TWI512854B - 黏晶裝置以及利用此裝置的半導體晶粒的破損檢測方法 - Google Patents

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Description

黏晶裝置以及利用此裝置的半導體晶粒的破損檢測方法
本發明是有關於一種對進行黏晶的半導體晶粒的裂紋或缺損等破損進行檢測的黏晶裝置的構造、及利用黏晶裝置的半導體晶粒的破損檢測方法。
多使用黏晶機來作為將半導體晶粒黏晶在導線架等電路基板上的裝置。黏晶機包括：自切晶(dicing)後的晶圓拾取半導體晶粒的拾取平台，以及將自晶圓拾取的半導體晶粒黏晶於電路基板的黏晶平台，並藉由作為黏晶工具的夾頭(collet)來進行半導體晶粒的拾取與黏晶。更詳細而言，夾頭在前端吸附半導體晶粒而自拾取平台上的晶圓拾取半導體晶粒，並將半導體晶粒移送至黏晶平台上的電路基板的黏晶位置為止，將所吸附的半導體晶粒推壓至電路基板的黏晶位置而進行半導體晶粒的黏晶(例 如，參照專利文獻1)。
在黏晶時，必須正確地對準半導體晶粒的位置與電路基板的黏晶位置，因而提出有如下方法：例如在藉由夾頭將半導體晶粒自拾取平台上移送至黏晶平台上為止時，獲取吸附於夾頭前端的半導體晶粒的圖像，並基於半導體晶粒的對準標記(alignment mark)來修正半導體晶粒與電路基板的相對位置的偏移(例如參照專利文獻2)。
而且，提出有如下方法：經由L字狀的連接構件將具有鏡面與矩形狀的貫通孔的基準構件固定在半導體晶粒的移載頭，當藉由移載頭搬送半導體晶粒時，獲取對半導體晶粒進行攝像所得的第1圖像資料與對基準構件進行攝像所得的第2圖像資料，將該2個圖像資料重合在一起，檢測半導體晶粒相對於基準構件的位置，並根據檢測結果來修正半導體晶粒搭載於半導體晶粒的電路基板的位置(例如參照專利文獻3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]WO2005/029574
[專利文獻2]日本專利特開2010-040738號公報
[專利文獻3]日本專利特開2007-115851號公報
然而，如專利文獻1所記載般，在自晶圓片剝離半導體晶粒而拾取半導體晶粒時，因為使半導體晶粒變形，有時在拾取 時薄的半導體晶粒會裂開。專利文獻1中雖記載了在拾取時不會導致半導體晶粒破損的夾頭、拾取方法，但對於在拾取時半導體晶粒裂開的情況的應對並未記載。而且，專利文獻2、專利文獻3中，雖然記載了在黏晶前對吸附固定於夾頭的半導體晶粒的位置進行檢測，而正確地將半導體晶粒黏晶於電路基板的規定位置，但對於吸附於夾頭的半導體晶粒出現破損的情況的應對並未記載。因此，專利文獻1至專利文獻3所記載的習知技術的黏晶機中，即便在拾取時半導體晶粒破損亦直接黏晶於電路基板上，從而存在引起藉由黏晶機製造的半導體裝置的不良這樣的問題。
而且，近年來，半導體晶粒的厚度變薄，其厚度薄膜化成15μm至50μm左右。當利用夾頭來吸附如此薄的半導體晶粒時，有時半導體晶粒的一部分會自夾頭的吸附面浮起或彎曲。此時，若利用專利文獻2、專利文獻3記載的方法來獲取半導體晶粒的圖像，則由於自半導體晶粒的吸附面的浮起或彎曲而圖像的明度連續地發生變化，因而存在難以根據圖像來判別半導體晶粒的損傷的問題。
因此，本發明的目的在於在黏晶裝置中，有效地抑制破損的半導體晶粒被黏晶，從而提高藉由黏晶裝置製造的半導體裝置的品質。
