CN115527881A - 一种晶圆级键合质量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种晶圆级键合质量检测装置，属于半导体技术领域。它包括光源调节室，光源调节室的顶端设有透明的载片台和可调节的支架，支架上连接带有滤光片的红外摄像头，红外摄像头与监视显示器电性连接，光源调节室内设有一组竖向设置的导向光轴，该组导向光轴上由上到下依次滑动配合连接上调节板和下调节板，上调节板上设有通光孔，通光孔处固定连接匀光板，下调节板上连接光源。本发明通过调整上、下调节板的间距，将光源射出的光线通过匀光板射入到载片台上形成均匀的光照强度，使红外摄像头检测晶圆的成像清晰，同时本装置调节更加方便简单、耗时较少，进一步提高检测效率。

Description

一种晶圆级键合质量检测装置

技术领域

本发明涉及半导体检测技术领域，具体涉及一种晶圆级键合质量检测装置。

背景技术

晶圆键合工艺中，晶圆贴合后退火前需要对整片晶圆进行键合质量检测，并对不合格区域进行标识。目前晶圆键合检查部分采用红外检测显微镜，该设备成像视场仅为几个毫米，键合检查时需要对整片晶圆进行扫描成像，一般一片晶圆的扫描时间在20min以上，效率极低，无法满足晶圆贴合到退火工艺之间的工艺等待时间要求。另一部分采用红外摄像头进行整体成像，虽然该方式的检测时间较短，能够满足工艺时间要求，但其对射入晶圆的光线强度均匀性要求较高。

公开号为CN205488044U的中国发明专利，公布了一种晶圆红外检测装置，它包括底板、 侧板、前后移动平台、托盘、 支撑杆和CCD图像传感器，通过前后移动手柄和左右移动手柄调节红外灯的位置， 装置中的精确平移手柄能够对CCD图像传感器的位置进行精确调节，但该装置中红外灯的光束具有一定的发散角，导致照射在晶圆上的光照强度不均匀，同时也无法调节红外灯与晶圆之间的远近距离，这就造成对检测成像的清晰度有一定影响。

公开号为NC101178368A的中国专利文献，公布了一种检测键合质量的红外透视成像装置及调节方法，该装置采用白炽灯为光源的灯箱，在灯箱照射方向设有导轨，导轨上沿照射方向依次连接第一凸透镜、小孔光阑、第二凸透镜、样品架、及红外线摄像头。通过白炽灯发出的光经由第一凸透镜成像在小孔光阑上，再入射到第二凸透镜上，由于小孔光阑通光孔径很小，当小孔光阑处于第二凸透镜的焦点处时，第二凸透镜将使光线平行化，平行光经晶圆后，其红外部分被红外摄像头接收。但该装置虽然通过平行的射入光线提高照射在晶圆的光线强度均匀性，但在调整平行光线时较为繁琐，需要依次调节上述轨道上部件的相对距离，一旦其中的一个部件位置出现偏差时会影响后续部件的调整，这样就造成该装置的调整难度较大、耗时较长，从而影响该装置的检测效率；另外由于小孔光阑通光孔径很小，透过的光线较少，造成照射在晶圆的光线强度较低，也会影响检测成像的清晰度。

因此，针对整体晶圆键合质量的检查，需要一款射入晶圆的光线强度均匀且调整便捷的装置，以提高检测成像清晰度和检测效率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种晶圆级键合质量检测装置。

本发明采用了如下技术方案：

一种晶圆级键合质量检测装置，包括光源调节室，光源调节室的顶端设有透明的载片台和支架，支架上连接红外摄像头，红外摄像头与监视显示器电性连接，其特征在于：所述光源调节室内由上到下依次设有上调节板和下调节板，上调节板上设有通光孔，通光孔处固定连接匀光板，下调节板上连接光源，光源射出的光线通过匀光板射入到载片台上形成均匀的光照强度，使红外摄像头检测晶圆的成像清晰。

进一步地，：所述光源调节室内设有一组竖向设置的导向光轴，该组导向光轴与上、下调节板滑动配合连接，使上、下调节板竖向可调，以改变射入到载片台上的光照强度。

进一步地，所述上、下调节板的下方分别设有与导向光轴配合连接的固定调节环，固定调节环为一侧设有开口的环状结构，开口处连接锁紧螺栓，通过调节锁紧螺栓改变固定调节环的内孔尺寸，以改变和导向光轴配合的松紧度。

