[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten eines Automaten für die Montage von Halbleiterchips der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
[0002] Die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat erfolgt mittels eines in der Fachwelt als Die Bonder bekannten Montageautomaten. Die zahlreichen, gleichartigen Halbleiterchips eines Wafers haften auf einer in einen Rahmen eingespannten Folie. Ein Wafertisch nimmt den Rahmen auf und stellt die Halbleiterchips für die Montage bereit. Die Substrate werden von einem Transportsystem taktweise einer Dispensstation, wo Klebstoff aufgetragen wird, und dann einer Bondstation, wo der Halbleiterchip aufgebracht wird, zugeführt. Die Entnahme des Halbleiterchips vom Wafertisch und dessen Platzierung auf dem Substrat erfolgt mittels eines sogenannten Pick and Place Systems.
[0003] Solche Montageautomaten sind beispielsweise aus der EP 923 111 oder der EP 1 480 507 bekannt.
[0004] Die Verarbeitung der Halbleiterchips erfolgt an drei Hauptprozesspunkten, die als Pick Prozesspunkt, Dispense Prozesspunkt und Bond Prozesspunkt bezeichnet werden. Der Wafertisch stellt den nächsten zu montierenden Halbleiterchip am Pick Prozesspunkt bereit. Eine Kamera nimmt ein Bild des bereitgestellten Halbleiterchips auf und ein Bildverarbeitungsmodul ermittelt aus dem Bild die Lage und Orientierung des Halbleiterchips. Das Transportsystem transportiert das Substrat zur Dispensstation und stellt den nächsten Substratplatz für das Auftragen von Klebstoff am Dispense Prozesspunkt bereit. Eine Kamera nimmt ein Bild des bereitgestellten Substratplatzes auf und ein Bildverarbeitungsmodul ermittelt aus dem Bild die Lage und Orientierung des Substratplatzes.
Das Transportsystem transportiert das Substrat anschliessend von der Dispensstation zur Bondstation, wo der nächste zu bestückende Substratplatz am Bond Prozesspunkt bereitgestellt wird. Eine Kamera nimmt ein Bild des bereitgestellten Substratplatzes auf und ein Bildverarbeitungsmodul ermittelt aus dem Bild die Lage und Orientierung des Substratplatzes, so dass das Pick and Place System den Halbleiterchip am Pick Prozesspunkt entnehmen und am Bond Prozesspunkt auf dem Substratplatz platzieren kann.
[0005] Bevor der Montageautomat den Produktionsbetrieb aufnehmen kann, müssen der Pick Prozesspunkt, der Dispense Prozesspunkt und der Bond Prozesspunkt eingerichtet werden, damit das entsprechende Bildverarbeitungsmodul aus dem von der zugehörigen Kamera aufgenommenen Bild die Lage und ' Orientierung des Halbleiterchips bzw. Substrats bestimmen kann. Dieses Einrichten wird im Fachjargon "teaching" genannt. Das Einrichten der drei Prozesspunkte erfolgt unter Mitwirkung eines Operateurs, wobei der Operateur jeden Prozesspunkt unabhängig von den beiden anderen Prozesspunkten einrichtet.
[0006] An die Genauigkeit der Lage des auf dem Substrat platzierten Halbleiterchips werden heutzutage sehr hohe Anforderungen gestellt. Um die geforderten Toleranzwerte einhalten zu können, werden im Produktionsbetrieb Qualitätsmessungen durchgeführt.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mögliche Fehlerquellen, die zu einer Reduktion der erzielbaren Genauigkeit der Lage des auf dem Substrat platzierten Halbleiterchips führen, zu eruieren und eliminieren.
[0008] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3.
[0009] Bei der Suche nach möglichen Fehlerquellen wurde herausgefunden, dass beim Einrichten der drei Prozesspunkte oftmals systematische Fehler entstehen, indem z.B. die Bildverarbeitungsmodule des Dispense Prozesspunkts und des Bond Prozesspunkts leicht unterschiedliche Werte für die Soll-Lage des Halbleiterchips und damit auch des Klebstoffmusters ermitteln, selbst wenn sie das gleiche Bild verarbeiten. Eine mögliche Ursache liegt darin, dass das Lernen unter verschiedenen Bedingungen erfolgte, weil beispielsweise das Blickfeld der beiden zugehörigen Kameras unterschiedlich gross ist.
[0010] Erfindungsgemäss wird diese Fehlerquelle dadurch eliminiert, dass die Daten, die den Halbleiterchip charakterisieren, und die Daten, die den Substratplatz bzw. die Soll-Lage des Halbleiterchips auf dem Substratplatz und damit auch die Soll-Lage des Klebstoffmusters auf dem Substratplatz charakterisieren, nur ein einziges Mal gelernt und an die weiteren Prozesspunkte übertragen werden.
Das Einrichten des Dispense Prozesspunkts und des Bond Prozesspunkts erfolgt gemäss den Schritten:
Definieren von Referenzdaten, die die Lage und Drehlage eines Halbleiterchips auf einem Substratplatz in Bezug auf Bildinformationsdaten beschreiben, am Dispense Prozesspunkt oder am Bond Prozesspunkt,
Bereitstellen eines Bilddatensatzes, wobei der Bilddatensatz die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten, und fakultativ auch Betriebsdaten, umfasst und wobei sich die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten auf ein metrisches Koordinatensystem beziehen,
Übertragen des Bilddatensatzes an den anderen Prozesspunkt, wobei die Bildinformationsdaten und Referenzdaten auf ein metrisches Koordinatensystem bezogen werden.
[0011] Wenn mehrere Montageautomaten für den gleichen Prozess eingerichtet werden müssen, dann kann der am Dispense Prozesspunkt oder am Bond Prozesspunkt eines der Montageautomaten gelernte Bilddatensatz in gleicher Weise auf ein metrisches Koordinatensystem bezogen und an die Bildverarbeitungsmodule der anderen Montageautomaten übertragen werden.
