TWI545663B - 接合裝置以及接合方法 - Google Patents

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Description

接合裝置以及接合方法
本發明是有關於一種將晶片(chip)接合於基板上的接合(bonding)裝置以及接合方法。
作為使半導體元件等晶片接合於基板上的接合裝置，以往已知有晶粒接合(die bonding)裝置、覆晶接合(flip chip bonding)裝置等。所述接合裝置中，利用筒夾(collet)等接合工具(bonding tool)保持並移動晶片，而接合於基板上。此處，為了高精度地進行接合，要求在接合前確認由接合工具拾取(pickup)的晶片相對於接合工具的位置、所述晶片的狀況(有無裂紋(crack)或污染等)。因此，以往，在晶粒接合裝置等中，在接合工具的移動路徑的正下方位置，設置有對已拾取晶片的接合工具進行拍攝的底部相機(bottom camera)，基於由所述底部相機所拍攝的圖像，而確認晶片相對於接合工具的位置、晶片的狀況。
另外，為了高精度地進行接合，亦要求準確檢測出位於基板上的晶片的安裝位置。因此，以往亦提出有在接合工具的附近，設置朝向作業面側的位置檢測用相機，利用所述位置檢測用相機對基板上的晶片安裝部進行拍攝，基於所獲得的圖像對晶片 安裝部的位置進行檢測。一部分中，提出有將所述位置檢測用相機與接合工具隔開規定偏移(offset)量地配置於接合頭(bonding head)。在所述接合裝置中，接合工具與位置檢測用相機的偏移量會因溫度變化或磨耗的經年變化等而發生變化。此種偏移量的變化會導致接合位置的誤差。
因此，專利文獻1~專利文獻6等中揭示有用於檢測偏移量的技術。例如，在專利文獻1中揭示有如下技術：在對接合零件的位置進行偵測的位置偵測用相機與進行接合的工具經偏移的接合裝置中，使位置偵測用相機移動至參考(reference)構件的上方，對參考構件與位置偵測用相機的位置關係進行測定，且依照預先記憶的偏移量使工具在參考構件上移動，並利用底部相機對參考構件與工具的位置關係進行測定，基於該些測定結果而求出準確的偏移量。
另外，在專利文獻2中揭示有使用相機內的攝像元件作為參考構件的技術。另外，在專利文獻3、專利文獻4中揭示有如下技術：為了修正相機間距的偏差、偏移量，有別於位置檢測用相機及底部相機而設置專用的相機。進而，在專利文獻5、專利文獻6中揭示有如下技術：基於由位置檢測用相機及底部相機所獲得的圖像而修正相機間距的偏差、偏移量。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第2982000號公報
[專利文獻2]日本專利第4105926號公報
[專利文獻3]日本專利第4128540號公報
[專利文獻4]日本專利第5344145號公報
[專利文獻5]日本專利第2780000號公報
[專利文獻6]日本專利特開2006-210785號公報
然而，專利文獻1、專利文獻2的技術基本上是設想應用於打線接合(wire bonding)裝置，而未設想應用於如晶粒接合裝置或覆晶接合裝置般使半導體元件等晶片接合於基板上的接合裝置。而且，專利文獻1、專利文獻2的技術均以設置專用的相機以進行偏移檢測為前提。
專利文獻3、專利文獻4的技術是設想使晶片接合於基板上的接合裝置。然而，在專利文獻3、專利文獻4的技術中，有別於用以對晶片安裝位置進行測定的位置檢測用相機、及用以對由接合工具保持的晶片進行測定的底部相機，進而需要設置專用的相機以測定偏移量等。專利文獻5、專利文獻6的技術雖並非使用專用相機的構成，但為了測定偏移量等而需要執行複雜且耗費時間的處理。
因此，本發明的目的在於提供一種接合裝置以及接合方法，所述接合裝置是使晶片接合於基板上，且為了進行偏移檢測無需設置專用的相機，而可容易地對接合工具與位置檢測用相機 的偏移進行檢測。
本發明的接合裝置是將晶片接合於基板上，其特徵在於包括：接合頭，將第一相機與接合工具一體地保持並移動，所述第一相機朝向接合作業面而配置，所述接合工具配置為與第一相機具有偏移；第二相機，用於對由接合工具保持的晶片相對於接合工具的位置進行檢測，且朝向接合工具側而設置；參考標記(reference mark)，配置於第二相機的視野內；以及控制部，對接合頭的移動進行控制；且控制部基於由第一相機識別出的參考標記的位置，使接合頭移動之後，基於由第二相機識別出的接合工具相對於參考標記的位置，而算出偏移的值。
