TW202226398A - 面板級封裝中半導體晶粒的接合後檢測方法及系統 - Google Patents

面板級封裝中半導體晶粒的接合後檢測方法及系統 Download PDF

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Abstract

本發明公開了具有高精度和高可擴展性的面板級封裝（PLP）。所述面板級封裝（PLP）包括晶粒接合（也稱為貼片），即將晶粒接合到對準載具的晶粒接合區域。並進行接合前和接合後檢測，以確保晶粒被接合到所述對準載具的準確位置上。

Description

面板級封裝中半導體晶粒的接合後檢測方法及系統
本公開涉及半導體裝置的封裝。特別地，本公開涉及面板級封裝中，半導體裝置的接合（也稱為貼片）後檢測。
近年來，半導體裝置的面板級封裝（Panel Level Packaging）受到極大關注。這是由於與常規晶圓級封裝（Wafer Level Packaging）技術相比，可同時封裝更多半導體裝置。面板級封裝涉及在用於半導體裝置接合（也稱為貼片）（bond）的大型載具（carrier）上接合單個半導體裝置。例如，晶粒（die）以矩陣形式佈置在載具上，具有成行和列的晶粒。根據其尺寸，載具可明顯容納比晶圓更多的晶粒，例如，比晶圓多容納3倍至5倍的晶粒。這樣可增加封裝產量並降低了成本。
在面板級封裝中需要著重考慮，在半導體裝置（例如晶粒）接合到載具之後，將晶粒精確定位在載具之上，從而確保將晶粒精準地接合在載具之上的預定目標位置。在面朝下（face-down）接合工藝中，具有晶粒圖案（die patterns）（例如晶粒接觸墊（die contact pads））的晶粒的活性面被貼合到載具的表面，晶粒活性面上的基準（fiducials）對接合檢測設備不再可見，從而給接合後檢測帶來了技術難度。
傳統上，進行面朝下的接合檢測，若採用基板載具（substrate carrier），需利用X射線檢測系統進行接合後檢測；若採用鋼載具，需利用短波紅外（Short Wave Infra-Red）檢測系統進行接合後檢測；若採用玻璃載具，則需在接合過程後，將玻璃載具翻轉，使半導體裝置的活性面透過玻璃載具可見，再進行接合後檢測。利用X射線檢測系統以及短波紅外（SWIR）檢測系統進行接合後檢測的費用非常昂貴；而其他檢測方式，均需從接合機中移出載具，因此只能進行離線檢測（off-line）檢測，而無法進行即時（real-time）檢測，並且從接合機上移出載具耗費時間，還可能損壞載具上接合的半導體裝置或晶粒。
因此，基於上述討論，本公開為面板級封裝提供了即時接合後檢測，不僅具有成本效益，還可確保較高的接合精度和良品率。
本公開的實施方式總體上涉及半導體裝置的封裝。特別地，本公開涉及使用對準載具（alignment carrier）進行半導體裝置（例如晶粒）的接合。對準載具可用於單晶粒封裝或多晶粒封裝中晶粒的接合，諸如多晶片模組（MCM）。透過具有相機或對準模組的半導體裝置接合器來促進半導體裝置的接合，所述相機或對準模組被設置為可將半導體裝置對準所述對準載具。
本發明公開了一種接合後檢測的方法。所述接合後檢測的方法包括以下步驟：提供一具有晶粒接合區域的載具，其中所述晶粒接合區域具有局部載具基準，可匯出所述晶粒接合區域的目標接合位置；提供一選定晶粒，用於接合到所述載具的所述晶粒接合區域中的一選定晶粒接合區域，其中所述選定晶粒的活性面接合到所述選定晶粒接合區域；將所述選定晶粒對準所述選定晶粒接合區域上的目標接合位置；在所述選定晶粒對準所述目標接合位置之後，將所述選定晶粒接合到所述晶粒接合區域，成為已接合晶粒；以及對所述已接合晶粒進行接合後檢測。其中，將所述選定晶粒對準所述目標接合位置進一步包括以下步驟：根據所述選定晶粒接合區域的所述局部載具基準確定所述目標接合位置；確定所述選定晶粒的活性面上的一晶粒參考點；為所述晶粒參考點確定參考點偏移；以及將所述晶粒參考點對準所述目標接合位置。其中，所述接合後檢測進一步包括以下步驟：根據所述選定晶粒接合區域的所述局部載具基準，確定所述目標接合位置；根據所述已接合晶粒的位置和所述參考點偏移，確定接合後晶粒參考點；以及確定所述接合後晶粒參考點是否對準所述目標接合位置。
本發明還公開了一種用於晶粒接合器的接合後檢測系統。所述接合後檢測系統包括：集成相機模組和用於從所述集成相機模組接收輸入的處理器。其中，所述集成相機模組被配置為：當對準載具安裝在所述晶粒接合器的基座組件上時，在垂直方向向下觀察，用於檢測所述對準載具上的選定晶粒接合區域的局部載具基準，其中所述對準載具包括晶粒接合區域，每個所述晶粒接合區域均包括所述局部載具基準，由其確定目標接合位置；以及在垂直方向向上觀察，用於觀察所述選定晶粒的活性面，其包括晶粒基準，其中晶粒參考點由所述晶粒基準確定。其中，所述處理器被配置為進行接合後檢測，包括以下步驟：根據所述選定晶粒接合區域的局部載具基準確定所述目標接合位置；從記憶體中獲取參考點偏移，在晶粒對準過程中用於確定晶粒參考點；基於所述選定晶粒的接合位置和所述參考點偏移推導接合後晶粒參考點，以及確定所述接合後晶粒參考點是否對準所述目標接合位置。
透過參照以下描述和附圖，本文中公開的實施方式的這些和其他優點和特徵將變得明顯。此外，應當理解，本文中所描述的各種實施方式的特徵不是互相排斥的，而是可以以各種組合和排列而存在。
本公開的實施方式總體上涉及半導體裝置或積體電路（IC）。特別地，本公開涉及使用對準載具進行半導體裝置（例如晶粒）的接合。對準載具可用於單晶粒封裝或多晶粒封裝中晶粒的接合，例如多晶片模組（MCM）。透過具有相機或對準模組的半導體裝置接合器來促進半導體裝置的接合，所述相機或對準模組被設置為可將半導體裝置對準所述對準載具。
圖1是半導體晶圓100的簡化俯視圖，例如俯視圖100a和側視圖100b-100c。晶圓100可以是輕摻雜的p型矽晶圓。也可以採用其他類型的晶圓。在晶圓100的活性面上形成多個裝置或晶粒105。例如，活性面可以是晶圓100的上表面，而非活性面可以是晶圓100的下表面。裝置或晶粒105沿著第一方向（x方向）排成行，並沿著第二方向（y方向）排成列。完成晶圓加工後，如側視圖100c所示，沿著切割線120在x方向和y方向上對晶圓100進行切割，將晶圓100分離成個體裝置或晶粒105。
已處理晶圓（processed wafer）可以是來自外部供應商的來料加工晶圓（incoming processed wafer）。例如，封裝銷售商可接收已處理晶圓。將已處理晶圓切成單個晶粒，並使用對準載具和裝有對準模組的晶粒接合器進行封裝，晶粒接合器可將用於接合的晶粒和對準載具進行對準。
圖2示出了對準載具200的實施方式的簡化俯視圖。對準載具200被設置為用於晶粒的接合，例如將晶粒接合至對準載具200。如圖所示，對準載具200是矩形載具。其他形狀的載具亦可。在一個優選的實施方式中，對準載具200由低膨脹係數（CTE）的材料形成，以減小其在溫度變化期間的線性變化。例如，對準載具200可由膨脹係數（CTE）等於或小於8的材料製成。此外，所用材料應足夠堅固以承受接合工藝期間的各種操作。優選地，所用材料具有磁性，使對準載具200能夠在接合的研磨工藝（grinding process）中被牢固地保持。例如，低膨脹係數（CTE）材料可包括例如合金42（CTE為3-4.5）和合金46（CTE為7-8）。其他類型的低膨脹係數（CTE）材料亦可。使用具有其他膨脹係數（CTE）材料（包括CTE大於8的材料）亦可。對準載具200的尺寸可為700毫米乘700毫米。對準載具200的其他尺寸亦可。
在一個實施方式中，對準載具200包括晶粒接合區域240。晶粒接合區域240被設置為可容納用於接合的晶粒105。例如，對準載具200的各個晶粒接合區域240均被設置為容納用於接合的晶粒105。在一個實施方式中，晶粒接合區域240包括局部載具對準標記或局部載具基準250，用於將晶粒105與晶粒附接區域252對準。例如，每個晶粒接合區域240包括其專屬的局部載具基準250，用於附接晶粒105。晶粒附接區域252是晶粒接合區域240上用於附接晶粒105的區域。如圖所示，局部載具基準250具有圓形的形狀。局部載具基準250也可具有其他形狀。優選地，所有局部載具基準250均具有相同的形狀。
在一個實施方式中，晶粒接合區域240包括至少2個局部載具基準250。設置大於2個局部載具基準250亦可。例如，晶粒接合區域240可包括2至4個局部載具基準250。設置其他數量的局部載具基準250亦可，包括多於4個局部載具基準250。如圖所示，晶粒接合區域240包括4個局部載具基準250。例如，局部載具基準250位於晶粒接合區域240的4個角落處，形成一個矩形的四角。局部載具基準250的其他構造亦可。
