CN118139404A - 安装装置和安装方法 - Google Patents

Abstract

提供了被配置为实现高精度安装的安装装置和安装方法。可以提供安装装置，该安装装置包括接合致动器，该接合致动器具有：壳体；滑动件，其以非接触状态被容纳在壳体中并且设置有头；非接触状态下的线圈和磁轭；在X轴方向上驱动的两个音圈电机(VCM)，在Y轴方向上驱动的三个VCM，以及在Z轴方向上驱动的一个VCM。线圈可以固定到壳体，磁轭可以固定到滑动件。接合致动器可以在通过在六个轴向方向上驱动滑动件来调整芯片和晶圆的相对位置和平行度的同时执行接合，六个轴向方向包括X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向。

Description

安装装置和安装方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年12月2日在日本专利局提交的日本专利申请No.2022-193407和于2023年4月6日提交的韩国专利申请No.10-2023-0045181的优先权的权益，它们各自的公开内容通过引用整体并入文本中。

技术领域

本公开涉及安装装置和安装方法。

背景技术

为了降低功耗并提高驱动速度，半导体装置的分层工艺正在进步。诸如芯片上芯片(CoC)和晶圆上芯片(CoW)的堆叠半导体芯片的工艺、或芯片接合工艺(即，安装半导体封装件的工艺)正在从利用介于接触件之间的引线接合实现接触件之间的连接的传统连接方法改变为使用倒装芯片或硅通孔(TSV)电极的连接方法。

在通过介于接触件之间的引线接合实现接触件之间的连接的传统连接方法中，几十μm的接合精度是足够的。然而，其中凸块和焊盘彼此直接接触的倒装芯片需要几μm，并且特别地，通过TSV电极接合芯片需要亚微米的精度。此外，为了直接接合金属，在接合期间往往需要高温/高压。在高精度芯片接合装置中，结构在机械/热学方面的微小变化是妨碍精度的因素。

此外，对于没有插入凸块的直接接合，需要几百nm或更小的接合精度。在直接接合中，晶圆的局部纳米级不规则也可能影响接合精度。因此，需要使表面之间的斜度对准，以使得接合表面之间的距离变得均匀。

在传统的用于高精度芯片接合的安装装置中，安装装置通过插入在保持在接合台上的下接合对象与保持在接合头上的上接合对象之间的竖直双视场光学系统，来识别设置在下接合对象的接合表面相位和上接合对象的接合表面相位上的对准标记。

竖直双视场光学系统与用于识别上侧的相机和用于识别下侧的相机集成在一起，并且具有至少在水平面中的驱动轴，以便在下接合对象和上接合对象接合之前不久横向地穿过下接合对象和上接合对象之间的间隙。基于竖直双视场光学系统的识别结果，对待接合的对象进行定位，然后将其接合。再次插入为了接合而退避的竖直双视场光学系统，并且在接合之后，识别设置在上接合对象的上表面上的对准标记。根据接合前以及接合后的识别结果来计算安装后的位置偏差，并且在接合下一层时，通过瞄准减去计算出的位置偏差的位置来安装该层。通过这样做，可以防止由安装各层引起的误差的累积。

然而，这种传统的安装装置对于高精度的接合过程具有以下任务。因为竖直双视场光学系统由于热应力/机械应力而随着时间变形，所以在安装前识别和安装后识别期间使用相同的光学参数可能导致误差。

为了解决这种问题，在根据一些传统技术的装置中，已经在接合台上制备了参考标记。根据这种装置，通过在识别安装结果之前识别参考标记，识别竖直双视场光学系统的变形(例如，主要是由于热而伸长)，并且在识别安装结果时抵消该变形。因此，可以抑制由于光学系统随时间的变化而引起的误差。

然而，在这种装置中，即使光学系统的误差被抑制，当识别和接合芯片时，接合头也具有不同的高度。因此，可能存在这样的问题，即，可能由于诸如随着移动的误差或随着移动或干扰的振动，而相对于基于通过对准标记获得的结果计算的目标坐标发生误差。

可将静压轴承用于需要更高精度的接合设备的接合头。静压轴承可用于使保持芯片的可动单元保持在非接触状态，并且用于实现高运动精度。因此，可以实现高安装精度。

然而，在静压轴承的几μm的轴承间隙内，可能由于来自外部的振动或压力变动而发生小于亚微米的抖动。因此，如上所述，在需要几百nm或更小的更精确的接合精度的设备中，可能出现在精度方面不能被忽略的误差因素。

另外，接合设备可以具有用于在接合工艺期间使用静压球面轴承将芯片的表面固定为与晶圆平行的装置。静压球面轴承可以设置在用作晶圆侧的晶圆卡盘的下部上或者设置在用作芯片侧的接合头的上部上。使用静压球面轴承的平行固定装置包括被动型和主动型，被动型通过在吸附芯片之前将接合头牢固地按压在保持晶圆的卡盘上来固定接合头以使芯片的表面与晶圆平行，主动型使用传感器检测晶圆和芯片有多少不平行并使用诸如压电的驱动源来顺序地调整偏差。当需要更精确的调节时，采用主动型。

然而，当将芯片的表面和晶圆调整为彼此平行时，静压球面轴承的可动单元由于静压而从固定单元悬浮几μm，并且在调整之后着陆，从而在着陆移动期间引起微小误差。

本公开旨在解决这些问题中的至少一个，并且提供了被配置为实现高精度安装的安装装置和安装方法。

发明内容

根据本公开的一些示例实施例，可以提供被配置为实现高精度安装的安装装置和安装方法。

根据示例实施例，一种安装装置可以包括：头，其被配置为支撑第一构件；载物台，其被配置为支撑第二构件；至少一个传感器，其被配置为感测第一构件和第二构件的位置的偏差以及第一构件与第二构件之间的平行度；以及接合致动器，其被配置为基于由该至少一个传感器感测到的位置的偏差和平行度来调整第一构件和第二构件的相对位置和相对平行度，其中，接合致动器包括：壳体；滑动件，其以非接触状态被容纳在壳体中，并且设置有所述头；在X轴方向上驱动的至少两个X1轴马达、在Y轴方向上驱动的至少三个Y1轴马达和在Z轴方向上驱动的至少一个Z1轴马达，至少两个X1轴马达、至少三个Y1轴马达和至少一个Z1轴马达中的每一个具有非接触状态下的线圈和磁轭，线圈被固定到壳体并且磁轭被固定到滑动件；以及控制器，其被配置为在通过在六个轴向方向上驱动滑动件来调整第一构件和第二构件的相对位置和相对平行度的状态下将第一构件接合到第二构件，六个轴向方向包括X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向，并且其中，在水平面上彼此正交的两个方向被定义为X轴方向和Y轴方向，并且与水平面正交的方向被定义为Z轴方向，并且Tx方向、Ty方向和Tz方向分别被定义为针对X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的旋转方向。

