CH707934A1 - Verfahren zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat. - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat (6) umfasst: – Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan (3), das an einem Bondkopf (2) gelagert ist, – Verschieben des Bondkopfs (2) relativ zum Substrat (6) entlang einer ersten und einer zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats (6) zu platzieren, – Absenken des Saugorgans (3) entlang einer dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat (6) berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan (3) das Bauelement gegen das Substrat (6) drückt, und – Verschieben des Bondkopfs (2) entlang der ersten Bewegungsachse um einen Korrekturwert W 1 und/oder entlang der zweiten Bewegungsachse um einen Korrekturwert W 2 , um eine beim Aufbau der Bondkraft entstehende Schräglage des Saugorgans (3) zu korrigieren, und/oder – Messen und Protokollieren einer Schräglage des Saugorgans (3), und/oder – Messen einer aufgrund der Schräglage des Saugorgans (3) bestehenden Scherkraft und Protokollieren und/oder Kompensieren der Scherkraft.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen, insbesondere Halbleiterchips, auf einem Substrat.

[0002] Die Montage der Bauelemente erfolgt in der Halbleiterindustrie mit Halbleiter-Montageautomaten, die in der Fachwelt als Die Bonder oder Pick und Place Maschinen bekannt sind. Die Bauelemente sind vielfach Halbleiterchips, die auf verschiedenen Typen von Substraten abgesetzt und gebondet werden. Die Bauelemente werden dabei von einem Chipgreifer aufgenommen, insbesondere von einem Saugorgan angesaugt, zur Absetzstelle über dem Substrat gefahren und anschliessend an einer genau definierten Position auf dem Substrat abgesetzt. Der Chipgreifer bzw. das Saugorgan ist in der Regel um seine Längsachse drehbar an einem Bondkopf gelagert. Der Bondkopf ist an einem Pick und Place System befestigt, das die erforderlichen Bewegungen in den drei Raumrichtungen X, Y und Z ermöglicht. Die Z-Richtung entspricht hier und im Folgenden der vertikalen Richtung, während die XY-Ebene die Horizontalebene bildet.

[0003] Neben einer hochgenauen Platzierung der Bauelemente in der XY-Ebene ist es von grosser Bedeutung, dass die Bauelemente planparallel und scherkraftfrei auf das Substrat aufgesetzt werden. Ein schräges Aufsetzen der Bauelemente kann unerwünschte Eigenschaften wie beispielsweise verringerte Haltekraft, schlechtere oder fehlende elektrische Kontaktierungen, ungleichmässige Wärmeübertragung zwischen Bauelementen und Substrat oder eine Beschädigung der Bauelemente zur Folge haben. Scherkräfte können ein Verrutschen des Halbleiterchips bewirken.

[0004] Während des Montagevorgangs besteht ein erhebliches Problem darin, dass beim Anpressen des Bauelementes auf das Substrat aufgrund der dabei erzeugten nicht unerheblichen Anpresskräfte Reaktionskräfte entstehen, die zu einer Verformung des Pick und Place Systems und/oder der Auflage, auf der das Substrat aufliegt, führen können. Eine solche Verformung kann einerseits ein Kippen des Bondkopfs relativ zur Substratoberfläche und damit einen Achsfehler («Tilt») bewirken, der eine entsprechende Schräglage des Bauelements relativ zur Substratoberfläche zur Folge hat. Eine solche Verformung kann andererseits Scherkräfte erzeugen und in der Folge zu einem Verrutschen des Halbleiterchips führen. Die Fig. 1 und 2 illustrieren das Auftreten eines Achsfehlers anhand einer einfachen schematischen Darstellung eines Pick und Place Systems 1, an dem ein Bondkopf 2 mit einem Saugorgan 3 zum Ansaugen eines Halbleiterchips 4 befestigt ist, und einer Substratauflage 5, auf der ein Substrat 6 aufliegt und festgehalten wird. Die vom Saugorgan 3 auf das Substrat 5 ausgeübte Kraft wird üblicherweise als Bondkraft bezeichnet. Die Fig. 1 zeigt die genannten Objekte im unbelasteten Zustand, die Fig. 2 zeigt die genannten Objekte unter dem Einfluss einer Bondkraft F, die einen Achsfehler bewirkt. Der Achsfehler ist als Winkel 0 bezeichnet.

[0005] Zur Vermeidung dieses unerwünschten Achsfehlers ist es bekannt, das Pick und Place System möglichst steif auszubilden. Trotz optimierter Technologie im Leichtbau ist damit zwangsläufig eine relativ grosse Masse verbunden. Durch die Massivbauweise sinkt der Durchsatz der Halbleiter-Montageeinrichtung bei gegebener Antriebsleistung beträchtlich. Darüber hinaus kann auch bei sehr massiver Ausbildung des Pick und Place Systems und der Substratauflage nie ganz vermieden werden, dass das Saugorgan beim Anpressen auf das Substrat etwas ausweicht.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichen Achsfehler des Saugorgans und weitere Probleme, die die beim Aufbau der Bondkraft entstehende Verformung des Pick und Place Systems und/oder der Substratauflage verursacht, zu erkennen und/oder zu beheben, ohne dass das Pick und Place System besonders steif ausgebildet werden muss.

