一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法

摘要

一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法，属于残余应力测试领域。其步骤包括：提供磨削晶圆；高压水清洗晶圆；固定晶圆；确定腐蚀位置，进行腐蚀，清洗；分别利用白光干涉仪和激光拉曼光谱对腐蚀深度、残余应力进行测试；重复以上实验步骤即可获得磨削晶圆亚表面残余应力值。本发明操作简单、可较准确获得磨削晶圆亚表面残余应力，通过对测试结果分析，可提出磨削工艺优化方案。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法，特别涉及一种分布 腐蚀和拉曼光谱测试磨削晶圆亚表面残余应力的方法。

背景技术

随着IC制造技术的飞速发展,为了增大IC芯片产量,降低单元制造成本, 晶圆趋向大直径化，晶圆尺寸从最初的2英寸发展到目前广泛使用的8英寸, 甚至向着更大尺寸方向发展。随着晶圆直径增大,为了保证晶圆具有足够的强 度,晶圆的厚度也相应增加。目前8英寸晶圆的平均厚度725微米,而12英寸 晶圆平均厚度已增加到775微米,与此相反,为满足IC芯片封装的需要,提高IC 尤其是功率IC的可靠性，降低热阻，提高芯片的散热能力和成品率,要求芯片 厚度薄型化,芯片的平均厚度每两年减少一半。目前芯片厚度己减小到100-200 微米、智能卡、MEMS以及生物医学传感器等IC芯片厚度已减到100微米以 下，高密度电子结构的三维集成和立体封装芯片更是需要厚度小于50微米的 超薄的晶圆。

晶圆减薄能力是决定晶圆厚度的关键，目前主流的减薄技术为晶圆自旋 转磨削技术，然而机械加工过程不可避免造成晶圆表面的损伤，损伤将引起 残余应力。残余应力是一种内应力，残余应力的存在将会引起晶圆的翘曲以 及促使内部裂纹的延伸，导致晶圆的破裂，给晶圆的传输带来极大的挑战。 通常情况下晶圆的损伤层深度为十几微米，残余应力也在一定的深度范围内 存在。目前，对磨削晶圆表面残余应力的检测主要采用拉曼光谱进行无损检 测，而对晶圆亚表面残余应力的检测则需要对晶圆进行机械切片制作剖面试 样。然而，切片过程会引入新的切割残余应力同时会释放掉部分磨削残余应 力，影响残余应力测试的准确性。

“杨氏”溶液分步腐蚀可以不断去除腐蚀区材料达到亚表面，不会引入新的 残余应力，对残余应力测试结果影响较小。

发明内容

本发明提供了一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法，包括实验方法和 数据处理方法。实验方法主要解决了腐蚀深度的测试和磨削晶圆亚表面残余 应力的测试问题，数据处理方法主要解决了腐蚀深度的计算和残余应力计算 问题。实验原理简单，操作方便，结果可靠。

一种磨削晶圆亚表面残余应力测试方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供磨削后的单晶硅晶圆，清水冲洗晶圆表面，固定晶圆并用有机溶剂 清洗；确定测试点，测试点位于<110>晶向，沿半径分布，至少3个测试点， 第一测试点距晶圆圆心10-15mm，第二测试点距第一测试点40-60mm，第三 测试点距第二测试点40-60mm；利用“杨氏”溶液对每个测试点进行腐蚀，每 个测点共腐蚀8次，每次腐蚀时间分别为2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、 40s，每次腐蚀结束均用清水清洗腐蚀区以终止腐蚀；待腐蚀区干燥，首先利 用白光干涉仪测量腐蚀深度，然后利用拉曼光谱测量残余应力。

进一步，所述“杨氏”溶液的配比为H₂O:HF(质量百分比浓度为49％): Cr₂O₃＝500ml:500ml:75g。

进一步，其特征在于，对拉曼测试曲线进行高斯拟合。

更具体的：采用分步腐蚀法、白光干涉仪对腐蚀深度进行检测，然后利 用拉曼光谱仪对磨削晶圆亚表面残余应力进行检测。实验过程中，首先对晶 圆进行磨削，用水冲洗晶圆表面以去除残留的磨屑，将晶圆固定，用有机溶 剂(如丙酮，酒精)二次清洗晶圆。确定<110>晶向，沿半径分布的3个测试 点。利用“杨氏”溶液对每个测试点进行腐蚀，每个测点共腐蚀8次，每次腐蚀 时间分别为2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，每次腐蚀后用清水清洗腐 蚀位置以终止腐蚀过程。将晶圆固定在白光干涉仪的载台上，测试腐蚀深度； 然后利用拉曼光谱测试腐蚀区残余应力，对拉曼测试结果进行高斯拟合，最 后计算残余应力。

