CN109300823B - 超声波扫描系统以及用于对晶圆进行超声波扫描的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种超声波扫描系统以及用于对晶圆进行超声波扫描的方法。该系统包括：承载台，所述承载台被配置为承载要被扫描的晶圆；超声波探头，超声波探头被配置为向晶圆发射扫描超声波以执行扫描，并且被定位在距晶圆一基准距离处；测距器，测距器被配置为测量超声波探头与晶圆之间的相对距离；以及控制器，控制器从测距器接收相对距离；其中，控制器被配置为基于基准距离与相对距离的差来调整超声波探头与晶圆之间的距离，使得扫描超声波的焦点位于晶圆的键合界面中。

Description

超声波扫描系统以及用于对晶圆进行超声波扫描的方法

技术领域

本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及用于检测键合晶圆是否存在缺陷的超声波扫描系统和方法。

背景技术

在背照式传感器(Backside Illumination，BSI)产品的工艺制程中，可以使用键合(bonding)工艺将两个晶圆结合为键合晶圆。被键合的两个晶圆之间的键合界面中可能存在空洞(void)之类的缺陷结构，这种缺陷结构会直接影响BSI产品的良品率。因此，需要对晶圆进行检测，以发现键合界面中的缺陷结构。

可以使用超声波扫描技术来对键合晶圆进行扫描，以检测键合界面中的缺陷结构(例如，空洞)。例如，可以向键合晶圆发射扫描超声波并检查由晶圆反射的超声波回波来实现这种检测。由于键合界面中的缺陷结构的性质不同于正常结构，所以由缺陷结构反射的超声波回波的特性(例如，强度)将不同于正常结构的超声波回波的特性，从而会在扫描图像上呈现出特定的图像特征。通过识别这些特定的图像特征，可以识别出键合界面中的缺陷结构的存在及其位置。

为了最好地检测键合界面中的缺陷结构，期望所发射的扫描超声波的焦点恰好位于键合界面中，也就是位于键合的两个晶圆之间的接触面中。否则，可能造成扫描图像的失真，进而降低检测的准确率。然而，由于待扫描的晶圆可能没有被平整地放置，所以，在扫描经过晶圆期间，超声波源距晶圆的实际距离可能发生变化。在这种情况下，将难以确保所发射的超声波的焦点始终位于键合界面中。为了将超声波的焦点调整回到键合界面中而在每一个扫描位置手动重新对焦是不现实的。

因此，需要提出一种新的技术来解决上述现有技术中的一个或多个问题。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种改进的超声波扫描系统。

本公开的另一个目的是提供一种用于对晶圆进行超声波扫描的方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种超声波扫描系统，该超声波扫描系统包括：承载台，该承载台被配置为承载要被扫描的晶圆；超声波镜头，该超声波镜头被配置为向晶圆发射扫描超声波以执行扫描，并且被定位在距晶圆一基准距离处；测距器，该测距器被配置为测量超声波镜头与晶圆之间的相对距离；以及控制器，控制器从测距器接收该相对距离；其中，控制器被配置为基于基准距离与相对距离的差来调整超声波镜头与晶圆之间的距离，使得扫描超声波的焦点位于晶圆的键合界面中。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于对晶圆进行超声波扫描的方法，该方法包括：使用超声波镜头向晶圆发射扫描超声波，超声波镜头被定位在距所述晶圆一基准距离处；测量超声波镜头与晶圆之间的相对距离；基于基准距离与所述相对距离的差，调整超声波镜头与晶圆之间的距离，使得扫描超声波的焦点位于晶圆的键合界面中。

根据本公开的实施例的一个优点在于可以确保在超声波扫描过程期间，所发射的扫描超声波的焦点始终位于晶圆的键合界面中，从而提高键合界面中的缺陷结构的检测准确率。

根据本公开的实施例的另一个优点在于，可以自动地调整超声波镜头与晶圆的相对距离，而不需要手动地重新对焦。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开的一些实施例的超声波扫描系统的一个示例的示意图。

图2进一步示出了根据本公开的一些实施例的超声波扫描系统的示意图。

图3示出了根据本公开的一些实施例的超声波扫描系统的另一个示例的示意图。

图4示出了根据本公开的一些实施例的用于对晶圆进行超声波扫描的方法的流程图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

图1示出了根据本公开的一些实施例的超声波扫描系统100的一个示例的示意图。超声波扫描系统100可以包括承载台110、超声波探头120、测距器130以及控制器140。根据本公开的一些实施例，承载台110被配置为承载要被扫描的键合晶圆111；超声波探头120被配置为向键合晶圆111发射扫描超声波121以执行扫描，并且被定位在距键合晶圆111一基准距离处；测距器130被配置为测量超声波探头120与键合晶圆111之间的相对距离；控制器140从测距器130接收该相对距离，并且被配置为基于基准距离与该相对距离的差来调整超声波探头120与键合晶圆111之间的距离，使得扫描超声波的焦点122位于键合晶圆111的键合界面中。下面将对超声波扫描系统100的这些部件的结构和功能进行进一步的描述。

