晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法包括：提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。本发明专利技术的技术方案使得在减薄工艺之后快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。

Bubble defect detection method and system in wafer bonding process

The invention provides a bubble defect detection method of wafer bonding process, a system and a semiconductor device manufacturing method. The bubble defect detection method of the wafer bonding process includes: providing an upper wafer and a lower wafer, the upper wafer and the lower wafer are bonded to form a wafer bonding structure; thinning the upper wafer and / or the lower wafer; and, selecting A suitable wavelength of detection light is used to penetrate the thinned upper wafer and / or the lower wafer, and a detection lens with appropriate magnification and / or depth of field is selected to detect whether there is bubble defect in the bonding interface of the wafer bonding structure, wherein the imaging focal plane of the detection lens under the detection light is covered by the bonding interface of the wafer bonding structure. The technical scheme of the invention can quickly and accurately detect the bubble defect on the bonding interface of the wafer bonding structure after the thinning process, so as to avoid causing the abnormality of the batch products, and further improve the product yield.

【技术实现步骤摘要】
晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统
本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法。
技术介绍
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。然而，在晶圆键合工艺中，由于表面残留颗粒或者在晶圆键合时产生的气体不能及时释放，从而会在键合界面形成大量的大小不一的气泡缺陷。气泡缺陷会导致气泡所在区域以及气泡附近区域的产量损失；并且，气泡在后续的任一制程中都可能发生破裂，而气泡的破裂又会增加其它缺陷，例如在减薄工艺中对晶圆进行研磨时，气泡破裂产生的残渣会导致晶圆表面刮伤，或者，键合且减薄后的晶圆在继续形成膜层结构时，在沉积工艺中的高温作用下气泡破裂产生的残渣会污染机台，从而导致机台中的批量的晶圆表面受到污染，进而导致键合晶圆的批量异常，再或者，在曝光工艺中造成气泡缺陷所在的区域不能准确对焦曝光或者导致其它正常区域散焦。另外，当检测到具有气泡缺陷的键合晶圆后，为了避免对其它正常的键合晶圆产生影响，需要停机清洁保养和/或更换零部件，这样就导致耗费大量的成本。因此，就需要在晶圆键合工艺之后，对键合晶圆进行检测，将键合界面处的气泡缺陷超出规格的键合晶圆挑出来另做处理。目前，主要采用C-SAM(超声波检测)机台的超声波检测技术来检测键合晶圆中的气泡，超声波在固体与气体的交界面具有强反射性，收集键合界面的反射信号可以分辨出气泡缺陷。但是，超声波检测技术的检测速率很慢，一般检测一片键合晶圆需要约10min，无法用于批量的检测，仅能进行抽检或者研发阶段的检测，仍然会产生气泡破裂而导致的键合晶圆的批量异常；并且，超声波检测技术仅适用于减薄工艺之前，因为减薄工艺之后的键合晶圆的上表面距离键合界面太近，超声波无法分辨出键合晶圆的上表面和键合界面处的反射信号，导致没法检测出气泡。因此，有必要提出一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法，以快速准确地检测出气泡缺陷，进而提高键合晶圆的良率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法及系统和半导体器件的制造方法，使得在减薄工艺之后快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，包括：提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。可选的，所述上层晶圆和所述下层晶圆键合包括：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，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面。可选的，所述上层晶圆和/或下层晶圆减薄后的厚度为1μm～30μm。可选的，检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷的步骤包括：将检测机台上的所述检测镜头对焦在减薄后的所述上层晶圆和/或所述下层晶圆的表面或接近表面；在所述检测机台上多次更换不同波长的光源和不同倍率的镜头，以选出合适波长的检测光以及合适倍率和/或景深的检测镜头，并使得所述检测镜头在所述检测光下对焦之后能够检测到其视场范围内的所述键合界面上的气泡缺陷；以及，通过所述检测机台移动所述检测镜头，以对整个所述晶圆键合结构的键合界面的所有区域进行检测，以获得所述键合界面上的气泡缺陷分布情况。可选的，按照波长依次增大的方法多次更换不同波长的光源，以使得更换的光源的光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆的能力逐渐增大；和/或，按照倍率依次减小的方法多次更换不同倍率的镜头或者多次调整倍率可变的镜头的倍率，以使得更换的镜头的景深和/或视场逐渐增大或者使得调整后的所述倍率可变的镜头的景深和/或视场逐渐增大。可选的，所述检测光为可见光或红外光。可选的，所述检测光为可见光，所述检测镜头的倍率为1倍～20倍。本专利技术还提供了一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，用于对一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷进行检测，所述晶圆键合结构包括键合在一起的上层晶圆和下层晶圆，且所述上层晶圆和/或下层晶圆为经过减薄处理后的晶圆，所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统包括：检测机台，设置在所述检测机台上的至少两个波长不同的光源，以及，设置在所述检测机台上的至少两个倍率和/或景深不同的镜头或至少一个倍率和/或景深可调的镜头；所有的所述光源中的至少一个光源能够提供合适波长的检测光，以穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆；所有的所述镜头中的至少一个镜头能够作为具有合适倍率和/或景深的检测镜头，以检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述合适波长的检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。可选的，所有的所述光源均为可见光光源或红外光光源；所述检测机台上设置有光源更换机构和镜头更换机构；所述光源更换机构用于将不同波长的光源分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一光源来提供所述合适波长的检测光；所述镜头更换机构用于对一所述镜头的倍率、景深和视场中的至少一个光学参数进行调整，以使得所述镜头能作为所述检测镜头，或者，所述镜头更换机构用于将具有不同倍率、景深和视场的镜头分别移动至所述晶圆键合结构上方，以选出一镜头作为所述检测镜头。本专利技术还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：采用本专利技术提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法或者采用本专利技术提供的所述晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，检测一晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷；以及，根据对所述气泡缺陷的检测结果，将所述气泡缺陷超出规格的所述晶圆键合结构筛选出来，并进行去除所述气泡缺陷的处理。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：1、本专利技术的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，通过在对晶圆键合结构中的上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理之后，选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，且所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面，使得能够快速且准确地检测到晶圆键合结构的键合界面上的气泡缺陷，避免导致批量产品异常，进而提升产品良率。2、本专利技术的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测系统，通过采用设置在检测机台上的至少两个波长不同的光源中的至少一个光源提供合适波长的检测光，以及，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，包括：/n提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；/n对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，/n选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，包括：
提供上层晶圆和下层晶圆，所述上层晶圆和下层晶圆键合形成晶圆键合结构；
对所述上层晶圆和/或下层晶圆进行减薄处理；以及，
选用合适波长的检测光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆，并通过选用具有合适倍率和/或景深的检测镜头来检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷，其中，所述检测镜头在所述检测光下的成像焦平面覆盖在所述晶圆键合结构的键合界面。


