TW201309144A - 用於決定接合之壓力分布之方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於以下步驟特別係按以下順序決定一第一基板至一第二基板之接合之壓力分布之方法及裝置：-在用於固持該第一基板之一第一工具(1)與對準於該第一工具(1)以接合該基板之一相對的第二工具(5)之間放置一量測層(7、7'、7”)，-藉由使該等工具(1、5)更接近彼此而使該量測層(7、7'、7”)變形，-量測該量測層(7、7'、7”)之該變形，及-計算該壓力分布。
Description
本發明係關於一種根據技術方案1及9之用於經由黏性或塑性變形的媒介之變形而決定兩個工具之一邊界層中之壓力分布之方法及裝置。
在一接合程序期間，待焊接之晶圓上之壓力分布非常重要。壓力分布係位於晶圓上方或下方之所有工具之接觸表面之表面波紋及表面粗糙度之一直接性質。該等工具主要包含加熱器、夾緊板、補償板、接收器(接合卡盤)等。知道工具(其表面直接接觸晶圓之一者)之表面波紋及表面粗糙度不足以計算壓力分布。因此運用普通的量測方法(諸如AFM、雷射干涉法、白光干涉法)，不可能獲得關於接合程序之壓力分布之直接及可靠的資訊。此等量測方法單獨地及獨自地用於決定直接接觸待焊接之晶圓之一者之工具表面之拓撲。壓力分布之均質性對接合品質具有巨大影響，因此接著影響完全接合之晶圓之切屑量及定位在晶圓上之功能組件之切屑量。在此將簡要提及在不足夠的壓力均勻性及/或不平坦工具之情況下之不同負面後果。在例如在金屬-金屬接合中接合介面不可能變形或幾乎不可能變形之情況下，不恰當的壓力均勻性導致壓力過低之位點處之不良接合或根本無接合。例如，提及Cu-Cu、Au-Au、Al-Al、W-W、Ni-Ni或Ti-Ti接合。
對於可適度變形的接合介面，例如在接合程序期間傳遞
通過液相之共熔物，一不均勻的壓力分布可導致一不均質的結構。對於可非常容易變形的接合介面，例如暫時的接合黏附劑，在接合程序開始時之不均勻的壓力分布單獨導致該接合黏附劑之層厚度之一不均質的分布。
為了決定壓力分布，目前在行業中，主要使用其材料對壓力負荷敏感地作出反應之壓力膜。材料取決於對應壓力而使色彩變更至不同程度，或變更其色彩之強度。色彩變更或強度變更之一光學估計允許得出關於將作用於定位在工具之間的一完全晶圓之壓力分布的結論。僅可在室溫下使用壓力膜。
固定在彼此頂部之所有工具之表面品質在複數個接合步驟中降低使得有時壓力分布之重複量測對特別係在晶圓接合期間最小化切屑是必要的。主要可偵測如金屬之可塑性變形的材料之磨損。在無法再忍受之一不宜的壓力分布下，最差情況係必須重做固定在彼此頂部之所有工具。
用於決定壓力分布之替代量測方法與力傳感器一起運作，然而運用該力傳感器，歸因於力傳感器之大小，僅沿著接收器或夾緊板之一非常粗糙的解析度係可能的。
因此，本發明之目的係提供一種可整合至方法順序中且可能特別係自動之方法以及一種對應裝置，運用該方法及該對應裝置可按有規則的間隔儘可能容易地及準確地量測工具之間的壓力分布。在此，量測構件應儘可能可重用。如本發明所主張之方法應儘可能在真實程序條件下可用。
此目的運用技術方案1及9之特徵而達成。在相依技術方案中給定本發明之有利發展。在說明書、申請專利範圍及/或圖式中所給定之特徵之至少兩者之所有組合亦落於本發明之框架中。在給定值範圍處，位於指示之邊界內之值亦將被視為揭示為邊界值且將以任何組合主張。設備特徵亦將被視為揭示為方法特徵且反之亦然。
本發明基於能夠藉由量測放置在接收器(工具)與夾緊板(工具)之間的一量測層之特別係局部變形或數量級而儘可能精確地得出關於壓力分布之結論之基本思想。在量測期間該量測層之厚度小於200 μm，較佳小於100 μm，更佳小於50 μm，甚至更佳小於10 μm，最佳小於5 μm，最佳皆小於1 μm。該量測層之較佳厚度主要取決於待使用之接合程序。若在本發明中所主張之方法將用於確證一後期金屬-金屬接合之壓力分布，則如在本發明中所主張，選擇非常薄的層，較佳小於10 μm，更佳小於5 μm，最佳小於1 μm。
