一種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置制造方法
【專利摘要】一種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，涉及厚度測量裝置。設(shè)有座架、基板、成對推挽式電容器陣列、載樣臺、交流恒壓源、信號處理電路和控制模塊；基板固定在座架上端且位于載樣臺上方，成對推挽式電容器陣列設(shè)于基板上，載樣臺設(shè)于座架支承面上，交流恒壓源設(shè)于座架外部，交流恒壓源與基板3中的成對推挽式電容傳感器及載樣臺串聯(lián)形成閉合回路，信號處理電路與所述閉合回路并聯(lián)，信號處理電路中設(shè)有用于傳感信號放大的放大器電路、用于去除共模干擾的同步偵測器及減法運(yùn)算器，控制模塊的輸入端接信號處理電路輸出端，控制模塊用于將信號處理電路輸出的信號整合為待測硅片或載樣臺的位置數(shù)據(jù)信息，并擬合二次曲面。
【專利說明】一種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及厚度測量裝置，尤其是涉及一種用于對硅片減薄厚度進(jìn)行非接觸式測 量的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著微機(jī)電器件應(yīng)用的多樣化，器件制備和封裝中使用的硅片厚薄也多不相同。 目前行業(yè)內(nèi)可將硅片減薄至幾十微米，相當(dāng)于普通人頭發(fā)絲的直徑。通過減薄，可以將硅片 多余材料去除掉，不僅有效減少了硅片封裝體積，同時(shí)也提高了器件在散熱、機(jī)械、電氣等 方面的性能。但減薄工藝的發(fā)展，也伴隨著厚度難控制、厚度均勻性難保證等問題，這對硅 片厚度測量技術(shù)的精度提出了越來越高的要求。
[0003] 當(dāng)前各行業(yè)使用的厚度測量技術(shù)可分為接觸式和非接觸式兩大類。傳統(tǒng)的接觸式 厚度檢測，將被測對象的厚度通過一定機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換為位移，再使用常規(guī)位移傳感器進(jìn)行 測量。中國專利201210348702.X公開了一種用于磨片過程中測量晶圓厚度的測厚儀結(jié)構(gòu)， 所述測厚儀結(jié)構(gòu)包括底座、千分尺、晶圓。通過將千分尺通過垂直向測量晶圓的厚度放置， 晶圓的下端面緊貼基準(zhǔn)座的上端面，此發(fā)明避免了晶圓墜落引起的碎片情況，減少了過程 損失；且測量過程中，晶圓不會(huì)晃動(dòng)，無需用手加力按住千分尺，晶圓測量誤差減少，產(chǎn)品良 率提高，但此發(fā)明仍未解決接觸式厚度檢測普遍存在的成本高、靈敏度低、易受干擾、測量 不便、人為誤差大等缺點(diǎn)，特別是當(dāng)被測對象的厚度小于〇. 2mm時(shí)，此類裝置存在很大的使 用局限性。
[0004] 非接觸式厚度檢測主要利用電容傳感等方式實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的電容傳感式測量技術(shù)大 多采用傳感器探頭作為傳感器的一個(gè)極板，接地的靶目標(biāo)作為傳感器的另一個(gè)極板，對產(chǎn) 生的電容進(jìn)行檢測，這些數(shù)據(jù)與探頭的間隙有關(guān)。
[0005] 中國專利200580000620. 4公開了一種雙電容非接觸式厚度測量系統(tǒng)，包含具有 第一基準(zhǔn)面及第二基準(zhǔn)面的基準(zhǔn)導(dǎo)電板、滑座、基準(zhǔn)滾輪和第一、二電容位移感測器。當(dāng)待 測量物進(jìn)入測量系統(tǒng)，則第一、第二電容位移感測器可分別從待測量物的表面取得一測量 訊號，通過計(jì)算基準(zhǔn)訊號與測量計(jì)號可以獲知待測量物的厚度。但上述方法依賴于電容即 時(shí)變化的換路動(dòng)作，不適用于電路穩(wěn)態(tài)的信號測量，且存在電導(dǎo)率不穩(wěn)定、目標(biāo)接地路徑干 擾大等缺點(diǎn)。
