生 湍流。所述探測器以如下方式定位在所述支撐定位件內(nèi)，即使得光束(典型為紅外線光束) 行進(jìn)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(nèi)。優(yōu)選地，空氣中的通 路段和流體中的通路段優(yōu)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(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述支撐定位件包括徑向通道(例如四個(gè)徑向通 道，該四個(gè)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(jìn)行輸送并且貼附于該玻璃流動(dòng)。這種方式阻止了 空氣泡的形成，并且增強(qiáng)了流體的規(guī)則流動(dòng)和層流的保持。


現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明，本發(fā)明僅通過非限制性的實(shí)施例給出，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的厚度檢測儀器的簡化的側(cè)視剖面圖，并且局部顯示了正視圖 中的一些細(xì)節(jié)；以及 圖2是圖1所示的儀器沿圖1的截面線II-II的截面圖。
具體實(shí)施例方式圖1表示用于在加工狀態(tài)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(dǎo)體材料(例如硅)的薄片或者晶片i，該薄片或晶片可以由層r，i"，r"形成，該層 r，i"，r"具有不同的物理特征，并由不連續(xù)面2"，2"'分隔開。具有層和不連續(xù)面的半導(dǎo) 體晶片的結(jié)構(gòu)本身是公知的，并且以示意的方式在圖i中進(jìn)行了顯示。所述層的數(shù)量和尺 寸也僅是一種例示。晶片i的第一表而2在適當(dāng)?shù)臋C(jī)床上進(jìn)行磨削，與此同時(shí)能夠進(jìn)行厚 度檢測，所述機(jī)床本身是公知的，為了簡單起見，在圖i中以簡化方式用數(shù)字6所示的磨輪
5表示機(jī)床。 檢測系統(tǒng)包括公知類型的光學(xué)探測器3，該光學(xué)探測器3通過光學(xué)纖維5與控制 處理單元10連接；發(fā)射紅外光的光源ll ;以及接收反射的光束并提供相應(yīng)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(jìn)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(nèi)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(hù)套13在圖 1中以正視圖形式進(jìn)行了部分顯示，該保護(hù)套13內(nèi)容納有光學(xué)纖維5。
如上所述，光學(xué)探測器3是公知類型的探測器。關(guān)于其操作不進(jìn)行詳細(xì)描述，探測 器3發(fā)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1的第一表面
2反射，另一部分因各個(gè)層r，i"，r"的制造材料的典型特性而穿過晶片l，并由不連續(xù)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(jìn)，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IO的電路中通過干涉測量法進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以獲取關(guān)于晶片厚度尺寸的信息，即層
r，i"，r"的厚度和/或晶片i的整體厚度。這種系統(tǒng)能夠檢測厚度非常小(甚至不超過
io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(fā)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(zhǔn)的出口孔17。在主體14和封板16之 間設(shè)置有隔離玻璃20，并且該隔離玻璃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(huán)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中具有液壓管道22和內(nèi)部通道25，其中液壓管道22具 有徑向入口 23，內(nèi)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1的第一表面2。在圖示的實(shí)施例中，內(nèi)部通道25為四個(gè)，該四 個(gè)內(nèi)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(dòng)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(dá)被 加工的晶片1的表面2。徑向布置并且與玻璃20的表面相切貼靠的四個(gè)通道25的存在增 強(qiáng)了液體27的規(guī)則流動(dòng)，使得液體27基本以貼附于玻璃20的層流形式流動(dòng)，并且在液體 27從出口孔17中流出時(shí)在探測器3和晶片1的表面2之間形成液體墊30。
因而，輻射(發(fā)射和反射)光束的縱向通路4包括通過軸向開口 15內(nèi)的空氣的 通路段，在該軸向開口 15內(nèi)對光束的吸收最小；以及通過基本以層流形式流動(dòng)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(xù)性得到控制并且是恒定的(而不是隨意的，例如在湍急紊動(dòng)的水面上所形 成的不連續(xù)性)。因?yàn)檫@能夠采用算法進(jìn)行操作以識(shí)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(jié)果的可靠性。
就以上已經(jīng)顯示和描述的技術(shù)內(nèi)容而言，對其進(jìn)行相關(guān)的變型是切實(shí)可行的，例 如，就支撐定位件中的液壓管道22的實(shí)現(xiàn)形式和結(jié)構(gòu)而言，實(shí)際上，內(nèi)部通道的數(shù)量和/或 布置可以與上述內(nèi)部通道25不同，只須保證形成具有上述列出并強(qiáng)調(diào)的適當(dāng)特性的液體
6墊30即可。
權(quán)利要求
