CN114664715B 通过微调节提高半导体器件转移速度的方法和装置 （考尔斯塞弥有限责任公司）

201980027670.32019.09.25US2016276205A1,2016.0通过微调节提高半导体器件转移速度的方本发明公开了一种用于执行将半导体器件述装置包括能够在两个轴上移动的第一衬底传接并且被构造成保持所述第一衬底并进行位置传送机构引起的位置调节。所述微调节机构包保持器框架能够经由与所述微调节致动器的所在所述第一衬底的表面上的所述半导体器件管2确定将设置在第一衬底上的半导体器件管芯转移到第至少部分地基于所述转移位置确定第一衬底和至少部分地基于所述对准位置，将第一衬底或第二衬底确定与在所述对准位置对准第一衬底和第二衬底相关联的一个或至少部分地基于所述一个或多个微位置调节，将第其中确定所述一个或多个微位置调节至少部分其中，将半导体器件管芯从第一衬底转移到第二衬底至少部分至少部分地基于所述第二转移位置确定第一衬底和第二确定所述第二对准位置在第二传送机构的一个或多个第至少部分地基于所述一个或多个第二微位置调节，将第一衬底将所述第二半导体器件管芯从第一衬底转移到括在第一衬底或第二衬底中的至少一个通过所述第一传送机构的主要移动期间将所述半导体器件管芯从所述第一衬底转移到所述第确定与将半导体器件管芯从第一衬底转移到第二衬底至少部分地基于所述转移位置，确定第一衬底、第二衬底和将至少部分地基于所述对准位置，经由第一机构移动第一衬底、3确定对第一衬底、第二衬底或转移机构中的至少一个的至少部分地基于所述一个或多个微位置调节，经由第二机构移经由第一机构移动第一衬底、第二衬底或转移机构经由第二机构移动第一衬底、第二衬底或转移机构10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或多个微位置调节范围在0.5微米至包括在第一衬底或第二衬底中的至少一个经由第一机构的主要移动期间将所述半导确定与将第二半导体器件管芯从第一衬底转移到第二衬底相关至少部分地基于所述第二转移位置确定第一衬底、第二确定利用经由第二机构对第一衬底、第二衬底或转移机构中至少部分地基于所述一个或多个第二微位置调节，经由第二机将所述第二半导体器件管芯从第一衬底转移到通过第一微位置调节经由第一致动器移动第一衬底、第二衬底或转移机通过第二微位置调节经由第二致动器移动第一衬底、第二衬底或转移机4至少部分地基于所述一个或多个微位置调节移动第一衬底确定与将半导体器件管芯从第一衬底转移到第二衬底至少部分地基于所述转移位置确定第一衬底和至少部分地基于所述对准位置，使用一个或多个第一致动器将至少部分地基于所述调节，使用一个或多个第二致动器将第衬底中的至少一个移动第二量至少部分地发生在使用一个或多个第一致动器将第一衬底转移机构将半导体器件管芯从第一衬底转移到第至少部分地基于所述第二转移位置确定第一衬底和第二至少部分地基于所述第二调节，使用一个或多个第二致动器将将所述第二半导体器件管芯从第一衬底转移到5[0002]本申请要求于2018年10月1日提交的标题为“MethodandApparatusto引用方式将以下专利申请并入：于2014年11月12日提交的标题为“Apparatusfor美国专利9,633,883；于2016年11月3日提交的标题为“CompliantNeedleforDirect[0004]半导体器件的制造通常涉及具有大量步骤的复杂制造过程。制造的最终产品是装中的器件能够结合到最终电路中的接口。