CN104900560B - 可挑拣高长宽比晶粒的晶粒挑拣装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可挑拣高长宽比晶粒的挑拣晶粒方法及晶粒挑拣装置，所述挑拣晶粒方法用来将复数个晶粒由一芯片承载盘挑拣并放置到一硅片框上，所述挑拣晶粒方法包含有移动一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的一中心点与该芯片承载盘的一第一定位点重叠对齐，并计算一第一坐标值；移动该挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的该中心点与该芯片承载盘的一第二定位点重叠对齐，并计算一旋转角度；以及根据该坐标值、该旋转角度、该芯片承载盘的尺寸及该复数个晶粒的排列位置或间距，将该挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至一晶粒上，以吸取该晶粒。

Description

可挑拣高长宽比晶粒的晶粒挑拣装置及方法

技术领域

本发明涉及一种晶粒挑拣装置及方法，尤其涉及一种可挑拣高长宽比晶粒的晶粒挑拣装置及方法。

背景技术

一般而言，集成电路(Integrated Circuit，IC)经电路设计、合成、布局，然后制造后，所有的芯片晶粒会如同矩阵般规则的分布在一片硅片(wafer)之上。虽然一些基本芯片功能测试会经由硅片上测试(On Wafer Test)来完成，但关于电气特性与芯片性能测试，仍然必须在晶粒切割(Die Saw)后，经由晶粒承载盘(Chip Tray)运送至测试机台来测试，而晶粒在晶粒承载盘与测试机台之间的移动，就必须经由晶粒挑拣机台(Pick&Place)来完成。同样地，对于将晶粒由硅片框(Wafer Frame)移至晶粒承载盘，或者由晶粒承载盘移至硅片框的过程，也是通过晶粒挑拣机台来完成。

常见的芯片如SOC(System on Chip)或ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)等，为了面积的优化与最短绕线的考虑，其晶粒(die)多设计尽量接近正方型，也就是说，晶粒的长宽比约为1。请参考图1，图1为现有技术的一晶粒挑拣装置的一晶粒吸取头108挑拣一晶粒102的示意图。为了图标简洁，关于晶粒挑拣装置的图标仅绘出晶粒吸取头的位置。图1所示，由于晶粒102的长宽比大约为1，若晶粒102在X方向、Y方向或晶粒与吸取头之间的相对旋转角度(Theta角)有少许偏移，晶粒吸取头108在吸取晶粒102时还是可与晶粒102有大面积的重叠，因此在晶粒挑拣流程中，对于晶粒挑拣机台的精准度要求也就不会太高。如图2所示，晶粒在芯片承载盘200上大至呈规则状排列，晶粒吸取头208只要将左下角第一颗晶粒设为第一定位点217，在进行对位后，经由使用者输入的晶粒202间间距，晶粒吸取头208的中心点207即可对在晶粒202上，对所有的晶粒以逐粒的方式或以指定晶粒的方式进行挑拣。

然而，高长宽比的晶粒在挑拣流程中将会遇到对位、吸取、放置的困难，于是就导致了可信赖度的问题。例如，驱动IC(Driver IC)的晶粒长宽比可能大于10，而晶粒挑拣机台上只有一个晶粒吸取头，于是就有可能产生吸力不足而掉落，或是定位不精确而重心偏移，甚至因为晶粒承载盘与晶粒挑拣机台间角度的偏移，对应至晶粒挑拣流程中的对位、吸取、放置等步骤就会有较大的偏差，而导致晶粒无法被有效挑拣起来。

因此，如何发展可挑拣高长宽比晶粒的晶粒挑拣方法及晶粒挑拣装置，实为本领域的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的之一即在于提供一种晶粒挑拣装置及方法，其利用具有多个真空晶粒吸取头的晶粒挑拣机台，并解决传统晶粒挑拣机台无法准确或有效挑拣高长宽比晶粒的问题。

本发明公开了一种挑拣晶粒的方法，用来将放置于一芯片承载盘(Chip Tray)上的复数个晶粒利用一晶粒挑拣装置(Pick and Place)由该芯片承载盘挑拣并放置到一硅片框(Wafer Frame)上。该方法包含有设定该芯片承载盘的尺寸，并设定该复数个晶粒的排列位置或间距；移动该晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头(vacuumchuck)的一中心点与该芯片承载盘的一第一定位点重叠对齐，并计算该第一定位点相对于该晶粒挑拣装置的一第一坐标值；移动该晶粒挑拣装置的该挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的该中心点与该芯片承载盘的一第二定位点重叠对齐，并计算该芯片承载盘相对于该晶粒挑拣装置的一第一旋转角度；以及根据该第一坐标值、该第一旋转角度、该芯片承载盘的尺寸及该复数个晶粒的排列位置或间距，将该挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至该复数个晶粒中一晶粒上，以吸取该晶粒。

