CN218299775U - 一种基板对位装置和键合对准机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基板对位装置和键合对准机。该基板对位装置，用于对两个基板进行对位，基板对位装置包括可见光对位单元和红外对位单元；可见光对位单元包括可见光光源和可见光物镜，可见光光源和可见光物镜朝向一致；红外对位单元包括红外光源和红外物镜，红外光源和红外物镜朝向相对，由于红外光的波长长于可见光的波长，可穿过非透光基板被检测，实现键合技术的对准工作。本实用新型实施例解决了无法对非透光基板进行对位操作的问题，实现了可以准确对准的键合对准机。

Description

一种基板对位装置和键合对准机

技术领域

本实用新型实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种基板对位装置和键合对准机。

背景技术

在制备半导体器件的过程中，在一个芯片上往往需要进行多层操作，而每层之间又必然存在一定的连接、配合关系。因此在每次操作之前都要将硅片调整到合适的位置，使得当前的操作与之前已经完成操作的基板能够对应起来，这就是对位中的对准操作。

目前，对准机采用的是底部卤素光源对准，只能将基板与透光的基板进行对位，对于硅片基板与硅片基板对位，由于硅片不透光，卤素光源不能够反馈硅片上的标记信号，无法实现对位功能。

实用新型内容

本实用新型提供一种基板对位装置和键合对准机，以解决现有对准设备无法实现不透光硅片的对准问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种基板对位装置，用于对两个基板进行对位，基板对位装置包括可见光对位单元和红外对位单元；

可见光对位单元包括可见光光源和可见光物镜，可见光光源和可见光物镜朝向一致；

红外对位单元包括红外光源和红外物镜，红外光源和红外物镜朝向相对。

可选地，可见光物镜复用为红外物镜，红外光源与可见光光源朝向相对。

可选地，可见光对位单元包括至少两个可见光物镜，红外对位单元包括至少两个红外光源；红外光源与可见光物镜一一对应朝向相对。

可选地，红外光源与可见光物镜相对固定。

可选地，可见光光源的出光中心轴位于至少两个可见光物镜之间。

可选地，可见光对位单元和红外对位单元均包括物镜移动机构，物镜移动机构与可见光物镜和/或红外物镜机械连接，物镜移动机构驱动可见光物镜和/或红外物镜移动。

可选地，基板对位装置，还包括基板移动机构，基板移动机构驱动待对位基板移动和旋转。

可选地，基板对位装置，还包括吸附机构，吸附机构位于基板移动机构的上方，吸附机构吸附待对位的其中一个基板。

进一步地，可见光光源包括卤素光源和LED光源中的至少一种。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种键合对准机，包括如第一方面任一项的基板对位装置。

本实用新型实施例一种基板对位装置，用于对两个基板进行对位，基板对位装置包括可见光对位单元和红外对位单元；可见光对位单元包括可见光光源和可见光物镜，可见光光源和可见光物镜朝向一致；利用可见光对位单元，通过可见光物镜采集反射光的图像，可以确定基板上的标记，从而将两个基板上的标记进行对位；红外对位单元包括红外光源和红外物镜，红外光源和红外物镜朝向相对，利用红外对位单元，所透射的光在标记处被反射，使得该区域的红外光线不能透过基板被红外物镜接收，形成阴影区域，从而可以对不透光的基板进行对位，实现可以对非透光基板进行对位操作。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基板对位装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种基板对位装置的结构示意图。

其中：10-第一基板；11-第一对位标记；20-第二基板；21-第二对位标记；31-可见光物镜；32-红外物镜；40-可见光光源；50-红外光源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。需要注意的是，本实用新型实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本实用新型实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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组成部分。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实用新型中的具体含义。

