DE102008033903A1

DE102008033903A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Montage mehrerer Halbleiterbauelemente auf einem Zielsubstrat

Info

Publication number: DE102008033903A1
Application number: DE102008033903A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Kiesewetter; Claus Dr. Dietrich
Original assignee: SUSS MicroTec Test Systems GmbH
Current assignee: Cascade Microtech Dresden GmbH
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-01-21
Also published as: US20100011569A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage mehrerer Halbleiterbauelemente auf einem Zielsubstrat (1), indem zumindest zwei Halbleiterbauelemente mittels einer Transfervorrichtung (28) von einem Spender (10) entnommen und gleichzeitig in vordefinierten Zielpositionen auf dem Zielsubstrat (1) montiert werden. Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens umfasst regelmäßig Positionierungseinheiten zur Positionierung der Halbleiterbauelemente relativ zum Zielsubstrat (1). Verfahren und Vorrichtung sollen unter Gewährleistung der Präzision in der Zustellung der miteinander zu verbindenden Komponenten eine Integration in einer Inline-Anlage gestatten. Zur Lösung der Aufgabe erfolgt eine Zustellung des Zielsubstrats (1) mittels einer ersten Positionierungseinheit (9) in einen Montagebereich (5), in welchem die Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat (1) montiert werden, in einer ersten Richtung und eine Zustellung der Transfervorrichtung (28) mit den Halbleiterbauelementen mittels einer zweiten Positionierungseinheit (26) in den Montagebereich (5) in einer zweiten Richtung, wobei beide Richtungen voneinander abweichen und der Montagebereich (5) die Umgebung des Schnittpunktes von X- und Y-Richtung darstellt und wobei die Entfernung des prozessierten Zielsubstrats (1) aus dem Montagebereich (5) dessen Zustellbewegung fortsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage mehrerer Halbleiterbauelemente auf einem Zielsubstrat, indem zumindest zwei Halbleiterbauelemente mittels einer Transfervorrichtung gleichzeitig von einem Spender entnommen und in vordefinierten Zielpositionen auf dem Zielsubstrat mit einem Abstand zueinander montiert werden. Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Montage der Halbleiterbauelemente. Eine solche Vorrichtung umfasst regelmäßig Positionierungseinheiten zur Positionierung der Halbleiterbauelemente relativ zum Zielsubstrat und eine Transfervorrichtung zur gleichzeitigen Entnahme von zumindest zwei Halbleiterbauelementen von einem Spender und deren gleichzeitiger Montage auf dem Zielsubstrat in vordefinierten Zielpositionen und mit einem Abstand zueinander.
Eine solche Montage von mehreren Halbleiterbauelementen auf einem Zielsubstrat wird unter anderem zur Herstellung von Konzentrator-Photovoltaik-Anordnungen (CPV – Concentrator Photovoltaic) verwendet, bei denen zur Erhöhung der Lichtausbeute die einzelnen photovoltaischen Zellen als Halbleiterbauelemente auf einem Trägersubstrat, z. B. Glas, mit einem Abstand zueinander in einem Array angeordnet sind. Jeder photovoltaischen Zelle wird ein optisches Element zugeordnet, welches in einem Abstand über der Zelle angeordnet ist um das Licht einer im Vergleich zur photovoltaischen Zelle deutlich größeren Einfallsfläche auf eine Fläche der Zelle von z. B. weniger als 1 mm² zu konzentrieren. Ein wesentlicher Effizienzfaktor ist die genaue Platzierung und Montage der verein zelten photovoltaischen Zellen auf dem Trägersubstrat, welches im Zusammenhang mit der Montage der Zellen als Zielsubstrat bezeichnet wird. Eine genaue Platzierung und Montage von Halbleiterbauelementen auf einem Zielsubstrat mit hohem Durchsatz ist auch für Integrationstechnologien mikro- oder nanoelektronischer Systeme mit zwei- oder dreidimensionalen Layout erforderlich.
Die erforderliche Präzision bei gleichzeitig hohem Durchsatz bietet z. B. der so genannte Transfer-Printing-Prozess, bei welchem Halbleiterbauelemente mit einem Stempel erfasst, mittels des Stempels zum Zielsubstrat ausgerichtet und auf das Zielsubstrat gedruckt werden. Ein solcher Druckprozess, auf CMOS-Komponenten angewendet, ist in „Printing unites III-Vs and silicon" Compound Semiconductor, June 2007, beschrieben. Aufgrund der hierbei zu prozessierenden Größenordnungen bestehen an die Präzision der Ausrichtung von Halbleiterbauelement, Stempel und Zielsubstrat jeweils zueinander besonders hohe Anforderungen.
Die Herstellung druckbarer, im Waferverbund bereitgestellter Halbleiterstrukturen und deren Verarbeitung im Transfer-Printing-Prozess sind in der WO 2006/130721 A2 beschrieben. Die einzelnen Halbleiterbauelemente werden im Waferverbund hergestellt und anschließend soweit voneinander getrennt, dass einzelne brückenartige Verbindungselemente bestehen bleiben. Diese werden durch die Aufnahme der Halbleiterbauelemente durch einen Stempel zerbrochen, so dass die derart vereinzelten Halbleiterbauelemente dann auf einem Zielsubstrat montiert werden können.
Die Positionierung eines Stempels relativ zum Zielsubstrat ist z. B. in der DE 103 11 855 B4 beschrieben. Danach wird zunächst das Zielsubstrat, ein Wafer, mittels eines Manipulators und einer Vorjustierung lagerichtig über einem Chuck positioniert, nachfolgend der Stempel relativ zum Zielsubstrat ausgerichtet und Stempel und Zielsubstrat miteinander in Kontakt gebracht. Zur Bearbeitung des nächsten Zielsubstrats muss das vorher bearbeitete mittels des Manipulators vom Chuck entfernt und das nächste aufgelegt werden. Damit wird der Durchsatz im Wesentlichen vom Ablauf der Auflage eines neuen Zielsubstrats bestimmt. Für die Verarbeitung einer großen Anzahl von Strukturen zur Herstellung photovoltaischer oder mikroelektronischer oder anderer vergleichbarer Systeme ist insbe sondere aus Kostengründen die Integration in eine Inline-Anlage wünschenswert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Montage mehrerer Halbleiterbauelemente auf einem Zielsubstrat anzugeben, die bei Gewährleistung der Präzision in der Zustellung der miteinander zu verbindenden Komponenten eine Integration in eine Inline-Anlage gestatten.
