CN1768422A - 用于拾取半导体芯片的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体芯片拾取设备，包括：用于拾取支承在薄片上的芯片的拾取头；用于支承薄片的支承台；用于识别芯片的识别装置；用于在识别装置的识别结果的基础上相对于拾取头定位芯片的定位装置；以及用于通过从与薄片下表面接触的抽吸平面抽吸薄片将薄片与芯片分离的薄片分离机构。薄片分离机构包括：形成在抽吸平面中的多个抽吸槽；多个边界区域，每个边界区域将彼此相邻的抽吸槽隔开并在抽吸期间与薄片下表面接触地支撑薄片；分别可移动地设置在抽吸槽中的抽吸部件，使得在其向薄片下表面移动时，其与薄片下表面接触从而抽吸薄片；用于移动抽吸部件的移动装置；以及用于从所述多个抽吸槽抽吸薄片的抽吸装置。

Description

用于拾取半导体芯片的设备及方法
技术领域
本发明涉及一种拾取从晶片上切下的附着在薄片(sheet)上的半导体芯片的设备、及拾取半导体芯片的方法。
背景技术
随着近来电子部件的尺寸小型化，半导体芯片有矮轮廓化的趋势，厚度为100μm或更小的非常矮轮廓的半导体器件已经投入实际使用。然而，这种矮轮廓半导体器件易于损坏，因此难以处理。特别地，非常难以进行取出从晶片上切下的单个半导体芯片的工序。此工序重复执行使用吸嘴拾取附着在薄片上的半导体芯片同时分成各个部分的操作。在此情况下，若将传统上使用的用于分离半导体芯片的方法应用于矮轮廓半导体芯片(见专利公开JP-A-54-58356)，即采用借助针尖自薄片下推起半导体芯片，经常会发生诸如半导体芯片破碎或断裂的麻烦。
在将上述方法用于矮轮廓芯片(low-profiled chip)的情况下，在许多情况中，在薄片从下面被抽吸的状态下，单个半导体芯片保留有弯曲/变形。因此，在拾取期间用于对准的半导体芯片的成像中，因弯曲/变形导致的误识别非常频繁地发生。误识别是指由于半导体芯片的局部弯曲，合格产品被错误地确定为有断裂的缺陷产品。
发明内容
在此情况下，本发明意在提供一种针对矮轮廓半导体芯片且能防止误识别的用于拾取半导体芯片的设备、以及拾取该半导体芯片的方法。
根据本发明的第一方面，一种芯片拾取设备包括：用于拾取支承在薄片上的芯片的拾取头；用于支承该薄片的支承台(holding table)；用于通过获取支承在该薄片上的芯片的图像识别该芯片的识别装置；用于在通过识别装置获得的识别结果的基础上相对于拾取头定位待拾取的芯片的定位装置；以及用于通过自与该薄片的下表面接触的抽吸平面(suction plane)吸住薄片而从芯片上分离该薄片的薄片分离机构，薄片分离机构设置在所述支承台下，其中薄片分离机构包括：形成在该抽吸平面中的多个抽吸槽；多个边界区域，每个边界区域将彼此相邻的抽吸槽隔开，并在抽吸期间在其与薄片下表面接触的情况下支撑薄片；可移动地分别设置在抽吸槽中的抽吸部件，从而在其向薄片的下表面移动时，其与薄片的下表面接触从而吸住薄片；用于移动抽吸部件的移动装置；以及用于从抽吸槽吸薄片的抽吸装置。
优选地，在抽吸部件离开薄片表面的状态下，芯片可以经薄片被边界区域支撑。
根据本发明的第二方面，一种用于使用拾取头拾取支承在薄片上的芯片的芯片拾取方法，包括：通过获取支承在薄片上的芯片的图像识别芯片的识别步骤；在识别步骤中的识别结果的基础上相对于拾取头定位待拾取的芯片的定位步骤；通过在边界区域保持接触薄片的下表面的情况下自抽吸槽吸住薄片来将薄片与芯片分离的薄片分离步骤；以及用拾取头支承与薄片分离的芯片的上表面的支承步骤，其中在识别步骤前，抽吸部件被移动从而与薄片的下表面相接触，且吸薄片，使得支承在薄片上的芯片的变形被改正。