[0006] 現(xiàn)有的另外一種電容傳感式測量技術(shù)采用將成對的傳感器探頭置于待測物體兩 偵牝通過對產(chǎn)生的電容進(jìn)行檢測得到上方探頭相對物體上表面的距離、下方探頭相對物體 下表面的距離和兩探頭之間的距離，從而得到物體厚度。
[0007] 中國專利201220303356. 9公開了一種無接觸硅片測量裝置，包括檢測平臺，還包 括設(shè)于所述檢測平臺上下兩方的厚度測試模塊、設(shè)于所述檢測平臺上下兩方的電阻率測試 模塊以及分別與所述厚度測試模塊和電阻率測試模塊電連接的終端。公開的測量裝置實(shí)現(xiàn) 了硅片厚度的測量，大大縮短了測量時(shí)間，減少了設(shè)備的使用，同時(shí)降低了硅片的損傷率， 但未考慮到硅片實(shí)際研磨減薄過程中與載樣盤之間的粘合，實(shí)用性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供可克服現(xiàn)有電容傳感式厚度測量裝置存在的電導(dǎo)率不穩(wěn) 定、目標(biāo)接地路徑干擾大、實(shí)用性較差等缺點(diǎn)的一種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置。
[0009] 本發(fā)明所述非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，設(shè)有座架、基板、成對推挽式電容器 陣列、載樣臺、交流恒壓源、信號處理電路和控制模塊；
[0010] 基板固定在座架上端且位于載樣臺上方，成對推挽式電容器陣列設(shè)于基板上，載 樣臺設(shè)于座架支承面上，交流恒壓源設(shè)于座架外部，交流恒壓源與基板3中的成對推挽式 電容傳感器及載樣臺串聯(lián)形成閉合回路，信號處理電路與所述閉合回路并聯(lián)，信號處理電 路中設(shè)有用于傳感信號放大的放大器電路、用于去除共模干擾的同步偵測器及減法運(yùn)算 器，控制模塊的輸入端接信號處理電路輸出端，控制模塊用于將信號處理電路輸出的信號 整合為待測硅片或載樣臺的位置數(shù)據(jù)信息，并擬合二次曲面。
[0011] 所述基板最好呈水平懸置狀態(tài)。
[0012] 所述成對的推挽式電容傳感器可以線性或圓周陣列方式排列。
[0013] 所述推挽式電容傳感器陣列的最外圈傳感器所處的圓徑小于載樣臺的外徑，
[0014] 本發(fā)明使用時(shí)，將待測硅片置于載樣臺絕緣的水平平面上，并通過石蠟等粘合劑 緊密結(jié)合。待測硅片和載樣臺在多次研磨和厚度測量的過程中始終緊密結(jié)合，不需要卸下。 基板懸置于待測硅片和載樣臺上方，可使基板在每次測量過程中位置不變。所述控制模塊 將信號處理電路輸出的信號整合為硅片或載樣臺的位置數(shù)據(jù)信息，可利用該位置數(shù)據(jù)信息 擬合直觀的二次曲面，這樣便于調(diào)整硅片研磨的施力位置。
[0015] 本發(fā)明所述非接觸式硅片減薄厚度測量裝置中的基板的制備方法，包括以下步 驟：
[0016] 1)剝離工藝制備刻蝕硅基片的鋁掩膜層；
[0017] 2)用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在硅基片上刻蝕出熔融玻璃沉積環(huán)槽，形成硅柱，并去 掉鋁掩膜；
[0018] 3)高真空條件下將玻璃片和硅基片刻蝕完的一面鍵合；
[0019] 4)高溫條件下完成玻璃片在沉積環(huán)槽中的熔融沉積；
[0020] 5)研磨拋光減薄玻璃層至娃柱露出，只剩沉積環(huán)槽中的玻璃；
[0021] 6)研磨拋光減薄硅基片沒刻蝕的一面，直至露出硅柱和沉積環(huán)槽中的玻璃，形成 帶傳感器探測電極的基板；
[0022] 7)硬板掩膜濺射Al電極層，使傳感器探測電極成對存在。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的有益效果如下：
[0024] 1)本發(fā)明對現(xiàn)有的硅片厚度測量裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)采用了微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)技術(shù)及工藝制備基板，降低了生產(chǎn)成本，提高了靈敏度。所述基板上的成對推挽式電 容傳感器尺寸小，排列緊密，且測量時(shí)基板和載樣臺保持靜止，不需要依賴于電容即時(shí)變化 的換路動(dòng)作。
