专利名称：用于测量晶片堆叠的层厚度和晶格缺陷的测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1所述的用于在分布于晶片堆叠上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷(Fehlstellen)的测量装置。另外本发明还涉及根据权利要求8所述的用于处理晶片堆叠的晶片处理设备以及根据权利要求10所述的用于在分布于晶片堆叠上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷的方法。
背景技术：
当前半导体工业中的发展进入以下程度:晶片键合(Wafer Bonding)工艺越来越变得有意义。因此比如在移动电话和诸如游戏机的其他便携式设备中诸如运动传感器和/或定向传感器的新型功能导致对能够探测加速度和旋转速率的微机电(MEMS)部件的需求迅速增长。迅速生长的另一领域是作为所谓3D IC制造的构件。将其理解为由具有晶体管的多个覆层(Lage)(“有源覆层”)组成的芯片系统，其中所述覆层相互之间借助穿过硅的接触部来连接。这些贯通接触部在工业中称为“硅通孔(Through Silicon Vias)”或简称为“TSV”。为了能够尽可能成本低地制造这些TSV，以及为了能够实现其他所期望的优点，诸如小的总封装尺寸，需要在TSV制造之前或之后或者在TSV制造过程中使晶片变薄到合适的尺度。目前与此相应地在所谓的通孔最初工艺、通孔中间工艺和通孔最后工艺之间进行区分。鉴于晶片的变薄表明，所致力的目标厚度不再足以能够把该晶片仍可靠地从一个工艺步骤移动到下一工艺步骤，因为不再给出晶片的机械稳定性、尤其在当前常见的300_晶片情况下。因此晶片被有利地临时安装在载体上，以便保证对薄晶片的可靠操纵，其中该薄晶片通常具有〈150 μ m、但大多〈100 μ m、并且经常〈80或甚至〈50 μ m的厚度。在必要的工艺步骤完成之后，该晶片再次从该载体脱离。这两种方法称为临时键合和分离(剥离(debonding))。在第一工艺步骤中，在此向该载体，该产品晶片借助专业人员所已知的合适的键合技术被键合到该载体上。该键合步骤通常如此来进行，使得该产品晶片的、其上构建芯片结构的第一主面被如此来定向，使得该面与临时粘合剂相接触，并随后该粘合剂层建立与该载体晶片的接触。但在几乎所有情况下都在该背侧处理的范畴内来进行该产品晶片的机械变薄。这尤其包含研磨步骤，在该研磨步骤中该产品晶片的所定义的厚度通过研磨而被移除。就此而论，通常使用具有不同研磨速率和/或磨盘或砂轮的粒度的各个研磨步骤。大多存在具有较高材料磨削速率的第一研磨步骤(粗研磨)和具有较低材料磨削速率的第二研磨步骤(精研磨)。为了与背侧工艺步骤相关联地确保最终芯片的质量以及临时键合晶片的完整性，需要该临时粘合连接满足特定的质量标准。就此而论，存在对该粘合剂材料的很多要求，其对于专业人员是已知的。这尤其涉及该粘合剂能够容忍在背侧处理期间可能出现的特定工艺条件的能力。属于此的尤其是有温度稳定性、与真空环境的兼容性(无气体析出)、粘合剂相对于诸如溶剂、酸和碱的化学物质的稳定性、与各种机械载荷或电磁波(比如具有特定波长的光的辐射)的兼容性以及这些参数的不同组合。除了对粘合剂材料的要求之外，还存在与该粘合剂层的几何和机械完整性有关的很多参数。对于进行背侧处理尤其有极大意义的是，该粘合剂层具有精确定义的和可重复的厚度，以及不具有晶格缺陷(英语“Voids (空隙)，，)。但是，与单个晶片的变薄相反，在临时键合晶片的情况下，载体晶片和粘合剂层位于晶片覆盖层与研磨装置(砂轮、磨盘等)之间。从而现在该载体晶片和该粘合剂层的厚度一同影响最终的变薄的产品晶片的均匀性。因此总之可以说，需要在制造工艺中能够精确地控制和监视该粘合剂层的厚度均匀性以及大多还有绝对厚度值。对于特定的情况-根据该研磨工艺的控制也可能有必要知道载体晶片的厚度(可能还有临时键合的整个堆叠的厚度)。但在每种情况下都有必要鉴于厚度均匀性以及必要时绝对厚度值来保证粘合剂层的相应质量。鉴于晶格缺陷，在研磨工艺期间以及在之后的可能的抛光工艺期间这些晶格缺陷将会导致该晶片被不足够地机械支撑，并由此可能发生该晶片的损坏或者至少发生在变薄时所致力的晶片厚度的不均匀性。这种不均匀性由垫层的机械柔韧性而引起，所述机械柔韧性由于所述晶格缺陷产生。换句话说，该晶片比如在研磨期间弯曲/拱起到晶格缺陷中，并从而在这些位置处进行不太强烈的磨削，这随后将会导致变薄晶片局部厚度增大。变薄晶片的目标厚度越�。