CN116259554B - 一种晶圆键合装置、控制方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆键合装置、控制方法及存储介质。该晶圆键合装置包括第一键合端，其中配置有第一相机、第一物镜、第二物镜、第一反射镜、半反半透镜及定标片。第一相机与第一反射镜被分别设于半反半透镜的横向两侧。第一物镜与第二物镜被分别设于半反半透镜的纵向两侧。第一相机透过半反半透镜，获取定标片透过第一物镜，并经过半反半透镜的第一表面及第一反射镜的二次反射的第一图像，以进行光学校准。通过在晶圆键合端进一步集成定标片、第一物镜以及半反半透镜，使两个晶圆键合端从同一侧获取定标片图像，本发明可以消除定标片折射产生的异侧差异，并减少晶圆键合端的移动幅度与次数，从而减少由此带来的误差，以提升晶圆键合精度。

Description

一种晶圆键合装置、控制方法及存储介质

技术领域

本发明涉及芯片制造技术领域，尤其涉及一种晶圆键合装置、一种晶圆键合装置的控制方法，以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

在芯片制造技术领域，晶圆键合装置通过将两片晶圆紧密地结合起来，实现微电子材料、光电材料及其纳米等级微机电元件的电气互联、功能集成和器件封装。在晶圆键合技术中，首先将待键合的一组晶圆进行预处理、清洗、视觉对准，进而通过不同方法实现晶圆对的键合。

常见的晶圆键合技术是利用上下相机对两晶圆进行对准，因此，上下相机的光学校准对键合精度至关重要。现有技术中，用于晶圆键合设备的光学校准装置安装在运动平台上，在校准晶圆键合端的同轴性时，需要将运动平台和晶圆键合端移动到特定位置才能进行。由于各个组件的移动幅度与移动次数的不可控，增加了校准时所带来的误差。此外，由于定标片是具有一定厚度的透明元件，校准时又位于上下相机的中间位置。这就导致其中一侧相机的成像会受到定标片折射的影响，从而产生误差，并降低键合精度。

为克服现有技术所存在的上述缺陷，本领域亟需一种晶圆键合技术，用于消除定标片折射产生的异侧差异，并减少晶圆键合端的移动幅度与次数，以减少晶圆对准误差，并提升晶圆键合精度。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为克服现有技术所存在的上述缺陷，本发明提供了一种晶圆键合装置、一种晶圆键合装置的控制方法，以及一种计算机可读存储介质，通过在晶圆键合端进一步集成定标片、第一物镜以及半反半透镜，使晶圆键合装置的两个晶圆键合端从同一侧获取定标片图像，从而消除定标片折射产生的异侧差异，并通过将定标片集成在晶圆键合端，减少晶圆键合端的移动幅度与次数，从而减少由此带来的误差。

具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述晶圆键合装置包括第一键合端。所述第一键合端中配置有第一相机、第一物镜、第二物镜、第一反射镜、半反半透镜及定标片，其中，所述第一相机与所述第一反射镜被分别设于所述半反半透镜的横向两侧，所述第一物镜与所述第二物镜被分别设于所述半反半透镜的纵向两侧，所述第一相机透过所述半反半透镜，获取所述定标片透过所述第一物镜，并经过所述半反半透镜的第一表面及所述第一反射镜的二次反射的第一图像，以进行光学校准。

优选地，在本发明的一实施例中，所述的晶圆键合装置还包括第二键合端，其中，所述第二键合端中配置有第二相机、第二反射镜及第三物镜，所述第二相机经由所述第二反射镜，获取所述定标片透过所述第一物镜、所述半反半透镜、所述第二物镜及所述第三物镜投射到所述第二反射镜的第二图像，以进行光学校准。

优选地，在本发明的一实施例中，所述的晶圆键合装置还包括运动平台，用于承载并移动待键合晶圆，其中，响应于键合指令，所述运动平台将待键合的第一样品及第二样品移动到所述第二物镜及所述第三物镜之间，所述第一相机经由所述半反半透镜的第二表面，获取第一样品透过所述第二物镜投射到所述半反半透镜的第三图像，所述第二相机经由所述第二反射镜，获取第二样品透过所述第三物镜投射到所述第二反射镜的第四图像，其中，所述第一样品及所述第二样品中的至少一者为待键合晶圆。

