CN115799140A - 校准方法及装置、组合显微镜、晶圆键合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了校准方法、校准装置、组合显微镜及晶圆键合方法。所述校准方法包括以下步骤：准备带有方向标识的定标片；将所述定标片上的所述标识移动至所述第一显微镜的第一视野的指定位置，记录对应的第一位置，并识别所述标识的第一角度；旋转并固定所述定标片；将旋转后的所述定标片上的所述标识再次移动至所述第一视野的所述指定位置，记录对应的第二位置，并识别旋转后的所述标识的第二角度；根据所述第一位置、所述第二位置、所述第一角度及所述第二角度，确定所述定标片的第三位置；以及将所述第一显微镜移动至所述第三位置，并调节所述第二显微镜的位置，以将旋转后的所述标识移动至所述第二显微镜的第二视野的所述指定位置。

Description

校准方法及装置、组合显微镜、晶圆键合方法

技术领域

本发明属于芯片制造技术领域，尤其涉及一种组合显微镜的校准方法、一种组合显微镜的校准装置、一种组合显微镜，以及一种晶圆键合方法。

背景技术

随着芯片制造技术的不断发展，芯片结构的集成度越来越高，对晶圆键合的对准精度也提出了更高的要求。在芯片制造技术领域，晶圆键合通常是由上下两组显微镜分别对两片晶圆上制备的对准标识进行识别分析，以实现两片晶圆的对准键合。在此之前，通常需要对上下两组显微镜进行校准，使两组显微镜的主光轴重合。

当前的校准方法主要通过分别调节上下两组显微镜的位置，使其对准同一定标片来实现。然而，在定标片的实际安装中，往往无法保证其与光轴的严格垂直，从而导致上下两组显微镜与光轴存在偏差，并降低晶圆之间的键合对准精度。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种组合显微镜的校准技术，用于消除各组显微镜与光轴之间的偏差，从而提升晶圆之间的键合对准精度。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种组合显微镜的校准方法、一种组合显微镜的校准装置、一种组合显微镜，以及一种晶圆键合方法，能够消除各组显微镜与光轴之间的偏差，从而提升晶圆之间的键合对准精度。

具体来说，在本发明的第一方面提供的上述组合显微镜的校准方法中，所述组合显微镜包括待校准的第一显微镜及第二显微镜。所述校准方法包括以下步骤：准备带有方向标识的定标片；将所述定标片上的所述标识移动至所述第一显微镜的第一视野的指定位置，记录对应的第一位置，并识别所述标识的第一角度；旋转并固定所述定标片；将旋转后的所述定标片上的所述标识再次移动至所述第一视野的所述指定位置，记录对应的第二位置，并识别旋转后的所述标识的第二角度；根据所述第一位置、所述第二位置、所述第一角度及所述第二角度，确定所述定标片的第三位置；以及将所述第一显微镜移动至所述第三位置，并调节所述第二显微镜的位置，以将旋转后的所述标识移动至所述第二显微镜的第二视野的所述指定位置。

进一步地，在本发明的一些实施例中，在将所述定标片上的所述标识移动至所述第一显微镜的第一视野的指定位置之前，所述校准方法还包括以下步骤：将所述第一显微镜安装到C型支架的第一校准端，并将所述第二显微镜安装到所述C型支架的第二校准端，其中，所述C型支架包括本体、所述第一校准端及所述第二校准端，所述第一校准端及所述第二校准端分别支持与所述本体的相对位移调节。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述将所述定标片上的所述标识移动至所述第一显微镜的第一视野的指定位置的步骤包括：调节所述本体的位置来移动所述第一显微镜，以将所述标识移动至所述第一视野的所述指定位置。此外，在一些实施例中，所述将旋转后的所述定标片上的所述标识再次移动至所述第一视野的所述指定位置的步骤包括：调节所述本体的位置来移动所述第一显微镜，以将旋转后的所述定标片上的所述标识再次移动至所述第一视野的所述指定位置。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述记录对应的第一位置的步骤包括：记录所述本体当前的坐标位置，以作为所述第一位置。此外，在一些实施例中，所述记录对应的第二位置的步骤包括：记录所述本体当前的坐标位置，以作为所述第二位置。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述指定位置包括显微镜视野的中心位置。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述根据所述第一位置、所述第二位置、所述第一角度及所述第二角度，确定所述定标片的第三位置的步骤包括：根据所述第一角度及所述第二角度，确定所述定标片的旋转角度；以及根据所述第一位置、所述第二位置以及所述旋转角度，确定所述第三位置。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述根据所述第一位置、所述第二位置以及所述旋转角度，确定所述第三位置的步骤包括：根据公式

