CN114446817A - 具有高对准精度的晶圆对位识别设备及方法 - Google Patents

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CN114446817A CN202011204380.2A CN202011204380A CN114446817A CN 114446817 A CN114446817 A CN 114446817A CN 202011204380 A CN202011204380 A CN 202011204380A CN 114446817 A CN114446817 A CN 114446817A
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霍进迁
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Abstract

本发明提供一种具有高对准精度的晶圆对位识别设备及方法，设备包括：光敏测距器件，用于通过光学信号的接收和反馈，获取晶圆的翘曲分布值；吸附装置，设置于晶圆下方，吸附装置包括多个吸附单元，吸附装置根据晶圆的翘曲分布值，确定晶圆需要补偿的吸附值或吹气值，自晶圆底部向晶圆给予吸力或吹力，以定量补偿晶圆的形变量，使晶圆的多个对位图形在同一水平高度上。本发明根据晶圆的翘曲分布，对下卡盘不同区域接入相应的真空气孔，通过控制不同区域气孔的吸附值或吹气值，机械改变晶圆的翘曲状况，使晶圆的多个对位图形在同一水平高度上，使得在晶圆曝光/键合过程中，使得镜头对准精度误差大大减少，提高曝光/键合工艺质量。

Description

具有高对准精度的晶圆对位识别设备及方法
技术领域
本发明属于半导体设备设计领域，特别是涉及一种具有高对准精度的晶圆对位识别设备及方法。
背景技术
在MEMS和IC制造领域，特别是黄光和键合制程，聚焦对位技术有着重要的地位。精准的图形识别不仅直接决定工艺的精度，还对后制程良率起着决定性的作用。目前大部分图形识别技术，采用扫面半导体晶圆图形区域，进而精确定其位置，通过镜头自动聚焦得到清晰的图形，进而确保上下图形在同一位置，最后机台进行工艺操作。
实际工艺操作中，由于半导体晶圆经过研磨工艺之后会出现较大程度的翘曲。在图形识别过程中，半导体晶圆上的对位图形并不在一个水平面上，此因在聚焦过程中会出现图形模糊甚至对位失败，直接影响半导体晶圆在对位过程中的精度，极端情况下甚至导致产品报废。
通常的解决方式，就是管控前制程半导体晶圆来料的质量，图形识别对位之前要求半导体晶圆翘曲保持一定的范围之内。但这样就无形之中给其它制程规定一个明显的卡控，使很多产品结构无法构建，且造成产品的生产过程成本大大的提高。
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具有高对准精度的晶圆对位识别设备及方法，用于解决现有技术中由于晶圆来料具有不同翘曲，严重影响晶圆曝光过程对准精度的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有高对准精度的晶圆对位识别设备，所述对位识别设备包括：光敏测距器件，设置于晶圆上方，用于通过光学信号的接收和反馈，获取所述晶圆的翘曲分布值；吸附装置，设置于晶圆下方，所述吸附装置包括多个吸附单元，所述吸附装置根据所述晶圆的翘曲分布值，确定所述晶圆需要补偿的吸附值或吹气值，自所述晶圆底部向所述晶圆给予吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆的形变量，使所述晶圆的多个对位图形在同一水平高度上。
可选地，所述光敏测距器件用于依据所述晶圆的翘曲分布值，获取所述晶圆各个区域所需要改变的形变量；所述吸附装置基于所述需要改变的形变量，控制相应区域的吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆的形变量，使所述晶圆的多个对位图形在同一水平高度上。
可选地，所述吸力由以下公式获取：
F1＝k△x+A；
其中，F1为吸力，k为晶圆的弹性常数，A为固定常数；
所述吹力由以下公式获取：
F2＝k△x+B；
其中，F2为吹力，k为晶圆的弹性常数，B为固定常数。
可选地，所述吸附装置包括真空吸盘，所述真空吸盘表面具有多个气孔，通过设置所述真空吸盘的气压以及气孔的孔径以调整所述气孔的吸力或吹力，其中，所述吸力的大小与所述气压呈负相关，与所述气孔的孔径呈负相关，所述吹力的大小与所述气压呈正相关，与所述气孔的孔径呈负相关。
