DE112008002467T5

DE112008002467T5 - Verfahren für die Entnahme von Halbleiterchips von einem Wafertisch und Verfahren für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat

Info

Publication number: DE112008002467T5
Application number: DE112008002467T
Authority: DE
Inventors: Stefan Behler; Patrick Blessing
Original assignee: Esec AG
Current assignee: Besi Switzerland AG
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2028-10-04
Also published as: KR20100085027A; HK1144235A1; MY155097A; CH698334B1; JP5258068B2; CN101861637B; JP2010541293A; TW200929425A; CH698334A1; DE112008002467B4; CN101861637A; KR101503556B1; TWI464820B

Abstract

Verfahren für die Entnahme von auf einem Wafertisch (1) bereitgestellten Halbleiterchips (2), bei dem eine erste Kamera (6) die Position eines bereitgestellten Halbleiterchips erfasst und ein an einem Bondkopf (8) gelagerter Chipgreifer (9) den Halbleiterchip (2) entnimmt, wobei der Bondkopf (8) mit dem Chipgreifer (9) mittels eines Pick-Systems entsprechend einem dem Pick-System immanenten Koordinatensystem KS bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Einrichtungsphase eine Justierung einer ersten Sollposition des Bondkopfs (8) durchgeführt wird, die sich im Blickfeld der ersten Kamera (6) befindet, wobei bei der Justierung der Bondkopf (8) an die erste Soll-Position bewegt wird und die auf das Koordinatensystem KS bezogenen Koordinaten der ersten Soll-Position sowie die auf ein Koordinatensystem KS₁ der ersten Kamera (6) bezogenen Koordinaten der ersten Soll-Position ermittelt und gespeichert werden, und dass in einer Produktionsphase beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses eine Nachjustierung der ersten Soll-Position durchgeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art für die Entnahme von Halbleiterchips, die auf einem Wafertisch bereitgestellt werden. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren für die Montage der entnommenen Halbleiterchips auf einem Substrat.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Solche Automaten für die Montage von Halbleiterchips sind in der Fachwelt als Die Bonder bekannt. Der Montageautomat dient dazu, die zahlreichen, gleichartigen Chips eines Wafers, die sich nebeneinander auf einem Chipträger befinden, nacheinander auf einem Substrat, z. B. einem metallischen Leadframe, zu montieren. Der Die Bonder umfasst einen Wafertisch, auf dem sich der Chipträger befindet, ein Transportsystem für die Zuführung der Substrate und ein Pick and Place System, um die Halbleiterchips vom Chipträger zu entnehmen und auf dem Substrat zu platzieren. Das Pick and Place System umfasst einen Bondkopf mit einem Chipgreifer, der von einem Antriebssystem hin und her bewegt wird. Der Chipgreifer ist um eine vertikale Achse drehbar, damit die Drehlage der Halbleiterchips bei Bedarf geändert werden kann. Der Chipgreifer enthält ein auswechselbares Greiforgan, das ist ein mit Vakuum beaufschlagbares Saugorgan, das in der Fachwelt als ”pick up tool” oder ”die collet” bekannt ist.
An Montageautomaten dieser Art werden extrem hohe Anforderungen gestellt. Für die Weiterverarbeitung der montierten Chips müssen diese lagegenau auf dem Substrat positioniert werden. Damit die Halbleiterchips mit einer im Mikrometerbereich liegenden Genauigkeit auf dem Substrat platziert werden können, sind auf dem Die Bonder zwei Kameras vorgesehen. Die erste Kamera vermisst die Position des vom Chipgreifer aufzunehmenden Halbleiterchips und liefert Positionsdaten, die auf ein erstes Koordinatensystem bezogen sind. Die zweite Kamera vermisst die Lage des Substratplatzes, auf dem der Halbleiterchip zu platzieren ist, und liefert Positionsdaten, die auf ein zweites Koordinatensystem bezogen sind. Das Pick und Place System steuert aufgrund der von den Kameras gelieferten Informationen den Bondkopf so, dass der Chipgreifer den Halbleiterchip vom Wafertisch entnehmen und lagegenau am richtigen Ort auf dem Substratplatz absetzen kann. Die Position des Pick und Place Systems bezieht sich auf ein drittes, von den Koordinatensystemen der Kameras unabhängiges Koordinatensystem.
Im Betrieb des Die Bonders stellt sich das Problem, dass die relative Lage der drei Koordinatensysteme aufgrund verschiedener Gegebenheiten ändern kann. So ändert sich oft – gewollt oder ungewollt – die Temperatur an verschiedenen Orten des Die Bonders. Dies führt meistens dazu, dass die Umrechnung von Zielkoordinaten, die im Koordinatensystem der ersten Kamera oder im Koordinatensystem der zweiten Kamera ermittelt wurden, in Bewegungskoordinaten für das Pick und Place System nicht mehr so genau wie erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Entnahme und Montage von Halbleiterchips zu entwickeln, das unabhängig von äusseren Umständen und Veränderungen eine hohe Platzierungsgenauigkeit gewährleistet. Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Entnahme und fakultativ die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, bei dem

– die Halbleiterchips auf einem Wafertisch bereitgestellt werden,
– ein Substrat nach dem andern auf einem Substratstisch bereitgestellt wird,
– eine erste Kamera die Lage und Orientierung des auf dem Wafertisch bereitgestellten, als nächster zu montierenden Halbleiterchips erfasst,
– eine zweite Kamera die Lage und Orientierung des Substratplatzes erfasst, auf dem der Halbleiterchip zu montieren ist, und
– ein Chipgreifer den auf dem Wafertisch bereitgestellten Halbleiterchip entnimmt und auf dem Substrat montiert, wobei der Chipgreifer an einem Bondkopf gelagert ist und ein Pick und Place System mit vorzugsweise zwei linearen Antrieben den Bondkopf mit dem Chipgreifer zwischen dem Wafertisch und dem Substrat hin und her transportiert.

