用於估算多層晶片的非均勻變形的系統和方法

2023-12-06 09:22:16 1

專利名稱：用於估算多層晶片的非均勻變形的系統和方法
技術領域：
本發明涉及通過將由初始襯底形成的至少一層轉移到最終襯底上來製造多層半導體晶片或襯底的製造領域，所述被轉移層與初始襯底的一部分對應。被轉移層還可以包括元件或多個微元件的全部或部分。
背景技術：
本發明涉及在通過分子附著力將層鍵合至襯底時所出現的非均勻變形問題，更確切地講，涉及將該層從被稱為「施主襯底」的初始襯底上轉移至被稱為「接收襯底」的最終襯底。該變形已經在必須將微元件的一個或多個層轉移到最終支承襯底上的元件三維集成(3D集成)技術的情形中明顯地觀察到，但在電路的轉移或背光成像器件的製造情形中也觀察到該變形。尤其，由於被轉移層中一般具有尺寸非常小且數量很大的微元件，因此每一個被轉移層必須以很好的精確度布置在最終襯底上，以滿足與下面的層的非常嚴格的對準。此外，有必要對轉移之後的層執行處理，以便例如形成其它微元件、揭開表面上的微元件、形成互連件，等等。然而，申請人注意到，在該轉移之後出現以下情形，即很難或甚至不可能形成與轉移前所形成的微元件對準的另外微元件。該未對準現象參考圖IA至圖IE進行描述，圖中示出了三維結構的一個實施例，其包括將形成在初始襯底上的一層微元件轉移到最終襯底上和在鍵合之後的初始襯底的暴露面上形成另外的微元件層。 圖IA和圖IB不出了形成有第一系列微兀件11的初始襯底10。微兀件11依靠掩模通過光刻法來形成，所述掩模能夠對與待製造的微元件11對應的圖案的形成區域進行限定。如圖IC所示，然後使初始襯底10中包含微元件11的面與最終襯底20的面緊密接觸，從而形成複合結構25。初始襯底10與最終襯底20之間的鍵合通過分子附著力來實現。從而，在襯底10和20之間的鍵合界面上得到微元件11的掩埋層。在鍵合之後，如圖ID所示，使初始襯底10被薄化，以便移除微元件11層上的一部分材料。然後，得到由最終襯底20和與初始襯底10的其餘部分對應的層IOa形成的薄化複合結構30。如圖IE所示，三維結構製作過程中的下一步在於，在薄化初始襯底10的暴露表面的水平處形成第二層微元件12，或者在暴露表面上以與包含在層IOa中的元件對齊的方式執行補償工藝步驟(接觸、互連，等等)。為簡便起見，在本文的其餘部分中，術語「微元件」涉及由在層中或層上實現的工藝步驟所產生的器件或任何其它圖案，並且所述器件或任何其它圖案的定位必須精確控制。從而，可能出現有源或無源元件、接觸或互連的問題。從而，為了形成與掩埋微元件11對準的微元件12，使用與用於形成微元件11時類似的光刻掩模。文中，類似掩模意指設計成在加工處理期間聯合使用的掩模。諸如層IOa的被轉移層一般包括在微元件的水平上和在形成在工藝處理步驟(諸如為了光刻所執行的那些步驟)期間，專門由定位和對準工具使用的層的薄片的水平上的標記(或標識)。然而，即使使用定位工具，在一些微元件11和12之間仍出現偏移，諸如圖IE中所示的偏移 All、A 22, A 33, A 44 (分別與微元件對 111/121、112/122、113/123 和 114/124之間觀察到的偏移對應)。這些偏移不是可能起源於襯底的錯誤裝配的基本變形(平移、旋轉或平移和旋轉的組合)的結果。這些偏移在將初始襯底與最終襯底裝配時由來自初始襯底的層中所出現的非均勻變形而產生。這些變形在一些微元件11的水平 上引起局部的非均勻移動。此外，形成在轉移後襯底的暴露表面14b上的一些微元件12與這些微元件11之間具有可以為幾百納米或甚至一微米的量級的位置變化的特徵。兩層微元件11和12之間的所謂「重疊」或未對準現象可能是短路、堆中畸變或兩層微元件之間的連接錯誤的起因。因此，如果被轉移微元件是由像素形成的成像器並且後轉移處理步驟旨在在這些像素的每一個上形成濾色器，則在這些像素中的某些像素上觀察到著色功能丟失。從而，該未對準現象導致所生產的多層半導體晶片的質量和價值下降。因微元件小型化需求的不斷增加和每個層中微元件集成密度的不斷增加，該現象的影響變得越來越嚴重。目前通常用來確定多層晶片中是否存在明顯非均勻變形的方法在於，通過在那些微元件上或附近形成的標識(遊標等)的水平上執行位置的光學測量來確定多個微元件的定位。然而，只可以在薄化初始襯底之後並且在初始襯底10的暴露表面14b上執行補償工藝步驟之後進行這些定位測試。此外，如果在初始襯底被薄化之後在其中檢測到對準缺陷，則不可能校正這些缺陷。在該情形下，薄化初始襯底不可能被重複利用。在最終襯底中，如果定位測試在薄化複合結構中發現在可靠度和/或性能方面不可接受的未對準，則將丟棄最終襯底，這明顯增加了多層晶片的製造成本。此外，在專利文獻WO 2007/103566A2中描述了用於確定半導體晶片中未對準的技術。