CN112053985A - 一种晶圆对准装置及其对准方法 - Google Patents

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CN112053985A CN202010955620.6A CN202010955620A CN112053985A CN 112053985 A CN112053985 A CN 112053985A CN 202010955620 A CN202010955620 A CN 202010955620A CN 112053985 A CN112053985 A CN 112053985A
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Abstract

本发明涉及半导体芯片制造技术领域，目的是提供一种晶圆对准装置及其对准方法，对准精确度高，操作方法简便。上述晶圆对准装置包括基座(1)以及设置于所述基座(1)上的上晶圆运动系统、下晶圆运动系统、位置记录系统、视觉检测系统以及控制系统，所述视觉检测系统设置于所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的两侧，所述上晶圆运动系统设置有精动对准调节装置，所述上晶圆运动系统或所述下晶圆运动系统设置有平行度检测元件；在所述控制系统的控制下，通过所述视觉检测系统、所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的配合使所述上晶圆(2)和所述下晶圆(3)对准。本发明解决了现有晶圆对准装置对准误差大、精度低的问题。

Description

一种晶圆对准装置及其对准方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造技术领域，特别是涉及一种晶圆对准装置及其对准方法。
背景技术
现代技术对芯片功能的需求不断提高，通过缩小晶体管尺寸来提高性能的方式却愈发困难，因此集成电路技术逐渐由2D平面向3D集成方向发展。在3D集成技术中，晶圆级键合是实现该技术中最为重要的一个环节。在两片晶圆键合之前，需要对晶圆上的电路进行精确对准，一旦发生图案错位将导致键合后线路串行和短路等问题。而且，随着半导体工艺的发展和进步，刻线精度越来越高，晶圆上的电路图案不断缩小，因此对晶圆对准精度的要求也不断提高。
晶圆对准过程需要利用晶圆对准装置来实现，现有的晶圆对准装置采用的是上、下晶圆在两个不同位置取像的方式，对准基准不唯一，而两个基准之间的误差是固有存在的，而且这个误差在后续操作过程中无法消除或弥补，该误差会一直带入到对准的最终结果，严重影响了晶圆对准的精确度，对后续晶圆键合等工艺造成不利影响。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的晶圆对准装置对准误差大、精度低，而提供一种对准精确度高、而且操作方法简便的晶圆对准装置及其对准方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种晶圆对准装置，包括基座以及设置于所述基座上用于带动上晶圆移动的上晶圆运动系统、用于带动下晶圆移动的下晶圆运动系统、用于记录所述下晶圆初始识别位置信息的位置记录系统、视觉检测系统以及控制系统，所述视觉检测系统设置于所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的两侧，所述上晶圆运动系统设置有精动对准调节装置，所述上晶圆运动系统或所述下晶圆运动系统设置有用于检测所述上晶圆与所述下晶圆平行度的平行度检测元件；在所述控制系统的控制下，通过所述视觉检测系统、所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的配合使所述上晶圆和所述下晶圆对准。