Erfindungsgemäss wird die mit der ersten Kamera erfasste Position des als nächster zu montierenden Halbleiterchips in der Form von auf ein erstes Koordinatensystem KS₁ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt, die mit der zweiten Kamera erfasste Position des Substratplatzes, auf dem der Halbleiterchip zu montieren ist, in der Form von auf ein zweites Koordinatensystem KS₂ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt, und die Position des Bondkopfs auf ein drittes Koordinatensystem KS₃ bezogen.
Die Erfindung schlägt vor, am Bondkopf eine Markierung anzubringen, deren Position die Kameras ausmessen können. Weil die Markierung aus konstruktiven Gründen nicht in der Schärfenebene der Kameras angeordnet werden kann, schlägt die Erfindung zudem vor, bei einer bevorzugten Ausführung oberhalb der Markierung eine Linse anzubringen, die dafür sorgt, dass die Markierung ebenfalls scharf abgebildet wird.
Die Erfindung schlägt weiter vor, für die Umrechnung von Koordinaten des ersten Koordinatensystems KS₁ auf das dritte Koordinatensystem KS₃ des Pick und Place Systems eine erste, fixe Abbildungsfunktion F und einen ersten, veränderbaren Korrekturvektor K₁ zu benützen, und für die Umrechnung von Koordinaten des zweiten Koordinatensystems KS₂ auf das dritte Koordinatensystem KS₃ des Pick und Place Systems eine zweite, fixe Abbildungsfunktion G und einen zweiten, veränderbaren Korrekturvektor K₂ zu benützen. Bei der erstmaligen Einrichtung des Die Bonders oder auch bei einer generellen Neueinstellung des Die Bonders werden einerseits die Abbildungsfunktionen F und G und ihre Umkehrfunktionen ermittelt und andererseits die beiden Korrekturvektoren K₁ und K₂ auf Null gesetzt. Während die Abbildungsfunktionen F und G bis zur nächsten generellen Neueinstellung des Die Bonders nicht geändert werden, werden die Korrekturvektoren K₁ und K₂ beim Eintreffen eines vorbestimmten Ereignisses nachjustiert. Unter einem vorbestimmten Ereignis ist ein Ereignis zu verstehen, bei dem mit einer grossen Wahrscheinlichkeit erwartet werden kann, dass sich die relative Lage der drei Koordinatensysteme KS₁, KS₂ und KS₃ zueinander in einem Ausmass geändert hat, das die Platzierungsgenauigkeit vermindert.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Figuren, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil dieser Spezifikation bilden, illustrieren ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen dazu, zusammen mit der Detailbeschreibung, die Prinzipien und Ausführungen der Erfindung zu erklären. Die Figuren sind nicht massstabsgetreu dargestellt.
1 zeigt in Aufsicht einen Montageautomaten für die Montage von Halbleiterchips,
2 zeigt in seitlicher Ansicht eine Kamera, einen Bondkopf und einen Wafertisch, und
3 zeigt in Aufsicht den Bondkopf und drei verschiedene Koordinatensysteme.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 1 zeigt schematisch und in Aufsicht einen Montageautomaten für die Montage von Halbleiterchips, einen sogenannten Die Bonder, soweit es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die 2 zeigt Teile des Montageautomaten in seitlicher Ansicht. Der Die Bonder umfasst einen Wafertisch 1, auf dem die zu montierenden Halbleiterchips 2 bereitgestellt werden, einen Substrattisch 3, auf dem das zu bestückende Substrat 4 von einer nicht dargestellten Transportvorrichtung bereitgestellt wird, ein Pick und Place System 5, das die Halbleiterchips 2 vom Wafertisch 1 entnimmt und auf dem Substrat 4 platziert, und zwei Kameras 6 und 7. Das Pick und Place System 5 umfasst einen Bondkopf 8 mit einem auswechselbaren Chipgreifer 9 (2) und zwei lineare, positionsgeregelte Antriebe für die Bewegung des Bondkopfs 8 in zwei orthogonalen Richtungen, die als x und y-Richtung bezeichnet sind. Ein dritter, nicht dargestellter Antrieb dient zum Anheben und Absenken des Bondkopfs 8 oder des Chipgreifers 9 in der senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden z-Richtung. Die erste Kamera 6 dient dazu, jeweils die Lage des nächsten aufzunehmenden Halbleiterchips 2 zu bestimmen. Die zweite Kamera 7 dient dazu, die Lage des Substratplatzes auf dem Substrat 4, auf dem der Halbleiterchip 2 zu platzieren ist, zu bestimmen. Die erste Kamera 6 ist in der Regel ortsfest angeordnet. Die zweite Kamera 7 ist auch ortsfest angeordnet oder mit separaten Antrieben in mindestens einer oder in zwei parallel zur Oberfläche des Substrats 4 verlaufenden Richtungen bewegbar. Solche Pick und Place Systeme 5 sind beispielsweise bekannt aus EP 923111 , EP 1480507 , DE 10 2004 026 534 und EP 1612843 .
Seitlich am Bondkopf 8 ist eine Markierung 10 (2) so angebracht, dass sie in dem von der ersten Kamera 6 gelieferten Bild sichtbar ist, wenn sich der Bondkopf 8 im Blickfeld der ersten Kamera 6 befindet, und in dem von der zweiten Kamera 7 gelieferten Bild sichtbar ist, wenn sich der Bondkopf 8 im Blickfeld der zweiten Kamera 7 befindet.
Die 2 zeigt in seitlicher Ansicht die erste Kamera 6, den Bondkopf 8 und den Wafertisch 1. Ihr in der Zeichnung durch Linien 6a begrenztes Blickfeld ist dem Wafertisch 1 zugewandt, so dass in dem von ihr gelieferten Bild jeweils der nächste aufzunehmende Halbleiterchip 2 scharf abgebildet ist. Die Schärfenebene der ersten Kamera 6 liegt in der durch die Oberfläche der aufzunehmenden Halbleiterchips 2 definierten Ebene. Die Schärfenebene der zweiten Kamera 7 (1) liegt in der durch die Oberfläche des zu bestückenden Substrats 4 definierten Ebene. Es ist nicht möglich, die Marke 10 so am Bondkopf 8 anzubringen, dass sie von den beiden Kameras 6 und 7 ohne Verstellung der Schärfenebene scharf abgebildet wird. Um dennoch zu erreichen, dass die Markierung 10 scharf abgebildet wird, ist mit Vorteil oberhalb der Markierung 10 eine Linse 11 am Bondkopf 8 angebracht. Die Linse 11 befindet sich jeweils zwischen der Markierung 10 und der entsprechenden Kamera 6 bzw. 7 und sorgt dafür, dass die Markierung 10 im Bild der jeweiligen Kamera 6 bzw. 7 ausreichend scharf abgebildet ist. Um zu erreichen, dass die Markierung 10 scharf abgebildet wird, könnte anstelle der Linse 11 auch vorgesehen sein, bei Bedarf jeweils die Schärfenebenen der Kameras zu verstellen. Die Lösung mit der Linse 11 ist jedoch einfacher, schneller und kostengünstiger, da dank der Linse 11 ein geringerer Verstellbereich der Optik der Kameras 6 und 7 erforderlich ist.
