TWI525718B - 晶粒拾取與放置之系統及方法 - Google Patents

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Description

晶粒拾取與放置之系統及方法
本發明係有關一種配製供在元件組裝製程中拾取與放置元件之操縱器裝置。
一元件放置的範例係屬於晶粒放置的領域。在目前針對快速(每秒晶粒數)與準確性(10微米)放置晶粒在基材上而設計的目前黏晶設備中，準確性係取決於許多的機器參數。實現準確放置的策略通常如下所述：
1.　一黏結頭是由一下視相機(檢視基材)與一拾取工具所組成。
2.　從一施體基片(例如晶圓)拾取一晶粒。
3.　移動晶粒至一上視相機，以測量晶粒與拾取工具有關的方向，及修正任何欠對準。
4.　移動黏結頭至基材上的放置位置。利用相機的影像取得黏結頭的位置資訊。
5.　移動黏結頭，以將晶粒置於該放置位置上。
6.　放置晶粒。
當工具與相機不能在黏結頭上的相同位置時，需要步驟5。所以測量放置位置後，在可能無法確認位置過程中及其後，需要一步驟。基於相機單元與工具的大小，此「盲」步驟約5至10cm(公分)長。此「盲」步驟的準確性取決於軸承與度量的準確性，且需複雜的校正方案。如此，實際上，整體放置準確性可能仍太低，需更進一步減少放置誤差。
根據本發明的一態樣，提供一種配置供在元件組裝製程中拾取及放置元件之操縱器裝置，包括：一Z行程，其配置供沿著與一放置位置有關的Z軸，放置元件在基材上；一致動系統，其配置供對準與該放置位置有關的元件；一拾取頭，其配置在該Z行程上，以拾起一元件及將其放置在該放置位置上；及一對準系統，其耦合至該致動系統；其中該對準系統包括：一影像偵測系統，其配置在第一軸外位置(在圖2的A)，配置上供接收來自該元件的光。該對準系統更包括：一成像系統，其包含一弧形凹球面鏡，其配置在第二軸外位置(B)；一折疊反射鏡，其配置在一光路徑，供將光路徑折至第三軸外位置(C)；及一弧形凸球面鏡，其配置在第三軸外位置(C)，其有一彎曲，以成像該元件在影像偵測系統上。該成像系統係修正供成某角度的影像偵測。因此，該元件的整個視野將聚焦在影像偵測系統。
藉由以一光源取代相機、或耦合光與一光束分離器，供成像元件的光學亦可用於元件的照明。
請即參考圖1，提議一晶粒操縱器裝置(1)，其在技術中已知為「黏結頭」，其具有一光學系統，用於提供晶粒(2)與基材(6)的並排視覺且放置在相同位置。藉由此系統，放置位置(5)可利用已在需要放置位置的晶粒(2)加以測量。藉由可檢視晶粒下方的一光學系統，可移除上述「盲」步驟5。其多少是一「瞄準與衝程」原理，其中在偵測後，不需致動器(3)的額外XY運動。唯一的運動係供用於Z行程(4)的實際放置。此運動可機械重覆性達成。因此，放置準確性不再取決於機器準確性。注意，CN1738526揭示一固定的相機配置，經由一半透明鏡面，在一角度下，可同時成像一晶粒與一放置位置在基材上。不過，成某角度的相機位置包括不能容易解決的聚焦需求深度。此外，在該晶粒與放置位置的發表中揭示的同時相機配准仍會引起認為較高的放置誤差。
因此，放置準確性可免除機器準確性，以致藉由選擇一更準確視覺感應器使系統依比例決定能有較高的準確性。此外，相較於非並列的測量系統，可減少校正必要措施。圖1顯示一共軸視覺系統的結構。影像偵測系統(9)是在與工具形成一角度下放置。藉由使用一半透明鏡面(10)或光束分離器，一相機可用來檢視基材(6)的頂端與晶粒的底部二者。為了減少在兩視覺間的交叉影響，可添加一光閘，以在基材與晶粒視覺間切換。不過，亦可使用單獨的對準系統以成像放置位置(5)與晶粒(2)。此外，當晶粒尺寸遠大於相機的視野時，可添加第二相機(90)，以提高在垂直Z軸周圍的旋轉測量準確性。