CN116399223A - 用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法。在本申请的一实施例中，所述用于晶圆键合对准精度检测的装置包括：点光源，其用以产生光束；第一透镜，其用以透射部分的入射光且反射部分的所述入射光；第二透镜，其用以对晶圆的标识聚焦；及相机，其用以透过光阑对所述晶圆的所述标识进行拍摄，其中，所述点光源与所述相机位于所述晶圆的同一侧，且所述第一透镜经配置以朝所述第二透镜反射部分的所述光束，且所述部分的所述光束在所述标识所在的平面处反射并通过所述第二透镜后，朝所述光阑入射。

Description

用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法

技术领域

本申请大体上涉及半导体加工设备领域，且更具体来说，涉及一种用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法。

背景技术

晶圆键合完成后，将对两个晶圆的键合对准精度进行检测。在此过程中，需要对两个晶圆中间的标识成像。当前的透射式成像技术主要用于医学有关的检测，若用于晶圆的键合对准精度的检测，则两个晶圆各表面的反射光和晶圆内部杂质的散射光会降低成像对比度，从而影响检测精度。

发明内容

本申请提供了一种用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法，其采用反射式成像技术，不会导致透射式成像技术所衍生的问题。详言之，本申请的装置及方法采用共焦显微技术，利用三维扫描分层成像的方法来对两个晶圆中间的标识成像，以提高成像的对比度，从而提高晶圆键合对准的检测精度。

在一方面，本申请提供了一种用于晶圆键合对准精度检测的装置，其包括：点光源，其用以产生光束；第一透镜，其用以透射部分的入射光且反射部分的入射光；第二透镜，其用以对晶圆的标识聚焦；及相机，其用以透过光阑对所述晶圆的所述标识进行拍摄，其中，所述点光源与所述相机位于所述晶圆的同一侧，且所述第一透镜经配置以朝所述第二透镜反射部分的所述光束，且所述部分的所述光束在所述标识所在的平面处反射并通过所述第二透镜后，朝所述光阑入射。

根据本申请的实施例，所述点光源是发光二极管光源与激光光源中的一者。

根据本申请的实施例，所述第一透镜是半反半透镜。

根据本申请的实施例，所述第二透镜是物镜。

根据本申请的实施例，所述光阑的孔径大小可调节。

根据本申请的实施例，所述晶圆具有第一表面与第二表面，其中所述点光源与所述相机位于所述晶圆的所述第二表面的一侧。

根据本申请的实施例，所述点光源、所述第一透镜与所述第二透镜位于所述晶圆的所述第二表面的所述一侧。

根据本申请的实施例，所述晶圆的所述标识位于所述第一表面与所述第二表面之间。

在另一方面，本申请还提供了一种用于晶圆键合对准精度检测的方法，其包括：提供点光源，其用以产生光束；提供第一透镜，其用以透射部分的入射光且反射部分的入射光；提供第二透镜，其用以对晶圆的标识聚焦；提供相机，其用以透过光阑对所述晶圆的所述标识进行拍摄；及使所述点光源朝所述第一透镜发出光束，其中，所述点光源与所述相机位于所述晶圆的同一侧，且所述第一透镜朝所述第二透镜反射部分的所述光束，且所述部分的所述光束在所述标识所在的平面处反射并通过所述第二透镜后，朝所述光阑入射。

在以下附图及描述中阐述本申请的一或多个实例的细节。其他特征、目标及优势将根据所述描述及附图以及权利要求书而显而易见。

附图说明

本说明书中的公开内容提及且包含以下各图：

图1是根据本申请的一些实施例的用于晶圆键合对准精度检测的系统的示意图；

图2是图1中的用于晶圆键合对准精度检测的装置的操作的示意图；

图3A是根据本申请的一些实施例的反射式成像的示意图；

图3B是透射式成像的示意图；

图4A是根据本申请的一实施例的点光源的示意图；

图4B是根据本申请的另一实施例的点光源的示意图；及

图5是根据本申请的一些实施例的用于晶圆键合对准精度检测的方法的流程图。

根据惯例，图示中所说明的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清晰起见，可任意扩大或减小各种特征的尺寸。图示中所说明的各部件的形状仅为示例性形状，并非限定部件的实际形状。另外，为了清楚起见，可简化图示中所说明的实施方案。因此，图示可能并未说明给定设备或装置的全部组件。最后，可贯穿说明书和图示使用相同参考标号来表示相同特征。

