晶圆键合方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术属于半导体制造，更具体地说，是涉及一种晶圆键合方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、混合键合是实现三维集成与异构集成的关键工艺，其要求的芯片与下晶圆的键合面在纳米至亚微米量级完成对准。为此，部分混合键合设备配置上相机与下相机，分别拍摄上、下键合面的对准标记，经图像处理计算二者的相对位置偏差，进而由键合头微调机构与工作台运动台协同执行对准。

2、在相关技术中，上下对准的误差补偿通常依赖在作业前利用单块标定板进行离线标定，并在作业过程中依据固定标记点间距或虚拟标记点间接推算温度漂移、以离散档位的补偿文件实施修正。然而，此类方式存在如下普遍缺陷：其一，标定板在作业阶段撤除后，上下相机缺乏在线的公共几何基准，离线补偿文件与动态工况之间存在时差，难以反映作业过程中的实时几何状态；其二，离散档位的温度补偿难以覆盖设备从待机至满负荷的连续动态温升过程，在工艺热负荷剧烈变化时补偿值与工况脱节，对准精度明显下降。

3、因此，如何在混合键合工艺过程中实现上下对准的高精度与高稳定性，是本领域亟待解决的关键问题之一。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种晶圆键合方法、装置、设备及存储介质，以使得在对键合头以及工作台的位置进行调整时与当前工况相匹配，缓解了离散档位与连续动态温升脱节的问题，进一步稳定对准精度。

2、本技术实施例的第一方面，提供了一种晶圆键合设备，包括：上相机、下相机、第一基准框、第二基准框以及控制器；

3、第一基准框和第二基准框并排平行布设于两个相机的视野交汇区域；第一基准框末端相对的两面以及第二基准框末端相对的两面均布设有标靶板；

4、控制器，用于在每次对晶圆进行键合之前，控制上相机对两个基准框的上侧面的标靶板进行俯视拍摄，控制下相机对两个基准框的下侧面的标靶板进行仰视拍摄；针对每一基准框，基于拍摄结果确定该基准框的上侧面的标靶板的实际位置，并计算该标靶板的实际位置与标准位置的第一偏差；基于拍摄结果确定该基准框的下侧面的标靶板的实际位置，并计算该标靶板的实际位置与标准位置的第二偏差；基于第一偏差和第二偏差确定两个相机在对该基准框进行拍摄时的初始相机偏移差；基于两个相机对各个基准框进行拍摄时的初始相机偏移差确定该次晶圆键合时的相机偏移差；

5、控制器，还用于在调整键合头的位置和工作台的位置之后，控制键合头进行晶圆键合。

6、本技术实施例的第二方面，提供了一种晶圆键合过程中相机偏移差确定方法，包括：

7、获取晶圆键合设备中上相机对第一基准框和第二基准框的上侧面的拍摄结果，以及获取晶圆键合设备中下相机对第一基准框和第二基准框的下侧面的拍摄结果；其中，两个基准框并排平行布设于两个相机的视野交汇区域；第一基准框末端相对的两面以及第二基准框末端相对的两面均布设有标靶板；

8、针对每一基准框，基于拍摄结果确定该基准框的上侧面的标靶板的实际位置，并计算该标靶板的实际位置与标准位置的第一偏差；基于拍摄结果确定该基准框的下侧面的标靶板的实际位置，并计算该标靶板的实际位置与标准位置的第二偏差；基于第一偏差和第二偏差确定两个相机在对该基准框进行拍摄时的初始相机偏移差；

9、基于两个相机对各个基准框进行拍摄时的初始相机偏移差确定该次晶圆键合时的相机偏移差。

10、进一步地，第一基准框通过浮动隔热支承件安装于晶圆键合设备的外框架，第二基准框安装于晶圆键合设备的工作台；上相机和下相机通过在各自对应的导轨上的移动实现拍摄位置的变换；拍摄结果包括上相机的拍摄结果和下相机的拍摄结果。

