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CN113990768A - 一种键合设备的晶圆传送位置监控方法 - Google Patents

一种键合设备的晶圆传送位置监控方法 Download PDF

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CN113990768A
CN113990768A CN202111266558.0A CN202111266558A CN113990768A CN 113990768 A CN113990768 A CN 113990768A CN 202111266558 A CN202111266558 A CN 202111266558A CN 113990768 A CN113990768 A CN 113990768A
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CN
China
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wafer
oxide layer
bonding
wafers
bonded
Prior art date
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Pending
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CN202111266558.0A
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English (en)
Inventor
张立
赖朝荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Original Assignee
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by Shanghai Huali Microelectronics Corp filed Critical Shanghai Huali Microelectronics Corp
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    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

本发明提供一种键合设备的晶圆传送位置监控方法，包括：提供两片晶圆；对其中一片晶圆的边缘进行修边处理，以在该片晶圆的边沿向内形成预定宽度的环形凹槽；在该片晶圆的环形凹槽所在表面生长氧化层且不覆盖环形凹槽；对氧化层进行化学机械研磨减薄及表面平整化处理；对减薄及表面平整化的氧化层进行表面清洗；在键合设备上将该片晶圆与另一片晶圆通过经清洗后的氧化层进行键合形成键合晶圆；对键合晶圆进行退火处理；对退火后的键合晶圆进行超声波扫描显微镜检测，通过键合晶圆的夹槽宽度是否相同，判断键合设备上传送的两片晶圆的相对位置是否发生偏移，以对键合设备的晶圆传送位置进行监控。本发明能够对键合设备的晶圆传送位置进行监控。

