CN111380874B - 缺陷检测装置、键合设备以及键合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缺陷检测装置、键合设备以及键合方法。缺陷检测装置用于对键合前的键合载体进行缺陷检测，包括：光源、第一反射镜、远心场镜以及第一探测相机；光源用于提供检测光线，第一反射镜上设置有至少一个通孔，检测光线经第一反射镜上的通孔垂直入射至远心场镜，并经由远心场镜入射至键合载体。当键合载体上存在缺陷时，检测光线经键合载体反射至远心场镜后，至少一部分检测光线被第一反射镜反射后被第一探测相机接收并成像，以此即可判断出键合载体上存在缺陷，从而提高键合后产品的良率，且有利于提高生产效率。

Description

缺陷检测装置、键合设备以及键合方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种缺陷检测装置、包含该缺陷检测装置的键合设备以及键合方法。

背景技术

芯片键合是将芯片与载体键合在一起的技术。由于电子产品朝着轻、薄以及小型化发展的趋势，使得芯片键合技术的应用日益增多，而芯片键合有利于制作出封装尺寸更小、性能更高的产品。

已知的键合设备是通过键合头单元将单个芯片拾取后通过机器对准系统将芯片与载体的对准标记对准，然后直接将芯片压合在键合载体预设的凹槽中，使得芯片在键合载体上形成互连。而在上述键合过程中，如果键合载体预设的凹槽中存在刻蚀不良，例如是沟槽形成过程的刻蚀不良使得凹槽中多出一些凸起或凹陷，其在芯片键合后将造成芯片破损，从而降低了产品的良率。而且，芯片在破损后，其残片可能会污染键合头单元，此时键合设备必须停机以进行检修，这势必影响生产效率。

因此，需要一种缺陷检测装置，其可以在键合前对键合载体进行预检，以剔除存在缺陷的键合载体，从而提高产品的良率和生产效率。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种缺陷检测装置，以检测键合前的键合载体上是否存在缺陷，以提高键合后产品的良率，并提高生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种缺陷检测装置，用于对键合前的键合载体进行缺陷检测，包括：光源、第一反射镜、远心场镜以及第一探测相机；所述光源用于提供检测光线，所述第一反射镜上设置有至少一个通孔，且所述第一反射镜的镜面背向所述光源；所述检测光线经所述第一反射镜上的通孔垂直入射至所述远心场镜，并经由所述远心场镜入射至所述键合载体；所述键合载体上存在所述缺陷时，所述检测光线经所述键合载体反射至所述远心场镜后，至少一部分检测光线被所述第一反射镜反射后被所述第一探测相机接收并成像。

可选的，在所述缺陷检测装置中，所述光源包括至少一个用于提供可见光的激光器。进一步的，所述光源还包括至少一个用于提供红外线的激光器和至少一个用于提供紫外线的激光器。

可选的，在所述缺陷检测装置中，还包括合束器，用于将所述光源所提供的检测光线合成一路准直光束。

可选的，在所述缺陷检测装置中，所述第一反射镜为平面反射镜。进一步的，所述第一反射镜与所述光源提供的检测光线之间的夹角为10°～80°。

可选的，在所述缺陷检测装置中，还包括扫描振镜，所述检测光线经所述第一反射镜上的通孔入射至所述扫描振镜后，垂直入射至所述远心场镜。进一步的，所述扫描振镜为一维扫描振镜，用于将入射至其上的检测光线偏射形成一维的光线。

可选的，在所述缺陷检测装置中，所述第一探测相机为线扫描振动相机。

可选的，在所述缺陷检测装置中，还包括至少一个第二探测相机以及至少一个第二反射镜，所述第二探测相机与第二反射镜一一对应，所述检测光线经所述键合载体反射至所述远心场镜后，至少一部分检测光线被所述第二反射镜反射后，被对应的第二探测相机接收并成像。

可选的，至少一部分检测光线被所述第一反射镜反射后被所述第一探测相机接收并形成明场像，至少一部分检测光线被所述第二反射镜反射后被对应的所述第二探测相机接收并形成暗场像。

可选的，在所述缺陷检测装置中，还包括驱动机构，所述驱动机构用于带动所述第二探测相机以及所述第二反射镜移动。

本发明还提供了一种键合设备，包括：

键合载台单元，用以承载及移动键合载体；

键合头单元，用以进行键合；以及

上述的缺陷检测装置，用以在键合之前对所述键合载体进行缺陷检测。

可选的，在所述键合设备中，所述键合载台单元包括工件台以及可移动机构，所述工件台用于承载所述键合载体，所述可移动机构用于带动所述工件台移动，进而带动所述键合载体移动。

