CN107976875A - 一种基片对准装置及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基片对准装置及对准方法，该装置包括：承载第一基片的第一运动台；承载第二基片的第二运动台；光路运动机构，位于第一基片和第二基片之间，沿水平运动；光路成像系统，设于光路运动机构上；光路偏移测量装置，固设于光路运动机构上；控制器，与第一运动台、光路成像系统和光路偏移测量装置连接，控制第一运动台运动进行调整。光路成像系统在光路运动机构的带动下，对第一、第二基片上的标记位置进行检测，通过光路偏移测量装置测量光路运动机构在运动过程中产生的偏差，通过垂向偏移测量装置测量垂向运动台在垂向运动中引起的水平向偏差，控制器根据测量的偏差控制第一运动台运动进行补偿校正，提高基片的对准精度。

Description

一种基片对准装置及对准方法

技术领域

本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种基片对准装置及对准方法。

背景技术

现有技术中用于半导体工艺中基片键合的配套设备，在键合进行之前需将两片基片进行对准。基片对准是基片键合工艺中最重要的技术之一。

现有的基片对准方法为：先将两片基片的表面相对，使用两组显微物镜分别检测出两片基片上对准标记的位置，然后通过执行器补偿检测出的两片基片上对准标记的相对位置偏差。然而基于基片键合工艺的需求，在对准过程中，两片基片中间必须放置间隔片，用于确保在键合之前两片基片相互不接触，这导致了两片基片之间存在较大的间隙，该间隙通常大于0.4mm，而该间隙的存在使得所选用的显微物镜的景深必须大于两片基片之间存在的距离，这样两片基片上的对准标记才能清晰成像，而对于显微物镜来说，其景深与分辨率是矛盾的关系，即景深越大的显微物镜，其分辨率就越低，因此想要进一步提高对准精度，首先应该提高显微物镜的分辨率，如此便会导致显微物镜的景深大大降低，最终降低了基片的对准精度。

针对上述问题，现有技术中提出一种检测装置，如图1所示，通过将两对显微物镜3’布置在第一基片1’和第二基片2’之间，使用两对显微物镜2’分别观测第一基片1’和第二基片2’上的对准标记，最终通过承载台六个自由度的运动，实现第一基片1’和第二基片2’的对准。然而该技术中为了实现显微物镜对第一基片1’和第二基片2’的对焦及找寻对准标记，需要机器视觉系统中的显微物镜3’能够实现X、Y、Z三个方向的运动，然而由于机器视觉系统中显微物镜3’是水平同轴布置的，在镜筒方向需要占用的空间较多，导致机器视觉系统在镜筒方向能够检测的范围较小，因此无法实现对整张基片上的任意位置进行检测，此外当完成对准，机器视觉系统退出对准工位后，第一基片1’和第二基片2’需要垂向运动完成贴合，在垂向运动必定会引起X-Y水平向的偏差，甚至旋转，降低了基片的对准精度。

现有技术中又提供了一种检测装置，通过两组4个显微物镜来完成对准。由于对准标记位于键合面，因此对准时，使用下方的镜头来确定上方基片的标记坐标位置，使用上方的镜头来确定下方基片的标记坐标位置，然后通过运动台的垂向升降来完成贴合。该方法有效的解决了镜头景深不足的问题，但增加了上下两组镜头的同轴性设计难度。

之后，现有技术中又提出了一种解决方案。通过一组在两个标记之间运动的镜头来检测两个带对准物料的偏差。其特点是镜头不需要停止运动即在运动中完成图像识别，通过既定的差值补偿来实现快速对位。然而该方法中对于如何避免对位完成后的贴合偏移以及如何将镜头坐标系与运动台坐标系进行统一没有进行说明。此外，镜头在水平运动中还会有Rx，Ry的绕动，该绕动会影响到对位精度。

针对上述问题，现有技术中还提供了一种解决方案，通过一组相对放置的镜头来实现对位检测。对准前，首先完成两个镜头的同轴校正，然后移动底部工件台，实现上方镜头观察下方标记，下方镜头观察上方标记的功能。底部工件台具有4个自由度，顶部运动台具有一个自由度。此外还安装有位置测量装置来检测运动台的运动位置。该方法解决了镜头同轴性的问题，同时由于对位时上下两基片位置较近，减少了垂向运动造成的水平向偏差。但其存在的弊端为需要分别对上下基片的标记进行识别，工件台的行程较大，花费时间较长。

发明内容

本发明提供了一种基片对准装置及对准方法，以解决现有技术中存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基片对准装置，包括：

