TWI525737B - 可挑揀高長寬比晶粒之晶粒挑揀裝置及方法 - Google Patents

Description

可挑揀高長寬比晶粒之晶粒挑揀裝置及方法

本發明係關於一種晶粒挑揀裝置及方法，尤指一種可挑揀高長寬比晶粒之晶粒挑揀裝置及方法。

一般而言，積體電路(Integrated Circuit，IC)經電路設計、合成、布局，然後製造後，所有的晶片晶粒會如同矩陣般規則的分布在一片晶圓(wafer)之上。雖然一些基本晶片功能測試會經由晶圓上測試(On Wafer Test)來完成，但關於電氣特性與晶片性能測試，仍然必須在晶粒切割(Die Saw)後，經由晶粒承載盤(Chip Tray)運送至測試機台來測試，而晶粒在晶粒承載盤與測試機台之間的移動，就必須經由晶粒挑揀機台(Pick & Place)來完成。同樣地，對於將晶粒由晶圓框(Wafer Frame)移至晶粒承載盤，或者由晶粒承載盤移至晶圓框的過程，也是透過晶粒挑揀機台來完成。

常見的晶片如SOC(System on Chip)或ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等，為了面積的最佳化與最短繞線的考量，其晶粒(die)多設計盡量接近正方型，也就是說，晶粒的長寬比約為1。請參考第1圖，第1圖為習知一晶粒挑揀裝置之一晶粒吸取頭108挑揀一晶粒102之示意圖。為了圖示簡潔，關於晶粒挑揀裝置之圖示僅繪出晶粒吸取頭的位置。第1圖所示，由於晶粒102之長寬比大約為1，若晶粒102在X方向、Y方向或晶粒與吸取頭之間的相對旋轉角度(Theta角)有少許偏移，晶粒吸取頭108 在吸取晶粒102時還是可與晶粒102有大面積的重疊，因此在晶粒挑揀流程中，對於晶粒挑揀機台的精準度要求也就不會太高。如第2圖所示，晶粒在晶粒承載盤200上大至呈規則狀排列，晶粒吸取頭208只要將左下角第一顆晶粒設為定位點217，在進行對位後，經由使用者輸入的晶粒202間間距，晶粒吸取頭208之中心點207即可對在晶粒202上，對所有的晶粒以逐粒的方式或以指定晶粒的方式進行挑揀。

然而，高長寬比的晶粒在挑揀流程中將會遇到對位、吸取、放置的困難，於是就導致了可信賴度的問題。例如，驅動IC(Driver IC)的晶粒長寬比可能大於10，而晶粒挑揀機台上只有一個晶粒吸取頭，於是就有可能產生吸力不足而掉落，或是定位不精確而重心偏移，甚至因為晶粒承載盤與晶粒挑揀機台間角度的偏移，對應至晶粒挑揀流程中的對位、吸取、放置等步驟就會有較大的偏差，而導致晶粒無法被有效挑揀起來。

因此，如何發展可挑揀高長寬比晶粒之晶粒挑揀方法及晶粒挑揀裝置，實為本領域的重要課題之一。

本發明的目的之一即在於提供一種晶粒挑揀裝置及方法，其利用具有多個真空晶粒吸取頭的晶粒挑揀機台，並解決傳統晶粒挑揀機台無法準確或有效挑揀高長寬比晶粒的問題。

本發明揭露一種挑揀晶粒的方法，用來將放置於一晶片承載盤(Chip Tray)上之複數個晶粒利用一晶粒挑揀裝置(Pick and Place)由該晶片承載盤挑揀並放置到一晶圓框(Wafer Frame)上。該方法包含有設定該晶片承載盤之尺寸，並設定該複數個晶粒之排列位置或間距；移動該晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭(vacuum chuck)之一中 心點與該晶片承載盤之一第一定位點重疊對齊，並計算該第一定位點相對於該晶粒挑揀裝置之一第一座標值；移動該晶粒挑揀裝置之該挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之該中心點與該晶片承載盤之一第二定位點重疊對齊，並計算該晶片承載盤相對於該晶粒挑揀裝置之一第一旋轉角度；以及根據該第一座標值、該第一旋轉角度、該晶片承載盤之尺寸及該複數個晶粒之排列位置或間距，將該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭移動至該複數個晶粒中一晶粒上，以吸取該晶粒。

