本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試方法及系統(tǒng)。

背景技術：

三維芯片(3D-IC)技術中，比如制備BSI、UTS等產(chǎn)品的工藝中，需要將兩片晶圓進行鍵合，而晶圓的鍵合程度對整個制程及最終產(chǎn)品性能都影響巨大，因而需要在鍵合工序之后對鍵合程度進行評估。現(xiàn)有技術通常采用插入刀片的方法對整個晶圓邊緣處的鍵合程度進行評估，具體為：在經(jīng)修邊(trimming)處理的晶圓邊緣(edge)插入一個已知厚度的薄刀片，根據(jù)紅外光源照射后形成的干涉條紋情況，再結合公式計算出插入刀片處的表面能，藉此對晶圓邊緣的鍵合情況進行量化評估。由于刀片只能插入經(jīng)修邊的晶圓邊緣有縫隙的圓周，因而這種方法只能對晶圓極其靠近邊沿的區(qū)域，通常為距邊沿數(shù)μm的范圍進行鍵合程度的評估，而無法對晶圓中心(center)以及靠近中心處的其他大部分區(qū)域的鍵合程度進行評估。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試方法及系統(tǒng)，解決了以上技術問題。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下：一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試方法，包括如下步驟：

步驟1，在鍵合完成的晶圓上選取需要進行鍵合程度測試的待測試區(qū)域；

步驟2，通過芯片封裝工序中的芯片切割方法將所述待測試區(qū)域從整片晶圓上截取下來；

步驟3，在截取下來的晶圓試樣邊緣的兩片晶圓接合處形成細縫；

步驟4，在所述細縫處插入已知厚度的刀片，并采用紅外光源照射所述細縫處形成干涉條紋，根據(jù)干涉條紋計算所述待測試區(qū)域的鍵合程度。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種可普遍應用于三維芯片產(chǎn)品的晶圓鍵合程度測試方法，通過借助芯片封測工序中的晶圓切割工藝對晶圓的待測試區(qū)域進行切割，從而實現(xiàn)對晶圓任意位置的鍵合程度進行測試，不僅打破了傳統(tǒng)方法中只能測試晶圓極邊緣位置表面能的局限，測試方法簡單、適用范圍廣，而且無需引入新的工序，不會降低鍵合程度測試的效率。

在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。

進一步，所述步驟2中，采用激光或者鋸刃的方式將所述待測試區(qū)域從整片晶圓上截取下來。

采用上述進一步方案的有益效果是：現(xiàn)有技術中，可以采用自動微裂片系統(tǒng)(SELA)或金剛筆劃刻后截取的方式，將待檢測區(qū)域從整片晶圓上截取下來，但是這種方式晶圓會沿著硅的特定晶面解理開來，兩片接合晶圓會在斷口處造成因沿解理面斷開而引起的額外開裂，這種額外開裂會對原本關注的晶圓鍵合問題造成很大的干擾，以致無法判斷是晶圓本身未鍵合良好還或是截取時沿解理面裂開所造成的。而本進一步技術方案采用激光或者鋸刃等芯片切割方法將待檢測區(qū)域從晶圓上截取下來，這種截取方式對晶圓的裂解面損傷性低，既可以避免因一般截取方式在裂解面裂開帶來的額外影響，又可以方便地實現(xiàn)對晶圓上任意位置的截取，從而保證了鍵合程度效率的同時，提高了鍵合程度檢測的準確性。

進一步，所述步驟3中，采用氫氟酸處理截取下來的晶圓試樣，并采用刻蝕的方法在處理后的晶圓試樣邊緣的兩片晶圓接合處形成細縫。

采用上述進一步方案的有益效果是：現(xiàn)有技術中，由于刀片只能插入經(jīng)修邊的晶圓邊緣有縫隙的圓周，因此只能對整片晶圓邊緣處有縫隙處進行鍵合程度測試。而本進一步技術方案，通過刻蝕的方式，可以簡單地在截取的晶圓試樣邊緣的兩片晶圓接合處形成細縫，從而插入刀片進行鍵合程度測試，實現(xiàn)過程簡單且適用范圍廣泛。同時，本進一步技術方案在刻蝕前采用氫氟酸對晶圓試樣進行處理，可以清除晶圓試樣表面的氧化膜，從而提高后續(xù)步驟中采用插入刀片法測得的鍵合程度的準確性。

進一步，步驟1中，所述待測試區(qū)域位于整片晶圓的邊緣位置或中心位置。

采用上述進一步方案的有益效果是：本進一步技術方案中，沒有對待檢測區(qū)域的位置進行限定，不僅可以檢測整片晶圓的邊緣位置，還可以檢測整片晶圓的中心位置，或者靠近中心的位置，打破了傳統(tǒng)方法中只能測試晶圓極邊緣位置表面能的局限，測試方法簡單、適用范圍廣。

