CN1574204A - 含多个部件传送器件的半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种部件传送装置，该装置能够在半导体工艺中从部件供应的拾取位置传送部件到如芯片焊盘等接收器中的放置位置。其包含第一传送器件和第二传送器件以从拾取位置有效交替传送部件到放置位置。第二传送器件与第一传送器件相对于拾取位置和放置位置之间的连线对应布置。

Description

含多个部件传送器件的半导体装置
技术领域
本发明涉及一种在半导体工艺中用于传送部件(components)或材料，如半导体芯片(semiconductor dice)或环氧树脂(epoxy)到衬底上的装置，其更具体地涉及一种含有多个传送器件(deliverydevices)以执行上述操作的装置。
背景技术
拾取与放置(pick-and-place)机器一般被用于自动半导体设备中以精确传送部件或材料到如引线框(1eadframe)等半导体衬底上面。其中一个实例是芯片接合(die bonding)机，其在“拾取与放置”操作中将切割过的晶圆片(wafer dice)或芯片(chips)从晶圆台传送到衬底上。为了操作的简单性，通常使用单接合头(single bond head)系统来实现拾取与放置操作。但是，这将会限制单头系统可能达到的产能(通常量化为单位每小时或UPH：Units Per Hour)。现在的单接合头系统已经不能够完全满足日益增加的高产能需求，因此需要开发一种含有多接合头的系统，以便能够同时进行芯片接合操作。
在美国专利5,397,423“多头芯片接合系统“中，多接合头(multiplebond heads)被隔离放置并且装配在一个单个传送装置(conveyormechanism)上面。该接合头从晶圆台拾取半导体芯片并在一个分离的地方(separate station)将该芯片结合到衬底上面。虽然该多头系统的产能比单头系统的高，但是在此设计中接合头的排列被衬底的配置所限制。因此该系统不够灵活。如何找到容纳多接合头和传送系统的空间是其中的另一个问题。
现有技术中主要还有两种类型的多接合头系统，即图1所示的层叠线(cascade line)系统和图2所示的多接合臂(multiple bond-arm)系统。下面将描述这些系统的接合方法及其装置。
如图1所示，层叠线系统通过连接两个单独的接合机101，102而构成，该接合机用于在一对接合位置104，105将芯片接合到衬底103上面。上述系统的最小组成部分至少应该包括两个芯片传送器件(diedelivery devices)106，107，两个芯片供给器件(die supplying devices)108，109，两个拾取光学系统和两个接合光学系统(图中未标出)。芯片传送器件106，107从相应的晶圆台108，109拾取芯片并传送到位于放置芯片的衬底103上面的接合位置104，105。衬底传送器件110用于连接两个接合机101，102，以便将衬底从一台机器101的卸载区传送到另一台机器102的装载区。
对于图1所示的层叠线系统，两台机器101，102中的一台出现故障将会影响整个机器的运行。不仅如此，由于机器含有更多的器件而变得更加复杂，所以出现故障的可能性更大。
如图2a和2b所示，多接合臂系统包含衬底传送器件201，两个芯片供给器件202，两个拾取光学系统(未示)，一个接合光学系统(未示)，一个芯片传送器件203和两个接合臂204。接合臂204可以如图2a所示成对的装配在线性支架(linear carriage)上，或者如图2b所示以V形布局装配在旋转平台上面。在两种系统配置中，两个芯片供给器件202被装配在衬底传送器件201的相对的侧边上。接合臂204的相对位置的这种安排使得拾取与放置动作由于使用一个公共的芯片传送器件203而能够同时进行。
在多接合臂的系统中，每个接合臂通过如图2a所示的线性臂或者如图2b所示的旋转V形臂承载着一个装配在单个芯片传送器件上的接合头。对于该类系统，接合头都耦合在一起，以使它们的位置能够相互相关。只有当两个接合头与拾取和结合点精确对齐时，同步的拾取与放置运动才是可能的。如果机器运行中任何一个接合头的位置对齐或者水平调节出现误差，芯片传送器件203将不能够对每一个接合头的位置误差以及芯片与衬底的尺寸偏差进行任何补偿。
另外，层叠线系统和多臂系统均需要更大的装置面积(footprints)，因为需要更多的空间来容纳以晶圆台和光学台出现的重复器件。因此层叠线系统和多头系统需要更高的装置成本。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种改进的装置，该装置通过使用多个传送器件传送材料到衬底上以增加产能，同时没有前文所述的一些缺点。
