CN117637501A - 键合装置及键合方法 - Google Patents

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Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种键合装置及键合方法，键合装置包括：光阑平面设置有波前编码元件的上视镜头和下视镜头，以获取第一待键合体的第一编码图像和标定片的第三编码图像以及获取第二待键合体的第二编码图像和标定片的第四编码图像；图像处理单元，用于将第一编码图像、第二编码图像、第三编码图像和第四编码图像进行解码；坐标识别单元，用于从解码后的图像中分别对应识别得到第一对准标记的第一坐标、第二对准标记的第二坐标、第三对准标记的第三坐标和第四坐标；位置偏差获取单元，用于获得第一待键合体与第二待键合体之间的第一方向位置偏差。本发明的技术方案使得在不影响图像分辨率的情况下，增大镜头的景深范围，进而提高对准精度。

Description

键合装置及键合方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种键合装置及键合方法。
背景技术
随着摩尔定律指导下半导体技术的不断发展，芯片与晶圆的混合键合工艺由于在HPC异构集成和高密度3D NAND等方面都具有广阔的应用前景，受到越来越多的关注。然而，在芯片与晶圆的混合键合工艺技术中，如何在保证较高对准精度的同时又具有较快的对准速度，对于该工艺的量产化实现是至关重要的。
目前业内最先进的对准方式是采用一种称为Van Gogh的键合头和光学对准系统。其中，键合头上安装有标定片，在键合头将待键合的上层芯片移动至待键合位置后，上层芯片与待键合的晶圆上的下层芯片的对准过程包括：将上层芯片与标定片对准，将下层芯片与标定片对准，以及将坐标系转换以及确定上层芯片与下层芯片之间的位置偏差。
参阅图1和图2，键合头11上安装有标定片111，如图1所示，在采用上视镜头12将上层芯片14与标定片111对准时，上层芯片14表面的对准标记与标定片111表面的对准标记不在同一水平面，二者的高度差h1较大(例如为50μm～200μm)；同理，如图2所示，在采用下视镜头13将下层芯片15与标定片111对准时，下层芯片15表面的对准标记与标定片111表面的对准标记也不在同一水平面，且二者的高度差h2大于h1。
那么，为了使得上层芯片14和标定片111表面的对准标记都能同时清晰出现在上视镜头12的视野内以及下层芯片15和标定片111表面的对准标记都能同时清晰出现在下视镜头13的视野内，需要选用大景深的镜头(在镜头的最佳对焦平面前后都能清晰成像的范围称为景深)；但是，大景深和高分辨率是固有矛盾，无法同时兼顾，比如，常规2x镜头的NA(数值孔径)约0.05且景深约100μm，10x镜头的NA约0.2且景深约10μm，因此，为了确保景深足够大，上视镜头12和下视镜头13可能只能选用倍率在2x以下的镜头，而低倍率的镜头会带来图像分辨率较低的问题，影响对准精度。
因此，如何在不影响图像分辨率的条件下增大镜头的景深范围，以提高对准精度是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种键合装置及键合方法，能够在不影响图像分辨率的情况下，增大上视镜头和下视镜头的景深范围，进而提高对准精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种键合装置，
键合头，所述键合头上吸附有第一待键合体，所述第一待键合体外围的键合头上设置有标定片，所述第一待键合体上形成有第一对准标记，所述标定片上形成有第三对准标记；
第一承载台，设置于所述键合头的下方，所述第一承载台上放置有第二待键合体，所述第二待键合体上形成有第二对准标记；
上视镜头，所述上视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述上视镜头能够获取所述第一待键合体的第一编码图像和所述标定片的第三编码图像；
下视镜头，所述下视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述下视镜头能够获取所述第二待键合体的第二编码图像和所述标定片的第四编码图像；
图像处理单元，用于将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到第一复原图像、第二复原图像、第三复原图像和第四复原图像；
坐标识别单元，用于从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记的第一坐标、所述第二对准标记的第二坐标、所述第三对准标记的第三坐标和所述第三对准标记的第四坐标；
位置偏差获取单元，用于根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
可选地，所述键合头上设置有至少两个所述标定片，所述第一待键合体上形成有至少两个所述第一对准标记，所述第二待键合体上形成有至少两个所述第二对准标记，所述键合装置包括至少两个所述上视镜头和至少两个所述下视镜头。
可选地，所述波前编码元件为相位掩模板。
可选地，所述图像处理单元为逆滤波器。
可选地，所述位置偏差获取单元包括：
坐标系换算模块，用于根据所述第三坐标和所述第四坐标计算获得所述第一坐标和所述第三坐标对应的上视坐标系与所述第二坐标和所述第四坐标对应的下视坐标系之间的换算关系；
坐标系转换模块，用于根据所述上视坐标系与所述下视坐标系之间的换算关系，将所述第一坐标转换为在所述下视坐标系中的坐标或者将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标；
