CN110690137B - 一种晶圆检测设备及晶圆检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供晶圆检测方法及晶圆检测设备。检测设备包括第一扫描探头、第二扫描探头、图像生成单元以及图像处理单元，通过第一扫描探头对晶圆进行超声预扫描，探测晶圆的芯粒信息；第二超声扫描探头以芯粒信息为定位坐标对晶圆进行超声扫描，探测包括晶粒信息的晶圆的缺陷信息；图像处理单元与第一超声扫描探头连接，用于接收芯粒信息并通过芯粒信息对超声扫描进行定位。图像生产单元与第二超声扫描探头连接，接收缺陷信息并根据缺陷信息生成缺陷图。该缺陷图包括芯粒信息，使得后续的缺陷分析结果中包含晶圆的芯粒信息，检测结果达到芯粒级别，实现精细化量产检测。

Description

一种晶圆检测设备及晶圆检测方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种晶圆检测设备及晶圆检测方法。

背景技术

超声检测设备是一种利用超声波技术检测工艺缺陷的设备，由于超声波的高穿透性特性，超声检测设备越来越广泛地应用于半导体集成电路的制造过程，例如用于检测键合工艺后的气泡缺陷(Bubble defect)等。

然而，在利用超声检测设备进行例如气泡缺陷检测时，由于可见光无法穿透一片晶圆的厚度，工程师无法看到晶圆上芯粒(Shot或者Die)的结构，导致无法绘制晶圆的Shot或者 Die。最终的检测结果不包含Shot或者Die信息，工程师难以对检测到的缺陷进行精准定位或者更进一步的结构分析等更加精确的分析。因此，现有技术中的超声检测设备无法满足日益精细化的晶圆制造工艺，更无法实现量产检测。

因此，有必要提出一种缺陷检测装置及方法，解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于晶圆检测设备及晶圆检测方法，用于解决现有技术中无法对缺陷进行精确定位或者结构分析等更加精确的分析的技术问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种晶圆检测设备，包括：第一超声扫描探头、第二超声扫描探头、图像生成单元以及图像处理单元，