對於具有可適度變形的接合介面之接合程序(例如穿過液相之共熔接合)，如在本發明中所主張，使用小於50 μm，較佳小於10 μm，最佳小於5 μm之層厚度。
對於具有可非常容易變形的接合介面之接合程序(例如暫時的接合黏附劑)，如在本發明中所主張，使用非常厚的層。層厚度較佳小於200 μm，更佳小於100 μm，最佳小於50 μm。
取決於精確的接合程序及材料，指示之層厚度範圍之重
疊係被允許的且係可能的。
因此，用於如在本發明中所主張之量測方法及如在本發明中所主張之量測裝置之可單獨消耗的材料為藉由施加壓力或藉由將夾緊板及接收器移動在彼此上下而變形之量測層。接著量測及估計造成特別係平行於晶圓表面之量測層之相對變形，且基於該量測層之特別係局部變形，可得出關於在工具之間的邊界層中之壓力分布之總結。亦可在較高溫度下使用如在本發明中所主張之方法，較佳高於室溫，更佳高於200℃、甚至更佳高於400℃、最佳高於600℃。較佳可用相機特別係光學地拍攝該量測。光學裝置用於放大待量測之層。特別係正交於晶圓表面之量測層表面之一態樣中之變形之一二維量測係有利的。特定言之，可偵測到該量測層之直徑變更或擴展。
根據本發明之一有利實施例，假設彼此對準之晶圓放置在量測層與位於量測層上方或下方之工具之間。以此方式，量測層之變形在實際條件下發生且該量測層之移除可特別係在量測後發生而無殘餘。實際條件構件狀態在實際接合程序下發生。此等狀態之特徵在於增大的溫度、真空、增大壓力及相似參數。此外，裝置至量測直插式發生之程度之閒置時間藉由製備而最小化且該量測亦能夠獨立於工具或接合設備而進行。
至量測層之形狀在變形前被量測之程度，大大地增大變形之量測準確度。在變形後量測量測層形狀對能夠計算在對應點處之對應力及因此壓力而言絕對有必要。
根據本發明之另一有利實施例，假設量測層由流體(特別係可固化材料)組成。據此，實現特別係以液滴或路徑之形式實現一受控制及可再生施加之一液滴施配器施加或引進量測層。在施加中，亦可忽略在量測層變形前先前量測該量測層之界定大小或界定體積，因此如在本發明中所主張之方法之一進一步加速變得可能。
此藉由分布構件特別係以一液滴施配器之形式而進一步最佳化，該分佈構件經提供用於接收器與夾緊板之間的量測層之界定分布。
有利地，此外假設在沿著量測層之複數個位置上特別係光學地發生變形特別係擴展之量測。該量測層之變形允許已由工具施加至中間層之壓力分布之計算。
藉由在量測層與晶圓之至少一者之間引進一黏附力減少之層，在完成該量測層之變形量測後加速及簡化該量測層之分離。
自較佳例示性實施例之下文描述且使用圖式，本發明之其他優點、特徵及細節將變得顯而易見。
在圖式中用相同參考數字識別相同或等效特徵。
根據圖1a，意欲用於決定壓力分布之一晶圓2安置在一板6上。例如，板6為在一所謂的液滴施配器內之一樣本固持件，運用該液滴施配器特別係關於體積受控制之液滴或路徑之可再生施加係可行的。根據圖1b，特別係呈沿著格柵定位之界定大小之複數個液滴之形式之一量測層7藉由
一施配器8特別係以一較佳格子形格柵或在任何其他分布或矩陣施加於晶圓2。晶圓2接著特別係藉由一機械臂而放置在具有整合式加熱裝置8之一加熱板6'上以固化藉由在量測層7內含有之溶劑之汽化以流體形式呈現之該量測層7。量測層7可特別係由聚合物較佳熱塑性材料組成。加熱板6'較佳與液滴施配器之板6相同。
在固化根據圖1c之量測層7後，晶圓2沈積在如在本發明中所主張之裝置之一工具1上，該工具特別係藉由一機械臂而製成為一接收器且視需要固定在該機械臂處。以此方式，晶圓2位於工具1(藉由如在本發明中所主張之量測方法或如在本發明中所主張之量測裝置而量測沿著接觸表面之工具1之表面均勻度或粗糙度或波紋或所得壓力分布)之一表面1o上。
