一种原位应力检测装置及检测方法_2

文档序号:9725970阅读:来源:国知局
母片8之间垫上石墨纸10,以减小表面的不平整和缓解应力集中,避免对加热片造成破坏。陶瓷加热片11上表面也用石墨纸10垫上,再将不锈钢样品台置于石墨纸10上。不锈钢样品台下部有一个放置热电偶探头的凹槽,热电偶探头插入其中用于测试样品台的温度。不锈钢样品台通过螺钉与云母片8连接起来,实现位置的固定。
[0050]电极2采用的是一下端平整的点电极,电极2上端具有螺纹结构,可以实现与电极2支撑杆相对位置的固定。电极2与支撑杆之间通过一陶瓷套筒3连接,用陶瓷套筒是因为陶瓷具有良好的电绝缘性,可防止在对电极2加电压时发生漏电和击穿。电极2支撑杆由不锈钢焊接而成,末端通过螺钉与腔体内壁活动连接,可以实现电极2在腔体内绕电极2支撑杆的端点旋转。
[0051]键合腔体上部是法兰盖6,并且含有一个石英玻璃视窗4。玻璃视窗4经过特殊设计,含有一个圆柱形凹坑13。该凹形结构13采用玻璃整体成型。拉曼光谱仪聚焦镜筒可以深入凹坑,使得镜头1前端距离样品台上的样品12表面的距离在镜头1的有效工作距离范围内,从而对不锈钢样品台上的硅玻璃阳极键合样品进行监测。玻璃视窗4通过密封圈5实现与法兰盖6的密封;法兰盖6通过0型密封圈与腔体密封。
[0052]热电偶接口 18和电源接口 17是标准的航空插头,可以实现电信号在真空中向外部的传递。电源接口中包含四个接线柱,分别为加热板电源接线柱(2个)和直流电压接线柱(2个)。直流电压负极与点电极接通,正极连接在不锈钢样品台的一个螺钉上,在实际工作过程中可以形成闭合回路。
[0053]这样,该密封的键合装置可以实现样品加热温度从室温至500°C,直流电压最大2000V,真空度0.0OlPa的技术指标,对于研究硅玻璃阳极键合原位拉曼光谱观察具有实用价值。
[0054]该密封的键合装置可以实现大气环境下或者真空条件下的硅玻璃阳极键合,键和界面无明显气泡。但是相对于面阴极阳极键合,该装置所采用的点电极阳极键合速率较低。一般在1000V电压、400°C的大气压条件下,采用100型4寸单晶硅和BF33玻璃进行阳极键合,整片的键合时间在两小时左右。键合初始时的电流约为0.25mA,后以指数形式衰减。键合完成时电流值约为0.03mA,符合阳极键合的一般规律。
[0055]进行拉曼观察时,通过拉曼光谱仪镜头的聚焦,可以看到初始时刻单晶硅的拉曼峰位在520cm 1位置,通过在整个阳极键合过程中间断性进行拉曼信号的采集,可以明显发现硅-玻璃阳极键合过程中单晶硅的拉曼峰位发生了变化。这种变化可以为定量研究硅玻璃阳极键合过程提供依据。
[0056]同时该装置也可用于用拉曼光谱的方法测试在高温、通电或真空、气氛等条件下一些具有拉曼信号的微电子芯片的应力状态。
[0057]具体实施例二
[0058]本发明还涉及一种可使用上述原位应力检测装置的检测方法,运用上述装置,可以实现硅-玻璃阳极键合的拉曼原位应力表征实验。试验方法与步骤:
[0059]步骤1,将用于阳极键合的硅片和玻璃片表面清洗干净,轻轻贴合在一起,尽量避免连接面之间出现间隙;
[0060]步骤2,将上述装置的不锈钢样品台用丙酮和酒精擦拭干净,并将点电极及电极支撑杆旋转到一旁,将硅-玻璃样品放置在样品台上,玻璃在上。再将点电极和电极支撑杆旋转调整到合适的位置,保持点电极与玻璃表面的良好接触;
[0061]步骤3,盖上法兰盖,并调整好玻璃视窗的位置,以利于拉曼光谱仪镜头的对焦和观察;
[0062]步骤4,通过热电偶接口给键合装置通电加热,并通过外部温控设备监测样品温度,待温度升高到所需要的温度(本申请试验温度为400°C)时,打开直流电压,升高到所需要的值(本申请试验电压为-1000V);
[0063]步骤5,从加电压开始计时,每隔若干分钟(本申请试验时间为20min)测量一次硅片表面的拉曼信号,并保存数据;
[0064]步骤6,待外部电流监测设备显示键合电流衰减到较小值且基本不变化的时候,关闭加热系统,在降温过程中每隔一定时间(具体的为20min)测量一次硅片的拉曼信号。
[0065]步骤7,将整个实验过程中所得的拉曼测量结果与键合时间、温度关联起来,就可以得出硅-玻璃阳极键合过程中的硅-玻璃界面处应力的变化规律。
[0066]根据上述实施例的内容,本发明提出了一种原位应力检测装置,通过在键合装置上盖设置一透明凹槽观察视窗,就可以对键合过程中硅片界面的应力状态进行实时监控,从而研究应力产生的原因,应力与阳极键合条件(温度、压力、通电时间)之间的关系,为控制阳极键合过程中硅片的应力提供指导,从而提高键合结构的结构完整性。同时,应用原位激光拉曼光谱研究硅-玻璃阳极键合的应力也是一种全新的方法。
[0067]通过说明和附图,给出了【具体实施方式】的特定结构的典型实施例,基于本发明精神,还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例,然而,这些内容并不作为局限。
