DE102021211601A1

DE102021211601A1 - Messung der loop-höhe überlappender bonddrähte

Info

Publication number: DE102021211601A1
Application number: DE102021211601.9A
Authority: DE
Inventors: Soon Wei Wong; Victor Vertoprakhov
Original assignee: Emage Equipment Pte Ltd
Current assignee: EMAGE VISION PTE, LTD., SG
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2022-04-14
Also published as: CN114353687A; US20220115253A1; US11721571B2; JP2022064880A; JP7450272B2; KR20220049482A; TW202232051A

Abstract

Gerät und Verfahren zur Messung der Loop-Höhe überlappender Bonddrähte, die die Pads eines einzelnen oder gestapelter Siliziumchips mit den Pads eines Substrats verbinden, unter Ausführung folgender Schritte: Fokussieren einer optischen Baugruppe auf mehrere Punkte des Bonddrahtes, einschließlich überlappender Bonddrähte, Aufnahme eines Bilds des Bonddrahtes an jedem der vorab festgelegten fokussierten Punkte; Berechnen der Höhe jedes Punkts des Drahtes in Bezug auf eine Referenzebene; und Überführen der Höhendaten unter Verwendung der X-, Y- und Z-Koordinaten in eine Tabelle.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Prüfung der Loop-Höhe, das dazu bestimmt ist, die Höhe und anschließend das Bonding-Profil der gebondeten Drähte zwischen den Pads von Halbleiterchips und den Pads eines Substrats zu bestimmen, das ein Kunststoff- (z. B. BGA-Substrat) oder Metallsubstrat (z. B Lead-Frame) sein kann. Die Erfindung ist besonders nützlich, aber nicht darauf beschränkt, um das Profil des Bonddraht-Loops mit eng überlappenden Bonddrähten zu bestimmen.
Hintergrund der Erfindung
Drahtbonden wird im Halbleiter-Zusammenbauprozess als Mittel eingesetzt, um elektrische Verbindungen zwischen Halbleiterchips und Substraten (etwa Lead-Frames und Leiterplatten) herzustellen. In der Regel wird Draht aus Gold, Aluminium und Kupfer verwendet. Der Prozess zum Verbinden ist automatisiert und es ist wichtig, dass sichergestellt ist, dass die gebondeten Drähte ein gewisses Profil beibehalten, das eine Mindesthöhe und -länge und Mindestabstände zwischen benachbarten elektrisch verbundenen Pads umfasst. Die Höhe des Drahtbonding wird allgemein als Loop-Höhe bezeichnet. Der höchste Punkt des Bonddraht-Loops spielt eine wesentliche Rolle zur Bestimmung der Dicke des Kunststoff-Formteils, durch das der Bereich des Siliziumchips und seiner peripheren Anschlüsse abgedichtet und abgedeckt wird. Daher ist es wichtig, dass nicht nur alle Bonddrähte um den Siliziumchip herum eine korrekte Höhe beibehalten, sondern dass auch die Höhe des Bonddraht-Loops so gering wie möglich ist, damit dies dazu beiträgt, dass dünne Packages mit geringem Gewicht entstehen, was wiederum die Entwicklung verschiedener Typen flacher, schmaler technischer Geräte möglich macht. Etwa flache Mobiltelefone, medizinische Geräte, Weltraumsatelliten etc.
Durch Fortschritte in der Backend-Halbleitertechnologie und -verfahrenstechnik ist ein Drahtbonden mit geringer Loop-Höhe mit dünnen Drähten möglich. Aufgrund der hohen Dichte der Siliziumchip-Anschlusspads, und verschiedener anderer Faktoren, kommt es vor, dass gelegentlich Drahtbond-Loops maschinell produziert werden, die geringfügig niedriger oder höher sind als die programmierte, optimale Loop-Höhe. Die Anschlusspad-Dichte hat sich in neuen Designs mit mehreren gestapelten Dies („Stacked Dies“) weiter erhöht. In diesen Fällen ist der Drahtbonden-Prozess so programmiert, dass Drahtbonds in verschiedenen Höhen ausgeführt werden, damit ohne Leistungseinbußen mehr Drähte Platz finden. Solche Situationen treten in Designs hochdichter Speicher regelmäßig auf. Die Detektion von Fehlern in der Loop-Höhe ist bei derartigen Designs aufgrund überlappender und eng angeordneter Bonddrähte extrem komplex. Der Stand der Technik kennt keine Messung der Loop-Höhe in derartigen Situationen.