所述第一超声扫描探头用于以所述晶圆的缺口为定位坐标对所述晶圆进行超声预扫描，以探测所述晶圆的芯粒信息；

所述第二超声扫描探头用于以所述芯粒信息为定位坐标对所述晶圆进行超声扫描，以探测所述晶圆的缺陷信息，所述缺陷信息包括所述晶粒信息；

所述图像处理单元与所述第一超声扫描探头连接，用于接收所述芯粒信息并通过所述芯粒信息对所述超声扫描进行定位；

所述图像生产单元与所述第二超声扫描探头连接，用于接收所述缺陷信息并根据所述缺陷信息生成所述晶圆的缺陷图。

可选地，所述第一超声扫描探头的分辨率低于所述第二超声扫描探头的分辨率。

可选地，所述第一超声扫描探头的分辨率介于500μm*500μm～250μm*250μm，所述第二超声扫描探头的分辨率介于50μm*50μm～10μm*10μm。

可选地，所述晶圆所述芯粒信息包括所述芯粒的结构、大小及在所述晶圆上的相对坐标。

可选地，所述晶圆包括键合晶圆，所述键合晶圆包括多片键合在一起的晶圆。

本发明还提供了一种晶圆检测方法，包括以下步骤：

对晶圆进行超声预扫描，获取所述晶圆的芯粒信息；

以所述芯粒信息为定位坐标对所述晶圆进行超声扫描，获取所述键合晶圆的缺陷信息，所述缺陷信息包括所述芯粒信息；

根据所述缺陷信息生成所述晶圆的缺陷图；

根据所述芯粒图及缺陷图对所述缺陷图中的缺陷进行定位和分析。

可选地，对晶圆进行超声预扫描包括：以所述晶圆的晶圆缺口为定位坐标对所述晶圆进行超声预扫描。

可选地，分别采用具有第一分辨率的第一超声扫描探头和具有第二分辨率的第二超声扫描探头对所述晶圆进行超声预扫描及超声扫描，其中所述第一分辨率低于所述第二分辨率。

可选地，所述第一分辨率介于500μm*500μm～250μm*250μm，所述第二分辨率介于50μm*50μm～10μm*10μm。

可选地，对所述晶圆进行超声预扫描，获取所述晶圆的芯粒信息包括：

探测所述晶圆的所述芯粒的结构；

探测所述晶圆的所述芯粒的大小；以及

探测所述晶圆的所述芯粒在所述键合晶圆上的相对坐标。

可选地，所述晶圆包括键合晶圆，所述键合晶圆包括多片键合在一起的晶圆。

可选地，所述晶圆检测方法还包括：

根据所述芯粒在所述晶圆上的相对坐标对所述缺陷进行定位；和/或

根据所述芯粒的结构分析所述缺陷的形成原因；和/或

根据所述芯粒的大小分析所述缺陷在所述晶圆中的大小。

如上所述，本发明提供的晶圆检测设备及晶圆检测方法，具备如下有益技术效果：

本发明的晶圆检测设备和晶圆检测方法通过第一超声扫描探头对晶圆进行超声预扫描，获取芯粒信息，将该芯粒信息作为超声扫描的定位坐标，实现超声扫描的精准定位；在使用第二超声扫描探头对晶圆进行精准超声扫描之后，获取包括芯粒信息的缺陷信息，根据该缺陷信息形成晶圆的缺陷图。由此使得缺陷图中包含晶圆的芯粒信息，根据芯粒信息，能够精确定位缺陷在晶圆中的具体芯粒位置，使得缺陷分析达到芯粒级别，便于缺陷的精准定位分析，从而协助分析缺陷的形成原因，及时调整集成电路的制造工艺，提高晶圆产品良率。

附图说明

图1显示为本发明实施例一提供的晶圆检测设备的结构示意图。

图2显示为本发明实施例二提供的晶圆检测方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

便携式及手持电子设备的小型化，激发了传统BGA和CSP封装往更小尺寸的发展趋势。晶圆级封装(Wafer Level Package，WLP)，以晶圆片为加工对象，在晶圆片上同时对多个芯片进行全部的封装及测试，WLP可以使整机模块尺寸更小、重量更轻、集成度更高，同时成本也更低。晶圆级封装将两片或者多片晶圆的键合在一起，以包含两片晶圆的键合晶圆为例，其中的两片晶圆可以全部都是器件晶圆，可以是一个载片晶圆一个器件晶圆，或者一个像素晶圆一个逻辑晶圆。对键合晶圆的检测是集成电路制造工艺的重要过程，其关系到后续器件产品的良率、使用寿命等特性。目前常用的检测手段包括超声扫描检测，例如C-SAM型超声扫描技术，广泛用于键合工艺的缺陷检测，例如检测键合工艺的气泡、空洞、空隙缺陷、内部裂纹、分层缺陷等常见的缺陷。

超声波在行经介质时，若遇到不同密度或弹性系数的物质时，即会产生反射回波。而此种反射回波强度会因材料密度不同而有所差异。C-SAM即利用此特性来检测材料内部的缺陷并依所接收的讯号变化形成缺陷图像。因此，只要被检测的IC上表面或内部芯片构装材料的接口有脱层、气孔、裂缝等缺陷时，即可由C-SAM影像得知缺陷的相对位置。

在日益精细化的晶圆制造工艺中，对于晶圆级封装来说，越来越希望能够对检测到的缺陷进行精确的定位及结构分析，例如将超声扫描获得的缺陷定位至芯粒(shot/die)级别。而现有的超声扫描设备通常无法获得晶圆的shot/die信息，最新的超声扫描技术也只能通过晶圆缺口(notch)实现缺陷的粗略定位，无法对键合晶圆中的缺陷进行精确的定位及分析。