Das beschriebene Verfahren definiert zwei grundlegende, voneinander abweichende Bewegungsrichtungen, die der Zustellung der miteinander zu montierenden Komponenten in jenen Bereich der Anlage dienen, in welchem die Montage der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat erfolgt, hier als Montagebereich bezeichnet. Dabei wird die Bewegung, die zunächst der Zustellung des Zielsubstrats diente, nach Fertigstellung der Montage der Halbleiterbauelemente unter Beibehaltung der Richtung fortgesetzt. Die Ausrichtung zwischen Zielsubstrat und den Halbleiterbauelementen erfolgt damit durch die Festlegung seiner Position, im Folgenden als Montageposition bezeichnet, entlang seiner Bahn und im Übrigen durch die Zustellung der Halbleiterbauelemente auf diese Montageposition, die ab einer Ausgangsposition abseits des Pfades des Zielsubstrats erfolgt. Das Erreichen dieser Montageposition ist für beide Bewegungsrichtungen einfach und mit ausreichender Genauigkeit durch bekannte Methoden möglich, z. B. durch die Ermittlung der zurückgelegten Distanz vom Ausgangspunkt aus, wenn die Position in Bezug auf diesen Ausgangspunkt bekannt ist, oder durch das Anfahren einer Referenzmarke, die in Bezug auf die anzufahrende Position gesetzt ist. Im Unterschied zu dem Begriff des Montagebereichs soll als Montageposition die Relativposition zwischen dem Zielsubstrat und den Halbleiterbauelementen und damit auch der die Halbleiterbauelemente tragenden Transfervorrichtung bezeichnet sein, in welcher keine weitere Bewegung in einer der beiden Bewegungsrichtungen mehr erforderlich ist für die Montage der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat. Die Montageposition ist demzufolge mit der erforderlichen Präzision einzustellen.
Beide Bewegungsrichtungen sind voneinander getrennt und gleichzeitig auszuführende Schritte z. B. zur Justierung oder Ausrichtung beider Komponenten in Bezug auf diese Position des Zielsubstrats möglich. Die Position wird durch jedes der Zielsubstrate mit gleichbleibender Genauigkeit angefahren, so dass im Verlauf der Montage von Halbleiterbauelementen auf einem Zielsubstrat vorbereitende Ausrichtungen von Halbleiterbauelementen möglich sind, die auf einem der nachfolgenden Zielsubstrate zu montieren sind. Auf diese Weise sind deutlich geringere Taktzeiten zu realisieren, die im Wesentlichen durch die Dauer zur Montage der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat bestimmt wird.
Da mit einer Zustellbewegung mehrere Halbleiterbauelemente gleichzeitig positioniert werden, erfordert die Ausrichtung von Zielsubstrat und Halbleiterbauelementen relativ zueinander grundsätzlich eine Ausrichtung auf eine Position in jener Ebene, welche durch die beiden Zustellbewegungen definiert wird. Gleichzeitig sind auch eine winklige Ausrichtung und eine Ausrichtung in der Höhe erforderlich. Durch eine auch vorbereitende Ausrichtung von Zielsubstrat und/oder Spender im Winkel und in der Höhe ist es möglich, die eigentliche Zustellbewegung auf die Bewegung in nur zwei Richtungen, eine für das Zielsubstrat und eine für die Halbleiterbauelemente zu reduzieren, die lediglich durch eine übliche finale, senkrecht zu diesen beiden Richtungen verlaufende Kontaktierungsbewegung ergänzt wird.
Im Folgenden soll auf diese abschließende Kontaktierungsbewegung nicht näher eingegangen werden, da die eigentliche Zustellbewegung so weit erfolgt, bis sich die zu kontaktierenden Komponenten mit einem geringen Abstand gegenüber stehen, so dass zur Herstellung des Kontakts nur noch eine kurze Bewegung in einer Richtung und ohne weitere Justierung erforderlich ist. Die Kontaktierungsbewegung kann demnach der Montage der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat zugerechnet werden. Zumindest eine der beiden nachfolgend beschriebenen Positionierungseinheiten weist deshalb ergänzend zu der Bewegungsrichtung, mit der die Zustellbewegung ausgeführt wird, stets eine weitere mögliche Bewegungsrichtung auf, mit der eine kurze Bewegung mit hoher Präzision realisierbar ist und die senkrecht zu den Bewegungsrichtungen beider Positionierungseinheiten liegt. Bezogen auf den Begriff der Montageposition bedeutet der Begriff der Kontaktierungsbewegung, dass die Montageposition durch das Zielsubstrat und die Halbleiterbauelemente erreicht ist und lediglich eine kurze Distanz zwischen bei den Komponenten durch eine solche Kontaktierungsbewegung zurückzulegen ist, welche senkrecht zu den beiden Zustellbewegungen gerichtet ist. Alle nachfolgend beschriebenen Anforderungen an die Ausführung und Präzision beziehen sich folglich stets nur auf Zustellbewegungen, die zum Erreichen der Montageposition erforderlich sind.
Als Montage von Halbleiterbauelementen auf einem Zielsubstrat soll hier ein Zusammenbau beider Komponenten bezeichnet werden, der zumindest eine Befestigung der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat umfasst. Entsprechend des vorherigen und nachfolgenden Verfahrensablaufs zur Herstellung des vollständigen Bauteils kann dabei auch die elektrische Kontaktierung eingeschlossen sein, wenn entsprechende Anschlussflächen auf beiden Komponenten vorbereitet sind. Die Befestigung selbst kann mit bekannten Verfahren erfolgen, häufig durch Kleben. Aber auch andere Methoden sind möglich, z. B. durch mechanische Fixierung oder eine temporäre Befestigung, die durch nachfolgende Prozesse fertig gestellt wird.
Bei Inline-Anlagen sind alle Prozessschritte, die in einem Durchlauf durch die Anlage erfolgen sollen, entlang eines Transportwegs des Produkts angeordnet. Im beschriebenen Verfahren ist dieser Transportweg durch die Zustellung und den Weitertransport eines Zielsubstrats bestimmt. Damit können fortlaufend Zielsubstrate zugestellt, jedes mit Halbleiterbauelementen bestückt und weiter transportiert werden. Zur Minimierung des Aufwandes zur Ausrichtung jedes Zielsubstrats und jedes Satzes von gleichzeitig zu montierenden Halbleiterbauelementen können die Zielsubstrate und die Spender noch vor deren Zustellbewegung in Bezug auf diese Vorzugsrichtung des gesamten Systems ausgerichtet werden.
Die Ausrichtung kann auch hier, wie häufig praktiziert, in Grob- und Feinausrichtung aufgeteilt werden, wobei aufgrund der Wiederholbarkeit der zur Zustellung erforderlichen Bewegungsabläufe eine Grobausrichtung für eine große Anzahl von Zielsubstraten und Spendern gemeinsam erfolgt. Dies ist z. B. bei deren Lagerung in Magazinen möglich, in welchen die einzelnen Positionen jeder Komponente geometrisch bestimmt sind, meist durch einen vertikalen Abstand. Nach der Grobausrichtung des Magazins in der Richtung, in der die Zustellbewegung von diesem Magazin aus erfolgt, kann ent weder das Magazin selbst bewegt werden, um für jede Komponente die gleiche Ausgangsposition herzustellen, oder die Zustellbewegungen der Komponenten werden ergänzt durch einen definierten und programmierbaren Verfahrweg zum Erreichen der einheitlichen Ausgangsposition. Für die Vorhaltung von Halbleiterbauelementen in einem Magazin bedeutet dies, dass das Magazin selbst entlang jener Geraden angeordnet werden kann, welche durch die Y-Richtung definiert wird. Ein solches Magazin dient als Spenderaufnahme. Alternativ kann auf dieser Geraden auch eine solche Spenderaufnahme angeordnet sein, auf die ein Spender, der z. B. aus einem seitlich davon angeordneten Magazin entnommen wurde, aufgelegt wird, um diese Spenderaufnahme als geometrisch definierten Ausgangspunkt jeder Zustellbewegung zu verwenden.
