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Patent Searching and Data


Title:
MEASURING DEVICE AND METHOD FOR MEASURING LAYER THICKNESSES AND DEFECTS IN A WAFER STACK
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/062343
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a measuring device and to a method for measuring and/or detecting layer thicknesses and/or defects in one or more layers of a wafer stack at a multiplicity of measurement points distributed on the wafer stack, and also to a corresponding wafer processing apparatus.

Inventors:
WIMPLINGER MARKUS (AT)
Application Number:
PCT/EP2010/006902
Publication Date:
May 18, 2012
Filing Date:
November 12, 2010
Export Citation:
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Assignee:
EV GROUP E THALLNER GMBH (AT)
WIMPLINGER MARKUS (AT)
International Classes:
G01N29/04; G01B7/06; G01B15/02; G01B17/02; G01B21/08; G01N21/95; G01N29/265; G01N29/27; G01N29/275; H01L21/00; H01L21/66
Foreign References:
US6774989B12004-08-10
CA2314305A12002-01-21
US6234025B12001-05-22
US20060066854A12006-03-30
US6754305B12004-06-22
US20080021673A12008-01-24
US6774989B12004-08-10
CA2314305A12002-01-21
US6234025B12001-05-22
US6754305B12004-06-22
US20080021673A12008-01-24
US20060066854A12006-03-30
Other References:
SHIRAI H ET AL: "THICKNESS MEASUREMENTS OF EPITAXIAL LAYERS OF DOUBLE EPITAXIAL SILICON WAFERS BY FAR-INFRARED REFLECTION", JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY, ELECTROCHEMICAL SOCIETY. MANCHESTER, NEW HAMPSHIRE, US, vol. 145, no. 5, 1 May 1998 (1998-05-01), pages 1720 - 1723, XP000907059, ISSN: 0013-4651
MORATH C J ET AL: "ULTRASONIC MULTILAYER METAL FILM METROLOGY", SOLID STATE TECHNOLOGY, PENNWELL CORPORATION, TULSA, OK, US, vol. 40, no. 6, 1 June 1997 (1997-06-01), XP000656397, ISSN: 0038-111X
MORATH ET AL.: "Ultrasonic multilayer metal film metrology", SOLID STATE TECHNOLOGY
Attorney, Agent or Firm:
SCHWEIGER, Johannes et al. (DE)
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Claims:
Messeinrichtung und Verfahren zur Messung von Schichtdicken

und Fehlstellen eines Waferstapels

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Messeinrichtung zur Messung und/oder Erfassung von Schichtdicken und/oder Fehlstellen einer oder mehrere Schichten eines Waferstapels (8) an einer Vielzahl von am Waferstapel (8) verteilten Messstellen mit folgenden Merkmalen:

- einem relativ zum Waferstapel (8) bewegbaren Sender (9) zur

Aussendung von Signalen in Form elektromagnetischer Wellen oder Ultraschallwellen,

- einem mit dem Sender (9) relativ zum Waferstapel (8) bewegbaren Empfänger (10) zum Empfang der vom Sender (9) gesendeten und am Waferstapel (8) reflektierten Signale und

- einer Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Empfänger

empfangenen Signale, wobei von mindestens zwei Übergängen (15, 18) zwischen Schichten des Waferstapels (8) reflektierte Signale von der Auswerteeinheit unterscheidbar und deren Abstände zueinander und/oder zu einer Referenzebene (R) ermittelbar sind, und wobei die Bewegung des Waferstapels (8) und/oder der Messeinrichtung (11) parallel zur Referenzebene (R) und damit die Position jeder Messstelle entlang der Referenzebene (R) erfassbar ist.

2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Messeinrichtung (11) in einer Waferbearbeitungsvorrichtung, insbesondere in-line einsetzbar ist.

3. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Messeinrichtung (11) ohne mechanische Einwirkung auf den

Waferstapel (8), insbesondere mit einem Abstand (H) von dem

Waferstapel (8) beabstandet, arbeitend ausgebildet ist.

4. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Messeinrichtung (11), insbesondere der Sender (9) und der

Empfänger (10), gleichzeitig zur Erfassung der Schichtdicken und Fehlstellen, insbesondere mit einer Schichtenauflösung < ΙΟμπι, vorzugsweise < Ιμπι, noch bevorzugter < Ο,ΐμιτι, einsetzbar ist.

5. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mittels der Messeinrichtung (11) benachbarte Messstellen mit einem Abstand von weniger als 5mm, vorzugsweise weniger als 3mm, noch bevorzugter weniger als 1mm messbar sind.

6. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Messeinrichtung zur in-situ-Messung, insbesondere während eines Schleifprozesses oder eines Trennprozesses, geeignet ist.

7. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mit einem, insbesondere mit dem Sender (9) und dem Empfänger (10) mechanisch gekoppelten, vorzugsweise fixierten, Interferometer, insbesondere Weißlichtinterferometer, zur Messung dessen Abstands zu einer Oberfläche, insbesondere einer Aufnahmefläche (16) einer Aufnahme (12), an mindestens einer der Messstellen.

8. Waferbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung, insbesondere Schlei fen oder Bonden, vorzugsweise temporäres Bonden, oder Trennen, eines Waferstapels 8 mit:

- einer Messeinrichtung zur Messung und/oder Erfassung von

Schichtdicken und/oder Fehlstel len einer oder mehrere Schichten eines Waferstapels (8) an einer Vielzahl von am Waferstapel (8) verteilten Messstellen mit folgenden Merkmalen:

- einem relativ zum Waferstapel (8) bewegbaren Sender (9) zur

Aussendung von Signal en in Form elektromagnetischer Wellen oder Ultraschallwellen,

- einem mit dem Sender (9) relativ zum Waferstapel (8) bewegbaren Empfänger ( 10) zum Empfang der vom Sender (9) gesendeten und am Waferstapel (8) reflektierten Signale und

- einer Auswerteeinheit zur Auswertung der vom Empfänger

empfangenen Signale, wobei von mindestens zwei Übergängen ( 1 5 , 1 8) zwischen Schichten des Waferstapels (8) reflektierte Signale von der Auswerteeinheit unterscheidbar und deren Abstände zueinander und/oder zu einer Referenzebene (R) ermittelbar sind, und wobei die Bewegung des Waferstapels (8) und/oder der Messeinrichtung ( 1 1 ) parallel zur Referenzebene (R) und damit die Position jeder

Messstel le entlang der Referenzebene (R) erfassbar ist und

- einer Aufnahme zur Aufnahme und Fixierung des Waferstapels (8) an einer Aufnahmefläche ( 1 6) der Aufnahme ( 1 2) sowie zur Bewegung des fixierten Waferstapels (8) parallel zu der Referenzebene (R). Waferbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8 als in-line-Anlage mit einem Belackungsmodul zur zumindest tei lweisen Belackung des

Waferstapels 8, einem Inspektionsmodul und einem Bond-modul

Verfahren zur Messung und/oder Erfassung von Schichtdicken und/oder Fehlstellen einer oder mehrerer Schichten eines Waferstapels an einer Vielzahl von am Waferstapel verteilten Messstellen mit folgenden Schritten, insbesondere folgendem Ablauf:

- Anordnung einer Messeinrichtung zur Messung und/oder Erfassung der Schichtdicken und/oder Fehlstellen der Schichten des

Waferstapels an den Messstellen gegenüber einer Flachseite des Waferstapels,

- Aussendung von Signalen in Form elektromagnetischer Wellen oder U ltraschallwellen durch einen Sender der Messeinrichtung und

Empfang der von dem Waferstapel reflektierten Signale durch einen Empfänger der Messeinrichtung,

- Auswertung der vom Empfänger empfangenen Signale durch eine

Auswerteeinheit, wobei von mindestens zwei Übergängen zwischen Schichten des Waferstapels reflektierte Signale von der

Auswerteeinheit unterschieden und deren Abschnitt zu einer

Referenzebene (R) ermittelt werden, und wobei die Bewegung des Waferstapels und/oder der M esseinrichtung parallel zur

Referenzebene (R) und damit die Position jeder M essstelle entlang der Referenzebene erfassbar ist.

