CN110534462A - 晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法包括：提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。本发明的技术方案使得在减薄工艺之后快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法。
背景技术
晶圆键合已经成为半导体制造技术集成发展和实用化的关键技术。晶圆键合是指将两片平整的晶圆面对面贴合起来，并施加以一定的压力、温度、电压等外部条件，在原有的两片晶圆间的界面产生原子或者分子间的结合力，如共价键、金属键、分子键等，使两表面间的键合能达到一定强度，而使这两片晶圆结为一体。
然而，在晶圆键合工艺中，由于表面残留颗粒或者在晶圆键合时产生的气体不能及时释放，从而会在键合界面形成大量的大小不一的气泡缺陷。气泡缺陷会导致气泡所在区域以及气泡附近区域的产量损失；并且，气泡在后续的任一制程中都可能发生破裂，而气泡的破裂又会增加其它缺陷，例如在减薄工艺中对晶圆进行研磨时，气泡破裂产生的残渣会导致晶圆表面刮伤，或者，键合且减薄后的晶圆在继续形成膜层结构时，在沉积工艺中的高温作用下气泡破裂产生的残渣会污染机台，从而导致机台中的批量的晶圆表面受到污染，进而导致键合晶圆的批量异常，再或者，在曝光工艺中造成气泡缺陷所在的区域不能准确对焦曝光或者导致其它正常区域散焦。另外，当检测到具有气泡缺陷的键合晶圆后，为了避免对其它正常的键合晶圆产生影响，需要停机清洁保养和/或更换零部件，这样就导致耗费大量的成本。因此，就需要在晶圆键合工艺之后，对键合晶圆进行检测，将键合界面处的气泡缺陷超出规格的键合晶圆挑出来另做处理。
目前，主要采用C-SAM(超声波检测)机台的超声波检测技术来检测键合晶圆中的气泡，超声波在固体与气体的交界面具有强反射性，收集键合界面的反射信号可以分辨出气泡缺陷。但是，超声波检测技术的检测速率很慢，一般检测一片键合晶圆需要约10min，无法用于批量的检测，仅能进行抽检或者研发阶段的检测，仍然会产生气泡破裂而导致的键合晶圆的批量异常；并且，超声波检测技术仅适用于减薄工艺之前，因为减薄工艺之后的键合晶圆的上表面距离键合界面太近，超声波无法分辨出键合晶圆的上表面和键合界面处的反射信号，导致没法检测出气泡。因此，有必要提出一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法，以快速准确地检测出气泡缺陷，进而提高键合晶圆的良率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法，使得在减薄工艺之后快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。
为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，包括：
提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；
对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，
选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。
可选的，所述上层晶圆和所述下层晶圆键合包括：所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的背面与所述下层晶圆的正面键合，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面。
可选的，所述上层晶圆和/或下层晶圆减薄后的厚度为1μm～30μm。
可选的，检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷的步骤包括：
将检测机台上的所述检测镜头对焦在减薄后的所述上层晶圆和/或所述下层晶圆的表面或接近表面；
在所述检测机台上多次更换不同波长的光源和不同倍率的镜头，以选出合适波长的检测光以及合适倍率和/或景深的检测镜头，并使得所述检测镜头在所述检测光下对焦之后能够检测到其视场范围内的所述键合界面上的气泡缺陷；以及，
通过所述检测机台移动所述检测镜头，以对整个所述晶圆键合结构的键合界面的所有区域进行检测，以获得所述键合界面上的气泡缺陷分布情况。
可选的，按照波长依次增大的方法多次更换不同波长的光源，以使得更换的光源的光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆的能力逐渐增大；和/或，按照倍率依次减小的方法多次更换不同倍率的镜头或者多次调整倍率可变的镜头的倍率，以使得更换的镜头的景深和/或视场逐渐增大或者使得调整后的所述倍率可变的镜头的景深和/或视场逐渐增大。
可选的，所述检测光为可见光或红外光。
可选的，所述检测光为可见光，所述检测镜头的倍率为1倍～20倍。
