JP5864733B2 - 接合のための圧力分布を決定する方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1〜9による粘性のあるまたは塑性変形可能な媒体の変形によって、2つのツールの境界層における圧力分布を決定する方法および装置に関する。
接合工程の間、溶接されるウェーハ上の圧力分布は極めて重要である。圧力分布は、ウェーハの上方または下方にあるすべてのツールの接触面の表面うねりおよび表面粗さの直接的な特性である。ツールは、ヒータ、締付板、補正板、受容部(接合チャック)などを主に備える。表面がウェーハのうちの一方と直に接触しているツールの表面うねりおよび表面粗さの情報は、圧力分布を算出するには十分ではない。そのため、AFM、レーザ干渉法、白色光干渉法などの通常の測定方法では、接合工程の圧力分布についての直接的な信頼できる情報を得ることはできない。これらの測定方法は、溶接されるウェーハの一方と直に接触しているツールの表面の起伏形状を決定するためだけに単独で使用される。圧力分布の均一性は、完全に接合されたウェーハの廃棄率や、ウェーハ上に配置される機能部品の廃棄率が影響を受けることになる接合品質に、非常に大きな影響を持っている。圧力の均一性が不十分な場合および/またはツールが不均一である場合の様々な悪影響について、本明細書では簡略に説明する。例えば、金属間接合といった、変形されることのない、または、ほとんど変形されることのない接合境界面の場合、圧力の均一性が不適切であると、圧力が低すぎる場所において、接合が脆弱となる、または、接合がまったくされないことになる。例えば、Cu-Cu、Au-Au、Al-Al、W-w、Ni-Ni、またはTi-Tiの接合が挙げられる。
例えば、接合工程の間に液相を経る共晶混合物といった、適度に変形可能な接合境界面については、不均一な圧力分布は、不均質な構造につながる可能性がある。例えば、仮の接合接着剤といった、非常に容易に変形可能な接合境界面については、接合工程の開始における不均一な圧力分布が、接合接着剤の層の厚さを不均一な分布にさせてしまうだけである。
圧力分布を決定するために、当産業で現在、材料が圧力荷重に敏感に反応する圧力フィルムが主に使用されている。その材料は、対応する圧力に応じて、異なる度合いに色を変える、または、色の強度を変える。色の変化または強度の変化を光学的に評価することで、ツール間に配置された完全なウェーハに作用するはずの圧力分布についての結論を出すことができる。圧力フィルムは、室温でのみ使うことができる。
互いに重ねて固定されるすべてのツールの表面品質は、複数の接合ステップにおいて低下するため、ときおり繰り返して圧力分布を測定することが、特にウェーハの結合においては、廃棄を最小限とするために必要である。摩耗は、主に金属などの塑性変形可能な材料において検出可能である。もはや許容できない好ましくない圧力分布では、最悪の場合、互いに重ねて固定されるすべてのツールを、再加工しなければならない。
圧力分布を決定する別の測定方法は、力変換器を用いて行われるが、力変換器のサイズのため、受容部または締付板に沿った非常に粗い分解能しか得られない。
したがって、本発明の目的は、方法手順に組み入れることができ、特に自動化させることができる方法を提供するとともに、ツール間の圧力分布を、一定の間隔で、できるだけ容易かつ正確に測定できる対応する装置を提供することである。また、測定手段は、できるだけ多く再利用できるべきである。本発明で請求される方法は、実際の工程の条件において、できるだけ多く利用できるべきである。
この目的は、請求項1〜9の特徴によって達成される。本発明の有利な発展形が、従属請求項によって与えられる。本明細書、特許請求の範囲、および/または図面で与えられる特徴のうちの少なくとも2つのすべての組合せも、本発明の構成に含まれる。所与の値の範囲において、指示された境界内にある値は、境界値として開示されたとも見なされ、任意の組合せで請求されるものである。装置の特徴は、方法の特徴として開示されたとも見なされるものであり、その逆も同様である。
本発明は、受容部(ツール)と締付板(ツール)との間に配置される測定層の特に局所的な変形または大きさ(order of magnitudes)を測定することで、圧力分布についての結論をできるだけ正確に出すことができるという基本的な考え方に基づいている。測定中の測定層の厚さは、200μm未満、好ましくは100μm未満、より好ましくは50μm未満、さらにより好ましくは10μm未満、最も好ましくは5μm未満、すべてにおいて最も好ましくは1μm未満である。測定層の好ましい厚さは、用いられる接合工程に主に依存する。本発明で請求された方法が、後の金属間接合についての圧力分布を解明するために用いられる場合、本発明で請求されるように、好ましくは10μm未満、より好ましくは5μm未満、最も好ましくは1μm未満といった、非常に薄い層が選択される。