在一個實施方式中，優選地，局部載具基準250位於晶粒附接區域252之外。例如，如圖所示，局部載具基準250圍繞在晶粒附接區域252的周圍。在一些實施例中，如圖3所示，局部載具基準250設置在晶粒附接區域252之內，在這種情況下，當晶粒105接合到晶粒附接區域252之後，將會覆蓋了局部載具基準250，因此在接合過程後，局部載具基準250將不可見。在另一些實施例中，局部載具基準250可同時設置於晶粒附接區域252的之內和之外。當局部載具基準250設在晶粒附接區域252之外時，局部載具基準250在接合過程後仍然可見，這有利於進行接合後檢測。回到圖2，晶粒接合區域240可被設置為容納單個晶粒105或多個晶粒105，例如用於多晶片模組（MCM）。在用於多晶片模組（MCM）的情況下，在晶粒附接區域252之外設置局部載具基準250，可將局部載具基準250作為公共的局部載具基準，從而有利於將多個晶粒105接合到晶粒接合區域240。如果局部載具基準250被設置在多個晶粒105其中之一的晶粒附接區域252之內，則可提供附加的局部載具基準，從而有利於多晶片模組（MCM）的其他晶粒105進行接合。
在一個實施方式中，局部載具基準250被設置為可由共線視覺相機（collinear vision camera）進行檢測而進行對準。可使用例如鐳射鑽孔在對準載具200的晶粒接合區域240上形成局部載具基準250。可形成局部載具基準250的其他技術亦可。優選地，局部載具基準250是淺對準標記（shallow alignment mark），可透過研磨去除而利於回收對準載具200。例如，當不再生產一種晶粒105時，可去除局部載具基準250，再形成新的局部載具基準250，從而對另一種或不同類型的晶粒105進行接合。
傳統方式基於全域對準標記（global alignment mark）來計算晶粒的接合位置；相對地，本公開為每個晶粒接合區域240均設置了局部載具基準250，從而提高了在每個晶粒接合區域240進行晶粒接合的位置精度。此外，透過設置局部載具基準250，對準載具200的變形或其他定位誤差的影響可被最小化，從而提高了晶粒105在對準載具200上的位置精度，因此可提高產量和可擴展性。
對準載具200的晶粒接合區域240可以矩陣形式構造，晶粒接合區域240的行和列在分別在第一方向和第二方向上。例如，晶粒接合區域240以矩陣形式佈置，每個晶粒接合區域240被設置為可容納一個晶粒105。對準載具200可包括至少2個指定的對準晶粒接合區域245。例如，對準載具200可包括2至4個對準晶粒接合區域245。設置其他數量的對準晶粒接合區域245亦可。對準晶粒接合區域245可位於晶粒接合區域240的矩陣的角落處。對準晶粒接合區域245也可採用其他構造。
除了對準晶粒接合區域245被指定用於對準晶粒（alignment die）之外，對準晶粒接合區域245類似於對準載具200上的晶粒接合區域240。例如，對準晶粒是接合到對準晶粒接合區域245的晶粒105。對準晶粒可以是普通（normal）或活性（live）晶粒，例如接合在對準載具200的晶粒接合區域240中的晶粒105。將普通或活性晶粒封裝並出售給客戶而成為產品。例如，對準晶粒可以是活性晶粒，同時用於對準之目的。
在其他情況下，可出於對準目的而專門構造對準晶粒。設置特定的對準晶粒可輕易將其與普通或活性晶粒區分。在這種情況下，對準晶粒不可正常使用。優選地，對準晶粒的上表面被處理而具有特徵，易於對準相機的檢測。因此可在對準圖像中形成對比而易於檢測。其他類型的對準晶粒亦可。對準晶粒可在與普通晶粒相同或不同的晶圓上進行處理。
在一個實施方式中，可將對準載具200劃分或分割成晶粒接合區域塊220。例如，晶粒接合區域塊220是採用空隙（space）而相互分隔的不同的塊。在一些實施方式中，晶粒接合區域塊220可以是相同的塊。例如，可將晶粒接合區域240劃分為塊，但未用空隙相隔開。例如，晶粒接合區域塊220可以是晶粒接合區域240的連續矩陣。
晶粒接合區域塊220可被設置為容納用於接合的多個晶粒105。將對準載具200分割成具有較小尺寸的晶粒接合區域塊220，可減少由對準載具200的較大尺寸引起的移位誤差（displacement error）。例如，晶粒接合區域塊220為大尺寸的對準載具200提供了規模優勢，同時保留了小尺寸的對準載具200的對準優勢。如圖所示，對準載具200被分為4個晶粒接合區域塊220。將對準載具200分為其他數量的晶粒接合區域塊220亦可。對於600毫米乘600毫米的對準載具200，晶粒接合區域塊220可為約270毫米乘270毫米。優選地，晶粒接合區域塊220被設置為相同的尺寸。晶粒接合區域塊220的其他數量和尺寸亦可。晶粒接合區域塊220的數量和尺寸可能取決於不同的因素，例如對準載具200的材料、尺寸，以及工藝條件。晶粒接合區域塊220的尺寸的選擇應即可保持規模優勢，同時又可實現較高的加工產量。
在一個實施方式中，一個晶粒接合區域塊220包括至少一個對準晶粒接合區域245，用於將對準晶粒接合到對準晶粒接合區域245。設置多於一個對準晶粒接合區域245亦可。例如，一個晶粒接合區域塊220可包括1至4個、或更多個對準晶粒接合區域245。優選地，可在晶粒接合區域塊220的角落處設置對準晶粒接合區域245。例如，對準晶粒接合區域245可設置在晶粒接合區域塊220的4個角落或1至3個角落處。將對準晶粒接合區域245定位在晶粒接合區域塊220的其他位置亦可。對準晶粒接合區域245越多，接合工藝就越準確。然而，在對準晶粒被專門用於對準目的時，由於更多的晶粒接合區域240被分配給對準晶粒，將會降低對準載具200可處理的晶粒的數量。在一些實施方式中，相鄰的晶粒接合區域塊220可共用對準晶粒接合區域245。例如，在一個晶粒接合區域塊220設置1個對準晶粒接合區域245的情況下，其可共用來自相鄰的晶粒接合區域塊220的另一個對準晶粒接合區域245。在晶粒接合區域塊220之間共用對準晶粒接合區域245的其他構造亦可。
對準晶粒還可用作晶粒接合區域塊220的附加參考點。透過在晶粒接合區域塊220設置對準晶粒，可減小下游工藝（諸如模塑）中發生的線性誤差和非線性誤差。例如，可顯著降低線性和非線性定位誤差。另外，對準晶粒可用作晶粒接合區域塊220之內的晶粒105的參考原點。
如上所述，對準載具200由金屬材料形成，並具有局部載具對準標記或局部載具基準250。採用金屬材料可配合磁性台，在多個工藝中將對準載具200牢固地保持在適當的位置。例如，可使用磁性台將對準載具200牢固地保持在適當的位置，而對模塑複合物（mold compound）進行研磨。
在其他實施方式中，對準載具200可由玻璃或其他類型的透明材料形成。局部載具對準標記或局部載具基準250可形成在透明對準載具200之上。在其他情況下，局部載具對準標記250可獨立於透明對準載具200，例如玻璃對準載具。例如，局部載具對準標記250可形成在單獨的標記片材（mark sheet）（例如紙或樹脂）之上，並可貼附到透明對準載具200的底部。採用獨立的局部載具對準標記250，可免去在對準載具200上進行標記的工藝，因此可顯著地降低製造成本。來自晶粒接合器（die bonder）的相機模組的光可以穿過透明對準載具200，檢測標記片材上的局部載具對準標記250。採用獨立的局部載具對準標記250可容易實現，並可免去在對準載具200上進行標記的工藝。此外，設置獨立於透明對準載具200的局部載具對準標記250，可避免大量生產具有局部載具對準標記250的玻璃對準載具200的需要。由於玻璃對準載具200易碎，並且標記工藝昂貴，這樣能夠節省大量資金。
為了促進接合還可使用膠帶。例如，可將膠帶施加在對準載具200的活性面上。例如，膠帶覆蓋了活性面，包括局部載具對準標記250和晶粒接合區域240。在一個實施方式中，膠帶是熱離型膠帶（thermal release tape）。也可使用其他類型的膠帶促進接合。膠帶應當足夠透明，使具有相機的晶粒接合器的對準單元能夠檢測到局部載具對準標記250，用於將晶粒105與對準載具200相對準。例如，膠帶可以是半透明的，使對準單元的光能夠穿透膠帶而檢測到局部載具對準標記250。在一個實施方式中，對準單元的相機被設置為可垂直向下，對對準載具200上的局部載具對準標記250進行成像；同時也可垂直向上，對晶粒105的接合表面進行成像，以便將晶粒105準確接合到對準載具200之上的晶粒接合區域240。另外，膠帶的粘性應足夠強，當透過晶粒接合器的接合工具將晶粒105對準並放置在對準載具200之上時，可將晶粒105保持不動。在施加膠帶後，對準載具200就做好接合前的準備。
圖4a示出了晶粒接合器（die bonder）400的實施方式的簡化圖。如圖所示，晶粒接合器400包括用於支撐對準載具（alignment carrier）410的基座組件（base assembly）420。例如，基座組件420被設置為支援對準載具410以進行接合。晶粒接合器400還包括安裝在支撐件或機架組件（support or gantry assembly）435上的接合組件（bonding assembly）430，例如，接合組件430位於基座組件420的上方。接合組件430包括接合頭（bonding head）441和接合組件致動器（bonding assembly actuator）440。接合組件致動器440被設置為使接合頭441可在z軸方向（例如垂直方向）朝向或遠離對準載具410而移動。接合頭441包括接合頭致動器（bonding head actuator）444和接合工具或接合器（bonding tool or bonder）442。接合頭致動器444控制接合器442以拾取或釋放晶粒414。