[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt schematisch und in Aufsicht einen Montageautomaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat,
<tb>Fig. 2<sep>illustriert die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Koordinatensystemen an einem Prozesspunkt,
<tb>Fig. 3<sep>zeigt ein von einer Kamera aufgenommenes Bild mit einem Substratplatz, und
<tb>Fig. 4<sep>veranschaulicht die Erfassung und Übertragung von Bildinformationsdaten und Referenzdaten von einem Prozesspunkt an einen anderen Prozesspunkt.
[0013] Die Fig. 1 zeigt schematisch und in Aufsicht einen Montageautomaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, einen sogenannten Die Bonder. Der Montageautomat umfasst eine Dispensstation 1, eine Pickstation 2, eine Bondstation 3 und eine Transportvorrichtung 4 sowie weitere, für das Verständnis der Erfindung nicht nötige und daher nicht beschriebene Teile. Ein Substrat weist in der Regel mehrere Substratplätze auf, auf denen je ein Halbleiterchip montiert wird. Die Transportvorrichtung 4 transportiert die Substrate in einer als x-Richtung bezeichneten Richtung zur Dispensstation 1, dann weiter zur Bondstation 3 und dann zu einem Magazin, das mehrere bestückte Substrate aufnehmen kann.
Die Transportvorrichtung 4 transportiert die Substrate derart, dass ein Substratplatz nach dem andern an der Dispensstation 1 zum Auftragen von Klebstoff und ein Substratplatz nach dem andern an der Bondstation 3 zur Bestückung mit einem Halbleiterchip bereitliegt. Die Dispensstation 1 umfasst eine Kamera 5 und ein Bildverarbeitungsmodul 6, die zum Dispense Prozesspunkt gehören, sowie eine Vorrichtung 7 zum Auftragen von Klebstoff. Das Auftragen des Klebstoffs erfolgt entweder mittels einer stationären Dispensdüse, die mehrere Öffnungen aufweist, durch die der Klebstoff ausgeschieden und auf dem Substrat deponiert wird, oder wie im hier gezeigten Beispiel mittels einer beweglichen Dispensdüse, die eine einzige Öffnung aufweist, durch die der Klebstoff ausgeschieden wird, und die zum Auftragen des Klebstoffes entlang einer vorbestimmten Bahn geführt wird.
Der deponierte Klebstoff bildet auf dem Substrat ein vorbestimmtes Klebstoffmuster. In beiden Fällen sind zwei horizontale Bewegungsachsen vorhanden, um die Dispensdüse relativ zum Substrat zu positionieren bzw. zu bewegen. Die Pickstation 2 umfasst einen Wafertisch 8, der die Halbleiterchips bereitstellt, sowie eine Kamera 9 und ein Bildverarbeitungsmodul 10, die zum Pick Prozesspunkt gehören. Die Bondstation 3 umfasst eine Kamera 11 und ein Bildverarbeitungsmodul 12, die zum Bond Prozesspunkt gehören. Ein Pick and Place System 13 entnimmt einen Halbleiterchip nach dem andern vom Wafertisch 8 und platziert den Halbleiterchip auf dem an der Bondstation 3 bereitgestellten Substratplatz.
[0014] Die Fig. 2 illustriert den Sachverhalt am Dispense Prozesspunkt. Die beiden Bildachsen 14, 15 des Bildes 16 der Kamera 5 (Fig. 1) stellen ein erstes Koordinatensystem KD1 mit Pixelkoordinaten dar, dessen Masseinheit Pixel sind. Die horizontalen Bewegungsachsen 17, 18 der Dispensdüse stellen ein zweites, metrisches Koordinatensystem KD2 dar, dessen Masseinheit ein Längenmass wie z.B. der Meter ist. Die Bewegung der Dispensdüse relativ zum Substrat entlang der horizontalen Bewegungsachsen 17, 18 erfolgt mittels zweier Motoren, die mit Encodern ausgestattet sind. Die Encoder liefern die Position der Dispensdüse in Koordinaten des Koordinatensystems KD2. Die Beziehung zwischen den beiden Koordinatensystemen KD1und KD2 wird über ein drittes, lokales metrisches Koordinatensystem KDhergestellt.
In einem an sich bekannten und daher nicht näher beschriebenen Kalibrationsprozess werden
- erste Transformationsdaten TD1 ermittelt, die es ermöglichen, die Pixelkoordinaten eines Bildpunkts der Kamera 5 in Koordinaten des Koordinationssystems KD umzurechnen, und umgekehrt, und
- zweite Transformationsdaten TD2ermittelt, die es ermöglichen, die auf das Koordinatensystem KD2 bezogene Position der Dispensdüse in Koordinaten des Koordinationssystems KD umzurechnen, und umgekehrt.
[0015] Analog zum Dispense Prozesspunkt stellen die Bildachsen der Kamera 11 ein erstes Koordinatensystem KB1mit Pixelkoordinaten dar, dessen Masseinheit Pixel sind, und die horizontalen Bewegungsachsen des Bondkopfs stellen ein zweites, metrisches Koordinatensystem KB2 dar, dessen Masseinheit ein Längenmass ist. Die Beziehung zwischen den beiden Koordinatensystemen KB1 und KB2wird über ein drittes, lokales metrisches Koordinatensystem KB hergestellt. Analog dazu stellen auch die Bildachsen der Kamera 9 ein erstes Koordinatensystem KP1mit Pixelkoordinaten dar, dessen Masseinheit Pixel sind. Die Beziehung zwischen den beiden Koordinatensystemen KP1 und KB2 wird über ein weiteres, lokales metrisches Koordinatensystem KPhergestellt.
