TW201436088A

TW201436088A - 晶粒接合器及其之接合頭裝置、以及筒夾位置調整方法

Info

Publication number: TW201436088A
Application number: TW102131671A
Authority: TW
Inventors: Hideharu Kobashi; Keisuke Nadamoto; Yoshihisa Nakajima
Original assignee: Hitachi High Tech Instr Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2014-09-16
Also published as: CN104051294A; TWI532117B; JP2014179562A; CN104051294B; JP6166069B2; KR20140113269A; US20140265094A1; KR101605587B1

Abstract

〔課題〕提供有以簡單的構成，可以對筒夾交換之際的誤差，也包含高度或傾斜，自動地補正(調整)之晶粒接合器、接合頭裝置，更進一步，筒夾位置調整方法。〔解決手段〕一種筒夾位置調整方法、接合頭裝置、晶粒接合器，係為了進行接合頭裝置中的筒夾之交換後的筒夾的位置調整，該接合頭裝置具備有：在導引真空到內部之保持件(41h)、以及安裝到該保持件的前端成可以裝卸之柄部(41s)與筒夾(41c)；在筒夾交換前，對該筒夾的背面，以配置在接合頭裝置的下方利用非遠心透鏡所構成的光學系統之背面攝像機(42)進行拍攝；在筒夾交換後，利用背面攝像機，拍攝已交換的筒夾的背面；對筒夾的位置進行補正，使得交換前後的筒夾的畫像成一致。

Description

晶粒接合器及其之接合頭裝置、以及筒夾位置調整方法

本發明，係有關於被安裝在接合頭的前端，可以調整用以把是為半導體晶片之晶粒予以吸著的筒夾的位置之晶粒接合器，更進一步於其接合頭裝置，有關該裝置之筒夾位置調整方法。

作為半導體製造裝置的其中一例，例如，把晶粒(半導體晶片)搭載到配線基板或引線架等之所謂的基板上，據此，組裝所謂製品的封裝之晶粒接合器，係包含在基板上進行結合之結合製程。在相關的結合製程中，在基板的結合面上正確地結合晶粒是有必要的，為此，經由利用攝像機對該晶粒或基板(測定對象)攝像，對該畫像進行畫像處理的方式(例如，與預先設定的參照做比較等)，進行定位及檢查。

一般，吸著晶粒的接合頭，乃是一體化晶粒接合器本體之接合頭單元，為中空，具備：把用來吸著的真空導到其內部之保持件；安裝到該保持件的前端成可以裝卸，也就是，中空的柄部；以及，更進一步，安裝到該柄部的前端，例如，利用橡膠等的彈性體所成形之筒夾等。尚且，筒夾係形成對應到要吸著的晶粒之形狀，於其之一部分，在其吸著面形成用以導引真空之貫通孔。

為此，上述之柄部與筒夾，係因要生產的晶粒的尺寸等的不同而具備可以交換的機構是很一般的。更具體而言，各個部件，係以插入形式，而且，以不會混淆安裝方向般之例如塊件形式來構成。

其中，特別是筒夾，係在從晶圓拾取晶粒之際，著陸到晶粒的表面，此時，受到壓力。之後，透過沿著保持件、柄部、筒夾的中心軸所成形的貫通孔導引真空，即所謂，利用內部氣體吸著，裝卸晶粒。亦即，把已吸著的晶粒利用接合頭的移動，搬送到基材(基板)上。該已搬送的晶粒，著陸到基板上，從接合頭，在垂直方向上，受到用以接合的負荷(數N~數十N)。亦即，晶粒接合器，係經由反覆相關的製程量產製品。

為此，以橡膠等所形成的筒夾，因反覆上述的製程，而徐徐地變形(即所謂，壓潰)，達到某個程度的生產量的話，是有必要做交換。於該交換之際，以筒夾單體，或者是，以與柄部一整體來進行交換，但此時，新交換的筒夾與筒夾的接合部，或者是，柄部與筒夾的接合部中，產生了誤差(即所謂，「鬆動(喀噠喀噠)」)。亦即，進行該筒夾的交換作業的話，即便交換成全部相同尺寸的筒夾，主要還是因為上述的理由，並非完全安裝相同位置，交換後的筒夾的位置有移動，其量(偏置量)為達到數~數十μm。