Description:
Messeinrichtung und Verfahren zur Messung von Schichtdicken und

Fehlstellen eines Waferstapels

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Messung und/oder Erfassung von Schichtdicken und/oder Fehlstellen einer oder mehrerer Schichten eines Waferstapels an einer Vielzahl von am Waferstapel verteilten Messstellen gemäß Patentanspruch 1 . Weiter betrifft die

vorliegende Erfindung eine Waferbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Waferstapels gemäß Patentanspruch 8 sowie ein Verfahren zur Messung und/oder Erfassung von Schichtdicken und/oder Fehlstellen einer oder mehrerer Schichten eines Waferstapels an einer Vielzahl von am Waferstapel verteilten Messstellen gemäß Patentanspruch 10.

Die Entwicklung in der Halbleiterindustrie geht derzeit dahin, dass Wafer Bonding Prozesse zunehmend an Bedeutung gewinnen. So führen

beispielsweise neuartige Funktionen wie Bewegungssensoren und / oder Orientierungssensoren in Mobiltelefonen und anderen portablen Geräten wie Spielkonsolen zu einem rasant steigenden Bedarf an M ikro- Elektro- Mechanischen (MEM S) Komponenten, die Beschleunigung und Drehraten detektieren können.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Ein weiterer Bereich mit rasantem Wachstum sind Bautei le, die als sogenannte 3 D ICs gefertigt werden. Darunter versteht man ein Chipsystem, das aus mehren Lagen mi t Transistoren („aktive Lagen") besteht, die untereinander mittels durch das Silizium führenden Kontakten verbunden sind. Diese Durchkontaktierungen werden in der Industrie„Through Silicon Vias" oder kurz„TSVs" genannt.

Um diese TSVs möglichst kostengünstig herstellen zu können, sowie weitere gewünschte Vorteile wie eine kleine Gesamtpackungsgröße realisieren zu können, ist es erforderlich, die Wafer vor oder nach der TSV Herstellung oder im Zuge der TSV Herstellung auf ein geeignetes Maß zu dünnen.

Dementsprechend wird heute zwischen sogenannten Via- First-, Via-Middle- und Via-Last-Prozessen unterschieden. Hinsichtlich des Dünnens der Wafer stel lt sich heraus, dass die angestrebten Zieldicken nicht mehr ausreichen, um den Wafer noch verlässlich von einem Prozessschritt zum nächsten bewegen zu können, da die mechanische Stabi l ität des Wafers, insbesondere bei den derzeit üb l ichen 300mm Wafern nicht mehr gegeben ist.

Wafer werden daher mit Vorteil temporär auf einen Träger montiert, damit eine verlässl iche Handhabung des dünnen Wafers, welcher übl icherweise eine Dicke < 1 50μπι, zumeist jedoch < 100μιη und viel fach <80 oder sogar <50μπι aufweist, gewährleistet wird. Nach dem Fertigstellen der notwendigen

Prozessschritte wird der Wafer wieder vom Träger gelöst. Diese beiden Verfahren werden Temporary Bonding und Trennen (Debonding) genannt.

In einem ersten Prozessschritt wird dabei der Produktwafer auf den Träger mittels geeigneter Bonding Technologie, die dem Fachmann bekannt ist, auf den Träger gebondet. Dieser Bondingschritt erfolgt in der Regel so, dass die erste Hauptfläche des Produktwafers, auf welcher die Chipstrukturen aufgebaut sind, so orientiert wird, dass diese Fläche mit dem temporären Kleber in Kontakt kommt, und diese Kleberschicht in weiterer Folge den Kontakt m it dem Trägerwafer herstellt.

In fast allen Fäl len erfolgt im Rahmen dieser Rückseitenbearbeitung jedoch ein mechanisches Dünnen des Produktwafers. Dies beinhaltet insbesondere Schleifschritte, bei dem eine definierte Dicke des Produktwafers durch Schleifen entfernt wird. Üblicherweise werden in diesem Zusammenhang einzelne Schlei fschritte mit verschiedenen Schleifraten und / oder Körnunge der Schleifscheiben oder Schleifräder verwendet. Meistens gibt es einen ersten Schleifschritt mit einer höheren Materialabtragrate (Grobschleifen) und einen zweiten Schleifschritt mit einer niedrigeren M aterialabtragrate (Feinschleifen).

Um die Qualität der finalen Chips, sowie die Integrität des temporär gebondeten Wafers im Zusammenhang mit den Rückseitenprozessschritten sicherzustellen, ist es erforderlich, dass die temporäre Kleberverbindung bestimmte Qualitätskriterien erfüllt. In diesem Zusammenhang gibt es eine Fülle von Anforderungen an das Klebermaterial, welche dem Fachmann bekannt sind. Diese betreffen unter anderem die Fähigkeit des Klebers, bestimmte Prozessbedingungen, die während der Rückseitenbearbeitung auftreten können, tolerieren zu können. Dazu zählen unter anderem

Temperaturstabi lität, Kompatibilität mit Vakuumumgebung (kein Ausgasen) Stabilität des Klebers gegenüber Chemikal ien wie Lösungsm itteln, Säuren und Basen, Kompatibilität mit diversen mechanischen Belastungen oder elektromagnetischen Wellen (zum Beispiel Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wel lenlänge) sowie verschiedene Kombinationen aus diesen Parametern. Neben den Anforderungen an das Klebermaterial gibt es auch eine Fülle an Parametern, die die geometrische und mechanische Integrität der Klebersch icht betreffen. Insbesondere ist es für den Erfolg der

Rückseitenprozessierung von enormer Bedeutung, dass die Kl eberschicht ei genau definierte und wiederholbare Dicke aufweist, sowie keine Fehlstellen (englisch„Voids") aufweist.

Im Gegensatz zum Dünnen eines einzelnen Wafers befindet sich jedoch im Falle eines temporär gebondeten Wafers der Trägerwafer und die

Kleberschicht zwischen der Waferauflage und dem Schlei fmittel (Schleifrad, Schleifscheibe, etc.). Damit gehen nun die Dicke des Trägerwafers und der Kleberschicht mit in die Gleichmäßigkeit des finalen, gedünnten

Produktwafers ein.

Es kann daher zusammengefasst gesagt werden, dass es notwendig ist, die Dickengleichmäßigkeit der Kleberschicht und zumeist auch den absoluten Dickenwert in einem Fertigungsprozess genau steuern und kontroll ieren zu können. Für bestimmte Fälle - abhängig von der Steuerung des

Sch leifprozesses kann es auch notwendig sein, die Dicke des Trägerwafers - unter Umständen auch des gesamten, temporär gebondeten Stapels - zu kennen. Auf jeden Fal l ist es aber notwendig, eine entsprechende Qual ität der Kleberschicht hinsichtlich Dickengleichmäßigkeit und gegebenenfal ls dem absoluten Dickenwert zu gewährleisten.