本发明还公开了一种可挑拣高长宽比晶粒的晶粒挑拣装置，用来将放置于一芯片承载盘(Chip Tray)上的复数个晶粒由该芯片承载盘挑拣并放置到一硅片框(WaferFrame)上。该晶粒挑拣装置包含一设定模块，用来设定一芯片承载盘的尺寸，以及用来设定该复数个晶粒的排列位置或间距；一对位模块，用来移动该晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头(vacuum chuck)的一中心点与该芯片承载盘的一第一定位点重叠对齐，以计算该第一定位点相对于该晶粒挑拣装置的一第一坐标值，以及用来移动该晶粒挑拣装置的该挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的该中心点与该芯片承载盘的一第二定位点重叠对齐，以计算该芯片承载盘相对于该晶粒挑拣装置的一第一旋转角度；以及一晶粒吸取模块，用来根据该第一坐标值、该第一旋转角度、该芯片承载盘的尺寸及该复数个晶粒的排列位置或间距，将该挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至该复数个晶粒中一晶粒上，以吸取该晶粒。

附图说明

图1为现有技术的一晶粒挑拣装置的一晶粒吸取头挑拣一晶粒的示意图。

图2为图1的晶粒吸取头操作于一芯片承载盘的仰视图。

图3为本发明实施例一晶粒挑拣流程的示意图。

图4为本发明实施例一晶粒与晶粒挑拣装置的真空晶粒吸取头的局部示意图。

图5为本发明实施例真空晶粒吸取头操作于一芯片承载盘的仰视图。

图6为本发明实施例真空晶粒吸取头吸取一晶粒的仰视图。

图7说明当芯片承载盘与晶粒挑拣装置存在角度误差时的示意图。

图8为利用二定位点对图7的芯片承载盘进行对位的示意图。

图9为本发明实施例一晶粒挑拣装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

102、202、402、502、602、702 晶粒

602’ 虚线

108、208 晶粒吸取头

408、418、508、518、608、618 真空晶粒吸取头

200、500、700 芯片承载盘

217、517、717 第一定位点

737 第二定位点

207、507、607、707 中心点

θc 误差夹角

θt 旋转角度

30 流程

300～310 步骤

90 晶粒挑拣装置

900 承载盘载具

902 设定模块

904 影像撷取模块

906 对位模块

908 晶粒吸取模块

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明实施例一晶粒挑拣流程30的示意图。晶粒挑拣流程30是用来将放置于一芯片承载盘(Chip Tray)上的复数个晶粒利用一晶粒挑拣装置(Pick andPlace)由该芯片承载盘挑拣并放置到一硅片框(Wafer Frame)上。晶粒挑拣流程30可应用于具有高长宽比的晶粒，对于长宽比大于10的驱动芯片(Driver IC)，也能有效地挑拣。晶粒挑拣流程30包含有以下步骤：

步骤300：开始。

步骤302：设定该芯片承载盘的尺寸，并设定该复数个晶粒的排列位置或间距。

步骤304：移动该晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头(vacuum chuck)的一中心点与该芯片承载盘的一第一定位点重叠对齐，并计算该第一定位点相对于该晶粒挑拣装置的一第一坐标值。

步骤306：移动该晶粒挑拣装置的该挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的该中心点与该芯片承载盘的一第二定位点重叠对齐，并计算该芯片承载盘相对于该晶粒挑拣装置的一第一旋转角度。

步骤308：根据该第一坐标值、该第一旋转角度、该芯片承载盘的尺寸及该复数个晶粒的排列位置或间距，将该挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至该复数个晶粒中一晶粒上，以吸取该晶粒。

