CN113192930B - 偏移检测结构及基板偏移的检测方法 - Google Patents

偏移检测结构及基板偏移的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种偏移检测结构和基板偏移检测方法，其通过在第一基板上设置包括多个等间距排布的第一标记的第一标记图案，并通过在键合在第一基板上的第二基板上设置包括多个第二标记的第二标记图案。可直接利用等间距排布的多个第一标记，即可便捷的测量出第二标记图案相对第一标记图案的偏移量，而无需辅助其他的读取工具即可获得第一基板和第二基板之间的偏移量，减小基板偏移检测的工艺复杂度。

Description

偏移检测结构及基板偏移的检测方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种偏移检测结构及基板偏移的检测方法。
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的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。
不论对于何种键合技术，键合偏移是业界普遍存在的问题，键合偏移量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。
目前，为了能够精准的获取键合偏移量，一般需要额外工艺和设备，例如，将一片硅片减薄，再使用红外摄像头精准读取具体偏移量。这样势必导致工艺复杂，半导体器件制备成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偏移检测结构及基板偏移的检测方法，以解决现有偏移检测工艺复杂，半导体制备成本过高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种偏移检测结构，包括：
第一基板，所述第一基板上形成有第一标记图案，所述第一标记图案包括多个等间距排布的第一标记；
第二基板，所述第二基板键合在所述第一基板上，所述第二基板上形成有与所述第一标记图案相对设置的第二标记图案，以利用所述第一标记图案中等间距排布的多个第一标记测量出所述第二标记图案相对所述第一标记图案的偏移量，进而获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移量。
可选的，所述第二标记图案包括多个与所述第一标记一一对应的第二标记，所述多个第一标记中具有第一基准标记，所述多个第二标记中具有第二基准标记，所述第一基准标记和所述第二基准标记在相互对准的情况下指示出所述第一基板和所述第二基板之间为基板零偏移。
可选的，在第M个第一标记和第M个第二标记相互对准的情况下，指示出所述第一基板和所述第二基板的偏离量为：第M个第一标记和第M个第二标记在所述基板零偏移的情况下所对应的预设偏移量。
可选的，以所述第二基准标记为起始，相邻所述第二标记之间的排布间距依次增大或减小，以使得在所述基板零偏移的情况下多组一一对应的所述第二标记和所述第一标记中的预设偏移量依次增大或减小。
可选的，所述多个第二标记沿着预定方向依次排布，以及所述第二基准标记排布在起始位置；或者，所述多个第二标记以十字形排布，以及所述第二基准标记排布在中间位置。
可选的，所述第二标记图案包括多个第二标记，并且至少部分相邻的两个所述第二标记之间的间隙对应一个所述第一标记，以及所述多个第一标记中具有第一基准标记，由所述多个第二标记界定出的多个间隙中具有基准间隙，所述第一基准标记的侧壁与形成所述基准间隙的一所述第二标记的侧壁相互对准时，指示出所述第一基板和所述第二基板之间为基板零偏移。
可选的，在第M个第一标记的侧壁，和形成与其对应的所述间隙的一第二标记的侧壁相互对准的情况下，指示出所述第一基板和所述第二基板的偏移量为：第M个第一标记的侧壁和形成与其对应的所述间隙的一第二标记的侧壁，在所述基板零偏移的情况下所对应的预设偏移量。
可选的，以所述基准间隙为起点，所述第一标记的侧壁和形成与所述第一标记对应的所述间隙的一第二标记之间的距离依次增大或减小，以使得在所述基板零偏移的情况下，所述第一标记和形成与其对应的所述间隙的一第二标记之间的预设偏移量依次增大或减小。
可选的，利用所述第一标记图案相对于所述第二标记图案的偏移方向，获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移方向。
为解决上述问题，本发明还提供一种基板偏移的检测方法，包括：
提供第一基板和第二基板，其中，所述第一基板上形成有第一标记图案，所述第一标记图案包括多个等间距排布的第一标记，所述第二基板键合在所述第一基板上，所述第二基板上形成有与所述第一标记图案相对设置的第二标记图案；
