使用電容傳感器建構3D IC

為了提高設備的性能,當今的半導體與微電子製造商正在研發具有垂直堆疊結構的矽晶片與管芯的3維集成電路,其原理很簡單,利用Z方向的空間,可避免二維上的功率與空間損失,但是實現該想法的過程並不簡單。垂直結構需要有一個共用表面,才能讓所有的接腳、焊盤與支助接觸。

 

問題

製造商通常會測量兩個平面間的角度與間隙來確定共面性,黏合工具執行器需要依靠這些角度/間隙來調整零件,並確保所有設備的接腳和/或焊球都位於同一個幾何平面上,以便能將零件們正確配對或接合在一起,且沒有殘餘的應力,該過程稱為「主動並行補償」。

能否黏接成功取決於角度與間隙測量的精度,所需的解析度位於亞微米等級範圍內,要解決此具有極高挑戰性的問題,需要付出相當昂貴的解決成本。

 

解決方案

為了實現超高解析度的位置控制,MTI採用ASP-50-ILA電容式位移探頭、D-300數位式電容放大器與執行/控制系統。這套系統能監視並調整黏接平面(芯片黏接工具)和接地平面(芯片或基板)間的間隙/角度。

將探頭安裝到芯片黏接工具上,最少需要三個電容探頭來建立一個平面,同樣的,也需要三個執行器來進行芯片或基板的調整,使其與芯片黏接工具共面。

間隙測量由D-300數位式電容放大器進行處理,放大器透過1000-base乙太網或USB與控制系統連接,用以監視共面性並為執行器提供位置控制。放大器與控制系統生成平面位置的1000點/秒的採樣率。

 

特色

該電容探頭是為半導體行業所訂製設計的,可以設計成螺紋、圓柱形或扁平狀,可在真空和高溫下工作。

放大器線性度為範圍的 0.01%,在 100 Hz 環路位置頻寬速度下產生線性規格(50 um/0.01% = 5 nm),解析度為 5 nm p-p。總誤差最大為10mm。此外,數位式系統提供小於100PPM的漂移,能與雷射干涉儀相媲美的穩定性和準確性。

共面性可確保所有連接均成功粘合,將現場故障的風險降至最低。
將三個間隙測量探頭安裝到上平面(芯片黏接工具),控制系統監控工具與下平面(模具或基板)的共平面性,並為執行器提供位置控制。