[0007] Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die durch die Bondkraft bewirkte Verformung des Systems im Wesentlichen zwei unerwünschte Effekte mit sich bringt, von denen je nach Ausgestaltung des Systems der eine der Haupteffekt und der andere der Nebeneffekt ist. Der erste Effekt ist ein Kippen und daraus resultierend ein Versatz des Bondkopfs, der zu einer Schräglage (Tilt) des Saugorgans führt. Eine Schräglage des Saugorgans entsteht dann, wenn die Verformung des Systems zu einem Kippen des Bondkopfs um einen Drehpunkt führt, der verschieden ist von dem Drehpunkt, um den das Saugorgan relativ zum Bondkopf kippen kann. Der zweite Effekt sind auf das Saugorgan einwirkende rücktreibende Kräfte, die zu einem Verrutschen des Bauteils auf dem Substrat führen können. Solche rücktreibende Kräfte entstehen im Lager des Bondkopfs und wirken auf das Saugorgan, wenn die Verformung des Systems dazu führt, dass der Bondkopf relativ zum Saugorgan verkippt wird.

[0008] Die Kompensation des ersten Effekts erfolgt gemäss einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein erstes Verfahren, das folgende Schritte umfasst: <tb>A)<SEP>Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan, das an einem Bondkopf gelagert ist, wobei der Bondkopf relativ zum Substrat mittels einer ersten Bewegungsachse und einer zweiten Bewegungsachse, die eine Ebene aufspannen, verschiebbar ist und wobei der Bondkopf und/oder das Saugorgan mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der genannten Ebene verläuft, verschiebbar ist; <tb>B)<SEP>Verschieben des Bondkopfs mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats zu platzieren; <tb>C)<SEP>Absenken des Saugorgans mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan das Bauelement gegen das Substrat drückt; und <tb>D)<SEP>Verschieben des Bondkopfs und/oder des Substrats mittels der ersten Bewegungsachse um einen Korrekturwert W1und/oder mittels der zweiten Bewegungsachse um einen Korrekturwert W2, um eine beim Aufbau der Bondkraft entstehende Schräglage des Saugorgans zu korrigieren, wobei die Korrekturwerte W1und W2entweder <tb><SEP>– mittels gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt werden, oder <tb><SEP>– aus von einem Sensor gelieferten Messwerten und gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt werden, oder <tb><SEP>– mittels einer Regelung erzeugt werden, die auf von einem Sensor gelieferten Messsignalen basiert.

[0009] Gemäss einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein zweites Verfahren die Schritte A-C des ersten Verfahrens, und die Schritte <tb>D)<SEP>mit einem Sensor Messen einer allfälligen Schräglage des Saugorgans oder einer von einer allfälligen Schräglage des Saugorgans abhängigen physikalischen Grösse, <tb>E)<SEP>Protokollieren der von dem Sensor gelieferten Messwerte, und, fakultativ, <tb>E)<SEP>Stoppen des Verfahrens, wenn ein von dem Sensor gelieferter Messwert ergibt, dass die Schräglage des Saugorgans einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

[0010] Eine von der Schräglage des Saugorgans abhängige physikalische Grösse ist beispielsweise ein Drehmoment. Als Sensor eignet sich dann beispielsweise ein Zwei oder Mehrachsen-Drehmoment-Sensor, der wenigstens die durch die Schräglage des Saugorgans in der XZ-Ebene und in der YZ-Ebene entstehenden Drehmomente misst. Als Sensor kann auch jeder andere Sensor verwendet werden, der in der Lage ist, die Schräglage des Saugorgans zu messen. Der Sensor kann beispielsweise ein optischer Sensor sein, der die Höhe von drei Punkten des Saugorgans erfasst, die im Abstand zueinander angeordnet sind und somit eine Ebene definieren. Die Lage der Ebene im Raum hängt ab von der Lage des Saugorgans.

[0011] Die Kompensation des zweiten Effekts erfolgt gemäss einem dritten Aspekt durch ein drittes Verfahren, das die Schritte A bis C des ersten Verfahrens, und folgende Schritte umfasst: <tb>D)<SEP>mit einem Sensor Messen mindestens einer Scherkraft, die aufgrund einer vom Bondkopf auf das Saugorgan einwirkenden Kraft besteht; und <tb>E)<SEP>Betätigen mindestens eines Aktors, mit dem eine in einer vorbestimmten Richtung auf den Bondkopf wirkende Kraft erzeugbar ist, zum Kompensieren oder Reduzieren der gemessenen mindestens einen Scherkraft.