支撐件或機架組件435被構造用於致動接合組件430，以將接合頭441連續定位在對準載具410上的晶粒接合區域240。例如，支撐件435包括支撐對準組件（support alignment assembly），被設置為在x-y平面上對準接合頭441，以將接合頭441連續定位在用於接合的晶粒接合區域240。例如，支撐對準組件可進行接合頭441到用於接合的晶粒接合區域240的粗略對準。在粗略對準之後，支撐對準組件再進行接合頭441的精細對準，以將晶粒414接合到晶粒接合區域240的晶粒附接區域252。粗略對準可包括使接合頭441在x方向和/或y方向上移動至晶粒接合區域240，而精細對準可包括在x方向和/或y方向上移動接合頭441，以及透過晶粒接合器400使晶粒414在x-y平面旋轉。
在一個實施方式中，支撐對準組件包括x軸致動器、y軸致動器和角度（θ）致動器，用於執行沿著水準x-y平面的平面運動和/或圍繞接合頭441的軸線的角運動，以便於進行粗略對準和精細對準。粗略對準和精細對準可連續地或不連續地進行。例如，連續的粗略對準和精細對準可在由接合頭441從供給器組件（feeder assembly）（未示出）拾取晶粒414之後連續進行；不連續的粗略對準和精細對準可在由接合頭441拾取晶粒414之前執行粗略對準，之後再執行精細對準。
為了實現晶粒414與晶粒接合區域240的對準，接合組件430包括集成相機模組（integrated camera module）450。例如，集成相機模組450延伸，對對準載具410上的晶粒接合區域240和接合頭441的接合工具442上的晶粒414進行成像。粗略對準可在使用或者不使用集成相機模組450的情況下進行。例如，可基於對準晶粒接合區域245的位置而粗略地確定晶粒接合區域240的位置。或者也可透過使用集成相機模組450進行粗略對準。精細對準則可透過集成相機模組450輔助實現。例如，集成相機模組450可用於預先對準檢測，將晶粒414和晶粒接合區域240對準並進行接合；以及在晶粒414接合到晶粒接合區域240之後進行的接合後檢測。
集成相機模組450包括相機和用於發光的光源，以進行圖像拍攝。例如，光源能夠發出穿透對準載具410上膠帶的光，從而透過集成相機模組450識別局部載具對準標記250，並透過移動接合頭441使晶粒414對準晶粒接合區域240的晶粒附接區域252。例如，一個或多個光源可產生波長為約600奈米（nm）的光以穿透膠帶。能夠穿透膠帶的其他波長亦可。在一個實施方式中，集成相機模組450包括用於觀察對準載具410的俯視相機或底相機（lookdown camera or bottom camera）。
光還可使集成相機模組450能夠觀察接合頭441上的晶粒414，則可透過在x-y平面上旋轉晶粒414使其對準晶粒附接區域252。例如，相機拍攝目標位置的圖像以及晶粒414的圖像。在一個實施方式中，集成相機模組450包括用於觀察晶粒414的表面的仰視相機或頂相機（lookup camera or top camera）。晶粒接合控制器（die bonder controller）計算接合頭441相對於目標位置在x方向和y方向上的偏移值以及在x-y平面上的角度。計算完成後，晶粒接合控制器就相應地調整接合頭441，從而將晶粒414附接在晶粒附接區域252的目標位置。
所述系統可使用活性或非活性面而將晶粒414接合在對準載具410之上。例如，晶粒414可以面朝上或面朝下的構造接合到對準載具410。例如，面朝上是指晶粒414的非活性面被接合到對準載具410，而面朝下是指晶粒414的活性面被接合到對準載具410。對於面朝下的構造，可在晶粒414的活性面上塗覆透明層，例如Ajinomoto Build-up Film（ABF）層。這可使集成相機模組450能夠進一步利用晶粒414上的特徵作為對準特徵或基準。例如，仰視相機可觀察晶粒414的活性面上的特徵，以用作晶粒對準標記或晶粒基準（die alignment mark or die fiducial）。在一些情況下，可對晶粒414的非活性面進行處理產生仰視相機所需要檢測的晶粒對準標記或晶粒基準。透過使用仰視相機，晶粒接合器400可透過晶粒414的底部或接合面上的多個特徵的群集來提高精度。
如上所述，晶粒接合器400被設置為具有接合組件430，其具有接合頭441。為了增加產量，可為晶粒接合器400構造具有多個安裝在支撐件435上的接合組件430。例如，晶粒接合器400可被構造具有4個或6個接合組件430，用於在對準載具410上同時對多個晶粒414進行接合。在一些情況下，可使用多個接合組件430對多個對準載具410同時進行接合工藝。各個接合組件430可被設置為彼此獨立操作。例如，每個接合組件430包括其各自的支撐件435和集成相機模組450，用於使晶粒414與晶粒附接區域252獨立地進行對準。
同樣如上所述，支撐對準組件（support alignment assembly）執行粗略對準和精細對準。在一些實施方式中，基座組件420可包括可平移台（translatable table），用於在支撐對準組件對對準載具410執行精細對準的同時執行粗略對準。其他可將接合頭441與對準載具410上的晶粒接合區域240對準的構造亦可。
圖4b和圖4c示出了集成相機模組450各種簡化視圖。例如，圖4b示出了集成相機模組450的俯視圖，而圖4c示出了集成相機模組450的側視圖。例如，圖4c所示的集成相機模組450的側視圖可以是從正面或從x方向觀察。
集成相機模組450包括第一集成對準相機子單元430a和第二集成對準相機子單元430b。集成對準相機子單元430a、430b是高解析度的共線相機子單元（high resolution collinear camera subunit），一個用於觀察對準載具410，另一個用於觀察晶粒414。例如，第一集成對準相機子單元（俯視）430a被設置為對對準載具410進行觀察或成像，而第二集成對準相機子單元（仰視）430b被設置為在光偏轉器子單元（optical deflector subunit）439中對晶粒414進行觀察或成像。如圖所示，集成對準相機子單元430a、430b在x-y平面中並排設置。集成對準相機子單元430a、430b包括與共線相機（collinear camera）相連接的高解析度鏡頭。光源（第一光源438a或第二光源438b）被設置為發出能夠穿透膠帶的光，所述膠帶覆蓋了位於對準載具410上的對準標記。例如，光源可產生波長為600奈米（nm）的光。足以穿透膠帶或透明介電層的其他波長亦可。
光被傳遞到光偏轉器子單元439。光偏轉器子單元439被設置為將來自第一光源438a的光經由第一反射器或反射鏡442a而反射到稜鏡446，稜鏡446將來自第一光源438a的光向下反射到對準載具410（俯視相機），並將來自第二光源438b的光從第二反射器或反射鏡442b反射到稜鏡446，稜鏡446進一步將來自第二反射器或反射鏡442b的光向上反射到晶粒414（俯視相機）。這使集成相機模組450能夠同時對對準載具410上的晶粒414和晶粒附接區域252拍攝圖像，從而實現對準所需的直接視線（direct line of sight）。
如上所述，集成相機模組450利用仰視相機和俯視相機對晶粒414和對準載具410上的局部載具對準標記250同時進行識別。同時識別對準載具410上的局部載具對準標記250和晶粒414可提高接合的精度。此外，透過在x-y平面構造相機，集成相機模組450在z方向或垂直方向上可具有緊湊結構。有利於減少接合頭441沿著接合頭441和對準載具410之間的垂直距離朝向對準載具410的移動，從而提高了生產率。
圖5a是採用晶粒接合器400進行預先對準檢測500的簡化圖示。檢查晶粒505的預先對準，將其接合到對準載具520的晶粒接合區域525。在一個實施例中，晶粒505被配置為面朝下地接合到對準載具520。例如，晶粒505的下表面511為活性面，接合到對準載具520之上。晶粒接合器400從供給器組件（未示出）拾取晶粒505。例如，拾取晶粒505的上表面512。在一個實施例中，上表面512是晶粒505的非活性面。供給器組件縮回，相機模組550延伸到適當位置，對晶粒505進行預先對準檢測500，以將晶粒505接合到晶粒接合區域525。
