一種非接觸式高精密晶片面型測量儀器及其測量計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及晶片面型測量，特別是一種非接觸式高精密晶片面型測量儀器及其測 量計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 晶片厚度測量儀器分為接觸式和非接觸式測量，但是在傳統(tǒng)的測量中，只能夠單 點測量，并不能有效測量整個晶片的厚度分布以及差異，現(xiàn)在大多數(shù)晶片在進(jìn)行晶片面型 測量時，所使用的晶片面型測量儀器，多是采用的接觸式的方法，通過機械位移的變化以計 算晶片單面的面型。該測量計算方法只能夠以單線測量的方式計算面型的變化；卻不能反 應(yīng)晶片整體的面型變化趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種非接觸式高精密晶片面型測量儀器及其測量計 算方法。
[0004] 為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是： 一種非接觸式高精密晶片面型測量儀器，其特征在于，包括臺面、移動載臺、滑動導(dǎo)軌 和激光測距感測器，所述臺面為大理石臺面，其一側(cè)設(shè)有橫梁，所述移動載臺包括上移動載 臺和下移動載臺，所述下移動載臺的中部鏤空，所述上移動載臺的中部設(shè)有支撐孔，所述支 撐孔呈圓形，其所呈的圓形的周邊設(shè)有3個晶片支撐腳，所述3個晶片支撐腳固定設(shè)置，并 呈正三角形分布，所述滑動導(dǎo)軌數(shù)量為3個，包括第一滑軌、第二滑軌和第三滑軌，所述激 光測距感測器包括發(fā)射器和接收器，激光測距感測器數(shù)量為2個，分別為上感測器和下感 測器； 所述第一滑軌數(shù)量2個，水平對稱固定設(shè)置于臺面上，所述下移動載臺滑動設(shè)置于第 一滑軌上，所述第二滑軌水平固定設(shè)置于下移動載臺的上端面上，所述上移動載臺滑動設(shè) 置于第二滑軌上，所述第三滑軌豎直固定設(shè)置于橫梁中部，所述臺面的中部設(shè)有凹槽，所述 下感測器設(shè)置于凹槽內(nèi)，所述上感測器通過固定桿與第三滑軌連接； 進(jìn)一步的，所述上感測器和下感測器相對設(shè)置，并在同一地面垂直線上； 進(jìn)一步的，所述3個晶片支撐腳所構(gòu)成的平面與水平面平行； 進(jìn)一步的，所述上感測器和下感測器的連線與3個晶片支撐腳所構(gòu)成的平面為垂直關(guān) 系； 進(jìn)一步的，所述第一滑軌和第二滑軌的滑動導(dǎo)向方向互相垂直。
[0005] -種非接觸式高精密晶片面型測量計算方法，其特征在于，包括以下四個部分： 1、測量原理：放置被測晶片到支撐孔的晶片支撐腳上，通過調(diào)節(jié)第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌， 使被測晶片位于上感測器的下方，測量被測晶片下端面與凹槽之間的豎直距離，根據(jù)此豎 直距離，調(diào)節(jié)并固定下感測器，使下感測器與被測晶片下端面之間的距離達(dá)到5-lOcm，同時 通過調(diào)節(jié)第三滑軌，使上感測器與被測晶片上端面之間的距離達(dá)到5-lOcm，啟動激光測距 感測器，激光測距感測器的發(fā)射器向被測晶片射出一束激光，激光到達(dá)被測晶片，被發(fā)生反 射，反射的激光被接收器接受，隨后根據(jù)計時器測得到激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出 發(fā)射器到目標(biāo)的距離，在通過左右前后滑動移動載臺，得到多組距離數(shù)據(jù)，最后根據(jù)計算公 