本发明还提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，用于对一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷进行检测，所述晶圆键合结构包括键合在一起的上层晶圆和下层晶圆，且所述上层晶圆和/或下层晶圆为经过减薄处理后的晶圆，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统包括：检测机台，设置在所述检测机台上的至少两个波长不同的光源，以及，设置在所述检测机台上的至少两个倍率和/或景深不同的镜头或至少一个倍率和/或景深可调的镜头；所有的所述光源中的至少一个光源能够提供合适波长的检测光，以穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆；所有的所述镜头中的至少一个镜头能够作为具有合适倍率和/或景深的检测镜头，以检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述合适波长的检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。
可选的，所有的所述光源均为可见光光源或红外光光源；所述检测机台上设置有光源更换机构和镜头更换机构；所述光源更换机构用于将不同波长的光源分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一光源来提供所述合适波长的检测光；所述镜头更换机构用于对一所述镜头的倍率、景深和视场中的至少一个光学参数进行调整，以使得所述镜头能作为所述检测镜头，或者，所述镜头更换机构用于将具有不同倍率、景深和视场的镜头分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一镜头作为所述检测镜头。
本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：
采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法或者采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，检测一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷；以及，根据对所述气泡缺陷的检测结果，将所述气泡缺陷超出规格的所述晶圆键合结构筛选出来，并进行去除所述气泡缺陷的处理。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，通过在对晶圆键合结构中的上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理之后，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，且所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面，使得能够快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。
2、本发明的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，通过采用设置在检测机台上的至少两个波长不同的光源中的至少一个光源提供合适波长的检测光，以及，采用设置在所述检测机台上的至少两个倍率和/或景深不同的镜头或至少一个倍率和/或景深可调的镜头中的至少一个镜头作为具有合适倍率和/或景深的检测镜头，以检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，且所述检测镜头在所述合适波长的检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面，使得能够快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。
3、本发明的半导体器件的制造方法，由于采用本发明提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法或者本发明提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，检测一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，并根据对所述气泡缺陷的检测结果，将所述气泡缺陷超出规格的所述晶圆键合结构筛选出来进行去除所述气泡缺陷的处理，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。
附图说明
图1a是键合晶圆中的气泡位置示意图；
图1b是超声波检测键合晶圆中的气泡时的反射波变化示意图；
图2本发明一实施例的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法的流程图；
图3a是小倍率的检测镜头的景深示意图；
图3b是大倍率的检测镜头的景深示意图；
图4a是气泡缺陷在1倍倍率的检测镜头下的图像；
图4b是气泡缺陷在10倍倍率的检测镜头下的图像。
具体实施方式