Es gibt im Stand der Technik verschiedene Verfahren, um eine Höhe eines Draht-Loops zu messen. Ein Beispiel ist U.S.-Pat. Nr. US 7,145,162 B2 mit dem Titel „Wire loop height measurement apparatus and Method“ (Gerät und Verfahren zur Messung der Höhe von Draht-Loops). In dieser Offenbarung wird der reflektierte Lichteinfall vom Draht-Loop mit einer Höhenlehre gekoppelt, die die Abweichung in Bezug auf das einfallende Licht misst, um die Höhe zu berechnen. Das Gerät und das Verfahren erfordern eine häufige Kalibrierung, auch ist das Gerät sperrig und seine Regelung und Einrichtung sind umständlich. Darüber hinaus ist das Design wegen der hohen Kosten des Geräts komplex und schwierig zu skalieren. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu verbessern, müssen Höhenlehren mit höherer Auflösung eingesetzt werden, was ihre Neukonfiguration unflexibel macht.
Ein weiteres Beispiel im Stand der Technik ist U.S.-Pat. Nr. 5,576,828 mit dem Titel „Bonding Wire Detection Method“ (Verfahren für die Bonddraht-Detektion). In dieser Offenbarung wird die Höhe eines Drahtes, der zwischen einem Halbleiterchip und einem Lead-Frame gebondet wird, mittels einer Flachwinkel-Beleuchtungsvorrichtung bestimmt. Der Beleuchtungswinkel wird innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt und die Schärfentiefe der optischen Einheit ist klein ausgelegt. Im zentralen Abschnitt des Drahtes erscheint im Fokuspunkt des optischen Systems ein dunkler Bereich. Die optische Einheit wird auf- und abbewegt, um ein fokussiertes Bild des dunklen Bereichs zu erhalten, um dann die Höhe des Drahtes relativ zu einer Höhe des optischen Systems zu bestimmen. Das gilt für Bonddrähte in einer einzigen Ebene. Das Konzept lässt sich nicht auf überlappende Bonddrähte anwenden. Ein weiteres Problem bei diesem Gerät liegt darin, dass das bildgebende System sperrig ist, wodurch sich die Prüfgeschwindigkeit verringert.
Im vorstehend beschriebenen Stand der Technik wird die Höhe des Draht-Loops am Profil des Bonddrahtes in nur einer Ebene gemessen. Da sich die Dichte im Drahtbonden erhöht hat und die Bonddrähte sich überlappen, eine Folge immer komplexerer Siliziumchip-Designs, besteht in der Branche Bedarf an einer Messung der Loop-Höhe gebondeter Drähte, die sich in mehr als einer Ebene befinden. Der Stand der Technik deckt diesen Bedarf nicht ab.
Abriss der Erfindung
Es ist demnach ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Prüfung von Bonddrähten bereitzustellen, mit dem sich zuverlässig die Loop-Höhe von Bonddrähten in einer einzigen Ebene oder mehreren Ebenen, aufgrund überlappender Bonddrähte, messen lassen. Es ist der Hinweis wichtig, dass in der unten stehenden Beschreibung „X-, Y- und Z-Koordinaten“ und „Datenpunkte“ austauschbar verwendet werden.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung wird durch ein einzigartiges Verfahren erreicht, das darin besteht, dass die Drähte, die zwischen den Pads eines Halbleiterchips und den Kontakten (Leads) eines Lead-Frame oder Substrats gebondet sind, geprüft werden, wobei: der Fokus eines optischen Mittels zunächst an einen gewünschten Punkt des Prüfobjekts, bei dem es sich um einen gebondeten Draht handelt, gebracht wird; dann mittels XY&Z-Motor, der in das Bildsystem integriert ist, mehrere Bilder in Ebenen mit dem besten Fokuspunkt, d. h. Z1, Zi und Zn an den Punkten P1, Pi und Pn aufgenommen werden, wobei 1 ≤ i ≤ n. Jeder Punkt Pi (1 ≤ i ≤ n) entlang dem Bonddraht hat Koordinaten der Ebenen mit dem besten Fokuspunkt (Xi (Breite), Yi (Länge), Zi (Höhe)), wobei Position Zi von den Encodern des Z-Motors ausgelesen wird und die Koordinaten (Xi, Yi) aus dem verarbeiteten Bild des gesamten Siliziumchips im Sichtbereich (Field of View, FOV) berechnet werden, und wenn der Siliziumchip größer als der FOV ist, werden feinere und präzisere Lagekoordinaten in Relation zur horizontalen X-Position und horizontalen Y-Position von den Encodern des X- und Y-Motors abgefragt. Somit werden im Fall eines Siliziumchips, der größer als der FOV ist, zwei Lagekoordinaten für jeden Pi (Punkt auf dem Bonddraht) kombiniert, um zu einer genauen X- und Y-Position zu gelangen, wobei die erste die