优选地，
所述上晶圆运动系统包括上运动台以及控制所述上运动台在X、Y、θZ方向往复运动的上运动台控制机构，所述上运动台的上部设置有上承载台，所述上承载台上设置所述精动对准调节装置，所述精动对准调节装置上设置有适于放置所述上晶圆的上卡盘，所述上卡盘接触所述上晶圆的表面具有真空吸附环槽；
所述下晶圆运动系统包括下运动台以及控制所述下运动台在θX、θY和Z方向往复运动的下运动台控制机构，所述下运动台的上部设置有下承载台，所述下承载台上设置有适于放置所述下晶圆的下卡盘，所述下卡盘接触所述下晶圆的表面具有真空吸附环槽；
所述上卡盘和所述下卡盘的Y方向中心线在同一竖直平面内平行；在对准工位时，所述上卡盘的中心与所述下卡盘的中心在同一水平面上的投影重合。
优选地，所述精动对准调节装置为纳米定位运动台，所述上卡盘上设置有所述平行度检测元件，所述平行度检测元件为电容传感器。
优选地，所述上运动台控制机构包括上运动台X方向运动组件和上运动台Y方向运动组件；
所述上运动台X方向运动组件包括固定于所述上运动台下部的连接块、安装在基座安装架上的第一电推杆以及第一复位弹簧，所述基座安装架固定设置于所述基座上，所述第一电推杆的伸缩杆沿X方向设置，所述第一电推杆的伸缩杆端部适于推动所述连接块沿X方向移动，所述连接块和所述基座安装架分别连接所述第一复位弹簧的两端；
所述上运动台Y方向运动组件包括固定于所述上运动台下部的第二电推杆、第三电推杆以及第二复位弹簧和第三复位弹簧，所述第二电推杆和第三电推杆的伸缩杆相互平行且均沿Y方向设置，所述第二电推杆和第三电推杆的伸缩杆适于抵住所述基座安装架带动所述上运动台沿Y方向的反方向移动，所述上运动台下部安装所述第二电推杆的位置与所述基座安装架分别连接所述第二复位弹簧的两端，所述上运动台下部安装所述第三电推杆的位置与所述基座安装架分别连接所述第三复位弹簧的两端；
所述下运动台控制机构包括至少三个设置于所述下运动台底部的Z方向致动器，所述Z方向致动器安装于所述基座上。
优选地，所述视觉检测系统靠近所述对准工位设置，所述视觉检测系统包括左视觉检测系统和右视觉检测系统；
所述左视觉检测系统包括左侧安装架，所述左侧安装架的下部通过左视觉系统运动机构与所述基座连接，所述左侧安装架的上部具有左侧伸出架，所述左侧伸出架上下对应的位置分别设置有左上物镜和左下物镜，所述上承载台和所述下承载台适于在所述左上物镜和所述左下物镜之间沿Y方向及Y方向的反方向往复移动；
所述右视觉检测系统包括右侧安装架，所述右侧安装架的下部通过右视觉系统运动机构与所述基座连接，所述右侧安装架的上部具有右侧伸出架，所述右侧伸出架上下对应的位置分别设置有右上物镜和右下物镜，所述上承载台和所述下承载台适于在所述右上物镜和所述右下物镜之间沿Y方向及Y方向的反方向往复移动；
所述左上物镜和所述右上物镜相对于所述上卡盘或所述下卡盘的Z方向轴线左右对称，同样，所述左下物镜和所述右下物镜相对于所述上卡盘或所述下卡盘的Z方向轴线左右对称。
优选地，
所述左视觉系统运动机构用于带动所述左侧安装架在X、Y方向往复运动，所述左视觉系统运动机构包括左视觉系统X方向运动构件和左视觉系统Y方向运动构件；
所述右视觉系统运动机构用于带动所述右侧安装架在X、Y方向往复运动，所述右视觉系统运动机构包括右视觉系统X方向运动构件和右视觉系统Y方向运动构件。
优选地，所述左上物镜、所述左下物镜、所述右上物镜和所述右下物镜均采用高倍物镜；所述位置记录系统包括传感器安装架及设置于所述传感器安装架上的至少三个激光位移传感器。
一种上述晶圆对准装置的对准方法，包括：
在控制系统的控制下，通过上晶圆运动系统、下晶圆运动系统分别将上晶圆、下晶圆移动到对准工位，利用平行度检测元件检测所述上晶圆和所述下晶圆的平行度，通过调整上晶圆运动系统和/或下晶圆运动系统使所述上晶圆和所述下晶圆保持平行；
