用于晶圆到晶圆键合的设备和方法技术

一种方法包括：获得第一晶圆键合配方和晶圆键合工艺模型，该模型包括指示要键合到第二晶圆的第一晶圆的物理参数的输入并且被配置成基于该第一晶圆的物理参数来输出晶圆键合配方；获得该第一晶圆的测量结果以获得该第一晶圆的物理参数；该模型根据该第一晶圆的物理参数生成该第一晶圆键合配方；以及根据该第一晶圆键合配方将该第一晶圆键合到该第二晶圆以产生第一键合后晶圆。以产生第一键合后晶圆。以产生第一键合后晶圆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于晶圆到晶圆键合的设备和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求以下非临时申请的优先权：2020年7月9日提交的名称为“Apparatus and Methods for Wafer Bonding[用于晶圆键合的设备和方法]”的美国专利申请序列号16/924,847，该专利申请通过援引以其全文并入本文。


[0003]本专利技术总体上涉及衬底加工，并且在具体实施例中，涉及用于晶圆到晶圆键合的设备和方法。

技术介绍

[0004]晶圆到晶圆键合是一种封装技术，用于生产微机电系统(MEMS)、纳机电系统(NEMS)、微电子器件和光电子器件。熔融键合(通常也称为直接键合)是一种晶圆到晶圆键合工艺，不需要任何额外的中间层。在熔融键合中，将两个晶圆(例如，顶部晶圆和底部晶圆)放在一起，当晶圆的表面开始接触时，两个晶圆开始键合，形成键合后晶圆。在升高的温度下对键合后晶圆进行退火会增加两个晶圆之间的键合强度并形成熔融键合晶圆。
[0005]图1A展示了使用传统熔融键合工艺来键合两个晶圆的晶圆到晶圆键合工艺100的一部分。在熔融键合中，顶部晶圆105和底部晶圆110键合形成键合后晶圆115。熔融键合还包括对键合后晶圆进行退火以加强两个晶圆之间的键合，这在图1A中未示出。
[0006]晶圆到晶圆键合的质量可能取决于多种因素，这些因素可以分为两个不同的类别：晶圆特性和工艺条件。晶圆特性的示例包括晶圆平整度、晶圆光滑度、晶圆清洁度、晶圆材料等，而工艺条件的示例包括键合温度、执行晶圆到晶圆键合的键合室中的环境条件、施加的力等。
[0007]图1B展示了键合后晶圆115的侧视图。如图1B所示，顶部晶圆105和底部晶圆110很好地键合在一起并且在两个晶圆之间存在光滑的界面。图1C展示了键合后晶圆130的侧视图，突出显示了两个晶圆之间的较差键合。如图1C所示，顶部晶圆105具有凹形轮廓，这导致当顶部晶圆105和底部晶圆110键合时形成间隙135。