安装装置还可以包括至少一个检测器，其被配置为检测滑动件的移动量，其中，控制器还被配置为基于由检测器检测到的滑动件的移动量来驱动滑动件，并且控制第一构件和第二构件的相对位置和相对平行度。

检测器可以包括：第一对Y-Z轴二维编码器，其被配置为在X轴方向上彼此面对，并且检测在Y轴方向和Z轴方向上的第一位置；以及第二对X-Z轴二维编码器，其被配置为在Y轴方向上彼此面对，并且检测在X轴方向和Z轴方向上的第二位置；并且控制器还可以被配置为使用由第一对Y-Z轴二维编码器和第二对X-Z轴二维编码器检测到的值来识别滑动件的姿态，并且在六个轴向方向上控制滑动件的姿态。

检测器可以包括：第一对Y-Z轴二维编码器中的每一个包括Y-Z轴二维编码器标尺，第二对X-Z轴二维编码器中的每一个包括X-Z轴二维编码器标尺，Y-Z轴二维编码器标尺和X-Z轴二维编码器标尺被安装在滑动件的一个刚性体上，以及传感器头，传感器头被配置为读取Y-Z轴二维编码器标尺和X-Z轴二维编码器标尺；并且控制器被配置为：根据第一构件被保持的位置和传感器头的位置之间的关系，分别计算X1轴马达中的每一个、Y1轴马达中的每一个和Z1轴马达相对于第一构件的位置的控制量，以及共同控制X1轴马达中的每一个、Y1轴马达中的每一个和Z1轴马达。

可以由气缸在壳体上支撑滑动件。

滑动件可以包括磁轭固定到的主体部分和被配置为连接主体部分和气缸的多个铰链。

安装装置还可以包括压力传感器，压力传感器被配置为感测气缸的每个基座的压力。

X1轴马达、Y1轴马达和Z1轴马达中的每一个可以被配置为在线圈和磁轭之间的间隙的范围内在除了驱动方向之外的轴向方向上移动。

Z1轴马达可以被配置为调整第一构件和第二构件的相对位置和相对平行度，并且在将第一构件接合到第二构件时施加压力。

X1轴马达、Y1轴马达和Z1轴马达中的每一个可以包括被固定到磁轭的磁体。

根据示例实施例，一种安装装置可以包括：接合头，其被配置为支撑第一构件；以及接合台，其被配置为支撑待附接到第一构件的第二构件；其中，接合头包括壳体、设置有吸附第一构件的头的滑动件、以非接触状态悬浮和支撑滑动件的气缸、以及多个VCN(音圈电机)，并且其中，多个VCM中的每一个包括设置在壳体处的线圈和设置在滑动件处的磁轭。

在多个VCM中的每一个中，磁轭的截面形状是U形。

多个VCM包括在X轴方向上驱动的两个VCM、在Y轴方向上驱动的三个VCM、以及在Z轴方向上驱动的一个VCM。

多个VCM在具有X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向的六个轴向方向上驱动滑动件。

接合头还包括感测气缸的压力的压力传感器。

接合头还包括检测滑动件的移动量的编码器。

滑动件包括：主体，磁轭附接到主体；活塞杆，其以可滑动的方式可移动地安装在缸体内；以及铰链，其连接主体和活塞杆。

铰链包括：安装在活塞杆的下表面和板状构件之间的第一铰链、以及设置在主体和板状构件之间并围绕在活塞杆的纵向方向上延伸的倾斜轴对称地设置的第二铰链。

板状构件具有方形形状，并且第二铰链的数量为四个。

根据示例实施例，一种安装方法可以包括：通过头来支撑第一构件；通过载物台来支撑第二构件；检测第一构件和第二构件的位置偏差以及第一构件和第二构件之间的平行度；以及通过以下步骤来在调整第一构件和第二构件的相对位置和相对平行度的状态下将第一构件接合到第二构件：具有壳体、以非接触状态支撑在壳体上并设置有头的滑动件、以及以非接触状态设置的线圈和磁轭，线圈被固定到壳体，并且磁轭被固定到滑动件，以及由接合致动器基于检测到的位置偏差和平行度来在六个轴向方向上驱动滑动件，六个轴向方向包括X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向，接合致动器包括在X轴方向上驱动的至少两个X1轴马达、在Y轴方向上驱动的至少三个Y1轴马达和在Z轴方向上驱动的至少一个Z1轴马达，其中，将在水平面上彼此正交的两个方向定义为X轴方向和Y轴方向，并且将与水平面正交的方向定义为Z轴方向，并且将Tx方向、Ty方向和Tz方向定义为针对X轴方向、Y轴方向和Z轴方向中的每一个的旋转方向。

本申请的优点和效果不限于上述内容，并且在描述本公开的一些示例实施例的过程中可以更容易地理解。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本公开的上述和其他方面、特征和优点，在附图中：

