CN111458289A - 键合能的测试设备及方法、键合设备工艺参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种晶圆之间键合能的测试设备及测试方法、以及键合设备工艺参数确定方法，该测试设备利用定位元件对位于所述预设位置的待测试元件进行定位后，由同一插入元件将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，使得刀片每次插入的深度和力度可控，并控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的至少一个测试点自动获取所述待测试元件在所述插入元件中的刀片插入后形成的裂纹，从而减小了误差来源，提高了测试精度和测试效率，还消除了安全隐患。

Description

键合能的测试设备及方法、键合设备工艺参数确定方法

技术领域

本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种晶圆之间键合能的测试设备、测试方法及一种键合设备的工艺参数确定方法。

背景技术

在三维芯片(即，Three-dimensional chip，简称3D-IC)制备工艺中，键合技术是制备三维芯片最为重要的技术之一，对此，在三维芯片技术中需要对键合(bonding)在一起的晶圆的界面键合程度进行测试评估，这对三维芯片的工艺制程和最终产品性能有重要意义。然而常规的测定界面键合能的方法需要依靠人工进行测试评估，以致测试精度低、效率低且存在安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种晶圆之间键合能的测试设备，以提高测试精度和效率，并消除了安全隐患。

为解决上述问题，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种晶圆之间键合能的测试设备，包括：

设备壳体；

转动元件，所述转动元件位于所述设备壳体内，用于转动位于预设位置的待测试元件，所述待测试元件包括键合的第一晶圆和第二晶圆；

定位元件，所述定位元件位于所述设备壳体内，用于对位于所述预设位置的待测试元件进行定位；

插入元件，所述插入元件位于所述设备壳体内，用于将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间；

检测元件，所述检测元件位于所述设备壳体内，用于获取所述待测试元件在所述刀片插入后的形成的裂纹；

控制元件，用于控制所述转动元件和所述定位元件对所述待测试元件进行定位，并控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，并基于所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。

可选的，还包括：

传送元件，用于将所述待测试元件传送至所述预设位置。

可选的，所述待测试元件具有缺口，所述定位元件为光定位元件，用于基于所述待测试元件的缺口对位于所述预设位置的待测试元件进行定位。

可选的，所述插入元件用于在所述待测试元件转动至测试点时，将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间预设深度，所述预设深度的取值范围为2mm～4mm，包括端点值。

可选的，所述检测元件包括图像采集件，所述图像采集件用于在所述刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间第一预设时间后，获取所述待测试元件的红外图像，所述红外图像中显示有所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹。

可选的，所述控制元件还用于基于至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准。

可选的，所述设备壳体上还具有可视窗口。

可选的，所述设备壳体上还具有第一通孔；所述第一通孔与容纳元件相连，所述容纳元件用于放置待测试元件；

所述传送元件从所述容纳元件中取出所述待测试元件，并传送至所述预设位置。

一种晶圆之间键合能的测试方法，应用于上述任一所述的晶圆之间键合能的测试设备，所述测试方法包括：

利用所述控制元件控制所述转动元件持续转动位于预设位置的待测试元件，并控制所述定位元件对所述待测试元件进行定位，所述待测试元件包括键合的第一晶圆和第二晶圆；

定位完成后，在至少一个测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的所述至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

基于所述至少一个测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。

可选的，定位完成后，在至少一个测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的所述至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹包括：

定位完成后，在第一测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述检测元件获取在所述第一测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件控制所述转动元件在所述预设位置依次旋转所述待测试元件预设角度，在所述至少一个测试点中其他测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的所述其他测试点，获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹。

可选的，该方法还包括：

基于所述至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准。

可选的，所述测试设备还包括传送元件，该方法还包括：

利用所述传送元件将所述待测试元件传输至所述预设位置。

可选的，所述刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间预设深度，所述预设深度的取值范围为2mm～4mm，包括端点值。

可选的，所述刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间后，间隔第一预设时间，再利用所述检测元件获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；所述第一预设时间的取值范围为25s～35s，包括端点值。

一种键合设备的工艺参数确定方法，所述键合设备用于键合所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆，该方法包括：