优选地，薄片分离步骤可以在抽吸部件离开薄片的下表面的状态下进行，以及在薄片分离步骤中，芯片经薄片被边界区域支撑，每个边界区域将彼此相邻的抽吸槽隔开。
根据本发明的第三方面，一种芯片拾取设备包括：用于拾取支承在薄片上的芯片的拾取头；用于支承薄片的支承台；用于通过获取支承在薄片上的芯片的图像识别芯片的识别装置；用于在通过识别装置获得的识别结果的基础上相对于拾取头定位待拾取的芯片的定位装置；以及用于通过自与薄片的下表面接触的抽吸平面吸住薄片而将薄片与芯片分离的薄片分离机构，薄片分离机构设置在支承台下，其中薄片分离机构包括：与薄片的下表面接触的用于改正芯片的形变的改正装置；以及用于通过变形芯片而将薄片与芯片分离的分离装置。
根据本发明的第四方面，一种用于使用拾取头拾取支承在薄片上的芯片的芯片拾取方法，包括：通过获取支承在薄片上的芯片的图像识别芯片的识别步骤；在识别步骤中的识别结果的基础上相对于拾取头定位待拾取的芯片的定位步骤；通过在边界区域保持接触薄片的下表面的情况下自抽吸槽吸住薄片来将薄片与芯片分离的薄片分离步骤；以及用拾取头支承与薄片分离的芯片的上表面的支承步骤，其中在识别步骤前，支承在薄片上的芯片的形变被改正，且在薄片分离步骤中，芯片被变形从而从芯片上剥离薄片。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的半导体芯片拾取设备的构造的简图；
图2为根据本发明一实施例的半导体芯片拾取设备的薄片分离机构的透视图；
图3为根据本发明一实施例的半导体芯片拾取设备的薄片分离机构的局部剖视图；
图4A和4B为用于说明根据本发明一实施例的半导体芯片拾取设备的抽吸/分离器具的形状的视图；
图5A和5B为用于说明根据本发明一实施例的半导体芯片拾取方法的操作的视图；
图6A和6B为用于说明根据本发明一实施例的半导体芯片拾取方法的操作的视图；
图7A和7B为用于说明根据本发明一实施例的半导体芯片拾取方法的操作的视图；
图8A和8B为用于说明根据本发明一实施例的半导体芯片拾取方法的操作的视图。
具体实施方式
现在将参照附图给出对本发明实施例的说明。
首先，参照图1，将对本发明中使用的半导体芯片的构造给出说明。图1中，总地由1表示的芯片供给部分被设计为一结构，其中支承台4连接于竖在XY台2上的支架3上。在支承台4上，支承了其上附着有大量半导体芯片6(此处简称为芯片6)的薄片5。
现在，芯片6为矮轮廓芯片，其具有小刚性和挠性的特性。薄片5由柔性有机硅树脂制成。其上附着有芯片6的薄片5易于与芯片6一起轻易地弯曲。在后面介绍的分离操作中，利用薄片5的此性质，薄片5以及芯片被弯曲，从而薄片5与芯片6的下表面分离。
薄片分离机构7位于支承台4下面。薄片分离机构7具有用于在其与薄片5的下表面接触期间吸住薄片5的抽吸平面。薄片分离操作自该抽吸平面真空抽吸薄片5，使得薄片5以及芯片6变形。
安装在移动台9上的拾取头8位于芯片供给部分1上方，从而可以水平移动。薄片5已经与之分离的芯片6通过真空抽吸被拾取头8的抽吸嘴8a拾取。利用被移动台9移动的拾取头8，如此拾取的芯片6被封装在放置于基板支承台10上的基板11上。
