CN107331643B - 对准装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种对准装置及其方法，所述对准装置包括：光源、照明组件、光转向组件、成像组件及探测器；所述光源发出的光束经过所述照明组件之后被所述光转向组件分为第一光束与第二光束，第一光束射入至上硅片，第二光束入射至下硅片，被上硅片与下硅片反射之后分别经过光转向组件及成像组件，将上硅片与下硅片上的对准标记成像于所述探测器上，通过移动下硅片使得两个对准标记在探测器上所成像相对称，达到对准上硅片与下硅片的目的，降低了对准成本，提高了效率，并消除了探测器热漂移引起的测量误差，方便校准并降低了校准的频率。

Description

对准装置及其方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种对准装置及其方法。
背景技术
随着人们生活水平不断提高及半导体技术的日益发展，未来半导体市场对半导体封装器件的智能化和小型化的程度要求将不断提高，如相机、手机、PDA等数码产品不仅要求体积小便于携带，更要求其功能多样化且性价比高。为了实现封装器件智能化和小型化的发展要求，出现了对多晶片(硅片)封装解决方案的需要。多晶片封装是一种将两个或多个平面器件堆叠并连接起来的硅片级封装方法，该封装方法也称为三维(3D)封装。3D封装实现方式目前主要有三种：引线键合(Wire Bonding)、倒装芯片键合(Flip Chip Bonding)和贯穿硅片通孔(TSV：Through Silicon Via)。
倒装芯片键合是指将两片硅片(或芯片与硅片)合并的过程，两片硅片相对位置偏差是需要控制的关键指标。机械方式通常只能达到毫米级精度，光学方法可达到亚微米甚至更高的精度。
在SUSS公司的键合设备中(US2009/0251699)，对准装置如图1所示，其原理是：光源211a发出的光经过透镜212a及双面反射镜215照射到硅片80上，反射光经过双面反射镜215及透镜212a返回到CCD相机213a上，这样可知硅片80在CCD相机213a坐标系中的位置。同理，光源211b发出的光经过透镜212b及双面反射镜215照射到硅片90上，反射光经过双面反射镜215及透镜212b返回到CCD相机213b，由此硅片90在CCD相机213b坐标系中的位置可知。该系统使用2个CCD相机，使得硬件成本及开发成本较高。更严重的是，两个CCD相机互相独立，热漂移将引起测量误差，需要频繁的校准。
本质上，上述方案使用了两套独立的成像系统分别测量上下两个硅片，而两套测量系统之间相对位置关系未知，无法给出上下硅片的相对偏差。为了解决这一问题，SUSS在上下分别安装了位置关系已知的、固定的参考标记。但问题是获取参考标记的位置关系仍需要借助其它光学系统。另外，在工作中两个参考标记本身漂移也将引起测量误差，并且在线校准十分不便。
基此，如何改善现有技术中对准装置的成本高，使用相互独立的相机产生热漂移引起误差以及校准不方便、参考标记漂移引入误差且不能在线校准的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对准装置及其方法，解决现有技术中对准装置的成本高，使用相互独立的相机产生热漂移引起误差以及校准不方便、参考标记漂移引入误差且不能在线校准的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种对准装置，用于上硅片与下硅片的对准，所述上硅片与下硅片上均设置有对准标记，包括：光源、照明组件、光转向组件、成像组件及探测器；所述光源发出的光束经过所述照明组件之后被所述光转向组件分为第一光束与第二光束，所述第一光束入射至所述上硅片，被所述上硅片反射之后经过所述光转向组件及成像组件，将所述上硅片上的对准标记成像于所述探测器上；所述第二光束入射至所述下硅片，被所述下硅片反射之后经过所述光转向组件及成像组件，将所述下硅片上的对准标记成像于所述探测器上。