一種用于在磨床(6)上加工半導(dǎo)體晶片(1)時(shí)檢測該半導(dǎo)體晶片(1)的厚度尺寸的儀器，該儀器包括檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)具有紅外線光源(11)、檢測反射光束的檢測器(12)以及光學(xué)探測器(3)，所述光源(11)和所述檢測器(12)連接于所述光學(xué)探測器(3)，以沿縱向通路(4)向被加工的所述半導(dǎo)體晶片(1)的第一表面(2)發(fā)射紅外線光束，并基本沿所述縱向通路(4)接收由所述第一表面(2)和被加工的所述半導(dǎo)體晶片(1)所限定的至少一個(gè)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(xué)探測器(3)；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(tǒng)，其特征在于，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(xué)探測器(3)與被加工的所述半導(dǎo)體晶片(1)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)包括所述液體墊(30)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的儀器，其中，所述液壓管道(22)包括入口 (23)和內(nèi)部通道 (25)，該入口 (23)和內(nèi)部通道(25)與朝向所述半導(dǎo)體晶片(1)的第一表面(2)布置的出 口孔(17)連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器，其中，所述內(nèi)部通道(25)相對于所述縱向通路(4)徑 向布置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的儀器，其中，所述內(nèi)部通道(25)為四個(gè)內(nèi)部通道，并布置為相 對于彼此形成90。的夾角。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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(shè)置在所述封板(16)內(nèi)。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，其中，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)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的儀器，其中，所述軸向開口 (15)通過玻璃(20)與所述液壓管 道(22)密封性隔離。
8 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，其中，所述液體(27)為軟化水。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的儀器，其中，所述液體(27)還用于在所述磨床上 加工所述半導(dǎo)體晶片(1)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的儀器，其中，所述檢測器(12)用于發(fā)射與所接收的反射光束 相對應(yīng)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(zhí)行干涉測量類型的處理過程。
11. 一種方法，該方法用于在磨床(6)上加工半導(dǎo)體晶片(1)時(shí)通過紅外線光學(xué)探測 器(3)和該光學(xué)探測器的支撐定位件(7)檢測所述半導(dǎo)體晶片(1)的厚度尺寸，該方法包 括如下步驟形成紅外線光束，并經(jīng)由所述光學(xué)探測器(3)沿縱向通路(4)向被加工的所述半導(dǎo)體 晶片(1)的第一表面(2)發(fā)射所述紅外線光束；探測由所述第一表面(2)和被加工的所述半導(dǎo)體晶片(1)所限定的至少一個(gè)不同的表 面(2'，2"，2'")反射的光束，并通過所述縱向通路(4)和光學(xué)探測器(3)接收反射的所述 光束；以及通過干涉測量系統(tǒng)處理反射的所述光束，以獲取被加工的所述半導(dǎo)體晶片(1)的厚度 尺寸的信息；其特征在于，所述方法還包括以下步驟通過布置在所述支撐定位件(7)內(nèi)的液壓管道(22)輸送液體(27)，并在所述光學(xué)探測 器(3)與被加工的所述半導(dǎo)體晶片(1)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)包括所述液體(27)的液體墊(30)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，所述縱向通路(4)還包括通過空氣(15)的通 路段。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，所述液體(27)是在所述磨床上加工所述 半導(dǎo)體晶片(1)時(shí)所用的冷卻劑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體晶片(1)所限定的 至少一個(gè)不同的表面是所述半導(dǎo)體晶片的與所述第一表面(2)相對的外表面(2')。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體晶片(1)由至少兩 個(gè)層(r，i"，r")形成，所述半導(dǎo)體晶片(1)所限定的至少一個(gè)不同的表面是用于分隔所述至少兩個(gè)層(r，i"，r")的不連續(xù)面(2"，2，")。
全文摘要
一種用于在磨削加工過程中檢測半導(dǎo)體晶片(1)的厚度尺寸的儀器，該儀器包括光學(xué)探測器(3)，該光學(xué)探測器將紅外線輻射光束發(fā)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(fā)射和反射的光束沿通路(4)行進(jìn)，所述通路(4)具有顯著恒定的不連續(xù)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(dòng)的液體墊(30)。所述光學(xué)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(fā)射和反射的光束的行進(jìn)通路形成液體墊。
文檔編號B24B49/12GK101755189SQ200880025321
公開日2010年6月23日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者C·達(dá)拉利奧 申請人:馬波斯S·P·A·公司