键合所述第一基板和所述第二基板，并利用所述第一标记图案中等间距排布的多个第一标记测量出所述第二标记图案的偏移量，进而获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移量。
可选的，在键合所述第一基板和所述第二基板后，还利用所述第一标记图案相对于所述第二标记图案的偏移方向，获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移方向。
本发明的一种偏移检测结构，其通过在第一基板上设置包括多个等间距排布的第一标记的第一标记图案，并通过在键合在第一基板上的第二基板上设置包括多个第二标记的第二标记图案。进而直接利用等间距排布的多个第一标记，即可便捷的测量出第二标记图案相对第一标记图案的偏移量，而无须辅助其他的读取工具即可获得第一基板和第二基板之间的偏移量，减小基板偏移检测的工艺复杂度。
附图说明
图1是本发明实施例一中的偏移检测结构在零偏移状态下的结构示意图。
图2是本发明实施例一中的偏移检测结构在偏移状态下的结构示意图。
图3是本发明实施例二中的偏移检测结构在零偏移状态下的结构示意图。
图4是本发明实施例二中的偏移检测结构在偏移状态下的结构示意图。
其中，附图标记如下：
1-第一基板；
2-第一标记图案；
21-第一标记； 21A-第一基准标记；
3-第二基板；
4-第二标记图案；
41-第二标记； 41A-第二基准标记；
100-间隙； 100B-基准间隙；
Z-偏移方向。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种偏移检测结构作进一步详细说明。根据下面说明，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。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
实施例一
图1是本发明实施例一中的偏移检测结构在零偏移状态下的结构示意图。图2是本发明实施例一中的偏移检测结构在偏移状态下的结构示意图。如图1和图2所示，所述偏移检测结构包括相互键合的第一基板1和第二基板2。
所述第一基板1上形成有第一标记图案2，所述第一标记图案2包括多个等间距排布的第一标记21。
所述第二基板3键合在所述第一基板1上，所述第二基板3上形成有与所述第一标记图案2相对设置的第二标记图案4，以利用所述第一标记图案2中等间距排布的多个第一标记21测量出所述第二标记图案4的偏移量，进而获取所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量。
在本实施例中，可直接利用等间距排布的多个所述第一标记21便捷的测量出所述第二标记图案4相对所述第一标记图案2的偏移量，而无需辅助其他的读取工具即可获得所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量，减小基板偏移检测的工艺复杂度。
继续参图1所示，所述第二标记图案4包括多个与所述第一标记21一一对应的第二标记41，其中，所述第一标记21的宽度和所述第二标记41的宽度相等。所述多个第一标记21中具有第一基准标记21A，所述多个第二标记41中具有第二基准标记41A，所述第一基准标记21A和所述第二基准标记41A在相互对准的情况下指示出所述第一基板1和所述第二基板2之间为基板零偏移。图1中位于所述第一标记图案2和所述第二标记图案4最中间的第一标记21和第二标记41分别记作第一基准标记21A和第二基准标记41A，此时，所述第一基板1和所述第二基板2之间零偏移。
即，如图1所示，在基板零偏移状态下，所述第一基准标记21A和所述第二基准标记41A之间的预设偏移量为零。本实施例中，所述第二标记图案4中的各个所述第二标记41与对应的所述第一标记21之间均设置有基板零偏移状态下的预设偏移量。具体而言，第M个所述第一标记21和第M个所述第二标记41在基板零偏移状态下具有预设偏移量，若第M个所述第一标记21和第M个所述第二标记42分别为所述第一基准标记21A和所述第二基准标记41A时，则其预设偏移量为零；若第M个所述第一标记21和第M个所述第二标记41不是第一基准标记21A和第二基准标记41A，则可设置其预设偏移量大于零，并可根据其对准状态指示出基板的偏移状况。
