描述
半导体晶片研磨和位移测量
本申请说明解释了MTI的累积技术如何与研磨机一起使用以测量位移（晶片材料去除）并确定新的半导体晶片厚度。测量电容（位移）的变化，然后直接转换成24位数字读数以获得精确的数字厚度测量。
在研磨过程中，将已知起始厚度的薄片放在旋转研磨台上。晶圆片的背面朝下并朝向研磨面，研磨面会旋转并去除多余的材料。去除的材料的数量因设备类型而异，整个半导体制造过程被严格控制，以避免去除太多的材料而破坏晶圆。
图1:半导体晶圆研磨转盘
研磨位移
在这种应用中，半导体晶片被放置在耐热玻璃板和流体屏障之间，直接位于研磨轮的上方。在晶圆上方放置重物，对晶圆施加恒定压力，如图2所示。电容探头面对重量，重量可以在导向环内自由旋转。需要注意的是，这个重量是不接地的，但MTI的推拉探头可以监测位移，即使目标是不接地的。该流体在工作材料和磨粒之间起到润滑剂的作用。当晶圆磨损(变薄)时，由于重力，重量下降，晶圆厚度与高度的差异成正比(从晶圆的初始厚度测量)。
图2 -基本研磨设置与两个MTI电容探头之一显示
探针安装夹具固定在旋转台上，并且电容探针连接到位于上方的臂上，但没有与金属重量的顶部接触。安装第二电容探针（见图3）以监测研磨板位移。重量和研磨板之间的平均差的变化等于从晶片中取出的材料。MTI电容探针的信号被发送到连接到计算机的MTI放大器，用于研磨厚度控制。
图3：带有完整MTI累积系统的研磨设置，包括两个电容探头。
MTI的推拉电容探头用于确定金属重量的高度变化，之所以选择它，是因为研磨重量无法接地。这些非接触式探针的间隙范围为2mm，精度为0.2µm。通过比较高度的变化与预先设定的限制，可以跟踪半导体薄片厚度的明显减少。报警可以产生的停止条件和主网络计算机被用于主控制。
图4:带有推挽放大器的MTI推挽电容探头
推挽式探头具有内置在一个探头体内的两个电容传感器。每个传感器在相同的交流电压下驱动，信号之间有180度的相移。这种转换使得电流可以穿过目标表面而不是通过目标到达地面，从而消除了因目标地面不佳而造成的误差。
图5:导向环上的晶圆上的金属重量目标，并置于研磨轮上
测量的概念
本实验使用LabVIEW软件在MTI Accumeasure和上位机上进行信号处理。
在Accumeasure上对第一个探头进行信号处理
- 抗锯齿滤波器：5KHz截止频率
- 采样频率:20过度增殖
- 根据需要，在LabVIEW程序中进行了额外的平滑
图6和图7显示了权重(时间序列)顶部的信号。
图6：来自重量顶部的信号扩展
图7:来自重量顶部的信号被压缩(多次旋转)。波形的中值平均值使用LabVIEW进行计算。在这个图中，它等价于“1”。
在Accumeasure上对第二探头进行信号处理
- 抗锯齿滤波器：5KHz截止频率
- 采样频率:20过度增殖
- 根据需要在LabVIEW程序中进行额外的平滑，以删除Groove签名
图8:来自研磨板推挽探头的信号。正尖峰是由研磨板上的凹槽引起的，必须忽略，因为它们向上偏斜了平均位移。
图9:研磨盘的间隙和研磨重量
利用LabVIEW软件完成数学计算，并根据原始薄片厚度确定薄片减薄总厚度。
- 为了确定硅片材料损耗，我们测量了研磨重量的中位面位移和滤除研磨盘槽的研磨盘的中位面。在LabVIEW中进行中值面计算和槽滤波。我们可以通过计算具有一定数量样本的信号的中值来忽略凹槽。
- 我们自动归零两个表面（在LabVIEW中）之间的差异，就像研磨过程开始一样。为了确定中值表面，必须具有至少几个旋转。基本上，这是RMS位移值。
- 当半导体晶片变得较薄时，两个中间表面之间的差等于晶片被稀释的量。
- 客户（计算机）观察到材料损耗以确定新的晶片厚度。自动零点开始点和负厚度变化之间的差异等于移除的材料量。半导体晶片的原始厚度减去除去的材料等于新的平均晶片厚度。停止研磨报警设置为所需的材料量。
图10:这是计算晶圆厚度的软件处理顺序。尖峰去除是通过计算信号的中位数来完成的。(用一定数量的样本进行箱式平均。)
