晶粒键合的方法技术

本发明专利技术提供一种晶粒键合装置和键合方法，其中，该装置包括：键合头，其在半导体晶粒供应源和晶粒键合位置之间移动；拾取工具，其安装于该键合头上以在该晶粒键合位置处夹持待键合的晶粒；光学组件，其被设置来观察该晶粒键合位置的方位。该键合头被设置以便于位于光学组件和晶粒键合位置之间的、由拾取工具所夹持的晶粒的方位能被光学组件所观察，藉此能将晶粒的方位和晶粒键合位置的方位对齐定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在半导体封装过程中，于装配表面上精确地贴附晶粒并在其中产生键合连接的装置。
技术介绍
在半导体晶粒或芯片的生产过程中，很多个半导体晶粒一起形成于单个的晶圆上。其次晶圆被切割以将各个晶粒分离。然后这些半导体晶粒中的每个晶粒通过应用晶粒键合工序应该被单独地装配在支撑表面上，进行进一步的处理。其后，在该晶粒和外部设备之间产生电性连接，再后来将晶粒使用模塑料灌封以保护它们免受环境的干扰。现有技术中，所述的晶粒键合工序使用晶粒键合机，通常由键合臂从晶圆上拾取每个单独的晶粒，然后将其传送到衬底上，以在衬底上完成晶粒的贴附。图1是现有技术中晶粒键合机100的立体示意图。该晶粒键合机100通常包括具有空气喷嘴104的晶粒键合头102，以产生吸力从固定晶粒106的的晶圆平台108上拾取半导体晶粒106。然后将晶粒106传送并键合到衬底110上。为了在衬底110上正确而且准确地放置晶粒106，使用视觉系统进行视图定位，该视觉系统通常包括设置于晶圆平台108上方的第一光学系统112和设置于衬底上方的第二光学系统114。完成视图定位以捕获晶圆平台108上的晶粒106和衬底110的图像。根据晶粒106被捕获的图像将会完成键合头102和空气喷嘴104的定位，为达此目的，其参考晶粒106上的定位图案或基准标记。由于晶粒106上的定位图案或基准标记设置于该晶粒朝向第一光学系统112、第二光学系统114的上侧，这些晶粒键合机100允许第一光学系统112在键合头102移动就位拾取晶粒106以前来捕获晶粒106的图像，并在放置晶粒106于衬底110以前根据所拍衬底110的图像调整晶粒106的方位。该方法存在的问题是在晶粒106的图像被捕获之后，晶粒拾取处理期间可能引起的晶粒106的任何错误或不期望的移动不能由该视觉系统修正或补偿。例如，作为错误的结果，空气喷嘴104的吸附表面和晶粒106不能共面。而空气喷嘴104和晶粒106的共面性是拾取过程中主要因素之一。当不能实现这样的共面时，在拾取过程中晶粒106的位置和角度可能漂移和转动。在晶粒106由键合头102拾取之后和放置于衬底110之前进行晶粒106的视觉定位以避免晶粒拾取过程中所引入的错误，这是令人期望的。而且，在两个不同的位置使用两个单独的光学系统识别晶粒106和衬底110的所述现有的晶粒键合机100需要校准(calibration)。该校准需要将由光学系统所观察的坐标和控制键合头102定位的键合头工作台(未示)的坐标联系起来。任何校准错误将会对两个光学系统112、114和键合头工作台之间存在的坐标关系的准确性产生直接的不利影响，而且这将影响晶粒键合放置精度。同时，在机器操作期间，键合装置的温度通常变化。因此，键合头工作台和光学系统112、114当机器快速运转时可能被各自的马达加热，当机器减速运转或停止时可能冷却下来。热膨胀或收缩将改变校准期间在光学系统和键合头工作台之间建立的前述关系，因此也影响了放置精度。通常，两个光学系统112、114分隔得越远，校准错误越严重。这是因为该校准方法通常包括使用键合头工作台以将校准图案从一个光学系统发送到另一个光学系统。因此，这种移动的距离应该被精确的规定。距离越长，热量错误和工作台移动错误的影响就越大。相反，某些晶粒键合机可能采用一种移动式光学系统，该移动式光学系统能从晶圆平台108的位置移动到衬底110的位置。这种设计的优点是晶粒定位图案和衬底定位图案二者的图像能使用仅仅一个光学系统捕获，以致于用于两个单独的光学系统的校准不需要被执行。但是，当光学系统在平台108的位置和衬底110的位置之间移动时，被引入的这种移动式光学系统的移动错误将会影响放置精度。当处理的晶粒在长度方向很大或很长时，通常较佳地使用一种具有小视场(small field of view)的光学系统。这意味着如果光学系统不能捕获整个晶粒的图像，那么它首先需要在晶粒106的一个角落捕获定位图案，并然后移动到晶粒106的对角处捕获定位图案。以这种方式，晶粒的中心位置和晶粒的旋转角度能被算出。小视场将会给视觉系统提供更高的分辨率，并因此提供更高的图形辨识(PRpatternrecognition)精度。但是，光学系统的移动精度也会在晶粒键合期间的整个放置精度中扮演重要的角色。如同上面所解释的，如果光学系统的定位不是足够的精确，那么可能引入另一种潜在的错误源。如何将用于视觉定位的光学系统的移动最小化以避免由于该光学系统的移动所引入的不精确，是令人期望的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于在实现更高水平的晶粒键合精度的同时，寻求克服前述现有技术中的至少一部分缺点。一方面，本专利技术提供一种晶粒键合装置，该装置包括键合头，其在半导体晶粒供应源和晶粒键合位置之间移动；拾取工具，其安装于该键合头上以在该晶粒键合位置处夹持待键合的晶粒；光学组件，其被设置来观察该晶粒键合位置的方位；其中，该键合头被设置以便于位于光学组件和晶粒键合位置之间的、由拾取工具所夹持的晶粒的方位能被光学组件所观察，藉此能将晶粒的方位和晶粒键合位置的方位对齐定位。另一方面，本专利技术还提供一种用于键合晶粒的方法，该方法包含有以下步骤使用光学组件观察晶粒键合位置，以确定该晶粒键合位置的方位；使用安装于键合头的拾取工具从半导体晶粒供应源拾取晶粒；在光学组件和晶粒键合位置之间定位由拾取工具所夹持的晶粒；当晶粒位于光学组件和晶粒键合位置之间时，使用光学组件观察晶粒，以确定该晶粒的方位；将该晶粒的方位和该晶粒键合位置的方位对齐定位；以及此后，在晶粒键合位置键合晶粒。参阅后附的描述本专利技术实施例的附图，随后来详细描述本专利技术是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本专利技术的限制，本专利技术的特点限定在权利要求书中。附图说明根据本专利技术所述的晶粒键合装置几个实施例的实例现将参考附图加以描述，其中图1时现有技术中晶粒键合机的立体示意图。图2是根据本专利技术较佳实施例所述的包含有两个光学系统的晶粒键合装置的立体示意图。图3是图2所描述的晶粒键合装置的平面图。图4是根据本专利技术另一较佳实施例所述的包含有单个光学系统的晶粒键合装置的立体示意图。图5是根据本专利技术又一较佳实施例所述的包含有窄形键合头的晶粒键合装置的立体示意图。具体实施例方式图2是根据本专利技术较佳实施例所述的包含有两个光学系统26、28的晶粒键合装置的立体示意图。该装置包含有中空的键合头10，通过该键合头10的本体具有垂直延伸的孔洞12。该键合头10支撑和控制有一拾取工具14，例如夹体，该拾取工具被配置来通过真空吸力或握紧力从位于晶圆平台18处的半导体晶粒供应源拾取晶粒16。该键合头10在晶圆平台18和晶粒键合位置之间移动。当晶粒16被拾取之后，然后将该晶粒放置于设置在衬底20上的晶粒键合位置，晶粒在此被键合。拾取工具14包含有真空喷嘴或握紧器(gripper)，其形成时宽度小于晶粒16，以便于晶粒16的四个角不被拾取工具14所覆盖。拾取工具14贴附安装于键合头10最好采用支撑结构的方式，例如在孔洞12底端横向穿越孔洞12开口的横梁22。键合头10由一三轴式工作台(未示)驱动，以便于其被驱动而在平行于衬底20平面的X和Y轴上、和与其垂直的Z轴上移动。键合头10同时围绕Z轴转动，以便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶粒键合装置，该装置包括：键合头，其在半导体晶粒供应源和晶粒键合位置之间移动；拾取工具，其安装于该键合头上以在该晶粒键合位置处夹持待键合的晶粒；以及光学组件，其被设置来观察该晶粒键合位置的方位；其中，该键合头被设置以便于位于光学组件和晶粒键合位置之间的、由拾取工具所夹持的晶粒的方位能被光学组件所观察，藉此能将晶粒的方位和晶粒键合位置的方位对齐定位。

