CN105283744A - 用以确定压力地图的测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定在将压力施加至第一压力体(5)与第二压力体(6)之间的至少一个测量层(3)的情况下的压力地图的测量装置，其具有：至少一个发射器(7)，其布置在该测量层(3)的周边边缘(3u)上，以沿贯穿该测量层(3)延伸的第一信号路段及贯穿该测量层(3)延伸的至少一个其它信号路段来发射电磁波形式的信号；至少一个接收器(8)，其布置在该周边边缘(3u)上，以接收一个或多个第一信号路段及其它信号路段的信号(9)，该信号穿过该测量层(3)由该发射器发送，且可在施加压力时改变。此外，本发明涉及一种相应的方法。

Description

用以确定压力地图的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1中所述的测量装置。此外，本发明涉及一种如权利要求8中所述的方法。
背景技术
在半导体工业中，一般而言，不同大小、形状及材料的衬底彼此接合。该接合方法称为晶圆结合。晶圆结合粗略地分成永久性结合及暂时性结合。在永久性结合中，在衬底之间形成不再可拆卸连接。例如，此永久性连接(例如)借助于金属的内扩散，借助于阳极结合中的阴离子-阳离子传输或借助于在熔融结合中于氧化物和/或半导体材料之间形成共价键，及在聚合物与有机接合剂结合的交联中而发生。
在暂时性结合中，主要使用所谓的结合黏结剂。该结合黏结剂为通过涂覆方法施加至一或两个衬底的表面以充当该衬底之间的黏结剂的黏合媒介。
在所有结合方法中，结合器用于将全面压力尽可能均匀地施加至待彼此结合的衬底。此处，使沿该衬底的面的压力分布最佳化是非常重要的。否则，可能会因空气夹杂物、因挤压的材料（英语:squeeze-out）、因缺少晶粒生长及因非均匀层厚度而发生缺陷（英语:voids）。
压力不均匀性可主要归因于粗制滥造的压力盘(英语：pressure-discs)、晶圆卡盘(英语:waferchucks)或其上的磨损。此外，在衬底上产生压力负载的组件的不同弹性性质负责许多压力不均匀性。这主要为当结合器的组件的弹性模数小于待结合的衬底或位于该衬底之间的层的弹性模数时的情况。由特殊材料(诸如石墨)生产的压力盘、晶圆卡盘或补偿盘用于获得最佳结合器配置以获得结合器的对应弹性。在非常多的情况中，例如，对应大小的石墨补偿盘固定于压力盘与活塞（英语:piston）之间。使用这样的补偿盘取决于各自配置及结合类型。石墨补偿盘因它们非常良好的变形而迄今为止最常使用，在完全压力负载的条件下温度稳定且具有对应的E模数。一般使用这样的补偿盘来改良压力均匀性。
因此，已知用于获得关于沿压力表面的压力分布的定量结论的方法。
最常用的方法为评估借助于以高压染色色彩球而进行不同程度的着色的纸上的色彩信息。尽管当前实践此方法，然而其具有若干缺点。切除薄膜，将该薄膜安装于压力体之间且移除它们为相应耗时的。此外，由于高温敏感性，该材料无法在热负载下使用；这也引起该结果的再生问题。另一问题为数字评估压力数据，该评估不可靠或可再生。
第二已知方法揭示于WO2012/167814A1中。这个方法基于因压力负载引起的流体粒子的变形的评估。这个方法不容许压力体之间的压力分布的在原位测量。
第三已知方法使用必须在对应衬底上生产的具数百个局部分布压力传感器的测量装置，该方法是复杂的且特别昂贵。使用微系统技术发生生产。微传感器为可控制电流的MEMS和/或半导体组件，其取决于各自压力负载。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出用于确定压力分布的测量装置及方法，借助于该测量装置及该方法至少在很大程度上评估上述缺点。
该目的借助于专利权利要求1及8的特征达成。本发明的有利改进范围在附属专利权利要求中给出。说明书、权利要求书和/或附图中所给定的特征的至少两者的所有组合也落于本发明的范畴内。在所给定的值范围中，所指示的限制内的值也被视为揭示为边界值且将以任何组合要求保护。
本发明的基本想法为测量至少一个电磁波或多个电磁波在通过测量层之后的至少一个物理参数(尤其在原位)，且自该测量数据计算该测量层中的压力(优选为压力分布)。优选地，所有波的所有待被测量的物理参数在进入该测量层之前及之后而测量。根据本发明，该测量包括电磁波的多个信号路段，也就是测量路段，其中不同的局部压力值(尤其为测量层中的交叉信号路段)可自测量结果确定且以该方式可调整压力地图(尤其为在原位)。这可电子显示(尤其为在原位)，这是因为有函数关系且因此可启用电子处理。优选地，在压力负载之前和/或期间和/或之后执行测量。相应地，在该压力负载之前和/或期间和/或之后确定完整的压力地图。在压力负载之前压力地图的确定可优选地用于校正。压力负载期间的压力地图的确定优选用于确定在原位状态。压力负载之后的压力地图的确定优选用于确定后状态。优选地，也可在彼此之间比较该压力地图。