von den Encodern stammende X- und Y-Position ist, die sich durch das verarbeitete Bild des gesamten Siliziumchips bestimmt, und die zweite die Position ist, die aus der von den Encodern stammenden X- und Y-Position ausgelesen wird, nachdem ein Bild eines kleineren Bereichs des Siliziumchips verarbeitet worden ist. Dieses Verfahren ermöglicht es mit einem sehr hohen Maß an Genauigkeit und Verlässlichkeit, Punkte von Interesse zu orten. Anschließend werden die X-, Y- und Z-Koordinaten in eine Tabelle überführt und als Graph gezeichnet. Dieser Vorgang wird für mehrere Ebenen in der Z-Richtung wiederholt, sodass mehrere Tabellen und Graphe, für jeden einzelnen Bonddraht, in verschiedenen Ebenen, entstehen.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung eines Drahtdetektionsverfahrens erreicht, wobei an Pads eines Halbleiterchips und Kontakte eines Lead-Frame oder Substrats gebondete Drähte dadurch detektiert werden, dass der Draht mit einem Beleuchtungsmittel, in einem vorab festgelegten, vorzugsweise flachen Winkel, beleuchtet wird, um auf diese Weise ein Bild des Drahtes mit einer bildgebenden Vorrichtung durch ein optisches System aufzunehmen, und die einzigartige Vorgehensweise der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Draht mit dem Beleuchtungsmittel in flachem Winkel mit einer vorab festgelegten Schärfentiefe des optischen Systems, die auf einen sehr kleinen Wert eingestellt ist, beleuchtet wird, wodurch ein dunkler Bereich im Hintergrund entsteht, um jedes Bildrauschen oder jede Information im Hintergrund um den betreffenden Bonddraht im Fokus herum zu beseitigen, damit eine genaue und verlässliche Messung der Höhe möglich ist.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Sockel zur Platzierung des Siliziumchips mit einem weiteren Motor mit Encoder (nicht abgebildet) integriert wird, sodass es möglich ist, ihn auf unterschiedlicher Höhe zu positionieren, damit eine schnellere Fokussierung und bei Bedarf eine genauere Positionierung möglich sind. Der Siliziumchip-Sockel kann mit einem hinterleuchteten zweiten Beleuchtungsmodul (nicht abgebildet) ausgestattet sein, das bei Bedarf eingesetzt werden kann, um hinterleuchtete Bilder des Siliziumchips zu erhalten, um die Länge und Breite mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu messen. Es kann auch dazu beitragen, Mängel zu erkennen, etwa einen Epoxid-Überschuss, besonders im Fall eines Stacked-Die-Designs, oder Schäden an den Kanten des Chips.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung eines Drahtdetektionsverfahrens erreicht, wobei ein Bonddraht, der sich unter einem anderen Bonddraht befindet, dadurch detektiert wird, dass der Verlauf des untenliegenden beleuchteten Bonddrahtes verfolgt wird, indem die XY&Z-Koordinaten zugehöriger Punkte auf dem Bonddraht interpoliert werden, um das Profil des Loops und den höchsten Punkt des Bonddraht-Loops zuverlässig zu berechnen. Das gilt für alle Bonddrähte, die durch überlappende Bonddrähte verdeckt sind. Dieses Schlüsselmerkmal der Erfindung ist besonders wichtig im Fall von Siliziumchips mit gestapelten Dies, wo die Bonddrähte einander an verschiedenen Punkten über mehrere Ebenen um die gestapelten Dies herum überkreuzen.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung eines Drahtdetektionsverfahrens erreicht, wobei die Geschwindigkeit der Messung des Bonddraht-Profils dadurch erhöht wird, dass mehr Datenpunkte der Bonddrähte in kritischen Bereichen, etwa Verbindungsstellen an Substrat-Pads und Bond-Pads am Die, im Mittenbereich und im Bereich um den höchsten Punkt des Bonddrahtes herum, detektiert und gemessen werden. Mit den XY&Z-Koordinaten werden mehrere Bonddraht-Profile gezeichnet, und der höchste Punkt aus der Referenzebene wird ausgewählt, um zur Höhe jedes einzelnen Bonddrahtes zu gelangen. Die Referenzebene ist die Ebene des Substrats oder der Oberfläche, auf der das erste Die sitzt. Da nicht kritische Bereiche der Bonddrähte bei der Messung unberücksichtigt bleiben, erhöht sich die Geschwindigkeit der Messung der Bonddraht-Höhe um ein Vielfaches, ohne Auswirkung auf die Bondprofilmessungen, insbesondere wenn die Bonddrähte länger sind.
