CN109478526B - 模块化晶粒处理系统 - Google Patents

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Abstract

用于从多种类型的预扩张晶圆材料制备或处理晶粒的晶粒处理系统和方法。该晶粒处理系统以模块化方式配置，允许扩张晶圆、处理晶圆、提取晶粒以及检查提取的晶粒的同时过程，无需迫使系统的其中一个过程闲置。晶圆处理器模块的实施例包括机械装置，比如扩晶机，该扩晶机能够将具有一种或多种不同尺寸的晶圆拉伸或扩张成预扩张状态，而无需中断晶粒处理器。预扩张晶圆存储为专用的卡盒并运输至晶粒处理器，其中晶粒处理器的拾取头移出预扩张晶圆的每个晶粒，并将提取的晶粒运输至后续的设备，比如拾放机，以进一步处理。

Description

模块化晶粒处理系统
相关申请的交叉引用
本申请要求标题为“具有模块化扩张子系统的晶圆晶粒处理系统”、申请日为2016年7月13日的美国申请号62/361,790的优先权以及权益，其内容通过引用并入本文。
技术领域
本文的主题涉及一种晶粒处理系统，更具体地涉及具有模块化晶圆处理子系统的晶粒处理系统。
背景技术
通常，大量的集成电路是在晶圆上成形，例如硅晶圆。将硅晶圆切成单独的“半导体晶粒”(也称为“半导体芯片”)，然后将其封装以供使用。“半导体器件封装”通常包括半导体晶粒，半导体晶粒具有多个焊盘，用于电连接至晶粒的集成电路，并且半导体晶粒安装为使得焊盘外露。焊盘提供至晶粒的输入/输出(“I/O”)连接，其通常沿着晶粒的边缘设置。导电线(也称为导电迹线、焊线指、引线指或引线)的内端围绕晶粒的周缘布置，使得其形成围绕晶粒的连接点的阵列。通常将晶粒安装或附接在半导体器件封装的晶粒容纳区域中，即，由导电线的内端限定的区域。
一旦附接上半导体晶粒，半导体晶粒的焊盘就以若干种方式的一种连接至由导电线的内端提供的连接点。一般由铝或金形成的非常细的焊线，通常用于将连接点一对一地连接到半导体晶粒上的焊盘。已经利用载带自动焊技术和焊料凸点焊接技术连接至半导体晶粒。导电线从晶粒容纳区域向外延伸，最终在半导体器件封装的外部引脚终止，用于与外部电路接合并提供与其的电连接。半导体器件封装可以通常用附加部件安装在电路板上的插座中。
发明内容
本发明的第一个实施例总体上涉及一种晶粒处理系统，该系统包括第一料箱，其配置为存储第一尺寸的晶圆；扩晶机，其配置为使第一尺寸的晶圆扩张为第一预扩张晶圆；预扩张晶圆容留装置，其配置为存储从扩晶机接收的第一预扩张晶圆；以及晶粒处理器，该晶粒处理器包括拾取头，其配置为从第一预扩张晶圆提取一个或多个晶粒。
本发明的第二个实施例总体上涉及一种晶粒处理方法，该方法包括步骤：向料箱中装载晶圆；将晶圆拉至扩张器；将晶圆扩张成预扩张晶圆；将预扩张晶圆存储在预扩张晶圆容留装置内；将该预扩张晶圆从预扩张晶圆容留装置拉至晶粒处理器的工作台；以及从预扩张晶圆提取一个或多个晶粒。
附图说明
参考以下附图详细描述一些实施例，其中相同的标记表示相同的部件，其中：
图1a描绘了具有模块化晶圆处理子系统的晶粒处理系统的实施例的等轴视图；
图1b描绘了具有模块化晶圆处理子系统的晶粒处理系统的实施例的主视图；
图2a描绘了晶圆处理子系统的实施例的等轴视图；
图2b描绘了图2a的晶圆处理子系统的实施例的俯视图；
图2c描绘了图2a的晶圆处理子系统的实施例的主视图；
图3a描绘了晶圆处理子系统的晶圆存储模块的实施例的等轴视图；
图3b描绘了晶圆处理子系统的晶圆存储模块连接至升降器系统的实施例的等轴视图；
图3c描绘了图3b的晶圆存储模块连接至升降器系统的主视图；
图3d描绘了图3b的晶圆存储模块连接至升降器系统的侧视图；
图4a描绘了晶圆处理子系统的扩张模块的实施例的等轴视图；
图4b描绘了图4a的扩张模块的俯视图；
图4c描绘了图4a的扩张模块的侧视图；
图4d描绘了图4a的扩张模块的主视图；
图5描绘了准备用于预扩张晶圆的实施例；
图6a描绘了装载入卡盒的第一尺寸的预扩张晶圆的实施例的等轴视图；
图6b描绘了图6a的装载入卡盒的第一尺寸的预扩张晶圆的俯视图；
图7a描绘了装载入卡盒的第二尺寸的预扩张晶圆的实施例的等轴视图；
图7b描绘了图7a的装载入卡盒的第二尺寸的预扩张晶圆的俯视图；
图8a描绘了晶粒处理器的实施例的等轴视图；
图8b描绘了晶粒处理器的实施例的主视图；
图9a描绘了视觉系统的实施例的等轴视图，该视觉系统检查一个或多个提取的晶粒；
图9b描绘了图9a的视觉系统的实施例的俯视图；
图9c描绘了图9a的视觉系统的实施例的侧视图；
图9d描绘了视觉系统的实施例的侧视图，该视觉系统检查借助旋转拾取头进行旋转的一个或多个提取的晶粒；
图9e描绘了视觉系统的实施例的侧视图，该视觉系统检查为旋转状态的提取的晶粒的边缘；
图10描绘了描述晶粒处理步骤的流程图，该晶粒处理步骤采用传统晶圆晶粒处理系统的实施例；
