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JP5818904B2 - ウェーハスタック内の層厚さ及び欠陥を測定する測定デバイス及び方法 - Google Patents

ウェーハスタック内の層厚さ及び欠陥を測定する測定デバイス及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウェーハスタックの1つ又は複数の層の層厚さ及び/又は空隙を、ウェーハスタック上に分散された複数の測定点上で測定及び/又は取得する、請求項1に記載の測定手段に関する。さらに、本発明は、ウェーハスタックを処理する、請求項8に記載のウェーハ処理デバイス、ならびにウェーハスタックの1つ又は複数の層の層厚さ及び/又は空隙を、ウェーハスタック上に分散された複数の測定点で測定及び/又は取得する、請求項10に記載の方法に関する。
現在、半導体産業の発展は、ウェーハの接合処理がますます重要になるという方向に向かっている。したがって、たとえば携帯電話及びゲーム機などの他の携帯型デバイス内の運動センサ及び/又は方位センサなどの新規な機能により、加速度及び回転速度を検出できる微小電気機械(MEMS)構成要素に対する需要が急速に増大している。
急速に成長している別の分野は、いわゆる3D ICとして生産される構成要素である。これらの構成要素には、シリコンを貫通するコンタクトによって互いに接続されたトランジスタを有するいくつかの層(「活性層」)からなるチップシステムが含まれる。これらのめっき貫通孔は、当業界で「貫通シリコンバイア」又は略して「TSV」と呼ばれている。
これらのTSVを可能な限り経済的に生産するため、ならびに小さい全体的な包装寸法などの他の所望の利点を実施できるようにするために、TSV生産の前後又はTSV生産の途中でウェーハを適した寸法まで薄くすることが必要である。したがってここでは、いわゆるバイアファースト(via first)処理、バイアミドル(via middle)処理、及びバイアラスト(via last)処理を区別する。ウェーハの薄厚化に対して、ウェーハを1つの処理ステップから次の処理ステップへ確実に移動可能なようにするには、特に現在の従来の300mmウェーハではウェーハの機械的な安定性が残らなくなるため、所望の標的厚さは十分ではなくなることがわかった。
したがって、従来150μm未満であるが、通常は100μm未満であり、80未満又はさらに50μm未満であることも多い厚さを有する薄いウェーハを確実に取り扱うために、ウェーハをキャリア上に一時的に取り付けることが有利である。必要な処理ステップを完了した後、ウェーハはキャリアから再び切り離される。これらの2つの方法は、一時的接合及び剥離と呼ばれる。
第1の処理ステップで、当業者には知られている適切な接合技術によって、製品ウェーハがキャリア上へ接合される。この接合ステップは一般に、チップ構造が蓄積された製品ウェーハの第1の主表面が、この表面が一時的接着剤に接触するような向きに置かれ、次にこの接着層がキャリアウェーハに接触するように行われる。
しかし、ほぼすべての場合において、この背面処理の枠組みの範囲内で、製品ウェーハの機械的な薄厚化が行われる。これには、特に、製品ウェーハの規定の厚さを研削によって除去する研削ステップが含まれる。従来、これに関連して、研削砥石の研削速度及び/又は粒径が異なる個々の研削ステップが使用される。一般に、第1の研削ステップでは、材料除去速度がより速く(粗い研削)、第2の研削ステップでは、材料除去速度がより遅い(細かい研削)。
最終チップの品質及び背面処理ステップで一時的に接合されたウェーハの完全性を確保するには、一時的接着接続が特定の品質基準を満たす必要がある。これに関連して、接着材料には、当業者には知られている多くの要件が存在する。これらの要件はとりわけ、背面処理中に生じる可能性のある特定の処理条件に耐えることができる接着剤の能力に関する。これらの要件には、とりわけ、温度安定性、真空環境との適合性(ガス抜けなし)、溶剤、酸、及び塩基などの化学物質に対する接着剤の安定性、種々の機械的負荷又は電磁波(たとえば特定の波長の光による照射)との適合性、ならびにこれらのパラメータの様々な組合せが含まれる。また接着材料に対する要求に加えて、多くのパラメータは、接着層の幾何学的かつ機械的完全性に関する。具体的には、背面処理に成功するには、接着層が精密に規定された再現可能の厚さを有し、空隙をもたないことが極めて重要である。
しかし、個々のウェーハの薄厚化とは対照的に、一時的に接合されたウェーハの場合、キャリアウェーハ及び接着層は、ウェーハ支持体と研削手段(研削砥石など)との間に位置する。したがって、キャリアウェーハ及び接着層厚さはともに、最終の薄くした製品ウェーハの均一性に影響を与える。
したがって要約すると、生産処理において接着層の厚さの均一性、及び一般にはまた絶対厚さ値を精密に制御及び監視することが必要であると言うことができる。場合によっては、研削処理の制御に応じて、キャリアウェーハの厚さ、状況によっては一時的に接合されたスタック全体の厚さを知ることも必要になる可能性がある。しかしいずれにせよ、厚さ、及び任意選択で絶対厚さ値の均一性に対する接着層の対応する品質を確保することが必要である。