经研究发现，采用超声波检测技术来检测键合晶圆的键合界面处的气泡仅适用于减薄工艺之前。如图1a所示，晶圆W1与晶圆W2键合之后，在键合界面L2处可能会产生气泡，当超声波到达键合晶圆上的空气与固体的交界面的时候会形成反射波，反射波的变化趋势体现在图1b中，X轴为发射超声波到接收反射波的时间差，Y轴为反射波的信号强度。当超声波到达晶圆W1的上表面L1时，形成反射波N1；当超声波到达晶圆W1与晶圆W2的键合界面L2时，如果键合界面L2处有气泡B1，则会在信号窗口H2的范围内出现反射波；当超声波到达晶圆W2的下表面L3时，形成反射波N2。其中，信号窗口H2对应的是超声波检测技术能够检测到的键合界面L2处的气泡所在的高度h2，从图1b中可看出，信号窗口H2与上表面L1的反射波N1之间存在距离h3，距离h3的存在使得能够将上表面L1的反射波N1与高度h2的范围内气泡的反射波区分开，以便于清楚地判断在键合界面L2处是否存在气泡。但是，当键合晶圆减薄工艺之后，即晶圆W1的厚度h1减薄到很小时，上表面L1的反射波N1与信号窗口H2(即气泡处的反射波)之间的距离h3就会很小，甚至当晶圆W1的厚度h1减薄到小于2倍的分辨率以下时，上表面L1的反射波N1与气泡处的反射波之间会相互叠加在一起，导致很难区分是否存在气泡的反射波，进而无法判断在键合界面L2处是否存在气泡。因此，超声波检测技术不适用于减薄工艺之后的气泡缺陷检测，而本申请提出的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法，适用于键合晶圆减薄之后的气泡缺陷检测，且能够快速准确地检测出键合晶圆中的气泡缺陷，适用于量产中的批量检测，进而能够提升键合晶圆的良率。
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图2～4b对本发明提出的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明一实施例提供一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，参阅图2，图2是本发明一实施例的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法的流程图，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法包括：
步骤S1，提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；
步骤S2，对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；
步骤S3，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。
下面更为详细的介绍本实施例提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法：
按照步骤S1，提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构。所述上层晶圆和所述下层晶圆可以包括衬底和设置于所述衬底至少一侧的膜层结构，即所述衬底的一侧或两侧设置有所述膜层结构。所述衬底可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材；所述膜层结构可以包括导电结构、栅极结构、介质层等，所述导电结构可以包括金属互连结构、电阻的极板或电容的极板，所述栅极结构可以是多晶硅栅极或金属栅极。需要说明的是，本发明对所述上层晶圆和所述下层晶圆的结构不作限定，可以依据要形成的器件选择合适的所述上层晶圆和所述下层晶圆。
所述上层晶圆和所述下层晶圆键合包括：所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的背面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的背面键合，其中，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面，所述下层晶圆的正面与所述下层晶圆的背面为相对的面。所述上层晶圆和所述下层晶圆键合的步骤包括：以所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合为例，所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面贴合起来，采用晶圆键合机台施加一定的压力、温度、电压等外部条件，所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面之间会产生原子或分子间的结合力，如共价键、金属键或分子键，当达到一定程度后，所述上层晶圆与所述下层晶圆形成为一个整体，即形成所述晶圆键合结构。
在采用晶圆键合机台形成所述晶圆键合结构的过程中，可能会因为某些原因而导致在形成的所述晶圆键合结构的键合界面产生气泡缺陷，产生气泡缺陷的原因一般包括：
(1)所述上层晶圆与所述下层晶圆直接全面贴合并进行加压键合，两片晶圆之间的空气无法及时跑出，空气留在两片晶圆之间形成气泡缺陷；
(2)在对所述上层晶圆和所述下层晶圆进行加热时，两片晶圆之间会产生水汽，而在对两片晶圆直接全面贴合并进行加压键合时，水汽无法及时排出，当两片晶圆的温度降低后，在两片晶圆之间留下气泡缺陷；
(3)所述上层晶圆与所述下层晶圆之间具有杂质，在形成所述晶圆键合结构的过程中形成气泡缺陷。