在另一較佳的實施方式中，將由控制部算出的偏移的值反饋(feedback)給下一接合處理而進行接合。在另一較佳的實施方式中，第一相機或第二相機在隨著接合頭的移動而拍攝對象物通過相機的視野內的拍攝時序(timing)，使與所述相機相應的閃光燈(strobo)發光，藉此，無需使接合頭停止而對拍攝對象物進行拍攝，且控制部基於無需使接合頭停止而獲得的拍攝圖像，算出偏移的值。
在另一較佳的實施方式中，控制部基於由用以對接合工具相對於參考標記的位置進行檢測的第二相機所拍攝的圖像，對晶片相對於接合工具的位置進行檢測。
在另一較佳的實施方式中，第二相機為拍攝紅外線的紅 外線相機。另外，在另一較佳的實施方式中，參考標記配置於第二相機的景深(depth of field)的端部。在另一較佳的實施方式中，第二相機包括使視野內的焦點位置局部不同的機構。
另一本發明的接合方法是利用包括接合頭與第二相機的接合裝置，所述接合頭將第一相機與接合工具一體地保持並移動，所述第一相機朝向接合作業面而配置，所述接合工具配置為與第一相機具有偏移，所述第二相機用於對由接合工具保持的晶片相對於接合工具的位置進行檢測，且朝向接合工具側而設置，所述接合方法的特徵在於包括以下步驟：利用第一相機對設置於第二相機的視野內的參考標記的位置進行識別；基於所識別的參考標記的位置使接合頭移動之後，利用第二相機對接合工具相對於參考標記的位置進行識別；以及基於所識別的接合工具相對於參考標記的位置，而算出偏移的值。
根據本發明，可利用現有的接合裝置中亦設置有的朝向接合作業面而配置的第一相機與朝向接合工具側而設置的第二相機，容易地對偏移進行檢測。
10‧‧‧接合裝置
12‧‧‧晶片供給部
14‧‧‧中間載台
16‧‧‧接合載台部
17‧‧‧移動機構
18‧‧‧接合頭
20‧‧‧載台
22‧‧‧筒夾
22_1‧‧‧虛線的矩形
23‧‧‧Z軸驅動機構
24‧‧‧頂部相機
26‧‧‧XY平台
28‧‧‧底部相機
30‧‧‧參考構件
32‧‧‧參考標記
40‧‧‧控制部
52‧‧‧第一圖像
54‧‧‧第二圖像
55‧‧‧覆蓋玻璃
56‧‧‧攝像元件
58‧‧‧光學構件
58a‧‧‧稜鏡或反射鏡
58b‧‧‧玻璃塊
60‧‧‧頂起單元
100‧‧‧半導體晶片
102‧‧‧晶圓
104‧‧‧基板
a‧‧‧工作距離(焦點位置)的延長量
D‧‧‧偏移基準距離
S*‧‧‧自透鏡的後側主平面至攝像元件(像面)的距離
△a‧‧‧偏差量
△b‧‧‧偏差量
△o‧‧‧誤差量
圖1是表示本發明的實施方式的接合裝置的構成的圖。
圖2是表示底部相機周邊的構成的圖。
圖3(a)、圖3(b)是表示參考構件的一例的圖。
圖4(a)、圖4(b)是對偏移測定的原理進行說明的圖。
圖5(a)、圖5(b)是對偏移測定的原理進行說明的圖。
圖6(a)~圖6(c)是對偏移測定的原理進行說明的圖。
圖7(a)、圖7(b)是對偏移測定的原理進行說明的圖。
圖8是對接合處理的流程進行說明的流程圖。
圖9是對其他接合處理的流程進行說明的流程圖。
圖10是表示其他接合裝置的構成的圖。
圖11是表示其他底部相機周邊的構成的圖。
圖12是表示其他底部相機的構成的圖。
圖13是表示其他底部相機周邊的構成的圖。
圖14是其他底部相機中所使用的光學構件的立體圖。
以下，參照圖式對本發明的實施方式的接合裝置10進行說明。圖1是表示本發明的實施方式的接合裝置10的構成的圖。所述接合裝置10是將作為電子零件的半導體晶片100(晶粒)位置對準地接合於基板104的安裝部的晶粒接合裝置。
接合裝置10包括晶片供給部12、載置晶片的中間載台(stage)14、支撐基板104的接合載台部16、接合頭18、經由Z軸驅動機構23而安裝於所述接合頭18的筒夾22及作為第一相機的頂部相機(top camera)24、作為第二相機的底部相機28、設置於底部相機28附近的參考構件30、使接合頭18移動的XY平台(table)26、以及對接合裝置10整體的驅動進行控制的控制部40。
在晶片供給部12，在載台20上載置有晶圓(wafer)102，其為呈棋盤格狀切割(dicing)而被細小地切斷的半導體晶片100貼附於背面的膜(film)的狀態。所述半導體晶片100利用未圖示的移送頭而移送並載置於中間載台14。
