本发明涉及晶圆集成领域，具体涉及一种晶圆接合对准系统及对准方法。
背景技术：
现有的晶圆接合对准系统和方法，是在晶圆上设置定位标记，通过对比定位标记在探测视觉系统坐标系中的希望位置和测量值，计算出定位标记在晶圆坐标系中的位置和相对于探测视觉系统坐标系的移动距离，通过探测视觉系统测量出的数据作为位置补偿，使得晶圆高精度对准接合。
现有的晶圆接合对准系统中，两个需接合元件的定位标记存在一定间距时，测量光线无法同时达到两个元件上的定位标记，对准精度低。并且，由于半导体技术持续向轻、薄及小型化方向发展，实现高精度晶圆对准变得尤为重要，传统的晶圆对准系统和方法无法满足特征尺寸更小的半导体组件所需的更高精度的对准要求。
因此，如何提高晶圆接合的对准精度已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种晶圆接合对准系统，包括：
第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆上分别设有n个对应的定位标记，n为≥1的整数；
视觉检测系统，配置为检测从各晶圆对应定位标记反射的图像，视觉检测系统的数量与每个晶圆上定位标记的数量相同，视觉检测系统包括用于提供测量光的光源；
驱动机构，配置为调整第一晶圆和第二晶圆的相对位置；
控制器，配置为控制驱动机构的运行；
计算机，配置为处理视觉检测系统输出的图像，计算对准校正数据，并执行控制器的操作程序；
其中，视觉检测系统中光源产生的测量光路为变焦投影系统，通过在测量光路中配置可调光延迟器实现变焦功能。
优选地，视觉检测系统还包括：
准直透镜，配置为准直光源发出的光；
分划板，配置为在待成像物体上叠加图案，该图案作为位置参考，并能够对准待成像物体；
分束器，配置为将准直后的每束光分束成两个光路；
透镜a，配置为采集分划板上的图案，并将光路聚焦在第一晶圆和第二晶圆对应的定位标记上；
透镜b，配置为采集从第一晶圆和第二晶圆定位标记上反射的分划板图案；
图像传感器，配置为捕捉从透镜b采集的分划板图案的投影图像数据。
定位标记包括晶圆表面凸起或凹陷或平面的透镜，或者上述结构的结合；或者包括与所在晶圆材质相同、与上述透镜形状相同的光学反射结构。
为了便于实际生产加工，可将上述透镜替换为与所在晶圆材质相同、与透镜形状相同的结构。
分划板上的图案可以是固定的，也可以是变化的。若是变化的，可以是多个固定图案分化板，通过机械装置切换；也可以是可变图案分化板，如dmd、lccos等。
优选地，在视觉检测系统的投影光路中配置有第二光延迟器，可调制从各晶圆反射至透镜b的投影光路电压。
同时，本发明还提供一种基于上述晶圆接合对准系统的对准方法，包括以下步骤：
一、提供第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆上分别设有n个对应的定位标记，n为≥1的整数；
二、视觉检测系统中光源发出的测量光经光延迟器调制光程差，将分划板图案在各晶圆定位标记表面的反射图像成像到图像传感器上；
三、图像传感器输出的图像经计算机处理后，得到上述反射投影图像在两个晶圆坐标系中的位置；
四、对比不同定位标记反射投影图像，通过计算机计算定位标记对准校正数据，若对准校正数据在预定距离范围内，判断两个晶圆定位标记对准，执行晶圆接合操作；若对准校正数据大于预定距离范围，判断两个晶圆定位标记非对准，则执行下一步骤；
五、计算机将对准校正数据检测结果反馈至控制器，由控制器控制驱动机构运行，调整第一晶圆或第二晶圆或者两者的位置，进行晶圆对准补偿，重复步骤二至步骤四，直至两个晶圆对准，执行接合操作。
其中，步骤一中，定位标记包括晶圆表面凸起或凹陷或平面的透镜，或者上述结构的结合；或者包括与所在晶圆材质相同、与上述透镜形状相同的光学反射结构。
当定位标记为例如凸起或凹陷的立体结构时，可以在x、y坐标方向对准两个晶圆；当定位标记为平面光学反射结构时，可以验证两个晶圆是否平行。
步骤二中，光源发出的测量光通过分划板，分划板上的图案在不同时间投影到不同晶圆的定位标记表面，图案在各晶圆定位标记表面的反射图像被视觉检测系统收集后成像在图像传感器上。
图像传感器可以在测量光投影到上下晶圆定位标记表面的不同时刻，分别拍照，得到两张照片，分别来自不同晶圆定位标记表面的反射图像。
