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KR101895183B1 - 웨이퍼 스택에 있는 결함 및 층 두께를 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

웨이퍼 스택에 있는 결함 및 층 두께를 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

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KR101895183B1
KR101895183B1 KR1020177029911A KR20177029911A KR101895183B1 KR 101895183 B1 KR101895183 B1 KR 101895183B1 KR 1020177029911 A KR1020177029911 A KR 1020177029911A KR 20177029911 A KR20177029911 A KR 20177029911A KR 101895183 B1 KR101895183 B1 KR 101895183B1
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KR
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wafer stack
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KR1020177029911A
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Inventor
마르쿠스 빔플링거
Original Assignee
에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
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Publication date
Application filed by 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하 filed Critical 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 스택 위에 분포된 복수의 측정점들에서 웨이퍼 스택의 하나 또는 그 이상의 층의 결함 및/또는 층 두께를 탐지하거나 및/또는 측정하기 위한 측정 장치 및 방법, 그리고 이에 상응하는 웨이퍼 처리 장치에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 스택에 있는 결함 및 층 두께를 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법{MEASURING DEVICE AND METHOD FOR MEASURING LAYER THICKNESSES AND DEFECTS IN A WAFER STCAK}
본 발명은 청구항 제1항에 따라 웨이퍼 스택 위에 분포된 복수의 측정점들에서 웨이퍼 스택의 하나 또는 그 이상의 층의 보이드(void) 및/또는 층 두께를 탐지하거나 및/또는 측정하기 위한 측정 수단에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 청구항 제8항에 따라 웨이퍼 스택을 처리하기 위한 웨이퍼 처리 장치 및 청구항 제10항에 따라 웨이퍼 스택 위에 분포된 복수의 측정점들에서 웨이퍼 스택의 하나 또는 그 이상의 층의 보이드 및/또는 층 두께를 탐지하거나 및/또는 측정하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 업계에서는 현재 웨이퍼 접합 공정에 있어서의 개발이 점점 더 중요하게 된다. 따라서, 휴대폰 및 그 외의 다른 휴대용 장치, 가령, 게임 콘솔(game console)에 있어서, 예를 들어, 신규 기능들, 가령, 모션 센서(motion sensor) 및/또는 배향 센서(orientation sensor)들로 인해, 가속도와 회전속도를 탐지할 수 있는 미세전자기계(MEMS) 부품(component)들에 대한 요구가 급격하게 증가하고 있다.
급격하게 성장하고 있는 또 다른 분야는 소위 3-차원 IC로서 제조되는 부품들이다. 이러한 부품들은 실리콘을 통한 접촉에 의해 서로 연결되는 트랜지스터("활성층(active layer)")를 가진 몇몇 층들로 구성되는 칩 시스템(chip system)을 포함한다. 이러한 판-관통 홀(plated-through hole)들은 업계에서 "실리콘 관통전극(through silicon vias)" 또는 약자로 "TSV"로 지칭된다.
이러한 TSV를 가능한 최대로 경제적으로 제조할 뿐만 아니라 그 외의 다른 원하는 이점, 가령, 전체적으로 소형의 포장 크기를 구현할 수 있도록 하기 위하여, TSV 제조 후 또는 TSV 제조 공정 동안 웨이퍼를 적절한 크기로 얇게 만드는 것이 필요하다. 이에 따라, 이제, 소위, 최초 공정, 중간 공정 및 최종 공정 간에서 구분지어진다(distinuished). 웨이퍼 간벌 공정(thinning)에 대해서, 원하는 목표 두께는 웨이퍼를 한 공정 단계로부터 그 다음 단계로 안정적으로 이동할 수 있도록 하기에 충분하지 않는데 그 이유는 웨이퍼, 특히 현재 사용되는 종래의 300 mm 웨이퍼의 기계적 안정성(mechanical stability)이 존재하지 않기 때문이라고 밝혀졌다.
따라서, 웨이퍼는, 종래적으로 두께가 < 150 μm, 하지만 통상 < 100 μm 이며 종종 < 80 μm 또는 심지어 < 50 μm인 얇은 웨이퍼를 안정적으로 취급하는 것이 보장되도록, 캐리어(carrier) 위에 일시적으로 장착되는 것이 바람직하다. 요구 공정 단계들을 완료한 뒤에, 웨이퍼는 다시 캐리어로부터 분리된다(detached). 이러한 2 방법들은 일시적 접합(temporary bonding) 및 디본딩(debonding) 공정으로 지칭된다.
최초 공정 단계에서, 품 웨이퍼는 당업자에게 알려져 있는 적절한 접합 공법에 의해 캐리어 위에 접합된다. 이 접합 단계는, 일반적으로, 상부에 칩 구조(chip structure)가 형성된 제품 웨이퍼의 제 1 주 표면이, 상기 표면이 일시적 접착부(temporary adhesive)와 접촉되며 차례로 이 접착층이 캐리어 웨이퍼와 접촉되도록 배향되도록(oriented) 구현된다.
하지만, 거의 모든 경우에서, 상기 후면 공정(rear side processing)의 뼈대(framework) 내에서, 제품 웨이퍼의 기계적 간벌 공정(mechanical thinning)이 구현된다. 이 공정은 특히 제품 웨이퍼의 형성된 두께(defined thickness)가 연마 공정(grinding)에 의해 제거되는 연마 단계를 포함한다. 통상, 이런 점에서 볼 때, 서로 다른 연마 속도 및/또는 그라인딩 휠(grinding wheel)의 입자 크기를 가진 개별 연마 단계들이 사용된다. 일반적으로, 상대적으로 높은 재료 제거 속도를 가진 제 1 연마 단계(조분쇄 단계(coarse grinding)) 및 상대적으로 낮은 재료 제거 속도를 가진 제 2 연마 단계(미분쇄 단계(fine gridning))가 있다.
후면 공정 단계들과 연계해서 일시적으로 접합된 웨이퍼의 무결성(integrity)과 최종 칩의 품질을 보장하기 위하여, 일시적인 접착 접합이 특정 품질 기준을 충족시키도록 요구된다. 이런 점에서 볼 때, 당업자에게 알려져 있는 접착 재료에 대한 필요요건들이 존재한다. 이 요건들은 후면 공정 동안 발생할 수 있는 특정 공정 상태들을 허용할 수 있도록 하는 접착 성능에 관한 것이다. 이 요건들은 온도 안정성, 진공 환경과의 호환성(탈기성(outgassing)이 없음), 화학물질, 가령, 용매, 산, 및 염기에 대한 접착 안정성, 다양한 기계적 하중 또는 전자기파(예를 들어, 특정 파장을 가진 광이 있는 발광(irradiation)) 및 이 변수들의 다양한 조합들을 포함한다. 접착 재료에 대한 요구 외에도, 접착층의 기하학적 및 기계적 무결성에 대한 변수들이 있다. 특히, 접착층이 정확하게 형성되는 후면 공정의 성공여부 및 재생가능한 두께(reproducible thickness), 및 보이드(void)가 없어야 하는 것이 매우 중요하다.
하지만, 개별 웨이퍼의 간벌 공정에 비해, 일시적으로 접합된 웨이퍼의 경우, 캐리어 웨이퍼와 접착층은 웨이퍼 지지체(wafer support)와 연마 수단(그라인딩 휠 등) 사이에 위치된다. 따라서, 접착층과 캐리어 웨이퍼의 두께는 모두 얇아진 최종 제품 웨이퍼의 균일성(uniformity)에 영향을 미친다.
따라서, 요약하면, 접착층의 두께, 일반적으로는, 생산 공정에서 절대적인 두께값(absolute thickness value)과 균일성을 정확하게 조절하고 모니터링할 수 있는 것이 필요하다. 특정 경우에 대해서, 연마 공정의 조절에 따라, 캐리어 웨이퍼의 두께, 특정 환경 하에서는, 일시적으로 접합된 전체 스택의 두께를 아는 것이 필요할 수 있다. 하지만, 임의의 경우에서, 두께, 선택적으로는 절대적인 두께값의 균일성에 대해 상응하는 접착층의 품질을 보장하는 것이 필요하다.