可选地，所述真空吸盘包括多个真空腔体，各真空腔体对应设置有一个或多个气孔，且各真空腔体内的气压独立可调，以控制相应区域的吸力或吹力。
可选地，所述气孔的形状包括圆孔、弧形孔及环形孔中的一种。
可选地，所述对位识别设备还包括压板部件，设置于所述晶圆上方，用于在所述吸附装置工作前，对所述晶圆施加压力，以使所述晶圆贴附于吸附装置，并在所述吸附装置开始工作后撤除所述压力。
本发明还提供一种晶圆对位识别方法，所述晶圆对位识别方法：提供如上任意一项所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备；基于光敏测距器件，通过光学信号的接收和反馈，获取所述晶圆的翘曲分布值；依据所述翘曲分布值，获取所述晶圆各个区域所需要改变的形变量；吸附装置根据所述晶圆需要补偿的吸附值或吹气值，自所述晶圆底部向所述晶圆给予吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆的形变量，使所述晶圆的多个对位图形在同一水平高度上；基于所述对位图形进行聚焦对位；对所述晶圆进行曝光工艺或键合工艺。
可选地，所述吸附装置包括包括多个真空腔体，各真空腔体包含一个或多个气孔，且各真空腔体内的气压独立可调，通过设置所述真空腔体的气压以及气孔的孔径以调整所述气孔的吸力或吹力。
可选地，在所述吸附装置工作前，通过压板部件对所述晶圆施加压力，以使所述晶圆贴附于吸附装置，并在所述吸附装置开始工作后撤除所述压力。
如上所述，本发明的具有高对准精度的晶圆对位识别设备及方法，具有以下有益效果：
本发明根据晶圆的翘曲分布，对下卡盘不同区域接入相应的真空气孔，通过控制不同区域气孔的吸附值或吹气值，机械改变晶圆的翘曲状况，使所述晶圆的多个对位图形在同一水平高度上，使得在晶圆曝光/键合过程中，使得镜头对准精度误差大大减少，提高曝光/键合工艺质量。
本发明可在曝光/键合机台内部安装光敏测距器件，也可以外置光敏测距器件，通过数据导入至曝光/键合机台，以模拟计算晶圆的翘曲分布，同时在下卡盘分区域接入不同气孔，通过机台内部曝光/键合过程相应改变吸附值或吹气值即可，与曝光/键合机台具有很好的兼容型，具有很好的实际应用价值。
采用本发明的设备及方法可以完全解决曝光/键合对位过程中晶圆翘曲的问题，提高图形的精度，可以有效降低生产成本和工艺复杂度。
附图说明
图1及图2显示为本发明实施例的具有高对准精度的晶圆对位识别设备获取晶圆翘曲分布值的原理示意图。
图3显示为本发明实施例具有高对准精度的晶圆对位识别设备的结构示意图。
图4显示为本发明另一个实施例的具有高对准精度的晶圆对位识别设备的吸附装置的结构示意图。
图5显示为本发明实施例在晶圆翘曲下进行对位识别的原理示意图。
图6～图7显示为本发明实施例的对位识别方法各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 光敏测距器件
102 吸附装置
103 晶圆
1031、1032 对位图形
104 聚焦镜头
105 气孔
1051 圆孔
1052 环形排列的圆孔阵列
1053 弧形孔
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他优点与功效。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。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
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，遂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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
传统图形对位过程，采用镜头上下聚焦消除半导体晶圆上图形不在同一个水平面上的问题，但是会影响图像清晰度，进而影响精度。本发明的关键点是抓取半导体晶圆的翘曲分布，继而反馈给曝光/键合机台。曝光/键合机台根据模型决定吸附盘的局部区域小孔给予半导体晶圆的力是拉力(吸力)还是推力(吹力)，使左右的图形保持在同一水平线上。
本发明通过对曝光/键合机台半导体晶圆吸附盘进行定量改装，使其局部具有吸附和吹气功能，根据半导体晶圆的翘曲值计算气体的吸附值或者吹气值，通过单片机或写入机台本身程式，使其在对位过程中定量改变半导体晶圆图形区域的翘曲值，最终解决提高曝光对位精度问题。
