TW201232689A - Measurement means and method for measuring layer thicknesses and voids of a wafer stack - Google Patents

Measurement means and method for measuring layer thicknesses and voids of a wafer stack Download PDF

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201232689 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於如技術方案i在分佈於晶圓堆疊 上之複數個測量點上測量及/或獲取該晶圓堆疊之一或多 個層之層厚度及/或空隙之測量構件。此外，本發明係關 於一種用於如技術方案8處理一晶圓堆疊之晶圓處理裝置 及一種用於如技術方案1 〇在分佈於該晶圓堆疊上之複數個 測量點處測量及/或獲取該晶圓堆疊之一或多個層之層厚 度及/或空隙之方法。 【先前技術】 半導體行業中之發展當前在晶圓接合程序之方向上正變 得愈來愈重要。因此，舉例而言，諸如蜂巢式電話及其他 可攜式裝置（諸如遊戲控制臺）中之動作感測器及/或定向感 測器正引起對可偵測加速度及旋轉速度之微電機（mems) 組件之快速增長需求。 另一快速成長之領域係作為所謂的3D ic生產之組件。 其包含由數個層構成之一晶片系統，該等層具有藉助透過 矽引導之觸點在彼此之間連接的電晶體（「作用層」）。此 等金屬穿孔在該行業中稱為「矽穿孔」或簡稱為 「TSV」。 為盡可能經濟地產生此等TSV，以及能夠實施諸如一小 的總封裝大小之其他期望優勢，必須在TSV生產之前或之 後或在TSV生產之過程中將晶圓薄化至一適合大小。相應 地，現在在所謂的先鑽孔（via first)、中間鑽孔（via middle) 159085.doc 201232689 及後鑽孔（via last)程序之間進行區分。關於晶圓之薄化， 已發現由於晶圓之機械穩定性（尤其是在當前習用之3〇〇 mm晶圓中）不再存在，因此期望之目標厚度不再足以能夠 將晶圓可靠地自一個程序步驟移動至下一個程序步驟。 因此’有利地將晶圓暫時安裝於一載體上以使得確保習 用地具有一厚度<150 但有時 <〗〇〇 μιη且通常<8〇或甚至 <50 μηι之薄晶圓之可靠處置。在完成必要的程序步驟之 後，再次使該晶圓與載體分離。此兩個方法稱為暫時接合 及去接合。 在一第一程序步驟中，藉助熟習此項技術者已知的適合 接合技術將產品晶圓接合至載體上。此接合步驟通常發生 以便其上建立該等晶片結構之產品晶圓之第一主表面經定 向以使得此表面接觸暫時黏合劑且此黏合劑層隨後產生與 載體晶圓之接觸。 然而，在幾乎所有情形中，在此後側處理之框架内，發 生產品晶圓之機械薄化。此尤其包含研磨步驟，其 研磨來移除-經界定厚度之產品晶圓。習用地，在這二點 上使用八有不同研磨率及/或研磨輪之顆粒大小的個別 研磨步驟。大體而t ’存在具有<_較高材料移除率（粗略 研磨）之一第—研磨步驟及具有—較低材料移除率（精細研 磨）之一第二研磨步驟。 為確保最後晶片tA質及結合後側處理步驟之暫時接合 晶圓之完整性，必須使暫時黏合連接滿足某些品質準則Y 在這-點上’針對黏合劑材料存在熟習此項技術者已知的 159085.doc 201232689 各種要求。其係關於黏合劑能夠耐受可在後側處理期 現的某些程序條件之能 卞<他力以及其他要求。其包含溫度穩 性、與—真空環境之相容性（無逸氣）、黏合劑相對於諸如 溶劑、酸及驗之化學品之穩定性、與多種機械負荷或電磁 波(例如’具有某-波長之光的輻射)之相容性及此等參數 之各種組合以及其他。除對黏合劑材料之需求外，亦存在 與黏合劑層之幾何及機械完整性相關之大量參數。特定而 吕，黏合劑層具有一經精確界定及可複製之厚度且無空隙 對後側處理之成功具有極大的重要性。 然而，與一個別晶圓之薄化相比而言，在一暫時接合晶 圓之情形中，載體晶圓及黏合劑層係位於晶圓支座與 構件（研磨輪等）之間。因此，載體晶圓及黏合劑層一起的 厚度影響最終的經薄化產品晶圓之均勻性。 因此，可總結為必須在一生產程序中精確地控制及監視 黏合劑層之厚度之均勻性以及大體而言絕對厚度值。針對 某些情形，端視研磨程序之控制，亦可能必須知曉载體晶 圓之厚度，在某些狀況下亦必須知曉整個暫時接合堆疊之 厚度。然而，在任一情形中，必須確保黏合劑層關於厚度 之均勻性之一對應品質及（視情況地）絕對厚度值。 