一种键合波实时检测装置及方法

本发明涉及一种检测装置及方法，属于芯片封装。

背景技术：

1、在半导体封装、晶圆贴合及精密键合工艺中，键合波是待键合界面在接触过程中由初始接触位置向周围逐步扩展形成的动态接触前沿，键合波的传播状态会直接影响最终的键合质量。当键合波传播不均匀、传播速度异常或者局部传播受阻时，容易在键合界面形成空洞、气泡、局部未键合区域以及界面应力不均等缺陷，进而影响器件的良率、可靠性和服役性能。

2、现有技术中，对于键合质量的检测大多是在键合完成之后进行，通常采用红外检测、超声检测或者其他离线检测方式对键合后的整体状态进行评价。该类检测方式虽然能够在一定程度上反映最终键合结果，但是通常只能获得键合完成后的静态信息，无法反映键合过程中键合波的实时传播状态，也不能及时获取键合异常形成的动态过程。因此，现有检测方式存在明显的滞后性，难以在缺陷形成初期进行识别并及时调整工艺参数。

3、此外，在实际键合过程中，键合波的传播不仅表现为接触区域在平面内的逐步扩展，同时还伴随着待键合构件在局部区域内产生微小位移与形变。仅依赖单一成像手段难以准确反映界面动态接触的真实状态，而仅依赖单一传感信号又缺乏对键合波传播路径和形态的直观表征，因而难以同时兼顾检测的直观性与精确性。基于此，亟须提供一种能够在键合过程中同步获取键合波图像信息和位移变化信息的实时检测装置及方法，以便更准确地表征键合波传播行为，并为键合过程控制提供有效依据。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中键合波检测滞后，难以获取键合波动态传播过程以及检测维度单一的问题，进而提出一种键合波实时检测装置及方法。

2、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明一种键合波实时检测装置包括支撑结构，支撑结构上设有下桌板，下桌板上安装有上桌板，上桌板上安装有微探头检测系统，支撑结构上还安装有键合头，且键合头位于上桌板的上方，支撑结构的下部安装有红外相机检测系统。

3、进一步的，支撑结构包括铸铁平台，铸铁平台的上表面设有理石基座，理石基座通过角铁固定在铸铁平台的上表面，理石基座的上表面设有龙门横梁，龙门横梁的两端通过龙门立柱与理石基座的上表面固定连接，理石基座上还设有支撑架，支撑架用于安装下桌板，键合头安装在龙门横梁上。

4、进一步的，键合头包括支撑臂，支撑臂安装在龙门横梁上，支撑臂上安装有回转电机，回转电机的电机轴上安装有丝杠，丝杠上套装有滑块，滑块与安装在支撑臂上的键合头导轨滑动连接，滑块上安装有薄型气缸，薄型气缸下端的键合头前端上安装有测力传感器。

5、进一步的，上桌板包括运动主板，运动主板安装在导轨组件上，导轨组件安装在支撑结构上，运动主板的一边通过回转组件与翻转件的一边转动连接，微探头检测系统安装在翻转件的下表面，翻转件的上表面设有提拉推手。

6、进一步的，导轨组件包括两根并排平行设置在支撑结构上的sp级机械导轨，sp级机械导轨上滑动连接有滑块，运动主板固定在滑块上，sp级机械导轨的前端设有限位块，sp级机械导轨的后端设有防撞块。

