CN212062392U

CN212062392U - 测量装置

Info

Publication number: CN212062392U
Application number: CN202020916914.3U
Authority: CN
Inventors: 孟文钱
Original assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Current assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-26

Abstract

本实用新型实施例提供了一种测量装置，包括：承载台、限位子装置、插刀子装置；其中，键合晶圆设置在所述承载台上；所述承载台转动时，能够带动所述键合晶圆转动；所述限位子装置的侧面设置有一槽口；其中，通过转动所述承载台更换所述键合晶圆的待测试位置；所述承载台不转动时，所述限位子装置对所述键合晶圆进行限位，所述插刀子装置的刀片穿过所述槽口插入所述键合晶圆的键合界面中，以产生裂纹，产生的裂纹用于测量所述键合晶圆待测试位置处的键合强度；所述承载台转动时，所述限位子装置撤销对所述键合晶圆的限位。

Description

测量装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种测量装置。

背景技术

在半导体的制造过程中，可以通过晶圆键合(英文可以表达为bonding)技术将两片经过抛光的晶圆紧密粘结在一起。在键合技术中，键合强度是一个非常重要的参数，键合强度小，在加工的过程中键合界面可能会开裂，导致键合失效；只有键合强度大，才能保证半导体产品的成品率和质量。基于此，一般需要对键合在一起的晶圆(这里，键合在一起的晶圆可以称为键合晶圆或者晶圆键合结构)的键合强度进行测量。

然而，利用相关技术中的测量装置在测量键合晶圆键合强度时，存在测量位置受限，键合晶圆固定不够牢固的问题。

实用新型内容

为解决相关技术问题，本实用新型实施例提出一种测量装置。

本实用新型实施例提供了一种测量装置，包括：承载台、限位子装置、插刀子装置；其中，

键合晶圆设置在所述承载台上；所述承载台转动时，能够带动所述键合晶圆转动；

所述限位子装置的侧面设置有一槽口；其中，

通过转动所述承载台更换所述键合晶圆的待测试位置；所述承载台不转动时，所述限位子装置对所述键合晶圆进行限位，所述插刀子装置的刀片穿过所述槽口插入所述键合晶圆的键合界面中，以产生裂纹，产生的裂纹用于测量所述键合晶圆待测试位置处的键合强度；所述承载台转动时，所述限位子装置撤销对所述键合晶圆的限位。

上述方案中，所述限位子装置包括：限位部件和驱动部件；其中，

通过所述限位部件对所述键合晶圆进行水平方向的限位；

所述驱动部件，用于在所述承载台不转动时，使所述限位部件收紧，以实现所述限位部件对所述键合晶圆的限位；

所述驱动部件，还用于在所述承载台转动时，使所述限位部件扩开，以实现所述限位部件撤销对所述键合晶圆的限位。

上述方案中，所述限位部件包括第一本体和第二本体；所述限位部件收紧时，所述第一本体和所述第二本体形成环绕所述键合晶圆的结构；或者，所述限位部件扩开时，所述第一本体和所述第二本体分离。

上述方案中，所述第一本体和/或所述第二本体的纵截面的形状包括L形；所述第一本体和/或所述第二本体的橫截面的形状包括弧形。

上述方案中，所述限位部件收紧时，所述第一本体和所述第二本体沿所述刀片插入方向对称。

上述方案中，所述第一本体和/或所述第二本体的材质包括陶瓷。

上述方案中，所述插刀子装置包括刀片、刀片支撑部件及推进部件；其中，所述刀片放置在所述刀片支撑部件上；

所述推进部件用于在所述限位子装置对所述键合晶圆进行限位时，移动刀片，以使所述刀片插入至所述键合晶圆的键合界面中。

上述方案中，放置在所述刀片支撑部件上的刀片与所述键合晶圆的键合界面位于同一平面。

上述方案中，所述刀片的厚度满足预设条件。

上述方案中，所述装置还包括：裂纹检测子装置，用于检测所述产生的裂纹的长度，以对所述键合晶圆待测试位置处的键合强度进行测量。

本实用新型实施例提供的测量装置，包括：承载台、限位子装置、插刀子装置；其中，键合晶圆设置在所述承载台上；所述承载台转动时，能够带动所述键合晶圆转动；所述限位子装置的侧面设置有一槽口；其中，通过转动所述承载台更换所述键合晶圆的待测试位置；所述承载台不转动时，所述限位子装置对所述键合晶圆进行限位，所述插刀子装置的刀片穿过所述槽口插入所述键合晶圆的键合界面中，以产生裂纹，产生的裂纹用于测量所述键合晶圆待测试位置处的键合强度；所述承载台转动时，所述限位子装置撤销对所述键合晶圆的限位。本实用新型实施例在对键合晶圆的键合强度进行测量的过程中，键合晶圆通过随承载台转动更换与限位子装置侧面的槽口对准的位置，从而更换该键合晶圆的待测试位置，由于晶圆随承载台的转动不受限，因此，本实用新型实施例提供的测量装置可以实现对键合晶圆上任意位置处的键合强度的测量。同时，在刀片插入键合晶圆的键合界面的过程中，利用限位子装置对所述键合晶圆进行限位，使得在刀片插入的作用力作用键合晶圆时，仍能保证键合晶圆的固定牢固。