图像传感器也可以延长曝光时间，将测量光投影到上下晶圆定位标记表面的反射图像记录在同一张照片中，当光延迟器调制测量光电压至v1时，测量光将图案投影到第一晶圆上的定位标记，当光延迟器调制测量光电压至v2时，测量光将图案投影到第二晶圆上的定位标记，通过光延迟器将电压在v1、v2两个电压值反复快速切换，由于切换速率很快，使得不同电压下的测量光到达第一晶圆上定位标记与到达第二晶圆上定位标记的时间差非常微小，即不同电压下的测量光几乎是同时到达两个晶圆上的定位标记，实现从各晶圆定位标记反射的分划板图案在图像传感器上同步成像。
其中，光源发出的光用于识别晶圆上的定位标记；
准直透镜用于准直光源，并将准直后的光照射到分划板；
分划板是插入到一个成像系统的目镜中的光学元件，可以在待成像物体上叠加图案，该图案作为位置参考，并能够对准待成像物体；
分划板上的图案可以是固定的，也可以是变化的。若是变化的，可以是多个固定图案分化板，通过机械装置切换；也可以是可变图案分划板，如dmd、lccos等。
若分划板图案是可以变化的，其变化需要与光延迟器的变化同步，实现把不同图案投影到不同晶圆标记表面。
光延迟器配置为可以调整光程差，实现变焦功能；
分束器将准直后的每束光分束成两个光路；通过透镜a后照射到第一晶圆、第二晶圆上的定位标记；
透镜a用于采集分划板上的图案，并将光路聚焦在两个晶圆的定位标记上；
透镜b，配置为采集从第一晶圆和第二晶圆定位标记上反射的分划板图案；
图像传感器，配置为捕捉从透镜b采集的分划板图案的投影图像数据。
本发明的优点在于：视觉检测系统中的测量光路为变焦投影系统，可以把分划板上的图案投影到不同位置，可以是通过在测量光路中配置可调光延迟器实现变焦功能，克服了传统晶圆对准系统中上、下晶圆中定位标记成像不同步的缺陷，并提供了利用该晶圆接合对准系统执行晶圆接合对准的方法，通过光延迟器快速调制测量光到达不同晶圆时的电压，由于光延迟器调制的电压切换速率很快，使得不同电压下的测量光到达第一晶圆上定位标记与到达第二晶圆上定位标记的时间差非常微小，即可实现从各晶圆定位标记反射的分划板图案在图像传感器上的成像基本同步，大大提高了晶圆对准精度，适用于尺寸更小的半导体组件。
同时，定位标记包括立体光学反射结构，可以验证两个晶圆在x、y坐标方向上的对准；当定位标记为平面光学反射结构和立体光学反射结构的结合时，可以同时验证两个晶圆是否平行以及在x、y坐标方向上是否对准。
附图说明
图1为本发明实施例一所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图2为本发明实施例二所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图3为本发明实施例三所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图4为本发明实施例四所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图5为本发明实施例五所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图6为本发明实施例六所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图7为本发明实施例七所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图8为本发明实施例十所描述的晶圆接合对准系统的结构示意图；
图9为本发明实施例所述的晶圆接合对准方法的流程图；
结合附图，对附图标记做以下说明：
100、200、300、400、500、600、700、800—晶圆接合对准系统；102、202、302、402、502、602、702、802—第一晶圆；104、204、304、404、504、604、704、804—第二晶圆；106、206、306、406、506、506’、606、606’、706、706’、806—第一晶圆定位标记；108、208、308、408、508、508’、608、608’、708、708’、808—第二晶圆定位标记；110、210、310、410、510、510’、610、610’、710、710’、810—光源；112、212、312、412、512、512’、612、612’、