KR102075191B1 - 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 가압체(5)와 제2 가압체(6) 간 적어도 하나의 측정 층(3)으로의 압력의 적용 동안 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치와 관련되며, 다음을 포함한다:
- 상기 측정 층(3)을 통과하는 제1 신호 루트 및 상기 측정 층(3)을 통과하는 그 밖의 다른 적어도 하나의 신호 루트를 따라 전자파의 형태로 신호(9)를 발산하기 위해 측정 층(3)의 하나의 둘레 에지(3u) 상에 위치하는 적어도 하나의 송신기(7),
- 제1 신호 루트 및 그 밖의 다른 신호 루트의 신호(9)의 수신을 위해 둘레 에지(3u) 상에 위치하는 적어도 하나의 수신기(8, 8') - 상기 신호는 송신기(7)에 의해 측정 층(3)을 통해 전송되며 압력이 가해질 때 변경될 수 있음 - .
또한 본 발명은 대응하는 방법과 관련된다.

Description

압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치 및 방법{MEASURING DEVICE AND METHOD FOR ASCERTAINING A PRESSURE MAP}
본 발명은 청구항 1에 따르는 측정 장치와 관련된다. 또한, 본 발명은 청구항 8에 따르는 방법과 관련된다.
반도체 산업에서, 서로 다른 크기, 형태 및 재료의 기판들이 서로 접합되는 것이 일반적이다. 접합 방법이 웨이퍼 본딩(wafer bonding)이라고 일컬어진다. 웨이퍼 본딩은 영구 본딩(permanent bonding)과 임시 본딩(temporary bonding)으로 크게 나뉜다. 영구 본딩의 경우, 기판들 간에 더는 분리 가능하지 않는 연결이 형성된다. 이 영구 연결은 가령 금속의 상호확산(interdiffusion)에 의해, 양극 본딩(anodic bonding)에서의 양이온-음이온 수송에 의해, 또는 옥사이드 및/또는 융합 본딩(fusion bonding)에서, 그리고 유기 시멘트와의 본딩부에서의 폴리머들의 가교에서의 반도체 물질 간 공유 결합의 형성에 의해, 발생한다.
임시 본딩의 경우, 주로, 이른바 본딩 접착제가 사용된다. 이들은 기판들 간 접착제로서 역할 하기 위해 코팅 방법에 의해 하나 또는 둘 모두의 기판의 표면으로 도포되는 접착제이다.
모든 본딩 방법에서, 서로 본딩될 기판들에 블랭킷 압력을 가능한 균일하게 인가하기 위해 본더(bonder)가 사용된다. 여기서 기판의 표면에 따르는 압력 분포가 최적인 것이 매우 중요하다. 이와 달리, 스퀴즈-아웃(squeeze-out), 무 결정립 성장, 및 불균일한 층 두께에 의한 가스 개재(gas inclusion)로 인해 공극(void)이 발생할 수 있다.
압력 불균일성이 주로 형편없이 제작된 압력 디스크, 웨이퍼 척(wafer chuck), 또는 이들의 마모를 초래할 수 있다. 덧붙여, 기판 상에 압축 하중을 발생시키는 구성요소들의 서로 다른 탄성 속성이 많은 압력 불균일성에 대해 책임이 있다. 이는 주로 본더의 구성요소의 탄성계수가 본딩될 기판 또는 기판들 사이에 위치하는 층의 탄성계수보다 작은 경우에 해당한다. 본더의 대응하는 탄성을 획득하기 위해, 특수 물질, 가령, 흑연으로부터 생성된 압력 디스크, 웨이퍼 척 또는 보상 디스크(compensation disk)가 최적 본더 구성을 획득하도록 사용된다. 매우 많은 경우에서, 예를 들어, 대응하는 크기의 흑연 보상 디스크가 압력 디스크와 피스톤 사이에 고정된다. 이들 보상 디스크의 사용은 각자의 구성 및 본드 타입에 따라 다르다. 지금까지 흑연 보상 디스크가 완전 압력 하중 하에서 매우 잘 변형되고, 온도-안정적이며, 대응하는 탄성계수를 갖기 때문에 사용되었다. 일반적으로 이들 보상 디스크의 사용이 압력 균일성을 개선한다.
따라서 압력 표면을 따르는 압력 분포에 대한 정량적 정보를 획득하기 위한 방법이 알려졌다.
가장 빈번하게 사용되는 방법이 높은 압력에서 컬러 볼(color ball)을 파열시킴으로써 서로 다른 정도만큼 컬러링되는 종이 상의 컬러 정보의 평가이다. 이 방법은 현재 실용적이더라도, 단점을 가진다. 따라서 필름을 절단하고, 가압체들 사이에 이를 설치하고 제거하는 것이 시간 소모적이다. 덧붙여, 물질이 높은 온도 감도 때문에 열 부하 하에서 사용될 수 없는데, 이는 결과의 재현 가능성에서 문제를 발생시킨다. 또 다른 문제는 압력 데이터의 수치 평가인데, 이 평가는 신뢰할 만하거나 재현 가능하지 않다.
두 번째 공지된 방법은 WO2012/167814A1에 개시되어 있다. 이 방법은 압축 하중에 의해 야기된 유체 입력의 변형의 평가를 기초로 한다. 이 방법은 가압체들 간 압력 분포의 인-시추 측정을 가능하게 하지 않는다.
세 번째 공지된 방법은 대응하는 기판 상에 생성되어야 할 수백 개의 국소 분포된 압력 센서의 측정 장치를 이용하며, 상기 방법은 복잡하고 특히 고비용이다. 마이크로시스템 기술을 이용하여 생산이 이뤄진다. 마이크로센서는 각자의 압축 하중에 따라 전류를 제어할 수 있는 MEMS 및/또는 반도체 요소이다.
따라서 본 발명의 목적은 앞서 언급된 단점이 적어도 대부분 해결되는 압력 맵(pressure map)을 결정하기 위한 측정 장치 및 방법을 고안하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 및 청구항 8의 특징부에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 형태는 종속 청구항에서 제공된다. 상세한 설명, 특허청구범위 및/또는 도면에 제공되는 특징부들 중 적어도 2개의 모든 조합이 본 발명의 범위 내에 속한다. 특정 값 범위에서, 지시된 한계 내의 값들은 또한 경곗값으로서 개시된 것으로 간주될 것이며 임의의 조합으로 청구될 것이다.
본 발명의 기본 아이디어는 측정 층을 통과한 후의 적어도 하나의 전자파 또는 복수의 전자파의 적어도 하나의 물리적 파라미터를, 특히 인-시추(in-situ)로 측정하고, 측정된 데이터로부터 측정 층에서의 압력, 바람직하게는 압력 분포를 계산하는 것이다. 바람직하게는, 측정될 파라미터를 갖는 모든 파의 모든 물리적 파라미터가 측정 층에 들어가기 전과 들어간 후에 측정된다. 본 발명에 따라, 측정은 전자파의 복수의 신호 루트, 따라서 측정 거리를 포함하며, 측정 결과로부터 측정 층 내 서로 다른, 특히, 교차하는 신호 루트로부터, 국소화된 압력 값이 결정될 수 있고, 이러한 방식으로 압력 맵이, 특히, 인-시추로 제작될 수 있다. 상기 국소화된 압력 값은, 기능적 관계가 존재하고 따라서 전자 프로세싱이 활성화되기 때문에, 전자적으로, 특히, 인-시추로 디스플레이될 수 있다. 압축 하중 인가 전, 및/또는 중, 및/또는 후에, 측정이 이뤄진다. 따라서 압축 하중 인가 전, 및/또는 중, 및/또는 후에, 완전한 압력 맵이 결정된다. 압축 하중 인가 전에 결정된 압력 맵은 교정(calibration)을 위해 사용되는 것이 바람직하다. 압축 하중 인가 중에 결정된 압력 맵은 인-시추 상태를 결정하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 압축 하중 인가 후에 결정된 압력 맵은 사후-상태(post-state)를 결정하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 압력 맵들이 서로 비교될 수 있는 것이 바람직하다.
사용되는 전자파의 물리적으로 유용한 파장 범위가 마이크로파 범위에서부터 x-선 범위까지 걸쳐 있다. 가시 광 범위의 전자파가 사용되는 것이 바람직하다. 사용되는 전자파 빔은 특히 10-12 m 내지 1 m, 바람직하게는 10-9 m 내지 10-3 m, 더 바람직하게는 10-7 m 내지 10-5 m의 파장을 가진다.
