一种晶圆对准装置及镜头误差校准方法与流程

本发明涉及半导体加工，具体涉及一种晶圆对准装置及镜头误差校准方法。

背景技术：

1、随着超越摩尔概念的进一步被广泛认同，基于异质整合，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）技术的不断成熟和完善，对晶圆键合技术的要求也在不断的提高。晶圆键合的主要功能是将两片晶圆在垂直方向上进行结合，实现晶圆与晶圆之间的信号互联。而实现信号良好互联的首要条件是完成两片晶圆间的精确对准。

2、在晶圆对准作业过程中，视觉系统中的两个镜头上下面对面安装，各自配有一个相机，用于测量晶圆上标记所在位置；由于不同晶圆的标记位置不同，且上下料过程中存在一定的误差，因此视觉系统需要进行x、y、z三个自由度的运动来寻找标记。在常规作业流程中，视觉系统先找到第一张晶圆的标记，随后锁定视觉系统；第二张晶圆通过运动组件运动，将标记移动到视野范围内进行标记位置测量；测量完成后，运动组件以视觉系统测量值作为输入，通过运动完成两张晶圆在空间上的对准。

3、常规晶圆对准作业流程中，视觉系统在测量标记位置时存在以下误差：1.两个镜头的光轴存在一定的同轴度误差；2.光轴与被测晶圆所在的平面存在垂直度误差；3.虽然视觉系统在完成第一张晶圆标记搜索后将被锁定，但同一产品晶圆上的标记位置受上片精度影响会有不同，此外不同产品晶圆其上的标记位置也存在不同，因此视觉系统的每次锁定位置也会不同。由于视觉系统的运动误差，视觉系统在不同位置锁定时，与被测晶圆在空间六自由度上的位置关系也不同，且该误差是一个随机变量。由此作为整个对准系统的基准时将会直接影响标记位置测量的准确性。

4、针对以上问题，现有的处理方法是通过一个透明的、两面都能观测到特殊标记的标记板，对视觉系统进行测校，方法如下：

5、1.离线测校：离线标记出两个镜头安装的同轴度误差，并作为常数输入对准测量系统软件。但此种方法只能够标定出镜头光轴的同轴度误差，并不能解决上述2、3两项问题；

6、2.在固定位置在线测校：将标记板安装在固定测校工位，视觉系统x、y方向运动至测校工位进行测校，而后再进行x、y方向运动寻找标记；但由于视觉系统的测校工位与实际对准时的标记位置不同，因此视觉系统在空间六自由度上的误差是不同的，因此并不能解决上述问题3。

7、因此，目前的处理方法不能够真实地呈现作业流程中镜头测量时的误差，以及消除误差。

技术实现思路

1、针对现有晶圆对准作业流程中，视觉系统在测量标记位置时存在误差，影响整个对准系统基准的问题，本发明实施例提供一种晶圆对准装置及镜头误差校准方法，通过采用透明标记板和对应的视觉系统误差计算方法，极大降低现有晶圆对准系统的在线实时测量误差。

2、本技术实施例提供以下技术方案：一种晶圆对准装置，包括：

3、晶圆运动组件，所述晶圆运动组件包括板状的上晶圆运动组件和下晶圆运动组件，所述上晶圆运动组件上开设用于承载第一晶圆的上晶圆载台，所述下晶圆运动组件上开设用于承载第二晶圆的下晶圆载台；

4、视觉运动组件，所述视觉运动组件包括左侧镜头组件和右侧镜头组件，所述左侧镜头组件和所述右侧镜头组件的外型均呈一侧开口的c型，所述左侧镜头组件的c型开口侧与所述右侧镜头组件的c型开口侧相对设置，以围绕形成用于所述晶圆运动组件做直线运动的对准区域；且c型开口侧的上下两个端部分别对称设置光学镜头，用于通过所述光学镜头分别拍摄测量所述第一晶圆和所述第二晶圆上的标记位置；

5、透明标记板，所述透明标记板固定设置在所述上晶圆运动组件或所述下晶圆运动组件上，所述透明标记板在x轴方向上排列多个校准标记，且所述透明标记板的尺寸覆盖所述光学镜头在x轴方向上的运动范围，用于通过所述光学镜头拍摄测量所述透明标记板上的校准标记，以对所述光学镜头拍摄测量时产生的误差进行校准，实现所述第一晶圆和所述第二晶圆的精确对准。

6、根据本技术一种实施例，所述透明标记板上相邻两个所述校准标记之间的距离小于所述光学镜头的视场，且相邻两个所述校准标记的形状互不相同，使所述光学镜头可拍摄到至少两个所述校准标记。