712、712’、812—准直透镜；114、214、314、414、514、514’、614、614’、714、714’、814—分划板；116、216、316、416、516、516’、616、616’、716、716’、816—光延迟器；118、218、318、418、518、518’、618、618’、718、718’、818—分束器；120、220、320、420、520、520’、620、620’、720、720’、820—透镜a；122、222、322、422、522、522’、622、622’、722、722’、822—透镜b；124、224、324、424、524、524’、624、624’、724、724’、824—图像传感器；126、226、326、426、526、626、726、826—计算机；128、228、328、428、528、628、728、828—控制器；130、230、330、430、530、630、730、830—驱动机构；832—第二光延迟器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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的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。
实施例一
图1示出了本发明一种晶圆接合对准系统的结构，该晶圆接合对准系统包括：
第一晶圆102和第二晶圆104，第一晶圆上设有一定位标记106，第二晶圆上设有位置与定位标记106对应的一定位标记108，上述两个定位标记为晶圆表面平面透镜；
视觉检测系统，包括：
光源110，用于提供测量光，图中用虚线表示测量光路；
准直透镜112，配置为准直光源发出的光；
分划板114，配置为在待成像物体上叠加图案，该图案作为位置参考，并能够对准待成像物体；
光延迟器116，配置为调整光程差，使两个晶圆上的定位标记在图像传感器上的成像基本同步；
分束器118，配置为将准直后的每束光分束成两个光路；
透镜a120，配置为采集分划板上的图案，并将光路聚焦在第一晶圆和第二晶圆的定位标记上；
透镜b122，配置为采集从第一晶圆和第二晶圆定位标记上反射的分划板图案；
图像传感器124，配置为捕捉从透镜b采集的分划板图案的投影图像数据。
通过上述视觉检测系统中的各设备，实现检测定位从各晶圆对应定位标记反射的分划板图像。
驱动机构130，配置为调整第一晶圆和第二晶圆的相对位置；
控制器128，配置为控制驱动机构的运行；
计算机126，配置为处理图像传感器输出的图像，计算对准校正数据，并执行控制器的操作程序。
由于晶圆定位标记106、108为平面光学反射结构，通过上述晶圆接合对准系统，可以验证两个晶圆是否平行。
实施例二
图2示出了本发明另一种结构的晶圆接合对准系统，该晶圆接合对准系统包括：
第一晶圆202和第二晶圆204，第一晶圆上设有一定位标记206，第二晶圆上设有位置与定位标记206对应的一定位标记208，上述两个定位标记为晶圆表面凸起的透镜；
视觉检测系统，包括：
光源210，用于提供测量光，图中用虚线表示测量光；
准直透镜212，配置为准直光源发出的光；
分划板214，配置为在待成像物体上叠加图案，该图案作为位置参考，并能够对准待成像物体；
光延迟器216，配置为调整光程差，使两个晶圆上的定位标记在图像传感器上的成像基本同步；
分束器218，配置为将准直后的每束光分束成两个光路；
透镜a220，配置为采集分划板上的图案，并将光路聚焦在第一晶圆和第二晶圆的定位标记上；
透镜b222，配置为采集从第一晶圆和第二晶圆定位标记上反射的分划板图案；
图像传感器224，配置为捕捉从透镜b采集的分划板图案的投影图像数据。
通过上述视觉检测系统中的各设备，实现检测定位从各晶圆对应定位标记反射的分划板图像。
驱动机构230，配置为调整第一晶圆202和第二晶圆204的相对位置；
控制器228，配置为控制驱动机构230的运行；
计算机，226配置为处理图像传感器224输出的图像，计算对准校正数据，并执行控制器228的操作程序。
由于晶圆定位标记206、208为立体结构透镜，通过上述晶圆接合对准系统，可以验证两个晶圆在x、y坐标方向上是否对准。
实施例三