본 발명은 압력 분포를 결정하기 위해, 측정 층의 측정 물질, 이른바 "광학 물질"의 압력 종속적인 광학 속성이라는 추가 아이디어를 기초로 한다.
다시 말하면: 본 발명은 2개의 가압체에 의해 장력 또는 압력에 노출되는 측정 층에서의, 인-시추 및/또는 국소적으로 분해된, 특히, 절대적인 및/또는 온도에 따라 달라지는 압력 분포를 결정하기 위한 측정 장치 및 이에 대응하는 방법을 기재한다. 본 발명은 또한, 압력 인가의 변경 동안 가압체들 사이에 위치하는 측정 층의 광학 속성의 변경의 국소적 분해를 결정하는 아이디어를 기초로 한다. 광학 속성 및 압력에 노출될 때의 상기 광학 속성의 변경이 압력과 상관되거나 압력 맵으로 변환된다.
본 발명은 적어도 하나의 송신기 및 적어도 하나의 검출기/수신기를 갖고 2개의 가압체 사이의 측정 층의 하나 이상의 광학 속성의 국소적으로 분해된 압력 종속성을 측정하거나, 특히, 각각의 압력 값의 위치에 대해, 수학적 분석, 가령, 라돈 변환에 의해 누적 측정 신호로부터 이를 결정, 구체적으로, 이를 계산하여, 압력 맵을 형성하도록 하는 추가 아이디어를 기초로 한다.
본 발명에 따르는 방법이 볼륨의 비디오 신호의 재구성, 특히, 라돈 변환을 위한 방법이다. 이는 의료 기술에서 토모그래피 재구성을 위해 사용되는 모든 방법으로 가장 잘 알려졌다. 원리는 경로를 따르는 개별 이벤트들의 합산에 의해 발생하고 공간의 복수의 방향을 따르는 측정을 통해 발생하는 적분의 역이다. 저-간섭성 토모그래피 방식에서, 본 발명에 따르는 방식과 주행 시간 분석(transit time analysis)을 조합하는 것이 특히 가능하다 - 여기서 (초점에서 검출기 및 송신기에 의해) 국소적인 재구성이 타원을 따라서만 정제된다.
앞서 언급된 수학적 및 물리적 모델에 의해 누적된 측정 신호가 국소 이산 측정 신호에 기여한다. 따라서 국소 압축 하중과 출력 신호 간에 수행될 수 있는 변환을 이용하는 임의의 수학적 알고리즘이 본 발명에 따라 실시예를 추구하기에 적합하다.
(국소) 광학 속성과 우세한 (국소) 압력 상태 간 상관이 이론적으로 및/또는 경험적으로 확립될 수 있다. 기술될 수 있는 물질 속성 및/또는 광학 및/또는 기계적 속성 간 관계를 이용해 매우 정확한 물리적 모델이 존재한다. 그러나 본 발명에 따라 경험적 결정과 주로 교정이 선호된다. 제1 실시예에서, 주로 측정 장치로의 블랭킷 압력 인가가 특정 온도에서 지정된 힘에 의해 발생하는 경험적 교정이 발생한다. 이상적인 경우, 광학 속성 및 따라서 압력 인가의 결정된 변경이 사이트(site)에 독립적이어야 하고 따라서 균일한 압력 맵을 제공할 수 있어야 한다. 압력이 가해질 수 있게 하는 모든 구성요소가 완벽하게 제작될 수 있는 것은 아니라는 사실을 기초로, 이상적인 상태로부터 약간 벗어나게 된 대응하는 교정 프로세스 압력 맵 또는 광학 속성의 변경의 맵(이하, 단순히 '맵'이라 칭함)이 결정된다. 사용되는 구성요소의 특화된 재가공, 따라서 기계 또는 구성요소의 정합, 또는 막 결정된 맵을 "제로 맵(zero map)"으로서 사용하는 것이 고려될 것이다. 특히, 결정된 제로 맵은 실제 본딩 프로세스에서 차후 결정될 맵으로부터 벡터-감산(vector-subtract)된다.
또 다른 특수 실시예에서, 측정 장치는 다음과 같이 교정된다. 대응하는 가압체에 의해 측정 장치에 단계적으로, 특히 점으로 하중이 인가된다. 상기 가압체는 극도로 얇은 팁을 가진다. 본 발명에 따라 측정 장치에 가압체에 의해 가해지는 힘이 가압체 상의 동력계(dynamometer)를 통해 모니터링 및/또는 설정 및/또는 측정된다. 동시에, 각각의 점 하중에 대해 대응하는 점 하중에 확실히 기여할 수 있는 본 발명에 따르는 신호가 기록된다. 본 발명에 따르는 실시예의 지정 점 하중이 측정 장치의 교정뿐 아니라 본 발명에 따르는 측정 장치에 존재하고 국소 압력 평가에 지장을 줄 수 있는 임의의 불균일성이 선험적으로 배제될 수 있도록 하는 0점(zero point)의 설정을 가능하게 한다.
따라서 본 발명은 다음의 접근법/이점을 포함한다:
- 본딩 공정 전에 및/또는 바람직하게는 본딩 공정 동안의 압력 분포가, 특히, 본딩 챔버 내에서, 평가될 수 있도록 기판의 압력 표면을 따르는 압력 분포의 인-시추 측정이 가능하다.
- 본딩 계면에서 직접 또는 기판 스택의 임의의 층, 특히, 임시 본딩 층 내 임의의 층, 가령, 시멘트에서 압력 분포를 결정하는 것 및/또는 가압체들 사이에 측정 장치를 위치시키지 않고 본딩 공정 동안 압력 분포를 결정하는 것이 가능해진다.
- 비교적 큰 가압 표면에 걸친 압력 분포의 국소화된, 특히, 절대 압력 값이 높은 정밀도로 광범위한 온도에 걸쳐 높은 국소 분해능으로 결정될 수 있다.
- 실질적으로 어떠한 물질 소비도 없다.
본 발명은 2개의 가압체 간 압력 분포의 인-시추 측정을 가능하게 한다. 따라서 설계된 센서가 재사용될 수 있고, 유연하며, 임의의 유형의 본더에서 빠르게 설치될 수 있으며, 장기간에 걸쳐 관찰될 수 있으며, 종래 기술에 따르는 (매우 비싼) 가압 필름에 비해 더 경제적이고, 덜 노동 집약적이기 때문에, 신속하고 표적화된 공정 최적화를 가능하게 한다. 본 발명에 따르는 또 다른 이점은 임의의 온도 부하 하에서도 압력 분포를 결정할 수 있다는 것이다. 일반적으로 물질의 광학 속성은 온도에 따라 달라진다. 이 경우, 광학 속성의 변화와 온도 간 관계가 알려질 수 있고, 서로 다른 온도에 대해 측정 장치의 대응하는 확장된 교정을 수행하도록 사용될 수 있다. 그 후 확장된 교정은 서로 다른 온도에서의 복수의 개별 교정에 대응한다.
2개의 가압체의 발생하는 온도 분포를 결정하기 위해, 센서로서의 측정 장치가 하부, 제2 가압체 상에 배치된다. 가압체는 센서와 접촉하게 된다. 가압체들 사이에 발생되는 압력 분포가 측정 층의 광학 물질에 실리며 따라서 압력에 따라 달라지는 측정 층의 물질의 광학 속성을 변화시킨다. 압력 맵으로서 압력 분포의 국소 종속적 결정을 위해, 광학 신호가 측정 층의 에지 상에 투입됨으로써 적어도 하나의 송신기에 의해 측정 층으로 전송된다. 신호가 하나의 측정된 거리 또는 하나의 표면 세그먼트를 따라 측정 층을 투과하며 송신기의 반대쪽을 향하는, 바람직하게는 정확히 대향하는 하나의 측부 상의 검출기로서 만들어진 적어도 하나의 수신기에 의해 캡처 및 측정된다. 이러한 방식으로 측정 층을 통해 전송된 신호가 압력이 가해질 때 신호 루트 또는 복수의 신호 루트를 따르는 광학 속성들 중 적어도 하나의 속성의 적어도 하나(누적 획득된)의 변경을 겪는다.
복수의, 특히, 교차하는 신호 루트를 기록함으로써 본 발명에 따라 압력 맵은 결정될 수 있다.