装备有摄影机(camera)13的成像部分12位于支承台4上方。成像部分12捕获薄片5上的芯片6的图像。通过捕获得到的图像数据被传输到图像识别单元14。图像识别单元14对图像数据进行图像处理从而检测芯片6的位置。成像部分12和图像识别单元14构成用于通过捕获芯片6的图像识别支承在薄片5上的芯片6的识别装置。处理单元15-其为CPU-执行存储在存储单元16中的程序，从而执行各种操作和计算。即，处理单元15接收图像识别单元14中的识别结果，并且还控制下述各单元。
存储单元16用于存储各部分的操作所需的程序、以及包括待识别的芯片6的尺寸和薄片5上的排列数据在内的各种数据。机械控制单元17用来控制拾取头8和用于移动拾取头8的移动台9；薄片分离机构7；以及XY台2。XY台2、支承台4、移动台9、处理单元15和机械控制单元17构成定位装置，该定位装置用于在由识别装置得出的识别结果的基础上相对于拾取头定位待拾取的芯片。显示单元18用来在操作/数据输入期间显示芯片6的图像和屏幕。操作/输入单元19为例如键盘的用于操作/数据输入的输入装置。
接着，参照图2和3，将对薄片分离机构7的构造给出说明。由图2可见，薄片分离机构7包括机构主体20、可旋转地支承在机构主体20上的支撑轴部分21、以及抽吸分离器具22。抽吸分离器具22根据目标芯片的形状和尺寸被制成单独的部件，并通过螺栓孔22e(图4A和4B)借助螺栓23可互换地安装在支撑轴部分21的上表面上。
抽吸分离器具22的上表面构成抽吸平面22a，该抽吸平面在其接触薄片5期间真空抽吸该薄片。抽吸平面22a具有穿透抽吸分离器具22的上表面从而与支撑轴部分21的内孔21a连通的多个线形的抽吸槽22b。由诸如具有大量孔的烧结材料的多孔材料制成的抽吸部件24分别可升/降地装配在抽吸槽22b中。这些抽吸部件24在其下端被连接部件25连接。连接部件25a连接于垂直向下延伸的轴部件25b上。
通过使用垂直驱动机构26上下驱动轴25b，抽吸部件24分别在抽吸槽22中升/降。垂直驱动机构26和轴25b用作用于上下移动抽吸部件24的移动装置。在轴部件25b上升了的状态下，抽吸部件24的上表面与抽吸平面22a齐平。在轴25b下降了时，在抽吸槽22b的上部，形成从抽吸平面22a凹陷的凹陷部分(图4B)。在上和下两种状态中，抽吸部件24的下表面总是暴露于内孔21a。
支撑轴部分21的内孔21a与真空抽吸源27连通。通过驱动真空抽吸源27，内孔21a的内部被真空抽吸。于是，与内孔21a连通的抽吸槽22b也被真空抽吸。真空抽吸源27用作用于从抽吸槽22b抽吸的抽吸装置。现在，由于抽吸部件24分别装配或设置在抽吸槽22b中，在内孔21a被真空抽吸时，在抽吸部件24的下表面开口的孔被真空抽吸。此真空抽吸抵达抽吸部件24的内部孔，使得抽吸部件24的上表面也被真空抽吸。在抽吸部件24已上升使得其上表面与抽吸表面22a齐平且抽吸表面22a与薄片5的下表面相接触的状态下，在驱动真空抽吸源27时，抽吸部件24抽吸薄片5。
机构主体20包括旋转驱动机构(未示出)，从而抽吸分离器具22可以通过转动/驱动机构围绕该垂直轴旋转。因此，抽吸分离器具22的抽吸平面22a绕该垂直轴的平面角可以设置在任何可选的角度。于是，如下所述，对于抽吸分离操作，抽吸槽22b的方向相对于待分离的方块芯片6的一边可以设置在预定的优化角度。另外，代替转动抽吸分离器具22，支承台4可以转动θ角。
