減薄硅片變形的測量方法與技術(shù).pdf

1、在集成電路芯片制造中，為增加產(chǎn)能和降低成本，大尺寸硅片應(yīng)用越來越廣;同時(shí)為了提高芯片性能與封裝密度，發(fā)展三維封裝技術(shù)要求對大尺寸硅片進(jìn)行減薄加工。減薄過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力導(dǎo)致硅片產(chǎn)生翹曲變形，將會增加硅片在傳輸和后續(xù)加工中的碎片率。硅片的翹曲變形是評價(jià)硅片加工質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，也是分析硅片加工殘余應(yīng)力、優(yōu)化減薄工藝的重要依據(jù)。但是，由于減薄硅片剛度較低，變形測量中極易受到外力的影響，特別是重力的影響，目前消除重力影響的硅片面形測量方法

2、存在局限性;此外，由于磨削減薄硅片呈現(xiàn)大變形特征，現(xiàn)有根據(jù)變形計(jì)算殘余應(yīng)力的方法存在較大誤差。因此，本文研究了消除重力影響的減薄硅片的翹曲變形測量方法，開發(fā)了硅片變形測量裝置，進(jìn)而分析了磨削減薄硅片殘余應(yīng)力與變形的關(guān)系，主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:
　　(1)提出了減薄硅片翹曲變形的測量方法。測量過程中硅片由三點(diǎn)支撐并保持靜止，利用二維工作臺，采用非接觸位移傳感器對硅片表面輪廓進(jìn)行掃描測量，通過計(jì)算分離重力附加變形的方法以及通過將硅片

3、浸入重液消除重力影響的方法獲得硅片的實(shí)際變形。
　　(2)研究了分離重力附加變形的計(jì)算方法。分析了三點(diǎn)支撐方式下支撐點(diǎn)位置對硅片重力附加變形的影響，提出了確定硅片與支撐點(diǎn)位置的方法;建立了硅片重力附加變形的有限元模型，并通過硅片反轉(zhuǎn)法對模型進(jìn)行了驗(yàn)證;建立了利用有限元模型計(jì)算重力附加變形，并從測量的硅片表面輪廓中分離重力附加變形得到硅片的實(shí)際變形的方法。
　　(3)研究了消除重力影響的液浸法。將三點(diǎn)支撐的硅片浸沒于密度稍小于

4、硅的重液中，利用液體浮力消除絕大部分重力對硅片變形的影響，結(jié)合計(jì)算法分離殘余重力附加變形得到硅片實(shí)際變形。通過對比不同溶液的密度與安全性，確定了適用于液浸法的兩種溶液。通過分析激光在不同介質(zhì)傳播時(shí)的折射以及液面波動對測量結(jié)果的影響，研究了測量數(shù)據(jù)的修正方法，提出了消除液面波動影響的措施，通過在空氣和重液中對標(biāo)準(zhǔn)樣件的對比測量，確定了測量數(shù)據(jù)的修正系數(shù)。
　　(4)開發(fā)了減薄硅片變形測量裝置與控制系統(tǒng)。采用激光三角位移傳感器與花崗巖

5、氣浮導(dǎo)軌二維運(yùn)動平臺搭建了測量裝置;采用“PC機(jī)+控制卡”的方式開發(fā)了開放式的控制系統(tǒng)，采用Matlab與VC++聯(lián)合編程的方法編寫了運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)處理及圖像顯示軟件。對測量裝置的幾何精度和測量傳感器精度的綜合分析結(jié)果表明，所研制的測量裝置測量硅片變形的不確定度為±1.7μm，并與商用激光干涉儀測量標(biāo)準(zhǔn)樣件面形的結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證。
　　(5)分析了磨削減薄硅片殘余應(yīng)力與變形之間的關(guān)系。利用有限元方法，考慮各向異性建立了硅片殘余應(yīng)