切成小块以产生各种尺寸的管芯，以便从半导体晶圆中形成超过10万个甚至100万个管芯6或破坏器件的元素的影响，但封装器件固然比封装内存在的管芯更大(例如，在某些情况其他附图可以将相同的部件描绘为更大的比[0018]图7示出了直接管芯转移系统的机器硬件与控制器之间的电路路径的实施方案的[0023]图11B示出了图11A中的实施方案的转移操作后的支撑衬底传送机构的示意性俯7[0029]图15C示出了根据本公开的实施方案的图15A的微调节组件的另一个示意性截面[0030]图16示出了根据本公开的实施方案的具有两个微调节致动器的微调节组件的仰[0031]图17示出了根据本公开的实施方案的具有四个微调节致动器的微调节组件的仰[0032]图18示出了根据本公开的实施方案的用于致动直接转移装置的示例性过程的方[0033]图19A示出了根据本公开实施方案的具有两个微型致动器的两轴导轨微调节组件[0036]图20示出了根据本公开的实施方案的用于利用具有微调节组件的装置执行直接[0037]图21示出了根据本公开的实施方案的与具有微调节组件的装置一起使用的具有[0038]本公开涉及一种将半导体器件管芯直接转移并固定到电路上的机器及其实现方8这些小的传送(以下称微调节)可以抵消由于框架快速连续地开始和停止传送(传送机构的过减小管芯与晶圆胶带之间的粘附力并且通过增大管芯与支撑衬底之间的粘附力可以对迹线上。固定机构可以包括发射能量的设备诸如激光器以熔化/软化支撑衬底上的电路迹[0046]在一些实施方案中，随着将保持晶圆胶带的框架从一个9系统可以相对于转移位置在一个或多个行进轴上以与行进方向成180度的角度来致动微致[0050]由于图2A和图2B描绘了转移操作的不同阶段，尽管参考了装置200的相同元件和平方向上延伸并且可以竖直地设置在晶圆胶带传送机构204的下方，以便利用重力在转移载的支撑衬底的表面与由晶圆胶带传送机构204承载的晶圆胶带的表面之间的空间可以大撑衬底的相应表面之间的距离可以小于这些表面中的任一者和任何其他相对的结构部件[0052]如所描绘的并且在一个实施方案中，转移机构206可以竖直地设置在晶圆胶带传送机构204上方，并且固定机构208可以竖直地设置在支撑衬底传送机构202下方。可以设和图2B所示的位置不同的位置。例如，可以将转移机构206设置成相对于水平面成锐角延的致动方向或者另选地从固定机构208能够成功进行转移过程并保持支撑衬底最终使用的适用性的其他材料。支撑衬底210可以单独[0054]在如图2A和图2B中描绘的实施方案中，支撑衬底210可以包括设置在其上的电路管芯的尺寸来确定电路迹线212的相邻迹线之间的迹线间隔或间隙的尺寸，以确保适当的[0058]支撑衬底传送机构202可以包括用于固定支撑衬底保持器框架216的支撑衬底传送机框架214。支撑衬底保持器框架216的结构可以根据所使用的支撑衬底的类型和特性[0059]在一个实施方案中，将耐用或更刚性的材料用于支撑衬底210自然为部件放置精[0060]尽管保持支撑衬底210的方式可以有很大的不同，图2A示出了支撑衬底保持器框架216的实施方案，该支撑衬底保持器框架包括具有凹形的第一部分216a和具有凸形对应在第一部分216a和第二部分216b之间插入支撑衬底210的外周，为支撑衬底210产生张力，[0061]可以在至少三个方向上(在水平面中的两个方向以及竖直方向上)传送支撑衬底如装置200的用户所引导和/或编程和控制的那样将支撑衬底保持器框架216传送到并保持[0064]由于管芯的微小尺寸，当晶圆胶带218已经传送到适当的转移位置时，晶圆胶带218与支撑衬底210之间的间隙间隔可以在例如大约0.25mm至1.50mm、或大约0.50mm至周边在晶圆胶带保持器框架224的相邻部件之间夹紧来将晶圆胶带218固定在晶圆胶带保性能曲线(在下文中进一步讨论)可以根据晶圆胶带218的此外，由于环境温度和晶圆胶带218本身可能在转移过程中对晶圆胶带218造成潜在的损[0067]晶圆胶带218上的管芯220可以包括从固态半导体晶圆上单独切割出来然后放置支撑衬底210的顺序循序布置。