S10：利用上述任一项所述的测试设备和/或上述任一项所述的测试方法，确定至少两个待测试元件中第一晶圆和第二晶圆之间的键合能是否符合预设标准；

S20：如果连续两个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数符合键合要求，维持所述键合设备的工艺参数；

S30：如果连续两个待测试元件中一个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，另一个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能不符合预设标准，则利用上述任一项所述的测试设备和/或上述任一项所述的测试方法，确定第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能是否符合预设标准；

S40：如果第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数符合键合要求，维持所述键合设备的工艺参数；

S50：如果第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能不符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数不符合键合要求，调节所述键合设备的工艺参数；

S60：对利用所述键合设备调节后的工艺参数键合的待测试元件，重复步骤S10-S50，直至所述键合设备的工艺参数符合键合要求。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

现有技术中需要由操作人员将刀片插入所述待测试元件的键合面之间，由于不同的操作人员之间插入刀片的深度不同，力度不同，即便是同一操作人员在测试待测试元件的不同位置时，也不能保证每次插入刀片的深度和力度相同，而本申请实施例所提供的晶圆之间键合能的测试设备，利用定位元件对位于所述预设位置的待测试元件进行定位后，由同一插入元件将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，使得刀片每次插入的深度和力度可控，从而减小了误差来源，提高了测试精度。而且，由于本申请所提供晶圆之间键合能的测试设备中无需操作人员将刀片插入所述待测试元件的测试点，从而避免了刀片割伤操作人员，消除了安全隐患。

另外，本申请所提供的晶圆之间键合能的测试设备，通过控制元件控制所述转动元件和所述定位元件对位于预设位置上的待测试元件进行定位，并控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的至少一个测试点自动获取所述待测试元件在所述插入元件中的刀片插入后形成的裂纹，从而提高了测试效率。

由此可见，本申请实施例中所提供的晶圆之间键合能的测试设备，不仅可以提高测试精度和效率，还能消除安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例所提供的晶圆之间键合能的测试设备的结构示意图；

图2为本申请另一实施例所提供的晶圆之间键合能的测试设备的结构示意图；

图3为本申请一实施例所提供的晶圆之间键合能的测试设备中，待测试元件插入刀片后的红外图像示意图；

图4为本申请一实施例所提供的晶圆之间键合能的测试设备中，待测试元件的俯视图；

图5为本申请一实施例所提供的晶圆之间键合能的测试方法的流程图；

图6为本申请一实施例所提供的键合设备的工艺参数确定方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，常规的测定界面键合能的方法需要依靠人工进行测试评估，以致测试精度低、效率低且存在安全隐患。

具体的，常规的测定界面键合能的方法为：人工在所述待测晶圆上的测试点插入一定厚度的薄刀片使其产生裂纹，然后再人工使用红外成像(IR)设备测定该裂纹长度，最后再结合公式计算出断裂界面键合能，最终实现对晶圆的键合程度进行量化的目的。

发明人研究发现，上述测定界面键合能的方法中，主要依靠工程师进行人工测试，而不同的操作者之间存在着较大的误差，而且，即便是同一操作者在测试待测试元件的不同位置时，也会存在插入角度、力度，以及插入刀片和读取裂纹长度时间差的差异，以致检测精度低。

另外，在向待测晶圆的界面插入刀片后，待测晶圆会在短时间内产生裂纹，而此时操作人员不能即刻获取其裂纹长度，而需放下待测晶圆，再去操作采集设备获取待测晶圆的裂纹长度，从而延长了测试的时间，尤其是需要对晶圆进行多点测试时，这种缺陷尤为凸显，致使该种方法效率低，从而使得晶圆的键合程度进行量化的效率低，进而影响生产，导致产出率低。

此外，操作人员在测试过程中需要接触锋利刀片，容易对操作人员造成割伤，同时由于硅晶圆的韧性很强，因此，在对具有键合强度高的界面的晶圆进行测试的过程中，该晶圆具有很高的破碎风险，也容易对操作人员造成划伤，存在很大的安全隐患。

由此可见，现有测定界面键合能的方法存在测试精度低、效率低、产出低，并存在很大的安全隐患。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种晶圆之间键合能的测试设备，如图1所示，该设备包括：