[0068]对于本领域的技术人员而言,阅读上述说明后,各种变化和修正无疑将显而易见。因此,所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容,都应认为仍属本发明的意图和范围内。
【主权项】
1.一种原位应力检测装置,其特征在于,其应用于键合工艺中,所述原位应力检测装置包括: 具有顶部开口的键合腔体; 键合装置,固定设置于所述键合腔体的底部; 法兰盖,盖合于所述顶部开口之上;以及 所述键合装置包括用于承载待键合样品的样品台,所述法兰盖上设置有凹形结构的透明视窗和拉曼光谱仪,且所述拉曼光谱仪的镜头插入所述凹形结构中,以对进行所述键合工艺的所述待键合样品进行原位应力检测。2.根据权利要求1所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述键合装置还包括: 若干接口,设置于所述键合腔体外侧侧壁之上; 石棉垫,垫设于所述键合腔体内侧底部; 云母片,设置于所述石棉垫之上,且所述云母片上设置有凹槽; 陶瓷加热片,放置于所述凹槽内,且所述陶瓷加热片的顶部平面低于所述凹槽的顶部平面; 电极,设置于所述样品台之上; 电极支撑杆,所述电极支撑杆一端活动设置于所述键合腔体内侧侧壁上,所述电极支撑杆另一端与所述电极固定连接,且所述电极支撑杆与所述样品台顶部平面平行; 其中,所述样品台设置于所述陶瓷加热片之上,且与所述云母片固定连接,以使得所述凹槽呈闭合腔体。3.根据权利要求2所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述样品台与所述陶瓷加热片之间设置有石墨纸,所述陶瓷加热片与所述云母片之间设置有石墨纸。4.根据权利要求2所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述电极外套设一套筒,且所述套筒的材料为陶瓷,以保护所述电极不会漏电或被击穿。5.根据权利要求2所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述云母片通过螺钉与所述键合腔体固定连接,所述样品台通过螺钉与所述云母片固定连接。6.根据权利要求2所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述接口包括有冷却水接口、冷却水出口、真空栗接口、真空计接口、热电偶接口和电源接口 ; 所述键合装置还包括:热电偶探头,设置于所述凹槽内,通过信号线与所述热电偶接口连接。7.根据权利要求1所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述透明视窗通过密封圈与所述法兰盖连接。8.根据权利要求1所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述法兰盖通过密封圈与所述键合腔体连接。9.根据权利要求1所述的原位应力检测装置,其特征在于,所述样品台的材质为不锈钢。10.一种原位应力检测方法,其特征在于,所述方法可应用权利要求1-9任一项所述检查装置,包括如下步骤: (1)将硅-玻璃样品放置在键合装置的样品台上,玻璃在上,再将点电极和电极支撑杆旋转调整到合适的位置,保持点电极与玻璃表面的良好接触; (2)盖上法兰盖,并调整好置于法兰盖上具有凹形结构的玻璃视窗的位置,以利于插入凹形结构中的拉曼光谱仪镜头的对焦和观察; (3)通过热电偶接口给键合装置通电加热,并通过外部温控设备监测样品温度,待温度升高到所需要的温度时,打开直流电压,升高到所需要的值; (4)从加电压开始计时,每隔若干分钟测量一次硅片表面的拉曼信号,并保存数据; (5)待外部电流监测设备显示键合电流衰减到较小值且基本不变化的时候,关闭加热系统,在降温过程中每隔一定时间测量一次硅片的拉曼信号; (6)将所得的拉曼测量结果与键合时间、温度关联起来,得出硅-玻璃阳极键合过程中的硅-玻璃界面处应力的变化规律。
【专利摘要】本发明涉及半导体检测领域,尤其涉及一种原位应力检测装置及其检测方法,通过在一键合装置上盖设置一透明凹槽观察视窗,就可以对键合过程中硅片界面的应力状态进行实时监控,从而研究应力产生的原因,应力与阳极键合条件(温度、压力、通电时间)之间的关系,为控制阳极键合过程中硅片的应力提供指导,从而提高键合结构的结构完整性。同时,应用原位激光拉曼光谱研究硅-玻璃阳极键合的应力也是一种全新的方法。
【IPC分类】G01L1/24
【公开号】CN105486437
【申请号】CN201510593984
【发明人】于新海, 明小祥, 唐佳丽, 徐小五, 涂善东
【申请人】华东理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月17日
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