In weiteren Kalibrationsprozessen werden
- Transformationsdaten TB1 ermittelt, die es ermöglichen, die Pixelkoordinaten eines Bildpunkts der Kamera 11 in Koordinaten des Koordinationssystems KB umzurechnen, und umgekehrt,
- Transformationsdaten TB2ermittelt, die es ermöglichen, die auf das Koordinatensystem KB2 bezogene Position des Bondkopfs in Koordinaten des Koordinationssystems KB umzurechnen, und umgekehrt,
- Transformationsdaten TP1ermittelt, die es ermöglichen, die Pixelkoordinaten eines Bildpunkts der Kamera 9 in Koordinaten des Koordinationssystems KP umzurechnen, und umgekehrt, und
- Transformationsdaten TP2 ermittelt, die es ermöglichen, die auf das Koordinatensystem KB2 bezogene Position des Bondkopfs in Koordinaten des Koordinationssystems KP umzurechnen, und umgekehrt.
[0016] Die Soll-Lage des Halbleiterchips auf dem Substratplatz ist definiert durch einen Referenzpunkt P und einen Winkel [phi]. Die Lage des Referenzpunkts P ist festgelegt durch zwei Koordinaten (x, y)[kappa], die die Lage des Referenzpunkts P bezüglich der beiden Achsen eines (beliebigen) Koordinatensystems K beschreiben. Der Winkel [phi][kappa] beschreibt die Drehlage des Halbleiterchips bezüglich des Koordinatensystems K. Die Koordinaten (x, y)[kappa] und der Winkel [phi][kappa] werden im Folgenden als Referenzdaten bezeichnet. Die Soll-Lage des Halbleiterchips definiert auch die Soll-Lage des Klebstoffmusters.
[0017] Bevor der Produktionsbetrieb aufgenommen werden kann, muss in einem Setup Modus den beiden Bildverarbeitungsmodulen 6 und 12 beigebracht werden, wo der Referenzpunkt P auf dem von der Kamera gelieferten Bild liegt und wie der Halbleiterchip (bzw. das Klebstoffmuster) auf dem Substratplatz orientiert ist. Dies wird nun für den Dispense Prozesspunkt mit der Kamera 5 und dem Bildverarbeitungsmodul 6 näher erläutert.
[0018] Die Fig. 3 zeigt ein von der Kamera 5 aufgenommenes Bild 16, in dem ein Substrat 19 mit zwei Substratplatzen 20 mit einer Chipinsel für die Aufnahme des Halbleiterchips und Anschlussflächen (sogenannte Pads) für die Verdrahtung des Halbleiterchips mit dem Substrat 19 sichtbar ist. Das von der Kamera 5 aufgenommene Bild des Substrats 19 ist ein Helligkeitsmuster, das den Substratplatz und seine Umgebung als Bild mit n*m Pixeln mit unterschiedlichen Grauwerten darstellt. Die Definition der Koordinaten (x, y)K des Referenzpunkts P und des Winkels [phi][kappa]im Setup Modus kann auf viele verschiedene Arten erfolgen, drei davon werden nachstehend erläutert:
Variante 1
[0019] In das Bild der Kamera 5 wird ein grafisches Objekt eingeblendet. Ein Operateur verschiebt und dreht das grafische Objekt, bis es an der gewünschten Stelle über dem Substratplatz ist. Bei dem in der Fig. 3gezeigten Beispiel besteht das grafische Objekt aus zwei Rechtecken 24 und 25, deren Kanten parallel zueinander verlaufen. Das Rechteck 24 ist vorzugsweise etwa so gross ist wie der Substratplatz (in der Fig. 3ist es der zeichnerischen Klarheit wegen etwas grösser dargestellt) und es ist die Aufgabe des Operateurs, das Rechteck 24 so zu platzieren, dass seine Kanten mit den Seiten des Substratplatzes zusammenfallen. Die Grösse des Rechtecks 25 entspricht der Grösse des Halbleiterchips. Das Rechteck 25 illustriert, wo der Halbleiterchip liegen wird.
Variante 2
[0020] Der Montageautomat optimiert die Soll-Lage des Halbleiterchips selbsttätig, wobei er helle Stellen des Bildes als dem Substratplatz zugehörig und dunkle Stellen als nicht zum Substratplatz gehörig interpretiert (oder umgekehrt). Der Montageautomat variiert auch selbsttätig relevante Betriebsbedingungen wie beispielsweise die Beleuchtungsstärke und den Fokus der Kamera, um die Bildverarbeitung unter optimalen Arbeitsbedingungen zu ermöglichen.
Variante 3
[0021] Der Montageautomat optimiert die Soll-Lage des Halbleiterchips selbsttätig anhand von Markierungen, die auf dem Substratplatz angebracht sind, wobei er relevante Betriebsbedingungen ebenfalls variiert, um optimale Betriebsbedingungen zu erhalten.
[0022] Zur Überprüfung durch den Operateur wird bei den Varianten 2 und 3 ein grafisches Objekt (wie z.B. das bei der Variante 1 beschriebene grafische Objekt, oder ein Fadenkreuz, etc.) in das Bild der Kamera 5 eingeblendet und der Operateur überprüft anschliessend, ob das grafische Objekt in der gewünschten Lage auf dem Substratplatz liegt.
[0023] Nachdem die Soll-Lage des Halbleiterchips festgelegt worden ist, sind die Referenzdaten bekannt. In der Fig. 3 beschreibt der Winkel [phi]KD1die Drehlage des Substratplatzes bezüglich des durch die Bildachsen 14, 15 aufgespannten Koordinatensystems KD1. Das Bildverarbeitungsmodul 6 speichert einen Bilddatensatz B ab, der Bildinformationsdaten, die Referenzdaten und, fakultativ, Betriebsdaten enthält. Die Bildinformationsdaten sind Daten, die den Substratplatz charakterisieren. Diese Daten sind beispielsweise das von der Kamera als Bild gelieferte Helligkeitsmuster oder davon abgeleitete Daten.