具体实施方式

为更好地理解本发明的精神，以下结合本发明的部分实施例对其作进一步说明。

本说明书内使用的词汇“在一实施例”或“根据一实施例”并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的“在其他(一些/某些)实施例”或“根据其他(一些/某些)实施例”并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。本文所指“上”和“下”的意义并不限于图式所直接呈现的关系，其应包含具有明确对应关系的描述，例如“左”和“右”，或者是“上”和“下”的相反。本文所称的“连接”应理解为涵盖“直接连接”以及“经由一或多个中间部件连接”。本说明书中所使用的各种部件的名称仅出于说明的目的，并不具备限定作用，不同厂商可使用不同的名称来指代具备相同功能的部件。

以下详细地讨论本发明的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但是应当理解，这些实施方式仅用于示出的目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下，可以使用其他部件和配置。

图1是根据本申请的一些实施例的用于晶圆键合对准精度检测的系统100的示意图。

请参阅图1，系统100包括处理器18与用于晶圆键合对准精度检测的装置10。晶圆键合前，第一晶圆W1具有第一表面W1a及与第一表面W1a相对的第二表面W1b，且具有位于第一表面W1a上的第一标识M1。第二晶圆W2具有第一表面W2a及与第一表面W2a相对的第二表面W2b，且具有位于第一表面W2a上的第二标识M2。晶圆键合时，第一晶圆W1的第一标识M1与第二晶圆W2的第二标识M2须相互对准。详言之，第一晶圆W1与第二晶圆W2以第一标识M1与第二标识M2面对面的方式进行对准。因此，在晶圆键合后，第一晶圆W1与第二晶圆W2连同第一标识M1与第二标识M2已合而为一，下文称晶圆键合后的对准标识为“晶圆的标识M”。键合后的晶圆具有第一表面W1b及与第一表面W1b相对的第二表面W2b。此外，晶圆的标识M位于晶圆的第一表面W1b与晶圆的第二表面W2b之间。

用于晶圆键合对准精度检测的装置10包括点光源11、透镜组12及相机16，其中透镜组12包括第一透镜121与第二透镜122。点光源11用以产生光束，并向第一透镜121发射光束，以对两个晶圆的键合对准精度进行检测。第一透镜121用以透射部分的入射光，且反射部分的入射光。第一透镜121经配置以朝第二透镜122反射部分的光束，且所述部分的光束在标识所在的平面处反射并通过第二透镜122后，朝光阑14入射。

第二透镜122用以对晶圆的标识M聚焦。

相机16用以透过光阑14对晶圆的标识M进行拍摄。相机16所采集到的图像在处理器18中进行分析。处理器18具有相关的硬件与电脑程序，用以支持上述图像的分析，例如是对比度的分析。

图2是图1中的用于晶圆键合对准精度检测的装置10的操作的示意图。

请参阅图2，点光源11产生光束，该光束沿路径P11朝第一透镜121入射。

第一透镜121透射部分的入射光，且沿路径P11f朝第二透镜122反射部分的入射光。在本申请的实施例中，第一透镜121是半反半透镜，第二透镜122是物镜。

第二透镜122沿路径P12朝晶圆的标识M折射来自第一透镜121的反射光，使该折射光对位于焦平面20上的晶圆的标识M聚焦。在本申请的实施例中，第二透镜122与晶圆的标识M的间距可调节，以方便对晶圆的标识M进行聚焦。

焦平面20沿路径P12f朝第二透镜122反射该折射光。之后，第二透镜122沿路径P12r朝第一透镜121折射来自焦平面20的反射光。接着，第一透镜121沿路径P21朝点光源11反射来自第二透镜122的部分的折射光，此即为所谓的共焦或共聚焦；同时，第一透镜121沿路径P12t通过光阑14朝相机16透射来自第二透镜122的部分的折射光。

另一方面，点光源11所发射的光束可沿路径P21朝第一透镜121入射。第一透镜121透射部分的入射光，且沿路径P12r朝第二透镜122反射部分的入射光。第二透镜122沿路径P12f朝晶圆的标识M折射来自第一透镜121的反射光，使该折射光对位于焦平面20上的晶圆的标识M聚焦。焦平面20沿路径P12朝第二透镜122反射该折射光。之后，第二透镜122沿路径P11f朝第一透镜121折射来自焦平面20的反射光。接着，第一透镜121沿路径P11朝点光源11反射来自第二透镜122的部分的折射光；同时，第一透镜121沿路径P21t通过光阑14朝相机16透射来自第二透镜122的部分的折射光。