Description

一种键合设备的晶圆传送位置监控方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造工艺领域，特别涉及一种键合设备的晶圆传送位置监控方法。
背景技术
晶圆键合(Wafer Bonding)技术主要应用于微机电系统(MEMS)，图像传感器(CIS)，存储器等集成电路制造工艺，是整个工艺流程中的关键工艺之一。键合技术对晶圆制造中后续光刻工艺的图形对准有重要影响，也决定了整个晶圆的良率。键合设备中晶圆的对准精度要求较高，而晶圆的初始传送位置起到至关重要的作用。初始位置对键合过程中的晶圆形变及键合后图形的扭曲度(Distortion)都有较大影响。当前键合设备主要靠维护时进行传送位置校准，没有对晶圆传送位置进行有效监控的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种键合设备的晶圆传送位置监控方法，以解决键合设备的晶圆传送位置没有监控的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种键合设备的晶圆传送位置监控方法，包括：
提供两片晶圆；
对其中一片晶圆的边缘进行修边处理，以在该片晶圆的边沿向内形成预定宽度的环形凹槽；
在该片晶圆的环形凹槽所在表面生长氧化层且不覆盖环形凹槽；
对氧化层进行化学机械研磨减薄及表面平整化处理；
对减薄及表面平整化的氧化层进行表面清洗；
在键合设备上将该片晶圆与另一片晶圆通过经清洗后的氧化层进行键合形成键合晶圆；
对键合晶圆进行退火处理；
对退火后的键合晶圆进行超声波扫描显微镜检测，通过键合晶圆的夹槽宽度是否相同，判断键合设备上传送的两片晶圆的相对位置是否发生偏移，以对键合设备的晶圆传送位置进行监控。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，当键合晶圆的夹槽宽度均相同时，判定键合设备上传送的两片晶圆的相对位置未发生偏移，确定键合之前两片晶圆的传送位置已对准。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，当键合晶圆的夹槽宽度不相同时，判定键合设备上传送的两片晶圆的位置已发生偏移，确定键合之前两片晶圆的传送位置未对准。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，所述键合晶圆的夹槽至少在某一方向的两侧宽度不相同时，确定夹槽宽度较大的所在侧为偏移方向。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，所述夹槽是指键合晶圆中形成有环形凹槽的晶圆的环形凹槽的内边线与另一片晶圆的外轮廓边沿之间的距离。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，对减薄及表面平整化的氧化层通过湿法工艺进行表面清洗。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，所述晶圆的环形凹槽深度为100μm至200μm，宽度为1000μm至2000μm。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，通过化学气相沉积设备在晶圆上不覆盖环形凹槽生长氧化层。
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，在晶圆上生长氧化层的厚度为
Figure BDA0003327154500000021
至
Figure BDA0003327154500000022
进一步地，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，减薄及表面平整化的氧化层的厚度为
Figure BDA0003327154500000023
至
Figure BDA0003327154500000024
与现有技术相比，本发明提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，通过在两片晶圆中的一片晶圆上设置环形凹槽，并生长氧化层之后，与另一片晶圆通过氧化层键合形成键合晶圆，通过超声波扫描显微镜检测后，对键合晶圆的夹槽宽度进行测量，通过键合晶圆的夹槽宽度是否相同，判断键合设备上传送的两片晶圆的相对位置是否发生偏移，以实现对键合设备的晶圆传送位置进行监控。该监控数据可用于后续晶圆键合的提供校准参考依据，以对键合设备进行校准指导而调整传送位置，保证后续晶圆键合前晶圆的传送位置能够对准，提高了键合设备的稳定性，提升产品工艺稳定性及良率。其中监控数据是指不同方向的夹槽宽度。
附图说明
图1是第二片晶圆的侧视结构示意图；
图2是第一片晶圆的侧视结构示意图；
图3是对第一片晶圆进行修边形成环形凹槽的侧视结构示意图；
图4是对第一片晶圆进行修边形成环形凹槽的俯视结构示意图；
图5是在第一片晶圆上生成氧化层的侧视结构示意图；
图6是对第一片晶圆上生成氧化层进行减薄及表面平整化的侧视结构示意图；
图7是两片晶圆键合形成键合晶圆的侧视结构示意图；
图8至图9是对键合晶圆进行超声波扫描显微镜检测的俯视结构示意图；
图中所示：
100、键合晶圆；
110、第一片晶圆，111、环形凹槽；
120、第二片晶圆；
130、氧化层；
140、夹槽；
W1、左侧宽度；
W2、右侧宽度。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的金属线的挖孔结构及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例提供一种键合设备的晶圆传送位置监控方法，可以包括：
步骤S1，请参考图1至图2，提供两片晶圆，设定两片晶圆为第一片晶圆110和第二片晶圆120。
步骤S2，请参考图3至图4，对其中一片晶圆的边缘进行修边处理，以在该片晶圆的边沿向内形成预定宽度的环形凹槽111；本步骤S2中是在第一片晶圆110上设置环形凹槽111，在第二片晶圆120上不设置环形凹槽；作为变形，也可以在第二片晶圆120设置环形凹槽，在第一片晶圆110上不设置环形凹槽。其中第一片晶圆110上的环形凹槽111深度可以为100μm至200μm，宽度可以为1000μm至2000μm。环形凹槽111的深度和宽度参数可以根据需要进行适当调整。
步骤S3，请参考图5，在第一片晶圆110的环形凹槽111所在表面生长氧化层130且不覆盖环形凹槽111。也就是说，第一片晶圆110具有两个表面，一个是平坦的表面，一个是设置有环形凹槽111的表面，氧化层130生成在具有环形凹槽111的表面。在第一片晶圆110上生长氧化层130的厚度可以为
Figure BDA0003327154500000041
至
Figure BDA0003327154500000042
步骤S4，请参考图6，对氧化层130进行化学机械研磨减薄及表面平整化处理；减薄及表面平整化的氧化层130的厚度可以为