本发明可取的以下有益的效果：

1.本发明提出的实验方法可解决磨削晶圆亚表面残余应力测试不准确和 腐蚀深度测试困难的问题。

2.本发明提出的数据处理方法可准确获得残余应力值以及腐蚀深度。

3.本发明提出的测试方法原理简单、可靠，保证了测试结果的准确性。

附图说明：

图1为晶圆磨削示意图。

图2为晶圆定位腐蚀示意图。

图3为腐蚀深度测试示意图。

图4为残余应力分布示意图。

图5为文献中残余应力分布示意图。

图6本发明流程图

图中：

1—砂轮，2—磨削前晶圆，3—吸盘，4—卡槽，5—磨削后晶圆，6—定 位销。

具体实施方式

本发明提出的测试方法包括以下步骤：

1：磨削晶圆：调整磨削机磨削参数，选取待磨削晶圆，将晶圆传输到磨 削工位，吸盘吸附晶圆，磨削晶圆。

2：清洗晶圆：通过机械手将晶圆传输到清洗台上，冲洗晶圆表面以去除 残留的磨屑。

3：将晶圆固定在夹具上，用有机溶剂二次清洗晶圆，确定测试位置，利 用“杨氏”溶液对每个测试点进行腐蚀，每个测点共腐蚀8次，每次腐蚀时间分 别为2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，然后清洗腐蚀位置以终止腐蚀过 程。

4：将晶圆固定在白光干涉仪的载台上，测试腐蚀深度；利用拉曼光谱测 试腐蚀区残余应力，对拉曼测试结果进行高斯拟合，最后计算残余应力。

下面结合附图对发明进行详细说明：

图1为晶圆磨削示意图，调整好磨削参数(砂轮进给速率0.8μm/s，砂轮 转速5000r/min，晶圆转速200r/min)，传输机械手将晶圆2传输到磨削工位， 由吸盘3吸附；砂轮1缓慢向下移动进入到磨削位置，砂轮绕轴线顺时针旋 转，晶圆绕轴线逆时针旋转，磨削减薄晶圆。磨削到设定的厚度，停止磨削， 机械手将晶圆传输到清洗工位，进行清洗晶圆表面。

图2为晶圆定位腐蚀示意图，将晶圆由卡槽4和定位销6定位，用丙酮 清洗晶圆，确定测试位置；利用“杨氏”溶液(H₂O:HF49％:Cr₂O₃＝500ml:500 ml:75g)对每个测试点进行腐蚀，每个测点共腐蚀8次，每次腐蚀时间分别 为2s、3s、4s、5s、10s、15s、25s、40s，然后清洗腐蚀位置终止腐蚀过程， 待晶圆自然干燥。

图3为腐蚀深度测试示意图，将晶圆放在白光干涉仪的载台上，白光干 涉仪的物镜对准腐蚀区域，调整仪器直到出现干涉条纹，可获得每次腐蚀后 腐蚀区的3D图，然后将3D图导入Vision软件可计算出取样长度L (250μm-500μm)范围内腐蚀区的平均高度H_c；然后，在腐蚀区边缘处获取 未腐蚀区域的3D图并导入Vision软件计算取样长度L(250μm-500μm)范围 内未腐蚀区的平均高度H，取H-H_c差值为腐蚀深度。

图4为残余应力分布示意图，利用拉曼光谱的物镜对准腐蚀区中心区域 进行拉曼点扫描，得到拉曼曲线，对拉曼曲线进行高斯拟合得出拉曼主峰的 偏移量，偏移量乘以应力系数即为应力值。

通过重复步骤2,3,4即可获得不同深度下的应力分布。

图5为文献中残余应力分布示意图，文献中切片法测得的亚表面残余压 应力值较小，这是因为切片过程释放掉部分磨削残余应力。