所使用的电磁波的物理有用波长范围自微波范围延伸至x射线范围。优选地，使用可见光范围中的电磁波。所使用的电磁光束尤其具有介于10-12m与1m之间的波长，优选介于10-9m与10-3m之间，最优选介于10-7m与10-5m之间。
本发明是基于使用测量层的测量材料的压力相关光学性质的进一步想法(在下文也称为“光学材料”)以确定压力分布的进一步想法。
换言之，本发明描述测量装置及对应方法，以便确定测量层中的压力分布，其由两个压力体施加以拉力或压力(在原位和/或位置分散地，尤其绝对地和/或取决于温度地)。此外，本发明还基于在改变压力施加期间位置分散确定位于压力体之间的测量层的光学性质的变化的想法。该光学性质及它们在施加压力时的变化与该压力相关或被变换成压力地图。
在此本发明是基于另一想法，位置分散地测量两个压力体之间的具有至少一个发射器及至少一个检测器/接收器的测量层的一或多个光学性质的压力相关性，或经由数学分析(诸如尤其拉顿变换(Radontransform))从累积测量信号确定，尤其是计算相关于各自压力值的位置的压力相关性，使得从中产生压力地图。
根据本发明的方法为用于重建体积图像信号的方法，尤其为拉顿变换。这为用于例如医学技术中的层析成像重建的所有方法中最熟知的方法。该原理为因沿路径的个别事件的总和而发生及经由沿多个空间方向的测量而发生的反积分。
在低同调层析成像方法中，也尤其可组合根据本发明的方法与传输时间分析，在此，位置重建仅沿椭圆(其中检测器及发射器在焦点中)精细化。
所累积的测量信号归因于经由上述数学及物理模型的位置离散测量信号。因此，本文揭示使用其可在局部压力负载与输出信号之间实施的转换的任何数学算法适于执行根据本发明的实施例。
可在理论上和/或从实验建立(局部)光学性质与普遍的(局部)压力比率之间的相关性。存在使用其可描述材料性质和/或光学和/或机器性质之间的关系的非常精确的物理模型。但根据本发明，从实验确定及主要校准为优选。在第一实施例中，发生实验校准主要在于在某温度时用定义的力的全面压力施加至测量装置而发生。在理想情况中，光学性质的经确定的改变及因此压力施加应独立于位置且因此递送均匀压力地图。基于并非引起待施加的压力的所有组件可完美制造的事实，对于对应校准过程，确定构成稍偏离理想状态的压力地图或光学性质的变化的地图(在下文简称为地图)。将想到专业再加工所使用的组件(因此匹配于该机械或该组件)或使用刚确定的地图作为“零地图”。自稍后已在实际结合过程中确定的地图尤其向量扣除/减去经确定的零地图。
在另一特殊实施例中，如下方式和方法校准测量装置。该测量装置按步骤尤其以点形负载有对应压力体。该压力体具有极薄的尖端。经由该压力体上的测力计监测和/或设定和/或测量借助于该压力体施加至根据本发明的测量装置的力。同时，对于各点负载，记录根据本发明的信号，其可明确地归因于对应电负载。根据本发明的实施例的预定点形负载不仅实现测量装置的校准，也设定零点使得可预先排除根据本发明的测量装置中所存在的且可使干扰局部压力评估的任何非均匀性。
本发明因此包括下列解决方法/优点：
-实现沿衬底的压力表面的压力分布的在原位测量，使得可在结合过程之前和/或优选在结合过程期间评估尤其在结合腔室内的压力分布，
-尤其在临时结合层(例如接合剂)内和/或在未将测量装置放置于压力体之间的结合过程期间可直接确定结合接口或任何衬底堆栈层中的压力分布，
-也可在具高位置分辨率的情况下在大温度范围内并且以较高精确度确定在足够大的压力表面上的压力分布的局部、尤其绝对的压力值，
-基本上未消耗材料。
本发明容许两个压力体之间的压力分布的在原位测量。相应设计的传感器可再使用，具灵活性，可快速安装于任何类型的结合器中，且从长远来看比根据现有技术的压力膜(非常昂贵)更经济，更少的劳动强度且因此容许快速及针对性过程优化。根据本发明的另一优点在于能够确定甚至在任何温度负载下的压力分布。材料的光学性质一般取决于温度。在此情况中，该光学性质的变化与该温度之间的关系可为已知的且接着可用于实施测量装置针对不同温度的对应扩展校准。该扩展校准接着对应于不同温度时的多个别校准。
为确定所发生的两个压力体的压力分布，将测量装置作为传感器置于下部第二压力体上。该压力体移动以与该传感器接触。在该压力体之间发生的压力分布会负载测量层的光学材料且因此改变取决于压力的该测量层的材料的光学性质。为了将该压力分布位置有关地确定作为压力地图，借助于至少一个发射器将光学信号耦合输入测量层的边缘上，因此发送至该测量层中。该信号沿测量路段或表面区段穿透该测量层且借助于在背向(优选为完全相对)该发射器的一侧上制造为检测器的至少一个接收器而捕获及测量。穿过该测量层以此方式发送的信号在施加压力时已经历其的光学性质的至少一个者沿信号路段或若干信号路段的至少一个(累积获取)变化。
由根据本发明，可尤其借助于记录多个交叉信号路段而确定压力地图。
例如，根据本发明，下列个别或组合可想象为由接收器获取的性质：
-强度(的改变)，
-偏振(的改变)，
-波长或频率(的改变)，
-折射率(的改变)，
-模式(的改变)