相应地，本发明提供一种部件传送装置，该装置用于在半导体工艺中从部件(components)供给的拾取位置(pick-up position)传送部件到接收器(receptor)上的放置位置(placement position)，其包含有：第一传送器件以及与该第一传送器件相对于该拾取位置和放置位置之间连线对应布置的第二传送器件，其中该第一和第二传送器件从拾取位置交替传送部件到放置位置。
参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。
附图说明
根据本发明所述的装置的实施例将参考附图加以描述，其中：
图1所示为采用双接合头的芯片接合系统中传统的层叠线系统的俯视图；
图2a和2b所示分别为带线性臂和旋转V形臂配置的多接合臂系统的俯视图；
图3所示为根据本发明较佳实施例以多接合头接合系统形式出现的装置的透视图；
图4a和4b所示分别为图3中接合系统的俯视图和正视图，其中芯片传送器件均为其初始位置(home positions)；
图5a和5b所示分别为图3中接合系统的俯视图和正视图，其中芯片传送器件均为其待命位置(standby positions)；
图6a和6b所示分别为图3中结合系统的俯视图和正视图，其中给出了芯片传送器件中的芯片握持工具(die holding tools)的供应路径；
图7a和7b所示分别为图3中接合系统的俯视图和正视图，其中给出了芯片传送器件中的芯片握持工具的返回路径。
具体实施方式
现在参考图3-7介绍本发明的较佳实施例。
图3所示为根据本发明较佳实施例以多接合头(multiple bondhead)接合系统形式出现的装置的透视图。该装置包含衬底传送器件1，该器件为装置的主要部件，用于单向(uni-directionally)传送衬底2到放置位置或接合区3，在该位置接收器平面(receptor surface)18被用来接合衬底2。该装置还包含：部件供给系统即以晶圆台形式存在的芯片供给器件4，第一和第二芯片传送器件5，6，其中每个芯片传送器件5，6均载有芯片握持工具7，8。
该装置将芯片部件从位于部件供应器4中的拾取位置或拾取点11传送到放置位置或接合区3。第二芯片传送器件6被放置在相对于拾取点11和接合区3之间的连线与第一芯片传送器件5对应的位置上。在使用中，除拾取和放置过程外，两个传送器件5，6将通常在上述连线的相对侧移动，而它们各自的芯片握持工具7，8通常将沿着该连线放置。
有多种驱动装置能够独立操作芯片传送器件5，6。这些驱动装置可能包含：X支架(X carriages)16，17以在X轴上定位芯片握持工具7，8；Y支架14，15以在Y轴上定位工具7，8以及Z支架12，13以在Z轴上定位工具7，8。所以，芯片传送器件5，6是可以沿着相互垂直的x，y和z轴被驱动的。拾取点11最好位于一个固定的位置，使芯片握持工具7，8能够被安排在拾取点11处从芯片供给器件4拾取芯片。传送器件5，6被安排用于交替地从拾取点11传送芯片部件到接合区3，这点将在后文中更加详细的加以描述。另外在拾取位置11和放置位置3的上方分别还设有拾取光学器件9和放置光学器件10。
衬底2从衬底供给单元(substrate-supplying unit)(未示)被传送到衬底传送器件1。在芯片接合之前，衬底2通常要进行预处理。在环氧树脂芯片接合器(epoxy die bonder)中，这可能涉及到分配粘性材料到接收器(receptors)或衬底2的接合焊盘(bond pads)18上面。而在易溶性(eutectic)芯片接合器中，加热的封壳则可能将热能传送到接合焊盘18。预处理过的衬底2通过传送器件1首先被逐步的传送到被半导体芯片接合在上面的结合区3。
图4a和4b所示分别为图3中接合系统的俯视图和正视图，其中芯片传送器件5，6均处在其初始位置上，这是操作前的第一静止位置(stationary position)。图4b是图4从方向A的视图。芯片传送器件5，6的X支架16，17处在相互最远的位置，Y支架14，15位于靠近芯片供给器件4的最前端位置，而Z支架12，13在其最顶端位置。
芯片传送器件5，6到达其初始位置的移动次序的一个例子是驱动两个X支架16，17首先相互远离，然后先后或同时驱动Y支架14，15和Z支架12，13。除了装配芯片传送器件5，6的Z支架12，13被相互面对面放置以外，芯片传送器件5，6的其他配置是相似的。
