專利名稱：檢測鍵合質(zhì)量的紅外透視成像裝置及調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種檢泖j
鍵合質(zhì)里的紅外透視成像裝置及調(diào)節(jié)方法-
背景技術(shù)：
所謂鍵合就是將兩塊同質(zhì)或異質(zhì)的晶片用物理
化學(xué)的方法使之相互成鍵貼合。由于鍵合不需要任何
粘貼劑，晶片的電阻率和導(dǎo)電類型可以自由選擇，而
且不受材料晶格與曰 曰曰向限制，鍵合結(jié)構(gòu)可以承受減薄、拋光、化學(xué)腐蝕和咼溫處理等各種傳統(tǒng)工藝，因而該
工藝在新材料、新結(jié)構(gòu)的研究制備，微電子電路，微
機(jī)械加工光電叫 絲件制備和光集成方面得到T廣泛的
應(yīng)用。
鍵合界面由于表面的不平整或吸附的顆粒或界面
的水分子無法逃逸而形成空洞，造成未鍵合部分利
用 Si、G s A s 、InP等材料對定波段的紅外透明的特
性，可對未鍵合部分進(jìn)行直接紅外成像。原理如下
光波的近紅外部分可以透過曰 昍片，如果在兩塊曰 曰曰片的
鍵合界面處存在未鍵合區(qū)域就會使光線出現(xiàn)兩次反
射而形成相干光此相干光經(jīng)紅外攝像頭接收后，在
監(jiān)視器會出現(xiàn)干涉條紋，即出現(xiàn)牛頓環(huán)原理如公式
C 1所示
<formula>formula see original document page 5</formula>
(1 )
如果未鍵合區(qū)媒 丄則監(jiān)視器上將出現(xiàn)較小的
牛頓環(huán)當(dāng)鍵合界面處空隙較大時(shí)，紅外光則無法透
過，這時(shí)在視腿 益上的對應(yīng)位置將出現(xiàn)黑色圖案，此
時(shí)/ 、能在視祖 器上觀測到明暗對比的圖案。
常用的測試曰 曰曰片鍵合質(zhì)量的方法有掃描超聲波
顯微鏡透射電鏡(TEM )，紅外光源熱成像法等等，
但這些測試手段都價(jià)格昂貴，搭建起來比較困難，而
且技術(shù)都相對復(fù)雜， 且有各自的缺陷。掃描超聲波法
需要對整個界面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，耗費(fèi)時(shí)間較長；TEM制
樣困難，且屬于破壞性測試;熱成像法成像相對粗糙，無法得到細(xì)致的界面圖案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供 一 種檢測鍵合質(zhì)量的紅 外透視成像裝置及調(diào)節(jié)方法，其是搭建一個簡易便利 的紅外透視系統(tǒng)，為鍵合質(zhì)量做初期的檢測。
本發(fā)明 一 種檢測鍵合質(zhì)量的紅外透視成像裝置， 其特征在于，包括如下幾個部分
一燈箱，該燈箱為黑色，該燈箱前端開有 一 出光
孔；
一導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌位于燈箱上的出光孔的前端，在 該導(dǎo)軌上依次排列有第 一 凸透鏡、小孔光闌、第二凸 透鏡、樣品架及紅外攝像頭；
一監(jiān)視器，該監(jiān)視器通過數(shù)據(jù)線與紅外攝像頭連接。
其中燈箱包括 一 光源； 一 喇叭狀燈罩，該反射
燈罩位于該光源的 一 側(cè)。
其中該光源為白熾燈。
其中小孔光闌的通光孔的孔徑為1 一 2 mm 。
本發(fā)明 一 種檢測鍵合質(zhì)量的紅外透視成像裝置的 調(diào)節(jié)方法，其是采用權(quán)利要求1所述的成像裝置，其 特征在于，包括如下步驟
步驟1 :調(diào)節(jié)攝像頭及監(jiān)視器，使之形成成像狀
態(tài)；
步驟2 :調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上的依次排列的第 一 凸透鏡、 小孔光闌、第二凸透鏡、樣品架及紅外攝像頭，使之 處于與燈箱上的出光孔相同高度。