Die erste Kamera 6 liefert ihre Bilddaten an eine erste Bildverarbeitungseinheit, die aus den Bilddaten die Lage und Orientierung des als nächster zu montierenden Halbleiterchips 2 ermittelt und in der Form von auf ein erstes Koordinatensystem KS₁ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung stellt. Diese Positionsdaten bestehen aus drei Zahlen (p, q, φ), wobei die beiden Zahlen p und q die Lage eines Referenzpunktes des Halbleiterchips 2 und die Zahl φ den Winkel bezeichnet, um den der Halbleiterchip 2 gegenüber seiner Soll-Position verdreht ist.
Die zweite Kamera 7 liefert ihre Bilddaten an eine zweite Bildverarbeitungseinheit, die aus den Bilddaten die Lage und Orientierung des Substratplatzes ermittelt, auf dem der Halbleiterchip 2 zu montieren ist, und in der Form von auf ein zweites Koordinatensystem KS₂ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung stellt. Diese Positionsdaten bestehen aus drei Zahlen (u, v, ψ), wobei die beiden Zahlen u und v die Lage eines Referenzpunktes des Substratplatzes und die Zahl ψ den Winkel bezeichnet, um den der Substratplatz gegenüber seiner Soll-Position verdreht ist.
Der erste lineare Antrieb des Pick und Place Systems liefert eine Zahl x_M und der zweite lineare Antrieb des Pick und Place Systems liefert eine Zahl y_M, die zusammen Positionsdaten bilden, die die Position (x_M, y_M) der Markierung 10 in Bezug auf ein drittes Koordinatensystem KS₃ darstellen.
Der Chipgreifer 9 ist um eine Drehachse 12 (2) drehbar. Die Saugöffnung des Chipgreifers 9 definiert die Lage der Greifachse 13 (2) des Chipgreifers 9. Die Position (x_G, x_G) der Greifachse 13 im dritten Koordinatensystem KS₃ ist gegeben durch (xG, yG) = (xM, yM) + D + Ewobei der Vektor D die Position der Drehachse 12 relativ zur Position (x_M, y_M) der Markierung 10 und der Vektor E die Position der Greifachse 13 relativ zur Position der Drehachse 12 beschreibt. Der Vektor D ist ein fester Vektor, der einmal zu bestimmen ist, der Vektor E ist ein Vektor, der mit dem Chipgreifer 9 mitdreht: Seine Länge ist eine feste Grösse, aber seine Richtung ändert, wenn der Chipgreifer 9 um die Drehachse 12 gedreht wird. Im Idealfall fallen die Drehachse 12 und die Greifachse 13 immer zusammen, d. h. es ist E = 0, unabhängig von der Drehlage des Chipgreifers 9.
Die 3 illustriert den Zusammenhang zwischen den drei Koordinatensystemen KS₁, KS₂ und KS₃. Damit die Halbleiterchips 2 lagegenau auf dem Substrat 4 platziert werden können, muss die aktuelle Position der Greifachse 13 des Chipgreifers 9 sowohl im ersten Koordinatensystem KS₁ als auch im zweiten Koordinatensystem KS₂ berechnet werden können. Es wird deshalb bei der erstmaligen Einrichtung oder bei einer generellen Neueinstellung des Montageautomaten eine erste Abbildungsfunktion F bestimmt, die das erste Koordinatensystem KS₁ auf das dritte Koordinatensystem KS₃ abbildet. Dies erfolgt mithilfe der Markierung 10: Die beiden linearen Antriebe des Pick und Place Systems 5 bewegen den Bondkopf 8 mit der Markierung 10 an eine Anzahl k von verschiedenen Positionen (x_n, y_n) mit n = 1 bis k innerhalb des Blickfelds der ersten Kamera 6 und die erste Bildverarbeitungseinheit ermittelt aus dem von der ersten Kamera 6 gelieferten Bild die zugehörige Position (p_n, q_n) der Markierung 10. Aus den gewonnenen Datensätzen wird die erste Abbildungsfunktion F berechnet. Es gilt dann (x, y) = F(p, q)
Es wird dann noch die Umkehrfunktion F^–1 der Abbildungsfunktion F berechnet, so dass (p, q) = F–1(x, y)
Zudem wird ein erster Korrekturvektor K₁ auf den Wert K₁ = 0 gesetzt.
Analog wird eine zweite Abbildungsfunktion G, die das zweite Koordinatensystem KS₂ auf das dritte Koordinatensystem KS₃ abbildet, und ihre Umkehrfunktion G^–1 bestimmt. Es gilt dann (x, y) = G(u, v)und umgekehrt (u, v) = G–1(x, y)
Zudem wird ein zweiter Korrekturvektor K₂ auf den Wert K₂ = 0 gesetzt.
Die erste Kamera 6 und das erste Koordinatensystem KS₁ werden benutzt, um die auf das erste Koordinatensystem KS₁ bezogenen Zielkoordinaten zu ermitteln, an die das Pick und Place System 5 den Bondkopf 8 bewegen muss, damit der Chipgreifer 9 den auf dem Wafertisch 1 bereitgestellten Halbleiterchip 2 aufnehmen kann. Die zweite Kamera 7 und das zweite Koordinatensystem KS₂ werden benutzt, um die auf das zweite Koordinatensystem KS₂ bezogenen Zielkoordinaten zu ermitteln, an die das Pick und Place System 5 den Bondkopf 8 bewegen muss, damit der Chipgreifer 9 den Halbleiterchip 2 lagegenau auf dem Substratplatz absetzen kann. Alle Berechnungen werden in diesen beiden Koordinatensystemen KS₁ und KS₂ durchgeführt und erst nach Abschluss aller Berechnungen werden die ermittelten Zielkoordinaten mittels der entsprechenden Abbildungsfunktion F oder G umgerechnet in Bewegungskoordinaten des dritten Koordinatensystems KS₃. Die Vektoren D und E werden deshalb sowohl als auf das erste Koordinatensystem KS₁ bezogene Vektoren D₁ und E₁ ermittelt als auch auf das zweite Koordinatensystem KS₂ bezogene Vektoren D₂ und E₂ ermittelt. Das dritte Koordinatensystem KS₃ wird also nur benutzt, um den Bondkopf 8 zu bewegen, ohne dass in diesem Koordinatensystem KS₃ Berechnungen ausgeführt werden. Das dritte Koordinatensystem KS₃ ist gegeben durch die Mechanik des Pick und Place Systems 5, d. h. die Koordinaten x und y sind die von den Encodern der beiden linearen Antriebe gelieferten Positionswerte, und ist daher kein exaktes orthogonales Koordinatensystem.
Sobald die Abbildungsfunktionen F und G, ihre Umkehrfunktionen F^–1 und G^–1, und die Vektoren D₁, E₁, D₂ und E₂ ermittelt sind, kann in der Produktionsphase ein Halbleiterchip 2 nach dem andern montiert werden, indem

