CN104078446A - 键合对准标记及计算偏移量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种键合对准标记及计算偏移量的方法。在第一硅片上设置第一对准标记，在第二硅片上设置第二对准标记，所述第一对准标记和第二对准标记皆包括多个横向标记和纵向标记，每个横向标记和纵向标记皆包括多个均匀分布的对准刻度，所述第一对准标记中相邻对准刻度的间距与所述第二对准标记中相邻对准刻度的间距不同。如此当两个硅片键合时，不仅能够得知在键合过程中两片硅片的偏移，还可以通过获得对齐的同次序的对准刻度之前的数量，结合对准刻度间距，够精确的得知偏移量，以便技术人员及时进行处理，从而提高生产质量，提高良率。

Description

键合对准标记及计算偏移量的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种键合对准标记及计算偏移量的方法。 

背景技术

近年来，随着半导体工艺的不断进步，各种新的工艺不断被研发出来，目前，对器件的制造已经不满足于仅在单一的硅片上形成，多个硅片结合在一起这种立体模式已经获得认可。 

对于这种模式的生产过程，常用的是硅-硅直接键合和硅-玻璃静电键合技术，最近又发展了多种新的键合技术，例如金属-金属键合技术。 

目前，对于金属与金属键合，键合偏移是业界普遍存在的问题，键合偏移大的话会影响键合的质量，一些器件对可偏移量的要求较为严格，例如不能超过12μm，但是对目前的技术而言，超过15μm的情况也很有可能发生，而这通常会导致所制造的器件成为废品，极大的降低生产效率。因此怎样把键合的偏移减小在一定允许范围内是非常重要的。 

但是，对于新的工艺而言，硬件上很难得到及时的满足，例如目前对于键合工艺的线上检测（inline monitor），大多为人工完成，那其精度势必会引人担忧，而即便目前存在专用的测量设备，其价格也极为不菲，需要较大的资金投入。对于线下检测（offline monitor）而言，由于不具备专用测量设备，导致例如EAP（Equipment Automation Program）、IEMS（Intelligent Equipment Monitoring System）、RMS（Recipe Management System）等系统不能实现，因此也就导致技术人员无法及时得到相关数据，不能够有效的把控生产过程中可能的问题，造成很大的风险。 

因此，如何获悉键合情况，尽可能减少键合偏移（bonder shift），获得高精度的对准，依然是一个难题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种键合对准标记及计算偏移量的方法，以解决现有技术中对键合过程及结果掌控较差的问题。 

为解决上述技术问题，本发明提供一种键合对准标记，用于硅片键合时的对准过程，包括： 

第一对准标记，位于第一硅片上； 

第二对准标记，位于第二硅片上； 

其中，所述第一对准标记和第二对准标记皆包括多个横向标记和纵向标记，同一对准标记中至少包括两个同向且共线，所述横向标记和纵向标记相互垂直；每个横向标记和纵向标记皆包括多个均匀分布的对准刻度，所述第一对准标记中相邻对准刻度的间距与所述第二对准标记中相邻对准刻度的间距不同；所述对准刻度的排列方向垂直其所在的横向标记或纵向标记的排列方向；当所述第一硅片和第二硅片对准时，所述第一对准标记和所述第二对准标记至少具有一个共同的对称轴。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第一对准标记中的相邻两个对准刻度间距为2μm～5μm。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第一对准标记中的对准刻度间距大于所述第二对准标记中的对准刻度间距。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第一对准标记和第二对准标记的对准刻度的形状均为矩形。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第一对准标记的横向标记的数量多于所述第二对准标记的横向标记的数量；所述第一对准标记的纵向标记的数量多于所述第二对准标记的纵向标记的数量。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第二对准标记的横向标记位于所述第一对准标记的横向标记之间；所述第二对准标记的纵向标记位于所述第一对准标记的纵向标记之间。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第一硅片上还包括第一辅助标记，所述第二硅片上还包括第二辅助标记。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第一辅助标记为四个排列成矩形且不互相接触的辅助矩形标记。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第二辅助标记为中间具有十字形标记的矩形结构。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第二辅助标记的大小能够完全覆盖所述第一辅助标记。 