如图1～图4所示，本实施例提供一种具有高对准精度的晶圆对位识别设备，所述对位识别设备可以用于晶圆曝光机台或晶圆键合机台或其他需要对位识别的设备中，晶圆103可以为硅晶圆、玻璃晶圆、SOI晶圆，上述晶圆上可以具有各种半导体薄膜以及加工图形，也可以包括上述晶圆经过键合而形成的键合晶圆。所述对位识别设备包括：光敏测距器件101及吸附装置102。
所述光敏测距器件101可以设置于对位识别设备内部，直接将数据反馈给曝光设备，或者设置于对位识别设备外部，通过数据导入至曝光/键合机台，所述光敏测距器件101用于通过光学信号的接收和反馈，确定晶圆103的顶面与所述光敏测距器件101的距离分布，从而获取所述晶圆103的翘曲分布值。
例如，所述光敏测距器件101包括光敏测距卡盘，其向下方晶圆103发射光线后经晶圆103反射，当晶圆103发生翘曲时，不同位置的反射光信号存在差异，光敏测距卡盘根据该差异确定晶圆103的顶面与所述光敏测距卡盘的距离分布，从而获取所述晶圆103的翘曲分布值，如图3所示。当然，所述光敏测距器件101也可以选用其他适用于获取晶圆103的翘曲分布值的器件，并不限于此处所列举的示例。
在应用过程中，若需要将光敏测距卡盘设置于曝光/键合设备的内部，如图2所示，只需将所述光敏测距卡盘通过如螺丝等可拆卸的连接件将其固定于对位识别设备的内部上方即可，其可以与对位识别设备的供电线连接供电，也可以采用自身自带的电池供电，其可以通过有线或无线的方式，与所述吸附装置102连接，以实现其与所述吸附装置102的信号连接。若所述光敏测距卡盘设置于曝光/键合设备的外部，如图1所示，则通过数据线或无线设备将其与曝光/键合机台实现信号连接即可。
进一步地，在本实施例中，所述光敏测距器件101还用于依据所述晶圆103的翘曲分布值，获取所述晶圆103各个区域所需要改变的形变量。
如图1～图4所示，所述吸附装置102设置于晶圆103下方，所述吸附装置102包括多个吸附单元，所述吸附装置102根据所述晶圆103的翘曲分布值，确定所述晶圆103需要补偿的吸附值或吹气值，自所述晶圆103底部向所述晶圆103给予吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆103的形变量，使所述晶圆103的多个对位图形1031、1032对位图形1031、1032在同一水平高度上。
在本实施例中，所述吸附装置102基于所述需要改变的形变量，控制相应区域的吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆103的形变量，使所述晶圆103的多个对位图形1031、1032对位图形1031、1032在同一水平高度上。
在本实施例中，所述吸力由以下公式获取：
F1＝k△x+A；其中，F1为吸力，k为晶圆103的弹性常数，A为固定常数；
所述吹力由以下公式获取：
F2＝k△x+B；其中，F2为吹力，k为晶圆103的弹性常数，B为固定常数。
对于相同工艺制程的晶圆103，其竖直方向的应变近似满足线性关系，相应写入曝光设备生产程式，可针对来料晶圆103不同的翘曲进行针对性的补偿，使其上的多个对位图形1031、1032对位图形1031、1032在同一水平高度上，提高对准精度。
如图3及图4所示，所述吸附装置102包括真空吸盘，所述真空吸盘表面具有多个气孔105，通过设置所述真空吸盘的气压以及气孔105的孔径以调整所述气孔105的吸力(如图3箭头背向晶圆的气孔)或吹力(如图3箭头朝向晶圆的气孔)，其中，所述吸力的大小与所述气压呈负相关，与所述气孔105的孔径呈负相关，所述吹力的大小与所述气压呈正相关，与所述气孔105的孔径呈负相关。需要说明的是，所述吸力表示自所述晶圆朝向所述吸附装置的力，所述吹力表示自所述晶圆背向所述吸附装置的力。例如，可以先设定一个焦平面，然后通过所述吸力或吹力，具体为当晶圆的上表面位于该焦平面上方时为使用吸力，当晶圆你的上表现位于该焦平面的下方时为示例吹力，最终使晶圆的上表面与该焦平面靠近或重叠。
为了进一步适应晶圆103在不同区域的翘曲分布，在本实施例中，所述真空吸盘包括多个真空腔体，各真空腔体对应设置有一个或多个气孔105，且各真空腔体内的气压独立可调，以控制相应区域的吸力或吹力。本示例分区域给予晶圆103不同吸附强度或吹起强度，定量改变晶圆103的翘曲值，使所述晶圆103的多个对位图形1031、1032对位图形1031、1032在同一水平高度上。对于曝光工艺，晶圆103的多个对位图形1031、1032在同一水平高度上，可以提高晶圆103的曝光精度；而对于键合工艺，由于顶层半导体晶圆没有工艺制程，因此可以看作一个水平的半导体晶圆。底层半导体晶圆则采用上述方式收集翘曲值继而定量改变翘曲分布，使得左右识别图形在同一水平线上，提高对位图形1031、1032识别的精度，最后再进行键合制程。
