RU2097746C1 - Device and method designed to measure geometrical dimensions and warping of plates - Google Patents
Device and method designed to measure geometrical dimensions and warping of plates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2097746C1 RU2097746C1 RU96111179A RU96111179A RU2097746C1 RU 2097746 C1 RU2097746 C1 RU 2097746C1 RU 96111179 A RU96111179 A RU 96111179A RU 96111179 A RU96111179 A RU 96111179A RU 2097746 C1 RU2097746 C1 RU 2097746C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- holder
- sensors
- plates
- base plane
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению линейных размеров, и может быть использовано для контроля пластин, в частности, полупроводниковых. The invention relates to measuring technique, in particular to measuring linear dimensions, and can be used to control wafers, in particular, semiconductor.
Контроль геометрических параметров полупроводниковых пластин, в частности, связанных с толщиной пластины (толщина, разброс толщины, характеристики неплоскостности), а также прогиб и коробление являются необходимой операцией не только на стадии изготовления полупроводниковых пластин, но и на некоторых технологических операциях изготовления полупроводниковых приборов. Ужесточение требования к качеству полупроводниковых пластин привело к необходимости разработки бесконтактных, достаточно точных и экспрессных методов контроля вышеперечисленных геометрических параметров, причем эти методы должны позволять производить измерения во многих областях пластины, часто при стопроцентном контроле пластин в партии. Этим требованиям отвечают методы, базирующиеся на емкостных и ультразвуковых измерениях. Control of the geometric parameters of semiconductor wafers, in particular, related to the wafer thickness (thickness, thickness spread, non-flatness characteristics), as well as deflection and warping, are a necessary operation not only at the stage of manufacturing of semiconductor wafers, but also at some technological operations of manufacturing semiconductor devices. The tightening of the quality requirements for semiconductor wafers has led to the need to develop non-contact, sufficiently accurate and rapid methods for monitoring the above geometric parameters, and these methods should allow measurements in many areas of the wafer, often with 100% wafer inspection in a batch. Methods based on capacitive and ultrasonic measurements meet these requirements.
Однако известные до сих пор устройства и способы контроля геометрических параметров пластин не лишены определенных недостатков. However, until now known devices and methods for monitoring the geometric parameters of the plates are not without certain drawbacks.
Известен высокочастотный емкостной способ контроля параметров полупроводниковой пластины [1] На электроды емкостного датчика, расположенные в одной плоскости, от высокочастотного генератора подают высокочастотный сигнал. К поверхности электродов датчика подводят столик с исследуемой пластиной и производят измерение активной и реактивной составляющей адмитанса (величина обратная импедансу). Активная составляющая адмитанса определяется электрической проводимостью исследуемой пластины, а реактивная составляющая - ее толщиной. Затем изменяют расстояние между плоскостью электродов и исследуемой пластиной и повторно проводят измерения. По изменению реактивной составляющей в двух проведенных измерениях судят о толщине пластины. Known high-frequency capacitive method for monitoring the parameters of a semiconductor wafer [1] On the electrodes of a capacitive sensor located in the same plane, a high-frequency signal is supplied from a high-frequency generator. A table with the test plate is brought to the surface of the sensor electrodes and the active and reactive components of the admittance are measured (the reciprocal of the impedance). The active component of admittance is determined by the electrical conductivity of the plate under study, and the reactive component is determined by its thickness. Then, the distance between the plane of the electrodes and the test plate is changed and measurements are repeated. By changing the reactive component in two measurements, the thickness of the plate is judged.
Недостатком данного решения следует признать невозможность измерения величины коробления, недостаточную точность измерения толщины пластины и невысокую экспрессность метода в силу необходимости при каждом измерении дважды позиционировать образец на различной высоте относительно плоскости электродов датчика. Кроме того, для проведения измерения необходимо, чтобы частота высокочастотного сигнала и размеры электродов были такими, чтобы активная составляющая адмитанса изменялась с изменением удельного сопротивления на порядок больше, чем реактивная составляющая, что сильно сужает номенклатуру измеряемых пластин, так как они должны иметь определенное сочетание удельного сопротивления и толщины. The disadvantage of this solution is the impossibility of measuring the value of warpage, the insufficient accuracy of measuring the thickness of the plate and the low expressivity of the method due to the need for each measurement twice to position the sample at different heights relative to the plane of the sensor electrodes. In addition, for the measurement, it is necessary that the frequency of the high-frequency signal and the size of the electrodes be such that the active component of the admittance changes by an order of magnitude more than the reactive component, which greatly narrows the range of the measured plates, since they must have a certain combination of specific resistance and thickness.