图1是示出根据本公开的示例实施例的安装装置的示意性构造的示图；

图2是示意性地示出根据示例实施例的图1中所示的安装装置中包括的接合头的示图；

图3是示出根据示例实施例的图2中所示的滑动件的构造的示图；

图4是示出根据示例实施例的图2中所示的气缸的构造的示图；

图5是示出根据示例实施例的图2中所示的音圈电机(VCM)的构造的示图；

图6是示出沿图5的VI-VI方向的截面的示图；

图7是示出根据示例实施例的图2中所示的编码器的构造的一部分的示图；

图8是示出根据示例实施例的图2中所示的铰链部分的放大图；

图9是示出铰链的操作的示图；

图10是示出根据示例实施例的图2中所示的编码器的检测值的示图；

图11是示意性地示出根据本公开的示例实施例的控制器的框图；

以及

图12是示出根据本公开的示例实施例的安装方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图如下描述本公开的一些示例实施例。为了描述的清楚，以下描述和附图可以被省略和简化。此外，在每个图中，对相同的元件给予相同的附图标记，可根据需要省略重复的描述。

本公开的示例实施例可涉及三维安装装置(例如，芯片接合器或裸片接合器)，其堆叠并接合诸如半导体芯片或插入器的组件。另外，本公开的示例实施例可涉及用于对准和接合半导体芯片的接合头。

如前所述，当使用静压轴承或球面轴承来确保芯片和晶圆的X-Y精度或平行度的再现性时，可能难以确保用于直接接合的几百nm或更小的X-Y精度或平行度。在静压轴承的情况下，由于气隙中的细微振动，可能难以确保X-Y精度或平行度。在球面轴承的情况下，由于调整/固定所引起的误差，可能难以确保X-Y精度或平行度。在直接接合中，可能需要比在凸块连接的情况下更精确地确保接合表面之间的平行度。因此，提出了以下示例实施例。以下示例实施例是本公开的一些示例。因此，本公开的示例实施例不限于以下示例实施例。

图1是示出根据本公开的示例实施例的安装装置的示意性构造的示图。参照图1，安装装置1可以是三维安装装置，其使用竖直双视场光学系统对准接合对象的位置并将接合对象安装在上侧和下侧。在图1所示的示例实施例中，下侧的接合对象可以是晶圆W2，并且上侧的接合对象可以是芯片W1。根据一些示例实施例，接合对象可以是晶圆、裸片、插入器等。

如图1所示，安装装置1可以包括接合头10、接合台20和竖直双视场光学系统30。安装装置1的每个组件可以设置在基础框架40上。基础框架40可以是安装装置1的基准结构(可替换地，基础结构)。基础框架40可以具有长方体形状，其包括例如基座41、侧框架42和上框架43。侧框架42可以在基座41上支撑上框架43。同时，在设置安装装置1的每个组件时，基础框架40可以被变形为不同的形状。

可以在基础框架40的下方安置主动隔离器50。主动隔离器50是用于消除由安装装置1的安置场所处的干扰导致的振动的振动隔离装置。作为主动隔离器50，例如，可以使用包括加速度计、位移传感器、致动器和阻尼器的装置。主动隔离器50可以通过阻尼器衰减相对高频的振动，检测基础框架40中的振动，并且通过致动器移动基础框架40以抵消振动，从而减少或消除振动。

这里，为了便于描述，假设X-Y-Z正交坐标系。在图1所示的示例实施例中，与基座41的上表面正交的方向可被定义为Z轴方向，并且在与基座41的上表面平行的水平面内彼此正交的两个方向可被定义为X轴方向和Y轴方向。将+Z轴方向定义为上方向，将-Z轴方向定义为下方向。另一方面，上方向和下方向是为了便于说明安装装置1，而不是限制使用安装装置1时布置的方向。

在下文中，将描述安装装置1的每个组件。

<接合头>

接合头10可以用作支撑芯片W1并将芯片W1接合到晶圆W2的接合工具。虽然没有在图1中具体示出，但是接合头10可以包括头13和接合致动器。头包括例如吸附装备，并且可以吸附和保持芯片W1。

接合致动器可分别在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上平行地移动头。另外，接合致动器可以分别在针对X轴、Y轴和Z轴的旋转方向(例如，Tx方向、Ty方向和Tz方向)上旋转头13。换句话说，接合致动器可以在六个轴向方向(例如，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向)上驱动头。因此，接合头10可以调整上侧的芯片W1和下侧的晶圆W2的相对位置和平行度(paral lel ism)。另外，接合头10可以将芯片W1接合到晶圆W2。以下将详细描述设置在接合头10中的接合致动器的构造。

<接合台>

接合台20可以保持晶圆W2。接合台20可以包括晶圆卡盘21和驱动机构22。晶圆卡盘21可以吸附并支撑晶圆W2。驱动机构22可以被固定到基座41。驱动机构22可以在X轴方向和Y轴方向上平行地移动晶圆卡盘21。因此，接合台20可以在X轴方向和Y轴方向上移动晶圆W2。同时，驱动机构22可以在Z轴方向上平行地移动晶圆卡盘21，或者可以在Tx方向、Ty方向和Tz方向上旋转晶圆卡盘21，Tx方向、Ty方向和Tz方向分别是针对X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的旋转方向。

<竖直双视场光学系统>

竖直双视场光学系统30可以插入在芯片W1和晶圆W2之间，并且可以同时捕获芯片W1和晶圆W2的图像。然而，竖直双视场光学系统30不限于插入在上侧的芯片W1与下侧的晶圆W2之间，并且不限于同时捕获上侧的芯片W1和下侧的晶圆W2的图像。例如，竖直双视场光学系统30可以插入在左侧的芯片W1和右侧的晶圆W2之间，并且可以同时捕获左侧的芯片W1和右侧的晶圆W2的图像。换句话说，竖直双视场光学系统30可以同时捕获彼此相反的两个方向(例如，左方向和右方向、以及上方向和下方向)上的芯片W1和晶圆W2的图像。

竖直双视场光学系统30可以包括光学部分31和驱动机构32。驱动机构32可以被固定到基础框架40。驱动机构32可以被固定到例如上框架43。驱动机构32可以分别在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上平行地移动光学部分31。同时，驱动机构32可以使光学部分31在Tx方向、Ty方向和Tz方向上旋转，Tx方向、Ty方向和Tz方向分别是针对X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的旋转方向。