图11描绘了描述晶粒处理步骤的流程图，该晶粒处理步骤采用具有模块化晶圆处理子系统的晶粒处理系统的实施例。
具体实施方式
公开的装置和方法的下文所述的实施例的详细说明在此通过示例而不限于参照附图而示出。尽管详细示出和描述了某些实施例，但是应该理解的是，可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下进行各种改变和修改。本发明的范围决不限于构成组件的数量、其材料、其形状、其颜色、其相对布置等，并且仅作为本发明的实施例的示例公开。通过结合附图参考以下描述，可以获得对本实施例及其优点的更全面的理解，其中相同的附图标记表示相同的特征。
作为详细描述的前言，应当注意的是，如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。
综述
目前可用于处理晶圆和晶粒的系统包括具有专用固定框架尺寸的扩张或拉伸机构。这些系统支持晶圆的可编程、可调节的扩张或拉伸距离。然而，这些晶圆处理系统通常一次只能处理单一的晶圆尺寸。如果需要处理不同尺寸的晶圆，目前可用的晶圆处理系统必须使第一晶圆经过不拉伸处理，将第一晶圆返回至展示区，设置系统使用第二个晶圆尺寸并对第二组晶圆重复拉伸处理。
目前可用的晶圆处理系统具有若干缺点。例如，这些系统需要连续处理晶圆。连续处理限制了系统同时处理多种晶圆的能力。在晶圆扩张或非扩张期间，不能处理晶圆，并且部件不能同时附接至晶圆的晶粒上。因此，现有系统必须不断地进行拉伸和不拉伸的循环，这可能增加对被扩张晶圆造成材料破坏的风险。此外，目前可用的处理晶圆的方法通常通过单一专用运输模式一次使用单一晶圆尺寸运作，以连续地处理晶圆。为了变换材料和产品，晶圆可根据需要进行扩张和非扩张。即使是最新的晶圆处理系统和晶粒处理器机器也是非模块化的。连续系统中的晶圆扩张增加了空转时间，因为在进行扩张时，晶粒提取和晶粒处理的过程停止。使用预扩张晶圆需要大量的硬件装备，并且当连续地运行时，具有可变的晶圆尺寸需要大量的空转时间以及硬件转换。
本发明的晶粒处理系统的实施例解决了上述先前的晶圆和晶粒处理系统的缺点和不足。本发明的晶粒处理系统可以从多种类型的晶圆材料制备和提取晶粒，而不必在晶圆扩张期间空转晶粒处理器的一个或者多个部件。晶圆扩张过程和晶粒提取可以在相同系统上彼此同时发生。允许进行同时的工序以扩张晶圆、处理晶圆、提取晶粒并检查提取的晶粒而无需晶粒处理系统进行的一个或多个过程空转。
晶粒处理器系统的实施例可包括晶圆处理模块子系统，其能够制备各种尺寸和材料的预扩张晶圆，用于存储和运输到附接的晶粒处理器。晶圆处理器模块的实施例可以包括诸如扩晶机的机械装置，其可以能够将具有一个或多个不同尺寸的晶圆拉伸或扩张到预扩张状态而不中断晶粒处理器。在由扩晶机扩张之前，预扩张晶圆可以布置成卡盒包括层叠在两个互锁的板之间的晶圆。可以根据需要存储预扩张晶圆并将其运输到晶粒处理器，确保晶粒提取的稳定流程，而无需中断或不必要的空转。
晶圆处理模块的实施例可包括装载有晶圆的多个料箱。在一些实施例中，每个料箱可装载有不同类型的晶圆或具有不同尺寸的晶圆。每个料箱可与晶圆处理系统的扩晶机挂钩。扩晶机和/或晶圆台可以从选定的料箱中拉动合适尺寸的晶圆，将合适尺寸的晶圆制备成装在卡盒内的预扩张晶圆，并在提取晶粒之前将卡盒临时存储在预扩张晶圆容留装置内。每个填充在预扩张晶圆容留装置中的卡盒可以被认为是“准备就绪”，并且准备好被晶粒处理器选中，用于通过拾取头从预扩张晶圆移动晶粒来提取晶粒。
在示范性实施例中，晶圆处理系统可具有至少两个料箱，作为运输机构以制备不同构造的晶圆，包括不同尺寸、不同材料、不同晶粒尺寸、不同厚度或不同电路装载入各个料箱。通过使多个料箱填充有不同构造的不同的预备晶圆，该系统可具有高度的灵活性来选择输入材料和处理模式。在晶粒处理器拉动一个或多个预扩张晶圆至晶粒处理器的工作台，并且通过拾取头从预扩张晶圆提取晶粒之前，可以选择不同类型的晶圆和材料并对其预扩张。此外，该晶圆处理系统可制备多个预扩张晶圆并且抢先地将其存储在每个预扩张晶圆容留装置。晶圆处理系统可根据对正在被处理的预扩张晶圆的预期来装填预扩张晶圆容留装置。
即使晶粒处理器同时处理可能已从预扩张晶圆容留装置移出的一个或多个预扩张晶圆时，晶圆处理系统的实施例可以预扩张各个类型的预备晶圆，使得在晶粒处理器从一个或多个预扩张晶圆卡盒中提取晶粒时，晶圆处理系统能够对存储在各个料箱中的晶圆进行预扩张。因此，在材料变更或运行模式变换产生最小空转时间或零空转时间的情况下，具有晶圆处理模块的晶粒处理系统可以连续地运行并处理多个不同类型的预备晶圆，从而增加提取的晶粒的输出。
晶粒处理系统的实施例还可包括视觉系统，该视觉系统包括置于整个晶粒处理系统中的一个或多个位置上的一个或多个相机。借助定位在晶圆处理系统的视野内和/或晶圆处理系统的扩晶机内的相机，视觉系统可以在扩张过程中提供每个晶圆的可视化数据。在一些实施例中，视觉系统可以与从每个预扩张晶圆提取晶粒的拾取头内嵌放置，使得当从晶圆中提取晶粒时视觉系统能够检查晶粒。当拾取头提取晶粒时，视觉系统的实施例可以提供晶圆的晶粒的三维视图。拾取头的实施例可以旋转提取的晶粒的位置，提供了视觉系统提取的晶粒的三维视图。