Alternativ kann eine Grobausrichtung auch durch ein Handlingsystem erfolgen, welches z. B. zum Transport einzelner Komponenten zur Ausgangsposition der sich stets wiederholenden Zustellbewegungen verwendet wird.
Aufgrund der Entkopplung der Zustellbewegungen der Zielsubstrate und der Halbleiterbauelemente ist es für eine oder beide Komponenten möglich, zeitlich und geometrisch bis zum Erreichen der Montageposition alle erforderlichen Manipulationen, Vorbereitungen oder Positionsänderungen unabhängig voneinander und gleichzeitig auszuführen, so dass ein definierter Verfahrweg zurückzulegen, die präzise Positionierung zu überprüfen und gegebenenfalls nur noch eine Korrektur vorzunehmen ist, bevor die Montage der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat erfolgt.
Die hier beschriebene Zustellung gestattet auch eine vollautomatische Montage der Halbleiterbauelemente. Für die automatisierte Überprüfung der Lage von Zielsubstrat und Halbleiterbauelementen zueinander sind verschiedene Hilfsmittel bekannt, wie Justiermarken, Abstandsmesser, Schrittmesser, Bilderkennungssysteme oder anderes. In einen programmierbaren Bewegungsablauf einer oder beider Komponenten sind auch ergänzende Abläufe integrierbar, wie z. B. die oben beschriebene Kontaktierungsbewegung, ein Reinigungsschritt oder definierte Beschleunigungen, die je nach Gestaltung eines Spenders oder der Transfervorrichtung zur Aufnahme oder zum Ablegen der Halbleiterbauelemente erforderlich sein können. Derar tige Bewegungsabläufe sind sowohl durch ausschließlich geometrische Bezüge und Berechnungen als auch durch einen einmaligen Ablauf der Zustellbewegungen zum Einlernen programmierbar.
Die beiden Bewegungsrichtungen von Zielsubstrat und Halbleiterbauelementen sind hier lediglich der Unterscheidung wegen als X- und Y-Richtung bezeichnet. Dass beide Richtungen rechtwinklig zueinander stehen, ist ebenso wenig erforderlich, wie die Lage beider Richtungen in einer horizontalen Ebene. Sofern es aus fertigungstechnischen oder Platzgründen sinnvoll ist, kann eine der Richtungen z. B. auch vertikal verlaufen, solange beide Richtungen voneinander abweichen.
Sofern jedoch in einer Ausführungsform des Verfahrens die X- und Y-Richtung senkrecht zueinander liegen, ist ein Abrastern einer Vielzahl von Montagepositionen auf einem Zielsubstrat mit minimalem Justieraufwand möglich. In diesem Fall kann ein oder mehrere Spender in Bezug auf eine Bezugsrichtung des Zielsubstrats in Höhe, Winkel und Position genau ausgerichtet werden, so dass dann sukzessive Halbleiterbauelemente vom Spender entnommen und auf dem Zielsubstrat montiert werden bis das Zielsubstrat vollständig bestückt ist. Dazu werden die Entnahmepositionen auf einem oder mehreren Spendern und die Montagepositionen auf dem Zielsubstrat abgerastert. Ebenso kann mit einer Entnahme von Halbleiterbauelementen vom Spender auch eine ganze Reihe von Halbleiterbauelementen gleichzeitig aufgenommen und gleichzeitig auf dem Zielsubstrat montiert werden. In diesem Fall werden zur Vereinfachung der Zustellbewegungen die Ausrichtungen der Raster auf den Spendern und auf dem Zielsubstrat zueinander und zur X- und Y-Richtung übereinstimmen. Mit einem solchen Abrastern ist es möglich, großflächige Zielsubstrate mit einer großen Anzahl von Halbleiterbauelementen zu bestücken, ohne zwischen jedem Montageschritt eine Ausrichtung vornehmen zu müssen.
Die Abrasterung der Montagepositionen auf dem Zielsubstrat ist in diesem Falle möglich, indem das Zielsubstrat sukzessive um einen Rasterschritt vorwärts bewegt wird, sobald eine Reihe des Rasters, welche nicht mit der Bewegungsrichtung des Zielsubstrats übereinstimmt, mit Halbleiterbauelementen bestückt ist.
Zur Ausführung des Verfahrens weist die Vorrichtung zwei getrennte Positionierungseinheiten auf, die jeweils eine Bewegung in einer der beiden, voneinander abweichenden Richtungen zur Zustellung des Zielsubstrats und zur Zustellung der von einer Transfervorrichtung gehaltenen Halbleiterbauelemente realisieren. Beide Positionierungseinheiten sind derart miteinander gekoppelt, dass deren Bewegungsrichtungen im Montagebereich aufeinander treffen. Sie weisen Antriebe auf, mit denen die für das Anfahren einer definierten Montageposition erforderliche Präzision realisierbar ist. Allein durch diese beiden Positionierungseinheiten kann im Kreuzungsbereich der Bewegungsrichtungen die Montageposition für das Zielsubstrat und für die Halbleiterbauelemente wie oben beschrieben angefahren werden.
Da die Feinausrichtung der Halbleiterbauelemente relativ zum Zielsubstrat auch allein durch die Ausrichtung der Halbleiterbauelemente ausführbar ist, wird in einer Ausführungsform des Verfahrens das Zielsubstrat in der Bewegungsrichtung der Positionierungseinheit des Zielsubstrats bis zur Montageposition bewegt und dort fixiert. Nachfolgend erfolgt die Zustellbewegung der Halbleiterbauelemente zur Montageposition. Wie oben beschrieben, ist das, gegebenenfalls nach einer vorherigen Ausrichtung der Halbleiterbauelemente hinsichtlich des Winkels und hinsichtlich der Höhe, durch deren Bewegung in Y-Richtung möglich, bis die vordefinierte Distanz zurückgelegt wurde oder eine Justiermarke erreicht ist. Damit ist die Zustellbewegung wesentlich zu vereinfachen und zu beschleunigen und eine vorangehende Ausrichtung ist durch weitere Vorbehandlungsschritte abseits der Zustellbewegung zu kombinieren.
Eine solche Bewegung ist z. B. mittels eines Schlittens möglich, welcher auf einem Schienensystem in einer Richtung vorwärts bewegt wird, wobei sowohl für das Schienensystem als auch den Antrieb Systeme zum Einsatz kommen, die die erforderliche Präzision in der Richtung und in der Positionierung gewährleisten. Für die Bewegung des Schlittens und dessen Positionierung sind verschiedene Antriebe bekannt, die meist digital aber auch analog ansteuerbar sind.
Aufgrund der flächigen Ausdehnung der Zielpositionen bei gleichzeitig zu montierenden Halbleiterbauelementen kann es auch erforderlich sein, die Neigung von Zielsubstrat und Halbleiterbauelementen einander anzupassen. Als Neigung soll hier eine solche Lage von Zielsubstrat und/oder Halbleiterbauelementen zu verstehen sein, die einen Winkel zur Ebene aufweist, welche durch die beiden Bewegungsrichtungen der Zustellbewegungen, die X- und Y-Richtung definiert wird und im Folgenden als X-Y-Ebene bezeichnet sein soll. Sowohl die Oberfläche des Zielsubstrats als auch die Flächen der Halbleiterbauelemente, mit denen diese auf dem Zielsubstrat aufgelegt werden, können eine solche Neigung aufweisen.