竖直双视场光学系统30可以包括图像传感器，图像传感器通过同时捕获形成在芯片W1上的第一对准标记和形成在晶圆W2上的第二对准标记来生成图像。另外，竖直双视场光学系统30可以包括检测芯片W1的第一接合表面和晶圆W2的第二接合表面之间的平行度的传感器。传感器可以是例如使用激光作为检测光的自动准直仪。接合头10和接合台20中的至少一个可以基于由图像传感器获取的图像和由传感器检测到的平行度来调整芯片W1和晶圆W2的相对位置和平行度，然后将芯片W1接合到晶圆W2。

另一方面，只要能够捕获芯片W1和晶圆W2的对准标记的图像并检测芯片W1和晶圆W2的接合表面之间的平行度，就可以采用除竖直双视场光学系统30之外的光学系统。

这里，将描述安装装置1的操作。首先，可以通过例如机器人将芯片W1传送到接合头10，并且可以通过下方的头(lower head)真空夹持芯片W1。另外，可以通过例如机器人将晶圆W2传送到晶圆卡盘21，并且可以真空夹持晶圆W2。另外，驱动机构22可以移动接合台20，使得晶圆W2的待接合到芯片W1的目标部分可以移动到接合头10的下部。

在夹持芯片W1和晶圆W2之后，竖直双视场光学系统30可以基于芯片W1和晶圆W2的对准标记或焊盘来计算接合的目标位置。另外，竖直双视场光学系统30可以检测芯片W1和晶圆W2的相对斜度(例如，接合表面之间的平行度)，并计算当接合头10执行接合时的倾斜角。即，竖直双视场光学系统30可以计算在接合期间接合头10在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向上的值。

接合头10可以基于由竖直双视场光学系统30计算出的在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向上的值来控制其姿态并将芯片W1接合到晶圆W2。另外，接合头10可以根据芯片W1控制接合载荷。

<接合致动器>

将参照附图详细描述设置在接合头10中的用于执行接合的接合致动器。图2是示出根据本公开的示例实施例的接合头10的示意性构造的示图。图3是示出图2的滑动件12的示图。图4是示出图2的气缸14的示图。

如图2所示，接合头10可以包括作为固定单元的壳体11和作为操作单元的滑动件12，来作为主要构造。壳体11可以是盒形构件，其中，至少其底表面(例如，-Z轴方向上的表面)是放开的(例如，开放的)。在图2所示的示例实施例中，除了壳体11的底表面之外，壳体11在±Y轴方向上的侧表面也是放开的。即，壳体11可以是具有在±X轴方向上的两个侧表面和连接这两个侧表面的上表面(+Z轴方向上的表面)的框架体。

滑动件12可以被容纳在壳体11中。滑动件12的梢端设置有具有芯片W1的吸附机构的头13。头13可以从壳体11的底表面突出。

通过插入气缸14作为静压轴承，滑动件12可以以非接触状态悬浮和被支撑。如图4所示，气缸14可以是空气轴承气缸，其包括缸体141、活塞杆142和空气轴承143。

缸体141具有圆柱形形状，并且可设置在壳体11的上表面(+Z轴方向上的表面)上。在缸体141内，设置在滑动件12的上表面上的活塞杆142可以以可滑动的方式被可移动地安装。空气轴承143可设置在缸体141内以围绕活塞杆142。通过由调节器向空气轴承143供应空气，空气可介于缸体141与活塞杆142之间。因此，可以排除在接触型气缸中发生的由于用于内密封的弹性体(诸如，O形环)的阻力而导致的推力偏差。

如图4所示，气缸14可包括上基座144和下基座145。

例如，手动调节空气流速的调节器可以连接到上基座144。上基座144可以由调节器控制为恒定压力。同时，例如，电-气动调节器可以连接到下基座145。电-气动调节器可以通过调节空气流速来调节下基座145的压力。

在空气介于缸体141与活塞杆142之间的状态下通过由空气轴承143调节下基座145的压力，活塞杆142可以在不与缸体141接触的情况下在Z轴方向(即，上下方向)上移动。

气缸14可以产生与设置在下部的滑动件12的自重相对应的力，以抵消滑动件12的自重。另外，气缸14可以将接合芯片W1和晶圆W2所需的压力(例如，接合载荷)施加到芯片W1。另一方面，接合载荷可由下文所述的Z轴方向上的音圈电机(VCM)施加，并且可由气缸14和VCM两者施加。

此外，接合头10可包括压力传感器，压力传感器用于感测气缸14的每个基座的压力。因此，可监测气缸14的每个基座的压力。同时，如上所述，气缸14可以是双作用型或单作用型。另外，气缸14可以不仅在Z轴方向上具有自由度，而且在Tz方向上具有自由度。

如上所述，在本公开的示例实施例中，可以使用空气轴承以非接触型来驱动力，从而可以减轻或防止如在接触型气缸中那样由摩擦产生的力。然而，由于其上没有接触点，当施加载荷时，接合头10的姿态可能崩溃，并且安装的芯片W1的位置可能偏移，或者芯片W1和晶圆W2的平行状态可能改变。因此，希望进行姿态控制，使得即使在接合载荷的控制期间姿态也不会改变。

因此，当施加接合载荷时，利用电-气动调节器执行自重抵消的下基座145的压力可以降低，使得滑动件12的重量可以用作接合载荷并且可以被施加。因此，不是通过增加上基座144的压力来控制载荷，而是可以减小铰链15和16上的负担，并且可以容易地确保接合头10的姿态的保持性能。

另外，当滑动件12的重量小于所需的接合载荷时，可以通过降低利用电-气动调节器执行自重抵消的下基座145的压力以及增加上基座144的压力来调节接合载荷。

参照图2和图3，接合头10包括多个VCM 17。这里，可以示出其中提供六个VCM 17a至17f的示例。同时，在图2中，六个VCM 17a至17f中的一些可被其它成员隐藏。VCM 17a至17f可以分别包括在非接触状态下用作驱动单元的线圈171a至171f，并且分别包括用作可移动单元的磁轭(yoke)172a至172f。VCM 17a至17f和线圈171a至171f的标记分别对应于提供磁轭172a至172f的位置，并且在附图中可以省略其描述。在附图中并未具体描绘六个VCM17a至17f中的全部，因为一个VCM的图示也适用于其它VCM。