更確切地說，該技術旨在估算在光刻步驟期間易於出現在晶片中的未對準，這些未對準由晶片中產生的機械應力引起。實際上，該技術在於，在通過在襯底上的沉積而產生的層的一面上執行曲率測量。根據在層的不同點處所獲得的曲率數據，來相對於襯底確定該層的內部機械應力。當知道這些應力時，可以相對於襯底估算該層的「移動」。在光刻步驟之前或期間估算這些移動，尤其能夠確定如何補償或校正光刻參數以使未對準最小化。然而，該技術僅僅涉及在通過在襯底上沉積(或者可以通過離子注入、退火或腐蝕)來生成的整個層上產生的變形的估算。這些所謂的非均勻變形實際上是在沉積於襯底的整個層上所達到的機械平衡的結果。這類變形因使用尤其考慮到機械定律和有效厚度的模型而具有目前相對可預見性的特性(參見文獻WO 2007/103566A2中第5頁等式5)。文獻WO 2007/103566A2中描述的技術沒有設計成對由兩個晶片的鍵合所產生的非均勻變形進行估算，然而，特別是對於分子附著力式的鍵合，其機理目前仍不是很了解。申請人:注意到，由分子附著力產生的非均勻變形的特性是隨機的，在任何情形下與經典非均勻變形都很不相同。現時，還沒有模型能夠可靠地估算在通過分子附著力鍵合至襯底的層中所產生的非均勻變形的水平。因此，存在以下需求，即在加工多層結構的早期階段，以簡單且有效的方式估算在依靠分子附著力鍵合而產生的多層結構中的非均勻變形的水平。

發明內容
本發明的一個目的是提出能夠滿足上文所述的需求的方案。為此，本發明提出一種估算第一晶片中的非均勻變形的方法，所述第一晶片通過分子附著力鍵合至第二晶片，所述估算方法包括測定多個測量點的步驟，每一個所述測量點在局部上表示所述第一晶片的暴露表面的水平；對所述第一晶片中經過多個測量點的至少一個表面輪廓進行確定的步驟；
對所述第一晶片的表面輪廓進行處理以便由此確定被處理表面輪廓的特徵值的步驟；以及根據所述特徵值對所述第一晶片中的非均勻變形的水平進行估算的步驟。由於本發明的估算方法，可以估算緊隨在初始襯底在與最終襯底鍵合之後初始襯底中的非均勻變形水平。基於非均勻變形水平的估算，可以估計出現在初始襯底的隱埋表面與暴露表面之間的偏移。更具體而言，本發明的方法能夠估計在初始襯底的暴露表面上加工微元件時易於發生的未對準的水平。從而，可以在使初始襯底被薄化之前，簡單且有效地估算非均勻變形。本發明的估算方法沒必要以能夠通過厚度相對較小的剩餘初始襯底進行肉眼觀察的方式使微元件出現在初始襯底的暴露表面上，甚至掩埋在初始襯底中。從而，可以在三維結構的加工處理中的較遠上遊端執行非均勻變形水平的估算。本發明的估算方法優選在將初始襯底通過分子附著力鍵合至最終襯底之後立即執行。這避免，之後在初始襯底中檢測到額外的未對準時執行被證明是無用的且昂貴的額外技術步驟(薄化、生成微元件，等)。當在鍵合之後在初始襯底中檢測到額外的非均勻變形時，則可以將初始襯底與最終襯底分離並且嘗試通過分子附著力再次鍵合。從而，本發明的估算方法能夠在鍵合引起非均勻變形的情形下再次使用(重複利用)初始襯底。在第一特定實施例中，通過沿第一晶片的直徑布置的測量點來確定表面輪廓。該情形當然適用於第一晶片具有大致圓柱形形狀的情形。從而，可以記錄第一晶片的不同直徑上的測量點，以便獲取表示整個第一晶片的非均勻變形的數據。在該第一實施例中，特徵值優選為表面輪廓的二階導數。此外，估算方法的估算步驟可以包括以下測試中的至少一個第一測試，其確定所述二階導數是否具有至少一個符號變化；以及第二測試，其確定所述二階導數是否具有大於預定值的至少一個絕對值。這兩個測試中的每一個能夠在初始襯底通過分子附著力鍵合至最終襯底之後簡單且有效地估算初始襯底中的非均勻變形水平。在本發明的一個實例中，執行上述兩個測試中的僅僅一個。可選地，執行兩個測試以便估算第一晶片中的非均勻變形水平。在第二實施例中，通過沿中心與所述第一晶片的中心重合的圓周所布置的測量點來確定表面輪廓。在一個特定實施例中，估算方法包括執行以下步驟-對所述第一晶片的多個表面輪廓進行確定，-對所述多個表面輪廓中的每一個輪廓執行處理步驟，以由此確定被處理輪廓的特徵值，其中在所述估算步驟期間，根據所確定的所述特徵值的函數來確定所述非均勻變 形的水平。可選地，可以生成多個測量點記錄，該記錄彼此隔開並且沿相同的方向生成。通過這種方式，所有的測量點記錄沿第一方向彼此平行地生成。尤其可以設想以下情形，其中記錄彼此均勻地隔開並且按照相同的第一方向來定向。此外，仍然在本可選方案的背景下，可以生成多個額外記錄，其中每一個記錄的測量點沿相同的第二方向，該第二方向與上述第一方向不同。例如，測量點的記錄可以根據由平行於第一和第二方向的線所形成的網格來執行。該網格可以均勻，並且第一和第二方向可以選擇為垂直。