在一個實施例中，預先對準檢測500包括檢查晶粒505的下表面511和對準載具520的晶粒接合區域525。例如，相機模組550被配置為使用仰視相機檢查晶粒505的下表面511，以及使用俯視相機檢查對準載具520的晶粒接合區域525。在一個實施例中，稜鏡555將光引導至晶粒505的下表面511和對準載具520的晶粒接合區域525，從而分別捕獲晶粒505的下表面511和對準載具520的晶粒接合區域525的圖像。
透過仰視相機進行預先對準檢測500，識別位於晶粒505的下表面511上的第一晶粒對準標記或第一晶粒基準514。例如，第一晶粒對準標記514是晶粒505的活性面上的特徵。例如，第一晶粒對準標記514包括4個第一晶粒基準514，設置在晶粒505的角落處，具有圓形形狀（例如通孔）。第一晶粒基準514亦可位於其他位置、具有其他形狀和數量。第一晶粒基準514的位置和形狀可取決於晶粒505的佈局以及所用的第一晶粒基準514的類型。第一晶粒對準標記514可被稱為晶粒圖案基準。第一晶粒基準514的座標可由晶粒505的客戶提供。例如，可在電子檔中提供第一晶粒基準514的x和y座標。電子檔可被晶粒接合器400用於對準。
基於第一晶粒對準標記514，產生第一晶粒參考點515。第一晶粒參考點515也為晶粒圖案參考點。第一晶粒參考點515可由第一晶粒參考點座標（x, y）（例如，參考點I（x, y））定義。第一晶粒參考點515可以是晶粒505表面上的虛擬點。第一晶粒參考點515的位置可基於第一晶粒對準標記514，並可任意選擇。例如，第一晶粒參考點可以是第一晶粒對準標記514的幾何中心。基於第一晶粒對準標記514的第一晶粒參考點515的其他位置亦可。例如，第一晶粒參考點515的位置可由執行接合和封裝的供應商選擇。第一晶粒參考點515的x和y座標嵌入用於下游工藝的電子檔中。例如，向晶粒位置檢測（die location check）的機器提供第一晶粒參考點515的座標，用於下游工藝（例如電路創建）中的對準目的。
在一個實施例中，晶粒505的活性面可包括4個第一晶粒基準514。第一晶粒參考點515可以是4個第一晶粒基準514的幾何中心。取決於第一晶粒基準514的位置，第一晶粒參考點515可能對應於或不對應於晶粒505的幾何中心。其他數量的第一晶粒基準514和第一晶粒參考點515的位置亦可。
在一些實施例中，可從第一晶粒基準514產生2個或多個第一晶粒參考點515。例如，基於第一晶粒基準514產生多個第一晶粒參考點515。在一個實施例中，生成2個第一晶粒參考點515。例如，生成1個主要第一晶粒參考點515 1和1個次要第一晶粒參考點515 2。主要第一晶粒參考點515 1可基於第一晶粒基準514，而次要第一晶粒參考點515 2可相對於主要第一晶粒參考點515 1發生偏移（即第一晶粒參考點偏移）。在具有2個或多個次要第一晶粒參考點515 2的情況下，其可能與主要第一晶粒參考點515 1或與其他次要第一晶粒參考點515 2具有不同的偏移量。用於產生次要第一晶粒參考點515 2的其他技術亦可。多個第一晶粒參考點515 1可用於確定晶粒505的位置的x-y座標和角度偏移。第一晶粒參考點515的座標嵌入到電子檔中以進行下游工藝。
在一個實施例中，識別晶粒505的邊緣。例如，仰視相機識別晶粒505的輪廓。第二晶粒基準517被限定在晶粒505的邊緣上。第二晶粒基準517可位於晶粒505的邊緣位置的角落處。例如，第二晶粒基準517包括位於晶粒505的四個角落的4個第二晶粒基準517。提供其他數量的第二晶粒基準517或邊緣位置亦可。例如，可透過相對於角落處的偏移來確定第二晶粒基準517。第二晶粒基準517也可稱為矽基準（silicon fiducial）。
基於第二晶粒基準517產生第二晶粒參考點518。第二晶粒參考點518可由其座標（x, y）(例如，參考點II（x, y）)來定義。第二晶粒參考點518可以是晶粒505表面上的虛擬點。第二晶粒參考點518的位置可以第二晶粒基準517為基準，並可任意選擇。例如，第二晶粒參考點518可以是第二晶粒基準517的幾何中心。取決於第二晶粒基準517的位置，第二晶粒參考點518可能對應於或不對應於晶粒505的幾何中心。基於第二晶粒基準517的第二晶粒參考點518的其他位置亦可。第二晶粒參考點518也可稱為矽參考點（silicon reference point）。例如，第二晶粒參考點518的位置可由執行接合和封裝的供應商選擇。第二晶粒參考點518的x和y座標嵌入用於下游處理的電子檔中。
在一些實施例中，可以從第二晶粒基準517產生2個或多個第二晶粒參考點518。例如，基於第二晶粒基準517產生多個第二晶粒參考點518。在一個實施例中，產生2個第二晶粒參考點518。例如，產生一個主要第二晶粒參考點518 1和一個次要第二晶粒參考點518 2。主要第二晶粒參考點518 1可基於第二晶粒基準517，而次要第二晶粒參考點518 2可從主要第二晶粒參考點518 1發生偏移（即第二晶粒參考點偏移）。在2個或多個次要第二晶粒參考點518 2的情況下，其可具有與主要第二晶粒參考點518 1或與其他次要第二晶粒參考點518 2不同的偏移量。用於產生第二晶粒參考點518的其他技術亦可。多個第二晶粒參考點518可用於確定晶粒505的位置的x-y座標和角度偏移。第二晶粒參考點518的座標嵌入到電子檔中以進行下游工藝。
取決於如何確定第一晶粒參考點515和第二晶粒參考點518，或者第一晶粒基準514和第二晶粒基準517的位置，第一晶粒參考點515和第二晶粒參考點518可彼此偏移。例如，如圖所示，第一晶粒參考點515和第二晶粒參考點518偏移了偏移量540。第二晶粒參考點518相對於第一晶粒參考點515的偏移量540也可稱為參考點偏移量（reference point offset）。或者，第一晶粒參考點515和第二晶粒參考點518可彼此重疊，例如一個在另一個之上。如此，參考點偏移量540為零。第一晶粒參考點515用於接合前的預先對準檢測，而第二晶粒參考點518用於接合後檢測。這是因為在接合後第一晶粒參考點515不再可見。
仰視相機可完成預先對準檢測。例如，確定第一晶粒參考點515。第一晶粒參考點515可對應於晶粒505的位置。此外，參考點偏移量540可儲存在晶粒接合器400的系統記憶體中。
透過俯視相機進行預先對準檢測，包括在對準載具520的晶粒接合區域525中識別局部載具對準標記或局部載具基準527的位置。局部載具基準527用於確定目標接合位置。例如，目標接合位置基於局部載具基準527。在一個實施例中，目標接合位置是基於局部載具基準527的載具參考點（carrier reference point）。在一實施例中，對準載具520的晶粒接合區域525包括4個局部載具基準527。基於局部載具對準標記527生成載具參考點（carrier reference point）。例如，載具參考點可以是局部載具基準527的幾何中心，並且對應於晶粒接合區域525的幾何中心。為載具參考點提供其他數量的局部載具基準527或其位置亦可。
在一個優選的實施例中，目標接合位置包括多個載具參考點。在一個實施例中，基於局部載具基準527，產生2個載具參考點。例如，晶粒接合區域525包括一個主要載具參考點和一個次要載具參考點。其他數量的載具參考點亦可。載具參考點的數量可對應於第一晶粒參考點515的數量。在其他情況下，載具參考點的數量可不同於第一晶粒參考點515的數量。主要載具參考點可基於局部載具基準527，而次要載具參考點可相對於主要載具參考點發生偏移（即載具參考點偏移）。存在2個或多個次要載具參考點的情況下，其可能與主要載具參考點或其他次要載具參考點具有不同的偏移量。用於生成次要載具參考點的其他技術亦可。
俯視相機完成了預先對準檢測。例如，確定局部載具基準527的位置。局部載具基準527的位置可以存儲在系統記憶體中。
預先對準檢測後，晶粒505與對準載具520上的目標接合位置對準。例如，晶粒505在x和y方向以及成角度地與目標接合位置對準。晶粒505的對準可包括第一晶粒參考點515和載具參考點的對準偏移（alignment offset）。根據第一晶粒參考點515和載具參考點的位置，對準偏移可能具有非零數值。例如，當對準偏移具有非零值的情況下，第一晶粒參考點515相對於載具參考點發生偏移。在對準偏移具有零值的情況下，第一晶粒參考點515直接與載具參考點對準。用於將晶粒505對準目標接合位置的其他技術亦可。對準偏移可存儲在系統記憶體中。在其他情況下，載具參考點的數量不需要對應於第一晶粒參考點515的數量。優選地，對準載具520和晶粒505應分別有至少2個所述參考點。可在2個參考點之間形成一條虛擬線。在晶粒505和對準載具520的2個參考點之間插入該虛擬線，可確定角度偏移（angular offset）以及x和y軸上的偏移（x-y偏移）。一旦對準，接合頭441會將晶粒505接合到目標接合區域。