设备壳体1；

转动元件2，所述转动元件2位于所述设备壳体1内，用于转动位于预设位置的待测试元件，所述待测试元件包括键合的第一晶圆和第二晶圆；

定位元件3，所述定位元件3位于所述设备壳体1内，用于对位于所述预设位置的待测试元件进行定位；

插入元件4，所述插入元件4位于所述设备壳体1内，用于将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间；

检测元件5，所述检测元件5位于所述设备壳体1内，用于获取所述待测试元件在所述刀片插入后的形成的裂纹；

控制元件6，用于控制所述转动元件2和所述定位元件3对所述待测试元件进行定位，并控制所述转动元件2和所述检测元件5在所述待测试元件的至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，并基于所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。

需要说明的是，本申请实施例中，所述插入元件4是固定设置的，其中，刀片的位置可调，以使得在测试的过程中，所述刀片能与所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面齐平，以保证刀片平行插入两个晶圆的键合面之间。

可选的，本申请的一个实施例中，所述第一晶圆和所述第二晶圆的键合面可以为玻璃键合面，即所述第一晶圆朝向所述第二晶圆的一侧表面为玻璃表面，所述第二晶圆朝向所述第一晶圆的一侧表面为玻璃表面，在本申请的另一个实施例中，所述第一晶圆和所述第二晶圆的键合面可以为塑料键合面，即所述第一晶圆朝向所述第二晶圆的一侧表面为塑料表面，所述第二晶圆朝向所述第一晶圆的一侧表面为塑料表面，在本申请的其他实施例中，所述第一晶圆和所述第二晶圆的键合面的材料还可以为硅等其他材料，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述待测试元件为圆形，可选的，所述待测试元件的直径为30cm，在本申请其他实施例中，所述待测试元件也可以为其他形状和/或其他尺寸，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请一个实施例中，所述控制元件6可以位于所述设备壳体1的外部，在本申请的另一个实施例中，所述控制元件6也可以位于所述设备壳体1的内部，在本申请的其他实施例中，所述控制元件6还可以镶嵌在所述设备壳体1上，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在本申请上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述控制元件6可以为计算机系统，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

因此，本申请实施例所提供的晶圆之间键合能的测试设备，利用定位元件3对位于所述预设位置的待测试元件进行定位后，由同一插入元件4将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，使得刀片每次插入的深度和力度可控，从而减小刀片插入时的误差来源，提高了测试精度。而且，由于本申请所提供的测试测试在测试过程中无需操作人员将刀片插入所述待测试元件的测试点，从而避免了刀片割伤操作人员，消除了安全隐患。

另外，本申请中所提供的测试设备，通过控制元件6控制所述转动元件2和所述定位元件3对位于预设位置上的待测试元件进行定位，并控制所述转动元件2和所述检测元件5在所述待测试元件的至少一个测试点自动获取所述待测试元件在所述插入元件4中的刀片插入后形成的裂纹，从而能够及时获取待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，缩短了测试时间，尤其是需要对多点测试时，这种优势尤为凸显，显著提高了测试效率。

由上可知，本申请实施例中所提供的晶圆之间键合能的测试设备不仅能提高测试精度和效率，还能消除安全隐患。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图2所示，所述测试设备还包括：传送元件7，用于将所述待测试元件传送至所述预设位置。可选的，在本申请的一个实施例中，所述传送元件7为机械手或传送带，在本申请的其他实施例中，所述传送元件7可以为其他传送装置，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述待测试元件具有缺口，所述定位元件3为光定位元件，用于基于所述待测试元件的缺口对位于所述预设位置的待测试元件进行定位。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述定位元件3为预校准器(即prealigner)，在本申请其他实施例中，所述定位元件3还可以为其他定位装置，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述定位元件3包括光发射元件和光接收元件，可选的，在本申请的一个实施例中，所述光发射元件和光接收元件可位于所述待测试元件的同一侧，定位过程包括：将具有缺口的待测试元件传送至预设位置，利用转动元件2持续转动位于预设位置的待测试元件，同时，利用所述光发射元件持续发射光信号，并利用光接收元件接收光信号，如果所述光接收元件未接收到光信号，则表明所述待测试元件的缺口位于所述光发射元件发射的光信号所在的通路上，即所述待测试元件定位完成，否则，表明所述待测试元件还未完成定位。

