-
Die
Erfindung betrifft eine Halbleiter-Montageeinrichting der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art.
-
Eine
derartige Halbleiter-Montageeinrichting wird generell als "Pick-and-Place" Einrichtung bezeichnet
und wird als Bestandteil eines "Die
Bonder" genannten
Montageautomaten bei der Halbleitermontage verwendet. Sie dient
dazu, die zahlreichen, gleichartigen Chips eines Wafers, die sich
nebeneinander auf einem Träger
befinden, nacheinander auf einem Substrat, z.B. einem metallischen
Leadframe, zu montieren. Mit jeder Pick-and-Place-Bewegung koordiniert
stellt jeweils der Wafertisch, auf dem sich der Chipträger befindet,
einen nächsten
Chip bereit, und ebenso wird das Substrat verschoben, um am zweiten
Ort einen neuen Substratplatz bereitzustellen. Zum Abheben und nachfolgenden
Ablegen der Chips ist der Chipgreifer heb- und senkbar, entweder zusammen
mit der ganzen Einrichtung oder für sich allein relativ zur Einrichtung.
-
An
Montageeinrichtungen dieser Art werden extrem hohe Anforderungen
gestellt. Für
die Weiterverarbeitung der montierten Chips müssen diese lagegenau auf dem
Substrat positioniert werden, was ein entsprechend genaues Erreichen
des zweiten Ortes durch den Chipgreifer verlangt und auch bereits das
genaue Anfahren des ersten Ortes für das Abheben der Chips voraussetzt.
Anderseits werden auch hohe Geschwindigkeiten bzw. kurze Taktzeiten
verlangt, wodurch entsprechend hohe Beschleunigungen und Massenkräfte an den
bewegten Teilen auftreten.
-
Zur
Erzeugung der alternierenden Bewegungen des Chipgreifers werden
bisher verschiedene Hebelmechanismen angewendet, die teilweise Kulissenführungen
enthalten. Derartige Führungen
sind wegen der an ihnen auftretenden, erheblichen Querkräfte für einen
präzisen
Bewegungsablauf nachteilig und müssen
entsprechend gewartet werden. Bei einem anderen bekannten Mechanismus
sitzt der Chipgreifer am Ende eines hin und her schwenkenden Hebels,
d.h. er erfährt
entsprechend den Schwenkausschlägen
des Hebels eine bogenförmige Bewegung,
die jeweils in den Endlagen gestoppt werden muss, wobei eine starke
Neigung zu Schwingungen besteht. Ein Nachteil solcher Hebelantriebe
liegt darin, dass sie nur einen Transport des Chips um eine feste,
vorbestimmte Strecke von einem Ort A zu einem Ort B erlauben. Pick
and Place Einrichtungen mit Hebelmechanismen sind beispielsweise
aus den Patentschriften
EP 877'544 ,
EP 923'111 und WO 97/32460 bekannt.
-
Bekannt
sind auch Pick and Place Einrichtungen, bei denen der Chipgreifer
mittels eines Zahnriemens angetrieben wird. Nachteilig ist hier
die grosse Ungenauigkeit der Plazierung des Chips auf dem Substrat.
-
Aus
der
EP 991'110 ist eine Pick and Place Einrichtung
mit einem Linearmotor bekannt, bei der die Halbleiterchips an verschiedenen
Stellen vom Wafertisch entnommen werden können. Der Linearmotor ist in
der Höhe
ergiebig gebaut, damit der Chipgreifer für die Entnahme und für das Platzieren
eines Halbleiterchips abgesenkt werden kann.
-
Um
die Halbleiterchips schnell und präzise montieren zu können, soll
einerseits die Entfernung zwischen dem Entnahmeort und dem Montageort kurz
sein und soll andererseits die mechanische Konstruktion einfach
sein. Die Pick and Place Einrichtung der
EP 923'111 ist
zwar eine einfache und robuste Konstruktion, die eine präzise Platzierung
der Halbleiterchips auf dem Substrat ermöglicht, hat aber den Nachteil,
dass der Platzbedarf laufend grösser
wird, da der Durchmesser der Wafer immer grösser wird. Die ebenfalls bekannte
Lösung,
bei der der Substrattisch und der Wafertisch übereinander angeordnet sind,
hat den Nachteil, dass vom Entnahmeort zum Montageort ein grosser
Höhenunterschied
bewältigt werden
muss.