– mit der ersten Kamera 6 ein Bild des als nächster zu montierenden Halbleiterchips 2 aufgenommen und aus dem Bild die auf das erste Koordinatensystem KS₁ bezogenen Positionsdaten (p_W, q_W, φ_W) des Halbleiterchips 2 berechnet werden, wobei φ_W = 0, wenn der Halbleiterchip 2 gegenüber seiner Soll-Lage nicht verdreht ist,
– die auf das dritte Koordinatensystem KS₃ bezogene Position (x_W, y_W), die die Markierung 10 einnehmen muss, damit die Greifachse 13 des Chipgreifers 9 den Referenzpunkt des Halbleiterchips 2 durchstösst, berechnet wird zu (xW, yW) = F[(pW, qW) – D1 – E1 + K1]
– die berechnete Position (x_W, y_W) angefahren und der Halbleiterchip 2 vom Chipgreifer 9 aufgenommen wird,
– mit der zweiten Kamera 7 ein Bild des Substratplatzes aufgenommen wird, auf dem der Halbleiterchip 2 zu montieren ist, und aus dem Bild die auf das zweite Koordinatensystem KS₂ bezogenen Positionsdaten (u_S, v_S, ψ_S) des Substratplatzes berechnet werden, wobei ψ_S = 0, wenn der Substratplatz gegenüber seiner Soll-Lage nicht verdreht ist,
– die auf das dritte Koordinatensystem KS₃ bezogene Position (x_S, y_S), die die Markierung 10 einnehmen muss, damit die Greifachse 13 des Chipgreifers 9 den Referenzpunkt des Substratplatzes durchstösst, berechnet wird zu (xS, yS) = G[(uS, vS) – D2 – E2 + K2]
– die berechnete Position (x_S, y_S) angefahren, fakultativ der Chipgreifer 9 um den Winkel ψ_S – φ_S gedreht, und der Halbleiterchip 2 auf dem Substratplatz platziert wird.