在本申请的另一个实施例中，所述光发射元件和所述光接收元件位于所述待测试元件的上下两侧，定位过程包括：将具有缺口的待测试元件传送至预设位置，利用转动元件2持续转动位于预设位置的待测试元件，同时，利用所述光发射元件持续发射光信号，并利用光接收元件接收光信号，如果所述光接收元件接收到光信号，则表明所述待测试元件的缺口位于所述光发射元件发射的光信号所在的通路上，即所述待测试元件定位完成，否则，表明所述待测试元件还未完成定位。

需要说明的是，由于刀片插入到所述待测试元件的动作会对所述待测试元件产生一定的作用力，所以该测试设备还包括固定元件，将所述待测试元件固定在所述预设位置，具体的，所述固定元件包括卡盘，固定过程包括：当定位元件3完成对所述待测试元件定位之后，利用所述测试设备吸真空将所述待测试元件吸到卡盘(即wafer chuck)上，实现初步固定以防止后续卡盘在夹持所述待测试元件时，所述待测试元件与卡盘发生位置变化，然后再利用卡盘对其进一步固定，以防止所述待测试元件在随转动元件2转动以及刀片插入到所述待测试元件时，使其发生位置偏移。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述插入元件4用于在所述待测试元件转动至测试点时，将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间预设深度，以使得所述待测试元件在所述刀片的作用下，产生一定的裂纹，从而便于控制元件6基于该裂纹判定该测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。

需要说明的是，所述预设深度不宜过大，也不宜过小，如果预设深度过大，则易导致所述待测试元件破碎的概率，如果预设深度过小，则所述待测试元件不易出现裂纹，从而无法确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，可选的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述预设深度的取值范围为2mm～4mm，包括端点值，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

还需要说明的是，本申请实施例对所述刀片插入的力度和速度并不做限定，只要其能保证在该深度下既能产生裂纹又不会发生破碎即可。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述检测元件5包括图像采集件，以获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，以便于控制元件6基于该裂纹判定该测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，可选的，在本申请的一个实施例中，所述图像采集件为红外相机，在本申请其他实施例中，还可以为其他类型的图像采集件，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请一个实施例中，所述控制元件6还可用于存储所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹的图片。

需要说明的是，所述裂纹的长度为刀口到扩散裂纹的最末端的距离，如图3所示，在本申请一个实施例中，获取裂纹的实际长度的方式包括：对红外相机拍照得到的红外图像进行像素等效，测量该红外图像中刀口A到扩散裂纹的最末端B的距离L以及该红外图像中所述待测元件的直径，以此获取该红外图像中刀口A到扩散裂纹的最末端B的距离L与该红外图像中所述待测元件的直径的比值，然后根据已知待测试元件的直径的实际大小以及该红外图像中刀口A到扩散裂纹的最末端B的距离L与该红外图像中所述待测元件的直径的比值，即可获得所述裂纹的实际长度，但本申请对此不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请一个实施例中，所述图像采集件位于所述待测试元件的上方，本申请对此不作限定，只要保证图像采集件能够拍到待测试元件的整个测试面即可。

需要说明的是，所述裂纹在最初的形成过程中会随着时间的变化而变化，但裂纹一旦形成就不再随着时间的变化而变化，因此，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述图像采集件用于在所述刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间第一预设时间后，获取所述待测试元件的红外图像，所述红外图像中显示有所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，以实现在测试待测试元件时，刀片插入所述待测试元件和读取裂纹的长度的时间差可控，从而提高测试精度。又由于本申请是在刀片插入所述待测试元件后，间隔固定时间再进行红外拍照的，而不是在刀片插入所述待测试元件的同时就对其进行红外拍照，从而能够获得待测试元件真实的裂纹长度，提高测试精度。

还需要说明的是，所述第一预设时间不宜过大，也不宜过小，如果时间过大，则会影响测试效率，如果时间过小，则会无法获得真实的裂纹长度，基于此，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一预设时间的取值范围为25s～35s，包括端点值。

