KR102704604B1 - 결합파의 경로를 결정하기 위한 방법 및 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이의 갭(3)에서 결합파의 경로를 결정하기 위한 측정 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 그에 상응하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 그에 상응하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하기 청구범위에 따른 측정 장치 및 그에 상응하는 방법에 관한 것이다.
반도체 산업에서, 상이한 크기, 형태 및 재료의 기판은 일상적으로 함께 연결된다. 이러한 연결 공정은 접합으로 알려져 있다. 접합은 크게 영구 접합과 임시 접합으로 나뉜다. 영구 접착의 경우, 더 이상 분리할 수 없는 두 기판 사이의 연결이 발생한다. 이러한 영구적인 연결은, 금속의 상호확산(interdiffusion)에 의해, 양극 접합 동안 양이온-음이온 이송에 의해 또는 융합 접합 동안 산화물 및/또는 반도체 재료 사이의 공유 결합 형성에 의해 발생한다.
임시 접합의 경우, 소위 접합 접착제(bonding adhesive)가 주로 사용된다. 이러한 접착제는 기판들 사이의 접합제 역할을 하기 위해 하나 또는 두 기판의 표면에 코팅하여 제공된다.
융합 접합(fusion bonding)의 경우, 2개의 기판은 초기에 분리 가능한 연결인 사전-접합(pre-bond)로 함께 결합된다. 이 사전-접합은, 가능한 최대한 결함이 없고 입자가 없으며 서로 밀접하게 접촉하는 2개의 초고순도 평면 표면 기판 사이에서 반 데르 발스 브리지 접합을 기반으로 주로 발생한다.
하이브리드 접합(hybrid bonding)은 융합 접합의 하위 유형이다. 하이브리드 접합은, 전기 및 유전체 기판 영역으로 각각 제조된 두 기판 표면의 연결을 나타낸다. 대응하는 상관 기판 영역은 융합 접합(사전-접합)에 의해 함께 연결된다. 사전-접합이 영구 접합으로 변환되면, 기판의 전기 기판 영역들 사이에 영구적인 전기 접촉이 발생한다.
모든 접합 방법의 경우, 서로 접합할 기판을 함께 결합하기 위해 본더(bonder)를 사용한다. 결합될 두 기판은, 실제 사전-접합 단계가 수행될 때까지, 표면 활성화, 세척 단계, 정렬 단계와 같은 예비 처리를 거칠 수 있다.
사전-접합 단계에서, 기판 표면은 매우 작은 영역에서 서로 접촉하게 된다. 달리 말하면, 결합 반응이 시작된 후에, 결합 반응 즉 브리지 접합의 형성이 외부 에너지 공급 없이 진행될 수 있다. 결합 공정은 결합파의 전파에 의해 연속적으로 발생한다.
이론적 배경은, US7479441B2, US8475612B2, US6881596B2, 및 WO 2014/191033에 기재되어 있다.
2개의 동일한, 구조화되지 않은 기판의 경우, 결합파가 동심 방향으로 시작되면, 이상적인 경우에서 기판 반경을 따라 동심 방향으로 성장하는 원형의 전면(front)으로 진행된다. 구조화된 기판, 불순물 등은 결합파의 경로를 변경한다.
최적이 아닌 상태 하에서, 가스 함유, 입자 함유 등으로 인해, 접합되지 않은 영역(보이드(void))이 기판 사이에 발생할 수 있다.
또한, 정렬 오류(특히, 잘못된 구성 요소로 인한 스케일링 오류(런-아웃 오류(run-out error)), 회전 오류, 변환 오류, 잔류 오류, 온도 상쇄 오류의 결과로, 접합 오류가 발생할 수 있다. 개별 기판 또는 특히 박막 기술에서 제조된 기능 유닛의 검출되지 않거나 또는 중요하지 않은 오류는, 오류 전파에 누적될 수 있으며 사전-접합 공정 후에만 검출되고 정량화될 수 있다.
기판이 정렬 시스템에 의해 서로 매우 정확하게 정렬될 수 있지만, 접합 공정 자체 동안에 기판의 비틀림이 발생할 수 있다. 이렇게 발생하는 비틀림의 결과로, 기능 유닛은 모든 위치에서 서로 정확하게 정렬될 필요가 없다. 기판의 특정 지점에서의 정렬 부정확도는, 비틀림, 스케일링 오류, 렌즈 오류(확대 또는 축소 오류) 등의 결과일 수 있다.
반도체 산업에서, 이러한 문제를 다루는 모든 주제 영역은 용어 "오버레이(overlay)"에 포함된다. 이러한 주제에 대한 상응하는 소개는, 예를 들어, Mack, Chris의 Fundamental Principles of 광학 Lithography, The Science of Microfabrication, WILEY, 2007, 리프린트 2012에서 찾을 수 있다.
각각의 기능 유닛은 실제 제조 공정 전에 컴퓨터에서 설계된다. 예를 들어, 스트립 도체, 마이크로칩, MEMS 또는 마이크로시스템 기술의 도움으로 제조될 수 있는 그 밖의 다른 기타 구조는 캐드(CAD: Computer Aided Design) 프로그램으로 설계된다. 그러나, 기능 유닛을 제조하는 동안, 컴퓨터에서 설계된 이상적인 기능 유닛과 클린룸에서 제조되는 실제 기능 유닛 사이에는 항상 편차가 있다. 이러한 차이점은 주로 하드웨어의 한계, 즉 엔지니어링 관련 문제로 거슬러 올라갈 수 있지만 매우 자주 물리적 한계에 있다.
따라서, 포토리소그래피 공정에 의해 제조되는 구조의 해상도 정확도는, 포토마스크의 구멍 크기 및 사용되는 광(전자기 복사)의 파장에 의해 제한된다. 마스크 비틀림은 포토레지스트로 직접 전달되어 그에 따라 제조된 구조로 전달된다. 구동 시스템이 결합된 가이드(guide)와 같은 이동 장치는 미리 정해진 허용 오차 등 내에서 재현 가능한 위치에 접근할 수 있다. 따라서, 기판의 기능 유닛이 컴퓨터에서 설계된 구조를 정확하게 복제할 수 없다는 것은 놀라운 일이 아니다. 따라서, 모든 기판은 심지어 접합 공정 이전에도 이미 이상적인 상태에서 크게 벗어나지 않는다.
두 기판의 서로 반대되는 두 기능 유닛의 위치 및/또는 형태를, 두 기판 중 그 어느 것도 연결 공정에 의해 비틀리지 않는다는 가정에서 비교하면, 일반적으로, 기능 유닛의 불완전한 합동이 발견되는데, 이는 기능 유닛이 위에서 설명한 오류로 인해 이상적인 컴퓨터 모델과 상이하기 때문이다. 가장 빈번한 오류는, https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AOverlay_-_typical_model_terms_DE.svg, 24.05.2013 및 Mack, Chris의 Fundamental Principles of 광학 Lithography, The Science of Microfabrication, Chichester: WILEY, p312, 2007, 리프린트 2012에서 찾을 수 있다. 예시에 따르면, 전체(global) 및 국부(local) 또는 대칭 및 비대칭 오버레이 오류(overlay error) 사이에서, 대략적으로 구분될 수 있다. 전체 오버레이 오류는 균질한데 즉 위치와 무관한다. 위치에 관계없이 서로 반대되는 두 기능 유닛 간에 동일한 편차가 생성된다. 기존의 전체 오류는 오류 I 및 II로서, 서로에 대한 두 기판의 병진 또는 회전으로 인해 발생한다. 두 기판의 병진 또는 회전은 각각의 경우에 상호 반대되는 기판 상의 모든 기능 유닛에 대해 상응하는 병진 또는 회전 오류를 생성한다. 국부적 오버레이 오류는 주로 탄성 및/또는 가소성 문제로 인해 위치에 따라 발생하며, 이 경우에는 주로 지속적으로 전파되는 결합파에 의해 야기된다. 표시된 오버레이 오류 중에서, 주로 오류 III 및 IV는 "런-아웃 오류(run-out error)"로 지칭된다. 상기 오류는, 접합 공정 동안에, 적어도 하나의 기판의 비틀림으로 인해 주로 발생한다. 적어도 하나의 기판이 비틀림되면, 제1 기판의 기능 유닛은 제2 기판의 기능 유닛에 대해 비틀림된다. 하지만, 오류 I 및 II는 접합 공정으로 인해 발생할 수도 있지만 일반적으로 오류 III 및 IV에 의해 현저하게 오버레이 되어 어렵게만 검출하거나 측정될 수 있다.
종래 기술에서, 국부적 비틀림이 적어도 부분적으로 감소될 수 있는 시스템이 이미 존재한다. 능동 제어 요소의 사용으로 인한 국부 비틀림이 포함된다(EP2656378B1 참조).
종래 기술에서, "런-아웃" 오류의 수정에 대한 해결책에 대한 추가 접근법이 이미 존재한다. US20120077329A1은 접합 동안 및 접합 후에 두 기판의 기능 유닛 사이에서 원하는 정렬 정확도를 달성하기 위한 방법을 기술하고 있다.
발생하는 "런-아웃" 오류는 대부분의 경우 접촉 지점 주위에서 반경방향 대칭으로 더 크며, 그에 따라 접촉 지점으로부터 주변으로 갈수록 증가한다. 대부분의 경우, "런-아웃" 오류는 선형적으로 증가한다. 특정 조건 하에서는, "런-아웃" 오류가 비선형적으로 증가할 수 있다.
특히 우수한 조건 하에서, "런-아웃" 오류는 적절한 측정 장치(EP2463892B1)에 의해 결정될 수 있을 뿐만 아니라 수학적 기능에 의해 적어도 대략적으로 설명될 수 있다. 이러한 오버레이 오류가 잘 정의된 지점들 사이의 병진 및/또는 회전 및/또는 크기 조정을 나타내기 때문에, 이들은 바람직하게는 벡터 함수로 설명된다. 일반적으로, 이러한 벡터 함수는 함수 f: R2->R2, 즉 위치 좌표의 2차원 정의 범위를 "런-아웃" 벡터의 2차원 값 범위에 매핑하는 매핑 룰(mapping rule)이다. 해당 벡터 필드(vector field)의 정확한 수학적 분석이 아직 수행될 수 없었지만, 함수 특성과 관해 다음과 같이 가정된다. 이러한 벡터 함수는 높은 확률을 가진 적어도 C^n이고, 여기서 n>= 1 함수이며, 즉 적어도 지속적으로 미분할 수 있는 함수이다. "런-아웃" 오류가 접촉 지점으로부터 에지(edge)로 갈수록 증가하기 때문에, 벡터 함수의 발산은 아마도 0과 다를 것이다. 따라서 벡터 필드는 높은 확률을 가진 소스 필드(source field)이다.