空隙に関しては、研削処理及び可能な後の研磨処理中、空隙があればウェーハの機械的な支持が不十分になるはずであり、それによって、ウェーハの損傷又は少なくとも薄厚化中に望ましいウェーハ厚さの不均一性が生じる可能性があると考えられる。この不均一性は、これらの空隙によって形成される基部の機械的な可撓性によって引き起こされる。言い換えれば、ウェーハは、たとえば研削中にこれらの空隙内へ屈曲/たわみを生じるはずであり、したがってこれらの箇所では実質的な除去が行われず、その結果、薄くしたウェーハの厚さが後に局部的に高くなるはずである。厚さが低減するにつれて可撓性がより高くなるため、薄くしたウェーハの標的厚さが小さければ小さいほど、この影響はより強くなるはずである。最終的には、薄厚化中にウェーハの破断を招く可能性もある。これらの破断事象は、その結果得られる比較的大きな材料片が、ウェーハ全体だけでなく研削砥石及び/又は研磨デバイスにもさらなる損傷を負わせる可能性があるため、研削及び/又は研磨処理にとって大きなリスクである。これらの問題とは別に、研削及び/又は研磨中、これらの空隙はまた、残りの背面処理ステップ中に障害を招く可能性もある。ここでは一例にすぎないが、真空チャンバ内で行われる処理ステップ中にこれらの空隙内に密閉されたガスが、これらの処理ステップ中にこれらの箇所で薄くしたシリコンウェーハの破裂を招く可能性もあることに留意されたい。この箇所に位置するチップの損失に加えて、その結果生じる粒子が、破裂が起こった使用中のシステム、及び状況によっては他の生産ユニットを汚染し、また場合によってはこのユニット上で処理された他のウェーハに品質上の問題を負わせるため、さらなる問題も生じるはずである。
したがって、本発明の目的は、空隙がないこと、接着剤の厚さの再現性及び均一性などの品質基準を最適化すること、ならびに一時的に接合されたウェーハスタックの生産又は処理における断片を可能な限り少なくすることを確実にすることである。
この目的は、請求項1、請求項8、及び請求項10に記載の特徴によって実現される。本発明の有利な展開形態は、従属請求項に記載されている。本明細書、特許請求の範囲、及び/又は図に記載の特徴の少なくとも2つのすべての組合せもまた、本発明の枠組みの範囲内である。所与の値の範囲では、記載の限界内の値も境界値として開示し、任意の組合せで請求する。
本発明の基本的な概念は、一方では、ウェーハの処理において、可能な限り早い時点で前述の品質基準に対する偏差を認識し、この理由による製品ウェーハのあらゆる損失を最小にすることである。これは特に、ウェーハスタックの個々の層の層厚さ及び/又は空隙が、特にウェーハスタックが接地される前の近い時点で測定/検出されるということから、確実にすることができる。キャリアウェーハは、製品ウェーハの機械的な支持に使用され、研削処理中は基準平面又は基準表面として使用できるウェーハ支持体と研削砥石との間で静止しているため、キャリアウェーハの幾何学的パラメータを監視することが特に重要である。前述の意味で近い時点とは、ウェーハスタックの処理チェーンにおいて、当該ウェーハスタック前の処理チェーン内に可能な限り少ないウェーハスタックが存在し、したがって研削ステップを含む測定ステップ/検出ステップ間に、特に最大5つ、好ましくは最大3つ、さらに好ましくは最大1つのウェーハスタックが存在することを意味する。本発明によれば、測定ステップ/検出ステップは、測定/検出モジュール(又は計量モジュール)内で実施することができ、研削ステップは、特に隣接する研削モジュール内の空間内で別個に実施することができる。測定ステップ/検出ステップ及び研削ステップは、本発明によれば、インラインで行われる。また、ウェーハスタックの試験は、前のウェーハが完全に接地される前、したがってまだ研削モジュール内に位置するときに完了することができる。このとき、測定されたウェーハスタックは、前進できるまで「待機」しなければならない。
1つの特に有利な実施形態では、測定ステップ/検出ステップは、一時的接合ステップに近い時点で行われる。この結果、一時的接合ステップで障害が生じた場合、誤って処理される材料の量が低減される。これは、再加工に供給されなければならない材料の量、特に接合されるウェーハスタックの数を低減させることができるという利点を提供し、これは経済性及び調達上の利点を伴う。これに関連して、近い時点とは、いずれにせよ、ウェーハの研削前に測定が行われることを意味する。前述のように、研削処理は不可逆性の処理を構成し、破局的な障害、特に個々の接合されたウェーハスタックの全損失を招く可能性がある。しかし、近い時点とは、所与のウェーハスタックの検査が行われる前に最大10個のさらなるウェーハスタックが接合されていることを意味することが有利である。この数を7つ未満、又はさらに5つ又は3つ未満に低減させることができると、さらに良好である。これらの数は、本発明によれば、一時的接合処理後、特に一時的接合ステップ直後にすべての接合されたウェーハスタックが測定ステップ/検出ステップへ供給される処理シーケンスに関連する。処理シーケンス中に検査ステップを待っているこれらのウェーハスタックの前述の低減は、本発明によれば、一時的接合ステップを実行するデバイスが空間内で測定デバイスに可能な限り近くに位置する生産環境の構成によって実現できることが有利である。具体的には、これは、測定デバイスを一時的接合デバイス内へ統合することによって実現することができる。従来、この統合手法は、本業界ではインライン統合又はインライン計量と呼ばれる。これは、本発明によれば、従来技術から知られている任意の一時的接合手法と組み合わせて実施することができる。たとえば、測定デバイスを熱可塑性又は紫外線硬化性の接着剤のために一時的接合ユニット内へ統合することも考えられ、これらのユニットは従来、接着剤を塗布する1つ又は複数の被覆モジュールと、1つ又は複数の接合モジュールとを含み、処理すべきウェーハはこれらのモジュール間を、特にユニットの一部である自動ウェーハ取扱いデバイスによって動かされる。使用される接着剤のタイプに応じて、システム内に加熱モジュールをさらに統合することもでき、接着層から溶剤を除去するために使用される。従来、ウェーハをこれらのシステム内へ位置合わせするのに適した当業者には知られている位置合わせデバイスを統合することができることも有利である。
さらに、本発明の1つの基本的な概念は、接着層内の空隙、ならびに接着層厚さ、及びこの接着層厚さの起こりうる変動を検出することからなる。
本発明の別の態様は、取得した値をデータとして自動的に評価し、ウェーハをさらに処理するか、それともウェーハを処理チェーンから除去するかについて自動的に決定することができることである。