位置偏差计算模块，用于根据所述第一坐标与所述第二坐标在所述上视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差，或者，用于根据所述第二坐标与所述第一坐标在所述下视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
可选地，所述键合装置还包括移动单元，所述移动单元包括：
第一方向移动模块，用于根据所述第一方向位置偏差在第一方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体与所述第二待键合体对准；
第二方向移动模块，用于在第二方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体键合于所述第二待键合体上。
可选地，所述键合装置还包括：
第二承载台，所述第二承载台上放置有所述第一待键合体；
拾取单元，用于从所述第二承载台上拾取所述第一待键合体并将拾取的所述第一待键合体从第一面向上翻转为第二面向上，以使得所述键合头能够吸附翻转后的所述第一待键合体。
可选地，所述第一对准标记与所述第三对准标记之间的高度差为50μm～200μm。
本发明还提供一种键合方法，采用所述的键合装置将第一待键合体键合于第二待键合体上，所述键合方法包括：
采用所述上视镜头获取所述第一待键合体的所述第一编码图像和所述标定片的所述第三编码图像；
采用所述下视镜头获取所述第二待键合体的所述第二编码图像和所述标定片的所述第四编码图像；
采用所述图像处理单元将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像；
采用所述坐标识别单元从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记的第一坐标、所述第二对准标记的第二坐标、所述第三对准标记的第三坐标和所述第三对准标记的第四坐标；
采用所述位置偏差获取单元根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
可选地，采用所述位置偏差获取单元根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差的步骤包括：
根据所述第三坐标和所述第四坐标计算获得所述第一坐标和所述第三坐标对应的上视坐标系与所述第二坐标和所述第四坐标对应的下视坐标系之间的换算关系；
根据所述上视坐标系与所述下视坐标系之间的换算关系，将所述第一坐标转换为在所述下视坐标系中的坐标或者将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标；
根据所述第一坐标与所述第二坐标在所述上视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差，或者，根据所述第二坐标与所述第一坐标在所述下视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
可选地，所述键合方法还包括：
根据所述第一方向位置偏差在第一方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体与所述第二待键合体对准；
在第二方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体键合于所述第二待键合体上。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的键合装置，由于上视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述上视镜头能够获取所述第一待键合体的第一编码图像和所述标定片的第三编码图像；且下视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述下视镜头能够获取所述第二待键合体的第二编码图像和所述标定片的第四编码图像；所述图像处理单元将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后能够得到清晰的第一复原图像、第二复原图像、第三复原图像和第四复原图像，使得所述坐标识别单元识别得到的所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标更加准确，进而使得所述位置偏差获取单元获得的所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差更加准确。因此，本发明提供的键合装置能够在不影响图像分辨率的情况下，增大上视镜头和下视镜头的景深范围，进而提高对准精度。
2、本发明的键合方法，由于采用所述键合装置将第一待键合体键合于第二待键合体上，使得能够在不影响图像分辨率的情况下，增大上视镜头和下视镜头的景深范围，进而提高对准精度。
附图说明
图1是一种采用上视镜头将上层芯片与标定片对准的示意图；
图2是一种采用下视镜头将下层芯片与标定片对准的示意图；
图3a～图3b是本发明一实施例的键合装置的示意图；
图4是图3a～图3b所示的键合装置中的相位掩模板的示意图；
图5a～图5b是本发明一实施例的第一坐标和第三坐标的示意图；
图6a～图6b是本发明一实施例的第二坐标和第四坐标的示意图；
图7a～图7b是图5a～图5b和图6a～图6b中的第一坐标、第三坐标、第二坐标和第四坐标的示意图；
图8是本发明一实施例的键合方法的流程图。