Hinsichtlich der Fehlstellen gilt, dass diese während einem Schleifprozess und einem etwai gen, darauf folgenden Pol ierprozess dazu führen würden, dass der Wafer unzureichend mechanisch unterstützt wird, und es dadurch zu Beschädigungen des Wafers oder zumindest Ungleichmäßigkeiten der beim Dünnen angestrebten Waferdicke kommen kann. Diese Ungleichmäßigkeit ist durch die mechanische Flexibilität der Unterlage verursacht, die durch diese Fehlstel len entsteht. In anderen Worten würde sich der Wafer beispielsweise während dem Schlei fen in diese Fehlstel len biegen/durchwölben und somit an diesen Stel len ein weniger starker Abtrag erfolgen, was in weiterer Fol ge in ei ner lokal erhöhten Dicke des gedünnten Wafers resultieren würde. Dieser Effekt würde sich umso stärker auswirkend e geringer die Zieldicke des gedünnten Wafers ist, da dieser mit abnehmender Dicke flexibler wird. Dies kann letzten Endes sogar zum Bruch des Wafers während dem Dünnen führen. Derartige Bruchereignisse stellen eine große Gefahr für Schlei f- und / oder Polierprozesse dar, da die dabei entstehenden relativ großen Materialstücke weitere Beschädigungen des gesamten Wafers, aber auch des Schleifrades / der Schleifscheibe und /oder der Poliervorrichtung nach sich ziehen können. Abgesehen von derartigen Problemen während dem Schleifen und / oder Polieren können derartige Fehlstellen auch zu Fehlern während der restlichen Rückseitenprozessschritte führen. Es sei hier nur als Beispiel angeführt, dass, in derartige Fehlstellen eingeschlossene Gase während Prozessschritten, welche in Vakuumkammern stattfinden, dazu führen können, dass der gedünnte Siliziumwafer während solchen Prozessschritten an diesen Stellen aufplatzt. Dies hätte neben dem Verlust des an dieser Stelle befindlichen Chips auch weitere Probleme zur Folge, da die dabei entstehenden Partikel die verwendete Anlage, in der das Aufplatzen stattfand, sowie unter

Umständen andere Fertigungsanlagen kontaminieren würden und eventuell auch Qualitätsprobleme an weiteren, auf diesen An lage prozessierten Wafern nach sich ziehen würden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Qualitätskriterien wie Fehlstellenfreiheit, Wiederholbarkeit und Gleichmäßigkeit der Kleberdicke zu optimieren und möglichst wenig Ausschuss bei der Herstel lung

beziehungsweise Bearbeitung von temporär gebondeten Waferstapeln zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 , 8 und 10 gelöst. Vortei lhafte Weiterbi ldungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fal len auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen angegebenen Merkmale. Bei Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in bel iebiger Kombination beanspruchbar sein.

Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es zum einen, bei der

Bearbeitung von Wafern Abweichungen bezogen auf die obengenannten Qualitätskriterien zu einem frühest möglichen Zeitpunkt zu erkennen, um einen etwaigen Verlust von Produktwafern schon aus diesem Grund möglichst gering zu halten. Dies kann insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass die Schichtdicke und/oder Fehlstellen einzelner Schichten des Waferstapels gemessen/erfasst werden, und zwar insbesondere zeitnahe bevor der

Waferstapel geschliffen wird. Besonders wichtig ist es dabei, die

geometrischen Parameter des Trägerwafers zu überwachen, da dieser der mechanischen Unterstützung des Produktwafers dient und während des

Schleifprozesses zwischen der Waferauflage, die als Referenzebene oder Referenzfläche dienen kann, und dem Schleifmittel zu liegen kommt.

Zeitnahe im vorgenannten Sinne bedeutet, dass in der Verarbeitungskette von Waferstapeln möglichst wenig Waferstapel in der Verarbeitungskette vor dem genannten Waferstapel, also zwischen dem Messschritt/Erfassungsschritt und einschließlich dem Schleifschritt sind, insbesondere maximal fünf,

vorzugsweise maximal drei, noch bevorzugter maximal einer. Dabei kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Messschritt/Erfassungsschritt in einem Mess-/Erfassungsmodul (auch metrology-Modul) und der Schlei fschritt räumlich getrennt in einem, insbesondere benachbarten, Schleifmodul ausgeführt werden. Der M essschritt/Erfassungsschritt und der Schlei fschritt erfolgen erfindungsgemäß in-line. Es kann durchaus auch sei n, dass die Untersuchung des Waferstapels abgeschlossen wurde, bevor der vorherige Wafer fertig geschliffen wurde, sich also noch im Schlei fmodu l befindet. Der gemessene Waferstapel muss dann„warten", bis er vorrücken kann.

In ei ner besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt der M essschritt / Erfassungsschritt zeitnahe zum Temporary Bonding Schritt. Dadurch wird erreicht, dass im Fal le von, beim Temporary Bonding Schritt auftretenden Fehlern, die Menge des fehlprozessierten Materials reduziert wird. Dies bietet den Vorteil, dass die M aterialmenge, insbesondere die Anzahl der gebondeten Waferstapel, die einer Nachbearbeitung („Rework") zugeführt werden müssen, reduziert werden kann, was ökonomische und logistische Vortei le mit sich bringt. Unter zeitnahe ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Messung auf jeden Fall vor dem Schleifen der Wafer stattfindet. Wie bereits ausgeführt, stellt der Schlei fprozess einen nicht reversiblen Prozess dar, der zu einem katastrophalen Fehler und insbesondere zu einem Totalverlust einzelner, gebondeter Waferstapel führen kann. Mit Vorteil bedeutet zeitnahe jedoch, dass maximal 1 0 weitere Waferstapel gebondet wurden bevor die Inspektion eines gegebenen Waferstapels erfolgt ist. Noch besser ist es, wenn diese Zahl auf weniger als 7 oder noch besser 5 oder 3 reduziert werden kann. Diese Zahlen beziehen sich auf einen

Prozessablauf, in dem alle gebondeten Waferstapel nach dem Temporary Bonding Prozess, insbesondere unmittelbar nach dem Temporary Bonding Schritt dem erfindungsgemäßen M essschritt / Erfassungsschritt zugeführt werden. Diese soeben beschriebene Reduktion dieser Waferstapel, die im Prozessablauf auf den Inspektionsschritt warten lässt sich mit Vorteil mittels einer Konfiguration der Fertigungsumgebung erreichen, bei der die, den Temporary Bonding Schritt ausführende Vorrichtung räumlich möglichst nahe zur erfindungsgemäßen Messvorrichtung angeordnet ist. Insbesondere lässt sich das dadurch erreichen, die Messvorrichtung in ein Temporary Bonding Gerät zu integrieren. Eine derartige, integrierte Lösung wird in der Industrie üblicherweise als in-line In tegration bzw. in-line Metrologie bezeichnet. Dies kann gemäß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit jeglichen, aus dem Stand der Technik bekannten Temporary Bonding Lösungen real isiert werden . Beispielsweise ist es erfindungsgemäß denkbar, die Messvorrichtung in eine Temporary Bonding Anlage für thermoplastische oder UV-aushärtbare Kleber zu integrieren, wobei derartige Anlagen üblicherweise ein oder mehrere Beschichtungsmodule für das Aufbringen des Klebers sowie eine oder mehrere Bondmodule beinhalten, zwischen denen die, zu bearbeitenden Wafer mittels einer automatischen Wafer Handhabungsvorrichtung, die insbesondere Teil der Anlage ist, bewegt werden. Je nach verwendeter

Kleberart können zusätzlich auch noch Heizmodule im System integriert sein, die zum Austreiben des Lösungsmittels aus der Kleberschicht dienen. Mit Vorteil ist es auch üblich, geeignete, dem Fachmann bekannte

Justagevorrichtungen zum Ausrichten der Wafer in derartige Anlagen zu integrieren.

Daneben besteht ein Grundgedanke der Erfindung darin, Fehlstellen in der Kleberschicht sowie die Kleberschichtdicke und etwaige Schwankungen dieser Kleberschichtdicke zu erfassen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die erfassten Werte als Daten automatisch auswertbar sind, um automatisiert eine Entscheidung über ein Weiterprozessieren oder ein Entfernen des Wafers aus der Prozesskette zu fäl len.

Ein weiterer, zentraler Aspekt der Erfindung besteht darin, den

Erfindungsgegenstand in ein automatisches Bearbeitungsgerät für das temporäre Bonden von Produktwafern zu integrieren. Auf diese Weise soll eine möglichst vollständige Analyse eines jeden Produktwafers ermöglicht werden, ohne die Produktivitätsrate des Bearbeitungsgerätes zu verringern. Die Erfassung/Messung erfolgt damit„in-l ine", also als„in-l ine-Metrologie". Entsprechend ist gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung vorgesehen, dass diese in einer Waferbearbeitungsanlage, insbesondere in-l ine einsetzbar ist.

