專利名稱：用于測量晶片堆疊的層厚度和晶格缺陷的測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在分布于晶片堆疊上的多個測量位置處測量和/或檢測晶片堆疊的一個或多個層的層厚度和/或晶格缺陷(Fehlstellen)的測量裝置。另外本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于處理晶片堆疊的晶片處理設(shè)備以及根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于在分布于晶片堆疊上的多個測量位置處測量和/或檢測晶片堆疊的一個或多個層的層厚度和/或晶格缺陷的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前半導(dǎo)體工業(yè)中的發(fā)展進入以下程度:晶片鍵合(Wafer Bonding)工藝越來越變得有意義。因此比如在移動電話和諸如游戲機的其他便攜式設(shè)備中諸如運動傳感器和/或定向傳感器的新型功能導(dǎo)致對能夠探測加速度和旋轉(zhuǎn)速率的微機電(MEMS)部件的需求迅速增長。迅速生長的另一領(lǐng)域是作為所謂3D IC制造的構(gòu)件。將其理解為由具有晶體管的多個覆層(Lage)(“有源覆層”)組成的芯片系統(tǒng)，其中所述覆層相互之間借助穿過硅的接觸部來連接。這些貫通接觸部在工業(yè)中稱為“硅通孔(Through Silicon Vias)”或簡稱為“TSV”。為了能夠盡可能成本低地制造這些TSV，以及為了能夠?qū)崿F(xiàn)其他所期望的優(yōu)點，諸如小的總封裝尺寸，需要在TSV制造之前或之后或者在TSV制造過程中使晶片變薄到合適的尺度。目前與此相應(yīng)地在所謂的通孔最初工藝、通孔中間工藝和通孔最后工藝之間進行區(qū)分。鑒于晶片的變薄表明，所致力的目標(biāo)厚度不再足以能夠把該晶片仍可靠地從一個工藝步驟移動到下一工藝步驟，因為不再給出晶片的機械穩(wěn)定性、尤其在當(dāng)前常見的300_晶片情況下。因此晶片被有利地臨時安裝在載體上，以便保證對薄晶片的可靠操縱，其中該薄晶片通常具有〈150 μ m、但大多〈100 μ m、并且經(jīng)常〈80或甚至〈50 μ m的厚度。在必要的工藝步驟完成之后，該晶片再次從該載體脫離。這兩種方法稱為臨時鍵合和分離(剝離(debonding))。在第一工藝步驟中，在此向該載體，該產(chǎn)品晶片借助專業(yè)人員所已知的合適的鍵合技術(shù)被鍵合到該載體上。該鍵合步驟通常如此來進行，使得該產(chǎn)品晶片的、其上構(gòu)建芯片結(jié)構(gòu)的第一主面被如此來定向，使得該面與臨時粘合劑相接觸，并隨后該粘合劑層建立與該載體晶片的接觸。但在幾乎所有情況下都在該背側(cè)處理的范疇內(nèi)來進行該產(chǎn)品晶片的機械變薄。這尤其包含研磨步驟，在該研磨步驟中該產(chǎn)品晶片的所定義的厚度通過研磨而被移除。就此而論，通常使用具有不同研磨速率和/或磨盤或砂輪的粒度的各個研磨步驟。大多存在具有較高材料磨削速率的第一研磨步驟(粗研磨)和具有較低材料磨削速率的第二研磨步驟(精研磨)。為了與背側(cè)工藝步驟相關(guān)聯(lián)地確保最終芯片的質(zhì)量以及臨時鍵合晶片的完整性，需要該臨時粘合連接滿足特定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。就此而論，存在對該粘合劑材料的很多要求，其對于專業(yè)人員是已知的。這尤其涉及該粘合劑能夠容忍在背側(cè)處理期間可能出現(xiàn)的特定工藝條件的能力。屬于此的尤其是有溫度穩(wěn)定性、與真空環(huán)境的兼容性(無氣體析出)、粘合劑相對于諸如溶劑、酸和堿的化學(xué)物質(zhì)的穩(wěn)定性、與各種機械載荷或電磁波(比如具有特定波長的光的輻射)的兼容性以及這些參數(shù)的不同組合。除了對粘合劑材料的要求之外，還存在與該粘合劑層的幾何和機械完整性有關(guān)的很多參數(shù)。對于進行背側(cè)處理尤其有極大意義的是，該粘合劑層具有精確定義的和可重復(fù)的厚度，以及不具有晶格缺陷(英語“Voids (空隙)，，)。但是，與單個晶片的變薄相反，在臨時鍵合晶片的情況下，載體晶片和粘合劑層位于晶片覆蓋層與研磨裝置(砂輪、磨盤等)之間。從而現(xiàn)在該載體晶片和該粘合劑層的厚度一同影響最終的變薄的產(chǎn)品晶片的均勻性。因此總之可以說，需要在制造工藝中能夠精確地控制和監(jiān)視該粘合劑層的厚度均勻性以及大多還有絕對厚度值。對于特定的情況-根據(jù)該研磨工藝的控制也可能有必要知道載體晶片的厚度(可能還有臨時鍵合的整個堆疊的厚度)。但在每種情況下都有必要鑒于厚度均勻性以及必要時絕對厚度值來保證粘合劑層的相應(yīng)質(zhì)量。鑒于晶格缺陷，在研磨工藝期間以及在之后的可能的拋光工藝期間這些晶格缺陷將會導(dǎo)致該晶片被不足夠地機械支撐，并由此可能發(fā)生該晶片的損壞或者至少發(fā)生在變薄時所致力的晶片厚度的不均勻性。這種不均勻性由墊層的機械柔韌性而引起，所述機械柔韌性由于所述晶格缺陷產(chǎn)生。換句話說，該晶片比如在研磨期間彎曲/拱起到晶格缺陷中，并從而在這些位置處進行不太強烈的磨削，這隨后將會導(dǎo)致變薄晶片局部厚度增大。