根据本公开的一些实施例，承载台110可以被配置为承载要被扫描的晶圆。如图1所示，要被扫描的晶圆可以是由晶圆111a和111b通过键合工艺所形成的键合晶圆(以下统称为键合晶圆111)。晶圆111a与111b之间的接触面112可以被称为键合晶圆111的键合界面，其中可能存在诸如空洞之类的缺陷结构。承载台110可以具有适于承载和固定键合晶圆111的任何机构，从而可以将键合晶圆111定位在承载台110的上表面处以供扫描。承载台110可以是固定的，也可以是可移动的。

根据本公开的一些实施例，超声波探头120可以被配置为向键合晶圆111发射扫描超声波以执行扫描。图1中示意性地示出了由超声波探头120发射的扫描超声波121。扫描超声波121可以具有任何合适的频率和功率。为了执行对整个键合晶圆111的扫描，超声波探头120和/或承载台110可以是可移动的。例如，超声波探头120可以在

图1中所示的X方向(例如，水平方向)上移动，并且可以在与X方向垂直的Y方向(例如，竖直方向)上移动。作为扫描过程的一部分，超声波探头120可以被配置为沿X方向行进，从而使得所发射的扫描超声波121扫描经过键合晶圆111。超声波探头120还可以被配置为能够在与X方向和Y方向二者都垂直的Z方向(例如，垂直纸面向外，图1中未示出)上移动，从而进一步调整晶圆上的被扫描位置。可以采用任何移动机制来控制和执行超声波探头120在X、Y、Z方向中任意方向上的移动，例如，可以使用与超声波探头120耦接的机械臂(未示出)或任何合适的其他移动机制。尽管这里描述了超声波探头120可以是可移动的，在替代的一些实施例中，承载台110(而不是超声波探头120)可以是可移动的，或者这二者均是可移动的。可以通过移动承载台110或者超声波探头120中的一者或两者来实现扫描位置和/或超声波焦点的位置的调整。承载台110与超声波探头120之间的相对空间关系的变化可以发生在X方向、Y方向或者Z方向中的一个或多个方向上。承载台110的移动可以通过任何移动机制(例如机械臂)来实现。对承载台110的移动可以不必是移动整个承载台，而是可以仅仅移动承载台110的用于承载键合晶圆111的平面。

需要注意的是，尽管图1中仅示出一个超声波探头120，本领域人员将清楚的是，超声波扫描系统100也可以包括多个超声波探头120。使用多个超声波探头120并行的进行扫描可以缩短扫描时间，从而提高扫描的效率。

由超声波探头120向键合晶圆111发射的扫描超声波121可以具有焦点122。焦点122可以表示扫描超声波121的能量最为集中的位置。为了最好地检测位于键合界面中的缺陷结构(例如空洞)，期望焦点122在扫描过程期间始终位于键合界面112中。可以通过控制超声波探头120在Y方向上的位置来控制焦点122在Y方向上的位置，这是因为焦点122在Y方向上相对于超声波探头120可以是固定的(即，焦点122在Y方向上相对于超声波探头120的距离是固定的焦点距离)。根据本公开的一些实施例，可以将超声波探头120定位在键合晶圆111上方的一基准距离处，使得焦点122恰好位于键合界面112中。如下文将更详细地描述的，可以通过计算或者测量来确定该基准距离。

根据本公开的一些实施例，测距器130和控制器140可以被结合使用以将超声波探头120与键合晶圆111之间的相对距离保持为一基准距离。

根据本公开的一些实施例，测距器130可以被配置为测量测距器130与键合晶圆111之间的相对距离。测距器130可以使用任何合适的测距机制。根据本公开的一些实施例，测距器130可以使用激光、红外、或者超声波中的任一者进行测量，或者使用这些测距机制的组合。根据本公开的一些实施例，可以使用满足精度(例如，误差小于0.01mm)要求的任何测距器130及相应的测距机制。

根据本公开的一些实施例，测距器130可以固定地定位在超声波探头120的侧面。图1示出了固定地定位在超声波探头120的左侧的一个测距器130。尽管如此，本领域人员将清楚的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用多个测距器130，并且这些测距器130可以以其他方式相对于超声波探头120固定地定位。当超声波扫描系统100包括多个超声波探头120时，每个超声波探头120可以具有与其关联的一个或多个测距器130。

需要注意的是，测距器130所测量的实际上是测距器130本身相对于键合晶圆111的上表面的相对距离。例如，如图1所示，测距器130测得的相对距离D1描述的是在位置P2处测距器130相对于键合晶圆111的上表面的距离。图1中的位置P1、P2分别表示键合晶圆111上的不同扫描位置。根据本公开的一个实施例，可以根据相对距离D1确定超声波探头120与键合界面112之间的相对距离D3，下面对此进行详细描述。

一方面，由于测距器130相对于超声波探头120是固定的，所以可以根据测距器130在位置P2处所测得的相对距离D1来确定超声波探头120行进到P2处时与键合晶圆111的上表面的相对距离D2(未示出)。例如，如果测距器130与超声波探头120在Y方向上的高度差被表示为A，那么超声波探头120在位置P2处与键合晶圆111的上表面的相对距离D2可以用以下表达式来计算：

D2＝D1-A (1)

其中，符号A表示测距器130在Y方向(竖直方向)上比超声波探头120高的距离。A可以是常量。并且，A可以是未知的或者已知的。A的值可以是正值，也可以是负值。对于多个测距器中的每一个测距器，可以存在与之对应的A的值。根据本公开的一个实施例，当测距器130与超声波探头120齐平时，与该测距器130对应的A值可以为0，即D2＝D1。

