一種大尺寸磨削晶圓殘余應力測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大尺寸磨削晶圓殘余應力的測試方法，屬于殘余應力測試領域。其步驟包括：提供磨削晶圓；清洗測試位置粘貼電阻應變計；利用氮氣無鉛回流焊爐將引線焊于應變儀和應變計接點上，并對應變儀進行校正和清零；在應變花測量圓中心機械開孔進行應力釋放；通過應變儀記錄應變值并整理數據，計算殘余應力。本發(fā)明具有操作簡單、可測量多方向殘余應力以及對晶圓破壞小等優(yōu)點。
【專利說明】一種大尺寸磨削晶圓殘余應力測試方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及大尺寸磨削晶圓的殘余應力測試方法，特別涉及一種采用應力釋放法測試大尺寸磨削晶圓殘余應力的方法。

【背景技術】
[0002]隨著IC制造技術的飛速發(fā)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，晶圓直徑最初只有2英寸，1975年發(fā)展到4英寸(IOOmm)，1987年發(fā)展到6英寸(150mm)，1992年開始使用8英寸(200mm)的晶圓，2000年芯片制造廠開始使用12英寸(300mm)的晶圓，到2004年，世界范圍內已經陸續(xù)建立了 24條300毫米芯片生產線，預計2012年將開始在18英寸(450mm)的晶圓上制造36納米技術節(jié)點的半導體芯片。
[0003]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200毫米直徑晶圓的平均厚度725微米，而300毫米直徑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(yī)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。因此，晶圓的減薄是關鍵。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，表面損傷的一個重要指標就是殘余應力。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(zhàn)。通常情況下晶圓的損傷層深度為十幾微米，損傷層的變形以彈性變形為主，在殘余應力測量過程中可將其視為平面應力狀態(tài)。
[0004]目前殘余應力的測試方法按其結構是否破壞，包括:全破壞法、半破壞法和無損法，按其測量原理來講，可分為機械測定法和物理測定法。機械釋放測量方法主要包括截條法、逐層剝層法、切銑環(huán)槽法、盲孔法、鉆階梯孔法、套取芯棒法、內孔直接貼片法以及釋放管孔周應變測量法。物理測量方法主要包括:X射線衍射法、電磁法、超聲波法、拉曼光譜法以及固有應變法。物理測試方法雖然測試效率高，但其成本高，并且大多數物理測量方法只能得到一個方向上的殘余應力值，不能較準確表征磨削晶圓表面殘余應力大小。
[0005]為了準確表征磨削晶圓表面層的殘余應力值，本發(fā)明在克服物理方法測量殘余應力存在局限性的基礎上，根據現有的機械測量殘余應力的方法，通過在晶圓表面測試點處開通孔對磨削晶圓表面的殘余應力進行測量。本發(fā)明一種大尺寸磨削晶圓殘余應力測試方法可得到X、Y方向上的殘余應力值，并可得到測試點的主應力值，可較準確地表征磨削晶圓表面殘余應力值。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了一種磨削晶圓殘余應力的測試方法，通過應力釋放測得應變，然后利用廣義胡克定律和應變莫爾圓分別求測試點X、Y方向正應力和主應力。
[0007]—種大尺寸磨削晶圓殘余應力測試方法，其特征在于，包括下列步驟:
[0008]提供磨削后的半導體晶圓，確定12個測試點，測試點分布在〈110〉晶向的4條半徑上，每條半徑上3個測試點，相鄰測試點之間的間隔為30mm，靠近晶圓中心的測試點距晶圓中心5mm,靠近晶圓邊緣的測試點距邊緣5_ ；
[0009]用丙酮清洗測試點，在測試點0°、45。、90。三個方向上粘貼已編號(a、b、c)的應變計；
[0010]在應變花測量圓中心處通過機械方式開孔進行應力釋放，孔直徑為0.8-lmm，孔的邊緣距應變計的近端距離為1-1.5mm ；
[0011]利用應變儀記錄下應力釋放過程中產生的應變，根據公式:
[0012]

【權利要求】
1.一種大尺寸磨削晶圓殘余應力測試方法，其特征在于，包括下列步驟: 提供磨削后的半導體晶圓，確定12個測試點，測試點分布在〈110〉晶向的4條半徑上，每條半徑上3個測試點，相鄰測試點之間的間隔為30mm，靠近晶圓中心的測試點距晶圓中心5mm,靠近晶圓邊緣的測試點距邊緣5mm ； 用丙酮清洗測試點，在測試點0°、45°、90°三個方向上粘貼已編號(a、b、c)的應變計； 在應變花測量圓中心處通過機械方式開孔進行應力釋放，孔直徑為0.8-lmm，孔的邊緣距應變計的近端距離為1-1.5mm ； 利用應變儀記錄下應力釋放過程中產生的應變，根據公式:
E、V分別為〈110〉晶向處的彈性模量和泊松比，ε χ ε y為X、Y方向上的應變值，求得X、Y方向上的正應力Ox0y ;根據測得的應變值作出應變莫爾圓，然后求得最小和最大主應變ε B ε Α，再根據公式
得主應力值，σ丨，σ 2分別為最大和最小主應力。
2.如權利要求1所述的一種大尺寸磨削晶圓殘余應力測試方法，其特征在于，所述晶圓直徑大于200毫米，晶圓的厚度小于300微米。
【文檔編號】G01L1/22GK104075830SQ201410265818
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權日:2014年6月13日
【發(fā)明者】秦飛, 孫敬龍, 安彤, 王仲康, 唐亮 申請人:北京工業(yè)大學