變薄晶片的目標(biāo)厚度越小，這種效應(yīng)將會影響越強烈，因為該晶片隨著厚度的下降而變得更有柔韌性。這最后甚至可能導(dǎo)致晶片在變薄期間斷裂。這種斷裂事件對于研磨和/或拋光工藝是大的危險，因為在此所產(chǎn)生的相對大的材料塊可能引起整個晶片的進一步損壞，但也可能引起砂輪和/或磨盤和/或拋光設(shè)備的進一步損壞。除了在研磨和/或拋光期間的這種問題之外，這種晶格缺陷在其余背側(cè)工藝步驟期間還可能導(dǎo)致故障。這里應(yīng)該僅作為例子列舉的是，在這種晶格缺陷中所封閉的氣體在真空室中所進行的工藝步驟期間可能導(dǎo)致變薄的硅晶片在這樣的工藝步驟期間在這些位置處爆裂。除了位于所述位置處的芯片的損失之外，這還會導(dǎo)致其他的問題，因為在此所產(chǎn)生的微粒將會污染所使用的其中發(fā)生爆裂的設(shè)備、以及可能污染其他的制造設(shè)備，并也許還會引起在所述設(shè)備上所處理的其他晶片的質(zhì)量問題。

發(fā)明內(nèi)容
從而本發(fā)明的任務(wù)是優(yōu)化質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，諸如無晶格缺陷性、可重復(fù)性和粘合劑厚度的均勻性，并在制造或處理臨時鍵合的晶片堆疊時保證盡可能少的次品。該任務(wù)利用權(quán)利要求1、8和10的特征而得到解決。本發(fā)明的有利的改進在從屬權(quán)利要求中予以說明。由在說明書、權(quán)利要求和/或附圖中所說明的特征中的至少兩個組成的所有組合也屬于本發(fā)明的范疇。在值域的情況下位于所述極限內(nèi)的值也應(yīng)該作為極限值來公開，并可以以任意的組合來要求保護。本發(fā)明的基本思想一方面是，在處理晶片時在最早可能的時間點來識別關(guān)于前述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的偏差，以便出于該原因就已經(jīng)使產(chǎn)品晶片的可能損失保持得盡可能地小。這尤其可以如此來保證，即測量/檢測該晶片堆疊的各個層的層厚度和/或晶格缺陷，而且尤其及時地在研磨該晶片堆疊之前。在此特別重要的是監(jiān)控該載體晶片的幾何參數(shù)，因為該載體晶片用于該產(chǎn)品晶片的機械支撐，并在研磨工藝期間位于該晶片覆蓋層與該研磨裝置之間，其中該晶片覆蓋層可以用作參考平面或參考面。及時地(zeitnahe)在前述意義上意味著，在晶片堆疊的處理鏈中在所述晶片堆疊之前的處理鏈中、也即在測量步驟/檢測步驟與研磨步驟(包括該研磨步驟在內(nèi))之間有盡可能少的晶片堆疊，尤其最大五個，優(yōu)選最大三個，更優(yōu)選最大一個。在此根據(jù)本發(fā)明可以規(guī)定，該測量步驟/檢測步驟在測量/檢測模塊(也即計量模塊)中來實施并且該研磨步驟空間分離地在尤其相鄰的研磨模塊中來實施。該測量步驟/檢測步驟和該研磨步驟根據(jù)本發(fā)明流線地(in-line)進行。由此也可能是，在在前的晶片研磨完成之前，也即還位于該研磨模塊中，該晶片堆疊的檢查已經(jīng)結(jié)束。被測量的晶片堆疊于是必須“等待”，直到它可以前進。在特別有利的實施方式中，對于臨時鍵合步驟及時地進行該測量步驟步驟/檢測步驟。由此實現(xiàn)，在臨時鍵合步驟時出現(xiàn)的故障的情況下降低誤處理的材料的量。這所提供的優(yōu)點是，能夠降低必須被輸送給后處理(“重新加工(Rework)”)的材料量、尤其是所鍵合的晶片堆疊的數(shù)量，這帶來經(jīng)濟上和邏輯上的優(yōu)點。就此而論應(yīng)將及時地理解為，在任何情況下均在研磨該晶片之前進行測量。如前所述，該研磨工藝為不可逆的工藝，其可能導(dǎo)致災(zāi)難性的故障以及尤其導(dǎo)致完全損失所鍵合的單個晶片堆疊。但是及時地有利地意味著，在對給定的晶片堆疊進行檢驗之前，最大10個其他的晶片堆疊被鍵合。如果該數(shù)目能夠降低到小于7個或更好5個或3個，那么是更好的。該數(shù)目涉及工藝流程，其中所有被鍵合的晶片堆疊在該臨時鍵合工藝之后、尤其緊接在該臨時鍵合步驟之后被輸送給本發(fā)明的測量步驟/檢測步驟。剛剛所述的對在工藝流程中等待該檢驗步驟的這些晶片堆疊的該減少可以有利地借助制造環(huán)境的配置來實現(xiàn)，其中實施臨時鍵合步驟的設(shè)備在空間上盡可能靠近本發(fā)明的測量設(shè)備來布置。這尤其可以如此來實現(xiàn)，即把該測量設(shè)備集成在臨時鍵合設(shè)備中。這種集成的解決方案在工業(yè)中通常稱為流線集成或流線計量。根據(jù)本發(fā)明，這可以與由現(xiàn)有技術(shù)所已知的每種臨時鍵合解決方案相組合來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，比如可以設(shè)想把該測量設(shè)備集成在用于熱塑性或可UV硬化的粘合劑的臨時鍵合設(shè)備中，其中這種設(shè)備通常包含一個或多個用于施加粘結(jié)劑的涂層模塊以及一個或多個鍵合模塊，要處理的晶片借助自動晶片操縱設(shè)備而在所述模塊之間移動，該自動晶片操縱設(shè)備尤其是該設(shè)備的部分。