另一方面，测距器130测得的相对距离D1是相对于键合晶圆111的上表面的距离，而不是相对于键合界面112的距离。然而，由于晶圆111a的厚度可以被认为是均匀的，所以键合晶圆111的上表面与键合界面112在Y方向上的距离可以是常量(即晶圆111a的厚度为常量)。因此，可以根据相对距离D2来确定在位置P2处超声波探头120与键合界面112之间的相对距离D3。D3和D2之间的关系可以被表示为：

D3＝D2+B (2)

其中，符号B表示晶圆111a在Y方向上的厚度。对于选定的晶圆，B可以是常量。并且，B的值可以是未知的，也可以是已知的。

由表达式(1)和(2)可以得出，超声波探头120在P2处与键合界面112之间的相对距离D3可以根据测距器130在P2处测得的测距器130与键合晶圆111的上表面之间的相对距离D1来如下地确定：

D3＝D1-A+B (3)

由于A和B二者都是常量，所以D3在扫描过程期间的变化ΔD3与D1在扫描过程期间的变化ΔD1是相等的，即ΔD3＝ΔD1。因此，可以根据测距器130所测得的相对距离D1的变化来直接确定相对距离D3的变化。如下所述，当该变化ΔD1超过预定阈值时，可以调整超声波探头120与键合晶圆111之间的距离以消除该变化带来的影响。这将在后面更详细地描述。

需要注意的是，图1中用多个虚线箭头来表示D1、D2、D3。尽管这些虚线箭头被示为平行地分开并且仅表示D1的箭头位于位置P2处，但这仅仅是为了清楚地示意的目的。D1、D2、D3都旨在描述与位置P2对应的各个距离关系。

超声波扫描系统100中的控制器140可以与测距器130通信地连接，并且被配置为从测距器130接收所测得的相对距离D1。控制器140与测距器130之间的连接可以是有线连接或者无线连接。无线连接可以采用任何合适的通信协议(例如，诸如蓝牙、Wi-Fi、任何近程通信协议、任何互联网通信协议、任何蜂窝通信协议等等)来彼此通信。根据本公开的一些实施例，控制器140可以是与测距器130分立的部件。根据本公开的另一些实施例，控制器140可以与测距器130集成在一起。当存在多个测距器130时，这些测距器130中的至少一部分或者全部可以共享同一个控制器140。

根据本公开的一些实施例，控制器140可以被配置为基于针对测距器110的基准距离D0与相对距离D1的差来调整在Y方向上超声波探头120与键合晶圆111之间的距离。例如，控制器140可以具有存储器(未示出)或者可以访问存储器，并且可以从该存储器中读取预先确定的基准距离D0。当从测距器130接收到测量得到的当前的相对距离D1时，控制器140可以将该相对距离D1与所读取的基准距离D0进行比较。根据本公开的一些实施例，当相对距离D1与基准距离D0之间的差不小于预定阈值时，控制器140可以确定需要对超声波探头120与键合晶圆111之间的距离进行调整。作为一个示例，预定阈值可以是移动机制移动超声波探头120的最小分度值(例如0.01mm)。

根据本公开的一些实施例，控制器140可以向能够移动超声波探头120和/或承载台110的移动机制(例如，机械臂)发出调整信号。该调整信号可以至少包括调整方向和调整距离。调整方向例如可以是沿着Y方向(竖直向上)或者沿着与Y方向相反的方向(竖直向下)中的一者。调整距离可以基于相对距离D1与基准距离D0之间的差来确定。例如，调整距离d可以被表示为相对距离D1与基准距离D0之间的差的绝对值：

d＝|D0-D1| (4)

响应于收到该调整信号，机械臂可以在所指示的调整方向上将超声波探头120和/或承载台110移动所指示的调整距离。在一些实施例中，受硬件的限制，超声波探头120和/或承载台110的移动距离必须是最小分度值(例如0.01mm)的整数倍。在这种情况下，可以将超声波探头120和/或承载台110移动与d最接近的最小分度值整数倍。例如，当指示的调整距离为0.018mm并且最小分度值为0.01mm时，可以将超声波探头120移动0.02mm。

作为一个示例，当测距器130在某一位置P处测得的相对距离D1大于基准距离D0并且两者的差不小于预定阈值时，这意味着超声波探头120在该位置P处与键合界面112之间的相对距离将太大，导致超声波的焦点122可能位于键合界面112的上方。因此，响应于确定相对距离D1大于基准距离D0并且两者的差超过预定阈值，控制器140可以发出调整信号。该调整信号可以指示超声波探头120的调整方向为与Y方向相反的方向(竖直向下)并且调整距离为d＝D1-D0。响应于该调整信号，机械臂可以竖直向下移动超声波探头120达到调整距离d。替代地，该调整信号可以指示承载台110的调整方向为Y方向(竖直向上)并且调整距离为d＝D1-D0。响应于该调整信号，机械臂可以竖直向上移动承载台110达到调整距离d。通过该调整，超声波探头120与键合晶圆111的键合界面之间的相对距离减小d，从而确保超声波的焦点122位于键合界面112中。