所述气孔105的形状包括圆孔、弧形孔及环形孔中的一种，如图4所示，当然，所述气孔105的形状也可以为如矩形、三角形、菱形、椭圆形等，并不限于此处所列举的示例。在本实施例中，位于所述吸附装置102内部的气孔105为分散的圆孔1051，位于所述吸附装置102中部的气孔105为环形孔或环形排列的圆孔阵列1052，位于所述吸附装置102边缘的气孔105为弧形孔1053，进一步地，所述吸附装置102内部的圆孔、中部的环形孔或环形排列的圆孔阵列及边缘的弧形孔均对应设置各自独立的真空腔，以使得各区域的气孔105的吸力独立可调，该配置对改善晶圆103翘曲适用性更广泛，可以应对大部分晶圆103翘曲的形变补偿，从而在大部分情况下，不需要更换吸附装置102便能实现晶圆103翘曲的形变补偿，可有效节约成本。
在本实施例中，所述对位识别设备还包括压板部件，设置于所述晶圆103上方，用于在所述吸附装置102工作前，对所述晶圆103施加压力，以使所述晶圆103贴附于吸附装置102，并在所述吸附装置102开始工作后撤除所述压力。
在本实施例中，所述对位识别设备还包括聚焦镜头104，所述聚焦镜头104在定量补偿所述晶圆103的形变量，使所述晶圆103的多个对位图形1031、1032在同一水平高度上后，对所述晶圆103进行聚焦，以确定所述聚焦镜头104的聚焦平面。
如图5所示，当晶圆103存在翘曲时，在图形识别过程中，半导体晶圆103上的对位图形1031、1032并不在一个水平面上，此因在聚焦过程中会出现图形模糊甚至对位失败，直接影响半导体晶圆103在对位过程中的精度，极端情况下甚至导致产品报废。
为了解决上述问题，如图1～图7所示，本实施例还提供一种晶圆对位识别方法，包括以下步骤：
步骤1)，提供如上任意一项所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备；
步骤2)，基于光敏测距器件101，通过光学信号的接收和反馈，获取所述晶圆103的翘曲分布值，如图1或图2所示。
步骤3)，依据所述翘曲分布值，获取所述晶圆103各个区域所需要改变的形变量；
步骤4)，吸附装置102根据所述晶圆103需要补偿的吸附值或吹气值，自所述晶圆103底部向所述晶圆103给予吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆103的形变量，使所述晶圆103的多个对位图形1031、1032对位图形1031、1032在同一水平高度上，如图6所示；
步骤5)，所述对位识别设备的聚焦镜头104基于所述对位图形1031、1032对位图形1031、1032进行聚焦对位，如图7所示；
步骤6)，对所述晶圆103进行曝光工艺或键合工艺。
例如，所述吸附装置102包括包括多个真空腔体，各真空腔体包含一个或多个气孔105，且各真空腔体内的气压独立可调，通过设置所述真空腔体的气压以及气孔105的孔径以调整所述气孔105的吸力或吹力。
在本实施例中，所述键合方法还包括步骤：在所述吸附装置102工作前，通过压板部件对所述晶圆103施加压力，以使所述晶圆103贴附于吸附装置102，并在所述吸附装置102开始工作后撤除所述压力。
如上所述，本发明的具有高对准精度的晶圆对位识别设备及方法，具有以下有益效果：
本发明根据晶圆的翘曲分布，对下卡盘不同区域接入相应的真空气孔105，通过控制不同区域气孔105的吸附值或吹气值，机械改变晶圆的翘曲状况，使所述晶圆的多个对位图形1031、1032对位图形1031、1032在同一水平高度上，使得在晶圆曝光/键合过程中，使得镜头对准精度误差大大减少，提高曝光/键合工艺质量。
本发明可在曝光/键合机台内部安装光敏测距器件101，也可以外置光敏测距器件101，通过数据导入至曝光/键合机台，以模拟计算晶圆的翘曲分布，同时在下卡盘分区域接入不同气孔105，通过机台内部曝光/键合过程相应改变吸附值或吹气值即可，与曝光/键合机台具有很好的兼容型，具有很好的实际应用价值。
采用本发明的设备及方法可以完全解决曝光/键合对位过程中晶圆翘曲的问题，提高图形的精度，可以有效降低生产成本和工艺复杂度。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