由于借助于该一个或多个接收器捕获的信号为沿各自信号路段的所有信号改变的累积结果，所以根据本发明，数学变换用于获得测量层中的光学材料的光学性质随着位置的变化。出于此原因，根据本发明，在沿测量层和/或测量装置的周边边缘的不同发射器和/或接收器位置中获得若干测量，其中尤其为与至少一个其它信号路段交叉的每个信号路段。
该累积输出信号各依据发射器和/或检测器的角度位置的改变而被记录。根据本发明的用于将累积信号转换成依据测量层内的位置的光学信号的改变以用于制备压力分布的数学变换便是(例如)拉顿变换。借助于使用拉顿变换，可依据压力改变而在光学材料的所获取信号路段的之一的每个位置处(尤其在交叉信号路段的交叉点处)获得光学性质的变化。由于光学材料的一个或多个光学性质的变化可与压力相关联，因此存在记录压力体之间的压力分布的可能性。
此外，本发明描述根据本发明的实施例，借助于该实施例，可根据本发明而确定压力分布。
在根据本发明的第一实施例中，光学材料全面分布于整个测量层上。对于根据本发明的所有下列实施例，借助于测量层的周边边缘上的至少一个位置处的发射器耦合输入电磁信号，它们沿信号路段运行或因此优选在表面上连同若干信号路段一起运行。沿该信号路段，它们物理性质变化的至少一个者基于所确定的压力分布。
在来自测量层的信号的出口处(因此在每个信号路段的末端处)的检测器(接收器)因此获取沿测量路段至少连续求和(累积)或改变的测量信号。从数学角度看，根据本发明，因此，关于记录性质的累积改变是借助于测量信号中的成像标准沿各信号路段而成像或获取为值。
为确定根据本发明的压力分布，沿测量层的周边边缘的外轮廓移动发射器和/或检测器/接收器，及确定若干信号路段的若干测量信号，且借助于数学变换将该测量信号转换成局部测量信号。该局部测量信号接着明确取决于局部压力负载。用于转换的优选变换为拉顿变换。尤其可从实验确定物理和/或光学性质的经确定测量值与压力之间的数学关系。
在本发明的优选实施例中，在测量层的一或多个压力表面上分别布置反射层，以借助于衬底或压力体尽可能少地影响该测量层的光学性质或测量值，且提供可再生结果。
在根据本发明的第一实施例中，测量层是作为测量装置的独立传感器的部分。在各实施例中，该传感器是由下部衬底、测量层及上部衬底组成。该衬底优选具有压力传感器的形状或(一般而言)由测量范围指示的形状。该衬底可制成为矩形、圆形或任何其它形状。该衬底优选具有圆形形状。圆形衬底的直径大于10-3m、其中优选大于10-2m、更优选大于10-1m、最优选大于1m。如果该传感器用于半导体工业中的压力分布测量，则该衬底的直径优选为1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸、18英寸或大于18英寸。
该衬底的厚度取决于应用。在大多数情况中，该厚度大于10微米、其中优选大于100μm、更优选大于1000μm、最优选大于2000μm，还更优选大于5000μm。一般而言，两个衬底的厚度可是不同。传感器的衬底的厚度优选应对应于实际上稍后待结合的衬底的厚度。传感器的衬底的厚度与实际上稍后待结合的衬底的厚度之间的绝对量应小于1毫米、优选小于0.1毫米、优选小于0.01毫米、更优选小于1μm、最优选小于0.1μm、还更优选小于0.01μm。
为确保压力体与测量层之间的最佳、完全及大体上均匀的压力转移，根据本发明，各衬底具有尽可能均匀的厚度。衬底的总厚度变动(英语:totalthicknessvariation,TTV)小于100μm、优选小于10μm、更优选小于1μm、最小小于100nm、最最优选小于10nm。平均粗糙度小于1000nm、优选小于100nm、更优选小于10nm、最优选小于1nm、最最优选小于0.1nm。优选地，传感器的组件(主要为所使用的衬底)应具有尽可能类似于实际上稍后待结合的衬底的弹性性质。传感器的衬底的E模数与实际上稍后待结合的衬底的E模数之间的差异的绝对量应小于1000Mpa、优选小于100Mpa、更优选小于10Mpa、最优选小于1MPa。
该衬底优选为机械各向同性以能够将压力分布自压力体均匀地转移至测量层。因此，该衬底优选具有非晶形微结构。
当该衬底的微结构为多晶时，该衬底优选由其微晶具有晶体各向同性机械性质的材料生产。这主要为具有立方结晶结构的材料的情况。因此，立方材料优选具有小于9、优选小于7、更优选小于5、更优选小于3、最优选小于2、最最优选小于1的齐纳各向异性因子(ZA)。仅已知的具有大致为1的ZA的金属为钨。钨因此被解释为根据本发明的优选的用于均匀压力转移的金属。
用于根据本发明的实施例的同样优选材料为碳，尤其为石墨形式，更优选为钻石形式。
在单一结晶衬底的情况中，该衬底优选切除使得在切除平面内，其为机械各向同性(英语：in-planeisotrop,共面各向同性)。在具有立方晶格的单一结晶衬底的情况中，该衬底因此优选切除使得其的表面为结晶(111)面，及结晶方向<111>垂直于该衬底表面。在具有六角形晶格的单一结晶衬底的情况中，该衬底优选切除使得其的表面平行于结晶(0001)面。