进一步地，所述光源调节室的顶端设有台阶通孔，台阶通孔中固定连接所述载片台，在台阶通孔侧边设有相连通的第一凹槽，所述载片台边缘设有第二凹槽，第一、第二凹槽相互连通方便镊子夹取晶圆。

进一步地，所述光源调节室的顶端还设有一组支撑杆，支撑杆上端固定连接遮光顶，所述红外摄像头位于遮光顶下方。

进一步地，所述通光孔尺寸大于等于载片台的轮廓尺寸。

进一步地，所述光源调节室底端设有一组用于调平的调节地脚。

进一步地，所述光源调节室为不透光的箱体。

进一步地，所述光源为一组白炽灯。

进一步地，所述红外摄像头上还设有滤光片。

相比于现有技术，本发明具的有益效果：

1、本方案通过调节上下调节板的相对距离，实现将光源发出的大部分光线聚焦在匀光板上，形成均匀强度的光线，整体调节上下调节板与载片台的相对距离，改变射入到载片台上光线强度，满足红外摄像头检测晶圆清晰成像的要求。

2、本方案中仅有上、下调节板的位置可调，相比现有技术，本方案调节位置的变量更少，调节更加方便简单、耗时较少，进一步提高检测效率。

3、本方案中采用匀光片形成等强度光线，相比现有技术其透过的光线更多，照射在晶圆的光线强度较高，有利于检测成像的清晰度。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1中I处的局部放大结构示意图；

图3是图1中A-A处的局部剖面结构示意图；

图4是本发明实施例中上调节板的结构及连接示意图；

图5是本发明实施例中固定调节环的结构示意图；

为了清楚显示光源调节室的内部结构，图1中将光源调节室前侧的金属面板省略。

附图标记说明：1、监视显示器；2、遮光顶；3、红外摄像头；4、支架；41、直杆件；42、安装座；5、滤光片；6、支撑杆；7、载片台；9、导向光轴；10、上调节板；11、直线轴承；12、金属面板；13、光源；14、下调节板；15、调节地脚；16、光源调节室；17、固定调节环；18、匀光板；19、通光孔；20、台阶通孔；21、第一凹槽；22、第二凹槽。

具体实施方式

为使本发明更加清楚明白，下面结合附图对本发明的一种晶圆级键合质量检测装置进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1至图4所示，一种晶圆级键合质量检测装置，包括一个封闭的光源调节室16，光源调节室16的外形可以是、矩形、圆柱、圆台等其他外形。优选图示中的矩形箱式外形，它的六个面均由金属面板12密封组成，形成不透光的腔室。在光源调节室16的顶端正中心位置设有一个圆形的台阶通孔20，台阶通孔20的上端为大端，大端处固定连接一个相适配的载片台7，载片台7为透明亚克力的圆形板，其上表面高于光源调节室16的顶端上平面。载片台7的上表面用于放置待测晶圆。

在载片台7的边缘设有第一凹槽21，在光源调节室16的顶端设有第二凹槽22，并且第一、第二凹槽相互对应，以方便镊子放入上述凹槽中夹取和放置晶圆。

在载片台7的一侧还设置有一个可调节的支架4，支架4为现有技术，包括下部的直杆件41和上部三维方向均可调节的安装座42，直杆件41固定在光源调节室16的顶端，安装座42上固定连接带有滤光片5的红外摄像头3，红外摄像头3对准待测晶圆拍摄图像。其中，滤光片5用于过滤特定波长的光线，例如使用400nm-1050nm波长的白炽灯作为光源时，滤光片5过滤850nm以下波长的光线，剩余波长的红外光被红外摄像头3接收，使被红外摄像头3的成像效果较佳。

在光源调节室16的顶端四个顶角处分别固定连接一个竖向的支撑杆6，支撑杆6上端共同固定连接一个不透光的遮光顶2。支撑杆6长度高于支架4的竖直最大高度，使红外摄像头3位于遮光顶2下方。遮光顶2可采用金属板制作，防止外界光源照射到待测晶圆上，影响晶圆检测成像。在遮光顶2的上方摆放一个监视显示器1，监视显示器1采用带显示器的电脑，它通过数据线与红外摄像头3电性连接，将红外摄像头3采集的图像信息经过电脑内置的软件处理最终呈现在显示器上。

