用于定位键合工具的视觉系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于在键合操作过程中修正键合工具的位置偏差的装置，该装置包含有：设置在键合工具上的第一基准标记和第二基准标记，第二基准标记和第一基准标记相互隔开，其中当第一基准标记和第二基准标记在参考位置处被照射时，自第一基准标记发出第一成像路径，而自第二基准标记发出第二成像路径；光学系统，其沿着第一成像路径和第二成像路径设置，该光学系统用来观察第一基准标记和第二基准标记的图像；以及处理器，其用于计算键合工具的当前位置，并将当前位置和期望位置相比较，以便于通过移动键合工具到期望位置而将键合工具的位置偏差修正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的装配，尤其是涉及用于半导体装配的键合工具的位置偏差的确定和该偏差的修正。
技术介绍
键合工具，如晶粒键合机的键合头的三维定位直接影响键合质量。对于晶粒键合头，在晶粒键合操作过程中其位置影响晶粒的放置精度，和已键合晶粒下方的黏合剂(adhesive)的键合线厚度(bondline thickness)。所以，键合工具的水平和垂直位置的精确控制是极其重要的。不幸的是，在键合操作过程中，由于外部因素如热膨胀的原因，键合过程中键合头的三维位置在不同的工作条件下将会变化。 在现有技术中，一些方法被利用来解决这个问题。其中一个方法是在键合工具附近安装温度感测器，但是当机器经过一段时间停机再重新启动键合操作时，测量出的温度通常和键合工具的位置没有良好关联。 另一种类型的定位控制方法描述在专利号为5， 909， 837、专利技术名称为"无接触键合工具加热器"的美国专利中，该专利教导了在键合工具对面使用发热的加热元件，该加热元件和键合工具的端部并置并隔开。该加热元件用来将键合工具保持在特定的温度范围内，并通过估计由于键合工具离开其加热元件而延展的时间和长度所引起的键合工具的冷却量，进行一些努力来计算补偿因素。而且，由于键合工具自身的温度没有被监测，并且当键合工具从该加热元件被延展时不能得到精确地控制，所以这种方法是不准确的。 还有另一种方法公开于专利号为6，555，401、专利技术名称为"通过测量导线键合的特征进行控制键合处理品质的方法"的美国专利中。在这种方法中，在键合装配以前得到键合盘的第一图像，以寻找键合盘的中心，在获得已键合后的材料的第二图像以前命令键合工具将材料键合到键合盘的中心。键合后的材料和键合盘中心的座标相比较以计算目前的任何偏差，该偏差然后能被修正。这种方法的缺点是它不能测量键合工具的垂直位置，因为从所获得的第二图像上仅仅能够观察到该材料的水平偏差。 由于所述的现有定位控制方法的缺陷，在键合操作过程中实时精确地监测键合工具的位置偏差并将其修正的难题仍然没有得到解决。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种视觉系统(vision system)来测量和修正在键合操作过程中键合工具的三维位置，其是精确的且避免了现有技术中部分的前述不足。 于是，本专利技术一方面提供一种用于在键合操作过程中修正键合工具的位置偏差的装置，该装置包含有设置在键合工具上的第一基准标记和第二基准标记，第二基准标记和第一基准标记相互隔开，其中当第一基准标记和第二基准标记在参考位置处被照射时，自第一基准标记发出第一成像路径(imaging path)，而自第二基准标记发出第二成像路径；光学系统，其沿着第一成像路径和第二成像路径设置，该光学系统用来观察第一基准标记和第二基准标记的图像；以及处理器，其用于计算键合工具的当前位置，并将当前位置和期望位置相比较，以便于通过移动键合工具到期望位置而将键合工具的位置偏差修正。 本专利技术另一方面提供一种用于在键合操作过程中修正键合工具的位置偏差的方法，该方法包含有以下步骤将键合工具定位在参考位置处，该键合工具包含有设置在键合工具上的第一基准标记和第二基准标记，第二基准标记和第一基准标记相互隔开；照射第一基准标记和第二基准标记，以便于自第一基准标记发出第一成像路径，而自第二基准标记发出第二成像路径；沿着第一成像路径和第二成像路径设置光学系统，以便于该光学系统观察第一基准标记和第二基准标记的图像；使用处理器从图像中计算键合工具的当前位置，并将键合工具的当前位置和期望位置相比较；其后移动键合工具到期望位置，以将位置偏差修正。 