通过所述上晶圆运动系统将所述上晶圆移动到传输工位，调整视觉检测系统的位置识别出所述下晶圆的标记，此时所述下晶圆处于初始识别位置，锁定所述视觉位置系统的位置，由位置记录系统记录所述下晶圆的初始识别位置信息；
通过所述下晶圆运动系统将所述下晶圆移动到所述传输工位，通过所述上晶圆运动系统将所述上晶圆移动到所述对准工位，通过所述上晶圆运动系统调整所述上晶圆的位置，利用所述视觉检测系统识别出所述上晶圆的标记，至此完成粗动对准；
按照所述初始识别位置信息通过所述下晶圆运动系统将所述下晶圆移动到所述对准工位，此时所述下晶圆处于实际识别位置，由所述控制系统计算并累加所述实际识别位置与所述初始识别位置的偏差以及所述上晶圆标记与所述下晶圆标记的位置偏差，进而控制精动对准调节装置进行精动对准。
优选地，在将所述上晶圆、所述下晶圆移动到所述对准工位之前还包括对所述上晶圆和所述下晶圆进行预对准，并将完成预对准后的所述上晶圆和所述下晶圆分别传输到所述上晶圆运动系统的上卡盘和所述下晶圆运动系统的下卡盘上的步骤。
优选地，
所述上晶圆的所述标记包括设置在同一条与X方向平行的过晶圆圆心划片道上且到晶圆圆心距离相同的上晶圆第一标记和上晶圆第二标记；所述下晶圆的所述标记包括设置在同一条与X方向平行的过晶圆圆心划片道上且到圆心距离相同的下晶圆第一标记和下晶圆第二标记；
还包括，利用左视觉检测系统的左上物镜识别出所述下晶圆第一标记，并将所述下晶圆第一标记移动到所述左上物镜的视场中心处，利用右视觉检测系统的右上物镜识别出所述下晶圆第二标记，并将所述下晶圆第二标记移动到所述右上物镜的视场中心处；
还包括，通过调整上运动台控制机构，利用所述左视觉检测系统的左下物镜识别出所述上晶圆第一标记，并将所述上晶圆第一标记移动到所述左下物镜的视场中心处，利用所述右视觉检测系统的右下物镜别出所述上晶圆第二标记，并将所述上晶圆第二标记移动到所述右下物镜的视场中心处。
优选地，所述上晶圆标记与所述下晶圆标记的所述位置偏差包括所述上晶圆第一标记与所述下晶圆第一标记的位置偏差以及所述上晶圆第二标记与所述下晶圆第二标记的位置偏差，所述控制系统控制所述上晶圆运动系统的纳米定位运动台对所述上晶圆先补偿θZ方向的偏差，再补偿X方向和Y方向的偏差，实现所述上晶圆第一标记与所述下晶圆第一标记以及所述上晶圆第二标记与所述下晶圆第二标记的精确对准。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的晶圆对准装置及其对准方法，采用纳米定位运动台能够实现纳米级别的精确对准，而且在对准操作时采用粗动和精动两个对准过程，视觉检测系统在识别下晶圆标记后锁定不再移动，此时视觉检测系统的位置作为基准点再识别上晶圆标记，如此单一基准点的对准方式，大大提高了粗动对准的精度和效率，在粗动精度达到最高限后，再采用纳米定位运动台的微动对准操作，使上晶圆与下晶圆的对准精度大幅提高，而且本发明的晶圆对准装置结构设计合理，操作方法简便，实操性强。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明晶圆对准装置的分解示意图；
图2是本发明晶圆对准装置的立体图；
图3是本发明晶圆对准装置的正视图；
图4是本发明晶圆对准装置的俯视图；
图5A是本发明中上晶圆标记的示意图；
图5B是本发明中下晶圆标记的示意图。
图中附图标记表示为：
