TWI451522B - Apparatus and method for removing crystal grains - Google Patents

Description

取放晶粒的裝置及方法

本發明係有關一種半導體製程使用的設備及方法，特別是關於一種取放晶粒的裝置及方法。

晶粒的測試與分選是半導體生產過程中的一項必要工序。以發光二極體(LED)的生產為例，晶圓切割後產生的LED晶粒經檢測機(prober)測試，得知每一晶粒的特性，例如主波長、發光強度、光通量、色溫、工作電壓、反向擊穿電壓等參數後，再將各個晶粒分成數個等級出貨。在這個分選過程中，晶粒取放裝置將晶粒一一取起，分裝到各個等級的收集盒(bin)中。

圖1係一種習知的晶粒取放裝置，擺臂12的前端裝置吸頭14，一般為彈性材質的吸頭或金屬材質的鋼嘴，其連接一真空吸管以提供吸力。吸頭14對準晶粒後，點對點位移裝置10控制擺臂12進行點對點垂直移動，使吸頭14下壓到晶粒上，多餘的下壓力道則由彈性裝置16吸收。這種晶粒取放裝置的缺點在於擺臂12僅能在固定的兩點之間移動，但每顆晶粒的高度及大小都不相同，擺臂12下降到固定點位置產生的下壓力量可能使吸頭14下壓過度，而且無法根據晶粒的大小調控下壓的力量，易對晶粒上的微結構造成損壞。此外，彈性裝置16通常以彈簧構成，且為了提供良好的壓力吸收能力，理想上希望能將彈簧設計的較 軟，但擺臂12除了做垂直移動之外，也必須做水平方向的移動，將取起的晶粒移動，放置到各收集盒，較軟的彈簧在水平移動時產生的晃動對擺臂12的定位有不良的影響。

圖2係另一種習知的晶粒取放裝置，吸頭26設置在擺臂24的前端，擺臂24接近末端的地方設有感測及彈性裝置22。在取放晶粒時，點對點位移裝置20同樣控制擺臂24在固定的兩點之間移動，感測及彈性裝置22用來吸收下壓時過大的力量，並判斷吸頭26對晶粒的下壓量是否足夠，以使點對點位移裝置20在吸頭26對晶粒的下壓量足夠後停止擺臂24的向下移動。圖3是感測及彈性裝置22的機構示意圖，吸頭26下壓的多餘力道由彈簧220吸收，而吸頭26下壓到晶粒造成的擺臂24上仰達到一定高度，例如300μm時，感測裝置222斷路，此時點對點位移裝置20停止擺臂24的下壓。這種晶粒取放裝置雖然使吸頭的下壓力量得到一定程度的控制，而且將彈簧從擺臂的前端移至接近其末端處，降低擺臂水平移動時造成的彈簧晃動，但是卻也產生新的問題。如圖3所示，以長度為150mm的擺臂，吸頭高度為6mm為例，在擺臂上仰達300μm的判斷標準時，吸頭26的水平位置也出現12μm的誤差。

圖4係晶粒取放裝置取放晶粒時的流程圖。晶圓在切割前會先貼到藍膜(blue tape)32上，藍膜具有黏性及韌性，用來固定晶圓的位置。晶圓切割成多個晶粒30後，再將藍膜撐開使晶粒30獨立，如圖4的第一步驟所示。當吸取晶粒30時，如第二步驟所示，可提供真空吸力的吸頭34下 壓在晶粒30上，然後如第三步驟所示，頂針36將藍膜32及晶粒30頂起，使藍膜32自晶粒30的底面撕下，降低藍膜32對晶粒30的黏性。在最後步驟中，吸頭34將晶粒30吸起。如前所述，每一晶粒30除了高低不相同以外，其大小亦不同，較大的晶粒30在被頂針36頂起時需要較大的下壓力道以維持晶粒30穩定，但習知晶粒取放裝置提供的下壓力道是固定的，無法在各步驟中做出相應調整。

本發明的目的之一，在於提出一種取放晶粒的裝置。

本發明的目的之一，在於提出一種取放晶粒的方法。

根據本發明，一種取放晶粒的裝置包括一位移控制裝置連接一擺臂，該擺臂的前端設有一吸頭。在取放晶粒時，該位移控制裝置對該擺臂提供一向上的力量，以減輕該晶粒遭受的力量。