Das Bildverarbeitungsmodul 6 benötigt die Bildinformationsdaten im Produktionsbetrieb als Vorlage, um nun umgekehrt aus dem Bild des aktuellen Substratplatzes die zugehörigen Referenzdaten zu bestimmen, die beschreiben, wo und in welcher Drehlage das Klebstoffmuster aufzutragen ist. Das Bildverarbeitungsmodul 6 speichert die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten in Bezug auf dasjenige Koordinatensystem ab, das es für diese Aufgabe benötigt. Dies ist in der Regel das Koordinatensystem KD1, und somit werden die Werte (x, v)KD1 und [phi] KD1als Referenzdaten gespeichert. Die Betriebsdaten sind verschiedene Parameter, die die relevanten Arbeitsbedingungen beschreiben, unter denen das Bild von der Kamera 5 aufgenommen worden ist. Beispiele für die Betriebsdaten sind die Helligkeit der Beleuchtung, die Belichtungszeit, etc.
[0024] Die Festlegung der Referenzdaten erfolgt am Bond Prozesspunkt erfindungsgemäss nicht mit der oben beschriebenen Lernmethode für den Dispense Prozesspunkt, sondern durch Übertragung des am Dispense Prozesspunkt ermittelten Bilddatensatzes B an den Bond Prozesspunkt. Damit die Übertragung möglich ist, müssen sich die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten auf ein metrisches Koordinatensystem beziehen.
Die Übertragung des Bilddatensatzes B vom Dispense Prozesspunkt an den Bond Prozesspunkt erfolgt also gemäss den Schritten:
- Bereitstellen eines Bilddatensatzes B durch das Bildverarbeitungsmodul 6, dessen Bildinformationsdaten und Referenzdaten sich auf das metrische Koordinatensystem KD beziehen,
- Übertragen des Bilddatensatzes B an das Bildverarbeitungsmodul 12, wobei das Bildverarbeitungsmodul 12 die Bildinformationsdaten und Referenzdaten auf das metrische Koordinatensystem KB bezieht, das die gleichen Masseinheiten hat wie das lokale Koordinatensystem KD.
[0025] Es werden also die auf das metrische Koordinatensystem KDbezogenen Bildinformationsdaten und die Referenzdaten (x, y)KD und [phi]kd übertragen. Das Bildverarbeitungsmodul 12 des Bond Prozesspunkts benützt somit den gleichen Bilddatensatz wie das Bildverarbeitungsmodul 6 des Dispense Prozesspunkts. Falls die Algorithmen des Bildverarbeitungsmoduls 12 im Koordinatensystem KB1arbeiten, dann transformiert das Bildverarbeitungsmodul 12 die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten des übertragenen Bilddatensatzes B mithilfe der Transformationsdaten TB1 aus dem Koordinatensystem KBin das Koordinatensystem KB1und speichert den transformierten Bilddatensatz als Vorlage ab.
[0026] Die Erfassung des Bilddatensatzes B am Dispense Prozesspunkt und die Übertragung an den Bond Prozesspunkt ist in der Fig. 4 veranschaulicht. Die Kamera 5 liefert das Bild 16 des Substrats 19 mit dem Substratplatz 20. Dies ist links oben in der Fig. 4 dargestellt. Die Referenzdaten (p1, p2, [alpha])KD1, die die Soll-Lage des Halbleiterchips auf der Chipinsel 21 und gleichbedeutend damit die Soll-Lage des Klebstoffmusters auf der Chipinsel 21 definieren, werden wie vorstehend beschrieben definiert. Die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten (p1p2, [alpha])KD1 werden anschliessend mittels der Transformationsdaten TD1auf das metrische Koordinatensystem KDumgerechnet, so dass sie sich auf das metrische Koordinatensystem KD beziehen, und dann als Bilddatensatz an den Bond Prozesspunkt übertragen (symbolisiert durch den Pfeil 28).
Die übertragenen Bildinformationsdaten und Referenzdaten beziehen sich nun auf das metrische Koordinatensystem KB. Sie werden mittels der Transformationsdaten TB1 umgerechnet, so dass sie sich auf das Koordinatensystem KB1 beziehen. Im Koordinatensystem KB1 haben die Referenzdaten nun die Werte (q1 q2, [beta]). Man kann also sagen, dass links oben in der Fig. 4 die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten des Bilddatensatzes B im Koordinatensystem KD1 der Kamera 5 des Dispense Prozesspunkts und rechts oben in der Fig. 4die Bildinformationsdaten und die Referenzdaten des gleichen Bilddatensatzes B im Koordinatensystem KB1der Kamera 11 des Bond Prozesspunkts dargestellt sind.
[0027] Die Ausgabe des Bilddatensatzes B im metrischen, von der Kamera 5 unabhängigen Koordinatensystem KD und deren Übernahme in das metrische, von der Kamera 11 unabhängige Koordinatensystem KB ermöglicht den Transfer der nötigen Daten, ohne dass kameraspezifische Kalibrationsdaten wie Kamera-Offset, Grösse des Blickfelds der Kamera, optische Verzerrungen, etc. berücksichtigt werden müssen. Es steht nun am Dispense Prozesspunkt und am Bond Prozesspunkt die gleiche Vorlage für die Auswertung der von den Kameras 5 und 11 gelieferten Bilder bereit.
[0028] Selbstverständlich spielt es keine Rolle, ob der Bilddatensatz B am Dispense Prozesspunkt ermittelt und an den Bond Prozesspunkt übertragen wird oder ob der Bilddatensatz B am Bond Prozesspunkt ermittelt und an den Dispense Prozesspunkt übertragen wird.
[0029] In analoger Weise nimmt die Kamera 9 in der Lernphase ein Bild des Halbleiterchips auf und das Bildverarbeitungsmodul 10 ermittelt einen Bilddatensatz C, der Bildinformationsdaten und Referenzdaten enthält, die den Halbleiterchip betreffen und auf das Koordinatensystem KP bezogen sind, und der fakultativ weitere Betriebsdaten enthält. Der Bilddatensatz C wird an das Bildverarbeitungsmodul 12 des Bond Prozesspunkts übertragen, wenn z.B. für eine Qualitätsmessung die Lage des auf dem Substrat montierten Halbleiterchips ermitteln werden muss.