晶粒处理系统
参考附图，图1示出了晶粒处理系统100的实施例。该晶粒处理系统100在一些实施例中可构造为连接在一起的多个子系统和/或模块。借助将系统100建成一组子系统或模块，可以根据用户需要从系统100添加或移除一个或多个子系统或模块。如图1所示，晶粒处理系统100可包括晶粒处理器150和晶圆处理系统101。晶圆处理系统101可分成额外的子系统和模块，例如晶圆存储模块300、扩张模块400以及升降器模块130。
晶圆处理系统101的实施例可执行接收、存储、预扩张以及运输预备晶圆材料至晶粒处理器150的功能。通过附接至一个或多个预装的料箱，该料箱填充有一种或多种不同构造的备好的晶圆500，预备晶圆500可装载入晶圆处理系统101。可以由用户手动地进行或者使用机器人系统自动地进行一个或多个料箱105a、105b(称作“料箱105”)的附接。术语“晶圆”115可指半导体材料的切片或基片。半导体材料可以是具有晶体结构的材料。目前，在晶圆中使用的最常见的半导体材料是晶体硅。然而，在预备晶圆500的一些构造中，本领域技术人员已知的其他半导体材料可以代替硅材料。例如，除了硅以外，晶圆115可以由锗、砷化镓、碳化硅、氮化镓、磷化镓、硫化镉或硫化铅制成。
装载入晶圆处理系统101的料箱105中的晶圆115的实施例可以构造成不同尺寸，包括不同的直径和厚度。在一些实施例中，晶圆115可具有从不到25mm上至450mm(1英寸至17.7英寸)的直径。例如，晶圆的直径可以是25mm(1英寸)、51mm(2英寸)、76mm(3英寸)，100mm(4英寸)、125mm(4.9英寸)，130mm(5英寸)、150毫米(5.9英寸)、200毫米(7.9英寸)、300mm(11.8英寸)或450mm(17.7英寸)。装载入晶粒处理系统100的料箱105中的晶圆115的尺寸也可具有不同厚度。晶圆115的厚度可以在25μm至3000μm之间变化。例如，晶圆115的厚度可以是25μm、50μm、100μm、200μm、275μm、375μm、525μm、625μm、675μm、725μm、775μm、925、1000μm、1500μm、2000μm、3000μm或更厚。
料箱105可各自存储多个预备晶圆500，如图5所示，其中每个预备晶圆500可包括特定构造的晶圆。术语“构造”可以指晶圆115特性的差异，包括尺寸、材料、厚度、电路、晶粒尺寸等。提供至晶粒处理系统100或由晶粒处理系统100接收的各个预备晶圆500可以索引至一个或多个料箱105的一个插槽113。在晶圆处理系统101的料箱105的示范性实施例中，每个料箱105a和105b可以存储多达二十五个预备晶圆500。对于每个预备晶圆500，晶圆115可以安装到包含膜116例如聚酯薄膜的框架117。在一些实施例中，预备晶圆500可以在装载入料箱105之前进一步制备进行扩张。在一些实施例中，预备晶圆500在装载入料箱105之前，可经过晶背研磨、UV固化和切割的步骤。
将每个预备晶圆500索引至特定料箱105可取决于晶圆115的材料和晶圆115的尺寸。如图所示，多个料箱105可以集成至晶圆处理系统101中。每个料箱105可以索引和存储包括不同尺寸或材料的晶圆。例如，第一料箱105a可以索引和存储预备晶圆500，该预备晶圆500包括厚度为275μm的150mm硅晶圆，而第二料箱105b可以索引和存储预备晶圆500，该预备晶圆500具有厚度为575μm的300mm晶圆115。因此，允许晶粒处理系统100扩张和处理多个不同类型的晶圆115，而不必变换晶圆材料、重新装备系统100内的各个装置或更换料箱105。在一些实施例中，可以在晶粒处理系统100的运行期间进行料箱105的更换。每个料箱105可从晶圆处理系统101上分离，并且替换成装载相同的预备晶圆500的新料箱105，或者替换成装载具有不同晶圆材料的预备晶圆500的料箱105。料箱105可以由人类用户手动分离和替换，或者在一些实施例中由机器人设备分离和更换。
在系统100的一些实施例中，晶圆处理系统101可将每个料箱105附接至升降器模块130(每个单独的升降器130可以指的是特定的升降器，例如图中连接至料箱105a的升降器130a，连接至料箱105b的升降器130b)。升降器130可配置为在晶圆处理系统101的晶圆台120和晶粒处理器150的平台161之间提升和下降料箱105以及附接至料箱105的预扩张晶圆容留装置119。升降器130的实施例可以使料箱105的合适的插槽113与晶圆台120对齐，以便允许晶圆台臂127将预备晶圆500从插槽113拉至扩晶机109。一旦备好的晶圆500扩张以后，升降器130可调整存储模块300的高度，以便将预扩张晶圆容留装置119与晶圆台120对齐。通过调整包括预扩张晶圆容留装置的存储模块300的高度，晶圆台臂127可从扩晶机109移出预扩张晶圆126、726，并将预扩张晶圆126、726装载入与晶圆台120对齐的预扩张晶圆容留装置的插槽。在一些实施例中，晶圆台臂127可以使预扩张晶圆126、726转向或旋转，以便在预扩张晶圆126、726存储在预扩张晶圆容留装置119时，对预扩张晶圆126、726的位置预定向。例如，在放置预扩张晶圆126、726之前，晶圆台臂127可使预扩张晶圆126、726以90度增量旋转。
