[发明专利]用于晶圆键合对准补偿的方法和系统

说明书

公开了一种用于晶圆键合对准补偿的方法。该方法包括：键合包括位于第一对晶圆上的多个键合对准标记对的第一对晶圆；基于对至少两个键合对准标记对的测量来第一次分析第一对晶圆之间的平移不对准和旋转不对准；基于第一次分析来控制晶圆位置调整模块以补偿在键合第二对晶圆期间的平移不对准和旋转不对准；基于对多个键合对准标记对的测量来第二次分析第一对晶圆之间的平均跳动不对准；以及基于第二次分析来控制晶圆变形调整模块以补偿在键合第三对晶圆期间的跳动不对准。

技术领域

本公开总体上涉及半导体技术领域，并且更具体地，涉及用于晶圆键合对准补偿的方法和系统。

背景技术

通过改进工艺技术、电路设计、程序设计算法和制作工艺能够将半导体芯片集成到更复杂的功能中，并且缩放至更小的尺寸。在以建立具有改进的功能的更加紧凑并且复杂的系统为目标的多层微/纳机电系统(MEMS/NEMS)和三维集成电路(3D IC)集成的发展中已经认识到晶圆键合技术的重要性。这使得半导体器件能够被单独制作并且之后键合到一起，这提供了更多的设计自由度，并且允许制作更加先进的半导体系统。

但是，随着线宽的特征尺寸接近下限，并且机电系统缩小到纳米范围，所以缺少用于实现针对亚微米精度的键合对准的有效技术已变成了关键性障碍。需要更准确的键合对准来实现更高的器件集成。

发明内容

本文公开了用于晶圆键合对准补偿的方法和系统的实施例。

公开了一种用于晶圆键合对准补偿的方法。该方法包括：键合包括位于第一对晶圆上的多个键合对准标记对的第一对晶圆，其中每个晶圆具有来自多个键合对准标记对中的每一个的对应的键合对准标记；基于对至少两个键合对准标记对的测量来第一次分析第一对晶圆之间的平移不对准和旋转不对准；基于第一次分析来控制晶圆位置调整模块以补偿在键合第二对晶圆期间的平移不对准和旋转不对准；基于对多个键合对准标记对的测量来第二次分析第一对晶圆之间的平均跳动不对准(run-out misalignment)；以及基于第二次分析来控制晶圆变形调整模块以补偿在键合第三对晶圆期间的跳动不对准。

在一些实施例中，该方法还包括：确定平移不对准和旋转不对准是否在允许误差范围内；以及响应于确定平移不对准和旋转不对准在允许误差范围之外，控制晶圆位置调整模块，以补偿在键合第二对晶圆期间的平移不对准和旋转不对准。

在一些实施例中，该方法还包括：确定跳动不对准是否在允许误差范围内；以及响应于确定跳动不对准在允许误差范围之外，控制晶圆变形调整模块，以补偿在键合第三对晶圆期间的跳动不对准。

在一些实施例中，第一对晶圆包括底部晶圆和顶部晶圆；并且每个键合对准标记对包括底部晶圆上的底部键合对准标记和顶部晶圆上的顶部键合对准标记。

在一些实施例中，第一次分析第一对晶圆之间的平移不对准和旋转不对准包括：计算第一方向上的第一键合对准标记对之间的第一不对准；计算第二方向上的第一键合对准标记对之间的第二不对准；以及计算第二方向上的第二键合对准标记对之间的第三不对准。

在一些实施例中，计算第一方向上的第一键合对准标记对之间的第一不对准包括：确定第一方向上的顶部晶圆的中心与底部晶圆的中心之间的第一距离；确定第一键合对准标记对的底部键合对准标记与底部晶圆的中心之间的第二距离；确定第一方向与第一键合对准标记对的底部键合对准标记和底部晶圆的中心的连接线之间的角度；以及基于第一距离、第二距离和角度来计算第一方向上的第一键合对准标记对之间的第一不对准。

在一些实施例中，计算第二方向上的第一键合对准标记对之间的第二不对准包括：确定第二方向上的顶部晶圆的中心与底部晶圆的中心之间的第一距离；确定第一键合对准标记对的底部键合对准标记与底部晶圆的中心之间的第二距离；确定第一方向与第一键合对准标记对的底部键合对准标记和底部晶圆的中心的连接线之间的角度；以及基于第一距离、第二距离和角度来计算第二方向上的第一键合对准标记对之间的第二不对准。