本発明の別の中心的な態様は、本発明の主題を、製品ウェーハを一時的に接合する自動処理デバイス内へ統合することからなる。このようにして、処理デバイスの生産性を低減させることなく、各製品ウェーハの可能な限り完全な分析が可能になる。したがって、検出/測定は、「インライン」式で、したがって「インライン計量」として行われる。したがって、本発明による測定手段の一実施形態によれば、この測定手段はウェーハ処理システム内で、特にインラインで使用することができる。
本明細書では、本発明の主題によって、モジュール状の構造の処理モジュールが、処理シーケンス又は処理チェーンに対してインラインに位置する。ウェーハ処理システム内では、以下のモジュール：
- 特に接着剤、有利には一時的接着剤でウェーハスタックを少なくとも部分的に塗装する塗装モジュールと、
- ウェーハスタックのウェーハ層を接続する接合モジュールと、
- 検査モジュール内の本発明による測定手段と、
- 特に1つ又は複数のロボットアームを備え、ウェーハ処理システム内の各ウェーハスタックを1つのモジュールから次のモジュールへ輸送する取扱い手段と、
- 任意選択で、溶剤を除去する加熱手段と
を一緒に使用することが特に有利である。
これに関連して、特に製品ウェーハの再薄厚化前に偏差が検出された場合、製品ウェーハ又はウェーハスタックを再加工にかけることが可能である。これは特に、製品ウェーハがキャリアから再び切り離され、一時的接合処理全体を再び実施できるように構成される。この切離しステップのために、この目的専用のシステム又はインラインモジュールを使用することができる。具体的には、この目的には剥離システムが特に適しており、従来、薄い製品ウェーハをキャリアから切り離すために使用されている。任意選択で、この剥離システムに対してこの目的で設計された処理パラメータを、薄くなった製品ウェーハ又は完全には薄くなっていない製品ウェーハの剥離要件に適合させることができる。この再加工処理は、費用効果の高い生産の目的で非常に重要である。具体的には、これらの3D ICウェーハスタックに対して予期されうる非常に複雑な製品ウェーハ又はウェーハスタックは、すでに生産の流れをずっと進んできたため、この段階で非常に大きな価値を有する。これらのウェーハスタックの価値は一般に、1000ユーロ、一部ではさらに10,000ユーロを超過する。したがって、本発明によれば、ウェーハスタックの全損失を招くはずのいわゆる破局的な障害を時間どおりに、又は可能な限り早く検出し、それ以降はこの再加工処理が不可能になる処理ステップをウェーハスタックが通過する前に、それらのウェーハスタックを再加工処理に供給することが必要である。これに関連して、厚さを低減させるためのウェーハスタックの研削は、いずれにせよ、それ以降はこの再加工処理が不可能になり、そうでなければ製品ウェーハの全損失をもたらす恐れがあるステップと見なすことができる。
ウェーハスタックに機械的に作用することなく、特にウェーハスタックから距離Hを空けて、測定手段を機能させる範囲内で、測定/検出は、測定手段によって特に注意深く、特に接触しないように行うことができる。超音波を使用するとき、超音波の伝搬に必要な接触は、ウェーハスタック上に提供される超音波の伝送に適した流体の作用剤を介して、ウェーハスタックと測定手段との間で行われる。この場合、1つの好ましい形態によれば、流体の作用剤とウェーハスタックとの間に、ウェーハスタックを液体から遮蔽する分離器、特に膜を提供することができる。分離器は、超音波の伝送に適していなければならない。膜の下の空間は、膜がウェーハスタック上で可能な限り均一かつ平坦に位置するように、排気できることが好ましい。周囲圧力のみが膜をウェーハスタック8に完全にくっつけるため、負圧の使用は不可欠である。そうでなければ、空気は音波を少なくとも大きく反射するため、空気で充填された空胴により、測定結果の質が落ちる可能性がある。
本発明の1つの有利な実施形態によれば、測定手段、特に送信器及び受信器を同時に使用して層厚さ及び空隙を検出することができ、特に層分解能は、10μm未満、好ましくは1μm、さらに好ましくは0.1μm未満である。本発明によれば、特に互いに隣り合ったいくつかの送信器/受信器ユニットを同時に使用し、それに対応してより迅速に表面を走査できるようにすることがさらに考えられる。層分解能とは、基準平面Rに対して横方向であり、したがって深さ分解能又は垂直分解能又は厚さ分解能を意味する。
測定信号の直径Dは、有利には1μm〜100μm、特に5μm〜50μm、好ましくは10μm〜30μmである。レーザビームの場合、前述の直径Dは、たとえばレーザビームの直径に対応する。
本発明の別の有利な実施形態では、5mm未満、好ましくは3mm未満、さらに好ましくは1mm未満、最も好ましくは0.5mm未満の距離X及びYを有する格子内で、隣接する測定点を測定手段によって測定することができる。したがって、ウェーハスタック全体のブランケット格子状の感知は、本質的にすべての空隙を可能な限り継ぎ目なく検出できるように行われる。
横方向、したがって基準平面Rに対して平行である測定信号の幅分解能は、有利には0.1μm〜50μm、特に1μm〜30μm、好ましくは10μm〜20μmである。たとえばレーザビームは、特定の測定点で測定するものとする。しかし、レーザビームは測定点に正確には当たらず、ΔX/ΔYだけそれる。ここでΔX及びΔYは、幅分解能に対応する。特に幅分解能の場合、空隙の範囲、したがって幅又は直径が取得される。幅分解能が良ければ良いほど、より多くの測定が得られるはずである。したがって、可能な限り、急速な測定と可能な限り多くの空隙の検出との間で最適値を設定しなければならない。ウェーハ又はウェーハスタックの標的厚さが薄ければ薄いほど、小さい空隙はすでにより危険である。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、測定/検出は2段階であり、特に第1の高速の粗い測定手段と、任意選択の第2の非常に精密な測定手段とによって行われる。第1の測定手段で場合によっては危険であると見なされたウェーハスタックのみが、第2の測定手段を通過する。第2の測定手段は、可能な限り処理の流れを混乱させないように、インラインでは提供されない。したがって、評価ユニットによって第1の測定手段で場合によっては危険であると見なされたウェーハスタックは、処理シーケンスから少なくとも一時的に分離される。