例えば、液相を経る共晶混合物の接合といった、適度に変形可能な接合の境界面との接合工程については、本発明で請求されるように、50μm未満、好ましくは10μm未満、最も好ましくは5μm未満の層の厚さが用いられる。
例えば、仮の接合接着剤といった、非常に容易に変形可能な接合境界面については、非常に厚い層が本発明で請求されるように用いられる。層の厚さは、好ましくは200μm未満、より好ましくは100μm未満、最も好ましくは50μm未満である。
示された層の厚さの範囲の重複は、正確な接合工程および材料に応じて、許容されかつ可能である。
したがって、本発明で請求される測定方法、および、本発明で請求される測定方法に関して唯一消耗される材料は、圧力の印加によって、または、締付板および受容部の互いに対する移動によって変形される測定層である。したがって、ウェーハの表面と特に平行に引き起こされる測定層の相対変形が測定されて評価され、また、測定層の特に局所的な変形に基づいて、ツール間の境界層の圧力分布についての結論を出すことができる。本発明で請求される方法は、好ましくは室温を超える温度、より好ましくは200℃を超える温度、さらにより好ましくは400℃を超える温度、最も好ましくは600℃を超える温度といった、より高い温度で用いることもできる。測定は、特に光学的に、好ましくはカメラによって行うことができる。光学は、測定される層を拡大するために用いられる。測定層の表面における変形の二次元測定は、特にウェーハの表面に直交する場合に、有利である。具体的には、測定層の直径の変化または拡大を検出することができる。
本発明の有利な一実施形態によれば、互いに位置合わせされたウェーハが、測定層と、測定層の上方または下方にあるツールとの間に配置されるようになっている。このようにして、測定層の変形が、現実の条件の下で起こり、測定層の除去は、測定が行われた後の残余物を特に残すことなく行うことができる。現実の条件は、実際の接合工程が起こる下での状態を意味する。これらの状態は、温度の上昇、真空、圧力の上昇、および同様のパラメータによって特徴づけられる。さらに、装置の休止時間が、測定が適正に行われる限度で、準備によって最小限にされ、また、測定は、ツールまたは接合装置から独立して進行することができる。
測定層の形状が変形前に測定されるので、変形の測定の正確性が大きく高まる。変形後の測定層の形状の測定は、対応する位置での対応する力さらには圧力の算出を可能とするために、絶対必要である。
本発明の別の有利な実施形態によれば、測定層が、特に硬化性である流体の材料から成ることが提供される。したがって、特に液滴または経路(path)の形態で、制御されるとともに再現可能な適用を可能にする液滴ディスペンサによる測定層の適用または導入が、可能にされる。定められた大きさまたは定められた量の適用では、測定層の変形前の測定層の先に行う測定は省略されてもよく、その結果、本発明で請求される方法のさらなる迅速化が可能となる。
これは、分布手段によってさらに最適化され、受容部と締付板との間の測定層の定義された分布がある場合に、特に液滴ディスペンサの形態において最適化される。
有利には、特に拡大するような変形の測定は、測定層に沿った複数の位置で、特に光学的に行われることが、さらに提供される。測定層の変形によって、ツールによって中間層に印加された圧力分布の算出が可能になる。
測定層とウェーハのうちの少なくとも一方との間に導入されている接着低減層によって、測定層の変形の測定を完了した後に測定層を取り除くことが、迅速化されつつ簡単化される。
本発明の他の利点、特徴、および詳細は、好ましい例示の実施形態の以下の説明から、また図面を用いて明らかになるであろう。
同様または同等の特徴は、図面において同じ参照符号で同定されている。
図1aによれば、圧力分布の決定を意図されているウェーハ2が、板材6の上に置かれている。板材6は、例えば、特に量において制御される液滴または経路の再現可能な適用が可能ないわゆる液滴ディスペンサ内の試料保持器である。図1bによれば、測定層7が、特に、グリッドに沿って配置されていると共に定められた大きさの複数の液滴の形態で、分配器8によって、好ましくは格子形状のグリッドで、または、任意の他の分布またはマトリクスで、ウェーハ2に適用される。そして、ウェーハ2は、測定層に含まれる溶剤を蒸発させることで流体の形態で存在する測定層7を硬化するために、特にロボットアームによって、加熱装置10が内蔵された加熱板材6'の上に置かれる。測定層7は、特に高分子化合物、好ましくは熱可塑性物質から成っていてもよい。加熱板材6'は、好ましくは、液滴ディスペンサの板材6と同一である。
図1cによる測定層7の硬化後、ウェーハ2は、本発明で請求される装置の、受容部として作られているツール1に、特にロボットアームによって置かれ、任意選択でそこで固定される。このようにして、ウェーハ2は、ツール1の一方の表面1o上に位置し、ツール1の表面の均一性、表面の粗さ、表面のうねり、または、その結果生じる接触面に沿った圧力分布は、本発明により請求される測定方法または本発明により請求される測定装置によって測定されることになる。