Dabei ist erfi ndungsgegenständl ich ein modulartiger Aufbau der in-l ine für den Prozessablauf beziehungsweise di e Prozesskette angeordneten Prozessmodule vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung im Zusammenhang mit folgenden Modulen in einer Waferbearbeitungsanlage:

- einem Belackungsmodul zur zumi ndest tei lweisen Belackung des

Waferstapels insbesondere mit einem Kleber, mit Vorteil ei nem temporären Kleber,

- einem bond-Modul zum Verbinden der Waferschichten des

Waferstapels,

- einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung in einem Inspektionsmodul,

- einer Handhabungseinrichtung, insbesondere mit einem oder mehreren Roboterarmen, zur transportieren jedes Waferstapels innerhalb der Waferbearbeitungsanlage von einem Modul zum nächsten und

- optional, einem Heizmittel zum Austreiben von Lösungsmittel.

Falls Abweichungen in diesem Zusammenhang insbesondere vor dem

Rückdünnen des Produktwafers detektiert werden, ist es möglich, den

Produktwafer beziehungsweise den Waferstapel einer Nachbesserung

(engli sch :„Rework") zu unterziehen . Dies stellt sich insbesondere so dar, dass der Produktwafer noch einmal vom Träger gelöst werden würde, und der gesamte Temporary Bonding Prozess noch einmal neu durchgeführt werden könnte. Für diesen Löseschritt können dafür eigens vorgesehene Anlagen oder in-line-Module verwendet werden. Insbesondere eignen sich dafür die Debonding Anlagen, die üblicherweise zum Ablösen des dünnen

Produktwafers vom Träger verwendet werden. Gegebenfal ls sind dazu bestimmte Prozessparameter für diese Debonding Anlage an die Erfordernisse des Debondens eines nicht gedünnten oder nicht vol lständig gedünnten Produktwafers anzupassen. Dieser Rework Prozess ist im Sinne einer kosteneffizienten Fertigung von großer Bedeutung. Insbesondere

Produktwafer oder Waferstapel, die einen sehr hohen Grad an Komplexität aufweisen, was für derartige 3 D IC Waferstapel zu erwarten ist, haben in diesem Stadium einen sehr beträchtlichen Wert, da sie bereits weit im

Fertigungsfluss fortgeschritten sind. Der Wert solcher Waferstapel übersteigt meist 1 .000 Euro, tei lweise sogar 10.000 Euro. Daher ist es erfindungsgemäß entscheidend, sogenannte katastrophale Feh ler, die zu einem Totalverlust des Waferstapels führen würden, rechtzeitig beziehungsweise mögl ichst frühzeitig zu erkennen und diesen einem Rework Prozess zuzuführen, bevor die Waferstapel einen Prozessschritt durchlaufen, nach dem dieser Rework Prozess nicht mehr möglich wäre. In diesem Zusammenhang kann das

Schlei fen des Waferstapels zur Dickenreduktion auf jeden Fall als ein Schritt angesehen werden, nach dem ein derartiger Rework Prozess nicht mehr möglich wäre und im Umkehrschluss ein Totalverlust des Produktwafers drohen würde.

Soweit die Messeinrichtung ohne mechanische Einwirkung auf den

Waferstapel, insbesondere mit einem Abstand H von dem Waferstapel beabstandet, arbeitend ausgebildet ist, kann die Messung/Erfassung durch die Messeinrichtung, insbesondere kontaktlos, besonders schonend erfolgen. Bei Anwendung von Ultraschallwellen erfolgt ein für die Ausbreitung der

Ultraschallwel len erforderlicher Kontakt zwischen dem Waferstapel und der Messeinrichtung über ein auf dem Waferstapel vorgesehenes Fluidmittel, das zur Übertragung von Ultraschallwellen geeignet ist. Hierbei kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass zwischen dem Fluidmittel und dem Waferstapel ein Trennmittel, insbesondere eine

Membran, zur Abschirmung des Waferstapels von der Flüssigkeit vorgesehen ist. Das Trennmittel muss zur Übertragung der Ultraschallwel len geeignet sein. Der Raum unterhalb der Membran kann mit Vorzug evakuiert werden, so dass die Membran auf dem Waferstapel möglichst homogen und plan anliegt. Die Verwendung eines Unterdrucks ist unabdingbar, da erst der Umgebungsdruck dafür sorgt, dass die Membrane sich vollkommen an den Waferstapel 8 anschmiegt. Wäre dem nicht so, könnten luftgefül lte

Hohlräume das Messergebnis verfälschen, da Luft Schallwel len zumindest weitgehend reflektieren würde. Gemäß einer vortei lhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung, insbesondere der Sender und der Empfänger, gleichzeitig zur Erfassung der Schichtdicken und Fehlstellen, insbesondere mit einer Schichtenauflösung < Ι Ομηι, vorzugsweise < Ι μπι, noch bevorzugter < Ο, ΐ μιη, einsetzbar ist. Erfindungsgemäß ist es außerdem denkbar, mehrere Sender/Empfänger- Einheiten gleichzeitig, insbesondere nebeneinander angeordnet, einzusetzen, um die Oberfläche entsprechend schneller abrastern zu können. Die Schichtenauflösung ist in Querrichtung zur Referenzebene R gemeint, also eine Tiefenauflösung beziehungsweise vertikale Auflösung beziehungsweise Dickenauflösung.

Der Durchmesser D des Messsignals liegt mit Vorteil zwischen Ι μι η und Ι ΟΟμηι, insbesondere zwischen 5 μιη und 50μπι, vorzugsweise zwischen Ι Ομηι und 30μηι. Bei einem Laserstrahl entspricht der obige Durchmesser D beispielsweise dem Durchmesser des Laserstrahls.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist

vorgesehen, dass mittels der Messeinrichtung benachbarte Messstellen innerhalb eines Rasters R mit einem Abstand X bzw. Y von weniger als 5mm, vorzugsweise weniger als 3mm, noch bevorzugter weniger als 1 mm, am bevorzugtesten weniger 0,5mm, messbar sind. Es erfolgt also eine

flächendeckende, rasterartige Erfassung des gesamten Waferstapels, so dass praktisch al le Fehlstellen mögl ichst lückenlos erfasst werden können.

Eine Breitenauflösung des Messsignals in lateraler Richtung, also parallel zur Referenzebene R liegt mit Vorteil zwischen 0, 1 μπι und 50μιη, insbesondere zwischen Ι μ πι und 30μπι, vorzugsweise zwischen Ι Ομ η ι und 20μιτι. Ein

Laserstrahl sol l beispielsweise an einer bestimmten Messstel le messen. Er wird die Messstelle aber nicht genau treffen, sondern um deltaX/deltaY abweichen. del taX und deltaY entspricht dabei der Breitenau flösung. Mit der Breitenauflösung wird insbesondere die Ausdehnung, also Breite oder Durchmesser einer Fehlstelle erfasst. Je besser die Breitenauflösung, desto mehr M essungen müssen durchgeführt werden. Es ist daher mögl ichst ein Optimum zwischen schnel ler Messung und Erfassung mögli chst aller

Feh lstel len einzustel len. Je dünner die Zieldicke des Wafers beziehungsweise Waferstapels ist, desto kritischer sind bereits kleine Fehlstellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messung/Erfassung zweistufig, insbesondere durch eine erste schnelle und grobe Messeinrichtung und eine optionale zweite, sehr präzise Messeinrichtung. Die zweite Messeinrichtung durchlaufen nur Waferstapel, die in der ersten Messeinrichtung als möglicherweise kritisch eingestuft worden sind. Die zweite Messeinrichtung ist nicht in-line vorgesehen, damit der Prozessfluss möglichst nicht gestört wird. Ein von der Auswerteeinheit als möglicherweise in der ersten Messeinrichtung als kritisch eingestufter Waferstapel wird also aus dem Prozessablauf zumindest zeitweise

ausgegliedert.