升降器模块130的实施例可包括支撑下文所述的升降器系统130部件的升降器框架305。伺服电机307可以管理驱动机构的启动，该驱动机构控制升降器130、导螺杆309以及后板121的活动，该后板121连接至晶圆存储模块300，晶圆存储模块300包括料箱105和预扩张晶圆容留装置。如图3a所示，后板121可以附接至预扩张晶圆容留装置119的后部。然而，在一些替代实施例中，后板121可以附接至料箱105的后部或晶圆存储模块的其他部分。在升降器系统130的一些实施例中，导轨支架301可以附接到后板121。如图所示，导轨支架的尺寸和形状可以设计为形成通道，该通道可以与位于框架305后部的导轨123互连。
随着伺服电机307启动驱动机构，升降器可以借助导螺杆309上升或下降。随着导螺杆使后板121上升或下降，附接至导轨123的后板121借助导轨支架301可以沿着导轨123上升或下降，改变了存储模块300的整体位置，并且改变了晶圆插槽113或预扩张晶圆容留装置119的插槽相对于晶圆台120和晶粒处理器150的平台161的对齐位置。
在晶圆处理系统101的一些实施例中，晶圆处理系统101可包括扩张模块400。扩张模块400的实施例可包括支撑晶圆台的框架103，晶圆台120上放置有扩晶机109。在一些实施例中，可在扩张模块400内安装视觉系统，该视觉系统包括相机，该相机能够检查：预备晶圆500的取出、预备晶圆扩张成预扩张晶圆126、726以及预扩张晶圆126、726在预扩张晶圆容留装置119的插槽中的存储。框架103的实施例还可包括定位及取出系统，其包括轨道111和可移动晶圆台臂127，轨道111可延伸晶圆台120的长度。可移动晶圆台臂127的实施例可与轨道111相连接，在晶圆台120和扩晶机109运行期间允许晶圆台臂127沿着轨道111移动。
使用轨道111作为导向件，晶圆台臂127可沿着轨道111形成的轴移动。轨道111使得臂127从晶圆台120的一侧移动至另一侧。如图1a-2c的实施例所示，每个料箱105可与晶圆台120的边缘对齐，允许晶圆台臂紧邻各个料箱105定位，取出对应放置至料箱105插槽113的预备晶圆500，从插槽113拉出预备晶圆500。一旦预备晶圆已经从料箱105插槽113拉出，晶圆台臂127可沿着轨道111运动，拖动拉出的晶圆500一起，到达扩晶机109。晶圆台臂127可将预备晶圆500放置在扩晶机109上，以扩张成为预扩张晶圆126、726。
扩晶机的实施例可执行将预备晶圆500扩张成预扩张晶圆126、726的功能。扩晶机109可通过在X和Y方向上扩张晶圆115至扩大的尺寸来增大晶圆115的表面积的量。扩晶机109可压住晶圆115，并且借助扩晶机109施加的热量以增加晶圆115的扩张深度，从而产生扩张晶圆124、724。
扩晶机109的实施例可以将扩张晶圆124、724封装在卡盒122中，卡盒122可以将扩张晶圆124、724保持为预扩张晶圆126、726，直至晶粒处理器150已经从预扩张晶圆126、726中提取晶粒，或直至预扩张晶圆126、726已经由扩晶机109去扩张重新成为预备晶圆500。图6a-6b描绘了预扩张晶圆126的实施例，该预扩张晶圆126具有由卡盒122封装的第一尺寸的扩张晶圆124，图7a-7b描绘了预扩张晶圆726，该预扩张晶圆726具有由卡盒122封装的第二尺寸的扩张晶圆724。每个卡盒122可能够封装不同尺寸和厚度的晶圆115。在一些实施例中，露出扩张晶圆124、724的卡盒122的开口可能是可调节的，以在扩张过程中适应使用的晶圆115的尺寸。在其它实施例中，形成卡盒122的板可以特别设计用于特定的扩张的晶圆尺寸。
卡盒122的实施例可包括两个互锁板，其可互相连接，卡扣配合或附接在一起，以便保持晶圆115固定在薄膜116上并将框架117保持在卡盒122内。扩张晶圆124、724、薄膜116和框架117可以放置在卡盒122的顶板和底板之间。预备晶圆500的框架117可以位于卡盒122的顶板和底板之间。当卡盒122的板装配或连接到一起时，卡盒122可以使框架117保持就位在卡盒122的板之间，并且由此保持晶圆就位，同时晶圆115在变成扩张晶圆124、724的扩张过程中暴露在扩晶机下。在扩张过程中，晶圆115可以根据需要被拉伸至不同深度，以形成扩张晶圆124、724。