[0030] Dank der Erfindung müssen die Referenzdaten nur ein einziges Mal definiert werden. Dies führt zu einer höheren Montagegenauigkeit, da die Definition an allen Prozesspunkten identisch ist. Im Sinne eines Rezepttransfers kann der Bilddatensatz B auch an die entsprechenden Bildverarbeitungsmodule von weiteren Automaten für die Montage von Halbleiterchips übertragen werden.
[0031] Damit im Produktionsbetrieb am Dispense Prozesspunkt der Klebstoff am richtigen Ort auf dem bereitgestellten Substratplatz aufgetragen werden kann, muss die Lage und Orientierung des Substratplatzes in Bezug auf das von den horizontalen Bewegungsachsen 17, 18 der Dispensdüse aufgespannte Koordinatensystem KD2 ermittelt werden. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Lage und Orientierung des aktuellen Bildes in Bezug auf die Lage und Orientierung des in der Vorlage gespeicherten Bildes ermittelt und daraus die zum aktuellen Bild gehörigen Referenzdaten bestimmt werden, die nun als Positionsdaten angeben, wo das Klebstoffmuster aufzutragen ist.
Damit der Halbleiterchip auf dem anschliessend zum Bond Prozesspunkt transportierten Substratplatz platziert werden kann, müssen am Pick Prozesspunkt die Lage und Orientierung des vom Wafertisch 8 bereitgestellten Halbleiterchips in Bezug auf das von den Bewegungsachsen des Bondkopfs aufgespannte Koordinatensystem KB2 und am Bond Prozesspunkt die Lage und Orientierung des Substratplatzes in Bezug auf das Koordinatensystem KB2 bestimmt werden. Auch hier müssen also Referenzdaten ermittelt werden, die als Positionsdaten angeben, wo und in welcher Drehlage sich der Halbleiterchip auf dem Wafertisch befindet, und es müssen Referenzdaten ermittelt werden, die als Positionsdaten angeben, wo und in welcher Drehlage der Halbleiterchip auf dem Substratplatz zu platzieren ist.
[0032] Im Produktionsbetrieb laufen folgende Prozessschritte ab:
Sobald die Transportvorrichtung 4 einen neuen Substratplatz bei der Dispensstation 1 bereitgestellt hat, nimmt die Kamera 5 ein Bild des Substratplatzes auf. Das Bild besteht aus n*m Pixeln. Das Bildverarbeitungsmodul 6 wertet das von der Kamera 5 aufgenommene Bild mithilfe des als Vorlage gespeicherten Bilddatensatzes B aus und liefert als Output drei metrische Koordinaten (x1, y1, [phi]1)KD, die die Soll-Lage des Klebstoffmusters bezüglich des Koordinatensystems KD darstellen.
Dies erfolgt beispielsweise so, dass das Bildverarbeitungsmodul 6 in einem ersten Schritt die Referenzdaten in Pixelkoordinaten (p1, p2, [alpha])KD1 ermittelt, wobei das Koordinatenpaar (p1r, p2r) die Lage des Referenzpunktes P des Klebstoffmusters und der Winkel [alpha] die Drehlage des Klebstoffmusters bezüglich der Bildachsen 14, 15 der Kamera 5 bezeichnen. Aus den Pixelkoordinaten (p1 p2, [alpha])KD1werden anschliessend mithilfe der Transformationsdaten TD1 die metrischen Koordinaten (x1y1 [phi]1)KD berechnet. Die Steuereinheit für die Dispensdüse berechnet aus diesen Koordinaten (x1, y1, [alpha])kd und den Daten, die die Geometrie des Klebstoffmusters definieren, mit Hilfe der Transformationsdaten TD2 den Startpunkt und Verlauf der von der Dispensdüse zurückzulegenden Bewegungsbahn. Dann wird der Klebstoff aufgetragen.
[0033] Sobald die Transportvorrichtung 4 den Substratplatz bei der Bondstation 3 bereitgestellt hat, nimmt die Kamera 11 ein Bild des Substratplatzes auf. Das Bild besteht aus k*h Pixeln. Das Bildverarbeitungsmodul 12 wertet das Bild mithilfe des (vom Dispense Prozesspunkt übertragenen und als Vorlage gespeicherten) Bilddatensatzes B aus und liefert als Output drei metrische Koordinaten (x2, y2, [phi]2)m, die die Lage des Referenzpunktes P und die Drehlage des Substratplatzes bezüglich des lokalen Koordinatensystems KB darstellen.
[0034] Sobald der Wafertisch 8 den nächsten Halbleiterchip zur Abarbeitung bereitgestellt hat, nimmt die Kamera 9 ein Bild des Halbleiterchips auf. Das Bild besteht aus j*l Pixeln. Das Bildverarbeitungsmodul 10 wertet das Bild aus und liefert als Output drei metrische Koordinaten (x3, y3, [phi]3)KP, die die Lage eines Referenzpunktes Q und die Drehlage des Halbleiterchips bezüglich des Koordinatensystems KP darstellen.
[0035] Die Steuereinheit für das Pick and Place System 13 berechnet aus den Koordinaten (x3, y3, [phi]3) KP mithilfe der Transformationsdaten 7P2die Position und Drehlage, die der Bondkopf anzufahren hat, um den Halbleiterchip vom Wafertisch 8 zu entnehmen, und aus den Koordinaten (x2S, y2S, [phi]2) KB und dem Winkel [phi]3 mithilfe der Transformationsdaten TP2 die Position und Drehlage, die der Bondkopf anzufahren hat, um den Halbleiterchip auf dem Substratplatz abzusetzen.
The invention relates to a method for setting up a machine for the assembly of semiconductor chips referred to in the preamble of claim 1 Art.
The mounting of semiconductor chips on a substrate by means of a known in the art as the bonder assembly machines. The numerous, similar semiconductor chips of a wafer adhere to a film clamped in a frame. A wafer table picks up the frame and provides the semiconductor chips for assembly. The substrates are fed by a transport system intermittently to a dispensing station where adhesive is applied and then to a bonding station where the semiconductor chip is deposited. The removal of the semiconductor chip from the wafer table and its placement on the substrate by means of a so-called pick and place system.