가스 함유 또는 스케일링 오류와 같은 다수의 결함은 주로 사전-접합 단계, 특히 결합파의 경로 또는 각각의 샘플 홀더(척(chuck))의 품질 및/또는 디자인 및/또는 기능에 대해 다시 추적될 수 있다. 종래 기술에서, 결합파의 경로에 관한 정량적 설명을 전달하는 방법이 알려져 있다.
가장 자주 사용되는 방법은 광학 수단, 특히 카메라 시스템, 특히 적외선 스펙트럼에서 투과광 방법을 사용하여 결합파의 경로를 관찰하는 것으로서, 기판은 결합파의 관찰에 충분한 투명도를 나타내야 한다. 이 방법은 표준 방법이지만 단점이 있다. 모든 기판이 투과광 방법에 적합한 것은 아니며, 특히 금속 코팅은 결합할 두 기판 표면의 연결 중에 발생하는 접합 경계면(bond interface)의 관찰을 방지한다. 또한, 반도체 기판을 사용한 도핑(doping)은 전자기 방사선의 투과율(transmittance)에 영향을 줄 수 있다. 또한, 투과광 방법은 모든 샘플 홀더에 특별한 요구 사항을 제공하는데, 그 이유는 방사선에 대해 투명해야 하고 결과의 재현성에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
결합파의 경로를 측정하는 이전에 알려진 모든 기술은 기판을 통해 직접 사전-접합 공정을 관찰하거나 기판이 결합되는 인력의 효과를 측정한다. 지금까지는 재료의 특성에 관계없이 모든 기판의 경우 접합 경계면에서 직접 결합파의 경로를 직접 관찰할 수 있는 직접적이고 상업적으로 이용 가능한 측정 방법 및 측정 장치가 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점을 제거하고 특히 결합파의 경로 및/또는 특히 형태를 결정하기 위한 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 앞서 언급한 단점은 적어도 대부분 제거될 수 있다.
이 목적은 독립 청구항들의 특징으로 해결된다. 본 발명의 유리한 변형예들은 종속항에 기재되어 있다. 발명의 설명, 청구범위 및/또는 도면에 기술되고 도시된 2개 이상의 특징들의 모든 조합은 본 발명의 범위에 속한다. 값 범위에서, 명시된 한계 내에 있는 값은 또한 한계값으로 개시되도록 의도되었으며 임의의 조합으로 청구될 수 있다.
본 발명은 제1 기판과 제2 기판 사이의 갭(gap)에서 결합파의 경로를 결정하기 위한 측정 장치에 관한 것으로서, 상기 측정 장치는:
- 적어도 하나의 트랜스미터(transmitter)를 포함하되, 상기 트랜스미터는 갭을 통과하는 신호 경로를 따라 전자기파의 형태로 신호를 전송하기 위해 갭의 주변 에지(peripheral edge)에 배열될 수 있으며,
- 적어도 하나의 리시버(receiver)를 포함하되, 상기 리시버는 접합 이전 및/또는 접합 동안 변경될 수 있으며 갭을 통해 트랜스미터에 의해 전송되는 제1 신호 경로의 신호를 수신하기 위해 주변 에지에 배치될 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 따른 특정 실시예에서, 제1 기판과 제2 기판 사이의 갭에서 결합파의 경로를 결정하기 위한 측정 장치에 관한 것으로서, 상기 측정 장치는:
- 적어도 하나의 트랜스미터를 포함하되, 상기 트랜스미터는 갭을 통과하는 제1 신호 경로 및 갭을 통과하는 적어도 하나의 추가 신호 경로를 따라 전자기파의 형태로 신호를 전송하기 위해 갭의 주변 에지에 배열될 수 있으며,
- 적어도 하나의 리시버를 포함하되, 상기 리시버는 접합 이전 및/또는 접합 동안 변경될 수 있으며 갭을 통해 트랜스미터에 의해 전송되는 제1 신호 경로 및 추가 신호 경로의 신호를 수신하기 위해 주변 에지에 배치될 수 있다.
상기 측정 장치는 바람직하게는 특히 현장에서(in-situ), 접합 장치에서 사용될 수 있도록 구성된다.
또한, 트랜스미터 및/또는 리시버가 주변 에지를 따라 이동될 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 트랜스미터 및/또는 리시버가 주변 에지에서 회전 가능하고, 특히 조정 가능하게 회전할 수 있으며, 트랜스미터 및/또는 리시버는 최대 자체 조정 값을 갖는 최적의 신호 경로를 서로 형성할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 제1 기판과 제2 기판 사이의 갭에서 결합파의 경로를 결정하기 위한 측정 장치는:
- 적어도 하나의 트랜스미터를 포함하되, 상기 트랜스미터는 갭을 통과하는 제1 신호 경로를 따라 전자기파의 형태로 신호를 전송하기 위해 갭의 주변 에지에 배열될 수 있으며,
- 적어도 하나의 리시버를 포함하되, 상기 리시버는 접합 이전 및/또는 접합 동안 변경될 수 있으며 갭을 통해 트랜스미터에 의해 전송되는 제1 신호 경로의 신호를 수신하기 위해 주변 에지에 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 측정 장치는 주변 에지에 분포된 복수의 트랜스미터 및/또는 주변 에지에 분포된 복수의 리시버를 포함하되, 하나의 트랜스미터 마다 적어도 2개의 리시버가 배열되며, 각각의 경우, 리시버는 특히 맞은편에 배열된 트랜스미터에 제공된다.
바람직하게는, 각각의 트랜스미터는 복수의 신호 경로를 특히 동시에 전송하거나 및/또는 각각의 리시버는 단일 신호 경로에 제공된다.
측정 장치에는, 바람직하게는, 특히, 적어도 하나의 리시버에 의해 수신된 신호의 통합 변환(integral transformation)에 의해, 바람직하게는 라돈 변환(radon transformation)에 의해, 신호 경로를 따라, 측정된 값을 결정하기 위한 평가 유닛이 제공된다.
또한, 바람직하게는, 적어도 하나의 리시버는 신호(9)의 광학 특성, 특히 다음의 광학 특성:
- 굴절률,
- 횡단 전자기파(transverse electromagnetic wave)로 구분되는 신호 모드,
- 진행 시간,
- 강도,
- 스펙트럼 코딩(spectral coding) 중 하나 이상의 특성을 검출하도록 구성된다.
본 발명의 추가 주제는 전술한 특징들 중 어느 한 특징에 따른 측정 장치를 포함하는 접합 장치(bonding device)에 관한 것이다.
바람직하게는, 상기 접합 장치는, 결합파의 경로에 따라 결합파에 영향을 미치기 위한 영향 수단을 포함한다.
본 발명의 추가 주제는, 본 발명에 따른 방법을 사용하여, 접합 이전 및/또는 이후에, 갭 즉 서로 접촉하지 않는 기판 표면들 사이의 거리를 체크하는 측정 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다. 이러한 장치의 사용은, 특히 접착 접합 공정 전에, 접착제로 코팅된 두 기판의 배열을 체크하거나 및/또는 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 추가 주제는, 특히, 전술한 특징들 중 어느 한 특징에 따른 측정 장치에 의해, 제1 기판과 제2 기판 사이의 갭에서 결합파의 경로를 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 특히 다음 순서로, 다음 단계:
- 적어도 하나의 트랜스미터를 의 주변 에지에 배열하는 단계,
- 적어도 하나의 리시버를 갭의 주변 에지에 배열하는 단계,
- 갭을 통과하는 적어도 제1 신호 경로를 따라, 선택적으로는 갭을 통과하는 추가 신호 경로를 따라, 주변 에지에 배열된 트랜스미터 또는 트랜스미터 들에 의해 전자기파 형태의 신호를 전송하는 단계,
- 접합 이전 및/또는 접합 동안 변경될 수 있으며 갭을 통과하는 트랜스미터에 의해 전송되는 제1 신호 경로, 선택적으로는 추가 신호 경로의 신호의 수신을 위해 주변 에지에 배열된 리시버 또는 리시버 들에 의한 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 주제는, 전술한 특징들에 따른 방법으로 결합파의 경로가 결정되는 2개의 기판의 접합 방법이다.
바람직하게는, 결합파는 결합파의 경로에 따라 영향이 미친다.
본 발명의 기본 사상은, 접합될 기판 사이의 갭을 통해 전자기파를 전달하고, 사전-접합 공정 이전 및/또는 사전-접합 공정 동안, 기판들 사이를 통과한 후에, 즉 결합파의 위치의 변경 동안, 내부의 변화를 측정하는 것이다. 전자기파의 변화는 강도 및/또는 편광 및/또는 위상 등에서의 변화를 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명에 따르면, 측정은 전자기파의 다수의 신호 경로, 즉 측정 섹션을 포함하는데, 위치된 결합파는 갭의 신호 경로와 상이한, 특히 교차하는 측정 결과로부터 결정될 수 있다. 또한, 특히 결합파에 영향을 미치기 위한 유발 가능한 작동(triggerable action)을 수행할 수 있다. 이러한 유발 가능한 작동은 자동화될 수 있으며, 최적의 매개변수는 특히 접합될 각각의 기판 쌍에 대해 실시간으로 결정될 수 있다.
전자기파 대신에, 본 발명은 기본적으로 측정 신호로서 입자 빔, 특히 이온 빔, 적어도 바람직하게는 중성자 빔의 변화를 사용할 수 있다.
본 발명은 결합파의 경로를 결정하기 위해 갭의 가변 특성을 사용하는 추가적인 사상에 기초한다.
본 발명의 특히 독립적이거나 또는 추가 양태는 결합파가 특히 실시간으로 갭에서 직접 관찰되는 것이다. 따라서 기판의 품질이나 투명도는 결합파 관찰과 관련이 없다.
본 발명의 추가의 특히 독립적인 양태는, 본 발명에 따른 측정 장치가 통합된 접합 장치, 특히 융합 접합 장치(fusion bonding device)에 관한 것이다. 간단히 말해서, 융합 접합 장치는 본 발명에 따른 측정 장치의 측정값들을 이용하여 기판의 결합파의 경로에 영향을 준다.
융합 결합 장치, 작동 요소, 측정 장치, 피드백 요소 및 접합 기판 쌍, 물품은 제어 루프로 설명된다. 그러나, 이와 동시에 결합파가 통과하고 영향을 받을 수 있는 물품, 즉 기판 쌍은 측정 변수가 결정될 수 있는 측정 대상을 구현한다.
따라서, 특히 본 발명에 따른 독립적인 장치는, 제어된 방식으로 접합 공정에 능동적으로 영향을 미치는 융합 접합 장치이다.