關於在一研磨程序及（可能）後續拋光程序期間所固持之 空隙’其將導致不充分地機械支撐該晶圓，且以此方式可 出現晶圓之損害或至少在薄化期間期望之晶圓厚度之不均 勻。此不均勻係藉由此等空隙形成之基底之機械撓性所 致。換言之’該晶圓將（舉例而言）在研磨期間彎曲/凹陷至 I59085.doc 201232689 此等空隙中，且因此在此等地點將幾乎不發生實質性移 除；此將隨後導致經薄化晶圓之一局部抬高之厚产。h令 又。、、'里薄 化晶圓之目標厚度越小，此效應將越強，乃因厚度越則 變得越有撓性。最終，此甚至可導致在薄化期間晶圓之斷 裂。此等斷裂事件構成研磨及/或拋光程序之一主要風 險，乃因所產生的相對大的材料片可引起對整個晶圓之進 一步損害，且亦引起對研磨輪及/或拋光裝置之損害。除 此等問題外，在研磨及/或拋光期間，此等空隙亦可導致 在剩餘的後側程序步驟期間的故障。在本文中應注意，僅 作為一實例，此等空隙中封閉之氣體在出現於真空腔中的 程序步驟期間可導致經薄化的矽晶圓在此等地點處的此等 程序步驟期間膨裂。除位於此地點處之晶片損失外，此亦 將導致進一步問題，乃因所產生顆粒將污染其中發生膨裂 之所使用系統，及在某些狀況下污染其他生產單元，且可 能亦將承受已在此單元上處理之其他晶圓之品質問題。 因此，本發明之目的係最佳化品質準則，諸如無空隙、 黏合劑厚度之可再生性及均勻性，及確保在暫時接合晶圓 堆疊之生產或處理中盡可能少的廢料。 【發明内容】 此目標係藉由技術方案丨、技術方案8及技術方案1〇之特 徵來達成。在隨附技術方案中給出本發明之有利開發。在 說明書、技術方案及/或圖中給出的特徵之至少兩者之所 有組合皆在本發明之框架内。在既定值範圍處在所指示 限疋内之值亦將稱為邊界值且將以任一組合來主張。 159085.doc 201232689 本發明之基本觀點一方面係在晶圓之處理中在盡可能早 的時間辨識相對於前述品質準則之偏差以將出於此原因之 產品晶圓之任何損失最小化。此情形可尤其因為晶圓堆疊 之個別層之層厚度及/或空隙係經測量/偵測且尤其是在研 磨晶圓堆疊之前及時地進行測量/偵測而得以確保。監視 -㈣晶圓之幾何參數係尤#重要的，3因其係用於產品晶 圓之機械支撐且在研磨程序期間在可用作參考平面或參考 表面之晶圓支座與研磨輪之間停下來。在前述意義中「及 時地（close in time)」意指在晶圓堆疊之處理鏈中，在所指 示晶圓堆疊之前的處理鏈中存在盡可能少的晶圓堆疊，因 此在測：!：步驟/偵測步驟與包含研磨步驟之間尤其存在最 多五個、較佳地最多三個、甚至更佳地最多一個晶圓堆 疊。其可如本發明中所主張來提供，其中在-測量/偵測 模組（以及計量模組）中實施測量步驟/偵測步驟，且在一緊 鄰的研磨模組中空間獨立地實施研磨步驟。如本發明中主 張，該測量步驟/偵測步驟及該研磨步驟線内發生。亦可 在先前晶圓$全被研磨因此仍在研磨才莫组中之冑完成該晶 圓堆疊之檢查。則經測量之晶圓堆疊必須「等待」直至其 可前進為止。 在個尤其有利的貫施例中，測量步驟/偵測步驟緊接 著暫時接合步驟發生。此導致在暫時接合步驟中出現的故 障之It形中’減少錯誤處理之量。此提供以下優勢：可減 少必須供應以進行重加工之材料量、尤其是經接合晶圓堆 疊之數目；此具有經濟及後勤優勢。在這一點上，「及時 I59085.doc 201232689 地」意指在晶圓之研磨之前的任一情形中發生測量。如已 提及’該研磨程序構成可導致災難性故障且尤其導致個別 經接合晶圓堆疊之一總損失之一不可逆程序。但有利地， 及時地意指在一既定晶圓堆疊之檢驗發生之前已接合最多 10個以上晶圓堆疊。在將此數目減小至小於7之情況下則 更好或小於5或3之情況下則更好。此等數目係關於一程序 序列’其中在暫時接合程序之後（尤其是在緊跟暫時接合 步驟之後）將所有經接合晶圓堆疊供應至如本發明中所主 張之測量步驟/偵測步驟。此剛才所述之減少在程序序列 中等待檢驗步驟之此等晶圓堆疊可藉助生產環境之一組態 而有利地達成，其中執行暫時接合步驟之裝置在空間上盡 可能近地位於如本發明中所主張之測量裝置附近。特定而 吕，此可藉由將測量裝置整合至一暫時接合裝置中來達 成。此整合方法在行業中習用地稱為線内（in_Une)整合或 線内计量。此可根據本發明組合先前技術中已知的任何暫 時接合方法來實施。舉例而言，亦可想像將測量裝置整合 至用於熱塑性或UV固化黏合劑之一暫時接合單元中，此 等單兀S用地含有-或多個塗佈模組用於施加黏合劑，及 或多個接合模組用於藉助-自動晶圓處置裝置(其尤其 係該單TL之部分）在其間移動欲處理之晶圓。相依於所使 用的點合劑類型，亦可將加熱模組額外地整合JL該系統中 並將其用於把★劑驅出黏合劑層。