步驟3 :調(diào)節(jié)第 一 凸透鏡和小孔光闌的位置，使 清晰的燈絲圖像穿過小孔光闌，然后調(diào)節(jié)第二凸透鏡，
使射出的圓形光斑打在樣品架上的樣品表面；
步驟4 :最后調(diào)節(jié)攝像頭與樣品架上的樣品之間
的距離，使成像最清晰，成像結(jié)果可直接由監(jiān)視器顯示。


本發(fā)明的具體實(shí)施方式
和原理將通過下面的
及文字進(jìn)行進(jìn) 一 步說明，其中
圖1是紅外透視成像裝置光路原理示意圖2是本發(fā)明紅外透視成像裝置結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是InP/GaAs鍵合結(jié)構(gòu)的紅外圖像；
圖4是InP/InP鍵合結(jié)構(gòu)的紅外圖像；
圖5是Si/Si鍵合結(jié)構(gòu)的紅外圖像。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1所示相對于紅外激光器的價(jià)格較高，波長單一和紅外光不可見的特點(diǎn)，本發(fā)明的光源1釆
用白熾燈作為光源，相應(yīng)的優(yōu)勢是，且 7 、有寬波長特
性使得可以針對多種材料進(jìn)行檢測，白熾燈的可見光
部分使得光路調(diào)節(jié)可以輕松實(shí)現(xiàn)但白熾燈發(fā)光亦有
發(fā)散和難以平行化的缺點(diǎn)，此處我們通過小孔光闌3
的辦法使之平行化。白熾燈發(fā)出的光經(jīng)由第凸透鏡
2成像在小孔光闌3上，再入射到第一凸透鏡4上。
由于小孔光闌3通光孔徑很小，約在12mm，因此
像點(diǎn)可以近似為點(diǎn)光源。當(dāng)小孔光闌3處于第凸透
鏡4的焦點(diǎn)處時(shí)，第一凸透鏡4將使光平行化A、
光經(jīng)鍵合樣品后其包含界面信息的紅外部分被紅外攝
像頭5接收，再直觀的反應(yīng)在監(jiān)視器6上由此，界
面所包含的信[息便可從監(jiān)視器6 .顯示的圖像分析得出。
請參閱圖2所示，為本發(fā)明紅外透視成像裝置結(jié) 構(gòu)示意圖。本發(fā)明 一 種檢測鍵合質(zhì)量的紅外透視成像
裝置，包括如下幾個部分
一燈箱1 0 ，該燈箱1 0為黑色，該燈箱1 0前
端開有 一 出光孔11 ;該燈箱10包括一 光源12 ;
一喇叭狀燈罩1 3 ，該燈罩1 3位于該光源1 2的一
側(cè)；該光源12為白熾燈；
一導(dǎo)軌2 0，該導(dǎo)軌20位于燈箱10上的出光
孔1 1的前丄山 順，在該導(dǎo)軌20上依次排列有第一凸透
鏡2 1 、小孔光闌22 、第一凸透鏡23、樣品架2
4及紅外攝像頭25; 其中該小孔光闌22的通光孔
的孔徑為1—2mm
一監(jiān)視器 30，監(jiān)_視器30通過數(shù)據(jù)線與紅外
攝像頭2 5連接
請?jiān)俳Y(jié)合參閱圖2所示，本發(fā)明種檢測鍵合質(zhì)
量的紅外透視成像裝置的調(diào)節(jié)方法，是采用前述的
成像裝置，包括如下步驟:
步驟1:調(diào)節(jié)攝像頭25及視器30，使之形
成成像狀態(tài)
步驟2:調(diào)導(dǎo)軌20上的依次排列的第一凸透
鏡2 1 、小孔光闌22 、第凸透鏡23、樣口 力口 9 口口 5tc Z
4及紅外攝像頭25，使之處于與燈箱10上的出光
孔1 1相同高度
步驟 3:調(diào)節(jié)第一凸透鏡2i和小孔光闌2 2的
位置，使清晰的燈絲圖像穿過小孔光闌22，然后調(diào)
節(jié)第二凸透鏡23使射出的圓形光斑打在樣品架2
4上的樣品2 41表面；
步驟4:最后調(diào)節(jié)攝像頭25與樣叩架24上的樣品2 4 1之間的距離，使成
