测量硅晶片的波度的方法与系统 【发明背景】
本发明总体涉及晶片切割，具体地涉及通过精确测量切割晶片的波度而改进晶片切割中的质量控制。
制作半导体电子元件的大部分加工从晶片形式的单晶硅开始。通常，半导体晶片通过薄薄地切割单晶硅晶块生产。在切割之后，每个晶片经历许多加工工序以成形晶片，减薄它的厚度，去除由切割工序引起的损坏，从而产生一个高反射的表面。
已知的晶片加工包括用切割装置例如钢丝锯(wire saw)把晶块切割成各个晶片。通常，钢丝锯使用一根跨装在滚筒上地钢丝以切割晶块。钢丝锯的驱动机构以例如每分钟600-900m的平均速度使钢丝围绕滚筒沿长度方向来回运动。共同转让美国专利号No.5735258公开一个用于切割硅晶片的钢丝锯装置，该专利的全部公开内容引用在此作为参考。
遗憾的是，晶片切割加工典型地在晶片上产生不合乎需要的表面特征，例如厚度变化、翘曲、锯痕与切口损失。总厚度变化指的是晶片的最大测量厚度与最小测定厚度之间的差别。翘曲指的是对晶片的一个标准表面的最大偏差与最小偏差之间的差别。切口损失指的是在切割晶片期间产生的晶片厚度损失。Massachusetts州Westwood的ADE公司出售一种商标为UltraGage9500的鉴定晶片几何形状特征(例如测量总厚度变化和翘曲)的无接触电容型传感器。ADE公司还出售一种商标为Galaxy AFS-300TM的晶片平坦度测量系统。
晶片切割加工还在晶片表面上产生一个波度特征，尤其是在钢丝锯切割的晶片中，通常，波度指的是相对局部表面变化。虽然波度类似于局部翘曲变化，但目前可利用的测量翘曲的系统不适用于考核波度。这种由晶片切割造成的不希望有的表面特征常常可通过目前可利用的切割后加工工序而满意地减小或消除之。然而，这些工序导致材料损失和时间效率低。因此，仍然要求进一步改进晶片的加工。例如，需要测量波度以便更好地了解此表面特征并改进为减小与/或消除波度的加工方法。为了在经历进一步的晶片加工之前确定此晶片是否有不合格的波度量，也要求进行这个测量。通过降低与波度有关的问题，可简化晶片加工并降低它的成本。发明简述
本发明通过提供一种用于测量由晶块切割的晶片中的波度的经改进的方法与系统来满足上述要求并克服现有技术的不足。在本发明的若干目的与特征中可指出的有：提供使有可能考核晶片的波度的一种方法与系统；提供使有可能检测具有不可接受的的波度量的晶片的一种方法与系统；提供能简化晶片加工并降低它的成本的一种方法与系统；与提供经济上行得通与商业上实际可行的一种方法与系统。
一般说来，本发明的一个形式是一种测量晶片波度的方法。此方法包括测量晶片上许多位置处的形状数据与确定一个作为测量的形状数据的一个函数的检查表面的步骤。这些形状数据代表晶片的一个表面。此方法还包括计算在检查表面许多位置处的检查表面与一个第一参考平面之间的偏差并确定一个作为计算偏差中局部变化的一个函数的波度参数。
本发明的另一个实施例针对一种检查晶硅片的方法。此方法包括测量晶片上许多位置处的形状数据与确定一个作为测量的形状数据的一个函数的检查表面的步骤。这些形状数据代表晶片的一个表面。此方法还包括计算在检查表面上许多位置处的检查表面与一个第一参考平面之间的偏差。此方法还包括确定晶片上的许多局部区域并计算在检查表面的每个规定区域的许多位置处的检查表面与一个第二参考单面之间的偏差。第二参考平面是每个规定区域的检查表面与第一参考平面之间的计算偏差的一个函数。此方法还包括步骤：确定每个区域的作为检查表面与第二参考平面之间的计算偏差的最大变化的波度参数，计算一个晶片的波度参数的统计函数且当晶片的波度参数的统计函数超过代表合格波度的门限值时确定一个有缺陷的晶片。
简言之，一个体现本发明各方面的测量硅晶片的波度的系统。此系统包括一个贮存代表晶片的在晶片上许多位置处形状的数据的存贮器与一个用于处理贮存的数据以确定一个波度参数的处理器。此处理器确定作为贮存数据的一个函数的检查表面，计算在检查表面的许多位置处的检查表面与一个第一参考平面之间的偏差并确定作为计算偏差中局部变化的一个函数的波度参数。