若上述原因产生的气泡的尺寸(直径和高度)很小，例如为直径小于100μm时，气泡在后续的工艺过程中不容易破裂，仅气泡所在的所述晶圆键合结构上的区域的芯片的良率会损失；而当上述原因产生的气泡的尺寸很大时，例如为直径大于1000μm时，气泡在后续的工艺过程中很容易破裂，而破裂后的气泡会产生残渣污染此片所述晶圆键合结构的表面甚至污染机台，而污染机台则会导致机台中在生产的批量的所述晶圆键合结构的异常，从而严重影响产品的良率。因此，需要对键合后的所述晶圆键合结构进行气泡的检测，至少将具有较大尺寸气泡的所述晶圆键合结构检测筛选出来，以避免批量的产品异常，从而避免良率的明显下降。
按照步骤S2，对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理，即可以对所述晶圆键合结构中的所述上层晶圆或所述下层晶圆进行减薄处理，也可以对所述上层晶圆和所述下层晶圆均进行减薄处理。所述上层晶圆和/或下层晶圆减薄后的厚度可以为1μm～30μm(例如为2μm、10μm、20μm等)，当然，所述减薄后的厚度也可以为小于1μm或者大于30μm，可以根据生产的所述晶圆键合结构的性能要求以及产品类型选择所需的厚度。
另外，可以通过多次的减薄处理来得到具有不同厚度的所述上层晶圆和/或下层晶圆。由于在步骤S3中，所述检测光需要穿透气泡缺陷上方的晶圆的各层结构之后才能检测到气泡缺陷，因此，需要在对晶圆进行减薄处理之后才能对气泡缺陷进行检测，否则过厚的晶圆导致所述检测光无法穿透到达所述键合界面，从而无法检测到气泡缺陷。另外，也可以不用在最后一次的减薄处理之后再进行气泡缺陷的检测，只要在其中某一次的减薄处理之后的所述上层晶圆和/或下层晶圆的厚度使得所述检测光能够穿透即可开始执行步骤S3中的气泡缺陷检测的操作。
按照步骤S3，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。由于影响景深的因素很多，例如所述检测镜头的倍率越小，则所述景深越大，此因素会涉及到选择具有合适倍率的所述检测镜头；所述检测镜头的孔径越小，则所述景深越大，此因素会涉及到选择具有合适孔径的所述检测镜头；所述检测光的波长越长，则所述景深越大，但是，所述检测光的波长越长，分辨率也会降低，因此，也需要根据实际情况选择合适波长的所述检测光。因此，通过选用具有合适倍率的所述检测镜头，或者，通过调整其它影响所述检测镜头的景深的因素对所述景深进行调整，以使得所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面，进而使得所述晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷能够被检测到。
检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷的步骤包括：首先，将检测机台上的检测镜头对焦在减薄后的所述上层晶圆和/或所述下层晶圆的表面或接近表面；接着，在所述检测机台上多次更换不同波长的光源和不同倍率的镜头，以选出合适波长的检测光以及合适倍率和/或景深的检测镜头，并使得所述检测镜头在所述检测光下对焦之后能够检测到其视场范围内的所述键合界面上的气泡缺陷；接着，通过所述检测机台移动所述检测镜头，以对整个所述晶圆键合结构的键合界面的所有区域进行检测，以获得所述键合界面上的气泡缺陷分布情况。其中，所述检测镜头自动对焦在减薄后的所述上层晶圆和/或所述下层晶圆的表面，当自动对焦之后，若气泡缺陷能够位于所述景深的范围内，则可直接进行检测；而若气泡缺陷位于所述景深的范围之外，则需要手动将焦点移动到自动对焦的焦点的上方或下方(即减薄后的所述上层晶圆和/或所述下层晶圆的表面的上方或下方)，以使得气泡缺陷位于所述景深的范围以内。
选出合适波长的检测光和合适倍率的检测镜头的步骤包括：按照波长依次增大的方法多次更换不同波长的光源，以使得更换的光源的光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆的能力逐渐增大；或者，按照倍率依次减小的方法多次更换不同倍率的镜头或者多次调整倍率可变的镜头的倍率，以使得更换的镜头的景深或者视场逐渐增大，或景深和视场均增大，或者使得调整后的所述倍率可变的镜头的景深和/或视场逐渐增大；或者，同时按照波长依次增大的方法多次更换不同波长的光源以及按照倍率依次减小的方法多次更换不同倍率的镜头或者多次调整倍率可变的镜头的倍率，以使得光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆的能力逐渐增大以及镜头的景深和/或者视场逐渐增大。
对于减薄工艺之后的所述晶圆键合结构，在检测机台上选出合适波长的检测光以及合适倍率和/或景深的检测镜头之后，只要减薄之后的所述上层晶圆或所述下层晶圆的厚度不变，则光源和镜头都不用再做更换，只需不断移动检测镜头检测所述晶圆键合结构的键合界面的所有区域，使得检测机台能够快速地对批量的所述晶圆键合结构进行扫描检测，快速获得每片的所述晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷分布情况，适用于量产阶段，筛选出所有的可能会明显影响到产品良率的具有气泡缺陷的所述晶圆键合结构。