進一步，步驟4具體為：

S401，分別測量所述晶圓試樣中兩片晶圓的厚度；

S402，將已知厚度的刀片勻速插入到所述細縫中，并在細縫中形成裂紋；

S403，當彈性能和表面能平衡時，采用紅外光源照射所述細縫處形成干涉條紋，通過對所述干涉條紋進行測量獲取所述細縫處裂紋的長度值；

S404，根據(jù)所述兩片晶圓的厚度、刀片的厚度以及所述裂紋的長度值，計算所述待測試區(qū)域的表面能。

進一步，所述刀片的厚度為80～100μm。

進一步，步驟S402中，插入刀片的速度為5～10cm/s，在細縫中形成裂紋的持續(xù)時間為1～500us以及空氣濕度為50～60％。

采用上述進一步方案的有益效果是：本進一步技術方案中，采用刀片插入法測量晶圓鍵合處的表面能，通過表面能表示晶圓的鍵合程度。在刀片插入法的實際應用過程中，刀片的厚度、插入刀片的速度、在細縫中形成裂紋的持續(xù)時間以及空氣濕度都會對檢測結果造成極大影響。比如刀片太厚了難以插入到細縫中；刀片的插入速度和形成裂紋的持續(xù)時間會影響裂紋的長度值；空氣濕度會影響裂紋表面吸附的水分子，從而明顯改變表面能測量值。因此在采用刀片插入法測量晶圓鍵合程度時，需要對上述參數(shù)進行限定，才能保證計算得到的表面能結果是準確的，從而有效對晶圓的鍵合程度進行評估。

為了解決本發(fā)明的技術問題，還提供了一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試系統(tǒng)，包括測試區(qū)域選擇模塊、切割模塊、刻蝕模塊和測量模塊，

所述測試區(qū)域選擇模塊用于在鍵合完成的晶圓上選取需要進行鍵合程度測試的待測試區(qū)域；

所述切割模塊用于通過芯片封裝工序中的芯片切割方法將所述待測試區(qū)域從整片晶圓上截取下來；

所述刻蝕模塊用于在截取下來的晶圓試樣邊緣的兩片晶圓接合處形成細縫；

所述測量模塊用于在所述細縫處插入已知厚度的刀片，采用紅外光源照射所述細縫處并形成干涉條紋，根據(jù)干涉條紋計算所述待測試區(qū)域的鍵合程度。

進一步，所述測量模塊包括：

檢測單元，用于測量所述晶圓試樣中兩片晶圓的厚度；

刀片插入單元，用于將已知厚度的刀片勻速插入到所述細縫中，并在細縫中形成裂紋；

紅外照射單元，用于當彈性能和表面能平衡時，采用紅外光源照射所述細縫處形成干涉條紋；

裂紋長度獲取單元，用于通過對所述干涉條紋進行測量獲取所述細縫處裂紋的長度值；

計算單元，用于根據(jù)所述兩片晶圓的厚度、刀片的厚度以及所述裂紋的長度值，計算所述待測試區(qū)域的表面能。

附圖說明

圖1為實施例1一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試方法的流程示意圖；

圖2為實施例2一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

圖1為實施例1一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試方法的流程示意圖，包括以下步驟：

步驟1，在鍵合完成的晶圓上選取需要進行鍵合程度測試的待測試區(qū)域，待測試區(qū)域可以位于晶圓的任何位置，比如晶圓邊緣、晶圓中心或者靠近晶圓中心的區(qū)域。

步驟2，通過芯片封裝工序中的芯片切割方法將所述待測試區(qū)域從整片晶圓上截取下來。本實施例中，采用激光的方法將待測試區(qū)域從整片晶圓上截取下來，在其他實施例中，還可以采用鋸刃的方式，這兩種方式對晶圓的裂解面損傷性低，既可以避免因一般截取方式在裂解面裂開帶來的額外影響，又可以方便地實現(xiàn)對晶圓上任意位置的截取，從而保證了鍵合程度效率的同時，提高了鍵合程度檢測的準確性。

步驟3，采用氫氟酸處理截取下來的晶圓試樣，并采用刻蝕的方法在處理后的晶圓試樣邊緣的兩片晶圓接合處形成細縫。通過刻蝕的方式，可以簡單地在截取的晶圓試樣邊緣的兩片晶圓接合處形成細縫，從而插入刀片進行鍵合程度測試，實現(xiàn)過程簡單且適用范圍廣泛。同時，本步驟在刻蝕前采用氫氟酸對晶圓試樣進行處理，可以清除晶圓試樣表面的氧化膜，從而提高后續(xù)步驟中采用插入刀片法測得的鍵合程度的準確性。