按照所使用的粘合劑種類，附加地也還可以在系統(tǒng)中集成加熱模塊，該加熱模塊用于從該粘合劑層中排出溶劑。有利地也常見的是，在這種設(shè)備中集成合適的、對專業(yè)人員所已知的用于對準(zhǔn)該晶片的調(diào)整設(shè)備。另外本發(fā)明的基本思想還在于，檢測粘合劑層中的晶格缺陷以及粘合劑層厚度和該粘合劑層厚度的可能波動。本發(fā)明的另一方面在于，所檢測的值可以作為數(shù)據(jù)自動地被分析，以自動化地決定進一步處理或從工藝鏈中移除該晶片。本發(fā)明的另一中央方面在于，把該發(fā)明主題集成在用于臨時鍵合產(chǎn)品晶片的自動處理設(shè)備中。通過這種方式應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)對每個產(chǎn)品晶片的盡可能完全的分析，而不降低該處理設(shè)備的生產(chǎn)率。檢測/測量從而“流線”、也即作為“流線計量”來進行。根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的實施方式而相應(yīng)地規(guī)定，該測量裝置尤其可以流線地應(yīng)用在晶片處理設(shè)備中。在此發(fā)明主題地規(guī)定了針對工藝流程或工藝鏈而布置的工藝模塊的模塊化構(gòu)造。在晶片處理設(shè)備中與以下模塊有關(guān)的應(yīng)用是特別有利的:
-涂覆模塊，用于尤其利用粘合劑、有利地臨時粘合劑來至少部分地對晶片堆疊進行涂
覆，
-鍵合模塊，用于連接晶片堆疊的晶片層，
-檢驗?zāi)K中的根據(jù)本發(fā)明的測量裝置，
-操縱裝置，尤其具有一個或多個機器人臂，用于把每個晶片堆疊在晶片處理設(shè)備內(nèi)從一個模塊傳送到下一模塊，以及
-可選的加熱裝置，用于排出溶劑。如果就此而論尤其在產(chǎn)品晶片的再變薄之前探測到偏差，那么可以使該產(chǎn)品晶片或該晶片堆疊經(jīng)受再改善(英語:“Rew0rk，重新加工”)。這尤其從而表示，該產(chǎn)品晶片還將再次從載體脫離，并可能再次重新實施整個臨時鍵合過工藝。對于該脫離步驟可以使用專門為此而設(shè)置的設(shè)備或流線模塊。剝離設(shè)備尤其適用于此，所述剝離設(shè)備通常被用于把薄的產(chǎn)品晶片從該載體上揭離。必要時可以將用于該剝離設(shè)備的為此而確定的工藝參數(shù)與滿足剝離未變薄的或未完全變薄的產(chǎn)品晶片的要求相匹配。這種重新加工工藝在成本有效的制造的意義上具有大的意義。尤其具有非常高復(fù)雜度(這對于這種3D IC晶片堆疊可期待)的產(chǎn)品晶片或晶片堆疊在該階段中具有非?？捎^的價值，因為它們在制造流中已經(jīng)是遠遠地進步的。這種晶片堆疊的價值大多超過1000歐元，部分甚至10000歐元。根據(jù)本發(fā)明從而決定性的是，在該 晶片堆疊經(jīng)歷在其之后該重新加工工藝不再可能的工藝步驟之前，按時地或盡可能早地識別將會導(dǎo)致晶片堆疊完全損失的所謂災(zāi)難性故障，并將其輸送給重新加工工藝。就此而論用于降低厚度的晶片堆疊研磨在任何情況下都可以看作是以下步驟，在該步驟之后這種重新加工工藝不再可能，并且反之將面臨產(chǎn)品晶片完全損失的危險。只要對該晶片堆疊沒有機械影響地工作地構(gòu)造該測量裝置，尤其與該晶片堆疊相隔間距H，那么就可以通過該測量裝置尤其無接觸地、特別小心翼翼地進行測量/檢測。在應(yīng)用超聲波時，在該晶片堆疊與該測量裝置之間通過在該晶片堆疊上所設(shè)置的液劑來進行用于傳播超聲波所需的接觸，所述液劑適用于傳輸超聲波。在此情況下根據(jù)一種優(yōu)選實施方式可以規(guī)定，在該液劑與該晶片堆疊之間設(shè)置有分離劑、尤其是隔膜，以把該晶片堆疊與液體相屏蔽。該分離劑必須適用于傳輸超聲波。在該隔膜之下的空間可以優(yōu)選地被抽真空，使得該隔膜盡可能均勻和平坦地施加在該晶片堆疊上。使用負壓不是絕對必要的，因為僅環(huán)境壓力就負責(zé)把隔膜完全緊貼在該晶片堆疊8上。如果并非如此，則填充空氣的空腔可能使測量結(jié)果失真，因為空氣將會至少在一定程度上反射聲波。根據(jù)本發(fā)明的有利的實施方式規(guī)定，可以使用同時用于尤其是以〈10 μ m、優(yōu)選〈I μ m、更優(yōu)選〈0.1 μ m的層分辨率檢測層厚度和晶格缺陷的該測量裝置、尤其發(fā)送器和接收器。此外，根據(jù)本發(fā)明可以設(shè)想，把多個發(fā)送器/接收器單元同時地、尤其并排布置地來使用，以能夠相應(yīng)較快速地掃描表面。該層分辨率指的是在對參考平面R的橫向上，也即深度分辨率或豎直分辨率或厚度分辨率。測量信號的直徑D有利地位于I μ m和100 μ m之間，尤其在5 μ m和50 μ m之間，優(yōu)選在10 μ m和30 μ m之間。在激光束的情況下，上述直徑D比如對應(yīng)于該激光束的直徑。在本發(fā)明的另一有利的實施方式中規(guī)定，借助該測量裝置可以在具有小于5_，優(yōu)選小于3mm,更優(yōu)選小于Imm,最優(yōu)選小于0.5mm的間距X或Y的柵格R內(nèi)來測量相鄰的測量位置。因此對整個晶片堆疊進行面覆蓋的、柵格狀的檢測，使得實際能夠盡可能無間隙地檢測所有晶格缺陷。