1-基座，2-上晶圆，3-下晶圆，4-上运动台，5-纳米定位运动台，6-下运动台，7-下承载台，8-左侧安装架，9-左侧伸出架，10-左上物镜，11-左下物镜，12-右侧安装架，13-右侧伸出架，14-右上物镜，15-右下物镜，16-左视觉系统X方向运动构件，17-左视觉系统Y方向运动构件，18-右视觉系统X方向运动构件，19-右视觉系统Y方向运动构件，20-传感器安装架，21-激光位移传感器，22-连接块，23-第一电推杆，24-基座安装架，25-第二电推杆，26-第三电推杆，27-上承载台，28-上卡盘，29-下卡盘，30-上晶圆第一标记，31-上晶圆第二标记，32-下晶圆第一标记，33-下晶圆第二标记。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，是本发明晶圆对准装置的优选实施例。
所述晶圆对准装置包括基座1以及设置于所述基座1上的上晶圆运动系统、下晶圆运动系统、位置记录系统、视觉检测系统以及控制系统。所述基座1采用花岗岩材质。
所述上晶圆运动系统用于带动上晶圆2移动，所述上晶圆运动系统设置有精动对准调节装置。所述下晶圆运动系统用于带动下晶圆3移动。所述上晶圆运动系统或所述下晶圆运动系统设置有用于检测所述上晶圆2与所述下晶圆3平行度的平行度检测元件。所述位置记录系统用于记录所述下晶圆3初始识别位置信息。所述视觉检测系统设置于所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的两侧。在所述控制系统的控制下，通过所述视觉检测系统、所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的配合使所述上晶圆2和所述下晶圆3对准。
下面对本发明涉及的工位定义、方向坐标说明如下：
传输工位是指将上晶圆放置到上卡盘时以及下晶圆放置到下卡盘上时，上承载台和下承载台所处的工位。对准工位是指对上晶圆和下晶圆进行对准操作时，上承载台和下承载台所处的工位。
根据笛卡尔坐标系，将上承载台、下承载台的长行程方向，即从传输工位向对准工位移动的方向定义为Y方向，相应的，从对准工位向传输工位移动的方向为Y方向的反方向。X方向为与Y方向垂直且自装置左至右的水平方向。Z方向为与水平面垂直向上的方向。θX、θY、θZ分别为绕X、Y、Z转动的方向。具体坐标系定义参见图2所示。
所述上晶圆运动系统包括上运动台4以及控制所述上运动台4在X、Y、θZ方向往复运动的上运动台控制机构，所述上运动台4的上部设置有上承载台27，所述上承载台27上设置所述精动对准调节装置，所述精动对准调节装置上设置有适于放置所述上晶圆2的上卡盘28，所述上卡盘28接触所述上晶圆2的表面具有真空吸附环槽。所述真空吸附环槽与真空源连通，能够将上晶圆吸附在上卡盘上。所述精动对准调节装置为纳米定位运动台5，所述纳米定位运动台5为纳米级微动平台，能够在纳米数量级范围内精确调节上承载台的位置。所述上卡盘28上设置有所述平行度检测元件，所述平行度检测元件为电容传感器。
如图3-4所示，所述上运动台控制机构包括上运动台X方向运动组件和上运动台Y方向运动组件。
所述上运动台X方向运动组件包括固定于所述上运动台4下部的连接块22、安装在基座安装架24上的第一电推杆23以及第一复位弹簧，所述基座安装架24固定设置于所述基座1上，所述第一电推杆23的伸缩杆沿X方向设置，所述第一电推杆23的伸缩杆端部适于推动所述连接块22沿X方向移动，所述连接块22和所述基座安装架24分别连接所述第一复位弹簧的两端。
所述上运动台Y方向运动组件包括固定于所述上运动台4下部的第二电推杆25、第三电推杆26以及第二复位弹簧和第三复位弹簧，所述第二电推杆25和第三电推杆26的伸缩杆相互平行且均沿Y方向设置，所述第二电推杆25和第三电推杆26的伸缩杆适于抵住所述基座安装架24带动所述上运动台4沿Y方向的反方向移动，所述上运动台4下部安装所述第二电推杆25的位置与所述基座安装架24分别连接所述第二复位弹簧的两端，所述上运动台4下部安装所述第三电推杆26的位置与所述基座安装架24分别连接所述第三复位弹簧的两端。