따라서 본 발명에 따른 추가의 특히 독립적인 장치는 모든 트랜스미터, 리시버, 데이터 처리 수단 및 디스플레이 수단을 포함하는 측정 장치이며, 이러한 측정 장치는 결합파의 경로를 결정을 수행하고 측정 결과들을 저장하고, 변환하며, 평가하고, 중계하며 표시한다.
본 발명에 따른 추가의 특히 독립적인 양태는, 특히 횡방향 관찰(lateral observation)에 의해 결합파의 경로를 결정하기 위한 측정 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 추가의 특히 독립적인 방법은, 본 발명에 따른 측정 방법의 도움으로 결합파의 경로에 영향을 미치고 융합 본더를 제어하는 제어 접합 공정을 설명한다.
본 발명에 따른 추가의, 특히 독립적인 양태로서, 본 발명에 따른 접합 방법의 결과, 즉 물품은 접합된 기판 스택(substrate stack)으로 간주된다.
본 발명의 기초가 되는 추가 사상은, 적어도 하나의 트랜스미터와 적어도 하나의 검출기/리시버를 갖는 두 기판 사이의 갭의 하나 이상의 광학 특성의 변화로서 결합파를 공간적으로 분해하는, 특히 횡방향으로 측정하거나, 또는 라돈 변환과 같은 수학적 분석에 의해 누적 측정 신호로부터 위치에 관해 상기 결합파를 결정하고 특히 계산하여, 접합 결과의 동적 변화 위치 맵(position map)을 생성하는 것이다.
다시 말해서, 본 발명의 기초가 되는 사상은, 특히 본 발명에 따른 방법이 가장 볼록한 접합 영역(bonding area)의 횡방향 한계(lateral limit)를 측정하며, 전자기 방사선이 특히 기판 평면에 평행하게 기판들 사이의 개방된 갭으로 결합되어, 기판 표면들 사이의 전송(거리가 작은 경우, 주로 도파관 특성에 의해 결정됨) 및 확장된 갭을 통과하는 표면 평면 전송이 정량화되는 사실이다. 횡방향 관찰에 의해, 기판 재료의 전송에 무관하게 임의의 시간 지점에서 전체 결합파를 스캔하는 것이 가능한다. 이에 따라 결합파의 전파를 측정할 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 기초가 되는 추가 사상은, 결합파가 액추에이터 또는 정적 주변 조건에 의해 매우 정확하게 제어되거나 또는 조절될 수 있으며, 예를 들어, 적어도 하나의 기판 홀더의 서로의 뒤에 배열된 복수의 진공 영역들이 비활성화될 수 있다는 사실이다. 기판은 각각의 기판 홀더로부터 (적어도 부분적으로) 릴리스 되고 2개의 기판의 접촉이 개시되며, 전파는 기판들 사이의 거리에 영향을 줌으로써 가속되거나 또는 감속될 수 있다.
따라서, 본 발명은 다음과 같은 해결 접근 방식/이점을 포함한다:
- 기판의 접합 경계면을 따라 사전-접합 공정의 직접적인 현장 측정이 가능하며, 그에 따라 결합파의 경로 및/또는 기판이 서로를 향해 접근하는 것에 대한 평가가, 특히 접합 장치 내부에서, 융합 접합 공정 이전 및/또는 바람직하게는 융합 접합 공정 동안에 수행될 수 있으며,
- 특히, 기판 사이에 측정 장치를 삽입하지 않고도 또는 기판의 투명도를 요구하지 않고도, 접합 경계면에서 결합파를 특히 직접 결정하는 것이 가능하게 되고,
- 접합 경계면의 경로의 특히 절대 동적 위치 값은 기판 재료에 관계없이 높은 공간 해상도로 넓은 온도 범위에 걸쳐 매우 정밀하게 결정될 수 있으며,
- 기판을 가능한 최대한 비틀림 없이 결합하거나 요구 사항에 따라서는 비틀림될 수 있도록 결합파에 특히 실시간으로 영향을 미칠 수 있다.
본 발명은 2개의 기판 사이의 결합파의 현장 측정을 허용한다. 적절하게 설계된 센서는 재사용이 가능하고, 모든 종류의 융합 본더에 신속하게 설치할 수 있으며, 장기적으로 볼 때 종래 기술에 따른 센서 및 장치보다 저렴하고, 덜 노동 집약적이며, 따라서 신속하고 표적화된 공정 최적화가 가능하다. 센서가 비접촉 방식으로 작동하고 기판 외부에 배열되기 때문에, 이러한 측정(측정 기기와 측정 방법 자체 모두)에서는, 접합 경계면이 오염될 수 있는 입자가 생성되지 않는다. 즉, 측정 개념은 접촉되지 않고 입자가 없는 개념이다.
(갭에서) 기판 표면을 따른 전송은, 재료 복합재의 도파관 특성을 적어도 부분적으로 사용한다. 이 경우, 전자기 방사선은 기판 표면 사이에서 앞뒤로 던져지며(thrown), 갭에 있는 매질보다 높은 굴절률을 갖는다. 갭을 통한 전송은 기판 표면이 갖는 복소수 값의 굴절률(실수부: 굴절, 허수부: 흡수)에 따라 영향을 받는다. 기판 표면이 서로를 향해 이동할 때, 즉 사전-접합 공정 동안, 반사 횟수는 반비례하여 더 많아지고 흡수는 증가한다. 결과적으로, 기판 표면 사이의 최소 측정 가능한 거리는 원칙적으로 0 nm보다 클 수 있다. 갭의 센서 및 에미터(emitter) 사이의 전송이 보장되고 기판 표면을 따라 전파 방향이 방해받지 않는 한, 이는 측정 정확도의 제한을 의미할 뿐이다. 접합되는 기판 없이 전송이 중단되고 따라서 갭이 0 nm의 높이로 완전히 감소되는 거리가 확실히 결정할 수 있지만, 폴리싱된 표면(polished surface)에서는 일반적으로 그다지 중요하지 않는다.
전송이 중단되고 기판 표면의 결합이 시작되는 거리, 즉 0 nm의 갭 높이가 엔지니어링 관련 관점에서 볼 때 서로 너무 가깝기 때문에, 당업자는, 후속 신호 종료가 있는 갭에서, 바람직하게는 10 nm 미만, 특히 바람직하게는 5 nm 미만, 매우 특히 바람직하게는 2 nm 미만 거리에 접근하는 동안, 결정된 지점에서 기판은 유한하고 작은 거리를 유지하지 않지만 그러나 오히려 접합되는 것을 쉽게 가정할 수 있다.
특히, 전자기 방사선의 파장은 조정 가능한 방사선원으로 갭에서 최대 전송이 달성되도록 선택될 수 있다. 다시 말해서, 방사원의 파장을 조정함으로써, 높은 스펙트럼 흡수(spectral absorption)를 방지할 수 있다. 따라서 측정 장치는 작고 공간을 절약할 수 있으며 에너지 효율적으로 설계될 수 있다. 트랜스미터, 방사선원의 파장은, 특히 0.5 nm 내지 10,000 nm 사이, 바람직하게는 250 nm 내지 5000 nm 사이, 특히 바람직하게는 300 nm 내지 2000 nm 사이, 매우 특히 바람직하게는 300 nm 내지 1500 nm 사이의 파장 범위에 있다. 최적의 경우, 방사선원은 특히 단색성의(monochromatic) 적외선원이다.
광학적으로 밀도가 높은 매질로부터의 파동이 광학적으로 얇은 매질에 부딪힐 때 발생하는 내부 전체 반사와 달리, 도파관의 경우(접합할 기판 표면 사이의 갭이 일반화 된 방식으로 이해할 수 있기 때문에), 반사는 매우 평평한 각도에서만 효율적이다. 기판 표면 및 전자기 방사선의 포인팅 벡터 사이의 각도는, 90° 미만, 바람직하게는 75° 미만, 더 바람직하게는 30° 미만, 가장 바람직하게는 10° 미만, 그 중에서도 최대로 바람직하게는 1° 미만이다.
이 방사선 각도는 입사각(평행 빔의) 및 발산각(확대 또는 비평행)에 따라 달라진다. 발산각은 또한 결합부의 개구수(numerical aperture: NA)로 설명될 수 있으며 초점 가능성(작은 입력 갭에서)과 다시 연결된다. 거리 d ≒ 4·λ/π*(NA*2/n), 여기서 λ= 파장이고, n= 굴절률, 특히 공기에서 n=1이다.
발산각은 개구수의 원인으로 이해할 수 있다. 따라서, 발산 각도를 각도 사양으로 표시하는 것이 가능하다.
파장의 거리에서, 2개의 평행한 표면, 특히 기판 표면을 통한 치수의 경우, 전달 함수(transfer function)는 굴절 및 양자화 효과(quantization effect)로 이어진다. 500 μm보다 큰 거리의 경우, 전달 함수는 갭 폭에 거의 의존하지 않으며 이후에는 준-선형으로(quasi-linearly) 작아진다. 거리가 10 μm 미만이고 3 μm보다 큰 경우에서(300 nm 내지 1500 nm 사이의 파장 범위에 있는 파장의 방사선을 사용한다고 가정할 때), 전송은 거리에 완전히 선형으로 변경되지 않는데, 이는 가로 모드는 파장 가이드 내로(즉, 좁은 갭으로) 통과하는 횡단 모드(transverse mode)가 거의 없기 때문이다. 표면 사이의 측정 가능한 최소 거리는, d < λ/1.7 "컷-오프" 거리로 정의되는데, 이 경우 최종 남은 모드도 갭 밖으로 밀려난다.
광학 전달 함수는 갭에서 전자기 방사선의 특성 변화를 설명한다.
외부 갭의 최소 크기는, 적절하게 정확한 포커싱(10 마이크로미터 이상, 바람직하게는 5 마이크로미터 이상, 특히 바람직하게는 2 마이크로미터 이상) 및/또는 조정에 의해 조정될 수 있으며, 웨이퍼의 접촉 전에, 미리 정해진 거리에 위치될 수 있다. 갭이 지나치게 작기 때문에, 결합 손실의 비율이 높아져, 본 발명에 따른 측정 방법을 수행하기가 더 어려워진다.
굴절 손실 및 "빔의 굽힘"은, 기판에 평행하지만 "접합 전면(bonding front)"을 스치는 빔의 경우에는, 문제가 될 수 있다. 빔 경로가 변경될 수 있으며 그에 따라 측정 정확도가 제한된다.
두 기판 사이의 결합파의 경로를 결정하기 위해, 트랜스미터 및 리시버(둘 모두 일반 용어 센서에 속함)로서 측정 장치는, 장치에 특히 작은 거리에 배치되며, 접합될 하부 기판 표면의 높이에서, 특히 하부 기판의 외부 에지에 대해, 특히 비접촉식으로 배치된다.
