一种高精度晶圆对准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于半导体加工制造领域，提供了一种高精度晶圆对准装置及方法，装置包括上载台

【技术实现步骤摘要】
一种高精度晶圆对准装置及方法


[0001]本专利技术属于半导体加工制造领域，涉及晶圆键合技术，具体涉及一种高精度晶圆对准装置及方法
。

技术介绍

[0002]随着超越摩尔的概念进一步被广泛认同，基于异质整合及垂直互联应用的先进封装技术正在飞速的发展
。
随着
bumping
（凸点工艺）
、TSV
（硅通孔）
、RDL
（重布层）等技术的不断成熟和完善，晶圆键合技术的要求也在不断的提高
。
[0003]晶圆对准键合操作主要是将两张晶圆在垂直方向上进行结合，实现两个晶圆之间信号互联，晶圆对准键合操作中最重要也是最难的部分就是如何实现两片晶圆高精度的对准
。
目前为了达到高精度的对准，通用做法是：在上下载台分别吸附上下晶圆，上载台上有实现平移和旋转的
XXYY
四个方向运动机构，下载台可以沿
Y
方向运动；在上下载台的左右两侧对称布置两组
C
型结构的视觉及光学组件，
C
型结构开口侧上下两个端部分别布置一组对称的光学镜头，可以分别读取上下晶圆的左右对准标记；进行对准操作时，首先，将下载台移动到对准位，让下晶圆的对准标记移动到视觉及光学组件的视野内，读取并记录位置；其次，使下载台移动退出，再将上载台移动到对准位，让上晶圆的对准标记移动到视觉及光学组件的视野内，读取并记录位置；最后，将下载台移动回对准位，计算上下晶圆之间的角度和位移偏差，上载台通过旋转和平移运动进行补偿，完成对准
。
[0004]上述晶圆对准操作存在以下几种固定误差：
1.
以左侧对准标记为例，上晶圆的左侧对准标记被下视觉组件识别，下晶圆的左侧对准标记被上视觉组件识别，此时尽管上下视觉组件通过
C
型结构连接，能够消除两者相对运动产生的偏差，但上下视觉组件安装的同轴误差并不能被完全消除；
2.C
型结构在不同位置时的俯仰偏摆，会导致上下视觉组件的同轴误差进一步扩大；
3.
读取下晶圆左右对准标记后下载台需要移动退出，等待读取上晶圆左右对准标记后再移回，此时下载台前后两次运动存在重复性误差；
4.
计算得到的上下晶圆之间的角度和位移偏差可以通过上载台运动进行补偿，但补偿后对准结果无法被识别，上载台补偿运动过程中存在的误差无法被减小
。
[0005]总的来说，上述对准方法存在上下视觉组件安装同轴误差和运动重复性误差的问题，该误差因无法通过补偿进行消除进而影响上下晶圆之间的对准精度
。