完成扩张过程后，卡盒122已封装，可通过晶圆台臂127将预扩张晶圆126、726从扩晶机109移出。晶圆台臂127可以从扩晶机109取出预扩张晶圆126、726，经由轨道111移动预扩张晶圆126、726穿过晶圆台120，并将预扩张晶圆存放到预扩张晶圆容留装置119a、119b(一般或全部称为“预扩张晶圆容留装置119”)。预扩张晶圆容留装置119的实施例可以分别附接至料箱105和升降器130。每个预扩张晶圆容留装置119可以包括多个插槽，其中预扩张晶圆容留装置119的每个插槽可以在晶粒处理器150进行晶粒提取之前容纳预扩张晶圆126、726。在系统100的一些实施例中，系统100可以索引预扩张晶圆容留装置119的每个插槽，以便确保系统100可以知道预扩张晶圆容留装置的哪些插槽当前被预扩张晶圆126、726占用，哪些预扩张晶圆126、726因为预扩张晶圆126、726正在由晶粒处理器150处理而已从插槽移出，以及哪些预扩张晶圆容留装置119的插槽可能还是空的或准备接收另外的预扩张晶圆126、726。
在附图描绘的示范性实施例中，每个预扩张晶圆容留装置119可包括四个插槽。然而，用于容纳预扩张晶圆126、726的可用插槽的数量可以变化。根据系统100的吞吐量和尺寸，系统100可以在预扩张晶圆容留装置119中包括额外的插槽或更少的插槽。为了对预扩张晶圆容留装置119的特定插槽进行装载，升降器130可以将预扩张晶圆容留装置119的目标插槽升高或下降，以便与晶圆台120的高度对齐。晶圆台臂127，使预扩张晶圆126、726从扩晶机横跨整个晶圆台120往复运动，可以将预扩张晶圆126、726存放入预扩张晶圆容留装置119的插槽中。
晶粒处理器150的实施例可以执行的功能有：从每个预扩张晶圆126、726中提取一个或多个晶粒601；如图9a-9e所示，通过内嵌视觉系统157a，157b(本文全部或一般称为“视觉系统157”)可视化地检查预扩张晶圆126、726的提取的晶粒161；并将提取的晶粒180运输到下游处理设备，比如拾放机。晶粒处理器150的实施例可以包括XY工作台，该XY工作台能够将预扩张晶圆126、726移动和定位在适当的位置和方向，允许晶粒处理器的拾取头170将自身正确安置在每个晶粒601上并开始晶粒的提取。晶粒处理器150的XY工作台的实施例可包括轨道系统155和拉头163，类似于上述扩张系统400的轨道111和晶圆台臂127。
XY工作台的轨道系统155可允许沿X轴从XY工作台的一端穿过XY工作台移动到另一端。例如，拉头163可以横向于XY工作台的长度，以便接近容纳在预扩张晶圆容留装置119的插槽内的预扩张晶圆126、726。拉头163可以从预扩张晶圆容留装置119移出预扩张晶圆126、726，并且沿着轨道155横向移动，直到拉头将预扩张晶圆126、726固定至XY工作台的平台161a、161b(全部或一般称为平台161)当中的一个上。轨道155还可以包括单独的内轨道，平台161可在其上与其对接。XY工作台的内轨道可以允许各个平台161a、161b相对于拾取头170沿工作台的x轴变换位置，以便在预扩张晶圆126、726的处理期间使拾取头与被提取的合适的晶粒对齐。平台161沿轨道155的内轨道的移动和拾取头托架159沿Y轴轨道153的Y轴移动的组合，允许在晶粒601的提取期间使拾取头与预扩张晶圆126、726上的任意点对齐。
晶粒处理器150的实施例可包括XY工作台，该XY工作台配备有附接到XY工作台的一个或多个Y轴轨道153a、153b(一般或统一称为Y轴轨道153)。Y轴轨道可以允许拾取头托架159沿Y轴轨道移动，结合平台沿X轴轨道155的移动，提供了将拾取头170与预扩张晶圆126、726的晶粒601对准的定位系统。通过协调平台161在X方向上的移动和拾取头托架159在Y方向上的移动，拾取头170可以精确地瞄准和提取预扩张晶圆126、726的任意晶粒601。
晶粒处理器150的实施例可使用对应于扩张晶圆124、724的位置的XY坐标系来程序化控制。使用程序化的坐标平面，拾取头170可以从管嘴托盘选择合适的管嘴169，在一些实施例中，该管嘴可以集成至拉头163中，如图8a所示。利用平台161沿轨道155的移动和拾取头托架159沿Y轴轨道153的移动的组合，拾取头170可以在处于程序化的XY坐标位置的晶粒601上方将管嘴169对准。拾取头170可以使用拾取头170的吸力来提取处于坐标平面上的程序化位置的晶粒601，并且可以将提取的晶粒180运输至下游设备比如拾放机，以进行进一步处理。
在晶粒处理器150的一些实施例中，XY工作台，拾取头和/或拾取头托架159可配备有一个或多个视觉系统157a、157b(一般或统一称为“视觉系统157”)。视觉系统157可以包括一个或多个内嵌相机，其能够检查由拾取头170提取的预扩张晶圆126、726的提取的晶粒180。在可采用单个相机的实施例中，视觉系统157可以允许在三维上查看两个轴线上的预扩张晶圆126、726。在其他实施例中，可以放置多个相机，允许从多个角度查看晶粒。在某些情况下，视觉系统157可以通过利用一种或多种光学技术，比如通过使用棱镜或镜子，使用单个相机从多个轴线查看提取的晶粒180。