计算所述第三位置(x₃,y₃)，其中，(x₁,y₁)指示所述第一位置，i₁指示所述第一角度，(x₂,y₂)指示所述第二位置，i₂指示所述第二角度，Δi＝i₂-i₁指示所述旋转角度。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述将所述第一显微镜移动至所述第三位置，并调节所述第二显微镜的位置，以将旋转后的所述标识移动至所述第二显微镜的第二视野的所述指定位置的步骤包括：调节所述本体的位置来同步移动所述第一显微镜及所述第二显微镜，以将所述第一显微镜移动至所述第三位置；固定所述本体；以及调节所述第二显微镜的位置，以将旋转后的所述标识移动至所述第二视野的所述指定位置。

此外，根据本发明的第二方面提供的上述组合显微镜的校准装置包括第一校准端、第二校准端及本体。所述第一校准端用于安装所述组合显微镜的第一显微镜。所述第二校准端用于安装所述组合显微镜的第二显微镜。所述本体连接所述第一校准端及所述第二校准端以构成C型结构，并支持与所述第一校准端及所述第二校准端的相对位移调节。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述校准装置通过实施本发明的第一方面提供的上述组合显微镜的校准方法，进行所述第一显微镜及所述第二显微镜的校准。

此外，根据本发明的第三方面提供的上述组合显微镜包括第一显微镜及第二显微镜，其中，所述第一显微镜及所述第二显微镜是通过实施本发明的第一方面提供的上述组合显微镜的校准方法来完成校准。

此外，根据本发明的第四方面提供的上述晶圆键合方法包括以下步骤：经由组合显微镜的第一显微镜及第二显微镜，分别对两片待键合的晶圆上制备的对准标识进行识别分析；以及根据所述识别分析的结果，进行两片所述晶圆的对准键合，其中，所述组合显微镜的第一显微镜及第二显微镜是通过实施本发明的第一方面提供的上述组合显微镜的校准方法来完成校准。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一些实施例提供的组合显微镜的校准装置的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一些实施例提供的组合显微镜的校准方法的流程示意图。

图3示出了根据本发明的一些实施例提供的定标片的示意图。

图4示出了根据本发明的一些实施例提供的使用组合显微镜观察定标片的示意图。

图5示出了根据本发明的一些实施例提供的使用组合显微镜观察定标片的光路示意图。

图6示出了根据本发明的一些实施例提供的使用组合显微镜观察旋转后的定标片的光路示意图。

图7示出了根据本发明的一些实施例提供的上显微镜观察旋转前后的定标片的视野变化的示意图。

图8示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合方法的流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施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示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，当前的校准方法主要通过分别调节上下两组显微镜的位置，使其对准同一定标片来实现。然而，在定标片的实际安装中，往往无法保证其与光轴的严格垂直，从而导致上下两组显微镜与光轴存在偏差，并降低晶圆之间的键合对准精度。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种组合显微镜的校准方法、一种组合显微镜的校准装置、一种组合显微镜，以及一种晶圆键合方法，能够消除各组显微镜与光轴之间的偏差，从而提升晶圆之间的键合对准精度。

在一些非限制性的实施例中，本发明的第一方面提供的上述组合显微镜的校准方法，可以经由本发明的第二方面提供的上述组合显微镜的校准装置来实施，以校准获得本发明的第三方面提供的上述组合显微镜，从而消除该组合显微镜中各组显微镜与光轴之间的偏差。进一步地，本发明的第三方面提供的上述组合显微镜，可以被应用于实施本发明的第四方面提供的上述晶圆键合方法，以提升晶圆之间的键合对准精度。

