用以確定壓力地圖的測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1中所述的測(cè)量裝置。此外，本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求8中所述的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體工業(yè)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(jié)合。晶圓結(jié)合粗略地分成永久性結(jié)合及暫時(shí)性結(jié)合。在永久性結(jié)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(nèi)擴(kuò)散，借助于陽(yáng)極結(jié)合中的陰離子-陽(yáng)離子傳輸或借助于在熔融結(jié)合中于氧化物和/或半導(dǎo)體材料之間形成共價(jià)鍵，及在聚合物與有機(jī)接合劑結(jié)合的交聯(lián)中而發(fā)生。
[0003]在暫時(shí)性結(jié)合中，主要使用所謂的結(jié)合黏結(jié)劑。該結(jié)合黏結(jié)劑為通過(guò)涂覆方法施加至一或兩個(gè)襯底的表面以充當(dāng)該襯底之間的黏結(jié)劑的黏合媒介。
[0004]在所有結(jié)合方法中，結(jié)合器用于將全面壓力盡可能均勻地施加至待彼此結(jié)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(huì)因空氣夾雜物、因擠壓的材料(英語(yǔ):squeeze-out),因缺少晶粒生長(zhǎng)及因非均勻?qū)雍穸榷l(fā)生缺陷(英語(yǔ):voids)。
[0005]壓力不均勾性可主要?dú)w因于粗制濫造的壓力盤(英語(yǔ):pressure_discs)、晶圓卡盤(英語(yǔ):wafer chucks)或其上的磨損。此外，在襯底上產(chǎn)生壓力負(fù)載的組件的不同彈性性質(zhì)負(fù)責(zé)許多壓力不均勻性。這主要為當(dāng)結(jié)合器的組件的彈性模數(shù)小于待結(jié)合的襯底或位于該襯底之間的層的彈性模數(shù)時(shí)的情況。由特殊材料(諸如石墨)生產(chǎn)的壓力盤、晶圓卡盤或補(bǔ)償盤用于獲得最佳結(jié)合器配置以獲得結(jié)合器的對(duì)應(yīng)彈性。在非常多的情況中，例如，對(duì)應(yīng)大小的石墨補(bǔ)償盤固定于壓力盤與活塞(英語(yǔ):piston)之間。使用這樣的補(bǔ)償盤取決于各自配置及結(jié)合類型。石墨補(bǔ)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(fù)載的條件下溫度穩(wěn)定且具有對(duì)應(yīng)的E模數(shù)。一般使用這樣的補(bǔ)償盤來(lái)改良?jí)毫鶆蛐浴?br>[0006]因此，已知用于獲得關(guān)于沿壓力表面的壓力分布的定量結(jié)論的方法。
[0007]最常用的方法為評(píng)估借助于以高壓染色色彩球而進(jìn)行不同程度的著色的紙上的色彩信息。盡管當(dāng)前實(shí)踐此方法，然而其具有若干缺點(diǎn)。切除薄膜，將該薄膜安裝于壓力體之間且移除它們?yōu)橄鄳?yīng)耗時(shí)的。此外，由于高溫敏感性，該材料無(wú)法在熱負(fù)載下使用；這也引起該結(jié)果的再生問(wèn)題。另一問(wèn)題為數(shù)字評(píng)估壓力數(shù)據(jù)，該評(píng)估不可靠或可再生。
[0008]第二已知方法揭示于W02012/167814A1中。這個(gè)方法基于因壓力負(fù)載引起的流體粒子的變形的評(píng)估。這個(gè)方法不容許壓力體之間的壓力分布的在原位測(cè)量。
[0009]第三已知方法使用必須在對(duì)應(yīng)襯底上生產(chǎn)的具數(shù)百個(gè)局部分布?jí)毫鞲衅鞯臏y(cè)量裝置，該方法是復(fù)雜的且特別昂貴。使用微系統(tǒng)技術(shù)發(fā)生生產(chǎn)。微傳感器為可控制電流的MEMS和/或半導(dǎo)體組件，其取決于各自壓力負(fù)載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的目的在于提出用于確定壓力分布的測(cè)量裝置及方法，借助于該測(cè)量裝置及該方法至少在很大程度上評(píng)估上述缺點(diǎn)。