式，得出厚度、整體平均厚度、整體厚度差、翹曲度和凹陷程度的數(shù)據(jù)，進(jìn)而對被測晶片的面 型進(jìn)行判斷； 2、 測量：（1)設(shè)定：以三個晶片支撐腳所呈的正三角形的中心作為測量中心，得坐標(biāo) (XO，YO)，此時，未放置晶片，上感測器和下感測器距（XO，YO)坐標(biāo)的距離為（aO，bO)，aO 對應(yīng)上感測器與坐標(biāo)（XO, Y0)的距離，bO對應(yīng)下感測器與坐標(biāo)（XO, Y0)的距離；設(shè)定上 感測器距下感測器距離固定，距離為s ;放置被測晶片，多次移動移動載臺，每次移動載臺 移動后，激光測距感測器測量和采集相應(yīng)的距離數(shù)據(jù)，定為（al，bl)，（a2，b2)，（a3，b3)， (a4, b4)..…（an，bn);根據(jù)對數(shù)據(jù)精度的需求，可調(diào)整距離數(shù)據(jù)的收集次數(shù)； 3、 根據(jù)計算公式計算具體數(shù)據(jù)：（1)厚度：測量中心的厚度T中，對應(yīng)坐標(biāo)為（X0, Y0) 時，上感測器和下感測器實際測得的數(shù)據(jù)（a中+ b中)，T中=s - (a中+ b中）；整體 平均厚度：Tavg={E [s-(an+bn)]}/ n，n彡1;(2)整體厚度差H:計算晶片上厚度最 大與厚度最小的差值，H = max{[ s - (al+bl)]，......, [ s - (an+bn)]} - min{[ s - (al+bl)]，……，[s - (an+bn)]} ;(3)翹曲度：計算晶片在基準(zhǔn)面上整體面型變化值W，n 次測量的硅片厚度分別為Tl= s - (al+ bl)，T2= s - (a2+ b2)，T3= s - (a3+ b3)，……， 1'11=8-(&11+1311);得到變化量￥1=〇31+1'1/2)-(13中+1'中/2)，￥2=〇32+丁2/2)-(13中+丁 中/2)，......，wn=(bn+Tn/2)-( b 中 + T 中/2);最后得到翹曲度 W=max(wl，w2, w3，......， wn)-min(wl，w2, w3，......，wn) ; (4)凹陷程度B :以三個晶片支撐腳構(gòu)成的面以上Tavg/2 距離的面為基準(zhǔn)面，計算晶片中心（X〇, Y0)距離基準(zhǔn)面的距離為晶片的凹陷程度，凹陷程 度：B = (aO - Tavg/2) - (a中+ T中/2) ;B會出現(xiàn)正負(fù)值的現(xiàn)象，當(dāng)值為正值，則晶片 上表面突起；反之則凹陷； 4、 晶片面型判斷：根據(jù)以上測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行晶片面型判斷，（1)整體厚度差：反映晶片 的厚度差異，H越大，晶片厚度分布差異越大；（2)翹曲度/凹陷程度：反映晶片的面型變化 趨勢，主要有幾下幾種面型分布：?面型很平坦：W接近于B，且W、B接近于0 晶片呈現(xiàn) "碗狀"面型：W接近于B，當(dāng)W、B的值越大，晶片的凹陷程度越大；麵晶片呈現(xiàn)S型面型：B 接近于0,當(dāng)W值越大，說明晶片的彎曲程度越大。
[0006] 上述的一種非接觸式高精密晶片面型測量計算方法，其中，所述距離數(shù)據(jù)（an，bn) 與s存在以下關(guān)系，2/3Xs<an+bn <s〇