接合載台部16是將半導體晶片100接合於基板104的安裝部的載台。在所述接合載台部16，設置有使基板104沿水平方向移動的移動機構17、對所述基板104進行加熱的加熱器(heater)(未圖示)等，它們由控制部40驅動控制。
在接合頭18，隔開規定偏移距離地安裝有筒夾22及頂部相機24。筒夾22是將載置於中間載台14的半導體晶片100吸附保持並搬送至接合載台部16，且將半導體晶片100接合於設於接合載台部16的基板104的接合工具。筒夾22為長方體形狀或圓錐台形狀，其中心軸配置於與設置有中間載台14或接合載台部16的作業面垂直的鉛垂方向。筒夾22利用接合頭18的移動而至少可自中間載台14的正上方移動至接合載台部16的正上方。而且，所述筒夾22經由負責上下移動的Z軸驅動機構23及負責旋轉移動的θ軸驅動機構(未圖示)而安裝於接合頭18，從而可相對於接合頭18向Z軸進行直線移動及繞Z軸進行轉動。
頂部相機24是用於對由接合載台部16支撐的基板104的安裝部的位置進行測定的相機。頂部相機24具有朝向鉛垂方向下方的光軸，可對載置基板104等的作業面側進行拍攝。所述頂部相機24如以下詳細說明般亦用於偏移距離的測定。安裝有筒夾 22及頂部相機24的接合頭18安裝於XY平台26，從而可沿XY方向移動。
底部相機28固定設置於筒夾22的移動路徑的正下方，即，中間載台14與接合載台部16之間。所述底部相機28具有朝向鉛垂方向上方的光軸。換言之，底部相機28與筒夾22及頂部相機24相向而配置，可對筒夾22的前端面(底面)進行拍攝。
在底部相機28的附近，固定設置有參考構件30。參考構件30如以下詳細說明般是在對筒夾22及頂部相機24的偏移距離進行測定時成為基準的構件，且在正反兩面的同一位置設置有相同形狀的參考標記32。參考構件30設置於如下位置，即，所述參考構件30不會妨礙底部相機28對筒夾22的拍攝，且參考標記32位於底部相機28的視野內。
更具體而言，如圖2所示，參考構件30設置成所述參考標記32位於底部相機28的景深的下側端部(底部相機28側端部)。設置於所述位置是為了防止與筒夾22的干涉。即，在本實施方式中，為了測定半導體晶片100相對於筒夾22的位置及測定偏移距離，利用底部相機28對筒夾22進行拍攝。此時，筒夾22下降至底部相機28的景深的中央高度附近。為了避免與所述要下降的筒夾22的干涉，且可利用底部相機28識別參考標記32，在本實施方式中，使參考標記32位於底部相機28的景深的下側端部。此處，通常底部相機28為低倍率，景深大，因此，可防止深度內的筒夾22與參考構件30的干涉。此外，即便在將參考標記 32設置於稍微偏離景深的部位時，只要預先登錄有未對焦的模糊的圖像中成為基準的參考標記32的圖像，便可抑制後述的偏移距離的測定精度的劣化。
參考標記32的形狀只要可利用相機識別出在相機視野內的位置及姿勢，則並無特別限定。因此，參考標記32既可為由如圖3(a)所示的矩形塊所構成的矩形狀標記，亦可為如圖3(b)所示般由形成於矩形塊內的十字形狀的貫通孔所構成的十字形狀標記。而且，亦可為利用鍍鉻等對玻璃附上十字形狀的圖案(pattern)而成的標記。進而，亦可為利用鍍鉻等對底部相機的透鏡(lens)本身附上十字形狀的圖案而成的標記。另外，在圖3(a)、圖3(b)中，符號54是利用底部相機28對筒夾22進行拍攝時所獲得的圖像(以下稱作「第二圖像54」)的示意圖。
另外，為了進行良好的接合處理，參考構件30需要不妨礙底部相機28對筒夾22的識別，且參考標記32需要位於底部相機28的視野內。因此，如圖3(a)、圖3(b)所示，參考標記32理想的是位於底部相機28的視野的端部附近。
在此種接合裝置10中，利用筒夾22將載置於中間載台14的半導體晶片100吸引保持，並接合於基板104的安裝部。此時，為了擔保安裝的位置精度，而在接合之前，利用底部相機28對由筒夾22吸引保持的半導體晶片100相對於筒夾22的位置進行識別，且利用頂部相機24對基板104上的安裝部的位置進行識別。然後，基於由各個相機24、相機28識別出的位置，使筒夾 22或基板104移動而進行位置對準之後，將半導體晶片100接合於基板104的安裝部。