参图2所示，当所述第一基板1和所述第二基板3之间存在偏移时，所述第一基准标记21A和所述第二基准标记41A即处于非完全对准状态。此时，每组一一对应的所述第一标记21和所述第二标记41之间的偏移量将不等于预设偏移量。其中，在第M个第一标记和第M个第二标记相互对准的情况下，所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量为：第M个第一标记21和第M个第二标记41在所述基板零偏移下对应的预设偏移量。例如，如图2所示，从左到右数第2组相对的第一标记21和第二标记41相互对准。此时，所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量为：从左到右数第2个第一标记21和第2个第二标记41在所述基板零偏移下对应的预设偏移量d。例如所述预定偏移量d的大小为1um，则所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量为1um。
进一步的，继续参图1所示，在本实施例中，以所述第二基准标记41A为起始，相邻所述第二标记41之间的排布间距依次增大或减小，以使得在所述基板零偏移的情况下多组一一对应的所述第二标记41和所述第一标记21中的预设偏移量依次增大或减小。具体的，例如一一对应的所述第二标记41和所述第一标记21在所述基板零偏移下对应的预设偏移量d可以等差依次增大排列，例如预设偏移量d可以依次为1um，2um，3um，4um，5um等；或者等差依次减小排列，例如预设偏移量d可以依次为5um，4um，3um，2um，1um等。
可选的，所述多个第二标记41沿着预定方向依次排布，以及所述第二基准标记41A排布在起始位置；或者，所述多个第二标记41以十字形排布，以及所述第二基准标记41A排布在中间位置。参图1所示，所述多个第二标记41以十字形排布，所述第二基准标记41A排布在十字形的中间位置。以位于十字形的中间位置开始朝向所述十字边缘一一对应的所述第二标记41和所述第一标记21间的预定偏移量d依次增大或减小。
此外，在本实施例中，还可以利用所述第一标记图案2相对于所述第二标记图案4的偏移方向，获取所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移方向。具体的，参图1所示，所述第一基准标记21A和所述第二基准标记41A位于所述偏移检测结构中间位置，位于所述第二基准标记41A左侧的所述第二标记41相对与其对应的所述第一标记21朝左偏移，位于所述第二基准标记41A右侧的所述第二标记41相对与其对应的所述第一标记21朝右偏移。
继续参图2所示，在本实施例中，从左到右数第2组相对的第一标记21和第二标记41相互对准，而这组相互对准的第一标记21和第二标记41相对图1中第一基板1和第二基板3未偏移的状态来说，第二标记41往右偏移，如此则所述第二基板3相对所述第一基板1朝向第一方向Z即右方向偏移。
第二实施例
本实施例与上述实施例不同之处在于，本实施例中相邻两个所述第二标记41之间的间隙100对应一个所述第一标记21。
图3是本发明实施例二中的偏移检测结构在零偏移状态下的结构示意图。图4是本发明实施例二中的偏移检测结构在偏移状态下的结构示意图。如图3和图4所示，在本实施例中，所述第二标记图案4包括多个第二标记41，并且至少部分相邻的两个所述第二标记41之间的间隙100对应一个所述第一标记21，以及所述多个第一标记21中具有第一基准标记21A，由所述多个第二标记41界定出的多个间隙100中具有基准间隙100B，所述第一基准标记21A的侧壁与形成所述基座间隙100的一所述第二标记41的侧壁相互对准时，指示出所述第一基板1和所述第二基板2之间零偏移。
其中，在本实施例中部分相邻的两个所述第二标记41之间的间隙100对应一个所述第一标记21。例如如图3所示，在本实施例中，所述第一标记2为3个，所述第二标记4为5个，所述间隙100为5个，三个所述第一标记2分别对应第1个间隙、第3个间隙和第5个间隙。可选的，每个所述间隙100还可均对应一个所述第一标记21。
本实施例中，定义最右边的所述第一标记21为第一基准标记21A，定义最右边的间隙100为所述基准间隙100B，所述第一基准标记21A的侧壁和形成所述基准间隙100B的一所述第二标记41(即最右边的第二标记41)的侧壁相互对准。此时指示所述第一基板1和所述第二基板3为基板零偏移状态。在本实施例中，所述第一基准标记21A的宽度和所述基准间隙100B的宽度相等。
即，在基板零偏移状态下，所述第一基准标记21A和所述基准间隙100B之间的预设偏移量d为零。本实施例中，所述第一标记图案2中的各个第一标记21的侧壁和形成与其对应的所述间隙100的一所述第二标记41的侧壁间，设置有零偏移状态下的预设偏移量d。具体而言，第M个第一标记21的侧壁和形成与其对应的所述间隙100的一所述第二标记41的侧壁之间具有预设偏移量d。其中，若第M个第一标记21和与其对应的所述间隙100分别为所述第一基准标记21A和所述第二基准标记41A时，则其预设偏移量d为零；若第M个第一标记21和形成与其对准的所述间隙100的一所述第二标记41不是第一基准标记21A和第二基准标记41A，则可设置其预设偏移量d大于零，并可根据其对准状态指示出基板的偏移状况。