优选地，在本发明的一实施例中，所述定标片朝向所述第一物镜的一侧设有特征标记，所述第一图像及所述第二图像中包含所述特征标记。

优选地，在本发明的一实施例中，所述第一物镜上配置有安装结构，所述定标片经由所述安装结构固定连接所述第一物镜。

此外，根据本发明的第二方面提供的上述晶圆键合装置的控制方法包括以下步骤：控制第一相机，透过半反半透镜获取定标片透过第一物镜，并经过所述半反半透镜的第一表面及第一反射镜的二次反射的第一图像，其中，所述晶圆键合装置的第一键合端中配置有所述第一相机、所述第一物镜、第二物镜、所述第一反射镜、所述半反半透镜及所述定标片，所述第一相机与所述第一反射镜被分别设于所述半反半透镜的横向两侧，所述第一物镜与所述第二物镜被分别设于所述半反半透镜的纵向两侧；控制第二相机，经由第二反射镜获取所述定标片透过所述第一物镜、所述半反半透镜、所述第二物镜及第三物镜投射到第二反射镜的第二图像，其中，所述晶圆键合装置的第二键合端中配置有所述第二相机、所述第二反射镜及所述第三物镜；以及根据所述第一图像及所述第二图像，对所述第一键合端及所述第二键合端进行光学校准。

优选地，在本发明的一实施例中，所述第一物镜上配置有安装结构，所述定标片经由所述安装结构固定连接所述第一物镜，所述控制第一相机，透过半反半透镜获取定标片透过第一物镜，并经过所述半反半透镜的第一表面及第一反射镜的二次反射的第一图像的步骤包括：在获取光学校准指令之前，控制所述第一相机预先获取所述第一图像，所述控制第二相机，经由第二反射镜获取所述定标片透过所述第一物镜、所述半反半透镜、所述第二物镜及第三物镜投射到第二反射镜的第二图像的步骤包括：响应于所述光学校准指令，控制所述第二相机在线获取所述第二图像。

优选地，在本发明的一实施例中，所述定标片朝向所述第一物镜的一侧设有特征标记，所述第一图像及所述第二图像中包含所述特征标记。

优选地，在本发明的一实施例中，所述的控制方法还包括以下步骤：获取键合指令；将待键合的第一样品及第二样品移动到所述第二物镜及所述第三物镜之间，其中，所述第一样品及所述第二样品中的至少一者为待键合晶圆；控制所述第一相机经由所述半反半透镜的第二表面，获取所述第一样品透过所述第二物镜投射到所述半反半透镜的第三图像；控制所述第二相机经由所述第二反射镜，获取所述第二样品透过所述第三物镜投射到所述第二反射镜的第四图像；以及根据所述第三图像及所述第四图像，调节所述第一样品和/或所述第二样品的位置，并键合所述第一样品及所述第二样品。

此外，根据本发明的第三方面提供的上述计算机可读存储介质上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，实施上述任意一个实施例所提供的晶圆键合装置的控制方法。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了现有技术中晶圆键合装置校准过程中的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的结构示意图。

图3A示出了根据本发明的一些实施例提供的第一键合端的结构示意图。

图3B示出了根据本发明的一些实施例提供的第二键合端的结构示意图。

图4A示出了根据本发明的一些实施例提供的定标片的俯视图。

图4B示出了根据本发明的一些实施例提供的定标片的侧视图。

图5示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的控制方法的流程示意图。

图6示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的控制方法的示意图。

图7A示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的第一相机的成像示意图。

图7B示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的第二相机的成像示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，现有技术中，用于晶圆键合设备的光学校准装置安装在运动平台上，在校准晶圆键合端的同轴性时，需要将运动平台和晶圆键合端移动到特定位置才能进行。由于各个组件的移动幅度与移动次数的不可控，增加了校准时所带来的误差。此外，由于定标片是具有一定厚度的透明元件，校准时又位于上下相机的中间位置，这就导致其中一侧相机的成像会受到定标片折射的影响，从而产生误差，降低键合精度。

图1示出了现有技术中晶圆键合装置校准过程中的结构示意图。现有技术中定标片是集成在运动平台中的，如图1所示，运动平台2上开设一个通孔1，再将定标片5放入通孔1内。在校准上相机3与下相机4的同轴性时，需要将运动平台2、上相机3、下相机4都移动到对应位置才能进行，这将导致在对两晶圆进行对准时，增加由于各个组件的移动所带来的误差。此外，由于定标片5是有一定厚度的透明元件，并且位于上相机3与下相机4的中间位置，因此，其中一侧相机的特征标记成像会受到定标片5折射的影响。

为克服现有技术所存在的上述缺陷，本发明提供了一种晶圆键合装置、控制方法及存储介质，通过在晶圆键合端进一步集成定标片、第一物镜以及半反半透镜，使晶圆键合装置的两个晶圆键合端从同一侧获取定标片图像，从而消除定标片折射产生的异侧差异。同时，通过将定标片集成在晶圆键合端，本发明还能减少晶圆键合端的移动幅度与次数，从而减少由此带来的误差。

