[发明专利]高精度键合头定位方法及设备

说明书

用键合头拾取管芯后，第一光学系统观察并确定所述管芯相对于所述键合头的位置和方向。当第二光学系统的焦平面被配置为与所述第二光学系统相距第一距离时，所述第二光学系统分别观察并确定键合点的位置和方向。将所述键合头移动到所述第二光学系统附近之后，当所述第二光学系统的焦平面被配置为与所述第二光学系统相距第二距离时，所述第二光学系统观察并确定所述键合头的位置和方向。然后，在将所述管芯放置在所述键合点之前，可以调整所述管芯的位置和方向以校正所述管芯与所述键合点之间的相对偏移量。

技术领域

本发明涉及在拾取和放置操作中定位用于键合电子器件(例如半导体芯片)的键合头。

背景技术

半导体器件及电路的尺寸和图案越来越小，其特征尺寸小至3nm至7nm。输入/输出连接器的尺寸也越来越小，这就要求在进行拾取和放置操作时具备非常高的安装精度。为了增加键合产量，使用视觉系统(1)来确定器件被拾取后位于键合头处的位置，以及(2)确定在键合该器件之前其在衬底上的相应键合位置。

可能必须根据所拾取器件和键合位置之间的计算偏移量在XY-θ方向上调整键合头。这样，能够避免夹持在键合头上的半导体器件与工件夹具上的衬底之间的任何相对定位误差。

例如，发明名称为“在衬底上安装倒装芯片的方法”的美国专利7,597,234描述了使用两个光学系统来对准键合头。参考标记附着在键合头的侧面，以使用仰视光学系统测量所夹持的半导体芯片的实际位置，并使用俯视光学系统测量衬底的键合位置的实际位置。在成像期间，参考标记对于相应的光学系统是可见的。

然而，当参考标记与半导体器件或衬底不在同一高度或水平时，所述的光学系统必须检查键合头上的半导体器件和相应参考标记，以及衬底和相应参考标记。光学系统的光学分辨率受到其景深的限制，因此无法获得高度或水平显著不同的物体的高分辨率图像。

在不受前述现有技术所用方法中有关光学系统景深的限制的情况下，提高键合机的光学对准精度是有益的。

发明内容

因此，本发明的目的是寻求提供一种在键合机中将电子器件对准衬底的方法和设备，该方法和设备考虑了键合机的机械结构的变化以及高分辨率光学系统的有限景深。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于将管芯安装在键合点的方法，该方法包括以下步骤：用键合头拾取管芯，所述键合头包括用于夹持所述管芯并将所述管芯键合于所述键合点的夹头；当所述夹头夹持所述管芯时，使用第一光学系统观察并确定所述管芯相对于所述键合头的位置和方向；当第二光学系统的焦平面被配置为与所述第二光学系统相距第一距离时，使用所述第二光学系统观察并确定所述键合点的位置和方向；将所述键合头移动到所述第二光学系统附近，并且当所述第二光学系统的焦平面被配置为与所述第二光学系统相距第二距离时，使用所述第二光学系统观察并确定所述键合头的位置和方向，所述第二距离不同于所述第一距离；然后，在将所述管芯放置在所述键合点之前，调整所述管芯的位置和方向以校正所述管芯与所述键合点之间的相对偏移量。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于将管芯安装在键合点的设备，其包括：键合头，所述键合头包括用于夹持所述管芯并将所述管芯键合于所述键合点的夹头；第一光学系统，操作用于当所述夹头夹持所述管芯时观察并确定所述管芯相对于所述键合头的位置和方向；第二光学系统，操作用于当其焦平面被配置为与其相距第一距离时观察并确定所述键合点的位置和方向；其中，所述第二光学系统还操作用于：当所述键合头移动到所述第二光学系统附近，并且所述第二光学系统的焦平面被配置为与所述第二光学系统相距第二距离时，观察并确定所述键合头的位置和方向，所述第二距离不同于所述第一距离；在将所述管芯放置在所述键合点之前，能够调整所述管芯的位置和方向以校正所述管芯与所述键合点之间的相对偏移量。

在下文中，将参照示出了本发明的具体优选实施例的附图方便地更详细地描述本发明。附图和相关描述的特殊性不应被理解为取代由权利要求书所限定的本发明的广泛定义的普遍性。

附图说明