[0007] 本發(fā)明的有益效果為： 本發(fā)明提出的一種非接觸式高精密晶片面型測量儀器及其測量計算方法，其特點在 于： (1) 本發(fā)明在進(jìn)行距離數(shù)據(jù)測量時，能夠做到高精度數(shù)據(jù)測量，得到的數(shù)據(jù)十分精確， 能夠精確到〇· Olum ; (2) 測量穩(wěn)定性高，經(jīng)過測試，對于厚度的測量，數(shù)據(jù)誤差能夠控制在0. 15um以內(nèi)，對 于厚度差的測量計算，數(shù)據(jù)誤差能夠控制在〇.〇3um以內(nèi)，對于翹曲度的測量計算，數(shù)據(jù)誤 差能夠控制在0. 06um以內(nèi)，對于凹陷程度的測量計算，數(shù)據(jù)誤差能夠控制在0. 03um以內(nèi)； (3) 本發(fā)明有效的將厚度測量和面型測量相結(jié)合，通過網(wǎng)狀采集點的方式，進(jìn)行測量 和數(shù)據(jù)分析；打破了傳統(tǒng)的單線和單點的測量方式，降低了測量誤差，從而提高了數(shù)據(jù)的真 實性。
【附圖說明】
[0008] 圖1本發(fā)明示意圖。
【具體實施方式】
[0009] 如圖所示的一種非接觸式高精密晶片面型測量儀器，其特征在于，包括臺面1、移 動載臺2、滑動導(dǎo)軌3和激光測距感測器4,所述臺面1為大理石臺面，其一側(cè)設(shè)有橫梁5,所 述移動載臺2包括上移動載臺6和下移動載臺7,所述下移動載臺7的中部鏤空，所述上移 動載臺6的中部設(shè)有支撐孔8,所述支撐孔8呈圓形，其所呈的圓形的周邊設(shè)有3個晶片支 撐腳9,所述3個晶片支撐腳9固定設(shè)置，并呈正三角形分布，所述滑動導(dǎo)軌3數(shù)量為3個， 包括第一滑軌10、第二滑軌11和第三滑軌12,所述激光測距感測器4包括發(fā)射器和接收 器，激光測距感測器4數(shù)量為2個，分別為上感測器13和下感測器14 ; 所述第一滑軌10數(shù)量2個，水平對稱固定設(shè)置于臺面1上，所述下移動載臺7滑動設(shè) 置于第一滑軌10上，所述第二滑軌11水平固定設(shè)置于下移動載臺7的上端面上，所述上移 動載臺6滑動設(shè)置于第二滑軌11上，所述第三滑軌12豎直固定設(shè)置于橫梁5中部，所述臺 面1的中部設(shè)有凹槽15,所述下感測器14設(shè)置于凹槽15內(nèi)，所述上感測器13通過固定桿 16與第三滑軌12連接； 進(jìn)一步的，所述上感測器13和下感測器14相對設(shè)置，并在同一地面垂直線上； 進(jìn)一步的，所述3個晶片支撐腳9所構(gòu)成的平面與水平面平行； 進(jìn)一步的，所述上感測器13和下感測器14的連線與3個晶片支撐腳9所構(gòu)成的平面 為垂直關(guān)系； 進(jìn)一步的，所述第一滑軌10和第二滑軌11的滑動導(dǎo)向方向互相垂直。
[0010] -種非接觸式高精密晶片面型測量計算方法，其特征在于，包括以下四個部分： 1、 測量原理：放置被測晶片到支撐孔的晶片支撐腳上，通過調(diào)節(jié)第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌， 使被測晶片位于上感測器的下方，測量被測晶片下端面與凹槽之間的豎直距離，根據(jù)此豎 直距離，調(diào)節(jié)并固定下感測器，使下感測器與被測晶片下端面之間的距離達(dá)到5-lOcm，同時 通過調(diào)節(jié)第三滑軌，使上感測器與被測晶片上端面之間的距離達(dá)到5-lOcm，啟動激光測距 感測器，激光測距感測器的發(fā)射器向被測晶片射出一束激光，激光到達(dá)被測晶片，被發(fā)生反 射，反射的激光被接收器接受，隨后根據(jù)計時器測得到激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出 發(fā)射器到目標(biāo)的距離，在通過左右前后滑動移動載臺，得到多組距離數(shù)據(jù)，最后根據(jù)計算公 式，得出厚度、整體平均厚度、整體厚度差、翹曲度和凹陷程度的數(shù)據(jù)，進(jìn)而對被測晶片的面 型進(jìn)行判斷； 2、 測量：（1)設(shè)定：以三個晶片支撐腳所呈的正三角形的中心作為測量中心，得坐標(biāo)