点格子距離と、測定信号の直径Dと、幅分解能との関係を、図9に示す。
この方法は、インシトゥ及び/又はインラインで使用することができる。インシトゥとは、技術的/物理的/化学的処理ステップ中にこの方法を使用することを意味する。たとえば本明細書では、構造ウェーハの再薄厚化又は薬浴における縁部区間のエッチングを指すものとする。
インラインとは、別の処理モジュールの上流又は下流に位置する処理モジュール内でこの方法を使用することと定義する。第1のモジュールは、本発明による一実施形態では、接合ステーションとすることができる。この場合、典型的な実施形態では、次のモジュールは、ウェーハスタックを測定する本明細書に記載の測定手段であるはずである。接合ステーション内でウェーハスタックが接合されるとき、測定ステーション内では、事前に接合されたウェーハスタックの1つ、有利には、近い時点という用語に関する前述の説明に従って可能な限り近い時点で事前に接合されたウェーハスタック、特に直前に接合されたウェーハスタックが、測定/感知される。したがって、インラインは、本発明による方法の分離が独自のモジュール内へ行われるが、このモジュールは、他の処理ステップを有する処理チェーン内へシステム統合されているという点で、インシトゥとは異なる。
さらに、本発明による測定手段は、少なくとも1つの測定点上で1つの表面までの距離を測定するために、特に送信器及び受信器に機械的に結合された好ましくは固定式の干渉計、特に白色光干渉計を備えることが有利である。
したがって、測定手段に関して説明した前述の特徴は、本発明によるデバイス及び本発明による方法に当てはまる。
本発明の他の利点、特徴、及び詳細は、図面を使用する好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
第1の実施形態における本発明による測定手段を示す図である。 第2の実施形態における本発明による測定手段を示す図である。 第3の実施形態における本発明による測定手段を示す図である。 第4の実施形態における本発明による測定手段を示す図である。 ウェーハスタックの起こりうる品質欠陥を示す図である。 いくつかの測定点を測定/感知する本発明による方法シーケンスを示す図である。 いくつかの測定点を測定/感知する本発明による別の方法シーケンスを示す図である。 いくつかの測定点を測定/感知する本発明による別の方法シーケンスを示す図である。 本発明による測定手段で赤外線信号によって感知されたウェーハスタックの写真である。 本発明によるウェーハ表面の測定/感知のグラフである。 本発明に係る評価アルゴリズムの実行の一例を示す図である。 ウェーハスタックを処理する本発明によるデバイスの概略図である。 ウェーハスタックの空隙の検出の概略図である。 本発明による測定手段で超音波信号によって感知されたウェーハスタックの写真である。 ウェーハスタックを処理する本発明によるデバイスの概略図である。 第5の実施形態における本発明による測定手段を示す図である。
これらの図では、同じ作用を有する同じ構成要素及び部分を同じ参照番号で識別した。
図8は、1つの構造ウェーハ1、1つの接続層2、及び1つのウェーハ3からなるウェーハスタック8を処理する本発明によるウェーハ処理デバイスを示す。構造ウェーハ1は、構造ウェーハ1と接続層2との間の遷移部15で、構造ウェーハ1の表面内へ導入されたコンタクト14と、表面から突出し、金属合金からなることができるバンプ13とを有する。構造ウェーハ1はまた、構造をもたなくてもよく、同様にウェーハ3は、構造を有することもできる。
ウェーハスタック8は、構造ウェーハ1の表面に対向する該ウェーハスタックの平坦な面が、マウント12、ここではチャックの表面16上に固定される。固定は、マウント12の真空経路17を介して行われる。
接続層2は一時的接着剤として作られ、この一時的接着剤によって、構造ウェーハ1はウェーハ3上へ一時的に接合される。したがって、接続層2とウェーハ3との間にはさらなる遷移部18が位置する。
デバイスは、基準平面Rに沿ってウェーハスタック8に対して動くことができる測定手段11をさらに有する。相対的な運動性能が必要であり、したがって、特にマウント12を動かすことによってウェーハスタック8を動かすことも、同様に考えられる。ここでは、たとえば基準平面RにまたがるXY座標系において、測定手段11とウェーハスタック8との間の相対的な運動を感知できる必要がある。
図1〜図4では、測定手段11の動作を異なる形態で示す。図5は、ウェーハをつなぎ合わせる上で起こりうる問題を示す。たとえば、接続層2は、均一でない層厚さを有する可能性がある。理論上は、ウェーハ1、3はあらゆる箇所で等しい厚さを有するはずである。図5は、ウェーハ1、3が均一でない厚さ分布を有する可能性もあることを示す。さらにウェーハは、いわゆる「空隙」4を有する可能性もある。
図1によれば、測定手段11は筐体5からなり、筐体5の底部には送信器9及び受信器10が位置する。送信器9及び受信器10は、ウェーハスタック8の方向に、特に基準平面Rに対して平行に位置合わせされる。測定は、接合されたウェーハスタック8内へ送信器9によって射出される波、及び受信器10で取得される異なる材料間の個々の遷移部15、18における反射に基づいて行われる。受信器10は、電磁波又は超音波の形の信号を検出する信号検出器として作られる。