承载第一基片的第一运动台；

承载第二基片的第二运动台；

光路运动机构，位于第一基片和第二基片之间，沿水平运动；

光路成像系统，设于所述光路运动机构上，对第一、第二基片上的标记位置进行检测；

光路偏移测量装置，固设于所述光路运动机构上，测量光路运动机构在运动过程中产生的偏差；

控制器，与所述第一运动台、光路成像系统和光路偏移测量装置连接，根据光路成像系统测得的标记位置以及光路偏移测量装置检测到的数据控制第一运动台运动进行调整。

进一步的，所述装置还包括垂向偏移测量装置，检测所述第二运动台垂直运动中引起的水平向偏差后发送给所述控制器，所述控制器控制所述第一运动台进行运动补偿。

进一步的，所述第二运动台上设有用于吸附第二基片的真空吸盘，所述真空吸盘上设有若干同心圆吸附槽，所述同心圆吸附槽上表面还设有若干橡胶吸盘，所述真空吸盘的边缘设有若干距离检测传感器，检测真空吸盘与第二基片之间的垂向距离。

进一步的，所述垂向偏移测量装置包括三个垂向偏移测量传感器，所述三个垂向偏移测量传感器分别对应于所述第二运动台两相邻侧面设置。

进一步的，所述光路偏移测量装置包括依次连接的第二测量传感器、第二信号放大器和第二数据采集器，所述第二测量传感器设于光路运动机构上，所述第二数据采集器将采集到的数据发送至控制器。

进一步的，所述第二测量传感器为重力加速度测量传感器。

进一步的，所述重力加速度测量传感器优选三轴陀螺仪。

进一步的，所述第一运动台上设有调平机构、交接机构和载盘，所述载盘上设有第一真空供应装置，所述第一基片设于键合工装上，所述键合工装位于所述载盘上。

进一步的，所述键合工装的中部设有第一吸附机构，所述键合工装边缘处设有第二吸附机构、锁紧机构、推拉机构和键合工装条码区，所述锁紧机构至少设有两个，间隙设置。

进一步的，所述交接机构包括升降台、位于所述升降台上表面的升降位置检测传感器和与所述升降台中心对应的第二真空供应装置。

进一步的，还包括物料传输系统，将待对准的第一基片和第二基片分别传输至第一运动台和第二运动台，并从所述第一运动台上方移出对准完成的第一、第二基片。

进一步的，所述物料传输系统包括承片台和位于所述承片台上方的传输手。

进一步的，所述承片台上设有第一工装承载区，用于承载上片工装或键合工装，所述第二基片位于所述上片工装上，所述第一工装承载区的圆周方向设有基片定位装置和平整度检测传感器。

进一步的，所述承片台靠近边缘处还设有第一工装位置检测装置、工装定位装置、条码扫描装置和第三真空供应装置，所述上片工装或键合工装上设有与所述条码扫描装置对应的工装条码。

进一步的，所述传输手包括第二工装承载区、与所述工装承载区对应的第二工装位置检测装置和第四真空供应装置。

本发明还提供一种基片对准装置的对准方法，包括以下步骤：

S1：物料传输系统将待对准的第一基片和第二基片分别传输至第一运动台和第二运动台；

S2：光路成像系统在光路运动机构的带动下，沿X/Y向水平运动，检测第一、第二基片上标记的坐标信息，同时光路偏移测量装置测量光路运动机构在运动过程中产生的偏差；

S3：控制器根据光路成像系统测得的坐标信息控制第一运动台进行调整，使第一、第二基片上标记的坐标重合；

S4：第二运动台带动第二基片向下运动，靠近第一基片；

S5：控制器根据光路偏移测量装置检测到的偏差控制第一运动台进行补偿校正；

S6：所述第二基片脱离第二运动台与第一基片贴合，之后通过物料传输系统将贴合后的第一基片和第二基片从第一运动台上方移出。

进一步的，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：将上片工装置于承片台上，通过第一工装位置检测装置、条码扫描装置识别工装类型以及工装定位装置检测上片工装是否到位；

S12：将第二基片置于所述上片工装上，通过基片定位装置和平整度检测传感器检测第二基片是否到位；

S13：将上片工装和第二基片转接至传输手上，通过第二工装位置检测装置检测上片工装是否到位；

S14：传输手将上片工装中第二基片传输至第二运动台的真空吸盘；

S15：传输手回到初始位置，并将上片工装交接至承片台后，将上片工装从承片台中移除；

S16：重复上述步骤S11-S14，将键合工装和第一基片传输至载片台上。

进一步的，所述步骤S16中，传输手将键合工装和第一基片传输至载盘处时，交接机构上升，键合工装和第一基片首先交接至由交接机构，接着交接机构下降将键合工装和第一基片交接至载盘上。

进一步的，当所述键合工装和第一基片位于承片台上时，第一吸附机构打开，第二吸附机构关闭，由承片台上的第三真空供应装置提供真空吸附功能；当键合工装和第一基片位于传输手上时，第一吸附机构关闭，第二吸附机构打开，由传输手上的第四真空供应装置提供真空吸附功能；当键合工装和第一基片位于交接机构上时，第一吸附机构打开，第二吸附机构关闭，由交接机构的第二真空供应装置提供真空吸附功能；当键合工装和第一基片位于载盘上时，第一吸附机构关闭，第二吸附机构打开，由载盘上的第一真空供应装置提供真空吸附功能。