因此，揭露一操縱器裝置(1)，其配置供在元件組裝製程中拾取及放置元件，其包括：一Z行程(4)，其配置供沿著與一放置位置(5)有關的Z軸以放置在一基材(6)上；一致動系統(3)，其配置供對準與放置位置(5)有關的元件(2)；一拾取頭(7)，其配置在Z行程(4)，以拾取一元件(2)且將其放置在該放置位置(5)上；及一對準系統(8)，其耦合至致動系統(3)；其中該對準系統(8)包括：一影像偵測系統(9)，其配置在第一軸外位置A且接收來自該放置位置(5)的光。該致動系統大體上可使用任何座標參考，且通常針對在Z軸平面的運動而設計。一範例是一XY致動器，以控制在一線性Z行程定義一Z方向的參考機構中的XY與R(XYZ)運動。
該機器整備允許對準晶粒與基材(6)，使得在放置動作過程不需在基材(6)平面上進一步動作。將晶粒放置在基材(6)上的唯一必要動作是Z運動。例如藉由在一透明基材(6)上執行虛擬放置可校正此Z運動。此一透明基材(6)(具參考標誌)允許利用在下面的一相機確認實際的放置。透明基材可放置在機器中的專屬位置，允許在一般晶粒放置間進行確認測量。基於此校正，可計算在真正基材(6)上的精確位置。藉由利用第二Z行程，利用第二Z致動器可在基材(6)的局部高度上改變放置動作的Z定位，不需改變Z致動器(4)放置行程的機械式Z定位。此外，這些Z致動器之任何一者可用於聚焦影像在影像偵測器上。
圖2更詳細提供在圖1參考的對準系統(8)。對準系統(8)包括一成像系統(11)，其包含一史瓦西(Schwarzschild)放大物鏡，其可修改在一角度下成像一物面。根據本發明的一態樣，該成像系統(11)包括：一弧形凹球面鏡(13)，其配置在第二軸外位置B；一折疊反射鏡(14)，用於將光路徑折至第三軸外位置C；及一弧形凸球面鏡(15)，其配置在第三軸外位置C，其有一彎曲，以成像該中心位置(5)在影像偵測系統(9)上。
在一角度下檢驗會造成影像以聚焦距離的函數形成變化。因此，聚焦距離的重覆性係很重要。聚焦重覆性能以一些方式達成：
1.　專注在影像對比，需小的聚焦深度(高NA值)
2.　投射一或多個(雷射)點、線、或其他圖案在晶粒與基材上的三角測量法
3.　利用兩或多個相機觀察晶粒與基材上相同區域的三角測量法
4.　瞳遮罩
5.　干涉測量技術
6.　共焦技術
如前述，在晶粒尺寸大於相機視場的情況，第二相機(90)可用來提高旋轉準確性。大體上，不過只有一台相機可在相同聚焦距離上以高重覆性加以放置。第二相機(90)的聚焦距離變動會在一方向導致增加測量錯誤。此仍然允許垂直於此方向的準確位置測量。兩相機將可一起測量三個參數，足以測量在垂直軸周圍的側面位置與旋轉。
雖然原則上，弧形可完全延伸在Z軸周圍，但藉由一半環形部之弧形可獲得一晶粒(2)操縱器裝置(1)之小型設計。
圖3顯示簡化設計之一具第二折疊反射鏡(17)的具體實施例。此外，一半透明鏡面(10)配置在影像偵測系統(9)與放置位置(5)間的一光路徑，所以放置位置(5)與元件(2)實質一致成像在影像偵測系統(9)。方便地係，元件(2)係以Z行程(4)的Z致動帶入焦點。此外，為了進一步提高系統效能，晶粒與基材位置最好個別成像。為了這個目的，在中心位置(5)的光路徑中，一光閘(16)可提供，且在晶粒的光路徑中，一光閘(16)可提供。
使用上，操縱器裝置的操作可如下所示：
1.　從一施體基材(例如晶圓)拾取一晶粒
2.　如果不需要校正，繼續步驟11
3.　利用將只用在再現性的Z行程，將晶粒帶入焦點
4.　利用影像偵測系統測量晶粒的位置與方位
5.　移動晶粒至校正基材
6.　利用另一Z行程，將基材帶入焦點
7.　利用影像偵測系統測量校正基材的位置與方位
8.　利用將只用在再現性的Z行程，將晶粒放置在校正基材上
9.　在校正基材下，利用相機測量放置的結果，及計算需要的修正值供未來放置
10.　從校正基材舉起晶粒
11.　利用影像偵測系統測量晶粒的位置與方位
12.　移動晶粒至基材的放置位置
13.　利用另一Z行程，將基材帶入焦點