此外，每一個記錄的測量點可以採用以下測量步驟來測量，該測量步驟根據第一晶片的至少一個圖案的尺寸來確定。在一個特定實施例中，測量步驟可以與所述第一晶片的圖案的尺寸的一半基本對應。在一種特定情形下，在初始襯底的暴露表面上的圖案為矩形形狀，測量步驟與該圖案的一側的一半基本對應。選擇適當的測量步驟，並且該步驟根據第一晶片的圖案的尺寸，其優點在於，其能夠不考慮第一晶片的暴露表面的水平中的任何無限小變量，這些小變量使相應表面輪廓的二階導數在非常小的範圍內發生符號變化。此外，可以通過聲學顯微術來執行多個測量點的記錄。本發明還涉及對包括通過分子附著力鍵合至第二晶片的第一晶片的至少一個結構進行選擇的方法，該選擇方法包括通過上述估算方法，對每一個結構的第一晶片中的非均勻變形進行估算的步驟；以及基於為每一個被估算結構所確定的特徵值來選擇一個或多個結構的步驟。由此，如果在估算步驟期間執行第一測試和第二測試，例如則在兩個測試都為否定的情形下才選擇該結構。本發明的選擇方法能夠保留包括多個多層結構的批次中的滿意結構，即非均勻變形水平可接受的結構，並且排除非均勻變形不可接受的結構。本發明還涉及用於估算第一晶片中的非均勻變形的裝置，第一晶片通過分子附著力鍵合至第二晶片，該估算裝置包括測量裝置，其用於測定多個測量點，每一個所述測量點在局部上表示所述第一晶片的暴露表面的水平；
計算裝置，其對第一晶片中經過多個測量點的至少一個表面輪廓進行確定，並且確定所述表面輪廓的特徵值；以及估算裝置，其根據所述特徵值對所述第一晶片中的非均勻變形水平進行估算。應該注意，參考本發明的估算方法和選擇方法的各個實施例所述的優點和所作的評述以類似的方式適用於本發明的估算裝置和選擇裝置的各個實施例。在一個特定實施例中，特徵值為表面輪廓的二階導數。在該實施例中，估算裝置可以構造成執行以下測試中的至少一個測試第一測試，其確定二階導數是否具有至少一個符號變化；以及第二測試，其確定二階導數是否具有大於預定值的至少一個絕對值。測量裝置可以構造成，使每一個記錄的測量點沿第一晶片的直徑進行測量。可選地，測量裝置構造成，生成多個測量點記錄，該記錄彼此隔開並且沿相同的方向生成。測量裝置還可以構造成，每一個記錄的測量點採用以下測量步驟來測量，該測量步驟根據第一晶片的至少一個圖案的尺寸來確定。在一個特定實施例中，測量步驟與第一晶片的圖案的尺寸的一半基本對應。此外，本發明的測量裝置可以包括聲學顯微鏡。


本發明的其它特徵和優點將在通過舉例所提供的且參考附圖所給出的本發明的特定實施例的以下描述中顯現，其中-圖IA至圖IE是示出現有技術中的三維結構的製作的簡圖；-圖2是包括鍵合至第二晶片的第一晶片的複合結構的半剖面的透視圖；-圖3以流程圖的方式示出了與本發明的一個特定實施例對應的估算方法和選擇方法的主要步驟；-圖4A、圖4B、圖4C和圖4D分別示出了將第一晶片鍵合至第二晶片的第一實例、與該第一實例對應的表面輪廓的曲線、與沿特定直徑的二階導數對應的曲線、以及表示沿特定半徑出現在第一晶片中的未對準的曲線的簡圖；-圖5A、圖5B、圖5C和圖分別示出了將第一晶片鍵合至第二晶片的第二實例、與該第二實例對應的表面輪廓的曲線、與沿特定直徑的二階導數對應的曲線、以及表示沿特定半徑出現在第一晶片中的未對準的曲線的簡圖；-圖6A、圖6B、圖6C和圖6D分別示出了將第一晶片鍵合至第二晶片的第三實例、與該第三實例對應的表面輪廓的曲線、與沿特定直徑的二階導數對應的曲線、以及表示沿特定半徑出現在第一晶片中的未對準的曲線的簡圖；-圖7以圖解的形式示出了用於測量表面輪廓的聲學顯微技術的實例；-圖8A示出了包括鍵合至第二晶片的第一晶片的複合結構的半剖面的透視圖；-圖8B示出了從上方觀察時圖8A中的結構。
具體實施例方式本發明提出了能夠估算第一晶片中的非均勻變形的水平的方案，其中對應於初始襯底的第一晶片通過分子附著力鍵合至對應於最終襯底的第二晶片。文中考慮如圖2所示的複合結構125的情形。在該實例中，複合結構125通過利用分子附著力將具有微元件111的第一晶片110於其鍵合表面114a處鍵合至第二晶片120以便將微元件111掩埋在鍵合界面的水平上來形成。在文中所述的實例中，用於形成複合結構125的晶片具有300_的直徑。然而，應該理解，本發明適用於其它晶片尺寸和/或形狀。下面參考圖3描述本發明一個實施例的估算方法的主要步驟(步驟EI至E3 )，該方法能夠估算圖2所示的複合結構125中的非均勻變形的水平。申請人:驚奇地發現，可以通過對第一晶片110的暴露表面114b上的起伏進行研究來獲取與第一晶片110中的非均勻變形有關的信息。