附图说明

图1为键合晶圆的结构示意图；

图2为相关技术中测量装置的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例测量装置的结构组成示意图；

图4为本实用新型实施例中一种测量装置的俯视示意图；

图5a为本实用新型实施例中一种测量装置的左视示意图一；

图5b为本实用新型实施例中一种测量装置的左视示意图二。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实用新型的具体技术方案做进一步详细描述。

晶圆键合已经成为半导体制造技术集成发展和实用化的关键技术。晶圆键合是指将两片平整的晶圆面对面贴合起来，并施加以一定的压力、温度、电压等外部条件，在原有的两片晶圆间的界面产生原子或者分子间的结合力，如共价键、金属键、分子键等，使两表面间的键合能达到一定强度，而使这两片晶圆结为一体。如图1所示，键合晶圆包括上层晶圆和下层晶圆。实际应用中，所述上层晶圆的正面与所述下层晶圆的正面键合；或者，所述上层晶圆的背面与所述下层晶圆的正面键合。这里，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面。

测量键合晶圆键合强度的方法包括裂纹传播扩散法(也可以称为刀片插入法)。具体地，裂纹传播扩散法通过向键合晶圆插入一定厚度的薄刀片，以在键合晶圆界面产生裂纹，使用裂纹测量装置，如，红外成像(IR)仪测定裂纹长度，再结合公式计算出键合界面的键合能，该键合能即表征了键合晶圆键的键合强度的量化值。

图2示出了相关技术中测量装置的俯视(这里，俯视可以理解为当可以带动键合晶圆转动的承载台放置在水平面，从承载台的顶部向地面方向看过去的方向)示意图。相关技术中，如图2所示，在键合晶圆进行键合强度的量测时，键合晶圆通过静电吸附的方式固定在带有八个固定槽口的承载台上，通过转动承载台带动晶圆转动，以实现该八个固定点位的键合强度的测试。具体地，相关技术中，键合晶圆与八个固定槽口的相对位置固定，承载台上仅八个槽口处存在缺口，因此刀片仅能够从八个槽口处插入进行测量；同时，相关技术中仅利用静电吸附的作用固定键合晶圆，而在刀片插入键合晶圆的键合界面时，对键合晶圆水平方向的作用较大，此时键合晶圆存在固定失稳的风险。也就是说，利用相关技术中的测量装置在测量键合晶圆键合强度时，存在测量位置受限，键合晶圆固定不够牢固的问题。

为了解决上述问题，本实用新型实施例在对键合晶圆的键合强度进行测量的过程中，键合晶圆通过随承载台转动更换与限位子装置侧面的槽口对准的位置，从而更换该键合晶圆的待测试位置，由于晶圆随承载台的转动不受限，因此，本实用新型实施例提供的测量装置可以实现对键合晶圆上任意位置处的键合强度的测量。同时，在刀片插入键合晶圆的键合界面的过程中，利用限位子装置对所述键合晶圆进行限位，使得在刀片插入的作用力作用键合晶圆时，仍能保证键合晶圆的固定牢固。

图3示出了本实用新型实施例测量装置的结构组成图，本实用新型实施例的测量装置300包括：承载台301、限位子装置302、插刀子装置303；其中，

键合晶圆设置在所述承载台301上；所述承载台301转动时，能够带动所述键合晶圆转动；

所述限位子装置302的侧面设置有一槽口；其中，

通过转动所述承载台301更换所述键合晶圆的待测试位置；所述承载台301不转动时，所述限位子装置302对所述键合晶圆进行限位，所述插刀子装置303的刀片穿过所述槽口插入所述键合晶圆的键合界面中，以产生裂纹，产生的裂纹用于测量所述键合晶圆待测试位置处的键合强度；所述承载台301转动时，所述限位子装置302撤销对所述键合晶圆的限位。