有利地，整合熟習此項 技術者已知的適合對準裳置以將晶圓對準至此等系統中亦 159085.doc 201232689 另外，本發明之一個基本觀點在於偵測黏合劑層中之空 隙及黏合劑層厚度以及此黏合劑層厚度之可能變動。 本發明之另-態樣係所獲取之值可自動評估為資料以自 動地做出關於晶圓自4理鏈進行進一步處⑨或移除之 本發月之另中心態樣在於將本發明之標的物整合至用 於產品晶圓之暫時接合之一自動處理裝置中。以此方式， 將在不降低處理裝置之生產帛之情況τ實現對每_產品晶 圓之盡可能完整的分析。因&「線内」發生偵測/測量， 因此稱為「線内計量」。相應地，根據如本發明中所主張 之測量構件之-項實施例’其可用於-晶圓處理系統中 (尤其疋線内地）。 於此處，根據本發明之標的物，存在處理模組之一模組 狀結構，其係線内定位以用於程序序列或程序鏈。結合一 晶圓處理系統中之以下模組之使用係尤其有利的： 塗裝模組，其用於晶圓堆疊之至少部分塗裝，尤其是 藉助一黏合劑、有利地藉助一暫時黏合劑， -一接合模組，其用於連接該晶圓堆疊之晶圓層， -一測量構件，如本發明中所主張其係在一檢驗模組中， _ 一輸送構件，尤其是具有一或多個機器手臂用於將晶圓 處理系統内之每一晶圓堆疊自一個模組運送至下一模 組，及 、 -(視情況地）一加熱構件，其用於驅出溶劑。 在這一點上，在尤其是在產品晶圓之重新薄化之前偵測 159085.doc 201232689 到偏差之情況下，可能使產品晶圓或晶圓堆叠經受一重加 工。此係尤其地構造為使得產品晶圓將再次自載體脫離且 將再次實施整個暫時接合程序。針對此脫離步驟，可使用 意欲專用於此目的之系統或線内模組。特定而言，去接合 系統尤其適合用於此目的且其習用地用於使薄產品晶圓與 載體脫離。視情況地，出於此目的而設計用於此去接合系 統之程序參數可根據尚未被薄化或尚未被完全薄化之一產 品晶圓之去接合要求來調適。出於成本有效生產之目的， 此重加工程序係尤為重要的。特定而言，具有—極高複雜 度之可期望用於此等3D 1C晶圓堆疊之產品晶圓或晶圓堆 疊在此階段中具有一極可觀的價值，乃因其已在生產流程 中進行到一疋程度。此等晶圓堆疊之價值通常超過1000歐 元’部分地甚至超過10000歐元。因此，如本發明中所主 張，及時地或盡可能早地偵測將導致晶圓堆疊之完全損失 的所謂災難性故障並在該等晶圓堆疊通過一程序步驟（在 其之後一重加工程序將不再有可能）之前將其供應至該重 加工程序係決定性的。在這一點上，在任一情形中用於 減小厚度之晶圓堆疊之研磨可被視為在其後此重加工程序 將不再有可能且另外將預示產品晶圓之一總損失的危險之 一步驟。 右測量構件在晶圓堆疊上無機械動作地（尤其是與晶圓 堆疊具有一距離H)工作，則該測量/偵測可藉由測量構件 (尤其無接觸地）格外仔細地發生。在使用超音波時，傳播 超音波所必需之接觸經由在晶圓堆疊上提供且適合用於傳 159085.doc 201232689 輸超音波之一流劑出現在晶圓堆疊與測量構件之間。於此 情形中’根據一個較佳版本，假設在流劑與晶圓堆疊之間 存在一分離器（尤其是一薄膜）以用於晶圓堆疊與液體之屏 蔽。該分離器必須適合用於超音波之傳輸。薄膜下方之空 間可較佳地經抽空以使得薄膜盡可能均勻及平坦地停留在 晶圓堆疊上。一負壓力之使用係不可缺少的，乃因僅環境 壓力使得薄膜完全緊貼至晶圓堆疊8 ^否則，經填充空氣 之空腔可使得測量結果摻雜，乃因空氣將至少大量地反射 聲波。 根據本發明之一個有利實施例，假設測量構件（尤其是 傳輸器及接收器）可同時用於偵測層厚度及空隙，尤其是 具有一層解析度為<1〇 、較佳地< 1 pm、甚至更佳地 <〇_ 1 μηα。如本發明中所主張，此外可想像同時使用數個 傳輸器/接收器單元（尤其是彼此相鄰定位）以便能夠更快速 地對應掃描表面。層解析度係沿橫向於參考表面R之方 向，因此係深度解析度或垂直解析度或厚度解析度。 測量信號之直徑D有利地係在1 μπι與1 〇〇 μηι之間、尤其. 疋在5 μιη與50 μιη之間、較佳地在1〇 |^〇1與3〇 μιη之間。針 對一雷射光束’前述直徑D對應於（例如）雷射光束之直 徑。 在本發明之另一有利實施例中，假設可在一網格R内藉 由測量構件測量毗鄰測量點，其中又與¥之一距離小於5 mm，較佳地小於3 mm，甚至更佳地小於i mm，最佳地小 於0.5 mm。因此發生整個晶圓堆疊之地毯式網狀感測以便 159085.doc •11- 201232689 實質上可盡可能無縫地偵測所有空隙。 測量信號沿橫向方向（因此平行於參考平面幻之寬度解 析度有利地係在0.1 μιη與50 μιη之間，尤其是在1 μΐη與30 μιη之間，較佳地在1〇 μηι與2〇 pm之間。