本发明还提供了一种键合方法，包括：

键合载台单元承载键合载体至一缺陷检测位；

利用上述的缺陷检测装置对所述键合载体进行缺陷检测；

当所述键合载体满足预定要求时，所述键合载台单元承载所述键合载体移动至所述键合头单元下进行键合；以及

当所述键合载体不满足预定要求时，所述键合载台单元承载所述键合载体至一传出位。

可选的，在所述键合方法中，所述键合载台单元包括工件台以及可移动机构，所述工件台用于承载所述键合载体，所述可移动机构用于带动所述工件台移动，进而带动所述键合载体移动。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的缺陷检测装置，检测光线经第一反射镜上的通孔垂直入射至远心场镜，并经由远心场镜入射至键合载体；当键合载体上不存在缺陷时，检测光线经键合载体反射至远心场镜后，检测光线通过第一反射镜的通孔射出；当键合载体上存在缺陷时，检测光线经键合载体反射至远心场镜后，至少一部分检测光线被第一反射镜反射后被第一探测相机接收并成像，可通过第一探测相机所成的像判断出键合载体上存在缺陷，从而提高键合后产品的良率，并提高生产效率。

进一步的，所述缺陷检测装置还包括至少一个第二探测相机以及至少一个第二反射镜，所述检测光线经所述键合载体反射至所述远心场镜后，至少一部分检测光线被所述第二反射镜反射后，被对应的所述第二探测相机接收并成像，所述第一探测相机所成的像为明场像，所述第二探测相机所成的像为暗场像，二者协同更加有利于检测出键合载体上的缺陷。

本发明提供的键合设备，可通过增设的缺陷检测装置在键合前对键合载体进行缺陷检测；当键合载体满足预定要求时，键合载台单元承载键合载体移动至键合头单元下进行键合；当键合载体不满足预定要求时，键合载台单元承载键合载体至一传出位，以降低因键合预设位置存在缺陷而造成的键合破损，从而提高键合后产品的良率，并提高生产效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的缺陷检测装置的结构示意图；

图2为一种键合载体的俯视示意图；

图3为图2中AA处的剖面示意图；

图4为本发明一实施例的键合方法的流程示意图。

附图标记说明：

100-键合载体；110-键合预设位置；a-缺陷；

200-光源；

310-第一反射镜；320-第二反射镜；

400-扫描振镜；

500-远心场镜；

600-工件台；

710-第一探测相机；720-第二探测相机。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

图2为一种键合载体的俯视示意图，图3为图2中AA处的剖面示意图。如图2-3所示，键合载体100例如是需要键合的晶圆，所述键合载体100的键合预设位置110可以键合其他键合体(如晶圆或芯片)，所述键合预设位置110例如是凹槽，所述凹槽通常是方形凹槽，键合载体100上的多个凹槽阵列排布。这些凹槽通常是通过刻蚀工艺形成，一旦出现刻蚀不良，则很容易在凹槽内形成缺陷a，研究发现，所述缺陷a通常是形成于所述凹槽底部的凸起缺陷和/或凹陷缺陷。进一步的，所述缺陷a通常是形成于所述凹槽内且高度大于等于xx的凸起缺陷和/或形成于所述凹槽内且深度大于等于xx的凹陷缺陷，这些缺陷可能造成键合后芯片的破损，影响产品的良率，而且，芯片在破损后，其残片可能会污染键合头单元，导致键合设备必须停机以进行检修，严重影响生产效率。

为此，本实施例提供一种缺陷检测装置，用于对键合前的键合载体进行缺陷检测。图1为本实施例的缺陷检测装置的结构示意图。如图1所示，所述缺陷检测装置包括一光源200，所述光源200用于提供检测光线。所述光源200可以是能提供可见光的光源，例如包括至少一个用于提供可见光的激光器，可见光的波长范围是400～760nm，能够检测键合载体上大部分尺寸的缺陷。较佳的，所述光源200还包括至少一个用于提供红外线的激光器和至少一个用于提供紫外线的激光器，其中，红外线的波长范围大于760nm，紫外线的波长范围小于400nm，实验发现，对金属材料内形成的凹槽表面进行检测时红外线的检测效果较佳，同时，紫外线匹配可见光使用则有利于提高所成像的清晰度。本实施例中，所述光源200包括一个用于提供可见光的激光器、一个用于提供红外线的激光器和一个用于提供紫外线的激光器。进一步的，所述用于提供可见光的激光器的波长为532nm，所述用于提供红外线的激光器的波长为940nm，所述用于提供紫外线的激光器的波长为308nm，实验发现，光源采用上述配置时成像效果尤为理想。