芯片传送器件5，6包含混合物台(compound table)，在此台上X支架16，17，Y支架14，15和Z支架12，13通过关联的激励器(associatedactuators)驱动以在X，Y和Z轴上移动芯片传送器件5，6的芯片握持工具7，8。Y轴和Z轴的驱动器最好是非耦合的。芯片传送器件5，6均装有位置传感器，以便芯片传送器件5，6的位置能够被连续的监测从而避免其相互碰撞。
图5a和5b所示分别为图3中接合系统的俯视图和正视图，其中芯片传送器件5，6均处于其待命位置，这是操作前的第二静止位置。图5b是图5a从方向A的视图。这是芯片握持工具7准备拾取芯片的位置。芯片通过芯片供给器件4被移动到拾取点11。与此同时，衬底传送器件1上的衬底2通过衬底传送器件1被传送到接合地(bonding station)并停止在接合区3中。值得注意的是，最少在图4和图5所示的两个静止位置中，芯片传送器件5，6应该相对于拾取点11和接合区3之间的连线对称布置。在这些静止位置，Z支架12，13也被相互面对面的装配。
图6a和6b分别为图3中接合系统的俯视图和正视图，其中给出了芯片传送器件5，6上的芯片握持工具7，8的运动路径，包括供应路径20和21。图6b是图6a从方向A的视图。系统的接合周期从芯片握持工具7移动到图6中所示的拾取点11上方的某个位置开始。当芯片握持工具7在拾取点11的芯片上方降低时，芯片握持工具7被抽真空，然后被升起。因为芯片供给器件4上面的芯片通常被放置在粘胶带(adhesivetape)上以保持其位置，因此芯片握持工具7的升起动作与芯片供给器件4的弹出器针(ejector pin)(未示)对芯片的向上运动是保持同步的，这样此同步动作使得芯片升起，直到芯片完全从粘胶带支持物上脱落为止。随后弹出器针缩回，同时芯片已经被芯片握持工具7所握持。
一旦芯片握持工具7握持住芯片，其沿着路径20从拾取点11到位于接合区3上方的某个点移动。然后，芯片握持工具7降低到接合区3的接合焊盘18上，此时芯片握持工具7内的真空被撤除，芯片被接合到衬底2上的接收器或接合焊盘18上面。与此同时，另一个芯片握持工具8沿路径21移动到拾取点11，在这里由芯片供给器件4提供的另一个芯片被拾取并沿图7所示的运动路径23移动。芯片握持工具7，8上面的供应路径20，21均可由相应的芯片传送器件5，6以X，Y和Z平面内运动轨迹的任意组合来驱动。
图7a和7b分别为图3中接合系统的俯视图和正视图，其中给出了包括芯片传送器件5，6上的芯片握持工具7，8的返回路径22，23的运动路径。图7b是图7a在方向A上的视图。在芯片握持工具7将芯片接合到衬底2的接合焊盘18上之后，其沿路径22从接合区3移动到拾取点11，在该拾取点11处拾取由芯片供给器件4提供的另一个芯片。与此同时，在芯片握持工具8从芯片供给器件4上拾取芯片后，其沿路径23从拾取点11向接合区3移动，在该接合区3处将芯片接合到接合区3中空闲的接收器或接合焊盘18上。芯片握持工具7，8的路径22，23均可由芯片传送器件5，6以X，Y和Z平面内运动轨迹的任意组合来驱动。另外，运动路径20，21，22，23不必相同。此接合周期一直重复，直到衬底2的所有接合焊盘18都被接合。衬底传送器件将衬底2移动到衬底传送器件1的卸载区(未示)。一新的衬底又被送往接合区3并开始另一个重复的接合周期。
应当注意在上述的描述中，芯片传送器件5，6是被同步驱动的，其在拾取位置11和放置位置3之间沿基本相反的方向移动。不仅如此，第一芯片传送器件5或者第二芯片传送器件6从拾取位置11有效拾取芯片是和另一个芯片传送器件在放置位置3放置芯片是基本(substantially)同时的。通过这种方法，UPH被增加了，因为拾取和放置操作能够同时进行。在上述的实施例中，第一芯片传送器件5的运动路径20，22和第二芯片传送器件6的运动路径21，23相对于拾取位置11和放置位置3之间的连线互为镜像是可取的。
在每个芯片被接合之前，接合芯片的衬底2上的接合焊盘位置18由装配在放置位置或接合区3上方的放置光学器件10进行检查。接合区3是位于接合表面上的一个区域，此接合表面用于芯片握持工具7，8在此有效接合芯片。接合焊盘18和接合区3之间任何位置偏差都可通过调节在接合周期中准备执行接合操作的芯片传送器件5，6来补偿。根据位置偏差的反馈值，芯片传送器件5，6将驱动芯片握持工具7，8到达实际的接合焊盘位置。类似地，在每个芯片被拾取之前，其位置由装配在拾取点11上方的拾取光学器件9进行检查。芯片位置和拾取点11之间的任何位置偏差都可通过在接合周期中将要拾取芯片的芯片传送器件5，6来补偿。同时，任何旋转偏差都可通过旋转芯片供给器件4来补偿。