一雷射光束係意 欲（例如）在某一測量點處進行測量。然而，其將不會精確 地擊中測量點，而將偏差AX/ΔΥ。於此處，及Δγ對應 於寬度解析度。藉助寬度解析度尤其是伸展，因此獲取一 空隙之寬度或直徑。寬度解析度越好，則必須進行越多的 測量。因此’必須在快速測量與偵測到盡可能多的空隙之 間盡可能地設定一最佳條件》晶圓或晶圓堆疊之目標厚度 越薄，已有的小空隙越危險。 根據本發明之一項較佳實施例，假設測量/偵測係兩階 段的’特別是藉助一第一高速及粗略測量構件及一可選的 第二極精細測量構件。僅在第一測量構件中已被評級為可 食b危險的晶圓堆疊通過第二測量構件。第二測量構件並非 線内提供以便盡可能地不打斷程序流程。因此，在第一測 量構件中由評估單元評級為可能危險之一晶圓堆疊至少暫 時地與程序序列分離。 在圖9中展示點網距離之間的關係、測量信號之直徑〇及 寬度解析度。 此方法可原位（in situ)及/或線内（in-line)使用。原位意 指在一技術性/實體/化學處理步驟期間使用該方法。舉例 而言’於此處’應稱為一結構晶圓之重新薄化或在一化學 池中之邊緣區蝕刻。 159085.doc 201232689 線内係界定為在-處理模組之上游或τ游之另—處理模 組中使用該方法。在如本發明中所主張之_項實施例中， 第-模組可係-接合台。則在—典型實施例中，在此情形 中下一模組將係已在本文中闡述之測量構件，用以測量一 晶圓堆疊。當在接合台中接合一晶圓堆疊時，在測量台 _，測量/感測預先接合之晶圓堆疊中之一者，有利地= 盡可能及時地預先接合之—晶圓堆疊，根據對術語「及時 地(close in time)」之上述閣釋，尤其是指緊接在接合的一 晶圓堆疊之前。因& 線内與原位之區別在於如本發明中 所主張之方法之一分離發生在其自己的模組内，然而該模 組已系統整合至具有其他處理步驟之一處理鏈中。 有利地，進一步假設如本發明中所主張之測量構件具備 較佳經固疋之干涉儀（尤其是白光干涉儀），其主要地機 械耦合至傳輸器及接收器’以用於測量其與該等測量點中 之至少一者上之一表面之距離。 已針對測量構件闡述之上述特定相應地適用於如本發明 中所主張之裝置及如本發明中所主張之方法。 【實施方式】 本發明之其他優勢、特徵及細節將自較佳實例性實施例 之以下說明及使用圖式而變得顯而易見。 在圖中具有相同作用之相同組件及部件係用相同元件符 號識別。 圖8展示如本發明中所主張之一晶圓處理裝置，用於由 一個結構晶圓1、一個連接層2及一個晶圓3構成之一晶圓 159085.doc •13- 201232689 堆疊8之處理。結構晶圓1在結構晶圓1與連接層2之間的一 過渡部15處具有已被引入至結構晶圓1之表面中之觸點14 及自該表面突出且可由金屬合金構成之凸塊13。結構晶圓 1亦可製成為無結構的，以相同方式可將晶圓3製成為有結 構的。 使晶圓堆疊8之平坦側與結構晶圓1之表面相反地將晶圓 堆疊8固定於一座架12(於此處，一卡盤）之一表面16上。固 定經由座架12之真空路徑17發生。 將連接層2製成暫時黏合劑且藉助其將結構晶圓丨暫時地 接合至晶圓3上。另一過渡部18相應地在連接層2與晶圓3 之間。 此外，該裝置具有一測量構件u，該測量構件可相對於 晶圓堆疊8沿一參考平面R移動。相對運動之表現係明確的 以便可同樣地想像晶圓堆疊8之—移動（尤其是藉由移動座 架12) »於此處，例如在跨越參考平面尺之—乂彳座標系統 中，可感測測量構件U與晶圓堆疊8之間的相對運動係決 定性的。 在圖1至圖4中以不同版本展示測量構件u之操作。圖, 展示在晶圓接合中可出現之可能問題。舉例而言，連接層 2可具有-不均句的層厚度。在理想情形中，晶圓卜3將 具有處處均等的厚度《圖5展示晶圓亦可具有一不均 勻的厚度分佈。此外，晶圓可具有所謂的「空隙」4。 _ 根據圖1，測量構件11由一外殼5構 」 七4· % K观 战其中在外殼底新 上存在一傳輸器9及一接收器1〇β其沿 曰圓堆疊8之方向剩 159085.doc -14· 201232689 準，尤其疋平行於參考平面R。測量係基於藉助傳輸器9將 波入射至經接合晶圓堆疊8中以及基於藉助接收器丨〇在所 獲取之不同材料之間的個別過渡部i 5、丨8上之反射。將接 收器10製成一信號偵測器用於電磁波或超音波形式之信號 之偵測。 特定而言’具有一適合波長（藉此使所使用的晶圓1、3 及連接層2之黏合劑材料具有足夠透明度）之電磁波適合作 為信號波。針對矽晶圓，此可係（例如）在紅外範圍或X輻 射範圍中之光。針對玻璃晶圓，在可見範圍中以及（在使 用適合玻璃時）在UV範圍中之光將係適合的。 電磁輻射之信號源可主要定位於外殼5中，尤其是整合 於傳輸器9中。