在晶粒处理器150的一些实施例中，拾取头170可以旋转。拾取头170与提取的晶粒180的旋转可允许视觉系统157在检查过程期间能在三维上接近预扩张晶圆126、726的提取的晶粒180的任一侧。借助具有能够将提取的晶粒180位置倾斜或旋转的拾取头170，晶粒处理器150可具有在电路向上(倒装芯片)方向和/或电路向下(芯片贴装)方向上查看由拾取头170提取的晶粒601的灵活性，而无需改变晶粒处理器150的操作模式。在一些实施例中，视觉系统157可通过旋转拾取头170来查看所提取的晶粒180的不同位置，这可以在不同的方向呈现提取的晶粒180，使得能够获得提取的晶粒180的侧视图或边视图181，如图9d-9e所示。在从预扩张晶圆126、726提取晶粒601之后，视觉系统157的实施例可以允许全面检查提取的晶粒180的边界。
如图1a-1b和8a-8b中的晶粒处理器150的示范性实施例所示，晶粒处理器150一次可以同时处理多个预扩张晶圆126、726。如示范性实施例中所示，两个预扩张晶圆126、726可以装载至单独的平台161a、161b上，其中预扩张晶圆126、726。预扩张晶圆126、726中的每一个可以由单独的拾取头独立地处理，每个拾取头连接至单独的拾取头托架159a、159b。尽管本发明描绘了两个拾取头托架159a、159b和两个平台161a、161b，但这绝不应该限制系统100中可能存在的拾取头170、拾取头托架159或平台161的数量。系统100中可重复有任意多个元件，以便允许对从预扩张晶圆126、726装载至晶粒处理器150中的晶粒601进行附加的同步处理和提取。此外，由于晶粒处理器150是独立于晶圆处理系统101的模块，系统100可以同时并兼顾地提取和检查从多个预扩张晶圆126、726中移出的提取的晶粒180，同时晶圆处理系统101将预备晶圆500扩大形成预扩张晶圆126、726。
晶粒处理方法
参考附图，图10示出了晶粒处理系统使用的方法900的实施例，该晶粒处理系统可以处理一个或多个晶粒的连续方法而进行运行。与晶粒处理系统100不同，实施方法900的方法的系统不具有并行的晶圆处理系统101。而是依次执行索引、扩张和晶粒提取。晶圆扩张和晶粒提取依次进行，不能同时进行。
图11中描绘的方法1000的实施例描述了本发明的晶粒处理系统100的工作流程，其可以在扩晶机109中扩张一个或多个预备晶圆500，同时从晶粒处理器150处理的一个或多个预扩张晶圆126、726提取晶粒。在步骤1003中，晶圆处理系统101可选择预备晶圆500用于在扩晶机109中扩张，从而将预备晶圆500转换成预扩张晶圆126、726。作为选择过程的一部分，晶圆处理系统101可以将预备晶圆500索引至扩晶机109。晶圆处理系统101可以将之前被所选预备晶圆500占用的插槽113标记为空，并将扩晶机109更新为被所选预备晶圆500占用。
随后，在步骤1005中，晶圆处理系统101可以进行将预备晶圆500从插槽113拉至扩晶机109的过程。在步骤1005中，晶圆处理系统可首先启动包括料箱105的升降器130，该料箱105包含步骤1003中选出的用于扩张的预备晶圆500。升降器130可以启动伺服电机307，使升降器的导螺杆309转动，由此使附接至预扩张晶圆容留装置119的后板121上升或下降，导致料箱105向上或向下移动。升降器130可以将存储预备晶圆500的料箱105的插槽113与晶圆台120对齐。晶圆台臂127可以沿轨道111朝向料箱105移动，该料箱105已经升高或下降至晶圆台120的高度。当晶圆台臂127抵达对齐晶圆台120的插槽113时，晶圆台臂127可以拉动所选的预备晶圆500，以便从插槽113索引至扩晶机109，并沿轨道111朝向扩晶机109前进。晶圆台臂127可以将步骤1003中索引的所选晶圆运输至扩晶机109，用于扩张形成预扩张晶圆126、726。
在步骤1006中，可以将预备晶圆500封装入卡盒122中，并通过扩晶机109将预备晶圆500扩张成预扩张晶圆126、726，该预扩张晶圆126、726具有比步骤1005中拉至扩晶机109的晶圆115更大的表面积。扩张晶圆124、724的实施例可以被锁定在封装的卡盒122内，处于卡盒122的顶板和底板之间，形成预扩张晶圆126、726。当步骤1006的晶圆扩张完成时，可通过晶圆台臂127从扩晶机109拉出预扩张晶圆126、726。晶圆台臂127可以沿轨道111在预扩张晶圆容留装置119的方向上前进，并将预扩张晶圆126、726存放至预扩张晶圆容留装置119的插槽中。晶圆处理系统101可以选择晶圆处理装置119的开放插槽，并启动升降器130以升高或降低预扩张晶圆容留装置119使开放插槽与晶圆台120对齐，允许晶圆台臂127将预扩张晶圆126、726拉入由系统选择的预扩张晶圆容留装置119插槽中。