在一些非限制性的实施例中，本发明的第二方面提供的上述晶圆键合装置的控制方法，可以经由本发明的第一方面提供的上述晶圆键合装置来实施。进一步地，该晶圆键合装置中可以配置有存储器及处理器。该存储器包括但不限于本发明的第三方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该处理器连接该存储器，并被配置用于执行该存储器上存储的计算机指令，以实施本发明的第二方面所提供的晶圆键合装置的控制方法。

请参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的结构示意图。

如图2所示，晶圆键合装置100包括用于获取待键合晶圆图像的第一键合端11及第二键合端12，以及用于承载并移动待键合晶圆的运动平台13。在此，第一键合端11中配置有第一物镜111。该第一物镜111上可以优选地配置有安装结构14。定标片15可以经由安装结构14固定连接至第一物镜111。通过采用安装结构14将定标片15固定连接到第一物镜111，本发明能够在时间维度上提升稳定性，并实现对分时校准的支持。同时，通过将定标片15集成在第一键合端11，本发明可以减少各键合端11、12在晶圆键合过程中的移动次数，从而减少因移动带来的误差。

请进一步参考图3A，图3A示出了根据本发明的一些实施例提供的第一键合端的结构示意图。

如图3A所示，第一键合端11中可以进一步配置有第一相机110、第一物镜111、第二物镜112、第一反射镜113、半反半透镜114以及定标片15。该第一相机110可以经由筒镜115连接至物镜。该半反半透镜114可以与水平方向之间按预设夹角（例如：45°）设置。该第一相机110与第一反射镜113可以被分别设于半反半透镜114的横向两侧。该第一物镜111与第二物镜112可以被分别设于半反半透镜114的纵向两侧。如此，在光学校准的过程中，第一相机110可以透过半反半透镜114，获取定标片15透过第一物镜111，并经过半反半透镜114的第一表面及第一反射镜113的二次反射的第一图像，以进行光学校准。

请进一步参考图3B，图3B示出了根据本发明的一些实施例提供的第二键合端的结构示意图。

如图3B所示，第二键合端12中配置有第二相机120、第二反射镜121与第三物镜123。如图2、图3A及图3B所示，在光学校准的过程中，第二键合端12可以透过第一键合端11由第二反射镜121获取第二图像。该第二图像是由定标片15透过第一物镜111、半反半透镜114、第二物镜112以及第三物镜123投射到第二反射镜121所形成。

请结合参考图2、图4A与图4B，图4A示出了根据本发明的一些实施例提供的定标片的俯视图，图4B示出了根据本发明的一些实施例提供的定标片的侧视图。

如图2所示的晶圆键合装置中，定标片15朝向第一物镜111的一侧设有特征标记，用于光学校准的第一图像以及投射到第二反射镜121的第二图像中包含该特征标记。如图4B所示，在一非限制性的实施例中，第一物镜111位于定标片15的下方。对应地，特征标记也可以被制备于定标片15的下表面，借此可以减少定标片15因折射而产生的误差与亮度损失。可选地，该特征标记可以为如图4A所示的十字型图案。

在一些非限制性的实施例中，本发明的第一方面提供的上述晶圆键合装置可以经由本发明的第二方面提供的上述晶圆键合装置的控制方法来予以实施。

请结合参考图5、图6、图7A及图7B，图5示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的控制方法的流程示意图，图6示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的控制方法的过程示意图，图7A示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的第一相机的成像示意图，图7B示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆键合装置的第二相机的成像示意图。

如图5所示，在两个晶圆键合端的光学校准阶段，在获取光学校准指令之前，晶圆键合装置可以首先控制第一相机透过半反半透镜预先获取第一图像。如图7A所示，该第一图像经由定标片透过第一物镜，并经过半反半透镜的第一表面及第一反射镜的二次反射获取。之后，响应于光学校准指令，晶圆键合装置可以如图6所示地将运动平台移出第一相机110与第二相机120之间，并控制第二相机经由第二反射镜在线获取第二图像。如图7B所示，该第二图像经由定标片透过第一物镜、半反半透镜、第二物镜及第三物镜投射到第二反射镜获取。再之后，晶圆键合装置可以根据该第一图像及第二图像中包含的特征标记，对第一键合端及第二键合端进行光学校准。在此期间，由于定标片与第一键合端中的第一物镜固定连接，运动平台无需移动至第一键合端与第二键合端之间，省去了现有技术中需要先将运动平台移动到校准位置进行同轴校准，再将运动平台移动到键合位置进行晶圆键合的繁琐步骤。

进一步地，在光学校准之后的晶圆键合阶段，响应于获取到键合指令，晶圆键合装置可以首先如图6所示地将待键合的第一样品及第二样品通过运动平台移动到第二物镜及第三物镜之间。在此，第一样品及第二样品中的至少一者为待键合晶圆。之后，晶圆键合装置可以控制第一相机经由半反半透镜的第二表面，获取第一样品透过第二物镜投射到半反半透镜的第三图像。此外，晶圆键合装置还可以控制第二相机经由第二反射镜，获取第二样品透过第三物镜投射到第二反射镜的第四图像。