Известны также устройство и способ измерения геометрических размеров пластин [2] Устройство содержит базовую плоскость и емкостный контур. Контролируемую пластину помещают на базовую плоскость и измеряют емкость контура, по которой судят о толщине пластины. Несмотря на достаточную экспрессность способа и простоту аппаратурного оформления его, точность способа невелика, так как результаты измерения толщины зависят от положения пластины на базовой плоскости, т. е. от погрешности базирования и величины коробления пластины. Also known is a device and method for measuring the geometric dimensions of the plates [2] The device comprises a base plane and a capacitive circuit. The controlled plate is placed on the reference plane and the capacitance of the contour is measured by which the thickness of the plate is judged. Despite the sufficient expressness of the method and the simplicity of its hardware design, the accuracy of the method is small, since the results of measuring the thickness depend on the position of the plate on the base plane, i.e., on the base error and the warpage value of the plate.
Наиболее близким аналогом изобретения можно считать устройство и способ определения геометрических размеров полупроводниковых пластин [3] Известное устройство представляет собой держатель пластины на сканирующей системе с тремя шариковыми опорами, сверху и снизу которого установлены два датчика, соединенные с блоком регистрации. Контролируемую пластину помещают на держатель и проводят измерение информационных сигналов, возникающих в емкостной системе, образованной электродом верхнего датчика и верхней поверхностью пластины, и емкостной системе, образованной электродом нижнего датчика и нижней поверхностью пластины. По измеренным сигналам, с помощью калибровочной функции определяют значение верхнего h1 и нижнего h2 зазоров, образованных между пластиной и электродами датчиков. Зная величину зазора между электродами датчиков H по соотношению h=H-(h1+h2) определяют толщину h контролируемой пластины. Вычисляемая таким образом толщина пластины не зависит от значений h1 и h2 в отдельности, а определяется только их суммой. Это означает, что результат определения h не зависит от позиционирования контролируемой пластины в зазоре между датчиками, а определяется лишь случайной погрешностью измерения h1 и h2 и систематической погрешностью, связанной с ошибкой измерения H. При определении же коробления пластины, т.е. максимальной по площади пластины, амплитуды изгиба средней плоскости пластины, необходимо оперировать с комбинацией h1 и h2 отличной от суммы h1+h2, используемой для определения толщины пластины. Это означает, что такие измерения при сканировании по поверхности пластины будут неизбежно включать ошибку позиционирования базовой плоскости держателя (и, следовательно, пластины) по уровню ее расположения над электродом нижнего датчика. Таким образом, в отличие от измерения толщины h при измерении коробления W по данному способу в результат измерения вносится ошибка позиционирования базовой плоскости держателя.The closest analogue of the invention can be considered a device and method for determining the geometric dimensions of semiconductor wafers [3] The known device is a plate holder on a scanning system with three ball bearings, on top and bottom of which are two sensors connected to the registration unit. The controlled plate is placed on the holder and the information signals arising in the capacitive system formed by the electrode of the upper sensor and the upper surface of the plate, and the capacitive system formed by the electrode of the lower sensor and the lower surface of the plate are measured. From the measured signals, using the calibration function to determine the value of the upper h 1 and lower h 2 gaps formed between the plate and the electrodes of the sensors. Knowing the size of the gap between the electrodes of the sensors H from the ratio h = H- (h 1 + h 2 ) determine the thickness h of the controlled plate. The plate thickness calculated in this way does not depend on the values of h 1 and h 2 separately, but is determined only by their sum. This means that the result of determining h does not depend on the positioning of the controlled plate in the gap between the sensors, but is determined only by the random measurement error h 1 and h 2 and the systematic error associated with the measurement error H. When determining the warpage of the plate, i.e. of the maximum plate area, the bending amplitude of the middle plane of the plate, it is necessary to operate with a combination of h 1 and h 2 different from the sum h 1 + h 2 used to determine the thickness of the plate. This means that such measurements during scanning along the surface of the plate will inevitably include an error in the positioning of the base plane of the holder (and, consequently, the plate) by the level of its location above the electrode of the lower sensor. Thus, in contrast to measuring the thickness h when measuring warpage W by this method, a positioning error of the base plane of the holder is introduced into the measurement result.