根據本發明，一種取放晶粒的方法包括控制一擺臂的垂直移動，使該擺臂下降而取放一晶粒。其中，一向上的力量提供給該擺臂，以減輕該晶粒遭受的力量。

本發明改變擺臂下降的方式，提出一種精準控制擺臂下壓力道的晶粒取放裝置及方法，除了避免吸頭損傷晶粒，也不再需要在擺臂上設置彈性裝置或感測裝置，避免擺臂的晃動以及水平及垂直方向上的誤差。

圖5係本發明一實施例的示意圖，配合圖6的細部動作說明本發明的原理。位移控制裝置40連接擺臂42，擺臂42的前端裝有吸頭44，位移控制裝置40控制擺臂42的垂直移動，使吸頭44下降在晶粒46上。在本實施例中，位移控制裝置40對擺臂42採取至少兩階段的移動控制。在取起晶粒46時，先以第一階段模式操作，例如點對點位移控制，讓吸頭44以較快的速度下降到晶粒46上方的某個距離，然後進入第二階段模式，位移控制裝置40對擺臂42提供一個向上的力量F，以抵減擺臂42的重力，因而減輕吸頭44下壓在晶粒46上的力道。

在一實施例中，位移控制裝置40對擺臂42的移動控制係以音圈馬達(voice coil motor)來實現。音圈馬達工作產生的作用力

F=I×B×L，　　　(1) 其中，I是音圈馬達的工作電流，B是磁場，L是力矩。在磁場B及力矩L固定的狀況下，作用力F的大小及方向由電流I決定。藉由控制電流I的大小及方向，即可控制吸頭44下壓在晶粒46上的力道。

舉例來說，擺臂42與吸頭44的重量共40公克，如果讓擺臂42直接下壓在晶粒46上，將會有40公克的重力施加在晶粒46上。如果位移控制裝置40在第二階段模式時控制電流I，以提供30公克的向上力量F，然後下降擺臂42，則吸頭44將以僅10公克的重力下壓到晶粒46上，如此便可達到控制吸頭44下壓力道的目的。

較佳者，位移控制裝置40在吸頭44下降至晶粒46上以後，提供一額外的下壓力量F2，如圖6右側所示，以便在頂針頂起晶粒46時穩定晶粒46。

在其他實施例中，位移控制裝置40對擺臂42的移動控制也可以使用油壓、氣壓或其他裝置來實現。以音圈馬達、油壓、氣壓或其他裝置來控制擺臂42的移動係習知技術。

在吸頭44落至晶粒46上的過程中，位移控制裝置40對擺臂42提供的向上力量F，可以是固定的，也可以是變動的。圖7的左側顯示吸頭44向上的力量F與吸頭44及晶粒46之間的距離H之間的關係，如直線50所示，當吸頭44下降至距離晶粒46為H1時，位移控制裝置40提供固定的向上力量F給擺臂42，例如前面實施例所述的30公克，直到吸頭44落在晶粒46上。在另一實施例中，如曲線52所示，當吸頭44下降至距離晶粒46為H1時，位移控制裝置40開始提供向上的力量F給擺臂42，隨著吸頭44逐漸接近晶粒46，向上的力量F越來越大。圖7的右側顯示吸頭44下降的力量W與吸頭44與晶粒46之間的距離H之間的關係。如直線54所示，在吸頭44距離晶粒46達到H1以前，吸頭44下降的力量W是固定的，例如前面實施例所述的40公克，然後位移控制裝置40提供的向上力量F將減輕吸頭44下降的力量W。如果向上的力量F是固定的，例如直線50，即前面實施例所述的30公克，則吸頭44下降的力量W將如直線56所示，即前面實 施例所述的10公克。如果採取曲線52的向上力量F，則吸頭44下降的力量W將如曲線58所示，隨著吸頭44逐漸接近晶粒46而越來越小。使用變動的向上力量F可以儘可能減輕吸頭44對晶粒46下壓的力量，且縮短吸頭44下降至晶粒46上的時間。

位移控制裝置40可與半導體製程中的其他裝置結合。例如先由檢測機的掃瞄(scan)得知晶粒的大小，再根據晶粒的大小決定要提供的上提力量為多少，以適應不同大小的晶粒，提供不同的下壓力道。

由於吸頭下降的力道獲得精準控制，除了避免吸頭損傷晶粒，擺臂也不需要再設置彈性裝置或感測裝置，免除了彈性裝置在擺臂水平移動時的晃動以及感測裝置造成的滑移誤差，此外，擺臂前端的重量亦獲得減輕，使得擺臂的移動更加快速及定位更加精準。另外，因所需安裝的零組件減少，也使組裝方式減化，同時降低成本。

