DE102004058702B4

DE102004058702B4 - Verfahren für die Kalibration der Greifachse des Bondkopfs eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat

Info

Publication number: DE102004058702B4
Application number: DE102004058702A
Authority: DE
Inventors: Daniel Bolliger
Original assignee: Unaxis International Trading AG
Current assignee: Besi Switzerland AG
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: CH697294B1; TW200524074A; KR101096858B1; DE102004058702A1; MY140109A; CN100421231C; KR20050063680A; CN1794439A; US20050132773A1; TWI245359B; US7184909B2

Abstract

Verfahren für die Kalibration einer Greifachse (25) eines Chipgreifers (7) eines Bondkopfs (6) eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, wobei der Chipgreifer (7) einen Schaft (8) mit einer mit Vakuum beaufschlagbaren Längsbohrung (9) und ein Saugorgan (10) mit einer Saugöffnung (21) aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
– Beleuchtung der Längsbohrung (9) des Schafts (8) des Chipgreifers (7) so, dass ein Lichtstrahl aus der Saugöffnung (21) des Saugorgans (10) heraustritt,
– Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines ersten Fahrwegs über einen ersten Rand (27) einer lichtempfindlichen Fläche (23) eines ortsfest angeordneten Photodetektors (22) und Bestimmung einer ersten Koordinate x_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und einem ersten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines zweiten Fahrwegs über einen zweiten, dem ersten Rand (27) gegenüberliegenden Rand (28) der lichtempfindlichen Fläche (23) des Photodetektors (22) und Bestimmung einer zweiten Koordinate...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Kalibration der Greifachse des Bondkopfs eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Solche Automaten für die Montage von Halbleiterchips sind in der Fachwelt als Die Bonder bekannt. Der Montageautomat dient dazu, die zahlreichen, gleichartigen Chips eines Wafers, die sich nebeneinander auf einem Chipträger befinden, nacheinander auf einem Substrat, z.B. einem metallischen Leadframe, zu montieren. Der Die Bonder umfasst einen Wafertisch, auf dem sich der Chipträger befindet, ein Transportsystem für die Zuführung der Substrate und ein Pick and Place System, um die Halbleiterchips vom Chipträger zu entnehmen und auf dem Substrat zu platzieren. Das Pick and Place System umfasst einen Bondkopf mit einem Chipgreifer, der von einem Antriebssystem hin und her bewegt wird. Der Chipgreifer ist um eine vertikale Achse drehbar, damit die Drehlage der Halbleiterchips bei Bedarf geändert werden kann. Der Chipgreifer enthält ein auswechselbares Greiforgan, das ist ein mit Vakuum beaufschlagbares Saugorgan, das in der Fachwelt als "pick up tool" oder "die collet" bekannt ist.

An Montageautomaten dieser Art werden extrem hohe Anforderungen gestellt. Für die Weiterverarbeitung der montierten Chips müssen diese lagegenau auf dem Substrat positioniert werden. Es ist deshalb erforderlich, dass die Lage der Drehachse des Chipgreifers und die Lage der Greifachse des Chipgreifers mit grosser Genauigkeit bekannt sind. Im Idealfall fallen die Drehachse und die Greifachse zusammen. Für die Bestimmung der Lage der Drehachse und der Lage der Greifachse des Chipgreifers werden heutzutage verschiedene Verfahren angewendet:

a) Anstelle des Saugorgans wird der Chipgreifer mit einer metallischen Spitze bestückt. Der Chipgreifer wird in verschiedene Drehlagen gebracht und in jeder Drehlage wird ein Abdruck der metallischen Spitze auf einem weichen Metall erzeugt. Aus der Lage der erzeugten Abdrücke wird die Exzentrizität der metallischen Spitze in Bezug auf die Drehachse bestimmt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Metallspitze ein anderes Zentrum haben kann als das anschliessend in der Produktion verwendete Saugorgan.
b) Der Chipgreifer wird in verschiedene Drehlagen gebracht und in jeder Drehlage wird ein Abdruck des Saugorgans auf einem Teflonband erzeugt. Aus der Lage der erzeugten Abdrücke wird die Exzentrizität der Greifachse des Saugorgans in Bezug auf die Drehachse bestimmt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Abdrücke oftmals kaum erkennbar sind, so dass die Auswertung nicht ohne Mithilfe eines Operateurs erfolgen kann.
c) Das Saugorgan wird gezielt verschmutzt und es wird ein Abdruck auf einem aufzunehmenden Halbleiterchip erzeugt. Nachteilig ist hier, dass die Verschmutzung Rückstände auf dem Halbleiterchip hinterlässt, die bei der nachfolgenden Verdrahtung des Halbleiterchips mittels eines Wire Bonders zu Problemen führen können.