在步骤1008中，步骤1007中被拉至预扩张晶圆容留装置119的预扩张晶圆126、726可以编入索引，供晶粒处理器150进行晶粒提取。系统100可以修改预扩张晶圆126、726在预扩张晶圆容留装置119中的队列，以便获得空位，该空位保留用于预计从预扩张晶圆容留装置119移出并拉至晶粒处理器150的XY工作台的平台161上的预扩张晶圆。在步骤1009中，预扩张晶圆126、726由系统100索引以拉至晶粒处理器150，并可由拉头163拉至晶粒处理器150的平台161上。
可通过将预扩张晶圆容留装置119的插槽与XY工作台上的平台161对齐，来完成将步骤1008中索引的预扩张晶圆126、726拉至平台161的动作。可通过启动升降器130并将附接至升降器130和预扩张晶圆容留装置119的后板121升高或降低，直至容纳索引的晶圆的插槽与平台161对准，来实现平台161和预扩张晶圆容留装置119的插槽之间的对齐。平台161可沿着由轨道系统155形成的X轴滑动。平台161可以滑动至与预扩张晶圆容留装置119的插槽邻接。拉头163还可以沿轨道155滑动，从预扩张晶圆容留装置119移出预扩张晶圆126、726，并将预扩张晶圆126、726固定至平台161。
固定至预扩张晶圆126、726的卡盒的平台161的实施例，可沿轨道155以远离预扩张晶圆容留装置119的相反方向，朝向容纳在拾取头托架159内的拾取头170移动。在步骤1010中，晶粒处理器150可通过由拾取头从预扩张晶圆126、726中提取一个或多个晶粒601，而开始处理预扩张晶圆126、726。在一些实施例中，拾取头170可以与管嘴托盘对准，以便选择可附接到拾取头170上以提取晶粒601的管嘴169。拉头163可沿轨道系统155移动，直到在拾取头170的吸力范围内与拾取头托架对齐，更具体地，在Y轴轨道153下方对齐。拾取头托架与拉头一经对齐后，拾取头托架可沿Y轴轨道153滑动，直到拾取头170定位在目标管嘴169上。在一些实施例中，拾取头170可以从管嘴托盘升起并/或附接管嘴169，并且使用管嘴169继续从预扩张晶圆126、726提取晶粒601。
管嘴169一经选定后，管嘴托盘可以沿轨道系统155远离拾取头170滑动，同时平台161可以沿轨道系统155移动，直到放置在与系统100选择的第一晶粒对齐的预定程序位置，以在Y轴轨道153上处理。拾取头170可以通过拾取头托架159的移动沿着Y轴轨道153移动，直到拾取头170与预编程的XY坐标位置对齐。拾取头170可以朝向位于拾取头170下方的晶粒601下降，从位于下方的预扩张晶圆126、726提取所选的晶粒601。拾取头170可以借助平台161和拾取头托架159的移动，连续地与各个晶粒601对准和重新对准，直到已经提取所有选定的晶粒601。
在一些实施例中，处理步骤1010可以通过如图9a-9e所示使用内嵌视觉系统157检查提取的晶粒180来继续。视觉系统157的相机可以确保提取的晶粒180如系统100所预期的那样被提取，并且不损坏各个提取的晶粒180。拾取头170可使提取的晶粒180沿不同的方向倾斜，如图9d-9e所示，允许视觉系统157在三维空间中检查晶粒。在检查期间，视觉系统157可以观察到提取晶粒601之后朝向视觉系统157定位的各个提取的晶粒180所露出的表面。随着拾取头170从一个位置旋转至另一个位置，视觉系统157还可以查看提取的晶粒180朝向视觉系统157定位的各个边缘。视觉系统157可识别提取的晶粒180的边缘上的缺陷。一旦视觉系统157的检查完成后，拾取头170可以将提取的晶粒180运输到下游的处理设备，其可以进一步处理晶粒601。例如，拾取头170可以将提取的晶粒180转移到拾放机。晶粒处理器150的实施例可以继续从扩张晶圆124、724提取各个晶粒601，直到预扩张晶圆126、726耗尽，留下空卡盒122和框架117。在步骤1013中，包含框架117的空卡盒122可以由拉头163移回到晶圆容留器装置119的空插槽。
在步骤1015中，升降器130可以将包含用过的卡盒122和框架117的插槽向上提升，使其重新与晶圆台120对齐。晶圆台臂127可将空卡盒122和框架117从预扩张晶圆容留装置119沿轨道111朝扩晶机109拉回。接下来，扩晶机109可以在步骤1016中对卡盒122进行非扩张，打开卡盒122。在一些实施例中，扩晶机可以将卡盒保持在扩晶机109内，用于下一个待形成的预扩张晶圆126、726。卡盒122的非扩张完成之后，用过的晶圆框架117可以在步骤1017中返回至料箱105。晶圆台臂127可以将框架117从扩晶机109拉向料箱105。升降器130可以将料箱105的空插槽与晶圆台120对准。一旦与晶圆台120对准之后，晶圆台臂127可以将空的框架117存放入空的插槽113中，允许框架117结合另一个可装载入料箱的晶圆115使用。