其中，附图1～图8的附图标记说明如下：
11-键合头；111-标定片；12-上视镜头；13-下视镜头；14-上层芯片；15-下层芯片；21-键合头；211-标定片；2111-第三对准标记；22-第一承载台；23-上视镜头；231-相位掩模板；232-光学镜片；24-下视镜头；25-第一待键合体；251-第一对准标记；26-第二待键合体；261-下层芯片；2611-第二对准标记；271-电机；272-导轨。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下对本发明提出的键合装置及键合方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非本申请文件中另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的结构。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“上/上方”、“下/下方”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本发明一实施例提供一种键合装置，包括：键合头，所述键合头上吸附有第一待键合体，所述第一待键合体外围的键合头上设置有标定片，所述第一待键合体上形成有第一对准标记，所述标定片上形成有第三对准标记；第一承载台，设置于所述键合头的下方，所述第一承载台上放置有第二待键合体，所述第二待键合体上形成有第二对准标记；上视镜头，所述上视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述上视镜头能够获取所述第一待键合体的第一编码图像和所述标定片的第三编码图像；下视镜头，所述下视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述下视镜头能够获取所述第二待键合体的第二编码图像和所述标定片的第四编码图像；图像处理单元，用于将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到第一复原图像、第二复原图像、第三复原图像和第四复原图像；坐标识别单元，用于从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记的第一坐标、所述第二对准标记的第二坐标、所述第三对准标记的第三坐标和所述第三对准标记的第四坐标；位置偏差获取单元，用于根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
下面参阅图3a～图7b更为详细的介绍本实施例提供的键合装置。
所述键合头21上吸附有第一待键合体25，所述第一待键合体25外围的键合头21上设置有标定片211，所述第一待键合体25面向所述第二待键合体26的一面形成有第一对准标记251，所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面形成有第三对准标记2111。
所述键合装置还可包括：
第二承载台(未图示)，所述第二承载台上放置有所述第一待键合体25；
拾取单元(未图示)，用于从所述第二承载台上拾取所述第一待键合体25并将拾取的所述第一待键合体25从第一面向上翻转为第二面向上，以使得所述键合头21能够吸附翻转后的所述第一待键合体25。
其中，所述键合头21吸附所述第二面，所述第一面为待键合面。
所述第一面为所述第一待键合体25的正面，所述第二面为所述第一待键合体25的背面；或者，所述第一面为所述第一待键合体25的背面，所述第二面为所述第一待键合体25的正面。
并且，所述键合装置还可包括一识别单元(未图示)，用于在所述拾取单元从所述第二承载台上拾取所述第一待键合体25之前识别所述第一待键合体25的边界，以使得所述拾取单元能够准确拾取所述第一待键合体25。
所述第一承载台22设置于所述键合头21的下方，所述第一承载台22上放置有第二待键合体26，所述第二待键合体26面向所述第一待键合体25的一面形成有第二对准标记2611。
其中，所述第一承载台22可以吸附固定所述第二待键合体26。
所述键合装置能够用于芯片与晶圆键合、晶圆与晶圆键合或者芯片与芯片键合，或者也可以用于其他类型的载片之间的键合(例如芯片与玻璃键合)，在此不做限制。在图3a～图3b所示的实施例中，所述第一待键合体25为上层芯片，所述第二待键合体26为晶圆，所述键合装置用于将所述上层芯片键合于所述晶圆的下层芯片261上，所述上层芯片面向所述下层芯片261的一面形成有所述第一对准标记251，所述下层芯片261面向所述上层芯片的一面形成有所述第二对准标记2611，所述标定片211面向所述下层芯片261的一面形成有所述第三对准标记2111。
并且，如图3a所示，所述第一待键合体25面向所述第二待键合体26的一面(即未被所述键合头21吸附的一面)与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面不在同一水平面，所述第一待键合体25面向所述第二待键合体26的一面低于所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面，即二者存在高度差h3，使得所述第一对准标记251与所述第三对准标记2111之间也存在高度差h3；如图3b所示，由于所述第二待键合体26位于所述第一待键合体25的下方，使得所述第二待键合体26面向所述第一待键合体25的一面与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面也存在高度差h4，进而使得所述第二对准标记2611与所述第三对准标记2111之间也存在高度差h4，且高度差h4大于高度差h3。