直接由監(jiān)視器3 0顯示
請?jiān)賲㈤唸D2所示由于
作為光源，白熾燈光是向四面
雜散光對檢測帶來的影響需
該燈箱]o為黑色，其可對白
1 o前面開 一 個
孔1 1中才能射 吸收。同時(shí)，由 熾燈光只能利用 像不清晰，需要度。
紅外攝像頭 料的檢測，理想 微米，且有較高 價(jià)格昂貴，為了
了 Wat- 9 0 2 H
較高，對1微米
格便宜符合成
由此，我們
調(diào)節(jié)光路系統(tǒng)，
說明書第7/10頁
{象最清晰，成像結(jié)果可
光源12采用的白熾燈
輻射的，所以為了避免
要制備個燈箱10
熾燈光進(jìn)行限制燈箱
出光孑L l l ，白熾燈的光只有從出光
出，其余方向的光都被黑色燈箱10
于小孔光闌2 2的通光孔徑很小，白
小部分，為避免光強(qiáng)偏弱而導(dǎo)致成
加一個反射燈罩1 3以加強(qiáng)出射光強(qiáng)
25的選擇十分重要，,為了進(jìn)行Si材
的攝像頭2 5探測波長應(yīng)該要大于1
的靈敏度。鑒于中遠(yuǎn)紅外探測器遍
實(shí)現(xiàn)低成本系統(tǒng)的搭建，本發(fā)明選擇
型攝像頭。該攝像頭靈敏度和像素都 左右的波長也有一定的靈敏度，且價(jià) 像的要求。
便實(shí)現(xiàn)了紅外檢測系統(tǒng)的搭建。通過 可以得到鍵合界面的紅外透視圖。
1 0 0 W的白熾燈作為光源1 2 ，保證
不會因發(fā)熱量過大而影響測試效果。同時(shí)白熾燈有紅 外譜線較寬的優(yōu)勢，對不同材料均可適用。白熾燈的 可見光部分也使得光路調(diào)節(jié)簡單便捷。
光源1 2的白熾燈發(fā)出的光通過第 一 凸透鏡2 1 會聚于小孔光闌2 2 (通光孔徑在1 2 mm ),可近似 成為點(diǎn)光源，然后通過第二凸透鏡2 3成為平行光。
黑色燈箱1 0的制備減少了雜散光對檢測帶來的
不良影響，燈箱內(nèi)置反射燈罩1 3 ，對照射到小孔光 闌2 2上的光有增強(qiáng)作用，避免了因光強(qiáng)不夠而造成
紅外攝像頭2 5無法接收的隱患。
紅外攝像頭2 5采用了常規(guī)的Wat — 9 0 2 H型 號，相對于熱像儀和其他紅外攝像頭接收光譜范圍合 適，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
本發(fā)明以紅外透射原理為基礎(chǔ)，以1 0 0 W的白熾 燈作為光源1 2 ，通過第 一 凸透鏡2 1將燈絲成像在 小孔光闌2 2上。因小孔光闌2 2通光孔徑較小(1 —2mm)，因而可近似認(rèn)為點(diǎn)光源，通過第二凸透鏡2 3后形成平行光，紅外光通過樣品2 4 1后被紅外攝 像頭2 5接收成像，成像結(jié)果可直接在監(jiān)視器3 0上 顯示。本發(fā)明方法簡單，搭建方便，價(jià)格低廉，且有 較好的成像效果。
為了驗(yàn)證本發(fā)明對鍵合界面的檢測效果，我們對
G a A s、InP、S i材料的鍵合做了驗(yàn)證。其中，晶片表面
清洗都采用疏水處理方式，采用乙醇、丙酮、三氯乙
烯、丙酮、乙醇超聲清洗表面，再用高純?nèi)ルx子水反
復(fù)沖洗表面，最后在1 HF : 1 0 H20溶液中浸泡3 0 S 。
清洗完畢后用氮?dú)鈱⒈砻娲蹈?，然后貼合放入鍵合腔
室鍵合環(huán)境為真空環(huán)境，工作真空約l 0 —4Pa，施加
壓強(qiáng) 2 MPa 。鍵合溫度約5 5 0 °C ，鍵合時(shí)間為1小
時(shí)，升溫平均速度為1 0 °C/min,降溫平均速度約為
1/ m i n 。
圖3 圖5為用本發(fā)明得到的鍵合界面紅外透視
圖像。其中圖3為GaAs/InP鍵合的紅外透視圖，圖4
為InP/InP鍵合透視圖，圖5為Si/Si鍵合透視圖。
由圖可見，鍵合部分為亮區(qū)，未鍵合部分為暗區(qū)，對