步骤310：结束。

根据晶粒挑拣流程30，首先将晶粒挑拣装置作初始化设定。初始化设定可包含设定芯片承载盘的尺寸，并设定复数个晶粒的排列位置与间距。接着，根据使用者设定，移动该晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的一中心点移至芯片承载盘的一预先设定的第一定位点坐标，然后利用影像撷取装置来校正直到该中心点与芯片承载盘的一第一定位点完全重叠对齐，并计算该第一定位点相对于晶粒挑拣装置的一第一坐标值。除此之外，根据用户设定与影像撷取装置的校正，移动晶粒挑拣装置的挑拣臂，使挑拣臂上两真空晶粒吸取头的中心点与芯片承载盘的一第二定位点重叠对齐，并计算芯片承载盘相对于晶粒挑拣装置的一第一旋转角度。然后，根据该第一坐标值、该第一旋转角度、该芯片承载盘的尺寸及该复数个晶粒的排列位置或间距，得知晶粒的实际位置，据以将该挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至欲挑拣的晶粒上，并适当地调整两真空晶粒吸取头的角度，以吸取该晶粒。通过晶粒挑拣流程30的操作，可得知晶粒在X方向、Y方向或晶粒与吸取头之间的相对旋转角度(Theta角)的实际值，以校正挑拣臂上两真空晶粒吸取头的位置及角度，因此可挑拣高长宽比的晶粒。

详细来说，请参考图4，图4为本发明实施例一晶粒402与晶粒挑拣装置的真空晶粒吸取头408、418的局部示意图。为了图示简洁，图4仅绘出晶粒挑拣装置的晶粒吸取头的位置。晶粒挑拣装置的挑拣臂上可配备有两个或更多的真空晶粒吸取头408、418，用来吸取高长宽比晶粒402的两侧。晶粒挑拣装置还包含有一影像撷取装置，用来放大并撷取晶粒的影像，以微调挑拣臂的位置。请参考图5，图5为本发明实施例真空晶粒吸取头508、518操作于一芯片承载盘500的仰视图。晶粒挑拣装置首先根据预先设定的晶粒与定位点位置，移动该晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使挑拣臂上两真空晶粒吸取头508、518的一中心点507移至该芯片承载盘的一预先设定的第一定位点517坐标，然后利用影像撷取装置来校正直到该中心点与第一定位点517完全重叠对齐，并计算第一定位点517相对于晶粒挑拣装置的一第一坐标值(例如，在理想的情况下，第一坐标值为(a/2,b/2)，其中a、b分别为晶粒502的宽度、长度)。如果芯片承载盘与晶粒挑拣装置的夹角为零，也就是说，不存在任何误差，接下来晶粒挑拣装置只需按照芯片承载盘的尺寸以及晶粒的排列位置与间距，逐一挑拣或挑拣指定的晶粒。

然而，由于精准度的限制，芯片承载盘与晶粒挑拣装置的夹角Theta可能不为零。如图6所示，虚线602’部分表示原来理想的晶粒位置，而实线602则表示存在角度误差时的晶粒实际位置，两者之间存在一误差夹角θc。由图6可知，若是采用现有的单个真空吸取头来挑拣高长宽比的晶粒的做法，就有可能产生挑拣不到或是挑拣时重心不平衡的问题。然而，若是利用两个真空晶粒吸取头608、618吸取晶粒602，虽然两真空晶粒吸取头608、618的中心点607已经偏离晶粒，但还是有较大机会可以顺利挑拣。由此可知，高长宽比的晶粒对于定位的精准度上有较高的要求。

进一步地，图7说明当芯片承载盘700与晶粒挑拣装置存在夹角θ的误差时，对挑拣的影响。于图7中，717代表第一定位点的位置，而形状为圆点的707代表晶粒挑拣装置经对位计算后得出的晶粒吸取位置的中心点。其中，晶粒吸取位置的中心点707是根据由第一定位点717计算而得的第一坐标值、所设定的芯片承载盘700的尺寸及晶粒的排列位置或间距计算得知。由图7可知，位置误差在远离第一定位点717的区域会被大幅度的放大，进而造成挑拣失败的机率。为了将夹角误差减到最小，可在芯片承载盘上加入一第二定位点737，如图8所示。在对第一定位点717进行定位并记录其坐标之后，同样地，移动晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的中心点与芯片承载盘700的第二定位点737重叠对齐，并计算第二定位点737相对于晶粒挑拣装置的坐标值，与芯片承载盘700相对于晶粒挑拣装置的一旋转角度θt。如此一来，便可以对每一晶粒进行对位，并产生一对位结果来提供晶粒挑拣装置精确的晶粒坐标，以精确地吸取每一晶粒。