由于所述光源200采用了多个激光器，因而，缺陷检测装置优选是包括一合束器(图1中未示出)，所述合束器用于将所述光源200所提供的多路光束合为一路准直光束。在本实施例中，三个激光器可以是并排布置，所述合束器布置在光源的光线出射路径上，所述合束器可将所述用于提供可见光的激光器、用于提供红外线的激光器和用于提供紫外线的激光器所提供的光线合成一路准直光束。需要理解的是，若所述光源200仅采用一个激光器，则可不必设置合束器。

请继续参阅图1，所述缺陷检测装置还包括第一反射镜310，所述第一反射镜310的镜面背向所述光源200，且所述第一反射镜310上设置有至少一个通孔(图1中未示出)，所述通孔供所述光源200所提供的检测光线穿过。所述第一反射镜310例如是平面反射镜、或半透半反镜。所述第一反射镜310与所述光源200提供的检测光线之间的夹角θ1的范围例如是10°～80°。所述通孔的直径例如为0.3～1mm。当所述光源200提供的检测光线并未经过合束器合束处理时，所述第一反射镜310上的通孔数量优选与激光器的数量相同，即，一个激光器对应设置一个通孔。当所述光源200提供的检测光线经过合束器合束处理时，所述第一反射镜310上设置一个通孔即可。

所述缺陷检测装置还可以包括一扫描振镜400。所述扫描振镜400可以是一维扫描振镜，以将入射到其上的检测光线偏射形成一维(例如是X向)的光线，所述一维扫描振镜的线性振动频率例如是在9000Hz～11000Hz之间。所述扫描振镜400也可以是二维扫描振镜(例如是相互垂直的X向和Y向)，以将入射到其上的检测光线偏射形成二维的光线。所述扫描振镜400使得检测光线到达键合载体100时为一条连续的光线或者两条连续的光线，其避免了激光相干噪声的影响，并且具有较高的功率密度。所述扫描振镜400的镜面朝向所述第一反射镜310的镜面。在本实施例中，所述扫描振镜400采用一维扫描振镜。

请继续参阅图1，所述缺陷检测装置还包括一远心场镜500，所述检测光线经所述第一反射镜310上的通孔入射至所述扫描振镜400后垂直入射至所述远心场镜500上，并经由所述远心场镜500入射至所述键合载体100。所述远心场镜500例如是远心F-theta光学镜头，其可降低键合载体100的姿态对测量结果的影响，同时，还可以用于汇聚从键合载体100上反射回来的光线，使得反射回来的光线经过所述远心场镜500后可以以一个较小的角度透射出去。

请继续参阅图1，所述缺陷检测装置还包括第一探测相机710，所述键合载体100上存在所述缺陷时，所述检测光线经所述键合载体100反射至所述远心场镜500后，至少一部分检测光线被所述第一反射镜310反射后被所述第一探测相机710接收并成像(例如是明场像)。所述第一探测相机710例如是线扫描振动相机，优选方案中，所述第一探测相机710是可变焦的线扫描振动相机，其在不同的视场需求下具有相应的放大倍率，以满足不同视场以及不同的放大倍率的需求。

进一步的，所述缺陷检测装置还包括至少一个第二探测相机720以及至少一个第二反射镜320，其中，所述第二探测相机720和第二反射镜320用于接收从键合载体100反射回来的光线。具体的，所述第二探测相机720与第二反射镜320一一对应，所述检测光线经所述键合载体100反射至所述远心场镜500后，至少一部分检测光线被所述第二反射镜320反射后，被对应的所述第二探测相机720接收并成像(例如是暗场像)。由此，在所述键合载体100上存在缺陷时，第一探测相机710所成的明场像与至少一个第二探测相机720所成的暗场像经过处理之后，可以呈现出所述键合载体100的键合预设位置上的图像，通过该图像可以确定缺陷的位置、形状和大小，由此就可以将可能造成键合时芯片破损的键合载体100提前挑出。