其中，所述第一对准标记251与所述第三对准标记2111之间的高度差h3可以为50μm～200μm。
所述上视镜头23设置于所述键合头21的下方，所述上视镜头23的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述上视镜头23能够获取所述第一待键合体25的第一编码图像和所述标定片211的第三编码图像。
所述下视镜头24设置于所述第一承载台22的上方，所述下视镜头24的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述下视镜头24能够获取所述第二待键合体26的第二编码图像和所述标定片211的第四编码图像。
优选的，所述波前编码元件为相位掩模板。
所述上视镜头23和所述下视镜头24中还可设置有光源和多个光学镜片。如图4所示，所述相位掩模板231可以设置于所述光学镜片232的入射光(图4中的箭头为光线传播方向)一侧或者设置于相邻两个所述光学镜片232之间。
优选的，所述键合头21上设置有至少两个所述标定片211，所述第一待键合体25上形成有至少两个所述第一对准标记251，所述第二待键合体26上形成有至少两个所述第二对准标记2611，所述键合装置包括至少两个所述上视镜头23和至少两个所述下视镜头24。其中，各个所述上视镜头23对同一所述第一待键合体25的表面进行拍摄，且一个所述上视镜头23对一个所述标定片211和所述第一待键合体25的含有至少一个所述第一对准标记251的表面区域进行拍摄；各个所述下视镜头24对同一所述第二待键合体26的表面进行拍摄(图3b所示的实施例中，各个所述下视镜头24对所述第二待键合体26的同一下层芯片261的表面进行拍摄)，且一个所述下视镜头24对一个所述标定片211和所述第二待键合体26的含有至少一个所述第二对准标记2611的表面区域进行拍摄，以得到至少两个所述第一编码图像、至少两个所述第二编码图像、至少两个所述第三编码图像和至少两个所述第四编码图像，且每个所述第一编码图像中具有至少一个所述第一对准标记251，每个所述第二编码图像中具有至少一个所述第二对准标记2611。
优选的，每个所述标定片211上形成有多个所述第三对准标记2111，以使得每个所述第三编码图像和每个所述第四编码图像中均具有多个所述第三对准标记2111。
在图3a和图3b所示的实施例中，所述键合头21上设置有两个所述标定片211，所述第一待键合体25上形成有两个所述第一对准标记251，所述下层芯片261上形成有两个所述第二对准标记2611，所述键合装置包括两个所述上视镜头23和两个所述下视镜头24；其中，在所述上视镜头23与所述第一对准标记251、所述第三对准标记2111之间的虚线为所述上视镜头23拍摄所述第一对准标记251和所述第三对准标记2111时的光线传播路线，在所述下视镜头24与所述第二对准标记2611、所述第三对准标记2111之间的虚线为所述下视镜头24拍摄所述第二对准标记2611和所述第三对准标记2111时的光线传播路线。
所述图像处理单元(未图示)用于将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到第一复原图像、第二复原图像、第三复原图像和第四复原图像。
优选的，所述图像处理单元为逆滤波器。
由于在所述上视镜头23和所述下视镜头24中，设置于光阑平面的所述波前编码元件能够对入射光波的波前进行调制，使得成像系统在较大的离焦范围内产生不变的传递函数MTF和点扩散函数PSF，进而得到具有空间一致模糊特性的中间图像(即所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像)；并且，所述图像处理单元能够对不同离焦量的中间图像通过同一个传递函数进行逆滤波复原处理，使得能够得到清晰的复原图像(即所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像)。因此，通过在所述上视镜头23和所述下视镜头24的光阑平面设置所述波前编码元件，使得能够在不缩小所述上视镜头23和所述下视镜头24的数值孔径和放大倍率的情况下，即在不影响图像分辨率的情况下，增大所述上视镜头23和所述下视镜头24的景深范围，所述上视镜头23和所述下视镜头24同时具有高图像分辨率和大景深，进而使得即使所述第一待键合体25面向所述第二待键合体26的一面与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面存在较大的高度差以及所述第二待键合体26面向所述第一待键合体25的一面与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面存在较大的高度差，所述第一对准标记251和所述第三对准标记2111也能同时清晰出现在所述上视镜头23的视野内以及所述第二对准标记2611和所述第三对准标记2111也能同时清晰出现在所述下视镜头24的视野内，从而实现获得在较大离焦范围下的清晰图像。
其中，能够将所述上视镜头23和所述下视镜头24的景深扩大10倍以上。
所述坐标识别单元(未图示)用于从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记251的第一坐标、所述第二对准标记2611的第二坐标、所述第三对准标记2111的第三坐标和所述第三对准标记2111的第四坐标。
所述位置偏差获取单元(未图示)用于根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差。