可选的，所述上硅片与下硅片上的对准标记的形状相同。
可选的，所述光转向组件包括分光棱镜，所述分光棱镜将入射至所述光转向组件的光束分为第一光束与第二光束。
可选的，所述光转向组件还包括反射镜、第一快门以及转向棱镜，所述第一光束经过所述反射镜、第一快门以及转向棱镜入射至所述上硅片，其反射光经过所述转向棱镜、第一快门、反射镜以及分光棱镜入射至所述成像组件。
可选的，所述光转向组件还包括第二快门，所述第二光束经过所述第二快门与转向棱镜入射至所述下硅片，其反射光经过所述转向棱镜、第二快门以及分光棱镜入射至所述成像组件。
可选的，所述照明组件包括第一照明镜、第一光阑及第二照明镜。
可选的，所述成像组件包括第一成像镜、第二光阑及第二成像镜。
可选的，所述探测器为CCD图像传感器。
相应的，本发明还提供一种对准方法，包括以下步骤：
步骤S1：打开光源开关，所述光源发出的光束经过照明组件之后被光转向组件分为第一光束与第二光束；
步骤S2：打开第一快门，所述第一光束入射至上硅片，被所述上硅片反射之后经过所述光转向组件及成像组件，将所述上硅片上的对准标记成像于所述探测器上；
步骤S3：打开第二快门，所述第二光束入射至下硅片，被所述下硅片反射之后经过所述光转向组件及成像组件，将所述下硅片上的对准标记成像于所述探测器上；
步骤S4：移动所述下硅片，使得所述上硅片与下硅片上的对准标记在所述探测器上所成的像相对称。
可选的，在步骤S4中，所述上硅片与下硅片上的对准标记在所述探测器上所成的像完全重合。
可选的，在步骤S1中，所述光源发出的光束在所述照明组件中分别经过第一照明镜、第一光阑及第二照明镜。
可选的，在步骤S1中，所述光源发出的光束经过照明组件之后被光转向组件中的分光棱镜分为第一光束与第二光束。
可选的，在步骤S2中，所述第一光束经过反射镜、第一快门以及转向棱镜入射至所述上硅片，其反射光经过所述转向棱镜、第一快门、反射镜以及分光棱镜入射至所述成像组件。
可选的，在步骤S3中，所述第二光束经过第二快门与转向棱镜入射至所述下硅片，其反射光经过所述转向棱镜、第二快门以及分光棱镜入射至所述成像组件。
可选的，所述第一光束与第二光束在成像组件中分别经过第一成像镜、第二光阑及第二成像镜。
与现有技术相比，本发明所提供的对准装置及其方法，通过在对准装置中设置光转向组件，将光束分为第一光束与第二光束，第一光束射入至上硅片，第二光束入射至下硅片，被上硅片与下硅片反射之后分别经过光转向组件及成像组件，将上硅片与下硅片上的对准标记成像于所述探测器上，通过移动下硅片使得两个对准标记在探测器上所成像相对称，达到对准上硅片与下硅片的目的，降低了对准成本，提高了效率，并消除了探测器热漂移引起的测量误差，方便校准并降低了校准的频率。
附图说明
图1为现有的对准装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例所提供的对准装置的结构示意图。
图3为本发明一实施例所提供的对准方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
本发明的核心思想是：通过在对准装置中设置光转向组件，将光束分为第一光束与第二光束，第一光束射入至上硅片，第二光束入射至下硅片，被上硅片与下硅片反射之后分别经过光转向组件及成像组件，将上硅片与下硅片上的对准标记成像于所述探测器上，通过移动下硅片达到对准上硅片与下硅片的目的，降低了对准成本，提高了效率，并消除了探测器热漂移引起的测量误差，方便校准并降低了校准的频率。
请参考图2，其为本发明一实施例所提供的对准装置的结构示意图。如图2所示，所述对准装置包括：光源10、照明组件20、光转向组件30、成像组件40及探测器50。所述对准装置用于上硅片60与下硅片70的对准，所述上硅片60与下硅片70上均设置有对准标记61与对准标记71。所述光源10发出的光束经过所述照明组件20之后被所述光转向组件30分为第一光束a与第二光束b，所述第一光束a入射至上硅片60，被所述上硅片60反射之后经过所述光转向组件30及成像组件40，将所述上硅片60上的对准标记61成像于所述探测器50上；所述第二光束b入射至下硅片70，被所述下硅片70反射之后经过所述光转向组件30及成像组件40，将所述下硅片70上的对准标记71成像于所述探测器50上。