作为另一个示例，当测距器130在某一位置P处测得的相对距离D1小于基准距离D0并且两者的差不小于预定阈值时，这意味着超声波探头120在该位置P处与键合界面112之间的相对距离将太小，导致超声波的焦点122可能位于键合界面112的下方。因此，响应于确定相对距离D1小于基准距离D0并且两者的差不小于预定阈值，控制器140可以发出调整信号，该调整信号可以指示超声波探头120的调整方向为Y方向(竖直向上)并且调整距离为d＝D0-D1。响应于该调整信号，机械臂可以竖直向上移动超声波探头120达到调整距离d。替代地，该调整信号可以指示承载台110的调整方向为与Y方向相反的方向(竖直向下)并且调整距离为d＝D0-D1。响应于该调整信号，机械臂可以竖直向下移动承载台110达到调整距离d。通过该调整，超声波探头120与键合晶圆111的键合界面之间的相对距离增加d，从而确保超声波的焦点122位于键合界面112中。

当测距器130在某一位置P处测得的相对距离D1与基准距离D0的差小于预定阈值时，控制器140可以不发出调整信号，或者发出不必进行调整的信号。相应地，机械臂可以不在Y方向上调整超声波探头120和承载台110的位置。

基准距离D0是使得超声波焦点122位于键合界面112中的、测距器130与键合晶圆111的上表面之间的相对距离。基于测距器130与超声波探头120的相对位置关系，可以确定超声波探头120的基准距离是D0-A。可以采用多种方法来确定基准距离D0。

根据本公开的一些实施例，可以使用测距器130和超声波探头120基于在键合晶圆111的边缘处的键合界面112中的空洞来确定基准距离D0。这一过程可以在扫描开始之前进行。与键合晶圆111的中心部分相比，在键合晶圆111的边缘部分找到空洞的可能性要大得多。因此，可以将超声波探头120所发射的扫描超声波121对准键合晶圆111的边缘以寻找空洞。可以通过所生成的扫描图像来大致确定边缘处的某一位置是否存在空洞。当确定该位置可能存在空洞时，可以通过调整超声波探头120在Y方向的位置，使得所找到的与空洞对应的特定的图像特征最为显著。确定和/或识别特定的图像特征的步骤可以通过人工来进行。优选地，该步骤还可以通过计算机图像识别来进行。在与空洞对应的特定的图像特征最为显著的情况下，可以认为扫描超声波的焦点122刚好位于键合界面中。相应地，可以将测距器130在这种情况下测得的相对距离D1确定为基准距离D0。通过这种方式，可以确定针对任意键合晶圆111的基准距离D0，而无需知晓系统的各个物理参数(例如，晶圆的厚度、超声波焦点与超声波探头之间的焦点距离等)，并且具有较高的准确度。根据本公开的一些实施例，为了进一步提高D0的准确度，可以通过键合晶圆111的边缘处的键合界面112中的多个空洞来确定多个测得的基准距离，并将这多个测得的基准距离的平均值确定为基准距离D0。所确定的基准距离D0可以被存储在控制器140可访问的任何存储器中以供控制器140使用。

根据本公开的一些实施例，可以在扫描过程期间更新基准距离D0。例如，当在扫描过程中，扫描超声波的焦点位于键合晶圆111的键合界面112中并且检测到键合界面112中的空洞时(例如，当确定扫描图像呈现出显著的与空洞对应的特定图像特征时)，可以基于测距器130当前测量的相对距离D1来更新基准距离D0。根据本公开的一些实施例，该更新可以包括使用当前测量的相对距离D1替换所存储的基准距离D0。根据本公开的另一些实施例，该更新可以包括计算当前测量的相对距离D1和所存储的基准距离D0的平均值，并将该平均值存储为更新后的基准距离D0。

根据本公开的另一些实施例，可以基于晶圆的预定厚度以及扫描超声波的预定焦点距离来确定基准距离D0。例如，对于选定的键合晶圆111a，其厚度B可以是预先确定的已知值。并且，超声波的焦点122与超声波探头120之间的距离(焦点距离)D4也可以是预先确定的已知值。因此，可以通过以下表达式来确定基准距离D0：

D0＝D4-B+A (5)

其中，符号A表示测距器130在Y方向(竖直方向)上比超声波探头120高的距离。如前面所述，A可以是固定的已知常量。如图1所示，当测距器130与超声波探头120齐平时，与该测距器130对应的A值可以为0。通过计算的方式来确定基准距离D0，可以避免进行测量的繁琐，并减少测量带来的误差。所确定的基准距离D0可以被存储在控制器140可访问的任何存储器中以供控制器140使用。替代地，也可以将用于计算D0的各个参数存储在该存储器中并在扫描过程中将这些参数代入表达式(5)进行即时解算。

图2进一步示出了根据本公开的一些实施例的超声波扫描系统100的示意图。为了清楚和便于描述，图2中仅示出了超声波扫描系统100的一部分。所示出的部分包括例如超声波探头120和测距器130。测距器130被示出为固定地位于超声波探头120左侧。为了简单和清楚的目的，图2中示出测距器130和超声波探头120在Y方向上齐平，即A＝0。结合图1的描述可以容易地知晓A≠0的情况，这对于本领域的技术人员而言是清楚的。

图2中示出了待扫描的键合晶圆111，其包括晶圆111a和111b，并且晶圆111a与111b之间存在键合界面112。为了示意的目的，键合晶圆111没有被平整地放置。