Um die hohe Platzierungsgenauigkeit des Die Bonders während der ganzen Produktion auf dem gleich bleibend hohen Niveau zu halten, wird beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses eine Nachjustierung des ersten Korrekturvektors K₁ und des zweiten Korrekturvektors K₂ durchgeführt. Dabei wird die am Bondkopf 8 angebrachte Markierung 10 benützt, die für die Nachjustierung des ersten Korrekturvektors K₁ ins Blickfeld der ersten Kamera 6 und für die Nachjustierung des zweiten Korrekturvektors K₂ ins Blickfeld der zweiten Kamera 7 gebracht wird. Die Nachjustierung des ersten Korrekturvektors K₁ erfolgt durch

– Bewegen des Bondkopfs 8 an eine Soll-Position R = (x_R, y_R), in der sich die Markierung 10 im Blickfeld der ersten Kamera 6 befindet, wobei sich die Koordinaten (x_R, y_R) auf das dritte Koordinatensystem KS₃ beziehen,
– Berechnen der Soll-Position (p_R, q_R) der Markierung 10 in Bezug auf das erste Koordinatensystem KS₁ zu (p_R, q_R) = F^–1(x_R, y_R),
– Aufnehmen eines Bildes der Markierung 10 mit der ersten Kamera 6, aus dem Bild der ersten Kamera 6 Ermitteln der Ist-Position (p_M, q_M) der Markierung 10 in Bezug auf das erste Koordinatensystem KS₁, und
– Berechnen des ersten Korrekturvektors K₁ als Differenz zwischen der angefahrenen Soll-Position und der gemessenen Ist-Position: K1 = (pR, qR) – (pM, qM).

Es ist klar, dass sich der erste Korrekturvektor K₁ auf das erste Koordinatensystem KS₁ bezieht.
Die Nachjustierung des zweiten Korrekturvektors K₂ erfolgt analog durch

– Bewegen des Bondkopfs 8 an eine Soll-Position T = (x_T, y_T), in der sich die Markierung 10 im Blickfeld der zweiten Kamera 7 befindet, wobei sich die Koordinaten (x_T, y_T) auf das dritte Koordinatensystem KS₃ beziehen,
– Berechnen der Soll-Position (u_T, v_T) der Markierung 10 in Bezug auf das zweite Koordinatensystem KS₂ zu (u_T, v_T) = G^–1(x_T, y_T),
– Aufnehmen eines Bildes der Markierung 10 mit der zweiten Kamera 7, aus dem Bild der zweiten Kamera 7 Ermitteln der Ist-Position (u_M, v_M) der Markierung 10 in Bezug auf das zweite Koordinatensystem KS₂, und
– Berechnen des zweiten Korrekturvektors K₂ als Differenz zwischen der angefahrenen Soll-Position und der gemessenen Ist-Position: K2 = (uT, vT) – (uM, vM),

Es ist klar, dass sich der zweite Korrekturvektor K₂ auf das zweite Koordinatensystem KS₂ bezieht.
Es sind verschiedene Ereignisse, die eine Nachjustierung der Korrekturvektoren K₁ und K₂ auslösen können, insbesondere die folgenden vier Ereignisse:

– seit der letzten Kalibration ist eine vorbestimmte Anzahl von Halbleiterchips 2 montiert worden,
– seit der letzten Kalibration hat sich eine an einer vorbestimmten Stelle des Pick und Place Systems 5 gemessene Temperatur um mehr als einen vorbestimmten Wert verändert,
– die Produktion wurde gestoppt,
– die Ist-Lage des montierten Halbleiterchips, die mit der zweiten Kamera 7 nach dem Montieren erfasst und berechnet wurde, weicht von der Soll-Lage um mehr als ein vorbestimmtes Mass ab.