該測量信號在橫向方向上、也即平行于參考平面R的寬度分辨率有利地在0.1 μ m與50μπ 之間、尤其在Ιμ 與30μπ 之間、優(yōu)選在ΙΟμ 與20μπ 之間。激光束比如應(yīng)該在確定的測量位置處來測量。但它并不精確地射中該測量位置，而是偏差ΛΧ/ΛΥ。ΔΧ(deltaX)和ΛΥ (deltaY)在此對應(yīng)于寬度分辨率。利用該寬度分辨率尤其檢測晶格缺陷的擴張、也即寬度或直徑。該寬度分辨率越好，就必須實施越多的測量。從而在快速測量與檢測盡可能所有晶格缺陷之間盡可能設(shè)定最佳。晶片或晶片堆疊的目標(biāo)厚度越薄，小晶格缺陷已經(jīng)越危險。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式規(guī)定，測量/檢測是兩級的，尤其通過第一快速和粗略測量裝置和可選的第二、非常精確的測量裝置。僅在該第一測量裝置中已經(jīng)被分級為可能危險的晶片堆疊經(jīng)歷該第二測量裝置。該第二測量裝置是非流線地設(shè)置的，從而盡可能不干擾該工藝流。由分析單元在該第一測量裝置中分級為可能危險的晶片堆疊從而從該工藝流程中至少暫時地劃分出來。在圖9中示出了在測量信號的點柵格間距、直徑D和寬度分辨率之間的關(guān)系。所介紹的方法可以就地和/或流線地使用。就地理解為在技術(shù)/物理/化學(xué)處理步驟期間來應(yīng)用該方法。在此情況下例如列舉結(jié)構(gòu)晶片的再變薄、或者在化學(xué)槽中的邊緣區(qū)域蝕刻。流線地理解為在安置在另一工藝模塊之前或之后的工藝模塊中應(yīng)用該方法。第一模塊在本發(fā)明的一種實施方式中 可以是鍵合臺。該隨后的模塊于是在這種情況下在典型的實施方式中是這里所介紹的用于測量晶片堆疊的測量裝置。在該鍵合臺中鍵合晶片堆疊，而在該測量臺中對先前所鍵合的晶片堆疊、有利地按照前述的對于概念及時的闡述對盡可能及時地先前所鍵合的晶片堆疊、尤其緊接先前所鍵合的晶片堆疊進行測量/檢測。流線從而與就地的區(qū)別在于，把本發(fā)明的方法分離到特有的模塊中，但該模塊已經(jīng)系統(tǒng)集成到具有其他處理步驟的處理鏈中。另外還有利地規(guī)定，本發(fā)明的測量裝置配備有、尤其與發(fā)送器和接收器機械耦合的、優(yōu)選固定的干涉儀、尤其白光干涉儀，用于測量其到至少一個測量位置處的表面的間距。前述的關(guān)于測量裝置描述的特征相應(yīng)地適用于本發(fā)明的設(shè)備和本發(fā)明的方法。


本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和細節(jié)從優(yōu)選實施例的描述以及借助附圖來得出。其中:
圖1:示出了在第一實施方式中的本發(fā)明的測量裝置，
圖2:示出了在第二實施方式中的本發(fā)明的測量裝置，
圖3:示出了在第三實施方式中的本發(fā)明的測量裝置， 圖4:示出了在第四實施方式中的本發(fā)明的測量裝置，
圖5:示出了晶片堆疊的可能的質(zhì)量缺點，
圖6a-6c:示出了根據(jù)本發(fā)明的用于測量/檢測多個測量位置的不同方法流程，
圖7a:示出了利用本發(fā)明的測量裝置通過紅外線信號所檢測的晶片堆疊的照片，
圖7b:示出了根據(jù)本發(fā)明對晶片表面的測量/檢測的圖表，
圖8:示出了根據(jù)本發(fā)明的用于處理晶片堆疊的設(shè)備的示意圖，
圖9:示出了檢測晶片堆疊晶格缺陷的示意圖，
圖10:示出了利用本發(fā)明的測量裝置通過超聲信號檢測的晶片堆疊的照片，
圖11:示出了根據(jù)本發(fā)明的用于處理晶片堆疊的設(shè)備的示意圖，以及 圖12:示出了第五實施方式中的本發(fā)明的測量裝置。
具體實施例方式在圖中相同的或作用相同的構(gòu)件用相同的參考符號來表示。在圖8中繪出了根據(jù)本發(fā)明的用于處理晶片堆疊8的晶片處理設(shè)備，該晶片堆疊由結(jié)構(gòu)晶片1、連接層2和晶片3組成。該結(jié)構(gòu)晶片I在該結(jié)構(gòu)晶片I與該連接層2之間的過渡15處具有引入到該結(jié)構(gòu)晶片I的表面中的接觸部14以及從該表面突出的凸起13，其可以由金屬合金組成。該結(jié)構(gòu)晶片I也可以構(gòu)造為無結(jié)構(gòu)的，同樣如同該晶片3也可以構(gòu)造為有結(jié)構(gòu)的。該晶片堆疊8把其與該結(jié)構(gòu)晶片I的表面相對的平坦側(cè)固定在接納件12(在此為卡盤(Chuck))的接納面16上。通過該接納件12的真空軌17來進行固定。該連接層2作為臨時粘合劑來構(gòu)造，并借助該粘合劑把該結(jié)構(gòu)晶片I臨時鍵合到該晶片3上。另一過渡18相應(yīng)地位于該連接層2與該晶片3之間。該設(shè)備另外還具有測量裝置11，該測量裝置相對于該晶片堆疊8沿著參考平面R可移動。決定性的是實施相對移動，使得同樣可以設(shè)想尤其通過移動該接納件12來移動該晶片堆疊8。在此決定性的是，在該測量裝置11與該晶片堆疊8之間的相對移動可以例如在撐開該參考平面R的X-Y坐標(biāo)系中被檢測。在圖1至4中以不同的實施來示出該測量裝置11的功能。圖5示出了在連接晶片時可能產(chǎn)生的可能的問題。比如該連接層2可以具有不均勻的層厚度。在理想情況下晶片1、3是到處相等厚度的。