보이드에 대해서는, 연마 공정 및 가능하다면 그 후의 폴리싱 공정(polishing process) 동안, 보이드로 인해, 웨이퍼가 부적절하게 기계적으로 지지될 수 있으며, 이렇게 하여, 웨이퍼가 손상되거나 혹은 간벌 공정 동안 원하는 웨이퍼 두께의 비균일성(nonuniformity)이 발생될 수도 있다. 이러한 비균일성은 상기 보이드들에 의해 형성된 베이스(base)의 기계적 가요성(mechanical flexibility)에 의해 야기된다. 달리 말하면, 웨이퍼는 예를 들어, 연마 공정 동안 보이드 내로 굽어지거나/휘어질 수도 있으며, 따라서 이러한 부위에서 실질적인 제거 공정(removal)이 덜 발생할 수 있고; 이에 따라 얇아진 웨이퍼의 두께가 국부적으로 증가할 수도 있다. 얇아진 웨이퍼의 목표 두께가 얇으면 얇을수록 상기 효과는 점점더 강력해질 것인데, 그 이유는 두께가 줄어들 때 웨이퍼가 보다 더 가요성을 지니게 되게 때문이다. 이에 따라, 궁극적으로, 간벌 공정 동안 웨이퍼가 파열(fracture)될 수도 있다. 이러한 파열 현상은 연마 공정 및/또는 폴리싱 공정에 대해 주된 위험요인을 차지하는데, 이는 그에 따른 상대적으로 큰 재료 단편(material piece)들이 전체 웨이퍼 뿐만 아니라 그라인딩 휠 및/또는 폴리싱 장치(polishing device)를 추가로 손상시킬 위험을 수반할 수 있기 때문이다. 이러한 문제들 외에도, 연마 공정 및/또는 폴리싱 공정 동안, 보이드들로 인해 나머지 후면 공정 단계들 동안 오류가 발생할 수도 있다. 여기서, 오직 한 예로서, 진공 챔버(vacuum chmaber) 내에서 발생하는 상기 공정 단계들 동안 이러한 보이들 내에 함유된 가스(gas)로 인해, 상기 부위들에서 위의 공정들 동안, 얇아진 웨이퍼가 폭발할(bursting) 수도 있다는 사실을 유의해야 한다. 상기 부위에 위치된 칩의 손실 외에도, 추가적인 문제가 발생할 수도 있는데, 이는 상기 입자들이, 폭발되어 버린 시스템, 특정 환경 하에서는, 그 외의 다른 제조 유닛을 오염시킬 수도 있으며, 가능하게는, 상기 유닛에서 처리된 그 외의 다른 웨이퍼들의 품질 문제를 수반할 수도 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 가령, 보이드(void)의 부재, 접착 두께의 재생산성 및 균일성 및 일시적으로 접합된 웨이퍼 스택의 제조 또는 처리에서 스크랩(scrap)이 가능한 최대로 발생하는 것과 같이, 품질 기준을 최적화하는 데 있다.
이 목적은 청구항 제1항, 제8항 및 제10항의 특징들로 구현된다. 본 발명의 바람직한 변형예들은 종속항들에 기술된다. 본 발명의 상세한 설명, 청구범위 및/또는 도면들에 제공된 특징들 중 2개 이상의 특징들의 모든 조합은 본 발명의 범위 내에 있다. 제공된 값의 범위에서, 기술된 한계 내에 있는 값들은 경계값으로서 기술될 것이며 임의의 조합으로도 청구될 것이다.
본 발명의 기본적인 개념은, 한편으로는, 웨이퍼를 처리하는 데 있어서, 웨이퍼를 생산할 때 손실을 최소화하기 위하여 최대한 빠른 시간 내에 위에서 언급한 품질 기준에 대해 벗어나는 것(deviation)을 탐지하는 것이다. 이는, 특히 웨이퍼 스택이 연마되기 전의 시간에 근접하여, 특히, 웨이퍼 스택의 개별 층들의 보이드 및/또는 층 두께가 측정되거나/탐지될 수 있는 것을 보장한다. 이것은 캐리어 웨이퍼의 기하학적 변수들을 모니터링하는 것이 특히 중요한 데, 그 이유는, 제품 웨이퍼들을 기계적으로 지지하도록 사용되며 연마 공정 동안 기준평면(reference plane) 또는 기준표면(reference surface)으로서 사용될 수 있는 웨이퍼 지지체와 그라인딩 휠 사이에서 정지되도록 사용되기 때문이다. 위에서 언급한 내용에서 시간에 근접하는 것은, 웨이퍼 스택의 처리 체인(processing chain)에서, 해당 웨이퍼 스택 전에, 따라서 측정 단계/탐지 단계 사이에서, 처리 체인에서 가능한 최대로 웨이퍼 스택이 없으며, 연마 단계, 특히 최대 5개, 바람직하게는 최대 3개, 심지어 더 바람직하게는 최대 1개를 포함하는 것을 의미한다. 본 발명에서와 같이, 측정 단계/탐지 단계는 측정/탐지 모듈(또한 도량형(metrology) 모듈)에서 실행되고 연마 단계는 특히 인접한 연마 모듈에서 공간적으로 개별적으로 실행된다. 측정 단계/탐지 단계 및 연마 단계는 본 발명에 따라 인-라인(in-line)에서 실행된다. 웨이퍼 스택의 검사는 이전 웨이퍼가 완전히 연마되기 전에 종료되며 따라서 여전히 연마 모듈 내에 있다는 사실을 알 수 있다. 측정된 웨이퍼 스택은 전진될 때까지 "정지"해야 한다.
특히 바람직한 구체예에서, 측정 단계/탐지 단계는 일시적인 접합 단계에 대해 시간상 근접하게 발생된다. 이에 따라, 일시적 접합 단계에서 오류가 발생하는 경우, 잘못 처리된 재료의 양은 줄어든다. 이에 따라, 재료의 양, 특히 재작업을 위해 공급되어야 하는 접합된 웨이퍼 스택의 개수가 줄어들 수 있는 이점이 제공되며, 경제적으로 그리고 물류적으로도 이점이 수반된다. 이런 점에서 볼 때, 시간에 근접한 것은 웨이퍼가 연마되기 전의 임의의 경우에서 측정될 수 있음을 의미한다. 이미 언급한 것과 같이, 연마 공정은 엄청난 오류가 발생할 수 있으며 특히 개별적으로 접합된 웨이퍼 스택 전체가 손실될 수 있는 비가역적 공정(irreversible process)으로 구성된다. 하지만, 시간에 근접한 것은 주어진 웨이퍼 스택이 검사되기 전에 최대 10개의 추가적인 웨이퍼 스택이 접합된다는 것을 의미하는 것이 바람직하다. 이 개수가 7 미만이지만 5 또는 3보다는 많은 개수로 줄어들 수 있는 것이 좋다. 이 개수들은, 일시적인 접합 공정 후에, 특히 일시적인 접합 공정 바로 후에, 모든 접합된 웨이퍼 스택이 본 발명에 따라 측정 단계/탐지 단계에 공급되는 데 관한 것이다. 이것은 방금 기술한, 공정 절차에서 검사 단계 동안 보류되는 상기 웨이퍼 스택의 감소가, 일시적인 접합 공정을 실행하는 장치가 본 발명에 따른 측정 장치에 대해 공간적으로 가능한 최대한 가까이 위치되는 생산 환경의 형상에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 특히, 이는, 측정 장치를 일시적 접합 장치 내에 일체구성함으로써(integrating) 구현될 수 있다. 상기 일체구성 접근법은, 업계에서, 종래적으로, 소위 인-라인 집적(in-line integration) 또는 인-라인 도량형(in-line metrology)이다. 이는 본 발명에 따라 종래 기술에 알려져 있는 임의의 일시적 접합 접근법을 조합하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 열가소성 또는 자외선-경화 접착을 위해 일시적 접합 유닛 내에 측정 장치를 일체구성하는 것을 고려할 수 있는데, 이러한 유닛들은, 통상, 처리되어야 하는 웨이퍼가 특히 상기 유닛의 일부를 구성하는 자동 웨이퍼 취급 장치에 의해 이동되는 하나 또는 그 이상의 접합 모듈 및 접착제를 도포(application)하기 위한 하나 또는 그 이상의 코팅 모듈을 포함한다. 사용된 접착제의 타입에 따라, 시스템 내에 가열 모듈도 추가로 집적될 수 있으며 용매(solvent)가 접착층으로부터 배출되도록 사용된다. 또한, 웨이퍼를 상기 시스템 내에 나란하게 정렬하기 위해(aligning) 당업자에게 알려져 있는 적절한 정렬 장치를 집적하는 것도 통상적으로 바람직하다.