图3示出了本发明又一种结构的晶圆接合对准系统，该结构与实施例二所示的晶圆接合对准系统不同之处在于，第一晶圆302上设有一定位标记306，第二晶圆304上设有位置与定位标记306对应的一定位标记308，上述两个定位标记为晶圆表面凹陷的透镜，其同样用于验证两个晶圆在x、y坐标方向上是否对准。
实施例四
图4示出了本发明另一种晶圆接合对准系统的结构，与实施例一所述晶圆接合对准系统不同之处在于，光延迟器416设置在分束器418与透镜a420之间，可以同时调制测量光路和投影光路电压。
同样，可以根据调制测量光路和投影光路的需要，将实施例二至实施例三中光延迟器的位置调整设置在分束器与透镜a之间。
实施例五
图5示出了本发明另一种结构的晶圆接合对准系统，该晶圆接合对准系统包括：
第一晶圆502和第二晶圆504，第一晶圆上设有两个定位标记506、506’，第二晶圆504上设有分别与定位标记506、506’对应的定位标记508、508’，上述四个定位标记为晶圆表面平面透镜。
本实施例中，视觉检测系统的数量为两套，与第一晶圆或第二晶圆上定位标记的数量相同，各视觉检测系统包括：
光源510/510’，用于提供测量光，图中用虚线表示测量光路；
准直透镜512/512’，配置为准直光源发出的光；
分划板514/514’，配置为在待成像物体上叠加图案，该图案作为位置参考，并能够对准待成像物体；
光延迟器516/516’，配置为调整光程差，使两个晶圆上的定位标记在图像传感器上的成像基本同步；
分束器518/518’，配置为将准直后的每束光分束成两个光路；
透镜a520/520’，配置为采集分划板上的图案，并将光路聚焦在第一晶圆和第二晶圆的定位标记上；
透镜b522/522’，配置为采集从第一晶圆和第二晶圆定位标记上反射的分划板图案；
图像传感器524/524’，配置为捕捉从透镜b采集的分划板图案的投影图像数据。
通过上述视觉检测系统中的各设备，实现检测定位从各晶圆对应定位标记反射的分划板图像。
驱动机构530，配置为调整第一晶圆502和第二晶圆504的相对位置；
控制器528，配置为控制驱动机构530的运行；
计算机526配置为处理图像传感器524输出的图像，计算对准校正数据，并执行控制器528的操作程序。
由于晶圆定位标记506、506’、508、508’为平面光学反射结构，通过上述晶圆接合对准系统，可以验证两个晶圆是否平行。
实施例六
图6示出了本发明另一种结构的晶圆接合对准系统，该晶圆接合对准系统包括：
第一晶圆602和第二晶圆604，第一晶圆上设有两个定位标记606、606’，第二晶圆604上设有分别与定位标记606、606’对应的定位标记608、608’，上述四个定位标记为晶圆表面凸起的透镜。
本实施例中，视觉检测系统的数量为两套，与第一晶圆或第二晶圆上定位标记的数量相同，各视觉检测系统包括：
光源610/610’，用于提供测量光，图中用虚线表示测量光路；
准直透镜612/612’，配置为准直光源发出的光；
分划板614/614’，配置为在待成像物体上叠加图案，该图案作为位置参考，并能够对准待成像物体；
光延迟器616/616’，配置为调整光程差，使两个晶圆上的定位标记在图像传感器上的成像基本同步；
分束器618/618’，配置为将准直后的每束光分束成两个光路；
透镜a620/620’，配置为采集分划板上的图案，并将光路聚焦在第一晶圆和第二晶圆的定位标记上；
透镜b622/622’，配置为采集从第一晶圆和第二晶圆定位标记上反射的分划板图案；
图像传感器624/624’，配置为捕捉从透镜b采集的分划板图案的投影图像数据。
通过上述视觉检测系统中的各设备，实现检测定位从各晶圆对应定位标记反射的分划板图像。
驱动机构630，配置为调整第一晶圆602和第二晶圆604的相对位置；
控制器628，配置为控制驱动机构630的运行；
计算机626配置为处理图像传感器624输出的图像，计算对准校正数据，并执行控制器628的操作程序。
由于晶圆定位标记606、606’、608、608’为凸起的立体结构，通过上述晶圆接合对准系统，可以验证两个晶圆在x、y坐标方向上是否对准。
实施例七
图7示出了本发明另一种结构的晶圆接合对准系统，与实施例六不同之处在于，每个晶圆上的定位标记为两个凹陷的立体结构，其同样用于验证两个晶圆在x、y坐标方向上是否对准。
实施例八
该实施例所述的一种晶圆接合对准系统，包括：