由于所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像为清晰的复原图像，所述第一对准标记251、所述第二对准标记2611和所述第三对准标记2111也是清晰的，使得所述坐标识别单元识别得到的所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标更加准确，进而使得所述位置偏差获取单元获得的所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差更加准确，从而能够提高所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的对准精度。
其中，所述位置偏差获取单元可以包括：
坐标系换算模块，用于根据所述第三坐标和所述第四坐标计算获得所述第一坐标和所述第三坐标对应的上视坐标系与所述第二坐标和所述第四坐标对应的下视坐标系之间的换算关系；其中，由于所述第三坐标和所述第四坐标均为所述标定片211上的所述第三对准标记2111的坐标，使得能够根据所述第三坐标和所述第四坐标之间的关系计算得到所述上视镜头23对应的上视坐标系与所述下视镜头24对应的下视坐标系之间的换算关系；
坐标系转换模块，用于根据所述上视坐标系与所述下视坐标系之间的换算关系，将所述第一坐标转换为在所述下视坐标系中的坐标，即将所述第一对准标记251的坐标和所述第二对准标记2611的坐标统一为在同一所述下视坐标系中的坐标；或者将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标，即将所述第一对准标记251的坐标和所述第二对准标记2611的坐标统一为在同一所述上视坐标系中的坐标；
位置偏差计算模块，用于根据所述第一坐标与所述第二坐标在所述上视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差，或者，用于根据所述第二坐标与所述第一坐标在所述下视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差。
参阅图5a～图5b、图6a～图6b和图7a～图7b，在图5a和图5b中，所述坐标识别单元识别得到所述第一待键合体25上的两个所述第一对准标记251对应的第一坐标a1和第一坐标a2，以及两个所述标定片211上的所述第三对准标记2111对应的第三坐标c1和第三坐标c2，且两个所述标定片211上分别对应有三个所述第三对准标记2111，即识别得到三个第三坐标c1和三个第三坐标c2；在图6a～图6b中，所述坐标识别单元识别得到所述第二待键合体26上的两个所述第二对准标记2611对应的第二坐标b1和第二坐标b2，以及两个所述标定片211上的所述第三对准标记2111对应的第四坐标d1和第四坐标d2，且两个所述标定片211上分别对应有三个所述第三对准标记2111，即识别得到三个第四坐标d1和三个第四坐标d2；在图7a～图7b中，所述坐标系转换模块将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标，使得在同一所述上视坐标系中，三个第三坐标c1与三个第四坐标d1重叠且三个第三坐标c2与三个第四坐标d2重叠，那么，根据第一坐标a1和转换后的第二坐标b1之间的位置偏差以及第一坐标a2和转换后的第二坐标b2之间的位置偏差即可计算获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差。
所述键合装置还包括移动单元(未图示)，所述移动单元包括：
第一方向移动模块，用于根据所述第一方向位置偏差在第一方向移动所述键合头21，以使得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26对准；其中，所述第一方向移动模块可以为压电位移电机，所述第一方向移动模块能够在第一方向精确移动所述键合头21，移动精度可达到纳米级；
第二方向移动模块，用于在第二方向移动所述键合头21，以使得所述第一待键合体25键合于所述第二待键合体26上。
第一方向与第二方向夹角可以为任意角度，优选的，第一方向与第二方向相互垂直，例如，第一方向可以为水平向，第二方向可以为垂向。
其中，当所述第一待键合体25为上层芯片，所述第二待键合体26为晶圆时，所述第一方向移动模块使得所述上层芯片与所述晶圆中的下层芯片261对准，进而使得所述上层芯片键合于所述下层芯片261上。
另外，所述键合装置还可包括电机271和导轨272。
由于在所述下视镜头24拍摄所述第二待键合体26以获取所述第二编码图像时，若所述键合头21位于所述第二待键合体26正上方，所述键合头21会遮挡所述第二待键合体26上的第二对准标记2611，导致所述下视镜头24无法拍摄到所述第二对准标记2611，因此，会先采用所述电机271驱动所述键合头21在所述导轨272上移动至避免遮挡所述第二待键合体26的位置处；并且，在所述下视镜头24拍摄获取所述第二编码图像之后，再采用所述电机271驱动所述键合头21在所述导轨272上移动回到所述第二待键合体26正上方，之后再采用所述下视镜头24拍摄所述标定片211以获取所述第四编码图像。