Experimente zeigen, dass eine konstante Beziehung zwischen dem fokussierten Bild des beleuchteten Bonddrahtes und der tatsächlichen Höhe des Bonddrahtes besteht. Entsprechend kann durch das Detektieren des klar fokussierten Bilds mit relativ hohem Kontrast und durch den Abgleich mit den anderen, undeutlichen Bildern um den Bereich, der von Interesse ist, herum, die Höhe eines bestimmten Punkts des Drahtes einfach und zuverlässig in höherer Geschwindigkeit gemessen werden. Einige der Ansätze, die auf die Detektion der Datenpunkte angewendet werden, um ein Profil eines Bonddrahtes zu erzeugen, umfassen eine vereinheitlichte Schärfe-/Unschärfeanalyse, eine räumliche Analyse, Zuordnung durch Interpolation/Extrapolation usw., sind aber nicht darauf beschränkt. Die Analyseverfahren sind nicht im Detail ausgeführt, da sie nicht in den Umfang der Erfindung fallen.
Es ist zweckdienlich, die Erfindung hier im Anschluss detaillierter zu beschreiben und dabei auf die Begleitzeichnungen Bezug zu nehmen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen. Es sei klargestellt, dass die konkrete Ausgestaltung, die in den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung wiedergegeben ist, nicht die breite, generell formulierte Darstellung der Erfindung, wie sie durch die Ansprüche festgelegt ist, ersetzt.
Figurenliste
Ein Beispiel eines Verfahrens und Geräts in Übereinstimmung mit der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine Zeichnung des Bildaufnahmesystems ist, das die Kamera, Beleuchtung, Optik und den Mechanismus zur X-, Y- und Z-Positionierung umfasst;
2 eine isometrische Ansicht eines Substrats ist, auf das Silizium-Dies gestapelt sind, und doppelte Lagen von Drahtbond-Loops zwischen Die und Substrat veranschaulicht;
3 eine isometrische vergrößerte Ansicht des Bereichs A1 in 2 zeigt, die die Bonddrähte zwischen Substrat und gestapelten Dies zeigt;
4 eine Seitenansicht von 3 zeigt, um das Loop-Profil von zwei der Bonddrähte zu veranschaulichen;
5 ein dreidimensionales Diagramm zeigt, in dem das Bonddraht-Profil der Drahtverbindungen in 3 dargestellt ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Hier nachfolgend werden die Begriffe Bonddrähte, Bonding-Drähte, Verbindungsdrähte und Verbindungen in der Beschreibung der begleitenden Zeichnungen austauschbar verwendet. Es ist der Hinweis wichtig, dass ähnliche oder gleiche Elemente und Teile in den verschiedenen Zeichnungen aus Gründen der Klarheit mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das bildgebende System eine bildgebende Vorrichtung 8, die in geeigneter Weise mit einer optischen Linse 10 montiert ist, die wiederum am Beleuchtungsmodul 12 integriert ist. Der XY-Positionierer 16 ermöglicht die Positionierung des Bildaufnahmesystems in der X- und Y-Achse und ist in den Z-Positionierer 14 integriert, um eine Auf- und Abbewegung 18 des bildgebenden Systems in der Z-Achse oder alternativ zu ermöglichen. Es ist anzumerken, dass die XYZ-Positionierer synchron betrieben werden können, um eine schnelle Positionierung zu ermöglichen, damit ein maximal fokussiertes Bild des Bonddrahtes über den gesamten Siliziumchip erreicht wird. Das bildgebende System ist zu hochauflösenden Aufnahmen an unterschiedlichen Positionen unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen in der Lage, etwa Helligkeit, Strobe-Impulsbreiten, verschiedene Wellenlängen in der Beleuchtung und Lichtwinkel, je nach Charakteristik des Materials der Bonddrähte und des Siliziumchip-Substrats. Das optische System ist für eine sehr kleine Schärfentiefe ausgelegt, um Bildrauschen im Hintergrund zu beseitigen, das den Bereich verzerren kann, der von Interesse ist (area of interest, AOI). Das optische System 12 kann mit mehreren Linsen ausgeführt sein oder auch über eine Flüssiglinse verfügen, um ein hochschnelles Fokussieren auf mehreren Z-Achsen-Ebenen zu ermöglichen, um mechanisch bewegte Teile in der Baugruppe zu minimieren und infolgedessen die Geschwindigkeit der Bildaufnahme zu erhöhen, was zu kürzeren Prüfzeiten führt.