圖5b示出了具有多個第一晶粒參考點515和第二晶粒參考點518的晶粒505的示例性實施例。如圖所示，晶粒505的下表面511為活性面，具有第一晶粒基準514。在一個實施例中，從第一晶粒基準514產生2個第一晶粒參考點515，即主要第一晶粒參考點515 1和次要第一晶粒參考點515 2。例如，主要第一晶粒參考點515 1可以是第一晶粒基準514的中心，而次要第一晶粒參考點515 2可相對於主要第一晶粒參考點515 1發生偏移。例如，次要第一晶粒參考點515 2可在y方向（向上）發生偏移。第一晶粒參考點515的偏移可稱為第一晶粒參考點偏移。用於生成第一晶粒參考點515的其他配置或技術亦可。
晶粒505的邊緣可包括第二晶粒基準517。例如，第二晶粒基準517可位於晶粒505的邊緣的角落處。第二晶粒基準517用於生成2個第二晶粒參考點518，即主要第二晶粒參考點518 1和次要第二晶粒參考點518 2。例如，主要第二晶粒參考點518 1可以是第二晶粒基準517的中心，而次要第二晶粒參考點518 2可相對於主要第二晶粒參考點518 1發生偏移。例如，次要第二晶粒參考點518 2可在y方向（向下）發生偏移。第二晶粒參考點518的偏移可稱為第二晶粒參考點偏移。用於生成第二晶粒參考點518的其他配置或技術亦可。
晶粒參考點515、518可由晶粒參考點座標（x, y）定義。例如，晶粒參考點I（1）（x, y），晶粒參考點I（2）（x, y），晶粒參考點II（1）（x, y）和晶粒參考點II（2）（x, y）。如上所述的示例性實施例包括2個第一晶粒參考點515和2個第二晶粒參考點518。應當理解，亦可從第一晶粒基準514和第二晶粒基準517計算其他數量的第一晶粒參考點515和第二晶粒參考點518。
如圖所示，主要第一晶粒參考點515 1相對於主要第二晶粒參考點518 1發生偏移。例如，主要第一晶粒參考點515 1和主要第二晶粒參考點518 1具有主要晶粒參考點偏移。一旦透過接合後檢測（例如透過識別第二晶粒基準517）確定了主要第二晶粒參考點518 1，則次要第二晶粒參考點518 2可透過主要第二晶粒參考點518 1和第二晶粒參考點偏移來確定；而主要第一晶粒參考點515 1可透過從主要第二晶粒參考點518 1的和主要晶粒考點偏移來確定。次要第一晶粒參考點515 2可透過從主要第一晶粒參考點515 1和第一晶粒參考點偏移來確定。用於確定第一晶粒參考點515和第二晶粒參考點518的其他技術亦可。
圖5c及圖5d示出了位於晶粒505的活性面上的圖案的替代實施例，其可用作第一晶粒基準514。參考圖5c，晶粒505的下表面511為活性面，包括通孔特徵541。如圖所示，通孔特徵541在活性面上可具有各種圖案或分佈。可選擇一些通孔特徵541作為第一晶粒基準514，並從第一晶粒基準514可推導出第一晶粒參考點515。在其他實施例中，如圖5d所示，晶粒505的下表面511為活性面，可具有電路圖案544。可選擇電路圖案544的一些特徵當作第一晶粒基準514，產生第一晶粒參考點515。
圖5e示出了對準載具520上的晶粒接合區域525的替代實施例。如圖所示，晶粒接合區域525安裝有引線框551。例如，引線框551可基於局部載具基準527安裝到晶粒接合區域525之上。局部載具基準527可用作對準標記，將晶粒505接合到具有引線框551的晶粒接合區域525。引線框551可包括用作局部載具基準527的特徵或圖案，將晶粒505安裝到晶粒接合區域525。
圖5f及圖5g示出了確定偏移的替代實施例。例如，如圖5f及圖5g所示，可直接從第一晶粒基準514和第二晶粒基準517生成偏移，而無需生成參考點。第一晶粒基準514和第二晶粒基準517之間的偏移（也稱為晶粒基準偏移）是已知的。每個第一晶粒基準514可具有對應於第二晶粒基準517的晶粒基準偏移。根據第一晶粒基準514和第二晶粒基準517的位置，晶粒基準偏移可以相同或不同。在接合後檢測時，識別第二晶粒基準517。一旦識別了第二晶粒基準517，就可以基於晶粒基準偏移來確定第一晶粒基準514的位置。
在其他實施例（未示出）中，可基於第二晶粒基準517和第一晶粒參考點515生成基準-參考點偏移（fiducial-reference point offset）。第一晶粒參考點515可相對於每個第二晶粒基準517具有基準-參考點偏移。基準-參考點偏移可以相同或不同，取決於第一晶粒參考點515和第二晶粒基準517的位置。在接合後檢測時，識別第二晶粒基準517。可基於相對於第二晶粒基準517和基準-參考點偏移來確定第一晶粒參考點515。不同的基準-參考點偏移可用於不同的第二晶粒基準517。優選地，具有多個第二晶粒基準517，例如2個第二晶粒基準517。多個第二晶粒基準517能夠確定角度偏移以及x-y偏移。
在另一個實施例（未示出）中，可從第二晶粒參考點518和第一晶粒基準514產生參考點-基準偏移（reference point-fiducial offset）。每個第一晶粒基準514可具有其各自的參考點-基準偏移。例如，可在接合後檢測時，基於第二晶粒基準517確定第二晶粒參考點518。再基於參考點-基準偏移來確定第一晶粒基準514。第一晶粒基準514和第二晶粒基準517的數量可以相同。例如，晶粒505可具有4個第一晶粒基準514和4個第二晶粒基準517。每個第一晶粒基準514可關聯或具有一個對應的第二晶粒基準517。第一晶粒基準514和第二晶粒基準517分別形成第一矩形和第二矩形。可以計算第一矩形和第二矩形之間的角度偏移和中心偏移。
圖5h說明了可從2個晶粒參考點而產生1個生成參考點526（generated reference point）。例如，晶粒參考點515、518是已知的或可基於例如第二晶粒基準517確定。晶粒參考點可具有座標晶粒參考點（1）（x, y）和（2）（x, y）。例如，晶粒參考點可以是第二晶粒參考點518。生成參考點526可由第二晶粒參考點518確定。例如，生成參考點526位於多個第二晶粒參考點518之間。生成參考點526可具有參考點（a, b）和θ。例如，生成參考點526可用作第一晶粒參考點515。在接合後檢測時，第二晶粒參考點518可透過例如第二晶粒基準517而識別。基於第二晶粒參考點518，以及參考點（a, b）和θ來確定生成參考點526。
圖6a是由晶粒接合器400進行接合後檢測600的簡化圖示。接合了晶粒505的對準載具520進行接合後檢測600，確定兩者是否對準。在一個實施例中，晶粒505被配置為面朝下接合到對準載具520之上。例如，接合到對準載具520之上的晶粒505的底表面是活性面。在接合之後，相機模組550延伸到具有晶粒505的晶粒接合區域525的位置，進行接合後檢測600。
相機模組550被配置為使用俯視相機來檢查晶粒接合區域525。例如，稜鏡555將光引導到對準載具520上的晶粒接合區域525，並捕獲具有晶粒505的晶粒接合區域525的圖像。例如，捕獲晶粒接合區域525內已接合的晶粒505的上表面512的圖像。在一個實施例中，如圖所示，晶粒505被配置為設置在局部載具基準527之內，使局部載具基準527在接合之後仍可見。
根據圖像，可由第二晶粒基準517產生第二晶粒參考點518。例如，識別晶粒505的邊緣上的第二晶粒基準517，並計算第二晶粒參考點518。在一個實施例中，再基於合適的參考點偏移產生第一晶粒參考點515。例如，基於主要晶粒參考點偏移，由主要第二晶粒參考點518 1產生主要第一晶粒參考點515 1。用於確定第一晶粒參考點515的其他技術亦可。例如，合適的參考點偏移可以是基準偏移、基準-參考點偏移或參考點-基準偏移。
此外，還可識別對準載具520上的局部載具基準527。例如，局部載具基準527用作目標接合位置的參考。在一個實施例中，將第一晶粒參考點515與目標接合位置（例如局部載具基準527或載具參考點）進行比較，從而進行接合後檢測600。對準偏移（alignment offset）可以從系統記憶體中讀取。如果接合後檢測600確定第一晶粒參考點515與目標接合位置的距離（包括對準偏移）小於或等於接合後檢測600的偏移閾值（offset threshold），則被檢測的晶粒505透過了接合後檢測600，並且晶粒505的接合後檢測600結束。另一方面，如果接合後檢測600失敗，例如，當第一晶粒參考點515與目標接合位置的距離（包括對準偏移）大於接合後檢測600的偏移閾值，則將被檢測的晶粒505的圖像存儲用於故障分析。
在某些情況下，計算多個第一晶粒參考點515。附加的第一晶粒參考點515可基於第一晶粒參考點偏移。多個第一晶粒參考點515能夠對已接合的晶粒505與目標接合位置之間的角度錯位進行檢測。
在其他實施例中，如圖6b所示，晶粒505在接合之後覆蓋了局部載具基準527。因此，局部載具基準527對於俯視相機是不可見的。晶粒505和晶粒接合區域525的其他配置亦可。若接合後晶粒505覆蓋了局部載具基準527，則對準載具520上的局部載具基準527的位置被記憶並存儲在晶粒接合器400的系統記憶體中。當接合後檢測600時，俯視相機可調用局部載具基準527的位置，並讀取晶粒505的邊緣處的第二晶粒基準517。對準載具520之上的目標接合位置是根據局部載具基準527的所調用的位置而生成的。