Aus der Patentschrift US 6'389'688 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem während des Produktionsbetriebs der Halbleiterchip in einem ersten Schritt in die Nähe des Substrats gebracht und dann die Lage des Halbleiterchips und die Lage des Substrats mittels eines optischen Systems vermessen werden. Aus den gemessenen Positionsdaten werden allfällige Abweichungen der Ist-Lage des Halbleiterchips von seiner Soll-Lage berechnet. Dann wird der Halbleiterchip in einem zweiten Schritt in eine korrigierte Lage gebracht und auf dem Substrat abgesetzt. Dieses Verfahren ermöglicht die genaue Positionierung des Halbleiterchips auf dem Substrat, ohne dass vorgängig eine genaue Kalibrierung des Pick and Place Systems oder des Chipgreifers durchgeführt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, zuverlässiges Verfahren für die Bestimmung der Lage der Drehachse und der Lage der Greifachse des Chipgreifers zu entwickeln.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2.

Das Saugorgan des Chipgreifers enthält unabhängig von seiner äusseren Form und Materialbeschaffenheit eine hohle Achse, die mit Vakuum beaufschlagbar ist, um den Halbleiterchip aufnehmen zu können. Das Zentrum dieser hohlen Achse ist die Greifachse des Chipgreifers. Auf der der Saugöffnung gegenüberliegenden Seite der hohlen Achse wird eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode, angebracht. Der aus der Saugöffnung heraustretende Lichtstrahl erzeugt auf der Plattform des Die Bonders einen Lichtfleck. Im Produktionsbetrieb fährt der Chipgreifer über einen ortsfest angebrachten Photodetektor. Wenn der Chipgreifer einen Halbleiterchip ergriffen hat, dann tritt kein Licht aus der Saugöffnung heraus und es wandert somit kein Lichtfleck über den Photodetektor. Wenn der Chipgreifer hingegen keinen Halbleiterchip ergriffen hat, dann tritt Licht aus der Saugöffnung heraus und es wandert ein Lichtfleck über den Photodetektor, der im Photodetektor einen kurzzeitigen elektrischen Strompuls erzeugt. Das Signal am Ausgang des Photodetektors enthält somit die Information, ob der Chipgreifer einen Halbleiterchip aufgenommen hat oder nicht. Die Erfindung schlägt nun vor, die Lage der Greifachse des Chipgreifers mit Hilfe dieses ortsfest angeordneten Photodetektors zu bestimmen. Des weiteren schlägt die Erfindung vor, die Lage der Greifachse des Chipgreifers bei verschiedenen Drehlagen des Chipgreifers zu bestimmen und daraus die Drehachse des Chipgreifers und die Lage der Greifachse in Bezug auf die Drehachse zu berechnen. Erfindungsgemäss wird daher der Chipgreifer in mindestens drei Drehlagen gebracht. In jeder Drehlage wird der Chipgreifer in zwei orthogonalen Richtungen über den Photodetektor bewegt und aus dem vom Photodetektor gelieferten Signal und dem Positionssignal des Bondkopfs werden die beiden Koordinaten ermittelt, die der Bondkopf einnimmt, wenn sich das Zentrum des Lichtflecks über dem Zentrum des Photodetektors befindet. Aus den mindestens drei Koordinatenpaaren werden anschliessend die Drehachse des Chipgreifers und der Versatz zwischen der Drehachse und der Greifachse berechnet.