此處，以往，此種筒夾22與基板104的位置對準是以筒夾22與頂部相機24的偏移距離始終固定為前提而進行。然而，實際上偏移距離隨溫度變化或經年變化而會發生微妙變化。而且，若偏移距離自預先規定的偏移基準距離D發生變化，便會產生相當於所述變化量的誤差，而導致接合的位置精度變差。
因此，一部分中提出有為了進行偏移測定設置專用的相機、或者設置複雜的步驟而對偏移距離進行測定。然而，在此種現有的技術中，有隨專用相機的追加而導致成本增加、或隨複雜且耗費時間的步驟的追加而導致處理時間長期化等問題。
因此，在本實施方式中，基於由現有的接合裝置10中亦搭載有的頂部相機24及底部相機28所獲得的圖像而進行偏移距離的測定。而且，藉由與通常的接合步驟並行地進行此種偏移距離測定，亦實現處理時間長期化的防止。在對所述偏移距離測定的流程進行說明之前，參照圖4(a)、圖4(b)、圖5(a)、圖5(b)等對本實施方式的偏移距離測定的原理進行簡單說明。
首先，為了對偏移距離進行測定，控制部40預先記憶有偏移基準距離D、第一基準位置及第二基準位置。偏移基準距離D是筒夾22與頂部相機24的設計上或目前的偏移距離。本來偏移距離應成為所述基準距離D，但實際上隨溫度變化或經年變化而會產生少許誤差量△o。
第一基準位置是如圖4(a)所示般在使頂部相機24位於底部相機28的正上方的狀態，即，頂部相機24的光軸與底部相機28的光軸一致的狀態下，由頂部相機24所獲得的圖像內的參考標記32的位置。另外，以下，將利用所述頂部相機24對底部相機28側進行拍攝時所獲得的圖像稱作第一圖像52。所述第一圖像52既可使用頂部相機24的照明以反射型的照明(同軸照明等)方式進行拍攝，亦可使用底部相機28的同軸照明以背光(backlight)方式進行拍攝。
第二基準位置是如圖4(b)所示般在使筒夾22位於底部相機28的正上方的狀態，即，筒夾22的中心軸與底部相機28的光軸一致的狀態下，由底部相機28所獲得的第二圖像54內的筒夾22相對於參考標記32的位置。第二圖像54亦可使用底部相機28的照明以反射型的照明(同軸照明等)方式進行拍攝。
然後，如圖5(a)、圖5(b)所示，對筒夾22與頂部相機24的偏移距離為D+△o的情況進行考慮。在所述情況下，如圖5(a)所示，使頂部相機24移動至底部相機28的大致正上方，獲取第一圖像52。此時，當頂部相機24的光軸與底部相機28的光軸之間有偏差量△a時，第一圖像52內的參考標記32距第一基準位置偏差△a。所述第一圖像52內的參考標記32的偏差量△a可藉由對第一圖像52進行分析而獲取。
繼而，自所述狀態，如圖5(b)所示，使頂部相機24及筒夾22移動偏移基準距離D。此時，若頂部相機24及筒夾22 的偏移距離為偏移基準距離D(即，無誤差量△o)，第二圖像54內的筒夾22相對於參考標記32的位置亦自第二基準位置來看偏差△a，在第二圖像54內，筒夾22理應看起來為虛線的矩形22_1。然而，當偏移距離產生有誤差量△o時，第二圖像54內的筒夾22相對於參考標記32的位置自第二基準位置來看偏差△b=△o-△a。所述筒夾22的偏差量△b可藉由對第二圖像54進行分析而獲取。然後，將根據第一圖像52及第二圖像54所獲得的△a及△b相加，藉此獲得偏移距離的誤差量△o(△o=△a+△b)。
另外，在圖5(a)、圖5(b)所例示的例中，在未消除第一圖像52內的參考標記32的偏差量△a的狀態下使接合頭18移動偏移基準距離D，因此，偏移距離的誤差量△o成為△o=△a+△b。但是，亦可如圖6(b)所示，在移動相當於偏移基準距離D之前，以第一圖像52內的參考標記32的偏差量△a成為零的方式，即，以第一圖像52內的參考標記32位於第一基準位置的方式使接合頭18移動之後，使接合頭18移動偏移基準距離D。此時，第二圖像54內的筒夾22相對於參考標記32的位置偏差量△b仍為誤差量△o。
另外，亦可如圖7(a)、圖7(b)所示，將獲取第一圖像52之後的接合頭18的移動量不設為偏移基準距離D，而設為考慮第一圖像52內的參考標記32的偏差量△a所得的距離，即，D-△a。此時，移動距離D-△a之後，所獲得的第二圖像54內的筒夾22相對於參考標記32的位置偏差量△b仍為誤差量△o。