本發明的黏晶裝置的特徵在於包括：照相機，對整體圖 像進行攝像，上述整體圖像包括吸附半導體晶粒的夾頭的吸附面圖像及吸附於夾頭的半導體晶粒的圖像；以及圖像處理部，對藉由照相機而獲取的各圖像進行處理，且圖像處理部包括：圖像區域劃定元件，根據夾頭的吸附面圖像與半導體晶粒的圖像的明度差、及半導體晶粒的基準圖像，來劃定整體圖像中的半導體晶粒的圖像區域；以及破損檢測元件，對藉由圖像區域劃定元件而劃定的半導體晶粒的圖像區域內進行掃描，在掃描方向上的明度的變化比例為規定的臨限值以上的情況下，判斷為半導體晶粒的破損。
本發明的黏晶裝置中，亦較佳破損檢測元件在藉由圖像劃定元件而劃定的半導體晶粒的圖像區域的內側設定檢查區域，並對檢查區域內進行掃描。
本發明的利用黏晶裝置的半導體晶粒的破損檢測方法，包括：圖像獲取步驟，對整體圖像進行攝像，上述整體圖像包括吸附半導體晶粒的夾頭的吸附面圖像及吸附於夾頭的半導體晶粒的圖像；圖像區域劃定步驟，基於夾頭的吸附面圖像與半導體晶粒的圖像的明度差、及半導體晶粒的基準圖像，來劃定整體圖像中的半導體晶粒的圖像區域；以及半導體晶粒的破損檢測步驟，對藉由圖像劃定步驟而劃定的圖像區域內進行掃描，在掃描方向上的明度的變化比例為規定的臨限值以上的情況下，判斷為半導體晶粒的破損。
本發明的利用黏晶裝置的半導體晶粒的破損檢測方法中，亦較佳為破損檢測步驟是在藉由圖像劃定步驟而劃定的半導體晶粒的圖像區域的內側設定檢查區域，並對檢查區域內進行掃描。
本發明在黏晶裝置中實現如下效果：有效地抑制破損的半導體晶粒被黏晶，從而提高藉由黏晶裝置製造的半導體裝置的品質。
10‧‧‧黏晶頭
12‧‧‧黏晶平台
13‧‧‧導軌
14‧‧‧電路基板
15‧‧‧黏晶位置
19‧‧‧分配單元
20‧‧‧夾頭
21‧‧‧夾頭本體
22‧‧‧吸附槽
23‧‧‧夾頭支架
24‧‧‧軸
25‧‧‧夾頭柄
26‧‧‧吸附面
27‧‧‧孔
29‧‧‧中心線
30‧‧‧背面照相機
35‧‧‧監視器
40‧‧‧半導體晶粒
41‧‧‧實際半導體晶粒
42‧‧‧模型半導體晶粒
43‧‧‧檢查區域
44‧‧‧邊界線
45‧‧‧左上基準圖像
46‧‧‧右下基準圖像
48‧‧‧裂紋
50‧‧‧拾取平台
60‧‧‧晶圓
70‧‧‧整體圖像
73‧‧‧基準圖像框
74‧‧‧標線
75、76‧‧‧箭頭線
80‧‧‧圖像處理部
81‧‧‧中央處理單元(CPU)
82‧‧‧記憶部
83‧‧‧圖像獲取程式
84‧‧‧圖像區域劃定程式
85‧‧‧破損檢測程式
86‧‧‧圖像資料
87‧‧‧背面照相機介面
88、92‧‧‧資料匯流排
89‧‧‧監視器介面
90‧‧‧控制部
91、93‧‧‧信號線
100‧‧‧黏晶機
110‧‧‧分配區
120‧‧‧黏晶區
P1、P2、P3、P4、P5、P6‧‧‧位置
S101~S105、S201~S213‧‧‧半導體晶粒的破損檢測方法的各步驟
圖1是繪示本發明的實施形態的黏晶機的構成的系統圖。
圖2(a)~圖2(d)是繪示本發明的實施形態的黏晶機的動作的說明圖。
圖3是繪示本發明的實施形態的黏晶機的基準圖像登記動作的流程圖。
圖4是繪示本發明的實施形態的黏晶機的破損檢測動作的流程圖。
圖5是繪示本發明的實施形態的黏晶機的基準圖像的取出動作的說明圖。
圖6是繪示本發明的實施形態的黏晶機的圖像區域劃定動作的說明圖。
圖7是繪示本發明的實施形態的黏晶機的圖像區域劃定動作 的說明圖。
圖8是繪示本發明的實施形態的黏晶機的檢查區域的設定動作的說明圖。
圖9是繪示本發明的實施形態的黏晶機的對檢查區域的掃描的說明圖。
圖10是繪示本發明的實施形態的黏晶機的破損檢測時的明度相對於掃描方向的變化的說明圖。