光学材料全面地分布于下部衬底与上部衬底之间。该光学材料可借助于所有已知过程施加至下部和/或上部衬底，优选借助于PVD、CVD、PECVD、原子层沉积(ALD)、分子层沉积(MLD)、电化学沉积、电镀、层积、旋涂、喷射釉药。此外，例如，也可借助于搭接、抛光及碾磨由均匀材料区块生产光学层。
下部衬底、测量层及上部衬底优选形成无法分离的优选永久连接的传感器。其中下部衬底、测量层及上部衬底固持在一起的类型及方式是任选的。根据本发明，可想到使用同时充当接合剂且借助于结合过程将下部衬底永久地接合至上部衬底的光学材料。根据本发明的另一可能性为经由金属结合或熔融结合的形式将测量层焊接至下部及上部衬底。
在根据本发明的全面变型的进一步实施例中，测量层并非为特别生产的传感器的部分，但为待结合的晶圆堆栈的部分。
根据本发明相关的部分为发射器、测量层及检测器/接收器。使用待结合的晶圆堆栈层的光学性质容许在实际结合过程期间一次性及全新测量压力分布。根据本发明的测量原理因此可应用于该层作为测量层，其为实际上待结合的衬底堆栈的部分。因此，该测量层不一定为单独传感器的测量层。关于此处所呈现的揭示方法，也可在结合器中执行层中的压力分布的在原位测量。根据本发明的测量层必须具有根据本发明为必需的至少一个压力相关光学性质。
根据本发明如下评估具有光学材料的全面测量层的测量信号：
在根据本发明的第一实施例中，双折射的光学性质用于获得根据本发明的测量层中的压力分布。双折射被界定为将入射光线分成普通光线及异常光线(它们的电场或磁场彼此线性偏振)的过程。基本上，仅光学各向异性材料展示双折射。一般而言，光学各向同性材料在压力负载条件下也变为光学各向异性。因此，根据本发明的光学材料需要具有取决于压力以引起双折射的所要效应的至少光学各向异性。
根据本发明的方法的实施例在于经由偏振器将发射器的电磁、单色信号耦合输入至测量层中。该偏振器仅提供行进至测量层中的某振动平面的电磁波。由于双折射的光学性质，所耦合输入的光学一般被分成普通光线及非寻常光线。借助于局部压力负载转动该普通光线及非寻常光线的电场的振动平面，使得附接至测量层的输出的接收器可检测该普通和/或非寻常光束的新的振动平面。优选地，该两个光束之一在沿信号路段的穿过测量层的路径上被完全吸收，或优选离开测量层。测量层中保留的光线优选使用全反射的物理现象以沿信号路段进行工作直至测量层的末端。引入于检测器上的信号因此为振动平面的旋转，该旋转已沿信号路段改变，尤其沿测量路段借助于压力分布至少主要地、优选排外地改变。该振动平面的局部变化借助于记录移动发射器和/或检测器的若干测量路段及使用对应数学变换(优选拉顿变换)而再次确定。
在根据本发明的另一实施例中，折射率的光学性质用于确定根据本发明的测量层中的压力分布。卸载状态下的测量层的光学材料的折射率大于1、优选大于1.5、更优选大于2.0、最优选大于2.5、最优选大于3.0、最最优选大于3.5。卸载状态下的接近测量层的材料(此外称为边界材料或衬底材料)的折射率尤其大于该测量层的折射率，优选小于3.5、更优选小于3.0、最优选小于2.5、最优选小于2.0、最最优选小于1.5。优选地，在压力负载条件下的边界材料的折射率不改变或仅有非常小的改变。优选地，借助于很大程度上因测量层的光学材料与边界材料之间的不同折射率引起的测量层中的全反射而固持所耦合输入的信号。
根据本发明的想法在于，借助于局部压力改变而压缩光学材料且因此引起该光学材料的折射率的局部变化。因此，电磁辐射自测量层至边界材料或衬底的附近，因此至边界材料或衬底中的溢出行为发生改变。这主要界定为强度的局部变化。电磁辐射的溢出行为优选借助于菲涅耳(Fresnelschen)方程而描述。引入于检测器上的信号因此为电磁辐射的强度，该强度已沿信号路段改变，尤其沿该信号路段借助于压力分布至少主要地、优选排外地改变。局部强度及因此局部折射率以及局部压力的确定根据本发明借助于记录沿周边边缘移动发射器和/或检测器的若干测量路段及使用拉顿变换而发生。
在根据本发明的第三实施例中，横向电磁波(TEM波)用作为光学性质。TEM波被界定为其的电场分量及磁场分量在传播方向上消失的电磁波。TEM波仅在根据本发明的边界条件下形成。边界条件被界定为指示检查函数在电场和/或磁场的特殊情况中具有什么函数值的限制几何条件。尤其，常驻横向电磁波是借助于根据本发明的边界条件而形成。电磁场密度在空间中的分布优选为严格对称。不同构造形式的常驻波称为模式。TEM波的模式是相当于声学的常驻波或可形成于夹持电缆中的常驻波。
根据本发明的另一想法在于，以某入射角将单色电磁波耦合输入至测量层中。可能模式之一借助于几何边界条件形成。因此，在测量层中发生常驻横向电磁波。若分析测量层的交叉区段中的沿横截面的强度，则可获得对称的强度分布。该对称强度分布可借助于用于简单的几何边界条件(诸如延长的薄测量层的几何边界条件)的数学函数而表示。该数学函数包含所谓的级别参数，根据本发明借助于其关于获得的峰值数的结论。