进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：

S21：进行基片调平，将键合工装上推拉机构插入到第一基片和第二基片之间，第二运动台下降，使第二基片与推拉机构接触，通过调平机构对第一基片和第二基片进行调平；

S22：调平完成后，调平机构锁定当前平面，第二运动台上升使第二基片位于光路成像系统上方镜头的成像焦面处，此时第一基片位于光路成像系统下方镜头的成像焦面处；

S23：光路运动机构运动至载盘边缘的基准点，通过光路成像系统对基准点进行对准，并建立光路运动机构与第一运动台之间的坐标关系，接着光路运动机构进入两个基片之间，光路成像系统对第一、第二基片上的多个标记进行识别，获取标记的坐标信息，与此同时光路偏移测量装置测量光路运动机构在运动过程中发生的Rx，Ry向绕动。

进一步的，所述光路偏移测量装置的工作过程如下：实时检测当前位置与XYZ固定坐标系之间的偏角信息，该偏角信息经过第二放大器处理后，由第二数据采集器进行采集并反馈至控制器。

进一步的，所述步骤S5中，控制器将所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系之间的偏角信息，转换到XYZ固定坐标系中X、Y向的偏移值，其中X向的偏移值ΔX＝h*sinβ*cosγ+h*sinα*sinγ，Y向的偏移值ΔY＝-h*sinα*cosγ+h*sinβ*sinγ，α为所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系中Y轴之间的夹角，β为所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系中Z轴之间的夹角，γ为所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系中X轴之间的夹角，h为所述光路成像系统上方镜头的成像焦面和光路成像系统下方镜头的成像焦面之间的距离。

进一步的，所述步骤S4中还包括设置垂向偏移测量传感器检测第二运动台在垂向运动中引起的水平向偏移，所述控制器根据所述水平向偏移信息，控制所述第一运动台运动进行补偿校正。

进一步的，在所述第二运动台平行X轴的一侧设置两个垂向偏移测量传感器，测得所述第二运动台的Y向偏移ΔY1、ΔY2，在所述第二运动台平行Y轴的一侧设置一个垂向偏移测量传感器获得所述第二运动台的X向偏移ΔX1，通过以下方程计算出第一运动台的补偿值的ΔX、ΔY、θ：

ΔY1＝ΔY-(K-L*sinθ/2+ΔX2)*tanθ；

ΔY2＝ΔY+(K+L*sinθ/2-ΔX2)*tanθ；

ΔX1＝ΔX+(K-L*sinθ/2+ΔY2)*tanθ；

其中*代表相乘，K为所述第二运动台平行X轴的一侧设置的垂向偏移测量传感器在第二运动台上的测量点相对于Y轴的距离，L为第二运动台的半宽，θ为所述第二运动台与所述第一运动台之间的夹角。

进一步的，所述步骤S6具体为：第二基片与第一基片贴合后键合工装上锁紧机构将第一、第二基片夹紧，第二运动台上升，交接机构上升，键合工装由载盘交接至交接机构，并由交接机构交接至传输手，由传输手送出至承片台上。

本发明提供的基片对准装置及对准方法，通过光路运动机构带动光路成像系统沿X/Y向水平运动，对第一、第二基片上的标记位置进行检测，在光路运动机构上设置光路偏移测量装置，测量光路运动机构在运动过程中产生的水平向偏差，同时在第二运动台上设置垂向偏移测量装置，测量第二运动台在垂向运动中引起的水平向偏差，控制器根据光路偏移测量装置和垂向偏移测量装置的测量数据控制第一运动台运动进行补偿校正，提高了基片的对准精度。

附图说明

图1是现有技术中一种检测装置的结构示意图；

图2是本发明基片对准装置的结构示意图；

图3是本发明光路成像系统的对准示意图；

图4是本发明光路成像系统两个成像焦面的示意图；

图5是本发明真空吸盘的结构示意图；

图6是本发明键合工装的结构示意图；

图7是本发明键合工装位于交接机构上的示意图；

图8是本发明键合工装位于载盘上的示意图；

图9是本发明承片台的结构示意图；

图10是本发明传输手的结构示意图；

图11是本发明垂向偏移测量装置的结构框图；

图12是本发明光路偏移测量装置的结构框图；

图13是本发明光轴正交性对对准结果的影响示意图；

图14是本发明三轴陀螺仪检测的偏角示意图；

图15是本发明第一测量传感器的测量示意图。

图1中所示：1’、第一基片；2’、第二基片；3’、显微物镜；

图2-15中所示：1、第一运动台；2、第二运动台；3、垂向偏移测量装置；31、31a-31c、第一测量传感器；32、第一信号放大器；33、第一数据采集器；4、光路运动机构；5、光路成像系统；51、第一成像焦面；52、第二成像焦面；6、光路偏移测量装置；61、第二测量传感器；62、第二信号放大器；63、第二数据采集器；7、控制器；81、第一基片；82、第二基片；83、标记；9、物料传输系统；91、承片台；911、第一工装位置检测装置；912、工装定位装置；913、条码扫描装置；914、第三真空供应装置；92、传输手；921、第二工装承载区；922、第二工装位置检测装置；923、第四真空供应装置；10、载盘；101、第一真空供应装置；102、基准点；11、交接机构；111、升降台；112、升降位置检测传感器；113、第二真空供应装置；13、键合工装；131、第一吸附机构；132、第二吸附机构；133、锁紧机构；134、推拉机构；135、键合工装条码区；14、真空吸盘；141、同心圆吸附槽；142、橡胶吸盘；15、距离检测传感器；16、调平机构；17、上片工装；171、基片定位装置；172、平整度检测传感器；173、工装条码。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图2-15所示，本发明提供了一种基片对准装置，包括：

