[发明专利]一种基于莫尔条纹的晶圆键合对准系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于莫尔条纹的晶圆键合对准系统及方法，该系统包括：光路装置、数据处理装置和控制装置；光路装置包括光源组件、上光路组件和下光路组件；上光路组件和下光路组件均包括反光镜、透射式光栅、透镜和光电接收器；上光路组件用于和下晶圆构建上光路以获取第一莫尔条纹；下光路组件用于和上晶圆构建下光路以获取第二莫尔条纹；光电接收器用于将光信号转换为电信号；数据处理装置用于确定下晶圆的位置和上晶圆的位置；控制装置对上晶圆和下晶圆的位置进行调整以对准上晶圆和下晶圆。本发明通过莫尔条纹的放大作用来提升晶圆键合对准精度，还可分辨晶圆间的旋转错位，也不要求晶圆材料透明，可实现全材料晶圆的纳米级高精度对准。

技术领域

本发明涉及半导体制造检测技术领域，具体涉及一种基于莫尔条纹的晶圆键合对准系统及方法。

背景技术

在集成电路技术领域，三维集成技术能够在垂直方向上堆叠芯片或器件单元，提升了器件容量，极大地缩短了互连长度，降低了信号延迟与寄生电容，并在立体方向上提高了芯片的功能密度。键合是多层芯片堆叠的关键技术，其中晶圆键合的精确对准至关重要，可为集成电路提供良好的电信号传输通道，并为芯片的稳定和可靠服役提供支持。

现有技术中，利用一个成像系统同时采集上下两个晶圆表面上的对准标记的匹配图像，获得对准位置误差信息，从而实现晶圆键合对准。这种方法需要至少有一个晶圆是可见光透明或红外光透明材料或者一侧晶圆镂空，以实现对另一侧晶圆对准技术的观察，同时对于两个晶圆之间的晶圆间距敏感。广泛应用的晶圆键合系统中，多数以对准标记的相对位置校准作为对准方式，对准标记通常采用“十字-十字”或“十字-方框”的图案，这种对准方式直观、操作简单，通过光学系统直接获取对准标记即可实现两侧晶圆的对准。但是采用这些标记的对准系统，其精度受对准系统光学结构的分辨率、景深限制以及受对准标记制造工艺等限制，同时从对准标记图像的特征上难以精确分辨晶圆间的旋转错位。因而，采用这些传统对准标记的对准方法其对准精度通常被限制在0.2-3μm，难以满足超细间距高密度晶圆堆叠过程中的键合对准要求。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于莫尔条纹的晶圆键合对准系统及方法。

本发明第一方面提供了一种基于莫尔条纹的晶圆键合对准系统，其包括：光路装置、数据处理装置和控制装置；

所述光路装置包括光源组件、上光路组件和下光路组件；所述上光路组件和所述下光路组件的光器件均包括反光镜、透射式光栅、透镜和光电接收器；所述上光路组件用于和下晶圆构建上光路，所述上光路用于获取第一莫尔条纹；所述下光路组件用于和上晶圆构建下光路，所述下光路用于获取第二莫尔条纹；所述上晶圆和所述下晶圆均包括反射式光栅且所述反射式光栅嵌于晶圆键合面；所述上光路和所述下光路分时工作；

在所述上光路中以及在所述下光路中，来自所述光源组件的光线的传播路径均为：所述光线以设定角度入射到所述反光镜，且经所述反光镜反光后以所述设定角度入射到所述反射式光栅，且经所述反射式光栅反射后以所述设定角度入射到所述透射式光栅并得到莫尔条纹，所述莫尔条纹经所述透镜折射后垂直进入所述光电接收器；所述光电接收器用于将光信号转换为电信号并提供给所述数据处理装置；

所述数据处理装置与所述光电接收器相连，所述数据处理装置用于根据所述第一莫尔条纹的所述电信号确定所述下晶圆的第一位置，以及用于根据所述第二莫尔条纹的所述电信号确定所述上晶圆的第二位置；

所述控制装置与所述数据处理装置相连，所述控制装置用于将所述上晶圆载入并与所述下光路组件构建所述下光路，以及用于将所述下晶圆载入并与所述上光路组件构建所述上光路；所述控制装置还用于根据所述第一位置和所述第二位置对所述下晶圆和所述上晶圆的位置进行调整以对准所述下晶圆和所述上晶圆。

进一步地，

所述光源组件包括激光光源和棱镜；所述棱镜用于将所述激光光源发射的光束分为上偏振光和下偏振光以提供给所述上光路和所述下光路；