如图1所示，本实施例提供了一种晶圆检测设备。该检测设备包括第一超声扫描探头、第二超声扫描探头、图像生成单元以及图像处理单元。

上述晶圆检测设备可以对键合晶圆进行键合工艺检测，本实施例以包括多片键合在一起的键合晶圆为例进行详细说明，但是应该理解的是，本实施例的晶圆检测设备也可以对厚度小于3mm的其他晶圆进行检测，并不限于本实施例所描述的键合晶圆。

其中，第一超声扫描探头用于对键合晶圆进行超声预扫描，该第一超声扫描探头对键合晶圆进行快速扫描，探测晶圆的shot/die结构并形成晶圆的shot/die信息，该shot/die信息包括shot/die的大小、结构及在晶圆上的相对位置等信息。由于第一超声扫描探头只需探测晶圆的shot/die的结构，无需探测键合晶圆的内部结构或者缺陷，因此该第一超声扫描探头可以使用分辨率较低的超声扫描探头，例如分辨率介于500μm*500μm～250μm*250μm的超声扫描探头，更优选地，可以选用500μm*500μm分辨率的超声扫描探头。当然也可以选择其他分辨率的扫描探头，第一超声扫描探头的分辨率可以根据待检测的产品的特性进行调节或者选择，例如可以根据晶圆的厚度等因素对分辨率进行调整或者选择。

晶圆检测设备的第二超声扫描探头用于对键合晶圆进行精准的超声扫描，以第一超声扫描探头超声预扫描得到的芯粒信息为定位坐标，探测键合晶圆的缺陷信息，该缺陷信息包括，例如形成包括键合工艺中的气泡、空洞或者空隙等缺陷的缺陷信息，同时该缺陷信息还包括上述芯粒信息。第二超声扫描探头需要精准地探测键合晶圆的内部的缺陷，因此该第二超声扫描探头的分辨率大于第一超声扫描探头的分辨率，采用分辨率较高的超声扫描探头，例如分辨率介于50μm*50μm～10μm*10μm的超声扫描探头。更优选地，可以选用50μm*50μm 分辨率的超声扫描探头。第二超声扫描探头同样也可以选择其他分辨率的扫描探头，第二超声扫描探头的分辨率可以根据待检测的产品的特性进行调节或者选择，例如可以根据待测产品的缺陷的分析精度等因素来调整或选择分辨率。

图像处理单元与所述第一超声扫描探头连接，用于接收第一超声扫描探头获取的上述芯粒信息，并通过该芯粒信息对第二超声扫描探头的超声扫描进行定位。将第一超声扫描探头超声预扫描获取的芯粒信息作为第二超声扫描的定位坐标，能够实现第二超声扫描探头的精准超声扫描，以获得上述带有芯粒信息的缺陷信息。

图像生产单元与第二超声扫描探头探连接，接收上述缺陷信息，生成所述晶圆的晶粒缺陷图，由于上述缺陷信息带有芯粒信息，因此生成的该缺陷图也同样包含了芯粒信息，便于后续对缺陷进行精确的定位以及分析。

本实施例仅简单描述了上述功能部件，应该理解的是，本实施例的晶圆检测设备包括实现其全部功能的所有必需部件，例如，高速数据采集卡、扫描控制部件、计算机、显示器及打印机等。高速数据卡经总线分别与第一和第二超声扫描探头以及计算机连接，接收第一和第二超声扫描探头探测的数据，并将其转换为计算机可读的形式以供计算机读取。本实施例的图像生成单元及图像处理单元可以集成在计算机中，计算机对高速数据采集卡中的数据进行分析处理。显示器与计算机连接，对计算机的处理结果进行显示，另外计算机还可以与打印机连接，实现对分析处理结果的打印。扫描控制部件用于控制第一和第二超声扫描探头的移动，实现对待检测的产品，例如键合晶圆的超声扫描。该扫描控制部件同样与计算机连接，由计算机对其进行控制。

实施例二

本实施例提供一种晶圆检测方法，该方法可以对多片键合在一起的晶圆进行键合工艺缺陷检测，也可以对厚度比较大的晶圆(例如，厚度小于3mm的晶圆)进行检测。以包含两片晶圆的键合晶圆为例，其中的两片晶圆可以全部都是器件晶圆，可以是一个载片晶圆一个器件晶圆，或者一个像素晶圆一个逻辑晶圆。