본 발명에 따라, 예를 들어, 이하의 항목이, 개별적으로 또는 조합하여, 수신기에 의해 획득될 수 있는 속성으로 간주될 수 있다:
- 강도 (의 변화)
- 편광 (의 변화)
- 파장 또는 주파수 (의 변화)
- 굴절률 (의 변화)
- 모드 (의 변화)
본 발명에 따라, 수신기 또는 수신기들에 의해 캡처되는 신호가 각각의 신호 루트를 따르는 신호 변화의 누적의 결과이기 때문에, 사이트의 함수로서 측정 층에서의 광학 물질의 광학 속성의 변경을 획득하기 위해 수학적 변환이 사용된다. 이러한 이유로, 본 발명에 따라 측정 층 및/또는 측정 장치의 둘레 에지, 특히, 적어도 하나의 타 신호 루트와 교차하는 임의의 신호 루트를 따르는 서로 다른 송신기 및/또는 수신기 위치에서 복수의 측정치가 수집된다.
누적된 출력 신호 각각이 송신기 및/또는 검출기의 각 위치의 함수로서 기록된다. 압력 맵을 제작하기 위한 측정 층 내 위치의 함수로서 누적된 신호를 광학 신호의 변경으로 변환하기 위한 본 발명에 따르는 수학적 변환의 예를 들면 라돈 변환(Radon transform)이 있다. 라돈 변환을 이용함으로써, 임의의 사이트에서, 특히, 압력의 함수로서 광학 물질의 획득된 신호 루트들 중 하나의 신호 루트의 교차점에서의 광학 속성의 변경이 획득된다. 광학 물질의 광학 속성(속성들)의 변경이 압력과 상관될 수 있기 때문에, 가압체들 사이의 압력 분포가 기록될 수 있다.
덧붙여 본 발명의 실시예에 의해, 압력 분포가 결정될 수 있음이 기재된다.
본 발명에 따르는 제1 실시예에서, 광학 물질이 전체 측정 층 위에 블랭킷 방식으로 분산된다. 본 발명에 따르는 모든 이하의 실시예에서, 전자기 신호가, 하나의 신호 루트를 따라 뻗어 있거나 바람직하게는 표면적으로, 따라서 복수의 신호 루트를 따라 뻗어 있는 측정 층의 둘레 에지 상의 적어도 하나의 사이트에서 송신기에 의해 주입된다. 신호 루트를 따라 이들 물리적 속성 중 적어도 하나가 결정될 압력 분포를 기초로 변경된다.
따라서 측정 층으로부터의 신호의 출구에 위치하는 검출기(수신기)가 측정된 거리를 따라 적어도 연속적으로 합산된(누적된) 또는 변경된 측정 신호를 획득한다. 따라서 수학적으로 볼 때, 본 발명에 따라, 측정된 신호의 이미징 표준에 의해 또는 값으로 획득된 각각의 신호 루트를 따라 기록된 속성에 대한 누적된 변경이 이미징된다.
본 발명에 따르는 압력 분포를 결정하기 위해, 송신기 및/또는 검출기/수신기가 측정 층의 외측 윤곽 또는 둘레 에지를 따라 이동되고, 복수의 신호 루트의 복수의 측정 신호가 결정되고 국소 측정 신호로의 수학적 변환에 의해 변환된다. 그렇다면 국소 측정 신호가 국소 압축 하중에 분명하게 종속적이다. 변환을 위한 선호되는 변환이 라돈 변환이다. 물리적 및/또는 광학적 속성의 결정된 측정 값과 압력 간의 수학적 관계가 특히 경험적으로 결정된다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 기판 또는 가압체에 의해 측정 층의 광학 속성 또는 측정된 값에 가능한 거의 영향을 미치지 않고 재현 가능한 결과를 제공하기 위해, 측정 층의 하나 또는 복수의 가압 표면 상에 하나의 반사층이 존재할 수 있다. 본 발명에 따르는 제1 실시예에서, 측정 층은 측정 장치로서 개별 센서의 일부이다. 각각의 실시예에서, 센서는 하부 기판, 측정 층, 및 상부 기판으로 구성된다. 기판은 압력 센서의 형태 또는 일반적으로 측정 범위에 의해 지정된 형태를 갖는 것이 바람직하다. 이들은 사각형, 둥근형 또는 그 밖의 다른 임의의 형태로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 기판은 둥근 형태를 가진다. 둥근 기판의 경우, 지름이 10-3m 초과, 바람직하게는 10-2m 초과, 더 바람직하게는 10-1m 초과, 가장 바람직하게는 1m 초과이다. 반도체 산업에서 압력 분포 측정을 위해 센서가 사용되는 경우, 기판의 지름은 바람직하게는 1인치, 2인치, 3인치, 4인치, 5인치, 6인치, 8인치, 12인치, 18인치, 또는 18인치 초과이다.
기판의 두께는 경우에 따라 달라진다. 대부분의 경우, 두께는 10㎛ 초과, 바람직하게는 100㎛ 초과, 더 바람직하게는 1000㎛ 초과, 더더욱 바람직하게는 2000㎛ 초과, 가장 바람직하게는 5000㎛ 초과이다. 일반적으로 2개의 기판의 두께는 서로 다를 수 있다. 바람직하게는 센서의 기판의 두께가 차후 실제로 본딩될 기판의 두께에 대응해야 한다. 센서의 기판과 차후 실제로 본딩될 기판의 두께 간 절대 크기는 1㎜ 미만, 바람직하게는 0.1㎜ 미만, 더 바람직하게는 0.01㎜ 미만, 더 바람직하게는 1㎛ 미만, 더 바람직하게는 0.1㎛ 미만, 가장 바람직하게는 0.01㎛ 미만이어야 한다.
가압체와 측정 층 간 최적, 완전한 및 실질적으로 균일한 압력 전달을 보장하기 위해, 각각의 기판이 가능한 균일한 두께를 가진다. 기판의 총 두께 변동(TTV: total thickness variation)이 100㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만, 더 바람직하게는 1㎛ 미만, 더 바람직하게는 100㎚ 미만, 가장 바람직하게는 10㎚ 미만이다. 평균 거칠기는 1000㎚ 미만, 바람직하게는 100㎚ 미만, 더 바람직하게는 10㎚ 미만, 더 바람직하게는 1㎚ 미만, 가장 바람직하게는 0.1㎚ 미만이다. 센서의 구성요소, 일반적으로 사용되는 기판은 실제로 차후 본딩될 기판과 가능한 유사한 탄성 속성을 가져야 한다. 센서의 기판과 실제로 차후 본딩될 기판의 탄성계수 간 차이의 절대 크기가 1000MPa 미만, 바람직하게는 100MPa 미만, 더 바람직하게는 10MPa 미만, 가장 바람직하게는 1MPa 미만이어야 한다.
가압체로부터의 압력 분포를 균일하게 측정 층에 전달할 수 있도록, 기판이 기계적으로 고립되는 것이 바람직하다. 따라서 기판이 비정질 마이크로구조체를 갖는 것이 바람직하다.
기판의 마이크로구조체가 다결정질일 때, 기판은 결정-등방성 기계적 속성을 갖는 결정을 갖는 물질로부터 생성되는 것이 바람직하다. 이는 주로 입방 결정 구조를 갖는 물질에서의 경우이다. 따라서 바람직하게는 입방 물질이 9 미만, 바람직하게는 7 미만, 더 바람직하게는 5 미만, 더 바람직하게는 3 미만, 더 바람직하게는 2 미만, 가장 바람직하게는 1 미만인 제너 이방성 인자(Zener anisotropy factor)(ZA)를 가진다. 대략 1의 ZA를 갖는 알려진 금속이 텅스텐이다. 따라서 텅스텐이 균일한 압력 전달을 위해 본 발명에 따라 선호되는 금속으로서 개시된다.
본 발명에 따르는 실시예에서 한 가지 선호되는 물질은 탄소, 특히, 흑연의 형태로 된 것, 더 바람직하게는 다이아몬드로서의 탄소이다.
단결정질 기판의 경우, 기판은 하나의 절단 평면 내에 기계적으로 등방성(평면내 등방성)이도록 절단되는 것이 바람직하다. 따라서 입방 결정 격자를 갖는 단결정질 기판의 경우, 기판의 표면이 결정학적으로 (111) 평면이고 결정학적 방향 <111>이 기판 표면에 직교이도록 기판이 절단되는 것이 바람직하다. 6각형 결정 격자를 갖는 단결정질 기판의 경우, 기판의 표면이 결정학적으로 (0001) 평면에 평행이도록 기판이 절단되는 것이 바람직하다.