圖5示出，晶片1、3也可能具有不均勻的厚度分布。另外這些晶片可能具有晶格缺陷4、所謂的“Void (空隙)”。根據(jù)圖1，該測量裝置11由殼體5組成，在該殼體中在其下側(cè)處布置有發(fā)送器9和接收器10。它們在該晶片堆疊8的方向上被對準(zhǔn)，尤其平行于該參考平面R。測量基于:借助該發(fā)送器9把波輸入耦合到所鍵合的晶片堆疊8中，并利用該接收器10來檢測在不同的材料之間在各個過渡15、18處的反射。該接收器10作為用于探測電磁波或超聲波形式的信號的信號探測器來構(gòu)造。作為信號波尤其適合的是具有合適波長的電磁波，其中存在所使用的晶片1、3和連接層2的粘合劑材料的足夠透射度。對于硅晶片，這比如可以是在紅外線范圍中的光或X射線輻射。對于玻璃晶片，在可見范圍中的光，并且在使用合適玻璃的情況下也處于UV范圍中的光適用。
電磁輻射的信號源尤其可以布置在該殼體5中，尤其集成在該發(fā)送器9中。替換于電磁波，聲波適合，尤其在IOOKHz至800MHz、優(yōu)選IOOMHz至400MHz的超聲范圍中的波。優(yōu)選的是使用具有在紅外線范圍中、尤其1050nm至ΙΟμπι，優(yōu)選1300nm的光波長的電磁輻射的光源。該測量裝置的光學(xué)裝置在此如此來設(shè)計，使得電磁波的射線能夠被聚焦并傳導(dǎo)到該晶片堆疊8上。只要該發(fā)送器9和該接收器10或殼體5如在根據(jù)圖2、3和4的實施方式中那樣與該晶片堆疊8或者施加在該晶片堆疊8上的液體7直接接觸，那么就通過接觸輸入耦合來進行測量/檢測。根據(jù)本發(fā)明尤其在使用超聲波時進行這種接觸輸入耦合。在使用電磁波時在發(fā)生器-接收器單元與該晶片堆疊8之間設(shè)置間距H。在圖3所示的借助液體7的超聲測量的情況下，該液體在測量之前被施加到該晶片堆疊8上，并且具有超聲 波發(fā)生器的殼體5浸入到該液體7中，以把超聲波傳輸?shù)皆摼询B8上，并通過該發(fā)送器8和該接收器10能夠?qū)崿F(xiàn)測量。該發(fā)送器9在此可以作為超聲波發(fā)生器來構(gòu)造。通過該殼體5本身來有規(guī)律地進行該液體7的施加。該殼體5具有輸入管道25，通過該輸入管道從液體容器中尤其連續(xù)地流入液體7。此外在根據(jù)圖4的實施方式中還規(guī)定，在該液體7與該晶片8之間設(shè)置有隔膜6，以保護該晶片堆疊8免遭液體7。該隔膜6因此是彈性的，使得所述隔膜可以與該晶片堆疊8的表面的外形相匹配。在隔膜6的表面上施加液體7。于是穿過該液體7以及穿過該隔膜6把測量信號輸入耦合到該晶片堆疊8中。在該隔膜6之下的空間優(yōu)選地可以抽真空，并在進行測量之前被抽真空。抽真空所具有的優(yōu)點是，在殼體5的所述側(cè)上的空氣壓力把隔膜6壓到晶片3的表面上。由此保證，該隔膜在不形成空腔的情況下覆蓋該晶片3的表面，并由此僅通過固體和/或液體、尤其沒有氣相地進行信號輸入耦合。在根據(jù)圖4的實施方式的特別有利的變型方案中，通過由環(huán)繞的隔膜壁26形成盆狀的液體容器27，該隔膜6用作液體存儲器。在這種特殊實施方式中，根據(jù)本發(fā)明從而可以設(shè)想，在該液體容器27與該輸入管道25之間設(shè)置閉合的循環(huán)。由此可以實現(xiàn)非常干凈的測量/檢測實施。在特別優(yōu)選的實施方式中，也可以設(shè)想，該設(shè)備鑒于液體操縱僅僅包含該盆狀的液體容器27，并完全地、尤其至少在測量過程期間放棄該液體的循環(huán)。在這種情況下通過合適的、在圖中未示出的用于液體輸送和液體導(dǎo)出的裝置來進行液體到該液體容器27的輸送以及必要時尤其為使維護工作容易而設(shè)置的、從該液體容器17中的流出。在過渡15、18處以及在該接納面16處所反射的、以電磁波或超聲波為形式的信號借助分別合適的接收器10而被分析，并允許在考慮波在結(jié)構(gòu)晶片1、連接層2和晶片3的不同材料中的傳播速度的情況下來精確地推斷出晶片3的材料厚度dl或連接層2的d2和結(jié)構(gòu)晶片I的d3。從而可以精確地檢測晶片堆疊8、也即該結(jié)構(gòu)晶片1、該連接層2和該晶片3的層的厚度和厚度均勻性。通過平行或沿著該參考平面R在整個晶片堆疊8上來移動該測量裝置，能夠在相應(yīng)的測量位置處位置分辨地確定層厚度。如前所述，為了測量/檢測晶片堆疊8而相對于該發(fā)送器9和該接收器10來進行移動。這或者可以通過移動晶片堆疊8或者發(fā)送器-接收器單元或這兩種移動可能性的組合來實現(xiàn)。優(yōu)選地選擇需要盡可能少的軸的布置，尤其通過用于沿著X軸和Y軸、也即平行于該參考平面R來移動晶片堆疊的活動裝置(Verfahreinrichtung)。該測量裝置優(yōu)選剛性地被安裝。在圖6a至6c中示出了用于檢測整個晶片堆疊8的最重要的掃描方法，其中在圖6a中曲流形地檢測。曲流形掃描所具有的優(yōu)點是，可以非常迅速地進行該檢測段的游歷(Abfahren)。但負面地影響記錄。按照圖6b的線掃描是另一掃描方式。該掃描方式可以通過線性驅(qū)動裝置來實現(xiàn)，其中該線性驅(qū)動裝置的平移單元的可能的間隙(Spiel)、尤其逆轉(zhuǎn)間隙被最小化。這種變型方案尤其在上述的兩級測量方法中是尤其有利的，尤其在第二測量裝置中。另一替換方案在于在旋轉(zhuǎn)的晶片堆疊8情況下把該殼體5恒定地朝向該晶片堆疊8的中心推移。