Nach Abschluss der Nachjustierung der Korrekturvektoren K₁ und K₂ kann die Montage der Halbleiterchips 2 gemäss den oben beschriebenen Schritten fortgeführt werden, wobei nun aber die aktualisierten Korrekturvektoren K₁ und K₂ verschieden von Null sein können.
Die Erfindung lässt sich bei den bekannten Pick and Place Systemen, bei denen der Wafertisch 1 und die Plattform 3 für die Substrate 4 in parallelen Ebenen angeordnet sind, als auch bei dem in der EP 1480507 beschriebenen Pick and Place System anwenden, bei dem der Wafertisch 1 und die Plattform 3 für die Substrate 4 schräg zueinander angeordnet sind und bei dem der Bondkopf 8 zusätzlich zur Bewegung in x- und y-Richtung noch eine Schwenkbewegung um eine horizontale Achse durchführt.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem der Bondkopf für die Justierung und die Nachjustierung an die erste Soll-Position R bzw. die zweite Soll-Position T bewegt wird und die auf das dritte Koordinatensystem KS₃ bezogenen Koordinaten der ersten Soll-Position R und der zweiten Soll-Position T gespeichert und für die Nachjustierung der beiden Korrekturvektoren K₁ und K₂ benützt werden. Bei diesem Beispiel wird die entsprechende Soll-Position der Markierung 10 mittels der Umkehrfunktionen F^–1 bzw. G^–1 berechnet. Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem zusätzlich die auf das erste Koordinatensystem KS₁ bezogenen Koordinaten der Markierung 10 (oder eines anderen beliebigen Referenzpunktes am Bondkopf 8) bzw. die auf das zweite Koordinatensystem KS₂ bezogenen Koordinaten der Markierung 10 (oder eines anderen beliebigen Referenzpunktes am Bondkopf 8) gespeichert werden, wenn sich der Bondkopf 8 in der ersten bzw. zweiten Soll-Position befindet, und dann benützt werden für die Nachjustierung der beiden Korrekturvektoren K₁ und K₂.
Das Pick und Place System umfasst als Teil ein Pick-System für die Entnahme der Halbleiterchips vom Wafertisch. Das dritte Koordinatensystem KS₃ ist ein dem Pick-System bzw. dem Pick und Place System immanentes Koordinatensystem und wird deshalb im folgenden als Koordinatensystem KS bezeichnet. Damit die Nachjustierung durchgeführt werden kann, wird zunächst in einer Einrichtungsphase eine Justierung durchgeführt, bei der der Bondkopf 8 an eine erste Soll- Position bewegt wird, die sich im Blickfeld der ersten Kamera 6 befindet, und die auf das Koordinatensystem KS bezogenen Koordinaten (x_SP1, y_SP1) der ersten Soll-Position sowie die auf das Koordinatensystem KS₁ der ersten Kamera 6 bezogenen Koordinaten (p_SP1, q_SP1) der ersten Soll-Position ermittelt und gespeichert werden. Die Nachjustierung in der Produktionsphase erfolgt, indem der Bondkopf 8 an die Koordinaten (x_SP1, y_SP1) der ersten Soll-Position bewegt wird und die auf das Koordinatensystem KS₁ der ersten Kamera 6 bezogenen Koordinaten (p_SP1', q_SP1') der ersten Soll-Position wiederum ermittelt werden. Der Differenzvektor (p_SP1', q_SP1') – (p_SP1, q_SP1) enthält die Information über die Verschiebung des ersten Koordinatensystems KS₁ in Bezug auf das Koordinatensystem KS, die seit der Einrichtung in der Einrichtungsphase aufgetreten ist. Für die Definition der ersten Soll-Position des Bondkopfs 8 in Bezug auf das erste Koordinatensystem KS₁ kann an sich ein beliebiger Referenzpunkt am Bondkopf 8 verwendet werden. Bevorzugt wird für die Definition des Referenzpunktes die oben erwähnte Markierung 10 verwendet.
In analoger Weise werden bevorzugt auch Verschiebungen des zweiten Koordinatensystems KS₂ der zweiten Kamera 7 in Bezug auf das Koordinatensystem KS des Bondkopfs 8 erfasst und auskorrigiert, indem in der Einrichtungsphase eine weitere Justierung durchgeführt wird, bei der der Bondkopf 8 an eine zweite Soll-Position bewegt wird, die sich im Blickfeld der zweiten Kamera 7 befindet, und die auf das Koordinatensystem KS bezogenen Koordinaten (x_SP2, y_SP2) der zweiten Soll-Position sowie die auf das Koordinatensystem KS₂ der zweiten Kamera 7 bezogenen Koordinaten (u_SP2, v_SP2) der zweiten Soll-Position ermittelt und gespeichert werden. Die Nachjustierung in der Produktionsphase erfolgt, indem der Bondkopf 8 an die Koordinaten (x_SP2, y_SP2) der zweiten Soll-Position bewegt wird und die auf das Koordinatensystem KS₂ der zweiten Kamera 7 bezogenen Koordinaten (u_SP2', v_SP2') der zweiten Soll-Position wiederum ermittelt werden. Der Differenzvektor (u_SP2', v_SP2') – (u_SP2, v_SP2) enthält die Information über die Verschiebung des zweiten Koordinatensystems KS₂ in Bezug auf das Koordinatensystem KS, die seit der Einrichtung in der Einrichtungsphase aufgetreten ist. Auch hier kann für die Definition der zweiten Soll-Position des Bondkopfs 8 in Bezug auf das zweite Koordinatensystem KS₂ an sich ein beliebiger Referenzpunkt am Bondkopf 8 verwendet werden. Bevorzugt wird für die Definition des Referenzpunktes die oben erwähnte Markierung 10 verwendet.
Die Ermittlung der auf das erste Koordinatensystem KS₁ bzw. zweite Koordinatensystem KS₂ bezogenen Koordinaten des Referenzpunktes umfasst das Aufnehmen eines Bildes mit der entsprechenden Kamera 6 bzw. 7 und die Bestimmung der Koordinaten des Referenzpunktes mittels herkömmlicher Bildauswertung.
Die Montage der Halbleiterchips erfolgt dann vorzugsweise indem