Der Ausgleich einer Neigung kann entweder durch eine Ausrichtung zur X-Y-Ebene als auch durch eine Angleichung der zu verbindenden Flächen zueinander mit einer verbleibenden Neigung zur X-Y-Ebene erfolgen. Möglich ist das durch die Änderung der Neigung nur einer oder beider Komponenten, je nachdem welche der Positionierungseinheiten über ein Modul verfügt, welches über eine Einstellung der Neigung verfügt. Grundsätzlich kann sowohl die Positionierungseinheit des Zielsubstrats, hier z. B. ein Schlitten, als auch die Positionierungseinheit der Halbleiterbauelemente, und hier z. B. die Transfervorrichtung, über ein solches Modul verfügen.
Alternativ kann auch die Neigung eines oder mehrerer Spender relativ zum Zielsubstrat oder relativ zur X-Y-Ebene ausnivelliert werden, so dass dann jedes von einem nivellierten Spender aufgenommene Halbleiterbauelement die erforderliche Neigung aufweist. Wie oben beschrieben, kann eine solche einheitliche Nivellierung auch für eine Mehrzahl von Zielsubstraten, z. B. innerhalb eines Magazins erfolgen, um den Aufwand für die Ausrichtung der einzelnen Komponenten im Durchlaufverfahren zu minimieren.
Zu diesem Zweck werden in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens auch die Höhenpositionen von Spender und Zielsubstrat relativ zueinander eingestellt. Damit ist eine einmalige Höhenausrichtung erfolgt, die für mehrere Zustellbewegungen von einem oder mehreren Spendern zu einem oder zu mehreren Zielsubstraten aufrecht erhalten werden kann. Auf diese Weise sind auch Unterschiede in der Dicke von Zielsubstraten auszugleichen, ohne in einen einmal festgelegten oder programmierten Bewegungsablauf der Zustellbewegungen eingreifen zu müssen.
Die Aufnahme der Halbleiterbauelemente durch die Transfervorrichtung vom Spender und das Ablegen auf dem Zielsubstrat muss ebenfalls so erfolgen, dass es sowohl hinsichtlich der Präzision der Montage als auch hinsichtlich des Zeitablaufs für eine Inline-Anlage verwendbar ist. Neben mechanischen Halterungen oder durch Ansaugen ist auch das zeitweise Kleben der Halbleiterbauelemente auf einer Fläche der Transfervorrichtung geeignet. Durch die Kraft, mit der die Transfervorrichtung auf die im Spender vorliegende Halbleiterbauelemente gepresst wird, kann die Klebewirkung gezielt eingestellt werden. Die notwendige Klebewirkung ist zum einen durch die Halterung der einzelnen Halbleiterbauelemente im Spender bestimmt und zum anderen muss sie zur Montage auf dem Zielsubstrat lösbar sein, ohne die Ausrichtung in der Montageposition zu ändern. Für letzteres ist die Art der Befestigung der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat ausschlaggebend. Häufig erfolgt auch das durch Kleben, so dass die Klebstoffe aufeinander abzustimmen sind.
Über die Strukturierung der Klebeflächen der Transfervorrichtung ist es darüber hinaus möglich, gleichzeitig mehrere Halbleiterbauelemente vom Spender aufzunehmen, deren Lage zueinander bereits deren Zielposition auf dem Zielsubstrat entspricht. Beispielsweise ist es so möglich, aus einem Array von Halbleiterbauelementen im Spender jedes zweite oder dritte einer Reihe aufzunehmen, so dass der dadurch eingestellte Abstand bereits dem Abstand auf dem Zielsubstrat entspricht. Damit ist wiederum ein Abrastern des Spenders möglich bei Beibehaltung einer zuvor durchgeführten Ausrichtung.
Aufgrund der oben dargelegten Größenordnungen der zu montieren Halbleiterbauelemente und der daraus resultierenden Präzision der Positionierung und ebenso um Beeinträchtigungen oder gar Beschädigungen der Halbleiterbauelemente oder Zielsubstrate zu vermeiden, wird in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die Transfervorrichtung nach einer Montage eines Halbleiterbauelements gereinigt. Um auch durch diesen zusätzlichen Schritt den Aufwand zur Ausrichtung zwischen Zielsubstrat und Halbleiterbauelementen so gering wie möglich zu halten, wird die Reinigungsvorrichtung entlang oder in Verlängerung jenes Weges angeordnet, den die Transfervorrichtung für die Zustellbewegung zurücklegt. Zur Reinigung fährt die Transfervorrichtung die Reinigungsvorrichtung in Y-Richtung an und bewegt sich dann unter Beibehaltung der Richtung, gegebenenfalls unter Umkehrung des Richtungssinns, zum Spender und kann die nächsten Halbleiterbauelemente aufnehmen. Die Reinigung selbst kann durch verschiedene Methoden erfolgen, je nach zu erwartender Verschmutzung. Bekannt sind z. B. klebrige Reinigungspads, mit denen lose Schmutzpartikel oder Bruchstücke zu entfernen sind, oder ein auf die Transfervorrichtung gerichteter Fluidstrom oder auch nasschemische Reinigungsmethoden.
In vergleichbarer Weise können auch weitere Bearbeitungsstationen sowohl für die Halbleiterbauelemente aber ebenso für die Zielsubstrate entlang ihres Pfades der Zustellbewegung angeordnet werden, um die Verfahrwege und Ausrichtzeiten und so die Taktzeiten zu minimieren.
Von Vorteil ist es des weiteren, als defekt erkannte Halbleiterbauelemente innerhalb eines Durchlaufs durch die Montagevorrichtung wieder vom Zielsubstrat zu entfernen, um diese Positionen mit einem neuen Halbleiterbauelement zu bestücken. Denn mit den Positionierungseinheiten und der Transfervorrichtung stehen in der Montagevorrichtung die notwendigen Hilfsmittel zur Verfügung, um die Position des defekten Halbleiterbauelements anzufahren, es aufzunehmen und zu entfernen. Das als Reworking bezeichnete Ersetzen defekter Komponenten wird zur Verbesserung der Ausbeute eingesetzt und ist hier in eine Inline-Anlage integrierbar.
Bekanntermaßen erfolgt die Fertigung und Verarbeitung von Halbleiterbauelementen unter Reinraumbedingungen, um die Partikelkontamination zu minimieren. Aus diesem Grund weist auch die beschriebene Vorrichtung ein umgebendes Gehäuse auf, so dass die Montage der Halbleiterbauelemente unter definierten Umgebungsbedingungen erfolgen kann. Damit sind neben den Bedingungen der Reinraumklassen auch hinsichtlich Druck oder Temperatur oder hinsichtlich der Lichtverhältnisse gezielte Bedingungen herstellbar, je nach den Anforderungen der Halbleiterbauelemente, der Zielsubstrate oder der benachbarten Zellen einer Inline-Anlage, in welche die Vorrichtung integriert ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Zielsubstraten und Spendern mit Halbleiterbauelementen mit den auszuführenden Zustellbewegungen;
2 eine Draufsicht auf die Teile der Vorrichtung, welche der Zustellbewegung der Zielsubstrate und der Handhabung der Spender bis zum Erreichen der Ausgangsposition für die Zustellbewegung der Halbleiterbauelemente dienen;
3 eine Seitenansicht der Montagevorrichtung und
4 eine perspektivische Ansicht eines Clusters mit Spendermagazinen und Reinigungskassetten und einer Positionierungseinheit der Halbleiterbauelemente mit einer Transfervorrichtung.