替代電磁波，聲波係適合的，尤其是在自 100 kHz至800 MHz、較佳地自1〇〇 MHz至400 MHz之超音 範圍中之波。 使用具有在紅外範圍中之電磁輻射（尤其是1〇5〇 nm至1〇 μιη、較佳地1300 nm之光波長）係較佳。測量構件之光學器 件經設計以使得電磁波之光束可聚焦及路由至晶圓堆疊8 上。 如在根據圖2、圖3及圖4之實例性實施例中，若傳輸器9 及接收器10或外殼5與晶圓堆疊8或已施加至晶圓堆疊8之 一液體7直接接觸’則藉由接觸搞合而發生測量/感測。如 本發明中所主張，此類型之接觸耦合主要在使用超音波時 發生。 在使用電磁波時’在傳輸器·接收器單元與晶圓堆疊8之 I59085.doc •15· 201232689 間存在一距離Η。 在藉助液體7在圖3中所展示之超音測量之情形中，在將 測量構件及具有超音傳輸器之外殼5浸入至液體7中之前將 液體7施加至晶圓堆疊8以將超音波傳輸至晶圓堆疊8及實 現傳輸器9及接收器10之一測量。在本文中，傳輸器9可製 成一超音傳輸器。液體7通常係透過外殼5施加。外殼5具 有一饋送管線25，彳經由其發生纟自—液體儲器之液體？ 之格外連續流入。 在根據圖4之實施例中，此外假設在液體7與晶圓堆疊8 之間存在一薄膜6以保護晶圓堆疊8與液體7分開。薄膜6如 此有彈性以至於其可與晶圓堆疊8之表面之地形相匹配。 將液體7施加至薄膜6之表面。然後測量信號通過液體入射 且通過薄膜6至晶圓堆疊8中，薄膜6下方之空間可較佳地 被抽空且在測量發生之前被抽空。抽空具有以下優勢：外 殼5之側上之空氣壓力將薄膜6壓至晶圓3之表面上。此確 保薄膜覆蓋晶圓3之表面而不形成空腔，且因此信號入射 僅經由固體及/或液體發生（尤其是不具有一氣相）。 在根據圖4之實施例之一個尤其有利的版本中，薄膜6係 用作由-槽形儲器27產生之一液體儲器，該槽形儲器係由 一周邊薄膜壁26形成。因此在此特殊實施例中，如本發明 中所主張，可想像在液體儲器27與饋送管線25之間將存在 -閉合電路。以此方式’測量/感測之一完全無雜質執行 係可能的。 在一個尤其較佳之實施例中，亦可想像關於液體輸送且 159085.doc „
S 201232689 針對用於將完全忽略（尤其是至少在測量程序期間）之液體 之環路該裝置僅含有槽形液體儲器27。於此情形中，液體 至/自液體健器27之饋送及排茂(其中排繼情況地、特 定而言意欲有利於維護成果）藉由在圖中未展示之用於液 體供應及液體排放之適合構件而發生。 以電磁波或超音波之形式在過渡部15、18及座架表面Μ 上反射之信號係藉助一個適合接收器1〇在一時間處且考量 波在結構晶圓i、連接層2及晶圓3之各種材料中之傳播速 度來評估’以允許得出關於晶圓3之材料厚度以或連接層2 之材料厚度d2及結構晶圓丨之材料厚度们之一精確结論。 因此，與晶圓堆疊8之層、因此結構晶圓卜連接晶：及 晶圓3之厚度及厚度均勾性之精確偵測係可能的。藉由平 行於或沿參考平面R在整個晶圓堆疊8上方移動測量構件， 可在具有局部解析度之對應測量點處判定層厚度。 如上文所述，發生相對於傳輸器9及接收器1〇之運動用 於測量/感測晶圓堆疊8。此可藉由移動晶圓堆曼8或傳輸 器·接收器單元或該兩個移動可能性之一組合來達成。較 佳地’選擇其中要求盡可能少的軸之一配置，尤其是藉由 用於沿-個X軸及一個γ轴移動晶圓堆疊因此平行於參考 平面R之-行進構件。該測量構件較佳地係剛性安裝。 在圖6a至圖6c _，展示用於感測整個晶圓堆疊8之最重 要掃描方法，在圖6a中以一婉蜒形式發生感測。婉挺掃描 具有以下優勢.可極快地橫穿感測距離。而對記錄具有反 效應S類型之掃描係根據圖6b之一線掃描。此類型之 159085.doc 201232689 掃描可由-線性驅動機實現，最小化該線性驅動機之㈣ 單元之可能運轉尤其是反向運轉。此版本在上述兩階段之 測量方法中尤其特別有利，特別是在第二測量構件中。另 -替代係外殼5之恆定前進，其中晶圓堆㈣朝向晶圓堆疊 8之中心選擇。此產生螺旋感測。對前述掃描方法而言， 通常掃描持續地發生。相應地藉由一評估單元來轉換及評 估個別測量點之連續測量信號。用於整合如本發明令所主 張之測量構件來掃描一個晶圓堆疊之時間（尤其是線内地） 係小於卿、，較佳地小於1〇〇秒，且更佳地小於6〇秒。對 於未線内整合且尤其是除線内整合之一測量構件外提供之 測量構件、尤其是主要用於經分離晶圓堆疊之詳細檢驗之 測量構件而言，檢驗時間亦可長得多。易於想像此等測量 程序持續長於1G分鐘’在諸多情形t長於2Q分鐘或财 鐘。 在黏合層2中存在空隙4之情況下（圖7a)，在此空隙斗内中 繼入射波係完全不可能的，或僅藉助一不同傳播速度而有 可能。在聲波之情形中，其在空隙4中之傳播亦被完全阻 止’因此可使用反射波非常清楚地得出關於故障4之結論 (圖 10)。 在電磁波及尤其是紅外光之情形中，測量裝置藉由干擾 來偵測各種過渡部或相交平面15、16、18，且可因此得出 關於層厚度di、d2、d3之結論。層厚度以、们、们之判定 經由偵測藉由干擾而在過渡部15、16、18處之峰值而間接 地發生。基於此等峰值之不同，可計算由過渡部Μ、Μ、 159085.doc
