用于监视半导体晶片的薄化的原位测量晶片厚度的监视设备和方法、以及包括湿蚀刻设备和监视设备的薄化设备技术

根据本发明专利技术，发明专利技术了一种监视装置（12）来监视在湿蚀刻单元（5）中薄化至少一个半导体晶片（4），其中，监视装置（12）包括光源（14），光源（14）被设计为发射一定光波段的相干光，半导体晶片（4）对所述一定光波段的相干光是光学透明的。监视装置（12）还包括测量头（13），测量头（13）相对于将被蚀刻的半导体晶片（4）的表面被非接触式地布置，其中，测量头（13）被设计为以所述一定光波段的相干光照射半导体晶片（4），并被设计为接收被半导体晶片（4）反射的光束（16）。此外，监视装置（12）包括光谱仪（17）和分束器，所述一定光波段的相干光经分束器被引导至测量头（13），反射的光束被引导至光谱仪（17）。监视装置（12）还包括估算单元（18），其中，估算单元（18）被设计为在薄化半导体晶片（4）期间，通过从由1D-se?FDOCT方法、1D-te?FDOCT方法和1D-se?TD-OCT方法组成的组中选择的方法，从被半导体晶片（4）反射的光束（16）确定半导体晶片（4）的厚度d(t)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在半导体晶片的薄化期间对晶片厚度进行原位测量的监视设备和方法。薄化设备还具有用于薄化至少ー个半导体晶片的设备，该设备包括控制单元，所述控制単元用于控制蚀刻或清洗液体的量的施加和控制放置有半导体晶片的旋转的保持装置的速度。另外，薄化设备具有用于测量旋转的半导体晶片的厚度的測量设备，该测量设备包括非接触式測量头和发射靠近红外范围的相干光的光源。
技术介绍
可以从US 6，897，964 B2获知厚度测量设备和相应的厚度测量方法、以及使用这样的测量设备和測量方法的湿蚀刻设备和湿蚀刻エ艺。在图2中示出了具有測量设备12和蚀刻设备的如在该现有技术中公开的已知的測量设备。已知的蚀刻设备具有用于薄化至少ー个半导体晶片4的设备5’。该设备5’设置有用于将被薄化的半导体晶片4的旋转的 保持设备6，其中，将被薄化的半导体晶片4定位为被旋转板21上的基板32支撑。旋转板21由电机19驱动而具有旋转速度n，其中，电机19受控制单元11控制。分配器7将蚀刻液体8和/或清洗液体9供给到喷嘴50，其中，喷嘴50润湿具有蚀刻膜22的将被薄化的半导体晶片4的将被蚀刻的表面10。在薄化半导体4的过程中，基于光束的在将被薄化的半导体晶片4的表面10上反射的分量与穿过半导体晶片被半导体晶片4的相对表面48反射的分量之间的时间差异，测量设备12’使用测量头13按一定的时间间隔测量将被薄化的半导体晶片4的厚度。为此，在近红外范围内的顺序相干光从光源14通过光波导26和24被引导到测量头13并被引导到半导体晶片4上，定位在两个光波导24和26之间的光学耦合器27将来自光源14的光供给到测量头13，并经光学參考光波导47将来自光源14的光供给到參考光产生器44。在这种类型的根据现有技术的设备中，这样的參考光产生器44对以一定间隔周期性地确定半导体4的两个表面10和48的反射之间的持续时间的差异起到决定性影响。为此，參考光产生器44具有镜式检流计37，其中，镜式检流计37与枢转的平行板玻璃基板38配合操作，并使用反射镜39来形成光学參考路径46，其中，光学參考路径46经由光学參考光波导47和光学耦合器27将经光波导25的光学參考信号供给到光电检测器45，同吋，镜式检流计37经光学參考路径检测器40将半导体晶片4的表面10和表面48之间的两个反射的光束分量之间的持续时间的差异提供给估算単元18。估算单元18还接收来自光电检测器45的測量信号，并在第一信号处理电路41中结合原始厚度计算装置42来周期性地检测原始厚度，并基于原始厚度计算的广的分布在估算单元18的进ー步的计算块43中从原始数据中进行统计厚度计算(43)。结果，用于在薄化半导体晶片4期间测量晶片厚度的已知的设备2的缺点在于厚度測量基于镜式检流计37，其中，镜式检流计37因玻璃基板38的枢转运动而不允许进行晶片厚度3的连续检測。仅能以一定的间隔顺序地计算原始厚度。此外，采用这样的已知的设备2，计算的原始厚度的分布在最后一次的原始厚度测量之后需要执行统计厚度计算以确定最概然厚度减小曲线。由于需要被链接到光学耦合器27并连接到估算单元18的参考臂以将光电传感器45的测量值分配到半导体晶片4的两个表面10和48，所得的设备因镜式检流计37而对振动是敏感的，并因周期性地确定的原始厚度值的分布而是相对不可靠的。