所述下晶圆运动系统包括下运动台6以及控制所述下运动台6在θX、θY和Z方向往复运动的下运动台控制机构，所述下运动台6的上部设置有下承载台7，所述下承载台7上设置有适于放置所述下晶圆3的下卡盘29，所述下卡盘29接触所述下晶圆3的表面具有真空吸附环槽。所述真空吸附环槽与真空源连通，能够将下晶圆吸附在下卡盘上。
所述上卡盘28和所述下卡盘29的Y方向中心线在同一竖直平面内平行；在对准工位时，所述上卡盘28的中心与所述下卡盘29的中心在同一水平面上的投影重合。
所述下运动台控制机构包括至少三个设置于所述下运动台6底部的Z方向致动器，所述Z方向致动器安装于所述基座1上。在本实施例中，下运动台控制机构为三个Z方向致动器，平衡布置于下运动台底部，能够平稳的驱动下运动平台在θX、θY和Z方向往复运动。
所述视觉检测系统靠近所述对准工位设置，所述视觉检测系统包括左视觉检测系统和右视觉检测系统。
所述左视觉检测系统包括左侧安装架8，所述左侧安装架8的下部通过左视觉系统运动机构与所述基座1连接，所述左侧安装架8的上部具有左侧伸出架9，所述左侧伸出架9上下对应的位置分别设置有左上物镜10和左下物镜11，所述上承载台27和所述下承载台7适于在所述左上物镜10和所述左下物镜11之间沿Y方向及Y方向的反方向往复移动。
所述左视觉系统运动机构用于带动所述左侧安装架8在X、Y方向往复运动，所述左视觉系统运动机构包括左视觉系统X方向运动构件16和左视觉系统Y方向运动构件17。
所述右视觉检测系统包括右侧安装架12，所述右侧安装架12的下部通过右视觉系统运动机构与所述基座1连接，所述右侧安装架12的上部具有右侧伸出架13，所述右侧伸出架13上下对应的位置分别设置有右上物镜14和右下物镜15，所述上承载台27和所述下承载台7适于在所述右上物镜14和所述右下物镜15之间沿Y方向及Y方向的反方向往复移动。
所述右视觉系统运动机构用于带动所述右侧安装架12在X、Y方向往复运动，所述右视觉系统运动机构包括右视觉系统X方向运动构件18和右视觉系统Y方向运动构件19。
所述左上物镜10和所述右上物镜14相对于所述上卡盘28或所述下卡盘29的Z方向轴线左右对称，同样，所述左下物镜11和所述右下物镜15相对于所述上卡盘28或所述下卡盘29的Z方向轴线左右对称。所述左上物镜10、所述左下物镜11、所述右上物镜14和所述右下物镜15均采用高倍物镜。
所述位置记录系统包括传感器安装架20及设置于所述传感器安装架20上的至少三个激光位移传感器21。本实施例中，在传感器安装架20上设置有三个激光位移传感器21。
本发明提供的晶圆对准装置的对准方法，详述如下：
首先，需要说明的是：为进行晶圆对准，上晶圆的标记包括设置在同一条与X方向平行的过晶圆圆心划片道上且到晶圆圆心距离相同的上晶圆第一标记30和上晶圆第二标记31，同样地，下晶圆的标记包括设置在同一条与X方向平行的过晶圆圆心划片道上且到圆心距离相同的下晶圆第一标记32和下晶圆第二标记33。
所述晶圆对准装置的对准方法包括：
步骤一，在控制系统的控制下，通过上晶圆运动系统、下晶圆运动系统分别将上晶圆、下晶圆移动到对准工位，利用平行度检测元件检测所述上晶圆和所述下晶圆的平行度，通过调整上晶圆运动系统和/或下晶圆运动系统使所述上晶圆和所述下晶圆保持平行。
为了提高对准效率，在步骤一之前，还需对上晶圆和下晶圆进行预对准，在预对准设备上完成预对准后，将上晶圆和下晶圆分别传输到上晶圆运动系统的上卡盘28和下晶圆运动系统的下卡盘29上。
通常，这一过程是由外部机械手完成的。在上晶圆完成预对准后，将上承载台27移动到传输工位，下承载台7移动到对准工位，由外部机械手真空吸附上晶圆的背面，上晶圆正面朝下，上晶圆被机械手传输到处于传输工位的上卡盘28下部，上卡盘28提供真空将上晶圆真空吸附固定，外部机械手撤出对准装置区域；然后，在下晶圆完成预对准后，将上承载台27移动到对准工位，下承载台7移动到传输工位，由外部机械手真空吸附下晶圆背面，下晶圆正面朝上，下晶圆被机械手传输到处在传输工位的下卡盘29上，下卡盘29提供真空将下晶圆真空吸附固定，外部机械手撤出对准装置区域。之后，再进行上述步骤一的操作。