本实用新型使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”。

需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

图1为本实用新型实施例提供的一种基板对位装置的结构示意图，参考图1对本实用新型实施例提供的一种基板对位装置进行说明，该装置用于对两个基板进行对位，基板对位装置包括可见光对位单元和红外对位单元；可见光对位单元包括可见光光源40和可见光物镜31，可见光光源40和可见光物镜31朝向一致；红外对位单元包括红外光源50和红外物镜32，红外光源50和红外物镜32朝向相对。

其中，可见光光源40包括但不限于卤素光源，其也可以为LED光源或其他光源，其所发出光线波长在可见光波长范围内，可见光物镜31采集光波范围在相应可见光波长范围内，同样地，红外光源50包括但不限于近红外光源，所发出光线波长在大于可见光波长的范围，红外物镜32可以采集到该光波范围内的光线。对位所用两个基板分别为第一基板10和第二基板20，其中，对准所用的基板可以是透光性基板，如玻璃、透光的半导体薄膜等，也可以是非透光基板，包括但不限于圆晶、硅片等导电晶体基板，第一基板10上设置有两个第一对位标记11，第二基板20的相同位置上也设置有两个第二对位标记21，对位标记可以是金属标记点，如铜十字形标记，也可以是其他红外光波无法穿透的材质的其他形状标记，如三角形标记。

具体地，基板对位装置是基于光沿直线传播及两点确定一条直线原理，通过对准两个基板的标记，从而将两个基板的位置对准的装置。

当对位所用两基板中含有透光基板时，即第一基板10为非透光基板，第二基板20为透光基板，可采用可见光对位单元进行两基板的对位，其对位的具体步骤如下：首先将非透光基板即第一基板10放置于可见光对位单元对位位置，即设置于可见光光源40和可见光物镜31的对侧。可见光线由可见光光源40输出，由于可见光线不能透过非透光基板，只能在其表面发生反射现象从而改变光路，反射光线被对应的可见光物镜31接收，因此可见光物镜31会形成非透光基板即第一基板10的表面图像。此时采用硬件和/或软件的形式移动第一基板10和可见光物镜31的相对位置(具体可固定第一基板10，移动可见光物镜31)，可在可见光物镜31所成图像中寻找到第一基板10上的第一对位标记11，由此可将可见光物镜31对位在第一对位标记11的相应位置，保证在可见光物镜31上可观察第一对位标记11。其次，将透光基板即第二基板20放置于可见光对位单元和第一基板10之间的位置，由于可见光光线在经过透光基板时会透射，透射光线在经过第二基板20入射至第一基板10表面的过程中会遇到第二基板20上表面的第二对位标记21以及第一基板10下表面的第一对位标记11，并在第二对位标记21和第一对位标记11的表面发生反射，由此，该反射光线经可见光物镜31采集后可分别形成第二对位标记21和第一对位标记11的图像。采用硬件和/或软件的形式移动第二基板20的位置，也即在可见光物镜31所成图像中移动第二对位标记21的位置，可实现第二对位标记21与第一对位标记11的重合，也即实现了两基板的对位。值得注意的是，由于可见光对位单元是利用可见光在标记表面产生反射的原理进行对位，故两基板应设置在可见光对位单元中可见光光源40和可见光物镜31相对的一侧，也即可见光光源40与对应的可见光物镜31朝向一致。

