一种晶圆键合力测量装置及测量方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆键合力测量装置及测量方法。


背景技术：

2.晶圆键合是3d nand重要的工序，在晶圆键合技术中，晶圆之间键合力是反映晶圆键合情况的一个重要参数，晶圆之间键合力的准确测量关乎产品的质量。
3.目前，晶圆键合力的测量采用裂纹传播扩散法(又称刀片插入法)，即将刀片插入晶圆的键合面，键合的晶圆会产生两个新的表面，两个新的表面出现裂纹并逐渐趋于稳定，通过计算产生裂纹的长度，即可计算两个新的表面之间的键合强度。
4.现有的测量方法中，刀片直接插入晶圆的键合面，容易造成刀片的磨损，使得刀片表面变粗糙，刀片的生命周期很短，进而需要频繁更换刀片，造成机台运行频繁中断，机台运行时间较低；同时，在反复测量过程中，刀片表面会附带晶圆的碎屑，下一次测量时，会导致测量结果失真，甚至会导致晶圆破裂。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种晶圆键合力测量装置及测量方法，以降低刀片表面的磨损，提高刀片的使用寿命。
6.本发明提供一种晶圆键合力测量装置，包括：
7.平台，用于承载晶圆；
8.夹持组件，用于固定刀片，并且向所述刀片施加作用力，使得所述刀片插入所述晶圆的键合面；以及
9.清洁组件，用于对所述刀片进行清洁以及润滑。
10.优选地，所述清洁组件包括：
11.壳体，包括空腔；
12.毛刷，位于所述空腔内，用于对所述刀片的表面进行清洁；以及
13.润滑通道，位于所述壳体内部，用于向所述刀片的表面提供润滑剂。
14.优选地，所述壳体包括：上壳体、下壳体以及侧板；
15.所述上壳体和所述下壳体相对设置，且通过所述侧板连接；
16.所述上壳体、下壳体以及侧板的内壁限定所述空腔。
17.优选地，所述上壳体、下壳体和侧板一体设置。
18.优选地，所述上壳体、下壳体和侧板分体设置，且上壳体、下壳体和侧壁通过螺栓组装在一起。
19.优选地，所述毛刷固定于所述上壳体以及下壳体相对的表面，所述上壳体以及下壳体上的毛刷的刷毛相对。
20.优选地，所述润滑通道包括：
21.入料管，铺设于所述上壳体内部；以及
22.多个布料口，布置于所述上壳体与所述下壳体相对的表面，且与所述入料管连通。
23.优选地，所述入料管包括：
24.入料主管，入料主管沿着所述上壳体的长度方向铺设；以及
25.多个入料支管，多个入料支管与所述入料主管连通，且延伸至每个布料口，与每个布料口连通。
26.优选地，所述多个布料口穿插于所述毛刷之间。
27.优选地，布料口设置于每束毛刷中心。
28.优选地，所述润滑通道还包括：
29.集料槽，位于所述下壳体与所述上壳体相对的表面；以及
30.出料管，铺设于所述下壳体内部，且与所述集料槽连通。
31.优选地，所述夹持组件包括：
32.夹持座；
33.上夹板，位于所述夹持座的一个侧面；
34.下夹板，位于所述夹持座设有上夹板的侧面；
35.所述上夹板和所述下夹板相对设置，且所述上夹板和所述下夹板之间具有间隙。
36.优选地，所述上夹板和下夹板上开设有第一固定孔，用于匹配螺栓，以对刀片进行固定。
37.优选地，所述刀片对应的位置上设置有与所述第一固定孔对应的第二固定孔。
38.优选地，所述上夹板和下夹板之间的间隙与所述刀片的厚度相同。
39.优选地，所述上夹板和下夹板之间的间隙略大于所述刀片的厚度。
40.优选地，所述测量装置还包括驱动组件，所述夹持组件固定于所述驱动组件上，所述驱动组件驱动所述夹持组件往返于所述平台以及清洁组件之间。
41.优选地，所述测量装置还包括驱动组件，所述驱动组件包括：
42.第一驱动组件，与所述夹持组件固定连接，用于驱动所述夹持组件靠近或者远离所述平台；以及
43.第二驱动组件，与所述清洁组件固定连接，用于驱动所述清洁组件靠近或者远离所述夹持组件。
44.一种晶圆键合力测量装置的测量方法，所述方法包括：
45.晶圆置于平台上，刀片安装于夹持组件上；
46.夹持组件与所述平台相对靠近或者远离，所述刀片插入所述晶圆的键合面或者从所述晶圆的键合面拔出；
47.夹持组件与清洁组件相对靠近或者远离，所述刀片进出所述清洁组件。
48.优选地，所述刀片进入所述夹持组件的腔体时，腔体内的毛刷与所述刀片的上下表面接触。