– die mit der ersten Kamera 6 erfasste Position des als nächster zu montierenden Halbleiterchips 2 in Form von auf das erste Koordinatensystem KS₁ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt wird,
– die mit der zweiten Kamera 7 erfasste Position des Substratplatzes, auf dem der Halbleiterchip 2 zu montieren ist, in Form von auf das zweite Koordinatensystem KS₂ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt wird,
– in der Einrichtungsphase eine erste Abbildungsfunktion, die das erste Koordinatensystem KS₁ auf das Koordinatensystem KS abbildet, und ihre Umkehrfunktion bestimmt wird, ein erster Korrekturvektor auf den Wert Null gesetzt wird, eine zweite Abbildungsfunktion, die das zweite Koordinatensystem KS₂ auf das Koordinatensystem KS abbildet, und ihre Umkehrfunktion bestimmt wird und ein zweiter Korrekturvektor auf den Wert Null gesetzt wird, in der Produktionsphase ein Halbleiterchip 2 nach dem andern montiert wird, indem
– mit der ersten Kamera 6 ein Bild des als nächster zu montierenden Halbleiterchips 2 aufgenommen und die Position des Halbleiterchips 2 in Bezug auf das erste Koordinatensystem KS₁ ermittelt und daraus mittels der ersten Abbildungsfunktion unter Berücksichtigung des ersten Korrekturvektors die auf das Koordinatensystem KS bezogene Position berechnet wird, an die das Pick und Place System 5 den Bondkopf 8 bewegen muss, um den Halbleiterchip 2 aufzunehmen,
– mit der zweiten Kamera 7 ein Bild des Substratplatzes aufgenommen wird, auf dem der Halbleiterchip 2 zu montieren ist, und die Position des Substratplatzes in Bezug auf das zweite Koordinatensystem KS₂ ermittelt und daraus mittels der zweiten Abbildungsfunktion unter Berücksichtigung des zweiten Korrekturvektors die auf das Koordinatensystem KS bezogene Position berechnet wird, an die das Pick und Place System 5 den Bondkopf 8 bewegen muss, um den Halbleiterchip 2 auf dem Substratplatz zu montieren, und dass die Nachjustierung in der Produktionsphase eine Nachjustierung des ersten Korrekturvektors und des zweiten Korrekturvektors mit folgenden Schritten umfasst:
– Bewegen des Bondkopfs 8 an die erste Soll-Position,
– Aufnehmen eines Bildes der Markierung 10 mit der ersten Kamera 6, aus dem Bild der ersten Kamera 6 Ermitteln der Ist-Position der Markierung 10 in Bezug auf das erste Koordinatensystem KS₁, und
– Berechnen des ersten Korrekturvektors K₁ als Differenz zwischen der gespeicherten Soll-Position und der ermittelten Ist-Position,
– Bewegen des Bondkopfs 8 an die zweite Soll-Position,
– Aufnehmen eines Bildes der Markierung 10 mit der zweiten Kamera 7, aus dem Bild der zweiten Kamera 7 Ermitteln der Ist-Position der Markierung 10 in Bezug auf das zweite Koordinatensystem KS₂, und
– Berechnen des zweiten Korrekturvektors K₂ als Differenz zwischen der gespeicherten Soll-Position und der ermittelten Ist-Position.

Nachdem Ausführungsformen und Anwendungen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann aufgrund der Beihilfe dieser Beschreibung offenkundig, dass viel mehr Modifikationen als oben erwähnt möglich sind, ohne vom erfinderischen Konzept abzuweichen. Die Erfindung ist deshalb nicht zu beschränken ausser durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Entnahme von Halbleiterchips von einem Wafertisch und fakultativ deren Montage auf einem Substrat mittels eines Pick und Place Systems. Die Lage und Orientierung des als nächster zu montierenden Halbleiterchips werden mittels einer ersten Kamera ermittelt und in Form von auf ein erstes Koordinatensystem bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt. Die Lage und Orientierung des Substratplatzes, auf dem der Halbleiterchip zu montieren ist, werden mittels einer zweiten Kamera ermittelt und in Form von auf ein zweites Koordinatensystem bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt. Die Umrechnung von Koordinaten des ersten beziehungsweise zweiten Koordinatensystems in Bewegungskoordinaten des Pick und Place Systems erfolgt mittels zwei festen Abbildungsfunktionen und zwei veränderbaren Korrekturvektoren. Die Korrekturvektoren werden beim Eintreffen eines vorbestimmten Ereignisses nachjustiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 923111 [0014]
- EP 1480507 [0014, 0034]
- DE 102004026534 [0014]
- EP 1612843 [0014]