其中，所述检测光在穿透减薄后的晶圆(即所述上层晶圆和/或下层晶圆)的过程中会被晶圆的材质吸收而发生衰减，而所述检测光在晶圆的材质中的吸收系数与所述检测光的波长有关，以晶圆的材质为硅为例，随着所述检测光的波长的增大，所述检测光在硅中的吸收系数越小，即所述检测光在硅中的衰减越小，因此，所述检测光的波长越长，则所述检测光的穿透能力越强，长波长的所述检测光能够检测到更深处的气泡缺陷分布情况。
并且，所述检测镜头是对焦在减薄后的所述上层晶圆或所述下层晶圆的表面或接近表面，以所述检测镜头对焦在减薄后的所述上层晶圆或所述下层晶圆的表面为例，对焦之后会形成背向所述键合界面的前景深和面向所述键合界面的后景深，显然，若要使得所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面，则需要减薄后的所述上层晶圆或所述下层晶圆的厚度小于后景深的长度，位于所述键合界面上的气泡缺陷才能位于后景深的范围内，即只有大景深才能覆盖至所述键合界面，进而才能使得气泡缺陷被检测到。而所述检测镜头的倍率越小，则景深才会越大，参阅图3a和图3b，所述上层晶圆W3与所述下层晶圆W4键合形成所述晶圆键合结构，键合界面L5处存在一气泡B2，图3a中的小倍率的所述检测镜头与所述上层晶圆W3的上表面L4之间的距离为D1，从小倍率的所述检测镜头发出的所述检测光对焦在所述上层晶圆W3的上表面L4上时，形成前景深J1和后景深J2，气泡B2位于后景深J2的范围内，气泡B2能够被检测到；图3b中的大倍率的所述检测镜头与所述上层晶圆W3的上表面L4之间的距离为D2，D2大于D1，从大倍率的所述检测镜头发出的所述检测光对焦在所述上层晶圆W3的上表面L4上时，形成前景深J3和后景深J4，气泡B2位于后景深J4的范围之外，气泡B2无法被检测到。因此，通过多次减小所述检测镜头的倍率，来使得所述景深逐渐增大，使得气泡缺陷位于所述景深的范围内，才能使得气泡缺陷能够被准确地检测到。另外，多次减小所述检测镜头的倍率，使得视场也逐渐增大，从而使得检测到的所述气泡缺陷的图像更加完整，也提高了气泡缺陷的检测速度。
根据上述描述，在对减薄工艺后的所述晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷进行检测的过程中，所述检测光能够穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆以及所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面能够覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面是能否检测到气泡缺陷的关键。因此，减薄后的所述上层晶圆或下层晶圆的厚度、所述检测光的波长以及所述检测镜头的倍率和/或景深之间相互关联，根据减薄后的所述上层晶圆或下层晶圆的厚度选择具有合适波长的所述检测光和具有合适倍率和/或景深的所述检测镜头，才能使得所述键合界面上的气泡缺陷能够被快速且准确地检测到。减薄后的所述上层晶圆或下层晶圆的厚度越大，则需要的所述检测光的波长越大，需要的所述检测镜头的景深越大，而所述景深随着所述检测镜头的倍率的减小而逐渐增大，因此，所述检测光的波长与所述检测镜头的倍率之间可以配合调整使用。所述检测光可以为可见光或红外光，波长可以为380nm～1mm(例如为490nm、700nm、1μm、0.5mm等，即可见光及红外光的波长范围)；当所述检测光为可见光时，所述检测镜头的倍率可以为1倍～20倍(例如为2倍、10倍、15倍等)。以减薄后的所述上层晶圆的厚度为1μm～30μm为例，采用可见光中的任一单一光源或者至少两种的可见光组成的混合光以及1倍的检测镜头即可透过所述上层晶圆检测到键合界面上的气泡，例如图4a中所示的为白光下的1倍的所述检测镜头检测到的气泡B3；而当采用的所述检测光的波长固定不变，将所述检测镜头的倍率增大到10倍时，如图4b所示的无法检测到气泡B3。可以理解的是，此处所指的所述检测光的波长与所述检测镜头的倍率仅为本实施例的一个示例，在实际操作过程中，应当根据实际情况调整通所述检测光的波长与所述检测镜头的倍率，所以不应以此限定本发明。
当然，能否检测到所述键合界面上的气泡，也与气泡的尺寸有关，气泡的尺寸越大，越容易被检测到，而大尺寸的气泡(例如直径1000μm以上的气泡)更容易造成产品的批量异常，因此，大尺寸的气泡能够被准确地检测到，以提升产品良率显得尤为重要。通过调整减小所述检测镜头的倍率，使得形成大景深和大视场，进而使得大尺寸的气泡能够被准确检测到。
另外，上述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法中的各个步骤不仅限于上述的形成顺序，各个步骤的先后顺序可适应性的进行调整。
综上所述，本发明提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，包括：提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。本发明提供的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法使得在减薄工艺之后快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。