本实施例中所述上硅片60与下硅片70上的对准标记61与对准标记71的形状相同，由此可通过成像于所述探测器50上的对准标记61与对准标记71的像是否对称来判定上硅片60与下硅片70是否对准。可以理解的是，所述对准标记61与对准标记71的形状也可以不同，但是形状相同的标记在后端更容易处理与计算。需要说明的是，本发明提供的对准装置在本实施例中用于上硅片与下硅片的对准，在其他实施例中，也可用于其他产品的对准，例如硅片与芯片或者芯片与芯片的对准。
所述光转向组件30包括分光棱镜31，所述分光棱镜31将入射至所述光转向组件30的光束分为第一光束a与第二光束b。所述光转向组件30还包括反射镜32、第一快门33、第二快门34与转向棱镜35，所述第一光束a经过所述反射镜32、第一快门33与转向棱镜35，入射至所述上硅片60，被所述上硅片60反射之后，其反射光经过所述转向棱镜35、第一快门33、反射镜32以及分光棱镜31之后入射至所述成像组件40。所述第二光束b经过所述第二快门34与转向棱镜35，入射至所述下硅片70，被所述下硅片70反射之后，其反射光经过所述转向棱镜35、第二快门34以及分光棱镜31之后入射至所述成像组件40。
所述照明组件20包括第一照明镜21、第一光阑22及第二照明镜23。所述成像组件40包括第一成像镜41、第二光阑42及第二成像镜43。所述探测器为CCD图形传感器。
本发明所提供的对准装置，通过在其中设置光转向组件，将光束分为第一光束与第二光束，第一光束射入至上硅片，第二光束入射至下硅片，被上硅片与下硅片反射之后分别经过光转向组件及成像组件，将上硅片与下硅片的对准标记成像于所述探测器上，通过移动下硅片，使得上硅片与下硅片在探测器上的像相重合，以此达到对准上硅片与下硅片的目的，从而降低了对准成本，提高了效率，并消除了探测器热漂移引起的测量误差，方便校准并降低了校准的频率。
请参考图3，其为本发明一实施例所提供的对准方法的流程图。如图3所示，所述对准方法包括以下步骤：
步骤S1：打开光源开关，所述光源发出的光束经过照明组件之后被光转向组件分为第一光束与第二光束；
步骤S2：打开第一快门，所述第一光束入射至上硅片，被所述上硅片反射之后经过所述光转向组件及成像组件，将所述上硅片上的对准标记成像于所述探测器上；
步骤S3：打开第二快门，所述第二光束入射至下硅片，被所述下硅片反射之后经过所述光转向组件及成像组件，将所述下硅片上的对准标记成像于所述探测器上；
步骤S4：移动所述下硅片，使得所述上硅片与下硅片上的对准标记在所述探测器上所成的像相对称。
以下请参考图3所示，并结合图2，详细说明本发明提出的对准方法：
在步骤S1中，打开光源10开关，所述光源10发出的光束经过照明组件20之后被光转向组件30分为第一光束a与第二光束b。所述光源10发出的光束在所述照明组件20中分别经过第一照明镜21、第一光阑22及第二照明镜23。所述光源10发出的光束经过照明组件20之后被光转向组件30中的分光棱镜31分为第一光束a与第二光束b。
在步骤S2中，打开第一快门33，所述第一光束a入射至上硅片60，被所述上硅片60反射之后经过所述光转向组件30及成像组件40，将所述上硅片60上的对准标记61成像于所述探测器上。具体的，所述第一光束a经过反射镜32、第一快门33以及转向棱镜35入射至所述上硅片60，其反射光经过所述转向棱镜35、第一快门33、反射镜32以及分光棱镜31入射至所述成像组件40。