Ein erfindungsgemässes Verfahren für die Kalibration der Greifachse des Chipgreifers des Bondkopfs eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, wobei der Chipgreifer einen Schaft mit einer mit Vakuum beaufschlagbaren Längsbohrung und ein Saugorgan mit einer Saugöffnung aufweist, zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

– Beleuchtung der Längsbohrung des Schafts des Chipgreifers so, dass ein Lichtstrahl aus der Saugöffnung des Saugorgans heraustritt,
– Bewegen des Bondkopfs entlang eines ersten Fahrwegs über einen ersten Rand einer lichtempfindlichen Fläche eines ortsfest angeordneten Photodetektors und Bestimmung einer ersten Koordinate x_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und einem ersten Positionssignal des Bondkopfs und Bewegen des Bondkopfs entlang eines zweiten Fahrwegs über einen zweiten, dem ersten Rand gegenüberliegenden Rand der lichtempfindlichen Fläche des Photodetektors und Bestimmung einer zweiten Koordinate x_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und dem ersten Positionssignal des Bondkopfs und Berechnung einer Koordinate x₁ zu
– Bewegen des Bondkopfs entlang eines dritten Fahrwegs über einen dritten Rand der lichtempfindlichen Fläche des Photodetektors und Bestimmung einer ersten Koordinate y_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und einem zweiten Positionssignal des Bondkopfs und Bewegen des Bondkopfs entlang eines vierten Fahrwegs über einen vierten, dem dritten Rand gegenüberliegenden Rand der lichtempfindlichen Fläche des Photodetektors und Bestimmung einer zweiten Koordinate y_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und dem zweiten Positionssignal des Bondkopfs und Berechnung einer Koordinate y₁ zu
wobei die Koordinaten (x₁, y₁) die Lage der Greifachse charakterisieren.

Ein erfindungsgemässes Verfahren für die Kalibration der Greifachse und der Drehachse des Chipgreifers des Bondkopfs eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, wobei der Chipgreifer einen Schaft mit einer mit Vakuum beaufschlagbaren Längsbohrung und ein Saugorgan mit einer Saugöffnung aufweist und wobei der Chipgreifer um eine Drehachse drehbar ist, umfasst die folgenden Schritte:

– Beleuchtung der Längsbohrung des Schafts des Chipgreifers so, dass ein Lichtstrahl aus der Saugöffnung des Saugorgans heraustritt,
– Bestimmung von Koordinaten (x_m, y_m) für eine Anzahl n von verschiedenen Drehlagen des Chipgreifers, wobei der Index m die Werte 1 bis n annimmt, gemäss den folgenden Schritten:
– Bewegen des Bondkopfs entlang eines ersten Fahrwegs über einen ersten Rand einer lichtempfindlichen Fläche eines ortsfest angeordneten Photodetektors und Bestimmung einer ersten Koordinate x_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und einem ersten Positionssignal des Bondkopfs und Bewegen des Bondkopfs entlang eines zweiten Fahrwegs über einen zweiten, dem ersten Rand gegenüberliegenden Rand der lichtempfindlichen Fläche des Photodetektors und Bestimmung einer zweiten Koordinate x_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und dem ersten Positionssignal des Bondkopfs und Berechnung einer Koordinate x_m zu
– Bewegen des Bondkopfs entlang eines dritten Fahrwegs über einen dritten Rand der lichtempfindlichen Fläche des Photodetektors und Bestimmung einer ersten Koordinate y_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und einem zweiten Positionssignal des Bondkopfs und Bewegen des Bondkopfs entlang eines vierten Fahrwegs über einen vierten, dem dritten Rand gegenüberliegenden Rand der lichtempfindlichen Fläche des Photodetektors und Bestimmung einer zweiten Koordinate y_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors und dem zweiten Positionssignal des Bondkopfs und Berechnung einer Koordinate y_m zu
– Bestimmung des Zentrums (x_c, y_c) und des Radius r eines Kreises mittels einer mathematischen Näherung so, dass der Kreis die für die n Drehlagen ermittelten Koordinaten (x_m, y_m) approximiert, wobei das Zentrum (x_c, y_c) des Kreises die Lage der Drehachse charakterisiert, und Bestimmung eines Vektors, der die Lage der Greifachse relativ zur Lage der Drehachse charakterisiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: 1 einen Automaten für die Montage von Halbleiterchips,

2 einen Bondkopf mit einem Chipgreifer und einen Photodetektor,

3, 4 den Chipgreifer und seine Greifachse und seine Drehachse und den Photodetektor in seitlicher Ansicht bzw. in Aufsicht, und

5 Projektionen eines vom Bondkopf in verschiedenen Drehlagen des Chipgreifers erzeugten elliptischen Lichtflecks auf eine Ebene.