S 201232689 18限定之各別層之厚度。绰 。干估皁疋自動地執行此計算。於 此處，一定能觀察到所測量之廢m电及匕 篁之層厚度係與層之折射率線性 相依。此乃因電磁波在不印U金，& 任不冋材料中以不同速度傳播，且透 過該等層之信號過渡部時間蝝 1门線〖生地影響接收器已偵測到之 峰值之位置/間隔》在一項輕彳去音^^如丄 $較隹實鈿例中，在不進行對應 校正之情況下，針對_個居市丨丨县★ a广— 增測量之層厚度似乎針對具有較 高折射率（η)之層高出折射率（n)倍。 舉例而言’在黏合劑區域中具有-厚度心之—黏合劑層 之所測量層厚度將係d2*n，而在位於黏合劑層中之可能空 隙之區域中之所測量層厚度將係則。此係基於空氣及真 空具有一折射率約為1。不 不门材枓之折射率可藉助熟習
此項技術者已知的方法爽划令 羽m I 术判疋。習用地，此等值亦取決於 所使用之電磁波信號之波E。斜料 針對具有一波長1300 nm之 IR光，當前的熱塑性黏合密丨 夺0劑之折射率可係（例如）在1.2與 2.5之間的範圍内，但主座jti，办。 王要在1.3與2之間，但甚至更典型地 在1.4與1.9之間。 在黏合劑層厚度之測量结果中 里禾甲上述效應導致在一空.隙 之區域中之所測量層犀泞夕 4, J里層厚度之一急劇下降（圖7b、圖7c);此 使得藉助適合的評估演宜、;埋山 肩算法付出關於空隙4之一結論。來 自圖7a至圖7c之圖/圖示之Xq 闽不之X軸扣疋與晶圓堆疊之左邊緣之 各別距離。 圖7c展不一評估演篡法夕-*4. 4=. λ. 、异去之執仃之一個實例。評估單元經 -又D十以便可自由疋義之窗σ監視在測量區域内之一監視 區域21。在信號進人監視區域21之情況下，設定—對應動 159085.doc -19· 201232689 作。此係使用一個實例闡釋。圖7c將連接層2之層厚度 d2(厚度）指定為沿晶圓堆疊8之距離之一函數。明顯地，於 此實例中，連接層2之層厚度在37只111與42 μιη之間變化。 於此情形中，此厚度值表示在不藉助折射率進行校正之情 況下針對黏合劑厚度所測量之值。此意指於此情形中可藉 由用所圖解制之厚度值除以折射率來計算實際黏合劑厚 度。在特定實施例中’可在凸塊、晶粒、空隙、氣泡等之 間進行區为《其特徵應在於不同的深度/厚度/信號偏差。 於此處’意私可自厚度偵測一信號偏差之所有對應演算 法有利地，此等§平估演算法亦與（例如）亦考量此等空隙 之表面伸展之適合演算法組合。线之表面伸展可藉由根 據剛剛闡述之評估技術對χ/γ座標系統中之所有收集的厚 度值之一評估來判定。可有利地藉由插值法來判定尚未測 量之可能中間值。 針對紅外測量或超音測量，該測量/獲取獨立於傳輸器 接收器10與晶圓堆疊8之距離R而發生，乃因個別層之厚度 之測量值藉由基於個別過渡部上之反射進行不同計算^ 現。 為月b夠判定將在整個晶圓上測量之個別層之厚度分佈， 必須容納在晶圓上分佈之複數個測量點。有利地，將該等 測量點配置成-適合的座標系統（見圖1G);此座標系統有 利於分析及資料處理。有利地’用於測量點獲取之座標系 統對應於已指派至欲檢驗之a圓夕 认饱锹I日日圓之一局部座標系統。適合 的座標系統將係（例如、―笛士讲# — 如）语卡爾座標系統或一極座標系 159085.doc 201232689 統。有利地，使該等測量點足夠彼此接近地放置以偵測通 常可認為具有適當可信度之缺陷（空隙）》特定而言，期望 偵測具有將在後續處理中導致上述災難性故障情形之一大 小的缺陷。層解析度應較佳地好於1〇 pm、甚至更佳地好 於1 μπι、最佳地好於〇.1 μπι。 根據圖10 ’測量信號之直徑D有利地係在1 μιη與1 〇〇 μιη 之間、尤其是在5 μηι與50 μηι之間、較佳地在1〇 _與3〇 μιη之間。針對一雷射光束，前述直徑〇對應於（例如）雷射 光束之直徑。 測量信號沿橫向方向（因此平行於參考平面R)之寬度解 析度係在0.1 μπι與50 μιη之間、尤其是在丨μιη與3〇 μιη之 間、較佳地在1 0 μιη與20 μιη之間。 類似於關於空隙之程序，在測量點網格係固定時，有利 地考量通常出現之厚度波動之波長。基於上述考量，已證 明大略地每1至3 mm設定一個測量點係有利的。