14.　利用影像偵測系統測量基材的位置與方位
15.　如果必要，經由X、Y與旋轉致動器調整晶粒的位置或方位
16.　利用將只用在再現性的Z行程，將晶粒放置在基材上
雖然本發明已在圖式與前面的描述中詳細舉例及描述，但此實例與描述只是示例或示範性而不是限制；本發明未侷限於在此揭示的具體實施例。特別地係，雖然揭示的具體實施例為一沒有光學倍率的折疊反射鏡，但是包括一光學倍率的折疊反射鏡之具體實施例認為是在本發明的範疇內。此外，揭示範例的元件是在晶粒放置製程序中的晶粒，像似表面安裝器件、MEMS器件等需高度準確性之其他放置系統可放置，不致悖離本發明的範疇。實施申請專利發明領域技術人士可從圖式、揭示、與文後申請專利範圍的研究瞭解揭示具體實施例的其他變化。在說明書中，用詞「包括」未排除其他元件或步驟，且「一」未排除複數個。單一單元可實現在申請專利範圍引用的一些項目功能。某些措施引用在彼此不同附屬請求項的不爭事實係未表明這些措施的組合不能發揮效益。在申請專利範圍的任何參考符號應不認為限制本發明的範疇。
1．．．晶粒操縱器裝置
2．．．晶粒
3．．．致動器
4．．．Z行程
5．．．放置位置
6．．．基材
7．．．拾取頭
8．．．對準系統
9．．．影像偵測系統
10．．．半透明鏡面
11．．．成像系統
13．．．弧形凹球面鏡
14．．．折疊反射鏡
15．．．弧形凸球面鏡
16．．．光閘
17．．．第二折疊反射鏡
90．．．第二相機
圖1顯示機器整備中的影像偵測系統示意圖；
圖2顯示在圖1參考的成像系統具體實施例詳細視圖；及
圖3顯示根據另一態樣的具體實施例。
5．．．放置位置
9．．．影像偵測系統
11．．．成像系統
13．．．弧形凹球面鏡
14．．．折疊反射鏡
15．．．弧形凸球面鏡

Claims (5)

  1. 一種配置供在元件組裝製程中拾取與放置元件之操縱器裝置(1)，其包括：一Z行程(4)，其配置供沿著與一放置位置(5)有關的Z軸放置元件在基材(6)上；一致動系統(3)，其配置供對準與該放置位置(5)有關的元件(2)；一拾取頭(7)，其配置在該Z行程(4)上，以拾取一元件(2)及將其放置在該放置位置(5)上；及一對準系統(8)，其耦合至該致動系統(3)；其中該對準系統(8)包括：一影像偵測系統(9)，其配置在第一軸外位置(A)，配置上供接收來自該放置位置(5)與該元件(2)的光；及一成像系統(11)，其包括一弧形凹球面鏡(13)，其配置在第二軸外位置(B)及置中，其與該放置位置(5)有關；一折疊反射鏡(14)，其配置在該凹球面鏡(13)與該放置位置(5)間的一光路徑，供將該光路徑折至第三軸外位置(C)；及一弧形凸球面鏡(15)，其配置在第三軸外位置(C)，其有一彎曲，以在該影像偵測系統(9)上成像該放置位置(5)與該元件(2)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之元件(2)操縱器裝置，其中該弧形是半圓形。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之元件(2)操縱器裝置，其更包括一半透明鏡面或分光稜鏡(10)，其配置在該影像偵測系統(9)與該放置位置(5)之間的一光路徑，使得該放置位置(5)與該元件(2)實質一致成像在該影像偵測系統(9)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之元件(2)操縱器裝置，其中在該中心位置(5)的光路徑中，提供一光閘(16)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之元件(2)操縱器裝置，其中在該晶粒的光路徑中，提供一光閘(16)。
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