另一晶圓4沈積在亦可用作為用於將晶圓2固定在工具1上之夾具之間隔物3。若量測層7黏度足夠高而在另一晶圓4之負荷下不變形，則亦可設想無間隔物3之一版本。在變形期間量測層7之黏度特別係在103帕．秒與1010帕．秒之間。圖6藉由實例展示一材料在溫度範圍120℃至260℃中之一黏度曲線。對於如在本發明中所主張之實施例，使用其合適的黏度特性係在程序條件之所要溫度範圍中之材料。
晶圓2及4較佳應完全平坦且不應具有任何表面粗糙度或波紋。由於此等條件不切實際，故意欲用於決定壓力分布之晶圓2、4應具有與待在後期程序中接合之產品晶圓相同的表面粗糙度值及波紋值。晶圓2、4應具有與待後期接合
之基板晶圓相同的直徑。此外，晶圓2、4有利地由相同材料製成。若晶圓2、4及基板晶圓係單結晶，則晶圓2、4較佳具有與待後期接合之基板晶圓相同的晶體定向。因此，可確保量測結果精確地表示在產品晶圓之接合介面中實際上可預期之壓力分布。
由於如在本發明中所主張可設想晶圓4特別係一玻璃晶圓以藉由估計光學裝置(如用於量測變形之量測構件)而實現一迅速估計。該估計可因此在量測層7變形後在晶圓2、4還未分離之情況下發生。
量測層7或個別液滴之變形藉由一工具5而發生，工具5藉由造成工具5接近工具1而製成為一夾緊板。工具5之一工具表面5o同樣具有表面不規則性。此外，大體言之，所有工具1'、1"、5'、5"同樣具有分別在工具5及1上方或下方之不均勻表面。據此，藉由如在本發明中所主張之方法藉由估計量測層7之變形而決定所有工具5、5'...及1、1'...之組合之壓力分布。在如在本發明中所主張之方法中，較佳使用在材料、厚度、表面粗糙度、波紋及其他參數方面對應於後期在實際接合程序中使用之晶圓之晶圓2、4。
在圖1f中展示量測層7之變形。在壓力藉由朝向工具1移動工具5而施加至量測層7時，量測層7可塑性地變形。歸因於不均勻性，在不同位點處出現不同變形使得歸因於液滴之不同變形實現藉由一估計裝置而估計量測結果。在液滴直徑更顯著增大之位置處，在其夾緊表面5o上之工具5據此更接近工具1之表面1o，同時對於相反效果距離更
大。
接著，在工具5與工具1移開後，在分布在量測層7上之複數個量測點上藉由量測構件11特別係光學量測構件11較佳具有一對應解析度之光學顯微鏡及/或CCD相機而量測量測層7之變形。有利地，在此假設量測通過晶圓4例如藉由對可見光透明之晶圓特別係一玻璃晶圓而進行。或者，量測可藉由對可見光不透明之一晶圓4之紅外線輻射而進行。
在圖2中所展示之替代實施例之特徵在於在量測層7與特別係晶圓2、4之各者之間，在施加量測層7前在晶圓上存在施加至晶圓2、4之一黏附力減少之層9。
在根據圖3之實施例中，特別係在具有儘可能恆定之一厚度之整個晶圓2上方存在以一敷層方式施加之一量測層7'。在此實施例中，基於沿著量測層之在複數個位置處之厚度變更而量測量測層7'之變形使得可特別係藉由在變形前後量測而決定量測層7'之一厚度圖。量測構件可為超音波量測儀器或干涉儀，較佳為雷射干涉儀。量測層7'之壓力/變形之施加及壓縮板5及/或接收器1之表面不規則性使量測層7'據此在不同位置處變緊湊、移位、變薄、因此變形；在此情況下，由於量測層7'可塑性變形，故此引起厚度變更。
在圖4中所展示之版本中，量測層7"為具有路徑之一格子，在此情況下該等路徑正交於彼此而延伸。同樣將設想路徑彼此成角度之配置。在此重要的是路徑厚度儘可能均
勻使得實現變形之一可再生量測。
藉由圖7中之公式而計算壓力分布。黏度η、在變形前液滴之橫截面積A1、在變形後液滴之橫截面積A2、液滴體積V及壓縮時間t用於計算作用於該液滴之力F。藉由對應正規化而計算對液滴橫截面之壓力。藉由計算晶圓之不同位置處之力或壓力，可製備一力圖或壓力圖。橫截面積A1及A2為由層7之液滴形成且在板4沈積在層7上時(圖1f)出現之圓柱體之平均橫截面積。