2.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，所述上层晶圆和所述下层晶圆键合包括：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，所述上层晶圆的正面与所述上层晶圆的背面为相对的面。


3.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，所述上层晶圆和/或下层晶圆减薄后的厚度为1μm～30μm。


4.如权利要求1所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，检测所述晶圆键合结构的键合界面是否存在气泡缺陷的步骤包括：
将检测机台上的所述检测镜头对焦在减薄后的所述上层晶圆和/或所述下层晶圆的表面或接近表面；
在所述检测机台上多次更换不同波长的光源和不同倍率的镜头，以选出合适波长的检测光以及合适倍率和/或景深的检测镜头，并使得所述检测镜头在所述检测光下对焦之后能够检测到其视场范围内的所述键合界面上的气泡缺陷；以及，
通过所述检测机台移动所述检测镜头，以对整个所述晶圆键合结构的键合界面的所有区域进行检测，以获得所述键合界面上的气泡缺陷分布情况。


5.如权利要求4所述的晶圆键合工艺的气泡缺陷检测方法，其特征在于，按照波长依次增大的方法多次更换不同波长的光源，以使得更换的光源的光穿透减薄后的所述上层晶圆和/或下层晶圆的能力逐渐增大；和/或，按照倍率依次减小的方法多次更换不同倍率的镜头或者多次调整倍率可变的镜头的倍率，以使得更换的镜头的景深和/或视场逐渐增大或者使得调整后的所述倍率可变的镜头的景深和/或视场逐渐增大。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺艳波，张兴平，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42