광학 물질이 하부 기판과 상부 기판 사이에서 전체 표면 위에 분산된다. 모든 알려진 공정에 의해, 바람직하게는, PVD, CVD, PECVD, 원자층 증착(ALD), 분자층 증착(MLD), 전자화학 증착, 도금, 박막, 스핀 코팅, 분사 에나멜링에 의해, 광학 물질이 하부 및/또는 상부 기판에 도포될 수 있다. 덧붙여, 예를 들어, 랩핑(lapping), 폴리쉬(polishing) 및 연마(grinding)에 의해서도 균일한 물질 블록으로부터 광학 층이 생성될 수 있다. 바람직하게는 하부 기판, 측정 층 및 상부 기판이 분리될 수 없는 바람직하게는 영구적으로 연결된 센서를 형성한다. 하부 기판, 측정 층 및 상부 기판이 서로 고정되는 유형 및 방식은 선택적이다. 본 발명에 따르면, 동시에 시멘트로서도 역할 하고, 본딩 공정에 의해 하부 기판을 상부 기판에 영구적으로 접합할 수 있는 선택적 물질의 사용이 고려될 수 있다. 본 발명에 따라, 금속 본드 또는 융합 본드(fusion bond)의 형성을 통해 하부 기판 및 상부 기판에 측정 층을 용접(welding)하는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따르는 블랭킷 버전의 또 다른 실시예에서, 측정 층은 특수하게 제작된 센서의 일부가 아니고, 본딩될 웨이퍼 스택의 일부이다.
본 발명에서 청구되는 것과 관련된 부분은 송신기, 측정 층 및 검출기/수신기이다. 본딩될 웨이퍼 스택의 층의 광학 속성을 이용해, 실제 본딩 공정 동안 압력 분포의 1회용 및 완전히 신규한 측정이 가능하다. 따라서 본 발명에 따르는 측정 원리가 실제로 본딩될 기판 스택의 일부인 측정 층으로서 층에 적용될 수 있다. 따라서 측정 층은 반드시 개별 센서의 측정 층일 필요는 없다. 본 명세서에 제시된 개시 방법을 이용해, 하나의 층의 압력 분포가 본더에서 인-시추로 측정될 수 있다. 본 발명에 따르는 측정 층이 본 발명에 따라 필수인 적어도 하나의 압력-종속적 광학 속성을 가져야 한다.
광학 물질에 의한 블랭킷 측정 층의 측정 신호가 다음과 같이 본 발명에 따라 평가된다:
본 발명에 따르는 제1 실시예에서, 복굴절의 광학 속성이 측정 층에서 본 발명에 따르는 압력 분포를 획득하도록 사용된다. 복굴절은 입사 광선이 서로 선형으로 편광된 전기장 또는 자기장을 갖는 정상 광선 및 이상 광선으로 쪼개지는 프로세스로 정의된다. 기본적으로 광학적으로 이방성인 물질만이 복굴절을 나타낸다. 일반적으로 압축 하중하에서 광학적으로 등방성인 물질도 광학적으로 이방성이 된다. 따라서 본 발명에 따르는 광학 물질이 적어도, 압력에 종속적인 광학적 이방성을 가짐으로써, 원하는 복굴절 효과가 야기될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법의 한 가지 실시예는 편광기를 통한 송신기의 전자기, 단생광 신호의 측정 층으로의 투입을 포함한다. 상기 편광기는 측정 층으로 이동하는 특정 발진 평면(oscillation plane)의 전자파에 대해서만 제공된다. 일반적으로 투입된 빔은 복굴절의 광학 속성 때문에 정상 광선 및 이상 광선으로 나뉜다. 정상 광선 및 이상 광선의 전기장의 발진 평면은 국소 압축 하중에 의해 회전되어, 측정 층의 출력에 부착되는 수신기가 정상 및/또는 이상 빔의 새로운 발진 평면을 검출할 수 있다. 바람직하게는, 2개의 빔 중 하나가 신호 루트를 따르는 측정 층을 통과하는 경로 상에서 완전히 흡수되거나 상기 측정 층을 떠나는 것이 바람직하다. 측정 층의 단부까지 먼 신호 루트를 따라 작용하도록 측정 층 내에 있는 광선은 전반사의 물리적 현상을 이용하는 것이 바람직하다. 따라서 검출기 상에 들어오는 신호가 발진 평면의 회전이며, 상기 회전은 신호 루트를 따라, 특히, 측정된 거리를 따르는 압력 분포에 의해 적어도 우세하게, 바람직하게는 배타적으로 변경되었다. 송신기 및/또는 검출기의 동작에 의한 복수의 측정 거리의 기록에 의해 그리고 대응하는 수학적 변환, 바람직하게는, 라돈 변환을 이용하여, 다시 발진 평면의 국소 변경이 결정된다.
본 발명에 따르는 또 다른 실시예에서 굴절률의 광학 속성이 본 발명에 따르는 측정 층 내에서의 압력 분포를 결정하도록 사용된다. 비-하중 상태에서 측정 층의 광학 물질의 굴절률은 1 초과, 바람직하게는 1.5 초과, 더 바람직하게는 2.0 초과, 더 바람직하게는 2.5 초과, 더 바람직하게는 3.0 초과, 가장 바람직하게는 3.5 초과이다. 측정 층과 경계를 이루는 물질, 이른바 경계 물질 또는 기판 물질의 굴절률이, 비하중 상태에서, 특히, 측정 층의 굴절률 초과, 바람직하게는 3.5 미만, 더 바람직하게는 3.0 미만, 더 바람직하게는 2.5 미만, 더 바람직하게는 2.0 미만, 가장 바람직하게는 1.5 미만이다. 압축 하중 하의 경계 물질의 굴절률이 거의 또는 전혀 변하지 않는 것이 바람직하다. 투입되는 신호는 측정 층의 광학 물질과 경계 물질 간 서로 다른 굴절률에 의해 측정 층 내에 대부분 유지되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 하나의 아이디어는 국소 압력 변화에 의해 광학 물질이 압축되고 따라서 광학 물질의 굴절률의 국소 변화가 야기된다는 것이다. 따라서 측정 층으로부터 인근으로의, 따라서 경계 물질 또는 기판으로의 전자기 복사의 넘침 거동이 변경된다. 이는 강도의 로컬 변경으로서 정의된다. 전자기 복사의 넘침 거동이 프레넬(Fresnel) 방정식에 의해 기재되는 것이 바람직하다. 따라서 검출기로 들어오는 신호가 특히 신호 루트를 따르는 압력 분포에 의해 우세하게, 바람직하게는 배타적으로, 신호 루트를 따라 변경되는 전자기 복사의 강도이다. 국소 강도의 결정 및 이에 따른 국소 굴절률 및 국소 압력의 결정이, 둘레 에지를 따르는 송신기 및/또는 검출기의 운동 및 라돈 변환(Radon transform)의 사용에 의해 복수의 측정된 거리를 기록함으로써 이뤄진다.
본 발명에 따르는 제3 실시예에서, 횡 전자파(TEM 파)가 광학 속성으로서 사용된다. TEM 파는 전파 방향으로 사라지는 전기장 및 자기장 성분을 갖는 전자파로서 정의된다. TEM 파는 본 발명에 따르는 경계 조건 하에서만 형성된다. 경계 조건은 어느 기능 값이 검사된 기능 특수 경우, 전기장 및/또는 자기장을 갖는지를 가리키는 제한 지오메트리 상태로 정의된다. 특히, 본 발명에 따르는 경계 조건에 의해 정상 횡 전자파가 형성된다. 공간 내 전자기장 밀도의 분포가 엄격히 대칭인 것이 바람직하다. 정상 파의 서로 다른 형태가 모드라고 지칭된다. TEM 파의 모드가 음향의 정상 파 또는 클램핑된 케이블로 형성될 수 있는 정상 파에 비교될 수 있다.
본 발명에 따르는 또 다른 아이디어는 특정 입사각으로 단색 전자파를 측정 층으로 투입하는 것이다. 기하학적 경계 조건에 의해 가능한 모드들 중 하나가 형성한다. 따라서 측정 층에서 정상 횡 전자파가 발생한다. 단면을 따르는 강도가 측정 층의 단면에서 분석되는 경우, 대칭적인 강도 분포가 획득된다. 단순 기하학적 경계 조건, 가령, 확장된 얇은 측정 층의 기하학적 경계상태에 대한 수학적 함수에 의해 대칭적인 강도 분포가 표현될 수 있다. 이 수학적 함수는 이른바 순서 파라미터(order parameter)를 포함하며, 이를 이용해 피크의 개수에 대한 결론이 획득될 수 있다.