庵中в嵊跋煸角苛遥蛭镁孀藕穸鹊南陆刀涞酶腥崛托�。这最后甚至可能导致晶片在变薄期间断裂。这种断裂事件对于研磨和/或抛光工艺是大的危险，因为在此所产生的相对大的材料块可能引起整个晶片的进一步损坏，但也可能引起砂轮和/或磨盘和/或抛光设备的进一步损坏。除了在研磨和/或抛光期间的这种问题之外，这种晶格缺陷在其余背侧工艺步骤期间还可能导致故障。这里应该仅作为例子列举的是，在这种晶格缺陷中所封闭的气体在真空室中所进行的工艺步骤期间可能导致变薄的硅晶片在这样的工艺步骤期间在这些位置处爆裂。除了位于所述位置处的芯片的损失之外，这还会导致其他的问题，因为在此所产生的微粒将会污染所使用的其中发生爆裂的设备、以及可能污染其他的制造设备，并也许还会引起在所述设备上所处理的其他晶片的质量问题。
发明内容
从而本发明的任务是优化质量标准，诸如无晶格缺陷性、可重复性和粘合剂厚度的均匀性，并在制造或处理临时键合的晶片堆叠时保证尽可能少的次品。该任务利用权利要求1、8和10的特征而得到解决。本发明的有利的改进在从属权利要求中予以说明。由在说明书、权利要求和/或附图中所说明的特征中的至少两个组成的所有组合也属于本发明的范畴。在值域的情况下位于所述极限内的值也应该作为极限值来公开，并可以以任意的组合来要求保护。本发明的基本思想一方面是，在处理晶片时在最早可能的时间点来识别关于前述质量标准的偏差，以便出于该原因就已经使产品晶片的可能损失保持得尽可能地小。这尤其可以如此来保证，即测量/检测该晶片堆叠的各个层的层厚度和/或晶格缺陷，而且尤其及时地在研磨该晶片堆叠之前。在此特别重要的是监控该载体晶片的几何参数，因为该载体晶片用于该产品晶片的机械支撑，并在研磨工艺期间位于该晶片覆盖层与该研磨装置之间，其中该晶片覆盖层可以用作参考平面或参考面。及时地(zeitnahe)在前述意义上意味着，在晶片堆叠的处理链中在所述晶片堆叠之前的处理链中、也即在测量步骤/检测步骤与研磨步骤(包括该研磨步骤在内)之间有尽可能少的晶片堆叠，尤其最大五个，优选最大三个，更优选最大一个。在此根据本发明可以规定，该测量步骤/检测步骤在测量/检测�？�(也即计量�？�)中来实施并且该研磨步骤空间分离地在尤其相邻的研磨�？橹欣词凳�。该测量步骤/检测步骤和该研磨步骤根据本发明流线地(in-line)进行。由此也可能是，在在前的晶片研磨完成之前，也即还位于该研磨�？橹校镁训募觳橐丫崾�。被测量的晶片堆叠于是必须“等待”，直到它可以前进。在特别有利的实施方式中，对于临时键合步骤及时地进行该测量步骤步骤/检测步骤。由此实现，在临时键合步骤时出现的故障的情况下降低误处理的材料的量。这所提供的优点是，能够降低必须被输送给后处理(“重新加工(Rework)”)的材料量、尤其是所键合的晶片堆叠的数量，这带来经济上和逻辑上的优点。就此而论应将及时地理解为，在任何情况下均在研磨该晶片之前进行测量。如前所述，该研磨工艺为不可逆的工艺，其可能导致灾难性的故障以及尤其导致完全损失所键合的单个晶片堆叠。但是及时地有利地意味着，在对给定的晶片堆叠进行检验之前，最大10个其他的晶片堆叠被键合。如果该数目能够降低到小于7个或更好5个或3个，那么是更好的。该数目涉及工艺流程，其中所有被键合的晶片堆叠在该临时键合工艺之后、尤其紧接在该临时键合步骤之后被输送给本发明的测量步骤/检测步骤。刚刚所述的对在工艺流程中等待该检验步骤的这些晶片堆叠的该减少可以有利地借助制造环境的配置来实现，其中实施临时键合步骤的设备在空间上尽可能靠近本发明的测量设备来布置。这尤其可以如此来实现，即把该测量设备集成在临时键合设备中。这种集成的解决方案在工业中通常称为流线集成或流线计量。根据本发明，这可以与由现有技术所已知的每种临时键合解决方案相组合来实现。根据本发明，比如可以设想把该测量设备集成在用于热塑性或可UV硬化的粘合剂的临时键合设备中，其中这种设备通常包含一个或多个用于施加粘结剂的涂层�？橐约耙桓龌蚨喔黾夏？椋淼木柚远僮萆璞付谒瞿？橹湟贫米远僮萆璞赣绕涫歉蒙璞傅牟糠�。按照所使用的粘合剂种类，附加地也还可以在系统中集成加热模块，该加热�？橛糜诖痈谜澈霞敛阒信懦鋈芗�。有利地也常见的是，在这种设备中集成合适的、对专业人员所已知的用于对准该晶片的调整设备。另外本发明的基本思想还在于，检测粘合剂层中的晶格缺陷以及粘合剂层厚度和该粘合剂层厚度的可能波动。本发明的另一方面在于，所检测的值可以作为数据自动地被分析，以自动化地决定进一步处理或从工艺链中移除该晶片。本发明的另一中央方面在于，把该发明主题集成在用于临时键合产品晶片的自动处理设备中。通过这种方式应该能够实现对每个产品晶片的尽可能完全的分析，而不降低该处理设备的生产率。检测/测量从而“流线”、也即作为“流线计量”来进行。根据本发明的测量装置的实施方式而相应地规定，该测量装置尤其可以流线地应用在晶片处理设备中。在此发明主题地规定了针对工艺流程或工艺链而布置的工艺模块的�？榛乖�。在晶片处理设备中与以下�？橛泄氐挠τ檬翘乇鹩欣�:
-涂覆模块，用于尤其利用粘合剂、有利地临时粘合剂来至少部分地对晶片堆叠进行涂
覆，
-键合�？椋糜诹泳训木悖�
-检验�？橹械母荼痉⒚鞯牟饬孔爸茫�
-操纵装置，尤其具有一个或多个机器人臂，用于把每个晶片堆叠在晶片处理设备内从一个�？榇偷较乱荒？椋约�
-可选的加热装置，用于排出溶剂。如果就此而论尤其在产品晶片的再变薄之前探测到偏差，那么可以使该产品晶片或该晶片堆叠经受再改善(英语:“Rew0rk，重新加工”)。这尤其从而表示，该产品晶片还将再次从载体脱离，并可能再次重新实施整个临时键合过工艺。对于该脱离步骤可以使用专门为此而设置的设备或流线�？�。剥离设备尤其适用于此，所述剥离设备通常被用于把薄的产品晶片从该载体上揭离。必要时可以将用于该剥离设备的为此而确定的工艺参数与满足剥离未变薄的或未完全变薄的产品晶片的要求相匹配。这种重新加工工艺在成本有效的制造的意义上具有大的意义。尤其具有非常高复杂度(这对于这种3D IC晶片堆叠可期待)的产品晶片或晶片堆叠在该阶段中具有非�？晒鄣募壑担蛭窃谥圃炝髦幸丫窃对兜亟降�。这种晶片堆叠的价值大多超过1000欧元，部分甚至10000欧元。根据本发明从而决定性的是，在该 晶片堆叠经历在其之后该重新加工工艺不再可能的工艺步骤之前，按时地或尽可能早地识别将会导致晶片堆叠完全损失的所谓灾难性故障，并将其输送给重新加工工艺。就此而论用于降低厚度的晶片堆叠研磨在任何情况下都可以看作是以下步骤，在该步骤之后这种重新加工工艺不再可能，并且反之将面临产品晶片完全损失的危险。只要对该晶片堆叠没有机械影响地工作地构造该测量装置，尤其与该晶片堆叠相隔间距H，那么就可以通过该测量装置尤其无接触地、特别小心翼翼地进行测量/检测。在应用超声波时，在该晶片堆叠与该测量装置之间通过在该晶片堆叠上所设置的液剂来进行用于传播超声波所需的接触，所述液剂适用于传输超声波。在此情况下根据一种优选实施方式可以规定，在该液剂与该晶片堆叠之间设置有分离剂、尤其是隔膜，以把该晶片堆叠与液体相屏蔽。该分离剂必须适用于传输超声波。在该隔膜之下的空间可以优选地被抽真空，使得该隔膜尽可能均匀和平坦地施加在该晶片堆叠上。使用负压不是绝对必要的，因为仅环境压力就负责把隔膜完全紧贴在该晶片堆叠8上。如果并非如此，则填充空气的空腔可能使测量结果失真，因为空气将会至少在一定程度上反射声波。根据本发明的有利的实施方式规定，可以使用同时用于尤其是以〈10 μ m、优选〈I μ m、更优选〈0.1 μ m的层分辨率检测层厚度和晶格缺陷的该测量装置、尤其发送器和接收器。此外，根据本发明可以设想，把多个发送器/接收器单元同时地、尤其并排布置地来使用，以能够相应较快速地扫描表面。该层分辨率指的是在对参考平面R的横向上，也即深度分辨率或竖直分辨率或厚度分辨率。测量信号的直径D有利地位于I μ m和100 μ m之间，尤其在5 μ m和50 μ m之间，优选在10 μ m和30 μ m之间。在激光束的情况下，上述直径D比如对应于该激光束的直径。在本发明的另一有利的实施方式中规定，借助该测量装置可以在具有小于5_，优选小于3mm,更优选小于Imm,最优选小于0.5mm的间距X或Y的栅格R内来测量相邻的测量位置。因此对整个晶片堆叠进行面覆盖的、栅格状的检测，使得实际能够尽可能无间隙地检测所有晶格缺陷。该测量信号在横向方向上、也即平行于参考平面R的宽度分辨率有利地在0.1 μ m与50μπ 之间、尤其在Ιμ 与30μπ 之间、优选在ΙΟμ 与20μπ 之间。激光束比如应该在确定的测量位置处来测量。但它并不精确地射中该测量位置，而是偏差ΛΧ/ΛΥ。ΔΧ(deltaX)和ΛΥ (deltaY)在此对应于宽度分辨率。利用该宽度分辨率尤其检测晶格缺陷的扩张、也即宽度或直径。该宽度分辨率越好，就必须实施越多的测量。从而在快速测量与检测尽可能所有晶格缺陷之间尽可能设定最佳。晶片或晶片堆叠的目标厚度越�。【Ц袢毕菀丫轿Ｏ铡８荼痉⒚鞯挠叛∈凳┓绞焦娑ǎ饬�/检测是两级的，尤其通过第一快速和粗略测量装置和可选的第二、非常精确的测量装置。仅在该第一测量装置中已经被分级为可能危险的晶片堆叠经历该第二测量装置。