如图3所示，磁轭172a至172f可以设置在滑动件12处。另一方面，线圈171a至171f可以在壳体11处设置在分别与固定到滑动件12的磁轭172a至172f中的每一个相对应的位置中。换句话说，作为驱动单元的线圈171可以被固定到作为固定单元的壳体11，并且作为可移动单元的磁轭172可以被固定到作为操作单元的滑动件12。当分别标记多个VCM 17a至17f、多个线圈171a至171f和多个磁轭172a至172f时，可以将它们组合标记为VCM 17、线圈171和磁轭172。

VCM 17是被配置为在一个方向上执行直接运动的单轴马达。在VCM 17a至17f中，两个VCM 17c和17e是在X轴方向上驱动的X1轴马达，三个VCM 17b、17d和17f是在Y轴方向上驱动的Y1轴马达，并且一个VCM 17a是在Z轴方向上驱动的Z1轴马达。另一方面，单轴马达不限于使用VCM的电磁力作为驱动源的线性马达，并且可以采用具有不同构造的线性致动机构作为单轴马达。另外，接合头10可包括至少两个X1轴马达、至少三个Y1轴马达和至少一个Z1轴马达，但本公开不必限于这种构造。

图5是示出VCM的构造的示图。参照图5，VCM 17d的构造被示出为在X轴方向上驱动的两个VCM 17c和17e以及在Y轴方向上驱动的三个VCM 17b、17d和17f的代表。另外，图6是表示沿图5的VI-VI方向的截面的示图。

如图5和图6所示，磁轭172d可以是具有U形截面构件的构件。磁轭172d通常可以包括具有高磁导率的金属。磁体173d可以通过磁性吸附分别被固定到磁轭172d的两个相对表面。线圈171d可以由导线形成，并且可以通过电连接产生取决于电流方向的磁场。线圈171d可以电连接到由磁体173d形成的磁路，从而在期望的(或者可替换地，预定的)驱动方向上驱动磁轭172d。

另外，线圈171d可以在Z轴方向上延伸。因此，即使滑动件12通过在Z轴方向上驱动的VCM 17a而在Z轴方向上移动，也可以保持在X轴方向或Y轴方向上的驱动力。通过在Z轴方向上驱动的VCM 17a，可以将其它VCM 17b至17f的移动方向定义为纵向方向。另一方面，VCM17中的每一个也可以在非接触状态下的线圈171和磁轭172之间的间隙的范围内沿除了控制方向之外的轴向方向被动地移动。

这样，可以采用所谓的“移动磁体方法”，在“移动磁体方法”中，在作为可移动单元的磁轭172处设置磁体173。在这种情况下，不需要向磁轭172供应电力，并且不需要设置布线。然而，当执行非接触供电时，线圈可以设置在操作单元处以抑制接合致动器的操作单元的重量，并且磁轭和磁体可以设置在固定单元处。

另一方面，如上所述，当需要加压以将芯片W1接合到晶圆W2以及调节滑动件12的位置时，在Z轴方向上驱动的VCM 17a可以具有能够向芯片W1施加压力的推力。

另外，参照图2和图3，可以在构成滑动件12的主体19的中央部分中设置编码器18。编码器18可以是被配置为检测滑动件12的移动量的检测器。同时，可以提供至少一个编码器18，但是根据一些示例实施例，可以提供多个编码器。这里，编码器18可以是线性编码器，其包括设置在滑动件12中的二维(2D)编码器标尺(2D编码器标尺)。2D编码器标尺(2Dencoder scale)可以由设置在壳体11处的传感器头读取。

图7是示出根据示例实施例的图2中示出的编码器的构造的一部分的示图。在图7中，可以示出构成编码器18的2D编码器标尺和传感器头的布局。2D编码器标尺和传感器头可以提供一个位置检测传感器。

如图7所示，编码器18可包括一对X-Z轴2D编码器标尺181、一对Y-Z轴2D编码器标尺182、X轴传感器头183、Y轴传感器头184和Z轴传感器头185。一对X-Z轴2D编码器标尺181和一对Y-Z轴2D编码器标尺182可以全部安装在一个刚性体上。在图3所示的示例实施例中，每个2D编码器标尺可以设置在沿着活塞杆142的纵向方向(例如，Z轴方向)延伸的方柱形构件191的四个侧面上。

X-Z轴2D编码器标尺181可以被设置为在Y轴方向上彼此面对，并且可以用于检测其在X轴方向和Z轴方向上的位置。X-Z轴2D编码器标尺181可以沿着X轴的宽度方向设置，并且被安置成在Z轴方向上延伸。可以为一个X-Z轴2D编码器标尺181提供两个传感器头，即，X轴传感器头183和Z轴传感器头185。

Y-Z轴2D编码器标尺182可以被设置为在X轴方向上彼此面对，并且可以用于检测其在Y轴方向和Z轴方向上的位置。Y-Z轴2D编码器标尺182可以沿着Y轴的宽度方向设置，并且被安置成在Z轴方向上延伸。可以为一个Y-Z轴2D编码器标尺182提供两个传感器头，即，Y轴传感器头184和Z轴传感器头185。

传感器头可以是例如光学传感器，其具有发光单元和光接收单元，发光单元和光接收单元被设置成将编码器标尺181和182分别插入(或夹入)在发光单元和光接收单元之间。另外，X-Z轴2D编码器标尺181和Y-Z轴2D编码器标尺182可具有例如在X轴方向和Y轴方向上以固定的间隔重复地形成的透光部和遮光部。可以从由传感器头获得的脉冲上的信号的计数数量来检测驱动量(例如，滑动件12的相对移动量)。

可以从X轴传感器头183和Y轴传感器头184的检测值来检测在X轴方向、Y轴方向和Tz方向上的移动量。可以从Z轴传感器头185的检测值来检测在Z轴方向、Ty方向和Tx方向上的移动量。

同时，在示例实施例中，检测滑动件12的相对位移量的编码器18可以是检测滑动件12的移动量的检测器，并且还可以用于检测滑动件12的绝对位置。下面描述的控制器可以识别接合致动器的滑动件12的姿态，并且使用由编码器18检测到的检测值来在六个轴向方向上控制滑动件12的姿态。