따라서 본 발명의 이 실시예의 아이디어는 수신기 측 상의 강도 분포를 기록하는 것을 포함한다. 측정된 거리를 따르는 압축 하중에 의해, 측정 층이 점점 더 얇아지도록 기하학적 형태가 변한다. 이는 TEM 파에 대한 경계 조건을 변경한다. 따라서 경계 조건의 국소 변화가 측정 거리의 끝 부분에서 측정 강도 신호에 영향을 미친다. 전체 측정 표면을 따르는 압력 분포를 획득하기 위해, 복수의 서로 다른 검출기 위치로부터의 신호가 서로 다른 송신기 위치에서 기록된다. 특정 경우, 신호는 적분이 아니고 표면 신호이다. 따라서 표면 검출기의 법선을 중심으로 하는 하나의 입체각을 따르는 강도 분포가 기록된다. 측정 층에서 이러한 방식으로 결정된 국소 강도 분포가 압력과 다시 연결될 수 있고 따라서 전체 압력 분포의 결정을 가능하게 한다.
본 발명에 따르는 송신기의 개수가 1 이상, 바람직하게는 3 초과, 더 바람직하게는 5 초과, 가장 바람직하게는 8 초과이다. 본 발명에 따르는 검출기의 개수가 1 이상, 바람직하게는 3 초과, 더 바람직하게는 5 초과, 가장 바람직하게는 8 초과이다. 특히, 송신기 및 수신기/검출기는 일체형으로 만들어지거나, 송신기 및/또는 수신기는 측정될 측정 층의 둘레 에지 상에 균일하게 및/또는 대칭적으로 배열되거나 측정 층 둘레에 일정한 반경으로 회전하도록 이동한다. 송신기는 점 검출기(point detector), 선 검출기(line detector) 또는 바람직하게는 표면 검출기(surface detector)로서 만들어질 수 있다. 이 측정 프로세스는 또한 토모그래피라고 불릴 수 있다.
본 발명에 따르는 또 다른 실시예에서, 측정 층 내에 반사체가 존재한다. 상기 반사체는 물체, 바람직하게는, 측정 층의 법선에 평행이거나 압력 인가 방향에 평행인 축을 갖는 공 또는 원통이며 이들은 투입된 측정 신호의 파장에서 높은 반사율을 가진다. 송신기는 측정 층으로 특정 주파수를 갖는 전자기 복사를 투입한다. 특정 시간 후에, 검출기가 투입된 신호의 에코를 측정한다. 송신기 및 검출기가 측정 층의 둘레의 서로 다른 곳에 위치할 수 있다. 송신기가 신호를 측정 층으로 주입하자마자 검출기가 시간을 측정하기 시작하도록 송신기와 검출기는 동기화되는 것이 바람직하다. 특정 시간 후 검출기는 반사체의 에코 신호를 측정한다. 전자기 신호는 측정 층을 횡단할 때 자신의 강도의 변화를 겪는다. 강도 손실은 신호 루트를 따르는 흡수에 대한 척도이다.
입력 신호로부터 출력 신호의 변화를 측정함으로써 반사체의 위치에서의 압력 정보가 발생한다. 강도의 감소가 측정된 물리량으로서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 측정 장치의 또 다른 실시예에서, 개별 센서로서 광학 물질이 전체 측정 층에 걸쳐 분산되거나 둘레 에지 상의 입구 사이트에서 둘레 에지 상의 출구 사이트로 상기 층을 투과하는 하나 이상의 광섬유의 일부분이다. 섬유가 기계적으로 이방성인 물질, 여기서 매트릭스에 매립되는 것이 바람직하다. 특수 실시예에서, 가스 분위기에 의해 섬유가 유체, 특히, 액체에 의해 둘러 싸인다.
이 연결에서, 분위기는 진공이다.
센서는 하부 기판, 매트릭스로 만들어진 측정 층, 측정 층 내에 매립된 적어도 하나의 광섬유, 및 상부 기판으로 구성된다. 대응하는 송신기 및 수신기 및 그 밖의 다른 광학 장치가 광섬유의 외측 상에 부착되고 본 발명에 따라 사용된다. 본 발명에 따르면, 섬유가 매립되는 실리콘류 매트릭스의 사용이 고려될 것이다. 상기 센서는 대응하는 상부 및/또는 하부 기판을 갖지 않을 것이며, 매트(mat)로서 만들어질 것이다.
본 발명에 따르는 광섬유 버전의 하나의 실시예에서, 광섬유가 나선, 바람직하게는, 아르키메데스 나선(Archimedean spiral)으로 감겨, 매트릭스 내에 매립된다. 지정 위치에서, 압축 응력이 결정되는 기준점들이 존재한다. 광학 속성에 미치는 영향이 광섬유의 끝 부분이 아니라 광섬유의 입력 부분에서 기록된다. 주행 시간 측정치 또는 기준점의 특수 코딩에 의해 입력 부분에서부터 기준점까지의 거리가 결정된다.
하나의 바람직한 실시예에서, 측정 층의 법선의 방향에서, 광섬유와 접촉하는 가압체가 존재한다. 바람직하게는 상기 가압체는, 압축 응력 하에서, 가능한 많이, 자신의 형태를 변경하지 않도록 높은 탄성 계수를 가진다. 탄성계수는 10MPa 초과, 바람직하게는 100MPa 초과, 더 바람직하게는 1GPa 초과, 더 바람직하게는 10GPa 초과, 더 바람직하게는 100GPa 초과, 가장 바람직하게는 1000GPa 초과이다. 광섬유 상의 압축 응력에 의해 극도로 강성이며 따라서 압축되기 힘든 가압체 상으로 가압되어, 이의 광학 속성이 국소적으로 변경될 수 있다. 광학 속성의 변경이 복굴절의 변경, 굴절률의 변경, 광섬유의 광학 물질의 밀도의 변경일 수 있다. 바람직하게는 송신기는 다색광원, 더 바람직하게는, 파장-선택적 다색광원, 따라서 선택될 수 있고 광섬유로 투입될 수 있는 하나 이상의 지정된 파장 또는 파장 범위를 이용하는 광원이다. 본 발명에 따르는 가압체가 위치하는 각각의 기준점의 위치가 간섭측정 및/또는 주행 시간 측정에 의해 이뤄진다. 본 발명에 따라, 특히 단색광 파의 주입이 고려될 수 있다. 광섬유로의 단색광파의 투입이 시간 제로 포인트를 산출한다. 단색광파가 광섬유를 통과한다. 본 발명에 따라 단색광파가 제1 가압체로 입사되는 경우, 파의 일부가 반사된다. 검출기에 의해 단색광파의 반사된 신호가 투입 부분에서 측정된다. 따라서 제1 가압체에 대한 신호 함수 및 주행 시간이 알려진다. 주행 시간 차이 측정을 위한 간섭측정계의 사용이 또한 고려될 것이다. 단색광파의 일부분이 제1 가압체 너머까지 이동하고 제2 가압체에 입사하며, 상기 제2 가압체는 다시 대응하는 부분 반사를 도출한다. 따라서 광섬유에 따라 모든 추가 가압체에 유사한 고려사항이 적용된다. 한 가지 특수 실시예에서, 적어도 부분적으로 알려진 것이 바람직한 스펙트럼을 갖는 다색광파를 광섬유로 투입하는 것이 고려될 수 있다. 대응하는 간섭측정계에 의해 가압체의 위치 및 이의 신호 형태에 대한 판단이 가능하다. 투입된 전자기 신호의 특정 일부분만 반사시키고 따라서 쉽게 쪼개질 수 있는 서로 다른, 파장-감응성 가압체의 사용이 고려될 것이다.
본 발명에 따르는 광섬유 버전의 제2 실시예에서, 복수의 광섬유가 존재한다. 광섬유는 격자에 측정 층 너머에 위치한다. 바람직하게는 복수의 광섬유가 서로 직각으로 교차하도록 격자가 직사각형으로 설정된다. 광섬유 각각은 기준점에서 자신과 교차하고 있는 광섬유에 대해 가압체로서 동작한다. 각각의 광섬유의 입력 및 출력에서, 하나의 송신기(입력) 및 하나의 검출기(출력)가 각각 존재한다. 본 발명에 따라 압축 응력 하에서 신호 변경이 교차점/기준점에서 측정된다. 교차점에서, 2개의 섬유가 하나의 점에서 서로 횡단하여 위 아래에 놓인다. 본 발명에 따르면, 이 점에서의 압축 응력이 섬유의 광학 물질을 압축하고, 이는 복굴절의 변경, 굴절률의 변경, 및 광섬유의 광학 물질의 밀도의 변경, TEM 파의 모드의 변경을 야기한다. 모든 측정 신호의 평가에 의해, 각각의 광학 속성의 변경의 근원의 결정이 가능하며 따라서 각자의 국소 압력 값으로 변환된다.