由此得出螺旋狀的檢測。前述掃描方法共同之處在于，連續(xù)地進行掃描。各個測量位置的連續(xù)測量信號通過分析單元被相應(yīng)地換算和分析。尤其對于流線集成的本發(fā)明的測量裝置，用于掃描晶片堆疊的時間為少于180秒、優(yōu)選少于100秒、更優(yōu)選地少于60秒。對于尤其除了流線集成的測量裝置之外設(shè)置的非流線集成測量裝置、尤其用于以高的分辨率來詳細化地檢驗尤其劃分出來的晶片堆疊的測量裝置，這些檢驗時間也可能是明顯更長的。完全地可以設(shè)想，這種測量過程持續(xù)長于10分鐘，在很多情況下還長于20分鐘或30分鐘。 如果現(xiàn)在晶格缺陷4位于該粘合劑層2 (圖7a)中，那么在所述晶格缺陷4內(nèi)所輸入耦合的波或者根據(jù)不可以繼續(xù)引導(dǎo)、或者可以僅以不同的傳播速度來繼續(xù)引導(dǎo)。在聲學(xué)波的情況下，其在晶格缺陷4中的傳播幾乎完全被阻止，使得能夠借助反射波而非常明顯地推斷出晶格缺陷4 (圖10)。在電磁波以及尤其紅外線光的情況下，該測量設(shè)備通過干涉來探測不同的過渡或截面15、16、18，并由此能夠推斷出層厚度(11、(12、(13。間接地經(jīng)由通過干涉探測在過渡15、16,18處的峰值來進行層厚度dl、d2、d3的確定。根據(jù)這些峰值的差可以計算由過渡15、
16、18限制的相應(yīng)層的厚度。該分析單元自動地實施這種計算。在此應(yīng)注意的是，所測量的層厚度與層的折射率線性地有關(guān)。這從而談及，電磁波在不同的材料中不同快地傳播，并且穿過層的信號傳播時間線性地影響由接收器所探測的峰值的位置/間距。在優(yōu)選的實施方式中，在無相應(yīng)校正的情況下，為一個層所測量的層厚度對于具有較高折射率(η)的層而言顯現(xiàn)為折射率(η)倍。比如對于在粘合劑區(qū)域中具有厚度d2的粘合劑層所測量的層厚度為d2*n，而所測量的層厚度在位于粘合劑層中可能的空隙的區(qū)域中將會為d2*l。這基于以下的事實，空氣和真空具有近似為I的折射率。不同材料的折射率(η)可以利用專業(yè)人員所已知的方法來確定。通常這些值也與所使用的電磁信號波長有關(guān)。對于波長為1300nm的IR光，通常的熱塑性粘合劑的折射率比如可以在1.2與2.5之間，但大多在1.3與2之間，但更典型地在1.4與1.9之間的范圍中。在該粘合劑層厚度的測量結(jié)果中，前述的效應(yīng)導(dǎo)致所測量的層厚度(厚度(Thickness))(圖7b、7c)在晶格缺陷區(qū)域中突然下降,這允許借助合適的分析算法來推斷出晶格缺陷4。圖7a至7c的圖樣/圖表的X軸是至左邊晶片堆疊邊緣的相應(yīng)間距(距離(distance))。圖7c示出了實施分析算法的例子。該分析單元如此來規(guī)劃，使得可自由定義的窗口對在該測量區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控區(qū)域21進行監(jiān)控。如果信號進入該監(jiān)控區(qū)域21中，那么就設(shè)置相應(yīng)的動作。這應(yīng)借助例子來闡述。圖7c作為沿晶片堆疊8的間距(距離(distance))的函數(shù)示出了連接層2的層厚度d2(厚度(thickness))。在所示的例子中該連接層2的層厚度明顯地在37與42 μ m之間變化。在這種情況下，該厚度值代表了在無通過折射率的校正的情況下針對粘合劑厚度所測量的值。也即，在這種情況下，真實的粘合劑厚度將會可以通過把所示的厚度值除以折射率來計算。在特定的實施方式中，可以在凸起、小方塊(Dice)、晶格缺陷、縮孔(Lunkern)等之間進行區(qū)分。它們應(yīng)該通過不同的深度/強度/信號偏差來表征。這里應(yīng)意指所有相應(yīng)的算法，其可以探測厚度的信號偏差。這些分析算法有利地也還與合適的算法相組合，其中所述合適的算法比如也一同考慮這種晶格缺陷的按面的擴張?？梢愿鶕?jù)剛剛所述的分析技術(shù)通過在X/Y坐標(biāo)系中分析所收集的全部厚度值來確定晶格缺陷的按面的擴張(Ausdehnung)。有利地可以通過內(nèi)插來確定未測量的可能的中間值。在紅外線測量或超聲測量時，與發(fā)送器9/接收器10與該晶片堆疊8的間距R無關(guān)地來進行測量/檢測，因為通過差計算根據(jù)在各個過渡處的反射來實現(xiàn)各個層的厚度的測量值。為了能夠確定要測量的各個層在整個晶片上的厚度分布，需要在該晶片上分布地接納多個測量點。有利地把該測量點布置在合適的坐標(biāo)系中(見圖10)，這稍后簡化了分析和數(shù)據(jù)處理。有利地用于測量點檢測的坐標(biāo)系與給要檢驗的晶片所分配的局部坐標(biāo)系相對應(yīng)。合適的坐標(biāo)系比如是笛卡爾坐標(biāo)系或極坐標(biāo)系。有利地，測量點相互足夠緊密地放置，以便典型地以恰當(dāng)?shù)陌踩詸z測要預(yù)期的缺陷(晶格缺陷)。尤其值得期望的是檢測將會在隨后的處理中導(dǎo)致前述的災(zāi)難性故障情況的大小的缺陷。層分辨率應(yīng)該優(yōu)選地好于10 μ m，更優(yōu)選地好于I μ m,最優(yōu)選地好于0.1 μ m。根據(jù)圖10測量信 號的直徑D有利地在I μ m與100 μ m之間，尤其在5 μ m與50 μ m之間，優(yōu)選地在ΙΟμπι與30μπ 之間。在激光束的情況下，前述的直徑D比如對應(yīng)于該激光