7、根据本技术一种实施例，所述透明标记板上单个校准标记的宽度不大于所述光学镜头的视场宽度的三分之一，单个校准标记的长度不大于所述光学镜头的视场长度的三分之一。

8、根据本技术一种实施例，还包括第一驱动装置，所述第一驱动装置的驱动输出端连接所述晶圆运动组件，用于驱动所述晶圆运动组件在所述对准区域做直线运动。

9、根据本技术一种实施例，还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置的驱动输出端连接所述视觉运动组件，用于驱动所述视觉运动组件在x轴、y轴、z轴三个方向上做直线运动。

10、根据本技术一种实施例，所述视觉运动组件的重复定位精度小于所述光学镜头的视场长度和宽度的三分之一。

11、根据本技术一种实施例，所述上晶圆载台和所述下晶圆载台上均设置通过吸附方式固定晶圆的吸附环槽；其中，所述吸附方式为包括真空吸附方式、静电吸附方式中的任一种。

12、本发明另一方面提供一种镜头误差校准方法，应用于上述的晶圆对准装置，所述方法包括如下步骤：

13、步骤1.将第一晶圆放入上晶圆载台，将第二晶圆放入下晶圆载台；

14、步骤2.将上晶圆运动组件移动至对准工位，将下晶圆运动组件移动至上片工位，通过移动视觉运动组件，使下方的光学镜头捕捉到所述第一晶圆的标记位置，并记录该标记位置，锁定所述视觉运动组件，使所述光学镜头保持不动；

15、步骤3.将下晶圆运动组件移动至校准工位，将上晶圆运动组件移动至上片工位，通过移动所述下晶圆运动组件，使上方和下方的光学镜头同时捕捉到透明标记板上的校准标记，计算视觉系统误差，完成上方和下方的光学镜头的校准；通过所述第一晶圆的标记位置，确定所述第二晶圆的目标标记位置；其中，所述透明标记板设置在所述下晶圆运动组件上；

16、步骤4.将下晶圆运动组件移动至对准工位；根据所述视觉系统误差和所述第二晶圆的目标标记位置，计算所述第一晶圆和第二晶圆之间的实际位置偏差，通过移动所述下晶圆运动组件，将所述第二晶圆的标记位置根据所述实际位置偏差移动至所述目标标记位置；

17、步骤5.将上晶圆运动组件移动至对准工位，将下晶圆运动组件在z轴方向上向上提升，完成所述第一晶圆和所述第二晶圆的精确对准。

18、根据本技术一种实施例，计算视觉系统误差的方法包括：

19、在步骤3中，通过移动所述下晶圆运动组件，使上方和下方的光学镜头同时捕捉到透明标记板上的校准标记，分别记录左、右标记在上方、下方的光学镜头中的位置坐标，分别记为：左上镜头坐标（x13，y13）、左下镜头坐标（x14，y14）、右上镜头坐标（x23，y23）、右下镜头坐标（x24，y24）；

20、按如下公式计算所述视觉系统误差：

21、（δx11，δy11）=（x14，y14）-（x13，y13）

22、（δx21，δy21）=（x24，y24）-（x23，y23）；

23、式中，（δx11，δy11）为左标记在上方和下方的光学镜头中的误差；（δx21，δy21）为右标记在上方和下方的光学镜头中的误差。

24、根据本技术一种实施例，计算所述第一晶圆和第二晶圆之间的实际位置偏差的方法包括：

25、在步骤2中，将上晶圆运动组件移动至对准工位，将下晶圆运动组件移动至上片工位，通过移动视觉运动组件，使下方的光学镜头捕捉到所述第一晶圆的左、右两个标记位置，分别记录两个标记位置坐标，记为：左下镜头坐标（x11，y11），右下镜头坐标（x21，y21）；

26、在步骤4中，将下晶圆运动组件移动至对准工位，使上方的光学镜头捕捉到所述第二晶圆的左右两个标记位置，分别记录两个标记位置坐标，记为：左上镜头坐标（x12，y12），右上镜头坐标（x22，y22）；

27、按如下公式计算所述第一晶圆和第二晶圆之间的实际位置偏差：

28、（δx1，δy1）=（x12，y12）-（x11，y11）-（δx11，δy11）

29、（δx2，δy2）=（x22，y22）-（x21，y21）-（δx21，δy21）；

30、式中，（δx1，δy1）为所述第一晶圆和第二晶圆的左标记的实际位置偏差，（δx2，δy2）为所述第一晶圆和第二晶圆的右标记的实际位置偏差。

31、与现有技术相比，本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

32、1.本发明采用透明标记板，视觉系统测校位置即为标记所在位置，测校与标记测量过程中不发生运动，从而一定程度上减小了视觉系统的测校误差，提高了整个系统的测量精度。

33、2.本发明提供的镜头误差校准方法是在晶圆对准作业流程中，通过特定的工艺流程，并配合特殊设计的透明标记板，大幅降低上下镜头校准过程中产生的误差。该校准方法简单、可操作性强，在特定的对准工艺流程中，视觉系统在测校与测量标记位置过程中不发生运动，可显著减少视觉系统的测校误差，提高整个系统的测量精度。