除了如上所述的活塞杆142、磁轭172和编码器标尺181和182之外，滑动件12还可以包括铰链15和16以及主体19。主体19是具有类框架形状的构件。磁轭172b和172c可以设置在主体19的在+X轴上的外侧表面上，并且磁轭172d、172e和172f可以设置在主体19的在-X轴上的外侧表面上。另外，磁轭172a可以设置在主体19的上表面上。

另外，铰链15和16可以设置在活塞杆142和主体19之间。图8是示出根据示例实施例的设置有图2所示的铰链15和16的部分的放大图。另外，图9是示出铰链15和16的操作的示图。

如图8所示，铰链15可以安装在活塞杆142的下表面上。铰链15可以包括沿活塞杆142的纵向方向(例如，Z轴方向)延伸的倾斜轴，并且可围绕倾斜轴转动。倾斜轴在图9中由穿过活塞杆142的虚线表示。

可以在铰链15的下部设置以倾斜轴为中心的方形板状构件192。可以在板状构件192和主体19的上表面之间设置四个铰链16。铰链16可以围绕倾斜轴对称地设置。铰链16可以执行主体19相对于活塞杆142的平行移动。

如图9所示，铰链15和16可以与主体19在除了向下方向上的Z轴方向之外的五个轴向方向(例如，X轴方向、Y轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向)上的移动量相对应地弹性变形。铰链15和16可以是补充气缸14的自由度和主体19的自由度之间的差异的连接部分。

在滑动件12以小的移动量移动的情况下，当将使用在滚动方向上具有足够大的圆周长度的球或针的滚动工具用于移动量时，可能难以将润滑剂供应到滚动工具的接触部分，并且因此可能容易引起微动磨损(Fretting)现象。另外，当将滑动工具用作连接部分时，在两个相对表面之间可能发生静摩擦或动摩擦的变化，并且因此，如果需要非常高的精度(诸如，调整芯片W1和晶圆W2的相对位置或平行度)，则滑动工具可能不是合适的工具。因此，可以采用如上所述的被构造成执行弹性变形的铰接工具作为连接部分。

另外，铰链15和16可以具有这样的强度，即，当将接合载荷施加到气缸14时或者当在Z轴方向上移动时，该强度不会抵抗由加速度或自重引起的载荷而弯曲。另一方面，空气管可以用于施加通过头13吸附芯片W1所需的负压，并且在控制滑动件12时，可以进行可以忽略拉力(例如，拉伸应力)的布局。另外，可以在气缸14中设置真空端口，并且可以在活塞杆142以及铰链15和16的组件中设置真空路径，从而通过排除干扰来施加用于将芯片W1吸附到头13的负压。

在包括上述构造的接合头10中，如图3所示，圆柱形活塞杆142的中心部分(例如，中心)、铰链15的倾斜轴、当从Z轴方向观察四个铰链16时四个铰链16的布置位置被认为是顶点的矩形的中心部分(例如，中心)、其中设置有X-Z轴2D编码器标尺181和Y-Z轴2D编码器标尺182的方柱形构件的中心部分(例如，中心)、以及头13的中心部分(例如，中心)可以被设置在平行于Z轴的同一直线上。

这里，参照图10、图11和图12，将描述利用接合头10的安装方法。图10是被提供用于示出图2的编码器的检测值的示图。在图10的上端，可以示出从上方观察图2的编码器部分时的示图，并且在图10的下端，可以示出在X轴方向上观察编码器部分时的示图。

图11是示意性地示出根据本公开的示例实施例的控制器的框图。图12是示出根据本公开的示例实施例的安装方法的流程图。

如上所述，编码器18可以包括八个位置检测传感器，其包括用于检测X轴方向、Y轴方向和Tz方向的四个位置检测传感器、以及用于检测Z轴方向、Tx方向和Ty方向的四个位置检测传感器。

如图10所示，在要控制的滑动件12的方柱形构件191的每一侧上，可以安装X-Z轴2D编码器标尺181和Y-Z轴2D编码器标尺182。方柱形构件191可由具有低热膨胀率的材料(例如，不易受热影响的刚性体)形成。X轴传感器头183、Y轴传感器头184和Z轴传感器头185也可以由具有相同的低热膨胀率的材料形成。因此，X-Z轴2D编码器标尺181和Y-Z轴2D编码器标尺182、X轴传感器头183、Y轴传感器头184和Z轴传感器头185之间的位置关系可难以改变。

同时，假定每个位置检测传感器之间的位置关系是已知的或预先测量的。另外，假定控制目标的重心的位置以及每个标尺的相对距离是已知的。同时，控制目标可以指的是设置有磁轭、编码器标尺等的整个滑动件12。

在Y轴方向上彼此面对的两个X轴传感器头183可以输出检测值Sx1和Sx2。另外，在X轴方向上彼此面对的两个Y轴传感器头184可以输出检测值Sy1和Sy2。另外，两个X轴传感器头183可分别输出检测值Sz 1和Sz2，并且两个Y轴传感器头184可分别输出检测值Sz3和Sz4。

如图11所示，在控制目标的六个轴向方向上执行姿态控制的控制器60可以包括坐标转换器61、单输入单输出(SISO)控制器62、力转换器63、坐标生成器64和计算单元65。在下文中，参考图11和图12，将描述根据示例实施例的安装方法，并且将描述控制器60的构造。

如图12所示，首先，可以由接合头10支撑芯片W1，并且可以在接合台20上支撑晶圆W2(S11)，并且可以移动接合台20，使得芯片W1位于晶圆W2的安装区域上(S12)。可以利用竖直双视场光学系统来检测芯片W1和晶圆W2的位置偏差和平行度偏差(S13)，并且可以确定芯片W1的目标位置(例如，芯片位置)(S14)。

之后，可以通过上述接合致动器来调整芯片W1和晶圆W2的相对位置和平行度(S15)。例如，图11所示的坐标转换器61可将芯片W1的目标位置的坐标转换为控制目标的目标重心的坐标(CG位置)。SISO控制器62可以执行比例积分微分(PID)控制，并生成用于将控制目标的重心移动到目标重心的控制信号(例如，X Ctrl、Y Ctrl、Z Ctrl、Tx Ctrl、TyCtrl和Tz Ctrl)。