技术实现思路

[0006]为了解决现有对准方法中因无法通过补偿消除上下视觉组件安装同轴误差和运动重复性误差，影响上下晶圆对准精度的技术问题，本专利技术公开了一种高精度晶圆对准装置及方法
。
[0007]实现专利技术目的的技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种高精度晶圆对准装置，包括：载台，所述载台包括装载上晶圆的上载台和装载下晶圆的下载台，所述上载台上设有驱动所述上载台进行平移和旋转的第一驱动组件，所述下载台上设有驱动所述下载台进行平移和旋转的第二驱动组件；视觉结构，所述视觉结构位于所述载台两侧，所述视觉结构包括结构相同且镜像对称的两组视觉组件，所述视觉组件包括视觉相机和照明光源；光学结构，所述光学结构与所述视觉结构均位于所述载台同一侧，所述光学结构包括结构相同且镜像对称的两组光学组件，所述光学组件包括立体分光镜和直角型平面反射镜；所述立体分光镜将与其位于同一侧的所述照明光源发出的光通过透射和反射分为两束光，一束透射光照射所述上晶圆的对准标记，另一束反射光照射至所述直角型平面反射镜上并经光路变换后照射所述下晶圆的对准标记；所述视觉相机采集经所述立体分光镜显示的所述上晶圆和所述下晶圆的对准标记；控制结构，所述控制结构分别与所述视觉相机
、
所述第一驱动组件和所述第二驱动组件通信，用于依据对准标记输出驱动所述第一驱动组件和
/
或所述第二驱动组件运动的对准指令
。
[0008]进一步地，所述立体分光镜的透射率为
40~60%
，反射率为
40~60%
，优选地，所述立体分光镜的透射率和反射率均为
50%。
[0009]进一步地，所述直角型平面反射镜中，靠近所述立体分光镜的一个平面反射镜与所述载台垂直，远离所述立体分光镜的一个平面反射镜与所述载台平行
。
[0010]进一步地，所述上晶圆和所述下晶圆的所述对准标记均有两个，且所述上晶圆的两个所述对准标记之间的距离与所述下晶圆的两个所述对准标记之间的距离相同，均为
c
；所述上晶圆装载到所述上载台并移动至设定位置后，两个所述对准标记分别落入每组所述视觉组件中所述视觉相机的视野范围内；所述下晶圆装载到所述下载台并移动至设定位置后，两个所述对准标记分别落入每组所述视觉组件中所述视觉相机的视野范围内
。
[0011]更进一步地，两个所述视觉相机的视野坐标中心在世界坐标系中的距离包括
X
方向的距离
a
和
Y
方向的距离
b
，其中，
a2+b2=c2。
[0012]进一步地，所述第一驱动组件包括一组
XXY
方向第一宏动马达和一组
XXYY
方向微动马达，所述一组
XXY
方向第一宏动马达和所述一组
XXYY
方向微动马达均带动所述上载台进行左右平移和旋转；所述第二驱动组件包括一组
XXY
方向第二宏动马达和一组
Z
方向马达，所述一组
XXY
方向第二宏动马达带动所述下载台进行左右平移和旋转，所述一组
Z
方向马达带动所述下载台进行上下平移
。
[0013]更进一步地，所述一组
Z
方向马达由在所述下载台上沿周向布置的至少3个马达组成，所述上载台上设有与所述马达一一对应的激光测距传感器
。
[0014]本专利技术实施例还提供了一种高精度晶圆对准方法，包括：
S1、
将上晶圆装载在上载台上，将下晶圆装载在下载台上；
S2、
对上载台进行左右平移和旋转，使上晶圆的两个对准标记分别落入与其位置
对应的视觉相机的视野范围内，通过视觉相机分别记录上晶圆的两个对准标记的坐标；
S3、
将下载台向靠近上载台方向平移，对下载台进行左右平移和旋转，使下晶圆的两个对准标记分别落入与其位置对应的视觉相机的视野范围内，通过视觉相机分别记录下晶圆的两个对准标记的坐标；
S4、
根据上晶圆的两个对准标记的坐标和下晶圆的两个对准标记的坐标，输出上晶圆和下晶圆之间的补偿角度
Rz
，使上载台水平旋转补偿角度
Rz
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高精度晶圆对准装置，其特征在于，包括：载台，所述载台包括装载上晶圆的上载台和装载下晶圆的下载台，所述上载台上设有驱动所述上载台进行平移和旋转的第一驱动组件，所述下载台上设有驱动所述下载台进行平移和旋转的第二驱动组件；视觉结构，所述视觉结构位于所述载台两侧，所述视觉结构包括结构相同且镜像对称的两组视觉组件，所述视觉组件包括视觉相机和照明光源；光学结构，所述光学结构与所述视觉结构均位于所述载台同一侧，所述光学结构包括结构相同且镜像对称的两组光学组件，所述光学组件包括立体分光镜和直角型平面反射镜；所述立体分光镜将位于同一侧的所述照明光源发出的光通过透射和反射分为两束光，一束透射光照射所述上晶圆的对准标记，另一束反射光照射至所述直角型平面反射镜上并经光路变换后照射所述下晶圆的对准标记；所述视觉相机采集经所述立体分光镜显示的所述上晶圆和所述下晶圆的对准标记；控制结构，所述控制结构分别与所述视觉相机
、
所述第一驱动组件和所述第二驱动组件通信，用于依据对准标记输出驱动所述第一驱动组件和
/
或所述第二驱动组件运动的对准指令
。2.
根据权利要求1所述的高精度晶圆对准装置，其特征在于，所述立体分光镜的透射率为
40~60%
，反射率为
40~60%。3.
根据权利要求1所述的高精度晶圆对准装置，其特征在于，所述直角型平面反射镜中，靠近所述立体分光镜的一个平面反射镜与所述载台垂直，远离所述立体分光镜的一个平面反射镜与所述载台平行
。4.
根据权利要求1所述的高精度晶圆对准装置，其特征在于，所述上晶圆和所述下晶圆的所述对准标记均有两个，且所述上晶圆的两个所述对准标记之间的距离与所述下晶圆的两个所述对准标记之间的距离相同，均为
c
；所述上晶圆装载到所述上载台并移动至设定位置后，两个所述对准标记分别落入每组所述视觉组件中所述视觉相机的视野范围内；所述下晶圆装载到所述下载台并移动至设定位置后，两个所述对准标记分别落入每组所述视觉组件中所述视觉相机的视野范围内
。5.
根据权利要求4所述的高精度晶圆对准装置，其特征在于，两个所述视觉相机的视野坐标中心在世界坐标系中的距离包括
X
方向的距离
a
和
Y
方向的距离
b
，其中，
a2+b2=c2。6.
根据权利要求1所述的高精度晶圆对准装置，其特征在于，所述第一驱动组件包括一组
XXY
方向第一宏动马达和一组
XXYY
方向微动马达，所述一组
XXY
方向第一宏动马达和所述一组
XXYY
方向微动马达均带动所述上载台进行左右平移和旋转；所述第二驱动组件包括一组
XXY
方向第二宏动马达和一组
Z
方向马达，所述一组
XXY
方向第二宏动马达带动所述下载台进行左右平移和旋转，所述一组
Z
方向马达带动所述下载台进行上下平移
。7.
根据权利要求6所述的高精度晶圆对准装置，其特征在于，所述一组
Z
方向马达由在所述下载台上沿周向布置的至少3个马达组成，所述上载台上设有与所述马达一一对应的激光测距传感器
。8.
一种高精度晶圆对准方法，其特征在于，包括：
S1、
将上晶圆装载在上载台上，将下晶圆装载在下载台上；
S2、
对上载台进行左右平移和旋转，使上晶圆的两个对准标记分别落入与其位置对应的视觉相机的视野范围内，通过视觉相机分别记录上晶圆的两个对准标记的坐标；
S3、
将下载台向靠近上载台方向平移，对下载台进行左右平移和旋转，使下晶圆的两个对准标记分别落入与其位置对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任潮群，王念，闫鑫，陈泳，崔国江，崔建敏，杨冬野，
申请(专利权)人：苏州芯慧联半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：