第一运动台1，带动第一基片81沿水平运动，包括X、Y、W三个方向，其中X、Y向为直线运动，W向为X-Y平面的圆周方向。所述第一运动台1上设有调平机构16、交接机构11和载盘10，所述载盘10上设有第一真空供应装置101，如图8所示，所述第一基片81设于键合工装13上，所述键合工装13位于所述载盘10上，调平机构16用于第一基片81进行个调平，交接机构11用于将键合工装13移入或移出载盘10，此外载盘10边缘还设有基准点102，用于光路成像系统5进行对准。

如图6所示，所述键合工装13的中部设有第一吸附机构131，所述键合工装13靠近边缘处设有第二吸附机构132、锁紧机构133、推拉机构134和键合工装条码区135，所述锁紧机构133至少设有两个，本实施例中锁紧机构133设有两个，且间隙设置。具体的，第一基片81通过第一吸附机构131或第二吸附机构132吸附在键合工装13的表面，当第一基片81和第二基片82对准完成之后，通过锁紧机构133对两个基片进行夹紧。

如图7所示，所述交接机构11包括升降台111、位于所述升降台111上表面的升降位置检测传感器112和与所述升降台111中心对应的第二真空供应装置113，其中升降位置检测检测装置112设于升降台111上表面，用于检测键合工装13的位置，第二真空供应装置113位于升降台111中心处，为第一吸附机构131提供真空吸附功能。

第二运动台2，带动第二基片82沿Z向运动，即沿垂向运动，所述第二运动台2上设有用于吸附第二基片82的真空吸盘14，如图5所示，所述真空吸盘14上设有若干同心圆吸附槽141，所述同心圆吸附槽141上表面还设有若干橡胶吸盘142，所述真空吸盘14的边缘设有若干距离检测传感器15，在交接第二基片82时，检测真空吸盘14与第二基片82之间的垂向距离，在第二运动台2下降过程中，当真空吸盘14与第二基片82之间的垂向距离小于设定值时，第二运动台2停止下降。

垂向偏移测量装置3，设于所述第二运动台2上，检测第二运动台2在垂向运动中引起的水平向偏差，包括X、Y、W三个方向，并将检测到的数据发送给控制器7。如图11所示，所述垂向偏移测量装置3包括依次连接的多个第一测量传感器31，第一信号放大器32和第一数据采集器33，所述第一测量传感器31与所述第二运动台2的侧面对应设置，所述第一数据采集器33将采集到的数据发送至控制器7。如图15所示，本实施例设有三个第一测量传感器31，其中第一测量传感器31a、31b与所述第二运动台2平行于X轴的侧面对应设置，另一个第一测量传感器31c与所述第二运动台2平行于Y轴的侧面对应设置，检测第二运动台2在X、Y、W三个自由度上的位置变化，当然也可将第一测量传感器31a、31b布设为与所述第二运动台2平行于Y轴的侧面相对应，第一测量传感器31c布设为与所述第二运动台2平行于X轴的侧面相对应。

光路运动机构4，位于第一基片81和第二基片82之间，带动光路成像系统5沿水平运动，实现对第一基片81和第二基片82的全片标记83检测。

光路成像系统5，设于所述光路运动机构4上，对第一、第二基片81、82上的标记83位置进行检测；如图4所示，光路成像系统5包括上下两个镜头，其中下方镜头的第一成像焦面51与第一基片81的位置对应，上方镜头的第二成像焦面52与第二基片82的位置对应。

光路偏移测量装置6，固设于所述光路运动机构4上，测量光路运动机构4在运动过程中产生的偏差；如图12所示，所述光路偏移测量装置6包括依次连接的第二测量传感器61、第二信号放大器62和第二数据采集器63，所述第二测量传感器61设于光路运动机构4上，所述第二数据采集器63将采集到的数据发送至控制器4，优选的，所述第二测量传感器61为重力加速度传感器，可优选三轴陀螺仪，实时检测当前位置与固定坐标系之间的偏角信息，该偏角信息经过第二信号放大器处理62后，由第二数据采集器63进行采集并反馈至控制器7。