圖11是繪示本發明的實施形態的黏晶機的破損檢測時的明度相對於掃描方向的變化的說明圖。
以下，關於本發明的較佳的實施形態，一邊參照圖式一邊說明本發明的實施形態。另外，以下，雖然對將本發明適用於黏晶裝置中的黏晶機的情況下的實施形態進行說明，但本發明不限於黏晶機，例如亦可適用於倒裝晶片接合機(flip chip bonder)等其他形式的黏晶裝置。如圖1所示，本實施形態的黏晶機100包括分配區110、黏晶區120、以及導軌13，其中導軌13通過分配區110、黏晶區120各區而延伸且將電路基板14在搬送方向上進行導引。電路基板14由導軌13導引而被移送至分配區110，且藉由分配單元19而在電路基板14中的半導體晶粒40的黏晶位置15塗佈黏著劑。塗佈了黏著劑的電路基板14沿著導軌13而被搬送至黏晶區120的黏晶平台12上為止。此處，電路基板14吸附 固定於黏晶平台12上，且藉由配置於黏晶平台12的內部的加熱器而加熱。
黏晶區120包括：使作為黏晶工具的夾頭20動作的黏晶頭10，以及拾取平台50，其中拾取平台50將切晶成棋盤格狀且將切斷得較細的方形的半導體晶粒40黏在背面層的狀態下的晶圓60加以固定。拾取平台50與黏晶平台12之間，配置著對吸附於夾頭20的半導體晶粒40的背面(下表面)進行攝像的背面照相機30。
本實施形態的黏晶機100包括：對藉由背面照相機30而獲取的圖像進行處理的圖像處理部80，及顯示圖像的監視器(monitor)35。圖像處理部80為電腦，包括於內部進行執行程式等資訊處理及運算的中央處理單元(Central Processing Unit，以下簡稱CPU)81、記憶部82、背面照相機介面87、及監視器介面89，其中CPU81、記憶部82、背面照相機介面87、監視器介面89利用資料匯流排88而連接。構成為利用信號線91而將背面照相機介面87與背面照相機30之間加以連接，利用信號線93而將監視器介面89與監視器35之間加以連接，從而可將由背面照相機30獲取的圖像資料輸入至圖像處理部80，並且可將圖像顯示於監視器35。記憶部82中分別儲存有以後進行說明的圖像獲取程式83、圖像區域劃定程式84、破損檢測程式85、圖像資料86。
而且，本實施形態的黏晶機100包括控制部90，其中控 制部90對分配區110的分配單元19的動作及黏晶區120的黏晶頭10的動作進行控制。控制部90與圖像處理部80同樣地為內部包含CPU及記憶部的電腦，且利用資料匯流排92而與圖像處理部80、分配區110、黏晶區120連接。
一邊參照圖2(a)~圖2(d)，一邊對本實施形態的黏晶機100的基本動作進行說明。如圖2(a)所示，作為安裝於黏晶頭10的黏晶工具的夾頭20，在拾取平台50上拾取半導體晶粒40。而且，如圖2(b)所示，夾頭20藉由黏晶頭10將半導體晶粒40移送至長邊方向的中心線29為背面照相機30的中心的位置。夾頭20移動至背面照相機30上為止之後，背面照相機30獲取半導體晶粒40的下表面(背面)的圖像，且如以後所說明般，對半導體晶粒40中有無裂紋等損傷進行檢查。在判斷為半導體晶粒40中無損傷的情況下，如圖2(c)所示，夾頭20藉由黏晶頭10而移動至黏晶平台12上為止，且在將吸附於夾頭20的半導體晶粒40的位置與電路基板14中的半導體晶粒40的黏晶位置15進行對準後，將半導體晶粒40推壓至電路基板14而進行黏晶。