本發明之晶粒取放裝置可藉由在擺臂下降時開始計數，當擺臂下降超過一預設時間後，便判定吸頭已落至晶粒上，即以一計數器計算該擺臂下降時間。或者設置一距離感測器，偵測吸嘴下降的實際距離，並將該實際距離與吸嘴持續下降時應移動的預測距離相比較，如圖8所示，若吸頭下降至晶粒上，必需停止下降，因此，當實際距離與預測距離間的誤差超過一預設值後，便可以判定吸頭已下降到晶粒上。

圖5之實施例亦可以應用於在放置晶粒時，配合圖9 的細部動作圖說明之。在將晶粒46移置到萃盤(Tray)或收集盒60時，先以第一階段模式讓吸頭44以較快的速度下降到晶粒46的預定擺放位置上方的某個距離，然後進入第二階段模式，位移控制裝置40對擺臂42提供一個向上的力量F，以抵減擺臂42的重力，因而在擺臂42下降的過程中，減輕晶粒46下降至萃盤或收集盒60時遭受的力道。較佳者，在晶粒46下降至萃盤或收集盒60後，提供額外的下壓力量F2，然後解除吸頭44對晶粒46的吸力，升起擺臂結束晶粒46的擺放。較佳者，配合前述之計數器及距離感測器，判斷晶粒是否被擺放至預定位置。

本發明提出之取放晶粒的裝置及方法除了減少晶粒被取放時承受的力量，還可以確保晶粒放置的位置，避免擺臂升起時晶粒發生滑動或滾動。

本發明之取放晶粒的裝置及方法適用於半導體製程中任一取起或放置晶粒的步驟，例如自藍膜或萃盤取放晶粒。

10‧‧‧點對點位移裝置

12‧‧‧擺臂

14‧‧‧吸頭

16‧‧‧彈性裝置

20‧‧‧點對點位移裝置

22‧‧‧感測及彈性裝置

220‧‧‧彈簧

222‧‧‧感測裝置

24‧‧‧擺臂

26‧‧‧吸頭

30‧‧‧晶粒

32‧‧‧藍膜

34‧‧‧吸頭

36‧‧‧頂針

40‧‧‧位移控制裝置

42‧‧‧擺臂

44‧‧‧吸頭

46‧‧‧晶粒

48‧‧‧藍膜

50‧‧‧向上的力量

52‧‧‧向上的力量

54‧‧‧擺臂的重力

56‧‧‧落下的力量

58‧‧‧落下的力量

60‧‧‧萃盤或收集盒

圖1係習知晶粒取放裝置的示意圖；圖2係習知晶粒取放裝置的示意圖；圖3係圖2之彈性及感測裝置的示意圖；圖4係半導體製程中的晶粒吸取流程；圖5係本發明一實施例的示意圖；圖6係圖5之實施例的工作示意圖； 圖7係吸頭向上力量與吸頭及晶粒之間的距離的關係圖；圖8係吸頭下降的實際距離與預測距離間的關係圖；以及圖9係圖5之實施例應用於放置晶粒時的工作示意圖。

40‧‧‧位移控制裝置

42‧‧‧擺臂

44‧‧‧吸頭

Claims (36)

