一种芯片键合装置及键合方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种芯片键合装置及键合方法，包括一种测量系统，测量系统包括：第一测量支路和第二测量支路，所述第一测量支路包括第一照明单元与第一探测单元，所述第二测量支路包括第二照明单元和第二探测单元，第一照明单元与第一探测单元匹配探测芯片与基底上X向标记的位置，第二照明单元与第二探测单元匹配探测芯片与基底上Y向标记的位置，从而同步测量芯片标记和基底标记的位置，节省了测量时间；本发明专利技术提供的芯片键合装置，通过翻转装置的设置，可直接从第一运动台上吸附芯片并实现芯片的翻转，同时通过测量系统的设置，同步测量芯片标记和基底标记的位置，从而在两个方面提高键合产率，并且通过调整第二运动台的姿态实现了高精度的键合。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片键合装置及键合方法
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种芯片键合装置及键合方法。
技术介绍
倒装芯片键合工艺是将芯片与载片连接形成的一种互连形式。由于电子产品朝着轻、薄和小型化的方向发展，使得芯片键合技术的应用日益增多，将芯片键合工艺与晶圆级封装工艺相结合，能够制作出封装尺寸更小、性能更高的封装形式。另外，由于能够事先知道芯片的KGD(knowgooddie，知道合格芯片)，如果将芯片键合工艺与硅通孔(TSV)工艺相结合，能够制作出成本和性能更有竞争力的三维立体结构。现有的芯片倒装键合设备，是通过与芯片尺寸大小匹配的吸头将单个芯片从源端拾取后，再通过机器对准系统将芯片与载片的对准标记对准后，直接将芯片压合在基底上形成互连。由于整个工艺流程都是串行完成，对于下压键合时间长的工艺，产率非常低，难以满足量产需求，同时键合精度较差。图1是倒装芯片键合工艺流程示意图，如图1所示，预键合芯片2以器件面3向上的方式放置在承载台1上，采用机械手抓取和翻转的方式将键合芯片2接合到基底4上，键合芯片的间距L可根据不同工艺需求调整。现有的倒装芯片键合方案示意图如图2所示，首先通过翻转机械手5拾取一颗承载台1上的芯片并进行翻转，再将芯片交接给转机械手6，机械手6运动到基底4上方后，通过CCD7将芯片正面的对准标记和基底4上的对准标记进行对准后将芯片下压完成键合。该方案的缺点是：整个工艺流程都是串行完成，对于下压键合时间长的工艺(例如30秒)，由于一次只能键合一颗芯片，使得产率非常低，难以满足量产需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种芯片键合装置及键合方法，采用一种直接拾取和键合的翻转装置，同时采用测量系统同步测量芯片和基底对准位置，使得键合产率提高，通过调整运动台姿态实现高精度的键合。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种芯片键合装置，包括一种测量系统，所述测量系统在芯片与基底键合时能够同时测量芯片标记与基底标记的位置，所述测量系统包括第一测量支路和第二测量支路，所述第一测量支路包括第一照明单元和第一探测单元，所述第一照明单元分别向所述芯片标记与基底标记提供光源，所述第一探测单元相应地分别将所述芯片标记与基底标记成像并测量其位置，所述第二测量支路包括第二照明单元和第二探测单元，所述第二照明单元与所述第一照明单元完全相同，所述第二探测单元与所述第一探测单元完全相同；其中，所述芯片标记与基底标记均包括相互正交的X向标记与Y向标记，所述第一照明单元与第一探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的X向标记的位置，所述第二照明单元与第二探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的Y向标记的位置。可选的，所述第一测量支路的光轴在所述基底标记上的投影与所述Y向标记平行，所述第二测量支路的光轴在所述基底标记上的投影与所述X向标记平行。可选的，所述第一照明单元包括宽带光源、照明镜组、分光棱镜、第一成像光路及第二成像光路，所述宽带光源发出的光束经所述照明镜组之后，通过所述分光棱镜分成第一光束和第二光束，所述第一光束经过所述第一成像光路后入射至所述芯片标记，所述第二光束经过所述第二成像光路后入射至所述基底标记。