当对位所用两基板均为非透光基板时，即第一基板10和第二基板20均为非透光基板，可采用红外对位单元进行两基板的对位，其对位的具体步骤如下：首先将第一基板10放置于红外对位单元中，即设置于红外光源50和红外物镜32之间。红外光线由红外光源50输出，对非透光基板，红外光线可以直接透过非透光基板，却不能透过金属标记，在其表面会发生反射现象，因此，红外物镜32接收到经过第一基板10的红外光线后，会形成的第一基板10的图像。其中，第一对位标记11所在区域在图像中呈阴影，非标记区域在图像中为明亮区域。此时，采用硬件和/或软件的形式移动第一基板10和红外物镜32的相对位置(具体可固定第一基板10，移动红外物镜32)，可在红外物镜32所成图像中寻找到第一基板10上的第一对位标记11，由此可将红外物镜32对位在第一对位标记11的相应位置，保证在红外物镜32上可观察第一对位标记11。其次，将第二基板20放置于红外物镜32和第一基板10之间的位置，由于红外光线同样会透射第二基板20，也同样会在第二基板20上表面的第二对位标记21上发生发射，故透射的红外光线入射至红外物镜32后，可在红外物镜32中形成第二对位标记21的图像，其同样呈阴影状态。由此，红外透射挂念经红外物镜32采集后可分别形成第二对位标记21和第一对位标记11的图像。采用硬件和/或软件的形式移动第二基板20的位置，也即在红外物镜32所成图像中移动第二对位标记21的位置，可实现第二对位标记21与第一对位标记11的重合，也即实现了两基板的对位。值得注意的是，由于反射光线与入射光线处于反射面的同一侧，故可见光光源40与对应的可见光物镜31朝向一致。同样值得注意的是，由于红外对位单元采用的是红外光线透射非透光基板的原理实现对位，故两基板应设置在红外光源50和红外物镜32之间，即红外光源50与对应的红外物镜32朝向相对。

本实用新型实施例提供的基板对位装置，用于对两个基板进行对位，基板对位装置包括可见光对位单元和红外对位单元；可见光对位单元包括可见光光源和可见光物镜，可见光光源和可见光物镜朝向一致；利用可见光对位单元，通过可见光物镜采集反射光的图像，可以确定基板上的标记，从而将两个基板上的标记进行对位。红外对位单元包括红外光源和红外物镜，红外光源和红外物镜朝向相对，利用红外对位单元，所透射的光在标记处被反射，使得该区域的红外光线不能透过基板被红外物镜接收，形成阴影区域，从而可以对不透光的基板进行对位，实现可以对非透光基板进行对位操作。本实用新型实施例可以解决现有对准设备无法实现不透光硅片对准的问题，能够分别对透光基板和非透光基板实现对准功能，满足不同类型半导体器件制备过程中的对准条件和要求。

图2为本实用新型实施例提供的另一种基板对位装置的结构示意图，参考图2，可选地，可见光物镜31可复用为红外物镜32，红外光源50与可见光光源40朝向相对。

其中，红外光源50可包括但不限于红外发光二极管、小功率的红外激光器，可见光物镜31为可收集可见光波长的感光元件，红外物镜32为可收集红外波段光线的感光元件，例如CCD、CMOS等元件。此处将红外物镜32与可见光物镜31复用，则实质是表示可见光物镜31不仅可采集可见光进行成像，同时还可采集红外光进行成像。该物镜中的感光元件可同时感应可见光和红外光，或者，该物镜中同时设置有可见光的感光元件和红外光的感光元件，由此可实现对可见光和红外光的采集和成像。

需要说明的是，在此实施例中，由于可见光物镜31即可接收可见光，也可接收红外光，故在放置第一基板10之后，通过移动物镜确定第一基板10上第一对位标记11成像在物镜的过程中，可以采用可见光光源进行打光，也可采用红外光源进行打光。

以第一基板10和第二基板20均为非透光基板为例，在放置第一基板10之后，可选择开启可见光光源40，利用可见光在第一基板10表面反射，可见光物镜31实现成像。此时通过移动可见光物镜31能够保证第一对位标记11成像在可见光物镜31中，可在可见光物镜31所成图像中寻找到第一基板10上的第一对位标记11。而当在放置不透光的第二基板20将第二基板20与第一基板10实现对位的过程中，则需要开启红外光源50，通过红外光线透射第一基板10和第二基板20，在复用的可见光物镜31中成像，可以观察到第一对位标记11和第二对位标记21，由此，通过移动第二对位标记21即第二基板20的位置，即可实现第二对位标记21与第一对位标记11的重合，实现两基板的对位。