1 zeigt ein Zielsubstrat 1, welches mittels einer nicht dargestellten ersten Positionierungseinheit in X-Richtung bewegt wird und dabei im Montagebereich 5 in zumindest einer Position angehalten wird. In dieser Position werden Halbleiterbauelemente (nicht näher dargestellt) auf dem Zielsubstrat 1 montiert und anschließend wird die Bewegung in X-Richtung fortgesetzt. Ausgangspunkt der Bewegung ist eine Halterung für leere Zielsubstrate 2 und Endpunkt ist eine Aufnahme für die vollständig montierten Zielsubstrate 3. Es ist selbstverständlich, dass Ausgangs- und Endpunkt der Bewegung der Zielsubstrate 1 vertauscht werden können, so dass die X-Richtung entgegengesetzt zur dargestellten Richtung verlaufen kann. Diese X-Richtung fällt bei einer Integration der Montagevorrichtung in eine Inline-Anlage (nicht dargestellt) mit der Durchlaufrichtung dieser Anlage zusammen.
Seitlich der ersten Positionierungseinheit zur Bewegung des Zielsubstrats 1 und mit einem Abstand dazu ist eine Spenderaufnahme 12 angeordnet, auf der ein Spender 10 aufliegt. Der Spender 10 ist im Ausführungsbeispiel ein Wafer, der eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen umfasst, die auf geeignete Weise im Waferverbund gehalten werden, z. B. durch brückenartige Verbindungen untereinander oder durch eine Klebefolie auf der Rückseite des Wafers. Die vom Spender 10 gelösten und durch eine Transfervorrichtung (nicht dargestellt) aufgenommenen Halbleiterbauelemente werden in Y-Richtung, die im Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur X-Richtung liegt, in den Montagebereich 5 bewegt, dort über ihrer Zielposition positioniert, in welcher die Montage auf dem Zielsubstrat 1 erfolgt, und dann auf das Zielsubstrat 1 abgesenkt und dort aufge klebt.
Da die Zustellbewegungen der Zielsubstrate 1 und der Halbleiterbauelemente nur in X- bzw. Y-Richtung erfolgen können, ist der Montagebereich 5 zum einen durch die Breite des Zielsubstrats 1 quer zur X-Richtung und zum anderen durch die Breite des Spenders 10 quer zur Y-Richtung oder, sofern die Transfervorrichtung eine geringere Breite als der Spender 10 aufweist, durch dessen Breite quer zur Y-Richtung Der Montagebereich 5 ergibt sich somit aus der Schnittfläche dieser beiden Bereiche und ist ein Streifen des Zielsubstrats 1 mit dessen Breite, der in X-Richtung durch den vorderen und hinteren Abschluss des Spenders 10 (gestrichelt dargestellt) oder gegebenenfalls der Transfervorrichtung begrenzt wird. In diesem Montagebereich 5 ist es mit einer Zustellbewegung des Zielsubstrats 1 und einer Zustellbewegung der Halbleiterbauelemente möglich, Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat 1 zu montieren. Bei einem weiteren Schritt des dargestellten Zielsubstrats 1, der als nächste Zustellbewegung betrachtet sein soll, verschiebt sich der Montagebereich 5 auf dem Zielsubstrat 1 um genau diesen Schritt.
In 2 sind wiederum die beiden das Bewegungssystem bestimmenden Richtungen X und Y dargestellt, die mit der ersten Positionierungseinheit 9 und einer nicht dargestellten, zweiten Positionierungseinheit realisiert werden. Die X-Richtung erstreckt sich von einem Ausgangspunkt, hier einem Magazin mit leeren Zielsubstraten 2, zu einem Endpunkt, hier einem Magazin 7 mit montierten Zielsubstraten 3. In beiden Magazinen 7 sind die Zielsubstrate 2, 3 präzise übereinander, mit einem gleichbleibenden Höhenabstand zueinander angeordnet. Das Magazin 7 der montierten Zielsubstrate 3 ist in der Darstellung der Vorrichtung entnommen, z. B. um es durch ein neues, leeres zu ersetzen. Mit derartigen Magazinen sind die Lagerung und der Transport mehrerer Zielsubstrate auch außerhalb der Montagevorrichtung unter den erforderlichen Umgebungsbedingungen möglich.
Die Bewegung der Zielsubstrate 1 erfolgt mittels eines Schlittens 13 (nicht dargestellt), der vollständig oder zumindest teilweise in die Magazine 7 gefahren wird zur Aufnahme oder zur Ablage eines Zielsubstrats 1. Der Schlitten wird auf einem Schienensystem 14 mittels eines geeigneten motorischen Antriebs (nicht dargestellt) bewegt und positioniert.
Jedes Magazin 7 umfasst eine Koppeleinrichtung (nicht dargestellt), mit der das Magazin 7 am Schienensystem 14 in einer definierten geometrischen Lage zum Schlitten 13 befestigt und dabei ausgerichtet werden kann. Zur Entnahme eines nächsten leeren Zielsubstrats 2 wird dieses innerhalb des Magazins 7 durch einen geeigneten Fördermechanismus in die Höhe befördert, in welcher der Schlitten 11 ohne Änderung seiner Höhenlage unter das leere Zielsubstrat 2 fahren und dieses dem Magazin 7 entnehmen kann.
Seitlich der Bewegungsbahn der Zielsubstrate 1 ist ein Cluster 16 von Vorrichtungen und Spendermagazinen 11 zur Aufbewahrung, zur Handhabung und Ausrichtung einer Mehrzahl von Spendern 10 angeordnet. Ein Handlingroboter 18 ist zentral in diesem Cluster 16 angeordnet, da die Empfindlichkeit der Halbleiterbauelemente hinsichtlich Bruch und jeder Art von Verunreinigung jede Berührung von menschlicher Hand verbieten. Der Handlingroboter 18 transportiert die Spender 10 von einer Clusterstation zu einer anderen oder in oder aus einem Spendermagazin 11.
Ein solcher Handlingroboter 18 besteht meist aus einem Roboterarm 19, der an einem Roboterantrieb (nicht dargestellt) angelenkt ist und dadurch in einem senkrechten Freiheitsgrad (senkrecht zur Zeichenebene, im Folgenden als Z-Richtung bezeichnet) und zwei waagerechten Freiheitsgraden (X, Y) bewegbar und um eine vertikale Drehachse schwenkbar ist. An der freien Vorderseite des Roboterarmes 19 ist eine Spenderhalterung 20 angeordnet, welche einen Spender 10 greifen und in oder aus einer der Stationen oder einem Spendermagazin 11 bewegen kann, indem der Roboterarm 19 durch den Roboterantrieb seine Spenderhalterung 20 direkt unter die Unterseite oder Rückseite eines Spenders positioniert und in Kontakt bringt und von einer Position zu einer anderen transportiert werden kann.