1. 一種取放晶粒的裝置，包括：一擺臂，其前端設有一吸頭；以及一位移控制裝置，連接該擺臂的末端，以控制該擺臂的垂直移動；其中，該位移控制裝置在控制該擺臂下降的過程中，對該擺臂提供一向上的力量，以減輕該晶粒遭受的力量；其中，該位移控制裝置係利用音圈馬達提供該向上的力量。
2. 如請求項1之裝置，其中該向上的力量在該吸頭下降至該晶粒上的過程中係固定的。
3. 如請求項1之裝置，其中該向上的力量在該吸頭下降至該晶粒上的過程中係變動的。
4. 如請求項1之裝置，其中該位移控制裝置在該吸頭下降至該晶粒後提供一下壓力量給該擺臂，以穩定該晶粒。
5. 如請求項1之裝置，更包括一距離感測器，感測該吸頭下降的距離，以供判斷該吸頭是否下降到該晶粒。
6. 如請求項1之裝置，更包括一計數器，計算該擺臂下降時間，以供判斷該吸頭是否下降到該晶粒。
7. 如請求項1之裝置，其中該向上的力量在該吸頭將該晶粒放置到一預定位置的過程中係固定的。
8. 如請求項1之裝置，其中該向上的力量在該吸頭將該晶粒放置到一預定位置的過程中係變動的。
9. 如請求項1之裝置，其中該位移控制裝置在該吸頭將該 晶粒放置到一預定位置後提供一下壓力量給該擺臂，以穩定該晶粒。
10. 如請求項1之裝置，更包括一距離感測器，感測該吸頭下降的距離，以供判斷該晶粒是否下降到一預定位置。
11. 如請求項1之裝置，更包括一計數器，計算該擺臂下降的時間，以供判斷該晶粒是否下降到一預定位置。
12. 一種取放晶粒的方法，包括：控制一擺臂的垂直移動；以及在該擺臂下降時，利用音圈馬達提供一向上的力量給該擺臂，以減輕該晶粒遭受的力量。
13. 如請求項12之方法，其中在該擺臂下降時，提供一向上的力量給該擺臂，以減輕該晶粒遭受的力量的步驟包括下降該擺臂，使該吸頭下壓該晶粒。
14. 如請求項13之方法，其中該向上的力量在該吸頭與該晶粒相距一預定距離內係固定的。
15. 如請求項13之方法，其中該向上的力量在該吸頭與該晶粒相距一預定距離內係變動的。
16. 如請求項13之方法，更包括在該吸頭下降至該晶粒後提供一下壓力量，以穩定該晶粒。
17. 如請求項13之方法，更包括感測該吸頭下降的距離，以判斷該吸頭是否下降到該晶粒。
18. 如請求項13之方法，更包括計算該擺臂下降的時間，以判斷該吸頭是否下降到該晶粒。
19. 如請求項12之方法，其中在該擺臂下降時，提供一向 上的力量給該擺臂，以減輕該晶粒遭受的力量的步驟包括下降該擺臂，使該吸頭將該晶粒放置到一預定位置。
20. 如請求項19之方法，其中該向上的力量在該晶粒與該預定位置相距一預定距離內係固定的。
21. 如請求項190之方法，其中該向上的力量在該晶粒與該預定位置相距一預定距離內係變動的。
22. 如請求項19之方法，更包括在該吸頭將該晶粒放置到該預定位置後提供一下壓力量，以穩定該晶粒。
23. 如請求項19之方法，更包括感測該吸頭下降的距離，以供判斷該晶粒是否下降至該預定位置。
24. 如請求項19之方法，更包括計算該擺臂下降的時間，以供判斷該晶粒是否下降到該預定位置。
25. 一種取放晶粒的方法，包括：控制一擺臂快速下降至該擺臂上的吸頭距離一晶粒一預定的距離；以及在該擺臂繼續下降時，利用音圈馬達提供一向上的力量給該擺臂，以減輕該吸頭下壓至該晶粒時的力量。
26. 如請求項25之方法，其中該向上的力量在該吸頭與該晶粒相距一預定距離內係固定的。
27. 如請求項25之方法，其中該向上的力量在該吸頭與該晶粒相距一預定距離內係變動的。
28. 如請求項25之方法，更包括在該吸頭下降至該晶粒後提供一下壓力量，以穩定該晶粒。
29. 如請求項25之方法，更包括感測該吸頭下降的距離， 以供判斷該吸頭是否下降到該晶粒。
30. 如請求項25之方法，更包括計算該擺臂下降的時間，以供判斷該吸頭是否下降到該晶粒。
31. 一種取放晶粒的方法，包括：控制一擺臂快速下降至該擺臂的吸頭上的晶粒與一預定位置相距一預定的距離；以及在該擺臂繼續下降時，利用音圈馬達提供一向上的力量給該擺臂，以減輕該晶粒被擺放至該預定位置時遭受的力量。
32. 如請求項31之方法，其中該向上的力量在該晶粒與該預定位置相距一預定距離內係固定的。
33. 如請求項31之方法，其中該向上的力量在該晶粒與該預定位置相距一預定距離內係變動的。
34. 如請求項31之方法，更包括在該吸頭將該晶粒放置到該預定位置後提供一下壓力量，以穩定該晶粒。
35. 如請求項31之方法，更包括感測該擺臂下降的距離，以供判斷該晶粒是否下降到該預定位置。
36. 如請求項31之方法，更包括計算該擺臂下降的時間，以供判斷該晶粒是否下降到該預定位置。