此外，利用这样的方法，不可能在薄化半导体晶片4期间连续地检测晶片厚度3的减小，这是因为在旋转的保持装置6上的半导体晶片4的一次旋转期间仅能确定有限数量的原始厚度值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于专利技术创造一种用于在半导体晶片的薄期间测量晶片厚度的新的监视设备和新的方法以监视至少一个半导体晶片的薄化，并且创造一种具有监视设备的薄化设备，它们克服了已知的设备和已知的方法的缺点，并改善了在半导体晶片薄化期间的厚度测量的可靠性和稳定性。 通过独立权利要求的主题来实现这样的目的。在从属权利要求中具体地说明了本专利技术的有利的发展。本专利技术公开了一种用于监视在湿蚀刻设备中薄化至少一个半导体晶片的监视设备，所述监视设备包括光源，光源被构造为发射一定光波段的相干光，半导体晶片对于所述一定光波段的相干光是光学透明的。另外，所述监视设备具有测量头，测量头相对于将被薄化的半导体晶片的表面被非接触式地定位，所述测量头被构造为以所述一定光波段的相干光照射半导体晶片，并接收被半导体晶片反射的光束。此外，所述监视设备包括光谱仪和分束器，通过分束器将所述一定光波段的相干光引导至测量头，并将反射的光束引导至光谱仪。此外，所述监视设备具有估算单元，所述估算单元被构造为在薄化半导体晶片期间，通过从由lD-se FDOCT (一维空间编码傅里叶域光学相干断层扫描)方法、lD_te FDOCT (一维时间编码傅里叶域光学相干断层扫描)方法和lD-se TDOCT (一维空间编码时域光学相干断层扫描)方法组成的组中选择的方法，从被半导体晶片反射的光束确定半导体晶片的厚度 d (t)。这样的监视设备具有的优点为晶片厚度的检测不依赖于可移动或可枢转的参考光设备。作为替代，所述监视设备在ID-Se FDOCT方法和lD-te FDOCT方法的情况下具有静态光谱仪，并在lD-se TDOCT方法的情况下具有静态傅里叶光谱仪，利用这样的光谱仪可以通过数值傅里叶变换计算光谱。这些静态的宏观力学组件允许在估算单元中进行估算，其中，估算的晶片厚度的每转的数量仅依赖于连接到光谱仪的估算单元的能力和计算速度。另外，所述监视设备具有不需要参考臂的优点。仅lD-te FDOCT方法需要可调节时间的激光器，可调节时间的激光器与可调节时间的振荡微观力学装置一起操作，以调节作为光源的激光器。然而，微观力学装置以400kHz振荡，因此，其测量速率超过利用已知的检流计进行观测的两倍。在傅里叶变换中，被半导体晶片的两个表面反射的光波长被成扇形展开、变换、并由使用FDOCT方法通过傅里叶分析或傅里叶变换来进行连续的估算。与测量头是否从下方通过例如中心开口来检测晶片厚度或是否从上方监视半导体晶片的晶片厚度无关。在与lD-se FDOCT方法或lD_te FDOCT方法相关的优选的实施例中，光谱仪具有衍射光栅，所述衍射光栅被构造为使反射的光束的光谱分布成扇形。在本专利技术的另ー个实施例中，通过光学透明(具体地讲，红外透明)的保护屏来保护测量头不受蚀刻溶液的影响，其中，保护屏优选地包含蓝宝石。蓝宝石是不能被硅适合溶液腐蚀的单晶氧化铝。当测量头被用于其他半导体材料的其他蚀刻溶液吋，需要设置适当地调节保护屏或保护膜。在另ー个实施例中，估算单元还被构造为确定由蚀刻液体构成的蚀刻膜的厚度(df(t))和均匀度。在另ー个实施例中，分束器是光学耦合器。另外，所述监视设备可以包括至少ー个第一光波导，至少ー个第一光波导将测量头连接到光学耦合器；至少ー个第二光波导，至少ー个第二光波导将光学耦合器连接到光源；至少ー个第三光波导，至少ー个第三光波导将光学耦合器连接到光谱仪。本专利技术还涉及ー种薄化设备，所述薄化设备包括湿蚀刻设备和根据前述实施例中的一个实施例的监视设备。 所述薄化设备具有已经參照所述监视设备进行了详细描述的优点。为了避免重复，这里将避免再次进行重申。湿蚀刻设备优选地具有用于将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.14 DE 102010000079.5;2010.03.12 DE 10201001.