如上所述，晶粒505的接合後檢測600可在晶粒505接合之後，並在不移除對準載具520的情況下進行。例如，在晶粒505接合之後，對準載具520在晶粒接合器400上保持完整，進行接合後檢測600。如此可在使用晶粒接合器400進行晶粒接合後立即進行即時（real-time）的接合後檢測600。此外，可對每個晶粒505進行接合後檢測600，或者可間歇式（intermittent）地對一些晶粒505進行接合後檢測600。例如，開始時為了使工藝合格，可對每個晶粒505進行接合後檢測600。然後，隨著工藝的成熟，一些晶粒505可間歇性地進行接合後檢測600。例如，可以每第10個晶粒505進行接合後檢測600。其他間歇性或週期性地檢測一些已接合的晶粒505亦可。
圖7示出了對準載具710的實施例的一部分的簡化圖。對準載具710包括以矩陣形式佈置的多個晶粒接合區域740。晶粒接合區域740可如上所述，分成晶粒接合區域塊。圍繞在晶粒接合區域740周圍的是局部載具對準標記或局部載具基準750。例如，為每個晶粒接合區域740提供4個局部載具基準750，圍繞在晶粒接合區域740的角落處。提供其他數量的局部載具基準750以及局部載具基準750的其他配置亦可。
在一個實施例中，晶粒接合區域740可具有晶粒附接區域，其被配置為附接多個晶粒。例如，如圖所示，晶粒附接區域包括第一晶粒附接區域和第二晶粒附接區域，配置為用於附接第一晶粒714 1和第二晶粒714 2。將其他數量的晶粒附接到晶粒附接區域亦可。晶粒附接區域上的多個晶粒可使用相同的局部載具基準750進行附接。使用相同的局部載具基準750可確保晶粒在晶粒附著區域上進行相對準確的定位。此外，使用相同的局部載具基準750能夠為晶粒之間的互連提供準確的晶粒定位，例如較高的孔環公差（high annular ring tolerance）。此外，使用相同的局部載具基準750可消除由於孔洞位置引起的誤差。例如，如果使用單獨的局部載具基準750來定位多個晶粒，則由孔洞位置引起的誤差可能被添加到晶粒之間的位置誤差中。
如上所述，局部載具基準750設置在晶粒接合區域740的晶粒附接區域之外。如上所述，這樣就能夠使用相同的局部載具基準750來附接晶粒。然而，在一些情況下，局部載具基準750也可設置在晶粒附接區域之內。在這種情況下，晶粒接合區域740的每個晶粒附接區域可能需要各自的局部載具基準750的集合。在其他情況下，局部載具基準750的組合可能存在於晶粒接合區域740的晶粒附接區域之內以及之外。應當理解，用於晶粒接合區域740的晶粒附接區域的局部載具基準750可具有多種配置。
圖8a至圖8g示出了用於在對準載具810上進行晶粒接合和接合後檢測600的工藝800的實施例的簡化圖。圖8a示出了晶粒接合器802，例如在圖4a至圖4c中所描述的。對準載具或面板810設置在基座組件820之上。支撐對準組件（support alignment assembly）可將接合頭842和對準載具810之上的晶粒接合區域相對準。例如，將接合頭842與對準載具810的粗略對準。晶粒供給器組件860將晶粒814供給到接合頭842。例如，晶粒供給器組件860延伸至接合頭842的下方。
參考圖8b，接合頭842的接合器（bonder）從晶粒供給器組件860處拾取晶粒814。例如，接合組件致動器840將接合頭842定位在晶粒814的上方，並且接合組件致動器840致動接合頭842的接合器，拾起晶粒814。接合器可採用真空壓力從晶粒供給器組件860上拾取晶粒814。當晶粒814被拾取後，晶粒供給器組件860撤回，露出對準載具810之上的晶粒附接區域，將用於附接晶粒814。可以理解，對準載具810的粗略對準可在晶粒814被拾取之後進行。
在圖8c中，相機模組850延伸到進行預先對準檢測的位置。例如，相機模組850的仰視相機檢測晶粒814的下表面和邊緣，同時俯視相機檢測對準載具810的晶粒接合區域。
預先對準檢測用於確定偏移。例如，預先對準檢測確定參考點偏移。仰視相機識別晶粒814上的第一晶粒基準和第二晶粒基準。例如，識別位於晶粒814的活性面上的第一晶粒基準，並識別位於晶粒814的邊緣處的第二晶粒基準。根據第一晶粒基準計算第一晶粒參考點（在此稱為原始的第一晶粒參考點）；根據第二晶粒基準計算第二晶粒參考點（在此稱為原始的第二晶粒參考點）。原始的第一晶粒參考點和原始的第二晶粒參考點之間的偏移稱為原始晶粒參考點偏移（original die reference point offset）。存在2個或多個第一晶粒參考點和第二晶粒參考點的情況下，附加的第一晶粒參考點和附加的第二晶粒參考點可相對於原始的第一晶粒參考點和原始的第二晶粒參考點發生偏移（稱為第一和第二參考點偏移），原始的第一晶粒參考點和原始的第二晶粒參考點定義為基於第一晶粒基準和第二晶粒基準。第一和第二參考點偏移可具有相同的偏移值。亦可提供具有不同偏移值的第一和第二參考點偏移。在其他實施例中，偏移可具有另一種類型。例如，偏移可以是基準偏移（fiducial offset）、基準-參考點偏移（fiducial-reference point offset）、或參考點-基準偏移（reference point-fiducial offset）。偏移存儲在系統記憶體中。
確定對準偏移（alignment offset）。例如，對準偏移可以是封裝中心到晶粒中心的偏移。例如，對準偏移是第一晶粒參考點相對於基於載具基準（carrier fiducial）的載具參考點（carrier reference point）的偏移。對準偏移可存儲在系統記憶體中。
預先對準檢測還可確定對準載具810之上的目標接合位置。例如，俯視相機讀取對準載具810之上的局部載具基準以及位於目標接合位置上方的相機模組850的位置。在一實施例中，目標接合位置基於對準載具之上的局部載具基準。在其他實施例中，目標接合位置可在具有引線框圖案的引線框之上，引線框圖案可作為局部載具基準。
目標結合位置可包括1個或多個載具參考點。優選地，基於局部載具基準生成2個或多個載具參考點。在一個實施例中，產生2個載具參考點。亦可生成其他數量的載具參考點。載具參考點的數量可對應於第一晶粒參考點的數量。在其他情況下，載具參考點的數量可與第一晶粒參考點的數量不同。
在一實施例中，局部載具基準的位置保存在系統記憶體中。例如，保存位於目標接合位置之上的相機模組850的位置。這適用於當晶粒在接合後覆蓋了局部載具基準的情況。
在預先對準之後，將晶粒對準目標接合位置或晶粒接合區域內的晶粒附接區域。晶粒附接區域可以是對準載具810的晶粒接合區域內的一個區域。對準包括定位接合頭842和相機模組850，使晶粒在x和y方向以及旋轉方向與晶粒附接區域上的目標接合位置相對準。例如，相機模組850與晶粒和晶粒附接區域具有直接視線（direct line of sight）。
當晶粒對準目標接合位置，相機模組850即縮回，如圖8d所示。縮回相機模組850可暴露對準載具810上的晶粒附接區域。在圖8e中，接合組件被致動，用於垂直移動接合頭842，將晶粒附接到對準載具810之上的晶粒附接區域。
在圖8f中，相機模組850延伸到適當的位置，以便在晶粒附接後進行接合後檢測。例如，如果晶粒被指定用於接合後檢測，則相機模組850會延伸到位。相機模組850可基於在對準載具810之上的可見的局部載具基準而延伸到位。在另一個實施例中，相機模組850可基於作為資訊存儲在系統記憶體中的目標接合位置而延伸到位。例如，系統調用存儲在記憶體中的局部載具基準的位置和相應的相機模組850的位置。這適用於當晶粒覆蓋了局部載具基準而使其不可見的情況。
開始接合後檢測。例如，接合後檢測可按圖6a及圖6b中的描述進行。接合後檢測可確定接合到晶粒接合區域的晶粒是否對準，例如是否在接合後檢測偏移（post bond inspection offset）之內。其他接合後檢測的技術亦可，用於確定已接合的晶粒是否在特定的偏移閾值內而正確對準。
在一個實施例中，如果接合後檢測失敗，則識別出失敗的晶粒。未通過檢測的晶粒的圖像可保存在系統記憶體之中。隨後可進行故障分析。然後上述過程繼續進行下一個晶粒的接合，如圖8g所示。另一方面，如果接合的晶粒通過了接合後檢測，上述過程將繼續下一個晶粒的接合，如圖8g所示，而無需保存透過檢測的晶粒的圖像。或者，也可保存通過檢測的晶粒的圖像。為了下一個晶粒的接合，接合頭842平移到對準載具810之上的下一個晶粒附接區域，並且晶粒供給器組件860向晶粒接合器802提供下一個晶粒816，用於晶粒接合。
重複上述過程，將晶粒對準並附接到晶粒附接區域，直到對準載具810之上的所有晶粒附接區域都與晶粒接合。在每個晶粒接合後，如果已接合的晶粒被指定用於接合後檢測，則可進行接合後檢測。此外，可對系統的控制器進行程式設計，從而對於對準載具810之上的特定晶粒接合區域，知曉提供至接合工具的是對準晶粒還是活性晶粒。
如上所述，晶粒接合器802可被配置具有可平移的基座組件820而進行粗略對準，而支撐對準組件（support alignment assembly）進行精細對準。此外，對準晶粒可與活性晶粒相同或專門用於對準目的。
圖9示出了晶粒接合器的各種組件，進行晶粒接合以及接合後檢測的工藝流程900的實施例。工藝流程900涉及的晶粒接合器的各種組件。如圖所示，在步驟910，當接合頭拾取1個晶粒之後，系統控制器指示晶粒接合器進行預先對準檢測。例如，系統控制器可以是可程式設計邏輯控制器（PLC）。對準前檢測包括步驟915，計算接合後檢測偏移（post bond inspection offset）。例如，在接合頭拾取一個晶粒後，進行預先對準檢測。這包括將相機模組延伸到位，進行預先對準檢測。
在一個實施例中，預先對準檢測可確定偏移。例如，預先對準檢測可確定參考點偏移（reference point offset）。包括採用仰視相機識別晶粒上的第一晶粒基準和第二晶粒基準。由第一晶粒基準和第二晶粒基準計算得出第一晶粒參考點和第二晶粒參考點。第一晶粒參考點和第二晶粒參考點之間的偏移稱為參考點偏移（reference point offset）。存在2個或多個第一晶粒參考點和第二晶粒參考點的情況下，附加的第一晶粒參考點和附加的第二晶粒參考點可相對於原始的第一晶粒參考點和原始的第二晶粒參考點發生偏移（稱為第一和第二參考點偏移），原始的第一晶粒參考點和原始的第二晶粒參考點定義為基於第一晶粒基準和第二晶粒基準。第一和第二參考點偏移可具有相同的偏移值。在其他實施例中，上述偏移可具有另一種類型。例如，上述偏移可以是基準偏移（fiducial offset）、基準-參考點偏移（fiducial-reference point offset）、或參考點-基準偏移（reference point-fiducial offset）。在步驟930，上述偏移存儲在系統記憶體中。另外，對準偏移也可存儲在系統記憶體中。例如，對準偏移是目標接合區域和第一晶粒參考點之間的偏移。可對應於封裝中心到晶粒中心的偏移。
在一個實施例中，在步驟920，確定對準載具之上的目標接合位置。例如，俯視相機讀取對準載具之上的局部載具基準，並將相機模組定位在目標接合位置的上方。在一個實施例中，目標接合位置基於對準載具上的局部載具基準。在其他實施例中，目標接合位置可在具有引線框圖案的引線框之上，所述引線框圖案具有可作為局部載具基準的特徵。
目標結合位置可包括一個或多個載具參考點。優選地，基於局部載具基準生成2個或多個載具參考點。在一個實施例中，產生了2個載具參考點。亦可生成其他數量的載具參考點。載具參考點的數量可對應於第一晶粒參考點的數量。在其他情況下，載具參考點的數量可與第一晶粒參考點的數量不同。
在一個實施例中，在步驟935，局部載具基準的位置保存在系統記憶體中。例如，保存位於目標結合位置上方的相機模組的位置。這適用於當晶粒在接合後覆蓋了局部載具基準的情況。
完成預先對準檢測之後，在步驟940，控制器將晶粒對準目標接合位置，例如基於第一晶粒參考點和目標接合位置。對準包括定位接合頭，使晶粒和對準載具上的晶粒接合區域上的目標接合位置相對準。例如，晶粒在x和y方向以及旋轉方向上與目標接合位置相對準。對準之後，相機模組與晶粒和晶片附接區域具有直接視線（direct line of sight）。當晶粒對準目標接合位置後，晶粒就可接合到對準載具。例如，相機模組縮回，並且致動接合頭將晶粒接合到對準載具之上的目標接合位置。
當晶粒接合後，在步驟950，控制器啟動接合後檢測。例如，在步驟960，相機模組延伸到檢測位置。相機模組可基於位於對準載具之上的可見的局部載具基準而延伸到位。在另一個實施例中，相機模組可基於作為資訊存儲在系統記憶體中的目標接合位置而延伸到位。例如，系統調用存儲在記憶體中的局部載具基準的位置，並相應地定位相機模組。這適用於當晶粒覆蓋了局部載具基準而使其不可見的情況。
接合後檢測包括檢測具有已接合的晶粒的晶粒接合區域，用於確定晶粒是否對準。例如，從系統記憶體中獲取偏移，例如參考點偏移，並且如果需要，還可獲取局部載具基準的位置。已接合的晶粒的對準可基於晶粒到目標接合位置的偏移來確定。例如，接合後檢測可確定第一晶粒參考點與目標接合位置之間的距離（接合後檢測偏移）是否小於或等於接合後檢測偏移閾值（post bond inspection offset threshold）。如果接合後檢測偏移超過接合後檢測偏移閾值，則接合後檢測失敗。如果接合後檢測偏移等於或小於接合後檢測偏移閾值，則接合後檢測通過。完成對已接合的晶粒進行接合後檢測之後，在步驟970處，接合後檢測終止。
圖10示出了用於對準載具之上的晶粒接合和接合後檢測的整體工藝流程1000的示例性實施例。
工藝流程1000從步驟1005處開始。可在步驟1010處進行初始化。初始化可包括關於接合流程的資訊。例如，對準載具的大小、晶粒接合區域塊的數量及大小、一行中晶粒的數量以及一列中的晶粒的數量。此外，初始化資訊還可包括接合工藝的起點，例如晶粒接合區域塊中的起始塊以及該起始塊內的起始晶粒的位置，以及活性晶粒的位置和對準晶粒的位置。其他資訊還可包括對準載具的CAD檔中的載具對準點（carrier alignment point）以及晶粒CAD檔中的晶粒對準點（die alignment point），從而幫助對準。
在步驟1015處，將晶粒提供至晶粒接合器。例如，特定的晶粒（活性晶粒或對準晶粒）透過晶粒供給器組件提供給接合頭。接合頭從晶粒供給器組件上拾取晶粒。當晶粒被拾取之後，晶粒供給器組件縮回，從而暴露將進行晶粒接合的晶粒接合區域。例如，在晶粒被拾取之前進行晶粒接合區域的粗略對準。在其他情況下，也可在晶粒被拾取之後進行晶粒接合區域的粗略對準。
在步驟1020處，進行預先對準檢測。例如，相機模組延伸而進行預先對準檢測。例如，相機模組的仰視相機檢測晶粒的下表面和邊緣，而俯視相機檢測對準載具的晶粒接合區域。如上所述，預先對準檢測可基於局部載具基準而確定偏移和目標接合位置。偏移和局部載具基準的位置可存儲在系統記憶體中。此外，對準偏移也可存儲在記憶體中。
預先對準之後，在步驟1025處進行晶粒對準。晶粒對準包括將晶粒對準目標接合位置。晶粒對準包括定位接合頭和相機模組，使晶粒在x和y方向以及旋轉方向，與晶粒接合區域中的晶粒附接區域的目標接合位置相對準。當晶粒對準了目標接合位置，相機模組就縮回，從而暴露對準載具上的晶粒附接區域。在步驟1030處，致動接合組件垂直移動接合頭，用於將晶粒附接到對準載具上的晶粒附接區域。
在步驟1040處，系統確定是否對已接合的晶粒進行接合後檢測。如果已接合的晶粒被指定進行接合後檢測，則進行接合後檢測。如果無需進行接合後檢測，則進行到步驟1060。在步驟1045處，進行接合後檢測。例如，接合後檢測包括延伸具有俯視相機的相機模組，用於檢測具有已接合的晶粒的對準載具。如果可見，相機模組可根據局部載具基準檢測晶粒接合區域；如果不可見，相機模組可基於局部載具基準所調用的位置來檢測晶粒接合區域，確定目標接合區域和晶粒的輪廓，從而基於在系統記憶體中存儲的偏移來確定晶粒的位置。
例如，接合後檢測可確定從目標接合位置到第一晶粒參考點的距離（包括從記憶體中獲取的對準偏移）（稱為接合後檢測偏移）是否小於或等於接合後檢測偏移閾值。如果接合後檢測偏移超過接合後檢測偏移閾值，則接合後檢測失敗。進行至步驟1050處，保存接合後檢測的圖像，用於故障分析。接著進行到步驟1060處。如果接合後檢測偏移等於或小於接合後檢測偏移閾值，則接合後檢測通過，工藝流程1000繼續到步驟1060處。
在步驟1060處，系統確定是否有更多的晶粒需要進行接合。例如，當對準載具被分割成晶粒接合區域塊的情況下，系統確定是否有更多的晶粒需要接合到晶粒接合區域塊之中。如果需要，則工藝流程1000進行到步驟1065處，為對準載具上進行接合的下一個晶粒的位置而設置系統。然後工藝流程1000繼續到步驟1015處。如果在晶粒接合區域塊中沒有更多的晶粒需要進行接合，則工藝流程1000進行到步驟1070處，確定對準載具上是否有更多的晶粒接合區域塊用於晶粒接合。如果有，則工藝流程1000進行到步驟1075處，為下一個晶粒接合區域塊中的第一個晶粒的位置而設置系統。工藝流程1000再繼續到步驟1015處。如果沒有更多的晶粒接合區域塊需要接合，則工藝流程1000在步驟1080處終止。
在不脫離本公開的精神或本質特徵的情況下，本公開可以其他具體形式實施。因此，前述實施例在所有方面都被認為是說明性的，而不是限制在此描述的本發明。因此，本發明的保護範圍由申請專利範圍所界定，並且包括申請專利範圍的文義以及均等範圍所能涵蓋的所有變化。
100:半導體晶圓 100a:俯視圖 100b:側視圖 100c:側視圖 105:晶粒/裝置 120:切割線 200:（透明或玻璃）對準載具 220:晶粒接合區域塊 240:晶粒接合區域 245:對準晶粒接合區域 250:局部載具對準標記或局部載具基準 252:晶粒附接區域 400:晶粒接合器 410:對準載具 414:晶粒 420:基座組件 430:接合組件 430a:第一集成對準相機子單元（俯視） 430b:第二集成對準相機子單元（仰視） 435:支撐件或機架組件 438a:第一光源 438b:第二光源 439:光偏轉器子單元 440:接合組件致動器 441:接合頭 442:接合工具（接合器） 442a:第一反射器或反射鏡 442b:第二反射器或反射鏡 444:接合頭致動器 446:稜鏡 450:集成相機模組 500:預先對準檢測 505:晶粒 511:下表面 512:上表面 514:第一晶粒對準標記或第一晶粒基準 515:第一晶粒參考點 515 1:主要第一晶粒參考點 515 2:次要第一晶粒參考點 517:第二晶粒基準 518:第二晶粒參考點 518 1:主要第二晶粒參考點 518 2:次要第二晶粒參考點 520:對準載具 525:晶粒接合區域 526:生成參考點 527:局部載具對準標記或局部載具基準 540:參考點偏移量 541:通孔特徵 544:電路圖案 550:相機模組 551:引線框 555:稜鏡 600:接合後檢測 710:對準載具 714 1:第一晶粒 714 2:第二晶粒 740:晶粒接合區域 750:局部載具對準標記或局部載具基準 800:工藝 802:晶粒接合器 810:對準晶粒或面板 814:晶粒 816:晶粒 820:基座組件 840:接合組件致動器 842:接合頭 850:相機模組 860:晶粒供給器組件 900:工藝流程 910,915,920,930,935,940,950,960,970:步驟 1000:工藝流程 1005,1010,1015,1020,1025,1030,1040,1045,1050,1060,1065,1070,1075,1080:步驟
圖1是半導體晶圓的多個視圖； 圖2是用於晶粒接合的對準載具的實施例的簡化俯視圖； 圖3是對準載具的晶粒貼合區的另一個實施例； 圖4a是接合機的實施例的簡化側視圖； 圖4b及圖4c是接合機的集成相機模組的實施例的簡化俯視圖和側視圖； 圖5a是接合機的預先對準檢測的簡化圖； 圖5b是具有多個第一和第二晶粒參考點的晶粒的示例性實施例； 圖5c及圖5d是晶粒活性面上圖案的替代實施例，可用作第一晶粒基準； 圖5e是載具上的晶粒貼合區域的替代實施例； 圖5f及圖5g是確定偏移的替代實施例； 圖5h是由2個晶粒參考點生成一個參照點的實施例； 圖6a及圖6b是晶粒接合機的貼合後檢測的實施例的簡化圖； 圖7是對準載具一部分的示例圖，用於將多個晶粒貼合到晶粒貼合區域； 圖8a至圖8g是在對準載具上進行晶粒接合以及接合後檢測的工藝的實施例的簡化圖； 圖9是採用晶粒接合機的各種部件進行晶粒貼合和貼合後檢測的工藝流程的實施例； 圖10是將晶粒貼合到對準載具並進行貼合後檢測的簡化流程的實施例。
100:半導體晶圓
100a:俯視圖
100b:側視圖
100c:側視圖
105:晶粒/裝置
120:切割線

Claims (20)

  1. 一種接合後檢測的方法，包括： 提供一具有晶粒接合區域的載具，其中所述晶粒接合區域具有局部載具基準，可匯出所述晶粒接合區域的目標接合位置； 提供一選定晶粒，用於接合到所述載具的所述晶粒接合區域中的一選定晶粒接合區域，其中所述選定晶粒的活性面接合到所述選定晶粒接合區域； 將所述選定晶粒對準所述選定晶粒接合區域上的目標接合位置，其中將所述選定晶粒對準所述目標接合位置包括： 根據所述選定晶粒接合區域的所述局部載具基準確定所述目標接合位置， 確定所述選定晶粒的活性面上的一晶粒參考點， 為所述晶粒參考點確定參考點偏移，以及 將所述晶粒參考點對準所述目標接合位置； 在所述選定晶粒對準所述目標接合位置之後，將所述選定晶粒接合到所述晶粒接合區域，成為已接合晶粒；以及 對所述已接合晶粒進行接合後檢測，其中所述接合後檢測包括： 根據所述選定晶粒接合區域的所述局部載具基準，確定所述目標接合位置， 根據所述已接合晶粒的位置和所述參考點偏移，確定接合後晶粒參考點，以及 確定所述接合後晶粒參考點是否對準所述目標接合位置。
  2. 如請求項1所述的方法，其中所述確定晶粒參考點包括： 確定至少兩個晶粒參考點。
  3. 如請求項2所述的方法，其中所述至少兩個晶粒參考點透過一晶粒參考點偏移而偏移。
  4. 如請求項1所述的方法，其中所述確定目標接合位置包括： 基於所述局部載具基準而確定一載具參考點。
  5. 如請求項4所述的方法，其中所述確定載具參考點包括： 確定多個所述載具參考點。
  6. 如請求項5所述的方法，其中所述至少兩個載具參考點透過一載具參考點偏移而偏移。
  7. 如請求項1所述的方法，其中： 所述確定晶粒參考點包括： 在所述選定晶粒的活性面上識別第一晶粒基準，以及 根據所述第一晶粒基準計算所述晶粒參考點；以及 所述確定參考點偏移包括： 識別所述選定晶粒的邊緣上的第二晶粒基準，以及 基於所述第二晶粒基準計算第二晶粒參考點， 其中，所述參考點偏移是所述晶粒參考點和所述第二晶粒參考點之間的偏移。
  8. 如請求項1所述的方法，其中所述確定參考點偏移包括： 在所述選定晶粒的活性面上識別第一晶粒基準；以及 識別所選晶粒的邊緣上的所述第二晶粒基準； 其中，所述參考點偏移是所述第一晶粒基準和所述第二晶粒基準之間的偏移。
  9. 如請求項1所述的方法，其中， 所述確定晶粒參考點包括： 在所述選定晶粒的活性面上識別第一晶粒基準，以及 根據所述第一晶粒基準計算所述晶粒參考點；以及 所述確定參考點偏移包括： 識別所述選定晶粒的邊緣上的第二晶粒基準， 其中，所述參考點偏移是所述晶粒參考點和所述第二晶粒基準之間的偏移。
  10. 如請求項1所述的方法，其中所述確定參考點偏移包括： 識別所述選定晶粒的活性面上的第一晶粒基準； 識別所述選定晶粒的邊緣上的第二晶粒基準；以及 基於所述第二晶粒基準計算第二晶粒參考點； 其中，所述參考點偏移是所述第二晶粒參考點和所述第一晶粒基準之間的偏移。
  11. 一種用於晶粒接合器的接合後檢測系統，包括： 一集成相機模組，被配置為： 當對準載具安裝在所述晶粒接合器的基座組件上時，在垂直方向向下觀察，用於檢測所述對準載具上的選定晶粒接合區域的局部載具基準，其中所述對準載具包括晶粒接合區域，每個所述晶粒接合區域均包括所述局部載具基準，由其確定目標接合位置；以及 在垂直方向向上觀察，用於觀察所述選定晶粒的活性面，其包括晶粒基準，其中晶粒參考點由所述晶粒基準確定；以及 一處理器，用於從所述集成相機模組接收輸入，其中所述處理器被配置為進行接合後檢測，包括： 根據所述選定晶粒接合區域的局部載具基準確定所述目標接合位置， 從記憶體中獲取參考點偏移，在晶粒對準過程中用於確定晶粒參考點， 基於所述選定晶粒的接合位置和所述參考點偏移推導接合後晶粒參考點，以及 確定所述接合後晶粒參考點是否對準所述目標接合位置。
  12. 如請求項11所述的系統，其中所述處理器被配置為執行檢測，所述檢測包括預先對準檢測，用於將所述選定晶粒和所述選定晶粒接合區域上的所述目標接合位置相對準，其中所述預先對準檢測包括： 根據所述選定晶粒接合區域的所述局部載具基準確定所述目標接合位置， 確定所述選定晶粒的活性面上的所述晶粒參考點，以及 為所述晶粒參考點確定所述參考點偏移，其中所述參考點偏移存儲在所述記憶體中以供獲取。
  13. 如請求項12所述的系統，其中所述確定晶粒參考點包括： 確定多個所述晶粒參考點。
  14. 如請求項13所述的系統，其中所述多個晶粒參考點透過一晶粒參考點偏移而偏移。
  15. 如請求項12所述的系統，其中所述確定目標接合位置包括： 基於所述局部載具基準確定載具參考點，其中所述載具參考點包括多個所述載具參考點。
  16. 如請求項15所述的系統，其中所述多個載具參考點透過一載具參考點偏移而偏移。
  17. 如請求項12所述的系統，其中， 所述確定晶粒參考點包括： 在所述選定晶粒的活性面上識別第一晶粒基準，以及 根據所述第一晶粒基準計算所述晶粒參考點；以及 所述確定參考點偏移包括： 識別所述選定晶粒的邊緣上的第二晶粒基準，以及 基於所述第二晶粒基準計算第二晶粒參考點， 其中，所述參考點偏移是所述晶粒參考點和所述第二晶粒參考點之間的偏移。
  18. 如請求項12所述的系統，其中所述確定參考點偏移包括： 在所述選定晶粒的活性面上識別第一晶粒基準；以及 識別所述選定晶粒的邊緣上的第二晶粒基準， 其中，所述參考點偏移是第一晶粒基準和第二晶粒基準之間的一偏移。
  19. 如請求項12所述的系統，其中， 所述確定晶粒參考點包括： 在所述選定晶粒的活性面上識別第一晶粒基準，以及 根據所述第一晶粒基準計算所述晶粒參考點；以及 所述確定參考點偏移包括： 識別所述選定晶粒的邊緣上的第二晶粒基準， 其中，所述參考點偏移是所述晶粒參考點和所述第二晶粒基準之間的偏移。
  20. 如請求項12所述的系統，其中所述確定參考點偏移包括： 識別所述選定晶粒的活性面上的第一晶粒基準； 識別所述選定晶粒的邊緣上的第二晶粒基準；以及 基於所述第二晶粒基準計算第二晶粒參考點， 其中，所述參考點偏移是所述第二晶粒參考點和所述第一晶粒基準之間的偏移。
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