该第二测量装置是非流线地设置的，从而尽可能不干扰该工艺流。由分析单元在该第一测量装置中分级为可能危险的晶片堆叠从而从该工艺流程中至少暂时地划分出来。在图9中示出了在测量信号的点栅格间距、直径D和宽度分辨率之间的关系。所介绍的方法可以就地和/或流线地使用。就地理解为在技术/物理/化学处理步骤期间来应用该方法。在此情况下例如列举结构晶片的再变薄、或者在化学槽中的边缘区域蚀刻。流线地理解为在安置在另一工艺�？橹盎蛑蟮墓ひ漳？橹杏τ酶梅椒�。第一�？樵诒痉⒚鞯囊恢质凳┓绞街� 可以是键合台。该随后的�？橛谑窃谡庵智榭鱿略诘湫偷氖凳┓绞街惺钦饫锼樯艿挠糜诓饬烤训牟饬孔爸�。在该键合台中键合晶片堆叠，而在该测量台中对先前所键合的晶片堆叠、有利地按照前述的对于概念及时的阐述对尽可能及时地先前所键合的晶片堆叠、尤其紧接先前所键合的晶片堆叠进行测量/检测。流线从而与就地的区别在于，把本发明的方法分离到特有的模块中，但该�？橐丫低臣傻骄哂衅渌聿街璧拇砹粗�。另外还有利地规定，本发明的测量装置配备有、尤其与发送器和接收器机械耦合的、优选固定的干涉仪、尤其白光干涉仪，用于测量其到至少一个测量位置处的表面的间距。前述的关于测量装置描述的特征相应地适用于本发明的设备和本发明的方法。
本发明的其他优点、特征和细节从优选实施例的描述以及借助附图来得出。其中:
图1:示出了在第一实施方式中的本发明的测量装置，
图2:示出了在第二实施方式中的本发明的测量装置，
图3:示出了在第三实施方式中的本发明的测量装置， 图4:示出了在第四实施方式中的本发明的测量装置，
图5:示出了晶片堆叠的可能的质量缺点，
图6a-6c:示出了根据本发明的用于测量/检测多个测量位置的不同方法流程，
图7a:示出了利用本发明的测量装置通过红外线信号所检测的晶片堆叠的照片，
图7b:示出了根据本发明对晶片表面的测量/检测的图表，
图8:示出了根据本发明的用于处理晶片堆叠的设备的示意图，
图9:示出了检测晶片堆叠晶格缺陷的示意图，
图10:示出了利用本发明的测量装置通过超声信号检测的晶片堆叠的照片，
图11:示出了根据本发明的用于处理晶片堆叠的设备的示意图，以及 图12:示出了第五实施方式中的本发明的测量装置。
具体实施例方式在图中相同的或作用相同的构件用相同的参考符号来表示。在图8中绘出了根据本发明的用于处理晶片堆叠8的晶片处理设备，该晶片堆叠由结构晶片1、连接层2和晶片3组成。该结构晶片I在该结构晶片I与该连接层2之间的过渡15处具有引入到该结构晶片I的表面中的接触部14以及从该表面突出的凸起13，其可以由金属合金组成。该结构晶片I也可以构造为无结构的，同样如同该晶片3也可以构造为有结构的。该晶片堆叠8把其与该结构晶片I的表面相对的平坦侧固定在接纳件12(在此为卡盘(Chuck))的接纳面16上。通过该接纳件12的真空轨17来进行固定。该连接层2作为临时粘合剂来构造，并借助该粘合剂把该结构晶片I临时键合到该晶片3上。另一过渡18相应地位于该连接层2与该晶片3之间。该设备另外还具有测量装置11，该测量装置相对于该晶片堆叠8沿着参考平面R可移动。决定性的是实施相对移动，使得同样可以设想尤其通过移动该接纳件12来移动该晶片堆叠8。在此决定性的是，在该测量装置11与该晶片堆叠8之间的相对移动可以例如在撑开该参考平面R的X-Y坐标系中被检测。在图1至4中以不同的实施来示出该测量装置11的功能。图5示出了在连接晶片时可能产生的可能的问题。比如该连接层2可以具有不均匀的层厚度。在理想情况下晶片1、3是到处相等厚度的。图5示出，晶片1、3也可能具有不均匀的厚度分布。另外这些晶片可能具有晶格缺陷4、所谓的“Void (空隙)”。根据图1，该测量装置11由壳体5组成，在该壳体中在其下侧处布置有发送器9和接收器10。它们在该晶片堆叠8的方向上被对准，尤其平行于该参考平面R。测量基于:借助该发送器9把波输入耦合到所键合的晶片堆叠8中，并利用该接收器10来检测在不同的材料之间在各个过渡15、18处的反射。该接收器10作为用于探测电磁波或超声波形式的信号的信号探测器来构造。作为信号波尤其适合的是具有合适波长的电磁波，其中存在所使用的晶片1、3和连接层2的粘合剂材料的足够透射度。对于硅晶片，这比如可以是在红外线范围中的光或X射线辐射。对于玻璃晶片，在可见范围中的光，并且在使用合适玻璃的情况下也处于UV范围中的光适用。