[0025] 2)基板中成對推挽式電容傳感器由相同的電壓信號驅(qū)動(dòng)，但是信號之間有一個(gè) 180度的相移，使得電流跨越硅片或載樣臺表面，而不是通過硅片或載樣臺到達(dá)地面，這種 成對推挽式電容傳感器消除了由接地不良建立的任何誤差。提供一種對被研磨硅片厚度進(jìn) 行目標(biāo)不接地的非接觸式測量的裝置，實(shí)現(xiàn)了對被研磨硅片厚度進(jìn)行目標(biāo)不接地的非接觸 式測量）。
[0026] 3)控制模塊將信號處理電路輸出的信號整合為硅片或載樣臺的位置數(shù)據(jù)信息，并 利用位置數(shù)據(jù)信息擬合三維曲面，便于調(diào)整硅片研磨的施力位置。同時(shí)降低了因人為操作 帶來的誤差，使讀數(shù)更加直觀、精確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖2為嵌有成對推挽式電容傳感器陣列的基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖3為圖2的A部放大示意圖。
[0030] 圖4為嵌有成對推挽式電容傳感器陣列的基板的制備過程示意圖。
[0031] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的局部放大結(jié)構(gòu)和電路連接關(guān)系的示意圖。
[0032] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的信號檢測電路的原理示意圖。
[0033] 各圖中的標(biāo)記表示：11.鋁掩膜層12.硅基片13.玻璃片14.Al電極層101.沉 積環(huán)槽102.硅柱2.成對推挽式電容傳感器3.基板4.硅片5.載樣臺6.交流恒壓源 7.信號處理電路71.放大器電路72.同步偵測器73.減法運(yùn)算器8.控制模塊

【具體實(shí)施方式】
[0034] 參見圖1?3,本發(fā)明實(shí)施例所述非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，設(shè)有座架1、基 板3、成對推挽式電容器2陣列、載樣臺5、交流恒壓源6、信號處理電路7和控制模塊8。
[0035] 基板3固定在座架1上端且位于載樣臺5上方，基板3呈水平懸置狀態(tài)。成對推 挽式電容器2陣列設(shè)于基板3上，成對的推挽式電容傳感器2為線性（也可圓周）陣列方 式排列。載樣臺5設(shè)于座架1支承面上，交流恒壓源6設(shè)于座架1外部，交流恒壓源6與基 板3中的成對推挽式電容傳感器2及載樣臺5串聯(lián)形成閉合回路，信號處理電路7與所述 閉合回路并聯(lián)，信號處理電路7中設(shè)有用于傳感信號放大的放大器電路71、用于去除共模 干擾的同步偵測器72及減法運(yùn)算器73,控制模塊8的輸入端接信號處理電路7輸出端，控 制模塊8用于將信號處理電路7輸出的信號整合為待測硅片或載樣臺的位置數(shù)據(jù)信息，并 擬合二次曲面。
[0036] 所述推挽式電容傳感器2陣列的最外圈傳感器所處的圓徑小于載樣臺5的外徑。
[0037] 參照圖4的圖a?g，所述基板3的制作方法包括以下步驟：
[0038] 1)剝離工藝制備刻蝕硅基片12的鋁掩膜層11 ;
[0039] 2)用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在硅基片12上刻蝕出熔融玻璃沉積環(huán)槽101，形成硅柱 102,并去掉鋁掩膜11 ;
[0040] 3)高真空條件下將玻璃片13和硅基片12刻蝕完的一面鍵合；
[0041] 4)高溫條件下完成玻璃片13在沉積環(huán)槽101中的熔融沉積；
[0042] 5)研磨拋光減薄玻璃層13至硅柱102露出，只剩沉積環(huán)槽101中的玻璃；
[0043] 6)研磨拋光減薄娃基片12沒刻蝕的一面，直至露出娃柱102和沉積環(huán)槽101中的 玻璃，形成帶傳感器探測電極2的基板3 ;