参照图4A和4B，将对形成在抽吸平面22a中的抽吸槽22的形状给出说明。由图4可见，形成了四排抽吸槽22b，每个具有宽度B和长度L。相邻抽吸槽通过边界区域22d中的一个彼此隔开。没有突出物设置在每个抽吸槽22b中，从而抽吸薄片时的薄片5的弯曲/形变不受阻碍。
抽吸槽22b的宽度B和长度L、以及将设置的抽吸槽22b的数量根据目标芯片6的尺寸设置。在抽吸平面22a保持与薄片5的下表面接触的状态下，抽吸槽22d的宽度B和抽吸平面22a与芯片6之间的位置关系被设置，从而覆盖单个芯片6的范围通过多个抽吸槽22b抽吸，且芯片6的端部不直接位于边界区域22d的上方(见图5A和5B)。
在通过抽吸平面22a的真空抽吸中，由于边界区域22d与抽吸平面22a齐平，所以隔离多个抽吸槽22b的多个边界区域22d的上表面与薄片5的下表面相接触，从而从下面将其支撑。于是，芯片6也经由薄片5被多个边界区域22d支撑，从而芯片6的姿态在抽吸过程期间被水平地保持。
通过在此状态下执行真空抽吸，如下所述，附着在薄片5上的芯片6与薄片5一起弯曲/形变，从而薄片5与芯片6的下表面分离。另外，边界区域22不要求是连续的从而将抽吸槽22b彼此完全隔开，而是可以形成为不连续的形状，其在途中断开。进一步，其上表面与抽吸平面22a齐平的柱状分割部分可以按点顺序排列(dot-sequential arrangement)设置。
根据本发明的半导体芯片拾取设备如上构造。接着，将对使用此拾取设备的半导体芯片拾取方法给出说明。说明将就支承在薄片5上的芯片为易于弯曲的矮轮廓型的情况给出。
半导体芯片随着厚度降低而变得易于变形。特别地，半导体芯片具有弯曲的趋势以致于在四个对角处卷起(见图6A)。若在弯曲/形变的状态下对芯片6进行拾取操作，则在用于通过抽吸嘴8a将芯片6定位于取出位置的借助摄影机13的图像识别中，以下麻烦易于发生。
芯片6的图像识别基于由摄影机摄取的图像上的亮度差异将芯片6从周围的背景中区分出来。此成像按以下方式执行，即从上面投射的照明光从芯片6的上表面反射而进入摄影机。在此情况下，若待成像的芯片6的平坦程度较差，则从芯片6反射的光不均匀，使得从弯曲部分反射的光可能无法正常进入摄影机13。
由此，在通过成像获得的图像上，受弯曲影响的四个对角易于表现为低亮度区。结果，若用于芯片识别的图像处理在如此获得的图像的基础上进行，则尽管芯片在功能上是正常的，仅有些弯曲，但在图像处理的结果上，其可能被误确定为在四个角上具有裂纹的缺陷制品。根据此实施例的拾取设备意在使用下述方法避免这种麻烦。
首先，其上附着有芯片6的薄片被支承在支承台4上(见图1)。在此情况下，由于芯片6为矮轮廓型，所以芯片6出现弯曲，从而如上所述地在四个角处卷起。同样，薄片5也随着此弯曲而成波浪状。接着，由图6A可见，薄片分离机构7的抽吸平面22a与呈波浪状态的薄片的下表面接触。
在此情况下，由图5可见，驱动薄片分离机构7的旋转驱动机构，从而抽吸槽22b被定位以与待分离的芯片6的边6a形成预定角度α(在此示例中为45°)，由此调整抽吸分离器具22的旋转角。
此外，调整薄片分离机构7相对于薄片5的位置，使得芯片6的角6b不直接位于边界区域22d之上，而是近似位于抽吸槽22b的宽度方向上的中间位置。另外，在图5以及下列附图中的各个图中，在以矩阵形状附着在薄片5上的芯片6之中，仅示出作为抽吸分离操作的对象的芯片6，而其它剩余的芯片并未示出。