Der Zusammenhang zwischen dem Punktrasterabstand, dem Durchmesser D des Messsignals und der Breitenauflösung ist in Fig. 9 dargestellt.

Die vorgestellte Methode kann in-situ und/oder in-line verwendet werden. Unter in-situ versteht man die Anwendung der M ethode während eines technologischen / physikalischen / chemischen Verarbeitungsschritts.

Genannt seien hierbei etwa das Rückdünnen eines Strukturwafers, oder das Randzonenätzen in einem chemischen Bad.

Unter in-l ine versteht man die Anwendung des Verfahrens in einem

Prozessmodul, welches einem anderen Prozessmodul vorgelagert

beziehungsweise nachgelagert ist. Das erste Modul kann bei einer

erfindungsgemäßen Ausführungsform ei ne Bonding Station sein. Das nach folgende Modul wäre dann in diesem Fall in einer typischen Ausführungsform die hier vorgestellte Messeinrichtung, um einen Waferstapel zu vermessen. Während in der Bonding Station ein Waferstapel gebondet wird, wird in der Messstation einer der zuvor gebondeten

Waferstapel, mit Vortei l ei n mögl ichst zei tnahe zuvor gebondeter

Waferstapel gemäß obenstehenden Erläuterungen für den Begriff zeitnahe, insbesondere ein unmittelbar zuvor gebondeter Waferstapel vermessen / erfasst. in-line unterscheidet sich daher von in-situ dadurch, dass eine

Trennung des erfindungsgemäßen Verfahrens in ein eigenes Modul erfolgt, welches aber in eine Verarbeitungskette mit weiteren Bearbeitungsschritten systemintegriert wurde

M it Vorteil ist weiterhin vorgesehen, dass die erfindungsgemäße

Messeinrichtung mit einem, insbesondere mit dem Sender und dem

Empfänger mechanisch gekoppelten, vorzugsweise fixierten, Interferometer, insbesondere Weißlichtinterferometer, zur Messung dessen Abstands zu einer Oberfläche an mindestens einer der Messstellen versehen ist.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren gelten die vorgenannten, zur Messeinrichtung beschriebenen Merkmale entsprechend.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfi ndung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in einer ersten

Aus führungs form,

Fig. 2 : eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in einer zweiten

Aus führungs form,

Fi g. 3 : eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in einer dritten

Ausführungsform, Fig. 4: eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in einer vierten

Ausführungsform,

Fig. 5 : eine Veranschaulichung von möglichen Qual itätsmängeln eines

Waferstapels,

Fig. 6a - 6c: verschiedene erfindungsgemäße Verfahrensabläufe zur

Messung/Erfassung mehrere Messstellen,

Fig. 7a: eine Aufnahme eines durch Infrarotsignale mit der

erfindungsgemäßen Messeinrichtung erfassten Waferstapels,

Fig. 7b: ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Vermessung/Erfassung einer Waferoberfläche,

Fig. 8 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung zur Bearbeitung eines Waferstapels,

Fig. 9 : eine schematische Darstellung der Erfassung einer Fehlstelle eines Waferstapels,

Fig. 1 0: eine Aufnahme eines durch Ultraschallsignale mi t der

erfindungsgemäßen Messeinrichtung erfassten Waferstapels,

Fig. 1 1 : eine schematische Darstel lung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung zur Bearbeitung eines Waferstapels und

Fig. 1 2 : eine erfindungsgemäße Messeinrichtung in einer fünften

Ausführungsform.

In den Figuren si nd gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Figur 8 ist ei ne erfindungsgemäße Waferbearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Waferstapels 8 abgebildet, der aus ei nem Strukturwafer 1 , einer Verbindungsschicht 2 und einem Wafer 3 besteht. Der Strukturwafer 1 weist an einem Übergang 1 5 zwischen dem Strukturwafer 1 und der

Verbindungsschicht 2 in die Oberfläche des Strukturwafers 1 eingebrachte Kontakte 14 sowie aus der Oberfläche hervortretende Bumps 1 3 auf, die aus Metalllegierungen bestehen können . Der Strukturwafer 1 kann auch ohne Strukturen ausgebildet sein, ebenso wie der Wafer 3 mit Strukturen

ausgebildet sein kann.

Der Waferstapel 8 ist seiner der Oberfläche des Strukturwafers 1

gegenüberliegenden Flachseite auf einer Aufnahmefläche 1 6 einer Aufnahme 1 2, hier ein Chuck, fixiert. Die Fixierung erfolgt über Vakuumbahnen 1 7 der Aufnahme 1 2.

Die Verbindungsschicht 2 ist als temporärer Kleber ausgebildet und mittels dieser ist der Strukturwafer 1 an den Wafer 3 temporär gebondet. Ein weiterer Übergang 1 8 liegt entsprechend zwischen der Verbindungsschicht 2 und dem Wafer 3.

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Messeinrichtung 1 1 auf, die gegenüber dem Waferstapel 8 entlang einer Referenzebene R beweglich ist.

Entscheidend ist die Ausführung einer Relativbewegung, so dass eine

Bewegung des Waferstapels 8, insbesondere durch Bewegung der Aufnahme 1 2, ebenso denkbar ist. Entscheidend ist dabei, dass die Relativbewegung zwischen der Messeinrichtung 1 1 und dem Waferstapel 8 erfassbar ist, beispielsweise in einem die Referenzebene R aufspannenden X-Y- Koordinatensystem.

Die Funktion der Messeinrichtung 1 1 ist in verschiedenen Ausführungen in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Die Figur 5 zeigt die möglichen Probleme, die sich beim Verbinden von Wafern ergeben können. Beispielsweise kann die Verbindungssch icht 2 eine inhomogene Schichtdicke besitzen. Im

Ideal fall wären die Wafer 1 , 3 überall gleich dick. Figur 5 zeigt, dass auch die Wafer 1 , 3 eine inhomogene D ickenverteilung besitzen können. Weiterhin können die Wafer Fehlstellen 4, sogenannte„Voids", aufweisen. Gemäß Figur 1 besteht di e Messeinrichtung 1 1 aus einem Gehäuse 5, in welchem an dessen Unterseite ein Sender 9 und ein Empfänger 1 0 angeordnet sind. Diese sind in Richtung des Waferstapels 8 ausgerichtet, insbesondere parallel zu der Referenzebene R. Die Messung basiert darauf, dass Wel len in den gebondeten Waferstapel 8 mittels des Senders 9 eingekoppelt werden und die Reflektionen an den einzelnen Übergängen 1 5 , 1 8 zwischen den

verschiedenen Materialien mit dem Empfänger 1 0 erfasst werden. Der

Empfänger 10 ist als Signaldetektor zur Detektion der S ignale in Form von elektromagnetischen Wel len oder Ultraschallwellen ausgebildet.

Als Signalwellen eignen sich insbesondere elektromagnetische Wellen mit einer geeigneten Wel lenlänge, bei der eine ausreichende Transparenz der verwendeten Wafer 1 , 3 und des Klebermaterials der Verbindungsschicht 2 vorhanden ist. Für Si liziumwafer kann dies beispielsweise Licht im

Infrarotbereich oder Röntgenstrahlung sein. Für Glaswafer würde sich Licht im sichtbaren Bereich und bei Verwendung geeigneter G läser auch im UV- Bereich eignen.

Die Signalquelle für die elektromagnetische Strahlung kann insbesondere in dem Gehäuse 5 angeordnet sein, insbesondere im Sender 9 integriert.