所述平行度检测元件为设置在上卡盘28上的电容传感器，该电容传感器将检测出的上晶圆和下晶圆的平行度值反馈给控制系统，控制系统经过计算控制下运动台6底部的Z方向致动器对下运动台6进行θX、θY两个方向上补偿，使上晶圆和下晶圆间的平行度满足视觉检测系统的识别要求。
步骤二，通过上晶圆运动系统将上晶圆移动到传输工位，调整视觉检测系统的位置识别出下晶圆的标记，此时下晶圆处于初始识别位置，锁定视觉位置系统的位置，由位置记录系统记录所述下晶圆的初始识别位置信息。
通过调整左视觉系统运动机构，利用左视觉检测系统的左上物镜10识别出下晶圆第一标记32，并将下晶圆第一标记32移动到左上物镜10的视场中心处，锁定左视觉检测系统位置；通过调整右视觉系统运动机构，利用右视觉检测系统的右上物镜14识别出下晶圆第二标记33，并将下晶圆第二标记33移动到右上物镜14的视场中心处，锁定右视觉检测系统位置。然后，由位置记录系统通过记录下承载台7的位置来记录下晶圆的初始识别位置信息。
步骤三，通过下晶圆运动系统将下晶圆移动到所述传输工位，通过上晶圆运动系统将上晶圆移动到对准工位，通过上晶圆运动系统调整上晶圆的位置，利用视觉检测系统识别出上晶圆的标记，至此完成粗动对准。
通过调整上运动台控制机构，利用左视觉检测系统的左下物镜11识别出上晶圆第一标记30，并将上晶圆第一标记30移动到左下物镜11的视场中心处，利用右视觉检测系统的右下物镜15别出上晶圆第二标记31，并将上晶圆第二标记3 1移动到右下物镜15的视场中心处，至此完成粗动对准。
步骤四，按照初始识别位置信息通过下晶圆运动系统将下晶圆移动到对准工位，此时下晶圆处于实际识别位置，由控制系统计算并累加实际识别位置与初始识别位置的偏差以及上晶圆标记与下晶圆标记的位置偏差，进而控制精动对准调节装置进行精动对准。
上晶圆标记与下晶圆标记的位置偏差包括上晶圆第一标记30与下晶圆第一标记32的位置偏差以及上晶圆第二标记31与下晶圆第二标记33的位置偏差。所述精动对准调节装置为设置于上晶圆运动系统上的纳米定位运动台5。控制系统控制纳米定位运动台5对上晶圆先补偿θZ方向的偏差，再补偿X方向和Y方向的偏差，实现上晶圆第一标记30与所述下晶圆第一标记32以及所述上晶圆第二标记31与下晶圆第二标记33的精确对准，即上晶圆标记与下晶圆标记两两空间对应，达到纳米级别对准精度。
在其他实施例中，平行度检测元件还可以设置在下晶圆运动系统中，如下卡盘上。根据实际设计需求，下运动台控制机构也可以设置四个、五个等Z方向致动器，位置记录系统也可包括四个、五个激光位移传感器，同样能够实现本发明的目的。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种晶圆对准装置，其特征在于：包括基座(1)以及设置于所述基座(1)上用于带动上晶圆(2)移动的上晶圆运动系统、用于带动下晶圆(3)移动的下晶圆运动系统、用于记录所述下晶圆(3)初始识别位置信息的位置记录系统、视觉检测系统以及控制系统，所述视觉检测系统设置于所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的两侧，所述上晶圆运动系统设置有精动对准调节装置，所述上晶圆运动系统或所述下晶圆运动系统设置有用于检测所述上晶圆(2)与所述下晶圆(3)平行度的平行度检测元件；在所述控制系统的控制下，通过所述视觉检测系统、所述上晶圆运动系统和所述下晶圆运动系统的配合使所述上晶圆(2)和所述下晶圆(3)对准。
2.根据权利要求1所述的晶圆对准装置，其特征在于：