如此，首先執行步驟E1，即記錄多個測量點，每一個測量點局部地表示晶片110的暴露表面的水平。從而，所執行的每一個記錄與第一晶片110在特定方向上或沿特定曲線於特定長度內的表面輪廓。從而，文中表面輪廓意指，表示表面在特定方向上或特定曲線上於特定長度內的起伏(或水平)的輪廓。在該情形下，每一個測量點記錄局部地表不，第一晶片110的暴露表面114b關於與所述暴露表面114b垂直的軸Z的水平或起伏。該或每一個測量點記錄一般依靠機械或光學輪廓測定設備(例如，通過幹涉測量法)來執行。優選利用聲學顯微技術來產生記錄，該技術能夠有利地減小每一個記錄的測量時間。圖7以圖解的方式示出了能夠測量第一晶片110的暴露表面114b的輪廓的聲學顯微技術的實例。探測器147包括源148，該源148構造成按照複合結構125的方向發射入射聲波140。該聲波在第一晶片110中傳播，然後在第二晶片120中傳播，從而遇到三個連續的界面，即第一晶片110的暴露表面114b,然後第一晶片110的隱埋表面114a,最後第二晶片120的後面。聲波140在每一個界面處局部反射，每一次產生送回至探測器147的聲學傳感器150的回波。從而，依靠傳感器150來檢測由聲波142在第二晶片120的後面、隱埋表面114a和暴露表面114b處反射而分別產生的回波142、144和146的接收。然後，根據回波146到達探測器147所需的時間，可以確定晶片147與第一晶片110的暴露表面114b之間的距離。可選地，根據回波146與接收回波144之間的時間變化，可以在給定位置處測量第一晶片的厚度。從而，通過在複合結構125的前方移動探測器，可以生成與第一晶片110的暴露表面114b的輪廓對應的測量點記錄。在文中所述實例中，沿第一晶片110的直徑D記錄測量點。在第二實例中，沿中心與晶片110的中心重合且半徑小於晶片半徑的圓周(或圓弧)記錄測量點。然而，可以在任何方向上和/或任何距離上，執行一次以上的測量點記錄。此外，每一個記錄的方向和長度尤其可以根據預定情形(關注的工藝、所要求的可靠度水平、所使用的設備，等等)的約束和要求來進行選擇。接續上述第二實例，記錄由中心與晶片110的中心重合且半徑選為在晶片的表面上分布測量點的一系列同心圓組成。
然後，執行步驟E2，即確定晶片110的至少一個表面輪廓，每一個輪廓從步驟El中所產生的記錄的多個測量點經過。從而，表面輪廓可與步驟El中所產生的測量點記錄的部分或全部對應。如果在步驟El中產生了多個測量記錄，則在步驟E2中為每一個測量記錄確定測量輪廓。當步驟E2已經執行時，對步驟E2中所獲取的每一個表面輪廓執行處理(步驟E3)，以便推導出相應的特徵值。如下文詳述，該特徵值可以為不同類型。更確切地講，申請人已經確定，基於步驟E2中確定的表面輪廓的不同處理使表示晶片110中所出現的非均勻變形的水平的信息能夠被獲取。在本發明的第一實施例中，在步驟E3期間，根據沿晶片110的直徑D所獲取測量 點來計算二階導數。如此計算出的二階導數提供與表面輪廓沿該直徑的斜度變化有關的信肩、O申請人:驚奇地注意到，表面輪廓的二階導數提供以下信息，即表示在通過分子附著力鍵合至第二晶片120的第一晶片110中出現的非均勻變形的水平的信息。在本發明的第二實施例中，在處理步驟E3期間，對在步驟E2中確定的表面輪廓的展形進行確定，表面輪廓對應於圓周記錄。申請人驚奇地發現，與圓周記錄對應的表面輪廓的展形(通過標準偏差或者最大值與最小值之差來測量)還提供以下信息，即表示在通過分子附著力鍵合至第二晶片120的第一晶片110中出現的非均勻變形的水平的信息。然後，根據步驟E3中獲取的特徵值來執行第一晶片110的非均勻變形的水平的估算(步驟E4)。該估算能夠對在異質結構的加工後期易於出現的未對準進行估計，諸如參考圖IE所述。參考圖I的情形，例如，本發明能夠對利用與加工微元件11所用的類似的光刻掩模加工微元件12而得到的對準錯誤A 11、A 22、A 33和A 44的水平進行估計。為此，申請人已經找到了利用表面輪廓的特徵值(S卩，二階導數或展形)來估算晶片中的非均勻變形的幾種方法。首先，參考圖4A、圖5A和圖6A的實例，對能夠估算非均勻變形水平的表面輪廓的二階導數的使用實例(第一實施例)進行描述。在文中所考慮的所有實例中，第一晶片210、310和410在分別鍵合至第二晶片220,320和420之前具有輕微的凹形。為了清晰，圖4A、圖5A和圖6A中均故意放大了第一晶片210、310和410的彎曲。此外，在這些實例的每一個中，微元件(211、311和411)存在於第一晶片(210、310和410)的表面(214a、314a和414a)上。在圖4A和圖5A分別所示的第一和第二情形中，第一晶片210和310均放置在支承件S (俗稱卡盤)上並且在該支承件上為凹形。第一晶片210和310的彎曲朝遠離支承件S的方向，以使包含微元件211和311的表面214a和314a暴露。然後，將第二晶片220和320分別放置在第一晶片210和310的表面214a和314a上，以便進行鍵合。依靠施加工具(分別用231和331標識)在第二晶片220和320上的區域中(或點上)施加接觸力。在每一種情形中，由施加工具231和331產生的接觸力能夠在第一和第二晶片之間引起鍵合波。從而，第一晶片210和310通過分子附著力分別鍵合至第二晶片220和320。接著，在每一種情形中將微元件隱埋在第一和第二晶片之間的鍵合界面處。