可选的，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，基于所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能包括：基于该测试点的裂纹的长度和该测试点的杨氏模量，计算得到该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。需要说明的是，不同晶圆的键合面的材料不同，杨氏模量不同，而且，同一待测试元件的不同位置处的晶向不同，杨氏模量也不同。因此，在其他测试条件相同的情况(例如，插入的深度、插入的角度、插入的力度、第一晶圆和第二晶圆的厚度等)下，同一待测试元件不同位置处的键合能也可能不同。需要说明的是，在相同插入深度、相同插入角度以及相同插入力度的前提下，杨氏模量越大，裂纹的长度越大，杨氏模量越小，裂纹的长度越小。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述控制元件6还用于基于至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述控制元件6还用于基于至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准包括：如果所有测试点的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能在第一预设范围内，则所述待测试元件符合预设标准，如果在各测试点中有至少一个测试点的键合能不在第一预设范围内，则确定所述待测试元件不符合预设标准。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一预设范围为1.7J/m²～2.8J/m²，包括端点值，可选的，所述第一预设范围为2J/m²～2.8J/m²，包括端点值。本申请对此不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述控制元件6还用于基于至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准包括：如果各测试点的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能的测试结果比较接近，即任意两个测试点的键合能之间的差值不超出第二预设范围，则所述待测试元件符合预设标准，如果各测试点中存在两个测试点的键合能之间的差值不在第二预设范围，则所述待测试元件不符合预设标准。

可选的，在本申请的一个实施例中，如果各测试点中具有最大键合能的测试点和具有最小键合能的测试点之间的差值在第二预设范围，则所述待测试元件符合预设标准，否则，所述待测试元件不符合预设标准。

综上可知，本申请实施例中所提供的测试设备具有高精度的测试优势，因此，本申请实施例中所提供的测试设备能够精确测试所述待测试元件各测试点的键合能，从而能为三维芯片晶圆键合程度的工艺制程评估提供更可靠的参考依据。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述设备壳体1上还具有可视窗口，以便于操作人员通过该可视窗口监视所述设备壳体1内的测试进程，从而在所述测试元件发生破碎或某组成元件出现故障报警后，可以及时处理。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述设备壳体1上还具有第一通孔；所述第一通孔与容纳元件相连，所述容纳元件用于放置待测试元件；在本申请实施例中，所述传送元件7从所述容纳元件中取出所述待测试元件，并传送至所述预设位置。

下面结合一具体实施例，对本申请实施例所提供的测试设备的工作过程进行描述。

如图4所示，所述待测试元件的测试点为米字的各端点，其中，所述待测试元件的缺口(即角度为0的位置)为定位缺口，不作为测试点，需要说明的是，与缺口位置同一方向上的位置(即角度为180的测试点)可以作为测试点，也可以不作为测试点，下面以不对与缺口位置同一方向上的位置进行测试，即所述待测试元件具有6个测试点为例进行描述。

具体的，该测试过程包括：先利用机械手从所述容纳元件中取出所述待测试元件，并将其传送到基台位置(即预设位置)处，利用所述转动元件2持续转动位于基台位置处的待测试元件，利用预校准器prealigner对所述待测试元件进行光信号定位，在定位好所述待测试元件后，利用吸真空将所述待测试元件吸到卡盘上，在利用卡盘将其夹住固定，开始对待测试元件的第一测试点进行测试，即在第一测试点，将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，间隔第一预设时间，再利用红外相机采集所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，接着利用所述控制元件6基于所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，接着利用所述转动元件2转动位于预设位置的待测试元件预设角度到第二测试点，在第二测试点，将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，间隔第一预设时间，再利用红外相机采集所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，接着利用所述控制元件6基于所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，然后接着利用转动元件2转动位于预设位置的待测试元件预设定角度到第三测试点，直到六个测试点完成测试。

需要说明的是，在本申请一个实施例中，所述控制元件6可以在每获取一个测试点的所述刀片插入后形成的裂纹后，就确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，也可以在获取到所有测试点对应的所述刀片插入后形成的裂纹之后，再确定各测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