本发明一实施例提供一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，用于对一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷进行检测，所述晶圆键合结构包括键合在一起的上层晶圆和下层晶圆，且所述上层晶圆和/或下层晶圆为经过减薄处理后的晶圆，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统包括：
检测机台，设置在所述检测机台上的至少两个波长不同的光源，以及，设置在所述检测机台上的至少两个倍率和/或景深不同的镜头或至少一个倍率和/或景深可调的镜头；所有的所述光源中的至少一个光源能够提供合适波长的检测光，以穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆；所有的所述镜头中的至少一个镜头能够作为具有合适倍率和/或景深的检测镜头，以检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述合适波长的检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。根据上述步骤S3中的描述，影响所述景深的因素很多，在此不再赘述。
所有的所述光源均为可见光光源或红外光光源；所述检测机台上设置有光源更换机构和镜头更换机构；所述光源更换机构用于将不同波长的光源分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一光源来提供所述合适波长的检测光；所述镜头更换机构用于对一所述镜头的倍率、景深和视场中的至少一个光学参数，以使得所述镜头能作为所述检测镜头，或者，所述镜头更换机构用于将不同景深和视场的镜头分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一镜头作为所述检测镜头。
对于减薄工艺之后的所述晶圆键合结构，在检测机台上选出一提供所述合适波长的检测光的光源以及一具有合适的倍率和/或景深以及视场的镜头之后，只要减薄之后的所述上层晶圆或所述下层晶圆的厚度不变，则光源和镜头都不用再做更换，只需不断移动所述检测镜头检测所述晶圆键合结构的键合界面的所有区域，使得检测机台能够快速地对批量的所述晶圆键合结构进行扫描检测，从而能够快速且准确地获得每片的所述晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷分布情况，适用于量产阶段，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。
本发明一实施例提供一种半导体器件的制造方法，所述半导体器件的制造方法包括：采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法或者采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，检测一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡，所述晶圆键合结构中的所述上层晶圆和/或下层晶圆进行了减薄处理，因此，是对减薄工艺后的所述晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷进行检测。
根据对所述气泡缺陷的检测结果，将所述气泡缺陷超出规格的所述晶圆键合结构筛选出来，并进行去除所述气泡缺陷的处理。尤其对于尺寸较大的气泡缺陷，在后续的工艺过程中很容易破裂，而破裂后的气泡缺陷会产生残渣污染此片所述晶圆键合结构的表面甚至污染机台，而污染机台则会导致机台中在生产的批量的所述晶圆键合结构的异常，从而严重影响产品的良率。因此，具有较大尺寸气泡缺陷的所述晶圆键合结构尤其需要筛选出来，进行去除气泡缺陷的处理之后再进行后续的工艺步骤；或者，也可以将具有较大尺寸气泡缺陷的所述晶圆键合结构筛选出来后集中在一起进行后续的工艺步骤，避免影响到其它产品，从而避免了批量的产品异常。
因此，通过采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法或者采用本发明提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，检测一经过减薄工艺之后的晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，并将所述气泡缺陷超出规格的所述晶圆键合结构筛选出来进行去除所述气泡的处理，避免了批量的产品异常，使得制作的所述半导体器件的良率得到提高。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，包括：
提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；
对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，
选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。