所述上晶圆运动系统包括上运动台(4)以及控制所述上运动台(4)在X、Y、θZ方向往复运动的上运动台控制机构，所述上运动台(4)的上部设置有上承载台(27)，所述上承载台(27)上设置所述精动对准调节装置，所述精动对准调节装置上设置有适于放置所述上晶圆(2)的上卡盘(28)，所述上卡盘(28)接触所述上晶圆(2)的表面具有真空吸附环槽；
所述下晶圆运动系统包括下运动台(6)以及控制所述下运动台(6)在θX、θY和Z方向往复运动的下运动台控制机构，所述下运动台(6)的上部设置有下承载台(7)，所述下承载台(7)上设置有适于放置所述下晶圆(3)的下卡盘(29)，所述下卡盘(29)接触所述下晶圆(3)的表面具有真空吸附环槽；
所述上卡盘(28)和所述下卡盘(29)的Y方向中心线在同一竖直平面内平行；在对准工位时，所述上卡盘(28)的中心与所述下卡盘(29)的中心在同一水平面上的投影重合。
3.根据权利要求2所述的晶圆对准装置，其特征在于：所述精动对准调节装置为纳米定位运动台(5)，所述上卡盘(28)上设置有所述平行度检测元件，所述平行度检测元件为电容传感器。
4.根据权利要求3所述的晶圆对准装置，其特征在于：
所述上运动台控制机构包括上运动台X方向运动组件和上运动台Y方向运动组件；
所述上运动台X方向运动组件包括固定于所述上运动台(4)下部的连接块(22)、安装在基座安装架(24)上的第一电推杆(23)以及第一复位弹簧，所述基座安装架(24)固定设置于所述基座(1)上，所述第一电推杆(23)的伸缩杆沿X方向设置，所述第一电推杆(23)的伸缩杆端部适于推动所述连接块(22)沿X方向移动，所述连接块(22)和所述基座安装架(24)分别连接所述第一复位弹簧的两端；
所述上运动台Y方向运动组件包括固定于所述上运动台(4)下部的第二电推杆(25)、第三电推杆(26)以及第二复位弹簧和第三复位弹簧，所述第二电推杆(25)和第三电推杆(26)的伸缩杆相互平行且均沿Y方向设置，所述第二电推杆(25)和第三电推杆(26)的伸缩杆适于抵住所述基座安装架(24)带动所述上运动台(4)沿Y方向的反方向移动，所述上运动台(4)下部安装所述第二电推杆(25)的位置与所述基座安装架(24)分别连接所述第二复位弹簧的两端，所述上运动台(4)下部安装所述第三电推杆(26)的位置与所述基座安装架(24)分别连接所述第三复位弹簧的两端；
所述下运动台控制机构包括至少三个设置于所述下运动台(6)底部的Z方向致动器，所述Z方向致动器安装于所述基座(1)上。
5.根据权利要求4所述的晶圆对准装置，其特征在于：所述视觉检测系统靠近所述对准工位设置，所述视觉检测系统包括左视觉检测系统和右视觉检测系统；
所述左视觉检测系统包括左侧安装架(8)，所述左侧安装架(8)的下部通过左视觉系统运动机构与所述基座(1)连接，所述左侧安装架(8)的上部具有左侧伸出架(9)，所述左侧伸出架(9)上下对应的位置分别设置有左上物镜(10)和左下物镜(11)，所述上承载台(27)和所述下承载台(7)适于在所述左上物镜(10)和所述左下物镜(11)之间沿Y方向及Y方向的反方向往复移动；
所述右视觉检测系统包括右侧安装架(12)，所述右侧安装架(12)的下部通过右视觉系统运动机构与所述基座(1)连接，所述右侧安装架(12)的上部具有右侧伸出架(13)，所述右侧伸出架(13)上下对应的位置分别设置有右上物镜(14)和右下物镜(15)，所述上承载台(27)和所述下承载台(7)适于在所述右上物镜(14)和所述右下物镜(15)之间沿Y方向及Y方向的反方向往复移动；
所述左上物镜(10)和所述右上物镜(14)相对于所述上卡盘(28)或所述下卡盘(29)的Z方向轴线左右对称，同样，所述左下物镜(11)和所述右下物镜(15)相对于所述上卡盘(28)或所述下卡盘(29)的Z方向轴线左右对称。
6.根据权利要求5所述的晶圆对准装置，其特征在于：
所述左视觉系统运动机构用于带动所述左侧安装架(8)在X、Y方向往复运动，所述左视觉系统运动机构包括左视觉系统X方向运动构件(16)和左视觉系统Y方向运动构件(17)；