需注意的是，本发明利用分别位于芯片承载盘上相对的两角的第一定位点及第二定位点对高长宽比的晶粒进行对位及调校，以利两真空晶粒吸取头精确地吸取每一晶粒。本领域的技术人员当可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，晶粒挑拣装置的挑拣臂上可设置一旋转构件，使两真空晶粒吸取头的联机与晶粒挑拣装置本体的夹角可被调整，以利校正芯片承载盘的旋转角度。此外，挑拣臂上两真空晶粒吸取头可共享同一个真空吸取帮浦，但不限于此。于第二种实施例中，挑拣臂上两真空晶粒吸取头可分别连接至两个独立的真空吸取帮浦。

晶粒挑拣装置可利用影像撷取模块(例如，一放大装置加上一摄像头)撷取包含第一定位点的一第一影像，摄像头可采用较高倍率的分辨率以清楚地撷取一高长宽比晶粒的全部影像。第一影像可传送至一处理模块，通过影像辨识技术分析晶粒的影像，以计算第一定位点相对于晶粒挑拣装置的第一坐标值。同样地，该影像撷取模块亦可用来撷取包含第二定位点的一第二影像，并将第二影像传送至处理模块，通过影像辨识技术分析晶粒的影像，以计算芯片承载盘相对于晶粒挑拣装置的第一旋转角度。

晶粒挑拣装置可将吸取的晶粒放置于硅片框中，以方便后续使用测试机台作晶粒的电气特性与芯片性能测试。类似地，在硅片框上可先定相对的两角分别具有一第三定位点及一第四定位点，用来校正硅片框与挑拣臂上两真空晶粒吸取头之间的一第二坐标值与一第二旋转角度的误差。晶粒放置的流程与晶粒挑拣流程类似，主要的差别在于晶粒挑拣流程是在对到正确的位置及角度后，将晶粒吸取，而晶粒放置的流程是在对到正确的位置及角度后，将晶粒放下。因此，详细流程不再赘述。

请参考图9，图9为本发明实施例一晶粒挑拣装置90的示意图。晶粒挑拣装置90可用于挑拣如图8中芯片承载盘700内的晶粒。晶粒挑拣装置90包含有一承载盘载具(TrayLoader)900、一设定模块902、一影像撷取模块904、一对位模块906以及一晶粒吸取模块908。承载盘载具900用来承载芯片承载盘700。设定模块902用来设定芯片承载盘700的尺寸，以及设定复数个晶粒702的排列位置或间距。影像撷取模块904用来撷取包含第一定位点717的第一影像，对位模块906用来移动晶粒挑拣装置90的一挑拣臂，使挑拣臂上两真空晶粒吸取头的中心点与芯片承载盘700的第一定位点717重叠对齐，以计算第一定位点717相对于晶粒挑拣装置90的第一坐标值。影像撷取模块904还用来撷取包含第二定位点737的第二影像，并通过对位模块906移动晶粒挑拣装置90的挑拣臂，使挑拣臂上两真空晶粒吸取头的中心点与芯片承载盘700的第二定位点737重叠对齐，以计算芯片承载盘700相对于晶粒挑拣装置90的第一旋转角度。晶粒吸取模块908用来根据第一坐标值、第一旋转角度、芯片承载盘700的尺寸及复数个晶粒702的排列位置或间距，将挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至复数个晶粒702其中一晶粒上，以吸取该晶粒。此外，关于晶粒挑拣装置90其他部分的设计细节，与现有的晶粒挑拣机台并无区别，故在此不予详述。

另外，上述实施例是以将晶粒由芯片承载盘挑拣并放置到硅片框上作说明，其中芯片承载盘具有复数个矩阵型式排列的沟槽，用来承载切割后的该复数个晶粒，但不限于此。上述流程及实施例亦可应用于将晶粒由一硅片框挑拣并放置到另一硅片框上，或将晶粒由一硅片框挑拣并放置到一芯片承载盘上。

综上所述，本发明的晶粒挑拣流程及晶粒挑拣装置可用来挑拣高长宽比的晶粒，利用挑拣臂上多个真空晶粒吸取头吸取长宽比大致上大于等于2的长条形晶粒的两侧。并且，在对位的过程中以芯片承载盘上的第一定位点及第二定位点校正芯片承载盘与晶粒挑拣装置中晶粒吸取头模块之间的坐标位置与旋转角度误差，以准确及有效地挑拣或放置高长宽比晶粒。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种挑拣晶粒的方法，用来将放置于一芯片承载盘上的复数个晶粒利用一晶粒挑拣装置由该芯片承载盘挑拣并放置到一硅片框上，该方法包含有：