대안으로, 센서, 즉 트랜스미터 및 리시버는 작은 거리에 배치될 수 있는데, 특히 결합파의 평면의 높이에서, 기판 홀더, 바람직하게는 하부 기판 홀더의 외부 에지에 대해 작은 거리에, 특히 비접촉으로 배치될 수 있다.
대안으로, 트랜스미터 및/또는 리시버는 기판 홀더, 특히 하부 기판 홀더에 설치될 수 있으며, 적절하게 기능적으로 통합될 수 있다. 기판 취급을 위한 공간적 접근성 조건은 트랜스미터와 리시버를 설치하는 동안 적절하게 고려된다. 마찰-고정 및/또는 견고하게 결합된 연결은 트랜스미터와 리시버 및 기판 홀더 사이에 존재할 수 있다.
이 실시예는 아래에서 더 상세히 설명될 것이며, 트랜스미터 및/또는 리시버는 기판 에지에 배열된다. 이는 가독성을 높이기 위한 목적으로만 수행된다. 기판 홀더에 대한 트랜스미터 및/또는 리시버의 대안의 배열은 유사하게 적용된다.
대안으로, 트랜스미터 및 리시버는 결합파의 평면에서 기판 쌍의 외부 에지를 향하여 배열될 수 있다. 본 발명에 따르면, 접합된 기판 스택의 위치, 특히 높이 및 접합 후의 접합 경계면의 위치는 특히 하부 기판 홀더로부터의 높이로서 측정되고 결정될 수 있다. 미래의 접합 경계면에 대한 지식으로, 아직 시작되지 않은 결합파의 수학적 평면을 계산할 수 있다. 가능한 최대한 긴 신호 경로를 사용할 수 있도록 하기 위해, 본 발명에 따르면, 결합파 평면의 높이에서, 트랜스미터 및 리시버를 기판 쌍의 외부 에지를 향하여 배열하는 것이 유리하다.
측정 장치의 제1 실시예에서, 본 발명에 따른 측정 장치는 측정 센서의 역할을 하고, 결합파의 매개변수는 단지 검출될 뿐, 사전-접합 공정에 영향을 미치는 데 사용되지 않는다. 다시 말해서, 이 실시예에서는 융합 본더와 측정 장치 사이에 아무런 정보 관련 결합이 없다.
서로 정렬된 기판은 사전-접합 공정에서 함께 결합된다:
- 기판은 정렬 마크(alignment mark)를 사용하여 서로 정렬되고,
- 적어도 하나의 기판은 미리 구부러져 있으며(pre-curved),
- 기판이 서로를 향해 이동되고, 특히 기판 사이에 연속적인 갭이 발생하며,
- 사전-접합은 접촉 지점에서 접합 시작과 함께 삽입되고,
- 측정 장치는 기판 사이에서 발생하는 결합파를 검출하여, 기판 사이의 갭의 광학 특성을 변화시켜서, 기판 표면의 광학 특성이 결합파의 전파에 따르게 하거나 및/또는 갭의 광학 특성이 결정될 결합파에 따르게 할 수 있다.
결합파의 경로의 위치-종속 결정에 대해, 시간-종속 위치 맵(time-dependent position map)이 작성된다. 이를 위해, 트랜스미터의 적어도 하나의 광학 및/또는 전자기 신호는 비접촉 기판 쌍의 에지에서 결합되는데 즉, 갭으로 전송된다. 신호는 측정 섹션 또는 표면 세그먼트를 따라 갭을 관통하고, 바람직하게는 정확히 맞은편에 있는 트랜스미터로부터 멀어지는 쪽에서, 검출기로서 구성된 적어도 하나의 리시버에 의해 픽업되고 측정된다. 따라서 갭을 통해 전송된 신호는, 결합파에 부딪힐 때, 신호 경로 또는 복수의 신호 경로를 따라, 광학 특성 중 적어도 하나의 (누적 검출된) 변화를 경험한다.
복수의, 특히 교차하는, 신호 경로를 픽업함으로써, 특히 동적으로 변화하는 위치 맵의 결정이 바람직하게는 가능하다.
본 발명에 따르면, 리시버에 의해 검출되는 특성으로서, 다음을, 개별적으로 또는 조합하여, 고려해 볼 수 있다:
- 강도(강도 변화),
- 양극화(양극화 변화),
- 이중 굴절(이중 굴절 변화),
- 진행 시간(진행 시간 변화),
- 색상 변화로도 지칭되는 가시 파장에 대한 검출 가능한 파장 또는 주파수(파장 또는 주파수 변화),
- 스펙트럼 코딩(스펙트럼 코딩 변화),
- 굴절률(굴절률 변화),
- 횡단 전자기파로 구분되는 신호 모드(신호 모드 변화),
- 캐스트 쉐도우(cast shadow)(캐스트 쉐도우 변화).
리시버 또는 리시버들에 의해 픽업된 신호가 각각의 신호 경로를 따라 모든 신호 변화의 누적의 결과이기 때문에, 수학적 변환은 바람직하게는 위치의 함수로서 갭의 광학 특성의 변화를 얻기 위해 사용된다. 이를 위해, 측정 장치 또는 기판 스택의 주변 에지를 따라 상이한 트랜스미터 및/또는 리시버 설정으로 복수의 측정값이 픽업되는 것이 바람직하며, 특히 각각의 신호 경로는 적어도 하나의 다른 신호 경로와 교차한다.
누적된 출력 신호는 바람직하게는 각각의 경우에 트랜스미터 및/또는 검출기의 각도 위치의 함수로서 기록된다. 누적된 신호를 위치 맵을 작성하기 위한 갭 내부의 위치의 함수로서 광학 신호의 변화로 변환하기 위한 바람직한 수학적 변환은 라돈 변환이다. 라돈 변환을 사용함으로써, 임의의 위치, 특히 교차하는 신호 경로의 교차 지점들에서, 광학 경로의 검출된 신호 경로의 광학 특성에서의 변화는 결합파 위치의 함수로 얻어진다.
갭의 광학 특성에서의 변화가 결합파의 위치와 상관될 수 있기 때문에, 기판 사이의 결합파의 위치 분포를 픽업할 가능성이 생긴다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 융합 접합을 위한 장치에서 2개의 기판 사이에서 진행된다.
측정 대상으로서 기판은 결합파의 전파 측정을 위한 측정 섹션의 일부이다. 기판 쌍이 없으면, 본 발명에 따른 특히 제어식 접합 장치는 기능할 수 없다. 측정 대상으로서 기판이 없으면, 본 발명에 따른 측정 방법을 진행할 수 없다.
본 발명에 따르면, 결합파의 위치가 본 발명에 따라 결정될 수 있는 예시적인 실시예가 아래에 설명된다.
본 발명에 따른 다음의 모든 예시적인 실시예에 대해, 전자기 신호는 제1 기판의 주변 에지 외부의 적어도 하나의 지점에서, 트랜스미터에 의해 2개의 기판 사이의 갭으로 결합되고, 상기 전자기 신호는 신호 경로를 따라 또는 바람직하게는 표면적, 즉 복수의 신호 경로가 있는 영역에서 전송된다. 신호 경로를 따라, 결정될 결합파의 위치 또는 속도로 인해, 물리적 특성 중 적어도 하나가 변경된다.
따라서, 갭으로부터의 신호 출구에서(즉, 각각의 신호 경로의 끝에서) 검출기(리시버)는 측정 섹션을 따라 누적 또는 적어도 연속적으로 가변적인 측정 신호를 수신한다. 수학적 관점에서, 각각의 신호 경로를 따라 픽업된 특성의 누적 변화는 측정 신호 또는 값으로 매핑된 매핑 규칙에 의해 본 발명에 따라 얻어진다.
본 발명에 따른 결합파의 위치 경로를 결정하기 위해, 본 발명에 따른 측정 장치의 예시적인 실시예에서 트랜스미터 및/또는 검출기/리시버는 기판의 외부 윤곽 또는 주변 에지를 따라 이동되고, 복수의 측정 섹션의 복수의 신호가 결정되고 복수의 측정 섹션은 수학적 변환에 의해 국부 측정 신호로 변환된다. 그러면, 국부 측정 신호는 결합파의 국부 위치에 따라 명백하게 달라진다.
변환을 위해 바람직한 변환은 라돈 변환이다. 결합파의 거동 및 물리적 및/또는 광학 특성의 결정된 측정 값들 사이의 수학적 상호관계는 특히 경험적으로 결정된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 하위조립체를 위해 기능적으로 제공된 금속 코팅이, 의도된 것과 다른 목적을 위해, 산란에 의해 측정값 또는 갭의 광학 특성에 가능한 최대한 적게 영향을 미치고 재현 가능한 결과를 제공하기 위하여, 적어도 국부적으로 추가로 제공된 반사층으로서 기판 중 적어도 하나에 사용될 수 있다. 즉, 금속-코팅된 기판은, 금속 거울을 반사하는 평면으로 이해될 수 있으며, 금속 거울보다 반사율이 낮은 반도체 거울이 아니다.
기판(측정 장치의 일부로 이해되고 그와 동시에 접합 장치에서 접합되는 기판으로 이해되는)은 직사각형, 원형 또는 다른 형태일 수 있다. 기판은 바람직하게는 원형 형상을 갖는다. 원형 기판의 경우, 기판의 직경은 바람직하게는 1인치, 2인치, 3인치, 4인치, 5인치, 6인치, 8인치, 12인치, 18인치 또는 18인치 이상이다.
특히 바람직하게는, 기판은 반도체 산업에서 사용되고 데이터는 웨이퍼에 관한 것이다.
기판의 두께는 용도에 따라 다르다. 대부분의 경우에, 두께는 10 μm 이상, 바람직하게는 100 μm 이상, 보다 바람직하게는 1000 μm 이상, 가장 바람직하게는 2000 μm 이상, 그 중에서도 최대로 바람직하게는 5000 μm 이상이다. 두 기판의 두께는 일반적으로 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 측정 방법으로, 두 기판의 결합이 접합 경계면에서 직접 관찰되는 것이 바람직하기 때문에, 투명도에 관계없이 높은 표면 품질을 갖는 임의의 재료가 함께 결합될 수 있다. 사전-접합 후에, 결합된 기판으로부터 영구적인 연결이 발생할 수 있는지 여부는, 본 측정 방법과 관련이 없다.
임시 융합 접합으로 본 발명에 따라 결합된 기판 쌍은, 특히 집적 회로의 테스트, 품질 관리 또는 그 밖의 다른 목적을 위해 제조될 수 있다. 따라서, 기능적 기판 표면의 무작위 접촉 또는 오염이 방지될 수 있다.