本發明另揭露一種可挑揀高長寬比晶粒之晶粒挑揀裝置，用來將放置於一晶片承載盤(Chip Tray)上之複數個晶粒由該晶片承載盤挑揀並放置到一晶圓框(Wafer Frame)上。該晶粒挑揀裝置包含一設定模組，用來設定一晶片承載盤之尺寸，以及用來設定該複數個晶粒之排列位置或間距；一對位模組，用來移動該晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭(vacuum chuck)之一中心點與該晶片承載盤之一第一定位點重疊對齊，以計算該第一定位點相對於該晶粒挑揀裝置之一第一座標值，以及用來移動該晶粒挑揀裝置之該挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之該中心點與該晶片承載盤之一第二定位點重疊對齊，以計算該晶片承載盤相對於該晶粒挑揀裝置之一第一旋轉角度；以及一晶粒吸取模組，用來根據該第一座標值、該第一旋轉角度、該晶片承載盤之尺寸及該複數個晶粒之排列位置或間距，將該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭移動至該複數個晶粒中一晶粒上，以吸取該晶粒。

102、202、402、502、602‧‧‧晶粒

602’‧‧‧理想的晶粒位置

108、208‧‧‧晶粒吸取頭

408、418、508、518、608、618‧‧‧真空晶粒吸取頭

200、500、700‧‧‧晶片承載盤

217、517、717、737‧‧‧定位點

207、507、607、707‧‧‧中心點

θ‧‧‧角度

30‧‧‧流程

300~310‧‧‧步驟

90‧‧‧晶粒挑揀裝置

900‧‧‧承載盤載具

902‧‧‧設定模組

904‧‧‧影像擷取模組

906‧‧‧對位模組

908‧‧‧晶粒吸取模組

第1圖為習知一晶粒挑揀裝置之一晶粒吸取頭挑揀一晶粒之示意圖。

第2圖為第1圖之晶粒吸取頭操作於一晶片承載盤之上視圖。

第3圖為本發明實施例一晶粒挑揀流程之示意圖。

第4圖為本發明實施例一晶粒與晶粒挑揀裝置之真空晶粒吸取頭之局部示意圖。

第5圖為本發明實施例真空晶粒吸取頭操作於一晶片承載盤之上視圖。

第6圖為本發明實施例真空晶粒吸取頭吸取一晶粒之上視圖。

第7圖說明當晶片承載盤與晶粒挑揀裝置存在角度誤差時之示意圖。

第8圖為利用二定位點對第7圖之晶片承載盤進行對位之示意圖。

第9圖為本發明實施例一晶粒挑揀裝置之示意圖。

請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一晶粒挑揀流程30之示意圖。晶粒挑揀流程30係用來將放置於一晶片承載盤(Chip Tray)上之複數個晶粒利用一晶粒挑揀裝置(Pick and Place)由該晶片承載盤挑揀並放置到一晶圓框(Wafer Frame)上。晶粒挑揀流程30可應用於具有高長寬比的晶粒，對於長寬比大於10的驅動晶片(Driver IC)，也能有效地挑揀。晶粒挑揀流程30包含有以下步驟：

步驟300：開始。

步驟302：設定該晶片承載盤之尺寸，並設定該複數個晶粒之排列位置或間距。

步驟304：移動該晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭(vacuum chuck)之一中心點與該晶片承載盤之一第一定位點重疊對齊，並計算該第一定位點相對於該晶粒挑揀裝置之一第一座標值。

步驟306：移動該晶粒挑揀裝置之該挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之該中心點與該晶片承載盤之一第二定位點重疊對齊，並計算該晶片承載盤相對於該晶粒挑揀裝置之一第一旋轉角度。

步驟308：根據該第一座標值、該第一旋轉角度、該晶片承載盤之尺寸及該複數個晶粒之排列位置或間距，將該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭 移動至該複數個晶粒中一晶粒上，以吸取該晶粒。