Выражение для расчета величины W, исходя из ее определения, может быть записано как
W=(h2+h/2)i-(h2+h/2)j,
где i-ое измерение соответствует максимальной величине h2+h/2;
j-ое измерение соответствует минимальной величине h2+h/2,
так как h=H-(h1+h2) и величина H=const, то
Так как в отличие от h в выражение для W комбинация h1 и h2 входит в виде разности, то в погрешность величины коробления входит также погрешность системы сканирования, т.е. погрешность воспроизводимости положения базовой плоскости в зазоре между датчиками. Таким образом, случайная погрешность W определяется случайной погрешностью позиционирования и случайной погрешностью измерения h2. Случайная погрешность позиционирования пластины с помощью даже прецизионной механической системы сканирования приблизительно на порядок выше погрешности датчиков и составляет 2 3 мкм. Таким образом, в итоге именно эта погрешность определяет случайную погрешность измерения величины W. Сказанное справедливо также для других геометрических параметров пластины (например, прогиб пластины), измерение которых не связано с комбинацией h1+h2.The expression for calculating the value of W, based on its definition, can be written as
W = (h 2 + h / 2) i - (h 2 + h / 2) j ,
where the i-th dimension corresponds to the maximum value of h 2 + h / 2;
j-th measurement corresponds to the minimum value of h 2 + h / 2,
since h = H- (h 1 + h 2 ) and the quantity H = const, then
Since, in contrast to h, the combination of h 1 and h 2 enters into the expression for W in the form of a difference, then the error of the warping value also includes the error of the scanning system, i.e. the accuracy of reproducibility of the position of the base plane in the gap between the sensors. Thus, the random error W is determined by the random positioning error and the random measurement error h 2 . The random error in the positioning of the plate using even a precision mechanical scanning system is approximately an order of magnitude higher than the error of the sensors and is 2 3 μm. Thus, as a result, it is precisely this error that determines the random error in measuring the value of W. The aforesaid is also valid for other geometrical parameters of the plate (for example, deflection of the plate), the measurement of which is not associated with the combination h 1 + h 2 .
Техническая задача изобретения состоит в разработке способа и устройства, позволяющих с повышенной точностью определить геометрические параметры пластины. The technical task of the invention is to develop a method and device that allows with high accuracy to determine the geometric parameters of the plate.
Технический результат изобретения состоит в повышении точности определения геометрических параметров пластин, в частности коробления. The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the geometric parameters of the plates, in particular warpage.
Устройство представляет собой держатель пластины, установленный на систему сканирования, два рабочих датчика, расположенных на одной оси по разные стороны от исследуемой пластины, измеряющих расстояние до лицевой и обратной стороны пластины, и не менее одного вспомогательного датчика, контролирующего положение базовой плоскости и соединенного с блоком регистрации. Устройство может содержать не менее одного контрольного образца с известными геометрическими параметрами, закрепленного(ых) на держателе и предназначенного(ых) для периодической проверки прибора и корректировки калибровочных функций. Рабочие датчики также подсоединены к блоку регистрации. В качестве датчиков могут быть использованы емкостные, ультразвуковые или иные измерители линейных расстояний. The device is a plate holder mounted on a scanning system, two working sensors located on the same axis on different sides of the studied plate, measuring the distance to the front and back sides of the plate, and at least one auxiliary sensor monitoring the position of the base plane and connected to the unit registration. The device may contain at least one control sample with known geometric parameters, mounted (s) on the holder and intended (s) to periodically check the device and adjust calibration functions. Work sensors are also connected to the registration unit. As sensors can be used capacitive, ultrasonic or other linear distance meters.