Die 1 zeigt schematisch und in Aufsicht einen Automaten für die Montage von Halbleiterchips, einen sogenannten Die Bonder. Der Die Bonder umfasst einen Wafertisch 1, auf dem die zu montierenden Halbleiterchips 2 bereitgestellt werden, eine Plattform 3, auf der das zu bestückende Substrat 4 von einer nicht dargestellten Transportvorrichtung bereitgestellt wird, und ein Pick and Place System 5, das die Halbleiterchips 2 vom Wafertisch 1 entnimmt und auf dem Substrat 4 platziert. Das Pick and Place System 5 umfasst einen Bondkopf 6 mit einem auswechselbaren Chipgreifer 7 (2) und ein Antriebssystem, um den Bondkopf 6 in drei orthogonalen Richtungen x, y und z zu bewegen. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene.

Die 2 zeigt in seitlicher Ansicht und im Querschnitt den Bondkopf 6 mit dem Chipgreifer 7. Der Chipgreifer 7 enthält einen Schaft 8 mit einer Längsbohrung 9, die mit Vakuum beaufschlagbar ist. Das untere Ende des Chipgreifers 7 ist als Saugorgan ausgebildet oder mit einem auf den Schaft 8 aufsteckbaren Saugorgan 10 bestückt, in das die Längsbohrung 9 des Schaftes 8 mündet. Der Schaft 8 des Chipgreifers 7 ist beispielsweise über eine magnetische Kupplung auswechselbar an einer mittels eines Antriebs 11 um eine Drehachse 12 drehbaren Hohlwelle 13 des Bondkopfs 6 befestigt. Auf die Hohlwelle 13 ist ein Zahnrad 14 aufgesetzt, das vom Antrieb 11 angetrieben wird. Das dem Saugorgan 10 entgegengesetzte Ende der Hohlwelle 13 ist mit einem Glaskörper 15 verschlossen und drehbar in einem in einer Druckkammer 16 gelagerten Kolben 17 gelagert. Die Druckkammer 16 weist auf der dem Ende der Hohlwelle 13 gegenüberliegenden Wand eine Bohrung 18 auf, in die eine Leuchtdiode 19 eingesetzt ist. Die Hohlwelle 13 des Bondkopfs 6 weist einen Vakuumanschluss 20 für die seitliche Zuführung von Vakuum auf. Die Hohlwelle 13 mit dem Chipgreifer 7 ist gegenüber dem Bondkopf 6 in der z-Richtung auslenkbar.

Die Funktion der Leuchtdiode 19 besteht darin, das Innere der Hohlwelle 13 zu beleuchten, damit ein Lichtstrahl durch die Saugöffnung 21 des Saugorgans 10 ins Freie gelangt. Im Beispiel durchdringt das von der Leuchtdiode 19 ausgesandte Licht die Druckkammer 16, den Glaskörper 15, die Hohlwelle 13 des Bondkopfs 6 und die Längsbohrung 9 des Schaftes 8 des Chipgreifers 7 und tritt durch die Saugöffnung 21 des Saugorgans 10 ins Freie. Die Leuchtdiode 19 könnte aber auch den Glaskörper 15 ersetzen und direkt in die Hohlwelle 13 eingebaut sein.

Das Antriebssystem des Pick and Place Systems 5 (1) ist so konzipiert, dass es den Bondkopf 6 in y-Richtung und in x-Richtung bewegen, sowie in z-Richtung anheben und absenken kann. Die x, y und z-Koordinaten des Bondkopfs 6 werden über geeignete, an sich bekannte Messeinrichtungen erfasst und von einem Regler lagegenau geregelt. Die aktuellen x, y und z-Koordinaten stellen also drei Positionssignale des Bondkopfs 6 dar.