為能夠更 可靠地辨識空隙，每0.8 mm或每〇.5 mm或甚至更好地每 0.25 mm地設定一個測量點係更理想的。針對具有極小目 標晶圓厚度之格外敏感性應用，亦可有利地每〇1 mm設定 一個測量點。 極為頻繁地，諸如（例如）紅外線之某些電磁射線不能穿 透結構晶圓1 ’乃因其係經金屬塗佈、經摻雜或突起的。 金屬塗佈可透過（例如）晶圓表面上或晶圓内之觸點14呈 現。凸塊13由可能對设不透明之金屬塗佈構成。此外，晶 圓可係摻雜的。摻雜幾乎總是主要出現在結構晶圓中且降 159085.doc -21- 201232689 低紅外透明度。 藉助除測量構件1 1外整合或整合至測量構件1 1中之一干 涉儀19，可在晶圓堆疊8沈積於座架上之前測量座架12之 表面16。在圖8中’座架表面16之一表面不平滑度係由翹 曲表示。然而，表面之不規則性可具有任何其他形狀。此 係藉助白光干涉儀19來測量。在藉由白光干涉儀19測量距 離曲線之後，將晶圓堆疊8放置於座架12上。然後由白光 干涉儀19重複測量以便獲得一第二距離曲線，具體而言係 整個晶圓堆疊8之距離曲線。該兩個距離曲線之差對應於 晶圓堆疊8之總高度。 因此，結合藉由對應計算對過渡部15、18之上述測量 偵測，亦可根據圖8藉由自晶圓堆疊8之總厚度減去晶圓 之層厚度dl，與連接層2之層厚度们，來判定層厚度们，。 另優勢藉由藉助紅外或超音在掃描程序期間使用白j 干涉儀作為-掃描器而出現。白光干涉儀掃描器僅沿晶^ 堆疊邊緣以外的-個線移動。於此處，在其位於晶圓堆$ 8上方時其連續測量與晶圓堆疊8之表面之距離，或在其； f晶圓堆疊8以外時測量與座架表面16之距離。若此時^ 實際紅外或超音掃描期間整個⑽之高度（例如）由於熱1 動而改變’則白光干涉儀掃描器基於高度波動來偵測I 離（乃因可判定絕對距離）。相比藉助於干涉來進行測量$ 紅外掃描器而言，僅在介面15、16及18上有因干涉而心 之峰值。因此’紅外掃描器能夠測量相對距離、(因此" 度。其總是要求至少兩個信號，以便可自其差計算各別/ 159085.doc
•22. 201232689 之厚度。因此，紅外掃描器冑「振動」及熱波動不敏感。 白光干涉儀掃描器相反地測量與傳輸器接收器單元之距 離右其在I個掃描線上之掃描頻率比整個系統之高度 文變决得乡Μ可將整個系統之高度改變獲取為一時間函 數。 圖7a展不藉助如本發明中所主張之—測量構件來測量之 具有-直徑300 nm之一晶圓堆疊8,其中已找出以色彩表 示一深度之數個空隙4。根據圖7a之晶圓堆疊8之一二維評 估係在圖7b中由評估單元以—圖示形式完成，對應於圖示 之線係在圖7a中♦製。在圖7b中可辨識，在晶圓堆疊中間 的空隙4如何以剖面形式顯現。 在另一實施例中，在一化學處理程序期間晶圓堆疊8之 邊緣區B係藉助上述測量構件在原位測量。較佳地，使用 自圖6c之測量方法。在化學品22溶解連接層2之一邊緣區 黏合劑28的同時’測量構件π可連續測量脫離程序中之進 展有利地，该方法適用於僅在邊緣上接合結構晶圓及載 體晶圓之晶圓堆疊8«>此等技術係熟習此項技術者已知。 根據圖12中所屐示之另一實施例，可藉助上述測量構件 中之一者偵測覆蓋電子組件23之一層（尤其是一模具24)中 之空隙4。 如本發明中所主張為較佳的摻雜元素係諸如删、銦銘 或鎵之第三主族元素或諸如磷、砷或銻之第五主族元素。 【圖式簡單說明】 圖1展示在一第一實施例中之如本發明令所主張之一測 159085.doc 23- 201232689 量構件， 之如本發明中所主張之一測 圖2展示在一第二實施例肀 量構件 圖3展示在一第=音 所主張之一測 弟一實施例中之如本發明中 量構件， 之如本發明中所主張之一測 圖4展示在一第四實施例中 量構件， 圖5展示一晶圓堆疊之可能品質缺陷之-圓解說明， 圖：至圖6c展示如本發明中所主張之用於測量/感測數 個測量點之不同方法序列， 圖7a展示藉助如本發明 、 中所主張之測量構件經紅外信號 感測之一晶圓堆疊之一吗片， 所主張之一晶圓表面之測 圖7b及圖7c展示如本發明中 量/感測之圖示， 圖8展示如本發明中所主張之用於處理-晶圓堆疊之-裝置之一示意圖， 圖9展示一晶圓堆疊之一空隙之偵測之一示意圖， 圖1〇展示藉助如本發明中所主張之測量構件經超音信號 感測之一晶圓堆疊之一照片， 圖11展示如本發明中所主張之用於處理一晶圓堆疊之一 裝置之一示意圖，及 圖12展示在一第五實施例中之如本發明中所主張之一測 量構件。 【主要元件符號說明】 159085.doc .24-