第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆上具有多个对应的定位标记；所述多个定位标记包括第一、第二晶圆表面对应的平面透镜和第一、第二晶圆表面对应的凸起或凹陷的透镜。
视觉检测系统，其数量与上述每个晶圆上定位标记的数量相同，每套视觉检测系统包括：
光源，用于提供测量光；
准直透镜，配置为准直光源发出的光；
分划板，配置为在待成像物体上叠加图案，该图案作为位置参考，并能够对准待成像物体；
光延迟器，配置为调整光程差，使两个晶圆上的定位标记在图像传感器上的成像基本同步；
分束器，配置为将准直后的每束光分束成两个光路；
透镜a，配置为采集分划板上的图案，并将光路聚焦在第一晶圆和第二晶圆的定位标记上；
透镜，配置为采集从第一晶圆和第二晶圆定位标记上反射的分划板图案；
图像传感器，配置为捕捉从透镜b采集的分划板图案的投影图像数据；
通过上述视觉检测系统中的各设备，实现检测定位从各晶圆对应定位标记反射的分划板图像。
驱动机构，配置为调整第一晶圆和第二晶圆的相对位置。
控制器，配置为控制驱动机构的运行。
计算机，配置为处理图像传感器输出的图像，计算对准校正数据，并执行控制器的操作程序。
由于晶圆定位标记为平面光学反射结构和立体光学反射结构的结合，通过该实施例所述的晶圆接合对准系统，可以同时验证两个晶圆是否平行以及在x、y坐标方向上是否对准。
实施例九
该实施例提供的晶圆接合对准系统，将实施例五至实施例八中任一晶圆接合对准系统中光延迟器的位置调整设置在分束器与透镜a之间，这样可以同时调制测量光路和投影光路电压。
实施例十
图8示出了本发明另一种晶圆接合对准系统的结构，与实施例一所述的晶圆接合对准系统不同之处在于，除了在视觉检测系统的测量光路中配置光延迟器816之外，在视觉检测系统的投影光路中，例如在分束器818与透镜b822之间设置第二光延迟器832，第二光延迟器832可调制从各晶圆反射至透镜b的投影光路电压。
同样，可根据调制投影光路的需要，在实施例二至实施例三、实施例五至实施例八所描述的视觉检测系统的投影光路中设置第二光延迟器，调制从各晶圆反射至透镜b的投影光路电压。
实施例十一
为了便于晶圆表面定位标记的生产加工，可将上述实施例中第一晶圆、第二晶圆上的透镜替换为与所在晶圆材质相同、与透镜形状相同的光学反射结构。
图9是基于本发明上述实施例所述的晶圆接合对准结构所采取的对准方法流程图：
步骤901，提供第一晶圆和第二晶圆，其中第一晶圆和第二晶圆上具有多个对应的定位标记；
步骤902，视觉检测系统中光源发出的测量光经光延迟器调制光程差，将分划板图案在各晶圆定位标记表面的反射图像成像到图像传感器上；
具体地，光源发出的测量光通过分划板，分划板上的图案在不同时间投影到不同晶圆的定位标记表面，图案在各晶圆定位标记表面的反射图像被视觉检测系统收集后成像在图像传感器上；
图像传感器可以在测量光投影到上下晶圆定位标记表面的不同时刻，分别拍照，得到两张照片，分别来自不同晶圆定位标记表面的反射图像。
图像传感器也可以延长曝光时间，将测量光投影到上下晶圆定位标记表面的反射图像记录在同一张照片中，当光延迟器调制测量光电压至v1时，测量光将图案投影到第一晶圆上的定位标记，当光延迟器调制测量光电压至v2时，测量光将图案投影到第二晶圆上的定位标记，通过光延迟器将电压在v1、v2两个电压值反复快速切换，由于切换速率很快，使得不同电压下的测量光到达第一晶圆上定位标记与到达第二晶圆上定位标记的时间差非常微小，即不同电压下的测量光几乎是同时到达两个晶圆上的定位标记，实现从各晶圆定位标记反射的分划板图案在图像传感器上基本同步成像；
步骤903，图像传感器输出的图像经计算机处理后，得到上述反射投影图像在两个晶圆坐标系中的位置；
步骤904，对比不同定位标记反射投影图像，通过计算机计算定位标记对准校正数据，若对准校正数据在预定距离范围内，判断两个晶圆定位标记对准，执行晶圆接合操作；若对准校正数据大于预定距离范围，判断两个晶圆定位标记非对准，则执行步骤905；
步骤905，计算机将对准校正数据检测结果反馈至控制器，由控制器控制驱动机构运行，调整第一晶圆或第二晶圆或者两者的位置，进行晶圆对准补偿，重复步骤902至904，直至两个晶圆对准。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。