Such assembly machines are known for example from EP 923 111 or EP 1 480 507.
The processing of the semiconductor chips takes place at three main process points, which are referred to as Pick process point, Dispense process point and Bond process point. The wafer table provides the next semiconductor chip to be mounted at the pick process point. A camera captures an image of the provided semiconductor chip and an image processing module determines from the image the position and orientation of the semiconductor chip. The transport system transports the substrate to the dispensing station and provides the next substrate slot for application of adhesive at the dispensing process point. A camera takes an image of the provided substrate space and an image processing module determines the position and orientation of the substrate space from the image.
The transport system subsequently transports the substrate from the dispensing station to the bonding station, where the next substrate space to be loaded is provided at the bonding process point. A camera takes an image of the substrate space provided and an image processing module determines the position and orientation of the substrate space from the image so that the pick and place system can remove the semiconductor chip at the pick process point and place it on the substrate at the bond process point.
Before the assembly machine can start production operation, the pick process point, the dispensing process point and the bonding process point must be set up so that the corresponding image processing module from the image taken by the associated camera can determine the position and 'orientation of the semiconductor chip or substrate , This setup is called in the jargon "teaching". The setting up of the three process points takes place with the assistance of an operator, whereby the operator sets up each process point independently of the other two process points.
Very high demands are placed on the accuracy of the position of the semiconductor chip placed on the substrate nowadays. In order to be able to meet the required tolerance values, quality measurements are carried out in the production plant.
The invention has for its object to Eruieren and eliminate possible sources of error that lead to a reduction in the achievable accuracy of the position of the placed on the substrate semiconductor chip.
The stated object is achieved according to the invention by the features of claims 1 and 3.
In the search for possible sources of error, it has been found that when setting up the three process points, systematic errors often occur, e.g. the image processing modules of the dispensing process point and the bonding process point determine slightly different values for the desired position of the semiconductor chip and thus also of the adhesive pattern, even if they process the same image. One possible reason is that the learning took place under different conditions, because, for example, the field of view of the two cameras involved is different.
According to the invention, this error source is eliminated in that the data characterizing the semiconductor chip and the data characterizing the substrate location or the desired position of the semiconductor chip on the substrate space and thus also the desired position of the adhesive pattern on the substrate space , learned only once and transferred to the other process points.
Setting up the Dispense Process Point and the Bond Process Point is done according to the steps:
Defining reference data describing the position and orientation of a semiconductor chip on a substrate location with respect to image information data, at the dispensing process point or at the bonding process point,
Providing an image data set, wherein the image data set comprises the image information data and the reference data, and optionally also operating data, and wherein the image information data and the reference data relate to a metric coordinate system,
Transferring the image data set to the other process point, the image information data and reference data being related to a metric coordinate system.
If several automatic assembly machines have to be set up for the same process, then the image data set learned at the dispensing process point or at the bonding process point of one of the automatic assembly machines can be related in the same way to a metric coordinate system and transmitted to the image processing modules of the other assembly machines.
The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and with reference to the drawing.
<Tb> FIG. 1 shows schematically and in plan an assembly machine for the mounting of semiconductor chips on a substrate,
<Tb> FIG. 2 <sep> illustrates the relationships between different coordinate systems at one process point,
<Tb> FIG. 3 <sep> shows an image taken by a camera with a substrate space, and
<Tb> FIG. 4 <sep> illustrates the acquisition and transmission of image information data and reference data from one process point to another process point.
Fig. 1 shows schematically and in plan an automatic assembly machine for the mounting of semiconductor chips on a substrate, a so-called Die Bonder. The assembly machine comprises a dispensing station 1, a picking station 2, a bonding station 3 and a transport device 4 as well as other parts not necessary for the understanding of the invention and therefore not described. As a rule, a substrate has a plurality of substrate locations, on each of which a semiconductor chip is mounted. The transport device 4 transports the substrates in a direction designated as the x-direction to the dispensing station 1, then on to the bonding station 3 and then to a magazine which can receive a plurality of stocked substrates.
The transport device 4 transports the substrates in such a way that one substrate station after the other is ready at the dispensing station 1 for applying adhesive and one substrate station after the other at the bonding station 3 for equipping with a semiconductor chip. The dispensing station 1 comprises a camera 5 and an image processing module 6, which belong to the dispensing process point, and a device 7 for applying adhesive. Application of the adhesive is either by means of a stationary dispensing nozzle having a plurality of openings through which the adhesive is deposited and deposited on the substrate or, as in the example shown here, by means of a movable dispensing nozzle having a single opening through which the adhesive excretes is, and which is guided for applying the adhesive along a predetermined path.
The deposited adhesive forms a predetermined pattern of adhesive on the substrate. In both cases, there are two horizontal axes of motion to position the dispensing nozzle relative to the substrate. The pick station 2 comprises a wafer table 8, which provides the semiconductor chips, and a camera 9 and an image processing module 10, which belong to the pick process point. The bonding station 3 comprises a camera 11 and an image processing module 12, which belong to the bonding process point. A pick and place system 13 takes one semiconductor chip after another from the wafer table 8 and places the semiconductor chip on the substrate space provided at the bonding station 3.
FIG. 2 illustrates the facts at the dispensing process point. The two image axes 14, 15 of the image 16 of the camera 5 (FIG. 1) represent a first coordinate system KD1 with pixel coordinates whose unit of measurement is pixels. The horizontal movement axes 17, 18 of the dispensing nozzle represent a second, metric coordinate system KD2 whose unit of measurement is a length dimension such as e.g. the meter is. The movement of the Dispensdüse relative to the substrate along the horizontal axes of movement 17, 18 by means of two motors which are equipped with encoders. The encoders deliver the position of the Dispensdüse in coordinates of the coordinate system KD2. The relationship between the two coordinate systems KD1 and KD2 is established via a third, local metric coordinate system KD.