在第一種情形中(圖4A)，將接觸力施加在第二晶片220的外圍邊緣。另一方面，在第二種情形中(圖5A)將接觸力施加在第二晶片320的中心。圖6A中的第三種情形與第一和第二種情形的不同在於，第二晶片420直接布置在支承件S上。然後，將第一晶片410放置在第二晶片420上，第一晶片410中包含微元件411的面414a朝向第二晶片420。然後，依靠施加工具431在第一晶片410的中心施加接觸力，以使鍵合波開始在第一晶片410和第二晶片420之間傳播。由此，在文中所考慮的三種情形中獲得包含通過分子附著力鍵合至第二晶片的第一晶片的複合結構(如圖2所述)。注意，在文中所述實例中，施加持續6秒的3. 7N接觸力，以啟動鍵合波。第一晶片210、310和410在分別與第二晶片220、320和420裝配之後，易於出現 非均勻變形。還應該注意，在圖4A、圖5A和圖6A所示的三種情形中，第二晶片220、320和420為平面形狀。然而，在每一種情形中第二晶片可以為非平面形狀，例如類似於或不同於與之裝配的第一晶片的凹形。當在以上所考慮的三種情形的每一種情形中已經實現通過分子附著力的鍵合時，接著對所獲得的每一個複合結構的第一晶片中的非均勻變形的水平進行估算。最初，生成在每一個複合結構的第一晶片的暴露表面上的多個測量點記錄(步驟E1)。在文中所述情形中，通過聲學顯微術記錄沿第一晶片210、310和410的特定直徑D的測量點。每一個測量點與相對於預定參考高度的第一晶片的暴露表面的高度Z對應，每一個高度與第一晶片表面上的給定位置有關。在文中所述實例中，每一個測量點的位置由沿關注的直徑D的位置X限定。可選地，每一個測量點同樣可以與一對坐標(X，Y)相關，所述一對坐標(X，Y)與第一晶片的暴露表面上的二維位置對應。此外，在文中所述的每一個實例中，生成測量點記錄的步驟El還包括生成表示通過這種方法所獲得的表面輪廓的曲線。另一方面，本發明方法的後續步驟可以在不必須生成該曲線的情形下進行。圖4B、圖5B和圖6B分別示出了在所考慮的三種情形下觀察到的表面輪廓232、332 和 432。研究表面輪廓232、332和432，發現在圖4A實例中高度變化達到約25 y m，在圖4B實例中達12iim，並且在圖4C實例中達30 ym。接著，執行步驟E2，即根據步驟El中獲得的表面輪廓來計算二階導數。如上所述，沒必要生成曲線232、332和432，因為每一個二階導數可以根據相應記錄的測量點來直接計算。在文中所考慮的每一個實例中，計算步驟E2還包括，生成表示通過這種方式所獲得的二階導數的曲線。曲線234、334和434分別與三個曲面輪廓232、332、和432的二階導數對應。
然而，可以在未生成二階導數的任何圖示的情形下估算非均勻變形的水平。可以限制針對每一個二階導數的值的計算和利用的過程。步驟E2中計算的二階導數能夠對所考慮的三種情形下第一晶片中的非均勻變形的水平進行估算(估算步驟E3)。申請人:注意到，表面輪廓的二階導數表示第一晶片的表面上的變形，並且通過觀察這些表面變形可以估算第一晶片中的非均勻變形的水平。例如，已經發現，在相同的表面輪廓中出現至少一個彎曲方向變化時，表明第一晶片中存在大的非均勻變形。
因此，在本發明的一個特定實施例中，執行第一檢測，該第一檢測包括確定表面輪廓的二階導數是否包括至少一個符號變化。如果該第一檢測是肯定的，則由此可推斷，所考慮的第一晶片中存在大的非均勻變形。利用以上參考圖7所述的聲學顯微技術，通過估算被測試的三個複合結構中的非均勻變形水平來在實驗上檢驗第一測試的效果。更確切地說，在第一種情形(圖4A)中，在第一晶片210的表面214b上觀察到未對準，其中大部分小於lOOnm，在晶片的中心甚至小於50nm。僅僅約15%的表面214b具有大於150nm的未對準。這些大未對準分布在晶片的外圍邊緣，尤其在靠近施加工具231的接觸點的區域中。在第二種情形(圖5A)中，在第一晶片310的約50%的暴露表面314b上觀察到大於150nm的未對準。對於這些大未對準,大部分分布在表面314b的中心和外圍邊緣。其餘的50%的表面314b具有從50nm至150nm的大部分未對準。在第三中情形(圖6A)中，觀察到，第一晶片10的約75%的表面14b具有小於IOOnm的未對準。