In 2 ist eine isometrische Ansicht eines Siliziumchips mit mehreren Dies 25 und 30 gezeigt, die in geeigneter Weise auf 20 gestapelt sind, wobei es sich um ein Die oder ein Substrat aus Kunststoff oder Silizium handeln kann. Die Halterung, die den Siliziumchip hält, kann auch mit einem geeigneten Positionierungsmechanismus einschließlich Encodern ausgerüstet sein, damit eine hochpräzise Auf- und Abbewegung in der Z-Achse möglich ist. Die Halterung (nicht abgebildet) kann in geeigneter Weise ausgeführt sein, sodass sie eine Hinterleuchtung bietet, unter Einsatz eines zweiten Beleuchtungsmittels, damit es möglich ist, über das bildgebende System in 1 Dunkelfeldbilder aufzunehmen. Die Pads an jedem der Dies 20, 25 und 30 sind miteinander über eine Reihe von Bonddrähten verbunden, die an verschiedenen Punkten und in verschiedenen Ebenen des Multi-Chip-Siliziumchips übereinander liegen oder sich kreuzen können (in der Draufsicht). Die vorliegende Erfindung hat eine besondere Relevanz für Bereich A1 (Field of View, FOV) als Beispiel. Die Bonding-Drähte verlaufen zwischen der Grundebenen-Referenz, bei der es sich um die Oberfläche des ersten Die oder das Substrat 20 handelt, der obenliegenden Fläche des zweiten Die 25, und der obenliegenden Fläche des zweiten Die 30.
Die Zeichnung in 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A1 in 2. Die Bonddrähte im Bereich A1 sind 40, 42, 44, 46, 52, 54 und 56, die die leitenden Pads auf den Dies 20, 25 und 30 verbinden. Die Positionen zwischen ZI und Zn sind die Stellen, an denen Bilder entlang der Z-Achse aufgenommen werden. Die Lücken zwischen den verschiedenen Positionen sind einstellbar, je nach dem Bereich der Bonddrähte, in dem sich die Koordinaten des Bonddrahtes durch Interpolation zwischen zwei nahe gelegenen Punkten oder Koordinaten bestimmen, um die zur Analyse des Bonddraht-Profils benötigte Zeit möglichst kurz zu halten, was eine hochschnelle Prüfung zur Folge hat. Zn ist eine einstellbare Zahl, die die Anzahl der maximalen Fokussierebenen festlegt, die analysiert werden, bevor die Analyse des Bonddraht-Profils erfolgt. Es erschließt sich für den Fachmann, dass je höher die Anzahl der Positionspunkte oder -koordinaten ist, die zu bestimmen sind, die Prüfung umso länger dauert, was die Prüfgeschwindigkeit verringert. Es bedeutet auch, dass das Bonddraht-Profil genauer und glatter ist, wenn die Anzahl der X-, Y- und Z-Koordinaten höher ist.
