非接触式半导体晶片测厚装置的制作方法

本发明涉及半导体晶片测量技术领域，尤其涉及一种非接触式半导体晶片测厚装置。

背景技术：

在半导体材料的加工过程中，很多加工流程需要对晶片的厚度以及厚度的均匀性进行测量，有时需要单独测量晶片厚度，有时需要测量粘附在陶瓷盘上的多片晶片厚度，为了保障测量灵活性，当前加工企业对于晶片厚度的检测大多是采用千分尺逐一手工检测，不仅检测速度低，检测的精度也会因为操作者与操作环境的不同而产生差异，影响产品的一致性。同时，千分尺卡夹晶片操作不当会导致晶片受损，影响产品质量。

因此，开发一种对半导体晶片的厚度进行有效测量的装置是十分重要的。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种非接触式半导体晶片测厚装置，以实现有效测量半导体晶片的厚度。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种非接触式半导体晶片测厚装置，包括：试件托盘、托盘平移丝杠、底座、试件旋转电机和激光位移传感器；

所述底座固定在测量台面上，所述托盘平移丝杠布置在底座上，被测晶片或陶瓷盘放置在所述试件托盘上，所述试件托盘与所述托盘平移丝杠、所述试件旋转电机连接，所述托盘平移丝杠带动所述试件托盘平行移动，所述试件旋转电机带动所述试件托盘旋转；

所述激光位移传感器设置在所述试件托盘的上方，所述激光位移传感器测量被测晶片或陶瓷盘上的晶片至测量基准面之间的距离。

进一步地，所述装置还包括：定位ccd；

所述定位ccd设置在所述试件托盘的上方，采集所述被测晶片或陶瓷盘的图像信息，根据所述图像信息确定所述被测晶片或陶瓷盘的位置信息。

进一步地，在所述试件托盘的上方和下发分别设置一个点激光位移传感器，上下两个点激光位移传感器的测量点连线垂直于所述试件托盘平面。

进一步地，上下两个点激光位移传感器之间通过传感器调距丝杆连接，通过所述传感器调距丝杆调节所述上下两个点激光位移传感器之间的距离。

进一步地，所述试件托盘为圆柱形，所述试件托盘的上表面设置放置陶瓷盘的凹槽和放置晶片的圆孔。

进一步地，多个所述圆孔环绕所述试件托盘的上表面的圆心等间距设置。

进一步地，上下两个点激光位移传感器分别设置在放置晶片的圆孔的两侧，利用所述上下两个激光位移传感器的测量差获取所述晶片的厚度。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的非接触式全自动晶片厚度测量装置可以自动精确测量单片晶片以及粘附在陶瓷盘上多片晶片的厚度，解决当前半导体晶片测量效率低且易损伤晶片表面的问题。本发明实施例能够实现对半导体晶片厚度的非接触式测量，整个测量过程能够实现全自动化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种非接触式全自动半导体晶片厚度测量装置的结构图。

图2是本发明实施例中针对单片晶片厚度测量原理示意图。

图3是本发明实施例中针对陶瓷盘上粘附晶片厚度的测量原理示意图。

图4是本发明实施例中一种放置晶片的试件托盘的结构示意图。

图5是本发明实施例中一种放置陶瓷盘和晶片的试件托盘的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供了一种非接触式晶片厚度测量装置，能够同时兼顾测量半导体晶片加工过程中单片晶片的厚度，以及测量抛光后陶瓷盘附着多片晶片的厚度，解决当前半导体晶片测量效率低且易损伤晶片表面的问题。

上述装置的结构示意图如图1所示，包括：1试件托盘、2托盘平移丝杠、3底座、4试件旋转电机、5上激光位移传感器、6定位ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合器件)、7传感器调距丝杠、8下激光位移传感器。底座固定在测量台面上，托盘平移丝杠布置在底座上，被测晶片或陶瓷盘放置在所述试件托盘1上，所述试件托盘1与所述托盘平移丝杠2、所述试件旋转电机4连接，所述托盘平移丝杠2带动所述试件托盘1平行移动，所述试件旋转电机4带动所述试件托盘1旋转。激光位移传感器8设置在所述试件托盘的上方和下方，激光位移传感器测量被测晶片或陶瓷盘上的晶片至测量基准面之间的距离。定位ccd6设置在所述试件托盘1的上方，采集所述被测晶片或陶瓷盘的图像信息，根据所述图像信息确定所述被测晶片或陶瓷盘的位置信息。