1N 초과, 바람직하게는 10kN 초과, 더 바람직하게는 50kN 초과, 가장 바람직하게는 100kN 초과의 다이 압력에서 가압체들 간 압력 분포가 측정된다.
가압체들 간 압력 측정의 압력 값의 정확도는 20% 초과, 바람직하게는 15% 초과, 더 바람직하게는 10% 초과, 더 바람직하게는 5% 초과, 가장 바람직하게는 1% 초과이다.
상승된 온도에서 측정이 이뤄질 수 있다. 측정은 0℃ 초과, 바람직하게는 200℃ 초과, 더 바람직하게는 400℃ 초과, 더 바람직하게는 600℃ 초과, 가장 바람직하게는 800℃ 초과에서 이뤄진다. 온도는 10%보다 우수, 바람직하게는 5%보다 우수, 더 바람직하게는 1%보다 우수, 더 바람직하게는 0.5%보다 우수, 가장 바람직하게는 0.1% 보다 우수한 재현성을 가진다.
웨이퍼 가공 장치에서 측정 장치가, 특히 인-시추로, 사용될 수 있는 범위까지, 그래픽적으로 디스플레이될 수 있는 재현 가능한 압력 분포가 결정될 수 있다. 덧붙여, 본 발명에 따르면, 압력 인가의 압력 분포를 최적화하기 위해, 압력 맵을 기초로 가압체의 가압 표면을 변형하는 것이 가능하다. 본 발명에 따르는 추가 적용예가 결정된 압력 맵을 이용하는 보상 디스크의 제작 및 실질적인 최적화일 것이다. 특히 바람직하게는, 가능한 실제 조건 하에서, 따라서 실시할 때 본딩될 기판 스택에 의해, 다시 보상 디스크의 최적화를 위한 압력 맵이 결정된다. 주로 본더, 그라이더(grinder), 폴리싱 장치(polishing device) 및 계측 장치(metrology device)가 웨이퍼 가공 장치로 여겨진다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 송신기/송신기들 및/또는 수신기/수신기들이 둘레 에지를 따라 이동될 수 있다. 바람직하게는 이동이 제어 장치에 의해 발생하는데, 특히, 제어 장치에 의해 제어되는 스텝핑 모터(stepping motor)에 의해 발생한다. 바람직하게는, 움직임이 둘레 에지와 형태가 합동인 경로, 특히, 링-형상의 경로, 바람직하게는, 둘레가 폐쇄된 원형 링-형상 경로를 따라 발생한다.
본 발명에 따르면, 측정 장치는 둘레 에지 상에 분산되는 복수의 송신기 및/또는 둘레 에지 상에 분산되며 한 번에, 하나씩의, 특히 대향하는 송신기에 할당된 복수의 수신기, 특히, 송신기당 적어도 2개의 수신기를 가진다.
송신기 각각이 복수의 신호 루트를 특히 동시에 발산하거나, 및/또는 각각의 수신기는 둘레 에지 상에서 한 번에 하나의 신호 루트에 할당되는 본 발명에 따르는 수단에 의해, 검출이 더 효율적으로 발생할 수 있도록 복수의 수신기가 송신기로서 배열될 수 있다.
측정 장치가, 특히 적어도 하나의 수신기에 의해 수신된 신호를 갖는 변환에 의해, 바람직하게는 라돈 변환에 의해, 신호 루트를 따르는 압력 맵의 국소화된 압력 값을 결정하기 위한 하나의 평가 유닛을 갖는 경우 더 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 버전에 따르면, 적어도 하나의 수신기가 광학 거동에 대한 정보를 제공하는 신호를 획득할 수 있다. 신호의 변경이 광학 속성의 변경에 연결되며, 따라서 압력 변경에 연결된다. 특히, 다음의 광학 속성이 중요하다:
- 복굴절
- 굴절률
- 횡 전자파로서 성형된 신호의 모드
- 주행 시간
- 스펙트럼 코딩.
제1 가압체와 제2 가압체 사이의 측정 층에 압력 인가를 위한 압력 맵을 결정하기 위한 본 발명에 따르는 방법이 이의 가장 일반적인 형태로 다음의 단계들을, 특히, 다음의 순서로, 포함한다:
제1 가압체와 제2 가압체 사이에 선행 청구항 중 한 항에 따르는 측정 장치를 배열하는 단계,
측정 층을 통과하는 제1 신호 루트 및 상기 측정 층을 통과하는 그 밖의 다른 적어도 하나의 신호 루트를 따라 둘레 에지 상 위치하는 송신기에 의해 전자파의 형태로 신호를 발산하는 단계,
제1 신호 루트 및 그 밖의 다른 신호 루트의 신호를 수신하기 위해 둘레 에지 상에 위치하는 수신기에 의해 신호를 수신하는 단계 - 상기 신호는 송신기에 의해 측정 층을 통과해 전송되며 압력이 가해질 때 변경될 수 있음 - .
본 발명에 따르는 장치 및 본 발명에 따르는 방법의 경우, 측정 장치를 위해 기재된 앞서 언급된 특징이 적절하게 적용될 수 있고 이 반대의 경우도 가능하다.
본 발명의 그 밖의 다른 이점, 특징, 및 세부사항이 다음의 바람직한 예시적 실시예의 기재로부터 도면을 이용해 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 측정 장치에 의해 본 발명에 따르는 특정 장치의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 측정 장치의 제1 실시예의 개략적 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 측정 장치의 제2 실시예의 개략적 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 측정 장치의 제3 실시예의 개략적 평면도이다.
도 5는 신호 루트 L을 따르는 국소 압력 분포의 다이어그램을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따르는 측정 층의 하나의 실시예의 광학 속성의 측정의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따르는 측정 층의 하나의 실시예의 광학 속성의 측정의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 측정 층의 하나의 실시예의 광학 속성의 측정의 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따르는 측정 장치의 제4 실시예의 개략적 평면도이다.
도 10은 본 발명에 따르는 측정 장치의 제5 실시예의 개략적 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따르는 측정 장치의 제6 실시예의 개략적 평면도이다.
도 12는 본 발명에 따르는 측정 장치의 제7 실시예의 개략적 평면도이다.
도면에서, 동일한 동작에 의한 동일한 구성요소 또는 구성요소들이 동일한 도면 부호에 의해 식별된다.
도 1은 본드 장치, 상부 제1 가압체(5) 및 하부 제2 가압체(6)의 압력 표면에 횡방향으로 지향되는 본드 힘(F)에 의해 본딩되어 있는 상부 제1 가압체(5) 및 하부 제2 가압체(6)만 개략적으로 도시한다.
본드 힘(F)으로 힘을 가함으로써, 가압체(5, 6) 사이에, 측정 층(3)으로서 만들어진 연결 층으로 연결된 제1 기판(2)과 제2 기판(4)이 존재한다.
압력이 가해지는 동안 본드 힘(F)은 0에서부터 접촉하기 바로 전까지, 즉, 최대 수 kN의 본드 힘까지 상승되며, 이로부터 압력 표면을 기준으로 하는 압력이 상승하고, 예를 들어 300㎜의 지름을 갖는 둥근 기판에 대해 압력 표면이 계산될 수 있다.
측정 층(3)은 측정 층(3)을 통해 전송되는 신호의 광학 속성을 측정하기 위한 측정 장치의 일부이며, 측정 장치(1)는 측정 장치로서 본드 챔버에 개별적으로 배치된 센서 또는 본드 챔버에 영구적으로 설치된 측정 장치(1)일 수 있다.
도 1의 제1 실시예에 따라, 전자파를 측정하고 송신하기 위해, 하나의 신호 루트를 따라 측정 층(3)을 통해 신호(9)를 전송하는 측정 층(3)의 하나의 둘레 에지(peripheral edge)(3u) 상에 송신기(7)가 존재한다. 본 발명에서 청구되는 전체 측정 층(3)의 검출을 위해, 송신기(7) 및/또는 검출기(8)가 이동될 수 있고, 특히, 둘레 에지(3u)를 따라, 특히, 링 형태의, 바람직하게는, 화살표로 나타나는 둥근 링 형태의 궤도를 따라 동기화될 수 있다. 상기 궤도는 특히 측정 층(3)에 간접적으로 인접한다.
본 발명에 따라 청구되는 구성요소 및 방법 단계를 제어하기 위한 제어 장치(도시되지 않음)가 존재한다.
본 발명에 따라, 그 후, 더 큰 구성요소 섹션을 이동시키거나 커버함으로써 둘레 에지(3u)의 하나의 섹션을 커버하는 둘레 에지(3u) 상에 몇 개의 송신기(7) 및/또는 몇 개의 수신기(8)를 분산하는 것이 고려될 수 있다.