电磁辐射的信号源尤其可以布置在该壳体5中，尤其集成在该发送器9中。替换于电磁波，声波适合，尤其在IOOKHz至800MHz、优选IOOMHz至400MHz的超声范围中的波。优选的是使用具有在红外线范围中、尤其1050nm至ΙΟμπι，优选1300nm的光波长的电磁辐射的光源。该测量装置的光学装置在此如此来设计，使得电磁波的射线能够被聚焦并传导到该晶片堆叠8上。只要该发送器9和该接收器10或壳体5如在根据图2、3和4的实施方式中那样与该晶片堆叠8或者施加在该晶片堆叠8上的液体7直接接触，那么就通过接触输入耦合来进行测量/检测。根据本发明尤其在使用超声波时进行这种接触输入耦合。在使用电磁波时在发生器-接收器单元与该晶片堆叠8之间设置间距H。在图3所示的借助液体7的超声测量的情况下，该液体在测量之前被施加到该晶片堆叠8上，并且具有超声 波发生器的壳体5浸入到该液体7中，以把超声波传输到该晶片堆叠8上，并通过该发送器8和该接收器10能够实现测量。该发送器9在此可以作为超声波发生器来构造。通过该壳体5本身来有规律地进行该液体7的施加。该壳体5具有输入管道25，通过该输入管道从液体容器中尤其连续地流入液体7。此外在根据图4的实施方式中还规定，在该液体7与该晶片8之间设置有隔膜6，以保护该晶片堆叠8免遭液体7。该隔膜6因此是弹性的，使得所述隔膜可以与该晶片堆叠8的表面的外形相匹配。在隔膜6的表面上施加液体7。于是穿过该液体7以及穿过该隔膜6把测量信号输入耦合到该晶片堆叠8中。在该隔膜6之下的空间优选地可以抽真空，并在进行测量之前被抽真空。抽真空所具有的优点是，在壳体5的所述侧上的空气压力把隔膜6压到晶片3的表面上。由此保证，该隔膜在不形成空腔的情况下覆盖该晶片3的表面，并由此仅通过固体和/或液体、尤其没有气相地进行信号输入耦合。在根据图4的实施方式的特别有利的变型方案中，通过由环绕的隔膜壁26形成盆状的液体容器27，该隔膜6用作液体存储器。在这种特殊实施方式中，根据本发明从而可以设想，在该液体容器27与该输入管道25之间设置闭合的循环。由此可以实现非常干净的测量/检测实施。在特别优选的实施方式中，也可以设想，该设备鉴于液体操纵仅仅包含该盆状的液体容器27，并完全地、尤其至少在测量过程期间放弃该液体的循环。在这种情况下通过合适的、在图中未示出的用于液体输送和液体导出的装置来进行液体到该液体容器27的输送以及必要时尤其为使维护工作容易而设置的、从该液体容器17中的流出。在过渡15、18处以及在该接纳面16处所反射的、以电磁波或超声波为形式的信号借助分别合适的接收器10而被分析，并允许在考虑波在结构晶片1、连接层2和晶片3的不同材料中的传播速度的情况下来精确地推断出晶片3的材料厚度dl或连接层2的d2和结构晶片I的d3。从而可以精确地检测晶片堆叠8、也即该结构晶片1、该连接层2和该晶片3的层的厚度和厚度均匀性。通过平行或沿着该参考平面R在整个晶片堆叠8上来移动该测量装置，能够在相应的测量位置处位置分辨地确定层厚度。如前所述，为了测量/检测晶片堆叠8而相对于该发送器9和该接收器10来进行移动。这或者可以通过移动晶片堆叠8或者发送器-接收器单元或这两种移动可能性的组合来实现。优选地选择需要尽可能少的轴的布置，尤其通过用于沿着X轴和Y轴、也即平行于该参考平面R来移动晶片堆叠的活动装置(Verfahreinrichtung)。该测量装置优选刚性地被安装。在图6a至6c中示出了用于检测整个晶片堆叠8的最重要的扫描方法，其中在图6a中曲流形地检测。曲流形扫描所具有的优点是，可以非常迅速地进行该检测段的游历(Abfahren)。但负面地影响记录。按照图6b的线扫描是另一扫描方式。该扫描方式可以通过线性驱动装置来实现，其中该线性驱动装置的平移单元的可能的间隙(Spiel)、尤其逆转间隙被最小化。这种变型方案尤其在上述的两级测量方法中是尤其有利的，尤其在第二测量装置中。另一替换方案在于在旋转的晶片堆叠8情况下把该壳体5恒定地朝向该晶片堆叠8的中心推移。由此得出螺旋状的检测。前述扫描方法共同之处在于，连续地进行扫描。各个测量位置的连续测量信号通过分析单元被相应地换算和分析。尤其对于流线集成的本发明的测量装置，用于扫描晶片堆叠的时间为少于180秒、优选少于100秒、更优选地少于60秒。对于尤其除了流线集成的测量装置之外设置的非流线集成测量装置、尤其用于以高的分辨率来详细化地检验尤其划分出来的晶片堆叠的测量装置，这些检验时间也可能是明显更长的。完全地可以设想，这种测量过程持续长于10分钟，在很多情况下还长于20分钟或30分钟。 如果现在晶格缺陷4位于该粘合剂层2 (图7a)中，那么在所述晶格缺陷4内所输入耦合的波或者根据不可以继续引导、或者可以仅以不同的传播速度来继续引导。在声学波的情况下，其在晶格缺陷4中的传播几乎完全被阻止，使得能够借助反射波而非常明显地推断出晶格缺陷4 (图10)。在电磁波以及尤其红外线光的情况下，该测量设备通过干涉来探测不同的过渡或截面15、16、18，并由此能够推断出层厚度(11、(12、(13。间接地经由通过干涉探测在过渡15、16,18处的峰值来进行层厚度dl、d2、d3的确定。根据这些峰值的差可以计算由过渡15、