기판의 굴절률 및 표면 품질, 가령, 반사율은 본 발명에 따른 방법에서 중요하다. 기판은 바람직하게는 이상적인 경우 무손실, 즉 100%의 영역에서 리시버에 투과율로서 갭에서의 다중 반사 후에 트랜스미터의 방사선을 중계한다. 방사선이 결합파에 부딪히면, 방사선이 갭의 리시버로 전달될 수 없으며, 투과율이 적어도 국부적으로는 0%가 된다. 접합 전의 기판의 원래 상태에서, 접촉하기 전에, 기판이 서로 가까워지는 경우, 방사선의 적어도 0.01%, 바람직하게는 적어도 40%, 특히 바람직하게는 적어도 50%, 매우 특히 바람직하게는 적어도 65%, 최적의 경우에서는 99.9%, 이상적인 경우 100%의 방사선을 투과율로서 측정한다.
표면의 평활도(smoothness)는 평균 거칠기로 정량화할 수 있다. 평균 거칠기, 특히 평균 거칠기 값은 10000 nm 미만, 바람직하게는 100 nm 미만, 보다 바람직하게는 10 nm 미만, 가장 바람직하게는 1 nm 미만, 그 중에서도 최대로 바람직하게는 0.1 nm 미만이다.
본 발명에 따른 방법에서, 기판은:
- 금속, (또한 산화되거나 또는 부분적으로 산화된),
- 반도체 재료(또한 산화되거나 또는 부분적으로 산화된),
- 세라믹 재료,
- 비정질 구조를 갖는 물질 혼합물 또는 재료 혼합물,
- 폴리머(엘라스토머, 열가소성 수지 등),
- 유기 재료(그래파이트, 다이아몬드, 그래핀 등),
- 구조화된 및/또는 구조화되지 않은 기판을 포함하며,
이들은 가능한 모든 조합으로 함께 결합될 수 있다.
결정 격자(crystal lattice)의 배향은 각각의 표면의 굴절률에 영향을 미치며 당업자에게 알려진 특정 중요성을 갖는다.
본 발명에 따른 측정 장치의 관련 부분은, 트랜스미터, 적어도 부분적으로 반사하는 2개의 기판 표면 사이의 갭 및 검출기/리시버이다. 접합될 스택의 갭의 광학 특성을 사용하면, 실제 접합 공정 동안, 결합파의 독특하고 완전히 새로운 측정이 가능하다. 본 발명에 따른 측정 장치는 본 발명에 따라 요구되는 적어도 하나의 위치-종속 광학 특성을 검출해야 한다.
측정 신호의 평가는 바람직하게는 다음과 같이 수행된다:
본 발명에 따른 제1 실시예에서, 강도 변화의 광학 특성은 갭에서 결합파의 국부적, 시간-분해 위치를 얻기 위해 사용된다. 강도 변화는 손실을 수반하는 다중 반사 및 산란으로 인한 입사 빔의 감쇠 공정 뿐만 아니라, 빔 경로의 막힘 및 차단 즉 필터링(filtering)을 의미하는 것으로 이해된다.
따라서, 광학 갭(optical gap)은 강도 변화의 원하는 효과를 위해, 결합파의 경로에 따라 적어도 광학적으로 유효한 갭 폭 및/또는 갭 높이를 가져야 한다.
갭에서 진행하는 빔은, 바람직하게는, 갭의 끝까지 신호 경로를 따라 진행하기 위해 물리적인 반사 현상을 사용한다. 따라서 검출기에 도달하는 신호는, 신호 경로를 따라, 특히 적어도 주로 측정 섹션을 따른 결합파에 의해 변경된 강도이다. 갭의 산란 또는 다중 반사로 인해, 추가 강도 손실이 발생한다. 강도의 국부적 변화의 결정은, 바람직하게는, 특히 센서 및/또는 검출기의 이동 및 라돈 변환에서의 사용에 의해, 복수의 측정 경로를 픽업함으로써 발생한다.
갭에서 진행하는 빔은 진행 중인 결합파와의 상호 작용에서 강도의 감쇠를 경험한다. 손실이 반사, 흡수 또는 산란에 의해 발생하는지 여부에 관계없이, 변경된 강도는 결합파의 경로를 계산하기 위한 측정값을 생성한다. 성공적인 측정을 위해서는 재현 가능한 강도 감쇠가 필요하다.
바람직한 실시예에서, 갭의 높이의 한계값까지 접근하는 동안, 트랜스미터와 리시버 사이에 직접적인 "시각 접촉(visual contact)"이 존재한다. 즉, 갭의 높이까지, 신호 경로를 따른 반사는, 결합파에 의해 야기되는 부분적 차단으로 인한 필터링 또는 산란에 비해 무시할 정도로 작다.
본 발명에 따른 또 다른 예시적인 실시예에서, 진행 시간의 광학 특성은 갭에서 결합파의 위치를 결정하기 위해 사용된다. 갭에서 측정 빔의 진행 시간은 접근하지 않은 상태에서 최소로 제한된다. 갭을 제한하는 기판 표면(이후 기판 재료로 지칭됨)의 굴절률은, 특히 접근하지 않은 상태에서, 갭 내의 진공 또는 공기의 굴절률보다 더 크며(공기 중 굴절률은 1임), 바람직하게는 3.5 미만, 더 바람직하게는 3.0 미만, 그보다 더 바람직하게는 2.5 미만, 가장 바람직하게는 2.0 미만, 그 중에서도 최대로 바람직하게는 1.5 미만이다. 사전인장(pretensioning) 및 변형으로 인한, 제한 재료의 굴절률은 바람직하게는 변경되지 않거나 아주 약간만 변경된다. 갭 및 제한 재료 사이의 상이한 굴절률의 결과로, 결합된 신호는 바람직하게는 반사에 의해 갭에 주로 유지된다.
본 발명에 따른 사상은, 특히 광학 재료가 갭의 국부적 협소화로 인해 국부적으로 복수의 반사를 겪고, 국부적 변화, 특히 가려진 광학 경로의 증가, 즉 갭에서 진행 시간의 변화가 야기된다는 사실로 구성된다.
갭의 높이의 변화에 따라, 전자기 방사선이 갭으로부터 주변으로 통과하는, 즉 제한 재료 또는 기판 내로 통과하는 전자기 방사선의 거동(behaviour)이 일반적으로 변경된다. 이는, 주로 강도 또는 진행 시간의 국부적 변화를 의미하는 것으로 이해된다.
전자기 방사선의 반사 거동 및 전송 거동은, 바람직하게는, 프레넬 방정식(Fresnel equation)으로 설명된다. 따라서, 검출기에 도달하는 신호는, 신호 경로를 따라, 특히 주로, 바람직하게는 독점적으로, 신호 경로를 따른 결합파에 의해 변화되는 전자기 방사선의 강도이다. 국부 강도 또는 국부 진행 시간의 결정은, 바람직하게는, 복수의 측정 섹션의 픽업에 의해, 특히 라돈 변환의 사용 및 주변 에지를 따라 트랜스미터 및/또는 검출기의 이동에 의해, 발생한다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 갭에서의 광학 다중 반사의 변화로 인해, 빔의 색상 변화를 통해 결합파의 경로와 연관시키는 것이 가능하다. 빔이 직접 통과하는 경우, 방출된 신호의 알려진 스펙트럼 조성(spectral composition)이 알려져 있다. 제한 기판 표면이 방사선의 스펙트럼을 상이하게 흡수하거나 반사하기 때문에, 더 작은 갭 거리와 그에 따른 반사 횟수 증가로, 스펙트럼의 변화를 측정하는 것이 가능하며, 이는 색상 변화로서 제공되거나 측정된다.
본 발명에 따른 제3 실시예에서, 횡단 전자기파(TEM파)가 광학 특성으로서 사용된다. TEM파는 전자기파를 의미하는 것으로 이해되며, 전자기파의 전기장 및 자기장 성분은 전파 방향으로 사라진다. TEM파는 본 발명에 따른 경계 조건 하에서만 형성된다. 경계 조건은, 해당 함수가, 특별한 경우, 전기장 및/또는 자기장을 갖는 함수 값(function value)을 특정하는 제한된 기하학적 조건을 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 본 발명에 따른 경계 조건에 의해, 정상(standing) 횡단 전자기파가 형성된다. 공간에서 전자기장 강도의 분포는 바람직하게는 엄밀하게 대칭이다. 정상파(standing wave)의 상이한 실시예는 모드(mode)로 표시된다. TEM파의 모드는 클램프 케이블로 형성될 수 있는 정상파 또는 음향장치(acoustics)의 정상파와 유사하다.
본 발명에 따른 추가 사상은, 특히 단색성의 전자기파를 특정 입사 각도에서 갭으로 결합하는 사상으로 구성된다. 가능한 모드 중 하나는 기하학적 경계 조건에 의해 형성된다. 따라서, 정상 횡단 전자기파가 갭에서 발생한다. 횡단면적에 따른 강도를 갭의 횡단면에서 분석하면, 대칭 강도 분포를 얻을 수 있다. 대칭적인 강도 분포는, 단순한 기하학적 경계 조건, 가령, 확장된 얇은 갭의 기하학적 경계 조건에 대해, 수학적 함수로 나타낼 수 있다. 이 수학적 함수는, 최대 수에 대한 결론을 도출할 수 있는 소위 차수 매개변수(order parameter)를 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 상기 실시예의 발명에 따른 사상은, 리시버 쪽에 강도 분포를 기록하는 사상으로 구성된다. 측정 섹션에 따른 결합파의 효과로, 특히 갭이 더 얇아지도록 기하학적 형상이 변경된다. 따라서, TEM 파에 대한 경계 조건이 변경된다. 따라서, 경계 조건의 국부적 변화는 측정 섹션의 끝에서 측정된 강도 신호에 영향을 미친다. 기판이 서로 접근할 때, 전체 기판 표면을 따라 측정 결과를 얻기 위해서, 신호는 서로 다른 트랜스미터 위치를 가진 복수의 상이한 검출기 위치에 의해 픽업된다. 특정 경우에서, 신호는 통합 신호가 아니라 영역 신호이다. 따라서, 영역 검출기의 법선 주위의 입체각(solid angel)을 따라, 강도 분포가 픽업된다. 이와 같이 갭에서 결정된 국부적 강도 분포는 결합파의 일시적으로 변화하는 경로와 이에 따라 야기된 갭의 협소화와 다시 연결될 수 있고, 따라서 결합파의 전체 위치 경로를 위치 맵으로 결정할 수 있게 한다.