In 4 ist eine seitliche Perspektive eines Abschnitts des Siliziumchips in 3 abgebildet. Mit Bonddrähten 46 und 55 und ihren jeweiligen Verbindungen zwischen den Pads der Dies 20, 25 und 30 als Beispiel ist eine typische Bonddraht-Loop-Formation gezeigt. Der Bonddraht 46 verbindet die Pads der Dies 25 und 20 durch einen Ball-Bond 48 und Stitch 62. Der Bonddraht 55 verbindet die Pads der Dies 30 und 20 durch einen Ball-Bond 58 und Stitch 60. Es ist der Hinweis wichtig, dass es Fälle geben kann, in denen Bonddrähte ähnlich zu 55 und 46 sich überlappen oder einander überkreuzen, ohne sich zu berühren. Das Überkreuzen der Drähte 42, 44 und 54 ist in 3 dargestellt. Aus Gründen der Klarheit sind in 4 nur zwei Bonddrähte 55 und 46 dargestellt. Die verschiedenen Profile der jeweiligen Bonddrähte 55 und 46 und ihre jeweiligen höchsten Punkte 66 und 68 sind in einem Drahtbonden-Prozess von besonderem Interesse, da es dadurch dem Qualitätssicherungspersonal möglich ist zu beurteilen, ob der Loop ordnungsgemäß ausgeformt ist, bevor eine Weiterbearbeitung erfolgt. In den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung liegt der Schwerpunkt darauf, die Profile aller Bonddrähte zu bestimmen, und insbesondere die Position und/oder Höhe ihres höchsten Punkts. Die Erfindung betrifft insbesondere das Erfordernis, die Loop-Höhe der Bonddrähte zu messen, die beim Drahtbonden im Fall gestapelter Dies untereinander liegen oder sich überkreuzen. Die Höhe der Bonddraht-Loops sowohl des oberen als auch des unteren Bonddrahtes (Beispiele 55 und 46 in 4) ist absolut entscheidend zur Bestimmung der Temperatur beim Vergussvorgang und der Viskosität der Vergussmasse, da es bei sehr eng aneinanderliegenden Bonddrähten zu einem Kurzschluss beim Vergießen kommen kann. Ein Fachmann erkennt, dass die vorstehenden Probleme an einer beliebigen Stelle am Siliziumchip auftreten und mehr als einen Satz Bonddrähte betreffen können, je nach Bonding-Richtung und -Position.
4 zeigt auch eine seitliche Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Höhe eines Bonddraht-Loops mittels Fokuspunkt in einer Bildaufnahme. Der Prozessor, der dem bildgebenden System zugeordnet ist, analysiert die Bildaufnahme der im Fokus stehenden Ebene, die in einer vorab festgelegten Höhe Z erfasst wurde, um den besten Fokuspunkt zu finden, indem der Kontrast (Schärfe) der mehreren Bilder gemessen wird, die an verschiedenen Z-Positionen aufgenommen wurden, und berechnet die Positionen oder Koordinaten entlang jedem der Bonddrähte 46 und 55 über die gesamte Länge, angefangen von 62 bis 48 für Bonddraht 46, und über die gesamte Länge, angefangen von 60 bis 58 für Bonddraht 55. Zum Beispiel, bezugnehmend auf 5, umfasst jeder Punkt an Bonddraht 42, Pi (1 ≤ i ≤ n) entlang dem Bonddraht die Koordinaten (Xi, Yi, Zi), wobei Zi aus Koordinaten der fokussierten Ebene vom Encoder des Motors 14 (Z-Höhe) in 1 stammt; die Koordinaten (Xi, Yi), die durch Bildverarbeitung in jedem FOV und zusätzlich, wenn das Prüfobjekt größer als der FOV ist, aus dem horizontalen X-Abstand und dem horizontalen Y-Abstand berechnet werden, werden aus den Encodern der Motoren 16 (X- und Y-Positionen) in 1 aufgezeichnet und gespeichert. Es versteht sich, dass die Einheit Zn eine einstellbare Zahl darstellt und verändert werden kann, je nachdem, wie viele Punkte an einem Bonddraht Pn und wie viele relevante Positionskoordinaten X, Y und Z benötigt werden, um den Prozess der Berechnung der Loop-Höhe und des Loop-Profils eines bestimmten Bonddrahtes zu verbessern. Die Datenpunkte Pn, die jeweils durch die Koordinaten X, Y und Z dargestellt werden, werden berechnet, indem Aufnahmen von vorab festgelegten Abschnitten eines Bonddrahtes erstellt werden, die von Interesse sind. Zum Beispiel können, bezugnehmend auf 4, einige der kritischen Interessenbereiche die Position 60 des Bonddrahtes 55 und 62 des Bonddrahtes 46 auf Die 20 umfassen, gemeinhin als Stitch bezeichnet. Ein weiterer kritischer Bereich von Interesse ist zum Beispiel 48 auf Die 25 und 58 auf Die 30, gemeinhin als Ball-Bonds bezeichnet. Ferner umfasst ein weiterer kritischer und wichtigster Bereich von Interesse einen Abschnitt, an dem sich der höchste Punkt des Bonddrahtes 55 und 46 befindet, wahrscheinlich an 66 und 68, der während der Einrichtung eines Bonding-Profils und der Konfiguration einer Maschine zum Drahtbonden bestimmt wird.
