CN102696093B - 包含视觉系统的晶片装卸器 - Google Patents

Abstract

一种晶片装卸器包含：晶片装载站（3），用于装载安装在胶粘膜（2）上的晶片（1）；张紧装置（30），用于拉紧胶粘膜；拣选模块（66），用于从所述晶片连续拣选多个器件；视觉系统（5，50），具有用于捕获所述晶片或所述晶片的部分的第一图像的一个或若干照相机（50），所述第一图像示出多个器件，其中所述视觉系统布置为用于从所述第一图像确定多个器件的各个位置，且其中该晶片装卸器还包含紧邻所述拣选模块（66）定位且布置为捕获待拣选器件的第二图像的附加照相机（63），其中第二图像用于精细调节晶片，使得待拣选器件在拣选模块下方居中。

Description

包含视觉系统的晶片装卸器

技术领域

本发明涉及半导体产业中晶片的视觉检查。

背景技术

一般在包含由掺杂和清洁操作补充的各种成像、沉积和蚀刻步骤的工艺中制造集成电路。通常在称为晶片的单片硅上制造多个器件（管芯或芯片）。在称为晶片测试的工艺中使用自动测试装置测试晶片上的每个芯片。作为这种测试的结果，晶片中的每个器件通过质量分类。在简单的测试中，器件被简单地分成“好”或“坏”。有时，使用更精细的分类，且器件可以分成“第一质量”、“第二质量”等。

在这种测试之前或之后，晶片被沿着切割道锯割以单颗化不同器件。这种工艺有时被称为晶片切割，且产生切割晶片。切割可能损害器件且在其表面掉落颗粒。有时，坏器件从切割晶片去除，形成部分晶片。

图1说明在这种分离工艺之后的典型切割晶片1。取决于晶片的大小和每个器件的尺寸，晶片可以具有几百、几千或多于100,000个器件10。因为不同器件彼此分离，它们通常粘合地保持在塑料膜2（有时称为胶粘膜）上。在图1的示例中，例如因为器件在晶片测试之后被自发地去除，或者是由于例如在晶片分离期间或在胶粘膜的传输期间可能发生了不同问题，一些器件在胶粘膜上丢失。人们说“部分晶片”用于表示其中一些器件或器件丢失的切割晶片。

其他器件制造工艺导致粘合地安装在胶粘膜上的类似的单颗化器件组。在本申请中，我们将其称为膜“晶片”上的各个器件组——即使它们并不源于硅晶片的管芯单颗化。

晶片上的器件10然后在拣选站被单独拣选，且被封装在陶瓷或塑料外壳中以构建最终的集成电路。

通常必须单独测试晶片的每个器件。在晶片测试之后和除了晶片测试之外，执行这种器件测试。器件测试的目的是去除坏器件，即，具有机械问题（例如诸如破裂）或电学问题的芯片。在这种新测试之后，好器件例如被再次放置在胶粘膜上，或装载到器件容纳系统，例如，传输管或带中。

图2示意性说明用于测试晶片中的器件的典型测试布置。安装在胶粘膜上的多个晶片1形成图的右边部分上的叠层3。通过移动晶片的晶片馈送器40，晶片从叠层被连续装载到图的左边部分上的测试机6。在该示例中，测试机包含转台65，该转台65具有绕转台65旋转的多个真空喷嘴66。晶片的器件10通过位于测试机的装载站的喷嘴66之一连续拣选，且由转台循环通过多个测试站61，以用于对器件执行各种电学、机械和/或光学测试。不通过测试的器件被去除或被标记以从好器件区分它们。在测试之后好器件被再次放置在胶粘膜上，或装载到在器件容纳系统中的输出站。测试机6的操作通过例如计算机工作站5的处理系统控制。

如上所述，待测试晶片1可能是不完整的且包含空隙，即不被任意器件占据的可能位置。在图3上说明了具有多个空隙13的部分晶片的示例。

如果原先做了晶片测试，在晶片中存在的器件11其中的一些可能已经被识别为坏的（或被着墨）。另外，晶片通常包含具有用于晶片的对准的特殊标记的被称为基准器件的特定器件12，这些特殊器件通常不被使用，且不需要被拣选。晶片或其上安装晶片的膜2有时被提供有一些标记（未示出），例如条形码或2D数据矩阵，以用于识别该特定晶片。图3上的参考10对应于“可拣选”器件，即，先验是好的且需要被测试的器件。已知的坏器件不需要被拣选和测试。