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)

1.一种具有高对准精度的晶圆对位识别设备，其特征在于，所述对位识别设备包括：
光敏测距器件，用于通过光学信号的接收和反馈，获取所述晶圆的翘曲分布值；
吸附装置，设置于晶圆下方，所述吸附装置包括多个吸附单元，所述吸附装置根据所述晶圆的翘曲分布值，确定所述晶圆需要补偿的吸附值或吹气值，自所述晶圆底部向所述晶圆给予吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆的形变量，使所述晶圆的多个对位图形在同一水平高度上。
2.根据权利要求1所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备，其特征在于：
所述光敏测距器件用于依据所述晶圆的翘曲分布值，获取所述晶圆各个区域所需要改变的形变量；
所述吸附装置基于所述需要改变的形变量，控制相应区域的吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆的形变量，使所述晶圆的多个对位图形在同一水平高度上。
3.根据权利要求2所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备，其特征在于：
所述吸力由以下公式获取：
F1＝k△x+A；
其中，F1为吸力，k为晶圆的弹性常数，A为固定常数；
所述吹力由以下公式获取：
F2＝k△x+B；
其中，F2为吹力，k为晶圆的弹性常数，B为固定常数。
4.根据权利要求1所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备，其特征在于：所述吸附装置包括真空吸盘，所述真空吸盘表面具有多个气孔，通过设置所述真空吸盘的气压以及气孔的孔径以调整所述气孔的吸力或吹力，其中，所述吸力的大小与所述气压呈负相关，与所述气孔的孔径呈负相关，所述吹力的大小与所述气压呈正相关，与所述气孔的孔径呈负相关。
5.根据权利要求1所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备，其特征在于：所述真空吸盘包括多个真空腔体，各真空腔体对应设置有一个或多个气孔，且各真空腔体内的气压独立可调，以控制相应区域的吸力或吹力。
6.根据权利要求4或5所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备，其特征在于：所述气孔的形状包括圆孔、弧形孔及环形孔中的一种。
7.根据权利要求1所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备，其特征在于：所述对位识别设备还包括压板部件，设置于所述晶圆上方，用于在所述吸附装置工作前，对所述晶圆施加压力，以使所述晶圆贴附于吸附装置，并在所述吸附装置开始工作后撤除所述压力。
8.一种晶圆对位识别方法，其特征在于，所述晶圆对位识别方法：
提供如权利要求1～7任意一项所述的具有高对准精度的晶圆对位识别设备；
基于光敏测距器件，通过光学信号的接收和反馈，获取所述晶圆的翘曲分布值；
依据所述翘曲分布值，获取所述晶圆各个区域所需要改变的形变量；
吸附装置根据所述晶圆需要补偿的吸附值或吹气值，自所述晶圆底部向所述晶圆给予吸力或吹力，以定量补偿所述晶圆的形变量，使所述晶圆的多个对位图形在同一水平高度上；
基于所述对位图形进行聚焦对位；
对所述晶圆进行曝光工艺或键合工艺。
9.根据权利要求8所述的晶圆对位识别方法，其特征在于：所述吸附装置包括包括多个真空腔体，各真空腔体包含一个或多个气孔，且各真空腔体内的气压独立可调，通过设置所述真空腔体的气压以及气孔的孔径以调整所述气孔的吸力或吹力。
10.根据权利要求8所述的晶圆对位识别方法，其特征在于：还包括步骤：在所述吸附装置工作前，通过压板部件对所述晶圆施加压力，以使所述晶圆贴附于吸附装置，并在所述吸附装置开始工作后撤除所述压力。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI824714B (zh) * 2022-09-13 2023-12-01 中國砂輪企業股份有限公司 可局部吹氣或吸氣之吸盤及其應用系統

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