본 발명에 따르면, 트랜스미터의 개수는 1과 똑같거나 1 이상, 바람직하게는 5 이상, 보다 바람직하게는 12 이상, 가장 바람직하게는 30 이상일 수 있다. 본 발명에 따르면, 검출기의 개수는 1과 똑같거나 1 이상, 바람직하게는 3 이상, 보다 바람직하게는 12 이상, 가장 바람직하게는 30 이상일 수 있다. 특히, 트랜스미터 및 리시버/검출기는 일체로 구성되거나 또는 트랜스미터 및/또는 리시버는, 측정할 기판의 주변 에지에서, 특히 바람직하게는 평면 진행 결합파의 평면에서 특히 균일하게 및/또는 대칭적으로 배열되거나, 또는 기판의 주변 에지에 대해 일정한 반경으로 회전 이동된다. 트랜스미터는, 도트, 라인 또는 바람직하게는 대면적 라디에이터(radiator)로 구성될 수 있다. 검출기는 도트, 라인 또는 대면적 검출기로 구성될 수 있다. 상기 측정 공정을 단층 촬영이라고 지칭할 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시예에서, 리플렉터(reflector)가 기판의 외부 에지 외부에 제공된다. 리플렉터는 물체, 바람직하게는 구 및/또는 실린더로서, 리플렉터의 축은 갭의 법선에 평행하거나 기판의 표면 법선에 평행하며, 결합된 측정 신호의 파장으로 높은 반사율을 갖는다. 대안으로, 리플렉터는 평면 거울 또는 볼록 또는 오목 거울로 구성될 수 있다.
트랜스미터는 미리 정해진 주파수를 갖는 전자기 방사선을 갭에 결합한다. 미리 정해진 시간이 지나면, 검출기는 결합된 신호에 대한 시스템의 응답을 측정한다. 트랜스미터와 검출기는 기판 주변의 상이한 위치에 위치될 수 있다. 트랜스미터와 검출기는 바람직하게 동기화되어, 트랜스미터가 신호를 갭에 결합하자마자 검출기는 시간 측정을 시작한다. 일정 시간이 지나면, 검출기는 리플렉터에서 편향된 신호를 측정한다. 전자기 신호는 갭을 통과할 때 강도의 변화를 경험한다. 강도 손실은 신호 경로를 따라 흡수를 측정한 것으로, 결합파의 경로에 따른 갭의 공간에서의 변화로 인해 발생한다.
리플렉터의 위치에서 결합파의 경로의 영향으로서 공간 내에서의 변화의 측정은, 입력 신호로부터의 출력 신호의 변화 측정을 통해 이루어진다. 강도 감소는 측정 변수로 사용하는 것이 바람직하다.
기판들 사이의 거리 변화의 측정은, 0 nm 이상, 바람직하게는 1 nm 이상, 더 바람직하게는 50 nm 이상, 그보다 더 바람직하게는 100 nm 이상, 훨씬 더 바람직하게는 100 마이크로미터 이상, 가장 바람직하게는 150 마이크로미터 이상, 최적의 경우 200 마이크로미터 이상, 이상적인 경우 5000 마이크로미터 이상의 거리에서 발생한다.
반복 측정(측정 장치의 재현성으로 알려짐)이 있는 기판 사이의 결합파의 시간-종속 위치 값의 정확도는, 각각의 경우 동일한 픽업 시간 및/또는 각각의 경우 동일한 픽업 위치에 관해, 20% 이상, 바람직하게는 15% 이상, 그보다 더 바람직하게는 10% 이상, 가장 바람직하게는 5% 이상, 그 중에서도 최대로 바람직하게는 1% 이상이다.
측정은 상승된 온도에서 수행될 수 있다. 측정은 500℃ 미만, 바람직하게는 200℃ 미만, 보다 바람직하게는 100℃ 미만, 더욱 더 바람직하게는 50℃ 미만, 가장 바람직하게는 실온에서 수행된다.
본 발명에 따르면, 기판들 중 적어도 하나를 냉각하는 것이 특히 가능하다. 기판은 바람직하게는 10℃ 미만, 특히 바람직하게는 0℃ 미만, 매우 특히 바람직하게는 -30℃ 미만으로 냉각된다. 그러나, 기판의 냉각 또는 가열로 인해, 결과적인 접합에, 원하지 않는 열 응력이 발생할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서 바람직한 측정 온도는 측정 장치와 기판에 대해 20℃의 표준 정상 온도이다.
측정 장치가 웨이퍼 처리 장치, 특히 웨이퍼 접합 장치, 특히 융합 본더, 특히 인-라인에서 사용될 수 있는 한, 결합파의 재현 가능하고 그래픽으로 표현 가능한 경로가 결정될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 런-아웃 오류를 최소화하도록 결합파의 경로를 최적화하기 위하여, 결합파 경로(시간적 및 공간적 경로)에 따라, 기판들 사이의 결합파를 적절히 조작하는(manipulate) 것이 가능하다.
결합파에 영향을 미치기 위해, 다음의 수단이 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다:
- 기판 사이의 거리는 능동적인 클램핑 및 고정 수단이 있는 제어식 위치지정 장치에 의해 능동적으로 변경된다.
- 기판들 중 적어도 하나의 기판의 곡률은 압력 요소, 특히 소위 핀(pin)의 가변적으로 제공된 힘에 의해 능동적으로 변경된다.
- 기판들 중 적어도 하나의 기판의 편향은, 국부적으로 작용하는 고정 수단, 특히 국부적으로 변환되는 개별적으로 제어 가능한 진공 트랙(vacuum track), 및/또는 특히 결합파의 현재 위치에 따른 압전 액추에이터에 의해, 수학적 모델에 의해 미리 정해진 형상으로 형성되는데, 개별 진공 지점들은 표적 방식으로, 바람직하게는 과도한 압력 및/또는 기계적 힘이 작용할 때, 적어도 분리된다(disengaged).
- 기판들 중 적어도 하나의 편향은, 보강판(stiffening plate)으로 이해될 수 있는 적어도 부분적으로는 국부적으로 작용하는 플레이트에 의해 능동적으로 영향을 받는다. 특히, 플레이트의 강화는 채널 시스템의 비압축성 유체와 같은 가요성 메커니즘에 의해 구현되며, 수학적 모델에 의해 미리 정해진 형태로 국부적으로 변형될 수 있다. 보강 플레이트는 서로에 무관하게 2개의 축을 따라 적어도 평평해질 수 있다.
- 기판들 중 적어도 하나의 편향은, 보강판으로 이해될 수 있는 적어도 부분적으로는 국부적으로 작용하는 플레이트에 의해 능동적으로 영향을 받는다. 특히, 상부에 기판이 고정된 보강판의 편향은, 수학적 모델에 의해 미리 정해진 형상으로, 압전-선형 액추에이터와 같은 작동 요소에 의해 능동적으로 변형된다.
언급된 모든 변형은, 런-아웃 오류를 적어도 부분적으로 제거하기 위해, 바람직하게는 완전히 제거하기 위해, 폐쇄 제어 루프에서 결합파에 영향을 미치는 역할을 한다.
본 발명의 유리한 바람직한 실시예에서, 트랜스미터/트랜스미터들 및/또는 리시버/리시버들은 주변 에지를 따라 이동될 수 있다. 이러한 이동은, 제어 장치에 의해, 특히 제어 장치에 의해 제어되는 스텝 모터에 의해 제어되어 수행되는 것이 유리하다.
대안으로, 모든 트랜스미터 및/또는 리시버의 동기화된 이동은 제어된 방식으로 수행될 수 있다.
상기 이동은, 바람직하게는 주변 에지와 형상이 일치하는 경로, 특히 환형 경로, 바람직하게는 주변에서 특히 폐쇄된 원형의 환형 경로를 따라 수행된다.
본 발명에 따른 추가 실시예로서, 다수의 트랜스미터 및/또는 리시버는 기판의 에지에서 움직이지 못하도록 고정 배열된다. 측정 신호의 회전은 개별 트랜스미터 및/또는 리시버의 제어 및 해당 전자 회로에 의해 생성될 수 있다. 이렇게 검출되고 계산된 결과는, 회전된 트랜스미터 및 리시버로 측정한 결과와 비교하여 거의 동일한 결과를 제공할 수 있다.
유리하게는, 바람직하게는 측정 장치가 주변 에지에 분포된 복수의 트랜스미터 및/또는 주변 에지에 분포된 복수의 리시버를 포함하고, 하나의 트랜스미터 마다 적어도 2개의 리시버가 배열되며, 각각의 리시버는 특히 맞은편에 배열된 트랜스미터에 제공된다.
각각의 트랜스미터가 특히 동시에 복수의 신호 경로를 전송하거나 및/또는 각각의 리시버가 각각의 경우에 단일 신호 경로에 제공되도록 본 발명에 따른 바람직한 측정에 의해, 더 효율적으로 검출될 수 있도록, 더 많은 리시버가 트랜스미터보다 주변 에지에 배열될 수 있다.