此處，如由之前的說明可知，在本實施方式中，當測定偏移距離時，必須利用底部相機28對筒夾22進行拍攝而獲得第二圖像54。在本實施方式中，在筒夾22將半導體晶片100拾取之後且在半導體晶片100接合於基板104之前，即，在筒夾22吸引保持半導體晶片100的期間，進行所述第二圖像54的獲取。而且，基於所獲得的第二圖像54，不僅測定偏移距離，亦測定半導體晶片100相對於筒夾22的位置。換言之，在本實施方式中，利用一次的拍攝處理而同時進行偏移距離的測定與半導體晶片100的位置測定。藉此，可減少為了測定偏移距離而要追加的特別的步驟，從而可防止處理時間的長期化。
接下來，參照圖8對利用所述接合裝置10進行接合的流程進行說明。圖8是表示利用本實施方式的接合裝置10進行接合的流程的流程圖。圖8是利用圖6(a)~圖6(c)中所說明的原理而獲取偏移距離時的接合處理的流程。
當將半導體晶片100接合於基板104上時，首先，控制部40使接合頭18移動，使筒夾22位於中間載台14的正上方(S10)。在所述狀態下，使筒夾22下降，利用所述筒夾22的前端吸引保持並拾取半導體晶片100(S12)。然後，完成吸引保持半導體晶片100之後，使筒夾22上升至規定的高度以防止干涉。
其次，控制部40使接合頭18移動，使頂部相機24位於底部相機28的正上方，即，位於參考構件30上(S14)。然後，在所述狀態下，利用頂部相機24對底部相機28側進行拍攝，而 獲取第一圖像52(S16)。控制部40基於所述第一圖像52，對第一圖像52內的參考標記32的偏差量△a進行運算。然後，基於該獲得的△a，以第一圖像52內的參考標記32位於第一基準位置的方式，即，以成為圖7(b)的狀態的方式使接合頭18移動(S18)。
第一圖像52內的參考標記32的偏差量△a成為零之後，繼而，控制部40使接合頭18移動規定的偏移基準距離D(S20)。利用所述移動，筒夾22位於底部相機28的幾乎正上方。成為所述狀態之後，利用底部相機28對筒夾22進行拍攝，而獲取第二圖像54(S22)。另外，當所述拍攝時，使筒夾22下降至底部相機28的景深的大致中央高度。控制部40基於該第二圖像54，而算出偏移距離的誤差量△o及半導體晶片100相對於筒夾22的位置偏差量等(S24)。此時，偏移距離的誤差量△o如參照圖7(a)、圖7(b)所說明般成為所獲得的第二圖像54內的筒夾22相對於參考標記32的位置偏差量△b(△o=△b)。而且，控制部40與現有技術同樣地，基於所獲得的第二圖像54，亦進行半導體晶片100相對於筒夾22的位置偏差量的運算、半導體晶片100的良好與否的判斷等。當圖像分析的結果為判斷出半導體晶片100產生有裂紋等缺陷時，中止所述半導體晶片100的接合處理。當半導體晶片100無缺陷時，控制部40記憶此時所獲得的偏移距離的誤差量△o及半導體晶片100的位置偏差量等。
繼而，控制部40使頂部相機24移動至基板104的安裝部(S26)。然後，基於由頂部相機24所獲得的圖像，而算出安裝 部的準確的位置。接下來，控制部40使接合頭18移動，使筒夾22移動至安裝部的正上方(S28)。當所述移動控制時，考慮步驟S24中所獲得的偏移距離的誤差量△o及半導體晶片100的位置偏差量，以筒夾22位於安裝部的正上方的方式進行修正。然後，最終使筒夾22下降至基板104附近，將半導體晶片100接合於基板104的安裝部(S30)。一個半導體晶片100的接合結束之後，回到步驟S10，進行下一半導體晶片100的接合。另外，在下一接合處理中，理想的是將測定所得的真實的偏移矩離，即，規定的偏移基準距離D加上誤差量△o所得的D+△o作為新的偏移距離(D=D+△o)進行反饋。
如由以上的說明可知，在本實施方式中，基於由以往在接合裝置10中便設置有的頂部相機24及底部相機28所拍攝的圖像而算出偏移距離的誤差量△o。因此，無需為了偏移測定設置專用的相機，從而可有效地防止接合裝置10的成本增加(cost up)。另外，在本實施方式中，為了進行半導體晶片100相對於筒夾22的位置偏差等的運算而所需的底部相機28對筒夾22的拍攝步驟仍是為了進行偏移距離的誤差量△o的運算而所需的底部相機28對筒夾22的拍攝步驟。換言之，利用原本所需的步驟進行偏移距離的誤差量△o的測定，因此，亦可有效地防止處理時間的長期化。
接下來，參照圖9對其他接合處理的流程進行說明。圖9是表示利用圖7(a)、圖7(b)中所說明的原理而獲取偏移距離時的接合處理的流程的流程圖。