束的直徑。測量信號在橫向方向上、也即平行于參考平面R的寬度分辨率在0.1 μ m與50 μ m之間，尤其在Iym與30μπι之間，優(yōu)選在ΙΟμπι與20μπι之間。與鑒于晶格缺陷的行動相類似，在確定測量點柵格時還有利地考慮厚度波動的典型出現(xiàn)的波長。根據(jù)前述的想法，表明有利的是，大約每隔I至3mm設(shè)置一個測量點。為了能夠更可靠地識別晶格缺陷，更理想的是每隔0.8mm或每隔0.5mm或更好地每隔0.25mm設(shè)置一個測量點。對于特別敏感的、具有非常小的目標(biāo)晶片厚度的應(yīng)用，也可以有利地每隔0.1mm設(shè)置一個測量點。這是非常經(jīng)常的，使得一定的電磁射線、比如紅外線不能穿透結(jié)構(gòu)晶片1，因為該結(jié)構(gòu)晶片或者金屬化、摻雜，或者凸起。金屬化比如可以由于在晶片的表面處或在晶片的內(nèi)部中的接觸部14而存在。凸起13由金屬合金組成，其同樣對于IR是不透明的。此外該晶片可以是摻雜的。尤其在結(jié)構(gòu)晶片情況下幾乎總是出現(xiàn)摻雜，并降低紅外線透射度。借助附加于測量裝置11或集成在該測量裝置11中的干涉儀19，在該晶片堆疊8被放到該接納件上之前，可以測量接納件12的接納面16。在圖8中示出了接納面16由于拱形而導(dǎo)致的表面不平坦性。但表面的不規(guī)律性可以具有每種其他形狀。這利用白光干涉儀19來測量。在通過該白光干涉儀19測量間距輪廓(Abstandsprofil)之后,該晶片堆疊8被放置到該接納件12上。接著通過該白光干涉儀19來重新測量，使得得到第二間距輪廓，而且是整個晶片堆疊8的第二間距輪廓。兩個間距輪廓的差對應(yīng)于該晶片堆疊8的總高度。從而結(jié)合前述的對過渡15、18的測量/檢測，通過相應(yīng)的計算也可以根據(jù)圖8來確定層厚度d3’，其方式是，從該晶片堆疊8的總厚度中扣除晶片3的層厚度dl’和連接層2 的 d2，。在借助紅外線或超聲的掃描工藝期間，通過使用白光干涉儀作為掃描儀得出另一優(yōu)點。該白光干涉儀掃描儀在此僅沿著一條線移動越過該晶片堆疊8的邊緣。在此如果它位于該晶片堆疊8上方，那么它就連續(xù)測量到該晶片堆疊8的表面的間距，或者如果它越過該晶片堆疊8，那么它就連續(xù)地測量到接納面16的間距。如果現(xiàn)在在實際的紅外線或超聲掃描期間發(fā)生整個系統(tǒng)的高度變化，比如由于熱波動，那么該白光干涉儀掃描儀就基于高度波動檢測該高度變化，因為絕對距離是可確定的。與紅外線掃描儀不同，其中該紅外線掃描儀借助干涉僅測量由于在界面15、16和18處的干涉而得出的峰值。該紅外線掃描儀從而能夠測量相對間距、也即厚度。該紅外線掃描儀總是需要至少兩個信號，由其差能夠計算相應(yīng)層的厚度。該紅外線掃描儀從而相對于“震動”和熱波動是不靈敏的。而該白光干涉儀掃描儀測量到發(fā)送器-接收器單元的間距。如果其在整個掃描線上的掃描頻率比整個系統(tǒng)的高度變化快得多，那么就可以作為時間的函數(shù)來檢測整個系統(tǒng)的高度變化。圖7a示出了利用本發(fā)明的測量裝置所測量的、直徑為300mm的晶片堆疊8，其中已找到具有彩色示出的深度的多個晶格缺陷4。在圖7b中以圖表的形式由該分析單元來進行對根據(jù)圖7a的晶片堆疊8的二維分析，其中與該圖表相對應(yīng)的線在圖7a中被畫出。在圖7b中可看出，該晶格缺陷4在晶片堆疊的中間在剖面中看來是怎樣的。在另一實施方式中，借助上面介紹的測量裝置之一在化學(xué)工藝期間就地測量該晶片堆疊8的邊緣區(qū)域B。優(yōu)選地在此使用圖6c的測量方法。在化學(xué)物質(zhì)22溶解該連接層2的邊緣區(qū)域粘合劑28期間，借助該測量裝置11可以連續(xù)地測量在溶解工藝中的進展。優(yōu)選地該方法被應(yīng)用于該晶片堆疊8，其中該晶片堆疊8僅在邊緣處鍵合結(jié)構(gòu)晶片和載體晶片。這些技術(shù)對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員是已知的。根據(jù)在圖12中所示的另一實施方式，可以借助前述測量裝置之一來探測在層中、尤其模(Mold) 24中的晶格缺陷4，其中該層掩蓋電子構(gòu)件23、尤其是小方塊。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的摻雜元素是第三主族的元素，如硼、銦、鋁或鎵，或者第五主族的元素，如磷、砷或銻。參考符號列表
1結(jié)構(gòu)晶片
2連接層
3晶片
4晶格缺陷
5殼體
6隔膜
7液體
8晶片堆疊
9發(fā)送器
10接收器11測量裝置
12接納件
13凸起
14接觸部
15過渡
16接納面
17真空軌
18過渡
19干涉儀
20測量信號
21監(jiān)控區(qū)域
22化學(xué)物質(zhì)
23電子構(gòu)件
24層
25輸入管道
26隔膜壁
27液體容器
28邊緣區(qū)域粘合劑R參考平面dl，dl’ 層厚度
d2，d2’層厚度
d3，d3’層厚度
H間距
B邊緣區(qū)域。