管芯220在晶圆胶带218上的这种预先布置可以减少原本将圆胶带218上的管芯可能已经被预先分类为仅包括具有基本等效的性能特性的管芯。在这[0069]在一些实施方案中，晶圆胶带218可包括未预先分类而是通过以下方式形成的管定质量的合适的管芯以进行转移，这对于包含具有基本上相同质量的管芯的晶圆胶带218处理系统中，由此可以对装置200进行控制/编程以在晶圆胶带218上寻找用于转移到支撑[0071]转移操作部分地经由转移机构206执行，该转移机构是用于有助于将管芯与晶圆胶带218分离的管芯分离设备。转移机构206的致动可以使得一个或多个管芯220从晶圆胶会频繁地破坏尖端或损坏晶圆胶带218或管芯220。下文参考图3更详细地讨论顶针尖端的由顶针226将管芯220压向支撑衬底210以达到使管芯的电接触端子(未示出)能够与电路迹[0075]回到图2A和图2B，在一个实施方案中，转移机构206还可以包括顶针回缩支撑件口234附近的多个穿孔。可以相对于顶针226的直径确定该至少一个开口234的尺寸以容纳具有该至少一个开口234)可与晶圆胶带218的上表面接触，从而防止晶圆胶带218向上挠费的时间。支撑件230的壁周形状可以是圆柱形的或可以容纳在装置200中的任何其他形230可以由铝或另一种热导率相对较高的金属或类似材料形成，由此可以调节温度以保持以进一步抵靠顶针226以有助于调节晶圆胶带218和/或顶针22[0078]如上所述，固定机构208可以有助于将管芯220固定到支撑衬底210的表面上的电且可以经由包括粘附强度或结合电位的其他装置将一个或多个管芯转移到尺寸来确定激光器236的聚焦面积(由图2B中的从激光器236竖直发出的朝向支撑衬底210示出)之间可以形成熔合结合。该结合进一步有助于将未封装管芯220与晶圆胶带218分离附加地或另选地，特定波长的激光或光可以用于穿过系统的一个层并与另一层相互作用。支撑件可设置在激光器236和支撑衬底210的底部表面之间。支撑件238可包括位于其基部支撑衬底210的底部表面的与支撑件238对准的部分可以接触支撑件238，这从而提供抵抗圆胶带218可以具有用来读取或以其他方式检测的条形码(未示出)或其他标识符。标识符可以经由第一传感器244将管芯映射数据提供[0084]如图2A和图2B所示，第一传感器244可以定位在转移机构206(或者具体地讲顶针样，晶圆胶带218的拉伸中的微小变化可以累加以导致正在转移的管芯220的显著对准误器类型的组合以更好地执行多种功能。传感器244可以包括但不限于激光测距仪或光学传该信息可用于确定在转移机构206和固定机构208之间对准支撑衬底210所需的任何位置调一个实施方案中，第一传感器244、第二传感器246和激光器236可以全部接地到同一地面之前将附加的测试器传感器(未示出)结合到装置200的结构中以测试单以便在给定时间转移和固定多个管芯。多个顶针和/或激光器可能够在三维空间内独立移体尺寸和形状可以例如根据转移过程的因素(诸如正在转移的管芯220的尺寸以及转移操以小于或等于正在转移的管芯220的宽度；锥形部分304的高度h可以在大约1mm至2mm的范两个或多个顶针可以具有基本相似的顶针轮廓，或者它们可以具有基本不同的顶针轮廓。不同的顶针尖端轮廓(即，比所示和所述的顶针尖端轮廓宽或比所示和所述的顶针尖端轮通过显示顶针尖端随时间变化相对于晶圆胶带218平面的高度而执行的行程图案的示例。的就绪时间可能根据编程的过程或转移第一管芯和到达要进行转移的第二管芯花费的时胶带并可能卡在其中的情况下使顶针尖端从晶圆胶带[0098]图5示出了处理后的支撑衬底500的示例性实施方案。支撑衬底502可以包括电路[0099]如以上关于晶圆胶带类似地描述的，为了确定要将支撑衬底502传送到何处来执行转移操作，支撑衬底502可以具有用来读取或以其他方式检测的条形码(未示出)或其他基准点506可以是用于由支撑衬底传感器(例如，图2中的第二传感器246)感测以定位电路编程信息来确定电路迹线的第一部分504A和第二部分504B的形状和相对于基准点506的相之间。