用以確定壓力地圖的測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種如權利要求1中所述的測量裝置。此外，本發明涉及一種如權利要求8中所述的方法。
【背景技術】
[0002]在半導體工業中，一般而言，不同大小、形狀及材料的襯底彼此接合。該接合方法稱為晶圓結合。晶圓結合粗略地分成永久性結合及暫時性結合。在永久性結合中，在襯底之間形成不再可拆卸連接。例如，此永久性連接(例如)借助于金屬的內擴散，借助于陽極結合中的陰離子-陽離子傳輸或借助于在熔融結合中于氧化物和/或半導體材料之間形成共價鍵，及在聚合物與有機接合劑結合的交聯中而發生。
[0003]在暫時性結合中，主要使用所謂的結合黏結劑。該結合黏結劑為通過涂覆方法施加至一或兩個襯底的表面以充當該襯底之間的黏結劑的黏合媒介。
[0004]在所有結合方法中，結合器用于將全面壓力盡可能均勻地施加至待彼此結合的襯底。此處，使沿該襯底的面的壓力分布最佳化是非常重要的。否則，可能會因空氣夾雜物、因擠壓的材料(英語:squeeze-out),因缺少晶粒生長及因非均勻層厚度而發生缺陷(英語:voids)。
[0005]壓力不均勾性可主要歸因于粗制濫造的壓力盤(英語:pressure_discs)、晶圓卡盤(英語:wafer chucks)或其上的磨損。此外，在襯底上產生壓力負載的組件的不同彈性性質負責許多壓力不均勻性。這主要為當結合器的組件的彈性模數小于待結合的襯底或位于該襯底之間的層的彈性模數時的情況。由特殊材料(諸如石墨)生產的壓力盤、晶圓卡盤或補償盤用于獲得最佳結合器配置以獲得結合器的對應彈性。在非常多的情況中，例如，對應大小的石墨補償盤固定于壓力盤與活塞(英語:piston)之間。使用這樣的補償盤取決于各自配置及結合類型。石墨補償盤因它們非常良好的變形而迄今為止最常使用，在完全壓力負載的條件下溫度穩定且具有對應的E模數。一般使用這樣的補償盤來改良壓力均勻性。
[0006]因此，已知用于獲得關于沿壓力表面的壓力分布的定量結論的方法。
[0007]最常用的方法為評估借助于以高壓染色色彩球而進行不同程度的著色的紙上的色彩信息。盡管當前實踐此方法，然而其具有若干缺點。切除薄膜，將該薄膜安裝于壓力體之間且移除它們為相應耗時的。此外，由于高溫敏感性，該材料無法在熱負載下使用；這也引起該結果的再生問題。另一問題為數字評估壓力數據，該評估不可靠或可再生。
[0008]第二已知方法揭示于W02012/167814A1中。這個方法基于因壓力負載引起的流體粒子的變形的評估。這個方法不容許壓力體之間的壓力分布的在原位測量。
[0009]第三已知方法使用必須在對應襯底上生產的具數百個局部分布壓力傳感器的測量裝置，該方法是復雜的且特別昂貴。使用微系統技術發生生產。微傳感器為可控制電流的MEMS和/或半導體組件，其取決于各自壓力負載。
【發明內容】
[0010]因此，本發明的目的在于提出用于確定壓力分布的測量裝置及方法，借助于該測量裝置及該方法至少在很大程度上評估上述缺點。
[0011]該目的借助于專利權利要求1及8的特征達成。本發明的有利改進范圍在附屬專利權利要求中給出。說明書、權利要求書和/或附圖中所給定的特征的至少兩者的所有組合也落于本發明的范疇內。在所給定的值范圍中，所指示的限制內的值也被視為揭示為邊界值且將以任何組合要求保護。
[0012]本發明的基本想法為測量至少一個電磁波或多個電磁波在通過測量層之后的至少一個物理參數(尤其在原位)，且自該測量數據計算該測量層中的壓力(優選為壓力分布)。優選地，所有波的所有待被測量的物理參數在進入該測量層之前及之后而測量。根據本發明，該測量包括電磁波的多個信號路段，也就是測量路段，其中不同的局部壓力值(尤其為測量層中的交叉信號路段)可自測量結果確定且以該方式可調整壓力地圖(尤其為在原位)。這可電子顯示(尤其為在原位)，這是因為有函數關系且因此可啟用電子處理。優選地，在壓力負載之前和/或期間和/或之后執行測量。相應地，在該壓力負載之前和/或期間和/或之后確定完整的壓力地圖。在壓力負載之前壓力地圖的確定可優選地用于校正。壓力負載期間的壓力地圖的確定優選用于確定在原位狀態。壓力負載之后的壓力地圖的確定優選用于確定后狀態。優選地，也可在彼此之間比較該壓力地圖。