步驟310：結束。

根據晶粒挑揀流程30，首先將晶粒挑揀裝置作初始化設定。初始化設定可包含設定晶片承載盤之尺寸，並設定複數個晶粒之排列位置與間距。接著，根據使用者設定，移動該晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之一中心點移至晶片承載盤之一預先設定的第一定位點座標，然後利用影像擷取裝置來校正直到該中心點與晶片承載盤之一第一定位點完全重疊對齊，並計算該第一定位點相對於晶粒挑揀裝置之一第一座標值。除此之外，根據使用者設定與影像擷取裝置的校正，移動晶粒挑揀裝置之挑揀臂，使挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之中心點與晶片承載盤之一第二定位點重疊對齊，並計算晶片承載盤相對於晶粒挑揀裝置之一第一旋轉角度。然後，根據該第一座標值、該第一旋轉角度、該晶片承載盤之尺寸及該複數個晶粒之排列位置或間距，得知晶粒的實際位置，據以將該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭移動至欲挑揀的晶粒上，並適當地調整兩真空晶粒吸取頭的角度，以吸取該晶粒。透過晶粒挑揀流程30的操作，可得知晶粒在X方向、Y方向或晶粒與吸取頭之間的相對旋轉角度(Theta角)的實際值，以校正挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭的位置及角度，因此可挑揀高長寬比的晶粒。

詳細來說，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一晶粒402與晶粒挑揀裝置之真空晶粒吸取頭408、418之局部示意圖。為了圖示簡潔，第4圖僅繪出晶粒挑揀裝置之晶粒吸取頭的位置。晶粒挑揀裝置之挑揀臂上可配備有兩個或更多的真空晶粒吸取頭408、418，用來吸取高長寬比晶粒402的兩側。晶粒挑揀裝置另包含有一影像擷取裝置，用來放大並擷取晶粒的影像，以微調挑揀臂的位置。請參考第5圖，第5圖為本發明實施例真空晶粒吸取頭508、518操作於一晶片承載盤500之上視圖。晶粒挑揀裝置首先根據 預先設定的晶粒與定位點位置，移動該晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭508、518之一中心點507移至該晶片承載盤之一預先設定的第一定位點517座標，然後利用影像擷取裝置來校正直到該中心點與第一定位點517完全重疊對齊，並計算第一定位點517相對於晶粒挑揀裝置之一第一座標值(例如，在理想的情況下，第一座標值為(a/2,b/2)，其中a、b分別為晶粒502之寬度、長度)。如果晶片承載盤與晶粒挑揀裝置之夾角為零，也就是說，不存在任何誤差，接下來晶粒挑揀裝置只需按照晶片承載盤之尺寸以及晶粒之排列位置與間距，逐一挑揀或挑揀指定的晶粒。

然而，由於精準度的限制，晶片承載盤與晶粒挑揀裝置之夾角Theta可能不為零。如第6圖所示，虛線602’部分表示原來理想的晶粒位置，而實線602則表示存在角度誤差時的晶粒實際位置，兩者之間存在一誤差夾角Theta(θ)。由第6圖可知，若是採用習知單個真空吸取頭來挑揀高長寬比的晶粒的做法，就有可能產生挑揀不到或是挑揀時重心不平衡的問題。然而，若是利用兩個真空晶粒吸取頭608、618吸取晶粒602，雖然兩真空晶粒吸取頭608、618之中心點607已經偏離晶粒，但還是有較大機會可以順利挑揀。由此可知，高長寬比的晶粒對於定位的精準度上有較高的要求。

進一步地，第7圖說明當晶片承載盤700與晶粒挑揀裝置存在夾角θ之誤差時，對挑揀的影響。於第7圖中，717代表第一定位點的位置，而形狀為圓點的707代表晶粒挑揀裝置經對位計算後得出的晶粒吸取位置之中心點。其中，晶粒吸取位置之中心點707係根據由第一定位點717計算而得的第一座標值、所設定的晶片承載盤700之尺寸及晶粒之排列位置或間距計算得知。由第7圖可知，位置誤差在遠離第一定位點717的區域會被大幅度的放大，進而造成挑揀失敗的機率。為了將夾角誤差減到最小，可在晶片承載盤上加入一第二定位點737，如第8圖所示。在對第一定位點717進行 定位並記錄其座標之後，同樣地，移動晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之中心點與晶片承載盤700之第二定位點737重疊對齊，並計算第二定位點737相對於晶粒挑揀裝置之座標值，與晶片承載盤700相對於晶粒挑揀裝置之一旋轉角度θ。如此一來，便可以對每一晶粒進行對位，並產生一對位結果來提供晶粒挑揀裝置精確的晶粒座標，以精確地吸取每一晶粒。

需注意的是，本發明係利用分別位於晶片承載盤上相對的兩角的第一定位點及第二定位點對高長寬比的晶粒進行對位及調校，以利兩真空晶粒吸取頭精確地吸取每一晶粒。本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，晶粒挑揀裝置之挑揀臂上可設置一旋轉構件，使兩真空晶粒吸取頭的連線與晶粒挑揀裝置本體的夾角可被調整，以利校正晶片承載盤之旋轉角度。此外，挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭可共用同一個真空吸取幫浦，但不限於此。於另一實施例中，挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭可分別連接至兩個獨立的真空吸取幫浦。