具体的には、使用されるウェーハ1、3及び接続層2の接着材料の十分な透過性を有する適切な波長の電磁波が、信号波として適している。シリコンウェーハの場合、これはたとえば、赤外線範囲内の光又はx線放射とすることができる。ガラスウェーハの場合は、可視範囲内の光が適しているはずであり、適したガラスを使用するときは、紫外線範囲内の光が適しているはずである。
電磁放射に対する信号源は、特に筐体5内に位置することができ、特に送信器9内に統合することができる。電磁波とは別に、音波、特に100kHz〜800MHz、好ましくは100MHz〜400MHzの超音波範囲内の波も適している。
赤外線範囲内、特に1050nm〜10μm、好ましくは1300nmの光波長の電磁放射を有する光源の使用が好ましい。測定手段の光学系は、電磁波のビームをウェーハスタック8上へ集束及び経路指定できるように設計される。
図2、図3、及び図4に示す例示的な実施形態と同様に、送信器9及び受信器10又は筐体5が、ウェーハスタック8又はウェーハスタック8に塗布された液体7に直接接触する範囲内で、接触結合によって測定/感知が行われる。本発明によれば、このタイプの接触結合は、主に超音波が使用されるときに行われる。
電磁波を使用するとき、送信器-受信器ユニットとウェーハスタック8との間には距離Hが存在する。
図3に示す液体7による超音波測定の場合、測定前に液体7をウェーハスタック8に塗布し、超音波送信器を有する筐体5を液体7中へ浸漬して超音波をウェーハスタック8へ伝送し、送信器9及び受信器10による測定を可能にする。本明細書では、送信器9は超音波送信器とすることができる。液体7は概して、筐体5を通じて塗布される。筐体5は供給線25を有し、供給線25を介して、特に液体リザーバからの液体7の連続流入が行われる。
さらに、図4による実施形態では、液体7とウェーハスタック8との間に、液体7からウェーハスタック8を保護するための膜6が位置する。膜6は、ウェーハスタック8の表面のトポグラフィに整合できるように弾性を有する。液体7は、膜6の表面に塗布される。次いで、測定信号が射出され、液体及び膜6を通ってウェーハスタック8内へ入る。膜6の下の空間は、排気できることが好ましく、測定が行われる前に排気される。排気は、筐体5の側面にかかる空気圧がウェーハ3の表面上へ膜6を押しつけるという利点を有する。これにより、膜は空胴を形成することなくウェーハ3の表面を覆い、したがって信号の射出は、特に気相がない状態で、固体及び/又は液体のみを介して行われる。
図4による実施形態の1つの特に有利な形態では、膜6は、周辺の膜壁26によって形成される谷形の液体リザーバ27によって、液体リザーバとして使用される。したがって、この特別な実施形態では、本発明によれば、液体リザーバ27と供給線25との間に閉回路が存在すると考えられる。このようにして、測定/感知の非常に明確な実行が可能である。
1つの特に好ましい実施形態では、デバイスが液体の取扱いに対して谷形の液体リザーバ27のみを含み、特に少なくとも測定処理中は液体のための回路が完全に省かれることも考えられる。特に保守の手間を簡単にするために、液体リザーバ27との間の液体の供給及び排出は、この場合、液体の供給及び液体の放出のための図示しない適切な手段によって行われる。排出は任意選択で行われるものとする。
遷移部15、18及びマウント表面16に反射された電磁波又は超音波の形の信号は、1つの適した受信器10によって一度に評価され、構造ウェーハ1、接続層2、及びウェーハ3の様々な材料中の波の伝搬速度を考慮して、ウェーハ3の材料の厚さd1又は接続層2のd2及び構造ウェーハ1のd3に関する精密な結論を可能にする。したがって、ウェーハスタック8の層、したがって構造ウェーハ1、接続ウェーハ2、及びウェーハ3の厚さ及び厚さ均一性の精密な検出が可能である。ウェーハスタック8全体にわたって平行に、又は基準平面Rに沿って測定手段を動かすことによって、局所的な分解能で対応する測定点における層厚さを判定することができる。
上記のように、ウェーハスタック8を測定/感知するために、送信器9及び受信器10に対する運動が行われる。これは、ウェーハスタック8もしくは送信器-受信器ユニットを動かすことによって、又は2つの可能な動きの組合せによって実現することができる。特に、1つのX軸及び1つのY軸に沿って、したがって基準平面Rに対して平行にウェーハスタックを動かす移動手段によって、可能な限り少ない軸が必要とされる構成が、選択されることが好ましい。測定手段は、しっかりと取り付けられることが好ましい。
図6a〜図6cでは、ウェーハスタック8全体を感知する最も重要な走査方法が示されており、図6aでは、感知は蛇行して行われる。蛇行した走査は、感知距離を非常に迅速に横断できるという利点を有する。記録には悪影響である。別のタイプの走査は、図6bによる線走査である。このタイプの走査は、直線駆動装置によって実現することができ、直線駆動装置の平行移動ユニットの起こりうる遊び、特に逆方向の遊びが最小になる。具体的にはこの態様は、前述の2段階の測定方法、特に第2の測定手段で特に有利である。別の代替形態はの一定の前進からなり、ウェーハスタック8が回転する状態で筐体5は、ウェーハスタック8の中心に向かう。これにより、螺旋状の感知を行う。前述の走査方法では、走査を連続して行うことが一般的である。個々の測定点の連続測定信号は、それに応じて評価ユニットによって変換及び評価される。1つのウェーハスタックを走査する時間は、特に本発明によるインラインに統合された測定手段の場合、180秒未満、好ましくは100秒未満、より好ましくは60秒未満である。インラインに統合されていない測定手段、特にインラインに統合された測定手段に加えて提供される測定手段、特に、特に分離されたウェーハスタックの詳細な検査に使用される測定手段の場合、検査時間もはるかに長くなる可能性がある。これらの測定処理が10分を超え、多くの場合は20分又は30分を超えることも十分に考えられる。
接着層2内に空隙4が存在する場合(図7a)、この空隙4内では、射出された波を中継することはまったく不可能であり、又は異なる伝搬速度でしか不可能である。音波の場合、空隙4内の伝搬は同様に完全に阻止され、したがって、反射した波(図10)を使用して、障害4に関する結論を非常に明確に引き出すことができる。