在本实施例中，该装置被描述成应用于芯片接合。然而，通过分别使用环氧树脂供给器件(epoxy supply device)和冲压针(stampingpins)取代芯片供给器件4和芯片握持工具7，8以作为被传送部件和传送器件，其也能被用于如环氧树脂冲压(stamping)系统之类的应用领域。其他处于本发明权利要求范围之内的应用也是可能的。不仅如此，在上述实施例中，芯片传送器件5，6交替接合芯片到连续(successive)的接合焊盘18上。然而，连续的芯片能够被结合到同样接合焊盘18上的子单元中，只要该子单元在接合区3中即可。
在上述实施例中，每个芯片传送器件5，6中包含由X支架16，17，Y支架14，15和Z支架12，13组成的混合物台。这些支架的布置可以是耦合或者是非耦合的。
另外，在上述实施例中，每个芯片传送器件5，6均有其各自的基座支撑体(base support)，X支架16，17的导轨即安装在这些基座支撑体上面。但是，两个芯片传送器件5，6能够被装配在一个公共的基座支撑体之上。
值得注意的是，由于两个芯片传送器件5，6交替地从公共的芯片供给台1或晶圆台的同一个点11拾取芯片，并且传送芯片到该芯片被接合的衬底预定位置的区域，因此不必包含额外的芯片供给台，芯片弹出台和拾取光学台。所以设备重复问题得到了避免。
此新系统的空间占用也被减小，因为本发明的两个接合头从芯片供给器件4上的公共的晶圆上拾取芯片，而不需要附加的晶圆台和拾取光学系统。本发明的上述实施例与层叠线系统和传统的多接合头系统相比是结构紧凑且成本低廉的。这是由于在以前的系统中，许多机械和电气的硬件部件被重复或冗余使用了。
与传统的拾取头和接合头耦合的多头系统不同，本发明系统的产能可以得到大大提高，这归功于包含芯片传送器件5，6和芯片握持工具7，8的独立接合头的并行功能。一个接合头的故障也能够被忽略，因此新系统在只有一个接合头的情况下仍然能够进行生产。机器的停机时间因此得到了减少。
此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。

Claims (17)

1、一种部件传送装置，该装置用于在半导体工艺中从部件供给的拾取位置传送部件到接收器上的放置位置，其包含有：
第一传送器件以及与该第一传送器件相对于该拾取位置和放置位置之间连线对应布置的第二传送器件，其中该第一和第二传送器件从拾取位置交替传送部件到放置位置。
2、如权利要求1所述的装置，其包含能够独立操作第一和第二传送器件的驱动装置。
3、如权利要求2所述的装置，其中该传送器件能够被同时驱动，以便其在操作中在拾取位置和放置位置之间以基本相反的方向移动。
4、如权利要求2所述的装置，其中该驱动装置用于沿相互垂直的x，y和z轴驱动传送器件。
5、如权利要求4所述的装置，其中该驱动装置至少沿x和y轴驱动传送器件，且是非耦合的。
6、如权利要求1所述的装置，其中至少在该传送器件位于静止位置时，该传送器件相对于拾取位置和放置位置之间的连线是对称布置的。
7、如权利要求6所述的装置，其中每个用于沿Z轴驱动各自传送器件的Z支架在所述静止位置时被相互面对面地配置。
8、如权利要求1所述的装置，其中该第一传送器件或第二传送器件从拾取位置拾取部件与另一个传送器件在放置位置放置部件是基本同时的。
9、如权利要求1所述的装置，其中该装置的拾取位置是固定的。
10、如权利要求1所述的装置，其中各个传送器件是可各自沿预定的运动路径移动的，该运动路径相对于拾取位置和放置位置之间的连线互为镜像。
11、如权利要求1所述的装置，其包含位于拾取位置上方的拾取光学器件和位于放置位置上方的放置光学器件。
12、如权利要求1所述的装置，其包含可连续监测每个传送器件位置的位置传感器。
13、如权利要求1所述的装置，其包含有用于检查接收器和放置位置之间的位置偏差的放置光学器件，以便补偿他们之间的任何位置或旋转偏差。
14、如权利要求13所述的装置，其中可以通过调节传送器件来补偿任何位置偏差。
15、如权利要求13所述的装置，其中可以通过部件供给器的旋转来补偿任何旋转偏差。
16、如权利要求1所述的装置，其中该半导体部件包含半导体芯片，该传送器件包含芯片接合头。
17、如权利要求1所述的装置，其中该半导体部件包含环氧树脂，该传送器件包含冲压针。
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