權(quán)利要求
1.用于在分布于晶片堆疊(8)上的多個測量位置處測量和/或檢測晶片堆疊(8)的一個或多個層的層厚度和/或晶格缺陷的測量裝置，具有以下的特征: -相對于該晶片堆疊(8)可移動的發(fā)送器(9)，其用于發(fā)送電磁波或超聲波形式的信號， -與該發(fā)送器(9) 一起相對于該晶片堆疊(8)可移動的接收器(10)，其用于接收由該發(fā)送器(9)所發(fā)送的并在該晶片堆疊(8)處所反射的信號，以及 -用于分析由該接收器所接收的信號的分析單元，其中由該分析單元可以區(qū)分由該晶片堆疊(8)的層之間的至少兩個過渡(15，18)所反射的信號，并可以確定其相互之間的和/或到參考平面(R)的間距，并且其中能夠檢測該晶片堆疊(8)和/或該測量裝置(11)平行于該參考平面(R)的移動，并從而能夠檢測沿該參考平面(R)的每個測量位置的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中該測量裝置(11)可以尤其流線地使用于晶片處理設(shè)備中。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測量裝置，其中該測量裝置(11)構(gòu)造為對該晶片堆疊(8)無機械影響地、尤其與該晶片堆疊(8)相隔間距(H)地工作。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測量裝置，其中該測量裝置(11)、尤其該發(fā)送器(9)與該接收器(10)可以同時用于尤其以〈10 μ m、優(yōu)選〈1 μ m,更優(yōu)選〈0.1 μ m的層分辨率檢測層厚度和晶格缺陷。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測量裝置，其中借助該測量裝置(11)可以測量間距小于5mm,優(yōu)選小于3mm,更優(yōu)選小于Imm的相鄰測量位置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測量裝置，其中該測量裝置適用于尤其在研磨工藝或分離工藝期間就地測量。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的測量裝置，其中具有尤其與該發(fā)送器(9)和該接收器(10)機械耦合的、優(yōu)選固定的干涉儀、尤其白光干涉儀，用于在至少一個所述測量位置處來測量其到一個表面、尤其接納件(12)的接納面(16)的間距。
8.用于處理、尤其研磨或鍵合、優(yōu)選臨時鍵合、或分離晶片堆疊8的晶片處理設(shè)備，具有: -測量裝置，其用于在分布于晶片堆疊(8)上的多個測量位置處測量和/或檢測晶片堆疊(8)的一個或多個層的層厚度和/或晶格缺陷，具有以下的特征: -相對于該晶片堆疊(8)可移動的發(fā)送器(9)，其用于發(fā)送電磁波或超聲波形式的信號， -與該發(fā)送器(9) 一起相對于該晶片堆疊(8)可移動的接收器(10)，其用于接收由該發(fā)送器(9)所發(fā)送的并在該晶片堆疊(8)處所反射的信號，以及 -分析單元，其用于分析由該接收器所接收的信號，其中由該分析單元可以區(qū)分由在該晶片堆疊(8)的層之間的至少兩個過渡(15，18)所反射的信號，并能夠確定其相互之間的和/或到該參考平面(R)的間距，并且其中能夠檢測該晶片堆疊(8)和/或該測量裝置(11)平行于該參考平面(R)的移動，并從而能夠檢測沿該參考平面(R)的每個測量位置的位置，以及 -接納件，其用于在該接納件(12)的接納面(16)處接納并固定該晶片堆疊(8)，以及用于平行于該參考平面(R)來移動被固定的晶片堆疊(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶片處理設(shè)備，作為流線設(shè)備，具有涂覆模塊、檢驗?zāi)K和鍵合模塊，該涂覆模塊用于至少部分地對該晶片堆疊8進行涂覆。
10.用于在分布于晶片堆疊上的多個測量位置處測量和/或檢測晶片堆疊的一個或多個層的層厚度和/或晶格缺陷的方法，具有以下的步驟，尤其以下的流程: -布置測量裝置，其用于在相對于該晶片堆疊的平坦側(cè)的測量位置處測量和/或檢測該晶片堆疊的層的層厚度和/或晶格缺陷， -通過該測量裝置的發(fā)送器來發(fā)送電磁波或超聲波形式的信號，并通過該測量裝置的接收器來接收由該晶片堆疊所反射的信號， -通過分析單元來分析由該接收器所接收的信號，其中由該分析單元來區(qū)分由該晶片堆疊的層之間的至少兩個過渡所反射的信號，并確定其到參考平面(R)的區(qū)段，并且其中能夠檢測該晶片堆疊和/或該測量裝置平行于該參考平面(R)的移動，并從而能夠檢測沿該參考平面的每個測量位置的位置 。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在分布于晶片堆疊上的多個測量位置處測量和/或檢測晶片堆疊的一個或多個層的層厚度和/或晶格缺陷的測量裝置以及方法，以及相對應(yīng)的晶片處理設(shè)備。
文檔編號G01B7/06GK103221813SQ201080070098
公開日2013年7月24日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者M.溫普林格 申請人:Ev 集團 E·索爾納有限責(zé)任公司