在如在本發明中所主張之實施例7'及7"中，不發生壓力分布之一絕對計算。在如在本發明中所主張之此兩個實施例中，在一適當長的時間較佳幾分鐘後估計層7'或格子7"的壓力分布。根據位置之厚度分布表示接觸瞬間之壓力分布之一直接描繪。此相對厚度分布足以獲得關於工具之虛弱位置之一至少近似的表現。僅在工具經測試用於非常軟的接合介面(例如接合黏附劑)的接合行為時使用如在本發明中所主張之實施例7'及7"。在如在本發明中所主張之實施例及7"中，亦可嘗試獲得關於自出現之格子線擴展之(相對)壓力分布之總結。對於如在本發明中所主張之實施例7'及7"，使用小於15 kN，較佳小於10 kN，甚至更佳小於5 kN之習知上低的接合力。
1‧‧‧工具
1o‧‧‧工具表面
2‧‧‧晶圓
3‧‧‧間隔物
4‧‧‧晶圓
5‧‧‧工具
5o‧‧‧工具表面
6、6'‧‧‧板
7、7'、7"‧‧‧量測層
8‧‧‧施配器
9‧‧‧黏附力減少之層
10‧‧‧加熱裝置
11‧‧‧量測構件
圖1a至圖1g展示根據本發明之一實施例之如在本發明中所主張之一方法順序，圖2展示如在本發明中所主張之方法之一替代實施例，
圖3展示如在本發明中所主張之方法之一進一步替代實施例，圖4展示如在本發明中所主張之在一平面圖中之一量測層，圖5展示如在本發明中所主張之用於執行該方法之一裝置之一側視圖，圖6展示一材料之一例示性黏度圖，及圖7展示用於自變形及未變形之層7之參數計算力之公式。
1‧‧‧工具
1o‧‧‧工具表面
2‧‧‧晶圓
4‧‧‧晶圓
5‧‧‧工具
5o‧‧‧工具表面
7‧‧‧量測層
Claims (9)
- 一種用於以下步驟特別係按以下順序決定一第一基板至一第二基板之接合之壓力分布之方法：在用於固持該第一基板之一第一工具(1)與對準於該第一工具(1)以接合該等基板之一相對的第二工具(5)之間放置一量測層(7、7'、7")，藉由使該等工具(1、5)更接近彼此而使該量測層(7、7'、7")變形，量測該量測層(7、7'、7")之該變形，及計算該壓力分布。
- 如請求項1之方法，其中在該量測層(7、7'、7")與該第一工具(1)之間及/或在該量測層(7、7'、7")與該第二工具(5)之間引進特別係彼此對準之晶圓(2、4)。
- 如先前請求項中任一項之方法，其中該量測層(7、7，、7")之形狀在變形前，特別係在引進該該量測層(7、7'、7")後被量測。
- 如請求項1或2之方法，其中該量測層(7、7'、7")由一流體組成，尤其較佳為可在固化後塑性變形之可固化材料。
- 如請求項1或2之方法，其中存在用於該第一工具(1)與該第二工具(5)之間的該量測層(7、7'、7")之界定分布之施配器(8)。
- 如請求項1或2之方法，其中在沿著該量測層(7、7'、7")之複數個位置處特別係光學地量測該變形。
- 如請求項1或2之方法，其中藉由將液滴特別係施加在該晶圓(2)上而產生該量測層(7、7'、7")。
- 如請求項2之方法，其中在該量測層(7、7'、7")與該等晶圓(2、4)之至少一者之間引進一黏附力減少之層(9)。
- 一種用於決定一第一基板至一第二基板之接合之壓力分布之裝置，其具有：引進構件(8)，其用於在一第一工具(1)與對準於該第一工具(1)之一相對的第二工具(5)之間引進或施加一量測層(7、7'、7")，變形構件(1、5)，其用於藉由使該等工具(1、5)朝向彼此移動而使該量測層(7、7'、7")變形，量測構件，其用於量測該量測層(7、7'、7")變形及計算構件，其用於計算該壓力分布。
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