11、基于拍摄结果确定该基准框的上侧面的标靶板的实际位置，包括：

12、基于上相机的温度和上相机对应的导轨的温度确定第一偏移量；

13、基于上相机的拍摄结果中标靶板的位置以及第一偏移量，确定该基准框的上侧面的标靶板的实际位置；

14、基于拍摄结果确定该基准框的下侧面的标靶板的实际位置，包括：

15、基于下相机的温度、下相机对应的导轨的温度以及工作台的温度确定第二偏移量；

16、基于下相机的拍摄结果中标靶板的位置以及第二偏移量，确定该基准框的下侧面的标靶板的实际位置。

17、进一步地，基于上相机的温度和上相机对应的导轨的温度确定第一偏移量包括：

18、基于上相机的温度确定上相机在温度处受热膨胀导致的相机光心平移产生的位置偏移量，以及基于上相机的温度确定上相机在温度处的内部成像偏移量；

19、基于上相机对应的位置偏移量和内部成像偏移量确定上相机内参偏移量；

20、计算上相机对应的导轨的温度与标准参考温度的第一温差；

21、基于上相机拍摄到的各个标靶板与预设的导轨热膨胀基准点之间的距离和第一温差得到上相机所对应导轨偏移量；

22、将上相机内参偏移量和上相机所对应导轨偏移量进行求和得到第一偏移量。

23、进一步地，基于下相机的温度、下相机对应的导轨的温度以及工作台的温度确定第二偏移量，包括：

24、基于下相机的温度确定下相机在温度处受热膨胀导致的相机光心平移产生的位置偏移量，以及基于下相机的温度确定下相机在温度处的内部成像偏移量；

25、基于下相机对应的位置偏移量和内部成像偏移量确定下相机内参偏移量；

26、计算下相机对应的导轨的温度与标准参考温度的第二温差；

27、基于下相机拍摄到的各个标靶板与预设的导轨热膨胀基准点之间的距离和第二温差得到下相机所对应导轨偏移量；

28、计算工作台的温度与标准参考温度的第三温差；

29、基于工作台的热膨胀参考中心到预设的对准基准位置之间的距离和第三温差得到工作台基准偏移量；

30、将下相机内参偏移量、下相机所对应导轨偏移量和工作台基准偏移量进行求和得到第二偏移量。

31、进一步地，在计算得到初始相机偏移差之后，相机偏移差确定方法还包括：

32、针对每一相机，基于该相机的拍摄结果中两个标靶板分别对应的标准位置和实际位置，确定各个基准框的标靶板在该相机的拍摄结果中的位移量；

33、基于上相机和下相机分别对应的位移量确定两个基准框之间的平均位移量。

34、基于两个相机在对各个基准框进行拍摄时的初始相机偏移差确定相机偏移差，包括：

35、若平均位移量未超出第一位移阈值，则将初始相机偏移差确定为相机偏移差；

36、若平均位移量超出第一位移阈值，则控制各个相机重新对第一基准框和第二基准框的标靶板进行拍摄，并基于重新拍摄的拍摄结果确定更新后的初始相机偏移差和更新后的平均位移量；

37、若更新后的平均位移量未超出预设的第二位移阈值，则将更新后的初始相机偏移差确定为相机偏移差。

38、进一步地，基于相机偏移差调整键合头的位置和工作台的位置，包括：

39、将相机偏移差和上相机侧残余漂移量进行求和得到下相机侧残余漂移量；

40、其中，上相机侧残余漂移量为第一偏差；

41、基于上相机的拍摄结果中晶圆的位置、第一偏移量以及上相机侧残余漂移量确定晶圆的实际位置；

42、基于下相机的拍摄结果中芯片的位置、第二偏移量以及下相机侧残余漂移量确定芯片的实际位置；

43、基于芯片的实际位置和晶圆的实际位置确定对准偏差；

44、基于对准偏差调整键合头的位置和工作台的位置。

45、进一步地，基于上相机的温度和上相机对应的导轨的温度确定第一偏移量；基于下相机的温度、下相机对应的导轨的温度以及工作台的温度确定第二偏移量；

46、基于拍摄结果确定该基准框的上侧面的标靶板的实际位置，包括：基于上相机的拍摄结果中标靶板的位置以及第一偏移量，确定该基准框的上侧面的标靶板的实际位置；

47、基于拍摄结果确定该基准框的下侧面的标靶板的实际位置，包括：基于下相机的拍摄结果中标靶板的位置以及第二偏移量，确定该基准框的下侧面的标靶板的实际位置。

48、本技术实施例的第三方面，提供了一种晶圆键合对准装置，包括：上相机、下相机、第一基准框和第二基准框；

49、第一基准框和第二基准框并排平行布设于两个相机的视野交汇区域；第一基准框末端相对的两面以及第二基准框末端相对的两面均布设有标靶板；

50、第一基准框末端的两个标靶板之间以及第二基准框末端的两个标靶板之间，均通过热膨胀系数低于膨胀系数阈值的材料连接，以使得同一基准框的两个标靶板的相对位置保持恒定；

51、上相机和下相机用于对标靶板进行拍摄得到拍摄结果，以使得在晶圆键合之前基于拍摄结果计算确定晶圆键合对应的相机偏移差；

52、其中，第一基准框通过浮动隔热支承件安装于晶圆键合设备的外框架，第二基准框安装于晶圆键合设备的工作台；上相机和下相机通过在各自对应的导轨上的移动实现拍摄位置的变换。

53、本技术实施例的第四方面，提供了一种晶圆键合方法，包括：

54、采用相机偏移差确定方法得到相机偏移差；

55、控制上相机在对应的导轨上进行移动，以控制上相机对待键合的晶圆进行拍摄，控制下相机在对应的导轨上进行移动，以控制下相机对待键合的芯片进行拍摄；

56、基于相机偏移差调整键合头的位置和工作台的位置，并控制键合头进行晶圆键合。

57、本技术实施例的第五方面，提供了一种晶圆键合控制设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的相机偏移差确定方法的步骤，或者晶圆键合方法的步骤。

58、本技术实施例的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的相机偏移差确定方法的步骤，或者晶圆键合方法的步骤。

59、本技术实施例提供的晶圆键合方法、装置、设备及存储介质的有益效果在于：

60、本技术实施例中，第一基准框和第二基准框为键合设备的固定部件，并排平行布设于上下相机视野交汇区域，无需在作业前离线标定后撤除；控制器在每一次键合前都对两框标靶板实时拍摄，使上下相机在作业过程中始终拥有在线的公共几何基准，消除了离线补偿文件与动态工况之间的时差，并可以反映该次键合时的实时几何状态，保障了对准基准的时效性与准确性。

61、本实施例中，针对每一基准框，其上侧面的标靶板由上相机俯视拍摄，下侧面的标靶板由下相机仰视拍摄，二者各自的实际位置与标准位置比较得到第一偏差和第二偏差；由于同一基准框的上、下两侧标靶板对应同一物理基准，基于第一偏差与第二偏差确定初始相机偏移差时，该基准框自身的位置分量相互抵消，使初始相机偏移差主要反映两台相机自身的偏移；再由两个基准框各自的初始相机偏移差确定该次晶圆键合时的相机偏移差，两个基准框互为冗余校验，进一步提高了相机偏移差确定的准确性。相机偏移差按每一次键合实时确定，使得在对键合头以及工作台的位置进行调整时与当前工况相匹配，缓解了离散档位与连续动态温升脱节的问题，进一步稳定对准精度。