从图可以看出，并不是所有晶片位置都填充以可拣选器件10。因为测试机6不知道可拣选器件10的位置，它通常尝试拣选已知的坏器件11、基准器件12或形成空隙位置13的器件。从那些位置的拣选和测试减小了产出率，即，测试机6可以在每小时或每天执行的有意义测试的数目。

为了部分地解决该问题，已经提出了使用指示晶片中器件的数目和可拣选器件的位置的晶片图。可以在晶片测试期间，例如在晶片被切割之前产生这种晶片图。其通常存在于单个ASCII文件中，其中如例如在晶片测试期间原先确定的每个器件的状态通过字母指定。

在图4上示出对应于图3的部分晶片的晶片图20的示例。在该示例中，晶片图可以包含与其对应的晶片具有相同数目的行和列的矩阵。使用X指示每个已知的坏器件（在该示例中包括基准器件）；使用零（“0”）标记每个空隙（没有任意器件的位置）。“1”指示可拣选器件即值得拣选和测试的先验是好的器件的位置。

该晶片图通常存储在可以通过工作站5中合适软件程序装载的文件21中。工作站使用该信息来控制晶片在测试机6下方的位移，以在该晶片图的示例中仅从标记为“1”的可拣选位置拣选和测试器件。

在实践中，使用晶片图通常导致很多缺点。首先，通常在晶片测试期间在不同于做出各个器件测试的位置的不同位置（例如，在不同工厂或不同房间）产生晶片图。晶片图因而需要从远程的地点转移且装载到工作站5中。出现晶片图丢失或针对相应晶片的器件测试未被及时接收的情形。在这种情况中，测试机6需要在没有该数据的条件下前进且尝试对于晶片上器件的所有可能位置，导致低测试处理。

晶片图和晶片还碰巧混合，以及不对应于当前测试晶片的晶片图碰巧被装载到工作站5中。在这种情况中，测试机6可能试图从空隙位置拣选器件，或测试已知为坏的或丢失的坏器件，或忽略潜在的好器件。

此外，一般晶片图20仅指示对应于晶片的矩阵中的哪个单元被好和坏器件占用；它们并不给出可拣选器件的取向和位置。操作中，常常发生器件在胶粘膜2上稍微错位，例如相对于期望的位置偏移和/或旋转。在这种情况中，在测试机的装载站处的真空喷嘴66可能在可靠地拣选错位或错误取向的器件方面存在困难。有时在该拣选喷嘴附近提供附加照相机，以校正取向和位置且使得器件在喷嘴下方居中。该照相机的视场必须小且并不涵盖从期望的位置非常远离的强位移器件；因而，在此阶段仅可以执行微小校正。

照相机还通常用于基于基准器件和其他标记的位置对准和居中晶片；这些照相机仅递送晶片的整体位置和取向，而不是每个器件的各个位置和取向。

当一个或多个器件具有小尺寸（例如，上面的表面小于1x1mm。）时，问题甚至更糟。在这种情况下，拣选误差的风险极高。实际上，拣选喷嘴必须相对于晶片行进很大距离以拣选晶片上的器件或第一器件。该初始位移期间累积的误差可能极高，且拣选喷嘴碰巧以第一可拣选器件的邻居开始而不是拣选意图的第一器件。因为第一器件不是好器件且晶片在每一次拣选之后偏移一个器件，拣选序列可能完全偏移。