또한, 본 발명의 기본적인 한 개념은 접착층 내에서 보이드들과 접착층 두께 및 상기 접착층 두께의 가능한 변동(fluctuation)을 탐지하는 개념으로 구성된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 공정 체인(process chain)으로부터 웨이퍼를 제거하거나 추가적으로 처리하는 데 대한 결정을 자동적으로 내리기 위하여, 얻어진 값들은 데이터로서 자동적으로 평가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 핵심 형태는, 제품 웨이퍼를 일시적으로 접합하기 위해 본 발명의 주된 주제를 자동 처리 장치 내에 통합하는 개념으로 구성된다. 이렇게 하여, 각각의 제품 웨이퍼를 가능한 최대한 완료하는 데 있어서, 처리 장치의 생산 속도를 줄이지 않고도, 분석 단계가 실행될 수 있을 것이다. 따라서, "인-라인", 따라서, "인-라인 도량형"으로서, 탐지/측정 공정이 구현된다. 이에 따라, 본 발명의 측정 수단의 한 구체예에 따르면, 상기 측정 수단은 웨이퍼 처리 시스템, 특히 인-라인에서 사용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 주된 주제에 따르면, 공정 절차 또는 공정 체인을 위해 인-라인 내에 위치되는 모듈-유사 구조로 구성된 공정 모듈이 존재한다. 웨이퍼 처리 시스템 내의 하기 모듈과 연계하여 사용하면, 특히 이점들이 있는데,
이 모듈들은:
- 특히 접착제 있는, 바람직하게는 일시적 접착제가 있는, 웨이퍼 스택을 적어도 부분적으로 페인팅하기 위한 페인팅 모듈(painting module);
- 웨이퍼 스택의 웨이퍼 층들을 연결하기 위한 접합 모듈;
- 검사 모듈 내에 있는 본 발명에 따른 측정 수단;
- 웨이퍼 처리 시스템 내에서 각각의 웨이퍼 스택을 한 모듈로부터 그 다음 모듈로 이송하기 위한 취급 수단, 특히 하나 또는 그 이상의 로봇 암;
- 선택적으로는, 용매를 배출하기(driving out) 위한 가열 수단이다.
이런 점에서 볼 때, 특히 제품 웨이퍼의 재간벌 공정(rethinning) 전에 편차(deviation)가 탐지되면, 제품 웨이퍼 또는 웨이퍼 스택을 다시 가공하는(rework) 것도 가능하다. 이것은 제품 웨이퍼가 캐리어로부터 다시 분리되고(detached) 일시적 접합 공정 전체가 다시 실행될 수 있도록 구성된다. 상기 분리 단계를 위해, 특히 상기 목적을 위한 시스템 또는 인-라인 모듈이 사용될 수 있다. 특히, 이 목적을 위해 디본딩 시스템(debonding system)이 특히 적절하며, 종래적으로, 디본딩 시스템은 캐리어로부터 얇은 제품 웨이퍼를 분리하기 위해 사용된다. 선택적으로, 이 디본딩 시스템에 대해 상기 목적을 위해 설계된 공정 변수들은 아직 얇아지지 않거나 혹은 완전히 얇아지지 않은 제품 웨이퍼의 디본딩 공정의 필요요건에 적합할 수 있다. 이러한 재가공 공정은 비용-효율적인 생산을 위해 매우 중요하다. 특히, 제품 웨이퍼 또는 이러한 3-차원 IC 웨이퍼 스택에 있어서 발생할 수 있는 매우 높은 수준의 복잡성을 가진 웨이퍼 스택은 이 단계에서 매우 높은 값을 가지는데, 그 이유는 생산 흐름에 있어서 이미 너무 많이 진행되었기 때문이다. 이러한 웨이퍼 스택의 값들은 일반적으로 1000 유로, 특히 심지어 10,000 유로를 초과한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 웨이퍼 스택 전체를 손상시킬 수 있으며 재가공 공정이 더 이상 가능하지 않은 후에 공정 단계를 통과하기 전에 재가공 단계로 공급될 수 있는 소위 엄청난 오류를 시간 내에 혹은 가능한 최대한 일찍 탐지하는 것은 결정적이다. 이런 점에서 볼 때, 두께를 줄이기 위해 웨이퍼 스택을 연마하는 공정은 임의의 경우에서 상기 재가공 공정이 더 이상 가능하지 않으며 그 외의 다른 경우 제품 웨이퍼 전체가 손상되는 것을 방지할 수 있는 단계로서 간주될 수 있다.
측정 수단이 웨이퍼 스택, 특히 웨이퍼 스택으로부터의 거리(H)에서 기계적 작용을 가하지 않기 때문에, 측정/탐지 단계가 특히 접촉 없이, 측정 수단에 의해 특히 조심스럽게 실행될 수 있다. 초음파를 이용할 때, 초음파를 전파하기 위해 필요한 접촉 단계는 초음파를 전달하기에 적절하고 웨이퍼 스택에 제공되는 유체 제재(fluid agent)를 통해 웨이퍼 스택과 측정 수단 사이에서 실행된다. 이 경우, 본 발명의 바람직한 한 구체예에 따르면, 액체로부터 웨이퍼를 보호하기 위해(shielding), 웨이퍼 스택과 유체 제재 사이에 세퍼레이터(separator), 특히 막(membrane)이 존재한다. 이 세퍼레이터는 초음파를 전달하기에 적절해야 한다. 막 하부의 공간은 막이 웨이퍼 스택 위에 가능한 최대한 균일하고 평평하게 놓이도록 비어지는(evacuated) 것이 바람직할 수 있다. 음압(negative pressure)을 사용할 필요가 없는데, 그 이유는 웨이퍼 스택(8)에 완전히 달라붙도록(cling) 막에 대해 오직 주변 압력 만이 제공되기 때문이다. 그렇지 않은 경우, 공기가 채워진 공동(air-filled cavity)이 측정 결과를 섞을 수 있는데(adulterate) 그 이유는 공기가 음파를 최소한 주로(at least) 굴절시키기 때문이다.
본 발명의 바람직한 한 구체예에 따르면, 측정 수단 특히 트랜스미터와 리시버는, 특히, < 10 μm, 바람직하게는 < 1 μm, 보다 더 바람직하게는 < 0.1 μm의 층 해상도(layer resolution)로, 층 두께와 보이드를 동시에 탐지하도록 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 표면을 보다 신속하게 스캐닝할 수 있도록 하기 위하여, 특히, 서로 바로 옆에 위치된 몇몇 트랜스미터/리시버 유닛들을 동시에 사용하는 것을 고려할 수 있다. 층 해상도는 기준평면(R)에 대한 횡단방향(transverse direction)에서의, 따라서 깊이 해상도(depth resolution) 또는 수직방향 해상도(vertical resolution) 또는 두께 해상도(thickness resolution)를 의미한다.