Три точки держателя, являющиеся опорой для пластины, задают базовую плоскость. Рабочие датчики, не связанные с системой сканирования, определяют расстояние h1 и h2 от своей рабочей поверхности соответственно до верхней и нижней поверхности исследуемой пластины. Из-за неидеальности реальных систем сканирования точка базовой плоскости A, расположенная на оси рабочих датчиков, в процессе сканирования имеет вариацию δ по этой оси. Эта погрешность позиционирования d входит в величины h1- δ и h2+ δ с разными знаками и поэтому при вычислении толщины пластины по формуле h=H-(h1+h2) взаимно уничтожается и не влияет на измерение толщины пластины, а также на параметры, вычисляемые только через толщину, например разнотолщинность пластины. Вспомогательный датчик (и) определяет положение базовой плоскости по измерению расстояния d до некоторой эталонной плоскости, жестко связанной со сканирующей системой. Это позволяет определить реальное местоположение точки A на оси рабочих датчиков в каждом положении сканера, задающего точку измерения на исследуемой пластине. Таким образом, истинное коробление пластины вычисляют по формуле с учетом ошибки позиционирования базовой плоскости δ
где i-ое измерение соответствует максимальной величине h2+h/2;
j-ое измерение соответствует минимальной величине h2+h/2.Three points of the holder, which are the support for the plate, define the base plane. Work sensors not connected to the scanning system determine the distances h 1 and h 2 from their working surface, respectively, to the upper and lower surfaces of the test plate. Due to the imperfection of real scanning systems, the point of the base plane A, located on the axis of the working sensors, during the scanning process has a variation of δ along this axis. This positioning error d is included in the values of h 1 - δ and h 2 + δ with different signs and therefore, when calculating the plate thickness by the formula h = H- (h 1 + h 2 ), it is mutually destroyed and does not affect the measurement of the plate thickness, and also on parameters calculated only through thickness, for example, plate thickness. The auxiliary sensor (s) determines the position of the reference plane by measuring the distance d from a reference plane rigidly connected to the scanning system. This allows you to determine the actual location of point A on the axis of the working sensors in each position of the scanner that sets the measuring point on the plate under study. Thus, the true warpage of the plate is calculated by the formula taking into account the positioning error of the base plane δ
where the i-th dimension corresponds to the maximum value of h 2 + h / 2;
The j-th measurement corresponds to the minimum value of h 2 + h / 2.
δi и δj - известные, при данном способе измерения, погрешности соответственно при i-ом и j-ом измерениях.δ i and δ j are the known errors in this measurement method for the ith and jth measurements, respectively.
Так как h=H(h1+h2) и величина H=const, то
w = 1/2[(h1-h2+2δ)i-(h1-h2+2δ)j]
Периодически между измерениями исследуемых пластин могут быть произведены измерения контрольных образцов с известными геометрическими параметрами для проверки работы устройства.Since h = H (h 1 + h 2 ) and the quantity H = const, then
w = 1/2 [(h 1 -h 2 + 2δ) i - (h 1 -h 2 + 2δ) j ]
Periodically between measurements of the studied plates, control samples with known geometric parameters can be measured to verify the operation of the device.
Заявитель отмечает, что совокупности признаков, введенные им в независимые пункты формулы изобретения, необходимы и достаточны для получения необходимого технического результата. Признаки, введенные заявителем в зависимые пункты формулы изобретения, развивают и дополняют признаки, введенные в независимые пункты формулы изобретения. The applicant notes that the combination of features introduced by him in the independent claims is necessary and sufficient to obtain the necessary technical result. The features introduced by the applicant in the dependent claims develop and supplement the features introduced in the independent claims.
На чертеже приведена схема устройства и приняты следующие обозначения: держатель пластины на сканирующей системе 1, базовая плоскость 2, рабочие датчики 3 и 4, вспомогательный датчик(и) 5, ось 6 рабочих датчиков 3 и 4, исследуемая пластина 7, блоки регистрации 8. The drawing shows a diagram of the device and the following notation: the plate holder on the scanning system 1, the base plane 2, the working sensors 3 and 4, the auxiliary sensor (s) 5, the axis 6 of the working sensors 3 and 4, the studied plate 7, the registration units 8.
Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.
Исследуемую пластину 7 помещают на опорные точки держателя 1, установленного на сканирующей системе, осуществляющей плоскопараллельное перемещение базовой плоскости 2 в зазоре между рабочими датчиками так, чтобы ось рабочих датчиков проходила через какую-либо заданную точку исследуемой пластины. Эта точка в дальнейшем станет точкой отсчета сканирования, например центр исследуемой пластины. Проводят измерение h1, h2 и d с помощью соответственно рабочих и вспомогательного(ых) датчиков, где d характеризует положение базовой плоскости, смещают исследуемую пластину в следующую точку измерения и повторяют измерение величины h1, h2 и d. Этот процесс повторяют многократно: столько раз, сколько точек необходимо измерить на исследуемой пластине. По полученным значениям h1, h2 и d определяют геометрические параметры пластины
h=H-(h1+h2) для каждой точки измерения и
w = 1/2[(h1-h2+2δ)i-(h1-h2+2δ)j]
где i-ое измерение соответствует максимальной величине h1-h2;
j-ое измерение соответствует минимальной величине h1-h2, а величины δi и δj определяют по изменению величины d в i-ой и j-ой точках измерения.The test plate 7 is placed on the support points of the holder 1 mounted on a scanning system that performs plane-parallel movement of the base plane 2 in the gap between the working sensors so that the axis of the working sensors passes through any given point of the studied plate. This point will subsequently become a reference point for scanning, for example, the center of the plate under investigation. Measure h 1 , h 2 and d, respectively, using the working and auxiliary (s) sensors, where d characterizes the position of the base plane, move the test plate to the next measurement point and repeat the measurement of h 1 , h 2 and d. This process is repeated many times: as many times as points need to be measured on the test plate. According to the obtained values of h 1 , h 2 and d determine the geometric parameters of the plate
h = H- (h 1 + h 2 ) for each measurement point and
w = 1/2 [(h 1 -h 2 + 2δ) i - (h 1 -h 2 + 2δ) j ]
where the i-th dimension corresponds to the maximum value of h 1 -h 2 ;
The j-th measurement corresponds to the minimum value of h 1 -h 2 , and the values of δ i and δ j are determined by the change in the value of d at the i-th and j-th measurement points.