以这种方式，在转移操作期间管芯508的电接触端子(未示出)可以结合到支撑衬底[0102]在图6中示出了直接转移系统600的实施方案的简化示例。转移系统600可以包括[0103]在一个实施方案中，PC602与数据存储装置604通信以接收在转移过程中有用的[0104]注意，尽管图6描绘了邻近晶圆胶带机构606和支撑衬底机构608的方向性运动能PC702可以在第一小区管理器706和第二小区管理器708之关于第一小区管理器706和第二小区管理器708以及数据存储装置704的各种功能。在一个[0110]项目管理器710可以从第一小区管理器706和第二小区管理器708以及数据存储装置704接收输入，以组织直接转移过程并在支撑衬底相对于晶圆胶带和其上的管芯的取向[0111]顶针轮廓定义器712可以包含关于顶针行程性能曲线的数据，这些数据可以用于根据所加载的晶圆胶带上的特定管芯和支撑衬底上的电路迹线的图案来指示涉及期望顶述晶圆胶带上每个管芯的相对位置及其质量，以便提供对特定管芯位置的预先组织的描以包含关于所加载的支撑衬底上的特定电路迹线图[0113]项目管理器710可以接收来自数据存储装置704的管芯映射714和电路CAD文件置的数据。传感器管理器720还可以指示管芯检测器724根据管芯映射714在特定位置寻找收的管芯在晶圆胶带上的实际位置的数据(关于位置偏移的确认或更新)，运动管理器722[0115]在到达指示位置时，第一机器人726可以将其运动的完成传达到顶针控制板管理[0117]在执行转移操作之前，项目管理器710可以将电路CAD文件716的数据中继到第二而根据支撑衬底上的电路迹线的位置来检测并定向支撑衬底。传感器管理器734可以接收在支撑衬底上的电路迹线图案的确认或更新位置信息。传感器管理器734可以与运动管理[0119]应当理解，上述转移系统700的各个部件中的全部或少于全部部件之间的附加和按任何令人满意的顺序执行以实现期望的产品状态。方法800可以包括将转移过程数据加圆胶带加载到晶圆胶带传送机机构中可以包括控制晶圆胶带传送机机构移动到加载位置，该加载位置也称为取出位置。晶圆胶带可以在该加载位置处固定在晶圆胶带传送机机构备支撑衬底的步骤可以包括根据正在加载到PC或数据存储装置中的CAD文件的图案在支撑[0126]图9示出了直接转移操作的方法900，该方法使得管芯从晶圆胶带(或其他保持管[0127]为了确定要将哪个管芯放置在支撑衬底上以及要将管芯放置在支撑衬底上的哪[0128]PC可以使用支撑衬底标识输入查询数据存储装置或其他存储器以将支撑衬底和衬底传送机构将支撑衬底和管芯衬底取向成分别与转移机构和固定机[0131]对准步骤908可以包括确定电路迹线的要向其转移管芯的部分的位置910以及该部分相对于转移固定位置所处的位置912。可以将转移固定位置视为转移机构和固定机构[0132]对准步骤908还可以包括确定在管芯衬底上的哪个管芯将被转移916以及该管芯[0133]一旦将要从管芯衬底上转移的管芯和电路迹线的要向其转移管芯的部分与转移传送机框架214保持并由支撑衬底保持器框架216张紧的支撑衬底210。作为经由相对于装送机系统1000可以包括一系列轨道、辊和皮带1002和/或其他处理设备以循序传送多个支因此可将支撑衬底直接传送到该一个或多个转移站1置1100的许多特征可以与图2A和图2B的装置200的特征保持基本相似，但支撑衬底传送机地，在图2A和图2B中，支撑衬底传送机构202包括支撑衬底传送机框架214和张紧器框架其可以包括一对相邻缠绕的导电线或线材作为支撑衬底1104。