Das Cluster 16 umfasst neben dem Handlingroboter 18 und einem Spendermagazin 11 für volle und leere Spender 10 eine Spenderaufnahme 12, eine Reinigungsvorrichtung 22, hier Reinigungssubstrate 22, Reinigungskassetten 23 zur Aufnahme benutzter und unbenutzter Reinigungssubstrate 22 sowie einen Vorjustierer 24. Die Spen deraufnahme 12 ist so gestaltet, dass in Y-Richtung hintereinander liegend ein Spender 10 und ein Reinigungssubstrat 22 angeordnet werden kann. Im Ausführungsbeispiel weist das Reinigungssubstrat 22 die gleiche Größe und Form des Spenders 10 auf, um durch ein einfaches Aufsetzen einer Transfervorrichtung (nicht dargestellt) auf das Reinigungssubstrat 22 mit Sicherheit die Transfervorrichtung vollständig zu reinigen. Wenn auf andere Weise die vollständige Reinigung der Transfervorrichtung gewährleistet werden kann oder die Reinigung durch eine andere Methode erfolgt, kann das Reinigungssubstrat 22 eine andere Gestalt aufweisen oder durch eine andere Vorrichtung ersetzt sein, insofern dies keine Bewegungskomponente der Transfervorrichtung in X-Richtung erfordert. Eine separate Bewegung der Reinigungsvorrichtung hingegen stört den Bewegungsablauf der Transfervorrichtung und damit der Halbleiterbauelemente nicht.
Mittels des Vorjustierers 24, auch als Prealigner bezeichnet, kann ein Spender 10 in X- und in Y-Richtung und ebenso im Winkel präzise auf ein festes Bezugssystem der Montagevorrichtung ausgerichtet werden. Diese Vorjustierung beibehaltend wird der Spender 10 auf der Spenderaufnahme 12 abgelegt. Von dort nimmt die Transfervorrichtung die Halbleiterbauelemente mit einer definierten Vorjustierung auf. Da auch die anderen Komponenten der Montagevorrichtung auf dieses geometrische Bezugssystem definiert sind und darüber hinaus die Zielsubstrate 1 über Magazin 7 und deren Koppeleinrichtung auf dieses Bezugssystem bezogen sind oder durch eine Positionserfassung bestimmbar sind, kann eine präzise Zuordnung der Positionen der Halbleiterbauelemente auf der Transfervorrichtung und der Zielpositionen auf dem Zielsubstrat 1 erfolgen. Mit Kenntnis der Positionen kann gegebenenfalls auch eine Nachjustierung mittels der Transfervorrichtung oder, sofern es der Schlitten 13 erlaubt, auch mittels des Schlittens erfolgen.
Mithilfe des Handlingroboters 18 werden die Spender 10 zwischen den einzelnen Spendermagazinen 11 und Reinigungskassetten 23, der Spenderaufnahme 12 und dem Vorjustierer 24 bewegt.
Aufgrund der Größen und der Lage der Zielsubstrate 1 auf dem Schienensystem 14 und der Größe und der Lage der Spender 10 auf der Spenderaufnahme 12 ergibt sich der Schnittfläche wiederum der Montagebereich 5.
In der Seitenansicht der Montagevorrichtung in 3 sind zu den oben beschriebenen Komponenten der Montagevorrichtung die zweite Positionierungseinheit 26 mit einer Transfervorrichtung 28, im Ausführungsbeispiel einem Stempel, dargestellt. Die zweite Positionierungseinheit 26 umfasst einen Kopf 30, der an einem Träger 32 montiert ist und entlang dieses Trägers 32 in Y-Richtung mit einem motorischen Antrieb (nicht dargestellt) bewegt und in vordefinierten Positionen angehalten werden kann. Der Träger 32 gestattet im Zusammenhang mit dem Kopf 30 die Bewegung der am unteren Ende des Kopfes 30 angeordneten Transfervorrichtung 28 von jedem Ort der Spenderaufnahme 12 bis zu jedem Ort des Montagebereiches 5, jedoch lediglich in Y-Richtung.
Zur winkligen Ausrichtung der Transfervorrichtung 28 ist zumindest der untere Teil des Kopfes 30 um eine in Z-Richtung liegende Drehachse drehbar (als φ-Ausrichtung bezeichnet). Zur Aufnahme der Halbleiterbauelemente von der Spenderaufnahme 12 sowie zum Ablegen und Montieren der Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat 1 infolge der oben beschriebenen Kontaktierungsbewegung ist zumindest ein Teil der zweiten Positionierungsvorrichtung 26 oder die Transfervorrichtung 28 in Z-Richtung zu bewegen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die Tranfervorrichtung 28 in Z-Richtung beweglich.
Die Transfervorrichtung 28 und damit auch jeder mit der Transfervorrichtung 28 ausgeführte Verfahrensschritt ist durch eine oder, wie im Ausführungsbeispiel auch zur dreidimensionalen Beobachtung, durch mehrere Kameras 34 zu beobachten und in einer nicht dargestellten Bildauswertung auszuwerten. Ergänzend kann auch eine Beobachtung des Vorjustierers 24 durch weitere Kameras (nicht dargestellt) erfolgen.
Die gesamte Montagevorrichtung ist von einem Gehäuse 38 umgeben. Zu den übrigen in 3 dargestellten Komponenten der Montagevorrichtung, insbesondere des Clusters 16, wird auf die Darlegungen zu 2 verwiesen, wobei gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wurden.
4 zeigt eine Ausgestaltung des Kopfes 30 der zweiten Positio nierungseinrichtung 26 und der Transfervorrichtung 28. Der Kopf 30 ist in dieser Ausführungsform über geringe Distanzen auch in X-Richtung zu bewegen, um eine Feinausrichtung auch in dieser Richtung zu ermöglichen. Eine Bewegung in X-Richtung kann auch erforderlich sein, wenn die Aufnahmepositionen der Halbleiterbauelemente im Spender nacheinander abgerastert werden sollen. In diesem Fall wird der Kopf 30 um zumindest ein Rastermaß in X-Richtung bewegt, um Halbleiterbauelemente aus einer der in X-Richtung liegenden nächsten Reihen zu entnehmen. Erfindungsgemäß erfolgt die Bewegung des Kopfes in X-Richtung jedoch nicht zur eigentlichen Zustellung der Halbleiterbauelemente sondern zu derartigen, vorab erforderlichen Bewegungen.
Darüber hinaus ist auch der Kopf 30 in 4 in Y-Richtung zu bewegen, und zwar sowohl zur Feinausrichtung als auch zur Ausführung der Zustellbewegung sowie um einen Winkel φ drehbar. Die Kontaktierungsbewegung in Z-Richtung wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines unteren Teiles des Kopfes 30 ausgeführt.
Darüber hinaus ist die Transfervorrichtung über ein Neigungsmodul 36 zur Einstellung der Neigung der Transfervorrichtung 28 und damit der Halbleiterbauelemente relativ zum Bezugssystem der Montagevorrichtung und damit relativ zum Zielsubstrat 1 mit dem Kopf 30 verbunden. Die Neigung ist über zwei Drehachsen 37 einstellbar, die rechtwinklig zueinander und zwischen dem Kopf sowie der Transfervorrichtung 28 derart angeordnet sind, dass die Transfervorrichtung um zwei verschiedene Raumwinkel α und β zu kippen ist. Zu diesem Zweck verläuft die eine Drehachse in X- und die andere in Y-Richtung. Alternativ oder ergänzend kann auch das Zielsubstrat 1 mittels des Schlittens 13 in zumindest einem der Raumwinkel α und β kippbar sein (nicht dargestellt).