[0011]該目的借助于專利權(quán)利要求1及8的特征達(dá)成。本發(fā)明的有利改進(jìn)范圍在附屬專利權(quán)利要求中給出。說(shuō)明書、權(quán)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(fā)明的范疇內(nèi)。在所給定的值范圍中，所指示的限制內(nèi)的值也被視為揭示為邊界值且將以任何組合要求保護(hù)。
[0012]本發(fā)明的基本想法為測(cè)量至少一個(gè)電磁波或多個(gè)電磁波在通過(guò)測(cè)量層之后的至少一個(gè)物理參數(shù)(尤其在原位)，且自該測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算該測(cè)量層中的壓力(優(yōu)選為壓力分布)。優(yōu)選地，所有波的所有待被測(cè)量的物理參數(shù)在進(jìn)入該測(cè)量層之前及之后而測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明，該測(cè)量包括電磁波的多個(gè)信號(hào)路段，也就是測(cè)量路段，其中不同的局部壓力值(尤其為測(cè)量層中的交叉信號(hào)路段)可自測(cè)量結(jié)果確定且以該方式可調(diào)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?yàn)橛泻瘮?shù)關(guān)系且因此可啟用電子處理。優(yōu)選地，在壓力負(fù)載之前和/或期間和/或之后執(zhí)行測(cè)量。相應(yīng)地，在該壓力負(fù)載之前和/或期間和/或之后確定完整的壓力地圖。在壓力負(fù)載之前壓力地圖的確定可優(yōu)選地用于校正。壓力負(fù)載期間的壓力地圖的確定優(yōu)選用于確定在原位狀態(tài)。壓力負(fù)載之后的壓力地圖的確定優(yōu)選用于確定后狀態(tài)。優(yōu)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(zhǎng)范圍自微波范圍延伸至X射線范圍。優(yōu)選地，使用可見(jiàn)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(zhǎng)，優(yōu)選介于10 9 m與10 3 m之間，最優(yōu)選介于10 7 m與10 5 m之間。
[0014]本發(fā)明是基于使用測(cè)量層的測(cè)量材料的壓力相關(guān)光學(xué)性質(zhì)的進(jìn)一步想法(在下文也稱為“光學(xué)材料”)以確定壓力分布的進(jìn)一步想法。
[0015]換言之，本發(fā)明描述測(cè)量裝置及對(duì)應(yīng)方法，以便確定測(cè)量層中的壓力分布，其由兩個(gè)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(duì)地和/或取決于溫度地)。此外，本發(fā)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(cè)量層的光學(xué)性質(zhì)的變化的想法。該光學(xué)性質(zhì)及它們?cè)谑┘訅毫r(shí)的變化與該壓力相關(guān)或被變換成壓力地圖。
[0016]在此本發(fā)明是基于另一想法，位置分散地測(cè)量?jī)蓚€(gè)壓力體之間的具有至少一個(gè)發(fā)射器及至少一個(gè)檢測(cè)器/接收器的測(cè)量層的一或多個(gè)光學(xué)性質(zhì)的壓力相關(guān)性，或經(jīng)由數(shù)學(xué)分析(諸如尤其拉頓變換(Radon transform))從累積測(cè)量信號(hào)確定，尤其是計(jì)算相關(guān)于各自壓力值的位置的壓力相關(guān)性，使得從中產(chǎn)生壓力地圖。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的方法為用于重建體積圖像信號(hào)的方法，尤其為拉頓變換。這為用于例如醫(yī)學(xué)技術(shù)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(gè)別事件的總和而發(fā)生及經(jīng)由沿多個(gè)空間方向的測(cè)量而發(fā)生的反積分。
[0018]在低同調(diào)層析成像方法中，也尤其可組合根據(jù)本發(fā)明的方法與傳輸時(shí)間分析，在此，位置重建僅沿橢圓(其中檢測(cè)器及發(fā)射器在焦點(diǎn)中)精細(xì)化。
[0019]所累積的測(cè)量信號(hào)歸因于經(jīng)由上述數(shù)學(xué)及物理模型的位置離散測(cè)量信號(hào)。因此，本文揭示使用其可在局部壓力負(fù)載與輸出信號(hào)之間實(shí)施的轉(zhuǎn)換的任何數(shù)學(xué)算法適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