Точность измерения геометрических параметров повышена за счет исключения погрешности плоскопараллельного перемещения базовой плоскости с помощью реальной системы сканирования. The accuracy of measuring geometric parameters is increased by eliminating the error of plane-parallel movement of the base plane using a real scanning system.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111179A RU2097746C1 (en) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Device and method designed to measure geometrical dimensions and warping of plates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111179A RU2097746C1 (en) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Device and method designed to measure geometrical dimensions and warping of plates |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2097746C1 true RU2097746C1 (en) | 1997-11-27 |
| RU96111179A RU96111179A (en) | 1998-01-20 |
Family
ID=20181453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96111179A RU2097746C1 (en) | 1996-06-06 | 1996-06-06 | Device and method designed to measure geometrical dimensions and warping of plates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2097746C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2327104C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of measuring gap between measuring transducer and controlled surface in dynamic modes |
| RU2466273C2 (en) * | 2010-12-30 | 2012-11-10 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method to determine thickness of clayey crust |
-
1996
- 1996-06-06 RU RU96111179A patent/RU2097746C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. SU, авторское свидетельство, 314159, кл.G 01R 31/26, 1971. 2. US, патент, 3500186, кл.G 01N 27/22, 1968. 3. Бочкин О.И. и др. Механическая обработка полупроводниковых материалов. - М.: Высшая школа, 1983, с.63 и 64. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2327104C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of measuring gap between measuring transducer and controlled surface in dynamic modes |
| RU2466273C2 (en) * | 2010-12-30 | 2012-11-10 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method to determine thickness of clayey crust |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1187571C (en) | Method for probing a substrate | |
| US6710798B1 (en) | Methods and apparatus for determining the relative positions of probe tips on a printed circuit board probe card | |
| US7221177B2 (en) | Probe apparatus with optical length-measuring unit and probe testing method | |
| JP2002148012A (en) | Apparatus and method for measurement of film thickness | |
| US20030058453A1 (en) | Apparatus and method for measuring two opposite surfaces of a body | |
| KR850700273A (en) | Method and apparatus for precision scanning electron microscopic measurements | |
| CN110906861A (en) | Real-time measuring device and method for rolling angle error of guide rail movement | |
| RU2097746C1 (en) | Device and method designed to measure geometrical dimensions and warping of plates | |
| CN102878939A (en) | Device and method for measuring non-contact gaps | |
| US3406292A (en) | Surface checking device | |
| US6172757B1 (en) | Lever sensor for stepper field-by-field focus and leveling system | |
| JP2964137B2 (en) | X-ray fluorescence analyzer that can detect the center of a sample | |
| JP3514555B2 (en) | Foreign matter evaluation device and foreign matter evaluation method | |
| JP3940819B2 (en) | Semiconductor wafer surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method | |
| CN107631690A (en) | A kind of line slideway surface defect measuring method | |
| JPH0933237A (en) | Measuring probe | |
| Albertazzi Jr et al. | Portable residual stresses measurement device using ESPI and a radial in-plane interferometer | |
| CN1419103A (en) | Apparatus and method for raising location accuracy of laser heterodyne difference interferometer | |
| RU2107257C1 (en) | Device for measuring of flat article thickness and method of its realization | |
| CN221302707U (en) | Auxiliary detection system for pitch angle and parallelism of double crystals | |
| Ren et al. | Scanning Kelvin Microscope: a new method for surface investigations | |
| KR20210019543A (en) | Sensor probe assembly | |
| Schulz et al. | Scanning form measurement for curved surfaces | |
| JPH02307002A (en) | Method for measuring thickness of semiconductor substrate | |
| CN86106872A (en) | Non-contact high-resolution scanning laser profiler |