In a known and therefore not described in more detail calibration process
- First transformation data TD1 determined, which make it possible to convert the pixel coordinates of a pixel of the camera 5 in coordinates of the coordination system KD, and vice versa, and
second transformation data TD2 determines which makes it possible to convert the position of the dispensing nozzle related to the coordinate system KD2 into coordinates of the coordination system KD, and vice versa.
Analogous to the dispensing process point, the image axes of the camera 11 represent a first coordinate system KB1with pixel coordinates whose unit of measurement is pixels, and the horizontal movement axes of the bondhead represent a second, metric coordinate system KB2 whose unit of measurement is a length measure. The relationship between the two coordinate systems KB1 and KB2 is established via a third, local metric coordinate system KB. Analogously, the image axes of the camera 9 also represent a first coordinate system KP1with pixel coordinates whose unit of measurement is pixels. The relationship between the two coordinate systems KP1 and KB2 is established via another local metric coordinate system KP.
In further calibration processes
- Transformation data TB1 determined, which make it possible to convert the pixel coordinates of a pixel of the camera 11 in coordinates of the coordination system KB, and vice versa,
Transformation data TB2mittelt, which make it possible to convert the reference to the coordinate system KB2 position of the bond head in coordinates of the coordination system KB, and vice versa,
Transformation data TP1, which makes it possible to convert the pixel coordinates of a pixel of the camera 9 into coordinates of the coordination system KP, and vice versa, and
- Transformation data TP2 determined, which make it possible to convert the reference to the coordinate system KB2 position of the bond head in coordinates of the coordination system KP, and vice versa.
The desired position of the semiconductor chip on the substrate space is defined by a reference point P and an angle [phi]. The position of the reference point P is defined by two coordinates (x, y) [kappa] which describe the position of the reference point P with respect to the two axes of an (arbitrary) coordinate system K. The angle [phi] [kappa] describes the rotational position of the semiconductor chip with respect to the coordinate system K. The coordinates (x, y) [kappa] and the angle [phi] [kappa] are referred to below as reference data. The desired position of the semiconductor chip also defines the desired position of the adhesive pattern.
Before the production operation can be recorded, the two image processing modules 6 and 12 must be taught in a setup mode, where the reference point P is on the image supplied by the camera and how the semiconductor chip (or the adhesive pattern) oriented on the substrate location is. This will now be explained in more detail for the dispensing process point with the camera 5 and the image processing module 6.
3 shows an image 16 taken by the camera 5 in which a substrate 19 with two substrate patches 20 with a chip island for receiving the semiconductor chip and pads (so-called pads) for the wiring of the semiconductor chip to the substrate 19 visible is. The image of the substrate 19 taken by the camera 5 is a brightness pattern representing the substrate space and its surroundings as an image with n * m pixels with different gray values. The definition of the coordinates (x, y) K of the reference point P and the angle [phi] [kappa] in the setup mode can be done in many different ways, three of which are explained below:
version 1
In the image of the camera 5, a graphic object is displayed. An operator shifts and rotates the graphic object until it is at the desired location above the substrate site. In the example shown in FIG. 3, the graphic object consists of two rectangles 24 and 25 whose edges run parallel to one another. The rectangle 24 is preferably about as large as the substrate space (in Fig. 3, it is shown slightly larger for the sake of clarity of the drawing) and it is the surgeon's job to place the rectangle 24 so that its edges align with the sides of the substrate space coincide. The size of the rectangle 25 corresponds to the size of the semiconductor chip. The rectangle 25 illustrates where the semiconductor chip will be.
Variant 2
The automatic assembly optimizes the desired position of the semiconductor chip automatically, where he light spots of the image as the substrate space associated and dark places interpreted as not belonging to the substrate space (or vice versa). The assembly machine also automatically varies relevant operating conditions such as the illuminance and focus of the camera to enable image processing under optimal working conditions.
Variant 3
The assembly machine automatically optimizes the desired position of the semiconductor chip by means of markings which are mounted on the substrate space, wherein it also varies relevant operating conditions in order to obtain optimum operating conditions.
In the variants 2 and 3, a graphical object (such as the graphic object described in variant 1, or a crosshair, etc.) is superimposed on the image of the camera 5 for examination by the surgeon, and the surgeon subsequently checks, whether the graphic object lies in the desired position on the substrate space.
After the desired position of the semiconductor chip has been determined, the reference data are known. In FIG. 3, the angle [phi] KD1 describes the rotational position of the substrate location with respect to the coordinate system KD1 spanned by the image axes 14, 15. The image processing module 6 stores an image data set B containing image information data, reference data and, optionally, operation data. The image information data is data characterizing the substrate location. These data are, for example, the brightness pattern supplied by the camera as an image or data derived therefrom.
The image processing module 6 requires the image information data in the production mode as a template in order to determine from the image of the current substrate location, conversely, the associated reference data describing where and in which rotational position the adhesive pattern is to be applied. The image processing module 6 stores the image information data and the reference data with respect to the coordinate system that it needs for this task. This is usually the coordinate system KD1, and thus the values (x, v) KD1 and [phi] KD1 are stored as reference data. The operating data are various parameters describing the relevant working conditions under which the image was taken by the camera 5. Examples of the operating data are the brightness of the illumination, the exposure time, etc.
The determination of the reference data takes place at the Bond process point according to the invention not with the learning method described above for the Dispense process point, but by transferring the determined at Dispense process point image data set B to the Bond process point. For transmission to be possible, the image information data and the reference data must relate to a metric coordinate system.
The transfer of the image data set B from the dispensing process point to the bonding process point thus takes place in accordance with the following steps:
Providing an image data set B by the image processing module 6 whose image information data and reference data relate to the metric coordinate system KD,
Transferring the image data set B to the image processing module 12, wherein the image processing module 12 relates the image information data and reference data to the metric coordinate system KB having the same units of mass as the local coordinate system KD.
Thus, the image information data related to the metric coordinate system KD and the reference data (x, y) KD and [phi] kd are transmitted. The image processing module 12 of the bonding process point thus uses the same image data set as the image processing module 6 of the dispensing process point. If the algorithms of the image processing module 12 operate in the coordinate system KB1, then the image processing module 12 transforms the image information data and the reference data of the transferred image data set B using the transformation data TB1 from the coordinate system KBin into the coordinate system KB1 and stores the transformed image data set as a template.