若点光源11所发射的光束无法聚焦在焦平面20上，而如虚线所示落在非焦平面20U或20L上，则最终来自第一透镜121的透射光将遭光阑14拦下而无法通过光阑14抵达相机16。光阑14用于控制光束通过量的多寡，可调节通过的光束的强弱。在本申请的实施例中，光阑14的孔径大小可调节，使相机16的成像质量最佳。

图3A是根据本申请的一些实施例的反射式成像的示意图。

请参阅图3A，在第一晶圆W1与第二晶圆W2键合前，会在第一晶圆W1的第二表面W1b上涂覆保护层W1f。在本申请的实施例中，点光源11与相机16位于第二晶圆W2的第二表面W2b的一侧，亦即键合后晶圆的第二表面W2b的一侧。此外，点光源11与透镜组12也位于晶圆的第二表面W2b的所述一侧，亦即点光源11、相机16、第一透镜121与第二透镜122皆位于晶圆的第二表面W2b的所述一侧。经此配置，亦请参阅图2，透镜组12接收来自点光源112的入射光，并对位于晶圆的第一表面W1b与晶圆的第二表面W2b之间的标识M聚焦。透镜组12朝晶圆的标识M反射部分的入射光，所述部分的入射光在晶圆的标识M所在的平面处反射并通过透镜组12后，朝相机16入射并聚焦。在此過程中，点光源11所发射的光在晶圆的标识M所在的平面处反射，并未通过第一晶圆W1的内部，更未接触到位于第一晶圆W1的第二表面W1b上的保护层W1f。如此反射式成像的配置方式相较于透射式成像的配置方式有诸多优点，将于下文中参照图3B详细说明。

图3B是透射式成像的示意图，用以与图3A的反射式成像做比较。

请参阅图3B，透射式成像的装置30包括点光源31、透镜320、透镜321、透镜322及相机36，其中透镜320是非球面透镜，而透镜321是物镜。点光源31、透镜320与透镜321位于第一晶圆W1的第二表面W1b的一侧，亦即键合后晶圆的第一表面W1b的一侧；而相机36与透镜322则位于第二晶圆W2的第二表面W2b的一侧，亦即键合后晶圆的第二表面W2b的一侧。透射式成像的装置30的操作如下：透镜320接收来自点光源31的入射光，并产生准直光束进入透镜321。透镜321对位于晶圆的第一表面W1b与晶圆的第二表面W2b之间的标识M聚焦。之后，穿透出晶圆的第二表面W2b的光通过透镜322朝相机36入射并聚焦。由于点光源31与相机36位于晶圆的不同侧，点光源31所发射的光须通过保护层W1f、第一晶圆W1的内部与第二晶圆W2的内部方能抵达相机36。透射式成像的装置30用于晶圆的键合对准精度的检测会有如下缺点：

首先，晶圆内部具有为数可观的组件、导线层与绝缘层。入射光穿透晶圆内部时，晶圆的组件与导线层会导致反射光，且晶圆内部杂质会导致散射光。此等反射光和散射光会使入射光的光能衰减，使成像对比度降低，从而影响检测精度。

其次，入射光穿透保护层W1f后，入射光的透光性会变差。因此，保护层W1f也会使入射光的光能衰减，从而降低成像对比度及检测精度。

再其次，透射式成像的装置30在操作前须调整点光源31、透镜320与透镜321的相对位置以使三者同轴。此项调整涉及点光源31在X、Y、Z三个坐标轴向上位置的精调，有一定的困难度。点光源31、透镜320与透镜321之间的相对位置的偏差也会使成像对比度降低，从而影响检测精度。

为补偿入射光的光能衰减，透射式成像的装置30需考虑使用波长较长的光，但在点光源31使用红外光的运用中实属不易。另一方面，透射式成像的装置30需考虑使用质量较佳的相机，如此则无异于增加检测成本。

本申请的用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法采用反射式成像技术，点光源11所发射的光在晶圆的标识M所在的平面处反射，并未通过保护层W1f及第一晶圆W1的内部，不会导致透射式成像技术所衍生的问题。此外，点光源11与透镜组12的相对位置无需精确调整，因此不会有诸如透射式成像的装置30般复杂的前置作业。透射式成像的装置30的检测精度约为25至30纳米(nm)，而本申请的反射式成像的装置及方法的检测精度则约为10至15纳米(nm)。相较于透射式成像的装置30，本申请的反射式成像的装置及方法可检测到较微小的晶圆键合的偏移，明显优于透射式成像的装置30。