[0012] Eine dazu geeignete Halbleiter-Montageeinrichtung umfasst bevorzugt zwei Aktoren. In diesem Fall ist der Sensor vorzugsweise ausgelegt, die in der XY-Ebene in der X-Richtung entstehende Scherkraft und/oder der Y-Richtung entstehende Scherkraft zu messen. Die Kraftrichtungen der Aktoren liegen in der XY-Ebene. Bevorzugt ist die Kraftrichtung des ersten Aktors die X-Richtung, die Kraftrichtung des zweiten Aktors die Y-Richtung. Die Schritte D und E sind dann: <tb>D)<SEP>mit einem Sensor Messen einer ersten und einer zweiten Scherkraft; und <tb>E)<SEP>Betätigen eines ersten Aktors und/oder eines zweiten Aktors, wobei mit dem ersten Aktor eine in einer ersten Richtung auf den Bondkopf wirkende Kraft und mit dem zweiten Aktor eine in einer zweiten Richtung auf den Bondkopf wirkende Kraft erzeugbar ist, zum Kompensieren oder Reduzieren der gemessenen Scherkraft/Scherkräfte.

[0013] Eine dazu geeignete Halbleiter-Montageeinrichtung kann aber auch drei Aktoren umfassen, die beispielsweise winkelmässig um jeweils 120° versetzt zueinander angeordnet sind und die zum Kompensieren oder Reduzieren der gemessenen Scherkraft/Scherkräfte benutzt werden.

[0014] Gemäss einem vierten Aspekt der Erfindung umfasst ein viertes Verfahren die Schritte A–D des dritten Verfahrens, und die Schritte <tb>E)<SEP>Protokollieren der von dem Sensor gelieferten Messwerte, und, fakultativ, <tb>F)<SEP>Stoppen des Verfahrens, wenn ein von dem Sensor gelieferter Messwert ergibt, dass die gemessene mindestens eine Scherkraft einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

[0015] Mit einer Halbleiter-Montageeinrichtung, die die genannten drei Bewegungsachsen und die genannten beiden Aktoren aufweist, kann sowohl der erste Effekt als auch der zweite Effekt oder beide Effekte kompensiert werden. In diesem Fall ist der Sensor zumindest ein Vier-Achsen-Kraft-Drehmoment-Sensor, der einerseits die durch die Schräglage des Saugorgans in der XZ-Ebene und in der YZ-Ebene entstehenden Drehmomente und andererseits die in der XY-Ebene in der X-Richtung und der Y-Richtung entstehenden Scherkräfte misst. Selbstverständlich kann auch ein Sechs-Achsen-Kraft-Drehmoment-Sensor verwendet werden, da Sechs-Achsen-Kraft-Drehmoment-Sensoren leichter erhältlich sind als Vier-Achsen-Kraft-Drehmoment-Sensoren.

[0016] Der Begriff Sensor ist in einem weiten Sinne zu verstehen, indem der Sensor auch ein Sensorsystem mit mehreren Einzelsensoren sein kann und/oder mehr als ein Ausgangssignal liefern kann.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt schematisch Teile einer Halbleiter-Montageeinrichtung im unbelasteten Zustand, <tb>Fig. 2<SEP>zeigt die genannten Teile im belasteten Zustand, <tb>Fig. 3<SEP>zeigt schematisch eine Halbleiter-Montageeinrichtung, soweit es für das Verständnis des erfindungsgemässen Verfahrens erforderlich ist, <tb>Fig. 4 – 6<SEP>zeigen in stark übertriebener Weise drei Momentaufnahmen während des erfindungsgemässen Verfahrens, und <tb>Fig. 7<SEP>eine weitere Halbleiter-Montageeinrichtung.

[0018] Das erfindungsgemässe Verfahren zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen, insbesondere von Halbleiterchips, auf einem Substrat, wird mittels eines Halbleiter-Montageautomaten, d.h. insbesondere eines Die Bonders oder einer Pick und Place Maschine, durchgeführt, die einen Bondkopf 2 mit einem Saugorgan 3 umfasst. Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiter-Montageeinrichtung, soweit es für das Verständnis des erfindungsgemässen Verfahrens erforderlich ist. Die Halbleiter-Montageeinrichtung umfasst eine erste Bewegungsachse und eine zweite Bewegungsachse, die dazu dienen, den Bondkopf 2 relativ zum Substrat 6 in einer vorbestimmten Ebene zu verschieben. Die von den beiden Bewegungsachsen aufgespannte XY-Ebene ist in diesem Beispiel die Horizontalebene. Der Bondkopf 2 und/oder das Saugorgan 3 sind mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der XY-Ebene in der Z-Richtung verläuft, verschiebbar. Die drei Bewegungsachsen sind elektrisch und/oder pneumatisch angetriebene Achsen und sind Teil eines Pick und Place Systems und/oder einer Transportvorrichtung für den Transport der Substrate 6 und ermöglichen die Relativverschiebung des Saugorgans 3 in Bezug auf das Substrat 6. Eine solche Bewegungsachse umfasst eine Führung, ein bewegliches Teil, zum Beispiel einen in der Führung bewegbaren Schlitten, und einen zugehörigen Antrieb. Die Lagerung des Schlittens kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise mittels eines Luftlagers oder eines Kugellagers. Zwischen den Führungen und den beweglich gelagerten Schlitten besteht somit eine gewisse Elastizität, die bei einem Luftlager typischerweise etwas grösser ist als bei einem Kugellager.