電磁波、特に赤外光の場合、測定デバイスは、干渉によって様々な遷移部又は断面15、16、18を検出し、したがって層厚さd1、d2、d3に関する結論を引き出すことができる。層厚さd1、d2、d3の判定は、干渉による遷移部15、16、18におけるピークの検出を介して間接的に行われる。これらのピークの差に基づいて、遷移部15、16、18によって区切られたそれぞれの層厚さを演算することができる。評価ユニットは、この演算を自動的に実行する。ここでは、測定された層厚さは層の屈折率に一次的に依存することに注意しなければならない。これは、電磁波が異なる材料中を異なる速度で伝搬し、層を通る信号走行時間が、受信器によって検出されるピークの位置/間隔に一時的な影響を与えるためである。1つの好ましい実施形態では、それに対応して補正しなければ、1つの層に対して測定される層厚さは、より高い屈折率(n)を有する層の方が、屈折率(n)の倍高く見える。
たとえば、接着剤領域内で厚さd2を有する接着層に対して測定される層厚さはd2*nとなるはずであり、接着層内に位置する起こりうる空隙の領域内で測定される層厚さはd2*1となるはずである。これは、空気及び真空の屈折率がほぼ1であることに基づく。異なる材料に対する屈折率(n)は、当業者には知られている方法で判定することができる。従来、これらの値はまた、使用される電磁信号の波長にも依存する。1300nmの波長を有する赤外光の場合、現在の熱可塑性の接着剤に対する屈折率は、たとえば1.2〜2.5の範囲内とすることができるが、大部分の場合は1.3〜2、より典型的には1.4〜1.9の範囲内とすることができる。
接着層厚さに対する測定の結果、前述の影響により、空隙の領域内で、測定される層厚さの急な低下を招いている(図7b、図7c)。これは、適した評価アルゴリズムによる空隙4に関する結論を可能にする。図7a〜図7cからの図/グラフのX軸は、ウェーハスタックの左縁部までのそれぞれの距離を構成する。
評価アルゴリズムの実行の一例を図7cによって示す。評価ユニットは、自由に画定可能な窓が測定領域内の監視領域21を監視するように設計される。信号が監視領域21に入った場合、対応する動作が設定される。これについて、一例を使用して説明する。図7cは、接続層2の層厚さd2(厚さ)を、ウェーハスタック8に沿った距離の関数として構成する。見かけ上、この例における接続層2の層厚さは、37〜42μmで変動する。この場合、この厚さ値は、接着剤の厚さに対して測定された値を表し、屈折率による補正は行われていない。これは、実際の接着剤の厚さは、この場合、示されている厚さ値を屈折率で割ることによって演算できることを意味する。特別な実施形態では、バンプ、ダイス、空隙、気泡などを区別することができる。これらは、異なる深さ/厚さ/信号偏差によって特徴付けられるはずである。ここでは、厚さからの信号偏差を検出できるすべての対応するアルゴリズムが企図される。これらの評価アルゴリズムはまた、たとえばこれらの空隙の表面的な延長も考慮する適切なアルゴリズムと組み合わせることが有利である。空隙の表面的な延長は、前述の評価技法によってX/Y座標系内で収集されたすべての厚さ値を評価することによって判定することができる。測定されない可能な中間値は、補間によって判定できることが有利である。
赤外線測定又は超音波測定の場合、個々の層の厚さに対して測定される値が、個々の遷移部上の反射に基づく差分計算によって得られるため、測定/取得は、ウェーハスタック8からの送信器9/受信器10の距離Hとは独立して行われる。

ウェーハ全体にわたって測定すべき個々の層の厚さ分布を判定できるようにするには、ウェーハ全体にわたって分散された複数の測定点を収容する必要がある。測定点は、適した座標系(図10参照)内に構成されることが有利であり、これは後に分析及びデータ処理を容易にする。測定点の取得のための座標系は、検査すべきウェーハに割り当てられた局所的な座標系に対応することが有利である。適した座標系には、たとえばデカルト座標系又は極座標系がある。測定点は、典型的には適当な信頼性で予期できる欠陥(空隙)を検出するのに十分なほど互いに密接して配置されることが有利である。具体的には、後処理で前述の破局的な障害をもたらすほどの寸法の欠陥を検出することが望ましい。層分解能は、好ましくは10μmより良く、さらに好ましくは1μmより良く、最も好ましくは0.1μmより良くするべきである。
図10による測定信号の直径Dは、有利には1μm〜100μm、特に5μm〜50μm、好ましくは10μm〜30μmである。レーザビームの場合、前述の直径Dは、たとえばレーザビームの直径に対応する。
横方向、したがって基準平面Rに対して平行である測定信号の幅分解能は、0.1μm〜50μm、特に1μm〜30μm、好ましくは10μm〜20μmである。
空隙に関する手順と同様に、測定点の格子が固定されるとき、典型的に生じる厚さ変動の波長が考慮されることが有利である。前述の考慮に基づいて、ほぼ1〜3mmおきに測定点を設定することが有利であることが実証された。空隙をより確実に認識できるように、0.8mmもしくは0.5mm、又はさらには0.25mmおきに測定点を設定することがさらに理想的である。特に標的ウェーハ厚さが非常に小さく影響を受けやすい適用分野の場合、0.1mmおきに測定点を設定できることも有利である。
構造ウェーハ1が金属被覆、ドープ、又はバンピングされているため、たとえば赤外線などの特定の電磁波が構造ウェーハ1を透過できないことは非常に多い。金属被覆は、たとえばウェーハ表面上又はウェーハ内のコンタクト14を通じて存在することができる。バンプ13は、同様に赤外線を通さない金属被覆からなる。さらに、ウェーハをドープすることもできる。ドープはほぼ必ず、主に構造ウェーハ内で行われ、赤外線の透過性を低減させる。