Der in 5 abgebildete Graph zeigt das Bonddraht-Profil der Bonddrähte 40, 42, 44, 46, 52, 54 und 56, die in 3 gezeigt sind. Das dreidimensionale Profil wird unter Verwendung der berechneten Datenpunkte oder Koordinaten Pn gezeichnet, aus den Bildern, die in den verschiedenen fokussierten Ebenen ZI bis Zn für jeden der Bonddrähte in 3 aufgenommen worden sind. In 5 stellt die X-Achse die Die-Breite wie in 3 abgebildet dar, die Y-Achse stellt die Die-Länge wie in 3 abgebildet dar und die Z-Achse stellt die Höhe (horizontale fokussierte Ebenen) des Die wie in 3 abgebildet dar. Es erschließt sich aus dem Graphen, dass es aufgrund der Natur des Drahtbondens bei gestapelten Dies mehrere Ebenen von Bonddrähten gibt, die einander überkreuzen, wie es die Kamera in 1 erfasst (Draufsicht). Zum Beispiel ergibt sich aus dem Graphen in 5, dass sich der Bonddraht 44 ganz unten befindet, und darüber der Bonddraht 42. Der Bonddraht 54 ist über dem Bonddraht 42 angeordnet. Eine solche Anordnung ist bei Stacked-Die-Bonding nicht ungewöhnlich, und daher ist das Messen und Berechnen der Datenpunkte komplex und verlangt die Interpolation der X-, Y- und Z-Koordinaten der betreffenden Bonddrähte.
In 5 ist der dreidimensionale Graph für die Bonddrähte 40, 42, 44, 46, 52, 54 und 56 mit ihren jeweiligen X-, Y- und Z-Koordinaten an elf Stellen beispielhaft gezeichnet. Zum Beispiel sind die Höhen in der Z-Achse für Z9 und Zn-1 im Graph dargestellt. Positionen oder Höhen in der Z-Achse für die Punkte P1 bis Pn werden als Z1 bis Zn gemessen und gespeichert. Für ein glattes Anpassen der Kurve mittels der bestimmten Datenpunkte Pi (1 ≤ i ≤ n) für jeden Bonddraht wird ein Verfahren der Interpolation oder gelegentlich auch Extrapolation verwendet. Jeder Pi ist berechneten X-, Y- und Z-Koordinaten zugeordnet, um ein Zeichnen des Bonddraht-Profils zu ermöglichen. Beim Anpassen der Kurve wird die Einrichtung der Draht-Loop-Formation berücksichtigt, die normalerweise in die Schritte des Drahtbonden-Prozesses programmiert ist. Mithilfe des dreidimensionalen Graphen ist es leicht, durch Anwendung linearer Gleichungen die Loop-Höhe zu bestimmen. In Bezug auf das Zeichnen des Graphen für Bonddraht 42 jedoch umfasst der Prozess der Kurvenanpassung oder linearen Interpolation einige komplexe Schritte. Im Fall von Bonddraht 42 ist es offensichtlich, dass sich keine Datenpunkte zwischen den Positionen P6 und P7 berechnen oder bestimmen lassen, da Bonddraht 44 über Bonddraht 42 liegt, und daher werden die nächstgelegenen Datenpunkte P6 und P7, die für Bonddraht 42 bestimmt worden sind, verwendet, um das Profil des Bonddrahtes 42 in diesem Bereich mittels Interpolation zu bestimmen. In ähnlicher Weise blockiert ein weiterer Bonddraht 54 die Sicht im Bereich zwischen P8 und P9 von Bonddraht 42. Da eine Bildaufnahme im blockierten Bereich nicht möglich ist, lassen sich die Datenpunkte nicht bestimmen. Auch hier werden die nächstgelegenen Datenpunkte P8 und P9, die für Bonddraht 42 berechnet worden sind, zur Bestimmung des Profils für Bonddraht 42 in diesem Bereich mittels Interpolation verwendet. Die Genauigkeit der Interpolation zur Erstellung eines Bonddraht-Profils ist direkt proportional zur Nähe der Datenpunkte, was wiederum die Messung der Loop-Höhe eines jeweiligen Bonddrahtes beeinflusst. Es ist daher sehr wichtig, so viele Datenpunkte Pn wie möglich zu bestimmen, damit es möglich ist, ein Bonddraht-Loop-Profil für jeden Bonddraht zu zeichnen, und Interpolation oder (ggf.) Extrapolation für verdeckte Abschnitte des Bonddrahtes zu nutzen, um die Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu erhöhen. Beim Zeichnen der Bonddraht-Profile für jeden einzelnen Bonddraht kann eine Analyse erfolgen, ob die Leistung des Stacked Die nach dem Vergießen spezifikationsgemäß sein wird, und noch wichtiger, um sicherzustellen, dass sich keine Bonddrähte außerhalb des vergossenen Bauteils befinden, oder um festzustellen, ob ein Kurzschluss innerhalb des vergossenen Siliziumchips auftreten kann.