Auch hier wird wieder zu den übrigen, in 4 dargestellten Komponenten der Montagevorrichtung auf die Darlegungen zu 2 und 3 verwiesen, wobei gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Zur Montage von zumindest zwei Halbleiterbauelementen auf einem Zielsubstrat 1 wird zunächst ein leeres Zielsubstrat 2 mittels der ersten Positionierungseinheit 9, d. h. mittels des oben beschriebe nen motorisch antreibbaren Schlittens 13 und des Schienensystems, in X-Richtung bis zu einer solchen Position bewegt, in welcher die Zielpositionen für die ersten zu montierenden Halbleiterbauelemente im Montagebereich 5 liegen.
Gleichzeitig oder nachfolgend wird mittels des Handlingroboters 18 ein Spender 10 aus einem Spendermagazin 11 entnommen und auf dem Vorjustierer 24 abgelegt. Auf dem Vorjustierer erfolgt die erste Ausrichtung des Spenders 10, so dass die Lage der ersten, vom Spender 10 zu entnehmenden Halbleiterbauelemente, unter Berücksichtigung des Transportweges zur Spenderaufnahme 12, weitestgehend mit den X-Position deren Zielpositionen übereinstimmt. Ist ein Zustellweg der zweiten Positionierungseinrichtung 26 in Y-Richtung bereits programmiert, können mittels des Vorjustierers 24 auch bereits die Y-Positionen den Zielpositionen weitestgehend angepasst werden.
Nachfolgend transportiert der Handlingroboter 18 den vorjustierten Spender 10 unter Beibehaltung der Vorjustierung auf die Spendenaufnahme 12. Die Transfervorrichtung 28 wird mittels der zweiten Positionierungseinheit 26 über den Spender verfahren, senkt sich in Z-Richtung auf den Spender ab. Die Transfervorrichtung weist auf ihrer unteren, ebenen Fläche Klebepunkte auf, die auf einer in Y-Richtung liegenden Reihe angeordnet sind und deren Abstand zueinander dem Abstand jedes zweiten Halbleiterbauelements auf dem Spender 10 entspricht. Durch eine auf den Klebstoff abgestimmte Anpresskraft wird die Klebeverbindung zwischen Transfervorrichtung 28 und den Halbleiterbauelementen hergestellt und die Transfervorrichtung wird in Z-Richtung angehoben, wodurch die Halbleiterbauelemente aus dem Verband herausgebrochen werden. Sofern erforderlich erfolgt nun eine Feinjustierung in X-, Y-, Z-, φ-, α- oder β-Richtung.
Nun erfolgt die Zustellbewegung in Y-Richtung bis sich die Halbleiterbauelemente genau über ihren Zielpositionen auf dem Zielsubstrat 1 befinden. Das Ende der Zustellbewegung ist durch eine Positionsmessung der Transfervorrichtung 28, durch eine Bestimmung der mit dem Antrieb zurückgelegten Distanz oder durch Erreichen einer Referenzmarke feststellbar. Abschließend wird die Kontaktierungsbewegung in Z-Richtung ausgeführt und die Halbleiterbauele mente durch einen definierten Anpressdruck mit Klebepunkten auf dem Zielsubstrat befestigt. Durch eine definierte Beschleunigung beim Abheben der Transfervorrichtung 28 vom Zielsubstrat 1 gegebenenfalls kombiniert mit einer Kippbewegung der Transfervorrichtung in einem der Raumwinkel α oder β wird die Klebeverbindung zwischen Transfervorrichtung 28 und den Halbleiterbauelementen gelöst, während die Klebeverbindung zwischen dem Zielsubstrat 1 und den Halbleiterbauelementen bestehen bleibt. Für diesen Übergabeprozess ist eine genaue Abstimmung der Klebestellen und Klebstoffe zwischen Transfervorrichtung 28, Halbleiterbauelementen und Zielsubstrat 1 erforderlich.
Nachfolgend wird die Zustellbewegung rückwärts durchlaufen, bis sich die Transfervorrichtung 28 über dem Reinigungssubstrat 22 befindet, die Transfervorrichtung 28 wird in Z-Richtung auf das klebrige Reinigungssubstrat 22 abgesenkt, so dass Verunreinigungen z. B. Bruchstücke vom Ausbrechen der Halbleiterbauelemente aus dem Waferverbund entfernt werden und kann nachfolgend die nächsten Halbleiterbauelemente vom auf der Spenderaufnahme 12 angeordneten Spender 10 entnehmen. Dazu wird der Kopf in X- und/oder Y-Richtung weiterbewegt, bis freie Klebepunkte der Transfervorrichtung 28 genau über den Aufnahmepositionen des Spenders 10 positioniert sind. Nunmehr ist der beschriebene Ablauf zur Aufnahme von Halbleiterbauelementen, Feinjustierung, Zustellbewegung, Montage und Reinigung fortlaufend zu wiederholen, bis das Zielsubstrat 1 vollständig bestückt ist.
Spätestens zu dem Zeitpunkt, wenn alle Zielpositionen innerhalb des Montagebereichs 5 besetzt sind, wird das Zielsubstrat 1 um die Breite des Montagebereiches 5 oder einen Teil davon in X-Richtung weiter bewegt. Alternativ können auch die Bewegungen des Kopfes 30 in X-Richtung mit schrittweisen Bewegungen des Zielsubstrats 1 in X-Richtung kombiniert werden, um den Aufwand für Zustellung und Ausrichtung zu optimieren.
Sofern zwischenzeitlich alle Halbleiterbauelemente eines Spenders 1 montiert sind, kann im Verlauf der Montage der letzten Halbleiterbauelemente der nächste Spender 1 bereits vorjustiert, der leere Spender 1 in einem Spendermagazin 11 abgelegt und der neue vorjustierte Spender 10 auf der Spenderaufnahme 12 positioniert werden, um eine fortlaufende Montage zu ermöglichen.
Neben diesen Abläufen können auch einige weitere der beschriebenen Verfahrensabläufe gleichzeitig ausgeführt werden, soweit sie unabhängig voneinander ausführbar sind. Das betrifft neben der Vorjustierung die Entnahme oder Ablage von Zielsubstraten 1, 2, 3 und/oder Spendern 10 in deren Magazinen 7, 11 oder ebenso den Austausch von Reinigungssubstraten 22, der im Ausführungsbeispiel ebenfalls mittels des Handlingroboters 18 möglich ist.