測定手段11に加えて、又は測定手段11内へ統合された干渉計19によって、ウェーハスタック8をマウント上に堆積させる前に、マウント12の表面16を測定することができる。図8では、マウント表面16の表面の凹凸は、反りによって表されている。しかし、表面の不規則性は他の形状を有する可能性もある。これは、白色光干渉計19によって測定される。白色光干渉計19によって距離プロファイルを測定した後、ウェーハスタック8がマウント12上に配置される。次いで、白色光干渉計19によって測定が繰り返され、したがって、第2の距離プロファイル、具体的にはウェーハスタック8全体の距離プロファイルが得られる。2つの距離プロファイルの差は、ウェーハスタック8の全体的な高さに対応する。
したがって、対応する演算によって遷移部15、18の前述の測定/検出と組み合わせると、図8によれば、ウェーハスタック8の全体的な厚さからウェーハ3の層厚さd1'及び接続層2のd2'を引くことによって、層厚さd3'を判定することもできる。
別の利点は、赤外線又は超音波による走査処理中に白色光干渉計をスキャナとして使用することによって得られる。白色光干渉計スキャナは、ウェーハスタックの縁部を越えて1つの線のみに沿って動かされる。ここでスキャナは、ウェーハスタック8の表面の上に位置するときはウェーハスタック8の表面までの距離、又はウェーハスタック8を越えて進んだときはマウント表面16までの距離を連続して測定する。この点で、たとえば熱変動のために実際の赤外線又は超音波走査中にシステム全体の高さが変化した場合、白色光干渉計スキャナは、絶対距離を判定できるため、高さの変動に基づいてこれを検出する。境界面15、16、及び18上で干渉によって生じるピークのみを干渉によって測定する赤外線スキャナとは対照的に。したがって、赤外線スキャナは、相対的な距離、したがって厚さを測定することができる。赤外線スキャナは常に少なくとも2つの信号を必要とし、これらの信号の差から、それぞれの層の厚さを演算することができる。したがって、赤外線スキャナは「振動」及び熱変動の影響を受けない。逆に白色光干渉計スキャナは、送信器-受信器ユニットまでの距離を測定する。走査線全体にわたる走査周波数がシステム全体の高さの変化よりはるかに速い場合、システム全体の高さの変化を時間の関数として取得することができる。
図7aは、本発明による測定手段で測定されるウェーハスタック8を示す。ウェーハスタック8の直径は300mmであり、色で表す深さを有するいくつかの空隙4が発見された。図7aによるウェーハスタック8の2次元評価は、図7bでは評価ユニットによるグラフの形で行われ、グラフに対応する図７ａにおける線が書き込まれている。図7bでは、ウェーハスタックの中心に位置する空隙4がどのような断面で現れるかを理解することができる。
別の実施形態では、ウェーハスタック8の縁部区間Bが、化学処理中に前述の測定手段によってインシトゥ測定される。図6cからの測定方法が使用されることが好ましい。化学物質22で接続層2の縁部区間接着剤28を溶解させながら、この切離し処理の進行を測定手段11によって連続して測定することができる。この方法は、構造ウェーハとキャリアウェーハを縁部上のみで接合するウェーハスタック8に適用されることが有利である。これらの技法は、当技術分野の当業者には知られている。
図12に示す別の実施形態によれば、電子構成要素23、特にダイスを覆う層、特にモールド24内の空隙4は、前述の測定手段の1つによって検出することができる。
本発明で好ましいドープ元素は、ホウ素、インジウム、アルミニウム、もしくはガリウムなどの第3属の元素、又はリン、ヒ素、もしくはアンチモンなどの第5属の元素である。
1 構造ウェーハ
2 接続層
3 ウェーハ
4 空隙
5 筐体
6 膜
7 液体
8 ウェーハスタック
9 送信器
10 受信器
11 測定手段
12 マウント
13 バンプ
14 コンタクト
15 遷移部
16 マウント表面
17 真空経路
18 遷移部
19 干渉計
20 測定信号
21 監視領域
22 化学物質
23 電子構成要素
24 層
25 供給線
26 膜壁
27 液体リザーバ
28 縁部区間接着剤
R 基準平面
d1、d1' 層厚さ
d2、d2' 層厚さ
d3、d3' 層厚さ
H 距離
B 縁部区間

Claims (16)

  1. 複数の層が接合されたウェーハスタック（８）であって、接合処理後かつ研削処理前の前記ウェーハスタック（８）の１つ又は複数の層の層厚さ及び空隙を、前記ウェーハスタック（８）上に分散された複数の測定点上で測定及び／又は取得する測定手段であって、
    電磁波又は超音波の形の信号を放出するように、前記ウェーハスタック（８）に対して移動可能な送信器（９）と、
    前記送信器（９）によって送られて前記ウェーハスタック（８）上の前記複数の測定点で反射された信号を受け取るために前記ウェーハスタック（８）を走査するように、前記送信器（９）とともに前記ウェーハスタック（８）に対して移動可能な受信器（１０）と、
    前記受信器によって受け取った前記信号を評価する評価ユニットであって、前記ウェーハスタック（８）の層間の少なくとも２つの遷移部（１５、１８）によって反射された信号を前記評価ユニットによって区別することができ、互いに対する距離及び／又は基準平面（Ｒ）までの距離を判定することができ、前記基準平面（Ｒ）に対して平行な前記ウェーハスタック（８）及び／又は前記測定手段（１１）の移動、したがって前記基準平面（Ｒ）に沿った各測定点の位置を検出することができ、前記１つ又は複数の層の層厚さの均一性の評価結果を含む前記信号の評価結果に基づいて、前記ウェーハスタック（８）に対する処理をさらに行うか又は前記ウェーハスタック（８）を処理チェーンから除去するかを決定する、評価ユニットと、
    を備える測定手段。
  2. 前記測定手段（１１）をウェーハ処理デバイス内で使用することができる、請求項１に記載の測定手段。
  3. 前記測定手段（１１）をウェーハ処理デバイス内で、インラインで使用することができる、請求項１又は２に記載の測定手段。