其中，结合图4所示，在第M个所述第一标记21的侧壁和形成与其对应的所述间隙100的一第二标记41的侧壁相互对准的情况下，指示出所述第一基板1和所述第二基板3的偏移量为：第M个第一标记21的侧壁和形成与其对应的所述间隙100的一第二标记41的侧壁，在所述基板零偏移的情况下所对应的预设偏移量d。
例如，当所述第一基板1和所述第二基板2发生偏移时，左边第一个所述第一标记21和形成与其对应的所述间隙100的一所述第二标记42在水平向无间隙。此时指示所述第一基板1和所述第二基板3的偏移量为，左边第一个所述第一标记21和与其对应的所述间隙100在所述基板零偏移的情况下所对应的预设偏移量dd。其中，参图3所示，该预设偏移量dd为所述第一基板1和所述第二基板3在零偏移时，所述第一标记21的侧壁和形成与其对应的间隙100的一第二标记41的侧壁(位于间隙100两侧其中之一的第二标记41)在水平向上二者之间的间距。当所述第一标记21对应于所述间隙100正中间位置时，所述第一标记21的侧壁和形成与其对应的间隙100的两个第二标记41的侧壁在水平向上的距离相等。例如，在所述第一基板1和所述第二基板3之间零偏移时，左边第1个第一标记21的侧壁和形成与其相对的所述间隙100的两个所述第二标记41的侧壁之间的水平相间距为3um。则图4中所示的所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移距离为3um。
进一步的，继续参图3所示，在本实施例中，以所述基准间隙100B为起点，所述第一标记21的侧壁和形成与所述第一标记21对应的所述间隙100的一第二标记41间的距离依次增大或减小，以使得在所述基板零偏移的情况下，所述第一标记21和形成与其对应的所述间隙100的一第二标记41之间的预设偏移量d依次增大或减小。
所述预设偏移量d可以为所述第一标记21的侧壁和形成与其相对的所述间隙100的右侧所述第二标记41的侧壁之间的水平距离，或者可以为所述第一标记21的侧壁和形成与其相对的所述间隙100的左侧所述第二标记41的侧壁之间的水平距离。该预设偏移量d例如可以按照等差递增方式排列，比如从右往左按照1um、2um、3um方式排列，也可以按照等差递减方式排列，比如从左往右按照3um、2um、1um方式排列。
可选的，所述多个间隙100沿预定方向依次排布，以及所述基准间隙100B排布在起始位置；或者，所述多个间隙100以十字排布，以及所述基准间隙100B排布在中间位置。
以及，在本实施例中，可利用所述第一标记21相对于，形成与其相对的所述间隙100的一所述第二标记41的偏移方向，获取所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移方向。结合图3和图4所示，当所述第一基板1和所述第二基板3之间零偏移时，左侧第一个第一标记21位于与其对应的所述间隙100的正中间位置，即形成该间隙100的两个所述第二标记41的最中间位置。当所述第一基板1和所述第二基板3之间存在相对偏移时，左侧第一个第一标记21的侧壁，和形成与其相对的所述间隙100的右边的第二标记41的侧壁相互对准。如此则说明所述第一基板1相对所述第二基板2朝向偏移方向Z即右侧偏移。
第三实施例
结合图1～图4所示，本发明还提供一种基板偏移的检测方法，所述基板偏移的检测方法包括如下步骤一和步骤二。
在步骤一中，提供第一基板1和第二基板3，其中，所述第一基板1上形成有第一标记图案2，所述第一标记图案2包括多个等间距排布的第一标记21，所述第二基板3键合在所述第一基板1上，所述第二基板3上形成有与所述第一标记图案2相对设置的第二标记图案4。
在第二步骤中，键合所述第一基板1和所述第二基板3，并利用所述第一标记图案2中等间距排布的多个第一标记21测量出所述第二标记图案3的偏移量，进而获取所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量。
其中，在键合所述第一基板1和所述第二基板3后，还利用所述第一标记图案2相对于所述第二标记图案4的偏移方向，获取所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移方向。在本实施例中，获取所述第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量和偏移方向的具体方法参上述基板偏移的检测结构，在此不做具体赘述。
此外，在第二步骤中，可利用超声波检测器(C-SAM)来检测以获得第一基板1和所述第二基板3之间的偏移量，以及所述第一基板1相对所述第二级别2的偏移方向。其中，利用超声波检测器(C-SAM)检测时，第一标记21和第二标记41相交的部分才能检测到。因此，例如所述偏移检测结构的结构为实施例一的结构时，当所述超声波检测器(C-SAM)检测到第M个所述第一标记21和第M个所述第二标记41完全重叠时(此时扫描到的第M个所述第一标记21和第M个所述第二标记41的图案在所有相交的图案中宽度最宽)，则第M个第一标记21和第M个第二标记41在所述基板零偏移下对应的预设偏移量为所述第一基板1和所述第二基板2之间的偏移量。