7、进一步的，下桌板包括ztt压电位移台，ztt压电位移台的上表面安装有超平块，超平块的表面沿圆周方向设有多个转接固定件，超平块的侧面设有多个负压管路。

8、进一步的，超平块是碳化硅材料制作的。

9、进一步的，微探头检测系统由50个微探头光纤干涉仪，50个微探头光纤干涉仪采用分布式布设。

10、本发明所述一种键合波实时检测方法的步骤包括：

11、步骤1、通过回转握手使翻转件绕回转组件翻转，将下晶圆安装在下桌板上，使用运动主板带动上桌板在sp级机械导轨上滑动；

12、步骤2、通过超平块和ztt压电位移台实现机械锁死和上桌板与下桌板的间距、平行度调节；

13、步骤3、通过键合头加载键合力，完成键合的触发；

14、步骤4、微探头检测系统开启50通道同步采集模式，微探头光纤干涉仪实时采集上晶圆从初始位置到贴合下晶圆全过程的50点位距离数据，采集频率为1khz，操作人员通过工控机实时查看各点位位移数据、全域平整度云图；同时通过红外相机检测系统的大靶面ingaas 红外相机实现覆盖晶圆全径向的键合波成像，每一帧包含整个晶圆上的键合波前沿位置、全局轮廓和畸变。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明独创性地采用阵列式反射性光纤位移传感器作为核心感知单元，构建闭环检测系统，将50个微型光纤探头以环形阵列嵌入上table上，探头间距依据晶圆尺寸优化排布。传感器基于光强调制原理，通过发射激光束实时测量键合界面在键合过程中因原子扩散引起的法向微位移。以键合起始信号为触发，各探头同步记录界面波到达时的位移-时间波形，采样窗口覆盖整个键合波扩散阶段。高速数据采集卡同步记录多通道位移信号，经光电转换与放大滤波后，实时传输至上位机。提取各通道波形的首个峰值时刻，基于波达时间差算法，反演键合波在晶圆平面上的起始位置与传播速度场，将离散探头坐标对应的振幅、波速特征值，采用克里金插值算法扩展至整个晶圆平面，生成分辨率达亚毫米级的连续分布场。上位机运行实时监测软件，完成特征提取、云图重建，采用热力图着色技术，将振幅数据映射为色彩梯度（蓝→红表示能量递增），逐帧生成界面波扩散的动态演化云图，实现对波前推进过程的实时显示。

17、2、本发明将ingaas红外相机安装在基座的支撑框架上，对键合波的传播过程进行实时高精度检测。独创性地微探头检测系统和红外相机检测系统相结合，巧妙地解决了传统检测方式的滞后性问题，更准确地表征键合波传播行为，并为键合过程控制提供有效依据。

1.一种键合波实时检测装置，其特征在于，包括支撑结构（4），支撑结构（4）上设有下桌板（1），下桌板（1）上安装有上桌板（2），上桌板（2）上安装有微探头检测系统（5），支撑结构（4）上还安装有键合头（3），且键合头（3）位于上桌板（2）的上方，支撑结构（4）的下部安装有红外相机检测系统（6）。

2.根据权利要求1所述的一种键合波实时检测装置，其特征在于，支撑结构（4）包括铸铁平台（402），铸铁平台（402）的上表面设有理石基座（401），理石基座（401）固定在铸铁平台（402）的上表面，理石基座（401）的上表面设有龙门横梁（403），龙门横梁（403）的两端通过龙门立柱（404）与理石基座（401）的上表面固定连接，理石基座（401）上还设有支撑架（405），支撑架（405）用于安装下桌板（1），键合头（3）安装在龙门横梁（403）上。

3.根据权利要求2所述的一种键合波实时检测装置，其特征在于，键合头（3）包括支撑臂（31），支撑臂（31）安装在龙门横梁（403）上，支撑臂（31）上安装有回转电机（306），回转电机（306）的电机轴上安装有丝杠（305），丝杠（305）上套装有滑块，滑块与安装在支撑臂（31）上的键合头导轨（307）滑动连接，滑块上安装有薄型气缸（302），薄型气缸（302）下端的键合头前端（304）上安装有测力传感器（303）。

4.根据权利要求1所述的一种键合波实时检测装置，其特征在于，上桌板（2）包括运动主板（201），运动主板（201）安装在导轨组件（204）上，导轨组件（204）安装在支撑结构（4）上，运动主板（201）的一边通过回转组件（203）与翻转件（202）的一边转动连接，微探头检测系统（5）安装在翻转件（202）的下表面，翻转件（202）的上表面设有提拉推手（205）。

5.根据权利要求4所述的一种键合波实时检测装置，其特征在于，导轨组件（204）包括两根并排平行设置在支撑结构（4）上的sp级机械导轨（25），sp级机械导轨（25）上滑动连接有滑块（28），运动主板（201）固定在滑块（28）上，sp级机械导轨（25）的前端摄于限位块（28），sp级机械导轨（25）的后端设有防撞块（26）。

6.根据权利要求1所述的一种键合波实时检测装置，其特征在于，下桌板（1）包括ztt压电位移台（104），ztt压电位移台（104）的上表面安装有超平块（101），超平块（101）的表面沿圆周方向设有多个转接固定件（102），超平块（101）的侧面设有多个负压管路（103）。

7.根据权利要求6所述的一种键合波实时检测装置，其特征在于，超平块（101）是碳化硅材料制作的。

8.根据权利要求1所述的一种键合波实时检测装置，其特征在于，微探头检测系统（5）由50个微探头光纤干涉仪（501），50个微探头光纤干涉仪（501）采用分布式布设。

9.一种基于权利要求1至8中任一项所述检测装置的键合波实时检测方法，其特征在于，具体步骤包括：