  4. 前記ウェーハスタック（８）に機械的に作用することなく、前記測定手段（１１）を機能させる、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定手段。
  5. 前記ウェーハスタック（８）に機械的に作用することなく、前記ウェーハスタック（８）から距離（Ｈ）を空けて、前記測定手段（１１）を機能させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の測定手段。
  6. 前記送信器（９）及び前記受信器（１０）を同時に使用して層厚さ及び空隙を検出することができる、請求項１から５のいずれか一項に記載の測定手段。
  7. 層分解能が、１０μｍ未満である、請求項６に記載の測定手段。
  8. ５ｍｍ未満の距離を空けて隣接する測定点を前記測定手段（１１）によって測定することができる、請求項１から７のいずれか一項に記載の測定手段。
  9. 前記測定手段が、研削処理又は分離処理中のインシトゥ測定にも適用可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載の測定手段。
  10. マウント（１２）であって、１つのマウント表面（１６）上に前記ウェーハスタック（８）を収容及び固定し、固定された前記ウェーハスタック（８）を前記基準平面（Ｒ）に対して平行に動かすマウント（１２）の前記１つのマウント表面（１６）までの距離を、前記測定点のうちの少なくとも１つの上で測定する干渉計を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の測定手段。
  11. 前記干渉計は、前記送信器（９）及び前記受信器（１０）に機械的に結合又は固定された干渉計である、請求項１０に記載の測定手段。
  12. 前記干渉計は、白色光干渉計である、請求項１０又は１１に記載の測定手段。
  13. 前記送信器（９）及び前記受信器（１０）が筐体（５）内に位置する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定手段。
  14. 複数の層が接合されたウェーハスタック（８）に対して、前記ウェーハスタック（８）の一時的接合及び分離を含む処理を行うウェーハ処理デバイスであって、
    前記ウェーハスタック（８）の１つ又は複数の層の層厚さ及び空隙を、接合処理後かつ研削処理前の前記ウェーハスタック（８）上に分散された複数の測定点上で測定及び／又は取得する測定手段を備え、前記測定手段が、
    電磁波又は超音波の形の信号を放出するように、前記ウェーハスタック（８）に対して移動可能な送信器（９）と、
    前記送信器（９）によって送られて前記ウェーハスタック（８）上の前記複数の測定点で反射された信号を受け取るために前記ウェーハスタック（８）を走査するように、前記送信器（９）とともに前記ウェーハスタック（８）に対して移動可能な受信器（１０）と、
    前記受信器によって受け取った前記信号を評価する評価ユニットであって、前記ウェーハスタック（８）の層間の少なくとも２つの遷移部（１５、１８）によって反射された信号を前記評価ユニットによって区別することができ、互いに対する距離及び／又は基準平面（Ｒ）までの距離を判定することができ、前記基準平面（Ｒ）に対して平行な前記ウェーハスタック（８）及び／又は前記測定手段（１１）の移動、したがって前記基準平面（Ｒ）に沿った各測定点の位置を検出することができ、前記１つ又は複数の層の層厚さの均一性の評価結果を含む前記信号の評価結果に基づいて、前記ウェーハスタック（８）に対する処理をさらに行うか又は前記ウェーハスタック（８）を処理チェーンから除去するかを決定する、評価ユニットと、
    マウント（１２）であって、１つのマウント表面（１６）上に前記ウェーハスタック（８）を収容及び固定し、前記固定されたウェーハスタック（８）を前記基準平面（Ｒ）に対して平行に動かすマウント（１２）と、を備える、
    ウェーハ処理デバイス。
  15. 前記ウェーハスタック（８）を少なくとも部分的に塗装する塗装モジュールと、検査モジュールと、接合モジュールとを備えるインラインシステムである、請求項１４に記載のウェーハ処理デバイス。
  16. 複数の層が接合されたウェーハスタック（８）の１つ又は複数の層の層厚さ及び空隙を、接合処理後かつ研削処理前の前記ウェーハスタック（８）上に分散された複数の測定点上で測定及び／又は取得する方法であって、以下のシーケンスで、
    前記ウェーハスタック（８）の前記層の前記層厚さ及び空隙を、接合処理後かつ研削処理前の前記ウェーハスタック（８）の１つの平坦な側面に対して前記測定点で測定及び／又は取得するように測定手段を構成するステップと、
    前記測定手段の送信器によって、電磁波又は超音波の形の信号を放出し、前記測定手段の受信器によって前記ウェーハスタック（８）を走査して、前記ウェーハスタック（８）上の前記複数の測定点によって反射された前記信号を受け取るステップと、
    評価ユニットによって、前記受信器によって受け取った前記信号を評価するステップであって、前記ウェーハスタック（８）の層間の少なくとも２つの遷移部によって反射された信号を前記評価ユニットによって区別し、互いに対する距離及び／又は基準平面（Ｒ）までの距離を判定し、前記基準平面（Ｒ）に対して平行な前記ウェーハスタック（８）及び／又は前記測定手段の移動、したがって前記基準平面に沿った各測定点の位置を検出することができ、前記１つ又は複数の層の層厚さの均一性の評価結果を含む前記信号の評価結果に基づいて、前記ウェーハスタック（８）に対する処理をさらに行うか又は前記ウェーハスタック（８）を処理チェーンから除去するかを決定する、評価するステップと、を含む、方法。
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