力转换器63可以基于控制信号生成用于诸如VCM 17的驱动器的命令信号。例如，力转换器63可以将用于控制控制目标的重心位置的控制信号转换为表示VCM 17的位置的命令信号。命令信号可以被发送到接合头10的VCM 17中的每一个。

当基于命令信号驱动VCM 17并且控制目标移动时，可以由编码器18的位置检测传感器中的每一个输出检测值。可以将检测值供应到坐标生成器64。坐标生成器64可以基于检测值(例如，编码器的位置)来计算控制目标的当前重心位置的坐标(CG坐标)。计算单元65可以计算当前重心位置和目标重心位置之间的差，并且可以通过应用该差来控制生成用于诸如VCM 17的驱动器的命令信号的伺服回路。

同时，控制目标在Z轴方向上的位置可以相对于传感器头是可变的。当传感器头的控制目标的重心改变时，芯片W1的目标位置处的抖动量也可改变。因此，可估计芯片W1与Z轴方向上的位置的位置偏差，并计算控制信号。代替在伺服回路内分别控制多个VCM 17，可以在一个伺服回路内顺序地计算六个VCM 17的命令信号。

也就是说，基于X轴2D编码器标尺181、X轴传感器头183和Z轴传感器头185之间的关系以及Y轴2D编码器标尺182、Y轴传感器头184和Z轴传感器头185之间的关系，控制器60可从芯片W1的目标位置生成用于VCM 17中的每一个的驱动器的命令。

当仅利用每个传感器头的值来执行六个自由度的控制时，可能难以确定精确的位置，因为最终芯片W1的目标位置偏移了。另一方面，根据上述本公开的示例实施例的方法，可以利用滤波器容易地抑制VCM 17中的每一个的位置中的由干扰引起的振荡，从而提高控制性能并执行更精确的控制。

返回参考图12，接合头10可以接合芯片W1和晶圆W2(S16)。例如，用于在Z轴方向上驱动滑动件12的气缸14和VCM 17a中的至少一个可以施加用于接合芯片W1和晶圆W2的压力，以接合芯片W1和晶圆W2。如上所述，可以制造包括芯片W1和晶圆W2的半导体装置。

如上所述，接合头10可设置有静压轴承、铰接工具、多个非接触驱动源，并且多个位置检测传感器可被设置为以高精度确定六个自由度的位置。因此，可以以高精度调整芯片W1和晶圆W2的相对位置和平行度。

例如，当将X-Y-Z轴载物台用作接合台20时，可以通过划分多个轴并机械地连接多个轴中的每一个来执行多个轴的控制，使得Y轴载物台可以安装在X轴载物台上，并且Z轴载物台又可以安装在Y轴载物台上。然而，这些技术在构造上可能是复杂的，并且当执行机械变形时，操作单元的最终运动精度可能劣化。为了解决该问题，可以使用激光干涉仪来一直监测操作单元，但是可能难以使装置的构造紧凑。

另一方面，在本公开的一些示例实施例中，位置检测传感器(例如，编码器18和马达(即，VCM 17))可以安装在操作单元(例如，滑动件12)上。另外，可以以非接触状态驱动移动部分，因此不会由于摩擦而引起干扰。因此，可以改善操作单元的控制，并且可以实现高精度安装。另外，根据一些示例实施例的接合头10可具有紧凑的结构，并且可具有增加的刚性。

根据一些示例实施例，图中示出的和上文描述的任何功能块(例如，控制器60)可以执行包括本文未讨论的功能的各种功能，并且可以被实现为处理电路系统，诸如包括逻辑电路的硬件、执行软件的硬件/软件组合、或它们的组合。例如，处理电路系统可包括但不限于中央处理单元(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。控制器60可以基于存储在存储器中的指令进行操作，或者可以基于预编程的功能进行操作。处理电路系统可以包括电组件，诸如晶体管、电阻器、电容器等中的至少一种。处理电路系统可以包括诸如逻辑门的电组件，逻辑门包括AND门、OR门、NAND门、NOT门等中的至少一种。

本公开不限于上述示例实施例，并且可以在不脱离精神的情况下进行适当改变。换句话说，本公开不限于上述示例实施例和附图，并且旨在由所附权利要求来限制。因此，本领域的普通技术人员可以在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下进行各种替换、修改或改变，并且这些替换、修改或改变应当被解释为被包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种安装装置，包括：

头，其被配置为支撑第一构件；

载物台，其被配置为支撑第二构件；

传感器，其被配置为感测所述第一构件和所述第二构件的位置的偏差以及所述第一构件与所述第二构件之间的平行度；以及

接合致动器，其被配置为基于由所述传感器感测到的所述位置的偏差和所述平行度来调整所述第一构件和所述第二构件的相对位置和相对平行度，

其中，所述接合致动器包括，

壳体，

滑动件，其以非接触状态被容纳在所述壳体中，并且在所述滑动件上设有所述头，

在X轴方向上驱动的至少两个X1轴马达、在Y轴方向上驱动的至少三个Y1轴马达和在Z轴方向上驱动的至少一个Z1轴马达，所述至少两个X1轴马达、所述至少三个Y1轴马达和所述至少一个Z1轴马达中的每一个具有非接触状态下的线圈和磁轭，所述线圈被固定到所述壳体并且所述磁轭被固定到所述滑动件，以及

控制器，其被配置为在通过在六个轴向方向上驱动所述滑动件来调整所述第一构件和所述第二构件的相对位置和相对平行度的状态下将所述第一构件接合到所述第二构件，所述六个轴向方向包括X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向，并且

其中，在水平面上彼此正交的两个方向被定义为所述X轴方向和所述Y轴方向，并且与所述水平面正交的方向被定义为Z轴方向，并且所述Tx方向、所述Ty方向和所述Tz方向分别被定义为针对所述X轴方向、所述Y轴方向和所述Z轴方向的旋转方向。