可选的，对于所述的键合对准标记，所述第二辅助标记的长宽皆是60μm～80μm。 

本发明提供一种利用如上所述的键合对准标记计算偏移量的方法，包括： 

若所述第一对准标记和第二对准标记的同方向上具有同次序的对准刻度对齐，则偏移量为对齐的对准刻度的次序之前的对准刻度的数量与第一对准标记中相邻对准刻度的间距的乘积； 

若所述第一对准标记和第二对准标记的同方向上不具有同次序的对准刻度对齐，则判定键合对准失败。 

与现有技术相比，在本发明提供的键合对准标记及计算偏移量的方法中，在第一硅片上设置第一对准标记，在第二硅片上设置第二对准标记，所述第一对准标记和第二对准标记皆包括多个横向标记和纵向标记，每个横向标记和纵向标记皆包括多个均匀分布的对准刻度，所述第一对准标记中相邻对准刻度的间距与所述第二对准标记中相邻对准刻度的间距不同。如此当两个硅片键合时，不仅能够得知在键合过程中两片硅片的偏移，还可以通过获得对齐的同次序的对准刻度之前的数量，结合对准刻度间距，够精确的得知偏移量，以便技术人 员及时进行处理，从而提高生产质量，提高良率。 

附图说明

图1为本发明第一实施例的键合对准标记之部分第一对准标记的结构示意图； 

图2为本发明第一实施例的键合对准标记之部分第二对准标记的结构示意图； 

图3为本发明第一实施例的键合对准标记的结构示意图； 

图4为本发明第二实施例的键合对准标记的结构示意图； 

图5为利用图4所示的键合对准标记进行键合时发生偏移时的示意图。 

具体实施方式

在背景技术中已经提及，目前由于键合工艺所涉及的设备不足的问题，使得硅片在键合时很容易产生较大的偏移。发明人在经过长期实验后发现，充分利用现有资源，在需要键合的硅片上形成具有特定结构的对准标记，将能够使得硅片的偏移尽可能的减少。 

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的键合对准标记及计算偏移量的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 

首先请参考图1～图3，本发明提供一种用于硅片键合时对准过程中的键合对准标记，包括：位于第一硅片（例如帽层，cap wafer）上的第一对准标记1和位于第二硅片（例如位于cap wafer下方且与其键合的硅片）上的第二对准标记2。其中，所述第一对准标记1包括多个纵向标记101和横向标记102，所述第二对准标记2也包括多个纵向标记201和横向标记202。 

同一对准标记中的纵向标记101、201和横向标记102、202皆至少包括两 个同向且共线，此外，所述纵向标记101、201和横向标记102、202相互垂直；每个纵向标记101和横向标记102皆包括多个均匀分布的对准刻度103，每个纵向标记201和横向标记202皆包括多个均匀分布的对准刻度203，所述对准刻度103、203的排列方向垂直其所在的纵向标记101/201或横向标记102/202的排列方向；由图3可知，当所述第一硅片和第二硅片对准时，所述第一对准标记1和所述第二对准标记2具有共同的对称轴。 

如图1所示的第一对准标记1，所述第一对准标记1中包括上下左右四个方向上的多个纵向标记101和横向标记102，在此需要说明，文中的上下左右需要理解为平面中的位置关系，这是因为显然的对准标记是设置在硅片的同一层面上。且在上下方向上的两对纵向标记101分别共线，在左右方向上的两对横向标记102分别共线，且纵向标记101与横向标记102垂直。其中，所述横向标记101旋转90°后能够与纵向标记102完全重合。本实施例采用了横向标记101和纵向标记102各4个的设置，每个方向分布2个且间隔开一段距离，该距离以大于横向标记101的宽度为宜。每个所述横向标记101和纵向标记102皆包括多个对准刻度103，所述多个对准刻度103均匀分布，通常情况下，所述对准刻度103可以是金属层经刻蚀工艺后得到的，其可以采用现有技术形成，本发明对此不做赘述。 