Alternativ zu elektromagnetischen Wellen eignen sich Schal lwel len, insbesondere Wellen im Ultraschal lbereich von 1 00 KHz bis 800 M Hz, mit Vorzug 1 00 M Hz bis 400 M Hz.

Bevorzugt ist die Verwendung einer Lichtquelle mit elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich, insbesondere 1050nm bis Ι Ομπι, vorzugsweise 1 300nm Lichtwellenlänge. Die Optik der Messeinrichtung ist dabei so konzipiert, dass der Strahl elektromagnetischer Wellen fokussiert und auf den Waferstapel 8 geleitet werden kann. Soweit sich der Sender 9 und der Empfänger 10 beziehungsweise das Gehäuse 5, wie bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 2 , 3 und 4 in direktem Kontakt mit dem Waferstapel 8 beziehungsweise einer auf dem Waferstapel 8 au fgebrachten Fl üssigkeit 7 befinden, erfolgt die Messung/Erfassung durch Kontakteinkopplung. Diese Art der Kontakteinkopplung erfolgt

erfindungsgemäß vor allem bei der Verwendung von Ultraschal lwel len.

Bei der Verwendung von elektromagnetischen Wellen ist ein Abstand H zwischen der Sender-Empfänger-Einheit und dem Waferstapel 8 vorgesehen.

Im Falle der in Figur 3 gezeigten Ultraschallmessung mittels der Flüssigkeit 7 wird diese vor der Messung auf den Waferstapel 8 aufgebracht und das Gehäuse 5 mit dem Ultraschallgeber taucht in die Flüssigkeit 7, um die Ultraschal lwellen auf den Waferstapel 8 zu übertragen und eine Messung durch den Sender 9 und den Empfänger 1 0 zu ermöglichen. Der Sender 9 kann dabei als der Ultraschallgeber ausgebildet sein. Das Aufbringen der Flüssigkeit 7 erfolgt regelmäßig durch das Gehäuse 5 selbst. Das Gehäuse 5 besitzt eine Zuleitung 25, über welche der, insbesondere kontinuierliche, Zufluss der Flüssigkeit 7 von einem Flüssigkeitsreservoir erfolgt.

In der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist darüber hinaus vorgesehen, dass zwischen der Flüssigkeit 7 und dem Waferstapel 8 eine Membran 6

vorgesehen ist, um den Waferstapel 8 vor der Flüssigkeit 7 zu schützen. Die Membran 6 ist so elastisch, dass sie sich an die Topografie der Oberfläche des Waferstapels 8 anpassen kann. Auf der Oberfläche der M embran 6 wird die Flüssigkeit 7 aufgebracht. Die Einkopplung des Messsi gnals erfolgt dann durch die Flüssigkeit 7 sowie durch die Membran 6 hi ndurch i n den

Waferstapel 8. Der Raum unterhalb der M embran 6 ist vorzugsweise evakuierbar und wird evakuiert, bevor die Messung erfolgt. Die Evakuierung hat den Vorteil, dass der Luftdruck auf der Seite des Gehäuses 5 die

Membran 6 auf die Oberfläche des Wafers 3 drückt. Dadurch wird gewährleistet, dass die M embrane die Oberfläche des Wafers 3 ohne Bi ldung von Hohlräumen bedeckt und dadurch eine S ignalei nkopl lung nur über Festkörper und/oder Flüssigkeiten, insbesondere ohne Gasphase, erfolgt.

In einer besonders vorteilhaften Variante der Ausführungsform gemäß Figur 4 dient die Membrane 6 als Flüssigkeitsspeicher, indem durch eine

umlaufende Membranwand 26 ein wannenförmiges Flüssigkeitsreservoir 27 gebildet wird. In dieser besonderen Ausführungsform ist es daher

erfindungsgemäß denkbar, dass ei n geschlossener Kreislauf zwischen dem Flüssigkeitsreservoir 27 und der Zuleitung 25 vorgesehen ist. Dadurch ist eine sehr saubere Umsetzung der Messung/Erfassung möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es auch denkbar, dass die Vorrichtung hinsichtl ich der Flüssigkeitshandhabung lediglich das wannenförmige Flüssigkei tsreservoir 27 beinhaltet und auf einen Kreislauf für die Flüssigkeit gänzlich, insbesondere zumindest während dem

Messvorgang, verzichtet. Die Zufuhr und der gegebenenfalls, insbesondere zur Erleichterung von Wartungsarbeiten, vorgesehene Ablauf der Flüssigkeit zu / aus dem Flüssigkeitsreservoir 27 erfolgt in diesem Fall durch geeignete, in den Figuren nicht dargestellte M ittel zur Flüssigkeitszufuhr und

Flüssigkeitsableitung.

Die an den Übergängen 1 5, 1 8 und an der Aufnahmefläche 1 6 reflektierten Signale in Form von elektromagnetischen Wellen oder Ultraschallwellen werden mittels eines jewei ls geeigneten Empfängers 1 0 ausgewertet und lassen unter Berücksichtigung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen in den verschiedenen Materiali en des Strukturwafers 1 , der

Verbindungsschicht 2 und des Wafers 3 einen präzisen Rückschluss au f die Materialdicken d l des Wafers 3 beziehungsweise d2 der Verbindungsschicht 2 und d3 des Strukturwafers 1 zu. Som it ist eine präzise Erfassung der Dicken und der Dickengleich mäßigkeit der Schichten des Waferstapels 8, also des Strukturwafers 1 , der Verbindungsschicht 2 und des Wafers 3 möglich. Durch die Bewegung der M essei nrichtung über den gesamten

Waferstapel 8 paral lel beziehungsweise entlang der Referenzebene R können die Schichtdicken an entsprechenden Messstel len ortsaufgelöst bestimmt werden.

Wie oben beschrieben erfolgt zur Messung/Erfassung des Waferstapels 8 eine Bewegung relativ zu dem Sender 9 und dem Empfänger 10. Dies kann entweder durch Bewegen des Waferstapels 8 oder der Sender-Empfänger- Einheit oder eine Kombination der beiden Bewegungsmöglichkeiten erreicht werden. Vorzugsweise wird eine Anordnung gewählt, bei der möglichst wenig Achsen benötigt werden, insbesondere durch eine Verfahreinrichtung für die Bewegung des Waferstapels entlang einer X- und einer Y-Achse, also parallel zu der Referenzebene R. Die Messeinrichtung wird vorzugsweise starr montiert.

In den Figuren 6a bis 6c sind die wichtigsten Rastermethoden zur Erfassung des gesamten Waferstapels 8 dargestellt, wobei in Figur 6a mäanderförmig erfasst wird. Mäanderförmige Scans haben den Vorteil, dass ein sehr zügiges Abfahren der Erfassungsstrecke erfolgen kann, sich negativ auf die

Aufzeichnung auswirkt. Eine wei tere Scanart stell t ein Linienscan gemäß Figur 6b dar. Diese Scanart ist durch einen Linearantrieb realisierbar, wobei ein mögliches Spiel von Translationseinheiten des Linearantriebs,

insbesondere ein Umkehrspiel, m inimiert wird. Diese Variante ist

insbesondere bei dem oben beschriebenen zweistufigen M essverfahren besonders vortei lhaft, insbesondere in der zweiten M esseinrichtung. Eine weitere Alternative besteht in einem konstanten Vorschub des Gehäuses 5 bei rotierendem Waferstapel 8 zum Zentrum des Waferstapels 8 hin. H ieraus ergibt sich eine spiralförmi ge Erfassung. Den vorgenannten Rastermethoden ist gemein, dass die Rasterung kontinuierlich erfolgt. Die kontinuierl ichen Messsignale der ei nzelnen Messstellen werden durch eine Auswerteeinheit entsprechend umgerechnet und ausgewertet. Di« Zeit zum Scannen eines Waferstapels, insbesondere für in-line integrierte, erfindungsgemäße

M essei nrichtungen beträgt weniger als 1 80 Sekunden, vorzugsweise weniger als 100 Sekunden, noch bevorzugter weniger als 60 Sekunden. Für nicht inline integrierte, insbesondere zusätzlich zu einer in-line integrierten

Messeinrichtung vorgesehene, Messeinrichtungen, i nsbesondere

Messeinrichtungen, die zum detaillierten Inspizieren von, insbesondere ausgegliederten, Waferstapeln mit hoher Auflösung dienen, können die

Inspektionszeiten auch erhebl ich länger sein. Es ist durchaus denkbar, dass derartige Messvorgänge länger als 1 0min, in vielen Fällen auch länger als 20min oder 30min dauern.