另外，本发明可包括各种其它的方法与系统。
其它的目的与特征将在后面明白显示和部分指出。附图说明
图1是一个根据本发明的优选实施例的用于测量硅晶片波度的系统框图。
图2A与2B是使用钢丝锯从一个晶块连续切割的晶片的表面分布曲线例子。
图3是一个晶片的局部放大侧视图。
图4A、4B与4C是分别表示一批晶片试样的波度参数的平均值、标准偏差与平均值加3倍标准偏差的举例图。
图5是一个表示用于确定晶片波度参数的图1处理器的举例工作流程图。
全部附图中的相应部分以相同的标记号表示。优选实施例的详细说明
现在参看图1，系统10对一个晶片12进行测量以确定波度参数。如上述，晶片切割加工典型地在切割晶片12上产生局部的表面变化。这个常称为波度或起伏的不合乎需要的特征通常可通过目前可利用的切割后加工工序满意地减小或消除之。然而，这些工序导致半导体材料与加工时间两方面的损失。系统10方便地把晶片12的波度定量为一个波度参数，此参数使人们能更好地了解晶片的表面特征。
在图1中，一个测量站14积累形状数据，这些数据可用来代表晶片12的在许多位置处测量的厚度。例如，测量站14使用容性传感器或探头测量从探头至晶片12的顶表面与底表面(或前表面与后表面，根据晶片的取向而定)的距离。两探头之间的距离通常固定以便可根据两探头与晶片表面之间的各自距离计算晶片的厚度。在替代方案中，可使用各探头距离以计算相应表面大致的真实形状。最好，系统10包括一个用于贮存以网格化数据(gridded data)形式积累的数据(例如厚度测量数据)的函数的存贮器18。如下面详细说明，网格化数据代表例如一个检查表面与一个参考平面之间的偏差，这两个面都被定义为晶片厚度测量的一个函数。Massachusetts州Westwood的ADE公司出售一种适用于测量站14的商标为UltraGage9500的无接触电容型传感器。
一个处理器20执行用于完成一个区域的最佳拟合范围程序的软件以确定网格化数据中的局部变化。被检查的切割晶片12的波度参数代表这些局部化的变化并提供一个对晶片12波度的定性测量。在本例中，波度参数与波度的严重程度有关。
在一个本发明的优选实施例中，由HCT Shaping Systems SA制造的钢丝锯，使用由Rekaert公司制造的BA150供应轴，从相应的晶块切割晶片12。最好，供应轴有约为300mm的长度与约为300mm的直径。
图2A与2B是使用钢丝锯从一个晶块连续切割的晶片12的表面分布曲线例子。每个晶片12有一个顶表面22与一个底表面24。图2A或2B中都未表示晶片12的厚度(约800μm)。如这两个图中表示，从一个晶块上连续切割的晶片12通常呈现互补的波度特征。例如，一个晶片12的底表面24上的峰点28通常同下一个晶片12的顶表面22上相应的谷点30匹配。图2A与2B还示出所关心的表面变化只有约1至5μm。
图3提供一个晶片12的示意图。在一个本发明的优选实施例中，系统10通过首先测量晶片12的许多位置处的形状数据来测量它的波度。处理器20处理这些数据以确定一个检查表面34。例如，如图3中表示，确定一个在顶表面22与底表面24之间的中间表面作为检查表面34。在替代方案中，确定顶表面22或底表面24作为检查表面34。然后处理器20确定第一参考平面36。在图示实施例中，参考平面36是检查表面34的最小平方最佳拟合。换句话说，参考平面36给出它与中间检查表面34的每个测量点之间的距离平方的最小总和。在替代方案中，处理器20使用一个本领域内公知的三点法确定第一参考平面36。根据此三点法，参考平面36包括在晶片12的或者顶表面22上或者底表面24上的彼此间隔120°的三点。然后处理器20计算参考平面36与检查表面34之间的偏差以积累关于被检查的切割晶片12的网格化翘曲数据。通常，网格化数据提供关于翘曲的信息，这个信息是关于晶片12作为一个整体的总体特征。应了解测量站14也可包括一个用于执行这些工序的处理器。根据本发明，处理器20确定作为计算出的偏差中的局部变化的一个函数的晶片12的波度参数。