在此，以往，例如，根據以下的專利文獻1，以介隔著支撐軸把黏著膠帶上之特定的晶粒支撐在結合頭之筒夾進行一時拾取後，再回到黏著膠帶上之原先的位置，相對於筒夾的結合頭的安裝誤差，根據拾取前後之晶粒的位置的不同而自動地檢測，據此自動地進行筒夾的安裝誤差的補正之技術是已經廣為人知。

還有，根據以下的專利文獻2，為了補正筒夾的偏芯，以CCD攝像機顯示起始位置(home position)的筒夾前端的畫像，把該旋轉前取入畫像的光標(cursor)對合到晶片吸著面的中心的方式，輸入旋轉前中心位置。接著，把0度位置的筒夾轉動到180度位置，把以CCD攝像機所取得之旋轉後取入畫像顯示到監視器的同時，把顯示過的光標對合到晶片吸著面的方式，輸入旋轉後中心位置。接著，從各中心位置求取假想圓後算出筒夾保持件的旋轉中心，同時算出旋轉前中心位置與旋轉後中心位置之X方向偏移量與Y方向偏移量後，把這些換算成結合座標並演算偏芯補正量，以該偏芯補正量補正結合座標之技術是已經廣為人知。

尚且，在上述的先前技術中，通常，為了避免因與作為測定對象之晶粒或基板之間的距離的變動而成像的像的大小會有不同，作為進行攝像的攝像機的光學系統，係所謂，一般是使用遠心透鏡(聚光光線相對於光軸為平行的透鏡，即便與測定對象的距離有變動也不會改變像的大小)。

〔先前技術文獻〕〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2003-68772號專利公報

〔專利文獻2〕日本特開2006-142388號專利公報

但是，根據上述之先前技術，在筒夾交換之際，利用CCD攝像機等自動地進行筒夾的安裝誤差的補正之技術是已經廣為人知，但是，為了包含到交換後的筒夾的位置(特別是，垂直方向的高度)或傾斜(特別是，吸著面的斜率)而自動地進行補正(調整)方面，更進一步，其他的感測器或補正機構遂為必要，是有製造裝置的製造成本上升等的課題。

在此，本發明係有鑑於上述先前技術之課題而達成之發明，具體而言，其目的在於提供一種因簡單的構成而製造成本不會上升，可以把筒夾交換之際的誤差(即所謂，「鬆動」)，包含到其高度或傾斜，予以自動地進行補正(調整)之晶粒接合器，以及為此之接合頭裝置，更進一步，筒夾位置調整方法。

為了達成上述目的，根據本發明，提供一種筒夾位置調整方法，係進行接合頭裝置中的前述筒夾之交換後的筒夾的位置調整，該接合頭裝置至少具備有：導引用以吸著的真空到內部之保持件、以及安裝到該保持件的前端成可以裝卸之筒夾；其中：在前述筒夾交換前，對該筒夾的背面，以配置在前述接合頭裝置的下方利用非遠心透鏡所構成的光學系統之背面攝像手段，進行拍攝；在前述筒夾交換後，利用前述背面攝像手段，拍攝已交換的筒夾的背面；對前述筒夾的位置進行補正，使得經由利用前述非遠心透鏡所構成的光學系統之背面攝像手段而拍攝之交換前後的筒夾的畫像成一致。

還有，根據本發明，畢竟為了達成上述的目的，提供一種接合頭裝置，係至少具備有：在導引用以吸著的真空到內部之保持件；及安裝到該保持件的前端成可以裝卸之筒夾；其中：更進一步，在前述接合頭裝置的下方，具備用以拍攝該筒夾的背面之背面攝像手段。

更進一步，畢竟為了達成上述的目的，提供一種搭載晶粒到基板上的既定的位置之晶粒接合器，其具備：接合頭裝置，係在前端吸附保持晶粒，並移動到載置在臺上之前述基板上之既定的位置而搭載該晶粒；移動機構，係用以移動前述接合頭裝置；及控制裝置，控制至少前述接合頭裝置、前述移動機構之各個動作，搭載前述晶粒到前述基板上之既定的位置；其特徵為：更具備攝像手段，係在利用前述搭載手段進行晶粒的搭載前後中，對包含該晶粒或/及該基板之測定對象進行定位；前述接合頭裝置，係具備：引導用以吸著的真空到內部之保持件、及安裝到該保持件的前端成可以裝卸之筒夾，而且，在前述接合頭裝置的下方，配置用以拍攝該筒夾的背面之背面攝像手段；前述背面攝像手段，係作為光學系統，利用包含非遠心透鏡之透鏡系統而構成。