在只有一个卷盘的情况下，程度上)结合支撑衬底1104的导电线并以包括基本静态的机构，因为虽然可以通过从卷盘1204上展开管芯衬底1206来将管芯220张紧辊和/或张紧卷盘可以设置在装置1200的与卷盘1204相对的一侧上。在管芯已经转移可以相对于支撑衬底210布置每组各自的转移机构和固定机构，使得可以同时将多个管芯构202以与上述相同的方式将支撑衬底210传送到转移位置(管芯固定位置)，转移机构206构208以有助于将管芯220固定到支撑间中可以设置转移机构1302以实现将管芯220从晶圆胶带218转移到[0155]转移机构1302可以包括夹头1304，该夹头一次从晶圆胶带218拾取一个或多个管以将其固定在支撑衬底210上的电路迹线该微调节机构在管芯转移过程期间对晶圆胶带218和管芯220的取向和/或位置进行微调节[0160]作为概述，转移装置1400可以包括支撑衬底传送机构202(也参考图2A和图2B描绘)以及晶圆胶带传送机构1404。因为晶圆胶带传送机构1404包括晶圆胶带传送机框架转移装置1400可以出于不同的目的，包括补偿使运动部件停止之后的振动运动和/或出于需晶圆胶带传送机构1404在从一个转移位置行进到下一个转移位置时重复地开始和停止，保持器框架1408固定在该晶圆支撑块上以保持晶圆胶带218；以及一个或多个弹簧构件1508，该一个或多个弹簧构件将晶圆支撑块1506连接到致动器凸缘1504。在未示出的实施方案中，致动器凸缘1504可以与晶圆胶带保持器框架1408直接或间接连接。可以将微调节机构1500牢固地紧固到晶圆胶带传送机框架1406(如图14所描绘)，使得微调节机构1500随晶圆胶带传送机框架1406移动并对晶圆胶带218的位置进行小的独立调整。个通孔1512以用于通过适当的紧固件(未示出)将微调节机构1500附接到晶圆胶带传送机致动器凸缘1504相对于表面在单个方向上滑动。但是，致动器1502相对于距致动器凸缘角螺钉经由致动器托架组件1510螺栓连接到致动器凸缘1504的圆柱形主体，但是致动器1502可以采用除图15A所示的圆柱形之外的许多形状，并且可以任何方式紧固到致动器凸1502A使晶圆支撑块1506位移，这转化成晶圆胶带保持器框架1408从第一(静止)位置沿致位置起的预先确定的距离。可以通过沿致动力1502A的轴线移动晶圆支撑块1506来使弹簧1508的恢复力来施加返回力(图示箭头1508A表示力的方向)，使得致动器1502的第一端部(如果尚未通过其他方式返回到静止位置)被迫返回到相对于致动器凸缘1504的静止位置。[0171]致动器凸缘1504(特别是弹簧构件1508)可以由具有令人满意的弹性机械特性的[0172]根据一个实施方案，致动器凸缘1504和弹簧构件1508(或的一部分(其中去除的部分如图15A中的旋涡状空腔所示)来形成该多个弹簧构件1508。尽管在图15A至图17中描绘为弓形的弹簧臂，但是弹簧构件1508可以是另一种合适的形式或的强度与致动的速度和精度相结合可以提供定位调节的精度，使得可以定位要转移的管支撑衬底传送机框架214相关联的质量块的快速加速以及之后的突然减速(即，停止)而引方向时，停止之前的微调节机构1500和晶圆胶带传送机构1404的行进方向可能无关紧要。由停止引起的任何所得振动中的至少一些振动可以由单个致动器[0174]压电致动器可以通过推动(例如，通过在一个方向上施加提供被构造成在多于一个方向上致动的微调节机构可能是有利的(在本文中参考图16至图[0175]图15B示出了根据本申请的实施方案的大致沿着图15A中所示的线XVB-XVB截取的该实施方案中，致动器凸缘1504和晶圆支撑块1506由单个料件制成)以形成弹簧构件1508以表示在交替联接的致动器凸缘和晶圆支撑块之间可以进行位置调[0176]图15C示出了根据一个实施方案的大致沿着图15A中所示的线XVC-XVC截取的微调管晶圆胶带传送机框架1406被描绘为与致动器凸缘1504略微间隔开以便清楚地描绘部件和致动器凸缘1504之间的偏移可以使移动期间的[0178]图16示出了根据本申请的另一实施方案的微调节机构1600(下文称为“微调节机一个或多个部件进行微调节。