因此本发明的目的是提供用于解决现有技术的那些问题的布置和方法。

JP 2000 012571公开了：一种定位方法，其中保留片材上的多个半导体芯片通过低放大率的第一照相机识别；以及其中通过上述识别判断没有不良标记的一个半导体芯片被高放大率的第二照相机识别，且XY台基于该识别操作，使得该一个半导体芯片定位为通过拣选装置拣选。在JP 2000 012571中公开的器件中，第一图像用于检测哪个芯片不仅仅具有不良标记；第一图像不适于确定多个芯片的各个位置。实际上，JP 2000 012571的设备需要高放大率的第二照相机获取的第二图像以确定半导体芯片上多个芯片的各个位置。在JP 2000 012571的器件中不提供用于拣选装置下方晶片的位置的精细调节的装置；基于高放大率的第二照相机的识别，XY台初次移动且仅移动一次；因为第一图像不用于首先定位XY台，使得待拣选芯片处于拣选装置的一般区域，基于第二照相机获取的图像，XY台被强迫经历大的移动，使得识别的器件位于用于拣选的拣选装置的一般区域。也没有提及对XY台的精细校正。因而，使用JP 2000 012571的设备，待拣选器件在拣选装置下方的定位慢且也不能获得所述待拣选器件的精确定位。

发明内容

根据本发明，这些目标借助于晶片装卸器实现，该晶片装卸器包含：晶片装载站，用于装载安装在胶粘膜上的切割晶片；张紧装置，用于拉紧胶粘膜；拣选模块，用于从所述晶片连续拣选多个器件；视觉系统，具有一个或若干照相机，用于捕获晶片或所述晶片的部分的第一图像，所述第一图像示出多个器件，其中所述视觉系统布置为用于从所述第一图像确定多个器件的各个位置，其中该晶片装卸器还包含紧邻所述拣选模块定位且布置为捕获待拣选代器件的第二图像的附加照相机，其中第二图像用于精细调节晶片，使得待拣选器件在拣选模块下方居中。

这提供了恰在从切割晶片拣选器件之前验证晶片且准备该晶片的位置图的优点，因而避免了当使用原先在不同位置建立的晶片图时混合的风险。因为相同的机器用于产生晶片位置图和用于从该晶片拣选器件，使用错误晶片图来控制拣选机器的风险被完全避免。

再者，可以从第一图像检索可拣选器件的粗略位置，使得晶片可以很快且直接移动到确保拣选模块粗略地定位在可拣选器件的区域中的位置，第二图像然后可以用于允许晶片的对准和取向的精细校正，使得待拣选的器件在拣选模块下居中。因而，本发明的优点在于其允许待拣选器件的快速定位，同时还允许所述待拣选器件的精确定位，使得它处于用于拣选的最佳位置。

在一个实施例中，布置视觉系统以用于从第一图像确定多个器件或甚至胶粘膜上存在的所有器件的各个位置和取向。因而，单个图像用于确定每个器件的位置和取向，因而避免了用于捕获每个待拣选器件的各个图像所需的缺点和时间。

视觉系统捕获的图像可以特别用于控制拣选模块。在一个实施例中，晶片通过晶片位移单元移动，以使得每个待拣选器件在拣选模块下方、例如在真空喷嘴下方连续居中。晶片的连续位移优选地通过视觉系统控制且取决于第一图像以沿着通过可拣选位置的列表的最短路径移动晶片。

在一个实施例中，当器件已经在拣选模块下方移动时，捕获待拣选器件的第二高分辨率图像。该第二图像用于晶片在拣选模块下方的精细调节和居中；优选地，该第二图像的视场远小于第一图像的视场，且仅显示待拣选器件或该器件及其直接邻居。因为可以从第一、大的视图像检索可拣选器件的粗略位置，在从不可拣选位置捕获图像方面没有时间损失，且晶片可以极快速地且直接移动到可拣选器件的粗略位置，其中具有窄视场的第二高分辨率图像用于对准和取向的精细校正。

在一个实施例中，其上放置切割晶片的胶粘膜包含诸如条形码或数据矩阵的代码。视觉系统获取的第一图像包含被解码的该代码。视觉因而产生取决于晶片的位置和/或取向、晶片中的每个器件的各个位置和/或取向的数据以及取决于所述代码的伴随元数据。在一个实施例中，代码包含晶片的标识。