[0020]可在理論上和/或從實(shí)驗(yàn)建立(局部)光學(xué)性質(zhì)與普遍的(局部)壓力比率之間的相關(guān)性。存在使用其可描述材料性質(zhì)和/或光學(xué)和/或機(jī)器性質(zhì)之間的關(guān)系的非常精確的物理模型。但根據(jù)本發(fā)明，從實(shí)驗(yàn)確定及主要校準(zhǔn)為優(yōu)選。在第一實(shí)施例中，發(fā)生實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)主要在于在某溫度時(shí)用定義的力的全面壓力施加至測(cè)量裝置而發(fā)生。在理想情況中，光學(xué)性質(zhì)的經(jīng)確定的改變及因此壓力施加應(yīng)獨(dú)立于位置且因此遞送均勻壓力地圖?；诓⒎且鸫┘拥膲毫Φ乃薪M件可完美制造的事實(shí)，對(duì)于對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)過(guò)程，確定構(gòu)成稍偏離理想狀態(tài)的壓力地圖或光學(xué)性質(zhì)的變化的地圖(在下文簡(jiǎn)稱為地圖)。將想到專業(yè)再加工所使用的組件(因此匹配于該機(jī)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(shí)際結(jié)合過(guò)程中確定的地圖尤其向量扣除/減去經(jīng)確定的零地圖。
[0021]在另一特殊實(shí)施例中，如下方式和方法校準(zhǔn)測(cè)量裝置。該測(cè)量裝置按步驟尤其以點(diǎn)形負(fù)載有對(duì)應(yīng)壓力體。該壓力體具有極薄的尖端。經(jīng)由該壓力體上的測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)和/或設(shè)定和/或測(cè)量借助于該壓力體施加至根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的力。同時(shí)，對(duì)于各點(diǎn)負(fù)載，記錄根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)，其可明確地歸因于對(duì)應(yīng)電負(fù)載。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的預(yù)定點(diǎn)形負(fù)載不僅實(shí)現(xiàn)測(cè)量裝置的校準(zhǔn)，也設(shè)定零點(diǎn)使得可預(yù)先排除根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置中所存在的且可使干擾局部壓力評(píng)估的任何非均勻性。
[0022]本發(fā)明因此包括下列解決方法/優(yōu)點(diǎn):
-實(shí)現(xiàn)沿襯底的壓力表面的壓力分布的在原位測(cè)量，使得可在結(jié)合過(guò)程之前和/或優(yōu)選在結(jié)合過(guò)程期間評(píng)估尤其在結(jié)合腔室內(nèi)的壓力分布，
-尤其在臨時(shí)結(jié)合層(例如接合劑)內(nèi)和/或在未將測(cè)量裝置放置于壓力體之間的結(jié)合過(guò)程期間可直接確定結(jié)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(nèi)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(duì)的壓力值，
-基本上未消耗材料。
[0023]本發(fā)明容許兩個(gè)壓力體之間的壓力分布的在原位測(cè)量。相應(yīng)設(shè)計(jì)的傳感器可再使用，具靈活性，可快速安裝于任何類型的結(jié)合器中，且從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓力膜(非常昂貴)更經(jīng)濟(jì)，更少的勞動(dòng)強(qiáng)度且因此容許快速及針對(duì)性過(guò)程優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于能夠確定甚至在任何溫度負(fù)載下的壓力分布。材料的光學(xué)性質(zhì)一般取決于溫度。在此情況中，該光學(xué)性質(zhì)的變化與該溫度之間的關(guān)系可為已知的且接著可用于實(shí)施測(cè)量裝置針對(duì)不同溫度的對(duì)應(yīng)擴(kuò)展校準(zhǔn)。該