晶粒挑揀裝置可利用影像擷取模組(例如，一放大裝置加上一攝像頭)擷取包含第一定位點之一第一影像，攝像頭可採用較高倍率的解析度以清楚地擷取一高長寬比晶粒的全部影像。第一影像可傳送至一處理模組，透過影像辨識技術分析晶粒的影像，以計算第一定位點相對於晶粒挑揀裝置之第一座標值。同樣地，該影像擷取模組亦可用來擷取包含第二定位點之一第二影像，並將第二影像傳送至處理模組，透過影像辨識技術分析晶粒的影像，以計算晶片承載盤相對於晶粒挑揀裝置之第一旋轉角度。

晶粒挑揀裝置可將吸取的晶粒放置於晶圓框中，以方便後續使用測試機台作晶粒的電氣特性與晶片性能測試。類似地，在晶圓框上可先定相 對的兩角分別具有一第三定位點及一第四定位點，用來校正晶圓框與挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之間的一第二座標值與一第二旋轉角度之誤差。晶粒放置的流程與晶粒挑揀流程類似，主要的差別在於一個是在對到正確的位置及角度後，將晶粒吸取，而另一個是在對到正確的位置及角度後，將晶粒放下。因此，詳細流程不再贅述。

請參考第9圖，第9圖為本發明實施例一晶粒挑揀裝置90之示意圖。晶粒挑揀裝置90可用於挑揀如第8圖中晶片承載盤700內的晶粒。晶粒挑揀裝置90包含有一承載盤載具(Tray Loader)900、一設定模組902、一影像擷取模組904、一對位模組906以及一晶粒吸取模組908。承載盤載具900用來承載晶片承載盤700。設定模組902用來設定晶片承載盤700之尺寸，以及設定複數個晶粒702之排列位置或間距。影像擷取模組904用來擷取包含第一定位點717之第一影像，對位模組906用來移動晶粒挑揀裝置90之一挑揀臂，使挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之中心點與晶片承載盤700之第一定位點717重疊對齊，以計算第一定位點717相對於晶粒挑揀裝置90之第一座標值。影像擷取模組904另用來擷取包含第二定位點737之第二影像，並透過對位模組906移動晶粒挑揀裝置90之挑揀臂，使挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之中心點與晶片承載盤700之第二定位點737重疊對齊，以計算晶片承載盤700相對於晶粒挑揀裝置90之第一旋轉角度θ。晶粒吸取模組908用來根據第一座標值、第一旋轉角度θ、晶片承載盤700之尺寸及複數個晶粒702之排列位置或間距，將挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭移動至複數個晶粒702其中一晶粒上，以吸取該晶粒。此外，關於晶粒挑揀裝置90其他部分的設計細節，與習知晶粒挑揀機台並無區別，故在此不予詳述。

另外，上述實施例係以將晶粒由晶片承載盤挑揀並放置到晶圓框上作說明，其中晶片承載盤具有複數個矩陣型式排列的溝槽，用來承載切割 後之該複數個晶粒，但不限於此。上述流程及實施例亦可應用於將晶粒由一晶圓框挑揀並放置到另一晶圓框上，或將晶粒由一晶圓框挑揀並放置到一晶片承載盤上。

綜上所述，本發明之晶粒挑揀流程及晶粒挑揀裝置可用來挑揀高長寬比的晶粒，利用挑揀臂上多個真空晶粒吸取頭吸取長寬比大致上大於等於2之長條形晶粒之兩側。並且，在對位的過程中以晶片承載盤上的第一定位點及第二定位點校正晶片承載盤與晶粒挑揀裝置中晶粒吸取頭模組之間的座標位置與旋轉角度誤差，以準確及有效地挑揀或放置高長寬比晶粒。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

30‧‧‧流程

300~310‧‧‧步驟

Claims (16)