附图说明

在通过示例给出和通过附图说明的实施例的描述的帮助下，将更好地理解本发明，附图中：

图1是胶粘膜上的晶片的视图。

图2示出常规晶片装卸器的示意图，其中拣选模块通过原先确定的晶片图控制。

图3是胶粘膜上的晶片的视图，示出可拣选位置，一些着墨位置对应于坏器件，一些位置对应于丢失的器件，且一些对应于基准器件。

图4是根据现有技术的晶片图的示例。

图5是根据本发明的晶片装卸器的示意图，其中拣选模块通过原先确定的晶片图控制。

图6说明本发明的视觉系统产生的数据的示例。

图7是胶粘膜上的晶片的视图，示出晶片的总倾斜角。

图8是晶片中少量错误对准的器件的放大图。

图9是晶片中少量错误取向的器件的放大图。

图10是胶粘膜上的晶片的视图，示出第一可拣选器件的位置。

图11是胶粘膜上具有两个的晶片的视图，其中晶片包含具有两种不同的原先识别的质量的两种类型的器件。

图12是胶粘膜上的晶片的视图，示出在拣选操作之后保留的“骨架”。

具体实施方式

在本说明书和权利要求书中，术语“晶片”表示通常是硅或以任意其他半导体元素的任意完整或部分晶片。晶片可以是一片，或当不同器件彼此分离时被切割（锯割/单颗化）。表达“晶片”还在本申请中用于表示可以一个接一个地拣选的其他组的可拣选器件以用于测试和进一步处理。这包括但不限于：

——晶片陶瓷框架；

——重新填入（或重新构建）的晶片，其中来自一个或若干晶片的器件被放置在胶粘膜上，具有与初始器件不同布置；

——其他器件，诸如QFN器件，从引线框架条且使用模制工艺制造，放置在胶粘膜上且被单颗化。

胶粘膜上单颗化器件的所有那些不同和其他类似布置在本申请中被称为“晶片”。

图5示意性说明根据本发明的晶片装卸器。所述布置包含晶片装载器3，其中具有待测试器件的多个晶片1在图的右边部分上形成叠层13。该叠层中的晶片1使用晶片馈送器40连续抓取且转移到图的左边部分上的测试机6。参考30表示张紧装置，即用于拉紧其上粘合地安装了晶片的胶粘膜的装置，以保持它坚硬和平坦。张紧装置可以包含保持膜的可调节框架。

在本示例中，测试机6包含旋转转台65，该旋转转台具有多个拣选模块66，例如使用低气压区（depression）将器件保持在转台下方的真空喷嘴66。当转台在其旋转中转位（index）时，由真空喷嘴保持的器件从一个测试站61移动到下一个测试站。测试例如可以包含电学、机械和/或光学测试。器件例如可以包含管芯或封装器件，诸如但不限于LED或QFN组件。

在晶片在晶片馈送器40上从晶片装载站3转移到转台6期间，第一照相机50捕获胶粘膜上切割晶片1的图像。照相机50优选地是能够捕获整个晶片的图像的具有相对低分辨率和广角镜头的工业视频照相机。若干照相机，例如4个照相机可以彼此靠近安装以捕获诸如12’’晶片的极大晶片的图像。在另一实施例中，相同的照相机相对于大晶片移动，从而在多个连续步骤中捕获晶片的单个高分辨率第一图像。优选地，在不同光照条件下连续捕获相同晶片或晶片部分的多个图像，且这些图像合并以产生更有信息的高分辨率图像。

照相机50连接到图像和数据数字处理系统5，元件5和50二者组合地形成视觉系统。视觉系统从第一图像产生晶片位置图，即，至少指示晶片的每个器件的粗略位置和/或取向的文件或数据。在该语境中，如果误差介于各个器件的大小的0.25至2倍之间，则位置确定被认为是粗略的。

视觉系统5、50优选地还确定附加元数据且向晶片位置图添加附加元数据，例如包括时间、机器的标识和/或从胶粘膜上诸如条形码或数据矩阵的可以识别特定晶片的代码解码的数据，尤其是在它属于特定制造批次、分批或顺序时。

除了代码16，张紧装置或张紧装置保持的胶粘膜可以包含一个或若干标记，所述标记可以通过视觉系统识别且用于在它从晶片装载器移动到转台且移动到转台下方时定位张紧装置。

视觉系统5、50产生的晶片位置图被测试机6使用，以用于在装载站72处在拣选模块66下方使得晶片定位和取向，在该装载站处从晶片连续拣选器件。在优选实施例中，提供附加较高分辨率照相机63，用于捕获拣选模块66下方器件的窄第二图像且用于执行每个连续待拣选器件的精细位置调节和居中。