在确定波度参数时，处理器20首先在晶片12上确定许多局部区域，并对于每个区域检查网格化数据。作为一个例子，系统10对于一个300mm晶片检查77个30×30mm2的区域。对于每个区域，处理器20对特定区域中的各点确定一个作为检查表面34与第一参考平面36之间偏差的一个函数的第二参考平面38。因此，对于每个区域第二参考平面38很可能将是不同的。在一个优选实施例中，用于每个区域的网格化数据的最小平方最佳拟合确定该区域的第二参考平面38。
根据本发明，处理器20对于每个区域在检查表面34上计算许多位置处的检查表面34与第二参考平面38之间的偏差。然后处理器20对每个区域确定作为检查表面34与第二参考平面38之间的计算出的偏差的最大变化的波度参数。系统10根据晶片12上各区域的波度参数方便地提供一个晶片是否合格的指示。处理器20为作出此决定检查一个波度参数的统计。
图4A、4B与4C是表示一批晶片试样的波度参数的统计函数的举例图。详细地说，图4A表示约270个晶片的各全部区域的平均波度参数而图4B表示这些试样的波度参数的标准偏差。图4C表示提供晶片12的波度总指示的波度性能参数。在本例中，系统10规定波度性能参数为试样的平均加3标准偏差(mean plus three standard deviations)。在经受附加的加工操作之前确定晶片12是否有缺陷以消除不合乎需要的波度时，处理器20建立一个这些统计值的上控制限值。一个本发明的优选实施例舍弃波度性能(平均加3标准偏差)大于约4.5的晶片。
现在参看图5，一个举例流程图40表示确定被检查的切割晶片12波度参数的处理器20的一个优选工作程序。开始在步骤42时，处理器20根据来自使用者输入的区域尺寸与偏移确定晶片12上的许多局部化区域。作为一个例子，使用者对一个300mm晶片选择区域为30×30mm2并有一个以晶片12的中心为中心的区域(即沿X与Y方向的偏移均为15mm)。在步骤44时，处理器20从存贮器18提取晶片12的网格化数据，然后在步骤46时检查每个区域的数据。进行至步骤50，处理器20为每个区域确定第二参考平面38作为对应于此特定区域的网格化数据的最小平方最佳拟合平面。
在步骤52时，处理器20计算每个区域的检查表面34与第二参考平面38之间的偏差。处理器20确定每个区域的波度参数作为检查表面34与第二参考平面38之间偏差的范围或最大变化。处理器20通过检查波度参数的统计根据晶片12上全部区域的波度参数提供一个晶片12是否可接受的指示。在步骤54时，处理器20从全部区域计算平均波度参数与标准偏差。依次，在步骤56时，处理器20从全部区域计算一个统计函数，例如平均加3标准偏差，以确定被检查的切割晶片12的波度性能。
如上述，处理器20执行用于完成一个区域的最佳拟合范围程序的软件以确定网格化数据中的局部变化。在一个本发明的优选实施例中，区域最佳拟合范围程序包括步骤44、46、50与52，且与用于测量区域平直度的区域前基准最小平方范围(Site Front Reference Least SquaresRange，SFQR)算法相似。
通过目前可利用的切割后加工工序通常可满意地减小或消除由晶片切割引起的不合乎需要的表面特征。然而，这些工序导致材料损失与时间效率低。以波度参数或波度性能考核波度提供一个对此特征更好的了解，从而使能改进工序以减小与/或消除切割而非切割后期间所产生的波度。例如，适当控制温度、浆液、进给速度、切割力、钢丝质量与/或钢丝导向器(主滚)寿命可导致减小切割期间产生的波度。
鉴于上述情况，应看到达到了本发明的若干目的并得到了其它的方便结果。
由于可在上述结构与方法中作各种改变而不违背本发明的范围，因此意味着应把上面说明中包括的与各附图中表示的所有内容解释为是说明性的而非限制性的。