如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1：对晶圆进行超声预扫描，获取所述晶圆的芯粒信息；

S2：以所述芯粒信息为定位坐标对所述晶圆进行超声扫描，获取所述键合晶圆的缺陷信息，所述缺陷信息包括所述芯粒信息；

S3：根据所述缺陷信息生成所述晶圆的缺陷图。

例如，进行上述步骤S1时，可以采用实施例一所述的晶圆检测设备的第一超声扫描探头对键合晶圆进行快速扫描，例如以键合晶圆的晶圆缺口为定位坐标实现超声预扫描，获取晶圆的芯粒(shot/die)信息。在优选实施例中，探测晶圆的shot/die信息进一步包括：探测晶圆的shot/die的结构，探测所述晶圆的所述shot/die的大小以及探测所述晶圆的所述shot/die 在所述键合晶圆上的相对坐标。

步骤S1中超声预扫描只需探测晶圆的shot/die的结构，无需探测键合晶圆的内部结构或者缺陷，众所周知，超声扫描探头的分辨率越高，其穿透能力就越差，而分辨率越低，穿透能力越强，因此步骤S1的超声预扫描采用的第一超声扫描探头的分辨率可以较低，例如分辨率可以介于500μm*500μm～250μm*250μm，更优选地，分辨率为500μm*500μm。当然也可以选择其他分辨率的扫描探头进行超声预扫描，进行超声预扫描的扫描探头的分辨率可以根据待检测的产品的特性进行调节或者选择，例如可以根据晶圆的厚度等因素对分辨率进行调整或者选择。

进行步骤S2时，可以采用实施例一的超声探测设备的第二超声扫描探头，以芯粒信息为定位坐标对键合晶圆进行超声扫描，获取键合晶圆的缺陷信息，例如键合工艺中的气泡、空洞或者空隙等缺陷，同时该缺陷信息还包括上述芯粒信息。

在步骤S2中，需要探测键合晶圆的内部结构以及缺陷的具体特性，基于超声扫描探头的分辨率与穿透能力的关系，该步骤中超声扫描采用的扫描探头的分辨率大于步骤S1中进行超声预扫描的扫描探头的分辨率，例如采用分辨率介于50μm*50μm～10μm*10μm的超声扫描探头。更优选地，可以选用50μm*50μm分辨率的超声扫描探头。同样也可以选择其他分辨率的扫描探头进行超声扫描，进行超声扫描的扫描探头的分辨率同样可以根据待检测的产品的特性进行调节或者选择，例如可以根据待测产品的缺陷的分析精度等因素来调整或选择分辨率。

在步骤S3，根据所述缺陷信息生成所述晶圆的缺陷图，由于上述 缺陷信息包括芯粒信息，因此形成的上述缺陷图也包括了上述芯粒信息，例如shot/die的结构、shot/die的大小以及 shot/die在所述键合晶圆上的相对坐标。例如可以通过实施例一所示的图像生成单元生成该缺陷图。

在本实施例的优选实施例中，生成上述缺陷图之后还包括根据该缺陷图对键合晶圆中的缺陷进行分析的步骤。例如，在优选实施例中，该步骤包括根据shot/die在晶圆中的相对坐标对缺陷中的缺陷进行精确定位，确定缺陷所在的具体位置，和/或根据缺陷形成位置处 shot/die的大小精确地确定缺陷的大小，和/或根据缺陷形成位置的shot/die结构进一步分析缺陷的形成原因，由此实现缺陷分析达到shot/die级别。例如，在缺陷图的处理分析过程中发现缺陷图中的缺陷均发生在shot的某个特定结构处，则可以确定该缺陷是由shot的该特定结构造成的，与键合工艺无关，进一步地，根据缺陷形成原因的分析结果，及时调整集成电路的生产工艺，以便提高后续器件的良率。

