一種用于拉曼光譜法測量晶圓殘余應(yīng)力的精確定位工具-定位儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種拉曼光譜法測量晶圓殘余應(yīng)力的精確定位工具‐定位儀?；壙ㄔ谵D(zhuǎn)塢的凹槽中沿著轉(zhuǎn)塢的凹槽滑動，轉(zhuǎn)塢繞著轉(zhuǎn)塢軸轉(zhuǎn)動；兩個伸縮桿輪齒與轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪進(jìn)行嚙合；轉(zhuǎn)塢殼設(shè)計(jì)為中空圓柱，上表面預(yù)留一個與轉(zhuǎn)塢軸相配合的圓孔，轉(zhuǎn)塢軸通過此孔插入到轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪中間的孔中；固定臂垂直于兩條伸縮桿，測角儀固定在轉(zhuǎn)塢殼及固定臂上。而由于拉曼儀器本身入射光斑非常小，對測量位置的精確定位很難實(shí)現(xiàn)。針對該問題，本發(fā)明可以將入射激光較為準(zhǔn)確地定位到試樣任何測量位置，從而保證了不同試樣測量結(jié)果的可對比性，極大地提高了拉曼測量的定位精度和結(jié)果的可靠性，加工簡單，成本低廉。
【專利說明】—種用于拉曼光譜法測量晶圓殘余應(yīng)力的精確定位工具-定位儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及拉曼光譜無損檢測領(lǐng)域，尤其涉及到拉曼光譜法精確定位檢測的實(shí)現(xiàn)方式。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶娃晶圓是目如使用最廣泛的IC制造基底材料。娃晶圓的面型精度和表面質(zhì)量要求也越來越高，由于原始硅晶圓存在較大的厚度偏差和較深的損傷層，且根據(jù)封裝輕薄化的發(fā)展要求，需要對晶圓進(jìn)行平整化和減薄處理。在此期間，超精密背面磨削技術(shù)得到了大量的研究。其中，具有低損傷、高精度、高效率等優(yōu)點(diǎn)的硅晶圓自旋轉(zhuǎn)磨削技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的研磨技術(shù)，成為拋光硅晶圓加工和圖形硅晶圓背面減薄的主流加工技術(shù)。然而磨削加工不可避免地會給晶圓表面帶來損傷。單晶硅是脆性材料，背面磨削工藝會在硅晶圓的表面造成機(jī)械損傷層(硅的抗剪應(yīng)力遠(yuǎn)小于抗拉應(yīng)力)，其中就包括使晶圓表現(xiàn)出殘余應(yīng)力。影響后續(xù)拋光效率和封裝良率。為了對晶圓表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行評估和控制，需要對應(yīng)力進(jìn)行測量，通過查閱文獻(xiàn)資料并最終比較發(fā)現(xiàn)，拉曼光譜法是一種測量方法簡單，對制樣要求低，非接觸，以及無損的應(yīng)力測量方式。拉曼光譜法是根據(jù)拉曼效應(yīng)而發(fā)揮作用，即入射光子使被照射分子的能級發(fā)生改變，當(dāng)分子能級返回初始狀態(tài)時與散射光子會發(fā)生能量交換。研究發(fā)現(xiàn)，散射光的頻譜移動與試樣所受到的應(yīng)力成正比，因此通過測量散射光子的能量變化來確定待測試樣的應(yīng)力。由于拉曼入射光的聚焦尺度非常小(I μ m)，因此對目標(biāo)測量位置的定位準(zhǔn)確性會極大地影響測量結(jié)果的可靠性。兩次測量位置取得不一致，進(jìn)行對比的時候引入的誤差就比較大，結(jié)果的可信度就比較低。比如要表征不同磨削工況下的晶圓殘余應(yīng)力，對于不同的磨粒大小、進(jìn)給速度、晶圓轉(zhuǎn)速等條件下的磨削晶圓，必須進(jìn)行同位置測量實(shí)驗(yàn)，比較才有意義。但目前尚未有任何器件或方法可以對測量點(diǎn)準(zhǔn)確定位，僅是以大概位置為基準(zhǔn)進(jìn)行比較測量。為了減小由于測量位置偏差而帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，需要精確定位測量位置，本發(fā)明通過減小人為持拿引入的誤差，從而提高了實(shí)驗(yàn)精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了如題所述的定位儀。將晶圓放在實(shí)驗(yàn)載臺上用定位儀卡住晶圓直徑，通過定角旋轉(zhuǎn)與定距伸縮拉伸桿，來定位測量位置，從而保證每次測量取的是同樣的位置。減小了人為觀測導(dǎo)致的每次測量點(diǎn)的位置誤差，提高了整體實(shí)驗(yàn)的可靠性。
[0004]一種用于拉曼光譜法測量晶圓殘余應(yīng)力的精確定位工具-定位儀，其特征在于:包括滑軌及轉(zhuǎn)塢部分、伸縮臂部分和角度測量部分；
[0005]滑軌及轉(zhuǎn)塢部分包括帶有刻度的滑軌和轉(zhuǎn)塢兩個構(gòu)件；其中滑軌上刻出通孔槽，通孔槽沿著滑軌長度方向；滑軌是一個細(xì)長桿，將其一端加工成針尖形狀，作為指示角度的指針使用；滑軌卡在轉(zhuǎn)塢的凹槽中，滑軌能夠沿著轉(zhuǎn)塢的凹槽滑動，[0006]轉(zhuǎn)塢位于定位儀中心，轉(zhuǎn)塢下方設(shè)有轉(zhuǎn)塢軸，轉(zhuǎn)塢能夠繞著轉(zhuǎn)塢軸轉(zhuǎn)動；所述伸縮臂部分包括兩個帶有齒輪的伸縮桿、一個和轉(zhuǎn)塢嵌套的轉(zhuǎn)塢殼、一個通過轉(zhuǎn)塢軸嵌套在轉(zhuǎn)瑪殼內(nèi)部的齒輪、以及一個固定支撐桿；在同一水平面上的兩個伸縮桿輪齒與轉(zhuǎn)瑪殼內(nèi)部的齒輪進(jìn)行嚙合；轉(zhuǎn)塢殼設(shè)計(jì)為中空圓柱，上表面預(yù)留一個與轉(zhuǎn)塢軸相配合的圓孔，轉(zhuǎn)塢軸通過此孔插入到轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪中間的孔中；固定臂垂直于兩條伸縮桿，且不能伸縮，與轉(zhuǎn)塢殼固定在一起，所述角度測量部分包括一個測角儀，測角儀固定在轉(zhuǎn)塢殼及固定臂上。
[0007]在利用拉曼光譜法測量晶圓(200mm)的殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)中，拉曼光束會打到晶圓表面，光束的聚焦范圍為lym，拉曼光譜儀的載物臺可以X-Y向水平移動，還可以沿著垂直于載臺的方向上下移動，移動的步進(jìn)最小可以達(dá)到0.1 μ m，一般情況下拉曼光譜法測量應(yīng)力采取的步進(jìn)為I?2μπι。
[0008]在單因子實(shí)驗(yàn)以及正交試驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，需要測量若干晶圓，且每個晶圓上的選取的測量位置應(yīng)該保持一致，這在目前還沒有比較精確的方式。比如要沿著晶圓半徑方向從邊沿到中心取三個位置測量應(yīng)力，那么就要保證這三個位置在每個待測晶圓上的一致性，一般方法是通過直尺測量標(biāo)記待測位置或者是直接目視取點(diǎn)，存在較大的位置誤差。
[0009]針對上面提到的難以精確定位的問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種定位儀，其主要作用原理是，此定位儀可將晶圓卡住，其中心是一個轉(zhuǎn)塢，將標(biāo)有刻度的滑軌安放到轉(zhuǎn)塢上，滑軌的一端為指針，可以從測角儀上讀出轉(zhuǎn)塢轉(zhuǎn)動的角度，這樣通過改變滑軌的長度和轉(zhuǎn)動的角度，便可比較精確定位晶圓上想要測量的任何一點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0010]圖1定位儀外觀(西南等軸測)；
[0011]圖2為滑軌與轉(zhuǎn)塢；
[0012]圖3為測角儀；
[0013]圖4為轉(zhuǎn)塢殼與其內(nèi)部齒輪；
[0014]圖5為伸縮臂與齒輪的嚙合。