本实施例中，所述键合载体100反射回来的夹角θ2小于50°的光线可被第二反射镜320反射并被第二探测相机720接收，该夹角θ2为反射光线与法线之间的夹角，优选是在45°～60°之间。所述第二探测相机720例如是线扫描振动相机，所述第二探测相机720的行频例如是在1000Hz～2000Hz之间。线扫描振动相机的行频较扫描振镜的线性振动频率小，其对扫描振镜的影响较小，因此，线扫描振动相机对一维扫描振镜的噪声干涉很小，可以忽略不计。如图1所示，在本实施例中，缺陷检测装置包括两个第二探测相机720以及两个第二反射镜320。

进一步的，所述缺陷检测装置可以包括一驱动机构(图中未示出)，所述驱动机构用于带动所述第二探测相机720以及所述第二反射镜320移动(例如是旋转运动或者往复运动)，使所述第二探测相机720以及对应的所述第二反射镜320接收更大范围的反射光线。

所述缺陷检测装置还包括一图像处理装置(图1中未示出)以及显示结构(例如是显示器)，所述图像处理装置与第一探测相机710和第二探测相机720通信连接，当所述键合载体100上存在缺陷时，所述第一探测相机710和第二探测相机720所成的像经过图像处理装置的处理，将存在缺陷的键合载体的图像通过显示器呈现出来，或者将存在缺陷的键合载体的图像处理后的缺陷的相关信息反馈出来。

综上所述，本实施例的缺陷检测装置，所述检测光线经所述第一反射镜310上的通孔垂直入射至所述远心场镜500，并经由所述远心场镜500入射至所述键合载体100；当所述键合载体100上不存在所述缺陷时，所述检测光线经所述键合载体100反射至所述远心场镜500后，测光线通过所述第一反射镜310上的通孔射出；所述键合载体100上存在所述缺陷时，所述检测光线经所述键合载体100反射至所述远心场镜500后，至少一部分检测光线被所述第一反射镜310反射后被所述第一探测相机710接收并成明场像，至少一部分检测光线被所述第二反射镜320反射后，被对应的所述第二探测相机720接收并成暗场像，工作人员可通过第一探测相机所成的像判断出键合载体上存在缺陷，从而提高键合后产品的良率，并提高生产效率。

本实施例还提供了一种键合设备，所述键合设备包括键合载台单元、键合头单元以及缺陷检测装置。所述键合载台单元用以承载及移动键合载体。所述键合头单元用以进行键合。所述缺陷检测装置用以在键合之前对所述键合载体进行缺陷检测，以降低因键合预设位置存在缺陷而造成的键合破损，从而提高产品的良率和生产效率。

请参阅图1，所述键合载台单元可包括工件台600以及可移动机构(图中未示出)，所述工件台600用于承载所述键合载体100，所述可移动机构(例如是传送带)用于带动所述工件台600移动，进而带动所述键合载体100移动。具体的，所述可移动机构带动工件台600移动，进而带动键合载体100至缺陷检测装置的键合预定位置，并在检测完毕之后根据检测结果将键合载体100移动至键合工位进行键合或者移至拿取存在缺陷的键合载体100的工位，使得所述键合载体100在键合前完成缺陷检测。

本实施例还提供了一种键合方法。图4为本实施例的键合方法的流程示意图。如图4所示，本实施例的键合方法包括以下步骤：

步骤S1：键合载台单元承载键合载体至一缺陷检测位；

步骤S2：利用缺陷检测装置对所述键合载体进行缺陷检测；当所述键合载体满足预定要求时，执行步骤S3；当所述键合载体不满足预定要求时，，执行步骤S4；

步骤S3：所述键合载台单元承载所述键合载体移动至所述键合头单元下进行键合；以及

步骤S4：所述键合载台单元承载所述键合载体至一传出位。

其中，所述键合载台单元包括工件台以及可移动机构，所述工件台用于承载所述键合载体，所述可移动机构用于带动所述工件台移动，进而带动所述键合载体移动。

本实施例中，可利用缺陷检测装置对所述键合载体的键合预设位置(即凹槽)进行缺陷检测。具体的，当所述键合载体上没有缺陷，所述键合载台单元承载所述键合载体移动至所述键合头单元下进行键合，或者，当所述键合载体上的缺陷较小(即键合载体上的缺陷不会引起键合破损)时，所述键合载台单元承载所述键合载体移动至所述键合头单元下进行键合。当所述键合载体不满足预定要求时，所述键合载台单元承载所述键合载体至一传出位。接着，对所述缺陷进行返工，以剔除所述缺陷。