根据本发明的该实施例的发明想法因此在于将强度分布记录于接收器侧上。借助于沿测量路段的压力负载改变几何形状使得测量层变得特别薄。这个改变用于TEM波的边界条件。边界条件的局部变化因此对测量路段的末端处的测量强度信号有影响。为获得沿整个测量表面的压力分布，在不同的发射器位置处记录来自多个不同检测器位置的信号。在特殊情况中，该信号并非为积分信号，但为表面信号。因此，记录沿大约与表面检测器的法线呈立体角的强度分布。测量层中的以该方式确定的局部强度分布可再次与该压力有关且因此容许确定整个压力分布。
根据本发明的发射器数目大于或等于1、优选大于3、更优选大于5、最优选大于8。根据本发明的检测器数目大于或等于1、优选大于3、最优选大于5、更优选大于8。尤其来说，可集成地制造发射器及接收器/检测器，或发射器和/或接收器尤其均匀地和/或对称地配置于待测量的测量层的周边边缘上或以恒定半径围绕测量层旋转移动。发射器可被制造为点检测器、线检测器或优选表面检测器。此测量过程也可称为层析成像。
在根据本发明的另一实施例中，在测量层内设置有反射器。该反射器为物体，优选为球或圆柱，其的轴平行于测量层的法线或平行于压力施加方向，且该反射器在所耦合输入的测量信号的波长处具有高反射率。发射器以给定频率将电磁辐射耦合输入至测量层中。在给定时间之后，检测器测量耦合输入信号的回波。发射器及检测器可位于测量层的周边的不同位置处。发射器及检测器优选为同步使得一旦检测器开始测量时间，则发射器将信号耦合输入至测量层中。在某时间后，检测器测量反射器的回波信号。电磁信号在其横穿测量层时经历强度改变。该强度损失为针对沿信号路段的吸收测量。
反射器的位置处的压力信息借助于测量输出信号自输入信号的改变而发生。强度的减少优选用作为经测量的量。
在根据本发明的测量装置的另一实施例中，作为单独传感器，光学材料为分布于整个测量层的上或使其自周边边缘上的入口位置上穿透至周边边缘上的出口位置的一或多个光纤的部分。该光纤优选嵌入于机械各向异性材料(下文称为基质)中。在特殊实施例中，该光纤被流体(尤其为液体)环绕，在相当特殊的实施例中，该光纤被气体环境环绕。
在此连接中，环境也被界定为真空。
传感器由下部衬底、制成为基质的测量层、嵌入于测量层中的至少一个光纤及上部衬底组成。对应发射器及接收器以及其它光学装置附接于光纤的外部且根据本发明而使用。根据本发明，可想到使用光纤嵌入于其中的聚硅氧基质。接着，该传感器将不具有对应的上部和/或下部衬底，但将被制成为底板。
在根据本发明的光纤变型的实施例中，光纤被卷成螺旋(优选为阿基米得螺旋)且嵌入于基质中。在经界定的位置处有若干参考点，在该参考点处确定压应力。对光学性质的影响未记录在光纤的末端处，但记录在光纤的输入处。借助于传输时间测量或参考点的频谱编码确定参考点距离输入的距离。
在优选实施例中，在测量层的法线方向上有触碰光纤的压力体。该压力体优选具有高弹性模数，使得在压应力下，尽可能不改变该压力体的形状。该弹性模数大于10Mpa、优选大于100Mpa、更优选大于1Gpa、最优选大于10Gpa、又更优选大于100Gpa，最理想大于1000GPa。借助于光纤上的压应力挤压于极硬且因此不可压缩的压力体上，使得局部改变其光学性质。光学性质改变的变化可继而为双折射的变化、折射率的变化及光纤中的光学材料的密度的变化。发射器优选为多色源，最优选为多色、波长选择源，因此可选择使用一或多个经界定的波长或波长范围的源，且可将其耦合输入的光纤中。借助于干涉测量和/或传输时间测量，完成根据本发明的压力体所位于的各参考点的位置。根据本发明，尤其可想到耦合输入单色波。单色波进入至光纤中产生时间零点。单色波通过光纤。若单色波入射于根据本发明的第一压力体，则该波的部分被反射。借助于检测器，在输入处测量单色波的反射信号。因此，第一压力体的信号函数及传输时间为已知。也可想到使用用于传输时间差异测量的干涉仪。单色波的部分行进超过第一压力体且入射于第二压力体，继而导致对应的部分反射。相应地，将类似考虑应用于沿光纤的所有进一步压力体。在特殊实施例中，可想到将多色波耦合输入至光纤中，该多色波的光谱优选为至少部分已知。对应干涉仪使关于压力体的位置及其信号形状的结论成为可能。也可想到使用优选仅反射电磁耦合输入信号的某一部分且因此可相应容易毁坏的不同的、波长敏感压力体。
在根据本发明的光纤变型的第二实施例中，设置有多个光纤。该光纤是位于光栅中的测量层外。该光栅优选经矩形设定，使得多个光纤以直角彼此相交。该光纤的各者在参考点处充当使光纤交叉的压力体。在各光纤的输入及输出处分别有发射器(输入)及检测器(输出)。根据本发明，测量在压应力条件下相交点/参考点处的信号变化。在相交点处，两个光纤彼此横向一起置于点处，且同时置于彼此的顶部上。该点处的压应力压缩根据本发明的光纤中的光学材料；这导致双折射的变化、折射率的变化及光纤中的光学材料的密度变化及TEM波的模式变化。评估所有测量信号容许确定各自光学性质的变化起因，及因此转换成相应局部压力值。
以大于1N、优选大于10kN、更优选大于50kN、最优选大于100kN的晶粒压力来测量压力体之间的压力分布。
压力体之间的压力测量的压力值的精确度优于20%、其中以优于15%优选、更优选优于10%、最优选优于5%、又更优选优于1%。