【技术特征摘要】
US 2005-12-12 11/301,1211.一种晶粒键合装置，该装置包括键合头，其在半导体晶粒供应源和晶粒键合位置之间移动；拾取工具，其安装于该键合头上以在该晶粒键合位置处夹持待键合的晶粒；以及光学组件，其被设置来观察该晶粒键合位置的方位；其中，该键合头被设置以便于位于光学组件和晶粒键合位置之间的、由拾取工具所夹持的晶粒的方位能被光学组件所观察，藉此能将晶粒的方位和晶粒键合位置的方位对齐定位。2.如权利要求1所述的晶粒键合装置，其中，该拾取工具的宽度小于晶粒的长度，以致于位于由该拾取工具所夹持的晶粒的角落处的定位图案没有被拾取工具所覆盖。3.如权利要求1所述的晶粒键合装置，该装置包含有孔洞，该孔洞延伸穿越该键合头，以便于光学组件通过该孔洞观察由拾取工具所夹持的晶粒。4.如权利要求3所述的晶粒键合装置，该装置包含有支撑结构，该支撑结构在键合头的一开口处横向延伸于该孔洞以支撑该拾取工具，其中，该支撑结构的宽度窄于晶粒的长度，以致于位于由该拾取工具所夹持的晶粒的角落处的定位图案没有被支撑结构所覆盖。5.如权利要求3所述的晶粒键合装置，其中，该孔洞的形状大体为圆柱形。6.如权利要求5所述的晶粒键合装置，其中，该孔洞的纵轴大体垂直于晶粒键合位置的平面。7.如权利要求1所述的晶粒键合装置，其中，该光学组件包括双光学系统，以致于每个光学系统被设置来观察晶粒的一端。8.如权利要求7所述的晶粒键合装置，其中，该键合头被设置以便于晶粒的每一端能同时被每个光学系统观察。9.如权利要求1所述的晶粒键合装置，其中，该光学组件包括单个的光学系统。10.如权利要求9所述的晶粒键合装置，其中，该单个的光学系统从观察晶粒一端的一位置处移动到观察晶粒另一端的另一位置处。11.如权利要求1所述的晶粒键合装置，其中，沿着光学组件的视场，...

【专利技术属性】
技术研发人员：温名扬，林永辉，
申请(专利权)人：先进自动器材有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]