[0015]圖1 中:
[0016]I一為帶標(biāo)尺的滑軌，2—為轉(zhuǎn)塢，3—為測角儀
[0017]4一為轉(zhuǎn)瑪殼，5—為伸縮臂，6—為固定臂
[0018]7—為支腳
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施步驟進(jìn)行詳細(xì)說明
[0020]圖1為本拉曼測量晶圓應(yīng)力定位儀的整體外觀圖。整個定位儀包含三大部分:滑軌及轉(zhuǎn)塢部分、伸縮臂部分和角度測量部分。其中滑軌及轉(zhuǎn)塢部分包括帶有刻度的滑軌和轉(zhuǎn)塢兩個構(gòu)件。其中滑軌上刻出通孔槽，激光可以穿過此槽照射到晶圓上。如圖所示，滑軌卡在轉(zhuǎn)塢的凹槽中，因此滑軌可以沿著轉(zhuǎn)塢的凹槽滑動，根據(jù)要測量的區(qū)域離中心的距離可以移動滑軌到相應(yīng)的位置，通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)塢可以調(diào)節(jié)角度。這相當(dāng)于通過極坐標(biāo)系來確定一點(diǎn)的位置，因此可以定位到晶圓上需要測量的任何一點(diǎn)。
[0021]伸縮臂部分包括一個嵌套在轉(zhuǎn)塢軸上的齒輪及與此齒輪嚙合的兩個伸縮桿。這樣設(shè)計(jì)是因?yàn)?，為了使轉(zhuǎn)塢剛好位于待測晶圓的中心位置，就必須要保證兩側(cè)伸縮桿的長度一樣。使用齒輪配合系統(tǒng)，可以保證兩邊轉(zhuǎn)動的長度一樣。第三條臂即固定臂垂直于前兩條伸縮桿，且不能伸縮，是與轉(zhuǎn)塢殼固定在一起的構(gòu)件，目的是配合上述兩桿，給定位移提供穩(wěn)定的支撐作用。轉(zhuǎn)塢殼是承載轉(zhuǎn)塢的構(gòu)件，其為中空結(jié)構(gòu)，上端開有小孔，孔徑與轉(zhuǎn)塢軸直徑相同，恰好可以將軸插入到轉(zhuǎn)塢殼之中，并且插入到齒輪中間的孔403里。
[0022]角度測量部分為一個1/4圓形測角儀，其最小刻度為5° ( 一般情況下，對晶圓應(yīng)力的測量選取的角度為偏離基準(zhǔn)位置45°以及45°的倍數(shù)，因此最小刻度設(shè)置為5°。測角儀刻度線寬0.3_，約等于0.3°圓心角，因此角度測量精度為0.3° )。當(dāng)晶圓被安放到定位儀下，通過上面的滑軌可以定出測量點(diǎn)離圓心的距離，通過測角儀則可以測量偏離基準(zhǔn)位置的轉(zhuǎn)角。
[0023]下面通過對各個部分的詳細(xì)說明來闡述此發(fā)明的結(jié)構(gòu)及作用。
[0024]圖2是滑軌與轉(zhuǎn)塢的組合圖。滑軌是一個細(xì)長桿，尺寸為150mmX7mmX3mm，將其從距離一端25mm處加工成如圖所示的針尖形狀,作為指示角度的指針202使用。另一端起始位置處開槽，開槽的寬度為2mm，槽長為125mm。通孔槽201要貫穿滑軌，目的是允許入射光通過。如圖槽的左側(cè)為刻度，右側(cè)為刻度標(biāo)距，最小刻度為Imm,刻度長120mm.滑軌鑲嵌在轉(zhuǎn)塢的滑軌槽203里。其尺寸與滑軌尺寸相同，采用的是間隙配合，保證在適度的拉力下，可以移動滑軌，同時在無外力作用或外力較小(如傾斜持拿，豎直持拿定位儀)時，滑軌不與轉(zhuǎn)塢發(fā)生相對位移。此外，滑軌及滑軌槽的截面設(shè)計(jì)為梯形以互相配合，由于是上面的口小，下面的口大，這保證了滑軌不會與轉(zhuǎn)塢在豎直方向上發(fā)生位錯，并且起到保護(hù)滑軌的作用，滑軌不會與轉(zhuǎn)塢脫離連接。標(biāo)記204為轉(zhuǎn)塢軸，將此軸插入轉(zhuǎn)塢殼孔401里，并嵌套在伸縮桿齒輪上，使得滑軌和轉(zhuǎn)塢可以繞此軸轉(zhuǎn)動。