这里，所述承载台301可以360°转动，并且可以带动键合晶圆一起360°转动。实际应用中，承载台301的上表面可以根据晶圆规格设置为圆形；承载台301可以设置在水平地面的机架上，并通过机架中的动力部件提供的动力来实现绕穿过圆形上表面(这里，上表面为远离水平地面的表面)圆心且与圆形上表面垂直的轴线进行360°转动。键合晶圆可以通过静电吸附的方式固定在所述承载台301的上表面上。

实际应用时，所述承载台301材质为质地坚硬的材质，如陶瓷、合金等。

实际应用中，所述插刀子装置303设置在所述承载台的一侧，用于向承载台301上的键合晶圆的键合界面处插入刀片。

在一实施例中，所述插刀子装置303包括刀片、刀片支撑部件及推进部件；其中，

所述刀片放置在所述刀片支撑部件上；

在一实施例中，放置在所述刀片支撑部件上的刀片与所述键合晶圆的键合界面位于同一平面。

实际应用中，所述刀片支撑部件可以设置在水平地面上。刀片支撑部件上可以设置有一刀片固定位，用来固定刀片，在刀片固定位固定刀片时，刀片的刀刃与键合晶圆的键合界面对齐。也就是说，本实用新型实施例的测量装置300在设计之初就将插刀子装置303与承载台301之间的位置关系设置好了。图4示出了本实用新型实施例中一种测量装置300的俯视(这里，俯视可以理解为当承载台301放置在水平面时，从承载台301的顶部向地面方向看过去的方向)示意图。插刀子装置303与承载台301之间的位置关系可具体参考图4所示。

实际应用中，所述推进部件可以通过电动、手动或其它的方式推动刀片，但需要保证刀片插入到键合晶圆的键合界面中的速度和力度比较固定，以使得在后续测量得到的数据更加准确。实际应用中，所述推进部件可以包括丝杆。

本实用新型实施例中，将相关技术中的带有八个固定槽口的承载台进行了功能拆分，改进为具有限位功能的限位子装置302(仅在插刀子装置303执行插刀测量时，进行水平方向的限位；其它时候不进行限位)及具有转动功能的承载台301，并且该限位子装置302设置有对准插刀子装置303的固定单槽口，键合晶圆吸附在承载台301上，键合晶圆通过承载台301的转动实现角度转动，以更换键合晶圆对准该固定单槽口的位置，从而实现测试位置的更换。这样，在进行键合晶圆键合强度测试时，可以实现任意测量点的测试，当某一测试点测试不通过时，可以直接在该测试点附件进行复测。同时，由于限位部件在插刀子装置303执行插刀测量时进一步补充水平方向的限位作用，使得键合晶圆的固定更加牢固。

下面重点介绍本实用新型实施例中的限位子装置302。

在一实施例中，所述限位子装置302包括：限位部件和驱动部件；其中，

通过所述限位部件对所述键合晶圆进行水平方向的限位；

所述驱动部件，用于在所述承载台301不转动时，使所述限位部件收紧，以实现所述限位部件对所述键合晶圆的限位；

所述驱动部件，还用于在所述承载台301转动时，使所述限位部件扩开，以实现所述限位部件撤销对所述键合晶圆的限位。

实际应用中，所述限位子装置302至少包括两种状态，其中，一种状态为：收紧状态；另一种状态为：扩开状态。

在所述收紧状态时，承载台301不转动，同时，插刀子装置303的刀片穿过限位部件上的槽口插入到键合晶圆的键合界面中进行键合强度的测量，此时，通过所述限位部件对所述键合晶圆进行水平方向的限位，以补充单纯通过静电吸附固定键合晶圆时固定力的不足。图5a示出了本实用新型实施例中一种测量装置300的左视(这里，左视可以理解为当承载台301放置在水平面，且插刀子装置303至于所述从承载台301的一侧时，从承载台301的另一侧的向插刀子装置303看过去的方向)示意图。在限位子装置302处于收紧状态时，限位部件与键合晶圆之间的位置关系可具体参考图5a所示。

在所述扩开状态时，承载台301转动，同时，键合晶圆随承载台301转动。在键合晶圆转动一定角度后，停下时键合晶圆对准限位部件上的槽口位置即为键合晶圆将进行键合强度测试的位置。图5b示出了本实用新型实施例中一种测量装置300的左视(这里，左视可以理解为当承载台301放置在水平面，且插刀子装置303至于所述从承载台301的一侧时，从承载台301的另一侧的向插刀子装置303看过去的方向)示意图。在限位子装置302处于扩开状态时，限位部件与键合晶圆之间的位置关系可具体参考图5b所示。