接着，进行抽吸分离操作。首先，由图6B可见，垂直驱动机构26被驱动，从而升高抽吸部件24，使得抽吸部件24的上表面与抽吸平面22a齐平。接着，驱动真空抽吸源27，从而真空抽吸支撑轴部分21的内孔21a。接着，由图6B可见，通过存在于抽吸部件24中的孔，薄片5被真空抽吸至抽吸部件24的上表面，使得薄片5仿效抽吸平面22a。由此，附着在薄片5上的芯片6的弯曲/形变被改正并校正，从而芯片6的包括四个角在内的上表面保持平坦。
接着，执行用于定位芯片的成像。由图7A可见，待拾取的芯片6被设置在摄影机13下方，从而使用摄影机13对芯片6成像。在此情况下，由于芯片6的弯曲/形变已经改正，使得其上表面完全平坦，所以由于较差平坦性导致的误识别不会发生，由此获得正确的识别结果。
在该识别结果的基础上，XY台2被驱动，从而移动支承在支承台4上的薄片5、以及薄片分离机构7，使得如图7B所示，待拾取的芯片6与用于借助抽吸嘴8a的抽吸的位置P对准。
其后，根据本发明的拾取方法进行薄片分离步骤。如图8A所示，在真空抽吸被持续的同时抽吸部件24下降。在此情况下，在通过持续的真空抽吸使薄片5弯曲/形变时，被抽吸至抽吸部件24的薄片5凹陷到抽吸槽22b内。于是，薄片5与芯片6分离。结果，已经形变的芯片6回到初始基本水平的状态。此外，抽吸嘴8a上下移动，从而如图8B所示地取出芯片6，由此完成芯片6的拾取。
上述拾取方法包括：对附着在薄片5上的芯片6成像从而识别芯片的识别步骤；在识别步骤中的识别结果的基础上相对于拾取头8定位待拾取的芯片的定位步骤；通过在薄片分离机构7的抽吸平面22a与薄片5的下表面保持接触的情况下从形成在抽吸平面22a中的多个抽吸槽22b真空抽吸薄片5来将薄片5与半导体芯片6分离的分离步骤；以及使用拾取头8通过拾取抽吸/支承薄片已分离的芯片6的上表面的抽吸/支承步骤。
在上述识别之前，分别可升降地装配在抽吸槽22b中的抽吸部件24升高，从而与薄片5的下表面接触，薄片5被抽吸，从而附着/支承在薄片5上的芯片6的弯曲/形变被改正。薄片分离步骤在抽吸部件24已下降的状态下执行。在此薄片分离步骤中，芯片6通过薄片5被边界区域22d支撑，该边界区域将相邻的抽吸槽彼此隔开。
因此，当为了拾取时的对准而获取芯片6的图像时，可以将其稳定支承，同时确保其平坦性。由此，可以避免因弯曲/形变导致的误识别，即由于半导体芯片的局部弯曲，合格产品被错误地视作缺陷碎裂产品。
在上述实施例中，芯片6的边6a被取向为与抽吸槽22b成45°角，从而芯片6的对角方向与抽吸槽22b的方向对准。然而，根据诸如芯片6和薄片5的刚性、每个抽吸槽22b的宽度B和真空抽吸力的条件的组合，芯片6的边可以以除45°外的其它角度取向。
在上述实施例中，支承台4被移动，薄片分离机构7在水平方向(XY方向)上被固定。然而，对于支承台4在水平方向(XY方向)上被固定的情况，薄片分离机构7可以被移动。
另外，在上述实施例中，对于抽吸部件24的移动，抽吸部件24是上下移动的。抽吸部件24的移动不应限于这种移动。抽吸部件24可以按照一方式移动，从而其水平滑动，或者其在被固定的其一端的支点处开/合。具体而言，移动装置可以是任何机构，其中在识别步骤中，抽吸部件24从芯片下面与薄片5的下表面接触，从而校正芯片的弯曲，且在薄片分离步骤中，其离开薄片的下表面，从而允许芯片形变。
工业应用