如图2所示的第二对准标记2，所述第二对准标记2与第一对准标记1相似，不同之处在于，所述第一对准标记1中的相邻两个对准刻度103间距d0为2μm～5μm，而在第二对准标记2中，相邻两个对准刻度203间距d1与d0不同，为了达到较好的对准效果，在本实施例中，d1小于d0，所述第一对准标记1和第二对准标记2中的每个对准刻度103、203是相同的，优选为矩形，其宽度（即图示中的窄边）例如可以是8μm～12μm。此外，为了使得在键合时经红外透射后观察到的键合对准标记容易观察，可以将对准刻度103、203每隔4个使之长度（即图示中的长边）具有一个差距，形成如标尺的形状。所述第二对准标记2的横向标记202和纵向标记201位于平面坐标系的x轴和y轴上，考虑到在对 准时第一对准标记1和第二对准标记2在同一个视野中，本实施例将坐标轴设置于第二对准标记2上，在其他可选的实施例中，也可以设置于第一对准标记1上。那么在此规定对准刻度203中靠近坐标系原点的一个则是该方向上的第一个对准刻度，以此类推；第一对准标记1虽然未设置坐标轴，但也可以从与第二对准标记2对应的位置上转嫁并以此对对准刻度进行排序。其中，该坐标系对应于所述的上下左右四个方向，即+y方向为“上”，+x方向为“右”，-y方向为“下”，-x方向为“左”。 

如图3所示，在标准状况下，第一硅片和第二硅片完全对准，即键合对准精确时，+y方向上的第一个对准刻度103与203是对齐的，+x方向上的第一个对准刻度103与203也是对齐的，其至少具有例如x轴/y轴为共同的对称轴。由图3可知，所述第一对准标记1和第二对准标记2的区别还在于：二者的中心具有一斜向的距离O1O2，且第二对准标记2的纵向标记201和横向标记202分别位于第一对准标记1的纵向标记101之间的间距和横向标记102之间的间距之间，且不接触。 

那么，在进行键合对准分析时，可针对对齐的对准刻度进行偏移分析，具体为：选择对齐的相同次序的对准刻度103和203，则其之前的对准刻度103、203的个数乘以d0即为偏移量，偏移方向则可以根据坐标轴的正负而得到。若在x轴方向或y轴方向的对准刻度103、203不具有对齐的，则按照本实施例的每个对准标记具有6个对准刻度而言，就说明偏移量大于12μm，而通常情况这一数据已经能够影响器件，可以认为偏差较大，需要另行处理。如此就能够及时的了解到键合过程的对准情况，这对提高生产质量、预防报废有着极大的帮助。 

请参考图4，进一步的，为了能够对偏斜情况有着直观的了解，本实施例在第一对准标记1和第二对准标记2所形成的区域中设置了一对辅助对准标记，具体的，包括位于第一硅片上的第一辅助标记3和位于第二硅片上的第二辅助标记4。所述第一辅助标记3为四个排列成矩形且不互相接触的辅助矩形标，所 述第二辅助标记4为中间具有十字形标记的矩形结构，其中心位于坐标系的原点处。所述第二辅助标记4的大小能够完全覆盖所述第一辅助标记3，具体的，所述第二辅助标记的长宽皆是60μm～80μm。 

请参考图5，其为当键合时，通过红外可获得的对准标记的示意图，通过辅助对准标记3和4即能够直观的判断出偏斜的方向为第一硅片相对第二硅片向右下方偏斜，偏移量则依然由对齐的同次序的对准刻度103和203来计算，在图5中，x轴上-x方向处的第5个对准刻度103和203对齐，即L1处，以d0=3μm为例，偏移量Δx=4*3=12μm，y轴上在+y方向上第2个对准刻度103和203对齐，即L2处，则偏移量Δy=3μm。同样的，若在x轴方向或y轴方向的对准刻度103、203不具有对齐的，则判定键合对准失败。此外，偏移量还可以引入“+/-”，并规定正方向，从而从数据上表示出偏移的方向。 