控制器7，与所述第一运动台1、光路成像系统5、垂向偏移测量装置3和光路偏移测量装置6连接，根据光路成像系统5测得的标记83位置以及垂向偏移测量装置3和光路偏移测量装置6检测到的数据控制第一运动台1进行调整，具体的，控制器7与所述第一运动台1、光路成像系统5、垂向偏移测量装置3和光路偏移测量装置6无线连接，根据所述偏角信息计算得到XYZ固定坐标系中X、Y向的偏移值，同时根据第二运动台2在X、Y、W三个自由度上的位置变化信息计算得到X、Y、W向的偏移值，根据计算得到的数据控制第一运动台1进行运动补偿。

请继续参照图1，该对准装置还包括物料传输系统9，将待对准的第一基片81和第二基片82分别传输至第一运动台1和第二运动台2，并从所述第一运动台1上方移出对准完成的第一、第二基片81、82。优选的，所述物料传输系统9包括承片台91和位于所述承片台91上方的传输手92。

如图9所示，所述承片台91上设有第一工装承载区，用于承载上片工装17或键合工装13，所述第二基片81位于所述上片工装17上，所述第一工装承载区的圆周方向设有基片定位装置171和平整度检测传感器172，检测第二基片82的位置和平整度。所述承片台91靠近边缘处还设有第一工装位置检测装置911、工装定位装置912、条码扫描装置913和第三真空供应装置914，所述上片工装17或键合工装13上设有与所述条码扫描装置913对应的工装条码173，通过工装定位装置912对上片工装17进行定位，并通过第一工装位置检测装置911和条码扫描装置913检测上片工装17是否到位。

如图10所示，所述传输手92包括第二工装承载区921、与所述工装承载区921对应的第二工装位置检测装置922和第四真空供应装置923，第二工装承载区921用于承载第二工装位置检测装置922用于检测上片工装17或键合工装13是否到位，第四真空供应装置923用于对键合工装13上的第二吸附机构132提供真空吸附功能。

本发明还提供了一种基片对准装置的对准方法，包括以下步骤：

S1：物料传输系统9将待对准的第一基片81和第二基片82分别传输至第一运动台1和第二运动台2；包括以下步骤：

S11：将上片工装17置于承片台91上，通过第一工装位置检测装置911、条码扫描装置913识别工装类型以及工装定位装置912检测上片工装17是否到位，其中条码扫描装置913扫描上片工装17上的工装条码173，当上片工装17位置不准确或者非工装类物体放置在承片台91上时都能被检测出。

S12：将第二基片82置于所述上片工装17上，通过基片定位装置171和平整度检测传感器172检测第二基片82是否到位。

S13：将上片工装17和第二基片82转接至传输手92上，通过第二工装位置检测装置922检测上片工装17是否到位，同时承片台91下降。

S14：传输手92将上片工装17中第二基片82传输至第二运动台2的真空吸盘14，通过真空吸盘14上的同心圆吸附槽141和橡胶吸盘142对第二基片82进行吸附，在此过程中，首先第二运动台2下降，距离检测传感器15检测真空吸盘14与第二基片82之间的距离，当距离达到设置值时，第二运动台2停止下降，此时橡胶吸盘142的真空首先被打开，由于外部大气压大于橡胶吸盘142内真空的压力，因此橡胶吸盘142回缩，同时带动第二基片82与同心圆吸附槽141贴合，此时同心圆吸附槽141的真空打开，将第二基片82吸附于真空吸盘14上，采用上述方法可以解决翘曲片的吸附问题。

S15：传输手92回到初始位置，并将上片工装17交接至承片台91后，将上片工装17从承片台91中移除，在传输手92与承片台91交接时，承片台91上升。

S16：重复上述步骤S11-S14，将键合工装13和第一基片81传输至第一运动台1的载盘10上。具体的，键合工装13首先置于承片台91上，通过第一工装位置检测装置911、工装定位装置912和条码扫描装置913检测上片工装17是否到位，接着将第一基片81置于键合工装13上，通过第一吸附机构131或第二吸附机构132进行吸附，接着承片台91上升将键合工装13交接至传输手92上，并通过传输手92将键合工装13传输至载盘10上，当传输手92将键合工装13和第一基片81传输至载盘10处时，交接机构11上升，键合工装13和第一基片81首先交接至由交接机构11，接着交接机构11下降将键合工装13和第一基片81交接至载盘10上。当所述键合工装13和第一基片81位于承片台91上时，第一吸附机构131打开，第二吸附机构132关闭，由承片台91上的第三真空供应装置914提供真空吸附功能；当键合工装13和第一基片81位于传输手上时，第一吸附机构131关闭，第二吸附机构132打开，由传输手92上的第四真空供应装置923提供真空吸附功能；当键合工装13和第一基片81位于交接机构11上时，第一吸附机构131打开，第二吸附机构132关闭，由交接机构11的第二真空供应装置113提供真空吸附功能；当键合工装13和第一基片81位于载盘10上时，第一吸附机构131关闭，第二吸附机构132打开，由载盘10上的第一真空供应装置101提供真空吸附功能。

S2：光路成像系统5在光路运动机构4的带动下，沿X/Y向水平运动，检测第一、第二基片81、82上标记83的坐标信息，同时光路偏移测量装置6测量光路运动机构4在运动过程中产生的偏差；包括以下步骤：