또한 유리하게는, 본 발명에 따르면, 측정 장치가 적어도 하나의 리시버로부터 수신된 신호를 갖는, 특히 변환에 의해, 바람직하게는 라돈 변환에 의해, 신호 경로를 따라 결합파의 위치를 결정하기 위한 평가 유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
특히, 횡방향 관찰과 함께, 2개의 기판 표면의 굽힘 동안, 결합파의 경로를 결정하기 위한 본 발명에 따른 제1 방법은, 가장 일반화된 형태로, 다음 단계를, 특히 다음 순서로 포함한다:
- 외부 횡방향 주변에서, 특히, 측정될 결합파의 평면의 높이에서, 접합될 제1 기판 및 접합될 제2 기판의 갭에 측정 장치를 배열하는 단계,
- 갭을 통과하는 제1 신호 경로 및 갭을 통과하는 적어도 하나의 추가 신호 경로를 따라 주변 에지에 배열된 트랜스미터 또는 트랜스미터들에 의한 전자기파 형태의 신호를 전송하는 단계,
- 대안으로, 주변 에지에 배열된 트랜스미터 또는 트랜스미터들에 의한 전자기파 형태의 신호 전송은 갭을 통과하는 제1 신호 경로를 따라 발생할 수 있으며,
- 공간 내에서 변경되고 결합파의 경로로 인해 변경 가능하고, 갭을 통해 트랜스미터 또는 트랜스미터들에 의해 전송된, 제1 신호 경로 및 추가 신호 경로(들)의 신호 수신을 위해, 주변 에지에 배열된 리시버 또는 리시버들에 의한 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
2개의 기판 표면의 접합 동안, 결합파의 경로에 영향을 미치는 본 발명에 따른 제2 방법은, 결합파를, 특히 측면으로부터 관찰하고, 결합파에 영향을 미치기 위해 액추에이터를 제어하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 방법은, 가장 일반적인 형태로, 다음 단계를, 특히 다음 순서를 포함한다:
- 외부 횡방향 주변에서, 특히 측정될 결합파의 평면의 높이에서, 접합될 제2기판 및 접합될 제1기판의 갭에 측정 장치를 배열하는 단계,
- 갭을 통과하는 제1 신호 경로 및 갭을 통과하는 적어도 하나의 추가 신호 경로를 따라, 주변 에지에 배열된 트랜스미터 또는 트랜스미터들에 의한 전자기파 형태의 신호를 전송하는 단계,
- 접합될 2개의 기판의 접촉 지점에서 사전-접합을 개시하고, 특히 갭을 통과하는 제1 신호 경로 및 갭을 통과하는 적어도 하나의 추가 신호 경로를 따라 갭을 동시에 관찰하며 특히 연속으로 측정하는 단계,
- 액추에이터에 대한 설정점값(setpoint value)으로서 측정 결과 및 결과의 피드백을 처리하는 단계,
- 결합파의 횡방향으로 관찰된 측정 및 액추에이터의 제어 상태, 특히 진공 및/또는 곡률 및/또는 정전기 유지력 및/또는 서로로부터의 기판의 거리 및/또는 기판 홀더의 형태(자유형태 표면 등)의 변화로부터, 반복법(iteration)을 이용하여, 결합파의 경로를 조정하는 단계,
- 현재 사전-접합의 개별 측정 및 상관 매개변수의 저장 단계,
- 이전 측정들로부터의 측정 결과를 포함하는 지식 메모리의 도움으로, 접합된 기판 스택을 확인하는 단계,
- 특히, 기판 스택의 결합 품질에 관한 자동 결정 단계,
- 품질이 정해진 한계값을 초과하는 경우, 추가 처리를 위해 기판 스택을 릴리스 하는 단계,
품질이 낮은 경우에는, 재처리를 위해 기판 스택을 회수하거나 및/또는 작업자가 개입하는 단계를 포함한다.
측정 장치에 대해 설명된 전술한 특징은 본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법에 상응하게 상호적으로 적용된다.
본 발명의 추가 이점, 특징 및 세부사항은 실시예의 바람직한 예의 설명 및 도면의 도움으로 나타난다. 도면에서:
도 1a는 본 발명에 따른 측정 장치를 갖는 본 발명에 따른 융합 접합 장치의 횡단면도,
도 1b는 본 발명에 따른 측정 장치 뿐만 아니라 접합을 위해 클램핑된 기판을 갖는 측정 장치를 갖는 본 발명에 따른 융합 접합 장치의 횡단면도,
도 2a는 본 발명에 따른 측정 장치의 제1 실시예의 개략적인 평면도,
도 2b는 본 발명에 따른 측정 장치의 제2 실시예의 개략적인 평면도,
도 2c는 본 발명에 따른 측정 장치의 제3 실시예의 개략적인 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 측정 장치의 제4 실시예의 개략적인 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 측정 장치의 제5 실시예의 개략적인 평면도,
도 5a는 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 광학 특성 측정의 개략도,
도 5b는 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 광학 특성 측정의 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 장치의 특히 바람직한 실시예의 광학 특성 측정의 개략도.
동일한 구성요소 또는 동일한 기능을 가진 구성요소는 똑같은 도면부호로 도면에 표시된다.
도 1a는 본 발명에 따른 측정 장치를 갖는 본 발명에 따른 융합 접합 장치의 횡단면도,
도 1b는 본 발명에 따른 측정 장치 뿐만 아니라 접합을 위해 클램핑된 기판을 갖는 측정 장치를 갖는 본 발명에 따른 융합 접합 장치의 횡단면도,
도 2a는 본 발명에 따른 측정 장치의 제1 실시예의 개략적인 평면도,
도 2b는 본 발명에 따른 측정 장치의 제2 실시예의 개략적인 평면도,
도 2c는 본 발명에 따른 측정 장치의 제3 실시예의 개략적인 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 측정 장치의 제4 실시예의 개략적인 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 측정 장치의 제5 실시예의 개략적인 평면도,
도 5a는 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 광학 특성 측정의 개략도,
도 5b는 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예의 광학 특성 측정의 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 장치의 특히 바람직한 실시예의 광학 특성 측정의 개략도.
동일한 구성요소 또는 동일한 기능을 가진 구성요소는 똑같은 도면부호로 도면에 표시된다.
도 1a는 접합 장치(10), 특히 융합 접합 장치의 개략도로서, 제1, 특히 상부 기판 홀더(11) 및 제2, 특히 하부 기판 홀더(12) 만이 도시된다.
기판 홀더(11, 12) 사이에는 제1 기판(2) 및 제2 기판(4)이 배치되며, 이들은 측정 갭(3)으로 형성된 간격으로 표시된다.
기판(2, 4)은 개별적으로 제어 가능한 고정 수단(5, 5')으로 각각의 기판 홀더(11, 12)에 고정된다.
개별적으로 제어 가능한 고정 수단(5, 5')은 진공/압력 채널 및/또는 자기 및/또는 정전기 및/또는 접착식 고정 수단이 개별적으로 제어 가능하거나 및/또는 그룹으로 제어될 수 있음을 의미한다. 특히, 인접한 고정 수단은 작용 방향으로 반대 힘을 제공할 수 있다.
측정 장치(1)는 측정 갭(3)의 평면에 배열되거나 또는 결합파(bonding wave)의 경로 평면에 배열되는데, 개별적인 위치지정 수단(positioning means)과 이동 수단 및 측정 수단은 도시되지 않는다. 측정 장치(1)는 도시되지 않은 적어도 하나의 트랜스미터(7) 및 표시되지 않은 리시버(8)를 포함할 수 있다.
측정 갭(3)은 측정 갭(3)을 통해 전송된 신호의 광학 특성을 측정하기 위한 측정 장치(1)의 일부이며, 측정 장치(1)는 측정을 위해 접합 장치 내에 측정 장치로 삽입된 센서로 설치되거나 또는 접합 장치에 고정 설치될 수 있다.
두 기판(2, 4) 모두 사전 장착되지 않은 상태(non-preloaded condition)로 표시된다. 기판의 사전장착은 기판(2)에 힘을 작용시킴에 의한 사전장착 요소(6)의 효과로 이해될 수 있다.
도 1b는 도 1a에 기술된 접합 장치(10)를 개략적으로 도시한다. 측정 장치(1)는 하부 기판(4)과 상부 기판(2) 사이의 측정 갭(3)에서 측정 신호를 검출할 수 있으며, 사전 장착된 요소(6), 특히 핀이 기판(2, 4)을 서로 연결할 수 있도록 상부 기판(2)을 사전 장착한다.
갭의 높이가 측정 또는 시스템 값으로서 측정 장치(1)에 존재하는 경우, 갭의 높이와 측정 신호의 광학 특성 사이의 상관관계가 생성되며, 측정 결과가 결합파의 경로에서 갭의 계산된 높이의 함수로 저장되거나 및/또는 출력될 수 있다.
도 2a는 측정 장치(1)의 제1 실시예의 개락적인 평면도이다.
전자기파의 측정 및 전송을 위해, 트랜스미터(7)가 도 1의 실시예에 따라 측정 갭(3)의 주변 에지(3u)에 배열되고, 상기 트랜스미터는 신호 경로를 따라 측정 갭(3)을 통해 신호(9)를 전송한다.
전체 측정 갭(3)의 본 발명에 따른 검출을 위해, 트랜스미터(7) 및/또는 검출기(8)는 주변 에지(3u)를 따라, 특히 화살표로 표시되는 환형, 바람직하게는 원형의 환형 주변 경로를 따라 이동될 수 있으며, 특히 동기화될 수 있다. 주변 경로는 측정 갭(3)에 특히 직접 인접한다.
본 발명에 따른 구성요소의 제어 또는 조절 및 공정 단계를 위해, 제어 장치 또는 조절 장치(미도시)가 제공된다.
본 발명에 따르면, 복수의 트랜스미터(7) 및/또는 복수의 리시버(8)를 주변 에지(3u)에 분배하는 것을 특히 고려해 볼 수 있으며, 그 다음 각각의 경우에, 움직임에 의해 또는 더 큰 부분 섹션을 덮음으로써 주변 에지(3u)의 한 섹션을 덮는다.
도 2b는 측정 장치의 제1 실시예의 변형예로서 측정 장치(1)의 제2 실시예의 개략적인 평면도를 도시한다. 실시예는 도 2a에서 논의된 측정 장치의 제1 실시예와 유사하다. 복수의 트랜스미터(7), 복수의 리시버(8) 및 신호(9)가 도식적으로 표현된다. 신호(9)는 바람직하게는 측정 갭(3)에서 비동심(원형) 코드로서, 바람직하게는 각각의 트랜스미터(7)로부터 각각의 리시버(8)로 서로 교차하는 비동심 코드로서 실행된다.
도 2c는 측정 장치의 제1 및 제2 실시예의 변형예로서 측정 장치(1)의 제3 실시예의 개략적인 평면도를 도시한다.
예로서 구성된 트랜스미터(7)는 신호(9)를 측정 갭(3)에서 예로서 구성된 리시버(8)로 전송한다. 리플렉터(13)가 측정 갭(3)의 신호를 트랜스미터(7)로부터 리시버(8)로 편향시킨다(deflect). 트랜스미터(7), 리플렉터(13) 및 리시버(8)는 특히 주변 에지(3u)에 배열된다. 도시되지 않은 대안의 실시예에서, 주변 에지(3u)는 적어도 하나의 기판을 고정할 수 있는 고정 장치의 주변 에지에 관한 것이다.
도시되지 않은 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 트랜스미터에 의해 전송된 빔은 결합파의 순간적인 현재 위치에 의해 갭에서 산란되거나 및/또는 반사되거나 및/또는 편향된다. 이 변경된 빔은 적어도 하나의 리시버에 의해 검출될 수 있고 본 발명에 따라 결합파의 경로를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 제4 실시예에서, 복수의 리시버(8)가 단일 트랜스미터(7) 맞은편에 배열되어 제공된다. 도 2a-2c에 따른 이전에 설명된 실시예들에 비해, 트랜스미터(7)는 측정 갭(3)의 더 큰 섹션을 검출하며, 각각 리시버(8) 중 하나에 연결되고 리시버(8)에 의해 픽업되는 복수의 신호 경로를 포함하는 신호 빔(9)을 전송한다. 따라서 이 실시예의 이점은, 측정 갭(3)의 더 큰 각도 섹션을 따라 복수의 신호가 동시에 검출될 수 있다는 사실에 있다. 필요한 측정 시간은 리시버(8)의 개수에 비례하여 감소된다.