如圖2(d)所示，夾頭20包括：橡膠製的夾頭本體21，在表面設置著吸附半導體晶粒40的吸附槽22；圓板狀且金屬製的夾頭支架23，安裝著夾頭本體21；自夾頭支架23延伸的軸24；以及固定著軸24的夾頭柄25。夾頭柄25安裝於黏晶頭10。在夾頭支架23、軸24的中心設置著與夾頭本體21的吸附槽22連通的 孔27，且連接至未繪示的真空裝置，藉此，對於半導體晶粒40而言，圖2(d)中是在夾頭本體21的成為下側的面的吸附面26吸附固定半導體晶粒40。
對藉由以上參照圖1、圖2(a)~圖2(d)說明的黏晶機而檢測半導體晶粒40的裂紋或缺損等破損的動作進行說明。對於進行破損檢測，在對吸附於夾頭20的吸附面26的半導體晶粒40進行攝像時，必須劃定所獲取的圖像中的表示半導體晶粒40的區域或圖像中的位置。因此，在進行實際的黏晶前，必須使用模型半導體晶粒來事先登記基準圖像。以下，一邊參照圖3及圖5一邊對基準圖像的登記動作進行說明。
如圖3的步驟S101所示，圖1所示的控制部90如圖2(a)所示，使黏晶頭10動作而使安裝於黏晶頭10的夾頭20移動至拾取平台50，從而使圖5所示的模型半導體晶粒42吸附於夾頭20。模型半導體晶粒42為與實際進行黏晶的圖6以後所示的實際半導體晶粒41具有相同形式、大小的半導體晶粒40，且事先確認無裂開或缺損等破損。在使模型半導體晶粒42吸附於夾頭20的吸附面26的情況下，例如，理想的是將模型半導體晶粒42放置於配置在拾取平台50上的板上，使其不發生變形而僅利用吸附進行拾取，從而在拾取時使得模型半導體晶粒42不會破損。
如圖3的步驟S102所示，在使模型半導體晶粒42吸附於夾頭20之後，如圖2(b)所示，使夾頭20移動至背面照相機 30的上側，如圖3的步驟S103所示，藉由背面照相機30而如圖5所示獲取包含模型半導體晶粒42、夾頭本體21、夾頭支架23的整體圖像70。整體圖像70可為背面照相機30的視野的圖像，亦可為顯示於監視器35的圖像。整體圖像70中，橡膠製的夾頭本體21作為黑色圖像而獲取，光反射的金屬平面即模型半導體晶粒42的表面與夾頭支架23的面則作為白色圖像而獲取。因此，操作人員如圖5所示，可根據整體圖像70的中的明度差而容易地利用目視來判斷整體圖像70中的模型半導體晶粒42的位置與區域。
操作人員如圖3的步驟S104所示，將與模型半導體晶粒42具有相同的形狀、大小，亦即與模型半導體晶粒42的設計尺寸的外形形狀相同的形狀的標線74(圖5中由一點鏈線表示的框線)對準於顯示在監視器35的整體圖像70中的模型半導體晶粒42的輪廓，並在監視器35的畫面上劃定模型半導體晶粒42的區域(圖3所示的模型半導體晶粒的圖像區域劃定步驟)。然後，操作人員在模型半導體晶粒42的左上的角部與右下的角部分別配置方形的基準圖像框73，接著如圖3的步驟S105所示，將基準圖像框73中捕捉到的基準圖像45、基準圖像46分別作為左上基準圖像45、右下基準圖像46而登記(基準圖像登記)。如圖5所示，左上基準圖像45中，模型半導體晶粒42的左上的角部進入圖像的右下側，右下基準圖像46中，模型半導體晶粒42的右下的角 部進入圖像的左上側。
在各左上基準圖像45、右下基準圖像46的登記結束後，黏晶機100依據圖4所示的流程圖，進行半導體晶粒40的黏晶。以下的說明中，與製作基準圖像中所使用的模型半導體晶粒42相區分地，作為實際半導體晶粒41而進行說明。如圖2(a)至圖2(b)所示，控制部90如圖4的步驟S201所示，藉由夾頭20而自吸附固定於拾取平台50上的晶圓60吸附一個實際半導體晶粒41，如圖4的步驟S202所示，移動至背面照相機30上為止。圖像處理部80執行圖像獲取程式83，如圖4的步驟S203所示，藉由背面照相機30獲取圖6所示的整體圖像70(圖像獲取步驟)。