设定该芯片承载盘的尺寸，并设定该复数个晶粒的排列位置或间距；

移动该晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的一中心点与该芯片承载盘的一第一定位点重叠对齐，并计算该第一定位点相对于该晶粒挑拣装置的一第一坐标值；

移动该晶粒挑拣装置的该挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的该中心点与该芯片承载盘的一第二定位点重叠对齐，并计算该芯片承载盘相对于该晶粒挑拣装置的一第一旋转角度；以及

根据该第一坐标值、该第一旋转角度、该芯片承载盘的尺寸及该复数个晶粒的排列位置或间距，将该挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至该复数个晶粒中一晶粒上，以吸取该晶粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该第一定位点及该第二定位点分别位于该芯片承载盘上相对的两角。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于该芯片承载盘具有复数个矩阵型式排列的沟槽，用来承载切割后的该复数个晶粒。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该晶粒挑拣装置利用一影像撷取模块撷取包含该第一定位点的一第一影像，以计算该第一定位点相对于该晶粒挑拣装置的该第一坐标值，并利用该影像撷取模块撷取包含该第二定位点的一第二影像，以计算该芯片承载盘相对于该晶粒挑拣装置的该第一旋转角度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该硅片框用来放置该复数个晶粒以供一测试机台测试，且该硅片框上相对的两角分别具有一第三定位点及一第四定位点，用来校正该硅片框与该挑拣臂上两真空晶粒吸取头之间的一第二坐标值与一第二旋转角度的误差。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该挑拣臂上两真空晶粒吸取头共享同一个真空吸取帮浦。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于该挑拣臂上两真空晶粒吸取头分别连接至两个独立的真空吸取帮浦。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于该挑拣臂上两真空晶粒吸取头用来吸取长宽比大于等于2的长条形晶粒的两侧。

9.一种可挑拣高长宽比晶粒的晶粒挑拣装置，用来将放置于一芯片承载盘上的复数个晶粒由该芯片承载盘挑拣并放置到一硅片框上，该晶粒挑拣装置包含：

一设定模块，用来设定该芯片承载盘的尺寸，以及用来设定该复数个晶粒的排列位置或间距；

一对位模块，用来移动该晶粒挑拣装置的一挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的一中心点与该芯片承载盘的一第一定位点重叠对齐，以计算该第一定位点相对于该晶粒挑拣装置的一第一坐标值，以及用来移动该晶粒挑拣装置的该挑拣臂，使该挑拣臂上两真空晶粒吸取头的该中心点与该芯片承载盘的一第二定位点重叠对齐，以计算该芯片承载盘相对于该晶粒挑拣装置的一第一旋转角度；以及

一晶粒吸取模块，用来根据该第一坐标值、该第一旋转角度、该芯片承载盘的尺寸及该复数个晶粒的排列位置或间距，将该挑拣臂上两真空晶粒吸取头移动至该复数个晶粒中一晶粒上，以吸取该晶粒。

10.如权利要求9所述的晶粒挑拣装置，其特征在于该第一定位点及该第二定位点分别位于该芯片承载盘上相对的两角。

11.如权利要求9所述的晶粒挑拣装置，其特征在于该芯片承载盘具有复数个矩阵型式排列的沟槽，用来承载切割后的该复数个晶粒。

12.如权利要求9所述的晶粒挑拣装置，还包含一影像撷取模块，用来撷取包含该第一定位点的一第一影像，以计算该第一定位点相对于该晶粒挑拣装置的该第一坐标值，以及用来撷取包含该第二定位点的一第二影像，以计算该芯片承载盘相对于该晶粒挑拣装置的该第一旋转角度。

13.如权利要求9所述的晶粒挑拣装置，其特征在于该硅片框用来放置该复数个晶粒以供一测试机台测试，且该硅片框上相对的两角分别具有一第三定位点及一第四定位点，用来校正该硅片框与该挑拣臂上两真空晶粒吸取头之间的一第二坐标值与一第二旋转角度的误差。

14.如权利要求9所述的晶粒挑拣装置，其特征在于该挑拣臂上两真空晶粒吸取头共享同一个真空吸取帮浦。

15.如权利要求9所述的晶粒挑拣装置，其特征在于该挑拣臂上两真空晶粒吸取头分别连接至两个独立的真空吸取帮浦。

16.如权利要求9所述的晶粒挑拣装置，其特征在于该挑拣臂上两真空晶粒吸取头用来吸取长宽比大于等于2的长条形晶粒的两侧。