[发明专利]用于将半导体芯片对于键合头定位的系统和方法、热键合系统和方法

说明书

一种用于将半导体芯片对于键合头定位的系统，包括控制器；耦合到控制器的且被配置成保持并将半导体芯片移动到第一位置的第一运输装置；以及耦合到控制器的且被配置成在第一位置接收半导体芯片并将半导体芯片移动到将要由键合头拾取的第二位置的第二运输装置。第一运输装置可控制地校正半导体芯片的位置，使得半导体芯片在第一位置处于相对于键合头的第一对齐中。第二运输装置还可控制地校正半导体芯片的位置，使得半导体芯片在第二位置处于相对于键合头的第二对齐中。还公开了一种用于将半导体芯片对于键合头定位的方法以及一种热键合的系统与方法。

发明领域

本发明广义上涉及半导体制造，且更具体而不排他性地，涉及用于将半导体芯片对于键合头定位的系统和方法，并涉及热键合系统和方法。

背景

倒装芯片焊接(Flip chip bonding)广泛应用于半导体制造中。在倒装芯片焊接中，首先需要从已切割的晶圆或芯片托盘中拾取集成电路(IC)芯片，然后使用热量和压力将集成电路芯片安装于衬底上。通常使用键合工具(在下文中可互换地称为键合头)来实施安装。热量和压力的分配的均匀度通常决定于诸如键合工具的尺寸、在键合工具上的芯片的定位等之类的因素。在如果安装之前在衬底上预先分配底部充胶的情况中，同样重要的是将芯片相对于键合工具精确地定位以使得最小化或消除在热压缩键合过程中底部充胶沿着芯片边缘慢慢上升到键合头的风险。如果键合头的一部分暴露了(例如，如果芯片没有与键合头对齐，或者如果键合头的尺寸大于芯片的尺寸)，那么这一情况可能会发生。

在倒装芯片焊接中，焊剂经常用于增加湿润性并通过与任何存在的氧化层进行反应而清理键合表面。在倒装芯片焊接过程中，在衬底上完成焊剂/底部充胶，并且芯片对齐衬底。然后，实现芯片接触衬底，并且使芯片的温度上升直至温度达到届时发生键合的焊料的熔点。然而，因为这些步骤是顺序地执行的，所以这一过程相当缓慢，并且因为其要求使用需要间歇地通电和断电的昂贵的加热系统，所以这一过程昂贵。

在已改进的方案中(也被认为是熔化并接触(melt and touch-down)“MTD”键合)，仍然在衬底上完成焊剂/底部充胶，但是焊料在接触衬底之前被熔化。例如，键合头可以在拾取芯片之前或之后进行加热，并将热量传递到焊料。首先将芯片对齐衬底，然后在发生键合时进行接触衬底。然而，在这一已改进的方案中，在已熔化的焊料上的氧化物的形成可能没有被衬底上的焊剂进行充分清理，这引起可能会削弱键合或形成裂缝的薄氧化物包封(oxide entrapment)。

图1显示了示出另一个常规倒装芯片上焊剂和键合过程的示意图，该过程涉及以受控的深度在储槽中浸入芯片以及缩回芯片。首先，使用键合头108将芯片102浸入进焊剂板106的焊剂储槽104中。然后，在将芯片102放置在衬底110上之前，使芯片102缩回并使用键合头108使芯片102与衬底110对齐。然而，在这一过程中，如果焊料在上焊剂之前被熔化，则焊料可能在上焊剂的时候弄污(smear)，并且来自于芯片102的直接热量可能改变储槽104中的焊剂性质。在另一方面，如果在上焊剂之后焊料熔化，则键合过程可能会慢很多。此外，这种常规的上焊剂过程经常存在由于浸入速度、浸入时间、焊剂粘度、或芯片102和焊剂储槽104之间的平行度等等而导致的焊剂不充分的限制。

因此，存在提供试图解决至少一些上述问题的系统和方法的需要。

概述

根据本发明的第一方面，提供了一种用于将半导体芯片对于键合头定位的系统，该系统包括：

控制器；

第一运输装置，其耦合到控制器并被配置成保持半导体芯片并将半导体芯片移动到第一位置；以及

第二运输装置，其耦合到控制器并被配置成在第一位置接收半导体芯片，并将半导体芯片移动到第二位置以被键合头拾取，

其中第一运输装置可控制地校正半导体芯片的位置，使得半导体芯片在第一位置处于相对于键合头的第一对齐中；并且