综上所述，本发明提供的缺陷检测装置，检测光线经第一反射镜上的通孔垂直入射至远心场镜，并经由远心场镜入射至键合载体；当键合载体上不存在缺陷时，检测光线经键合载体反射至远心场镜后，检测光线通过第一反射镜的通孔射出；当键合载体上存在缺陷时，检测光线经键合载体反射至远心场镜后，至少一部分检测光线被第一反射镜反射后被第一探测相机接收并成像，可通过第一探测相机所成的像判断出键合载体上存在缺陷，从而提高键合后产品的良率，并提高生产效率。

进一步的，所述缺陷检测装置还包括至少一个第二探测相机以及至少一个第二反射镜，所述检测光线经所述键合载体反射至所述远心场镜后，至少一部分检测光线被所述第二反射镜反射后，被对应的所述第二探测相机接收并成像，所述第一探测相机所成的像为明场像，所述第二探测相机所成的像为暗场像，二者协同更加有利于检测出键合载体上的缺陷。

本发明提供的键合设备，可通过增设的缺陷检测装置在键合前对键合载体进行缺陷检测；当键合载体满足预定要求时，键合载台单元承载键合载体移动至键合头单元下进行键合；当键合载体不满足预定要求时，键合载台单元承载键合载体至一传出位，以降低因键合预设位置存在缺陷而造成的键合破损，从而提高键合后产品的良率，并提高生产效率。

显然，本领域的技术人员可以对本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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种缺陷检测装置，用于对键合前的键合载体进行缺陷检测，其特征在于，包括：光源、第一反射镜、远心场镜以及第一探测相机；所述光源用于提供检测光线，所述第一反射镜上设置有至少一个通孔，且所述第一反射镜的镜面背向所述光源；所述检测光线经所述第一反射镜上的通孔垂直入射至所述远心场镜，并经由所述远心场镜入射至所述键合载体；所述键合载体上存在所述缺陷时，所述检测光线经所述键合载体反射至所述远心场镜后，至少一部分检测光线被所述第一反射镜反射后被所述第一探测相机接收并成像。

2.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述光源包括至少一个用于提供可见光的激光器。

3.如权利要求2所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述光源还包括至少一个用于提供红外线的激光器和至少一个用于提供紫外线的激光器。

4.如权利要求3所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷检测装置还包括合束器，所述合束器用于将所述光源所提供的检测光线合成一路准直光束。

5.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一反射镜为平面反射镜。

6.如权利要求5所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一反射镜的镜面与所述光源提供的检测光线之间的夹角为10°~80°。

7.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷检测装置还包括扫描振镜，所述检测光线经所述第一反射镜上的通孔入射至所述扫描振镜后，垂直入射至所述远心场镜。

8.如权利要求7所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述扫描振镜为一维扫描振镜，用于将入射至其上的检测光线偏射形成一维的光线。

9.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述第一探测相机为线扫描振动相机。

10.如权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷检测装置还包括至少一个第二探测相机以及至少一个第二反射镜，所述第二探测相机与第二反射镜一一对应，所述检测光线经所述键合载体反射至所述远心场镜后，至少一部分检测光线被所述第二反射镜反射后，被对应的第二探测相机接收并成像。

11.如权利要求10所述的缺陷检测装置，其特征在于，至少一部分检测光线被所述第一反射镜反射后被所述第一探测相机接收并形成明场像，至少一部分检测光线被所述第二反射镜反射后被对应的所述第二探测相机接收并形成暗场像。

12.如权利要求10所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷检测装置还包括驱动机构，所述驱动机构用于带动所述第二探测相机以及所述第二反射镜移动。

13.一种键合设备，其特征在于，包括：

键合载台单元，用以承载及移动键合载体；

键合头单元，用以进行键合；以及

如权利要求1至12中任一项所述的缺陷检测装置，用以在所述键合头单元键合之前对所述键合载体进行缺陷检测。

14.如权利要求13所述的键合设备，其特征在于，所述键合载台单元包括工件台以及可移动机构，所述工件台用于承载所述键合载体，所述可移动机构用于带动所述工件台移动进而带动所述键合载体移动。

15.一种键合方法，其特征在于，包括：

键合载台单元承载键合载体至一缺陷检测位；

利用如权利要求1至12中任一项所述的缺陷检测装置对所述键合载体进行缺陷检测；当所述键合载体满足预定要求时，所述键合载台单元承载所述键合载体移动至键合头单元下进行键合；当所述键合载体不满足预定要求时，所述键合载台单元承载所述键合载体至一传出位。

16.如权利要求15所述的键合方法，其特征在于，所述键合载台单元包括工件台以及可移动机构，所述工件台用于承载所述键合载体，所述可移动机构用于带动所述工件台移动进而带动所述键合载体移动。

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