[0013]所使用的電磁波的物理有用波長范圍自微波范圍延伸至X射線范圍。優選地，使用可見光范圍中的電磁波。所使用的電磁光束尤其具有介于10 12 m與lm之間的波長，優選介于10 9 m與10 3 m之間，最優選介于10 7 m與10 5 m之間。
[0014]本發明是基于使用測量層的測量材料的壓力相關光學性質的進一步想法(在下文也稱為“光學材料”)以確定壓力分布的進一步想法。
[0015]換言之，本發明描述測量裝置及對應方法，以便確定測量層中的壓力分布，其由兩個壓力體施加以拉力或壓力(在原位和/或位置分散地，尤其絕對地和/或取決于溫度地)。此外，本發明還基于在改變壓力施加期間位置分散確定位于壓力體之間的測量層的光學性質的變化的想法。該光學性質及它們在施加壓力時的變化與該壓力相關或被變換成壓力地圖。
[0016]在此本發明是基于另一想法，位置分散地測量兩個壓力體之間的具有至少一個發射器及至少一個檢測器/接收器的測量層的一或多個光學性質的壓力相關性，或經由數學分析(諸如尤其拉頓變換(Radon transform))從累積測量信號確定，尤其是計算相關于各自壓力值的位置的壓力相關性，使得從中產生壓力地圖。
[0017]根據本發明的方法為用于重建體積圖像信號的方法，尤其為拉頓變換。這為用于例如醫學技術中的層析成像重建的所有方法中最熟知的方法。該原理為因沿路徑的個別事件的總和而發生及經由沿多個空間方向的測量而發生的反積分。
[0018]在低同調層析成像方法中，也尤其可組合根據本發明的方法與傳輸時間分析，在此，位置重建僅沿橢圓(其中檢測器及發射器在焦點中)精細化。
[0019]所累積的測量信號歸因于經由上述數學及物理模型的位置離散測量信號。因此，本文揭示使用其可在局部壓力負載與輸出信號之間實施的轉換的任何數學算法適于執行根據本發明的實施例。
[0020]可在理論上和/或從實驗建立(局部)光學性質與普遍的(局部)壓力比率之間的相關性。存在使用其可描述材料性質和/或光學和/或機器性質之間的關系的非常精確的物理模型。但根據本發明，從實驗確定及主要校準為優選。在第一實施例中，發生實驗校準主要在于在某溫度時用定義的力的全面壓力施加至測量裝置而發生。在理想情況中，光學性質的經確定的改變及因此壓力施加應獨立于位置且因此遞送均勻壓力地圖。基于并非引起待施加的壓力的所有組件可完美制造的事實，對于對應校準過程，確定構成稍偏離理想狀態的壓力地圖或光學性質的變化的地圖(在下文簡稱為地圖)。將想到專業再加工所使用的組件(因此匹配于該機械或該組件)或使用剛確定的地圖作為“零地圖”。自稍后已在實際結合過程中確定的地圖尤其向量扣除/減去經確定的零地圖。
[0021]在另一特殊實施例中，如下方式和方法校準測量裝置。該測量裝置按步驟尤其以點形負載有對應壓力體。該壓力體具有極薄的尖端。經由該壓力體上的測力計監測和/或設定和/或測量借助于該壓力體施加至根據本發明的測量裝置的力。同時，對于各點負載，記錄根據本發明的信號，其可明確地歸因于對應電負載。根據本發明的實施例的預定點形負載不僅實現測量裝置的校準，也設定零點使得可預先排除根據本發明的測量裝置中所存在的且可使干擾局部壓力評估的任何非均勻性。
[0022]本發明因此包括下列解決方法/優點:
-實現沿襯底的壓力表面的壓力分布的在原位測量，使得可在結合過程之前和/或優選在結合過程期間評估尤其在結合腔室內的壓力分布，
-尤其在臨時結合層(例如接合劑)內和/或在未將測量裝置放置于壓力體之間的結合過程期間可直接確定結合接口或任何襯底堆棧層中的壓力分布，
-也可在具高位置分辨率的情況下在大溫度范圍內并且以較高精確度確定在足夠大的壓力表面上的壓力分布的局部、尤其絕對的壓力值，
-基本上未消耗材料。
[0023]本發明容許兩個壓力體之間的壓力分布的在原位測量。相應設計的傳感器可再使用，具靈活性，可快速安裝于任何類型的結合器中，且從長遠來看比根據現有技術的壓力膜(非常昂貴)更經濟，更少的勞動強度且因此容許快速及針對性過程優化。根據本發明的另一優點在于能夠確定甚至在任何溫度負載下的壓力分布。材料的光學性質一般取決于溫度。在此情況中，該光學性質的變化與該溫度之間的關系可為已知的且接著可用于實施測量裝置針對不同溫度的對應擴展校準。該