따라서 도 3에 도시된 제2 실시예에서, 몇 개의 수신기(8)가 단일 송신기(7)에 대향하여 할당된다. 도 2에 도시된 바와 같이 제1 실시예에 비교하여 송신기(7)가 측정 층(3)의 더 큰 섹션을 획득하고 각각 수신기(8) 중 하나로 지향되고 수신기에 의해 기록되는 복수의 신호 루트를 갖는 신호 빔을 발산한다. 따라서 이 실시예의 이점은 측정 층(3)의 더 큰 각 섹션을 따라 동시에 몇 개의 신호가 검출될 수 있다는 것을 포함한다. 필요한 측정 시간이 수신기(8)의 개수의 팩터만큼 감소한다.
송신기(7) 및 둘레 에지(3)를 따라 송신기(7)로 할당되는 수신기(8)를 이동시킴으로써, 전체 측정 층(3)이 획득될 수 있다. 대안적으로 둘레 상에 분포된 몇 개의 송신기(7) 및 각각 할당된 수신기(8)가 존재하여, 전체 측정 층(3)은 송신기 및 수신기(8)를 이동시키지 않고 획득될 수 있다.
도 4는 측정 층(3)의 획득의 제3 실시예를 도시하며, 여기서 송신기(7) 및 수신기(8')가 존재하며, 수신기(8')가 선 검출기 또는 표면 검출기로서, 특히, CCD 검출기로서 구비된다. 선 검출기 또는 표면 검출기가 하나의 선 또는 표면을 따라 신호를 기록할 수 있고 이들을 직접 추가 처리할 수 있다. 수신기(8')의 국소 분해능(local resolution)에 따라, 신호(9)의 복수의 신호 루트를 획득하는 것이 이뤄진다. 도 3에 나타난 버전과 유사하게, 송신기(7)와 수신기(8') 모두 둘레 에지(3u)를 따라 이동되거나, 복수의, 구체적으로, 3개의 송신기(7)가 상기 둘레부 상에 분포되고, 이때, 수신기(8')가 각각 대향한다.
송신기(7) 및 수신기(8, 8')의 대응하는 작은 이동 단계들에 의해, 측정 층(3)을 통해 실행되는 실질적으로 임의의 복수의 신호 루트가 획득될 수 있다는 것이 앞서 기재된 실시예에게 공통적이다. 특히, 제어 장치에 의해 제어되는 스텝핑 모터(stepping motor)에 의해 이동이 이뤄질 수 있다.
지름 D의 익스트랙트 L에 대해 도 5에 다이어그램에 도시되어 있는 평가 유닛(도시되지 않음)에 의해 획득된 데이터가 평가된다. 다이어그램에서, 평가 유닛에 의해 평가되는 국소 압력 분포 p가 루트 X에 대해 플로팅되고 압력 p가 위치의 함수로서 변함이 인식될 수 있다. 도 5에 도시된 다이어그램이 도 6 내지 8에 의해 나타나며 마찬가지로 익스트랙트 L과 관련된 실시예에서의 압력 분포에 대한 기준으로서 사용된다.
도 6은 측정 층(3)의 광학 물질의 복굴절 속성이 압력의 함수로서 전기장의 편광각을 변화시키는 방식을 도시한다. 본 발명에 따르면, 신호(9)가 측정 층(3)을 통과한 후, 편광 상태가 각각의 신호 루트의 단부에서 수신기(8)들 중 적어도 하나에 기록된다. 그 후 국소 편광 상태가 수학적 변환에 의해 닫히고 이로부터 압력이 계산된다. 이는 평가 유닛에서 발생한다. 도 6 하단에서 대응하는 화살표에 의해 편광의 물리적 파라미터가 나타나기 때문에, 이 경우에서의 신호의 전파가 직선으로서 나타난다. 이들은 신호의 각자 나타난 포인트에서 전기장의 편광 상태에 대응한다. 국소 위치 상태의 변환 및 결정이 서로 교차하는 서로 다른 신호 루트를 따라 기록함에 의해서만 가능하다.
도 7은 측정 층(3)의 광학 물질의 또 다른 광학 속성, 특히, 굴절률의 결정을 도시한다. 도 5에 따르는 다이어그램에서 압력이 사이트(site)에 따라 거리 L 내에서 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 상승함이 인지될 수 있다. 압력이 증가할 때, 측정 층(3)의 광학 물질이 치밀해지고, 광학 물질의 굴절률이 또한 증가한다. 굴절률을 변화시킴으로써, 신호(9)의 반사 속성 및 이에 따른 강도가 변한다. 신호(9)의 전파가 기하 광학의 법칙에 따르는 신호(9)의 전자파의 전파의 방향에 의해 나타난다. 서로 다른 두께의 화살표가 측정 층(3)으로의 신호(9)의 입구에서 높은 강도를 개략적으로 나타낸다. 전자파의 광자가 진출 경로에 의해 굴절률을 변경하고 측정 층(3)으로부터의 굴절 속성을 변경함으로써 점점 더 많이 생기는데, 이는 점점 더 얇아지는 화살표에 의해 나타난다. 측정 층(3)을 떠나는 광자의 화살표가 압력의 증가에 따라 점점 더 두꺼워진다. 또한 이 광학 속성은 수학적 변환, 특히, 라돈 변환(Radon transform)에 의해, 측정 층을 따르는 몇 개의, 특히 교차하는 신호 루트를 획득함으로써 검출된다.
도 8은 경로 L을 따르는 압력 균일성에 의해 야기되는 압력 변화에 의한 TEM 파의 변화의 개략도이다. 압축이 t에서 t'까지 경로 L을 따르는 측정 층(3)의 두께를 변화시키고, 이로써, 정상 전자파가 또한 측정 층(3) 내에서도 변화한다. 전자파의 이 변화가 전자파의 모드의 변화 및 또한 강도 분포의 변화를 야기한다. 본 발명에 따라, 압력의 사이트(site)-참조 결정이 모드의 변화 및/또는 강도 분포로부터 가능하며, 복수의 신호 루트가 평가된다. 둘레 에지(3u)를 따라 모드의 강도 분포를 측정함으로써, 측정 층(3)의 특정 위치에서의 모드의 강도 분포가, 변환, 바람직하게는, 라돈 변환에 의해, 추론될 수 있다. 이로부터 국소 압력이 결정될 수 있다.
도 9는 송신기(7) 및 수신기(8)로 구성된 송신기-수신기 유닛을 갖는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 송신기-수신기 유닛은 측정 층(3)의 둘레 에지(3u)의 동일 위치에서 전송하고 수신한다. 송신기-수신기 유닛의 송신기(7)는 전자파, 특히 발산 신호(9)를 측정 층(3) 내로 투사한다. 측정 신호(9)는 측정 층(3)의 표면 섹션이 덮이는 발산을 가진다. 전자파의 신호(9)가 반사체(15) 상에서 송신기-수신기 유닛의 수신기(8)로 반사된다. 펄스된 동작 및 주행 시간 측정에 의해, 기록된 신호에 의해 횡단되는 신호 경로에 대한 결과가 도출되는 것이 가능할 수 있다. 측정 층의 앞서 개시된 광학 속성들 중 하나, 가령, 강도, 편광각, TEM 파의 모드의 변화가 측정된다. 앞서 기재된 반사 방법에 의해, 수신기(들)(8)로의 송신기(7)의 정확한 정렬의 필요성이 제거될 수 있는데 왜냐하면 이들이 기계적으로 연결되며 반사체(15)의 위치가 알려졌기 때문이다.
도 10에 도시된 또 다른 실시예에서, 송신기(7)는 수신기(8)로부터 국소적으로 분리되지만 전자적으로 연결되어, 수신기(8)에 대한 송신기(7)의 교정이 수행될 수 있다. 이와 달리, 도 10의 실시예는 도 9에 따르는 하나의 반사 방법의 앞서 기재된 실시예에 대응한다.
도 11에 도시된 실시예에서, 측정 층(3)의 광학 물질에 상기 측정 층(3) 내에 분산되는 광섬유(12)가 구비된다. 바람직하게는 섬유가 기계적으로 등방성 물질, 즉, 매트릭스 내에 매립된다. 따라서 도시된 실시예는 제1 기판(2), 제2 기판(4), 및 광섬유(12)와 측정 층 사이에 놓인 매트릭스로 구성되는 센서의 형태를 갖는 개별 측정 장치로서 만들어진다. 송신기(7) 및 검출기(8)는 각각 광섬유(12)의 단부에 부착되고, 그 밖의 다른 경우 앞서 기재된 바와 같이 사용되며, 송신기(7) 및 수신기(8)는 송신기-수신기 유닛에 하우징된다. 이는 따라서 반사 방법이다. 송신기-수신기 유닛은 각각 광섬유의 단부에 부착된다.