49.优选地，所述刀片进入所述夹持组件的腔体时，润滑通道向所述刀片的表面输送润滑剂。
50.本发明提供的晶圆键合力测量装置包括清洁组件，以实现对所述刀片的清洁，避免所述刀片表面附着异物，以保证测量结果的准确率；同时对所述刀片的表面进行润滑，防止所述刀片的表面磨损严重，增加所述刀片的使用寿命。
51.本发明提供的晶圆键合力测量装置包括夹持组件，对所述刀片进行固定，以方便对所述刀片施加作用力，进而使得刀片的测量以及清洁过程更加便捷。
52.本发明提供的晶圆键合力测量装置包括平台，以对晶圆进行支撑以及固定，方便所述刀片的插入所述晶圆的键合面以及从所述晶圆的键合面拔出。
53.本发明提供的晶圆键合力测量装置还包括驱动组件，以实现所述刀片的测量以及清洁过程的自动化，避免人的介入所带来的测量误差以及所述刀片和晶圆的损坏。
附图说明
54.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
55.图1示出了传统晶圆键合力测量方法的原理示意图；
56.图2示出了晶圆键合力测量过程中，键合晶圆产生的裂纹的透视图；
57.图3示出了晶圆键合力不同的测试结果的透视图；
58.图4示出了本发明实施例晶圆键合力测量装置的结构示意图；
59.图5示出了本发明实施例的夹持组件的结构示意图；
60.图6示出了本发明实施例的刀片的结构示意图；
61.图7示出了本发明实施例的清洁组件的结构示意图；
62.图8示出了本发明实施例的壳体的结构示意图；
63.图9示出了本发明实施例的上壳体的截面图；
64.图10示出了本发明实施例的下壳体的截面图。
具体实施方式
65.以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
66.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
67.应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
68.本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
69.图1示出了传统晶圆键合力测量方法的原理示意图，图2示出了晶圆键合力测量过程中，键合晶圆产生的裂纹的透视图；如图1所示，键合晶圆10至少包括键合在一起的晶圆11和晶圆12，其中，晶圆11的下表面与晶圆12的上表面键合在一起。在键合力测量的过程中，将刀片30插入晶圆11与晶圆12相互键合的表面，如图2所示，所述刀片30插入所述键合晶圆的键合面之后，所述晶圆11与晶圆12相互键合的表面之间会出现裂纹13，通过测量裂
纹13的长度l来获取晶圆11和晶圆12之间的键合强度。
70.但是，本技术的发明人在实际的测量过程中发现，刀片30的磨损会导致刀片的使用寿命很短(通常一片刀片只能测量3片键合晶圆)，进而需要频繁更换刀片以保证晶圆键合力的测量结果；频繁更换刀片导致键合力测量装置正常运行时间较低，并且浪费了大量装载以及卸载刀片的时间。
71.同时，在反复的测量过程中，刀片30的表面会附带大量异物(主要为测量过程中晶圆产生的碎屑)，异物附着于所述刀片30的两个表面，会对键合力的测量结果造成很大的影响。图3示出了晶圆键合力不同的测试结果的透视图，其中图3a正常的测试结果，图3b和图3c为裂纹长度l明显失真的测试结果，图3d为晶圆发生破碎的情况。如图3所示，刀片30附带的异物会导致测量结果失真，甚至会导致晶圆破碎。
72.图4示出了本发明实施例晶圆键合力测量装置的结构示意图，所述测量装置20用于对晶圆的键合力进行测量，如图4所示，所述测量装置20包括：平台21、夹持组件22以及清洁组件23；其中，所述平台21用于承载键合晶圆，所述夹持组件22用于固定刀片，并且向所述刀片施加作用力，使得所述刀片插入所述键合晶圆的键合面，所述清洁组件23用于对所述刀片进行清洁以及润滑。
73.在对键合晶圆10的键合力进行测量的过程中，所述键合晶圆放置于所述平台21上。为了防止键合晶圆10在测量过程中移动，所述平台21上可以设置限位的槽体、凸起等，以对所述键合晶圆10的位置进行固定，在其他实施例中，所述平台21上还可为设置吸盘，在对键合晶圆10的键合力进行测量的过程中吸附所述键合晶圆，从而对所述键合晶圆10的位置进行固定。本领域技术人员可以根据需要对所述键合晶圆10的固定方式进行设置，本实施例不做限制。