虽然微调节机构1600的许多特征可以与图15A中的微调节机被定位成在与第一致动器1602的远侧端部180度相对的位置处接触晶圆支撑块1606的远侧到晶圆胶带传送机框架1406(以与图15B中所描绘的微调节机构1500类似的方式)，使得微第一位置起的可变的、预先确定的距离。可以通过沿致动力1602A的轴线移动晶圆支撑块1606使弹簧构件1610暂时地稍微变形以允许晶圆支撑块1606移位。在施加致动力1602A之返回到第一位置)被迫返回到相对于致动器凸缘1608度的附加控制以及指示晶圆支撑块1606精确返回到相对于致动器凸缘1608的第一位置的第二致动器1604中的每一者可以分别经由连接器1614和1616中的对应一者分别连接到控节机构1700的许多特征可以分别与图15和图16中的微调节机构1500和1600的特征保持基致动器1702和第二致动器1704可分别设置在支撑臂1710A和1710B上，抵靠致动器凸缘1704旋转90度的位置处接触晶圆支撑块1712。也就是说，第三致动器1706和第四致动器一致动器1702和第二致动器1704能够进行调节的方向线的方向上调节管芯的位置。注意，[0185]用于使用具有微调节组件的直接转移装置执行直接转移的方法的第一说明性示例[0186]在一个实施方案中，随着将保持晶圆胶带的框架从一个法中传送机构可以在每个转移对准处停止或者可以在每个转移对准处不完全停止而是可1800的步骤也可能够适用于除图14至图17所示装置之外的其中微调节机构设置在粗移动[0188]直接转移操作(以及本文描述的每个过程)的示例性方法1800被图示为逻辑流程算机可读信号的示例(无论是否使用载波进行调制)包括但不限于托管或运行计算机程序通过系统部件的粗移动完全停止来将衬底与转移机构对准以准备进行管芯转移。在停止微调节机构调节为使得正在转移的管芯相对于支撑件上的目标位置静止的速度。也就是在每个转移位置处等待系统振动稳定而节省的时间中获[0195]在任一实施方案中，为了确定致动的时间并确定要用来振动移动或连续移动而产生微小尺度的活动，但是在转移过程期间通过减少和/或消除任实施方案中，可以由第二致动器、第三致动器和/或第四致动器中的一者或多者产生返回[0201]图19A示出了根据本申请的实施方案的两轴导轨微调节组件1900(下文称为导轨[0203]第二组导轨1916可以附接到第一轴线滑板1904的与其上附接滑动机构1914的一一组导轨1912和第二组导轨1916可以相对于彼此取向成与图[0206]用于使用具有微调节组件的直接转移装置执行直接转移的方法的第二说明性示例[0207]图20示出了用于使用微调节机构来转移半导体器件管芯的方法2000的实施方便允许该一次或多次转移在可能的情况下同时或非常迅速地循序发生，从而避免粗调节。允许使用具有与预先确定的管芯节距相同(或相似)的冲针节距的头来进行多冲针管芯转[0212]A：一种用于执行将设置在第一衬底上的半导体器件管芯直接转移到第二衬底上端部被定位成在相对于所述第二微调节致动器的所述远侧端部位移约90度的位置处调节[0215]D：根据段落A至C中任一项所述的装置，其中所述微调节机构是两轴导轨传送机经由位于所述第一轴线滑板的所述第一侧面上的所述第一对平行导轨间接地连接到所述[0219]H：一种用于执行将设置在第一衬底上的半导体器件管芯直接转移到第二衬底上转移机构被构造成压在所述第一衬底上并将所述半导体器件管芯转移到所述第二端部被设置成接触所述第二滑板并调节所述冲器，所述第一压缩缓冲器设置在所述第一滑板的与所述第一微调