所述右视觉系统运动机构用于带动所述右侧安装架(12)在X、Y方向往复运动，所述右视觉系统运动机构包括右视觉系统X方向运动构件(18)和右视觉系统Y方向运动构件(19)。
7.根据权利要求6所述的晶圆对准装置，其特征在于：所述左上物镜(10)、所述左下物镜(11)、所述右上物镜(14)和所述右下物镜(15)均采用高倍物镜；所述位置记录系统包括传感器安装架(20)及设置于所述传感器安装架(20)上的至少三个激光位移传感器(21)。
8.一种上述权利要求1-7任一所述晶圆对准装置的对准方法，其特征在于，包括：
在控制系统的控制下，通过上晶圆运动系统、下晶圆运动系统分别将上晶圆、下晶圆移动到对准工位，利用平行度检测元件检测所述上晶圆和所述下晶圆的平行度，通过调整上晶圆运动系统和/或下晶圆运动系统使所述上晶圆和所述下晶圆保持平行；
通过所述上晶圆运动系统将所述上晶圆移动到传输工位，调整视觉检测系统的位置识别出所述下晶圆的标记，此时所述下晶圆处于初始识别位置，锁定所述视觉位置系统的位置，由位置记录系统记录所述下晶圆的初始识别位置信息；
通过所述下晶圆运动系统将所述下晶圆移动到所述传输工位，通过所述上晶圆运动系统将所述上晶圆移动到所述对准工位，通过所述上晶圆运动系统调整所述上晶圆的位置，利用所述视觉检测系统识别出所述上晶圆的标记，至此完成粗动对准；
按照所述初始识别位置信息通过所述下晶圆运动系统将所述下晶圆移动到所述对准工位，此时所述下晶圆处于实际识别位置，由所述控制系统计算并累加所述实际识别位置与所述初始识别位置的偏差以及所述上晶圆标记与所述下晶圆标记的位置偏差，进而控制精动对准调节装置进行精动对准。
9.根据权利要求8所述的对准方法，其特征在于：在将所述上晶圆、所述下晶圆移动到所述对准工位之前还包括对所述上晶圆和所述下晶圆进行预对准，并将完成预对准后的所述上晶圆和所述下晶圆分别传输到所述上晶圆运动系统的上卡盘(28)和所述下晶圆运动系统的下卡盘(29)上的步骤。
10.根据权利要求9所述的对准方法，其特征在于：
所述上晶圆的所述标记包括设置在同一条与X方向平行的过晶圆圆心划片道上且到晶圆圆心距离相同的上晶圆第一标记(30)和上晶圆第二标记(31)；所述下晶圆的所述标记包括设置在同一条与X方向平行的过晶圆圆心划片道上且到圆心距离相同的下晶圆第一标记(32)和下晶圆第二标记(33)；
还包括，利用左视觉检测系统的左上物镜(10)识别出所述下晶圆第一标记(32)，并将所述下晶圆第一标记(32)移动到所述左上物镜(10)的视场中心处，利用右视觉检测系统的右上物镜(14)识别出所述下晶圆第二标记(33)，并将所述下晶圆第二标记(33)移动到所述右上物镜(14)的视场中心处；
还包括，通过调整上运动台控制机构，利用所述左视觉检测系统的左下物镜(11)识别出所述上晶圆第一标记(30)，并将所述上晶圆第一标记(30)移动到所述左下物镜(11)的视场中心处，利用所述右视觉检测系统的右下物镜(15)别出所述上晶圆第二标记(31)，并将所述上晶圆第二标记(31)移动到所述右下物镜(15)的视场中心处。
11.根据权利要求10所述的对准方法，其特征在于：所述上晶圆标记与所述下晶圆标记的所述位置偏差包括所述上晶圆第一标记(30)与所述下晶圆第一标记(32)的位置偏差以及所述上晶圆第二标记(31)与所述下晶圆第二标记(33)的位置偏差，所述控制系统控制所述上晶圆运动系统的纳米定位运动台(5)对所述上晶圆先补偿θZ方向的偏差，再补偿X方向和Y方向的偏差，实现所述上晶圆第一标记(30)与所述下晶圆第一标记(32)以及所述上晶圆第二标记(31)与所述下晶圆第二标记(33)的精确对准。
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