[0019] Die erste Bewegungsachse umfasst erste Führungen 7, auf denen ein erster Schlitten 8 in X-Richtung verschiebbar ist. Die zweite Bewegungsachse umfasst zweite Führungen 9, auf denen ein zweiter Schlitten 10 in Y-Richtung verschiebbar ist. Die zweiten Führungen 9 sind am ersten Schlitten 8 angebracht. Die dritte Bewegungsachse umfasst dritte Führungen 11, die am zweiten Schlitten 10 angebracht sind, und einen dritten Schlitten 12, an dem der Bondkopf 2 befestigt ist. Die drei Bewegungsachsen sind bei diesem Ausführungsbeispiel Teil eines XYZ-Pick und Place Systems. Jede Bewegungsachse umfasst zudem einen nicht dargestellten Antrieb, um den zugehörigen Schlitten entlang der zugehörigen Führung zu verschieben.

[0020] Mit Vorteil ist eine vierte Bewegungsachse vorgesehen, die die Bewegung des Saugorgans 3 relativ zum Bondkopf 2 ermöglicht, wobei die Richtung der vierten Bewegungsachse gleich der Richtung der dritten Bewegungsachse, d.h. hier der Z-Richtung, ist. Die vierte Bewegungsachse ermöglicht somit eine Bewegung des Saugorgans 3 entlang seiner Längsachse 13. Die vierte Bewegungsachse kann ohne Antrieb ausgestattet sein, so dass sie (nur) passive Bewegungen erlaubt. Das Saugorgan 3 ist in der Regel zudem um seine Längsachse 13 drehbar am Bondkopf 2 gelagert. Die Lagerung des Saugorgans 3 am Bondkopf erfolgt vorzugsweise mit einem Luftlager. Die Bondkraft wird vorzugsweise auf pneumatische oder elektromechanische Weise erzeugt, wobei die dafür nötigen Bauteile vorzugsweise zwischen dem Bondkopf 2 und dem Saugorgan 3 angeordnet sind.

[0021] Wenn bei der Montage des Halbleiterchips 4 die Bondkraft aufgebaut wird, dann entsteht aufgrund der einseitigen, asymmetrischen Lagerung des Bondkopfs 2 am dritten Schlitten 12 ein Drehmoment, das infolge der endlichen Steifigkeit bzw. der Elastizität der Bewegungsachsen und deren Lager die Richtung der Längsachse des Saugorgans 3 verändert: Die Längsachse des Saugorgans 3 verläuft nicht mehr parallel zur Z-Richtung, sondern schräg zur Z-Richtung. Die Schräglage kann durch zwei Winkel θ1 und θ2 charakterisiert werden, nämlich durch den Neigungswinkel θ1 der Längsachse des Saugorgans 3 in der XZ-Ebene und den Neigungswinkel θ2 in der YZ-Ebene. Dadurch entsteht auch eine Schräglage des Halbleiterchips 4 mit der Folge, dass die Unterseite des Halbleiterchips 4 und das Substrat 6 nicht mehr planparallel zueinander ausgerichtet sind. Das Drehmoment bzw. die Richtung der Längsachse des Saugorgans 3, die sich einstellt, hängt einerseits von der Bondkraft, andererseits aber auch vom Ort ab, an dem sich der erste Schlitten 8 in Bezug auf die erste Führung 7, der zweite Schlitten 10 in Bezug auf die zweite Führung 9 und der dritte Schlitten 12 mit dem Bondkopf 2 in Bezug auf die dritte Führung 11 befindet.

[0022] Um diese Schräglage zu korrigieren wird der Bondkopf 2 mittels der ersten und/oder zweiten Bewegungsachse so weit verschoben, bis die Längsachse des Saugorgans 3 wieder parallel zur Z-Richtung verläuft. Die Haftreibung zwischen dem Halbleiterchip 4 und dem Substrat 6 sorgt dafür, dass der Halbleiterchip 4 auf dem Substrat 6 nicht verrutscht. Somit genügt es, die Korrekturbewegungen der ersten und zweiten Bewegungsachse auszuführen, wenn der Aufbau der Bondkraft abgeschlossen ist.

[0023] Das erfindungsgemässe Verfahren für die Montage eines Halbleiterchips bzw. eines Bauelementes umfasst bei einer solchen Halbleiter-Montageeinrichtung deshalb die folgenden Schritte für die Korrektur des ersten Effekts, d.h. die Korrektur der Schräglage des Saugorgans 3: Aufnehmen des Bauelements mit dem Saugorgan 3, Verschieben des Bondkopfs 2 mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats 6 zu platzieren, Absenken des Saugorgans 3 mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat 6 berührt, und Erzeugen der vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan 3 das Bauelement gegen das Substrat 6 drücken soll, und Verschieben des Bondkopfs 2 mittels der ersten Bewegungsachse um einen Korrekturwert W1, und/oder mittels der zweiten Bewegungsachse um einen Korrekturwert W2, um eine beim Aufbau der Bondkraft entstehende Schräglage der Längsachse des Saugorgans 3 zu korrigieren.

[0024] Das Erzeugen der Bondkraft und das Verschieben des Bondkopfs 2 können gleichzeitig erfolgen, um das Entstehen eines Drehmoments und damit eine Schräglage der Längsachse des Saugorgans 3 von Anfang an zu verhindern.