Figure BDA0003327154500000043
至
Figure BDA0003327154500000044
其中生成氧化层130的厚度为
Figure BDA0003327154500000045
至
Figure BDA0003327154500000046
是为了能够保证减薄及表面平整化的氧化层130的厚度满足需求，以提高键合质量。
步骤S5，对减薄及表面平整化的氧化层130进行表面清洗；可以通过湿法工艺等清洗工艺进行表面清洗。
步骤S6，请参考图7，在键合设备上将该片晶圆(第一片晶圆110)与另一片晶圆(第二片晶圆120)通过经清洗后的氧化层130进行键合形成键合晶圆100。
步骤S7，对键合晶圆100进行退火处理。
步骤S8，请参考图8至图9，对退火后的键合晶圆100进行超声波扫描显微镜(CSAM)检测，通过键合晶圆100的夹槽140宽度是否相同，判断键合设备上传送的两片晶圆的相对位置是否发生偏移，以对键合设备的晶圆传送位置进行监控。在满足条件的前提下，也可以通过其它显微镜对退火后的键合晶圆100进行扫描检测。
请参考图9，当键合晶圆100的夹槽140宽度均相同时，判定键合设备上传送的两片晶圆的相对位置未发生偏移，确定键合之前两片晶圆的传送位置已对准。以水平方向为例，夹槽140左侧宽度W1与夹槽140右侧宽度W2相同，即监控到键合设备的晶圆传送位置已对准。此时第一片晶圆110与第二片晶圆120完全重合，即两片晶圆外轮廓边沿完全重合，环形凹槽111与夹槽140重合，即环形凹槽111的宽度与夹槽140的宽度相同。其中夹槽140是指键合晶圆100中形成有环形凹槽111的晶圆的环形凹槽111的内边线与另一片晶圆的外轮廓边沿之间的距离。其中夹槽宽度相同包括在误差范围之内或者预定范围之内。
请参考图8，当键合晶圆100的夹槽140宽度不相同时，判定键合设备上传送的两片晶圆的位置已发生偏移，确定键合之前两片晶圆的传送位置未对准。
请参考图9，为了确定偏移方向，本发明实施例提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，所述键合晶圆100的夹槽140至少在某一方向的两侧宽度不相同时，确定夹槽140宽度较大的所在侧为偏移方向。以水平方向为例，夹槽140左侧宽度W1小于夹槽140右侧宽度W2，则键合晶圆的两片晶圆的传送位置发生偏移，未对准。即第二片晶圆120在水平方向上相对于第一片晶圆110向右偏移，从相对角度来说，第一片晶圆110在水平方向上相对于第二片晶圆120向左偏移。图9中仅示例了一个方向，实际偏移可能包括多个方向。为了便于监控晶圆传送位置的偏移方向，可以同时在水平方向和垂直方向进行监控，即比对键合晶圆100在水平方向上两侧的夹槽140宽度以及比对键合晶圆100垂直方向上两侧的夹槽140宽度，以通过上下左右四个方向的夹槽140宽度数据对后续键合晶圆的传送位置进行校准。
请参考图5，本发明实施例提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，可以通过化学气相沉积(CVD)设备在晶圆上不覆盖环形凹槽111生长氧化层130。
本发明实施例提供的键合设备的晶圆传送位置监控方法，通过在两片晶圆中的一片晶圆上设置环形凹槽111，并生长氧化层130之后，与另一片晶圆通过氧化层130键合形成键合晶圆100，通过超声波扫描显微镜检测后，对键合晶圆100的夹槽140宽度进行测量，通过键合晶圆100的夹槽140宽度是否相同，判断键合设备上传送的两片晶圆的相对位置是否发生偏移，以实现对键合设备的晶圆传送位置进行监控。该监控数据可用于后续晶圆键合的提供校准参考依据，以对键合设备进行校准指导而调整传送位置，保证后续晶圆键合前晶圆的传送位置能够对准，提高了键合设备的稳定性，提升产品工艺稳定性及良率。其中监控数据是指不同方向的夹槽140宽度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，包括：
提供两片晶圆；
对其中一片晶圆的边缘进行修边处理，以在该片晶圆的边沿向内形成预定宽度的环形凹槽；
在该片晶圆的环形凹槽所在表面生长氧化层且不覆盖环形凹槽；
对氧化层进行化学机械研磨减薄及表面平整化处理；
对减薄及表面平整化的氧化层进行表面清洗；
在键合设备上将该片晶圆与另一片晶圆通过经清洗后的氧化层进行键合形成键合晶圆；
对键合晶圆进行退火处理；
对退火后的键合晶圆进行超声波扫描显微镜检测，通过键合晶圆的夹槽宽度是否相同，判断键合设备上传送的两片晶圆的相对位置是否发生偏移，以对键合设备的晶圆传送位置进行监控。
2.如权利要求1所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，当键合晶圆的夹槽宽度均相同时，判定键合设备上传送的两片晶圆的相对位置未发生偏移，确定键合之前两片晶圆的传送位置已对准。
3.如权利要求1所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，当键合晶圆的夹槽宽度不相同时，判定键合设备上传送的两片晶圆的位置已发生偏移，确定键合之前两片晶圆的传送位置未对准。
4.如权利要求3所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，所述键合晶圆的夹槽至少在某一方向的两侧宽度不相同时，确定夹槽宽度较大的所在侧为偏移方向。
5.如权利要求1所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，所述夹槽是指键合晶圆中形成有环形凹槽的晶圆的环形凹槽的内边线与另一片晶圆的外轮廓边沿之间的距离。
6.如权利要求1所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，对减薄及表面平整化的氧化层通过湿法工艺进行表面清洗。
7.如权利要求1所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，所述晶圆的环形凹槽深度为100μm至200μm，宽度为1000μm至2000μm。
8.如权利要求1所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，通过化学气相沉积设备在晶圆上不覆盖环形凹槽生长氧化层。
9.如权利要求1所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，在晶圆上生长氧化层的厚度为
Figure FDA0003327154490000021
至
Figure FDA0003327154490000022
10.如权利要求9所述的键合设备的晶圆传送位置监控方法，其特征在于，减薄及表面平整化的氧化层的厚度为
Figure FDA0003327154490000023
至
Figure FDA0003327154490000024
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