再例如所述偏移检测结构的结构为实施例二的结构时，当所述超声波检测器(C-SAM)检测到第M个所述第一标记21的侧壁和形成与其对应的所述间隙100的一第二标记41的侧壁相互对准时，此时扫描到的第M个所述第一标记21和形成与其对应的所述间隙100的一第二标记41相交的图案从无到有过度时，则所述第一基板1和所述第二基板3的偏移量为：第M个第一标记21的侧壁和形成与其对应的所述间隙100的一第二标记41的侧壁，在所述基板零偏移的情况下所对应的预设偏移量d。当然，还有其余方法基于本发明的偏移检测结构的偏移量和偏移方向的确认，在此不做具体限定，以实际情况为准。
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 (8)

1.一种偏移检测结构，其特征在于，包括：
第一基板，所述第一基板上形成有第一标记图案，所述第一标记图案包括多个等间距排布的第一标记；
第二基板，所述第二基板键合在所述第一基板上，所述第二基板上形成有与所述第一标记图案相对设置的第二标记图案，以利用所述第一标记图案中等间距排布的多个第一标记测量出所述第二标记图案相对所述第一标记图案的偏移量，进而获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移量；
以第二基准标记为起始，相邻所述第二标记之间的排布间距依次增大或减小，以使得在所述基板零偏移的情况下多组一一对应的所述第二标记和所述第一标记中的预设偏移量依次增大或减小；
其中，所述第二标记图案包括多个与所述第一标记一一对应的第二标记，所述多个第一标记中具有第一基准标记，所述多个第二标记中具有第二基准标记，所述第一基准标记和所述第二基准标记在相互对准的情况下指示出所述第一基板和所述第二基板之间为基板零偏移，且在第M个第一标记和第M个第二标记相互对准的情况下，指示出所述第一基板和所述第二基板的偏离量为：第M个第一标记和第M个第二标记在所述基板零偏移的情况下所对应的预设偏移量。
2.如权利要求1所述的偏移检测结构，其特征在于，所述多个第二标记沿着预定方向依次排布，以及所述第二基准标记排布在起始位置；或者，所述多个第二标记以十字形排布，以及所述第二基准标记排布在中间位置。
3.如权利要求1所述的偏移检测结构，其特征在于，所述第二标记图案包括多个第二标记，并且至少部分相邻的两个所述第二标记之间的间隙对应一个所述第一标记，以及所述多个第一标记中具有第一基准标记，由所述多个第二标记界定出的多个间隙中具有基准间隙，所述第一基准标记的侧壁与形成所述基准间隙的一所述第二标记的侧壁相互对准时，指示出所述第一基板和所述第二基板之间为基板零偏移。
4.如权利要求3所述的偏移检测结构，其特征在于，在第M个第一标记的侧壁，和形成与其对应的所述间隙的一第二标记的侧壁相互对准的情况下，指示出所述第一基板和所述第二基板的偏移量为：第M个第一标记的侧壁和形成与其对应的所述间隙的一第二标记的侧壁，在所述基板零偏移的情况下所对应的预设偏移量。
5.如权利要求3所述的偏移检测结构，其特征在于，以所述基准间隙为起点，所述第一标记的侧壁和形成与所述第一标记对应的所述间隙的一第二标记之间的距离依次增大或减小，以使得在所述基板零偏移的情况下，所述第一标记和形成与其对应的所述间隙的一第二标记之间的预设偏移量依次增大或减小。
6.如权利要求1所述的偏移检测结构，其特征在于，利用所述第一标记图案相对于所述第二标记图案的偏移方向，获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移方向。
7.一种基板偏移的检测方法，其特征在于，包括：
提供第一基板和第二基板，其中，所述第一基板上形成有第一标记图案，所述第一标记图案包括多个等间距排布的第一标记，所述第二基板键合在所述第一基板上，所述第二基板上形成有与所述第一标记图案相对设置的第二标记图案；
键合所述第一基板和所述第二基板，并利用所述第一标记图案中等间距排布的多个第一标记测量出所述第二标记图案的偏移量，进而获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移量。
8.如权利要求7所述的一种基板偏移的检测方法，其特征在于，在键合所述第一基板和所述第二基板后，还利用所述第一标记图案相对于所述第二标记图案的偏移方向，获取所述第一基板和所述第二基板之间的偏移方向。
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