实际应用时，驱动部件(图5a、图5b中未示出驱动部件)可以设置在水平地面的机架上，通过驱动部件提供的动力来实现限定部件的收紧和扩开。具体地，限位部件包括第一本体3021和第二本体3022，通过使第一本体3021和第二本体3022向键合晶圆的方向合拢，以形成环绕所述键合晶圆的结构(如图4及5a所示)，从而实现限定部件的收紧；通过使第一本体3021和第二本体3022向背离键合晶圆的方向分离，以使第一本体3021和第二本体3022分离(如图5b所示)，从而实现限定部件的扩开。

基于此，在一实施例中，所述限位部件包括第一本体3021和第二本体3022；所述限位部件收紧时，所述第一本体3021和所述第二本体3022形成环绕所述键合晶圆的结构；或者，所述限位部件扩开时，所述第一本体3021和所述第二本体3022分离。

实际应用时，为了实现更好的收紧效果，所述第一本体3021和/或所述第二本体3022的纵截面的形状可以包括L形；所述第一本体3021和/或所述第二本体3022的橫截面的形状可以包括弧形。

在一实施例中，所述第一本体3021和/或所述第二本体3022的纵截面的形状包括L形；所述第一本体3021和/或所述第二本体3022的橫截面的形状包括弧形。

实际应用时，第一本体3021和/或第二本体3022的纵截面的形状还可以包括I形。实际应用时，所述第一本体3021和/或第二本体3022内侧应设置为光滑、无毛刺的表面，以避免对键合晶圆边缘造成损伤。

实际应用时，为了保证限位部件对键合晶圆的作用力的均匀性，第一本体3021和第二本体3022沿所述刀片插入方向对称。

基于此，在一实施例中，所述限位部件收紧时，所述第一本体3021和所述第二本体3022沿所述刀片插入方向对称。

需要说明的是，所述限位部件收紧时，槽口的尺寸应该大于刀片的尺寸，以便于刀片的插入。

实际应用时，所述第一本体3021和/或所述第二本体3022材质为质地坚硬、抗剪切力较好的材质，如陶瓷等。

本实用新型实施例中测量键合晶圆键合强度的方法包括前述的裂纹传播扩散法。在利用插刀子装置303对键合晶圆的键合界面进行插刀处理后，在键合界面中会产生裂纹，实际应用中，为了得到键合强度的具体值还需要将裂纹长度进行进一步量化。

在一实施例中，所述测量装置300还包括：裂纹检测子装置，用于检测所述产生的裂纹的长度，以对所述键合晶圆待测试位置处的键合强度进行测量。

实际应用中，这里的裂纹检测子装置包括红外成像仪。裂纹传播扩散法通过向键合晶圆的键合界面中插入一定厚度的薄刀片，以在键合晶圆界面产生裂纹，使用裂纹检测子装置测定裂纹长度，再结合公式计算出键合界面的键合能，该键合能即表征了键合晶圆键的键合强度的量化值。

实际应用中，为了对键合晶圆的键合强度进行统一度量，一般采用一定厚度的刀片。

基于此，在一实施例中，所述刀片的厚度满足预设条件。

实际应用时，这里的预设条件是指在利用本实用新型实施的测量装置进行键合晶圆键合强度的测试时，采用的刀片的厚度为一固定值。

实际应用时，在一实施例中，可以利用式(1)计算公式得到键合晶圆键合界面的键合能。

其中，E为上、下两块晶圆的杨氏模量，T为两块键合晶圆的厚度，H为刀片的厚度，L为裂纹长度。

这里，利用本实用新型实施例提供的测量装置300实现了对键合晶圆键合强度的测量。

需要说明的是：“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

另外，本实用新型实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种测量装置，其特征在于，包括：承载台、限位子装置、插刀子装置；其中，

所述限位子装置的侧面设置有一槽口；其中，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限位子装置包括：限位部件和驱动部件；其中，

通过所述限位部件对所述键合晶圆进行水平方向的限位；

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述限位部件包括第一本体和第二本体；所述限位部件收紧时，所述第一本体和所述第二本体形成环绕所述键合晶圆的结构；或者，所述限位部件扩开时，所述第一本体和所述第二本体分离。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一本体和/或所述第二本体的纵截面的形状包括L形；所述第一本体和/或所述第二本体的橫截面的形状包括弧形。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述限位部件收紧时，所述第一本体和所述第二本体沿所述刀片插入方向对称。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一本体和/或所述第二本体的材质包括陶瓷。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述插刀子装置包括刀片、刀片支撑部件及推进部件；其中，

所述刀片放置在所述刀片支撑部件上；

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，放置在所述刀片支撑部件上的刀片与所述键合晶圆的键合界面位于同一平面。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述刀片的厚度满足预设条件。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：裂纹检测子装置，用于检测所述产生的裂纹的长度，以对所述键合晶圆待测试位置处的键合强度进行测量。