別のウェーハ4が、ツール1においてウェーハ2を固定するための締付具としても用いられ得るスペーサ3の上に置かれる。測定層7が、他のウェーハ4の荷重の下でも変形されない程度の高い粘性がある場合には、スペーサ3のないものもあり得る。変形の間の測定層7の粘度は、特に103〜1010Pa・sである。図6は例として、120℃〜260℃の温度範囲における材料の粘度曲線を示している。本発明において請求される実施形態の場合、適切な粘度特性が工程の条件の所望の温度範囲にある材料が用いられる。
ウェーハ2および4は、好ましくは、完全に平坦であるべきであり、表面の粗さまたはうねりがないべきである。これらの状態は非現実的であるため、圧力分布の決定を意図されているウェーハ2、4は、後の工程で接合されることになるそれらの製品のウェーハと、同じ表面粗さの値または表面うねりの値を有するべきである。ウェーハ2、4は、後で接合されることにある基板ウェーハと同じ直径であるべきである。さらに、それらは同じ材料から作られるのが有利である。ウェーハ2、4および基板ウェーハが単結晶である場合、ウェーハ2、4は、後で接合されることになる基板ウェーハと同じ結晶方位を有するのが好ましい。このようにして、測定結果が、製品のウェーハの接合境界面で、実際に予期され得る圧力分布を正確に表すことになることが確保され得る。
評価光学による迅速な評価を、変形を測定するための測定手段として可能にするために、ウェーハ4として特にガラスウェーハが、本発明で請求されるものとして考えられる。そのため、評価は、測定層7の変形後にウェーハ2、4がまだ取り除かれていない状態で行われ得る。
測定層7または個々の液滴の変形はツール5によって行われ、ツール5はツール1に近づけられることで締付板となる。ツール5の一方のツール表面5oは、同様に、表面に不規則性がある。さらに、すべてのツール1'、1"、5'、5"は、同様に、それぞれツール5および1の上方または下方で概して不均一な表面を有している。したがって、すべてのツール5、5'・・・および1、1'・・・の組合せの圧力分布は、測定層7の変形が評価されることによって、本発明で請求される方法によって決定される。本発明で請求される方法では、材料、厚さ、表面粗さ、表面うねり、および、他のパラメータにおいて実際の接合工程において後で用いられるウェーハに対応するウェーハ2、4が、好ましくは用いられる。
測定層7の変形は、図1fに示されている。圧力が、ツール5をツール1に向かって動かすことで測定層7に加えられたとき、測定層7は塑性変形される。不均一性のため、異なる変形が異なる位置で発生し、その結果、液滴の異なる変形によって、測定装置による測定結果の評価が可能となる。液滴の直径がより著しく増大した場所では、それに応じてツール5は、それの締付表面5oにおいて、ツール1の表面1oにより近くなっており、一方、逆の結果については、距離がより大きくなっている。
そして、ツール5およびツール1が離れるように動いた後、測定層7の変形が、測定層7に分散された複数の測定点において、測定手段11、特に光学的な測定手段11、好ましくは対応する解像度を有する光学顕微鏡および/またはCCDカメラによって測定される。有利には、本明細書では、測定が、例えば、光学光に対して透明であるウェーハであって、特にガラスウェーハとしてのウェーハ4を通して行われるようになっている。あるいは、測定は、光学光に対して不透明なウェーハ4に対する赤外線放射によって行われてもよい。
図2に示す別の実施形態は、測定層7と、特にウェーハ2、4の各々との間で、測定層7の適用の前にウェーハ2、4に適用される接着低減層9がウェーハ上にあることを特徴とする。
図3による実施形態では、特にウェーハ2に対して全体的にできるだけ一定の厚さとなるように、覆うような方法で適用された測定層7'がある。この実施形態では、測定層7'の変形は、複数の位置における測定層に沿った厚さの変化に基づいて測定され、それによって、特に変形の前後の測定によって、測定層7'の厚さマップを決定することができる。測定手段は、超音波測定機器、または、好ましくはレーザ干渉計である干渉計とすることができる。測定層7'の圧力/変形の適用、および、圧縮板5および/または受容部1の表面の不規則性は、それに応じて測定層7'を異なる位置において、圧縮し、変位させ、薄くし、そのため変形させる。この場合、結果として測定層7'は、塑性変形され得るため、厚さが変化することになる。
図4に示すものでは、測定層7"は、経路を備えた格子となっており、経路は、この場合では互いに直交して延びている。経路が互いに対して斜めにされた構成も、同様にあり得る。経路の厚さはできるだけ一定とされることで、変形の再現可能な測定が可能とされることが、本明細書では重要である。