16、18限制的相应层的厚度。该分析单元自动地实施这种计算。在此应注意的是，所测量的层厚度与层的折射率线性地有关。这从而谈及，电磁波在不同的材料中不同快地传播，并且穿过层的信号传播时间线性地影响由接收器所探测的峰值的位置/间距。在优选的实施方式中，在无相应校正的情况下，为一个层所测量的层厚度对于具有较高折射率(η)的层而言显现为折射率(η)倍。比如对于在粘合剂区域中具有厚度d2的粘合剂层所测量的层厚度为d2*n，而所测量的层厚度在位于粘合剂层中可能的空隙的区域中将会为d2*l。这基于以下的事实，空气和真空具有近似为I的折射率。不同材料的折射率(η)可以利用专业人员所已知的方法来确定。通常这些值也与所使用的电磁信号波长有关。对于波长为1300nm的IR光，通常的热塑性粘合剂的折射率比如可以在1.2与2.5之间，但大多在1.3与2之间，但更典型地在1.4与1.9之间的范围中。在该粘合剂层厚度的测量结果中，前述的效应导致所测量的层厚度(厚度(Thickness))(图7b、7c)在晶格缺陷区域中突然下降,这允许借助合适的分析算法来推断出晶格缺陷4。图7a至7c的图样/图表的X轴是至左边晶片堆叠边缘的相应间距(距离(distance))。图7c示出了实施分析算法的例子。该分析单元如此来规划，使得可自由定义的窗口对在该测量区域内的监控区域21进行监控。如果信号进入该监控区域21中，那么就设置相应的动作。这应借助例子来阐述。图7c作为沿晶片堆叠8的间距(距离(distance))的函数示出了连接层2的层厚度d2(厚度(thickness))。在所示的例子中该连接层2的层厚度明显地在37与42 μ m之间变化。在这种情况下，该厚度值代表了在无通过折射率的校正的情况下针对粘合剂厚度所测量的值。也即，在这种情况下，真实的粘合剂厚度将会可以通过把所示的厚度值除以折射率来计算。在特定的实施方式中，可以在凸起、小方块(Dice)、晶格缺陷、缩孔(Lunkern)等之间进行区分。它们应该通过不同的深度/强度/信号偏差来表征。这里应意指所有相应的算法，其可以探测厚度的信号偏差。这些分析算法有利地也还与合适的算法相组合，其中所述合适的算法比如也一同考虑这种晶格缺陷的按面的扩张。可以根据刚刚所述的分析技术通过在X/Y坐标系中分析所收集的全部厚度值来确定晶格缺陷的按面的扩张(Ausdehnung)。有利地可以通过内插来确定未测量的可能的中间值。在红外线测量或超声测量时，与发送器9/接收器10与该晶片堆叠8的间距R无关地来进行测量/检测，因为通过差计算根据在各个过渡处的反射来实现各个层的厚度的测量值。为了能够确定要测量的各个层在整个晶片上的厚度分布，需要在该晶片上分布地接纳多个测量点。有利地把该测量点布置在合适的坐标系中(见图10)，这稍后简化了分析和数据处理。有利地用于测量点检测的坐标系与给要检验的晶片所分配的局部坐标系相对应。合适的坐标系比如是笛卡尔坐标系或极坐标系。有利地，测量点相互足够紧密地放置，以便典型地以恰当的安全性检测要预期的缺陷(晶格缺陷)。尤其值得期望的是检测将会在随后的处理中导致前述的灾难性故障情况的大小的缺陷。层分辨率应该优选地好于10 μ m，更优选地好于I μ m,最优选地好于0.1 μ m。根据图10测量信 号的直径D有利地在I μ m与100 μ m之间，尤其在5 μ m与50 μ m之间，优选地在ΙΟμπι与30μπ 之间。在激光束的情况下，前述的直径D比如对应于该激光
