[发明专利]用于测量晶片堆叠的层厚度和晶格缺陷的测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在分布于晶片堆叠上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷（Fehlstellen）的测量装置。另外本发明还涉及用于处理晶片堆叠的晶片处理设备以及用于在分布于晶片堆叠上的多个测量位置处测量和/或检测晶片堆叠的一个或多个层的层厚度和/或晶格缺陷的方法。

背景技术

当前半导体工业中的发展进入以下程度：晶片键合（Wafer Bonding）工艺越来越变得有意义。因此比如在移动电话和诸如游戏机的其他便携式设备中诸如运动传感器和/或定向传感器的新型功能导致对能够探测加速度和旋转速率的微机电（MEMS）部件的需求迅速增长。

迅速生长的另一领域是作为所谓3D IC制造的构件。将其理解为由具有晶体管的多个覆层（Lage）（“有源覆层”）组成的芯片系统，其中所述覆层相互之间借助穿过硅的接触部来连接。这些贯通接触部在工业中称为“硅通孔（Through Silicon Vias）”或简称为“TSV”。

为了能够尽可能成本低地制造这些TSV，以及为了能够实现其他所期望的优点，诸如小的总封装尺寸，需要在TSV制造之前或之后或者在TSV制造过程中使晶片变薄到合适的尺度。目前与此相应地在所谓的通孔最初工艺、通孔中间工艺和通孔最后工艺之间进行区分。鉴于晶片的变薄表明，所致力的目标厚度不再足以能够把该晶片仍可靠地从一个工艺步骤移动到下一工艺步骤，因为不再给出晶片的机械稳定性、尤其在当前常见的300mm晶片情况下。

因此晶片被有利地临时安装在载体上，以便保证对薄晶片的可靠操纵，其中该薄晶片通常具有<150μm、但大多<100μm、并且经常<80或甚至<50μm的厚度。在必要的工艺步骤完成之后，该晶片再次从该载体脱离。这两种方法称为临时键合和分离（剥离（debonding））。

在第一工艺步骤中，在此向该载体，该产品晶片借助专业人员所已知的合适的键合技术被键合到该载体上。该键合步骤通常如此来进行，使得该产品晶片的、其上构建芯片结构的第一主面被如此来定向，使得该面与临时粘合剂相接触，并随后该粘合剂层建立与该载体晶片的接触。

但在几乎所有情况下都在该背侧处理的范畴内来进行该产品晶片的机械变薄。这尤其包含研磨步骤，在该研磨步骤中该产品晶片的所定义的厚度通过研磨而被移除。就此而论，通常使用具有不同研磨速率和/或磨盘或砂轮的粒度的各个研磨步骤。大多存在具有较高材料磨削速率的第一研磨步骤（粗研磨）和具有较低材料磨削速率的第二研磨步骤（精研磨）。

为了与背侧工艺步骤相关联地确保最终芯片的质量以及临时键合晶片的完整性，需要该临时粘合连接满足特定的质量标准。就此而论，存在对该粘合剂材料的很多要求，其对于专业人员是已知的。这尤其涉及该粘合剂能够容忍在背侧处理期间可能出现的特定工艺条件的能力。属于此的尤其是有温度稳定性、与真空环境的兼容性（无气体析出）、粘合剂相对于诸如溶剂、酸和碱的化学物质的稳定性、与各种机械载荷或电磁波（比如具有特定波长的光的辐射）的兼容性以及这些参数的不同组合。除了对粘合剂材料的要求之外，还存在与该粘合剂层的几何和机械完整性有关的很多参数。对于进行背侧处理尤其有极大意义的是，该粘合剂层具有精确定义的和可重复的厚度，以及不具有晶格缺陷（英语“Voids（空隙）”）。

但是，与单个晶片的变薄相反，在临时键合晶片的情况下，载体晶片和粘合剂层位于晶片覆盖层与研磨装置（砂轮、磨盘等）之间。从而现在该载体晶片和该粘合剂层的厚度一同影响最终的变薄的产品晶片的均匀性。

因此总之可以说，需要在制造工艺中能够精确地控制和监视该粘合剂层的厚度均匀性以及大多还有绝对厚度值。对于特定的情况-根据该研磨工艺的控制也可能有必要知道载体晶片的厚度（可能还有临时键合的整个堆叠的厚度）。但在每种情况下都有必要鉴于厚度均匀性以及必要时绝对厚度值来保证粘合剂层的相应质量。