1. 一種挑揀晶粒的方法，用來將放置於一晶片承載盤(Chip Tray)上之複數個晶粒利用一晶粒挑揀裝置(Pick and Place)由該晶片承載盤挑揀並放置到一晶圓框(Wafer Frame)上，該方法包含有：設定該晶片承載盤之尺寸，並設定該複數個晶粒之排列位置或間距；移動該晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭(vacuum chuck)之一中心點與該晶片承載盤之一第一定位點重疊對齊，並計算該第一定位點相對於該晶粒挑揀裝置之一第一座標值；移動該晶粒挑揀裝置之該挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之該中心點與該晶片承載盤之一第二定位點重疊對齊，並計算該晶片承載盤相對於該晶粒挑揀裝置之一第一旋轉角度；以及根據該第一座標值、該第一旋轉角度、該晶片承載盤之尺寸及該複數個晶粒之排列位置或間距，將該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭移動至該複數個晶粒中一晶粒上，以吸取該晶粒。
2. 如請求項1所述之方法，其中該第一定位點及該第二定位點分別位於該晶片承載盤上相對的兩角。
3. 如請求項1所述之方法，其中該晶片承載盤具有複數個矩陣型式排列的溝槽，用來承載切割後之該複數個晶粒。
4. 如請求項1所述之方法，其中該晶粒挑揀裝置利用一影像擷取模組擷取包含該第一定位點之一第一影像，以計算該第一定位點相對於該晶粒挑揀裝置之該第一座標值，並利用該影像擷取模組擷取包含該第二定位點之一第二影像，以計算該晶片承載盤相對於該晶粒挑揀裝置之該第一旋轉角度。
5. 如請求項1所述之方法，其中該晶圓框用來放置該複數個晶粒以供一測試機台測試，且該晶圓框上相對的兩角分別具有一第三定位點及一第四定位點，用來校正該晶圓框與該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之間的一第二座標值與一第二旋轉角度之誤差。
6. 如請求項1所述之方法，其中該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭共用同一個真空吸取幫浦。
7. 如請求項1所述之方法，其中該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭分別連接至兩個獨立的真空吸取幫浦。
8. 如請求項1所述之方法，其中該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭係用來吸取長寬比大致上大於等於2之長條形晶粒之兩側。
9. 一種可挑揀高長寬比晶粒之晶粒挑揀裝置，用來將放置於一晶片承載盤(Chip Tray)上之複數個晶粒由該晶片承載盤挑揀並放置到一晶圓框(Wafer Frame)上，該晶粒挑揀裝置包含：一設定模組，用來設定一晶片承載盤之尺寸，以及用來設定該複數個晶粒之排列位置或間距；一對位模組，用來移動該晶粒挑揀裝置之一挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭(vacuum chuck)之一中心點與該晶片承載盤之一第一定位點重疊對齊，以計算該第一定位點相對於該晶粒挑揀裝置之一第一座標值，以及用來移動該晶粒挑揀裝置之該挑揀臂，使該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之該中心點與該晶片承載盤之一第二定位點重疊對齊，以計算該晶片承載盤相對於該晶粒挑揀裝置之一第一旋 轉角度；以及一晶粒吸取模組，用來根據該第一座標值、該第一旋轉角度、該晶片承載盤之尺寸及該複數個晶粒之排列位置或間距，將該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭移動至該複數個晶粒中一晶粒上，以吸取該晶粒。
10. 如請求項9所述之晶粒挑揀裝置，其中該第一定位點及該第二定位點分別位於該晶片承載盤上相對的兩角。
11. 如請求項9所述之晶粒挑揀裝置，其中該晶片承載盤具有複數個矩陣型式排列的溝槽，用來承載切割後之該複數個晶粒。
12. 如請求項9所述之晶粒挑揀裝置，另包含一影像擷取模組，用來擷取包含該第一定位點之一第一影像，以計算該第一定位點相對於該晶粒挑揀裝置之該第一座標值，以及用來擷取包含該第二定位點之一第二影像，以計算該晶片承載盤相對於該晶粒挑揀裝置之該第一旋轉角度。
13. 如請求項9所述之晶粒挑揀裝置，其中該晶圓框用來放置該複數個晶粒以供一測試機台測試，且該晶圓框上相對的兩角分別具有一第三定位點及一第四定位點，用來校正該晶圓框與該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭之間的一第二座標值與一第二旋轉角度之誤差。
14. 如請求項9所述之晶粒挑揀裝置，其中該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭共用同一個真空吸取幫浦。
15. 如請求項9所述之晶粒挑揀裝置，其中該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭分別連接至兩個獨立的真空吸取幫浦。
16. 如請求項9所述之晶粒挑揀裝置，其中該挑揀臂上兩真空晶粒吸取頭係用來吸取長寬比大致上大於等於2之長條形晶粒之兩側。