측정 신호의 직경(D)은 1 μm 내지 100 μm 사이, 특히 5 μm 내지 50 μm 사이, 바람직하게는 10 μm 내지 30 μm 사이가 유리하다. 레이저 빔(laser beam)에 대해서는, 위에서 언급한 직경(D)은 예를 들어 레이저 빔의 직경에 상응한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에서, 인접한 측정점(measuring point)들은 5 mm 미만, 바람직하게는 3 mm 미만, 심지어 더 바람직하게는 1 mm 미만, 가장 바람직하게는 0.5 mm 미만의 거리(X 및 Y)를 가진 그리드(grid) 내에서 측정 수단에 의해 측정될 수 있다. 따라서, 실질적으로 모든 보이드들이 가능한 최대한 이음새없이(seamlessly) 탐지될 수 있도록, 전체 웨이퍼 스택의 블랭킷(blanket), 그리드-유사(grid-like) 감지된다.
따라서, 기준평면(R)에 평행한, 가로방향(lateral direction)에서의 측정 신호의 폭 해상도(width resolution)는 0.1 μm 내지 50 μm 사이, 특히 1 μm 내지 30 μm 사이, 바람직하게는 10 μm 내지 20 μm 사이가 유리하다. 예를 들어 특정 측정점에서 레이저 빔(laser beam)이 측정되어야 한다. 하지만, 측정점을 정확하게 타격하지는(hit) 않을 것이나, 델타X/델타Y만큼 벗어날 것이다. 여기서, 델타X와 델타Y는 폭 해상도에 상응한다. 특히 폭 해상도가 연장되면, 따라서 보이드의 폭 또는 직경이 얻어진다. 폭 해상도가 우수하면 우수할수록, 점점더 많이 측정되어야 한다. 따라서, 가능한 최대한 많은 보이드들을 신속하게 측정하고 탐지할 때 가능한 최대한 최적화되어야 한다. 웨이퍼 또는 웨이퍼 스택의 목표 두께가 얇으면 얇을수록, 작은 보이들들이 점점더 많아야 된다.
본 발명의 바람직한 한 구체예에 따르면, 측정/탐지 단계는 2-단계로 구성되는데, 특히 제 1의 고속 및 성긴(coarse) 측정 수단 및 선택적인 제 2의 정확한 측정 수단에 의해 수행된다. 제 1의 측정 수단에서 가능한 핵심적인 것으로 정해진 오직 웨이퍼 스택은 제 2의 측정 수단을 통과한다. 제 2의 측정 수단은 가능한 최대한 많은 공정 흐름이 방해되지 않도록 인-라인에 제공되지 않는다. 따라서, 평가 유닛에 의해 가능하게는 제 1의 측정 수단에서 핵심적으로 정해진 웨이퍼 스택이 공정 절차로부터 적어도 일시적으로 분리된다.
지점 그리드 거리(point grid distance), 폭 해상도와 측정 신호의 직경(D) 사이의 관계가 도 9에 도시된다.
상기 방법은 원위치(in-situ) 및/또는 인-라인에서 사용될 수 있다. 용어 "원위치에서(in-situ)는 기술/물리/화학적 처리 단계 동안 방법의 용도(use)를 의미한다. 여기서, 예를 들어, 화학적 배스(chemical bath)에서의 에지 영역 에칭(edge zone etching) 또는 구조 웨이퍼의 재간벌 공정(rethinning)이 명명되어야 한다.
용어 "인-라인"은 또 다른 공정 모듈의 상류 또는 하류에 있는 공정 모듈에서의 방법의 용도를 의미한다. 제 1 모듈은 본 발명에 따른 한 구체예에서 접합 스테이션(bonding station)일 수 있다. 이 경우, 일반적인 구체예에서, 그 다음 모듈은 웨이퍼 스택을 측정하기 위해 여기서 기술된 측정 수단이다. 웨이퍼 스택이 접합 스테이션에서 접합되는 동안, 이전에 접합된 웨이퍼 스택들 중 한 측정 스테이션에서, 용어 "시간에 근접하여"에 따라, 가능한 최대한 시간에 근접하여, 이전에, 접합되었던 웨이퍼 스택, 특히, 바로 이전에 접합된 웨이퍼 스택이 측정/감지되는 것이 바람직하다. 따라서, 용어 "인-라인"과 용어 "그 자리에서"는, 그 외의 다른 공정 단계들과 공정 체인에 시스템-집적된 자체 모듈 내에서, 본 발명에 따른 방법이 분리된다는 점에서 서로 다르다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 측정점에서, 한 표면까지의 거리를 측정하기 위하여, 간섭계, 특히 바람직하게는 트랜스미터와 리시버에 기계적으로 접합되어 고정된 간섭계, 특히 백광간섭계(white light interferometer)가 제공되는 것이 바람직하다.
위에서 측정 수단에 대해 기술된 특징들은 본 발명에 따른 장치와 방법에 적용된다.
본 발명의 그 외의 다른 이점, 특징 및 세부내용들은 첨부된 도면들을 참조하여 하기 대표적인 바람직한 구체예들을 기술한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 구체예에 따른 측정 수단을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 제 2 구체예에 따른 측정 수단을 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 제 3 구체예에 따른 측정 수단을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 제 4 구체예에 따른 측정 수단을 도시한 도면이고,
도 5는 웨이퍼 스택의 가능한 품질결함을 예시한 도면이며,
도 6a-6c는 본 발명에 따라 몇몇 측정점들을 측정/감지하기 위한 상이한 방법 절차를 도시한 도면들이고,
도 7a는 본 발명에 따른 측정 수단을 이용하여 적외선 신호에 의해 감지된 웨이퍼 스택의 사진을 도시한 도면이며,
도 7b는 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 측정/감지 다이어그램을 보여주는 도면이고,
도 8은 웨이퍼 스택의 처리를 위해 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 9는 웨이퍼 스택의 보이드를 탐지한 것을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 측정 수단을 이용하여 초음파 신호에 의해 감지된 웨이퍼 스택의 사진을 도시한 도면이며,
도 11은 웨이퍼 스택의 처리를 위해 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 12는 본 발명의 제 5 구체예에 따른 측정 수단을 도시한 도면이다.
동일한 기능을 가진 부분들과 동일한 구성요소들은 도면에서 동일한 도면부호들로 표시된다.
도 8은 구조 웨이퍼(1), 연결층(2) 및 웨이퍼(3)로 구성된 웨이퍼 스택(8)을 처리하기 위해 본 발명에 따른 웨이퍼 처리 장치를 도시한다. 구조 웨이퍼(1)와 연결층(2) 사이의 전이부(15)에서, 구조 웨이퍼(1)는 구조 웨이퍼(1)의 표면 안으로 삽입되는 접촉부(14)와 금속 합금들로 구성될 수 있고 상기 표면으로부터 돌출되는 융기부(bump)(13)를 가진다. 구조 웨이퍼(1)는 구조물(structure)들 없이 형성될 수 있으며, 이와 똑같은 방법으로, 웨이퍼(3)는 이러한 구성들로 형성될 수 있다.
웨이퍼 스택(8)은 구조 웨이퍼(1)의 표면의 맞은편에 있는 평평한 면을 마운트(12), 여기서는, 척(chuck)의 표면(16) 위에 고정된다. 마운트(12)의 진공 통로(17)를 통해 고정된다.
연결층(2)은 일시적 접착부(temporary adhesive)로서 형성되며 이 연결층에 의해 구조 웨이퍼(1)가 웨이퍼(3) 위에 일시적으로 접합된다. 이에 따라, 연결층(2)과 웨이퍼(3) 사이에 추가적인 전이부(18)가 형성된다.
웨이퍼 처리 장치는 기준평면(R)을 따라 웨이퍼 스택(8)에 대해 이동할 수 있는 측정 수단(11)을 추가로 가진다. 상대적 운동(relative motion)의 성능이 중요하며, 이에 따라, 웨이퍼 스택(8)의 움직임, 특히, 마운트(12)가 이동되는데 따른 상기 웨이퍼 스택의 움직임도 고려될 수 있다. 여기서,예를 들어 기준평면(R)에 걸쳐있는(span) XY 좌표계에서, 측정 수단(11)과 웨이퍼 스택(8) 사이의 상대적 운동이 감지될 수 있다는 사실은 매우 중요하다.