Claims

Verfahren für die Entnahme von auf einem Wafertisch (1) bereitgestellten Halbleiterchips (2), bei dem eine erste Kamera (6) die Position eines bereitgestellten Halbleiterchips erfasst und ein an einem Bondkopf (8) gelagerter Chipgreifer (9) den Halbleiterchip (2) entnimmt, wobei der Bondkopf (8) mit dem Chipgreifer (9) mittels eines Pick-Systems entsprechend einem dem Pick-System immanenten Koordinatensystem KS bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Einrichtungsphase eine Justierung einer ersten Sollposition des Bondkopfs (8) durchgeführt wird, die sich im Blickfeld der ersten Kamera (6) befindet, wobei bei der Justierung der Bondkopf (8) an die erste Soll-Position bewegt wird und die auf das Koordinatensystem KS bezogenen Koordinaten der ersten Soll-Position sowie die auf ein Koordinatensystem KS₁ der ersten Kamera (6) bezogenen Koordinaten der ersten Soll-Position ermittelt und gespeichert werden, und dass in einer Produktionsphase beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses eine Nachjustierung der ersten Soll-Position durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem am Bondkopf (8) eine Markierung (10) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Koordinatensystem KS₁ der ersten Kamera (6) bezogenen Koordinaten der ersten Soll-Position die Position der Markierung darstellen.
Verfahren zur Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, welches ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 umfasst und bei dem eine zweite Kamera (7) die Position eines Substratplatzes erfasst, auf dem der vom Chipgreifer (9) aufgenommene Halbleiterchip (2) zu montieren ist, wobei das Pick-System Teil eines Pick und Place Systems ist, das die Entnahme des Halbleiterchips vom Wafertisch und die Montage des Halbleiterchips auf dem Substrat ermöglicht.
Verfahren zur Montage von Halbleiterchips nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Einrichtungsphase eine Justierung einer zweiten Sollposition des Bondkopfs (8) durchgeführt wird, die sich im Blickfeld der zweiten Kamera (7) befindet, wobei bei der Justierung der Bondkopf (8) an die zweite Soll-Position bewegt wird und die auf das Koordinatensystem KS bezogenen Koordinaten der zweiten Soll-Position sowie die auf ein Koordinatensystem KS₂ der zweiten Kamera (7) bezogenen Koordinaten der zweiten Soll-Position ermittelt und gespeichert werden, und dass in der Produktionsphase beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses eine Nachjustierung der zweiten Soll-Position durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Koordinatensystem KS₂ der zweiten Kamera (7) bezogenen Koordinaten der zweiten Soll-Position die Position der Markierung darstellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die mit der ersten Kamera (6) erfasste Position des als nächster zu montierenden Halbleiterchips (2) in Form von auf das erste Koordinatensystem KS₁ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt wird, – die mit der zweiten Kamera (7) erfasste Position des Substratplatzes, auf dem der Halbleiterchip (2) zu montieren ist, in Form von auf das zweite Koordinatensystem KS₂ bezogenen Positionsdaten zur Verfügung gestellt wird, – in der Einrichtungsphase eine erste Abbildungsfunktion, die das erste Koordinatensystem KS₁ auf das Koordinatensystem KS abbildet, und ihre Umkehrfunktion bestimmt wird, ein erster Korrekturvektor auf den Wert Null gesetzt wird, eine zweite Abbildungsfunktion, die das zweite Koordinatensystem KS₂ auf das Koordinatensystem KS abbildet, und ihre Umkehrfunktion bestimmt wird und ein zweiter Korrekturvektor auf den Wert Null gesetzt wird, in der Produktionsphase ein Halbleiterchip (2) nach dem andern montiert wird, indem – mit der ersten Kamera (6) ein Bild des als nächster zu montierenden Halbleiterchips (2) aufgenommen und die Position des Halbleiterchips (2) in Bezug auf das erste Koordinatensystem KS₁ ermittelt und daraus mittels der ersten Abbildungsfunktion unter Berücksichtigung des ersten Korrekturvektors die auf das Koordinatensystem KS bezogene Position berechnet wird, an die das Pick und Place System (5) den Bondkopf (8) bewegen muss, um den Halbleiterchip (2) aufzunehmen, – mit der zweiten Kamera (7) ein Bild des Substratplatzes aufgenommen wird, auf dem der Halbleiterchip (2) zu montieren ist, und die Position des Substratplatzes in Bezug auf das zweite Koordinatensystem KS₂ ermittelt und daraus mittels der zweiten Abbildungsfunktion unter Berücksichtigung des zweiten Korrekturvektors die auf das Koordinatensystem KS bezogene Position berechnet wird, an die das Pick und Place System (5) den Bondkopf (8) bewegen muss, um den Halbleiterchip (2) auf dem Substratplatz zu montieren, und dass die Nachjustierung in der Produktionsphase eine Nachjustierung des ersten und des zweiten Korrekturvektors mit folgenden Schritten umfasst: – Bewegen des Bondkopfs (8) an die erste Soll-Position, – Aufnehmen eines Bildes der Markierung (10) mit der ersten Kamera (6), aus dem Bild der ersten Kamera (6) Ermitteln der Ist-Position der Markierung (10) in Bezug auf das erste Koordinatensystem KS₁, und – Berechnen des ersten Korrekturvektors als Differenz zwischen der gespeicherten oder berechneten Soll-Position und der ermittelten Ist-Position, – Bewegen des Bondkopfs (8) an die zweite Soll-Position, – Aufnehmen eines Bildes der Markierung (10) mit der zweiten Kamera (7), aus dem Bild der zweiten Kamera (7) Ermitteln der Ist-Position der Markierung (10) in Bezug auf das zweite Koordinatensystem KS₂, und – Berechnen des zweiten Korrekturvektors als Differenz zwischen der gespeicherten oder berechneten Soll-Position und der ermittelten Ist-Position.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis mindestens eines aus den folgenden Ereignissen ist: – seit der letzten Kalibration ist eine vorbestimmte Anzahl von Halbleiterchips (2) montiert worden, – seit der letzten Kalibration hat sich eine an einer vorbestimmten Stelle des Pick und Place Systems (5) gemessene Temperatur um mehr als einen vorbestimmten Wert verändert, – die Produktion wurde gestoppt, – die Ist-Lage des montierten Halbleiterchips (2), die mit der zweiten Kamera (7) nach dem Montieren erfasst und berechnet wurde, weicht von der Soll-Lage um mehr als ein vorbestimmtes Mass ab.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die am Bondkopf (8) angebrachte Markierung (10) mittels einer am Bondkopf (8) angebrachten Linse (11) mit ausreichender Schärfe auf die jeweilige Kamera (6 bzw. 7) abgebildet wird.