首先请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的组合显微镜的校准装置的结构示意图。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，组合显微镜可以包括第一显微镜(例如：上显微镜组)11及第二显微镜(例如：下显微镜组)12。对应地，组合显微镜的校准装置可以包括第一校准端21、第二校准端22及本体23。该第一校准端21用于安装第一显微镜11。该第二校准端22用于安装第二显微镜12。该本体23连接该第一校准端21及该第二校准端22以构成C型结构，并支持与第一校准端21及第二校准端22的相对位移调节。

以下将结合一些组合显微镜的校准方法来描述该校准装置的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些校准方法只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该校准装置的全部功能或全部工作方式。同样地，该校准装置也只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，不对这些校准方法中各步骤的执行主体构成限制。

请结合参考图2至图4。图2示出了根据本发明的一些实施例提供的组合显微镜的校准方法的流程示意图。图3示出了根据本发明的一些实施例提供的定标片的示意图。图4示出了根据本发明的一些实施例提供的使用组合显微镜观察定标片的示意图。

如图2及图3所示，在校准组合显微镜的过程中，校准人员可以首先在显微镜夹盘30上准备带有方向标识(未绘示)的定标片31，并将组合显微镜的第一显微镜11及第二显微镜12分别安装到校准装置的第一校准端21及第二校准端22。此处，该方向标识包括但不限于水滴型标识、箭头表示，以及其他任意带有方向指示功能的形状的标识。

之后，如图4所示，校准人员可以经由校准装置，将定标片31上的标识移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置，记录对应的第一位置(x₁,y₁)，并识别标识的第一角度i₁。

具体来说，上述将定标片31上的标识移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置的操作，可以通过调节夹盘30的坐标位置、调节第一显微镜11的坐标位置，和/或调节组合显微镜20的C型支架本体23的坐标位置来实现。例如，校准人员可以通过调节本体23的坐标位置来同步移动第一显微镜11及第二显微镜12，从而将标识移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置(例如：视野中心)。之后，校准人员可以记录C型支架本体23当前的坐标位置，以得到上述第一位置(x₁,y₁)。

进一步地，在将定标片31上的标识移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置之后，校准人员还可以对标识进行拍照，并识别该标识的偏转角度，以得到上述第一角度i₁。

请进一步参考图5，图5示出了根据本发明的一些实施例提供的使用组合显微镜观察定标片的光路示意图。

如图5所示，由于定标片31的实际安装中往往无法保证其与光轴的严格垂直，上下两组显微镜11、12的光轴51、52之间存在偏差。对应地，第一显微镜11及第二显微镜12此时的实际位置，也分别与定标片31的位置之间存在偏差。

为了消除各组显微镜11、12与定标片31光轴之间的偏差，本发明可以进一步旋转定标片31，并将其固定，以得到图6所示的使用组合显微镜观察旋转后的定标片31的光路。请结合参考图5至图7，图7示出了根据本发明的一些实施例提供的上显微镜观察旋转前后的定标片的视野变化的示意图。如图7所示，在旋转定标片31之后，上下两组显微镜11、12与定标片31的光轴偏差将发生改变，其位置偏差也将随之发生改变。

之后，校准人员可以重复上述操作，将旋转后的定标片31上的标识再次移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置(例如：视野中心)，记录对应的第二位置(x₂，y₂)，并识别旋转后的标识的第二角度i₂。

同样地，在一些实施例中，上述将定标片31上的标识再次移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置的操作，也可以通过调节夹盘30的坐标位置、调节第一显微镜11的坐标位置，和/或调节组合显微镜20的C型支架本体23的坐标位置来实现。例如，校准人员可以通过调节本体23的坐标位置来同步移动第一显微镜11及第二显微镜12，从而将旋转后的标识再次移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置(例如：视野中心)。之后，校准人员可以记录C型支架本体23当前的坐标位置，以得到上述第二位置(x₂，y₂)。进一步地，在将旋转后的定标片31上的标识再次移动至第一显微镜11的第一视野的指定位置之后，校准人员还可以对旋转后的标识进行拍照，并识别该标识的偏转角度，以得到上述第二角度i₂。