S21：进行基片调平，将键合工装13上推拉机构134插入到第一基片81和第二基片82之间，第二运动台2下降，使第二基片82与推拉机构134接触，通过调平机构16对第一基片81和第二基片82进行调平；

S22：调平完成后，调平机构16锁定当前平面，第二运动台2上升使第二基片82位于光路成像系统5上方镜头的第二成像焦面52处，此时第一基片81位于光路成像系统5下方镜头的第一成像焦面51处。

S23：光路运动机构4运动至载盘10边缘的基准点102，通过光路成像系统5对基准点102进行对准，并建立光路运动机构4与第一运动台1之间的坐标关系，接着光路运动机构4进入两个基片之间，光路成像系统5对第一、第二基片81、82上的多个标记83进行识别，获取标记83的坐标信息，与此同时光路偏移测量装置6测量光路运动机构4在运动过程中发生的Rx，Ry向绕动。所述光路偏移测量装置6的工作过程如下：三轴陀螺仪实时检测当前位置与XYZ固定坐标系之间的偏角信息，该偏角信息经过第二信号放大器62处理后，由第二数据采集器63进行采集并反馈至控制器7。

S3：控制器7根据光路成像系统5测得的坐标信息控制第一运动台1进行调整，使第一、第二基片81、82上标记83的坐标重合。

S4：第二运动台2带动第二基片82向下运动，靠近第一基片81，同时垂向偏移测量装置3检测第二运动台2在垂向运动中引起的偏差，具体为，垂向偏移测量装置3中的第一测量传感器31检测第二运动台2在X、Y、W三个自由度上的位置变化，第一测量传感器31设有三个，其中第一测量传感器31a、31b位于与所述第二运动台2平行X轴的侧面对应的位置，另一个第一测量传感器31c位于与所述第二运动台2平行Y轴的侧面对应的位置。

S5：控制器7根据垂向偏移测量装置3和光路偏移测量装置6检测到的偏差控制第一运动台1进行补偿校正，具体为，控制器7将光路运动机构4当前位置与XYZ固定坐标之间的偏角信息转换到XYZ固定坐标系中X、Y向的偏移值，同时根据第二运动台2在X、Y、W三个自由度上的位置变化信息计算得到X、Y、W向的偏移值，并根据计算得到的偏移值控制第一运动台1进行运动补偿。

S6：第二基片82脱离第二运动台2与第一基片81贴合，并通过物料传输系统9将贴合后的第一基片81和第二基片82从第一运动台1上方移出。具体的，此时第二运动台2上真空吸盘14中的同心圆吸附槽141和橡胶吸盘142关闭，第二基片82脱离第二运动台2并与第一基片81贴合，键合工装13上的锁紧机构133将第一、第二基片81、82进行夹紧，第二运动台2上升，交接机构11上升，键合工装13由载盘10交接至交接机构11，并由交接机构11交接至传输手92，由传输手92送出至承片台91上。

如图13所示，在光路运动机构4运动过程中，Rx，Ry的绕动会影响光路的正交性，α₁为绕动后造成的光轴夹角，h为第一成像焦面51和第二成像焦面52之间的距离，此时会造成至少Δ的对准偏差。如图14所示，三轴陀螺仪实时检测当前位置同XYZ固定坐标系的偏角α、β、γ，控制器7将偏角α、β、γ转换成固定坐标系中的偏移值，其中X向的偏移值ΔX＝h*sinβ*cosγ+h*sinα*sinγ；Y向的偏移值ΔY＝-h*sinα*cosγ+h*sinβ*sinγ，α为所述光路运动机构4当前位置与XYZ固定坐标系中Y轴之间的夹角，β为所述光路运动机构4当前位置与XYZ固定坐标系中Z轴之间的夹角，γ为所述光路运动机构4当前位置与XYZ固定坐标系中X轴之间的夹角，控制器7通过上述计算所得的X、Y向偏移值来控制第一运动台1进行补偿。

如图15所示，第一测量传感器31a、31b位于所述第二运动台平行X轴的一侧，测得所述第二运动台82的Y向偏移ΔY1、ΔY2，第一测量传感器31c在所述第二运动台82平行Y轴的一侧，测得所述第二运动台的X向偏移ΔX1，假定第一运动台1的补偿值为ΔX2、ΔY2、θ，通过上述测量传感器测量得到的三个值可以得出以下方程：

ΔY1＝ΔY2-(K-L*sinθ/2+ΔX2)*tanθ；

ΔY1＝ΔY2+(K+L*sinθ/2-ΔX2)*tanθ；

ΔX＝ΔX+(K-L*sinθ/2+ΔY2)*tanθ；

其中*代表相乘，K为所述第二运动台82平行X轴的一侧设置的第一测量传感器31a、31b在第二运动台82上的测量点相对于Y轴的距离，θ为所述第二运动台82与所述第一运动台81之间的夹角，L为第二运动台2的半宽，通过上述方程可以计算出第一运动台需要补偿的ΔX2、ΔY2、θ。控制器7根据求解得到的ΔX2、ΔY2、θ控制第一运动台1进行偏移补偿校正。