更大的未對準，一般從IOOnm至150nm，出現在第一晶片410的中心。圖4D、圖和圖6D分別以曲線的形式示出了沿每一個第一晶片210、310和410的特定半徑測得的未對準。在這三種情形中，利用如參考圖IA至圖IE所述的以下標準測量處理來測量出現在第一晶片上的未對準使第一晶片在鍵合之後被薄化，其後對出現在隱埋於兩個晶片之間的鍵合界面處的微元件與加工在薄化第一晶片的暴露表面上的微元件之間的未對準進行測量。圖4D、圖和圖6D中的橫坐標軸表不相對於第一晶片的中心的距離(用mm表示)。在最後的分析中，第二種情形(圖5A)中的被測試的樣品為非均勻變形水平最高的樣品。這由以下事實來證明僅僅表面輪廓332的二階導數334至少包含一個符號變化。更確切地說，發現，二階導數334包括兩個符號變化，這表示第一晶片310的表面上具有大的斜度變化。相反，對於第一和第三種情形中的被測試樣品，二階導數不包含符號變化，這表示，這些情形引起比第二種情形更低水平的非均勻變形。應該注意，相同表面記錄的二階導數中檢測到的符號變化數量同樣可以提供與存在於第一晶片中的非均勻變形水平有關的信息。此外，申請人觀察到，表面輪廓具有劇烈的斜度變化，因此較大的二階導數值同樣與第一晶片內的較大非均勻變形對應。因此，在本發明的該第一實施例的變型中，根據步驟E2中所獲得的二階導數值的函數來估算第一晶片中的非均勻變形水平。例如，在估算步驟E3期間，執行第二測試，即確定表面輪廓的二階導數是否包含至少一個大於預定閾值的值。如果該第二測試為肯定的，則表示第一晶片中存在大的非均勻變形。注意，該預定值尤其可以根據關注的狀況(關注的工藝、所需的可靠度水平、所使用的設備，等等)的約束和要求來選擇。然而，上文所述的測試以實例的方式給出，從而可以根據情形來使用利用了表面輪廓的二階導數的其它方法。例如，可以將例如表面輪廓的二階導數超過預定值的次數等納入考慮範圍，等等。 可以設想以下非均勻變形水平的估算，即通過例如累積上述第一和第二測試來將與表面輪廓的二階導數有關的不同測試組合在一起。下面，描述以下實施例其中處理步驟E3中所獲得的特徵值與表面輪廓的展形對應(第二實施例)，步驟E2中所確定的該輪廓與圓周形狀的測量點記錄對應。更確切地說，此處考慮具有與上文所述結構125類似的結構的複合結構525 (圖8A)。從而，結構525包括通過分子附著力鍵合至第二晶片520的第一晶片510。在本實例中，第一晶片510還包括位於其鍵合表面514a上的微元件511，從而這些微元件隱埋在鍵合界面的水平上。在記錄步驟El中，測量點沿至少一個圓周布置，所述圓周的中心與第一晶片510的中心CT重合(圖8B)。在此處所述的實例中，沿C1、C2和C3所標識的三個同心圓執行記錄，這些圓周分別具有半徑Rl、R2和R3 (這些半徑小於晶片510的半徑)。然而，應該理解，可以具有任意數量的圓周，其中測量點沿所述圓周記錄。該數量尤其可以根據要在步驟E4中進行估算的準確度和/或可靠度來選擇。優選地，圓周數量和圓周的各個半徑選擇成在晶片的表面上均勻地分布測量點，以便獲得表示整個晶片510上的非均勻變形的數據。可選地，可以沿曲率中心與中心CT重合的至少一個圓弧記錄測量點。同樣可以沿以CT為中心的至少一個螺旋線來記錄測量點。然後，在步驟E2中確定第一晶片510的至少一個表面輪廓，這些表面輪廓中的每一個經過前述步驟El中生成的相應記錄的多個測量點。從而，在該實例中，在步驟E2中確定三個表面輪廓P1、P2和P3，它們分別與沿圓周C1、C2和C3所記錄的所有測量點對應。然後，確定步驟E3中所獲得的每一個表面輪廓的展形(步驟E4)。該展形計算可以用不同的方法實現。在第一變型中，確定每一個表面輪廓Pi (i=l、2、3)的最小值Vmin(i)和最大值Vmax (i)。這些值Vmin (i)和Vmax (i)分別與輪廓Pi中局部地表示晶片510的暴露表面在位置上的最低和最高水平的測量點對應。然後，確定每一個輪廓Pi的差A i，以使A i=Vmax (i) - Vmin(i)。基於值A i來執行第三次測試，以估算出現在第一晶片510中的非均勻變形的水平。例如，預定極限值A max為固定值。則第三測試包括確定A i彡A max(其中i=l、2或3)是否成立。如果成立，則判定晶片510中出現的非均勻變形的水平較高。如果不成立，則認為變形水平較低。與每一個下標值i相關的允許標準A max可以是變量，尤其根據圓周Cl至C3的直徑增加程度而增加。例如，對於直徑為65mm和145mm的圓周，A max的值可以分別等於約5微米和15微米。第三測試的變型在於，首先求差A i的和，然後用俗稱的結構翹曲除該結果，所述結構翹曲由執行記錄的表面的最大整體高度與其最小整體高度之差來限定。例如，對於與迴轉拋物面一樣均勻彎曲的結構，翹曲等於結構的弓度。該第三測試變型的第二階段在於，確定A i的和與翹曲之間的係數是否小於預定值，例如預定值為約0. 7。如果小於預定值，則認為非均勻變形的水平較低。如果不小於預定值，則認為變形水平較高。在第二變型中，確定每一個表面輪廓Pi的標準偏差O i。然後執行第四測試，即確定oi是否大於或等於預定最大標準偏差(其中i=l、2或3)。如果大於或等於預定最大標準偏差，則認為晶片510具有較高水平的非均勻變形。如果小於預定最大標準偏差，則認為變形水平較低。