추가 실시예에서, 트랜스미터(7)의 신호(9)는 펄스 방식으로 시간에 따라 방출될 수 있다. 리시버(8)는 특히 전자적으로 변환되는 연속 모드 또는 동기화된 시간 모드에서 상응하게 작동될 수 있다. 이 실시예의 결과로서, 전자 변환 작동은 주변 에지(3u)에서 측정 장치(1)의 움직임을 상응하게 대체할 수 있다.
전체 측정 갭(3)은 주변 에지(3u)를 따라 트랜스미터(7)에 제공된 리시버(8) 및 트랜스미터(7)를 이동시킴으로써 검출될 수 있다. 대안으로, 주변에 분포된 복수의 트랜스미터(7) 및 각각 제공된 리시버(8)는 트랜스미터(7) 및 리시버(8)를 이동시키지 않고도 전체 측정 갭(3)이 검출될 수 있도록 배열될 수 있다.
도 4는 트랜스미터(7) 및 리시버(8')가 제공되는 측정 갭(3)의 검출을 위한 제5 실시예를 도시하며, 리시버(8')는 라인 또는 영역 검출기, 특히 CCD-검출기, 바람직하게는 CMOS 검출기로서 제공된다. 선형 표면 검출기는 라인 또는 영역을 따라 신호를 픽업하고 이 신호를 즉시 추가 처리할 수 있다. 리시버(8')의 공간 해상도(spatial resolution)에 따라, 리시버(8')는 신호(9)의 다수의 신호 경로를 검출하는 것으로 구성된다. 도 3에 따른 실시예와 유사하게, 트랜스미터(7) 및 리시버(8')는 둘 다 주변 에지(3u)를 따라 이동할 수 있거나 또는 다수의, 특히 3개의 트랜스미터(7)가 주변에 분포되며, 각각의 경우에 리시버(8')는 맞은편에 배열된다.
이전에 설명된 실시예는, 측정 갭(3)을 통과하는 사실상 임의의 개수의 측정 경로가 트랜스미터(7) 및 리시버(8, 8')의 상응하는 작은 이동 단계에 의해 검출될 수 있다는 사실을 공통적으로 갖는다. 이동은 특히 제어 장치에 의해 제어되는 스텝 모터에 의해 발생할 수 있다. 제어 장치 또는 컨트롤 장치는 그에 상응하게 조정된다. 특히 본 발명에 따라 상응하게, 동기화된, 특히 트랜스미터(7) 및 리시버(8, 8')의 정밀한 위치지정 기능을 위해 하류 전송율(transmission ratio)이 큰 브러시리스(brushless) 직류 모터를 사용하는 것을 고려해 볼 수 있다.
검출된 데이터는 평가 유닛(미도시)에 의해 평가된다. 가능한 평가가, 주어진 위치에 도시된 평가 유닛에 의해 평가된 결합 파동의 국부적, 특히 시간-종속 위치이다. 결합파의 경로는 시점 및 위치에 따라 변화함을 알 수 있다.
도 5a는 측정 갭(3)의 광학 재료의 추가 광학 특성, 즉 강도 손실의 결정을 보여준다. 기판들 사이의 거리가 감소할 때 측정 갭(3)의 신호는 동일한 거리에 대해 증가된 반사 횟수로 반사되고, 광학 강도 손실은 거리가 감소될 때 증가한다. 거리 변화의 결과로, 신호(9)의 반사 특성이 변하고 따라서 강도도 변한다. 신호(9)의 전파는 기하학적 광학 규칙에 따라 신호(9)의 전자기파의 전파 방향으로 표시된다. 화살표의 상이한 두께는, 신호(9)가 측정 갭(3)으로 들어가는 입구에서 높은 강도를 도식적으로 나타낸다. 전파 경로에 따른 거리의 변화의 결과로, 점점 더 많은 전자기파의 광자가 측정 갭(3)으로부터 산란되고, 차단되고, 반사되거나 또는 흡수되는데, 이는 점점 더 얇은 화살표로 표시된다. 측정 갭(3)을 떠나는 광자의 화살표는 거리가 줄어들수록 더 두꺼워진다. 소멸파(Evanescent wave)는 손실로 발생할 수 있다.
도 5a에서, 신호(9)는 평행하지 않거나 실질적으로 평행하지 않은 갭(3)으로 유입된다는 점에 유의해야 한다.
도 5b는 평행하게 결합된 약간 발산하는 신호(9)를 사용하여 측정 갭(3)의 광학 재료의 추가 광학 특성의 결정을 도시하며, 여기서는 오직 2개의 에지 빔만이 개략적으로 표시된다. 신호(9)의 유입 화살표로 표시된, 트랜스미터의 발산 각도는 10도 미만, 바람직하게는 5도 미만, 특히 바람직하게는 3도 미만, 매우 특히 바람직하게는 1도 미만이다.
도 5b에서, 방사선은 바람직하게는 기판 표면에 평행한 갭 내로 결합된다.
도 5b에 도시된 실시예의 경우, 도 5a에서 설명된 특징들이 계속 적용된다.
도 6은 경로(L)에 따른 거리 변화로 인해 TEM파의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다. 측정 갭(3)은 경로(L)를 따라 t에서 t'로 변화하며, 그 결과 측정 갭(3) 내부에서 정상 전자기파(standing electromagnetic wave)도 변경된다. 이러한 전자기파의 변화는 전자기파의 모드와 강도 분포의 변화로 이어진다. 모드 및/또는 강도 분포의 변화로부터, 결합파의 위치 관련 결정이 이루어질 수 있으며, 여기서 다수의 신호 경로가 평가된다. 주변 에지(3u)를 따라 모드의 강도 분포를 측정함으로써, 측정 갭(3)의 특정 위치에서 모드의 강도 분포에 대해, 변환, 바람직하게는 라돈 변환에 의해, 결론을 도출할 수 있다. 이로부터 교란(disturbance) 또는 결합파의 국부 위치를 결정할 수 있다.
1 : 측정 장치
2 : 제1 기판
3 : 측정 갭, 갭
3u : 주변 에지
4 : 제2 기판
5, 5' : 개별적으로 제어 가능한 기판 고정 수단
6 : 사전장착 수단, 특히 핀
7 : 트랜스미터
8, 8' : 리시버
9 : 신호
10 : 융합 접합 장치
11 : 제1 기판 홀더
12 : 제2 기판 홀더
13 : 리플렉터
D : 직경
t, t' : 갭 두께
2 : 제1 기판
3 : 측정 갭, 갭
3u : 주변 에지
4 : 제2 기판
5, 5' : 개별적으로 제어 가능한 기판 고정 수단
6 : 사전장착 수단, 특히 핀
7 : 트랜스미터
8, 8' : 리시버
9 : 신호
10 : 융합 접합 장치
11 : 제1 기판 홀더
12 : 제2 기판 홀더
13 : 리플렉터
D : 직경
t, t' : 갭 두께
Claims (12)
- 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이의 갭(3)에서 결합파의 경로를 결정하기 위한 측정 장치(1)로서, 상기 측정 장치는:
- 적어도 하나의 트랜스미터(7)를 포함하되, 상기 트랜스미터(7)는 갭(3)을 통과하는 신호 경로를 따라 전자기파의 형태로 신호(9)를 전송하기 위해 갭(3)의 주변 에지(3u)에 배열되며,
- 적어도 하나의 리시버(8, 8')를 포함하되, 상기 리시버(8, 8')는 접합 이전 또는 접합 동안 변경될 수 있으며 갭(3)을 통해 적어도 하나의 트랜스미터(7)에 의해 전송되는 신호 경로의 신호(9)를 수신하기 위해 주변 에지(3u)에 배열되는, 측정 장치(1). - 제1항에 있어서, 상기 측정 장치는 접합 장치에서 사용될 수 있는, 측정 장치(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 트랜스미터(7) 또는 리시버(8, 8')는 주변 에지(3u)를 따라 이동될 수 있는, 측정 장치(1).
- 제1항에 있어서, 상기 측정 장치는 주변 에지(3u)에 분포된 복수의 트랜스미터(7) 또는 주변 에지(3u)에 분포된 복수의 리시버(8, 8')를 포함하는, 측정 장치(1).
- 제1항에 있어서, 각각의 트랜스미터(7)는 복수의 신호 경로를 전송하거나 또는 각각의 리시버(8, 8')는 단일 신호 경로에 제공되는, 측정 장치(1).
- 제1항에 있어서, 측정 장치에는 적어도 하나의 리시버(8, 8')에 의해 수신된 신호(9)의 변환에 의해 신호 경로를 따라, 측정된 값을 결정하기 위한 평가 유닛이 제공되는, 측정 장치(1).
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 리시버(8, 8')는 다음의 광학 특성:
- 이중 굴절,
- 굴절률,
- 횡단 전자기파로 구분되는 신호 모드,
- 진행 시간,
- 스펙트럼 코딩(spectral coding) 중 하나 이상의 특성을 검출하도록 구성되는, 측정 장치(1). - 제1항에 따른 측정 장치(1)를 포함하는 접합 장치.
- 제8항에 있어서, 결합파의 경로에 따라 결합파에 영향을 미치기 위한 영향 수단을 포함하는, 접합 장치.
- 제1항에 따른 측정 장치(1)에 의해, 제1 기판(2)과 제2 기판(4) 사이의 갭(3)에서 결합파의 경로를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은, 다음 단계:
- 적어도 하나의 트랜스미터(7)를 갭(3)의 주변 에지(3u)에 배열하는 단계,
- 적어도 하나의 리시버(8, 8')를 갭(3)의 주변 에지(3u)에 배열하는 단계,
- 갭(3)을 통과하는 제1 신호 경로를 따라 주변 에지(3u)에 배열된 트랜스미터(7) 또는 트랜스미터(7)들에 의해 전자기파 형태로 신호(9)를 전송하는 단계,
- 접합 이전 또는 접합 동안 변경될 수 있으며 갭(3)을 통과하는 트랜스미터(9)에 의해 전송되는 신호 경로의 신호(9)의 수신을 위해 주변 에지(3u)에 배열된 리시버(8, 8') 또는 리시버(8, 8')들에 의한 신호(9)를 수신하는 단계를 포함하는, 방법. - 2개의 기판(2, 4)을 접합하는 방법으로서, 결합파의 경로는 제10항에 따른 방법으로 결정되는, 2개의 기판을 접합하는 방법.
- 제11항에 있어서, 결합파는 결합파의 경로에 따라 영향을 받는, 2개의 기판을 접합하는 방법.
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