还需要说明的是，本申请实施例中所述预设角度为45°，在本申请其他实施例中，所述预设角度也可以为15°、30°或90°等其他角度，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

相应的，本申请实施例还提供了一种晶圆之间键合能的测试方法，如图5所示，所述测试方法应用上述任一实施例中所提供的晶圆之间键合能的测试设备，所述测试方法包括以下步骤：

S1：利用控制元件6控制所述转动元件2持续转动位于预设位置的待测试元件，并控制所述定位元件3对所述待测试元件进行定位，所述待测试元件包括键合的第一晶圆和第二晶圆；

S2：定位完成后，在至少一个测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述转动元件2和检测元件5在所述待测试元件的所述至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹。

具体的，在本申请的一个实施例中，定位完成后，在至少一个测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的所述至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹包括：

定位完成后，在第一测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述检测元件5获取在所述第一测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件6控制所述转动元件2在所述预设位置依次旋转所述待测试元件预设角度，在所述至少一个测试点中其他测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述转动元件2和所述检测元件5获取在所述其他测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述至少一个测试点包括至少2个或至少3个测试点，需要说明的是，该测试方法所采用的测试点的个数越多，对所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能的测量结果越准确。

继续如图4所示，以所述待测试元件具有6个测试点，其中，与待测试元件缺口相邻的两的测试点分别为第一测试点和第六测试点，转动的预设角度为45°为例进行描述：

定位完成后，在第一测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述检测元件5获取在所述第一测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件6控制所述转动元件2在所述预设位置旋转所述待测试元件45°至第二测试点，在所述第二测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述检测元件5获取在所述第二测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件6控制所述转动元件2在所述预设位置旋转所述待测试元件45°至第三测试点，在所述第三测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述检测元件5获取在所述第三测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件6控制所述转动元件2在所述预设位置旋转所述待测试元件45°，此时刀片正对与所述待测试元件缺口同一方向上的位置，由于该点不作为测试点，则继续利用所述控制元件6控制所述转动元件2在所述预设位置旋转所述待测试元件45°至第四测试点，在所述第四测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述检测元件5获取在所述第四测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件6控制所述转动元件2在所述预设位置旋转所述待测试元件45°至第五测试点，在所述第五测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述检测元件5获取在所述第五测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件6控制所述转动元件2在所述预设位置旋转所述待测试元件45°至第六测试点，在所述第六测试点，利用所述插入元件4控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件6控制所述检测元件5获取在所述第六测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹。

S3：所述控制元件6基于所述至少一个测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。

需要说明的是，在本申请的一个实施例中，每隔第二预设时间，对所述刀片进行校准一次，以使得所述刀片与所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面齐平，降低所述刀片插入所述第一晶圆和第二晶圆之间，所述待测试元件发生破裂的风险。

本申请实施例所提供的晶圆之间键合能的测试方法，利用定位元件3对位于所述预设位置的待测试元件进行定位后，由同一插入元件4将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，使得刀片每次插入的深度和力度可控，从而减小了刀片插入时的误差来源，从而提高了测试精度，而且，由于本申请实施例所提供的测试方法中，无需操作人员将刀片插入所述待测试元件的测试点，从而避免了刀片割伤操作人员，消除了安全隐患。

另外，本申请实施例所提供的测试方法中，利用控制元件6控制所述转动元件2和所述定位元件3对位于预设位置上的待测试元件进行定位，并控制所述转动元件2和所述检测元件5在所述待测试元件的至少一个测试点自动获取所述待测试元件在所述插入元件4中的刀片插入后形成的裂纹，从而提高了测试效率。

因此，本申请实施例中所提供的晶圆之间键合能的测试方法不仅能提高测试精度和效率，还能消除安全隐患。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述测试设备还包括传送元件7，则在执行S1之前，所述测试方法还包括：利用传送元件7将所述待测试元件传输至所述预设位置。