The detection of the image data set B at the dispensing process point and the transmission to the bonding process point is illustrated in FIG. 4. The camera 5 supplies the image 16 of the substrate 19 with the substrate space 20. This is shown in the upper left in FIG. 4. The reference data (p1, p2, [alpha]) KD1, which define the desired position of the semiconductor chip on the chip island 21 and, thus, the desired position of the adhesive pattern on the chip island 21, are defined as described above. The image information data and the reference data (p1p2, [alpha]) KD1 are then converted to the metric coordinate system KD by means of the transformation data TD1, so that they relate to the metric coordinate system KD, and then transferred as an image data set to the bonding process point (symbolized by the arrow 28 ).
The transmitted image information data and reference data now refer to the metric coordinate system KB. They are converted by means of the transformation data TB1, so that they relate to the coordinate system KB1. In the coordinate system KB1 the reference data now have the values (q1 q2, [beta]). Thus, it can be said that in the upper left of FIG. 4, the image information data and the reference data of the image data set B in the coordinate system KD1 of the camera 5 of the dispensing process point and in the upper right of FIG. 4 the image information data and the reference data of the same image data set B in the coordinate system KB1 of the camera 11 of the Bond process point are shown.
The output of the image data set B in the metric, independent of the camera 5 coordinate system KD and their adoption in the metric, independent of the camera 11 coordinate system KB allows the transfer of the necessary data without camera-specific calibration data such as camera offset, size of Field of view of the camera, optical distortions, etc. must be taken into account. At the Dispense process point and at the Bond process point, the same template is now available for the evaluation of the images supplied by cameras 5 and 11.
Of course, it does not matter whether the image data set B is determined at the dispensing process point and transmitted to the bonding process point or whether the image data set B is determined at the bonding process point and transmitted to the dispensing process point.
In an analogous manner, the camera 9 takes an image of the semiconductor chip in the learning phase and the image processing module 10 determines an image data set C containing image information data and reference data relating to the semiconductor chip and related to the coordinate system KP, and optionally further operating data contains. The image data set C is transmitted to the image processing module 12 of the bonding process point when e.g. for a quality measurement, the position of the semiconductor chip mounted on the substrate must be determined.
Thanks to the invention, the reference data must be defined only once. This leads to a higher mounting accuracy, since the definition is identical at all process points. In terms of a recipe transfer, the image data set B can also be transmitted to the corresponding image processing modules of further machines for the assembly of semiconductor chips.
In order for the adhesive to be applied at the right place on the substrate space provided during production operation at the dispensing process point, the position and orientation of the substrate location with respect to the coordinate system KD2 spanned by the horizontal movement axes 17, 18 of the dispensing nozzle must be determined. This is equivalent to determining the position and orientation of the current image with respect to the position and orientation of the image stored in the original and determining therefrom the reference data associated with the current image, which now indicates as position data where the adhesive pattern is to be applied.
In order for the semiconductor chip to be placed on the substrate space subsequently transported to the bonding process point, the position and orientation of the semiconductor chip provided by the wafer table 8 with respect to the coordinate system KB2 spanned by the axes of movement of the bondhead and the position and orientation of the semiconductor chip must be placed at the pick process point Substrate location with respect to the coordinate system KB2 be determined. Here, too, reference data must therefore be determined which indicate as position data where and in which rotational position the semiconductor chip is located on the wafer table, and reference data must be determined which specify as position data where and in which rotational position the semiconductor chip is to be placed on the substrate site is.
In the production operation, the following process steps take place:
As soon as the transport device 4 has provided a new substrate space at the dispensing station 1, the camera 5 takes a picture of the substrate space. The picture consists of n * m pixels. The image processing module 6 evaluates the image taken by the camera 5 using the image data set B stored as a template and provides as output three metric coordinates (x1, y1, [phi] 1) KD representing the desired position of the adhesive pattern with respect to the coordinate system KD ,
This is done, for example, such that the image processing module 6 determines the reference data in pixel coordinates (p1, p2, [alpha]) KD1 in a first step, the coordinate pair (p1r, p2r) determining the position of the reference point P of the adhesive pattern and the angle [alpha] the rotational position of the adhesive pattern with respect to the image axes 14, 15 of the camera 5 denote. The metric coordinates (x1y1 [phi] 1) KD are then calculated from the pixel coordinates (p1 p2, [alpha]) KD1 using the transformation data TD1. The control unit for the dispensing nozzle calculates from these coordinates (x1, y1, [alpha]) kd and the data defining the geometry of the adhesive pattern, with the aid of the transformation data TD2, the starting point and course of the trajectory traversed by the dispensing nozzle. Then the glue is applied.
Once the transport device 4 has provided the substrate space at the bonding station 3, the camera 11 takes an image of the substrate space. The picture consists of k * h pixels. The image processing module 12 evaluates the image using the image data set B (transferred from the dispensing process point and stored as a template) and provides as output three metric coordinates (x2, y2, [phi] 2) m, which determine the position of the reference point P and the rotational position of the Represent substrate space with respect to the local coordinate system KB.
As soon as the wafer table 8 has provided the next semiconductor chip for processing, the camera 9 takes an image of the semiconductor chip. The picture consists of j * l pixels. The image processing module 10 evaluates the image and provides as output three metric coordinates (x3, y3, [phi] 3) KP representing the position of a reference point Q and the rotational position of the semiconductor chip with respect to the coordinate system KP.
The control unit for the pick and place system 13 calculates from the coordinates (x3, y3, [phi] 3) KP by means of the transformation data 7P2 the position and rotational position which the bonding head has to travel to remove the semiconductor chip from the wafer table 8, and from the coordinates (x2S, y2S, [phi] 2) KB and the angle [phi] 3 by means of the transformation data TP2, the position and rotational position which the bondhead has to travel to deposit the semiconductor chip on the substrate space.