在获取第三图像及第四图像后，晶圆键合装置即可根据第三图像及第四图像，调节第一样品和/或第二样品的位置，从而准确地键合该第一样品及第二样品。调节样品位置以及键合样品的具体方案不涉及本申请的技术改进，在此不做赘述。

综上，通过采用上述晶圆键合装置及晶圆键合装置的控制方法，本发明能够在光学校准阶段消除定标片折射产生的异侧差异，并整体减少晶圆键合端的移动幅度与次数，从而减少由此带来的误差，以提升晶圆键合精度。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位（比特）、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (9)

1.一种晶圆键合装置，包括第一键合端及第二键合端，其特征在于，所述第一键合端中配置有第一相机、第一物镜、第二物镜、第一反射镜、半反半透镜及定标片，所述第二键合端中配置有第二相机、第二反射镜及第三物镜，其中，

所述第一相机与所述第一反射镜被分别设于所述半反半透镜的横向两侧，所述第一物镜与所述第二物镜被分别设于所述半反半透镜的纵向两侧，

所述第一相机透过所述半反半透镜，获取所述定标片透过所述第一物镜，并经过所述半反半透镜的第一表面及所述第一反射镜的二次反射的第一图像，以进行光学校准，

所述第二相机经由所述第二反射镜，获取所述定标片透过所述第一物镜、所述半反半透镜、所述第二物镜及所述第三物镜投射到所述第二反射镜的第二图像，以进行光学校准。

2.如权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，还包括运动平台，用于承载并移动待键合晶圆，其中，

响应于键合指令，所述运动平台将待键合的第一样品及第二样品移动到所述第二物镜及所述第三物镜之间，所述第一相机经由所述半反半透镜的第二表面，获取第一样品透过所述第二物镜投射到所述半反半透镜的第三图像，所述第二相机经由所述第二反射镜，获取第二样品透过所述第三物镜投射到所述第二反射镜的第四图像，其中，所述第一样品及所述第二样品中的至少一者为待键合晶圆。

3.如权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述定标片朝向所述第一物镜的一侧设有特征标记，所述第一图像及所述第二图像中包含所述特征标记。

4.如权利要求1所述的晶圆键合装置，其特征在于，所述第一物镜上配置有安装结构，所述定标片经由所述安装结构固定连接所述第一物镜。

5.一种晶圆键合装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制第一相机，透过半反半透镜获取定标片透过第一物镜，并经过所述半反半透镜的第一表面及第一反射镜的二次反射的第一图像，其中，所述晶圆键合装置的第一键合端中配置有所述第一相机、所述第一物镜、第二物镜、所述第一反射镜、所述半反半透镜及所述定标片，所述第一相机与所述第一反射镜被分别设于所述半反半透镜的横向两侧，所述第一物镜与所述第二物镜被分别设于所述半反半透镜的纵向两侧；

控制第二相机，经由第二反射镜获取所述定标片透过所述第一物镜、所述半反半透镜、所述第二物镜及第三物镜投射到第二反射镜的第二图像，其中，所述晶圆键合装置的第二键合端中配置有所述第二相机、所述第二反射镜及所述第三物镜；以及

根据所述第一图像及所述第二图像，对所述第一键合端及所述第二键合端进行光学校准。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第一物镜上配置有安装结构，所述定标片经由所述安装结构固定连接所述第一物镜，

所述控制第一相机，透过半反半透镜获取定标片透过第一物镜，并经过所述半反半透镜的第一表面及第一反射镜的二次反射的第一图像的步骤包括：在获取光学校准指令之前，控制所述第一相机预先获取所述第一图像，

所述控制第二相机，经由第二反射镜获取所述定标片透过所述第一物镜、所述半反半透镜、所述第二物镜及第三物镜投射到第二反射镜的第二图像的步骤包括：响应于所述光学校准指令，控制所述第二相机在线获取所述第二图像。

7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述定标片朝向所述第一物镜的一侧设有特征标记，所述第一图像及所述第二图像中包含所述特征标记。

8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

获取键合指令；

将待键合的第一样品及第二样品移动到所述第二物镜及所述第三物镜之间，其中，所述第一样品及所述第二样品中的至少一者为待键合晶圆；

控制所述第一相机经由所述半反半透镜的第二表面，获取所述第一样品透过所述第二物镜投射到所述半反半透镜的第三图像；

控制所述第二相机经由所述第二反射镜，获取所述第二样品透过所述第三物镜投射到所述第二反射镜的第四图像；以及

根据所述第三图像及所述第四图像，调节所述第一样品和/或所述第二样品的位置，并键合所述第一样品及所述第二样品。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求5~8中任一项所述的晶圆键合装置的控制方法。