值得说明的是，在对位操作中，为保证两基板的完全对位，需要两基板上至少设置两个对位标记，并经该至少两个对位标记重合，实现两基板的对位。因此对应地，继续参考图1和图2，可选可见光对位单元包括至少两个可见光物31(图中均以两个为例)，红外对位单元包括至少两个红外光源32(图中均以两个为例)；红外光源50与可见光物镜31一一对应朝向相对。

由于基板上设置有至少两个对位标记，在进行对位操作的过程中，需要保证两基板上所有相对应的对位标记的完全对位。可以理解，在将两基板上的一组对位标记进行对位的过程中，需要在平面上移动第二基板20的位置，通过沿相互垂直的x和y两个方向移动，使该组对位标记重合。然而，由于两基板还可能存在旋转角的偏差，两基板上其他组对位标记仍可能未完成对位，故还需对第二基板20进行θ角旋转，通过其他组光源和物镜观察确定其他组对位标记的对准，由此实现各组对位标记的对位，并最终实现两基板的完全对位。

继续参考图2，可选地，红外光源50与可见光物镜31相对固定。

值得说明的是，由于红外对位单元是利用红外光线透射非透光基板在物镜中成像，故需保证红外光源50与物镜朝向相对，而为避免物镜和红外光源50的相互错位，可将红外光源50与物镜绑定，即相对固定，由此在移动物镜时可同步移动红外光源50，从而减少对红外光源50与物镜的对位操作，简化对位装置的对位步骤。

继续参考图2，还可设置可见光光源40的出光中心轴位于至少两个可见光物镜31之间。

可参考图2，可见光光源40的出光中心轴的位置可以位于至少两个可见光物镜之间或可见光物镜的一侧，由于物镜所采集的可见光光线是经过第二基板20的反射改变光路所得，光线的采集方向和光线的输出方向具有一定的角度偏差，若可见光光源40的出光中心轴位于物镜的一侧，当可见光光源40的出光中心轴位于左物镜左侧，则右物镜所采集的光线在光强度和收集方向与左物镜所采集的光信号均有差别，在硬件和/或软件会造成大量额外工作，增加基板对位难度，同样地，当可见光光源的出光中心轴位于右物镜右侧，则与右物镜所采集的光线相比，左物镜所采集的光线弱且偏转角度大，若物镜所采集的光线过弱，在调整基板位置过程中，光线变量过小使得接收设备及软件难以区别，增加基板对位难度和误差；当可见光光源40的出光中心轴位于至少两个可见光物镜之间，可见光光源输出光线的光路相近，所采集光线强度相近，降低对准难度，简化对准过程，减少冗余步骤，同时，在对准过程中移动范围将减小，从而减小工作活动范围，可快速并准确对准基板。

在上述实施例的基础上，考虑到对位过程中需对物镜和基板分别进行移动，故本实用新型实施例中的基板对位装置中，还可选可见光对位单元和红外对位单元均包括物镜移动机构(图中未示出)，物镜移动机构与可见光物镜和/或红外物镜机械连接，物镜移动机构驱动可见光物镜和/或红外物镜移动。

其中，机械连接包括但不限于焊接、嵌合或轴间联接方式，该连接方式应可以满足更换物镜的需要，物镜移动机构可以通过采用硬件和/或软件的形式驱动可见光物镜和/或红外物镜相对于原始位置进行空间上的移动和一定角度的旋转。

同时，还可选该基板对位装置包括基板移动机构，基板移动机构驱动待对位基板移动和旋转。

其中，基板移动机构通过用硬件和/或软件的形式驱动基板进行空间坐标上的平移和旋转，基板移动机构可采用真空吸附的方式固定其上的基板。如上提及，对于基板的移动，该基板移动机构不仅可实现平面中相互垂直的x和y方向的移动，还可实现对基板的θ角旋转，由此通过该基板移动机构实现对基板的位置移动，以此进行两基板的对位操作。