根據上述本發明，提供因簡單的構成而製造成本不會上升，可以把筒夾交換之際的誤差)，包含到其高度或傾斜，予以自動地進行補正(調整)之晶粒接合器，以及為此之接合頭裝置，更進一步，筒夾位置調整方法，發揮上述之優異的效果。

1‧‧‧晶圓供給部

3‧‧‧晶粒結合部

4‧‧‧控制部

5‧‧‧基板供給/搬送部

10‧‧‧晶粒接合器

11‧‧‧晶圓卡匣升降機

12‧‧‧拾取裝置

31‧‧‧預製部

32‧‧‧接合頭部

41‧‧‧接合頭

42‧‧‧背面攝像機

43‧‧‧固定台

44‧‧‧結合臺

47‧‧‧移動機構

51‧‧‧堆疊載入器

52‧‧‧框架進給器

53‧‧‧卸載器

421‧‧‧框體

422‧‧‧透鏡系統

423‧‧‧畫像感測器

41c‧‧‧筒夾

41h‧‧‧保持件

41m‧‧‧2維移動機構

41s‧‧‧柄部

D‧‧‧晶粒

P‧‧‧畫像

P'‧‧‧畫像

S‧‧‧引線架

θ‧‧‧傾斜角度

〔圖1〕為從上觀看成為本發明之一實施型態的晶粒接合器之整體概念圖。

〔圖2〕為表示在上述晶粒接合器的構成中，進行把晶粒搭載到基板上之晶粒結合製程之接合頭部的概略構成之立體圖。

〔圖3〕為表示包含筒夾之上述接合頭的詳細構造之一部分放大剖視圖。

〔圖4〕為表示上述接合頭部中攝像筒夾的背面之背面攝像機的構成之展開立體圖。

〔圖5〕為說明有關背面攝像機中利用所採用之非遠心透鏡所攝影出的位置之相異的筒夾的畫像之說明圖。

〔圖6〕為說明有關背面攝像機中利用所採用之非遠心透鏡所攝影出已傾斜的筒夾的畫像之說明圖。

〔圖7〕為表示筒夾交換之際之本發明的自動安裝誤差補正(筒夾位置調整方法)之其中一例的流程圖。

以下，有關本發明的實施型態的詳細部分，一邊參閱添附的圖面一邊說明之。

圖1係表示把本發明作為其中一實施型態，特別是，適用到晶粒接合器之例。尚且，該圖1，係從上觀看晶粒接合器10之概念圖，從該圖亦可明瞭，晶粒接合器10係大致區分，具備：晶圓供給部1、基板供給/搬送部5、晶粒結合部3、以及，用以控制該些之控制部4。

晶圓供給部1，係具有晶圓卡匣升降機11與拾取裝置12。晶圓卡匣升降機11，係具有充填了晶圓環之晶圓卡匣(未圖示)，並依序供給晶圓環到拾取裝置12。拾取裝置12，係移動晶圓環，使得可以從晶圓環拾取期望的晶粒。

基板供給/搬送部5，係具有堆疊載入器51、框架進給器52、及卸載器53。堆疊載入器51，係把接著晶粒的基板(例如，引線架)供給到框架進給器52。框架進給器52，係透過框架進給器52上的2處的處理位置把基板搬送到卸載器53。卸載器53，係保管搬送過的基板。

晶粒結合部3，係具有預製部31、及接合頭部32。預製部31，係把晶粒接著劑塗布到利用框架進給器52所搬送的基板。接合頭部32，係利用接合頭41拾取晶粒並上升，使晶粒移動到框架進給器52上的結合點。接著，接合頭部32，係在結合點使晶粒下降，把晶粒結合到塗布了晶粒接著劑的基板上。