束的直径。测量信号在横向方向上、也即平行于参考平面R的宽度分辨率在0.1 μ m与50 μ m之间，尤其在Iym与30μπι之间，优选在ΙΟμπι与20μπι之间。与鉴于晶格缺陷的行动相类似，在确定测量点栅格时还有利地考虑厚度波动的典型出现的波长。根据前述的想法，表明有利的是，大约每隔I至3mm设置一个测量点。为了能够更可靠地识别晶格缺陷，更理想的是每隔0.8mm或每隔0.5mm或更好地每隔0.25mm设置一个测量点。对于特别敏感的、具有非常小的目标晶片厚度的应用，也可以有利地每隔0.1mm设置一个测量点。这是非常经常的，使得一定的电磁射线、比如红外线不能穿透结构晶片1，因为该结构晶片或者金属化、掺杂，或者凸起。金属化比如可以由于在晶片的表面处或在晶片的内部中的接触部14而存在。凸起13由金属合金组成，其同样对于IR是不透明的。此外该晶片可以是掺杂的。尤其在结构晶片情况下几乎总是出现掺杂，并降低红外线透射度。借助附加于测量装置11或集成在该测量装置11中的干涉仪19，在该晶片堆叠8被放到该接纳件上之前，可以测量接纳件12的接纳面16。在图8中示出了接纳面16由于拱形而导致的表面不平坦性。但表面的不规律性可以具有每种其他形状。这利用白光干涉仪19来测量。在通过该白光干涉仪19测量间距轮廓(Abstandsprofil)之后,该晶片堆叠8被放置到该接纳件12上。接着通过该白光干涉仪19来重新测量，使得得到第二间距轮廓，而且是整个晶片堆叠8的第二间距轮廓。两个间距轮廓的差对应于该晶片堆叠8的总高度。从而结合前述的对过渡15、18的测量/检测，通过相应的计算也可以根据图8来确定层厚度d3’，其方式是，从该晶片堆叠8的总厚度中扣除晶片3的层厚度dl’和连接层2 的 d2，。在借助红外线或超声的扫描工艺期间，通过使用白光干涉仪作为扫描仪得出另一优点。该白光干涉仪扫描仪在此仅沿着一条线移动越过该晶片堆叠8的边缘。在此如果它位于该晶片堆叠8上方，那么它就连续测量到该晶片堆叠8的表面的间距，或者如果它越过该晶片堆叠8，那么它就连续地测量到接纳面16的间距。如果现在在实际的红外线或超声扫描期间发生整个系统的高度变化，比如由于热波动，那么该白光干涉仪扫描仪就基于高度波动检测该高度变化，因为绝对距离是可确定的。与红外线扫描仪不同，其中该红外线扫描仪借助干涉仅测量由于在界面15、16和18处的干涉而得出的峰值。该红外线扫描仪从而能够测量相对间距、也即厚度。该红外线扫描仪总是需要至少两个信号，由其差能够计算相应层的厚度。该红外线扫描仪从而相对于“震动”和热波动是不灵敏的。而该白光干涉仪扫描仪测量到发送器-接收器单元的间距。如果其在整个扫描线上的扫描频率比整个系统的高度变化快得多，那么就可以作为时间的函数来检测整个系统的高度变化。图7a示出了利用本发明的测量装置所测量的、直径为300mm的晶片堆叠8，其中已找到具有彩色示出的深度的多个晶格缺陷4。在图7b中以图表的形式由该分析单元来进行对根据图7a的晶片堆叠8的二维分析，其中与该图表相对应的线在图7a中被画出。在图7b中可看出，该晶格缺陷4在晶片堆叠的中间在剖面中看来是怎样的。在另一实施方式中，借助上面介绍的测量装置之一在化学工艺期间就地测量该晶片堆叠8的边缘区域B。优选地在此使用图6c的测量方法。在化学物质22溶解该连接层2的边缘区域粘合剂28期间，借助该测量装置11可以连续地测量在溶解工艺中的进展。优选地该方法被应用于该晶片堆叠8，其中该晶片堆叠8仅在边缘处键合结构晶片和载体晶片。这些技术对于本领域专业人员是已知的。根据在图12中所示的另一实施方式，可以借助前述测量装置之一来探测在层中、尤其模(Mold) 24中的晶格缺陷4，其中该层掩盖电子构件23、尤其是小方块。根据本发明优选的掺杂元素是第三主族的元素，如硼、铟、铝或镓，或者第五主族的元素，如磷、砷或锑。参考符号列表
1结构晶片
2连接层
3晶片
4晶格缺陷
5壳体
6隔膜
7液体
8晶片堆叠
9发送器
10接收器11测量装置
12接纳件
13凸起
14接触部
15过渡
16接纳面
17真空轨
18过渡
19干涉仪
20测量信号
21监控区域
22化学物质
23电子构件
24层
25输入管道
26隔膜壁
27液体容器
28边缘区域粘合剂R参考平面dl，dl’ 层厚度
d2，d2’层厚度
d3，d3’层厚度
H间距
B边缘区域。
权利要求
1.用于在分布于晶片堆叠(8)上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠(8)的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷的测量装置，具有以下的特征: -相对于该晶片堆叠(8)可移动的发送器(9)，其用于发送电磁波或超声波形式的信号， -与该发送器(9) 一起相对于该晶片堆叠(8)可移动的接收器(10)，其用于接收由该发送器(9)所发送的并在该晶片堆叠(8)处所反射的信号，以及 -用于分析由该接收器所接收的信号的分析单元，其中由该分析单元可以区分由该晶片堆叠(8)的层之间的至少两个过渡(15，18)所反射的信号，并可以确定其相互之间的和/或到参考平面(R)的间距，并且其中能够检测该晶片堆叠(8)和/或该测量装置(11)平行于该参考平面(R)的移动，并从而能够检测沿该参考平面(R)的每个测量位置的位置。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其中该测量装置(11)可以尤其流线地使用于晶片处理设备中。