Die 3 zeigt den Chipgreifer 7, der mit einem aufsteckbaren Saugorgan 10 aus Gummi, einem sogenannten "rubber tool" bestückt ist, sowie einen Photodetektor 22, der sich im Bewegungspfad des Bondkopfs 6 befindet. Der Photodetektor 22 weist eine lichtempfindliche Fläche 23 auf, deren Abmessungen im Beispiel durch eine Blende 24 mit einer quadratischen Öffnung definiert sind. Das Zentrum der Saugöffnung 21 des Saugorgans 10 bestimmt, an welchem Punkt seiner Oberfläche der Halbleiterchip 2 (1) aufgenommen wird. Das Zentrum der Saugöffnung 21 des Saugorgans 10 definiert mit anderen Worten eine Greifachse 25 des Chipgreifers 7. Wenn der Antrieb 11 (2) das an der Hohlwelle 13 befestigte Zahnrad 14 des Bondkopfs 6 dreht, dann dreht sich der Chipgreifer 7 um die Drehachse 12. Im dargestellten Beispiel sind die Greifachse 25 und die Drehachse 12 um einen Vektor v versetzt. Die in die Zeichenebene fallende Komponente des Vektors v ist mit v_x gekennzeichnet. Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit ist die Drehachse 12 stärker versetzt dargestellt als in der Praxis zu erwarten ist. Die durch den Vektor v charakterisierte Abweichung der Greifachse 25 von der Drehachse 12 kann aus fertigungstechnischen Gründen signifikante Werte erreichen, die die geforderten Toleranzwerte übersteigen. Damit die Halbleiterchips 2 (1) dennoch lagegenau auf dem Substrat 4 (1) platziert werden können, müssen die Lage der Drehachse 12 und der Vektor v bekannt sein.

Die 4 zeigt in Aufsicht den Photodetektor 22, sowie die Lage der Drehachse 12 und der Greifachse 25 und den Vektor v in einer vorbestimmten Drehlage des Chipgreifers 7, der der Drehwinkel θ = 0° zugeordnet ist. Ebenfalls dargestellt ist der Lichtfleck 26, den das durch die Saugöffnung 21 (3) austretende Licht auf der Blende 24 erzeugt. Der Lichtfleck 26, die Greifachse 25 und die Drehachse 12 sind zweimal dargestellt, nämlich in einer ersten Position und in einer zweiten Position des Bondkopfs 6, die nachfolgend näher beschrieben sind. Im Beispiel ist die Form der Saugöffnung 21 elliptisch. Somit ist auch die Form des Lichtflecks 26 elliptisch. Die Greifachse 25 befindet sich definitionsgemäss in dem durch ihre beiden Hauptachsen definierten Zentrum der Ellipse. Die vier Ränder 27 bis 30 der lichtempfindlichen Fläche 23 des Photodetektors 22 verlaufen je parallel zur x- bzw. y-Richtung des Pick and Place Systems 5, d.h. zu den Fahrrichtungen des Bondkopfs 6.

Die Bestimmung der Lage der Drehachse 12 und des Vektors v erfolgt gemäss den folgenden Schritten:

– Der Bondkopf 6 wird in eine Position gebracht, in der sich die Saugöffnung 21 des Saugorgans 10 in x-Richtung gesehen seitlich neben dem Photodetektor 22 und in einer bestimmten Distanz Δz oberhalb des Photodetektors 22 befindet, so dass der Lichtfleck 26 nicht auf die lichtempfindliche Fläche 23 des Photodetektors 22 fällt. Die lichtempfindliche Fläche 23 ist durch die vier Ränder 27 bis 30 begrenzt. Die Distanz Δz beträgt vorzugsweise einige 10 Mikrometer.
– Der Bondkopf 6 fährt in x-Richtung von der einen Seite auf die gegenüberliegenden Seite des Photodetektors 22. Dabei wandert der Lichtfleck 26 über den Photodetektor 22. Der Photodetektor 22 ist zunächst nicht beleuchtet und sein Ausgangssignal befindet sich auf einem gewissen Pegel P. Sobald der Lichtfleck 26 den Rand 27 der lichtempfindlichen Fläche 23 des Photodetektors 22 erreicht, nimmt das Ausgangssignal zu, erreicht ein Maximum, nimmt ab und erreicht wieder den Pegel P, nachdem der Lichtfleck 26 den gegenüberliegenden Rand 28 der lichtempfindlichen Fläche 23 des Photodetektors 22 passiert hat. Während dieses Vorgangs werden aus dem ersten Positionssignal des Bondkopfs 6 zwei x-Koordinaten x_a und x_b ermittelt. Die Koordinate x_a entspricht der x-Koordinate, die der Bondkopf 6 an dem Zeitpunkt einnimmt, an dem das Ausgangssignal des Photodetektors 22 einen vorbestimmten Pegel P + ΔP überschreitet, d.h. an dem der Lichtfleck 26 den ersten Rand 27 des Photodetektors 22 erreicht hat und ein kleiner Anteil des Lichtflecks 26 auf den Photodetektor 22 fällt. Der Lichtfleck 26 auf der linken Seite in der 4 entspricht dieser Lage. Die zweite Koordinate x_b entspricht der x-Koordinate, die der Bondkopf 6 an dem Zeitpunkt einnimmt, an dem das Ausgangssignal des Photodetektors 22 den vorbestimmten Pegel P + ΔP wiederunterschreitet, d.h. an dem der Lichtfleck 26 den zweiten Rand 28 des Photodetektors 22 beinahe überschritten hat und nur noch ein kleiner Anteil des Lichtflecks 26 auf die lichtempfindliche Fläche 23 des Photodetektors 22 fällt. Dieser Lage entspricht der Lichtfleck 26' auf der rechten Seite in der 4.
– Der Bondkopf 6 wird in eine Position gebracht, in der sich die Saugöffnung 21 des Saugorgans 10 in y-Richtung gesehen seitlich neben dem Photodetektor 22 befindet, so dass der Lichtfleck 26 die lichtempfindliche Fläche 23 nicht beleuchtet.
– Der Bondkopf 6 fährt in y-Richtung von der einen Seite auf die andere Seite des Photodetektors 22. Dabei wandert der Lichtfleck 26 in y-Richtung über den Photodetektor 22. Während dieses Vorgangs werden aus dem zweiten Positionssignal des Bondkopfs 6 zwei y-Koordinaten y_a und y_b ermittelt. Die erste Koordinate y_a entspricht der y-Koordinate, die der Bondkopf 6 an dem Zeitpunkt einnimmt, an dem das Ausgangssignal des Photodetektors 22 den Pegel P + ΔP überschreitet, d.h. an dem der Lichtfleck 26 den dritten Rand 29 des Photodetektors 22 erreicht. Die zweite Koordinate y_b entspricht der y-Koordinate, die der Bondkopf 6 an dem Zeitpunkt einnimmt, an dem das Ausgangssignal des Photodetektors 22 den Pegel P + ΔP wieder unterschreitet, d.h. an dem der Lichtfleck 26 den vierten Rand 30 des Photodetektors 22 verlässt.
– Nun werden Koordinaten (x₁, y₁) berechnet zu:

Die Koordinaten (x₁, y₁) entsprechen den Koordinaten, die der Bondkopf 6 einnimmt, wenn die Greifachse 25 des Chipgreifers 7 das Zentrum des Photodetektors 22 durchstösst.

Dieses Vorgehen eignet sich, sofern der Photodetektor 22 kein Hystereseverhalten zeigt, d.h. sofern der Photodetektor 22 beim gleichen Pegel ein- und ausschaltet. In der Praxis ist aber zu erwarten, dass der Photodetektor 22 Hystereseeffekte zeigt, d.h. bei verschiedenen Pegeln ein- und ausschaltet. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, das Verfahren dahingehend abzuändern, dass bei der Bestimmung der Koordinaten x_a und x_b der Rand 27 und auch der Rand 28 der lichtempfindlichen Fläche 23 des Photodetektors 22 entweder von aussen nach innen oder von innen nach aussen überfahren wird, dass also beide Koordinaten x_a und x_b ermittelt werden, wenn das Ausgangssignal des Photodetektors 22 den vorbestimmten Pegel P + ΔP entweder, bei einer Fahrrichtung von aussen nach innen, überschreitet bzw., bei einer Fahrrichtung von innen nach aussen, unterschreitet. Das gleiche gilt für die Bestimmung der Koordinaten y_a und y_b.

Bei einer gewählten Fahrrichtung von aussen nach innen ergeben sich die vier durch die Pfeile 31, 32, 33 und 34 dargestellten Fahrwege, bei denen der Bondkopf 6 (2) für die Bestimmung der Koordinaten x_a, x_b, y_a und y_b nacheinander den ersten Rand 27, den dem ersten Rand 27 gegenüberliegenden zweiten Rand 28, den dritten Rand 29 und den dem dritten Rand 29 gegenüberliegenden, vierten Rand 30 der lichtempfindlichen Fläche 23 des Photodetektors 22 von aussen nach innen überfährt. Die Reihenfolge der Fahrwege spielt keine Rolle.