[0025] Der Ausdruck «Verschieben des Bondkopfs 2» mittels einer Bewegungsachse bedeutet, dass entsprechend der für die Bewegungsachse gewählten Konstruktion entweder der Bondkopf 2 oder das Substrat 6 verschoben wird, da es auf die Relativverschiebung ankommt.

[0026] Die Korrekturwerte W1und W2werden entweder 1) mittels gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt, oder 2) aus von einem Sensor 14 gelieferten Messwerten und gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt, oder 3) aufgrund von einem Sensor 14 gelieferten Messsignalen in einer Regelschaltung erzeugt.

[0027] Bei der Variante 1 werden die Korrekturwerte W1und W2aufgrund von Positionsdaten, d.h. aufgrund der vom Bondkopf 2 über dem Substratplatz eingenommenen Sollpositionen der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, und gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt. Bei der Variante 2 werden die Korrekturwerte W1und Wo aufgrund der vom Sensor 14 gelieferten Messsignale und gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt. Die Kalibrierdaten werden – wie der Name sagt – jeweils vorgängig in einem Kalibriervorgang mittels des Sensors 14 ermittelt, der am Ort des Substrats 6 auf der Substratauflage 5 platziert oder am Saugorgan 3 oder Bondkopf 2 angeordnet oder eingebaut ist. Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 14 in das Saugorgan 3 eingebaut. Die Kalibrierdaten können beispielsweise in Form einer Look-up Tabelle oder in Form einer Funktion oder in einer anderen geeigneten Form gespeichert werden.

[0028] Der Begriff Sensor wird hier in einem Sinne verwendet, der auch die zugehörige Elektronik einschliesst. Der Sensor 14 liefert wenigstens zwei Messsignale. Die Messsignale beinhalten beispielsweise die Information über den Neigungswinkel θ1 und den Neigungswinkel θ2 der Längsachse des Saugorgans 3 und/oder die Information über das Drehmoment in der XZ-Ebene und das Drehmoment in der YZ-Ebene, die das vom Saugorgan 3 gehaltene Bauelement auf das Substrat 6 ausübt. Die Schräglage des Saugorgans 3 ist so klein, dass sie von Auge nicht sichtbar ist. Aus diesem Grund ist der Sensor 14 vorzugsweise ein Sensor, der das vom Saugorgan 3 auf die Substratauflage 5 entlang der ersten Bewegungsachse ausgeübte Drehmoment und das entlang der zweiten Bewegungsachse ausgeübte Drehmoment messen kann. Ein solcher Sensor ist beispielsweise ein 2-Achsen Drehmoment-Sensor. Geeignet sind auch im Handel erhältliche 6-Achsen Kraft-Momenten-Sensoren. Alternativ kann auch ein optischer Sensor, z.B. ein optisches Triangulationsmesssystem, oder ein induktiver Sensor oder ein anderer geeigneter Sensor verwendet werden.

[0029] Eine bevorzugte Art, die Korrekturwerte W1und W2zu ermitteln, wird nachfolgend für die drei genannten Varianten im Detail erläutert.

Variante 1 = Verwenden von Positionsdaten und von gespeicherten Kalibrierdaten zur Bestimmung der Korrekturwerte W1und W2

[0030] Bei der Montage eines Halbleiterchips 4 wird der Bondkopf 2 an die entsprechende X, Y Position über dem Substrat 6 gefahren. Die dieser Position zugeordneten Korrekturwerte W1und W2werden dann mittels der Kalibrierdaten bestimmt, bei der Speicherung in einer Look-up Tabelle wenn nötig mithilfe von Interpolation. Die Kalibrierdaten stellen also die Beziehung zwischen der X, Y Position des Bondkopfs 2 (und gegebenenfalls weiterer Parameter wie der Bondkraft) und den Korrekturwerten W1und W2dar.

Variante 2 = Verwenden eines Sensors und von gespeicherten Daten zur Bestimmung der Korrekturwerte W1und W2

[0031] Diese Variante ist ähnlich der Variante 1, jedoch mit dem Unterschied, dass der Sensor 14 permanent eingebaut ist, entweder in der Substratauflage 5 oder im Saugorgan 3 oder im Bondkopf 2. Bei der Montage eines Halbleiterchips 4 wird der Bondkopf 2 an die entsprechende X, Y Position über dem Substrat 6 gefahren und der Bondkopf 2 abgesenkt, bis die Bondkraft aufgebaut ist. Die den dann von dem Sensor 14 gelieferten Messwerten zuzuordnenden Korrekturwerte W1und W2werden mittels der Kalibrierdaten bestimmt, bei der Speicherung in einer Look-up Tabelle wenn nötig mithilfe von Interpolation. Die Kalibrierdaten stellen also die Beziehung zwischen den Messsignalen des Sensors 14 und den Korrekturwerten W1und W2dar.