측정 수단(11)의 작동이 도 1 내지 4에 각기 상이하게 도시된다. 도 5는 웨이퍼들(1, 3)의 접합부(joining)에서 발생할 수 있는 가능 문제점들을 보여준다. 예를 들어, 연결층(2)은 비-균일한 층 두께를 가질 수 있다. 이상적인 경우에서, 웨이퍼들(1, 3)은 모든 위치에서 똑같은 두께를 가질 수 있을 것이다. 도 5는 웨이퍼들(1, 3)이 비-균일한 두께 분포(thickness distribution)를 가질 수 있다는 것을 보여준다. 더욱이, 이 웨이퍼들(1, 3)은 소위 "보이드(void)"(4)를 가질 수 있다.
도 1에 따르면, 측정 수단(11)은 바닥 위에 트랜스미터(9)와 리시버(10)가 있는 하우징(5)으로 구성된다. 이들은, 특히, 기준평면(R)에 대해 웨이퍼 스택(8)의 방향에서 나란하게 정렬된다(aligned). 이러한 측정은, 리시버(10)로 수신된 상이한 재료들 사이에 있는 개별 전이부(15, 18) 위의 반사(reflection) 및 트랜스미터(9)에 의해 접합된 웨이퍼 스택(8) 내로 유입되는 파동(wave)에 따른다. 리시버(10)는 전자기파 또는 초음파 형태의 신호를 탐지하기 위한 신호 탐지기로서 형성된다.
특히, 연결층(2)의 접착 재료들로 구성되며 사용된 웨이퍼(1, 3)의 충분한 투명도(transparency)가 있는 적절한 파장을 가진 특정 전자기파는 신호파(signal wave)로서 적절하다. 실리콘 웨이퍼에 대해서, 상기 전자기파는 예를 들어 적외선 범위 또는 x-방사선 내에 있는 광(light)일 수 있다. 유리 웨이퍼에 대해서는, 광은 가시 범위에 있고 자외선 범위 내에서 적절한 유리를 사용할 때가 적합할 것이다.
전자기 방사선을 위한 신호 공급원은 하우징(5), 특별히 트랜스미터(9) 내에 일체로 구성된(integrated) 하우징 내에 위치될 수 있다. 전자기파에 대한 대안으로서, 음향파, 특히, 100 kHz 내지 800 MHz, 바람직하게는 100 MHz 내지 400 MHz 사이의 초음파 범위에 있는 음향파가 적절하다.
적외선 범위에서 전자기 방사선을 가진 광원(light source)을 사용하면, 특히 1050 nm 내지 10 μm 사이, 바람직하게는 1300 nm의 광 파장(light wavelength)이 바람직하다. 측정 수단의 광학장치(optics)는 전자기파의 빔(beam)이 집중될 수 있으며(focused) 웨이퍼 스택(8) 위로 향할 수 있도록(routed) 설계된다.
도 2, 3 및 4에 따른 대표적인 구체예들에서와 같이, 트랜스미터(9)와 리시버(10) 또는 하우징(5)이 웨이퍼 스택(8) 또는 웨이퍼 스택(8)에 제공된(applied) 액체(7)와 직접 접촉되기 때문에, 접촉 접합(contact coupling)에 의해 측정/감지된다. 이러한 타입의 접촉 접합은 본 발명에 따라 주로 초음파가 사용될 때 발생된다.
전자기파를 사용할 때에는, 웨이퍼 스택(8)과 트랜스미터-리시버 유닛 사이에 거리(H)가 있다.
액체(7)에 의해 도 3에 도시된 초음파 측정의 경우, 측정 전에 웨이퍼 스택(8)에 가해지고(applied), 초음파를 웨이퍼 스택(8)에 전달하고 트랜스미터(9)와 리시버(10)에 의해 측정할 수 있도록 하기 위하여 초음파 트랜스미터를 가진 하우징(5)가 액체(7) 내에 잠긴다(immersed). 여기서, 트랜스미터(9)는 초음파 트랜스미터로서 형성될 수 있다. 액체(7)는 일반적으로 하우징(5)을 통해 제공된다. 하우징(5)은 공급 라인(25)를 가지는데, 이 공급 라인을 통해 액체 리저버(liquid reservoir)로부터 액체(7)가 연속적으로 유입된다.
도 4에 따른 구체예에서, 액체(7)와 웨이퍼 스택(8) 사이에, 액체(7)로부터 웨이퍼 스택(8)을 보호하기 위해 막(6)이 형성된다. 상기 막(6)은 탄성을 지녀서 웨이퍼 스택(8)의 표면의 형상(topography)에 일치될 수 있다. 액체(7)가 막(6)의 표면에 제공된다. 그 뒤, 측정 신호가 액체를 통과하고 막(6)을 통해 웨이퍼 스택(8) 내로 유입된다. 막(6) 밑의 공간은 제거될 수 있으며(evacuated) 측정 전에 제거되는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 공간이 제거되면, 하우징(5) 쪽의 공기 압력이 막(6)을 눌러 웨이퍼(3)의 표면 위로 가게 하는 이점을 가진다. 이에 따라, 막은 공동(cavity)을 형성하지 않고도 웨이퍼(3)의 표면을 덮을 수 있게 되고(cover), 따라서 오직 고체 및/또는 액체를 통해, 특히, 기체상(gaseous phase) 없이 신호가 유입된다.
도 4에 따른 구체예의 특히 바람직한 한 예에서, 막(6)은 주변방향의(peripheral) 막 벽(26)에 의해 형성된 홈통(trough) 형태의 액체 리저버(27)에 의해 액체 리저버로서 사용된다. 따라서, 상기 특정 구체예에서, 본 발명에 따르면, 액체 리저버(27)와 공급 라인(25) 사이에 폐회로(closed circuit)가 존재해야 한다고 고려될 수 있다. 이런 방식으로, 매우 청결하게 측정/감지하는 것이 가능하다.
특히 바람직한 한 구체예에서, 액체 취급을 위해 장치가 홈통 형태의 액체 리저버(27)를 포함하고, 특히 적어도 측정 공정 동안, 액체가 완전히 제거될 수 있도록 하는 회로(circuit)를 고려할 수 있다. 이 경우, 액체 공급 및 액체 배출을 위하여, 도면에서는 도시되지 않은 적절한 수단에 의해, 액체를 액체 리저버(27)에 공급하고 액체 리저버(27)로부터 액체가 배출되는데, 여기서, 특히 유지보수 작용을 용이하게 하기 위해 액체를 배출하는 것은 선택적이다.
마운트 표면(16) 및 전이부(15, 18) 위에서 전자기파 또는 초음파 형태로 반사된(reflected) 신호는 한 적절한 리시버(10)에 의해 한 번에 하나씩 평가되며(evaluated), 구조 웨이퍼(1), 연결층(2) 및 웨이퍼(3)의 여러 재료에서 파동(wave)의 전파 속도를 고려하면 웨이퍼(3)의 재료 두께(d1) 또는 연결층(2)의 두께(d2) 및 구조 웨이퍼(1)의 두께(d3)에 대해 정확한 결론을 내릴 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼 스택(8)의 두께 균일성(thickness uniformity)과 두께를 정확하게 탐지할 수 있게 되어, 이에 따라 구조 웨이퍼(1), 연결층(2) 및 웨이퍼(3)의 두께 균일성과 두께를 정확하게 탐지할 수 있다. 전체 웨이퍼 스택(8) 위에서 측정 수단을 평행하거 이동시키거나 혹은 기준평면(R)을 따라 이동시킴으로써, 국부 해상도(local resolution)를 가진 상응하는 측정점(measuring point)들에서 층 두께가 결정될 수 있다.