광섬유(12)가 매립된 실리콘류 매트릭스의 사용이 또한 본 발명에 청구된 바와 같이 고려될 수 있다. 이 경우 기판(2, 4)이 생략될 수 있고 센서가 상부 및 하부 기판 없는 매트(mat)로서 만들어질 수 있다.
도 11에 도시된 광섬유(12)가 나선형, 바람직하게는 아르키메데스 나선형으로 감기고, 매트릭스(13) 내에 매립된다. 광섬유(12)의 지정 위치에, 압축 응력이 결정될 수 있는 기준점이 존재한다. 기준점이, 특히, 구형 가압 요소(spherical pressure element)(15)에 의해, 형성될 수 있다. 후자에서, 압력에 따라, 주행 시간 측정 및/또는 기준점의 스펙트럼 코딩에 의해 할당될 수 있는 광섬유(12)의 광학 속성에 미치는 영향이 발생한다. 시장에, 신호를 발산하고, 시간 및/또는 파장의 함수로서 반사된 신호를 다시 검출할 수 있는 대응하는 송신기 및/또는 수신기 유닛이 존재하며, 이들은 해당 분야의 통상의 기술자에게 알려졌다.
광섬유(12)의 압축 응력에 의해, 광섬유(12)의 광학 속성이 기준점에서 국소적으로 변경된다. 광학 속성의 변경, 특히 복굴절의 변경, 굴절률의 변경, 광학 물질의 밀도의 변경이 기록될 수 있다. 이들은 송신기-수신기 유닛에 의해 기록 및 평가된다.
이 경우의 송신기(7)는 다색광원(polychromatic source)이며, 더 바람직하게는, 지정된 파장이 선택되고 광섬유(12) 내로 주입될 수 있는 파장-선택 다색광원이다. 간섭 측정 또는 주행 시간 측정에 의해 가압 요소(14)가 위치하는 각각의 기준점의 위치가 결정된다.
가압 요소(14)는, 부압 응력이 어떠한 형태 변화도 겪지 않거나 가능한 가장 작은 형태 변화만 겪도록 하는 높은 탄성 계수를 가진다. 탄성계수는 특히 10MPa, 바람직하게는, 100MPa 초과, 더 바람직하게는, 1GPa 초과, 더 바람직하게는 10GPa, 더 바람직하게는 100GPa 초과, 가장 바람직하게는 1000GPa 초과일 수 있다.
도 12에 도시된 본 발명의 추가 실시예에서, 격자의 형태로 측정 층(3)에 복수의 광섬유(12)가 존재한다. 격자는 사각형으로 구성되는 것이 바람직하며, 각각의 광섬유는 직각으로 서로 교차한다.
따라서 기준점(교차점)에서의 광섬유(12)가 교차하는 광섬유(12)를 위한 가압체를 상호 형성한다. 이 경우 시작 부분에 송신기(7)가 존재하고 종료 부분에 수신기(8)가 존재하거나 하나의 측부에 송신기-수신기 유닛이 존재한다.
압축 응력 하에서 신호 변경 또는 신호의 광학 속성 변경의 측정이 본 발명에 따라 기준점(교차점)에서 발생한다. 이들 점에서 2개의 광섬유(12)가 서로 위 아래로 교차하여 존재하고 상기 2개의 광섬유들은 서로 직접 접촉하고 있다. 본 발명에 따르면, 교차점에서의 압축 응력이 광섬유(12)의 광학 물질을 압축한다. 따라서 복굴절의 변경, 굴절률의 변경, 광학 물질의 밀도의 변경, 또는 TEM 파의 모드의 변경이 결정될 수 있다.
광섬유(12)의 사각형 격자의 폭과 길이를 따르는 모든 신호가 평가 유닛에 의해 기록 및 평가되며, 이 결과로써, 각각의 광학 속성의 변경의 출처가 결정될 수 있고, 따라서 각각의 국소화된 압력 값으로 변환될 수 있다.
1 측정 장치
2 제1 기판
3 측정 층
3u 둘레 에지
4 제2 기판
5 제1 가압체
6 제2 가압체
7 송신기
8, 8' 수신기
9 신호
12 광섬유
13 매트릭스
14 가압 요소
15 반사체
D 지름
L 측정 시스템의 부분 섹션
t, t' 측정 층의 두께

Claims (8)

  1. 인가되는 압력에 따라 광학 속성이 변경될 수 있는 광학 물질의 적어도 하나의 측정 층(3)을 포함하며, 본딩 공정 전 또는 본딩 공정 중에 제1 가압체(5)와 제2 가압체(6) 사이의 상기 적어도 하나의 측정 층(3)에 압력을 가하는 동안 압력 맵(pressure map)을 결정하기 위한 측정 장치로서, 상기 장치는,
    - 상기 측정 층(3)을 통과하는 제1 신호 루트 및 상기 측정 층(3)을 통과하는 그 밖의 다른 적어도 하나의 신호 루트를 따라 전자파의 형태로 신호(9)를 발산하기 위해 측정 층(3)의 하나의 둘레 에지(3u) 상에 위치하는 적어도 하나의 송신기(7),
    - 제1 신호 루트 및 그 밖의 다른 신호 루트의 신호(9)의 수신을 위해 둘레 에지(3u) 상에 위치하는 적어도 하나의 수신기(8, 8') - 상기 신호는 송신기(7)에 의해 측정 층(3)을 통해 전송되며 압력이 가해질 때 변경될 수 있음 -
    를 포함하되,
    상기 측정 장치는, 적어도 하나의 수신기(8, 8')에 의해 수신된 신호(9)의 신호 루트를 따르는 압력 맵의 국소화된 압력 값을 결정하기 위한 하나의 평가 유닛을 포함하는, 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 웨이퍼 처리 장치에서 인-시추(in-situ)로 사용될 수 있는, 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송신기(7) 또는 수신기(8, 8')가 둘레 에지(3u)를 따라 이동될 수 있는, 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 둘레 에지(3u) 상에 분산되는 복수의 송신기(7) 또는 둘레 에지(3u) 상에 분산되며 한 번에 하나씩의, 대향하는 송신기(7)에게 할당되는 복수의 수신기(8, 8')를 포함하며, 송신기(7)마다 적어도 2개의 수신기(8, 8')가 할당되는, 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 송신기(7)는 복수의 신호 루트를, 동시에 발산하거나, 또는 각각의 수신기(8, 8')에 한 번에 하나씩의 신호 루트가 할당되는, 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 평가 유닛은 국소화된 압력 값을 결정하기 위해 라돈 변화(Radon transform)을 사용하는, 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 수신기(8, 8')는 신호(9)의 광학 속성인,
    복굴절,
    굴절률,
    전자파를 횡단할 때 성형되는 신호의 모드,
    주행 시간(transit time),
    스펙트럼 코딩
    중 하나 이상을 획득하도록 구성되는, 압력 맵을 결정하기 위한 측정 장치.
  8. 본딩 공정 전에 또는 본딩 공정 동안 제1 가압체(5)와 제2 가압체(6) 사이의 광학 물질의 측정 층(3)에 가해지는 압력에 대한 압력 맵을 결정하기 위한 방법으로서, 상기 광학 물질의 광학 속성은 상기 측정 층(3)에 인가된 압력에 따라 변경되며, 상기 방법은, 다음의 순서로 수행되는,
    제1 가압체(5)와 제2 가압체(6) 사이에 청구항 제1항에 따르는 측정 장치를 배열하는 단계,
    측정 층(3)을 통과하는 제1 신호 루트 및 상기 측정 층(3)을 통과하는 그 밖의 다른 적어도 하나의 신호 루트를 따라 둘레 에지(3u) 상 위치하는 송신기(7)에 의해 전자파의 형태로 신호(9)를 발산하는 단계,
    제1 신호 루트 및 그 밖의 다른 신호 루트의 신호(9)를 수신하기 위해 둘레 에지(3u) 상에 위치하는 수신기(8, 8')에 의해 신호(9)를 수신하는 단계 - 상기 신호는 송신기에 의해 측정 층(3)을 통과해 전송되며 압력이 가해질 때 변경될 수 있음 -
    를, 포함하는, 압력 맵을 결정하기 위한 방법.
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