从上述内容可知，本发明提供的键合装置，由于所述上视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述上视镜头能够获取所述第一待键合体的第一编码图像和所述标定片的第三编码图像；且所述下视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述下视镜头能够获取所述第二待键合体的第二编码图像和所述标定片的第四编码图像；所述图像处理单元将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后能够得到清晰的第一复原图像、第二复原图像、第三复原图像和第四复原图像，使得所述坐标识别单元识别得到的所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标更加准确，进而使得所述位置偏差获取单元获得的所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差更加准确。因此，本发明提供的键合装置能够在不影响图像分辨率的情况下，增大所述上视镜头和所述下视镜头的景深范围，进而提高对准精度。
并且，需要说明的是，虽然增加了所述图像处理单元将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码复原的过程，但是解码复原的过程简单，占用时间少，对产能影响很小。
本发明一实施例提供了一种键合方法，采用所述的键合装置将第一待键合体键合于第二待键合体上，所述键合装置参见上述内容，在此不再赘述。参阅图8，图8是本发明一实施例的键合方法的流程图，从图8中可看出，所述键合方法包括：
步骤S1，获取所述第一待键合体的所述第一编码图像和所述标定片的所述第三编码图像；
步骤S2，获取所述第二待键合体的所述第二编码图像和所述标定片的所述第四编码图像；
步骤S3，将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像；
步骤S4，从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记的第一坐标、所述第二对准标记的第二坐标、所述第三对准标记的第三坐标和所述第三对准标记的第四坐标；
步骤S5，根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
下面参阅图3a～图7b更为详细的介绍本实施例提供的键合方法。
所述键合方法能够用于芯片与晶圆键合、晶圆与晶圆键合或者芯片与芯片键合，或者也可以用于其他类型的载片之间的键合(例如芯片与玻璃键合)，在此不做限制。在图3a～图3b所示的实施例中，所述第一待键合体25为上层芯片，所述第二待键合体26为晶圆，所述键合方法用于将所述上层芯片键合于所述晶圆的下层芯片261上，所述上层芯片面向所述下层芯片261的一面形成有所述第一对准标记251，所述下层芯片261面向所述上层芯片的一面形成有所述第二对准标记2611，所述标定片211面向所述下层芯片261的一面形成有所述第三对准标记2111。
按照步骤S1，采用所述上视镜头23获取所述第一待键合体25的所述第一编码图像和所述标定片211的所述第三编码图像。
按照步骤S2，采用所述下视镜头24获取所述第二待键合体26的所述第二编码图像和所述标定片211的所述第四编码图像。
按照步骤S3，采用所述图像处理单元将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像。
如图3a所示，所述第一待键合体25面向所述第二待键合体26的一面(即未被所述键合头21吸附的一面)与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面不在同一水平面，所述第一待键合体25面向所述第二待键合体26的一面低于所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面，即二者存在高度差h3，使得所述第一对准标记251与所述第三对准标记2111之间也存在高度差h3；如图3b所示，由于所述第二待键合体26位于所述第一待键合体25的下方，使得所述第二待键合体26面向所述第一待键合体25的一面与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面也存在高度差h4，进而使得所述第二对准标记2611与所述第三对准标记2111之间也存在高度差h4，且高度差h4大于高度差h3。
由于在所述上视镜头23和所述下视镜头24的光阑平面均设置有波前编码元件，所述波前编码元件能够对入射光波的波前进行调制，使得成像系统在较大的离焦范围内产生不变的传递函数MTF和点扩散函数PSF，进而得到具有空间一致模糊特性的中间图像(即所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像)；并且，所述图像处理单元能够对不同离焦量的中间图像通过同一个传递函数进行逆滤波复原处理，使得能够得到清晰的复原图像(即所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像)。因此，通过在所述上视镜头23和所述下视镜头24的光阑平面设置所述波前编码元件，使得能够在不缩小所述上视镜头23和所述下视镜头24的数值孔径和放大倍率的情况下，即在不影响图像分辨率的情况下，增大所述上视镜头23和所述下视镜头24的景深范围，所述上视镜头23和所述下视镜头24同时具有高图像分辨率和大景深，进而使得即使所述第一待键合体25面向所述第二待键合体26的一面与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面存在较大的高度差以及所述第二待键合体26面向所述第一待键合体25的一面与所述标定片211面向所述第二待键合体26的一面存在较大的高度差，所述第一对准标记251和所述第三对准标记2111也能同时清晰出现在所述上视镜头23的视野内以及所述第二对准标记2611和所述第三对准标记2111也能同时清晰出现在所述下视镜头24的视野内，从而实现获得在较大离焦范围下的清晰图像。