因而，在一个实施例中，通过照相机50捕获的第一图像用于晶片的粗略位移以连续将可拣选位置放置在输入喷嘴66下方。精细居中和调节基于使用第二照相机63捕获的图像。第一照相机50的一个优势因而是避免了在拣选喷嘴66下方没有器件或没有好器件的位置移动晶片。

晶片的器件通过测试机6的装载站72处的喷嘴66其中之一连续拣选，且通过转台65循环以经过多个测试站61以用于执行各种电学、机械和/或光学测试。没通过测试的器件被去除或标记以从好器件区分它们。测试机6的操作通过由视觉系统5、50产生的晶片位置图控制。

在图6上说明晶片位置图的示例。该图存储在计算机文件中，该计算机文件优选地包含例如从代码或数据矩阵检索的晶片标识（晶片-id）、指示胶粘箔2上晶片1的全局位置和取向的晶片取向和位置指示θ、X、Y以及用于指示晶片的每个单独器件的取向和位置的器件取向和位置指示的矩阵θ_ij、X_ij、Y_ij。可选地，质量指示S_ij指示与每个器件相关的质量，例如器件是否是好的，着墨（坏）、基准或特定质量。

图6的晶片位置图是简单ASCII文件；其他文件结构可以是优选地，包括XML文件或例如作为数据库系统中的记录的存储。

图7说明定义胶粘膜2上的晶片1的全局取向的全局取向角θ。该角度优选地通过视觉系统5、50确定且存储在晶片位置图中；它可以被拣选模块使用以沿着正确的取向扫描器件的连续行（或列）。

图8说明晶片中的器件的两个连续行101-104和105-108。当取放装置将器件放置在胶粘膜上时，取放装置中的不精确性可能偏移或旋转器件。因此，如图所示，胶粘膜上器件的位置可能在位置和取向方面与期望的不同。在该示例中，器件沿着垂直轴Y错误地对准和位移。如果测试站6的拣选模块66沿着图上说明的Z形线拣选器件，则第一器件101和102将被正确拣选；第三器件将被十分接近其边缘地抓取且可能倾斜。在第一行的扫描期间，下一器件104将不被拣选。

器件105和106将被正确地拣选，但是107和108将丢失；属于第一行的器件104将取代108被拣选。这显示晶片上器件的错误对准可能导致失败的拣选和器件的混合。因此，拣选模块66下方晶片位置的校正用于补偿那些误差。

独立于晶片的全局错误取向，如图9上所指示，每个器件i，j可以具有其自己的取向误差θ_ij。这些各个取向可以通过视觉系统（至少粗略地）确定且存储在晶片位置图中，以在拣选喷嘴下方使得器件（例如一个器件）居中和定向。

如图10上所指示，晶片位置图优选地还指示第一可拣选器件17的位置。因而，拣选模块下方晶片的初始放置极快且基于该指示。沿着视觉系统确定的轨道做出从该初始位置到后续可拣选器件的连续位移，以最小化总位移时间。

常常发生不同类型的器件存在于相同的晶片上，例如，两种不同质量的器件或其他类型的器件18、19。在这种情况中，通常希望首先执行第一类型/质量的器件18的拣选和测试，且然后是下一类型19的拣选和测试。在图11上示出具有两种不同质量的器件的晶片的示例。

器件的质量可以在先前确定，例如，在晶片测试期间确定且在晶片图20中指示。该晶片图中的这种数据可以在视觉系统5中被引入（当可以时），且与由视觉系统递送的晶片位置图合并，以提供用于每个器件的质量因子S_i,j，如图6上所指示。该质量因子可以用于确定拣选器件的序列。

视觉系统5、50还可以验证晶片图20中的指示和产生的晶片位置图的相关性，且例如检查行/列的数目、丢失或基准器件等的位置是否对应；如果数据不对应，将产生误差消息，且不实现合并。

非常通常地，好器件在其测试之后在输出站输出，且坏器件被拒绝。当测试机已经从晶片拣选且测试了所有可拣选器件时，该晶片通过晶片馈送器40向回移且视觉系统5、50捕获晶片的新图像。几乎所有器件已经从其拣选的晶片通常被称为“骨架”。视觉系统5、50从该骨架的图像产生另一文件，即输出视图。该输出视图与期望的结果进行比较，且不一致性或错误被检测。