上述變型僅僅是本發明的非限制性實施例，並且本領域技術人員可以理解，可以設想用於確定表面輪廓展形且不脫離本發明範圍的其它替代。本發明方法的處理步驟E3和估算步驟E4可以通過例如計算機、計算器或者能夠根據表面輪廓的測量點計算二階導數或展形並且能夠執行分別與二階導數或展形有關的測試(諸如,上述測試中的一個測試)的任何其它設備來執行。本發明還涉及包括通過分子附著力鍵合至第二晶片的第一晶片的複合結構的方 法(步驟El至E5)。圖3中示出了一個特定實施例的選擇方法的主要步驟。首先，通過在複合結構上連續執行本發明估算方法的步驟E1、E2、E3和E4來估算第一晶片的非均勻變形水平。在選擇步驟E5期間，則選擇出在步驟E4中被識別為具有較低水平的非均勻變形的一個或多個複合結構。例如，可以執行如上述的第一和第二測試或者第三和第四測試。如果所執行的測試的結果為否定，則選擇一個或多個複合結構。也可以執行這些測試中的一個測試。在該特殊情形中，被執行測試為否定，則選擇一個或多個複合結構。然而，本發明的選擇方法不限於以上所述的兩個測試實例。可以單獨或組合使用與表面輪廓的二階導數有關的其它選擇標準。估算方法的步驟El中的測量點記錄還可以根據第一晶片的暴露表面上的不同線來執行。尤其可以設想「星形(star)」記錄，即在第一晶片的多個直徑上記錄。該技術能夠利用所生成的有限數量的記錄很好地表示第一晶片中的非均勻變形水平。在一個特定實施例中，在步驟El中生成多個測量點記錄，記錄沿彼此隔開的第一平行線來執行。例如，還可以沿彼此隔開的且可與第一線垂直的第二平行線來生成額外的記錄。從而，根據網格來執行記錄，其中網格可以在所考慮的第一晶片的暴露表面的全部或部分上。此外，例如，如果執行上述第一測試，則所關心的僅僅是在宏觀範圍上的二階導數的符號變化。實際上，第一晶片的暴露表面的水平可以具有無限小變量，其反映在相應的一個或多個表面輪廓的二階導數的很小範圍內的符號變化。這些無限小變量可能起源於，例如第一晶片厚度的異常輕微的變化。該類變化沒有給出與複合結構的第一晶片中的非均勻變形水平一樣的有用信息。為了避免涉及微小的表面缺陷，可以在步驟El中執行記錄，以便根據測量步驟對測量點進行測量。該測量步驟可以根據關注的情形來選擇。優選地，選擇根據第一晶片的圖案尺寸來選擇。文中「圖案」表示設置或將要設置在第一晶片的暴露表面上的幾何布置，該幾何布置在晶片的表面上重複若干次。例如，圖案可以與設置在所關注的第一晶片的暴露表面上 的若干位置處的一個或多個微元件的單元格(cell)對應。例如，測量步驟可以與第一晶片的一個圖案尺寸的一半基本對應。還應該注意，估算方法的步驟El期間所生成的記錄數量可能取決於各種參數，諸如加工處理在成本方面的約束、為每一批晶片的測試所分配的時間、所需的可靠性水平，等
坐寸o此外，給定的非均勻變形水平對給定的微元件工藝(因其表示在定位光刻掩模方面約束相對較小)可能是允許的，而對於另外的工藝是不允許的。從而，可以根據所關注的情形選擇以下參數-待生成的記錄的數量選擇，-每一個記錄的線(長度、方向)，-每個記錄的測量點數量，-所使用的測量步驟，-一種或多種步驟E2中所獲得的二階導數的利用方法，以及-選擇複合結構的一種或多種標準。應該注意，在通過分子附著力鍵合至第二晶片的第一晶片中的未對準(或重疊)的來源可以是很多機理。當第一晶片通過分子附著力鍵合至第二晶片時，第一晶片中產生的非均勻變形尤其可能由鍵合之前最初出現在第一和第二晶片中的變形的組合而引起。因此本發明的方法可以使與兩個晶片在通過分子附著力裝配之前的變形有關的信息(凹度、平面度缺陷，等等)能夠被獲取。本發明還可以揭示，例如在支承件S和與支承件S直接接觸的晶片之間存在外來物，諸如微粒。這些因素可能是第一晶片中的非均勻變形的來源，進而是未對準的來源。本發明同樣可以突顯鍵合機的校準問題(尤其在通過施加工具施加接觸力的水平上)。此外，如上所述，當通過分子附著力形成複合結構時，第一晶片通常被薄化。此處，薄化之後通過本發明方法所執行的非均勻變形的估算不再具有代表性。因此，優選在將第一晶片薄化之前執行本發明方法的步驟E1。
權利要求