Das oben erläuterte Verfahren wird vorzugsweise für eine vorbestimmte Anzahl n von verschiedenen Drehlagen des Chipgreifers 7 durchgeführt, so dass auch ein allfälliger Offset zwischen der Drehachse 12 und der Greifachse 25 bestimmt werden kann. Die Anzahl der Drehlagen beträgt mindestens n = 3. Jeder Drehlage m ist ein Drehwinkel θ_m zugeordnet. In jeder Drehlage werden gemäss den oben beschriebenen Verfahrensschritten Koordinaten (x_m, y_m) bestimmt. Die Koordinaten (x_m, y_m) beschreiben somit die Koordinaten, die der Bondkopf 6 einnimmt, wenn die Greifachse 25 des Chipgreifers 7 in der durch den Drehwinkel θ_m charakterisierten Drehlage das Zentrum des Photodetektors 22 durchstösst.

Die Koordinaten (x_m, y_m) liegen auf einem Kreis 35 (5), dessen Zentrum durch die Lage der Drehachse 12 definiert ist. Der Radius des Kreises 35 entspricht dem Betrag des Vektors v. Damit der Radius des Kreises möglichst genau ermittelt werden kann, sind die Drehwinkel θ_m bevorzugt gleichmässig auf 360° verteilt, d.h. zum Beispiel bei n = 3 Drehlagen, θ₁ = 0°, θ₂ = 120° und θ₃ = 240°.

Die 5 zeigt für n = 6 verschiedene Drehlagen mit den Drehwinkeln θ₁ = 0°, θ₂ = 60°, θ₃ = 120°, θ₄ = 180°, θ₅ = 240° und θ₃ = 300° die Projektion des elliptischen Lichtflecks 26 auf die durch die lichtempfindliche Fläche 23 (3) des Photodetektors 22 definierte Ebene und die den Drehwinkeln θ_m zugeordnete Lage der Greifachse 25, sowie die feststehende Drehachse 12. Die sechs Lagen der Greifachse 25, die durch das Zentrum der zugehörigen Ellipse definiert sind und deren Koordinaten (x_m, y_m) mit i = 1 ... n gemäss dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt wurden, liegen auf einem Kreis 35 mit dem Radius r, durch dessen Zentrum mit den Koordinaten (x_c, y_c) die Drehachse 12 stösst.

Aus den n ermittelten Koordinaten (x_m, y_m), wobei der Index m die Werte 1 bis n aufweist, werden deshalb durch mathematische Näherung die Koordinaten (x_c, y_c) des Zentrums und der Radius r des Kreises 35 ermittelt: Der Kreis 35 ist derjenige Kreis, der die ermittelten Koordinaten (x_m, y_m) nach anerkannten mathematischen Kriterien (z.B. least squares fit) am besten approximiert. Der Vektor v, der die Lage der Greifachse 25 relativ zur Lage der Drehachse 12 charakterisiert, wird vorzugsweise definiert in Bezug auf den Drehwinkel θ₁ = 0°, d.h. der Vektor v ist gegeben durch den Winkel α, den die Greifachse 25 beim Drehwinkel θ₁ = 0° mit der x-Achse einschliesst, und den Radius r des Kreises 35. Der Winkel α kann zum Beispiel aus den Koordinaten (x₁, y₁) und (x_c, y_c) berechnet werden.

Damit die Halbleiterchips 2 (1) lagegenau auf dem Substrat 4 (1) platziert werden können, muss noch die Position des Photodetektors 22 bezüglich des Pick and Place Systems 5 geeicht werden. Dann kann der Bondkopf 6 so gesteuert werden, dass eine allfällige Verdrehung des aufgenommenen Halbleiterchips 2 gegenüber seiner Ideallage auskorrigiert werden kann und die Greifachse 25 des Chipgreifers 7 beim Aufnehmen des Halbleiterchips 2 zum gewünschten Aufnahmepunkt bzw. beim Absetzen des Halbleiterchips 2 zum gewünschten Platzierungspunkt zeigt.