作为扫描过程的一部分，超声波探头120可以以速度Vx沿着与X方向相反的方向(水平向左)扫描经过键合晶圆111。此时扫描方向为水平向左。当扫描超声波121的扫描位置为P1时，其焦点122可以位于键合界面112中，并且超声波探头120与键合晶圆111的上表面的距离恰好为基准距离D0。然而，如果超声波探头120继续行进到达位置P2处并且不在Y方向上调整超声波探头120的位置，由于键合晶圆111没有被平整地放置，所以扫描超声波的焦点122将不再位于键合界面122中。这会降低扫描的准确性，因此是不期望的。为了确保扫描超声波的焦点122在位置P2处仍然位于键合界面122中，超声波扫描系统100可以利用测距器130来提前测量位置P2处的相对距离D1。对相对距离D1的测量在超声波探头120还未到达位置P2(即，超声波探头120还位于位置P1处)时就可以由测距器130进行。测距器130可以将所测得的相对距离D1发送给控制器140(图2中未示出)。控制器140将接收到的相对距离D1与基准距离D0进行比较，并向控制超声波探头120的位置的移动机制发出调整信号。该调整信号可以指示将超声波探头120在Y方向(竖直向上)移动距离d＝D0-D1，从而确保超声波探头120在行进到位置P2时，其超声波的焦点122仍然位于键合界面122中。

需要注意的是，超声波探头120在水平方向上的移动与在竖直方向上的移动可以是彼此独立的。例如，这两种移动可以由不同的移动机制(例如机械臂)来控制。替代地，可以将超声波探头120在水平方向上的移动和在竖直方向上的移动合成为一个移动矢量，并由单个移动机制来执行。

根据本公开的一些实施例，可以在超声波探头120从位置P1移到位置P2的过程期间，对超声波探头120在Y方向上的位置进行均匀的调整。根据本公开的一些实施例，该均匀的调整可以基于以下各项来执行：基准距离D0与相对距离D1的差d；测距器130在扫描方向上超前于超声波探头120的距离C；以及超声波探头120在扫描方向上的行进速度Vx。

作为一个示例，如图2所示，位置P1与P2在水平方向上的距离可以等于测距器130在扫描方向上超前于超声波探头120的距离C。距离C的值依赖于测距器130与超声波探头120之间的位置关系，因此距离C可以是已知值。可以根据距离C以及超声波探头120在扫描方向上的行进速度Vx来确定超声波探头120从位置P1移到位置P2的时间t，t＝C/Vx。因此，可以在Y方向上以速度Vy来匀速地调整超声波探头120的位置，并且Vy可以根据以下表达式来确定：

Vy＝d/t＝(D0-D1)·Vx/C (6)

通过这种方式，可以实现在超声波探头120从位置P1移到位置P2的过程期间均匀地调整超声波探头120在Y方向上的位置。考虑到各个部分的几何关系是线性的，这种均匀的调整可以确保在位置P1和位置P2之间的各个位置处，超声波的焦点122也一直位于键合界面122中。

上述示例还表明，测距器130在扫描方向上超前于与超声波探头120可以是有利的，这使得可以提前测量超声波探头120与键合晶圆111的相对距离。例如，如图1和图2所示，当超声波探头120从右向左扫描到达位置P1处时，可以利用测距器130测量在即将扫描的位置P2处的相对距离D1，并且根据相对距离D1来调整超声波探头120在Y方向上的位置，这使得超声波探头120可以在实际到达位置P2处时就已经被调整到位。

需要注意的是，尽管以上通过移动超声波探头120来调整超声波探头120与键合晶圆111的相对空间关系，但是，如前面所解释的，也可以通过移动承载台110来进行这种调整。替代地，可以移动超声波探头120和移动承载台110二者。

图3示出了根据本公开的一些实施例的超声波扫描系统100的另一个示例的示意图。根据本公开的一些实施例，一个超声波探头120可以与多个测距器相关联。与图1和图2所示的超声波扫描系统100不同之处在于，图3所示的超声波系统100中的超声波探头120与第一测距器130a和第二测距器130b相关联。与图2类似地，为了简单和清楚的目的，图3中示出第一测距器130a、第二测距器130b和超声波探头120在Y方向上齐平，即与第一测距器130a和第二测距器130b中每一者对应的A值均为0。结合图1的描述可以容易地知晓A≠0的情况，这对于本领域的技术人员而言是清楚的。

根据本公开的一些实施例，第一测距器130a与第二测距器130b可以分别定位在超声波探头120的相对的两侧。第一测距器130a可以被启用以确定第一测距器130a与晶圆111之间的第一相对距离D1a。第二测距器130b可以被启用以确定第二测距器130b与晶圆111之间的第二相对距离D1b。第一测距器130a和第二测距器130b可以分别与控制器140(未示出)通信地耦接，以分别将第一相对距离D1a和第二相对距离D1b发送给控制器140。控制器140可以基于第一相对距离D1a和/或第二相对距离D1b来确定相对距离D1，并且进一步地如前面关于图1和图2描述的那样，基于所确定的相对距离D1与基准距离D0的比较来调整超声波探头120在Y方向上的位置。