在所述接合處理中，利用頂部相機24獲取第一圖像52(S16)之後，不進行使頂部相機24位於第一基準位置的微調整步驟(S18)，而在對第一圖像52內的參考標記32的偏差量△a進行運算(S32)之後，立刻使接合頭移動D-△a(S34)。然後，將之後所獲得的第二圖像54內的筒夾22相對於參考標記32的位置偏差量△b作為偏移的誤差量△o而算出。
藉由設為所述構成，可省略對頂部相機的位置進行微調整的步驟(S18)，而可進一步縮短處理時間。尤其是根據無需對頂部相機24的位置進行微調整的步驟的所述構成，亦可並行地進行筒夾22對半導體晶片100的拾取(S12)與頂部相機24對第一圖像52的獲取(S16)。即，當獲取第一圖像52時，接合頭18當然必須靜止。如此，僅為了獲取第一圖像52而使接合頭18靜止會導致處理時間的長期化。另一方面，當拾取半導體時，接合頭18必須靜止。若在必須使所述接合頭18靜止的拾取期間，利用頂部相機24獲取第一圖像52，便無需耗費多餘的處理時間，而可有效地防止處理時間的長期化。因此，亦能夠以在使筒夾22位於中間載台14的正上方時底部相機28位於頂部相機24的正下方的方式，設定頂部相機24及底部相機28的位置，而並行地進行半導體晶片100的拾取與第一圖像52的獲取。若設為所述構成，接合頭18僅進行與現有的接合處理同樣的移動，無需專用的處理時間以進行偏移測定。
另外，在之前的說明中，僅列舉將自晶片供給部12供 給的半導體晶片100暫時載置於中間載台14的中間載台14方式的接合裝置10為例，但本實施方式的技術亦可應用於將自晶圓102拾取的半導體晶片100直接接合於基板104的直接拾取(direct pickup)方式的接合裝置10。另外，在之前的說明中，例示了晶粒接合裝置，但本實施方式的技術只要是對晶片狀的零件進行處理的接合裝置，亦可應用於其他接合裝置，例如覆晶接合裝置。另外，不僅可應用於半導體晶片，亦可應用於將微機電系統(micro-electro mechanical system，MEMS)器件、生物器件(Bio Device)、半導體封裝等某一單片配設於其他物件的同樣的製程(process)。
圖10是應用本實施方式的技術的直接拾取方式的晶粒接合裝置10的概略構成圖。所述晶粒接合裝置10與圖1的接合裝置10不同，省略了中間載台14。晶圓102設置有切割帶(dicing tape)等，在所述切割帶的背面設置有頂起單元(unit)60。筒夾22將被所述頂起單元60向上方頂起的半導體晶片100吸引保持，並向基板104上搬送。亦可在自所述晶圓102向基板104移動的中途預先設置底部相機28及參考構件30。
另外，在之前的說明中，對為了獲取第一圖像、第二圖像，而使筒夾22及頂部相機24分別在底部相機28的正上方暫時停止的例進行了說明。然而，亦可藉由使頂部相機24及底部相機28的照明進行閃光發光，而無需使筒夾22及頂部相機24靜止，便獲取第一圖像、第二圖像。
例如，在頂部相機24通過底部相機28的正上方的時序(即，作為拍攝對象物的參考構件30通過頂部相機24的視野內的拍攝時序)，使內置於頂部相機24的照明進行閃光發光，並且利用頂部相機24進行拍攝，而獲取第一圖像。而且，在筒夾22通過底部相機28的正上方的時序(即，作為拍攝對象物的筒夾22通過底部相機28的視野內的拍攝時序)，使內置於底部相機28的照明進行閃光發光，並且利用底部相機28進行拍攝，而獲取第二圖像。此時，閃光發光時間t1理想的是設為1μs以下，而且，為了以如此短時間進行發光，理想的是使用發光二極體(light emitting diode，LED)照明作為相機24、相機28的照明。進而，若預先將相機24、相機28的曝光時間t2設為長於閃光發光時間t1，僅在閃光發光的時間t1的期間便實質上進行曝光。換言之，只要藉由調整閃光發光的時序，便可調整第一圖像及第二圖像的獲取時序。
另外，就獲取第一圖像及第二圖像時使內置於頂部相機24及底部相機28的各照明進行閃光發光的觸發器(trigger)而言，控制部40自安裝於XY平台的編碼器(encorder)對接合頭18的筒夾22的位置進行檢測，藉此，獲取筒夾22及頂部相機24分別通過底部相機28的正上方的時序。因此，在裝置的通常的接合順序(sequence)中不會對節拍時間(tact time)造成影響，而可獲取並修正筒夾22與頂部相機24的偏移量的變化。