上述第二个实施例涵盖了本发明的所有思想，也是本发明的较佳实施例。然而，具体涉及到应用中，应当视硅片的布局进行选择或者变形，例如可以在硅片相对的两个位置上设置多个对准标记。 

上述实施例提供的键合对准标记及计算偏移量的方法中，在第一硅片上设置第一对准标记，在第二硅片上设置第二对准标记，所述第一对准标记和第二对准标记皆包括多个横向标记和纵向标记，每个横向标记和纵向标记皆包括多个均匀分布的对准刻度，所述第一对准标记中相邻对准刻度的间距与所述第二对准标记中相邻对准刻度的间距不同。如此当两个硅片键合时，不仅能够得知在键合过程中两片硅片的偏移，还可以通过获得对齐的同次序的对准刻度之前的数量，结合对准刻度间距，够精确的得知偏移量，以便技术人员及时进行处理，从而提高生产质量，提高良率。 

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。 

Claims (12)

1.一种键合对准标记，用于硅片键合时的对准过程，包括：

第一对准标记，位于第一硅片上；

第二对准标记，位于第二硅片上；

其中，所述第一对准标记和第二对准标记皆包括多个横向标记和纵向标记，同一对准标记中至少包括两个同向且共线，所述横向标记和纵向标记相互垂直；每个横向标记和纵向标记皆包括多个均匀分布的对准刻度，所述第一对准标记中相邻对准刻度的间距与所述第二对准标记中相邻对准刻度的间距不同；所述对准刻度的排列方向垂直其所在的横向标记或纵向标记的排列方向；当所述第一硅片和第二硅片对准时，所述第一对准标记和所述第二对准标记至少具有一个共同的对称轴。

2.如权利要求1所述的键合对准标记，其特征在于，所述第一对准标记中的相邻两个对准刻度间距为2μm～5μm。

3.如权利要求2所述的键合对准标记，其特征在于，所述第一对准标记中的对准刻度间距大于所述第二对准标记中的对准刻度间距。

4.如权利要求1所述的键合对准标记，其特征在于，所述第一对准标记和第二对准标记的对准刻度的形状均为矩形。

5.如权利要求1所述的键合对准标记，其特征在于，所述第一对准标记的横向标记的数量多于所述第二对准标记的横向标记的数量；所述第一对准标记的纵向标记的数量多于所述第二对准标记的纵向标记的数量。

6.如权利要求5所述的键合对准标记，其特征在于，所述第二对准标记的横向标记位于所述第一对准标记的横向标记之间；所述第二对准标记的纵向标记位于所述第一对准标记的纵向标记之间。

7.如权利要求1所述的键合对准标记，其特征在于，所述第一硅片上还包括第一辅助标记，所述第二硅片上还包括第二辅助标记。

8.如权利要求7所述的键合对准标记，其特征在于，所述第一辅助标记为四个排列成矩形且不互相接触的辅助矩形标记。

9.如权利要求8所述的键合对准标记，其特征在于，所述第二辅助标记为中间具有十字形标记的矩形结构。

10.如权利要求9所述的键合对准标记，其特征在于，所述第二辅助标记的大小能够完全覆盖所述第一辅助标记。

11.如权利要求10所述的键合对准标记，其特征在于，所述第二辅助标记的长宽皆是60μm～80μm。

12.一种利用如权利要求1～11中任一项所述的键合对准标记计算偏移量的方法，其特征在于，

若所述第一对准标记和第二对准标记的同方向上具有同次序的对准刻度对齐，则偏移量为对齐的对准刻度的次序之前的对准刻度的数量与第一对准标记中相邻对准刻度的间距的乘积；

若所述第一对准标记和第二对准标记的同方向上不具有同次序的对准刻度对齐，则判定键合对准失败。