在步骤S3中，打开第二快门34，所述第二光束b入射至下硅片70，被所述下硅片70反射之后经过所述光转向组件30及成像组件40，将所述下硅片70上的对准标记71成像于所述探测器50上。具体的，所述第二光束b经过第二快门34与转向棱镜35入射至所述下硅片70，其反射光经过所述转向棱镜35、第二快门34以及分光棱镜31入射至所述成像组件40。并且所述第一光束a与第二光束b在成像组件40中分别经过第一成像镜41、第二光阑42及第二成像镜43。
在步骤S4中，移动所述下硅片70，使得所述上硅片60与下硅片70上的对准标记61与对准标记71在所述探测器50上所成的像相对称。本实施中，所述对准标记61与对准标记71的形状相同，因此，所述上硅片60与下硅片70上的对准标记61与对准标记71在所述探测器50上所成的像需要完全重合，从而使得上硅片60与下硅片70对准。
综上所述，本发明提供的对准装置及其方法，通过在对准装置中设置光转向组件，将光束分为第一光束与第二光束，第一光束射入至上硅片，第二光束入射至下硅片，被上硅片与下硅片反射之后分别经过光转向组件及成像组件，将上硅片与下硅片上的对准标记成像于所述探测器上，通过移动下硅片使得两个对准标记在探测器上所成像相对称重叠，达到对准上硅片与下硅片的目的，降低了对准成本，提高了效率，并消除了探测器热漂移引起的测量误差，方便校准并降低了校准的频率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种对准装置，用于上硅片与下硅片的对准，所述上硅片与下硅片上均设置有对准标记，其特征在于，包括：光源、照明组件、光转向组件、成像组件及探测器；所述光转向组件包括分光棱镜、反射镜、第一快门、第二快门以及转向棱镜，所述光源发出的光束经过所述照明组件之后被所述光转向组件中的分光棱镜分为第一光束与第二光束，所述第一光束经过所述反射镜、第一快门以及转向棱镜入射至所述上硅片，被所述上硅片反射之后经过所述转向棱镜、第一快门、反射镜以及分光棱镜入射至所述成像组件，将所述上硅片上的对准标记成像于所述探测器上；所述第二光束经过所述第二快门与转向棱镜入射至所述下硅片，被所述下硅片反射之后经过所述转向棱镜、第二快门以及分光棱镜入射至所述成像组件，将所述下硅片上的对准标记成像于所述探测器上。
2.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述上硅片与下硅片上的对准标记的形状相同。
3.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述照明组件包括第一照明镜、第一光阑及第二照明镜。
4.如权利要求1所述的对准装置，其特征在于，所述成像组件包括第一成像镜、第二光阑及第二成像镜。
5.如权利要求1～4中任一项所述的对准装置，其特征在于，所述探测器为CCD图像传感器。
6.一种对准方法，其特征在于，包括：
步骤S1：打开光源开关，所述光源发出的光束经过照明组件之后被光转向组件中的分光棱镜分为第一光束与第二光束；
步骤S2：打开第一快门，所述第一光束经过反射镜、第一快门以及转向棱镜入射至上硅片，被所述上硅片反射之后经过所述转向棱镜、第一快门、反射镜以及分光棱镜入射至成像组件，将所述上硅片上的对准标记成像于探测器上；
步骤S3：打开第二快门，所述第二光束经过第二快门与转向棱镜入射至下硅片，被所述下硅片反射之后经过所述转向棱镜、第二快门以及分光棱镜入射至所述成像组件，将所述下硅片上的对准标记成像于所述探测器上；
步骤S4：移动所述下硅片，使得所述上硅片与下硅片上的对准标记在所述探测器上所成的像相对称。
7.如权利要求6所述的对准方法，其特征在于，在步骤S4中，所述上硅片与下硅片上的对准标记在所述探测器上所成的像完全重合。
8.如权利要求6所述的对准方法，其特征在于，在步骤S1中，所述光源发出的光束在所述照明组件中分别经过第一照明镜、第一光阑及第二照明镜。
9.如权利要求6所述的对准方法，其特征在于，所述第一光束与第二光束在成像组件中分别经过第一成像镜、第二光阑及第二成像镜。
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