[0044] 7)硬板掩膜濺射Al電極層14,使傳感器探測電極2成對存在。
[0045] 本實(shí)施例的工作原理如下：
[0046] 參見圖5和6,成對的推挽式電容傳感器2由同一交流恒壓源6驅(qū)動(dòng)，但這兩個(gè)電 壓信號彼此相位相差180度。在一半周期期間，電流以一個(gè)方向流動(dòng)通過以下路徑：成對傳 感器2中的一個(gè)傳感器A-傳感器A與待測硅片4間電容一待測硅片4或載樣臺5 -待測 硅片4與另一個(gè)傳感器B間電容一成對傳感器2中的另一個(gè)傳感器B。在下一半周期期間， 該電流以相反方向流動(dòng)。
[0047] 放大器電路71將傳感器2的原始輸出電壓放大并輸出處理信號，同步偵測器72 補(bǔ)償處理信號的相位偏移并輸出處理信號。
[0048] 成對的推挽式電容傳感器2經(jīng)處理之后輸出的兩個(gè)處理信號將被輸入至實(shí)施減 法運(yùn)算的電路73,因?yàn)檫@兩個(gè)處理信號彼此相位相差180度，故該減法用于從這兩個(gè)處理 信號中去除共模干擾，但保留傳感器信號，輸出處理信號。
[0049] 本發(fā)明的信號處理方法如下：
[0050] 成對的推挽式電容傳感器2在該系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)的任何空氣間隙，對于具有特 定介電常數(shù)的材料，其厚度靈敏度系數(shù)可以計(jì)算如下：
[0051] 厚度靈敏度系數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，其特征在于，設(shè)有座架、基板、成對推挽式電 容器陣列、載樣臺、交流恒壓源、信號處理電路和控制模塊； 基板固定在座架上端且位于載樣臺上方，成對推挽式電容器陣列設(shè)于基板上，載樣臺 設(shè)于座架1支承面上，交流恒壓源設(shè)于座架外部，交流恒壓源與基板中的成對推挽式電容 傳感器及載樣臺串聯(lián)形成閉合回路，信號處理電路與所述閉合回路并聯(lián)，信號處理電路中 設(shè)有用于傳感信號放大的放大器電路、用于去除共模干擾的同步偵測器及減法運(yùn)算器，控 制模塊的輸入端接信號處理電路輸出端，控制模塊用于將信號處理電路輸出的信號整合為 待測硅片或載樣臺的位置數(shù)據(jù)信息，并擬合二次曲面。
2. -種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，其特征在于，所述基板呈水平懸置狀態(tài)。
3. -種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，其特征在于，所述成對的推挽式電容傳感器 為線性或圓周陣列方式排列。
4. 一種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，其特征在于，所述成對推挽式電容傳感器陣 列的最外圈傳感器所處的圓徑小于載樣臺的外徑。
5. 如權(quán)利要求1所述一種非接觸式硅片減薄厚度測量裝置，其特征在于，所述基板的 制備方法，包括以下步驟： 1) 剝離工藝制備刻蝕硅基片的鋁掩膜層； 2) 用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在硅基片上刻蝕出熔融玻璃沉積環(huán)槽，形成硅柱，并去掉鋁 掩膜； 3) 高真空條件下將玻璃片和硅基片刻蝕完的一面鍵合； 4) 高溫條件下完成玻璃片在沉積環(huán)槽中的熔融沉積； 5) 研磨拋光減薄玻璃層至娃柱露出，只剩沉積環(huán)槽中的玻璃； 6) 研磨拋光減薄硅基片沒刻蝕的一面，直至露出硅柱和沉積環(huán)槽中的玻璃，形成帶傳 感器探測電極的基板； 7) 硬板掩膜濺射A1電極層，使傳感器探測電極成對存在。
【文檔編號】B81C1/00GK104457548SQ201510006642
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2015年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月7日
【發(fā)明者】王凌云, 趙增智, 鄭志軒, 王麗英 申請人:廈門大學(xué)