Befinden sich nun Fehlstel len 4 in der Kleberschicht 2 (Fig. 7a), so ist innerhalb dieser Fehlstelle 4 eine Weiterleitung der eingekoppelten Welle entweder gar nicht oder nur mit einer unterschiedlichen

Ausbreitungsgeschwindigkeit möglich. Im Falle der akustischen Wel len ist deren Ausbreitung in Fehlstellen 4so gut wie gänzlich verhindert, so dass anhand der reflektierten Wel len sehr deutlich auf die Fehlstelle 4

rückgeschlossen werden kann (Fig. 10.).

Im Falle der elektromagnetischen Wellen und insbesondere Infrarotl icht detektiert dass Messgerät die unterschiedlichen Übergänge beziehungsweise Schnittebenen I S , 1 6, 1 8 durch Interferenz und kann dadurch auf die

Schichtdicken d l , d2, d3 rückschl ießen. Die Ermi ttlung der Schichtdicken d l , d2, d3 erfolgt indirekt über das Detektieren von Peaks an den Übergängen 1 5, 1 6, 1 8 durch Interferenz. Auf Grundlage der Differenz dieser Peaks ist die Dicke der jeweil igen Schicht, die von den Übergängen 1 5, 1 6, 1 8 begrenzt wird, berechenbar. Die Auswerteeinheit führt diese Berechnung automatisch durch. Dabei ist zu beachten, dass die gemessene Schichtdicke linear vom Brechungsindex der Schicht abhängig ist. Dies rührt daher, dass sich die elektromagnetischen Wel len in verschiedenen Materialien untersch iedlich schnell ausbreiten, und die S ignal laufzeit durch die Schichten die Lage / den Abstand der, vom Empfänger detektierten Peaks l inear beein flusst. In einer bevorzugten Aus führungsform erscheint ohne entsprechender Korrektur die, für eine Schicht gemessene Schi chtdicke für Schichten mit höherem

ßrechungsindex (n) um den Faktor des Brechungsindexes (n) höher.

Beispielsweise wäre die gemessene Schichtdicke für eine Kleberschicht mit einer Dicke d2 im Bereich des Klebers d2 * n, während die gemessene

Schichtdicke im Bereich etwaiger, in der Kleberschicht befindlicher Voids d2 * l betragen würde. Dies basiert au f der Tatsache, dass Lu ft und Vakuum einen Brechungsindex von annähernd 1 haben. Der Brechungsindex (n) für verschiedene Materialien lässt sich mit Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, ermitteln. Übl icherweise sind diese Werte auch von der verwendeten Wellenlänge des elektromagnetischen S ignals abhängig. Für I Licht mit einer Wellenlänge von 1 300nm kann der Brechungsindex für gängige thermoplastische Kleber beispielsweise im Bereich zwischen 1 ,2 und 2,5 zumeist jedoch zwischen 1 ,3 und 2, noch typischer jedoch zwischen 1 ,4 und 1 ,9 l iegen.

Die vorbeschriebenen Effekte führen im Messergebnis für die

Kleberschichtdicke zu einem abrupten Abfall der gemessenen Schichtdicke (Thickness) (Fig. 7b, Fig. 7c) im Bereich einer Fehlstelle, was einen

Rückschluss auf die Fehlstelle 4 mittels geeigneter Auswertealgorithmen zulässt. Die X-Achse der Abbildungen/Diegramme aus Figuren 7a bis 7c stellt den jewei ligen Abstand (distance) zum linken Waferstapelrand dar.

Ein Beispiel der Umsetzung eines Auswertealgorithmus zeigt Fig. 7c. Die Auswerteeinheit ist so ausgelegt, dass ein frei definierbares Fenster einen Überwachungsbereich 2 1 innerhalb des M essbereichs überwacht. Treten Signale in den Überwachungsbereich 2 1 ein, wird eine entsprechende Aktion gesetzt. Dies sei anhand eines Beispiels erklärt. Figur 7c stel lt die Schichtdicke d2 (thickness) der Verbindungssch icht 2 als Funktion des Abstandes (distance) entlang des Waferstapels 8 dar. Offensichtlich variiert die Schichtdicke der Verbindungsschicht 2 im dargestellten Beispiel zwischen 37 und 42 μπι. Dieser Dickenwert repräsentiert in diesem Fal l den, für die Kleberdicke gemessenen Wert ohne Korrektur durch den

Brechungsindex. Das heißt, die reelle Kleberdicke würde sich in diesem Fall durch Division des dargestellten Dickenwertes durch den Brechungsindex errechnen lassen. In speziellen Ausführungsformen kann zwischen Bumps, Dices, Fehlstellen, Lunkern, etc. unterschieden werden. Diese sollten sich durch unterschiedliche Tiefe / Starke / Signalabweichungen auszeichnen. H ier seien alle entsprechenden Algorithmen gemeint, die eine

S ignalabweichung von der Dicke detektieren können. Mit Vorteil werden diese Auswertealgori thmen auch noch mit geeigneten Algorithmen

kombiniert, die beispielsweise auch die flächenmäßige Ausdehnung derartiger Fehlstellen mit berücksichtigen. Die flächenmäßige Ausdehnung der Fehlstellen lässt sich durch eine Auswertung der gesamten gesammelten Dickenwerte im X / Y Koordinatensystem entsprechend der soeben

beschriebenen Auswertetechniken ermitteln. Etwaige, nicht gemessene Zwischenwerte sind mit Vorteil durch Interpolation bestimmbar.

Bei Infrarotmessung oder Ultraschallmessung erfolgt die Messung/Erfassung unabhängig vom Abstand R des Senders 9 / Empfängers 10 von dem

Waferstapel 8, da die Messwerte für die Dicken der einzelnen Schichten durch Di fferenzrechnung basierend auf den Reflexionen an den einzelnen Übergängen erfolgt.

Um die Dickenvertei lung der einzelnen zu messenden Schichten über den gesamten Wafer ermitteln zu können, ist es erforderlich, eine Vielzahl von Messpunkten über den Wafer verteilt aufzunehmen. M it Vortei l sind die M esspunkte in ei nem geeigneten Koordinatensystem (siehe Figur 1 0) angeordnet, was später die Analyse und Datenverarbeitung erleichtert. M it Vortei l korrespondiert das Koordinatensystem für die Messpunkterfassung mit einem lokalen, dem zu inspizierenden Wafer zugeordneten

Koordinatensystem. Geeignete Koordinatensystem wären beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Polarkoordinatensystem. M it Vortei l werden die Messpunkte eng genug aneinander gelegt, um typischerweise zu erwartende Defekte (Fehlstellen) mit einer angebrachten Sicherheit zu erfassen. Insbesondere ist es wünschenswert, Defekte von einer Größe, die in den zuvor beschriebenen katastrophalen Fehlerfällen in der nachfolgenden Prozessierung resultieren würden, zu erfassen. Die Schichtenauflösung sol lte vorzugsweise besser Ι Ομηι, noch bevorzugter besser als Ι μπι, am

bevorzugtesten besser als Ο, ΐ μιτι sein.

Der Durchmesser D des Messsignals gemäß Figur 1 0 liegt mit Vorteil zwischen Ι μπι und Ι ΟΟμηι, insbesondere zwischen 5 μηι und 50μηι,

vorzugsweise zwischen Ι Ομπι und 30μπι. Bei einem Laserstrahl entspricht der obige Durchmesser D beispielsweise dem Durchmesser des Laserstrahls.