1.一種估算第一晶片(110)中的非均勻變形的方法，所述第一晶片通過分子附著力鍵合至第二晶片(120)，所述估算方法包括 測定多個測量點的步驟(E1)，每一個所述測量點在局部上表示所述第一晶片的暴露表面的水平； 對所述第一晶片中經過多個測量點的至少一個表面輪廓進行確定的步驟(E2); 對所述第一晶片的表面輪廓進行處理以便由此確定被處理表面輪廓的特徵值的步驟(E3);以及 根據所述特徵值對所述第一晶片中的非均勻變形的水平進行估算的步驟(E4)。
2.根據權利要求I所述的估算方法，其中所述表面輪廓通過沿所述第一晶片的直徑布置的測量點進行確定。
3.根據權利要求2所述的測量方法，其中所述特徵值為表面輪廓的二階導數。
4.根據權利要求3所述的測量方法，其中所述估算步驟包括以下測試中的至少一個 -第一測試，其確定所述二階導數是否具有至少一個符號變化；以及 -第二測試，其確定所述二階導數是否具有大於預定值的至少一個絕對值。
5.根據權利要求I所述的估算方法，其中所述表面輪廓通過沿中心與所述第一晶片的中心重合的圓周(R1-R3)所布置的測量點來確定。
6.根據權利要求5所述的估算方法，其中所述特徵值為表面輪廓的展形。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的估算方法，其中執行以下步驟 -對所述第一晶片的多個表面輪廓(C1-C3)進行確定， -對所述多個表面輪廓中的每一個輪廓執行處理步驟，以由此確定被處理輪廓的特徵值，其中在所述估算步驟期間，根據所確定的所述特徵值的函數來確定所述非均勻變形的水平。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的估算方法，其中根據測量步驟來測量每個記錄的測量點，所述測量步驟根據所述第一晶片的至少一個圖案的尺寸來確定。
9.根據權利要求8所述的估算方法，其中所述測量步驟與所述第一晶片的圖案的一半尺寸大致對應。
10.根據權利要求I至8中任一項所述的估算方法，其中所述多個測量點記錄通過聲學顯微術來實現。
11.一種對包括通過分子附著力鍵合至第二晶片(120)的第一晶片(110)的至少一個結構進行選擇的方法，所述選擇方法包括 -通過如權利要求I至10中任一項所限定的估算方法，對每一個結構的第一晶片中的非均勻變形進行估算的步驟；以及 -基於為每一個被估算結構所確定的特徵值來選擇一個或多個結構的步驟(E5)。
12.一種用於估算第一晶片中的非均勻變形的裝置，所述第一晶片通過分子附著力鍵合至第二晶片，所述估算裝置包括 測量裝置，其用於測定多個測量點，每一個所述測量點在局部上表示所述第一晶片的暴露表面的水平； 計算裝置，其對第一晶片中經過多個測量點的至少一個表面輪廓進行確定，並且確定所述表面輪廓的特徵值；以及估算裝置，其根據所述特徵值對所述第一晶片中的非均勻變形水平進行估算。
13.根據權利要求12所述的估算裝置，其中所述特徵值為所述表面輪廓的二階導數。
14.根據權利要求13所述的估算裝置，其中所述估算裝置構造成執行以下測試中的至少一個 -第一測試，其確定所述二階導數是否具有至少一個符號變化；以及 -第二測試，其確定所述二階導數是否具有大於預定值的至少一個絕對值。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的估算裝置，其中每一個記錄的測量點沿所述第一晶片的直徑進行測量。
16.根據權利要求12至15中任一項所述的估算裝置，其中所述測量裝置構造成生成多個測量點記錄，所述記錄彼此隔開並且沿相同的方向生成。
17.根據權利要求12至16中任一項所述的估算裝置，其中所述測量裝置構造成根據測量步驟來測量每一個記錄的測量點，所述測量步驟根據所述第一晶片的至少一個圖案的尺寸來確定。
18.根據權利要求17所述的估算裝置，其中所述測量步驟與所述第一晶片的圖案的一半尺寸基本對應。
19.根據權利要求12至18中任一項所述的估算裝置，其中所述測量裝置包括聲學顯微鏡。
全文摘要
本發明涉及用於估算第一晶片(110)中的非均勻變形的方法，第一晶片通過分子附著力鍵合至第二晶片(120)。本發明方法包括對多個測量點進行記錄的步驟，每一個測量點在局部上表示第一晶片的表面的水平；對第一晶片中經過多個測量點的表面輪廓進行限定的步驟；對第一晶片的表面輪廓進行處理以由此確定特徵值的步驟；以及根據特徵值對第一晶片中非均勻變形水平進行估算的步驟。本發明還包括能夠估算該非均勻變形的裝置(147)。
文檔編號G01B17/06GK102741650SQ201180007676
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月24日 優先權日2010年1月25日
發明者A·卡斯特克斯, L·馬裡尼耶, M·布羅卡特 申請人:Soitec公司