74.图5示出了本发明实施例的夹持组件的结构示意图，如图5所示，所述夹持组件22包括夹持座221以及位于夹持座221上的上夹板222和下夹板223。
75.所述上夹板222和下夹板223位于所述夹持座221的同一个表面，且平行相对设置，所述上夹板222和下夹板223之间具有间隙，以供所述刀片30的一部分进入，所述上夹板222和下夹板223上开设有第一固定孔224，用于匹配螺栓，以对刀片30进行固定。
76.图6示出了本发明实施例的刀片的结构示意图，如图6所示，所述刀片30对应的位置上设置有与所述第一固定孔224对应的第二固定孔31，以实现与所述夹持组件22的第一固定孔224相匹配。
77.在对所述刀片30固定的过程中，将刀片30开设有第二固定孔131的一侧插入所述上夹板222和下夹板223之间的间隙，使得所述刀片30的一部分置于所述所述上夹板222和下夹板223之间的间隙中，并且所述刀片30上的第二固定孔31与所述上夹板222和下夹板223上开设的第一固定孔224相对应；在第一固定孔224和第二固定孔131内插入螺栓进行固定。所述刀片30固定于所述夹持组件22后，所述刀片30的一部分置于所述上夹板222和下夹板223之间的间隙，另一部分暴露于夹持组件22之外，以插入所述键合晶圆，实现键合力的测量。
78.本实施例中，所述上夹板222和下夹板223之间的间隙与所述刀片30的厚度相同，以在所述刀片30进入所述上夹板222和下夹板223之间的间隙后，所述刀片30的上下表面与所述上夹板222和下夹板223的内壁贴合，进而实现所述刀片30的稳定固定。
79.不难理解，在其他的实施例中，为了方便所述刀片30的安装以及拆卸，所述上夹板222和下夹板223之间的间隙可以设置为略大于所述刀片30的厚度。本领域技术人员可以根据需要对所述上夹板222和下夹板223之间的间隙进行设置，本实施例对此不做限制。
80.图7示出了本发明实施例的清洁组件23的结构示意图，如图7所示，所述清洁组件23包括壳体231、毛刷232以及润滑通道233。
81.图8示出了本发明实施例的壳体的结构示意图，如图8所示，所述壳体231包括相对设置的上壳体2311以及下壳体2312，所述上壳体2311和下壳体2312之间具有间隙，以供刀片30在上壳体2311和下壳体2312之间移动。所述上壳体2311和下壳体2312通过侧板2213连接在一起。所述上壳体2311、下壳体2312和侧板2213一体设置。
82.不难理解，在其他实施例中，为了方便在上壳体2311、下壳体2312和侧板2213进行其他结构(例如毛刷)的加工，所述上壳体2311、下壳体2312和侧板2213可以分体设置，分体设置的上壳体2311、下壳体2312和侧壁2313例如可以通过螺栓组装在一起。本领域技术人员可以根据需要选择所述上壳体2311、下壳体2312和侧壁2313之间的连接方式以及组装方式，本实施例不做限制。
83.所述上壳体2311、下壳体2312以及侧板2213的内壁限定了空腔2314，所述空腔2314用于提供所述刀片30移动的空间。本实施例中，所述空腔2314沿着所述上壳体2311和下壳体2312长度方向分布，且所述空腔2314长度方向的两侧端面均开口设置。不难理解，在他实施例中，所述空腔2314长度方向的两侧端面中，一侧端面开口设置，另一侧端面封闭，本实施例对此不做限制。
84.继续参考图7和图8，所述毛刷232位于所述空腔2314内，具体地，所述毛刷232固定于所述上壳体2311以及下壳体2312相对的表面，所述上壳体2311以及下壳体2312上的毛刷232的刷毛相对，在所述刀片30进入所述上壳体2311以及下壳体2312之间的空腔2314时，所述毛刷232与所述刀片30的上下表面接触，以对所述刀片30表面进行清理；本实施例中，所述毛刷232分多束均匀排列，以全面地对所述刀片30的表面进行清理。
85.进一步地，所述润滑通道233包括位于所述上壳体2311的入料管2331、多个布料口2332以及位于所述下壳体2312的集料槽2333、出料管2334。