此處，當將頂部相機24及筒夾22的移動速度設為v， 將頂部相機24及底部相機28的倍率設為β時，相機24、相機28的攝像元件的圖像的抖動量△a成為△a=β×v×t1。若以抖動量△a小於1畫素的方式調整移動速度v、閃光發光時間t1，可獲得與使筒夾22及頂部相機24靜止時同等的圖像。另外，例如即便假設抖動量△a為1畫素以上，若已知各種參數(parameter)(β、v、t1)的值，可容易地藉由取得該抖動量△a的平均值而修正該抖動，求出真值。結果為，無需使筒夾22及頂部相機24停止，便可獲取第一圖像及第二圖像，因此，可進一步縮短裝置的處理時間。
另外，在之前的說明中，列舉了每一個半導體晶片100的接合處理時均進行偏移測定的例，但偏移測定亦可不每次進行，亦可僅在特定的時序進行。例如，偏移測定亦可僅在經過規定時間時、規定個數的晶片的接合結束時、接合裝置的啟動時、晶圓102的更換時進行。
另外，在之前的說明中，僅例示了半導體晶片100較筒夾22更小的情況，但亦有半導體晶片100較筒夾22的底面更大，筒夾22的底面整體被半導體晶片100覆蓋的情況。此時，無法檢測半導體晶片100相對於筒夾22的位置偏差量、筒夾22相對於參考標記32的位置偏差量△b。因此，為了避免此種問題，亦可將底部相機28設為紅外線相機(尤其是近紅外線相機)，利用紅外光源對筒夾22進行識別。近紅外線會以某種程度透過作為半導體晶片100的原材料的矽，因此，藉由使用紅外線相機，亦可識別被半導體晶片100覆蓋的筒夾22的形狀。而且，藉由使用紅外 線相機，不僅可檢測半導體晶片100的表面的裂紋，亦可檢測晶片內部的裂紋。
另外，在本實施方式中，為了防止筒夾22與參考構件30的干涉，將參考標記32配置於底部相機28的景深的端部。然而，根據相機的不同，亦有無法獲得充分的景深而無法充分確保參考構件30與筒夾22之間的距離的情況。為了避免所述問題，亦可將底部相機28設為具有兩個工作距離(working distance)(焦點位置)的雙焦點(double focus)構成。為了設為雙焦點構成，例如在底部相機28的攝像元件與被攝體之間局部地配置或去除使工作距離(焦點位置)變化的光學構件即可。
例如，亦可如圖11所示，在底部相機28的覆蓋玻璃55的一部分設置孔或缺口，而去除與參考標記32相向的部分的覆蓋玻璃55。此處，就工作距離(焦點位置)而言，透過覆蓋玻璃55的情況較未透過覆蓋玻璃55的情況變長。因此，當設為如圖11的構成時，底部相機28的視野內設置有覆蓋玻璃55的大部分與未設置覆蓋玻璃55的部分(參考標記32的對向部分)相比，可使焦點位置遠離底部相機28。具體而言，當將覆蓋玻璃55的厚度設為d，將折射率設為n時，工作距離(焦點位置)的延長量a成為a≒d(1-1/n)。因此，若例如覆蓋玻璃55的厚度d=1.5mm，折射率n=1.52，則工作距離(焦點位置)延長a≒0.5mm。即，即便將不受覆蓋玻璃55的影響的參考標記32與受到覆蓋玻璃55的影響的筒夾22分別設置成工作距離(焦點位置)，兩者亦隔開距 離a。結果為，可防止兩者的干涉，並使參考標記32及筒夾22的兩者對焦。
另外，作為其他實施方式，亦可如圖12所示，設置局部地覆蓋攝像元件56的前表面的覆蓋玻璃55。此時，自透鏡的後側主平面至攝像元件(像面)的距離S*等於短了b≒d(1-1/n)。此時，若將倍率設為β，則物體面的位置的變化量a成為a≒b/β2。因此，若例如倍率β=0.7，覆蓋玻璃的厚度d=1mm，折射率n=1.52，則a≒0.69。藉此，在所述情況下，亦即便將不受覆蓋玻璃55的影響的參考標記32與受到覆蓋玻璃55的影響的筒夾22分別設置成工作距離(焦點位置)，兩者亦可隔開距離a，從而可防止兩者的干涉。
另外，亦可不使工作距離(焦點位置)變化，而配置使直至參考標記32為止的光路彎曲的光學構件作為參考構件30。圖13是該情況的底部相機28的構成圖，圖14是配置於所述底部相機28的光學構件58的立體圖。此例的光學構件58包含：稜鏡(prism)或反射鏡(mirror)58a，具有相對於底部相機28的光軸成45°的反射面；以及玻璃塊58b，在內部形成有參考標記32。 在玻璃塊58b的內部，作為參考標記32發揮功能的點狀標記沿鉛垂方向以等間隔排列有多個。該點狀標記可藉由使用例如飛秒雷射(femtosecond laser)等超短脈衝雷射(pulse laser)而形成於玻璃塊58b內。若將所述光學構件58配置於底部相機28的視野端部，自攝像元件至參考標記32為止的光路會彎曲。而且，藉此， 可將參考構件30偏離本來的工作距離(焦點位置)而配置，從而可防止筒夾22與參考構件30的干涉。此外，如圖14所示，若將作為參考標記32的點狀標記沿鉛垂方向排列配置，即便頂部相機24的焦點位置發生變化，亦可使其中任一點狀標記進行對焦。