根据本公开的一些实施例，可以基于超声波探头120的扫描方向来启用第一测距器130a和第二测距器130b中的至少一个。例如，当超声波探头120以Vx的速度水平向左进行扫描时，可以启用第一测距器130a而不启用第二测距器130b。第一测距器130a是在扫描方向上超前于超声波探头120的测距器。在这种情况下，可以将第一测距器130a所测得的第一相对距离D1a确定为相对距离D1，并将其发送到控制器140以供使用。当超声波探头120以Vy的速度水平向右进行扫描时，可以启用第二测距器130b而不启用第一测距器130b。第二测距器130b是在扫描方向上超前于超声波探头120的测距器。在这种情况下，可以将第二测距器130b所测得的第二相对距离D1b确定为相对距离D1，并将其发送到控制器140以供使用。可以由控制器140来控制启用第一测距器130a还是第二测距器130b。多个测距器的这种配置可以是有利的。例如，对于扫描过程中可能一次或多次地改变扫描方向的超声波探头120，可以响应于扫描方向的改变而切换所启用的测距器，从而确保在当前扫描方向上存在至少一个超前的测距器，这使得无论扫描方向如何，超声波探头总是能够在到达扫描位置时就已经在Y方向上调整到位。

替代地，根据本公开的一些实施例，可以启用第一测距器130a和第二测距器130b二者，并且由控制器140基于超声波探头120的扫描方向选择第一相对距离D1a和第二相对距离D1b中的一个作为相对距离D1。在该示例中，第一测距器130a和第二测距器130b可以均被启用，并且将测得的第一相对距离D1a和第二相对距离D1b发送到控制器140。响应于确定超声波探头120正在向左进行扫描，控制器140可以选择接收到的第一相对距离D1a作为相对距离D1。响应于确定超声波探头120正在向右进行扫描，控制器140可以选择接收到的第二相对距离D1b作为相对距离D1。除了使得超声波探头能够在到达扫描位置时就已经在Y方向上调整到位以外，这种布置还具有额外的益处。例如，当需要更新基准距离D0时(如前所述，扫描超声波的焦点位于晶圆111的键合界面112中并且检测到键合界面112中的空洞时)，可以使用第一相对距离D1a和第二相对距离D1b的平均值作为当前的相对距离D1，然后使用该当前的相对距离D1结合所存储的基准距离D0来更新基准距离D0。由于第一测距器130a和第二测距器130b可以关于超声波探头120对称地布置，所以第一相对距离D1a和第二相对距离D1b的平均值可以认为是超声波探头120自身与晶圆111的上表面之间的距离。用该距离来更新基准距离D0可以是更准确的。图4示出了根据本公开的一些实施例的用于对晶圆进行超声波扫描的方法400的流程图。方法400例如可以使用前面结合图1-图3所描述的任何一种超声波扫描系统来实现。

根据本公开的一些实施例，在步骤401处，可以使用超声波探头(例如超声波探头120)向晶圆(例如键合晶圆111)发射扫描超声波，其中超声波探头可以被定位在距晶圆一基准距离(例如，基准距离D0)处。

根据本公开的一些实施例，在步骤402处，可以测量超声波探头与晶圆之间的相对距离(例如，相对距离D1)。

根据本公开的一些实施例，在步骤403处，可以基于基准距离与相对距离的差，调整超声波探头与晶圆之间的距离，使得扫描超声波的焦点位于晶圆的键合界面中。

根据本公开的一些实施例，可以通过多种方式来确定基准距离。例如，可以如前面关于图1已经描述的，基于在晶圆的边缘处的键合界面中的空洞来确定基准距离。

替代地，根据本公开的另一些实施例，可以基于晶圆的预定厚度以及扫描超声波的预定焦点距离来确定基准距离。

根据本公开的一些实施例，当扫描超声波的焦点位于晶圆的键合界面中并且检测到键合界面中的空洞时，可以基于当前的相对距离更新基准距离。

根据本公开的一些实施例，可以将当前的相对距离作为更新后的基准距离。

替代地，根据本公开的另一些实施例，可以将基准距离与相对距离的平均值作为更新后的基准距离。

根据本公开的一些实施例，可以至少使用第一测距器(例如130a)和第二测距器(例如130b)来测量相对距离，其中第一测距器被配置为测量第一相对距离，第二测距器被配置为测量第二相对距离，并且第一测距器与第二测距器分别被定位在超声波探头的相对的两侧。

根据本公开的一些实施例，测量相对距离包括：当超声波探头的扫描方向为第一扫描方向时，仅启用第一测距器以将第一相对距离确定为相对距离，其中第一测距器在第一扫描方向上超前于超声波探头；并且响应于超声波探头的扫描方向更换为第二扫描方向，启用第二测距器以将第二相对距离确定为相对距离，其中所述第二扫描方向与第一扫描方向相反，并且第二测距器在第二扫描方向上超前于超声波探头。

根据本公开的一些实施例，对超声波探头的调整至少是基于以下各项执行的：基准距离与相对距离的差；所启用的测距器在扫描方向上超前于超声波探头的距离；以及超声波探头在扫描方向上的行进速度。

根据本公开的一些实施例，可以使用激光、红外、或者超声波之一来测量相对距离。

根据本公开的一些实施例，仅当基准距离与相对距离的差不小于预定阈值时，执行调整。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：