위에서 기술한 것과 같이, 웨이퍼 스택(8)을 측정/감지하기 위해 리시버(10)와 트랜스미터(9)에 대한 움직임(motion)이 발생된다. 이는 웨이퍼 스택(8) 또는 트랜스미터-리시버 유닛을 이동시키거나 혹은 상기 두 이동 가능성을 조합함으로써 구현될 수 있다. 특히, X축 및 Y축을 따라, 따라서, 기준평면(R)에 대해 평행하게, 웨이퍼 스택을 이동시키기 위한 운동 수단에 의해, 가능한 최소의 축(axis)이 필요한 배열상태(arrangement)가 선택되는 것이 바람직하다. 상기 측정 수단은 견고하게 장착되는(rigidly mounted) 것이 바람직하다.
도 6a 내지 6c에서, 전체 웨이퍼 스택(8)을 감지하기 위해 가장 중요한 스캐닝 방법(scanning method)가 도시되며, 도 6a에서 구불구불한(meander) 형태로 감지가 발생된다. 구불구불한 형태의 스캔(meandering scan)은 감지 거리(sensing distance)가 매우 신속하게 횡단될(traversed) 수 있는 이점을 갖는다. 또 다른 타입의 스캐닝은 도 6b에 따른 라인 스캔(like scan)이다. 이러한 타입의 스캔은 선형 드라이브(linear drive), 가능하게는, 선형 드라이브의 병진운동 유닛(translation unit)의 유격(play), 특히 반대 유격(reverse play)이 최소가 됨으로써 구현될 수 있다. 이것은 위에서 기술한 2-단계 측정 방법에서, 특히 제 2 측정 수단에서 특히 바람직하다. 또 다른 대안예는, 하우징(5)을 일정하게 전진시켜(advance) 웨이퍼 스택(8)이 웨이퍼 스택(8)의 중심을 향해 회전하게 하는 것으로 구성된다. 이에 따라, 나선형 감지(helical sensing)가 발생된다. 위에서 언급한 스캔 방법들에 있어서, 연속적으로 스캐닝되는 것이 일반적이다(common). 개별 측정점들의 연속 측정 신호들은 변환되어 평가 유닛(평가 유닛)에 위해 적절하게 평가된다. 한 웨이퍼 스택, 특히 본 발명에 따라 측정 수단에 일체구성된 인-라인(in-line)에 대한 시간은 180초 미만, 바람직하게는 100초 미만, 보다 바람직하게는 60초 미만이다. 일체구성된 인-라인이 아니며 특히 일체구성된 인-라인인 측정 수단 외에 제공되는 측정 수단, 특히 분리된 웨이퍼 스택을 상세하게 검사(inspection)하도록 사용되는 측정 수단에 대해, 검사 시간은 훨씬 더 길 수 있다. 이러한 측정 공정 동안, 10분보다 더 오래, 다수의 경우에서 20분 또는 30분보다 오래 지속되는 것을 고려할 수 있다.
접착층(2) 내에 보이드(4)가 있으면(도 7a), 이 보이드(4) 내에 유입된 파동을 릴레이(relaying)하는 것은 전혀 가능하지 않거나 상이한 전파 속도에서만 가능하다. 음향파의 경우, 반사파(reflected wave)를 이용하여 오류(fault)(4)에 대해 결론(conclusion)이 매우 명확하게 도출될 수 있도록, 보이드(4) 내에 전파되는 것이 완전히 방지된다(도 10).
전자기파 및 특히 적외선(infrared light)의 경우, 측정 장치는 간섭(interference)에 의해 다양한 전이부 또는 교차 평면(15, 16, 18)을 탐지하며, 따라서 층 두께(d1, d2, d3)에 대한 결론을 도출할 수 있다. 층 두께(d1, d2, d3)의 결정은 간섭에 의해 전이부(15, 16, 18)에서 피크(peak)를 탐지함으로써 간접적으로 발생한다. 이러한 피크들 간의 차이점에 따라, 전이부(15, 16, 18)에 의해 제한되는 각각의 층의 두께가 계산될 수 있다. 평가 유닛은 이러한 계산을 자동으로 수행한다. 여기서, 측정된 층 두께는 층의 굴절률(refraction index)에 선형으로 따르는 것을(linearly dependent) 유의해야 한다. 이것은, 전자기파가 상이한 재료에서 상이한 속도로 전파되고, 층들을 통과하는 신호 전달 시간(signal transit time)은 리시버(10)에 의해 탐지된 피크의 간격(interval)/위치에 선형으로 영향을 끼치기 때문이다. 바람직한 한 구체예에서, 상응하는 보정 없이도, 하나의 층에 대해 측정된 층 두께는 높은 굴절율(n)을 가진 층에 대해 굴절률(n) 배수만큼 높은 것으로 보여진다.
예를 들어, 접착 영역에서 두께(d2)를 가진 접착층에 대한 측정된 층 두께는 d2 x n이며, 접착층에 위치된 가능한 보이드의 영역에서 측정된 층 두께는 d2 x 1일 것이다. 이는 공기 및 진공(vacuum)이 거의 1의 굴절률을 가진다는 사실에 기초한다. 상이한 재료들에 대한 굴절률(n)은 당업자에게 알려져 있는 방법들을 이용하여 결정될 수 있다. 종래적으로, 이 값들은 사용된 전자기 신호의 파장에 좌우된다. 1300 nm의 파장을 가진 적외선에 대해, 현재의 열가소성 접착제의 굴절률은 예를 들어 1.2 내지 2.5 범위에 있을 수 있으나, 대부분은 1.3 내지 2 사이, 심지어 더욱 일반적으로는 1.4 내지 1.9 사이의 범위에 있을 수 있다.
접착층 두께에 대한 측정 결과에서, 위에 기술한 영향들로 인해, 보이드 영역에서 측정된 층 두께(도 7b, 도 7c)가 급격히 내려가며(abrupt drop), 이에 따라 적절한 평가 알고리즘에 의해 보이드(4)에 대한 결론을 결정할 수 있게 된다. 도 7a 내지 7c로부터 도면/다이어그램의 X축은 웨이퍼 스택(8)의 좌측 에지(left edge)에 대한 각각의 거리를 구성한다.
평가 알고리즘의 실행에 대한 한 예가 도 7c에 도시된다. 평가 유닛은 자유로이 형성될 수 있는 윈도(freely definable window)가 측정 영역 내의 모니터링 영역(21)을 모니터링하도록 설계된다. 신호가 모니터링 영역(21) 내로 유입되면, 이에 상응하는 기능(action)이 설정된다(set). 이것은 한 예를 사용하여 설명된다. 도 7c는 웨이퍼 스택(8)을 따라 거리의 함수로서 연결층(2)의 층 두께(d2)(두께)를 구성한다. 명백하게도, 이 예에서 연결층(2)의 층 두께는 27 내지 42 μm 사이에서 변경된다. 이 경우, 상기 두께값은 보정하지 않고도 굴절율만큼 접착층에 대해 측정된 값을 나타낸다. 이것은 상기 경우 예시된 두께값을 굴절률로 나눔으로써 실제 접착 두께가 계산될 수 있음을 의미한다. 특정 구체예들에서, 융기부(bump), 다이스(dice), 보이드(void), 버블(bubble) 등 사이에서 구분 지어질 수 있다(distinguished). 이것은 상이한 깊이/두께/신호 편차(signal deviation)에 의해 특징지어져야 한다. 여기서, 모든 상응하는 알고리즘은 두께로부터 벗어난 한 신호 편차를 탐지할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이러한 평가 알고리즘들은 적절한 알고리즘, 예를 들어 상기 보이드들이 피상적으로 확장되는(superficial extension) 것을 고려하는 알고리즘과 조합되는 것이 바람직하다. 보이드들이 피상적으로 확장되는 것은, 방금 기술한 평가 기술에 따라 X/Y 좌표계에서 수집된 모든 두께값들을 평가함으로써 결정될 수 있다. 측정되지 않은 가능한 중간값들은 보간법(interpolation)에 의해 결정되는 것이 바람직하다.