ー种用于监视在湿蚀刻设备(5)中薄化至少ー个半导体晶片(4)的监视设备，所述监视设备(12)包括 光源(14),光源(14)被构造为发射一定光波段的相干光,半导体晶片(4)对所述一定光波段的相干光是光学透明的； 测量头(13)，测量头(13)相对于将被蚀刻的半导体晶片(4)的表面被非接触式地定位，测量头(13)被构造为以所述一定光波段的相干光照射半导体晶片(4)，并被构造为接收被半导体晶片(4)反射的光束(16)； 光谱仪(17)； 分束器，所述一定光波段的相干光经分束器被引导至测量头(13)，反射的光束被引导至光谱仪(17); 估算单元(18)，所述估算単元(18)被构造为在薄化半导体晶片(4)期间，通过从由lD-se FDOCT方法、lD-te FDOCT方法和lD_se TD-OCT方法组成的组中选择的方法，从被半导体晶片(4)反射的光束(16)确定半导体晶片(4)的厚度d(t)。2.如权利要求I所述的监视设备，其特征在于，光谱仪(17)包括衍射光栅，所述衍射光栅被构造为成扇形展开反射的光束(16)的光谱分布。3.如权利要求I或权利要求2所述的监视设备，其特征在干，测量头(13)包括光学透明保护屏(23)。4.如权利要求3所述的监视设备，其特征在于，光学透明保护屏(23)包含蓝宝石。5.如前述权利要求中的任意一项权利要求所述的监视设备，其特征在干，估算单元还被构造为确定由蚀刻液体(8)构成的蚀刻膜(22)的厚度(df(t))和均匀度。6.如前述权利要求中的任意一项权利要求所述的监视设备，其特征在干，分束器是光学率禹合器(27)。7.如权利要求6所述的监视设备，其特征在干，至少ー个第一光波导(24)将测量头(13)连接到光学耦合器(27)，至少ー个第二光波导(26)将光学耦合器(27)连接到光源(14)，至少ー个第三光波导(25)将光学耦合器(27)连接到光谱仪(17)。8.ー种包括湿蚀刻设备(5)和根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的监视设备(12)的薄化设备。9.如权利要求8所述的薄化设备，其特征在于，湿蚀刻设备(5)包括用于将被薄化的半导体晶片(4)的至少ー个旋转的保持装置(6)。10.如权利要求9所述的薄化设备，其特征在于，保持装置(6)是被速度受控的电机(19)驱动的旋转台(21)。11.如权利要求8至权利要求10中的任意一项权利要求所述的薄化设备，其特征在干，薄化设备(I)包括用于用来薄化半导体晶片(4)的蚀刻液体的分配器(7)。12.如权利要求11所述的薄化设备，其特征在于，分配器(7)包括滴流式喷嘴。13.如权利要求11所述的薄化设备，其特征在于，分配器(7)包括喷洒式喷嘴。14.如权利要求11至权利要求14中的任意一项权利要求所述的薄化设备，其特征在于，分配器(7)的喷嘴(50)被定位成喷嘴(50)在将被薄化的半导体晶片(4)上方被中心式固定或能够枢转。15.如权利要求8至权利要求13中的任意一项权利要求所述的薄化设备，其特征在干，薄化设备包括湿蚀刻设备(5 )的控制单元(11)和结合单元(20 )，所述结合単元(20 )连接到估算单元(18)和控制单元(11 )，并被构造为在薄化的半导体晶片(4)达到预定的最終厚度(dz)时停止蚀刻エ艺。16.如权利要求15所述的薄化设备，其特征在干，结合单元(20)通过信号线(28、29、54、55)连接到估算单元(18)和控制单元(11)。17.如权利要求15或权利要求16所述的薄化设备，其特征在干，结合单元(20)集成在监视设备(12)中。18.如权利要求15或权利要求16所述的薄化设备，其特征在干，结合单元(20)集成在控制单元(11)中。19.如权利要求15至权利要求18中的任意一项权利要求所述的薄化设备，其特征在干，控制单元(11)包括调整器，调整器被构造为根据由蚀刻液体(8)构成的蚀刻膜(22)的厚度(df(t))来调整通过分配器(7)分配的蚀刻液体(8)的量，和/或被构造为根据半导体晶片(4)的厚度的减小(Ad(t))来调整通过分配器(7)分配的蚀刻液体(8)的量。20.如权利要求8至权利要求19中的任意一项权利要求所述的薄化设备，其特征在干，用于将被薄化的硅晶片的蚀刻液体(8 )包含含有氟酸和氧化剂的蚀刻溶液以...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·杜斯蒙德，马丁·斯科恩勒伯，伯特霍尔德·米歇尔特，克里斯多夫·迪茨，
申请(专利权)人：普雷茨特激光技术有限公司，杜斯蒙德私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：