2.根据权利要求1所述的安装装置，还包括：

至少一个检测器，其被配置为检测所述滑动件的移动量，

其中，所述控制器还被配置为基于由所述至少一个检测器检测到的所述滑动件的移动量来驱动所述滑动件，并且控制所述第一构件和所述第二构件的相对位置和相对平行度。

3.根据权利要求2所述的安装装置，其中，

所述至少一个检测器包括：第一对Y-Z轴二维编码器，其被配置为在所述X轴方向上彼此面对，并且检测在所述Y轴方向和所述Z轴方向上的第一位置；以及第二对X-Z轴二维编码器，其被配置为在所述Y轴方向上彼此面对，并且检测在所述X轴方向和所述Z轴方向上的第二位置；并且

所述控制器还被配置为使用由所述第一对Y-Z轴二维编码器和所述第二对X-Z轴二维编码器检测到的值来识别所述滑动件的姿态，并且在所述六个轴向方向上控制所述滑动件的姿态。

4.根据权利要求3所述的安装装置，其中，

所述至少一个检测器包括：

所述第一对Y-Z轴二维编码器中的每一个包括Y-Z轴二维编码器标尺，

所述第二对X-Z轴二维编码器中的每一个包括X-Z轴二维编码器标尺，所述Y-Z轴二维编码器标尺和所述X-Z轴二维编码器标尺被安装在所述滑动件的一个刚性体上，以及

传感器头，其被配置为读取所述Y-Z轴二维编码器标尺和所述X-Z轴二维编码器标尺，并且

所述控制器被配置为：

根据所述第一构件被保持的位置和所述传感器头的位置之间的关系，分别计算所述至少两个X1轴马达中的每一个、所述至少三个Y1轴马达中的每一个和所述至少一个Z1轴马达相对于所述第一构件的位置的控制量，以及

共同控制所述至少两个X1轴马达中的每一个、所述至少三个Y1轴马达中的每一个和所述至少一个Z1轴马达。

5.根据权利要求1所述的安装装置，其中，由气缸在所述壳体上支撑所述滑动件。

6.根据权利要求5所述的安装装置，其中，所述滑动件包括所述磁轭固定到的主体部分和被配置为连接所述主体部分和所述气缸的多个铰链。

7.根据权利要求5所述的安装装置，还包括：

压力传感器，其被配置为感测所述气缸的每个基座的压力。

8.根据权利要求1所述的安装装置，其中，所述至少两个X1轴马达、所述至少三个Y1轴马达和所述至少一个Z1轴马达中的每一个被配置为在所述线圈和所述磁轭之间的间隙的范围内在除了驱动方向之外的轴向方向上移动。

9.根据权利要求1所述的安装装置，其中，所述至少一个Z1轴马达被配置为调整所述第一构件和所述第二构件的相对位置和相对平行度，并且在将所述第一构件接合到所述第二构件时施加压力。

10.根据权利要求1所述的安装装置，其中，

所述至少两个X1轴马达、所述至少三个Y1轴马达和所述至少一个Z1轴马达中的每一个包括被固定到所述磁轭的磁体。

11.一种安装装置，包括：

接合头，其被配置为支撑第一构件；以及

接合台，其被配置为支撑待附接到所述第一构件的第二构件；

其中，所述接合头包括壳体、设置有吸附所述第一构件的头的滑动件、以非接触状态悬浮和支撑所述滑动件的气缸、以及多个音圈电机，并且

其中，所述多个音圈电机中的每一个包括设置在所述壳体处的线圈和设置在所述滑动件处的磁轭。

12.根据权利要求11所述的安装装置，其中，

在所述多个音圈电机中的每一个中，所述磁轭的截面形状是U形。

13.根据权利要求11所述的安装装置，其中，

所述多个音圈电机包括在X轴方向上驱动的两个音圈电机、在Y轴方向上驱动的三个音圈电机、以及在Z轴方向上驱动的一个音圈电机。

14.根据权利要求11所述的安装装置，其中，

所述多个音圈电机在具有X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向的六个轴向方向上驱动所述滑动件。

15.根据权利要求11所述的安装装置，其中，

所述接合头还包括感测所述气缸的压力的压力传感器。

16.根据权利要求11所述的安装装置，其中，

所述接合头还包括检测所述滑动件的移动量的编码器。

17.根据权利要求11所述的安装装置，其中，

所述滑动件包括：主体，所述磁轭附接到所述主体；活塞杆，其以可滑动的方式可移动地安装在缸体中；以及铰链，其将所述主体和所述活塞杆连接。

18.根据权利要求17所述的安装装置，其中，

所述铰链包括：安装在所述活塞杆的下表面和板状构件之间的第一铰链、以及设置在所述主体和所述板状构件之间并围绕在所述活塞杆的纵向方向上延伸的倾斜轴对称地设置的第二铰链。

19.根据权利要求18所述的安装装置，其中，

所述板状构件具有方形形状，并且所述第二铰链的数量为四个。

20.一种安装方法，包括：

通过头来支撑第一构件；

通过载物台来支撑第二构件；

检测所述第一构件和所述第二构件的位置偏差以及所述第一构件和所述第二构件之间的平行度；以及

通过以下步骤来在调整所述第一构件和所述第二构件的相对位置和相对平行度的状态下将所述第一构件接合到所述第二构件：

具有壳体、以非接触状态支撑在所述壳体上并设置有所述头的滑动件、以及以非接触状态设置的线圈和磁轭，所述线圈被固定到所述壳体，并且所述磁轭被固定到所述滑动件，以及

由接合致动器基于检测到的所述位置偏差和所述平行度来在六个轴向方向上驱动所述滑动件，所述六个轴向方向包括X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、Tx方向、Ty方向和Tz方向，所述接合致动器包括在X轴方向上驱动的至少两个X1轴马达、在Y轴方向上驱动的至少三个Y1轴马达和在Z轴方向上驱动的至少一个Z1轴马达，

其中，将在水平面上彼此正交的两个方向定义为所述X轴方向和所述Y轴方向，并且将与所述水平面正交的方向定义为Z轴方向，并且将所述Tx方向、所述Ty方向和所述Tz方向定义为针对所述X轴方向、所述Y轴方向和所述Z轴方向中的每一个的旋转方向。