其中，能够将所述上视镜头23和所述下视镜头24的景深扩大10倍以上。
按照步骤S4，采用所述坐标识别单元从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记251的第一坐标、所述第二对准标记2611的第二坐标、所述第三对准标记2111的第三坐标和所述第三对准标记2111的第四坐标。
按照步骤S5，采用所述位置偏差获取单元根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差。
由于所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像为清晰的复原图像，所述第一对准标记251、所述第二对准标记2611和所述第三对准标记2111也是清晰的，使得所述坐标识别单元识别得到的所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标更加准确，进而使得所述位置偏差获取单元获得的所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差更加准确，从而能够提高所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的对准精度。
采用所述位置偏差获取单元根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差的步骤包括：
首先，根据所述第三坐标和所述第四坐标计算获得所述第一坐标和所述第三坐标对应的上视坐标系与所述第二坐标和所述第四坐标对应的下视坐标系之间的换算关系；其中，由于所述第三坐标和所述第四坐标均为所述标定片211上的所述第三对准标记2111的坐标，使得能够根据所述第三坐标和所述第四坐标之间的关系计算得到所述上视镜头23对应的上视坐标系与所述下视镜头24对应的下视坐标系之间的换算关系；
然后，根据所述上视坐标系与所述下视坐标系之间的换算关系，将所述第一坐标转换为在所述下视坐标系中的坐标，即将所述第一对准标记251的坐标和所述第二对准标记2611的坐标统一为在同一所述下视坐标系中的坐标；或者将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标，即将所述第一对准标记251的坐标和所述第二对准标记2611的坐标统一为在同一所述上视坐标系中的坐标；
根据所述第一坐标与所述第二坐标在所述上视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差，或者，根据所述第二坐标与所述第一坐标在所述下视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差。
参阅图5a～图5b、图6a～图6b和图7a～图7b，在图5a和图5b中，所述坐标识别单元识别得到所述第一待键合体25上的两个所述第一对准标记251对应的第一坐标a1和第一坐标a2，以及两个所述标定片211上的所述第三对准标记2111对应的第三坐标c1和第三坐标c2，且两个所述标定片211上分别对应有三个所述第三对准标记2111，即识别得到三个第三坐标c1和三个第三坐标c2；在图6a～图6b中，所述坐标识别单元识别得到所述第二待键合体26上的两个所述第二对准标记2611对应的第二坐标b1和第二坐标b2，以及两个所述标定片211上的所述第三对准标记2111对应的第四坐标d1和第四坐标d2，且两个所述标定片211上分别对应有三个所述第三对准标记2111，即识别得到三个第四坐标d1和三个第四坐标d2；在图7a～图7b中，将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标，使得在同一所述上视坐标系中，三个第三坐标c1与三个第四坐标d1重叠且三个第三坐标c2与三个第四坐标d2重叠，那么，根据第一坐标a1和转换后的第二坐标b1之间的位置偏差以及第一坐标a2和转换后的第二坐标b2之间的位置偏差即可计算获得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26之间的第一方向位置偏差。
所述键合方法还包括：
根据所述第一方向位置偏差在第一方向移动所述键合头21，以使得所述第一待键合体25与所述第二待键合体26对准；
在第二方向移动所述键合头21，以使得所述第一待键合体25键合于所述第二待键合体26上。
其中，当所述第一待键合体25为上层芯片，所述第二待键合体26为晶圆时，所述上层芯片与所述晶圆中的下层芯片261对准，所述上层芯片键合于所述下层芯片261上。
综上所述，本发明提供的键合方法，由于采用所述键合装置将第一待键合体键合于第二待键合体上，使得能够在不影响图像分辨率的情况下，增大上视镜头和下视镜头的景深范围，进而提高对准精度。
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 (11)

1.一种键合装置，其特征在于，包括：
键合头，所述键合头上吸附有第一待键合体，所述第一待键合体外围的键合头上设置有标定片，所述第一待键合体上形成有第一对准标记，所述标定片上形成有第三对准标记；
第一承载台，设置于所述键合头的下方，所述第一承载台上放置有第二待键合体，所述第二待键合体上形成有第二对准标记；
上视镜头，所述上视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述上视镜头能够获取所述第一待键合体的第一编码图像和所述标定片的第三编码图像；