图4A是根据本申请的一实施例的点光源11的示意图。

请参阅图4A，点光源11包括发光二极管(LED)光源41、第一分光镜411与第二分光镜412。在本申请的实施例中，第一分光镜411与第二分光镜412为具有相同或类似的光学特性的凸透鏡。在本申请的实施例中，发光二极管光源41与第一分光镜411相距约20毫米(mm)，第一分光镜411与第二分光镜412相距约10毫米，第二分光镜412与汇聚点f1相距约20毫米。以上的距离可根据检测面积的大小来调整。

在本申请的实施例中，可在发光二极管光源41后方加装匀光管，以使发光二极管光源41的出射光更均匀。

图4B是根据本申请的另一实施例的点光源11的示意图。

请参阅图4B，点光源11包括激光光源45与分光镜452。在本申请的实施例中，激光光源45采用红外光做为光源。在本申请的实施例中，分光镜452是凸透镜。在本申请的实施例中，激光光源45与分光镜452相距约30毫米，分光镜452与汇聚点f2相距约20毫米。以上的距离可根据检测面积的大小来调整。

图5是根据本申请的一些实施例的用于晶圆键合对准精度检测的方法的流程图。

请参阅图5，在操作51中，提供点光源，其用以产生光束。

在操作52中，提供第一透镜，其用以透射部分的入射光且反射部分的入射光。

在操作53中，提供第二透镜，其用以对晶圆的标识聚焦。

在操作54中，提供相机，其用以透过光阑对晶圆的标识进行拍摄，所述相机与点光源位于晶圆的同一侧。

在操作55中，使点光源朝第一透镜发出光束。

在操作56中，第一透镜朝第二透镜反射部分的光束，且所述部分的光束在标识所在的平面处反射并通过所述第二透镜后，朝光阑入射。

相较于透射式成像的装置或方法，本申请的用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法基于反射式成像技术，利用共聚焦的方式以消除晶圆各个表面反射及晶圆内部杂质散射所引起的图像噪点，因此提高了成像对比度以及检测精度。此外，本申请的用于晶圆键合对准精度检测的装置及方法可检测到较微小的晶圆键合的偏移，从而可根据图像的比对结果对晶圆进行补偿，以提高对准精度。

本文中的描述经提供以使所述领域的技术人员能够进行或使用本发明。所属领域的技术人员将易于显而易见对本发明的各种修改，且本文中所定义的一般原理可应用于其它变化形式而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不限于本文所述的实例和设计，而是被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (16)

1.一种用于晶圆键合对准精度检测的装置，其包括：

点光源，其用以产生光束；

第一透镜，其用以透射部分的入射光且反射部分的所述入射光；

第二透镜，其用以对晶圆的标识聚焦；及

相机，其用以透过光阑对所述晶圆的所述标识进行拍摄，

其中，所述点光源与所述相机位于所述晶圆的同一侧，且所述第一透镜经配置以朝所述第二透镜反射部分的所述光束，且所述部分的所述光束在所述标识所在的平面处反射并通过所述第二透镜后，朝所述光阑入射。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述点光源是发光二极管光源与激光光源中的一者。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一透镜是半反半透镜。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二透镜是物镜。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光阑的孔径大小可调节。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述晶圆具有第一表面与第二表面，其中所述点光源与所述相机位于所述晶圆的所述第二表面的一侧。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述点光源、所述第一透镜与所述第二透镜位于所述晶圆的所述第二表面的所述一侧。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述晶圆的所述标识位于所述第一表面与所述第二表面之间。

9.一种用于晶圆键合对准精度检测的方法，其包括：

提供点光源，其用以产生光束；

提供第一透镜，其用以透射部分的入射光且反射部分的所述入射光；

提供第二透镜，其用以对晶圆的标识聚焦；

提供相机，其用以透过光阑对所述晶圆的所述标识进行拍摄；及

使所述点光源朝所述第一透镜发出光束，

其中，所述点光源与所述相机位于所述晶圆的同一侧，且所述第一透镜朝所述第二透镜反射部分的所述光束，且所述部分的所述光束在所述标识所在的平面处反射并通过所述第二透镜后，朝所述光阑入射。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述点光源是发光二极管光源与激光光源中的一者。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一透镜是半反半透镜。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二透镜是物镜。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述光阑的孔径大小可调节。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述晶圆具有第一表面与第二表面，其中所述点光源与所述相机位于所述晶圆的所述第二表面的一侧。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述点光源、所述第一透镜与所述第二透镜位于所述晶圆的所述第二表面的所述一侧。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述晶圆的所述标识位于所述第一表面与所述第二表面之间。

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