如先前說明般，整體圖像70中，橡膠製的夾頭本體21作為黑色圖像而獲取，光反射的金屬平面即實際半導體晶粒41的表面與夾頭支架23的面作為白色圖像而獲取。圖像處理部80執行圖像區域劃定程式84，如圖4的步驟S204所示，圖像處理部80將先前獲取的左上基準圖像45中的角部與整體圖像70的明度分佈進行對比而對其中的圖像一致的部位進行檢索。然後，如圖6所示，將實際半導體晶粒41的與左上的夾頭本體21之間的邊界線44和左上基準圖像45的角部的圖像(明度分佈)對準的位置認定為整體圖像70中的實際半導體晶粒41的左上角的位置。而且，對先前獲取的右下基準圖像46中的角部與整體圖像70中的邊界線44一致的部位進行檢索，將實際半導體晶粒41的與右下的夾頭本體 21之間的邊界線44和右下基準圖像46的角部的圖像(明度分佈)對準的位置認定為整體圖像70的實際半導體晶粒41的右下角的位置。然後，基於在所認定的各角部中位置，如圖7所示，劃定整體圖像70中的實際半導體晶粒41的位置與區域(圖7所示的白色的實際半導體晶粒41的區域)(圖像區域劃定步驟)。所劃定的實際半導體晶粒41的區域藉由左上的角部及右下的角部而劃定其位置，藉由模型半導體晶粒42或設計尺寸而劃定其區域的尺寸。
接著，圖像處理部80執行破損檢測程式85，如圖4的步驟S206、圖8所示，將劃定的實際半導體晶粒41的圖像區域的除周圍外的內側的部分設定為檢查區域43。檢查區域43位於實際半導體晶粒41的輪廓內側，例如，為實際半導體晶粒41的圖像區域的除了自周圍開始算起10像素左右的區域外的區域。
其次，圖像處理部80如圖4的步驟S207所示，在圖9所示的檢查區域43中進行掃描，而獲取掃描方向上的明度的變化並儲存於記憶部82中。掃描例如如圖9所示的箭頭線75所示沿著實際半導體晶粒41的橫方向，以1像素或數像素為1組而針對各像素或各組來獲取明度。而且，如圖9所示的箭頭線76所示，沿實際半導體晶粒41的縱方向掃描而獲取明度。如圖10所示，由箭頭線75所示的實際半導體晶粒41的橫方向的掃描，是在自實際半導體晶粒41的端面的位置P1稍微向內側進入的檢查區域43的一端的起點P2與自實際半導體晶粒41的相反側的端面的位 置P5稍微向內側進入的檢查區域43的另一端的終點P4之間進行。實際半導體晶粒41的表面光滑且良好地反射光，因而通常為白色圖像(明度高的圖像)，在無裂紋48的部分，明度不會急遽變化。然後，如圖4的步驟S208所示，如圖10的位置P3所示，在如掃描方向上的明度急速降低或急速上升的情況般，明度的掃描方向上的變化大到超過臨限值的程度的情況下，如圖4的步驟S209所示判斷為有裂紋48，且判斷夾頭20所吸附的實際半導體晶粒41中存在裂紋48。然後，如圖4的步驟S210所示，當圖像處理部80將停止黏晶機100的信號輸出至控制部90，則控制部90使黏晶機100停止。
如本實施形態般，藉由使檢查區域43位於比實際半導體晶粒41的圖像區域的邊界稍靠內側處，而降低將圖像區域的邊緣的明度的差識別為裂紋或裂開這樣的誤檢測，從而可正確地進行破損的檢測。