在光源调节室16内靠近四个边角处分别设置一个竖向的导向光轴9，该组导向光轴9上下端分别固定在光源调节室16的顶、底壁上以形成稳固连接。在该组导向光轴9上通过直线轴承11连接相互平行的上调节板10和下调节板14，并且上调节板10位于下调节板14的上方。另外上调节板10也与上方的载片台7相平行。在上调节板10的正中心位置处设有一个通光孔19，通光孔19中心与载片台7中心竖向方向重合，且通光孔19的轮廓尺寸大于载片台7的轮廓尺寸。在通光孔19上覆盖一个匀光板18，匀光板18固定连接在上调节板10的上表面。下调节板14上连接光源13，光源13由五个波长为400nm-1050nm的白炽灯组成，白炽灯通过开关与外部电源连接。其中一个白炽灯位于下调节板14的中心处，其余白炽灯以下调节板14的中心圆周整列。下调节板14中心与通光孔19中心竖向方向重合。其中，匀光板18采用磨砂亚克力板，直线轴承11为法兰式直线轴承。

上、下调节板的下方分别设有与导向光轴9配合连接的固定调节环17。如图1、图5所示，固定调节环17为一侧设有开口的环状结构，开口处相对的两侧面上分别设有螺孔和对应的通孔，一个锁紧螺栓从通孔穿入与螺孔连接，通过调节锁紧螺栓改变固定调节环17的内孔尺寸，以改变和导向光轴9配合的松紧度。当上、下调节板调整至合适位置时，通过旋紧锁紧螺栓将固定调节环17固定在导向光轴9上，固定调节环17上端面支撑上、下调节板使其保持不动。

光源调节室16底端设有一组用于调平的调节地脚15，以保证载片台7水平。

本装置的工作过程：

首先调节地脚15将本装置调平，将光源调节室16内部的白炽灯通电，产生光源，用镊子夹取晶圆放置在载片台7上，打开监视显示器1（带显示器的电脑）和红外摄像头3，通过电脑上内设软件的界面成像窗口显示晶圆键合图像，松开光源调节室16光轴上的固定调节环17，可以上下移动上调节板10和下调节板14，调整二者的相对距离，实现将光源发出的大部分光线聚焦在匀光板上，形成均匀强度的光线，再将上、下调节板作为整体移动，改变上调节板与载片台的相对距离，调节射入到载片台上光线强度，调节完毕后将固定调节环17锁紧，防止上下调节板位置变动。最终射入到载片台上形成光线均匀、强度满足使用要求的光照。通过查看电脑中软件界面成像窗口，可以清晰显示晶圆键合的质量。键合质量差的区域在红外摄像头下会呈现明显发暗的斑点，即可检测晶圆键合情况的好坏。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆级键合质量检测装置，包括光源调节室（16），光源调节室（16）的顶端设有透明的载片台（7）和支架（4），支架（4）上连接红外摄像头（3），红外摄像头（3）与监视显示器（1）电性连接，其特征在于：所述光源调节室（16）内由上到下依次设有上调节板（10）和下调节板（14），上调节板（10）上设有通光孔（19），通光孔（19）处固定连接匀光板（18），下调节板（14）上连接光源（13），光源（13）射出的光线通过匀光板（18）射入到载片台（7）上形成均匀的光照强度，使红外摄像头（3）检测晶圆的成像清晰。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述光源调节室（16）内设有一组竖向设置的导向光轴（9），该组导向光轴（9）与上、下调节板滑动配合连接，使上、下调节板竖向可调，以改变射入到载片台（7）上的光照强度。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述上、下调节板的下方分别设有与导向光轴（9）配合连接的固定调节环（17），固定调节环（17）为一侧设有开口的环状结构，开口处连接锁紧螺栓，通过调节锁紧螺栓改变固定调节环（17）的内孔尺寸，以改变和导向光轴（9）配合的松紧度。

4.根据权利要求1或3所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述光源调节室（16）的顶端设有台阶通孔（20），台阶通孔（20）中固定连接所述载片台（7），在台阶通孔（20）侧边设有相连通的第一凹槽（21），所述载片台（7）边缘设有第二凹槽（22），第一、第二凹槽相互连通方便镊子夹取晶圆。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述光源调节室（16）的顶端还设有一组支撑杆（6），支撑杆上端固定连接遮光顶（2），所述红外摄像头（3）位于遮光顶（2）下方。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述通光孔（19）尺寸大于等于载片台（7）的轮廓尺寸。

7.根据权利要求1所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述光源调节室（16）底端设有一组用于调平的调节地脚（15）。

8.根据权利要求1所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述光源调节室（16）为不透光的箱体。

9.根据权利要求1所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述光源（13）为一组白炽灯。

10.根据权利要求1所述的一种晶圆级键合质量检测装置，其特征在于：所述红外摄像头（3）上还设有滤光片（5）。

Images