图12示出一个示例，其中一个着墨的器件11’（即被假设是坏的器件）丢失，而可拣选器件10’已被留下。操作员或计算机软件可以使用输出视图中的这种信息来检查所有着墨和基准器件在那里，且没有忘记可拣选器件。如果存在太多的误差，操作员验证是需要的。

Claims (11)

1.一种晶片装卸器，包含：

晶片装载站（3），用于装载安装在胶粘膜（2）上的晶片（1）；

张紧装置（30），用于拉紧胶粘膜；

拣选模块（66），用于从所述晶片连续拣选多个器件，每个器件具有取向；

视觉系统（5，50），具有用于捕获所述晶片或所述晶片的部分的第一图像的一个或若干照相机（50），所述第一图像包含多个器件，其中所述视觉系统布置为用于从所述第一图像确定多个器件的各个位置，且其中第一图像用于将晶片粗略地移动到待拣选器件的位置，且其中所述视觉系统配置成从第一图像产生晶片位置图，该晶片位置图指示晶片的该取向以及晶片上的每个器件的粗略位置和取向，且其中该晶片装卸器还包含紧邻所述拣选模块（66）定位且布置为用于捕获待拣选器件的第二图像的附加照相机（63），其中所述视觉系统配置成在第一次移动中使用第一图像来移动晶片，使得朝向在拣选模块下方的位置移动待拣选器件，并且在比所述第一次移动更精细的第二次移动中使用第二图像来移动晶片以精细调节晶片，使得待拣选器件在拣选模块下方居中。

2.根据权利要求1所述的晶片装卸器，其中所述拣选模块包含：

一个晶片位移单元，用于在所述拣选模块（66）下方位移所述晶片，从而使得待拣选器件在所述拣选模块下方居中和对准；

其中由所述视觉系统（5，50）产生的晶片位置图用在对所述晶片位移单元的控制中。

3.根据权利要求1或2所述的晶片装卸器，包含所述胶粘膜（2）上用于识别所述晶片的代码（16），

其中所述视觉系统布置为用于产生取决于所述代码和所述胶粘膜上的每个器件的各个位置的数据，

其中所述数据用在对所述晶片的位移的控制中。

4.一种用于处理晶片的方法，包含：

装载安装在胶粘膜（2）上的晶片（1）；

拉紧所述胶粘膜；

捕获所述胶粘膜上的所述晶片的第一图像，所述第一图像显示多个器件（10）；

通过从所述第一图像确定所述晶片中多个器件的各个位置在对从所述晶片连续拣选器件的控制中使用所述第一图像；

捕获待拣选器件的第二图像；

在第一次移动中使用第一图像来移动晶片，使得朝向在拣选模块下方的位置移动待拣选器件，并且在比所述第一次移动更精细的第二次移动中使用第二图像来移动晶片以精细调节晶片，使得待拣选器件在拣选模块下方居中，从所述第一图像确定所述晶片中多个器件的各个取向。

5.根据权利要求4所述的方法，还包含在所述拣选模块下方位移所述晶片，从而使得待拣选器件在拣选模块（66）下方居中和对准；

其中所述第一图像用在对所述晶片位移的控制中。

6.根据权利要求4或5所述的方法，还包含产生取决于所述胶粘膜上的代码和所述胶粘膜上的每个器件的各个位置的数据。

7.根据权利要求6所述的方法，所述数据还指示所述胶粘膜上所述晶片的整体位置和/或取向。

8.根据权利要求6所述的方法，所述数据还指示所述胶粘膜上第一可拣选器件的位置。

9.根据权利要求4所述的方法，还包含：

提供指示所述晶片中每个器件的质量参数的晶片图，

产生取决于所述第一图像和所述晶片图的数据，用于指示每个器件的位置、取向和质量参数。

10.根据权利要求4所述的方法，还包含：

一旦已经拣选所述器件，捕获晶片的第三图像；

基于所述第一图像和/或所述晶片图，使用所述第三图像验证保留在所述胶粘膜上的器件是否对应于期望。

11.根据权利要求4所述的方法，还包含：

使用张紧装置来拉紧所述胶粘膜；

为所述张紧装置提供至少一个标记；

捕获包括所述标记的图像；

基于所述图像定位所述张紧装置。