在获取上述第一位置(x₁，y₁)、第一角度i₁、第二位置(x₂，y₂)及第二角度i₂之后，操作人员即可根据该第一位置(x₁，y₁)、第二位置(x₂，y₂)、第一角度i₁及第二角度i₂，确定定标片31所在的第三位置(x₃，y₃)。

具体来说，在确定定标片31所在的第三位置时，校准人员可以首先根据该第一角度i₁及第二角度i₂，确定定标片31的旋转角度，即Δi＝i₂-i₁。之后，校准人员可以将该第一位置(x₁，y₁)、第二位置(x₂，y₂)以及该旋转角度Δi代入以下公式

其中，(x₁，y₁)指示上述第一位置的坐标，i₁指示定标片31初始的第一角度，(x₂，y₂)指示上述第二位置的坐标，i₂指示定标片31旋转后的第二角度，Δi＝i₂-i₁指示定标片31的旋转角度。

如此，本发明即可根据上述第一位置(x₁，y₁)、第二位置(x₂，y₂)以及旋转角度Δi，确定定标片31实际所在的第三位置(x₃，y₃)。之后，校准人员可以将第一显微镜11移动至定标片31所在的第三位置，并调节第二显微镜12的位置，以将旋转后的标识移动至第二显微镜12的第二视野的指定位置(例如：视野中心)，以完成上下显微镜组11、12的校准操作。

具体来说，在一些实施例中，在进行上述校准操作时，校准人员可以首先调节C型支架本体23的位置来同步移动该第一显微镜11及第二显微镜12，以将该第一显微镜11移动至定标片31实际所在的第三位置(x₃，y₃)。之后，校准人员可以固定C型支架本体23，并经由第二校准端21与本体23之间的相对位移调节机构调节第二显微镜12的位置，以将旋转后的标识移动至第二显微镜12的第二视野的所述指定位置。

通过记录偏转前后的第一位置(x₁，y₁)、第一角度i₁、第二位置(x₂，y₂)及第二角度i₂，以计算定标片31实际所在的第三位置(x₃，y₃)，再根据该第三位置(x₃，y₃)来校准组合显微镜的第一显微镜11及第二显微镜12，本发明能够消除各组显微镜与光轴之间的偏差，从而提升晶圆之间的键合对准精度。

本领域的技术人员可以理解，尽管上述实施例提供的校准方法是基于操作人员的人工操作和人工计算来实施，但这只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

可选地，在另一些实施例中，上述调节定标片31位置、调节显微镜11、12位置、偏转定标片31等操作，也可以经由电机、传动机构和/或机械臂来执行，在此不做限定。

可选地，在另一些实施例中，上述记录第一位置(x₁，y₁)、识别并记录第一角度i₁、记录第二位置(x₂，y₂)、识别并记录第二角度i₂，和/或计算第三位置(x₃，y₃)的操作，也可以经由控制器、存储器和/或处理器来执行，在此不做限定。

进一步地，请参考图8。图8示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合方法的流程示意图。

如图8所示，在本发明的一些实施例中，在完成组合显微镜的校准操作之后，技术人员还可以使用本发明的第三方面提供的上述组合显微镜来键合晶圆，以提升晶圆之间的键合对准精度。

具体来说，在使用该组合显微镜来键合晶圆的过程中，技术人员可以首先经由组合显微镜的第一显微镜11及第二显微镜12，分别对两片待键合的晶圆上制备的对准标识进行识别分析，以获取指示各晶圆位置和/或方向的识别分析结果。之后，技术人员可以根据识别分析的结果，进行两片晶圆的对准键合，以确保晶圆之间的键合对准精度。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (11)