2.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，所述上层晶圆和所述下层晶圆键合包括：所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合，或者，所述上层晶圆的背面与所述下层晶圆的正面键合，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面。
3.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，所述上层晶圆和/或下层晶圆减薄后的厚度为1μm～30μm。
4.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷的步骤包括：
将检测机台上的所述检测镜头对焦在减薄后的所述上层晶圆和/或所述下层晶圆的表面或接近表面；
在所述检测机台上多次更换不同波长的光源和不同倍率的镜头，以选出合适波长的检测光以及合适倍率和/或景深的检测镜头，并使得所述检测镜头在所述检测光下对焦之后能够检测到其视场范围内的所述键合界面上的气泡缺陷；以及，
通过所述检测机台移动所述检测镜头，以对整个所述晶圆键合结构的键合界面的所有区域进行检测，以获得所述键合界面上的气泡缺陷分布情况。
5.如权利要求4所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，按照波长依次增大的方法多次更换不同波长的光源，以使得更换的光源的光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆的能力逐渐增大；和/或，按照倍率依次减小的方法多次更换不同倍率的镜头或者多次调整倍率可变的镜头的倍率，以使得更换的镜头的景深和/或视场逐渐增大或者使得调整后的所述倍率可变的镜头的景深和/或视场逐渐增大。
6.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，所述检测光为可见光或红外光。
7.如权利要求6所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，所述检测光为可见光，所述检测镜头的倍率为1倍～20倍。
8.一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，用于对一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷进行检测，所述晶圆键合结构包括键合在一起的上层晶圆和下层晶圆，且所述上层晶圆和/或下层晶圆为经过减薄处理后的晶圆，其特征在于，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统包括：检测机台，设置在所述检测机台上的至少两个波长不同的光源，以及，设置在所述检测机台上的至少两个倍率和/或景深不同的镜头或至少一个倍率和/或景深可调的镜头；所有的所述光源中的至少一个光源能够提供合适波长的检测光，以穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆；所有的所述镜头中的至少一个镜头能够作为具有合适倍率和/或景深的检测镜头，以检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述合适波长的检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。
9.如权利要求8所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，其特征在于，所有的所述光源均为可见光光源或红外光光源；所述检测机台上设置有光源更换机构和镜头更换机构；所述光源更换机构用于将不同波长的光源分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一光源来提供所述合适波长的检测光；所述镜头更换机构用于对一所述镜头的倍率、景深和视场中的至少一个光学参数进行调整，以使得所述镜头能作为所述检测镜头，或者，所述镜头更换机构用于将具有不同倍率、景深和视场的镜头分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一镜头作为所述检测镜头。
10.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
采用权利要求1至7中任一项所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法或者采用权利要求8或9所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，检测一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷；以及，根据对所述气泡缺陷的检测结果，将所述气泡缺陷超出规格的所述晶圆键合结构筛选出来，并进行去除所述气泡缺陷的处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191203 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |