TWI419249B - 半導體元件之整合式製造設備及其製造方法 - Google Patents

Description

半導體元件之整合式製造設備及其製造方法

本發明係有關一種半導體元件之整合式製造設備及其製造方法，特別是一種可在單一設備上完成半導體晶粒分級及黏晶製程的整合式製造設備及製造方法。

在傳統習知的半導體製程中，晶圓經光罩蝕刻、研磨、切割後，即進行晶圓測試的程序，所謂晶圓測試係透過測試機台針對晶圓上每一顆晶粒測試其功能(例如LED晶粒需測試其亮度，邏輯IC需測試其訊號、電性等)，藉以判別每個晶粒的等級，之後再透過分類機將晶圓上不同等級之晶粒予以分類包裝，然後再進入下一階段黏晶(die bond)、打線(wire bond)、灌膠(Encapsulation)等封裝製程。然而，由於分類機與黏晶機為兩種不同的機台，因此在分類機將晶粒分類包裝後，需要進行包裝品質的檢測、晶粒數量的計算......等轉換機台所需的程序，在這些轉換機台的程序中往往都需要大量的人力，不僅耗費時間，更增加人力成本的支出。此外，經包裝後的晶粒在進行黏晶製程前需將包裝拆除，而拆除後的包裝耗材便無法再回收使用，如此一來，不僅花費包裝耗材的成本，更產生大量廢棄物的問題，對於環境保護及垃圾減量產生莫大的威脅。

另外，在前述製造過程中，為了使生產流程能更加順暢，通常分類機與黏晶機的機台數量在配置上要相當，才能使得分類及黏晶的製程不會因為機台不足，而耗費等待的時間，但如此一來，便需花費大量金錢購置分類機及黏晶機，同時需要有足夠大的廠房及無塵室放置這些機台，造成更多的成本花費。

此外，一般半導體經過測試後，通常會依照其特性區分成2~4類不等，然而，若是發光二極體的半導體，往往需要更多的分類，甚至依照其亮度、 波長......等特性不同可區分到100類以上，因此利用傳統的分類機及黏晶機進行分類與黏晶的製程，則需耗費更龐大的人力。

有鑑於上述種種問題，因此業界亟需提出一種整合式的半導體機台，以符合半導體產業快速發展的產業生態。

為解決上述的問題，因此本發明提出一種半導體元件之整合式製造設備，包括軌道裝置、夾持機構、晶圓載台、封裝載體收容裝置、封裝載體取放裝置、點膠裝置及晶粒取放裝置。軌道裝置，包含第一軌道、第二軌道與軌道轉換機構，軌道轉換機構設置於第一軌道及第二軌道之一端，用以連接第一軌道及第二軌道，同時，軌道裝置進一步設置有封裝載體點膠區及黏晶區。夾持機構設置於軌道裝置上，夾持機構可夾持封裝載體，並可於分度移動於軌道裝置上的封裝載體點膠區、黏晶區、軌道轉換機構及第二軌道。晶圓載台，設置於軌道裝置之一側且鄰近黏晶區，晶圓載台承載包含有複數個晶粒的晶圓，其中各晶粒分屬於至少兩個晶粒等級。封裝載體收容裝置，設置於軌道裝置之一端，封裝載體收容裝置包含有複數個彈匣，各彈匣內可放置複數個封裝載體。封裝載體取放裝置，設置於軌道裝置與封裝載體收容裝置之間，封裝載體取放裝置用以將封裝載體移動於軌道裝置及封裝載體收容裝置的彈匣之間。至少一點膠裝置，設置於軌道裝置之封裝載體點膠區，用以提供黏膠於封裝載體點膠區之夾持機構的封裝載體上。晶粒取放裝置設置於晶圓載台與軌道裝置之黏晶區上方，用以將晶圓載台上的晶粒移動至位於黏晶區之夾持機構的封裝載體上。

因此，本發明之主要目的在於提出一種半導體元件之整合式製造設備，由於在軌道裝置上設置有封裝載體點膠區及黏晶區，因此藉由封裝載體取放裝置由晶圓上拾取特定等級的晶粒，直接放置於黏晶區的封裝載體上，同時完成分級與黏晶的製程，使原本需兩台機台的製程可在同一機台上完成，可簡化製程與減少機台購置的成本。

本發明之再一目的在於提出一種半導體元件之整合式製造設備，由於在單一機台中整合分級與黏晶的製程，因此可有效減少分級製程轉換至黏晶製程過程中包裝耗材浪費，降低生產過程中廢棄物的產生。

本發明之又一目的在於提出一種半導體元件之整合式製造設備，由於在單一機台中整合分級與黏晶製程，因此可有效減少半導體製程中所需的人力。

本發明之又一目的在於提出一種半導體元件之整合式製造設備，由於在單一機台中整合分級與黏晶製程，因此可減少由分級製程轉換至黏晶製程過程中時間的浪費，有效提升產能。

此外，本發明再提出一種半導體元件之整合式製造方法，包括提供封裝載體收容裝置，封裝載體收容裝置包含有複數個彈匣，各彈匣內可放置複數個封裝載體。提供封裝載體取放裝置，封裝載體取放裝置用以將封裝載體自彈匣中取出。提供軌道裝置，包含第一軌道、第二軌道、與軌道轉換機構，軌道轉換機構用以連結第一軌道及第二軌道，軌道機構進一步設置有封裝載體點膠區及黏晶區。提供夾持機構，各夾持機構可夾持封裝載體分度移動於軌道裝置上的封裝載體點膠區、黏晶區、軌道轉換機構及第二軌道。該封裝載體取放裝置自彈匣中取出封裝載體放置於夾持機構上，夾持機構夾持封裝載體移動至封裝載體點膠區。提供點膠裝置，點膠裝置可提供黏膠於位於封裝載體點膠區之封裝載體上。夾持機構夾持封裝載體移動至黏晶區。提供晶圓載台，晶圓載台承載晶圓，晶圓包含有複數個晶粒，晶粒分屬於至少兩個晶粒等級。提供晶粒取放裝置，晶粒取放裝置自晶圓上拾取具有特定等級之晶粒放置於位於黏晶區之封裝載體上。夾持機構夾持黏有晶粒之封裝載體移動至封裝載體取放裝置，封裝載體取放裝置將黏有晶粒之該封裝載體移動至彈匣中。

因此，本發明之主要目的在於提出一種半導體元件之整合式製造方法，由於在軌道裝置上設置有封裝載體點膠區及黏晶區，因此藉由封裝載 體取放裝置由晶圓上拾取特定等級的晶粒，直接放置於黏晶區的封裝載體上，同時完成分級與黏晶的製程，使原本需兩台機台的製程可在同一機台上完成，減少機台購置的成本。

本發明之再一目的在於提出一種半導體元件之整合式製造方法，由於在單一機台中整合分級與黏晶的製程，因此可有效減少分級製程轉換至黏晶製程過程中包裝耗材浪費，降低生產過程中廢棄物的產生。

本發明之又一目的在於提出一種半導體元件之整合式製造方法，由於在單一機台中整合分級與黏晶製程，因此可有效減少半導體製程中所需的人力。

本發明之又一目的在於提出一種半導體元件之整合式製造方法，由於在單一機台中整合分級與黏晶製程，因此可減少由分級製程轉換至黏晶製程過程中時間的浪費，有效提升產能。

由於本發明主要係揭露一種半導體元件之整合式製造設備及其製造方法，其中所提及半導體元件製造原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪製，合先敘明。

請參考第1圖，為本發明之半導體元件之整合式製造設備示意圖。半導體元件之整合式製造設備包括軌道裝置11、夾持機構12、晶圓載台13、封裝載體收容裝置14、封裝載體取放裝置15、複數個點膠裝置16及晶粒取放裝置17。軌道裝置11包含第一軌道111、第二軌道112與軌道轉換機構113，第一軌道111及第二軌道112係平行設置，軌道轉換機構113係設置於第一軌道111及第二軌道112之一端，且可移動於第一軌道111及第二軌道112之間，用以將封裝載體10自第一軌道111移動至第二軌道112， 此外，軌道裝置11還設置有封裝載體點膠區116及黏晶區117。夾持機構12，設置於軌道裝置11上，且可夾持封裝載體10分度移動於軌道裝置11上的封裝載體點膠區116、黏晶區117、軌道轉換機構113及第二軌道112，同時，藉由軌道轉換機構113可將封裝載體10由第一軌道111轉換至第二軌道112，再透過第二軌道112上之夾持機構12將封裝載體10傳送回封裝載體取放裝置15。晶圓載台13，設置於軌道裝置11之一側且鄰近軌道裝置11的黏晶區116，晶圓載台13承載包含有複數個晶粒131的晶圓130，每個晶粒131分屬於至少兩個晶粒等級。點膠裝置16設置於軌道裝置11之封裝載體點膠區116，在本實施例中，點膠裝置16的數量為兩個，可用以提供黏膠給位於封裝載體點膠區116之夾持機構12的封裝載體10上。晶粒取放裝置17設置於晶圓載台13與軌道裝置11之黏晶區117上方，用以將晶圓載台13上晶圓130中的晶粒131移動至位於黏晶區117之夾持機構12的封裝載體10上，由於此時封裝載體10上已有點膠裝置16所提供的黏膠，因此透過晶粒取放裝置17在放置晶粒131於封裝載體10上時，同時進行黏晶的製程。本發明進一步還包含有固化平台18，設置在軌道裝置11且鄰近於黏晶區117，可藉以將黏著完晶片的封裝載體10進行加熱或光照等固化程序。

請同時參考第1圖及第2圖，封裝載體收容裝置14，設置於軌道裝置11之一端，封裝載體收容裝置14包含有複數個彈匣141，每個彈匣141中可容置複數個封裝載體10。封裝載體取放裝置15，設置於軌道裝置11與封裝載體收容裝置14之間，包含雙軸移動平台151及與其連接之取放機構152，藉由雙軸移動平台151使取放機構152可在垂直平面上移動，同時，封裝載體取放裝置15可將封裝載體10藉由取放機構152自封裝載體收容裝置14中的彈匣141取出，並將封裝載體10移動至軌道裝置11上的夾持機構12。

在進行分級與黏晶製程時，封裝載體10首先是如前所述地自封裝載體 收容裝置14的彈匣141中，藉由取放機構152將之取出放置於雙軸移動平台151上。載有封裝載體10的雙軸移動平台151則移動至靠近軌道裝置11處，並將封裝載體10移動至軌道裝置11上的夾持機構12上。之後，載有封裝載體10的夾持機構12沿著軌道裝置11的第一軌道111，移動至封裝載體點膠區116。此時由點膠裝置16提供膠體給停留在封裝載體點膠區116的封裝載體10上，接著，夾持機構12再沿第一軌道111將封裝載體10移動至黏晶區117，晶粒取放裝置17自晶圓載台13上的晶圓130中，拾取出具有特定特性的晶粒131，再將具有特定特性的晶粒131放置到位於黏晶區117的封裝載體10上進行黏合。之後，夾持機構12再將黏有晶粒131的封裝載體10移動至固化平台18，透過固化平台18進行加熱、光照等固化程序，使晶粒131能穩固在封裝載體10上，接著，夾持機構12將封裝載體10移動至軌道轉換機構113，藉由軌道轉換機構113將封裝載體10移動至第二軌道112，接著封裝載體10夾持於夾持機構12上沿著第二軌道112移動至靠近封裝載體取放裝置15的一端，由封裝載體取放裝置15將黏固有晶粒131的封裝載體10自的第二軌道112的夾持機構12移動至彈匣141中。

請參考第3圖，在本發明半導體元件之整合式製造設備中，可進一步設置封裝載體堆疊裝置21及封裝載體抓取裝置22。封裝載體堆疊裝置21設置於軌道裝置11之一側且鄰近封裝載體點膠區116，封裝載體堆疊裝置21可堆疊容置複數個封裝載體10。封裝載體抓取裝置22，設置於封裝載體點膠區116與封裝載體堆疊裝置21之間，可用以將封裝載體10抓取至軌道裝置11上之夾持機構12，再藉由夾持機構12沿第一軌道111移動，以完成點膠及黏晶等製程。此外，本發明還可再進一步設置控制裝置19，控制裝置19可控制封裝載體取放裝置15自封裝在載體容置裝置14中的特定位置取出封裝載體10，再控制封裝載體取放裝置15將黏有晶粒131的封裝載體10置入原本取出的位置，或者另外特定的位置中。再更進一步地，本 發明尚設置有晶圓提籃升降機構31及晶圓移載機構32，其中，晶圓提籃升降機構31設置在晶圓載台13的一側，同時晶圓提籃升降機構31中可晶圓容置裝置(未圖示)，晶圓容置裝置可為晶舟或晶圓提籃，在晶圓容置裝置中可放置有多片的晶圓130，而晶圓移載機構32設置在晶圓提籃升降機構31與晶圓載台13之間，主要係用以將晶圓容置裝置中的晶圓130移載至晶圓載台13上，使晶粒取放裝置17能自晶圓載台13上的晶圓130拾取特定等級之晶粒131以進行後續製程，待拾取完特定等級之晶粒131後，再藉由晶圓移載機構32將晶圓130自晶圓載台13上移載至晶圓容置裝置中。

參考第4圖，為本發明半導體元件之整合式製造方法流程圖。首先如步驟401：提供封裝載體收容裝置，封裝載體收容裝置包含有複數個彈匣，各彈匣內可放置複數個封裝載體。如步驟402：提供封裝載體取放裝置，封裝載體取放裝置可將封裝載體自彈匣中取出。如步驟403：提供軌道裝置，包含第一軌道、第二軌道、與軌道轉換機構，軌道轉換機構可連結第一軌道及第二軌道，此外，軌道機構進一步設置有封裝載體點膠區及黏晶區。如步驟404：提供複數夾持機構，各夾持機構可於軌道裝置上移動。步驟405：封裝載體取放裝置自彈匣中取出封裝載體放置於夾持機構上，夾持機構夾持封裝載體移動至封裝載體點膠區。步驟406：提供點膠裝置，點膠裝置提供黏膠於位於封裝載體點膠區之封裝載體上。步驟407：夾持機構夾持封裝載體移動至黏晶區。步驟408：提供晶圓載台，晶圓載台承載晶圓，晶圓包含有複數個晶粒，晶粒分屬於至少兩個晶粒等級。步驟409：提供晶粒取放裝置，晶粒取放裝置自晶圓上拾取具有特定等級之晶粒放置於位於黏晶區之封裝載體上。步驟410：夾持機構夾持黏有晶粒之封裝載體移動至封裝載體取放裝置。步驟411：封裝載體取放裝置將黏有晶粒之該封裝載體移動至彈匣中。

本發明所述的半導體元件之整合式製造方法，在步驟409之後可進一 晶區之封裝載體上。步驟410：夾持機構夾持黏有晶粒之封裝載體移動至封裝載體取放裝置。步驟411：封裝載體取放裝置將黏有晶粒之該封裝載體移動至彈匣中。

本發明所述的半導體元件之整合式製造方法，在步驟409之後可進一步包含一固化程序，在軌道裝置鄰近黏晶區的位置可設有固化平台，藉以將晶粒穩固於封裝載體上。此外，本發明的半導體元件之整合式製造方法的步驟中，進一步包含控制裝置控制步驟405中的封裝載體取放裝置，自特定位置的彈匣中取出封裝載體，以及步驟411中的封裝載體取放裝置將封裝載體置入彈匣特定位置中。再者，本發明所述的半導體元件之整合式製造方法中，可再進一步包含晶圓載入及移出步驟，主要係藉由晶圓提籃升降機構及晶圓移載機構，將晶圓載入或移出晶圓載台，晶圓提籃升降機構用可容置晶圓容置裝置，晶圓容置裝置可為晶舟或晶圓提籃，在晶圓容置裝置中可承載複數片的晶圓，晶圓移載機構可自晶圓容置裝置中中將晶圓移載至晶圓載台，並自晶圓載台將晶圓移載至晶圓容置裝置中。