综上所述，本发明提供的基片对准装置及对准方法，通过光路运动机构4带动光路成像系统5沿X/Y向水平运动，对第一、第二基片81、82上的标记位置进行检测，在光路运动机构4上设置光路偏移测量装置6，测量光路运动机构4在运动过程中产生的X、Y向偏差，同时在第二运动台2上设置垂向偏移测量装置3，测量第二运动台2在垂向运动中引起的X、Y、W向偏差，控制器7根据光路偏移测量装置6和垂向偏移测量装置3的测量数据控制第一运动台1运动进行补偿校正，提高了基片的对准精度。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (25)

1.一种基片对准装置，其特征在于，包括：

承载第一基片的第一运动台；

承载第二基片的第二运动台；

光路运动机构，位于所述第一基片和所述第二基片之间，沿水平运动；

光路成像系统，设于所述光路运动机构上，对第一、第二基片上的标记位置进行检测；

光路偏移测量装置，固设于所述光路运动机构上，测量光路运动机构在运动过程中产生的偏差；

控制器，与所述第一运动台、光路成像系统和光路偏移测量装置连接，根据光路成像系统测得的标记位置以及光路偏移测量装置检测到的数据控制第一运动台运动进行调整。

2.根据权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述装置还包括垂向偏移测量装置，检测所述第二运动台垂直运动中引起的水平向偏差后发送给所述控制器，所述控制器控制所述第一运动台进行运动补偿。

3.根据权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述第二运动台上设有用于吸附第二基片的真空吸盘，所述真空吸盘上设有若干同心圆吸附槽，所述同心圆吸附槽上表面还设有若干橡胶吸盘，所述真空吸盘的边缘设有若干距离检测传感器，检测真空吸盘与第二基片之间的垂向距离。

4.根据权利要求2所述的基片对准装置，其特征在于，所述垂向偏移测量装置包括三个垂向偏移测量传感器，所述三个垂向偏移测量传感器分别对应于所述第二运动台两相邻侧面设置。

5.根据权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述光路偏移测量装置包括依次连接的第二测量传感器、第二信号放大器和第二数据采集器，所述第二测量传感器设于光路运动机构上，所述第二数据采集器将采集到的数据发送至控制器。

6.根据权利要求5所述的基片对准装置，其特征在于，所述第二测量传感器为重力加速度测量传感器。

7.根据权利要求6所述的基片对准装置，其特征在于，所述重力加速度测量传感器优选三轴陀螺仪。

8.根据权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，所述第一运动台上设有调平机构、交接机构和载盘，所述载盘上设有第一真空供应装置，所述第一基片设于键合工装上，所述键合工装位于所述载盘上。

9.根据权利要求8所述的基片对准装置，其特征在于，所述键合工装的中部设有第一吸附机构，所述键合工装边缘处设有第二吸附机构、锁紧机构、推拉机构和键合工装条码区，所述锁紧机构至少设有两个。

10.根据权利要求8所述的基片对准装置，其特征在于，所述交接机构包括升降台、位于所述升降台上表面的升降位置检测传感器和与所述升降台中心对应的第二真空供应装置。

11.根据权利要求1所述的基片对准装置，其特征在于，还包括物料传输系统，将待对准的第一基片和第二基片分别传输至第一运动台和第二运动台，并从所述第一运动台上方移出对准完成的第一、第二基片。

12.根据权利要求11所述的基片对准装置，其特征在于，所述物料传输系统包括承片台和位于所述承片台上方的传输手。

13.根据权利要求12所述的基片对准装置，其特征在于，所述承片台上设有第一工装承载区，用于承载上片工装或键合工装，所述第二基片位于所述上片工装上，所述第一工装承载区的圆周方向设有基片定位装置和平整度检测传感器。

14.根据权利要求13所述的基片对准装置，其特征在于，所述承片台靠近边缘处还设有第一工装位置检测装置、工装定位装置、条码扫描装置和第三真空供应装置，所述上片工装或键合工装上设有与所述条码扫描装置对应的工装条码。

15.根据权利要求12所述的基片对准装置，其特征在于，所述传输手包括第二工装承载区、与所述工装承载区对应的第二工装位置检测装置和第四真空供应装置。

16.一种基片对准装置的对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：物料传输系统将待对准的第一基片和第二基片分别传输至第一运动台和第二运动台；

S2：光路成像系统在光路运动机构的带动下，沿X/Y向水平运动，检测第一、第二基片上标记的坐标信息，同时光路偏移测量装置测量光路运动机构在运动过程中产生的偏差；

S3：控制器根据光路成像系统测得的坐标信息控制第一运动台进行调整，使第一、第二基片上标记的坐标重合；

S4：第二运动台带动第二基片向下运动，靠近第一基片；

S5：控制器根据光路偏移测量装置检测到的偏差控制第一运动台进行补偿校正；

S6：所述第二基片脱离第二运动台与第一基片贴合，之后通过物料传输系统将贴合后的第一基片和第二基片从第一运动台上方移出。

17.根据权利要求16所述的对准方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：将上片工装置于承片台上，通过第一工装位置检测装置、条码扫描装置识别工装类型以及工装定位装置检测上片工装是否到位；