Ein Fachmann erkennt, dass diese Erfindung auf die Messung eines Ball-Bond-Durchmessers, einer Ball-Höhe und eines Stitch-Profils anwendbar ist, ohne dass das bildgebende System ergänzt oder verändert werden muss.
Es sind in Bezug auf die beschriebene Erfindung Änderungen, Modifikationen und/oder Ergänzungen möglich, die hier nicht speziell beschrieben sind, und es versteht sich, dass die Erfindung alle solche Änderungen, Modifikationen und/oder Ergänzungen erfasst, die unter den Geist und Schutzumfang gemäß vorstehender Beschreibung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7145162 B2 [0004]
US 5576828 [0005]

Claims

Gerät zur Prüfung der Z-Höhe und des Profils von Bonddrähten an Multi-Stacked-Dies oder ähnlichen Produkten, umfassend: eine bildgebende Vorrichtung, die auf einem Mittel montiert ist, das in der Lage ist, sich in der X-, Y- und Z-Achse zu bewegen, gekoppelt mit hochauflösenden Encodern, zur Aufnahme von Bildern fokussierter Punkte auf Bonddrähten und ihrer jeweiligen X-, Y- und Z-Positionen in verschiedenen Ebenen; die bildgebende Vorrichtung, die optisch mit einer Linse gekoppelt ist, die eine vorab festgelegte Schärfentiefe hat; ein Strobe-Beleuchtungsmittel mit vorab festgelegtem Winkel, um die Bildaufnahme beleuchteter Bonddrähte zu ermöglichen, unter Beseitigung von Bildrauschen bei eng platzierten Bonddrähten; ein zweites Beleuchtungsmittel, das am Sockel montiert ist, um das Prüfobjekt zu beleuchten, damit eine hinterleuchtete Bildaufnahme möglich ist.
Gerät nach Anspruch 1, ferner ein drittes Beleuchtungsmittel umfassend, das ein Dunkelfeld hinter dem Bereich erzeugt, der von Interesse ist und den die bildgebende Vorrichtung ansieht.
Gerät nach Anspruch 1, ferner eine Flüssiglinse umfassend, um hochschnelles Fokussieren zu ermöglichen, gekoppelt mit der Bildaufnahmevorrichtung.
Verfahren zum Messen der Z-Höhe und des Profils von Drähten, die zwischen Pads von zwei oder mehr gestapelten Halbleiterchips und eines Substrats gebondet sind, wobei besagte Methode folgende Schritte umfasst: Bewegen eines Bildaufnahmesystems in der X-, Y- und Z-Richtung, um besagtes Bildaufnahmesystem auf vorab festgelegte, mehrere Punkte an den Bonddrähten zu fokussieren; Aufnahme von Bildern besagter mehrerer Punkte an den Bonddrähten in mehreren Ebenen der Z-Achse unter Verwendung von Strobe-Beleuchtung; Auslesen der Encoder-Positionen jedes Punkts an dem Satz Bonddrähte und Überführen der jeweiligen X-, Y- und Z-Punkte in eine Tabelle; Berechnen der Höhen und seitlichen Verschiebung aller besagten, in eine Tabelle überführten Punkte der Bonddrähte um den gesamten Stacked-Die-Halbleiterchip herum und lineares Interpolieren jedes Punkts zum benachbarten Punkt, damit ein Winkelprofil jedes Bonddrahtes entsteht; Zeichnen eines 3D-Graphen mithilfe der in eine Tabelle überführten Punkte. Analysieren des 3D-Graphen, um Bonddrähte zu detektieren, die sich in der X-, Y- oder Z-Position in nächster Nähe zueinander befinden, und Abgleich mit vorab festgelegten Parametern, um den gebondeten Multi-Stacked-Die zu verwerfen oder zu akzeptieren; Mitteilen der Ergebnisse und analysierten Parameter an die externe Schnittstelle.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner eine Analyse des 3D-Graphen umfassend, um zu bestimmen, ob die gemeinsame Bonding-Ebene an beiden Enden der Bonddrähte dieselbe ist.