示例1、一种超声波扫描系统，其中，包括：

承载台，所述承载台被配置为承载要被扫描的晶圆；

超声波探头，所述超声波探头被配置为向所述晶圆发射扫描超声波以执行扫描，并且被定位在距所述晶圆一基准距离处；

测距器，所述测距器被配置为测量所述超声波探头与所述晶圆之间的相对距离；以及

控制器，所述控制器从所述测距器接收所述相对距离；

其中，所述控制器被配置为基于所述基准距离与所述相对距离的差来调整所述超声波探头与所述晶圆之间的距离，使得所述扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中。

示例2、如示例1所述的超声波扫描系统，其中：

所述基准距离是使用所述测距器和所述超声波探头基于在所述晶圆的边缘处的键合界面中的空洞而确定的。

示例3、如示例1所述的超声波扫描系统，其中：

所述基准距离是基于所述晶圆的预定厚度以及所述扫描超声波的预定焦点距离而确定的。

示例4、如示例1-3中任一项所述的超声波扫描系统，其中：

所述测距器固定地定位在所述超声波探头的侧面。

示例5、如示例1-4中任一项所述的超声波扫描系统，其中：

所述测距器至少包括第一测距器和第二测距器，所述第一测距器与第二测距器分别被定位在所述超声波探头的相对的两侧，并且

所述第一测距器被启用以确定第一相对距离，

所述第二测距器被启用以确定第二相对距离，

其中，基于所述第一相对距离和/或所述第二相对距离来确定所述相对距离。

示例6、如示例5所述的超声波扫描系统，其中：

所述第一测距器被配置为当所述超声波探头的扫描方向为第一扫描方向时被启用以将第一相对距离确定为所述相对距离，其中第一测距器在第一扫描方向上超前于所述超声波探头；并且

所述第二测距器被配置为当所述超声波探头的扫描方向为第二扫描方向时被启用以将第二相对距离确定为所述相对距离，其中所述第二扫描方向与所述第一扫描方向相反，并且其中第二测距器在第二扫描方向上超前于所述超声波探头。

示例7、如示例6所述的超声波扫描系统，其中，所述控制器还被配置为基于以下各项来执行所述调整：

所述基准距离与所述相对距离的差；

所启用的测距器在扫描方向上超前于所述超声波探头的距离；以及

所述超声波探头在扫描方向上的行进速度。

示例8、如示例1所述的超声波扫描系统，其中，所述控制器还被配置为：

当扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中并且检测到所述键合界面中的空洞时，基于所述相对距离更新所述基准距离。

示例9、如示例8所述的超声波扫描系统，其中，所述更新包括：

将所述相对距离作为更新后的基准距离；或者

将所述基准距离与所述相对距离的平均值作为更新后的基准距离。

示例10、如示例1所述的超声波扫描系统，其中：

所述测距器使用激光、红外、或者超声波之一进行测量。

示例11、如示例1所述的超声波扫描系统，其中：

仅当所述基准距离与所述相对距离的差不小于预定阈值时，执行所述调整。

示例12、一种用于对晶圆进行超声波扫描的方法，其中，所述方法包括：

使用超声波探头向所述晶圆发射扫描超声波，所述超声波探头被定位在距所述晶圆一基准距离处；

测量所述超声波探头与所述晶圆之间的相对距离；

基于基准距离与所述相对距离的差，调整所述超声波探头与所述晶圆之间的距离，使得所述扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中。

示例13、如示例12所述的方法，其中，所述方法还包括：

基于在所述晶圆的边缘处的键合界面中的空洞来确定所述基准距离。

示例14、如示例12所述的方法，其中，所述方法还包括：

基于所述晶圆的预定厚度以及所述扫描超声波的预定焦点距离来确定所述基准距离。

示例15、如示例12-14中任一项所述的方法，其中：

至少使用第一测距器和第二测距器来测量所述相对距离，其中所述第一测距器被配置为测量第一相对距离，所述第二测距器被配置为测量第二相对距离，并且所述第一测距器与第二测距器分别被定位在所述超声波探头的相对的两侧。

示例16、如示例15所述的方法，其中，测量所述相对距离包括：

当所述超声波探头的扫描方向为第一扫描方向时，仅启用第一测距器以将第一相对距离确定为所述相对距离，其中第一测距器在第一扫描方向上超前于所述超声波探头；并且

响应于所述超声波探头的扫描方向更换为第二扫描方向，启用第二测距器以将第二相对距离确定为所述相对距离，其中所述第二扫描方向与所述第一扫描方向相反，并且第二测距器在第二扫描方向上超前于所述超声波探头。

示例17、如示例16所述的方法，其中，所述调整至少是基于以下各项执行的：

所述基准距离与所述相对距离的差；

所启用的测距器在扫描方向上超前于所述超声波探头的距离；以及

所述超声波探头在扫描方向上的行进速度。

示例18、如示例12所述的方法，其中，所述方法还包括：

当扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中并且检测到所述键合界面中的空洞时，基于所述相对距离更新所述基准距离。

示例19、如示例18所述的方法，其中，所述更新包括：

将所述相对距离作为更新后的基准距离；或者

将所述基准距离与所述相对距离的平均值作为更新后的基准距离。

示例20、如示例12所述的方法，其中：

使用激光、红外、或者超声波之一来测量所述相对距离。

示例21、如示例12所述的方法，其中：

仅当所述基准距离与所述相对距离的差不小于预定阈值时，执行所述调整。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (19)