S 結構晶圓 連接層 晶圓 空隙 外殼 薄膜 液體 晶圓堆疊 傳輸器 接收器 測量構件 座架 凸塊 觸點 過渡部 座架表面 真空路徑 過渡部 干涉儀 測量信號 監視區域 化學品 電子組件 層 -25- 201232689 25 饋送管線 26 薄膜壁 27 液體儲器 28 邊緣區黏合劑 B 邊緣區 dl, dl' 層厚度 d2, d2' 層厚度 d3, d3' 層厚度 H 距離 R 參考平面 • 26- 159085.doc s

Claims (1)

  1. 201232689 七、申請專利範圍： 1 _ 一種用於在分佈於一晶圓堆疊（8)上之複數個測量點上測 量及/或獲取該晶圓堆疊（8)之一或多個層之層厚度及/或 空隙之測量構件，該測量構件具有以下特徵： 一傳輸器（9) ’其可相對於該晶圓堆疊（8)移動以用於 傳輸呈電磁波或超音波之形式之信號， 一接收器（10)，其可相對於該晶圓堆疊（8)隨該傳輸器 (9) 一起移動以用於接收已由該傳輸器（9)發送並在該晶 圓堆疊（8)上反射之信號， 一评估單7L，其用於評估已由該接收器接收之該等信 號，由該晶圓堆疊（8)之層之間的至少兩個過渡部（15、 18)所反射之信號可由該評估單元區分，且該等層彼此之 間的距離及/或其與一參考平面（R)之距離能夠被判定， 且該晶圓堆疊⑻及/或該測量構件⑴）平行於該參考平面 (R)之移動且因此沿該參考平面（R)之每一測量點之位置 係可偵測的。 2. 如請求们之測量構件，其中該測量構件⑴）可在一晶圓 處理裝置中使用，尤其是在線内。 3. 如前述請求項中任一項之測量構件，其中該測量構件 ⑴)係製造為在該晶圓堆疊（8)上無機械動作地尤其是以 距該晶圓堆疊（8)—距離（H)地工作。 4. ^請求項！或2中之測量構件，其令該測量構件⑼尤其 是該傳輪器（9)及接收器⑽可同時用於偵彡制厚度及空 隙，尤其是以一層解析度<1() μιη、較佳地<丨 I59085.doc 201232689 更佳地<0.1 5.如請求項1或2中之測量構件，其中具有小於5 mm、較佳 幻於3 mm、甚至更佳地小於ι細之一距離之此鄰測 量點可藉由該測量構件⑴）來測量。 青求項1或2之測量構件，其中該測量構件適合用於原 位測量，尤其是在一研磨程序或-分離程序期間。 7.:請求項!或2之測量構件，其中在具有一干涉儀、尤其 疋機械耗合較佳地固定至該傳輸器⑼及該接收器（i 〇)之 個干涉冑尤其是_白光干涉儀的情況下，用於在該 等測量點之 其與一個表面、尤其是一座 架（12)之一座架表面（16)之距離。 8. —種用於一晶圓堆疊8之處理尤其是研磨或接合較佳地 為暫時接合或分離之晶圓處理裝置，其具有： 一測里構件，其用於在分佈於一晶圓堆疊（8)上之複數 個測量點上測量及/或獲取該晶圓堆疊（8)之一或多個層 之層芬度及/或空隙，該測量構件具有以下特徵： 一傳輸器（9) ’其可相對於該晶圓堆疊（8)移動以用於 傳輸呈電磁波或超音波之形式之信號， 一接收器（10)，其可相對於該晶圓堆疊（8)隨該傳輸器 (9)一起移動以用於接收已由該傳輸器（9)發送並在該晶 圓堆疊（8)上反射之信號， 一評估單元’其用於評估已由該接收器接收之該等信 遽’由#亥晶圓堆疊（8)之層之間的至少兩個過渡部（I:、 1 8)所反射之信號可由該評估單元區分，且該等層彼此之 159085.doc S 201232689 間的距離及/或其與一參考平面（R)之距離能夠被判定， 且該晶圓堆疊（8)及/或該測量構件（丨丨）平行於該參考平面 (R)之移動及因此沿該參考平面（R)之每一測量點之位置 係可偵測的，及 一座架，其用於容納該晶圓堆疊（8)及將其固定於該座 架（12)之一個表面（16)上及用於使該經固定之晶圓堆疊 (8)平行於該參考平面（R)移動。 9.如請求項8之晶圓處理裝置，其係作為具有用於至少部 分塗裝該晶圓堆疊8之一塗裝模組、一檢驗模組及一接 合模組之一線内系統。 -種詩在㈣於—晶圓堆疊上之複數個測量點上測量 及/或獲取該曰曰圓堆疊之一或多個層之層厚度及/或空隙 之方法，該方法具有以下步驟，尤其是以下序列： 配置用於在相對於該晶圓堆疊之一個平坦側之該等測 量點處測量及/或獲取該晶圓堆疊之該等層之層厚度及/ 或空隙之一測量構件， 、藉由該測量構件之-傳輸器傳輸呈電磁波或超音波形 式之信號及藉由該測量構件之—接收器接收已由該晶圓 堆疊反射之該等信號， / -坪估單元評估已由該接收器接收之該等信號， 由該晶圓堆疊之層之間的至少兩個過渡部所反射之信號 可由該評估單元區分，且其盥一 ^ 、/、一參考平面（R)之段被判 且該曰曰圓堆疊及/或該測量構件平行於該參考平面 :)之移動及因此沿該參考平面之每一測量點之位 偵測的。 159085.doc
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