Variante 3 = Verschieben des Bondkopfs entlang der ersten und/oder zweiten Bewegungsachse durch Regelung der Korrekturwerte W1und W2aufgrund der Messsignale eines Sensors

[0032] Bei dieser Variante ist der Sensor 14 permanent in der Substratauflage 5 oder im Saugorgan 3 oder im Bondkopf 2 eingebaut. Die Messsignale des Sensors 14 werden benutzt, um die von der ersten Bewegungsachse eingenommene X-Position des Bondkopfs 2 und die von der zweiten Bewegungsachse eingenommene Y-Position des Bondkopfs 2 derart zu regeln, dass die Drehmomente verschwinden. Die Regelung erzeugt auf diese Weise die Korrektur der X-Position und der Y-Position des Bondkopfs 2 um die erforderlichen Korrekturwerte W1und W2.

[0033] Die Fig. 4 bis 6 zeigen schematisiert drei Momentaufnahmen des Pick und Place Systems während des erfindungsgemässen Verfahrens. Die durch die Bondkraft F bewirkte Verformung des Systems ist zum Verständnis stark überzeichnet, sie ist von Auge nicht sichtbar. Die Fig. 4 zeigt den Zustand an dem Zeitpunkt, an dem sich die erste Bewegungsachse an der Sollposition X befindet und die Bondkraft F, mit der das Saugorgan 3 den Halbleiterchip 4 gegen das Substrat 6 drückt, noch nicht aufgebaut ist. Die Bewegungsachsen verlaufen in ihren Soll-Richtungen. Die Fig. 5 zeigt den Zustand an dem Zeitpunkt, an dem die Bondkraft aufgebaut ist. Die Bewegungsachsen verlaufen wegen der angelegten Bondkraft F und der Elastizität des Systems nicht mehr in ihren Soll-Richtungen, was zu einer Neigung der Längsachse des Saugorgans 3 in der XZ Ebene um den Winkel θ1 und in der YZ-Ebene um den Winkel θ2 (nicht dargestellt) führt. Dies ist in der Fig. 5 in stark übertriebener Weise illustriert durch die Schräglage des dritten Schlittens 12 des Pick und Place Systems und des Saugorgans 3. Die Fig. 6 zeigt den Zustand des Pick und Place Systems an dem Zeitpunkt, an dem die Korrekturbewegung um die Distanz W1abgeschlossen ist. Die erste Bewegungsachse befindet sich nun an der Position X + W1, Die Längsachse des Saugorgans 3 verläuft wieder senkrecht zur Oberfläche des Substrats 6. Die Bondkraft F wirkt noch, weshalb die Richtungen der Bewegungsachsen des Pick und Place Systems noch immer von ihren Soll-Richtungen abweichen. Bei dem in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Beispiel ist es der Elastizität des Lagers zwischen dem Saugorgan 3 und dem Bondkopf 2 zu verdanken, dass sich die Längsachse 13 des Saugorgans 3 während der Korrekturbewegung um den Winkel θ1 bzw. θ2 drehen kann, so dass die Längsachse 13 am Ende der Korrekturbewegung senkrecht zum Substrat 6 ausgerichtet ist. Die durch die Korrekturbewegung zu erreichende Ausrichtung der Längsachse 13 des Saugorgans 3 senkrecht zum Substrat 6 kann auch auf andere Weisen erreicht werden, beispielsweise weil andere Teile des Pick und Place Systems 1 die dazu erforderliche Elastizität aufweisen oder weil der Bondkopf 2 mittels eines Festkörpergelenks und/oder kardanischer Lagerung oder eines Kugelgelenks am dritten Schlitten 12 des Pick und Place System 1 gelagert ist. Ein Beispiel einer Lagerung des Bondkopfs 2 mittels eines Kugelgelenks 15 ist in der Fig. 7 dargestellt.

[0034] Das Erzeugen der Bondkraft und das Verschieben des Bondkopfs 2 können gleichzeitig erfolgen, um das Entstehen eines Drehmoments und damit eine Schräglage der Längsachse des Saugorgans 3 von Anfang an zu verhindern.

[0035] Wie der Fig. 6 zu entnehmen ist, ist das Saugorgan 3 nach erfolgter Korrekturbewegung lotrecht ausgerichtet, aber der Bondkopf 2 ist dies nicht zwingend auch. Der Bondkopf 2 übt deshalb eine Kraft/Kräfte auf das Saugorgan 3 aus, die dann zu den genannten Scherkräften zwischen dem Halbleiterchip 4 und dem Substrat 6 führen.

[0036] Um bei der in der Fig. 3 dargestellten Halbleiter-Montageeinrichtung den zweiten Effekt, d.h. vom Saugorgan 3 bzw. Halbleiterchip 4 ausgeübte Scherkräfte, zumindest zu erfassen, ist der Sensor 14 ein Vier- oder Sechs-Achsen-Kraft-Drehmoment-Sensor, der einerseits die durch die Schräglage des Saugorgans 3 in der XZ-Ebene und in der YZ-Ebene wirkenden Drehmomente und andererseits die in der XY-Ebene in der X-Richtung und der Y-Richtung wirkenden Scherkräfte misst. Die Halbleiter-Montageeinrichtung ist dann bevorzugt eingerichtet, die von dem Sensor gemessenen Werte zu protokollieren und/oder den Montageprozess zu stoppen, wenn zumindest eine der gemessenen Scherkräfte einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