上述本發明半導體元件之整合式製造設備及其製造方法中所應用的封裝載體10，可為導線架或印刷電路板或陶瓷基板，在此並不加以限定。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之權利範圍；同時以上的描述，對於相關技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

10‧‧‧封裝載體

11‧‧‧軌道裝置

111‧‧‧第一軌道

112‧‧‧第二軌道

113‧‧‧軌道轉換機構

116‧‧‧封裝載體點膠區

117‧‧‧黏晶區

12‧‧‧夾持機構

13‧‧‧晶圓載台

130‧‧‧晶圓

131‧‧‧晶粒

14‧‧‧封裝載體收容裝置

141‧‧‧彈匣

15‧‧‧封裝載體取放裝置

151‧‧‧雙軸移動平台

152‧‧‧取放機構

16‧‧‧點膠裝置

17‧‧‧晶粒取放裝置

18‧‧‧固化平台

19‧‧‧控制裝置

21‧‧‧封裝載體堆疊裝置

22‧‧‧封裝載體抓取裝置

31‧‧‧晶圓提籃升降機構

32‧‧‧晶圓移載機構

第1圖，係本發明之半導體元件之整合式製造設備示意圖。

第2圖，係本發明封裝載體收容裝置及封裝載體取放裝置示意圖。

第3圖，係本發明之半導體元件之整合式製造設備示意圖。

第4A圖，係本發明之半導體元件之整合式製造方法流程圖。

第4B圖，係本發明之半導體元件之整合式製造方法流程圖。

10‧‧‧封裝載體

11‧‧‧軌道裝置

111‧‧‧第一軌道

112‧‧‧第二軌道

113‧‧‧軌道轉換機構

116‧‧‧封裝載體點膠區

117‧‧‧黏晶區

12‧‧‧夾持機構

13‧‧‧晶圓載台

130‧‧‧晶圓

131‧‧‧晶粒

14‧‧‧封裝載體收容裝置

15‧‧‧封裝載體取放裝置

16‧‧‧點膠裝置

17‧‧‧晶粒取放裝置

18‧‧‧固化平台

Claims (10)