S12：将第二基片置于所述上片工装上，通过基片定位装置和平整度检测传感器检测第二基片是否到位；

S13：将上片工装和第二基片转接至传输手上，通过第二工装位置检测装置检测上片工装是否到位；

S14：传输手将上片工装中第二基片传输至第二运动台的真空吸盘；

S15：传输手回到初始位置，并将上片工装交接至承片台后，将上片工装从承片台中移除；

S16：重复上述步骤S11-S14，将键合工装和第一基片传输至载片台上。

18.根据权利要求17所述的基片对准装置，其特征在于，所述步骤S16中，传输手将键合工装和第一基片传输至载盘处时，交接机构上升，键合工装和第一基片首先交接至由交接机构，接着交接机构下降将键合工装和第一基片交接至载盘上。

19.根据权利要求18所述的基片对准装置，其特征在于，当所述键合工装和第一基片位于承片台上时，第一吸附机构打开，第二吸附机构关闭，由承片台上的第三真空供应装置提供真空吸附功能；当键合工装和第一基片位于传输手上时，第一吸附机构关闭，第二吸附机构打开，由传输手上的第四真空供应装置提供真空吸附功能；当键合工装和第一基片位于交接机构上时，第一吸附机构打开，第二吸附机构关闭，由交接机构的第二真空供应装置提供真空吸附功能；当键合工装和第一基片位于载盘上时，第一吸附机构关闭，第二吸附机构打开，由载盘上的第一真空供应装置提供真空吸附功能。

20.根据权利要求16所述的对准方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21：进行基片调平，将键合工装上推拉机构插入到第一基片和第二基片之间，第二运动台下降，使第二基片与推拉机构接触，通过调平机构对第一基片和第二基片进行调平；

S22：调平完成后，调平机构锁定当前平面，第二运动台上升使第二基片位于光路成像系统上方镜头的成像焦面处，此时第一基片位于光路成像系统下方镜头的成像焦面处；

S23：光路运动机构运动至载盘边缘的基准点，通过光路成像系统对基准点进行对准，并建立光路运动机构与第一运动台之间的坐标关系，接着光路运动机构进入两个基片之间，光路成像系统对第一、第二基片上的多个标记进行识别，获取标记的坐标信息，与此同时光路偏移测量装置测量光路运动机构在运动过程中发生的Rx，Ry向绕动。

21.根据权利要求20所述的对准方法，其特征在于，所述光路偏移测量装置的工作过程如下：实时检测当前位置与XYZ固定坐标系之间的偏角信息，该偏角信息经过第二放大器处理后，由第二数据采集器进行采集并反馈至控制器。

22.根据权利要求21所述的对准方法，其特征在于，所述步骤S5中，控制器将所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系之间的偏角信息，转换到XYZ固定坐标系中X、Y向的偏移值，其中X向的偏移值ΔX＝h*sinβ*cosγ+h*sinα*sinγ，Y向的偏移值ΔY＝-h*sinα*cosγ+h*sinβ*sinγ，α为所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系中Y轴之间的夹角，β为所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系中Z轴之间的夹角，γ为所述光路运动机构当前位置与XYZ固定坐标系中X轴之间的夹角，h为所述光路成像系统上方镜头的成像焦面和光路成像系统下方镜头的成像焦面之间的距离。

23.根据权利要求16所述的对准方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括设置垂向偏移测量传感器检测第二运动台在垂向运动中引起的水平向偏移，所述控制器根据所述水平向偏移信息，控制所述第一运动台运动进行补偿校正。

24.根据权利要求23所述的对准方法，其特征在于，在所述第二运动台平行X轴的一侧设置两个垂向偏移测量传感器，测得所述第二运动台的Y向偏移ΔY1、ΔY2，在所述第二运动台平行Y轴的一侧设置一个垂向偏移测量传感器获得所述第二运动台的X向偏移ΔX1，通过以下方程计算出第一运动台的补偿值的ΔX、ΔY、θ：

ΔY1＝ΔY-(K-L*sinθ/2+ΔX2)*tanθ；

ΔY2＝ΔY+(K+L*sinθ/2-ΔX2)*tanθ；

ΔX1＝ΔX+(K-L*sinθ/2+ΔY2)*tanθ；

其中*代表相乘，K为所述第二运动台平行X轴的一侧设置的垂向偏移测量传感器在第二运动台上的测量点相对于Y轴的距离，L为第二运动台的半宽，θ为所述第二运动台与所述第一运动台之间的夹角。

25.根据权利要求16所述的基片对准装置，其特征在于，所述步骤S6具体为：第二基片与第一基片贴合后键合工装上锁紧机构将第一、第二基片夹紧，第二运动台上升，交接机构上升，键合工装由载盘交接至交接机构，并由交接机构交接至传输手，由传输手送出至承片台上。