Claims

Verfahren für die Kalibration einer Greifachse (25) eines Chipgreifers (7) eines Bondkopfs (6) eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, wobei der Chipgreifer (7) einen Schaft (8) mit einer mit Vakuum beaufschlagbaren Längsbohrung (9) und ein Saugorgan (10) mit einer Saugöffnung (21) aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Beleuchtung der Längsbohrung (9) des Schafts (8) des Chipgreifers (7) so, dass ein Lichtstrahl aus der Saugöffnung (21) des Saugorgans (10) heraustritt, – Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines ersten Fahrwegs über einen ersten Rand (27) einer lichtempfindlichen Fläche (23) eines ortsfest angeordneten Photodetektors (22) und Bestimmung einer ersten Koordinate x_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und einem ersten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines zweiten Fahrwegs über einen zweiten, dem ersten Rand (27) gegenüberliegenden Rand (28) der lichtempfindlichen Fläche (23) des Photodetektors (22) und Bestimmung einer zweiten Koordinate x_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und dem ersten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Berechnung einer Koordinate x₁ zu
– Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines dritten Fahrwegs über einen dritten Rand (29) der lichtempfindlichen Fläche (23) des Photodetektors (22) und Bestimmung einer ersten Koordinate y_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und einem zweiten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines vierten Fahrwegs über einen vierten, dem dritten Rand (29) gegenüberliegenden Rand (30) der lichtempfindlichen Fläche (23) des Photodetektors (22) und Bestimmung einer zweiten Koordinate y_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und dem zweiten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Berechnung einer Koordinate y₁ zu
wobei die Koordinaten (x₁, y₁) die Lage der Greifachse (25) charakterisieren.
Verfahren für die Kalibration einer Greifachse (25) und einer Drehachse (12) eines Chipgreifers (7) eines Bondkopfs (6) eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, wobei der Chipgreifer (7) einen Schaft (8) mit einer mit Vakuum beaufschlagbaren Längsbohrung (9) und ein Saugorgan (10) mit einer Saugöffnung (21) aufweist und wobei der Chipgreifer (7) um eine Drehachse (12) drehbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Beleuchtung der Längsbohrung (9) des Schafts (8) des Chipgreifers (7) so, dass ein Lichtstrahl aus der Saugöffnung (21) des Saugorgans (10) heraustritt, – Bestimmung von Koordinaten (x_m, y_m) für eine Anzahl n von verschiedenen Drehlagen des Chipgreifers (7), wobei der Index m die Werte 1 bis n annimmt, gemäss den folgenden Schritten: – Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines ersten Fahrwegs über einen ersten Rand (27) einer lichtempfindlichen Fläche (23) eines ortsfest angeordneten Photodetektors (22) und Bestimmung einer ersten Koordinate x_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und einem ersten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines zweiten Fahrwegs über einen zweiten, dem ersten Rand (27) gegenüberliegenden Rand (28) der lichtempfindlichen Fläche (23) des Photodetektors (22) und Bestimmung einer zweiten Koordinate x_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und dem ersten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Berechnung einer Koordinate x_m zu
– Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines dritten Fahrwegs über einen dritten Rand (29) der lichtempfindlichen Fläche (23) des Photodetektors (22) und Bestimmung einer ersten Koordinate y_a aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und einem zweiten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Bewegen des Bondkopfs (6) entlang eines vierten Fahrwegs über einen vierten, dem dritten Rand (29) gegenüberliegenden Rand (30) der lichtempfindlichen Fläche (23) des Photodetektors (22) und Bestimmung einer zweiten Koordinate y_b aus dem Ausgangssignal des Photodetektors (22) und dem zweiten Positionssignal des Bondkopfs (6) und Berechnung einer Koordinate y_m zu
– Bestimmung des Zentrums (x_c, y_c) und des Radius r eines Kreises (35) mittels einer mathematischen Näherung so, dass der Kreis (35) die für die n Drehlagen ermittelten Koordinaten (x_m, y_m) approximiert, wobei das Zentrum (x_c, y_c) des Kreises (35) die Lage der Drehachse (12) charakterisiert, und Bestimmung eines Vektors, der die Lage der Greifachse (25) relativ zur Lage der Drehachse (12) charakterisiert.