Die Breitenauflösung des Messsignals in lateraler Richtung, also parallel zur Referenzebene R liegt zwischen 0, 1 μηι und 50μηι, insbesondere zwischen Ι μηι und 30μηι, vorzugsweise zwischen Ι Ομπι und 20μηι.

Analog zu dem Vorgehen hinsichtlich Fehlstellen werden mit Vortei l auch die typischerwei se auftretenden Wellenlängen der Dickenschwankung beim Festlegen des Messpunkterasters berücksichtigt. Basierend auf den zuvor beschriebenen Überlegungen hat es sich als vortei lhaft erwiesen, etwa al le 1 bis 3 mm einen M esspunkt zu setzen. Um Fehlstellen noch zuverlässiger erkennen zu können, ist es noch idealer, alle 0,8mm oder al le 0,5mm oder noch besser al le 0,25 mm einen Messpunkt zu setzen . Für besonders sensible Anwendungen m it sehr geringen Zielwaferdicken kann es auch vortei lhaft sein al le 0, 1 mm einen Messpunkt zu setzen. Sehr oft ist es so, dass gewisse elektromagnetische Strahlen, wie beispielsweise Infrarot, nicht i n der Lage sind, den Strukturwafer 1 zu durchdringen, da dieser entweder metallisiert, gedoped oder gebumpt ist. Metal l isierungen können beispielsweise durch Kontakte 1 4 an der Oberfläche oder im Inneren des Wafers vorhanden sein. Die Bumps 1 3 bestehen aus Metall legierungen, die ebenfalls für IR opak sind. Des Weiteren kann der Wafer gedoped sein. Eine Dotierung kommt vor allem bei Strukturwafern fast immer vor und reduziert die Infrarot-Transparenz.

Mittels eines zusätzlich zu der Messeinrichtung 1 1 oder in die

Messeinrichtung 1 1 integrierten Interferometers 1 9 ist die Aufnahmefläche 1 6 der Aufnahme 1 2 messbar, bevor der Waferstapel 8 auf die Aufnahme abgelegt wird. In Figur 8 ist ei ne Oberflächenunebenheit der Aufnahmefläche 1 6 durch eine Wölbung dargestellt. Die Unregelmäßigkeit der Oberfläche kann aber j ede andere Form aufweisen. Dies wird mit dem

Weißlichtinterferometer 1 9 gemessen. Nach Vermessung des Abstandsprofils durch das Weißl ichtinterferometer 1 9 wird der Waferstapel 8 auf die

Aufnahme 1 2 gelegt. Anschließend wird durch das Weißl ichtinterferometer 19 erneut gemessen, so dass ein zweites Abstandsprofil, und zwar das des gesamten Waferstapels 8, erhalten wird. Die Di fferenz beider Abstandsprofile entspricht der Gesamthöhe des Waferstapels 8.

Somit kann in Kombination m it der oben beschriebenen Messung/Erfassung der Übergänge 1 5, 1 8 durch entsprechende Berechnung auch die Schichtdicke d3 ' gemäß Figur 8 ermittelt werden, indem von der Gesamtdicke des

Waferstapels 8 die Schichtdicken d l ' des Wafers 3 und d2 ' der

Verbindungsschicht 2 abgezogen werden.

Ein weiterer Vortei l ergibt sich durch die Verwendung des

Weißlichti nterferometers als Scanner während des Scanprozesses mi ttels In frarot oder Ultraschall. Der Weißlichtinterferometerscanner wird dabei nur entlang einer Linie über den Rand des Waferstapels 8 hinaus bewegt. Er misst dabei kontinuierl ich den Abstand zur Oberfläche des Waferstapels 8, wenn er sich Ober diesem befindet beziehungsweise den Abstand zur

Aufnahmefläche 1 6, wenn er über den Waferstapel 8 hinausfährt. Findet nun während des eigentlichen Infrarot oder Ultraschallscans eine Höhenänderung des gesamten Systems statt, beispielsweise durch Thermoschwankungen, erfasst der Weißlichtinterferometerscanner diese auf Grund der

Höhenschwankung, da absolute Entfernung bestimmbar ist. Im Gegensatz zum Infrarotscanner, welcher mittels Interferenz nur die Peaks misst, welche sich durch Interferenz an den Interfaces 1 5, 1 6 und 1 8 ergeben. Der

Infrarotscanner ist also in der Lage, relative Abstände, also Dicken zu messen. Er benötigt immer mindestens zwei Signale, aus deren Differenz die Dicke der j eweiligen Schicht berechnet werden kann. Der Infrarotscanner ist daher unempfind lich gegenüber„Erschütterungen" und

Thermoschwankungen. Der Weißlichtinterferometerscanner misst dagegen den Abstand zur Sender-Empfänger-Einheit. Ist seine Scanfrequenz über eine gesamte Scanlinie viel schnel ler als die Höhenänderung des Gesamtsystems, kann die Höhenänderung des Gesamtsystems als Funktion der Zeit erfasst werden.

Figur 7a zeigt einen mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung

vermessenen Waferstapel 8 mit einem Durchmesser 300mm, bei dem mehrere Fehlstel len 4 mit einer farblich dargestellten Tiefe gefunden wurden. Eine zweidimensionale Auswertung des Waferstapels 8 gemäß Figur 7a ist in Figur 7b in Form eines Diagramms durch die Auswerteeinheit erfolgt, wobei die das Diagramm korrespondierende Linie in Figur 7a eingezeichnet ist. In der Figur 7b ist zu erkennen, wie die Fehlstel le 4 in der M itte des Waferstapels im Querschn itt aussieht.

In einer weiteren Ausführungsform wird m ittels einer der oben vorgestel lten Messeinrichtungen die Randzone B des Waferstapels 8 während eines chemischen Behandlungsprozesses in-situ gemessen. Vorzugsweise wird dabei die Messmethode aus Fig. 6c verwendet. Während Chemikal ien 22 einen Randzonenkleber 28 der Verbindungsschicht 2 auflösen, ist mittels der Messeinrichtung 1 1 kontinuierl ich der Fortschritt im Lösungsprozess messbar. Mit Vorzug wird die Methode auf Waferstapel 8 angewandt, welche den Strukturwafer und den Trägerwafer nur am Rand bonden. Dem Fachmann auf dem Gebiet sind diese Techniken bekannt.

Gemäß einer i n Figur 1 2 gezeigten weiteren Ausführungsform si nd mittels einer der vorbeschriebenen Messeinrichtungen Fehlstellen 4 in einer Schicht, insbesondere einem Mold 24, welche elektronische Bauteile 23 , insbesondere dices, verdeckt, detektierbar.

Erfindungsgemäß bevorzugte Dopingelemente sind Elemente der dritten Hauptgruppe wie Bor, Indium, Aluminium oder Gal lium beziehungsweise Elemente der fünften Hauptgruppe wie Phosphor, Arsen oder Antimon.

Messeinrichtung und Verfahren zur Messung von Schichtdicken und Fehlstellen eines Waferstapels

B e zu g s z e i ch e n l i s t e

Strukturwafer

Verbindungsschicht

Wafer

Fehlstellen

Gehäuse

Membran

Flüssigkeit

Waferstapel

Sender

Empfänger

Messeinrichtung

Aufnahme

Bumps

Kontakte

Übergang

Aufnahmefläche

Vakuumbahnen

Übergang

Interferometer

Messsignal

Überwachungsbereich

Chemikalien

Elektronische Bauteile

Schicht

Zuleitung 26 Membranwand

27 Flüssigkeitsreservoir

28 Randzonenkleber

R Referenzebene dl, dl' Schichtdicke d2, d2' Schichtdicke d3, d3' Schichtdicke

H Abstand

B Randzone