3.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中该测量装置(11)构造为对该晶片堆叠(8)无机械影响地、尤其与该晶片堆叠(8)相隔间距(H)地工作。
4.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中该测量装置(11)、尤其该发送器(9)与该接收器(10)可以同时用于尤其以〈10 μ m、优选〈1 μ m,更优选〈0.1 μ m的层分辨率检测层厚度和晶格缺陷。
5.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中借助该测量装置(11)可以测量间距小于5mm,优选小于3mm,更优选小于Imm的相邻测量位置。
6.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中该测量装置适用于尤其在研磨工艺或分离工艺期间就地测量。
7.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其中具有尤其与该发送器(9)和该接收器(10)机械耦合的、优选固定的干涉仪、尤其白光干涉仪，用于在至少一个所述测量位置处来测量其到一个表面、尤其接纳件(12)的接纳面(16)的间距。
8.用于处理、尤其研磨或键合、优选临时键合、或分离晶片堆叠8的晶片处理设备，具有: -测量装置，其用于在分布于晶片堆叠(8)上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠(8)的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷，具有以下的特征: -相对于该晶片堆叠(8)可移动的发送器(9)，其用于发送电磁波或超声波形式的信号， -与该发送器(9) 一起相对于该晶片堆叠(8)可移动的接收器(10)，其用于接收由该发送器(9)所发送的并在该晶片堆叠(8)处所反射的信号，以及 -分析单元，其用于分析由该接收器所接收的信号，其中由该分析单元可以区分由在该晶片堆叠(8)的层之间的至少两个过渡(15，18)所反射的信号，并能够确定其相互之间的和/或到该参考平面(R)的间距，并且其中能够检测该晶片堆叠(8)和/或该测量装置(11)平行于该参考平面(R)的移动，并从而能够检测沿该参考平面(R)的每个测量位置的位置，以及 -接纳件，其用于在该接纳件(12)的接纳面(16)处接纳并固定该晶片堆叠(8)，以及用于平行于该参考平面(R)来移动被固定的晶片堆叠(8)。
9.根据权利要求8所述的晶片处理设备，作为流线设备，具有涂覆模块、检验�？楹图夏？椋猛扛材？橛糜谥辽俨糠值囟愿镁训�8进行涂覆。
10.用于在分布于晶片堆叠上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷的方法，具有以下的步骤，尤其以下的流程: -布置测量装置，其用于在相对于该晶片堆叠的平坦侧的测量位置处测量和/或检测该晶片堆叠的层的层厚度和/或晶格缺陷， -通过该测量装置的发送器来发送电磁波或超声波形式的信号，并通过该测量装置的接收器来接收由该晶片堆叠所反射的信号， -通过分析单元来分析由该接收器所接收的信号，其中由该分析单元来区分由该晶片堆叠的层之间的至少两个过渡所反射的信号，并确定其到参考平面(R)的区段，并且其中能够检测该晶片堆叠和/或该测量装置平行于该参考平面(R)的移动，并从而能够检测沿该参考平面的每个测量位置的位置 。
全文摘要
本发明涉及用于在分布于晶片堆叠上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷的测量装置以及方法，以及相对应的晶片处理设备。
文档编号G01B7/06GK103221813SQ201080070098
公开日2013年7月24日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者M.温普林格 申请人:Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