1.一种组合显微镜的校准方法，其特征在于，所述组合显微镜包括待校准的第一显微镜及第二显微镜，所述校准方法包括以下步骤：

准备带有方向标识的定标片；

将所述定标片上的所述标识移动至所述第一显微镜的第一视野的指定位置，记录对应的第一位置，并识别所述标识的第一角度；

旋转并固定所述定标片；

将旋转后的所述定标片上的所述标识再次移动至所述第一视野的所述指定位置，记录对应的第二位置，并识别旋转后的所述标识的第二角度；

根据所述第一位置、所述第二位置、所述第一角度及所述第二角度，确定所述定标片的第三位置；以及

将所述第一显微镜移动至所述第三位置，并调节所述第二显微镜的位置，以将旋转后的所述标识移动至所述第二显微镜的第二视野的所述指定位置。

2.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，在将所述定标片上的所述标识移动至所述第一显微镜的第一视野的指定位置之前，所述校准方法还包括以下步骤：

将所述第一显微镜安装到C型支架的第一校准端，并将所述第二显微镜安装到所述C型支架的第二校准端，其中，所述C型支架包括本体、所述第一校准端及所述第二校准端，所述第一校准端及所述第二校准端分别支持与所述本体的相对位移调节。

3.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述将所述定标片上的所述标识移动至所述第一显微镜的第一视野的指定位置的步骤包括：调节所述本体的位置来移动所述第一显微镜，以将所述标识移动至所述第一视野的所述指定位置，和/或

所述将旋转后的所述定标片上的所述标识再次移动至所述第一视野的所述指定位置的步骤包括：调节所述本体的位置来移动所述第一显微镜，以将旋转后的所述定标片上的所述标识再次移动至所述第一视野的所述指定位置。

4.如权利要求3所述的校准方法，其特征在于，所述记录对应的第一位置的步骤包括：记录所述本体当前的坐标位置，以作为所述第一位置，和/或

所述记录对应的第二位置的步骤包括：记录所述本体当前的坐标位置，以作为所述第二位置。

5.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述指定位置包括显微镜视野的中心位置。

6.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述根据所述第一位置、所述第二位置、所述第一角度及所述第二角度，确定所述定标片的第三位置的步骤包括：

根据所述第一角度及所述第二角度，确定所述定标片的旋转角度；以及

根据所述第一位置、所述第二位置以及所述旋转角度，确定所述第三位置。

7.如权利要求6所述的校准方法，其特征在于，所述根据所述第一位置、所述第二位置以及所述旋转角度，确定所述第三位置的步骤包括：

根据公式

计算所述第三位置(x₃,y₃)，其中，(x₁,y₁)指示所述第一位置，i₁指示所述第一角度，(x₂,y₂)指示所述第二位置，i₂指示所述第二角度，Δi＝i₂-i₁指示所述旋转角度。

8.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于，所述将所述第一显微镜移动至所述第三位置，并调节所述第二显微镜的位置，以将旋转后的所述标识移动至所述第二显微镜的第二视野的所述指定位置的步骤包括：

调节所述本体的位置来同步移动所述第一显微镜及所述第二显微镜，以将所述第一显微镜移动至所述第三位置；

固定所述本体；以及

调节所述第二显微镜的位置，以将旋转后的所述标识移动至所述第二视野的所述指定位置。

9.一种组合显微镜的校准装置，其特征在于，包括：

第一校准端，用于安装所述组合显微镜的第一显微镜；

第二校准端，用于安装所述组合显微镜的第二显微镜；以及

本体，连接所述第一校准端及所述第二校准端以构成C型结构，并支持与所述第一校准端及所述第二校准端的相对位移调节，其中，

所述校准装置通过实施如权利要求1～8中任一项所述的组合显微镜的校准方法，进行所述第一显微镜及所述第二显微镜的校准。

10.一种组合显微镜，其特征在于，包括第一显微镜及第二显微镜，其中，所述第一显微镜及所述第二显微镜是通过实施如权利要求1～8中任一项所述的组合显微镜的校准方法来完成校准。

11.一种晶圆键合方法，其特征在于，包括以下步骤：

经由组合显微镜的第一显微镜及第二显微镜，分别对两片待键合的晶圆上制备的对准标识进行识别分析；以及

根据所述识别分析的结果，进行两片所述晶圆的对准键合，其中，所述组合显微镜的第一显微镜及第二显微镜是通过实施如权利要求1～8中任一项所述的组合显微镜的校准方法来完成校准。

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