根据本发明，在用于通过从形成在与薄片的下表面接触的抽吸平面中的多个抽吸槽真空抽吸薄片将芯片与薄片分离的薄片分离机构中，抽吸部件分别可移动地设置在抽吸槽中，使得在其朝向薄片的下表面移动时，其与薄片的下表面接触从而抽吸薄片。因此，在芯片识别期间，芯片的弯曲/形变可以通过抽吸/支承芯片而改正和校正。由此，芯片识别可以稳定，从而确保拾取中的对准精度。拾取操作可以以高产量实现而不产生诸如破碎或断裂的麻烦。

Claims (6)

1.一种芯片拾取设备，包括：
用于拾取支承在薄片上的芯片的拾取头；
用于支承该薄片的支承台；
用于通过获取被支承在所述薄片上的该芯片的图像识别该芯片的识别装置；
用于在借助所述识别装置的识别结果的基础上相对于所述拾取头定位待拾取的芯片的定位装置；以及
用于通过从与该薄片的下表面接触的抽吸平面抽吸该薄片来将该薄片与该芯片分离的薄片分离机构，所述薄片分离机构设置在所述支承台下面，
其中所述薄片分离机构包括：
形成在所述抽吸平面中的多个抽吸槽；
多个边界区域，每个边界区域将彼此相邻的抽吸槽隔开，并在抽吸期间在其与该薄片的下表面接触的情况下支撑该薄片；
分别可移动地设置在该抽吸槽中的抽吸部件，从而在其向该薄片的下表面移动时，其与该薄片的下表面接触从而抽吸该薄片；
用于移动所述抽吸部件的移动装置；以及
用于从所述抽吸槽抽吸该薄片的抽吸装置。
2.根据权利要求1所述的芯片拾取设备，其中在所述抽吸部件已离开所述薄片的该表面的状态下，所述芯片经该薄片被所述边界区域支撑。
3.一种用于使用拾取头拾取支承在薄片上的芯片的芯片拾取方法，包括：
通过获取被支承在该薄片上的该芯片的图像识别该芯片的识别步骤；
在该识别步骤中的识别结果的基础上相对于该拾取头定位待拾取的芯片的定位步骤；
在边界区域保持接触该薄片的下表面的情况下通过从抽吸槽抽吸该薄片将该薄片与该芯片分离的薄片分离步骤；以及
使用该拾取头支承与该薄片分离的该芯片的上表面的支承步骤，其中在所述识别步骤前，抽吸部件被移动从而与该薄片的下表面相接触，且该薄片被抽吸，从而支承在该薄片上的该芯片的形变被改正。
4.根据权利要求3所述的芯片拾取方法，其中所述薄片分离步骤在所述抽吸部件已离开所述薄片的下表面的状态下进行，以及
在所述薄片分离步骤中，所述芯片经该薄片被所述边界区域支撑，每个该边界区域将彼此相邻的抽吸槽隔开。
5.一种芯片拾取设备，包括：
用于拾取支承在薄片上的芯片的拾取头；
用于支承该薄片的支承台；
用于通过获取支承在所述薄片上的该芯片的图像识别该芯片的识别装置；
用于在借助所述识别装置的识别结果的基础上相对于所述拾取头定位待拾取的芯片的定位装置；以及
用于通过从与该薄片的下表面接触的抽吸平面抽吸该薄片来将该薄片与该芯片分离的薄片分离机构，所述薄片分离机构设置在所述支承台下面，
其中所述薄片分离机构包括：
与所述薄片的下表面接触的用于改正所述芯片的形变的改正装置；以及
用于通过变形所述芯片将该薄片与该芯片分离的分离装置。
6.一种用于使用拾取头拾取支承在薄片上的芯片的芯片拾取方法，包括：
通过获取被支承在该薄片上的该芯片的图像识别该芯片的识别步骤；
在该识别步骤中的识别结果的基础上相对于该拾取头定位待拾取的芯片的定位步骤；
在边界区域保持接触该薄片的下表面的情况下通过从抽吸槽抽吸该薄片将该薄片与该芯片分离的薄片分离步骤；以及
使用该拾取头支承与该薄片分离的该芯片的上表面的支承步骤，其中在所述识别步骤前，改正支承在该薄片上的所述芯片的形变，且在该薄片分离步骤中，所述芯片被形变从而从该芯片上剥离该薄片。
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