可以高温进行测量。以大于0℃的温度，优选以大于200℃的温度，更优选以大于400℃的温度，最优选以大于600℃的温度，最最优选以大于800℃的温度进行测量。该温度具有优于10%、优选优于5%、更优选优于1%、最优选优于0.5%、最最优选优于0.1%的再现性。
就尤其可在原位使用晶圆处理装置中的测量装置而言，可确定以图形显示的可再生压力分布。此外，根据本发明，可相应地基于压力分布而使压力体的压力表面变形以使压力施加的压力分布最佳化。根据本发明的进一步应用为准备及主要最佳化使用经确定的压力分布的补偿盘。尤其优选确定压力分布以再次最佳化在尽可能真实的条件下的补偿盘，因此欲被结合的衬底堆栈也事实上相应。大体上，结合器、研磨器、抛光装置及度量装置被视为晶圆处理装置。
在本发明的有利实施例中，一个或多个发射器和/或一个或多个接收器可沿周边边缘移动。有利地是，该移动受控于控制设备而发生，尤其经由受控于控制设备的步进马达。优选地，该移动沿在形状上与周边边缘一致的路径而发生，尤其在环形路径中，优选为尤其周边封闭的圆环形路径。
有利地是，根据本发明而规定，测量装置具有分布于周边边缘上的多个发射器和/或分布于周边边缘上且各个被指派给尤其为相对布置的发射器的多个接收器，尤其各发射器被指派至少两个接收器。
借助于根据本发明的测量，每个发射器尤其同时发射多个信号路段和/或对每个接收器分别指派给单一信号路段，多个接收器可作为发射器布置于周边边缘上使得检测可更有效率地发生。
根据本发明，若测量装置具有用于尤其借助于变换(优选为拉顿变换)确定沿信号路段的压力地图的局部压力值的评估单元(其具有由至少一个接收器所接收的信号)，则是进一步有利的。
根据本发明的其它有利变型，通过至少一个接收器可获取提供关于光学行为的信息的信号。该信号的改变与光学性质的变化有关且因此与压力变化有关。尤其来说，下列光学性质是重要的：
-双折射
-折射率
-表现为横向电磁波的信号模式
-传输时间
-光谱编码。
根据本发明的用于确定以其最一般形式压力施加至第一压力体与第二压力体之间的测量层的压力地图的方法包括下列步骤，尤其下列次序：
-将如上述权利要求之一的测量装置配置于该第一压力体(5)与该第二压力体之间，
-通过布置在该周边边缘上的该发射器或多个发射器沿贯穿该测量层延伸的第一信号路段及贯穿该测量层延伸的至少一个其它信号路段发射电磁波形式的信号，
-通过布置在该周边边缘上的用于接收该第一信号路段及其它信号路段的该信号的该接收器或多个接收器接收该信号，该信号借助于一个或多个发射器穿过该测量层而发送且可在施加压力时改变。
对于根据本发明的装置及根据本发明的方法，针对测量装置所描述的上述特征也相应地适用且反之亦然。
本发明的其它优点、特征及细节将自优选例示性实施例的下列描述且使用附图而变得显而易见。
附图说明
图1展示具有根据本发明的测量装置的根据本发明的测量配置的横截面图；
图2展示根据本发明的测量装置的第一实施例的示意性平面图；
图3展示根据本发明的测量装置的第二实施例的示意性平面图；
图4展示根据本发明的测量装置的第三实施例的示意性平面图；
图5展示沿信号路段L的局部压力分布的附图，
图6展示根据本发明的测量层的实施例的光学性质的测量的示意图，
图7展示根据本发明的测量层的实施例的光学性质的测量的示意图，
图8展示根据本发明的测量层的实施例的光学性质的测量的示意图，
图9展示根据本发明的测量装置的第四实施例的示意性平面图，
图10展示根据本发明的测量装置的第五实施例的示意性平面图，
图11展示根据本发明的测量装置的第六实施例的示意性平面图，及
图12展示根据本发明的测量装置的第七实施例的示意性平面图。
在该附图中，具有相同组件或相同作用的组件以相同参考数字识别。
具体实施方式
图1示意性展示结合装置，仅展示以结合力F结合的第一上部压力体5及第二下部压力体6，该结合力横向引导至该压力体5、6的压力表面。
在压力体5与压力体6之间布置第一衬底2及第二衬底4，它们借助于用结合力F施加力而连接至制成为测量层3的连接层。
在施加压力期间的结合力F在构成接触之前立即自零升高至高达几kN的结合力，因该结合力而引起关于压力表面的压力，且该压力表面可(例如)针对具有300毫米的直径的圆形衬底而计算。
测量层3为用于测量被发送透过该测量层3的信号的光学性质的测量装置的部分，及测量装置1可为单独置于结合腔室中作为测量装置的传感器或永久安装于结合腔室中的测量装置1。
为测量及传输电磁波，根据第一实施例，在图1中，测量层3的周边边缘3u上有透过该测量层3沿信号路段发送信号9的发射器7。
为根据本发明检测整个测量层3，可沿周边边缘3u，尤其沿由箭头展示的环形(优选圆环形)轨道移动(尤其同步)发射器7和/或检测器8。该轨道尤其直接邻接于该测量层3。
设置用于控制根据本发明的组件及方法步骤的控制设备(未展示)。
根据本发明，可想到将多个发射器7和/或多个接收器8分布于周边边缘3u上，它们接着借助于移动或借助于覆盖较大组件区段而分别覆盖该周边边缘3u的区段。