적외선 측정 또는 초음파 측정에 대해서, 웨이퍼 스택(8)으로부터 떨어진 트랜스미터(9)/리시버(10)의 거리(H)에 상관없이 측정/탐지되는데, 이는 개별 층들의 두께에 대해 측정된 값들이 개별 전이부에 대한 반사(reflection)에 따른 계산 차이에 의해 발생되기 때문이다.
전체 웨이퍼에 걸쳐 측정되어야 하는 개별 층들의 두께 분포(thickness distribution)를 결정할 수 있도록 하기 위하여, 웨이퍼에 걸쳐 분포된 복수의 측정점들을 수용할(accommodate) 필요가 있다. 이 측정점들은 적절한 좌표계에 배열되는 것이 바람직한데(도 10 참조), 이것은 추후에 분석과 데이터 처리를 용이하게 하기 때문이다. 측정점 탐지를 위한 좌표계는 검사되어야 하는 웨이퍼에 할당된(assigned) 국부좌표계(local coordinate system)에 상응하는 것이 바람직하다. 적절한 좌표계는 예를 들어 직각좌표계(Cartesian coordinate system) 또는 극좌표계(polar coordinate system)일 수 있다. 측정점들은 통상 적절한 안정성을 가지는 것으로 기대될 수 있는 결함(보이드)을 탐지하도록 서로 충분히 가깝게 위치되는 것이 바람직하다. 특히, 추후 처리에서 위에서 기술한 비극적인 오류가 발생할 수 있는 크기의 결함을 탐지하는 것이 바람직하다. 층 해상도(layer resolution)는 10 μm보다 우수한 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1 μm보다 우수하고, 가장 바람직하게는 0.1 μm보다 우수해야 한다.
도 10에 따른 측정 신호의 직경(D)은 1 μm 내지 100 μm 사이, 특히 5 μm 내지 50 μm 사이, 바람직하게는 10 μm 내지 30 μm 사이이다. 레이저 빔(laser beam)에 대해서는, 위에서 언급한 직경(D)은 예를 들어 레이저 빔의 직경에 상응한다.
가로방향(lateral direction)에서 따라서 기준평면(R)에 대해 평행한 측정 신호의 폭 해상도(width resolution)는 0.1 μm 내지 50 μm 사이, 특히 1 μm 내지 30 μm 사이, 바람직하게는 10 μm 내지 20 μm 사이이다.
보이드들에 대한 절차(procedure)와 유사하게, 통상적으로 발생하는 두께 변동(thickness fluctuation)의 파장은 측정점 그리드(measuring point grid)가 고정될 때 고려되는 것이 바람직하다. 위에서 기술한 고려사항들에 따르면, 한 측정점을 거의 매 1 내지 3 mm마다 설정하는 것이 바람직하다고 입증되었다. 보이드를 보다 안정적으로 식별할(recognize) 수 있도록 하기 위하여, 한 측정점을 매 0.8 mm 또는 매 0.5 mm 또는 심지어 매 0.25 mm마다 설정하는 것이 보다 이상적이다. 매우 작은 목표 웨이퍼 두께를 가진 특히 민감한 분야에 대해서는, 한 측정점을 매 0.1 mm마다 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
매우 종종, 특정 전자기선, 가령, 예를 들어, 적외선이 구조 웨이퍼(1)를 관통할 수 없는데 이는 상기 구조 웨이퍼가 금속-코팅되거나(metal-coated), 도핑되거나(doped) 혹은 돌출되었기(bumped) 때문이다. 금속 코팅은 예를 들어 구조 웨이퍼(1) 내에서 혹은 구조 웨이퍼 표면 위에서 접촉부(14)를 통해 제공될 수 있다. 융기부(13)는 적외선에 대해 불투명성을 가진(opaque) 금속 코팅들로 구성된다. 게다가, 구조 웨이퍼(1)는 도핑될 수 있다. 도핑은 항상 구조 웨이퍼 내에서 발생되며 적외선 투명도(infrared transparency)를 감소시킨다.
측정 수단(11) 내에 일체로 구성되거나 혹은 측정 수단(11)에 추가하여 형성된 간섭계(19)에 의해, 마운트(12)의 표면(16)은 웨이퍼 스택(8)이 마운트(12) 위에 배열되기(deposited) 전에 측정될 수 있다. 도 8에서, 마운트 표면(16)의 표면 비균일성(surface unevenness)은 비틀림(warpage)에 의해 나타난다. 하지만 상기 표면의 불규칙성은 그 외의 다른 임의의 형태를 가질 수도 있다. 이것은 백광간선계(19)를 사용하여 측정된다. 백광간섭계(19)에 의해 거리 프로파일(distance profile)을 측정한 후에, 웨이퍼 스택(8)은 마운트(12) 위에 위치된다. 그 뒤, 제 2 거리 프로파일, 특히, 전체 웨이퍼 스택(8)의 거리 프로파일이 얻어지도록 백광간섭계(19)에 의해 상기 측정단계가 반복된다. 2개의 거리 프로파일의 차이점은 웨이퍼 스택(8)의 전체 높이에 상응한다.
따라서, 상응하는 계산에 의해, 위에서 기술된 전이부(15, 18)의 측정/탐지와 조합하여, 층 두께(d3')는 웨이퍼 스택(8)의 총 두께로부터 차감되는 연결층(2)의 층 두께(d2') 및 웨이퍼(3)의 층 두께(d1')에 의해 도 8에 따라 결정될 수 있다.
또 다른 이점은, 적외선 또는 초음파에 의한 스캔 공정 동안 스캐너(scanner)로서 백광간섭계를 이용함으로써 발생된다. 백광간섭계 스캐너는 웨이퍼 스택(8)의 에지(edge)를 지나 오직 한 라인을 따라서만 이동된다. 여기서, 백광간섭계 스캐너는 웨이퍼 스택의 표면 위에 위치될 때 웨이퍼 스택(8)의 표면까지의 거리를 연속적으로 측정하거나, 혹은 웨이퍼 스택(8)을 지나 이동했을 때(go beyond) 마운트 표면(16)까지의 거리를 연속적으로 측정한다. 이 시점에서, 실제 적외선 또는 초음파 스캐닝 동안, 예를 들어, 열변동(thermal fluctuation)으로 인해, 전체 시스템의 높이가 변동되는 경우, 절대 거리가 결정될 수 있기 때문에, 높이 변동에 따라 백광간섭계 스캐너가 이것을 탐지한다. 오직 간섭(interference)에 의해서만 측정되는 적외선 스캐너에 비해, 인터페이스(15, 16 및 18)에 따라 간섭에 의해 피크(peak)가 발생된다. 따라서, 적외선 스캐너는 상대 두께를 측정할 수 있으며, 이에 따라 두께를 측정할 수 있다. 적외선 스캐너는, 항상, 각각의 층의 두께의 차이가 계산될 수 있는 둘 이상의 신호를 필요로 한다. 따라서, 적외선 스캐너는 "진동(vibration)"과 열변동에 둔감하다(insensitive). 백광간섭계 스캐너는 트랜스미터-리시버 유닛까지의 거리를 역으로 측정한다(conversely measure). 전체 스캔 라인(scan line)에 걸친 스캔 주파수(scan frequency)가 전체 시스템의 높이에 있어서의 변화보다 훨씬 빠른 경우, 전체 시스템의 높이에 있어서의 변화는 시간에 대한 함수로서 얻어질 수 있다.
도 7a는 직경이 300 mm인 본 발명에 따른 측정 수단을 이용하여 측정되는 웨이퍼 스택(8)을 도시하는데, 색상이 칠해진 깊이를 가진 몇몇 보이드(4)가 발견된다. 도 7a에 따라 웨이퍼 스택(8)의 2-차원 평가는 도 7b에서 평가 유닛에 의해 다이어그램 형태로 수행되며, 다이어그램에 상응하는 라인이 도 7a에 그려져 있다. 웨이퍼 스택(8)의 중앙에 보이드(4)가 횡단면에 어떻게 나타나는 지가 도 7b에서 식별될 수 있다.