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用于确定键合工具的位置偏差以便于修正该位置偏差的装置和方法的实例现将参考附图加以详细描述，其中 图1是用于确定和修正键合工具的位置偏差的装置的概略配置的立体示意图。图2是图1所示装置的概略配置的俯视示意图。 图3是表明基准标记(fiducial marks)的键合工具的侧视示意图。 图4所示为由CCD摄像机所捕获的、用于确定键合工具的三维位置的图像的示例示意图。具体实施例方式在键合操作过程中，本专利技术较佳实施例所述的键合工具定位控制方法在两个阶段中起作用，即校准(calibration)和跟随的测量。校准的结果是光学系统的一系列参数，该参数被需要来测量键合操作过程中键合工具的三维位置。校准和测量使用同一个装置完成。 图1是用来确定和修正键合工具IO，如晶粒键合机的夹体的位置偏差的装置的概略配置的立体示意图。键合工具10包含有两个设置在其表面上(如在夹体的表面上)的界标或基准标记12、13，它们以小于180度的预定角度相互分隔。来自照明系统(图中未示)的同轴光线(coaxial light)投射在基准标记12、13上以产生高对比度的图像进行图像记录(pattern registration)。斜置的第一反射面或镜面14被设置来反射第一基准标记12的图像，而斜置的第二反射面或镜面16被设置来反射第二基准标记13的图像。 如图1所示，当键合工具10移动到预定参考位置时，照明系统照射第一基准标记12和第二基准标记13。第一基准标记12和第二基准标记13的高对比度图像沿着各自的、自基准标记12、13发出的第一和第二成像路径18、20被传送。然后，第一和第二成像路径18、20可能被第三反射面或镜面22朝向一光学系统反射，该光学系统沿着第一和第二成像路径18、20设置以便于观察该图像。虽然该光学系统可以如实施例所述的包括单个的CCD摄像机24以同时观察第一基准标记12和第二基准标记13的图像，但是不同的摄像机可以5用来观察这两个成像路径18、20，这也是可以想到的。 自基准标记12、 13发出的成像路径18、20较佳地位于一个水平面上。第三镜面22 较佳地与该水平面成45度角设置。CCD摄像机24因此可以垂直设置在第三镜面22的上方 以捕获通过成像路径18、20传送的图像。 利用CCD摄像机24的图像识别系统识别基准标记12、 13的中心位置。然后，和该 图像识别系统相连的处理器应用视觉校准算法(如下所述)来记录这两个中心位置以计算 键合头的三维位置。键合工具10的当前位置和它的用于完成精确键合的期望位置进行比 较，其后键合工具10可能被移动到该期望位置以修正其位置偏差。 图2是图1所示装置的概略配置的俯视示意图。第一基准标记12和第二基准标 记13的中心较佳地围绕键合工具10的中央纵向轴线以位于10°和170°之间的角度a 相互隔开，但特别合适地是围绕键合工具10的中央纵向轴线以位于70。和110°之间的角 度a相互隔开。第一镜面14和第二镜面16被如此设置以便于第一和第二成像路径18、20 被反射并将基准标记12、 13的图像投射朝向第三镜面22，接着该第三镜面22反射成像路径 18、20并将基准标记12、 13的图像传送到设置在第三镜面22上方的CCD摄像机24，以便于 基准标记12、 13的图像能够同时被CCD摄像机24观察。在CCD摄像机24位置处，第一和 第二成像路径18、20大体相互平行。 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在键合操作过程中修正键合工具的位置偏差的装置，该装置包含有：设置在键合工具上的第一基准标记和第二基准标记，第二基准标记和第一基准标记相互隔开，其中当第一基准标记和第二基准标记在参考位置处被照射时，自第一基准标记发出第一成像路径，而自第二基准标记发出第二成像路径；光学系统，其沿着第一成像路径和第二成像路径设置，该光学系统用来观察第一基准标记和第二基准标记的图像；以及处理器，其用于计算键合工具的当前位置，并将当前位置和期望位置相比较，以便于通过移动键合工具到期望位置而将键合工具的位置偏差修正。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：钟国基，梁永康，冯家辉，莫子良，冯顺明，
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]