因此，在图3中所展示的第二实施例中，多个接收器8相对地指派给单一发射器7。相较于如图2中所展示的第一实施例的发射器7发射获取测量层3的较大区段的信号束且具有各通向该接收器8之一且借助于该接收器记录的多个信号路段。因此，该实施例的优点在于，可沿测量层3的较大角度区段同时检测多个信号。所获取的测量时间以接收器8的数目的因子而减少。
借助于沿周边边缘3移动发射器7及指派给该发射器7的接收器8，可获取整个测量层3。替代地，可有分布于周边上的多个发射器7及分别指派的接收器8，使得可在不移动发射器及接收器8的情况下获取整个测量层3。
图4展示用于获取测量层3的第三实施例，该测量层3设置有发射器7及接收器8'，该接收器8'被装配为线检测器或表面检测器，尤其装配为CCD检测器。该线检测器或表面检测器能够记录沿线或表面的信号或进一步直接处理该信号。取决于该接收器8'的局部分辨率，其被制成以获取信号9的多个信号路段。类似于图3中所展示的变型，发射器7及接收器8'两者也可沿周边边缘3u移动或多个(尤其三个)发射器7分布于该周边上，其中接收器8'分别位于相对。
本质上可借助于发射器7及接收器8,8'的对应的小移动步骤获取贯穿测量层3延伸的任何多个信号路段的上述实施例是常见的。该移动尤其可借助于受控于控制设备的步进马达而发生。
借助于在图5中以直径D的片段L的附图所展示的评估单元(未展示)评估所获取的数据。在该附图中，绘制借助于评估单元评估的局部压力分布p对路段X的图，且可认知该压力p依据位置而改变。如图5中所展示的附图用作为借助于图6至图8所展示且同样相关于片段L的实施例中的压力分布的参考。
图6展示测量层3的光学材料的双折射性质如何依据压力而改变电场的偏振角度。根据本发明，在信号9通过测量层3之后，将偏振状态记录于各自信号路段的末端上的接收器8的至少一个上。接着，局部偏振状态借助于数学变换关闭且自此计算压力。这发生在评估单元中。该情况中的信号传播被展示为直线，这是因为偏振的物理参数是借助于图6下面的对应箭头而展示。该箭头对应于经分别展示的点中的信号的电场的偏振状态。局部位置状态的变换及确定仅可沿彼此相交的不同信号路段而记录。
图7展示测量层3的光学材料的另一光学性质(也就是，折射率)的确定。在根据图5的附图中可认知，压力依据位置而在距离L内自左至右升高。随着压力升高，测量层3的光学材料变得更密集，及随着密度升高，光学材料的折射率也升高。借助于改变折射率，信号9的反射性质及因此其的强度发生改变。根据几何光学的规则，信号9的传播借助于信号9的电磁波的传播方向而表示。箭头的不同厚度示意性地表示在信号9进入至测量层3中为高的强度。借助于改变推进路径的折射率，通过改变测量层3的折射性质而产生越来越多的电磁波的光子；这借助于变得越来越细的箭头而展示。离开测量层3的光子的箭头随着增大的压力而变得越粗。该光学性质也借助于通过数学变换(尤其拉顿变换)获取沿测量层3的多个尤其交叉信号路段而检测。
图8是因压力改变而引起TEM波改变的示意图，该压力改变是由沿路径L的压力均匀性而引起。压缩使沿路径L的测量层3的厚度自t改变至t'，因此，常驻电磁波也在测量层3内改变。电磁波的该变化引起电磁波的模式变化且也引起强度分布的变化。自模式和/或强度分布的变化，压力的位置参考确定是可能的，根据本发明，评估多个信号路段。借助于测量沿周边边缘3u的模式的强度分布，可经由变换(优选为拉顿变换)推断在测量层3的某位置处的模式的强度分布。局部压力可自该模式强度分布而确定。
图9展示本发明的由发射器7及接收器8组成的发射器-接收器单元的另一实施例。该发射器-接收器单元在测量层3的周边边缘3u的相同位置处发送及接收。该发射器-接收器单元的发射器7将电磁波(也就是，发散信号9)耦合输入至测量层3中。测量信号9具有借助于其覆盖测量层3的表面区段的发散性。电磁波的信号9在反射器15上被反射至发射器-接收器单元的接收器8。脉冲操作及传输时间测量可推断出关于被记录信号横穿的信号路径的结论。测量该测量层的上文所揭示的光学性质(例如，强度、偏振角、TEM波的模式)之一的变化。上文所描述的反射方法可消除使发射器7精确对准于接收器8的必要性，这是因为它们机械连接且反射器15的位置为已知。
在如图10中所展示的另一实施例中，发射器7与接收器8局部分离，但电子耦合至该接收器8使得可完成该发射器7与接收器8的校准。另外，图10的实施例对应于根据图9的反射方法的上文所描述的实施例。
在图11中所展示的实施例中，测量层3的光学材料装配有分布于测量层3中的光纤12。优选地，将光纤嵌入至机械各向同性材料(基质)中。该所绘示的实施例因此被制成为传感器形式的单独测量装置，其优选由第一衬底2及第二衬底4以及置于光纤12与测量层之间的基质组成。发射器7及检测器8各附接至光纤12的末端且另外如上文所描述而使用，该发射器7及该接收器8被容纳于发射器-接收器单元中。相应地，其也为反射方法。该发射器-接收器单元各附接至光纤的末端。
根据本发明，也可想到使用光纤12嵌入于其中的聚硅氧基质中。在该情况中，可省略衬底2,4且可将传感器制成为不具有上部衬底及下部衬底的底板。