圖4的步驟S208中，在明度的變化並非為規定的臨限值以上的情況下，例如，如圖11所示，即便在實際半導體晶粒41自夾頭20的吸附面26稍微浮起這樣的狀態下，亦在進行由箭頭線75所示的實際半導體晶粒41的橫方向的掃描時，在如自圖11的位置P6至位置P4而明度緩慢變化的部分，判斷為無裂紋，因而在圖像中的明度中出現緩慢變化的情況下，不會當做有破損而使黏晶機100停止，從而實現生產性的提高。然後，如圖4的步驟 S211所示，若判斷為吸附於夾頭20的半導體晶粒中無破損，則圖像處理部80向控制部90發送黏晶的許可信號。控制部90如圖4的步驟S212所示，使接收該信號的黏晶頭10、夾頭20移動至黏晶平台12上為止，將實際半導體晶粒41的位置與電路基板14的半導體晶粒的黏晶位置15對準後，如圖4的步驟S213、圖2(c)所示，將實際半導體晶粒41推壓至電路基板14上而進行黏晶。
以上，如說明般，本實施形態的黏晶機100取得如下效果：有效地抑制破損的半導體晶粒41被黏晶，從而可提高藉由黏晶機100製造的半導體裝置的品質。
本發明並不限定於以上說明的實施形態，將對於不脫離藉由申請專利範圍規定的本發明的技術範圍的本質的全部變更及修正包括在內，例如，不限於黏晶機，亦可適用於倒裝晶片接合機等其他形式的黏晶裝置。
10‧‧‧黏晶頭
12‧‧‧黏晶平台
13‧‧‧導軌
14‧‧‧電路基板
15‧‧‧黏晶位置
19‧‧‧分配單元
20‧‧‧夾頭
30‧‧‧背面照相機
35‧‧‧監視器
40‧‧‧半導體晶粒
50‧‧‧拾取平台
60‧‧‧晶圓
80‧‧‧圖像處理部
81‧‧‧中央處理單元(CPU)
82‧‧‧記憶部
83‧‧‧圖像獲取程式
84‧‧‧圖像區域劃定程式
85‧‧‧破損檢測程式
86‧‧‧圖像資料
87‧‧‧背面照相機介面
88、92‧‧‧資料匯流排
89‧‧‧監視器介面
90‧‧‧控制部
91、93‧‧‧信號線
100‧‧‧黏晶機
110‧‧‧分配區
120‧‧‧黏晶區

Claims (4)

  1. 一種黏晶裝置，包括：照相機，對整體圖像進行攝像，上述整體圖像包括吸附半導體晶粒的夾頭的吸附面圖像及吸附於上述夾頭的上述半導體晶粒的圖像；以及圖像處理部，對藉由上述照相機而獲取的各圖像進行處理，且上述圖像處理部包括：圖像區域劃定元件，根據上述夾頭的吸附面圖像與上述半導體晶粒的圖像的明度差、及上述半導體晶粒的基準圖像，來劃定上述整體圖像中的上述半導體晶粒的圖像區域；以及破損檢測元件，對藉由上述圖像區域劃定元件而劃定的上述半導體晶粒的上述圖像區域內進行掃描，在掃描方向上的明度的變化比例為規定的臨限值以上的情況下，判斷為上述半導體晶粒破損。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的黏晶裝置，其中上述破損檢測元件在藉由上述圖像劃定元件而劃定的上述半導體晶粒的圖像區域的內側設定檢查區域，並對上述檢查區域內進行掃描。
  3. 一種利用黏晶裝置的半導體晶粒的破損檢測方法，包括：圖像獲取步驟，對整體圖像進行攝像，上述整體圖像包括吸附半導體晶粒的夾頭的吸附面圖像及吸附於上述夾頭的上述半導 體晶粒的圖像；圖像區域劃定步驟，基於上述夾頭的吸附面圖像與上述半導體晶粒的圖像的明度差、及上述半導體晶粒的基準圖像，來劃定上述整體圖像中的上述半導體晶粒的圖像區域；以及半導體晶粒的破損檢測步驟，對藉由上述圖像劃定步驟而劃定的上述圖像區域內進行掃描，在掃描方向上的明度的變化比例為規定的臨限值以上的情況下，判斷為上述半導體晶粒的破損。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的利用黏晶裝置的半導體晶粒的破損檢測方法，其中上述破損檢測步驟是在藉由上述圖像劃定步驟而劃定的上述半導體晶粒的圖像區域的內側設定檢查區域，並對上述檢查區域內進行掃描。
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