[0037] Um den zweiten Effekt zu kompensieren, umfasst die Halbleiter-Montageeinrichtung zusätzlich mindestens einen (vorzugsweise zwei oder drei) zwischen dem dritten Schlitten 12 und dem Bondkopf 2 angebrachten Aktor 16. Bei einer Ausführung mit zwei Aktoren 16 kann der erste eine beispielsweise in X-Richtung auf den Bondkopf 2 einwirkende Kraft und der zweite eine beispielsweise in Y-Richtung auf den Bondkopf 2 einwirkende Kraft erzeugen. Ein Beispiel einer solchen Halbleiter-Montageeinrichtung ist in der Fig. 7 gezeigt. Bei dieser Halbleiter-Montageeinrichtung können sowohl eine unerwünschte Schräglage des Saugorgans 3 als auch unerwünschte Scherkräfte kompensiert werden. Bei einer Ausführung mit drei Aktoren 16 sind diese beispielsweise winkelmässig um 120° versetzt zueinander angeordnet.

[0038] Bei dieser Halbleiter-Montageeinrichtung können die Aktoren 16 auch als Sensor benutzt werden, um eine allfällig beim Auftreffen des Halbleiterchips 4 auf dem Substrat 6 entstehende Schräglage des Saugorgans 3 zu detektieren und messen, indem sie ein Feedback Signal liefern, das beispielsweise in einem Positionsmodus des Aktors 16 eine Information über eine durch die Schräglage des Saugorgans 3 bewirkte Positionsänderung oder in einem Kraftmodus des Aktors 16 eine Information über eine durch die Schräglage des Saugorgans 3 bewirkte Kraftänderung enthält.

[0039] Wie stark sich die durch die Bondkraft entstehende Verformung des Systems auf die Schräglage des Saugorgans 3 auswirken und wie gross die entstehenden Scherkräfte sind, hängt von der konkreten Konstruktion der Halbleiter-Montageeinrichtung ab. Während im allgemeinen Fall die Schräglage eine beliebige Richtung und auch die Scherkraft eine beliebige Richtung haben kann, kann es im Einzelfall auch sein, dass die Schräglage in einer vorbestimmten Ebene und/oder die Scherkraft in einer vorbestimmten Richtung auftritt. In diesem Fall genügt es, wenn der Sensor nur ein Drehmoment bzw. nur eine Scherkraft messen kann und die Korrekturen dementsprechend erfolgen. So wäre dann beispielsweise auch nur ein einziger Aktor nötig.

Claims (10)

1. Verfahren zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat (6), umfassend – Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan (3), das an einem Bondkopf (2) gelagert ist, wobei der Bondkopf (2) relativ zum Substrat (6) mittels einer ersten Bewegungsachse und einer zweiten Bewegungsachse, die eine Ebene aufspannen, verschiebbar ist und wobei der Bondkopf (2) und/oder das Saugorgan (3) mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der genannten Ebene verläuft, verschiebbar ist; – Verschieben des Bondkopfs (2) mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats (6) zu platzieren; – Absenken des Saugorgans (3) mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat (6) berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan (3) das Bauelement gegen das Substrat (6) drückt; und – Verschieben des Bondkopfs (2) und/oder des Substrats (6) entlang einer ersten Richtung um einen Korrekturwert W, und/oder entlang einer zweiten Richtung um einen Korrekturwert W2, um eine beim Aufbau der Bondkraft entstehende Schräglage des Saugorgans (3) zu korrigieren, wobei die Korrektur werte W1und W2entweder – mittels gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt werden, oder – aus von einem Sensor (14) gelieferten Messwerten und gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt werden, oder – mittels einer Regelung erzeugt werden, die auf von einem Sensor (14) gelieferten Messsignalen basiert.

2. Verfahren zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat (6), umfassend – Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan (3), das an einem Bondkopf (2) gelagert ist, wobei der Bondkopf (2) relativ zum Substrat (6) mittels einer ersten Bewegungsachse und einer zweiten Bewegungsachse, die eine Ebene aufspannen, verschiebbar ist und wobei der Bondkopf (2) und/oder das Saugorgan (3) mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der genannten Ebene verläuft, verschiebbar ist; – Verschieben des Bondkopfs (2) mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats (6) zu platzieren; – Absenken des Saugorgans (3) mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat (6) berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan (3) das Bauelement gegen das Substrat (6) drückt; – Messen mindestens einer Scherkraft, die aufgrund einer vom Bondkopf (2) auf das Saugorgan (3) einwirkenden Kraft besteht, und – Betätigen mindestens eines Aktors (16), mit dem eine in einer vorbestimmten Richtung auf den Bondkopf (2) wirkende Kraft erzeugbar ist, zum Kompensieren oder Reduzieren der gemessenen mindestens einen Scherkraft.