另外，為了防止干涉，亦可將參考構件30設為可動式。此時，例如亦可在使參考構件30預先退避至退避位置的狀態下，將筒夾22下降至底部相機28的工作距離(焦點位置)而進行圖像拍攝，然後，在使筒夾22上升的狀態下使參考構件30移動至退避前的基準位置而進行圖像拍攝。然後，將所獲得的兩個圖像合成，而確定出筒夾22相對於參考構件30的參考標記32的位置。
不論如何，根據本實施方式，無需追加新的相機，且無需另外追加複雜且耗費時間的步驟，便可獲取筒夾22與頂部相機24的偏移量的變化。
10‧‧‧接合裝置
12‧‧‧晶片供給部
14‧‧‧中間載台
16‧‧‧接合載台部
17‧‧‧移動機構
18‧‧‧接合頭
20‧‧‧載台
22‧‧‧筒夾
23‧‧‧Z軸驅動機構
24‧‧‧頂部相機
26‧‧‧XY平台
28‧‧‧底部相機
30‧‧‧參考構件
40‧‧‧控制部
100‧‧‧半導體晶片
102‧‧‧晶圓
104‧‧‧基板

Claims (8)

  1. 一種接合裝置，其將晶片接合於基板上，所述接合裝置包括：接合頭，將第一相機與接合工具一體地保持並移動，所述第一相機朝向接合作業面而配置，所述接合工具配置為與所述第一相機具有偏移；第二相機，用於對由所述接合工具保持的晶片相對於接合工具的位置進行檢測，且朝向接合工具側而設置；參考標記，配置於所述第二相機的視野內；以及控制部，對所述接合頭的移動進行控制；且所述控制部是基於由所述第一相機識別出的參考標記的位置，使所述接合頭移動之後，基於由所述第二相機識別出的所述接合工具相對於參考標記的位置，算出所述偏移的值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中將由所述控制部算出的所述偏移的值反饋給下一接合處理而進行接合。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合裝置，其中所述第一相機或第二相機在隨著所述接合頭的移動而拍攝對象物通過相機的視野內的拍攝時序，使與所述相機相應的閃光燈發光，藉此，無需使所述接合頭停止而對所述拍攝對象物進行拍攝， 所述控制部基於無需使所述接合頭停止而獲得的拍攝圖像，算出所述偏移的值。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合裝置，其中所述控制部基於由用以對所述接合工具相對於所述參考標記的位置進行檢測的第二相機所拍攝的圖像，對所述晶片相對於接合工具的位置進行檢測。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的接合裝置，其中所述第二相機是拍攝紅外線的紅外線相機。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合裝置，其中所述參考標記配置於所述第二相機的景深的端部。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的接合裝置，其中所述第二相機包含使視野內的焦點位置局部地不同的機構。
  8. 一種接合方法，其利用包括接合頭與第二相機的接合裝置，所述接合頭將第一相機及接合工具一體地保持並移動，所述第一相機朝向接合作業面而配置，所述接合工具配置為與所述第一相機具有偏移，所述第二相機用於對由所述接合工具保持的晶片相對於接合工具的位置進行檢測，且朝向接合工具側而設置，所述接合方法包括以下步驟：利用所述第一相機對設置於所述第二相機的視野內的參考標記的位置進行識別；基於識別出的所述參考標記的位置，使所述接合頭移動之後，利用所述第二相機對接合工具相對於所述參考標記的位置進 行識別；以及基於識別出的所述接合工具相對於參考標記的位置，算出所述偏移的值。
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