可选的，所述第一成像光路沿光路依次包括第一反射镜和第一透镜组，所述第二成像光路沿光路依次包括第二反射镜、第三反射镜及第二透镜组。可选的，所述第一探测单元包括第一成像后组、第二成像后组与探测器，经所述芯片标记反射的所述第一光束经过所述第一成像后组成像至所述探测器上，经所述基底标记反射的所述第二光束经过所述第二成像后组成像至所述探测器上；所述探测器输出的图像经过图像处理之后，获得所述芯片标记与所述基底标记的位置信息。可选的，所述的芯片键合装置还包括：用于承载芯片的第一运动台，用于承载基底的第二运动台，用于实现芯片抓取和翻转的翻转装置以及控制系统，所述控制系统用于控制所述第一运动台、第二运动台与翻转装置的运动，以及控制所述测量系统的测量。可选的，所述第一运动台与第二运动台在竖直方向上相对放置。可选的，所述翻转装置包括第一吸附机构、第二吸附机构、第一翻转机构及第二翻转机构；所述第一吸附机构从所述第一运动台上吸附芯片后，利用所述第一翻转机构翻转面向所述第二吸附机构，并与所述第二吸附机构对所述芯片进行交接，所述第二吸附机构通过所述第二翻转机构翻转面向所述第二运动台上的基底。可选的，所述第一运动台与第二运动台在水平方向上并排放置。可选的，所述翻转装置包括第一吸附机构、第二吸附机构及第一翻转机构；所述第一吸附机构从所述第一运动台上吸附芯片后，利用所述第一翻转机构翻转面向所述第二吸附机构，并与所述第二吸附机构对所述芯片进行交接，使所述芯片面向所述第二运动台上的基底。可选的，所述翻转装置还包括驱动机构，所述驱动机构与所述第二吸附机构连接，驱动所述第二吸附机构上的芯片运动。可选的，所述第一吸附机构和第二吸附机构的吸附方式为真空吸附或静电吸附。本专利技术还提供一种芯片键合方法，包括以下步骤：步骤S01：第一运动台将芯片运动到第一交接位，翻转装置吸附并翻转所述芯片使所述芯片面向第二运动台上的基底，之后驱动所述芯片上的芯片标记运动至测量系统的焦面位置，所述第二运动台将基底上的基底标记运动至测量系统的焦面位置；步骤S02：所述测量系统的照明单元分别向所述芯片标记与基底标记提供光源，探测单元相应地分别将所述芯片标记与基底标记成像并测量其位置，通过对所述芯片标记和所述基底标记的成像进行处理，得到所述芯片标记与所述基底标记的位置信息；步骤S03：根据所述位置信息调整所述第二运动台的姿态，使得基底位置与芯片位置对准；步骤S04：将所述芯片键合到基底上。可选的，步骤S01中所述翻转装置吸附并翻转所述芯片具体包括：将所述第一运动台与第二运动台在竖直方向上相对放置；所述翻转装置包括第一吸附机构、第二吸附机构、第一翻转机构及第二翻转机构；所述第一吸附机构从所述第一运动台上吸附芯片后，利用所述第一翻转机构翻转面向所述第二吸附机构，并与所述第二吸附机构对所述芯片进行交接，所述第二吸附机构通过所述第二翻转机构翻转面向所述第二运动台上的基底。可选的，步骤S01中所述翻转装置吸附并翻转所述芯片具体包括：将所述第一运动台与第二运动台在水平方向上并排放置，所述翻转装置包括第一吸附机构、第二吸附机构及第一翻转机构；所述第一吸附机构从所述第一运动台上吸附芯片后，利用所述第一翻转机构翻转面向所述第二吸附机构，并与所述第二吸附机构对所述芯片进行交接，之后所述翻转装置水平运动使所述芯片面向所述第二运动台上的基底。可选的，在所述第二吸附机构通过所述第二翻转机构翻转面向所述第二运动台上的基底的过程中，可以同时进行以下步骤：所述第一运动台将下一芯片运动到第一交接位，所述第一吸附机构吸附芯片。可选的，在步骤S02中，所述芯片标记与基底标记均包括相互正交的X向标记与Y向标记，所述照明单元包括第一照明单元和第二照明单元，所述探测单元包括第一探测单元和第二探测单元，所述第一照明单元与第一探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的X向标记的位置，所述第二照明单元与第二探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的Y向标记的位置。