三维集成电路制造中，对准技术是确保多层芯片键合精度、实现高密度TSV与金属凸点正确互联的核心技术，直接影响芯片性能与集成密度，其高精度可避免互连失效或错误，并支持更小尺寸的TSV与凸点以节约面积。
主流量产采用“对准与键合分离”方案，先在专用设备完成高精度对准再转移键合，有效规避温度变化、硅片翘曲等因素干扰，同时通过分解键合前对准误差与键合滑移误差优化工艺，提升设备利用率。影响精度的关键因素包括键合方式（直接键合滑移小、精度高，高分子键合易滑移）、材料特性（CTE差异导致翘曲，临时键合中玻璃载片翘曲控制是重点）及表面形貌等；对准方法分直接与间接：透明材料（如去衬底SOI器件层）可通过双显微镜直接观测参考点对准，不透明材料则需间接对准（先固定一层参考点再调整另一层，精度稍低）。
当前主流技术涵盖晶圆级（红外/光学透视）、倒装芯片（光学系统定位）及自组装对准，其中SOI的创新应用通过透明结构实现光刻级高精度对准，推动3D IC向更小、更快、更集成方向演进。
红外对准
红外对准技术作为三维集成电路键合工艺中的核心手段，凭借硅材料对近红外光（1.1-1.3eV）的透明特性，通过1.2μm波长左右的红外光源穿透硅片，实现上下层对准标记的精准定位，是早期键合对准的代表性技术。
其原理在于：红外光从晶圆底部照射，经由CCD或红外显微镜捕捉透射图像，通过调整两层硅片的相对位置完成对准，随后直接键合，有效避免了分离式对准中温度变化和硅片翘曲带来的误差。该技术设备结构简单、调整灵活，且支持原位对准，但受材料限制显著——硅氧化物（SiO₂）、氮化物（Si₃N₄）及金属互连层对红外光的吸收与反射会干扰成像，需通过预留对准窗口或采用双面抛光的高等级晶圆（厚度≤300μm）来优化透过率，同时需控制硅片电阻率（>0.01Ω·cm）以避免红外吸收率过高。
精度方面，红外对准的分辨率受波长、镜头放大倍数及机械系统控制精度影响，通常采用最短可用红外波长以提升可视度，并通过减小两层硅片间隙、将对准标记置于相对表面来降低偏差。近年来，推出的近红外显微镜系统（如MIR400）进一步优化了光学设计，支持900-1700nm波段、0.8μm分辨率的透射成像，结合长工作距离物镜（15mm）与高精度电动平台（重复定位精度0.5μm），实现了键合过程的实时监控与闭环控制，显著提升了工艺稳定性。
应用场景上，红外对准主要适用于晶圆级键合（W2W），在芯片级倒装（D2D）中因对准窗口尺寸大、互连布局干扰等问题应用受限，但通过绝缘体上硅（SOI）技术去除衬底后，器件层与玻璃辅助晶圆的透明化处理，可扩展其应用范围。材料与工艺层面，除晶圆抛光外，新型红外穿透塑料（如PC、PMMA）通过模具精度优化（表面粗糙度Ra<0.01μm）与注塑工艺改进，已实现90%以上的红外透过率，有效减少了表面散射对成像的干扰；同时，键合工艺参数（如超声功率110-120DAC、接触力25-35gf）的优化，提升了金丝键合的拉力值与信号传输可靠性，进一步保障了红外对准后的键合质量。
行业最新进展显示，红外对准技术正与机器视觉及AI深度融合，例如通过近红外图像的多光谱融合与深度学习算法，可自动识别复杂背景下的对准标记，降低人工干预需求；此外，中波红外（MWIR）传感器技术的突破（如非制冷量子点探测器、二维材料异质结），为未来更高精度的红外对准设备提供了性能更优、成本更低的检测组件，推动该技术向更微小尺寸TSV与更高密度3D集成方向发展。
光学对准
光学对准技术作为三维集成电路键合工艺中实现高精度定位的核心手段，凭借其抗干扰能力强、适配性广及精度可控等优势，已成为量产设备的主流对准方案，有效弥补了红外对准在复杂材料环境下的性能局限。其核心原理在于通过可见光或特定波段光学系统直接观测上下层硅片的对准标记，结合精密机械调整实现位置匹配，过程直观且调整灵活。
早期代表性技术为背面对准方法，主要用于MEMS双面光刻领域。该技术通过将两层硅片面对背放置，使对准标记均朝向光学显微镜方向，利用间接位置调整完成对准，随后转移至键合机固定。其特点是对准标记朝向一致，但硅片物理方向相反，操作相对简单，但精度受限于标记间接调整的误差累积。
为进一步提升精度，推出SmartView™技术，采用双显微镜双向观测系统：先固定第一层硅片并记录其物理位置，再通过上方显微镜捕捉第二层标记，计算两层相对位置差异后调整，实现面对面放置的高精度对准。尽管设备复杂度增加，但标记间距缩小显著提升了平移与旋转误差的控制能力，尤其适用于需要微米级调整的场景。
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