86.图9示出了本发明实施例的上壳体的截面图，为了观察方便，该图中，所述上壳体与所述下壳体相对的一面朝上，且只示例性地标注了毛刷232以及布料口在所述上壳体上的位置点，例如，附图9中，毛刷232位于图9中位置点2321处，如图9所示，所述入料管2331铺设于所述上壳体2311内部。
87.本实施例中，所述入料管2331包括入料主管以及与所述入料主管连通的入料支管。所述入料主管沿着所述上壳体2311的长度方向铺设，且所述入料管2331穿通所述上壳体2311的一侧外壁，与外界连通，以将外界所述润滑剂输送至所述入料管2331内；多个入料支管与所述入料主管连通，且延伸至每个布料口，与每个布料口连通。
88.所述多个布料口2332均匀分布于所述上壳体2311与所述下壳体2312相对的表面，并且均与所述入料管2331连通。所述布料口2332用于向所述上壳体2311与所述下壳体2312之间的间隙提供润滑剂，以在所述刀片30移动至所述上壳体2311与所述下壳体2312的间隙时，对所述刀片30的表面进行润滑。
89.本实施例中，所述多个布料口2332穿插于所述毛刷232之间，所述入料管2331包括
多个支路，以实现与每个布料口2332的连通。为了向移动至所述上壳体2311与所述下壳体2312之间的间隙的所述刀片30表面均匀的提供润滑剂，所述布料口2332还可以安装微型喷头，本实施例对比不做限制。
90.不难理解，在其他实施例中，布料口2332还可以设置于每束毛刷232中心，所述入料管2331的多个支路延伸至每束毛刷232中心，以实现与布料口2332连通。通过入料管2331输送的润滑剂从每束毛刷232中心的布料口2332流出，顺着每束毛刷232的刷毛向所述刀片30的表面流淌，每束毛刷232的刷毛起到引流你作用。本领域技术人员可以根据需要对所述布料口2332的开设位置进行选择设置，本实施例对此不做限制。
91.图10示出了本发明实施例的下壳体的截面图，为了观察方便，该图中只示例性地标注了毛刷232以及布料口在所述上壳体上的位置，例如，附图10中，毛刷232位于图10中位置点2321处。如图10所示，集料槽2333从所述下壳体2312与所述上壳体2311相对的表面向着远离所述上壳体2311的方向延伸，所述集料槽2232相对于所述下壳体2312与所述上壳体2311相对的表面内凹，用于收集所述布料口2332输入的润滑剂。
92.所述出料管2334铺设于所述下壳体2312内部，具体地，所述出料管2334在所述下壳体2312内部与所述集料槽2232连通；所述出料管2334沿着所述下壳体2312的长度方向铺设，并且穿通所述下壳体2312的一侧外壁，与外界连通；所述集料槽2232内的润滑剂通过所述出料管2334排出。
93.本实施例中，在所述刀片30进入所述空腔2314进行清洁时，润滑剂从所述上壳体2311的入料管2331进入，并且输送至与所述入料管2331连通的布料口2332，通过所述布料口2332流入所述空腔2314，在所述润滑剂的自身重力作用下落至所述刀片30的表面，以实现对所述刀片30表面的润滑；多余的润滑剂在自身重力作用下落至集料槽2232，并且通过与所述集料槽2232连通的出料管2334排出。
94.本实施例中，所述测量装置20还包括第一驱动组件，所述夹持组件22固定于所述第一驱动组件上，具体地，所述夹持组件22的夹持座221固定于所述第一驱动组件上。所述第一驱动组件用于驱动所述夹持组件22靠近或者原来所述平台21，以实现所述刀片30出入所述键合晶圆的键合面，实现对所述键合晶圆的键合力反复测量。
95.进一步地，所述测量装置20还包括第二驱动组件，所述清洁组件23固定于所述第二驱动组件上，具体地，所述侧板2213固定于所述第二驱动组件上。所述第二驱动组件驱动所述清洁组件23靠近或者远离所述夹持组件22，以使得固定于所述夹持组件22上的刀片30在所述上壳体2311与所述下壳体2312之间的间隙移动，进而实现对所述刀片30的清洁与润滑。
96.在其他实施例中，可以省略所述第二驱动组件，由所述第一驱动装置驱动所述夹持组件22运动，从而实现靠近或者远离所述清洁组件23。
97.所述第一驱动组件和所述第二驱动组件可以选用驱动气缸、机械臂等，本实施例不对第一驱动组件以及所述第二驱动组件的类型进行限制。
98.依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利
要求书及其全部范围和等效物的限制。