下视镜头，所述下视镜头的光阑平面设置有波前编码元件，以使得所述下视镜头能够获取所述第二待键合体的第二编码图像和所述标定片的第四编码图像；
图像处理单元，用于将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到第一复原图像、第二复原图像、第三复原图像和第四复原图像；
坐标识别单元，用于从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记的第一坐标、所述第二对准标记的第二坐标、所述第三对准标记的第三坐标和所述第三对准标记的第四坐标；
位置偏差获取单元，用于根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
2.如权利要求1所述的键合装置，其特征在于，所述键合头上设置有至少两个所述标定片，所述第一待键合体上形成有至少两个所述第一对准标记，所述第二待键合体上形成有至少两个所述第二对准标记，所述键合装置包括至少两个所述上视镜头和至少两个所述下视镜头。
3.如权利要求1所述的键合装置，其特征在于，所述波前编码元件为相位掩模板。
4.如权利要求1所述的键合装置，其特征在于，所述图像处理单元为逆滤波器。
5.如权利要求1所述的键合装置，其特征在于，所述位置偏差获取单元包括：
坐标系换算模块，用于根据所述第三坐标和所述第四坐标计算获得所述第一坐标和所述第三坐标对应的上视坐标系与所述第二坐标和所述第四坐标对应的下视坐标系之间的换算关系；
坐标系转换模块，用于根据所述上视坐标系与所述下视坐标系之间的换算关系，将所述第一坐标转换为在所述下视坐标系中的坐标或者将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标；
位置偏差计算模块，用于根据所述第一坐标与所述第二坐标在所述上视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差，或者，用于根据所述第二坐标与所述第一坐标在所述下视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
6.如权利要求1所述的键合装置，其特征在于，所述键合装置还包括移动单元，所述移动单元包括：
第一方向移动模块，用于根据所述第一方向位置偏差在第一方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体与所述第二待键合体对准；
第二方向移动模块，用于在第二方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体键合于所述第二待键合体上。
7.如权利要求1所述的键合装置，其特征在于，所述键合装置还包括：
第二承载台，所述第二承载台上放置有所述第一待键合体；
拾取单元，用于从所述第二承载台上拾取所述第一待键合体并将拾取的所述第一待键合体从第一面向上翻转为第二面向上，以使得所述键合头能够吸附翻转后的所述第一待键合体。
8.如权利要求1所述的键合装置，其特征在于，所述第一对准标记与所述第三对准标记之间的高度差为50μm～200μm。
9.一种键合方法，其特征在于，采用如权利要求1～8中任一项所述的键合装置将第一待键合体键合于第二待键合体上，所述键合方法包括：
采用所述上视镜头获取所述第一待键合体的所述第一编码图像和所述标定片的所述第三编码图像；
采用所述下视镜头获取所述第二待键合体的所述第二编码图像和所述标定片的所述第四编码图像；
采用所述图像处理单元将所述第一编码图像、所述第二编码图像、所述第三编码图像和所述第四编码图像进行解码后得到所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像；
采用所述坐标识别单元从所述第一复原图像、所述第二复原图像、所述第三复原图像和所述第四复原图像中分别对应识别得到所述第一对准标记的第一坐标、所述第二对准标记的第二坐标、所述第三对准标记的第三坐标和所述第三对准标记的第四坐标；
采用所述位置偏差获取单元根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
10.如权利要求9所述的键合方法，其特征在于，采用所述位置偏差获取单元根据所述第一坐标、所述第二坐标、所述第三坐标和所述第四坐标获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差的步骤包括：
根据所述第三坐标和所述第四坐标计算获得所述第一坐标和所述第三坐标对应的上视坐标系与所述第二坐标和所述第四坐标对应的下视坐标系之间的换算关系；
根据所述上视坐标系与所述下视坐标系之间的换算关系，将所述第一坐标转换为在所述下视坐标系中的坐标或者将所述第二坐标转换为在所述上视坐标系中的坐标；
根据所述第一坐标与所述第二坐标在所述上视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差，或者，根据所述第二坐标与所述第一坐标在所述下视坐标系中的坐标计算获得所述第一待键合体与所述第二待键合体之间的第一方向位置偏差。
11.如权利要求9所述的键合方法，其特征在于，所述键合方法还包括：
根据所述第一方向位置偏差在第一方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体与所述第二待键合体对准；
在第二方向移动所述键合头，以使得所述第一待键合体键合于所述第二待键合体上。
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