测量过程中被测晶片或陶瓷盘放置在试件托盘上，试件旋转电机带动试件托盘转动，与托盘平移丝杠配合运动保障激光位移传感器能够测量试件托盘上任意位置，利用定位ccd6采集晶片图像进行运动定位。

试件托盘为圆柱形，试件托盘的上表面设置放置陶瓷盘的凹槽和放置晶片的圆孔，上述圆孔的大小根据不同尺寸的晶片而定，上述凹槽的大小根据不同尺寸的陶瓷盘而定。利用上下激光位移传感器测量差获取单晶片厚度，利用晶片与陶瓷盘表面位置差获取陶瓷盘上晶片厚度。传感器调距丝杠用于保障传感器测量范围始终有效。

图2是本发明实施例中针对单片晶片厚度测量原理示意图，测量单晶片厚度采用的双激光位移传感器测量方式，两个激光位移传感器之间的距离确定为l，上激光位移传感器获取晶片上表面至测量基准面之间的距离la，下激光位移传感器获取晶片下表面至测量基准面之间的距离lb，传感器激光头位置距离基准面位置为ln，计算得到晶片测量点厚度s＝l-ln*2+la+lb)。

图3是本发明实施例中针对陶瓷盘上粘附晶片厚度的测量原理示意图，测量陶瓷盘上晶片厚度时以陶瓷盘为基准面采用单激光位移传感器测量方式。分别测量陶瓷盘面到上激光位移传感器基准面的距离lt与晶片上测量点到上激光位移传感器基准面的距离la，从而计算得到晶片测量点厚度s＝lt-la。

本发明中，利用托盘旋转与平移两个自由度构成极坐标系，实现对试件托盘的运动控制，利用ccd获取托盘上晶片在采集图像中位置，作为反馈量控制机构运动来保障测量精度。

本发明中，为了兼容单晶片与陶瓷盘粘附晶片两种形式的测量，设计试件托盘既能承载不同尺寸晶片，又能承载晶片陶瓷盘，同时由于采用不同测量原理，为了保障传感器始终在有效测量范围内，设置两激光位移传感器距离可调。

以砷化镓材料加工过程中所需4寸晶片厚度测量为例，晶棒切割后需要测量所需4寸晶片厚度，将所需测量晶片平放在图4所示的一种试件托盘中的4寸晶片槽内，标定测量该晶片距离晶片中心位置的距离为x1、x2、x3，且距离中心位置连线相隔a1、a2、a3角度三点的厚度(测量点依据实际需求可采用不同坐标系)。具体测量过程包括：启动测量装置，图1中试件旋转电机带动图1中试件托盘转动，进入图1中ccd传感器视野，控制系统依据取回传感器图像，标定试件托盘中晶片中心与图像中心以及传感器测量点中心距离，控制旋转电机转动配合丝杠平动，使测量点(x1,a1)与传感器测量点中心重合，读取此时图1中上激光位移传感器和下激光位移传感器数据，依据图2单晶片测量原理计算出晶片该点厚度后，控制装置动作至下一测量点。三个测量点厚度测量均完成后输出测量结果，并依据测量预设厚度计算方式输出最终晶片厚度。

图5是本发明实施例中一种放置陶瓷盘和晶片的试件托盘的结构示意图。晶片粘附在陶瓷盘上进行抛光，图5中1为陶瓷盘，图5中2为晶片，抛光前后需要对比晶片厚度。抛光前将粘附有多片晶片的陶瓷盘放置在试件托盘中，设定起始测量晶片位置、测量晶片数目以及晶片相隔大致角度。启动测量装置，试件旋转电机带动陶瓷盘转动，控制系统定时读取上激光位移传感器数据，同时利用ccd传感器判定对应晶片测量位置并记录，旋转一圈后，依据图3中陶瓷盘粘附晶片厚度测量原理，以晶片之间陶瓷盘空隙测量距离为基准计算每片晶片厚度并输出。当需要对指定晶片厚度进行重测量时，设定指定测量晶片位置、测量点位置坐标后重新启动测量装置，控制系统控制装置运动到指定位置进行测量，测量完成后输出结果。

综上所述，本发明实施例的非接触式全自动晶片厚度测量装置可以自动精确测量单片晶片以及粘附在陶瓷盘上多片晶片的厚度，解决当前半导体晶片测量效率低且易损伤晶片表面的问题。本发明实施例能够实现对半导体晶片厚度的非接触式测量，整个测量过程能够实现全自动化。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。