3. Verfahren zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat (6), umfassend – Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan (3), das an einem Bondkopf (2) gelagert ist, wobei der Bondkopf (2) relativ zum Substrat (6) mittels einer ersten Bewegungsachse und einer zweiten Bewegungsachse, die eine Ebene aufspannen, verschiebbar ist und wobei der Bondkopf (2) und/oder das Saugorgan (3) mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der genannten Ebene verläuft, verschiebbar ist; – Verschieben des Bondkopfs (2) mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats (6) zu platzieren; – Absenken des Saugorgans (3) mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat (6) berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan (3) das Bauelement gegen das Substrat (6) drückt; und – mit einem Sensor (14) zumindest Messen und Protokollieren einer allfälligen Schräglage des Saugorgans (3) oder einer von einer Schräglage des Saugorgans (3) abhängigen physikalischen Grösse, und/oder mindestens einer Scherkraft, die aufgrund einer vom Bondkopf (2) auf das Saugorgan (3) einwirkenden Kraft besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, weiter umfassend – Stoppen des Verfahrens, wenn ein gemessenes Drehmoment einen Grenzwert bzw. eine gemessene Scherkraft einen Grenzwert überschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14) ein Zwei- oder Mehrachsen-Kraft-Drehmoment-Sensor ist.

6. Vorrichtung zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat (6), die eingerichtet ist, folgende Schritte durchzuführen: – Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan (3), das an einem Bondkopf (2) gelagert ist, wobei der Bondkopf (2) relativ zum Substrat (6) mittels einer ersten Bewegungsachse und einer zweiten Bewegungsachse, die eine Ebene aufspannen, verschiebbar ist und wobei der Bondkopf (2) und/oder das Saugorgan (3) mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der genannten Ebene verläuft, verschiebbar ist; – Verschieben des Bondkopfs (2) mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats (6) zu platzieren; – Absenken des Saugorgans (3) mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat (6) berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan (3) das Bauelement gegen das Substrat (6) drückt; und – Verschieben des Bondkopfs (2) und/oder des Substrats (6) entlang einer ersten Richtung um einen Korrekturwert W2und/oder entlang einer zweiten Richtung um einen Korrekturwert W2, um eine beim Aufbau der Bondkraft entstehende Schräglage des Saugorgans (3) zu korrigieren, wobei die Korrekturwerte W1und W2entweder – mittels gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt werden, oder – aus von einem Sensor (14) gelieferten Messwerten und gespeicherten Kalibrierdaten bestimmt werden, oder – mittels einer Regelung erzeugt werden, die auf von einem Sensor (14) gelieferten Messsignalen basiert.

7. Vorrichtung zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat (6), die eingerichtet ist, folgende Schritte durchzuführen: – Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan (3), das an einem Bondkopf (2) gelagert ist, wobei der Bondkopf (2) relativ zum Substrat (6) mittels einer ersten Bewegungsachse und einer zweiten Bewegungsachse, die eine Ebene aufspannen, verschiebbar ist und wobei der Bondkopf (2) und/oder das Saugorgan (3) mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der genannten Ebene verläuft, verschiebbar ist; – Verschieben des Bondkopfs (2) mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats (6) zu platzieren; – Absenken des Saugorgans (3) mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat (6) berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan (3) das Bauelement gegen das Substrat (6) drückt; – Messen mindestens einer Scherkraft, die aufgrund einer vom Bondkopf (2) auf das Saugorgan (3) einwirkenden Kraft besteht, und – Betätigen mindestens eines Aktors (16), mit dem eine in einer vorbestimmten Richtung auf den Bondkopf (2) wirkende Kraft erzeugbar ist, zum Kompensieren oder Reduzieren der gemessenen mindestens einen Scherkraft.

8. Vorrichtung zum Montieren von elektronischen oder optischen Bauelementen auf einem Substrat (6), die eingerichtet ist, folgende Schritte durchzuführen: – Aufnehmen des Bauelements mit einem Saugorgan (3), das an einem Bondkopf (2) gelagert ist, wobei der Bondkopf (2) relativ zum Substrat (6) mittels einer ersten Bewegungsachse und einer zweiten Bewegungsachse, die eine Ebene aufspannen, verschiebbar ist und wobei der Bondkopf (2) und/oder das Saugorgan (3) mittels einer dritten Bewegungsachse, die senkrecht zu der genannten Ebene verläuft, verschiebbar ist; – Verschieben des Bondkopfs (2) mittels der ersten Bewegungsachse und der zweiten Bewegungsachse, um das Bauelement in einer Sollposition oberhalb des Substrats (6) zu platzieren; – Absenken des Saugorgans (3) mittels der dritten Bewegungsachse, bis das Bauelement das Substrat (6) berührt, und Erzeugen einer vorbestimmten Bondkraft, mit der das Saugorgan (3) das Bauelement gegen das Substrat (6) drückt; und – mit einem Sensor (14) zumindest Messen und Protokollieren einer allfälligen Schräglage des Saugorgans (3) oder einer von einer Schräglage des Saugorgans (3) abhängigen physikalischen Grösse, und/oder mindestens einer Scherkraft, die aufgrund einer vom Bondkopf (2) auf das Saugorgan (3) einwirkenden Kraft besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, die weiter eingerichtet ist, folgenden Schritt durchzuführen: – Stoppen des Verfahrens, wenn ein gemessenes Drehmoment einen Grenzwert bzw. eine gemessene Scherkraft einen Grenzwert überschreitet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14) ein Zwei- oder Mehrachsen-Kraft-Drehmoment-Sensor ist.