1.一种超声波扫描系统，其特征在于，包括：

承载台，所述承载台被配置为承载要被扫描的晶圆；

超声波探头，所述超声波探头被配置为向所述晶圆发射扫描超声波以执行扫描，并且被定位在距所述晶圆一基准距离处；

测距器，所述测距器被配置为测量所述超声波探头与所述晶圆之间的相对距离；以及

控制器，所述控制器从所述测距器接收所述相对距离；

其中，所述控制器被配置为基于所述基准距离与所述相对距离的差来调整所述超声波探头与所述晶圆之间的距离，使得所述扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中，并且所述控制器还被配置为当所述扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中并且检测到所述键合界面中的空洞时，基于所述相对距离更新所述基准距离。

2.如权利要求1所述的超声波扫描系统，其特征在于：

所述基准距离是使用所述测距器和所述超声波探头基于在所述晶圆的边缘处的键合界面中的空洞而确定的。

3.如权利要求1所述的超声波扫描系统，其特征在于：

所述基准距离是基于所述晶圆的预定厚度以及所述扫描超声波的预定焦点距离而确定的。

4.如权利要求1所述的超声波扫描系统，其特征在于：

所述测距器固定地定位在所述超声波探头的侧面。

5.如权利要求1所述的超声波扫描系统，其特征在于：

所述测距器至少包括第一测距器和第二测距器，所述第一测距器与第二测距器分别被定位在所述超声波探头的相对的两侧，并且

所述第一测距器被启用以确定第一相对距离，

所述第二测距器被启用以确定第二相对距离，

其中，基于所述第一相对距离和/或所述第二相对距离来确定所述相对距离。

6.如权利要求5所述的超声波扫描系统，其特征在于：

所述第一测距器被配置为当所述超声波探头的扫描方向为第一扫描方向时被启用以将第一相对距离确定为所述相对距离，其中第一测距器在第一扫描方向上超前于所述超声波探头；并且

所述第二测距器被配置为当所述超声波探头的扫描方向为第二扫描方向时被启用以将第二相对距离确定为所述相对距离，其中所述第二扫描方向与所述第一扫描方向相反，并且其中第二测距器在第二扫描方向上超前于所述超声波探头。

7.如权利要求6所述的超声波扫描系统，其特征在于，所述控制器还被配置为基于以下各项来执行所述调整：

所述基准距离与所述相对距离的差；

所启用的测距器在扫描方向上超前于所述超声波探头的距离；以及

所述超声波探头在扫描方向上的行进速度。

8.如权利要求1所述的超声波扫描系统，其特征在于，所述更新包括：

将所述相对距离作为更新后的基准距离；或者

将所述基准距离与所述相对距离的平均值作为更新后的基准距离。

9.如权利要求1所述的超声波扫描系统，其特征在于：

所述测距器使用激光、红外、或者超声波之一进行测量。

10.如权利要求1所述的超声波扫描系统，其特征在于：

仅当所述基准距离与所述相对距离的差不小于预定阈值时，执行所述调整。

11.一种用于对晶圆进行超声波扫描的方法，其特征在于，所述方法包括：

使用超声波探头向所述晶圆发射扫描超声波，所述超声波探头被定位在距所述晶圆一基准距离处；

测量所述超声波探头与所述晶圆之间的相对距离；

基于所述基准距离与所述相对距离的差，调整所述超声波探头与所述晶圆之间的距离，使得所述扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中；以及

当所述扫描超声波的焦点位于所述晶圆的键合界面中并且检测到所述键合界面中的空洞时，基于所述相对距离更新所述基准距离。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于在所述晶圆的边缘处的键合界面中的空洞来确定所述基准距离。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述晶圆的预定厚度以及所述扫描超声波的预定焦点距离来确定所述基准距离。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

至少使用第一测距器和第二测距器来测量所述相对距离，其中所述第一测距器被配置为测量第一相对距离，所述第二测距器被配置为测量第二相对距离，并且所述第一测距器与第二测距器分别被定位在所述超声波探头的相对的两侧。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，测量所述相对距离包括：

当所述超声波探头的扫描方向为第一扫描方向时，仅启用第一测距器以将第一相对距离确定为所述相对距离，其中第一测距器在第一扫描方向上超前于所述超声波探头；并且

响应于所述超声波探头的扫描方向更换为第二扫描方向，启用第二测距器以将第二相对距离确定为所述相对距离，其中所述第二扫描方向与所述第一扫描方向相反，并且第二测距器在第二扫描方向上超前于所述超声波探头。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述调整至少是基于以下各项执行的：

所述基准距离与所述相对距离的差；

所启用的测距器在扫描方向上超前于所述超声波探头的距离；以及

所述超声波探头在扫描方向上的行进速度。

17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述更新包括：

将所述相对距离作为更新后的基准距离；或者

将所述基准距离与所述相对距离的平均值作为更新后的基准距离。

18.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

使用激光、红外、或者超声波之一来测量所述相对距离。

19.如权利要求11所述的方法，其特征在于：

仅当所述基准距离与所述相对距离的差不小于预定阈值时，执行所述调整。

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