需要说明的是，由于刀片插入到所述待测试元件的动作会对所述待测试元件产生一定的作用力，相应的，该测试设备还包括固定元件，该方法还包括在将所述待测试元件传输至预设位置以后，对所述待测试元件进行第一次固定，在所述待测试元件定位完成后，对所述待测试元件进行第二次固定，以将所述待测试元件固定在所述预设位置。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述固定元件包括卡盘，在本申请实施例中，将所述待测试元件传输至预设位置以后，对所述待测试元件进行第一次固定，在所述待测试元件定位完成后，对所述待测试元件进行第二次固定包括：将所述待测试元件传输至预设位置以后，利用所述测试设备吸真空将所述待测试元件吸到卡盘(即wafer chuck)上，对所述待测试元件进行第一次固定，以防止后续卡盘在夹持所述待测试元件时，所述待测试元件与卡盘发生位置变化；在所述待测试元件定位完成后，再利用卡盘对所述待测试元件进行第二次固定，以防止所述待测试元件在随转动元件2转动以及刀片插入到所述待测试元件时，所述待测试元件发生位置偏移。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，该方法还包括：

基于所述至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述基于至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准包括：如果所有测试点的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能均在第一预设范围内，则所述待测试元件符合预设标准，如果在各测试点中有至少一个测试点的键合能不在第一预设范围内，则确定所述待测试元件不符合预设标准。

需要说明的是，由于在读取裂纹长度时，读取数值可能存在误差，因此，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如果所确定的某一测试点的第一晶圆和第二晶圆的键合能不在第一预设范围内，则在这一测试点的附近重新选择一个测试点，将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，获取在该重新选择的这一个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，如果该测试点的第一晶圆和第二晶圆的键合能仍不在第一预设范围内，则判定所述待测试元件不符合预设标准，即说明键合设备的工艺参数不合适，需要重新调整键合设备的工艺参数，再对所述晶圆进行键合，并继续对新键合的晶圆进行测试；如果该测试点的第一晶圆和第二晶圆的键合能在第一预设范围内，则说明所述待测试元件符合预设标准，即说明键合设备的工艺参数合适，维持所述键合设备的工艺参数进行生产。

在本申请另一个实施例中，所述基于至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准包括：如果各测试点的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能的测试结果比较接近，即任意两个测试点的键合能之间的差值均不超出第二预设范围，则所述待测试元件符合预设标准，如果各测试中存在两个测试点的键合能之间的差值不在第二预设范围，则所述待测试元件不符合预设标准。需要说明的是，如果出现浮动范围较大的测试点，则在该浮动范围大的测试点附近重新选点测量，避免读数等误差而导致误判所述待测试元件不符合预设标准。

综上可知，由于本申请实施例中所提供的测试方法具有高精度的测试优势，因此，能够精确测试所述待测试元件各测试点的键合能，从而能为三维芯片晶圆键合程度的工艺制程评估提供更可靠的参考依据。

相应的，本申请还提供了一种键合设备的工艺参数确定方法，如图6所示，所述工艺参数确定方法包括以下步骤：

S10：利用上述任一实施例所提供的测试设备和/或所述上述任一实施例所提供的测试方法，确定至少两个待测试元件中第一晶圆和第二晶圆之间的键合能是否符合预设标准；

S20：如果连续两个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数符合键合要求，维持所述键合设备的工艺参数；

S30：如果连续两个待测试元件中一个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，另一个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能不符合预设标准，则利用上述任一实施例中所提供的测试设备和/或上述任一实施例中所提供的测试方法，确定第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能是否符合预设标准；

S40：如果第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数符合键合要求，维持所述键合设备的工艺参数；

S50：如果第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能不符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数不符合键合要求，调节所述键合设备的工艺参数；

S60：对利用所述键合设备调节后的工艺参数键合的待测试元件，重复步骤S10-S50，直至所述键合设备的工艺参数符合键合要求。

本申请实施例中所提供的键合设备的工艺参数确定方法，利用上述任一实施例中所提供的测试设备和测试方法确定至少两个待测试元件中第一晶圆和第二晶圆之间的键合能是否符合预设标准，而无需人工测试，因此，本申请实施例中所提供的键合设备的工艺参数确定方法能在提高测试精度和效率的同时，还能消除安全隐患。

本说明书中各个部分采用并列和递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种晶圆之间键合能的测试设备，其特征在于，包括：