需要说明的是，此处基板移动机构的平面移动和旋转仅为对位操作时的移动功能，其属于微调范畴，而进一步地，该基板移动机构还可具备基板的大范围移取以及小范围的纵向移动、键合等操作功能。

进一步地，该基板对位装置还可包括吸附机构(图中未示出)，吸附机构位于基板移动机构的上方，吸附机构吸附待对位的其中一个基板。

其中，吸附机构主要用于吸附固定某一基板。在具体实施过程中，吸附机构实质上设置于上方，基板移动机构位于下方，吸附机构主要用于在基板移动机构移取第一基板10后，吸附第一基板10使其悬浮，保证第一基板10的位置固定。由此，再通过基板移动机构移取和承载第二基板20，并调节第二基板20的位置，实现与第一基板10的对位。

本实用新型实施例还提供了一种键合对准机，该键合对准机包括上述任意实施例提供的基板对位装置。并且，由于该键合对准机包括该基板对位装置，故具备与该基板对位装置相同或相似的有益效果，此处不再赘述。

下面参考图2，以第一基板10为晶圆，第二基板20为硅片为例，对本实用新型实施例提供的键合对准机的具体操作步骤进行示例：

①第一基板10面朝下载入对准机中，第一基板10在Z轴方向上移动，直到被顶部的对位夹具上真空吸附装置也即吸附机构吸附固定；

②使用左右物镜也即可见光物镜31寻找第一基板10的标记点即第一对位标记11；

③以面朝上载入第二基板20，第二基板20被真空吸附固定在可移动的对准平台即基板移动机构上，在WEC作用下上升到指定高度；此时由于第二基板20不透光，左右物镜无法显示第一基板10以及第二基板20上的对位标记图案；

④打开红外光源，移动左右红外光源的位置，与可见光物镜相重合，此时红外光穿透第二基板20，其上的第二对位标记21由于为金属标记无法穿透，形成图像被下方的复用的可见光物镜接收；

⑤操作对准平台沿着x/y方向或θ角旋转，移动第二基板20，以使其上的标记点即第二对位标记21与第一基板10上的第一对位标记11重合，完成对准。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基板对位装置，其特征在于，用于对两个基板进行对位，所述基板对位装置包括可见光对位单元和红外对位单元；

所述可见光对位单元包括可见光光源和可见光物镜，所述可见光光源和所述可见光物镜朝向一致；

所述红外对位单元包括红外光源和红外物镜，所述红外光源和所述红外物镜朝向相对。

2.根据权利要求1所述的基板对位装置，其特征在于，所述可见光物镜复用为所述红外物镜，所述红外光源与所述可见光光源朝向相对。

3.根据权利要求2所述的基板对位装置，其特征在于，所述可见光对位单元包括至少两个所述可见光物镜，所述红外对位单元包括至少两个所述红外光源；所述红外光源与所述可见光物镜一一对应朝向相对。

4.根据权利要求3所述的基板对位装置，其特征在于，所述红外光源与所述可见光物镜相对固定。

5.根据权利要求3所述的基板对位装置，其特征在于，所述可见光光源的出光中心轴位于至少两个所述可见光物镜之间。

6.根据权利要求1所述的基板对位装置，其特征在于，所述可见光对位单元和所述红外对位单元均包括物镜移动机构，所述物镜移动机构与所述可见光物镜和/或所述红外物镜机械连接，所述物镜移动机构驱动所述可见光物镜和/或所述红外物镜移动。

7.根据权利要求1所述的基板对位装置，其特征在于，还包括基板移动机构，所述基板移动机构驱动待对位基板移动和旋转。

8.根据权利要求7所述的基板对位装置，其特征在于，还包括吸附机构，所述吸附机构位于所述基板移动机构的上方，所述吸附机构吸附待对位的其中一个基板。

9.根据权利要求1所述的基板对位装置，其特征在于，所述可见光光源包括卤素光源和LED光源中的至少一种。

10.一种键合对准机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的基板对位装置。

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