[0025]圖3是測角儀，其作用為測量滑軌轉(zhuǎn)動的角度，滑軌指針初始位置指向0°。標(biāo)記301為測角儀標(biāo)尺，最小刻度為5°，刻度范圍為0°?90°。測角儀固定在與轉(zhuǎn)塢殼相連的固定桿上。由于不需要每個角度的測量，僅在一些特定角度進(jìn)行測量，因此最小刻度設(shè)置為5°。測角儀的厚度為2mm,半徑為50mm.[0026]圖4為轉(zhuǎn)塢殼和內(nèi)部齒輪。左圖為轉(zhuǎn)塢殼的剖視圖。轉(zhuǎn)塢殼與圖2中的轉(zhuǎn)塢以及內(nèi)部齒輪通過轉(zhuǎn)塢軸裝配到一起，以轉(zhuǎn)塢殼為基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)塢和齒輪都可繞著轉(zhuǎn)塢軸轉(zhuǎn)動。標(biāo)記402為轉(zhuǎn)塢殼通槽，其深度為2.5mm,寬度為17_，剛好可以容納齒輪與嚙合的伸縮桿。使用時，將此定位儀放置在晶圓上方，拉動伸縮桿，通過齒輪傳動，使得伸縮桿兩端剛好卡住晶圓。因?yàn)閮啥耸峭瑫r伸縮，通過找到最大伸長量，可以保證定位儀正好卡在直徑上，且轉(zhuǎn)塢位于晶圓中心。圖4中齒輪有29個輪齒，模數(shù)為0.2375.[0027]圖5是伸縮臂與齒輪的嚙合。定位儀的支撐桿總的來說包含三部分:左右各一個伸縮桿與齒輪嚙合來控制伸長量，還有一個單純起支撐作用的固定支撐桿，如圖中標(biāo)記503所示。標(biāo)記501是伸縮桿齒輪，其齒輪的各項(xiàng)參數(shù)與圖4中的齒輪均保持一致。標(biāo)記502是伸縮桿末端的擋塊，當(dāng)伸縮桿拉伸到極限尺寸時，為了防止滑脫，將伸縮桿的一端沿垂直于伸縮桿的方向設(shè)計(jì)一個阻擋塊。伸縮桿的尺寸為160mmX3mmX2.5mm.其厚度與齒輪的厚度一致，均為剛好可以放入轉(zhuǎn)塢殼通槽，如標(biāo)記402。擋塊(標(biāo)記502)的尺寸為4_X4_X2.5_。另一根桿(標(biāo)記6)為固定支撐桿,它是與轉(zhuǎn)瑪殼連接在一塊兒的一個整體，此桿的作用是與其他兩個伸縮桿共同構(gòu)成三點(diǎn)支持，使整個定位儀保持平衡，其尺寸為 155mmX 4mmX 3mmο
[0028]因?yàn)楣潭ㄖ螚U與伸縮桿不在同一個高度，因此三個支腳的高低也不一樣。由于固定桿比伸縮臂下端要偏上2mm,因此固定桿的支腳比較薄,為3mm,伸縮桿支腳為5mm。
【權(quán)利要求】
1.一種用于拉曼光譜法測量晶圓殘余應(yīng)力的精確定位工具-定位儀，其特征在于:包括滑軌及轉(zhuǎn)塢部分、伸縮臂部分和角度測量部分； 滑軌及轉(zhuǎn)塢部分包括帶有刻度的滑軌和轉(zhuǎn)塢兩個構(gòu)件；其中滑軌上刻出通孔槽，通孔槽沿著滑軌長度方向；滑軌是一個細(xì)長桿，將其一端加工成針尖形狀，作為指示角度的指針使用；滑軌卡在轉(zhuǎn)塢的凹槽中，滑軌能夠沿著轉(zhuǎn)塢的凹槽滑動； 轉(zhuǎn)塢位于定位儀中心，轉(zhuǎn)塢下方設(shè)有轉(zhuǎn)塢軸，轉(zhuǎn)塢能夠繞著轉(zhuǎn)塢軸轉(zhuǎn)動；所述伸縮臂部分包括兩個帶有齒輪的伸縮桿、一個和轉(zhuǎn)塢嵌套的轉(zhuǎn)塢殼、一個通過轉(zhuǎn)塢軸嵌套在轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪、以及一個固定支撐桿；在同一水平面上的兩個伸縮桿輪齒與轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪進(jìn)行嚙合；轉(zhuǎn)塢殼設(shè)計(jì)為中空圓柱，上表面預(yù)留一個與轉(zhuǎn)塢軸相配合的圓孔，轉(zhuǎn)塢軸通過此孔插入到轉(zhuǎn)塢殼內(nèi)部的齒輪中間的孔中；固定臂垂直于兩條伸縮桿，且不能伸縮，與轉(zhuǎn)塢殼固定在一起，所述角度測量部分包括一個測角儀，測角儀固定在轉(zhuǎn)塢殼及固定臂上。
2.如權(quán)利要求1所述定位儀，滑軌與滑軌槽的截面形狀均為梯形。
【文檔編號】G01L1/24GK104034662SQ201410264263
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】秦飛, 任超, 孫敬龍, 安彤, 王仲康, 唐亮 申請人:北京工業(yè)大學(xué)