圖2為表示在上述晶粒接合器10中，進行晶粒結合製程之接合頭部32的概略構成之立體圖。

接合頭部32，係具有：接合頭41，係吸著晶粒D進行結合；攝像機(未圖示)，係進行基板之引線架S的對位用以拍攝引線架及已搭載的晶粒，為了在該基板表面上之既定的位置搭載(接著)已拾取的晶粒；固定台43，係支撐或是固定接合頭41；移動機構47，係使固定台43移動在XY方向；及結合臺(以下，簡稱為「臺」)44，係保持引線架S。尚且，符號52，為形成搬送引線架S的基板供給/搬送部5之框架進給器。

接合頭41，係具有：筒夾41c，係在前端吸附保持著晶粒D、及2維移動機構41m，係使筒夾41c升降(移動在Z方向)，相對於固定台43使筒夾41c移動在Y方向。還有，於接合頭41的下方，也於以下進行詳述，設有拍攝筒夾的背面(朝晶粒的吸著面)之背面攝像機42。

更進一步，上述的控制部4，在此並未圖示，是例如，具備有：利用CPU所組成的控制/演算裝置、包含有RAM(主記憶裝置)或HDD(輔助記憶裝置)之記憶裝置、觸控面板、滑鼠、畫像取入裝置(擷取卡)、馬達控制裝置、液晶面板等之顯示裝置、包含I/O訊號控制裝置(感測/切換控制等)之輸出入控制裝置；輸入包含上述背面攝像機42之各種的攝像機(未圖示)或來自各部的訊號，接著，控制上述各部的動作。

繼續，藉由成為本發明的特徵之上述的背面攝像機42，包含拍攝該背面(朝晶粒的吸著面)之筒夾41c等，是所謂接合頭裝置，亦即接合頭41；接著，有關該背面攝像機42的動作，一邊參閱添附的：圖3及圖4，一邊於以下詳細說明之。

首先，於圖3，表示包含構成此等之筒夾41c之接合頭裝置的前端部的詳細構造。亦即，也可以從圖明瞭，具備有：例如保持件41h，係從未圖示的真空源進行供給，把用以吸著晶粒的真空導到其內部之圓桶狀；例如柄部41s，係於該保持件41h的前端，利用螺絲412等之固定手段來固定並安裝；以及，例如筒夾41c，係被安裝到該柄部41s的下端面，以橡膠等的彈性構件所形成。還有，一般，保持件41h，係與在此未圖示之晶粒接合器本體的接合頭單元為一體；另一方，柄部41s與筒夾41c，係對應到吸著晶粒的形狀或尺寸，為適宜、可以交換的構造。例如，各個的零件，係利用做成插入形式的方式，構成不會混淆其安裝方向。

特別是，上述的橡膠之筒夾41c，係如已記述般，從晶圓拾取晶粒之際，著陸到晶粒，其吸著面受到壓力。之後，透過沿著保持件41h、柄部41s、以及筒夾41c的中心軸所形成的孔，利用真空來吸著晶粒D(參閱圖3(B))，裝卸已吸著的晶粒。亦即，利用接合頭的移動，把晶粒D搬送到基板S上(參閱圖2)。

之後，已搬送的晶粒D，係著陸到基板S上，此時，利用接合頭，於垂直方向，接受到用以接合之負載(通常，為數N~數十N)，反覆進行相關的製程，因此，筒夾徐徐地變形(是所謂，壓潰)，達到某個程度的生產量的話，是有必要交換。

接著，於該交換之際，以筒夾41c單體，或者是，以與柄部41s一整體來進行交換，但此時，新交換的筒夾與筒夾的接合部，或者是，柄部與筒夾的接合部中，產生了誤差(即所謂，「鬆動(喀噠喀噠)」)。

接著，於圖4，表示上述的背面攝像機42的概略構成，有關該具體的透鏡構成是沒有表示，但是具備有：例如透鏡系統422，係把單數或者是複數片的光學透鏡組合到圓桶狀的框體421體內；以及，面狀的畫像感測器423(例如，CCD感測器或CMOS感測器等)，係用以透過該透鏡系統在其檢測表面上形成測定對象的畫像，據此，把該畫像作為電訊號而取出。

亦即，有關成為本發明之晶粒接合器中，經由配置具備上述構成之背面攝像機42到結合頭41的下方的方式，可以對筒夾41c(或者是，與柄部41s為一體)的背面之筒夾41c的吸著面進行拍攝。