圧力分布は、図7の数式によって算出される。粘度η、変形前の液滴の断面積A1、変形後の液滴の断面積A2、液滴の体積V、および圧縮時間tが、液滴に作用する力Fを算出するために用いられる。圧力は、液滴の断面に対応する正規化によって算出される。ウェーハの異なる位置で力または圧力を算出することで、力のマップまたは圧力のマップを用意することができる。断面積A1およびA2は、層7の液滴から形成され、板材4が層7の上に置かれたとき(図1f)に生じる円柱の平均断面積である。
本発明で請求されるような実施形態7'および7"では、圧力分布の絶対的な算出は行われない。本発明で請求されるようなこれら2つの実施形態では、層7'または格子7"の圧力分布は、好ましくは数分間の、適切な長い時間の後に評価される。場所の関数としての厚さ分布は、接触の瞬間の圧力分布の直接的な描写を表している。この相対的な厚さ分布は、ツールの弱い位置についての少なくともおおよその見解を得るには十分である。本発明で請求されるような実施形態7'および7"は、例えば接合接着剤といった、ツールが非常に柔らかい接合境界面の接合の挙動に対して試験されるときに使われるだけである。本発明で請求されるような実施形態7"では、(相対的な)圧力分布についての結論を、生じる格子の線の拡大から得るための試みが行われてもよい。本発明で請求されるような実施形態7'および7"については、15kN未満の、好ましくは10kN未満の、さらにより好ましくは5kN未満の、従来からの低い接合力が用いられる。
1 ツール
1o ツール表面
2 ウェーハ
3 スペーサ
4 ウェーハ
5 ツール
5o ツール表面
6 板材
6' 板材
7 測定層
7' 測定層
7" 測定層
8 ディスペンサ
9 接着低減層
10 加熱装置
11 測定手段
1o ツール表面
2 ウェーハ
3 スペーサ
4 ウェーハ
5 ツール
5o ツール表面
6 板材
6' 板材
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7' 測定層
7" 測定層
8 ディスペンサ
9 接着低減層
10 加熱装置
11 測定手段
Claims (9)
- 第1の基板を第2の基板にウェーハ接合するための圧力分布を、以下のステップによって、特に以下の手順で、決定する方法であって、
前記第1の基板を保持する第1のツール(1)と、前記第1の基板および前記第2の基板を接合するために前記第1のツール(1)と位置合わせされた向かい合う第2のツール(5)との間に、流体から成る測定層(7、7'、7'')を配置するステップと、
前記第1のツール(1)および前記第2のツール(5)を互いに近づけることで、前記測定層(7、7'、7'')を変形するステップと、
前記測定層(7、7'、7'')の前記変形を測定するステップと、
前記変形の前記測定に基づいて前記圧力分布を算出するステップと
を含む方法。 - 前記測定層(7、7'、7'')と前記第1のツール(1)との間、および/または、前記測定層(7、7'、7'')と前記第2のツール(5)との間に、互いに位置合わせされたウェーハ(2、4)が導入される、請求項1に記載の方法。
- 前記測定層(7、7'、7'')の形状が、前記測定層(7、7'、7'')が導入された後に、変形の前に測定される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記測定層(7、7'、7'')は、硬化後に塑性変形させることができる硬化性の材料から成る、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のツール(1)と前記第2のツール(5)との間の前記測定層(7、7'、7'')の定められた分布のためのディスペンサ(8)がある、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記変形は、前記測定層(7、7'、7'')に沿った複数の位置において、光学的に測定される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記測定層(7、7'、7'')は、前記ウェーハ(2) 上に、液滴を適用することで生成される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 接着低減層(9)が、前記測定層(7、7'、7'')と、前記ウェーハ(2、4)のうちの少なくとも一方との間に導入される、請求項2に記載の方法。
- 第1の基板を第2の基板にウェーハ接合するための圧力分布を決定する装置であって、
第1のツール(1)と、前記第1のツール(1)と位置合わせされた向かい合う第2のツール(5)との間に、流体から成る測定層(7、7'、7'')を導入または適用する導入手段(8)と、
前記第1のツール(1)および前記第2のツール(5)を互いに向けて動かすことで、前記測定層(7、7'、7'')を変形する変形手段(1、5)と、
前記測定層(7、7'、7'')の前記変形を測定する測定手段と、
前記変形の前記測定に基づいて前記圧力分布を算出する算出手段と、
を備える装置。
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