本实施例的上述方法可以通过计算机控制的程序完成，该程序可以存储在任意计算机可读的存储介质中，由计算机读取并控制执行。

综上所述，本发明上述实施例提供的晶圆检测设备及晶圆检测方法，具有如下技术效果：

本发明的晶圆检测设备和晶圆检测方法通过第一超声扫描探头对晶圆进行超声预扫描，获取芯粒信息，将该芯粒信息作为超声扫描的定位坐标，实现超声扫描的精准定位；在使用第二超声扫描探头对晶圆进行精准超声扫描之后，获取包括芯粒信息的缺陷信息，根据该缺陷信息形成晶圆的缺陷图。由此使得缺陷图中包含晶圆的芯粒信息，根据芯粒信息，能够精确定位缺陷在晶圆中的具体芯粒位置，使得缺陷分析达到芯粒级别，便于缺陷的精准定位分析，从而协助分析缺陷的形成原因，及时调整集成电路的制造工艺，提高晶圆产品良率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆检测设备，其特征在于，包括：第一超声扫描探头、第二超声扫描探头、图像生成单元以及图像处理单元，

所述第一超声扫描探头用于以所述晶圆的缺口为定位坐标对所述晶圆进行超声预扫描，以探测所述晶圆的芯粒信息，所述芯粒信息包括所述芯粒的结构、大小及在所述晶圆上的相对坐标；

所述第二超声扫描探头用于以所述芯粒信息为定位坐标对所述晶圆进行超声扫描，以探测所述晶圆的缺陷信息，所述缺陷信息包括所述芯粒 信息；

所述图像处理单元与所述第一超声扫描探头连接，用于接收所述芯粒信息并通过所述芯粒信息对所述超声扫描进行定位；

所述图像生产单元与所述第二超声扫描探头连接，用于接收所述缺陷信息并根据所述缺陷信息生成所述晶圆的缺陷图。

2.根据权利要求1所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述第一超声扫描探头的分辨率低于所述第二超声扫描探头的分辨率。

3.根据权利要求2所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述第一超声扫描探头的分辨率介于500μm*500μm～250μm*250μm，所述第二超声扫描探头的分辨率介于50μm*50μm～10μm*10μm。

4.根据权利要求1所述的晶圆检测设备，其特征在于，所述晶圆包括键合晶圆，所述键合晶圆包括多片键合在一起的晶圆。

5.一种晶圆检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

对晶圆进行超声预扫描，获取所述晶圆的芯粒信息；

以所述芯粒信息为定位坐标对所述晶圆进行超声扫描，获取键合晶圆的缺陷信息，所述缺陷信息包括所述芯粒信息；

根据缺陷信息生成所述晶圆的缺陷图；

获取所述晶圆的芯粒信息包括：

探测所述晶圆的所述芯粒的结构；

探测所述晶圆的所述芯粒的大小；以及

探测所述晶圆的所述芯粒在所述晶圆上的相对坐标。

6.根据权利要求5所述的晶圆检测方法，其特征在于，对晶圆进行超声预扫描包括：以所述晶圆的晶圆缺口为定位坐标对所述晶圆进行超声预扫描。

7.根据权利要求5所述的晶圆检测方法，其特征在于，分别采用具有第一分辨率的第一超声扫描探头和具有第二分辨率的第二超声扫描探头对所述晶圆进行超声预扫描及超声扫描，其中所述第一分辨率低于所述第二分辨率。

8.根据权利要求7所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述第一分辨率介于500μm*500μm～250μm*250μm，所述第二分辨率介于50μm*50μm～10μm*10μm。

9.根据权利要求5所述的晶圆检测方法，其特征在于，所述晶圆包括键合晶圆，所述键合晶圆包括多片键合在一起的晶圆。

10.根据权利要求9所述的晶圆检测方法，其特征在于，还包括：

根据所述芯粒在所述晶圆上的相对坐标对所述缺陷进行定位；和/或

根据所述芯粒的结构分析所述缺陷的形成原因；和/或

根据所述芯粒的大小分析所述缺陷在所述晶圆中的大小。

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