步驟4，在所述細縫處插入已知厚度的刀片，采用紅外光源照射所述細縫處并形成干涉條紋，根據(jù)干涉條紋計算所述待測試區(qū)域的鍵合程度。在具體實施例中，可以通過計算待測試區(qū)域的表面能來評估鍵合程度。本實施例中，通過計算表面能來評估鍵合程度，具體包括以下步驟：

S401，分別測量所述晶圓試樣中兩片晶圓的厚度；

S402，將已知厚度的刀片勻速插入到所述細縫中，并在細縫中形成裂紋；

S403，當彈性能和表面能平衡時，采用紅外光源照射所述細縫處并形成干涉條紋，通過對所述干涉條紋進行測量獲取所述細縫處裂紋的長度值；

S404，根據(jù)所述兩片晶圓的厚度、刀片的厚度以及所述裂紋的長度值，計算所述待測試區(qū)域的表面能。由于表面能的計算公式在現(xiàn)有技術中有記載，本實施例對此不展開詳細論述。

本實施例中，所述刀片的厚度為90μm，插入刀片的速度為8cm/s，在細縫中形成裂紋的持續(xù)時間為200us，以及空氣濕度為53％。在其他實施例中，插入刀片的速度為6cm/s，在細縫中形成裂紋的持續(xù)時間為360us以及空氣濕度為60％。在刀片插入法的實際應用過程中，刀片的厚度、插入刀片的速度、在細縫中形成裂紋的持續(xù)時間以及空氣濕度都會對檢測結果造成極大影響。比如刀片太厚了難以插入到細縫中；刀片的插入速度和形成裂紋的持續(xù)時間會影響裂紋的長度值；空氣濕度會影響裂紋表面吸附的水分子，從而明顯改變表面能測量值。因此在采用刀片插入法測量晶圓鍵合程度時，需要對上述參數(shù)進行如上限定，才能保證計算得到的表面能結果是準確的，從而有效對晶圓的鍵合程度進行評估。

同時，采用紅外光源照射所述晶圓試樣，并在晶圓試樣另一側采用CCD進行拍攝，如果晶圓試樣的鍵合界面處存在未鍵合區(qū)域，就會使光線出現(xiàn)兩次反射而形成相干光，經(jīng)CCD拍攝，在圖片上會出現(xiàn)干涉條紋。如果未鍵合區(qū)域面積較大且間隙高度不大，則會出現(xiàn)很多較大的干涉條紋。如果未鍵合區(qū)域很小，則紅外圖片上將出現(xiàn)較小的牛頓環(huán)；當鍵合界面處間隙較大時，紅外光幾乎無法透過，在圖片上的對應位置將只能出現(xiàn)黑色圖案。因此，根據(jù)紅外透射圖像，就可以成功檢測到鍵合晶片的缺陷狀態(tài)及分布等。

圖2為實施例2一種晶圓產(chǎn)品上任意位置的鍵合程度測試系統(tǒng)的結構示意圖，包括測試區(qū)域選擇模塊、切割模塊、刻蝕模塊和測量模塊，

所述測試區(qū)域選擇模塊用于在鍵合完成的晶圓上選取需要進行鍵合程度測試的待測試區(qū)域；

所述切割模塊用于通過芯片封裝工序中的芯片切割方法將所述待測試區(qū)域從整片晶圓上截取下來；

所述刻蝕模塊用于在截取下來的晶圓試樣邊緣的兩片晶圓接合處形成細縫；

所述測量模塊用于在所述細縫處插入已知厚度的刀片，采用紅外光源照射所述細縫處并形成干涉條紋，根據(jù)干涉條紋計算所述待測試區(qū)域的鍵合程度。

本實施例中，所述測量模塊包括：檢測單元，用于測量所述晶圓試樣中兩片晶圓的厚度；刀片插入單元，用于將已知厚度的刀片勻速插入到所述細縫中，并在細縫中形成裂紋；紅外照射單元，用于當彈性能和表面能平衡時，采用紅外光源照射所述細縫處形成干涉條紋；裂紋長度獲取單元，用于通過對所述干涉條紋進行測量獲取所述細縫處裂紋的長度值；計算單元，用于根據(jù)所述兩片晶圓的厚度、刀片的厚度以及所述裂紋的長度值，計算所述待測試區(qū)域的表面能，通過表面能衡量晶圓的鍵合程度。

本發(fā)明提供了一種可普遍應用于三維芯片產(chǎn)品的晶圓鍵合程度測試方法及系統(tǒng)，通過借助芯片封測工序中的晶圓切割工藝對晶圓的待測試區(qū)域進行切割，從而實現(xiàn)對晶圓任意位置的鍵合程度進行測試，不僅打破了傳統(tǒng)方法中只能測試晶圓極邊緣位置表面能的局限，測試方法簡單、適用范圍廣，而且無需引入新的工序，不會降低鍵合程度測試的效率。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。