技术实现思路

[0008]根据本专利技术的实施例，提供了一种方法。该方法包括：获得第一晶圆键合配方和晶圆键合工艺模型，该模型包括指示要键合到第二晶圆的第一晶圆的物理参数的输入并且被配置成基于该第一晶圆的物理参数来输出晶圆键合配方；获得该第一晶圆的测量结果以获得该第一晶圆的物理参数；该模型根据该第一晶圆的物理参数生成该第一晶圆键合配方；以及根据该第一晶圆键合配方将该第一晶圆键合到该第二晶圆以产生第一键合后晶圆。
[0009]根据另一实施例，提供了一种方法。该方法包括：获得晶圆键合工艺模型，该模型包括指示第一键合后晶圆的物理参数的输入并且被配置为基于该第一键合后晶圆的物理参数来输出晶圆键合配方；根据晶圆键合配方将第一晶圆键合到第二晶圆，以形成该第一
键合后晶圆；获得该第一键合后晶圆的测量结果以获得该第一键合后晶圆的物理参数；该模型根据该第一键合后晶圆的物理参数生成该第一晶圆键合配方；以及根据该第一晶圆键合配方将第三晶圆键合到第四晶圆，以形成第二键合后晶圆。
[0010]根据本专利技术的又一实施例，提供了一种加工系统。该加工系统包括：非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质包括指令，所述指令在被执行时使计算装置的处理器按照半导体晶圆制作工艺来执行操作，所述指令包括：获得第一晶圆键合配方和晶圆键合工艺模型，该模型包括指示要键合到第二晶圆的第一晶圆的物理参数的输入并且被配置成基于该第一晶圆的物理参数来输出晶圆键合配方；获得该第一晶圆的测量结果以获得该第一晶圆的物理参数；该模型根据该第一晶圆的物理参数生成该第一晶圆键合配方；以及根据该第一晶圆键合配方将该第一晶圆键合到该第二晶圆以产生第一键合后晶圆。
附图说明
[0011]为了更完整地理解本专利技术和其优点，现在将参考以下结合附图给出的描述，在这些附图中：
[0012]图1A展示了使用传统熔融键合工艺键合两个晶圆的晶圆到晶圆键合工艺的一部分；
[0013]图1B至图1C展示了键合后晶圆的侧视图；
[0014]图2展示了传统的晶圆熔融键合工艺；
[0015]图3展示了根据本文呈现的示例实施例的利用晶圆计量数据来调整晶圆键合配方的晶圆键合系统；
[0016]图4展示了根据本文呈现的示例实施例的示例晶圆加工工具；
[0017]图5展示了根据本文呈现的示例实施例的具有示例反馈操作的晶圆熔融键合工艺；
[0018]图6展示了根据本文呈现的示例实施例的具有第一示例前馈操作的晶圆熔融键合工艺；
[0019]图7展示了根据本文呈现的示例实施例的具有第二示例前馈操作的晶圆熔融键合工艺；
[0020]图8展示了根据本文呈现的示例实施例的在具有晶圆键合配方的前馈优化的晶圆键合工艺中发生的示例操作的流程图；
[0021]图9A展示了根据本文呈现的示例实施例的使用半经验建模增强的有限元建模(FEM)技术创建晶圆键合工艺模型的第一示例过程的流程图；
[0022]图9B展示了根据本文呈现的示例实施例的使用半经验建模和校准增强的FEM技术来创建晶圆键合工艺模型的第二示例过程的流程图；
[0023]图10展示了根据本文呈现的示例实施例的在使用指纹识别函数创建晶圆键合工艺模型时发生的示例操作的流程图；
[0024]图11展示了根据本文呈现的示例实施例的在具有对于晶圆键合配方的前馈优化的晶圆键合配方生成中发生的操作的流程图；
[0025]图12展示了根据本文呈现的示例实施例的在具有晶圆键合配方的反馈优化的晶
圆键合工艺中发生的示例操作的流程图；
[0026]图13展示了根据本文呈现的示例实施例的使用反馈数据创建晶圆键合工艺模型的示例过程的流程图；以及
[0027]图14展示了根据本文呈现的示例实施例的在具有对于晶圆键合配方的反馈优化的晶圆键合配方生成中发生的操作的流程图。
[0028]除非另外指示，否则不同图中的对应的数字和符号通常指代对应的部分。绘制图是为了清楚地展示实施例的相关方面，而这些图不一定按比例绘制。图中绘制的特征的边缘不一定指示特征的范围的终止。
具体实施方式
[0029]下文详细讨论各种实施例的制造和使用。然而，应当理解，本文描述的各种实施例可应用于各种各样的具体情况下。所讨论的具体实施例仅是制造和使用各种实施例的具体方式的说明，并且不应在有限的范围内解释。
[0030]如本文所述的各种技术涉及使用晶圆计量数据来动态控制晶圆键合配方以控制键合后晶圆变形的晶圆熔融键合。作为示例，晶圆计量数据被提供给晶圆键合工艺模型以确定晶圆键合工艺的工艺条件，该工艺条件被预测为产生满足键合后变形阈值的键合后晶圆，然后可以对晶圆的实际键合来应用该工艺条件。换句话说，使用晶圆计量数据来调整晶圆键合配方，以产生满足键合后变形阈值的键合后晶圆。
[0031]图2展示了传统的晶圆熔融键合工艺200。如图2所示，晶圆加工工具205使用过程记录(POR)晶圆键合配方将第一顶部晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：获得第一晶圆键合配方和晶圆键合工艺模型，该模型包括指示要键合到第二晶圆的第一晶圆的物理参数的输入并且被配置成至少部分地基于该第一晶圆的物理参数来输出晶圆键合配方；获得该第一晶圆的测量结果以获得该第一晶圆的物理参数；该模型至少部分地基于该第一晶圆的物理参数来生成该第一晶圆键合配方；以及根据该第一晶圆键合配方将该第一晶圆键合到该第二晶圆以产生第一键合后晶圆。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：对该第一键合后晶圆进行退火以产生熔融键合晶圆。3.如权利要求1所述的方法，其中，该第一晶圆的物理参数包括该第一晶圆的平面外变形。4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：得到该晶圆键合工艺模型，其包括：获得第三晶圆和第四晶圆的测量结果，以获得该第三晶圆的物理参数和该第四晶圆的物理参数；根据工艺条件来模拟该第三晶圆和该第四晶圆的晶圆键合，以估计模拟的键合后晶圆的物理参数；以及根据该第三晶圆的物理参数、该第四晶圆的物理参数、这些工艺条件和所估计的该模拟的键合后晶圆的物理参数来创建该晶圆键合工艺模型。5.如权利要求4所述的方法，其中，创建该晶圆键合工艺模型包括：比较该第三晶圆的物理参数、该第四晶圆的物理参数、这些工艺条件以及所估计的该模拟的键合后晶圆的物理参数；以及根据该比较来确定该晶圆键合工艺模型。6.如权利要求5所述的方法，其中，生成该第一晶圆键合配方包括：该模型根据该第一晶圆的物理参数来估计该第一键合后晶圆的键合后变形；调整该第一晶圆键合配方的工艺条件，以优化所估计的该第一键合后晶圆的键合后变形；以及根据调整后的工艺条件生成该第一晶圆键合配方。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：获得该第二晶圆的测量结果以获得该第二晶圆的物理参数，其中，进一步基于该第二晶圆的物理参数生成该第一晶圆键合配方。8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：根据该第一晶圆键合配方将第三晶圆键合到第四晶圆以产生第二键合后晶圆。9.如权利要求8所述的方法，其中，该第一晶圆和该第三晶圆是第一晶圆批次的一部分，并且该第二晶圆和该第四晶圆是第二晶圆批次的一部分，并且其中，该第一晶圆批次和该第二晶圆批次在半导体制造过程流中一起加工。10.一种方法，包括：获得晶圆键合工艺模型，该模型包括指示第一键合后晶圆的物理参数的输入并且被配置为基于该第一键合后晶圆的物理参数来输出晶圆键合配方；根据晶圆键合配方将第一晶圆键合到第二晶圆，以形成该第一键合后晶圆；获得该第一键合后晶圆的测量结果以获得该第一键合后晶圆的物理参数；
该模型根据该第一键合后晶圆的物理参数生成该第一晶圆键合配方；以及根据该第一晶圆键合配方将第三晶圆键合到第四晶圆，以形成第二键合后晶圆。11.如权利要求10所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳森，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：