尚且，在本發明中，特別是，把構成上述的背面攝像機42之透鏡系統422，利用讓聚光光線相對於光軸為平行的透鏡，即便與測定對象的距離產生變動像的大小也不會改變，即所謂，利用不是遠心透鏡、非遠心透鏡(亦可為非遠心系統)來予以構成。尚且，在本發明所謂之非遠心透鏡，例如，為所謂CCTV透鏡或微透鏡之遠心性少的透鏡。還有，有關相關的遠心透鏡的動作，以下一邊參閱圖5說明之。

圖5，係說明在本發明中所採用的非遠心透鏡的拍攝動作，特別是，分別表示圖5(a)為相對於背面攝像機42，與其比較之下，筒夾41c的位置(該吸著面的位置)為近(低)的場合，另一方，圖5(b)為筒夾41c的位置為遠(高)的場合。還有，於圖中，利用該背面攝像機42所拍攝的畫像P、P'為各自顯示於各圖的右下。

亦即，也如於這些圖所表示般，在把非遠心透鏡(非遠心系統)作為光學系統之背面攝像機42方面，把測定對象亦即筒夾41c的吸著面畫像成像在面狀的畫像感測器423上。此時，根據非遠心透鏡，在筒夾41c 的位置為近(低)的場合，所得到的畫像的尺寸為大，另一方，在遠(高)的場合，所得到的畫像的尺寸為小。亦即，根據把非遠心透鏡作為光學系統之背面攝像機42，利用所得到的畫像的尺寸，得知筒夾41c的位置。

更具體而言，預先知道安裝或者是交換的筒夾41c的尺寸(特別是，吸著面的尺寸)的話，可以得到相對於該該筒夾的攝像機42之位置座標(Z軸)。經由利用相關的特性，在筒夾的交換之際，於交換前後所拍攝的筒夾畫像，利用在相同位置，且，調整其位置(高度=Z軸)成相同尺寸的方式，可以進行筒夾的自動交換。

還有，於圖6，表示傾斜安裝了筒夾41c之際的畫像。亦即，例如，具有方形的外形之筒夾的畫像，係在各邊的長度產生變化。尚且，也在該情況下，於交換前後所拍攝的筒夾畫像，利用在相同位置，且，調整傾斜角度θ成相同尺寸的方式，可以進行筒夾的自動交換，本案發明所屬技術領域中具有通常知識者的話是可以很明白的。

繼續，有關以上所述的本發明之接合頭裝置或者是晶粒接合器中在筒夾交換之際的自動安裝誤差補正(筒夾位置調整方法)，一邊參閱添附的圖7之流程一邊詳細說明之。尚且，該處理，係例如，利用構成上述的控制部4(參閱圖1)之CPU(未圖示)來實行。

首先，在筒夾的交換之際，例如，筒夾的待機位置等之既定的位置(筒夾交換前位置)中，用背面攝像機42拍攝被交換的舊筒夾的吸著面，把已拍攝的畫像，記憶到例如記憶裝置(HDD(輔助記憶裝置))等(S71)。之後，操作員進行筒夾的交換作業(S72)。

之後，再一次，用背面攝像機42拍攝交換過的新筒夾的吸著面(S73)(此時，亦可暫且記憶到記憶裝置等)，跟已經記憶的舊筒夾的吸著面的畫像，藉由畫像處理等進行比較；對結合頭41，至少補正其高度方向(Z軸)或傾斜角度(θ)，使得新筒夾的吸著面與舊筒夾的吸著面為相同(S74)，結束一連串的筒夾交換作業。尚且，此時，亦可補正成已拍攝的筒夾其外輪廓相互一致。尚且，該筒夾位置的補正(調整)，係利用構成上述控制部4之CPU，透過結合頭41的移動機構來實行。

如此，根據本發明之接合頭裝置，經由比較簡單的構成，可以容易地，把筒夾交換之際的誤差，包含其高度或傾斜，來進行自動地補正，同時，可以抑制製造裝置的製造成本之大幅的上升。

以上之中，說明了有關本發明之實施樣態，但是，根據上述說明，作為本案發明所屬技術領域中具有通常知識者可以有種種的替代例、修正或者是變形；本發明係在未脫離其主旨的範圍下包含了前述種種的替代例、修正或者是變形。