1. 一種半導體元件之整合式製造設備，包括：一軌道裝置，包含第一軌道、第二軌道與軌道轉換機構，該軌道轉換機構設置於該第一軌道及該第二軌道之一端，用以連接該第一軌道及該第二軌道，該軌道裝置進一步設置有一封裝載體點膠區及一黏晶區；夾持機構，該夾持機構設置於該軌道機構上，該夾持機構可夾持一封裝載體，並分度移動至於該軌道裝置上之該封裝載體點膠區、該黏晶區、該軌道轉換機構及該第二軌道；一晶圓載台，設置於該軌道裝置之一側、且鄰近該黏晶區，該晶圓載台承載一晶圓，該晶圓包含有複數個晶粒，該等晶粒分屬於至少兩個晶粒等級；一封裝載體收容裝置，設置於該軌道裝置之一端，該封裝載體收容裝置包含有複數個彈匣，各彈匣內可放置複數個封裝載體；一封裝載體取放裝置，設置於該軌道裝置與該封裝載體收容裝置之間，該封裝載體取放裝置用以移動該封裝載體於該軌道機構及該封裝載體收容裝置的彈匣之間；至少一點膠裝置，設置於該軌道裝置之封裝載體點膠區，用以提供黏膠於該封裝載體點膠區之該夾持機構的封裝載體上；以及一晶粒取放裝置，設置於該晶圓載台與該軌道裝置之黏晶區上方，用以將該晶圓載台上的晶粒移動至位於該黏晶區之該夾持機構的封裝載體上。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的半導體元件之整合式製造設備，其中該封裝載體取放裝置包含一雙軸移動平台及與其連接之一取放機構，藉此使該取放機構於一垂直平面上移動。
3. 依據申請專利範圍第1項所述的半導體元件之整合式製造設備，進一步包含一固化平台，設置於該軌道裝置且鄰近該黏晶區，藉以將封裝載體及黏著於其上的晶粒施以一固化程序。
4. 依據申請專利範圍第1項所述的半導體元件之整合式製造設備，進一步包含一封裝載體堆疊裝置及一封裝載體抓取裝置，該封裝載體堆疊裝置設置於該軌道裝置之一側，該封裝載體堆疊裝置堆疊有複數個封裝載體，該封裝載體抓取裝置設置於該封裝載體點膠區與該封裝載體堆疊裝置之間，用以將封裝載體移動至該軌道裝置上之夾持機構。
5. 依據申請專利範圍第1項所述的半導體元件之整合式製造設備，進一步包含有一控制裝置，該控制裝置控制該封裝載體取放裝置自封裝載體容置裝置之特定位置取出及置入該封裝載體。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之半導體元件之整合式製造設備，進一步包含有一晶圓提籃升降機構及一晶圓移載機構，該晶圓提籃升降機構設置於該晶圓載台之一側，該晶圓載機構設置於該晶圓提籃升降機構及該晶圓載台之間。
7. 一種半導體元件之整合式製造方法，包括：提供一封裝載體收容裝置，該封裝載體收容裝置包含有複數個彈匣，各彈匣內可放置複數個封裝載體；提供一封裝載體取放裝置，該封裝載體取放裝置用以將封裝載體自該彈匣中取出；提供一軌道裝置，該軌道裝置包含第一軌道、第二軌道、與軌道轉換機構，該軌道轉換機構用以連結第一軌道及第二軌道，該軌道裝置進一步設置有一封裝載體點膠區及一黏晶區；提供一夾持機構，該夾持機構設置於該軌道機構上，該夾持機構可夾持一封裝載體，並分度移動至於該軌道裝置上之該封裝載體點膠區、該黏晶區、該軌道轉換機構及該第二軌道；該封裝載體取放裝置自該彈匣中取出封裝載體放置於該夾持機構上，該夾持機構夾持該封裝載體移動至該封裝載體點膠區；提供至少一點膠裝置，該點膠裝置提供黏膠於位於該封裝載體點膠區之該封裝載體上； 該夾持機構承載該封裝載體移動至該黏晶區；提供一晶圓載台，該晶圓載台承載一晶圓，該晶圓包含有複數個晶粒，該晶粒分屬於至少兩個晶粒等級，提供一晶粒取放裝置，該晶粒取放裝置自該晶圓上拾取具有特定等級之該晶粒，再放置於位於該黏晶區之封裝載體上；該夾持機構夾持黏有該晶粒之該封裝載體移動至該封裝載體取放裝置；以及該封裝載體取放裝置將黏有該晶粒之該封裝載體移動至該彈匣中。
8. 依據申請專利範圍第7項所述的半導體元件之整合式製造方法，進一步包含一固化程序，該軌道裝置鄰近該黏晶區設有一固化平台，藉以將該晶粒穩固於該封裝載體上。
9. 依據申請專利範圍第7項所述的半導體元件之整合式製造方法，進一步包含藉由一控制裝置控制該封裝載體取放裝置自該封裝載體容置裝置特定位置，取出及置入該封裝載體。
10. 依據申請專利範圍第7項所述的半導體元件之整合式製造方法，進一步包含一晶圓載入及移出步驟，包括提供一晶圓提籃升降機構及一晶圓移載機構，該晶圓提籃升降機構用以容置一晶圓容置裝置，該晶圓容置裝置內承載複數片晶圓，該晶圓移載機構自該晶圓容置裝置中將該晶圓移載至該晶圓載台，並自該晶圓載台將該晶圓移載至該晶圓容置裝置中。