1: Zielsubstrat
2: leeres Zielsubstrat
3: montiertes Zielsubstrat
5: Montagebereich
7: Magazin
9: erste Positionierungseinheit
10: Spender
11: Spendermagazin
12: Spenderaufnahme
13: Schlitten
14: Schienensystem
16: Cluster
18: Handlingroboter
19: Roboterarm
20: Spenderhalterung
22: Reinigungsvorrichtung, Reinigungssubstrat
23: Reinigungskassette
24: Vorjustierer
26: zweite Positionierungseinheit
28: Transfervorrichtung, Stempel
30: Kopf
32: Träger
34: Kamera
36: Neigungsmodul
37: Drehachsen
38: Gehäuse
X: X-Richtung
Y: Y-Richtung
Z: Z-Richtung φ-Ausrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/130721 A2 [0004]
- DE 10311855 B4 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Printing unites III-Vs and silicon” Compound Semiconductor, June 2007 [0003]

Claims

Verfahren zur Montage mehrerer Halbleiterbauelemente auf einem Zielsubstrat (1), indem zumindest zwei Halbleiterbauelemente mittels einer Transfervorrichtung (28) von einem Spender (10) entnommen und gleichzeitig in vordefinierten Zielpositionen auf dem Zielsubstrat (1) montiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zustellung des Zielsubstrats (1) in einen Montagebereich (5), in welchem die Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat (1) montiert werden, in einer ersten Richtung, im Folgenden als X-Richtung bezeichnet, und eine Zustellung der Transfervorrichtung (28) mit den Halbleiterbauelementen in den Montagebereich (5) in einer zweiten Richtung, im Folgenden als Y-Richtung bezeichnet, erfolgt, wobei beide Richtungen voneinander abweichen und der Montagebereich (5) die Umgebung des Schnittpunktes von X- und Y-Richtung darstellt und dass die Entfernung des prozessierten Zielsubstrats (1) aus dem Montagebereich (5) dessen Zustellbewegung fortsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterbauelemente mit einem Abstand zueinander montiert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die X- und die Y-Richtung nahezu senkrecht zueinander liegen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zustellung ein Zielsubstrat (1) mittels einer ersten Positionierungseinheit (9) in den Montagebereich (5) verfahren, in einer Montageposition positioniert und fixiert wird und nachfolgend die Zustellung der von der Transfervorrichtung (28) gehaltenen Halbleiterbauelemente mittels einer zweiten Positionierungseinheit (26) zur Montageposition erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen die erste Positionierungseinheit (9) nacheinander schrittweise mehrere Montagebereiche (5) anfährt mit einer Schrittweite entsprechend dem Abstand zweier Halbleiterbauelemente in X-Richtung.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung des Zielsubstrats (1) relativ zur Neigung der Ablageflächen der Halbleiterbauelemente, mit welchen die Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat (1) aufliegen, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung des Spenders (10) relativ zur Neigung des Zielsubstrats (1) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenposition des Spenders (10) relativ zur Höhenposition des Zielsubstrats (1) mittels einer Spenderaufnahme (12) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Transfervorrichtung (28) ein Stempel (28) verwendet wird, dessen Stempelfläche Abschnitte aufweist, die zumindest zeitweise haften.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfervorrichtung (28) nach der Montage der Halbleiterbauelemente mittels einer Reinigungsvorrichtung (22) gereinigt wird, welche entlang oder in der Verlängerung des Weges in Y-Richtung zur Zustellung der Halbleiterbauelemente angeordnet ist und die zweite Positionierungseinheit (26) in Y-Richtung nacheinander die Positionen zur Montage der Halbleiter bauelemente, zur Reinigung der Transfervorrichtung (28) und zur Aufnahme neuer Halbleiterbauelemente anfährt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein defektes Halbleiterbauelement mittels einer Entnahmevorrichtung vom Zielsubstrat (1) demontiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montage in einem geschlossenen Gehäuse (38) erfolgt, in welchem definierte Umgebungsbedingungen eingestellt und aufrechterhalten werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zielsubstraten (1) in einem transportablen Magazin (7) vorgehalten werden und das mit Halbleiterbauelementen zu bestückende Zielsubstrat (1) mittels des Schlittens aus dem Magazin (7) entnommen wird.
Vorrichtung zur Montage mehrerer Halbleiterbauelemente auf einem Zielsubstrat (1), mit Positionierungseinheiten zur Positionierung der Halbleiterbauelemente relativ zum Zielsubstrat (1) und einer Transfervorrichtung (28) zur Entnahme von zumindest zwei Halbleiterbauelementen von einem Spender (10) und deren gleichzeitiger Montage auf dem Zielsubstrat (1) in vordefinierten Zielpositionen, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Positionierungseinheit (9) zur Bewegung des Zielsubstrats (1) entlang eines Pfades und eine zweite Positionierungseinheit (26) zur Zustellung der Transfervorrichtung (28) mit den Halbleiterbauelementen in einen Montagebereich (5), in welchem die Halbleiterbauelemente auf dem Zielsubstrat (1) montiert werden, angeordnet sind und die erste Positionierungseinheit (9) in einer ersten Richtung, im Folgenden als X-Richtung bezeichnet, sowie die zweite Positionierungseinheit (26) in einer zweiten Richtung, im Folgenden als Y-Richtung bezeichnet, verfahrbar sind, wobei beide Richtungen voneinander abweichen und der Montagebereich (5) jenen Bereich darstellt, in welchem die Zustellbewegung der Halbleiterbauelemente auf den Pfad des Zielsubstrats (1) trifft.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die X- und die Y-Richtung nahezu senkrecht zueinander liegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Positionierungseinheit (9) einen Schlitten (13) zur Bewegung des Zielsubstrats (1) in der X-Richtung umfasst und der Schlitten (13) in einer Montageposition im Montagebereich (5) fixierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Positionierungseinheiten (9, 26) ein Modul zur Feinausrichtung der Halbleiterbauelemente oder des Zielsubstrats (1) relativ zueinander in der X- und der Y-Richtung und in einem in der von X- und Y-Richtung definierten Ebene liegenden Winkel umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Positionierungseinheit (9, 26) ein Modul zur Neigung einer Bezugsfläche des Zielsubstrats (1) oder der Halbleiterbauelemente relativ zur von X- und Y-Richtung definierten Ebene um einen vordefinierten Winkel umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Transfervorrichtung (28) einen Stempel umfasst, dessen Stempelfläche zur Aufnahme der Halbleiterbauelemente zumindest zeitweise haftende Abschnitte aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein transportables Magazin (7) umfasst, in welchem eine Mehrzahl von Zielsubstraten (1) zur Entnahme mittels des Schlittens (13) bereitzuhalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsvorrichtung (22) zur Reinigung der (28) angeordnet ist und der Spender (10) sowie die Reinigungsvorrichtung (22) entlang oder in der Verlängerung des Weges in Y-Richtung zur Zustellung der Halbleiterbauelemente angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spenderaufnahme (12) angeordnet ist, zur Positionierung eines Spenders (10) auf der durch die Y- Richtung definierten Geraden in einer vordefinierten Position in X- und Y-Richtung sowie einem vordefinierten Winkel, welcher in der von X- und Y-Richtung definierten Ebene liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung des Spenders (10) relativ zur Neigung des Zielsubstrats (1) mittels der Spenderaufnahme (12) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenposition des Spenders (10) relativ zur Höhenposition des Zielsubstrats (1) mittels der Spenderaufnahme (12) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Entnahmevorrichtung zur Entfernung zumindest eines Halbleiterbauelemente vom Zielsubstrat (1) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein umschließendes Gehäuse (38) umfasst, in welchem definierte Umgebungsbedingungen einzustellen und aufrechtzuerhalten sind.