于圖3禾卩圖4還可以清晰的看到牛頓環(huán)。從紅外圖像
不僅可以直觀的判斷界面的鍵合質(zhì)量，對樣片上的裂
紋也可以很直觀的顯現(xiàn)(見圖5)。比較圖3 圖5可
知，S i /S i鍵合成像質(zhì)量稍差，原因在于低于1微米的
紅外光基本被S i吸收，而我們選擇的紅外攝像頭在大
于1微米波長的紅外光探測靈敏度較低，因而導(dǎo)致成
像質(zhì)量相比GaAs/工nP禾口 InP/InP的紅外透視圖稍低，
但由圖也能清楚的判斷鍵合界面狀況紅外透視結(jié)果
說明本發(fā)明紅外成像清晰，較好的反應(yīng)了鍵合界面的
情況，且無論對于S i 、 G a A s還是I n P材料系都能較好 的反應(yīng)界面狀況，本發(fā)明的特征從而得以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種檢測鍵合質(zhì)量的紅外透視成像裝置，其特征在于，包括如下幾個部分一燈箱，該燈箱為黑色，該燈箱前端開有一出光孔；一導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌位于燈箱上的出光孔的前端，在該導(dǎo)軌上依次排列有第一凸透鏡、小孔光闌、第二凸透鏡、樣品架及紅外攝像頭；一監(jiān)視器，該監(jiān)視器通過數(shù)據(jù)線與紅外攝像頭連接。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測鍵合質(zhì)量的紅外 透視成像裝置，其特征在于其中燈箱包括 一 光源； 一喇叭狀燈罩，該反射燈罩位于該光源的 一 側(cè)。
3 、根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測鍵合質(zhì)量的紅外 透視成像裝置，其特征在于其中該光源為白熾燈。
4 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測鍵合質(zhì)量的紅外 透視成像裝置，其特征在于其中小孔光闌的通光孔的孔徑為1 一 2 mm。
5 、 一種檢測鍵合質(zhì)量的紅外透視成像裝置的調(diào) 節(jié)方法，其是采用權(quán)利要求1所述的成像裝置，其特征在于，包括如下步驟步驟1調(diào)節(jié)攝像頭及監(jiān)視器，使之形成成像狀態(tài)；步驟2:調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上的依次排列的第一凸透鏡、小孔光闌、第二凸透鏡、樣叫架及紅外攝像頭，使之處于與燈箱上的出光孔相同高度。步驟3調(diào)節(jié)第 一 凸透鏡和小孔光闌的位置，使清晰的燈絲圖像穿過小孔光闌，然后調(diào)節(jié)第二二凸透鏡，使射出的圓形光斑打在樣品架上的樣品表面:步驟4最后調(diào)節(jié)攝像頭與樣品架上的樣品之間的距離使成像最清晰，成像結(jié)果可直接由監(jiān)視器顯不。
全文摘要
本發(fā)明一種檢測鍵合質(zhì)量的紅外透視成像裝置，其特征在于，包括如下幾個部分一燈箱，該燈箱為黑色，該燈箱前端開有一出光孔；一導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌位于燈箱上的出光孔的前端，在該導(dǎo)軌上依次排列有第一凸透鏡、小孔光闌、第二凸透鏡、樣品架及紅外攝像頭；一監(jiān)視器，該監(jiān)視器通過數(shù)據(jù)線與紅外攝像頭連接。
文檔編號G01N21/956GK101178368SQ20061011440
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者何國榮, 宋國鋒, 楊國華, 渠紅偉, 巖 石, 鄭婉華, 陳良惠 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所