对本发明的各种实施例的描述示出为旨在进行说明，而非试图穷举或对所公开的实施例进行限制。在不脱离所描述的实施例的范围和主旨的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。本文选择使用的术语是为了最恰当地解释实施例的原理，解释在市场中出现的实际应用或科学技术上的技术性改进，或者是使本领域其他的普通技术人员能够理解本文公开的实施例。

Claims (18)

1.一种晶粒处理系统，包括：
第一料箱，其配置为存储预备晶圆，所述预备晶圆包括第一构造的晶圆；
扩晶机，其配置为将第一构造的晶圆扩张成为第一预扩张晶圆；
预扩张晶圆容留装置，其配置为存储从扩晶机接收的所述第一预扩张晶圆；
晶粒处理器，其包括拾取头，所述拾取头配置为从所述第一预扩张晶圆上提取一个或多个晶粒；
第二料箱，其配置为存储第二预备晶圆，所述第二预备晶圆包括第二构造的晶圆，其中第二构造的特性与第一构造的特性不同；以及
第二预扩张晶圆容留装置，其配置为从扩晶机接收第二预扩张晶圆。
2.根据权利要求1所述的晶粒处理系统，其特征在于，所述第一预扩张晶圆保持在第一卡盒中，所述第一卡盒包括置于所述第一卡盒的顶板和底板之间的第一构造的晶圆。
3.根据权利要求1所述的晶粒处理系统，其特征在于，所述第一预扩张晶圆和所述第二预扩张晶圆以预定方向的位置存储在所述预扩张晶圆容留装置或第二预扩张晶圆容留装置中。
4.根据权利要求1所述的晶粒处理系统，还包括：
第一升降器，其附接至预扩张晶圆容留装置；
第二升降器，其附接至第二预扩张晶圆容留装置；并且
所述晶粒处理器与所述第一升降器和所述第二升降器均相连。
5.根据权利要求1所述的晶粒处理系统，其特征在于，所述晶粒处理器的所述拾取头从所述第一预扩张晶圆同时提取一个或多个晶粒，同时扩晶机将第二构造的晶圆扩张成为第二预扩张晶圆。
6.根据权利要求1所述的晶粒处理系统，还包括：
相机，其附接至所述晶粒处理器，其中所述相机具有所述第一预扩张晶圆的各个提取的晶粒的三维视图。
7.根据权利要求6所述的晶粒处理系统，其特征在于，所述相机的三维视图能够获得从所述第一预扩张晶圆提取的一个或多个晶粒的侧视图和边视图。
8.根据权利要求1所述的晶粒处理系统，其特征在于，所述拾取头是可旋转的。
9.根据权利要求7所述的晶粒处理系统，其特征在于，所述拾取头旋转，并将所述第一预扩张晶圆的各个提取的晶粒呈现给相机。
10.一种晶粒处理方法，包括步骤：
将包括第一构造的晶圆的预备晶圆从料箱拉至扩晶机；
将所述晶圆扩张成预扩张晶圆；
将所述预扩张晶圆存储在预扩张晶圆容留装置中；
将所述预扩张晶圆从所述预扩张晶圆容留装置拉至晶粒处理器的工作台；
从所述预扩张晶圆提取一个或多个晶粒；
将第二预备晶圆从第二料箱拉至扩晶机，所述第二预备晶圆包括第二构造的第二晶圆，其中所述第二晶圆具有与第一构造的晶圆不同的构造；以及
将所述第二晶圆扩张成第二预扩张晶圆。
11.根据权利要求10所述的晶粒处理方法，还包括步骤：
将所述第二预扩张晶圆存储在第二预扩张晶圆容留装置中；以及
将所述第二预扩张晶圆从所述第二预扩张晶圆容留装置拉至晶粒处理器。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将预备晶圆扩张成预扩张晶圆的步骤还包括：
准备卡盒，其包括顶板、底板和所述预备晶圆；
将预备晶圆置于卡盒的顶板和底板之间；
通过将顶板和底板压到一起，对晶圆进行扩张；以及
将顶板和底板锁住，形成预扩张晶圆。
13.根据权利要求10所述的晶粒处理方法，其特征在于，提取预扩张晶圆的一个或多个晶粒的步骤和将所述第二预备晶圆扩张成第二预扩张晶圆的步骤同时进行。
14.根据权利要求10所述的晶粒处理方法，还包括步骤：
检查，通过附接至晶粒处理器的视觉系统检查从预扩张晶圆提取的一个或多个晶粒。
15.根据权利要求14所述的晶粒处理方法，其特征在于，所述视觉系统提供了从预扩张晶圆提取的一个或多个晶粒的三维视图。
16.根据权利要求14所述的晶粒处理方法，其特征在于，所述检查的步骤包括通过所述视觉系统的相机来查看从所述预扩张晶圆提取的一个或多个晶粒的侧视图或边视图。
17.根据权利要求10所述的晶粒处理方法，其特征在于，将预扩张晶圆存储在预扩张晶圆容留装置的步骤还包括以下步骤：
将所述预扩张晶圆旋转到预定方向的位置；以及
以预定方向的位置将所述预扩张晶圆置入所述预扩张晶圆容留装置中。
18.根据权利要求10所述的晶粒处理方法，还包括步骤：
将所述第二预扩张晶圆存储在第二预扩张晶圆容留装置中；
将所述第二预扩张晶圆从所述第二预扩张晶圆容留装置拉至所述晶粒处理器的工作台；以及
提取所述第二预扩张晶圆的一个或多个晶粒，同时从所述预扩张晶圆提取一个或多个晶粒。
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