设备壳体；

转动元件，所述转动元件位于所述设备壳体内，用于转动位于预设位置的待测试元件，所述待测试元件包括键合的第一晶圆和第二晶圆；

定位元件，所述定位元件位于所述设备壳体内，用于对位于所述预设位置的待测试元件进行定位；

插入元件，所述插入元件位于所述设备壳体内，用于将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间；

检测元件，所述检测元件位于所述设备壳体内，用于获取所述待测试元件在所述刀片插入后的形成的裂纹；

控制元件，用于控制所述转动元件和所述定位元件对所述待测试元件进行定位，并控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，并基于所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。

2.根据权利要求1所述测试设备，其特征在于，还包括：

传送元件，用于将所述待测试元件传送至所述预设位置。

3.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述待测试元件具有缺口，所述定位元件为光定位元件，用于基于所述待测试元件的缺口对位于所述预设位置的待测试元件进行定位。

4.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述插入元件用于在所述待测试元件转动至测试点时，将刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间预设深度，所述预设深度的取值范围为2mm～4mm，包括端点值。

5.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述检测元件包括图像采集件，所述图像采集件用于在所述刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间第一预设时间后，获取所述待测试元件的红外图像，所述红外图像中显示有所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹。

6.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述控制元件还用于基于至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准。

7.根据权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述设备壳体上还具有可视窗口。

8.根据权利要求2所述的测试设备，其特征在于，所述设备壳体上还具有第一通孔；所述第一通孔与容纳元件相连，所述容纳元件用于放置待测试元件；

所述传送元件从所述容纳元件中取出所述待测试元件，并传送至所述预设位置。

9.一种晶圆之间键合能的测试方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一所述的晶圆之间键合能的测试设备，所述测试方法包括：

利用所述控制元件控制所述转动元件持续转动位于预设位置的待测试元件，并控制所述定位元件对所述待测试元件进行定位，所述待测试元件包括键合的第一晶圆和第二晶圆；

定位完成后，在至少一个测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的所述至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

基于所述至少一个测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹，确定在该测试点所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，定位完成后，在至少一个测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的所述至少一个测试点获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹包括：

定位完成后，在第一测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述检测元件获取在所述第一测试点，所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；

利用所述控制元件控制所述转动元件在所述预设位置依次旋转所述待测试元件预设角度，在所述至少一个测试点中其他测试点，利用所述插入元件控制刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间，利用所述控制元件控制所述转动元件和所述检测元件在所述待测试元件的所述其他测试点，获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹。

11.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，该方法还包括：

基于所述至少两个测试点处，所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的键合能，确定所述待测试元件是否符合预设标准。

12.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述测试设备还包括传送元件，该方法还包括：

利用所述传送元件将所述待测试元件传输至所述预设位置。

13.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间预设深度，所述预设深度的取值范围为2mm～4mm，包括端点值。

14.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述刀片插入所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆的键合面之间后，间隔第一预设时间，再利用所述检测元件获取所述待测试元件在所述刀片插入后形成的裂纹；所述第一预设时间的取值范围为25s～35s，包括端点值。

15.一种键合设备的工艺参数确定方法，其特征在于，所述键合设备用于键合所述待测试元件的第一晶圆和第二晶圆，该方法包括：

S10：利用权利要求1-8任一项所述的测试设备和/或所述权利要求9-14任一项所述的测试方法，确定至少两个待测试元件中第一晶圆和第二晶圆之间的键合能是否符合预设标准；

S20：如果连续两个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数符合键合要求，维持所述键合设备的工艺参数；

S30：如果连续两个待测试元件中一个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，另一个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能不符合预设标准，则利用权利要求1-8任一项所述的测试设备和/或所述权利要求9-14任一项所述的测试方法，确定第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能是否符合预设标准；

S40：如果第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数符合键合要求，维持所述键合设备的工艺参数；

S50：如果第三个待测试元件中的第一晶圆和第二晶圆之间的键合能不符合预设标准，则确定所述键合设备的工艺参数不符合键合要求，调节所述键合设备的工艺参数；

S60：对利用所述键合设备调节后的工艺参数键合的待测试元件，重复步骤S10-S50，直至所述键合设备的工艺参数符合键合要求。

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