可选的，所述第一照明单元的光轴在所述基底标记上的投影与所述Y向标记平行，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片键合装置，其特征在于，包括一种测量系统，所述测量系统在芯片与基底键合时能够同时测量芯片标记与基底标记的位置，所述测量系统包括第一测量支路和第二测量支路，所述第一测量支路包括第一照明单元和第一探测单元，所述第一照明单元分别向所述芯片标记与基底标记提供光源，所述第一探测单元相应地分别将所述芯片标记与基底标记成像并测量其位置，所述第二测量支路包括第二照明单元和第二探测单元，所述第二照明单元与所述第一照明单元完全相同，所述第二探测单元与所述第一探测单元完全相同；其中，所述芯片标记与基底标记均包括相互正交的X向标记与Y向标记，所述第一照明单元与第一探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的X向标记的位置，所述第二照明单元与第二探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的Y向标记的位置。

【技术特征摘要】
1.一种芯片键合装置，其特征在于，包括一种测量系统，所述测量系统在芯片与基底键合时能够同时测量芯片标记与基底标记的位置，所述测量系统包括第一测量支路和第二测量支路，所述第一测量支路包括第一照明单元和第一探测单元，所述第一照明单元分别向所述芯片标记与基底标记提供光源，所述第一探测单元相应地分别将所述芯片标记与基底标记成像并测量其位置，所述第二测量支路包括第二照明单元和第二探测单元，所述第二照明单元与所述第一照明单元完全相同，所述第二探测单元与所述第一探测单元完全相同；其中，所述芯片标记与基底标记均包括相互正交的X向标记与Y向标记，所述第一照明单元与第一探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的X向标记的位置，所述第二照明单元与第二探测单元匹配探测所述芯片标记与基底标记的Y向标记的位置。2.如权利要求1所述的芯片键合装置，其特征在于，所述第一测量支路的光轴在所述基底标记上的投影与所述Y向标记平行，所述第二测量支路的光轴在所述基底标记上的投影与所述X向标记平行。3.如权利要求1所述的芯片键合装置，其特征在于，所述第一照明单元包括宽带光源、照明镜组、分光棱镜、第一成像光路及第二成像光路，所述宽带光源发出的光束经所述照明镜组之后，通过所述分光棱镜分成第一光束和第二光束，所述第一光束经过所述第一成像光路后入射至所述芯片标记，所述第二光束经过所述第二成像光路后入射至所述基底标记。4.如权利要求3所述的芯片键合装置，其特征在于，所述第一成像光路沿光路依次包括第一反射镜和第一透镜组，所述第二成像光路沿光路依次包括第二反射镜、第三反射镜及第二透镜组。5.如权利要求1所述的芯片键合装置，其特征在于，所述第一探测单元包括第一成像后组、第二成像后组与探测器，经所述芯片标记反射的所述第一光束经过所述第一成像后组成像至所述探测器上，经所述基底标记反射的所述第二光束经过所述第二成像后组成像至所述探测器上；所述探测器输出的图像经过图像处理之后，获得所述芯片标记与所述基底标记的位置信息。6.如权利要求1所述的芯片键合装置，其特征在于，还包括：用于承载芯片的第一运动台，用于承载基底的第二运动台，用于实现芯片抓取和翻转的翻转装置以及控制系统，所述控制系统用于控制所述第一运动台、第二运动台与翻转装置的运动，以及控制所述测量系统的测量。7.如权利要求6所述的芯片键合装置，其特征在于，所述第一运动台与第二运动台在竖直方向上相对放置。8.如权利要求7所述的芯片键合装置，其特征在于，所述翻转装置包括第一吸附机构、第二吸附机构、第一翻转机构及第二翻转机构；所述第一吸附机构从所述第一运动台上吸附芯片后，利用所述第一翻转机构翻转面向所述第二吸附机构，并与所述第二吸附机构对所述芯片进行交接，所述第二吸附机构通过所述第二翻转机构翻转面向所述第二运动台上的基底。9.如权利要求6所述的芯片键合装置，其特征在于，所述第一运动台与第二运动台在水平方向上并排放置。10.如权利要求9所述的芯片键合装置，其特征在于，所述翻转装置包括第一吸附机构、第二吸附机构及第一翻转机构；所述第一吸附机构从所述第一运动台上吸附芯片后，利用所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞彪，郭耸，戈亚萍，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31