도 11에 도시된 또 다른 구체예에서, 웨이퍼 스택(8)의 에지 영역(B)이 화학 처리 공정 동안 위에서 기술한 측정 수단에 의해 원위치에서(in-situ) 측정된다. 도 6c로부터의 측정 방법이 사용되는 것이 바람직하다. 화학물질(22)이 연결층(2)의 에지 영역 접착제(28)를 용해시키는 동안 분리 공정(detachment process) 동안의 진행과정이 측정 수단(11)에 의해 지속적으로 측정될 수 있다. 상기 방법이 웨이퍼 스택(8)에 제공되어 구조 웨이퍼(1)와 캐리어 웨이퍼(3)를 오직 에지 위에만 접합하는 것이 바람직하다. 이 기술들은 해당 분야의 당업자에게 알려져있다.
도 12에 도시된 또 다른 구체예에 따르면, 위에서 기술된 측정 수단들 중 하나에 의해, 층 내에 있는 보이드(4), 특히, 전자 구성요소(23), 특히, 다이스(dice)를 가리는(cover) 몰드(24)가 탐지될 수 있다.
본 발명에 따른 도핑 원소(doping element)들은 제 3 주족(main group) 원소, 가령, 보론, 인듐, 알루미늄 또는 갈륨 혹은 제 5 주족 원소, 가령, 인, 비소 또는 안티몬이 바람직하다.
1 : 구조 웨이퍼 2 : 연결 층
3 : 웨이퍼 4 : 보이드(void)
5 : 하우징 6 : 막
7 : 액체 8 : 웨이퍼 스택
9 : 트랜스미터 10 : 리시버
11 : 측정 수단 12 : 마운트
13 : 융기부 14 : 접촉부
15 : 전이부 16 : 마운트 표면
17 : 진공 통로 18 : 전이부
19 : 간섭계 20 : 측정 신호
21 : 모니터링 영역 22 : 화학물질
23 : 전자 구성요소 24 : 층
25 : 공급 라인 26 : 막 벽
27 : 액체 리저버 28 : 에지 영역 접착제
R : 기준평면 d1, d1': 층 두께
d2, d2': 층 두께 d3, d3': 층 두께
H : 거리 B : 에지 영역

Claims (14)

  1. 복수의 측정점들에서 일시적으로 접합된 웨이퍼 스택의 층 두께 및 하나 또는 그 이상의 층의 보이드(void)를 측정하거나 탐지하기 위한 방법에 있어서,
    - 웨이퍼 스택의 한 평면에 대한 측정점들에서 웨이퍼 스택의 층 두께 및 층들의 보이드(void)를 측정하거나 탐지하기 위한 측정 수단을 배치하고,
    - 상기 측정 수단의 리시버에 의해 웨이퍼 스택에 의해 반사된 신호의 수용 및 측정하는 트랜스미터에 의해 전자기파 형태의 신호를 방출하고,
    리시버에 의해 수용된 신호를 평가유닛으로 평가하는 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 평가 유닛은, 상기 웨이퍼 스택의 층들 사이의 둘이상의 전이부에 의해 반사된 신호를 구별할 수 있고, 서로에 대한 거리 또는 기준 평면(R)까지의 거리를 결정할 수 있고,
    상기 기준 평면(R)에 평행한 상기 웨이퍼 스택 또는 상기 측정 수단의 이동 및 상기 기준 평면(R)에 따른 각 측정점의 위치를 탐지할 수 있으며,
    품질기준의 편차가 결정되지 않는 한 연마공정이 상기 평가 후에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연마 공정이 상기 측정 수단으로부터 공간적으로 분리되어 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 품질 기준의 편차가 있는 경우 웨이퍼 스택이 재작업되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택을 처리하기 위한 웨이퍼 처리 장치에 있어서,
    일시적으로 결합된 웨이퍼 스택을 형성하도록 일시적으로 결합된 층에 구성된 일시적 결합장치를 포함하고, 상기 일시적으로 결합된 층은 구조 웨이퍼, 일시적 접착제의 연결 층, 및 캐리어 웨이퍼를 포함하고, 상기 일시적 결합 장치는 상기 일시적 접착제 연결 층을 통해 캐리어 웨이퍼에 구조 웨이퍼를 일시적으로 결합하도록 구성되고;
    일시적으로 결합된 웨이퍼 스택 위에 분포된 복수의 측정점들에서 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택의 하나 또는 그 이상의 층의 보이드(void)를 탐지하거나 층 두께를 측정하도록 구성된 측정 장치를 포함하며,
    상기 측정 장치는:
    - 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택에 대해 이동하도록 구성된 하우징;
    - 상기 하우징 내의 바닥 위에 위치된 트랜스미터, 상기 트랜스미터는 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택 내로 전자기파 또는 초음파 형태로 신호들을 전송하도록 구성되고;
    - 상기 하우징 내의 바닥 위에 상기 트랜스미터와 근접하여 위치된 리시버, 상기 리시버는 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택에 대해, 상기 트랜스미터에 의해 전송되고 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택에서 반사되는 신호를 수신하도록 구성되고;
    - 리시버에 의해 수신된 신호들을 평가하고, 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택의 층들 사이에서 2개 이상의 전이부에 의해 반사된 신호들의 그룹을 구분하며, 서로 또는 기준평면(R)에 대한 상기 그룹의 각 신호의 거리를 결정하고, 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택 또는 상기 기준평면(R)에 평행한 상기 장치의 이동 및 상기 기준평면(R)을 따르는 각 측정점의 위치를 탐지하도록 구성된 평가 유닛;
    - 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택을 마운트의 한 표면 위에 수용하고 고정시키고 상기 고정된 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택을 기준평면(R)에 대해 평행하게 이동시키기 위한 마운트, 및
    - 캐리어 웨이퍼로부터 일시적 결합 구조를 분리하도록 구성된 디본딩 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 일시적으로 결합된 장치, 측정 장치, 디본딩 장치 및 마운트는 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택 및 검사 모듈을 부분적으로 페인팅(painting)하기 위한 페인팅 모듈을 가지는 인-라인 시스템에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 일시적 접착제 연결 층은 상기 구조 웨이퍼를 캐리어 웨이퍼에 일시적으로 결합하기 위해 상기 구조 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼 사이에 위치된 접착층인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 일시적 접착제 연결 층의 측정된 층 두께가 측정되거나, 상기 일시적 접착제 연결 층의 보이드들이 트랜스미터, 리시버 및 평가 유닛에 의해 탐지되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 트랜스미터 및 리시버는 트랜스미터-리시버 유닛에 포함되고, 상기 트랜스미터-리시버 유닛은 전체 웨이퍼 스택을 스캔하기 위해 기준평면(R)에 평행한 전체 웨이퍼 스택 위로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  9. 제 4항에 있어서, 상기 트랜스미터 및 리시버는 트랜스미터-리시버 유닛에 포함되고, 상기 트랜스미터-리시버 유닛은 전체 웨이퍼 스택을 스캔하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  10. 제 4항에 있어서, 트랜스미터, 리시버 및 평가 유닛은 일시적으로 결합된 웨이퍼 스택으로부터 거리(H)에서 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  11. 제 4항에 있어서, 상기 트랜스미터 및 리시버가 층 두께의 측정 및 보이드들의 탐지를 위해 동시에 작동하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  12. 제 4항에 있어서, 거리가 5 mm 미만인 서로 인접한 측정점들이 측정되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  13. 제 4항에 있어서, 트랜스미터, 리시버 및 평가유닛이 연마 공정 또는 세퍼레이팅 공정 동안 원위치(in-situ)에서 작동되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  14. 제 4항에 있어서, 트랜스미터 및 리시버에 기계적으로 연결 및 고정된 간섭계를 더 포함하고, 상기 간섭계는 간섭계로부터 하나이상의 측정점 상의 마운트의 한 표면까지의 거리를 측정하기 위하여 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
KR1020177029911A 2010-11-12 2010-11-12 웨이퍼 스택에 있는 결함 및 층 두께를 측정하기 위한 측정 장치 및 측정 방법 KR101895183B1 (ko)

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