如图11中所展示的光纤12被卷成螺旋(优选为阿基米得螺旋)且被嵌入于基质13中。在光纤12的经界定的位置处有可在其处确定压应力的多个参考点。该参考点可尤其借助于球形压力组件15而形成。对于后者，可对光纤12的光学性质造成影响，其取决于压力，该影响可经由参考点的传输时间测量和/或光谱编码而指派。市场上有发射信号且可依据时间和/或波长来再次检测其的反射的对应发射器和/或接收器单元；它们为熟习此项技术者所已知。
通过光纤12的压应力而在参考点处局部改变该光纤12的光学性质。可记录该光学性质的变化，尤其来说，双折射的变化、折射率的变化及光学材料的密度变化。该变化借助于发射器-接收器单元而记录及评估。
在该情况中，发射器7优选为多色源，最优选为可借助于其检测经界定的波长且可耦合输入至光纤12中的多色、波长选择源。压力组件14所位于的各参考点的位置是借助于干涉测量或传输时间测量而确定。
压力组件14优选具有高E模数使得该负压应力不经历形状的任何改变或仅经历最小可能的形状改变。尤其来说，该E模数可大于10Mpa、优选大于100Mpa、更优选大于1Gpa、最优选大于10Gpa、最最优选大于100Gpa、甚至更优选大于1000Gpa。
在图12中所展示的本发明的进一步实施例中，在光栅形式的测量层3中布置有多个光纤12。该光栅优选经矩形设定，其中该各自光纤以直角相交。
因此，参考点(交叉点)处的光纤12相互形成用于当时交叉的光纤12的压力体。在该情况中，有在起始处的发射器7及在末端处的接收器8或一侧上有发射器-接收器单元。
根据本发明，在参考点(交叉点)处发生信号变化或压应力情况下的信号的光学性质的变化的测量。在该参考点处，有彼此横向及在彼此的顶部上的两个光纤12，及该两个光纤12尤其直接彼此接触。根据本发明，交叉点处的压应力压缩光纤12的光学材料。可相应地直接确定双折射的变化、折射率的变化、光学材料的密度变化或TEM波的模式变化。
借助于评估单元记录及评估沿光纤12的矩形光栅的宽度及长度的所有信号，因此各自光学性质的变化起因的确定及因此转换成各自局部压力值是可能的。
附图标记列表
1测量装置
2第二衬底
3测量层
3u周边边缘
4第二衬底
5第一压力体
6第二压力体
7传输器
8,8'接收器
9信号
12光纤
13基质
14压力组件
15反射器
D直径
L测量系统的部分区段
t,t'测量层的厚度

Claims (8)

1.一种用于确定在第一压力体(5)与第二压力体(6)之间的至少一个测量层(3)的压力施加的情况下的压力地图的测量装置，其具有：
-至少一个发射器(7)，其布置于该测量层(3)的周边边缘(3u)上，用以沿贯穿该测量层(3)延伸的第一信号路段及贯穿该测量层(3)延伸的至少一个其它信号路段，发射电磁波形式的信号(9)，
-至少一个接收器(8,8')，其布置于该周边边缘(3u)上，用以接收第一信号路段及其它一个或多个信号路段的信号(9)，所述信号穿过该测量层(3)，由发射器(7)发送且可在施加压力时改变。
2.如权利要求1所述的测量装置，其可用在晶圆处理装置中，尤其是在原位。
3.如前述权利要求至少之一所述的测量装置，其中该发射器(7)和/或该接收器(8,8')可沿该周边边缘(3u)移动。
4.如前述权利要求至少之一所述的测量装置，其具有分布在该周边边缘(3u)上的多个发射器(7)，和/或分布在该周边边缘(3u)上、指派给各个尤其为相对布置的发射器(7)的多个接收器(8,8')，尤其每个发射器(7)被指派至少两个接收器(8,8')。
5.如前述权利要求至少之一所述的测量装置，其中各发射器(7)发射多个信号路段，尤其同时发射，和/或各接收器(8,8')分别指派单一信号路段。
6.如前述权利要求至少之一所述的测量装置，其具有评估单元，用于确定沿该信号路段的压力地图的局部压力值，尤其通过由至少一个接收器(8,8')接收的该信号(9)的变换，优选拉顿变换。
7.如前述权利要求至少之一所述的测量装置，其中构造包括该信号(9)的光学性质的至少一个接收器(8,8')，尤其为下列光学性质中的一个或多个：
-双折射
-折射率
-表现为横向电磁波的信号模式
-传输时间
-光谱编码。
8.一种用于确定在第一压力体(5)与第二压力体(6)之间的测量层(3)的压力施加的情况下的压力地图的方法，其具有下列步骤且尤其是下列次序：
-在该第一压力体(5)与该第二压力体(6)之间布置如前述权利要求中的一项的测量装置，
-通过布置在该周边边缘(3u)上的一个或多个发射器(7)，沿贯穿该测量层(3)延伸的第一信号路段及贯穿该测量层(3)延伸的至少一个其它信号路段，发射电磁波形式的信号(9)，
-通过布置在该周边边缘(3u)上的一个或多个接收器(8,8')来接收该信号(9)，所述接收器用于接收第一信号路段及一个或多个其它信号路段的信号(9)，所述信号(9)由一个或多个发射器(9)穿过该测量层(3)发送且可在施加压力时改变。
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