-
Die
aus der WO 97/32460 bekannte Pick and Place Einrichtung, bei der
der Wafertisch orthogonal zum Substrattisch angeordnet ist, hat
den Nachteil, dass ab und zu auf der Folie haftende Halbleiterchips herunterfallen
und dass sich die Folie infolge der auf die Halbleiterchips einwirkenden
Schwerkraft verzieht, so dass sich die Lage des zu entnehmenden Halbleiterchips
ungewollt verändert.
-
Aus
der
US 6579057 ist eine
Pick and Place Einrichtung bekannt, bei der die Bewegungen des Bondkopfs
in y-Richtung und z-Richtung mittels einer Führungsschiene gekoppelt sind,
so dass für
die Bewegung des Bondkopfs nur ein Motor benötigt wird.
-
Aus
der US 2003-0096437 ist eine Einrichtung für die Montage von elektronischen
Bauteilen bekannt. Die zu montierenden elektronischen Bauteile werden
auch als ICs bezeichnet. Die ICs werden in speziellen Bauteile-Zuführungseinrichtungen
bereitgestellt und von einem Montagekopf geholt und auf einer Leiterplatte
montiert. Als Antrieb für
den Montagekopf dient ein als H-Antrieb bekannter xy-Tisch, der
die Bewegung des Montagekopfs in der xy-Ebene ermöglicht.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Die Bonder zu entwickeln,
bei dem die Entfernung zwischen dem Entnahmeort und dem Montageort
der Halbleiterchips kurz ist, ohne dass die obengenannten Nachteile
bestehen.
-
Die
Erfindung besteht in den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Eine
Halbleiter-Montageeinrichting enthält eine Bondstation, wobei
die Bondstation einen Wafertisch für die Bereitstellung der Halbleiterchips,
einen Substrattisch und eine Pick and Place Einrichtung mit einem
Bondkopf mit einem Chipgreifer umfasst. Der Wafertisch findet teilweise
unterhalb des Substrattisches Platz. Die Pick and Place Einrichtung entnimmt
die Halbleiterchips einen nach dem andern vom Wafertisch und platziert
sie auf dem Substrat. Die Substrate werden von einer Transporteinrichtung taktweise
in einer Transportrichtung transportiert. Die Pick and Place Einrichtung
weist einen ersten Linearmotor, der einen ortsfest angeordneten
Stator und einen in einer ersten Richtung beweglichen, durch erste
Führungselemente
geführten
Schlitten umfasst, und einen zweiten Linearmotor, der einen ortsfest
angeordneten Stator und einen in einer zweiten Richtung beweglichen
Schlitten umfasst. Der Schlitten des ersten Linearmotors weist zweite
Führungselemente
auf, die den Schlitten des zweiten Linearmotors führen. Der
Bondkopf mit dem Chipgreifer ist am zweiten Schlitten angeordnet.
-
Bevorzugt
sind die ersten Führungselemente in
den Stator des zweiten Linearmotors integriert. Die Pick and Place
Einrichtung ist ferner bevorzugt symmetrisch ausgebildet in Bezug
auf eine quer zur Transportrichtung der Substrate verlaufende Symmetrieebene.
Insbesondere besteht der Stator des zweiten Linearmotors aus zwei
Statorteilen, die beidseits des Bondpunkts bzw. der Bondpunkte angeordnet
sind. Diese symmetrische Konstruktion hat den Vorteil, dass der
Bondkopf durch zwei Führungselemente
geführt
ist, die beidseitig des Bondpunkts bzw. der Bondpunkte angeordnet
sind, so dass der Bondkopf weder beim Aufnehmen des Halbleiterchips
vom Wafertisch noch beim Platzieren des Halbleiterchips auf dem
Substrat ein Drehmoment auf die Führungselemente ausübt.
-
Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
-
Es
zeigen: 1 in perspektivischer Ansicht eine Bondstation
eines Die Bonders,
-
2 eine
Schnittzeichnung durch eine in der 1 mit E bezeichnete
Ebene,
-
3 eine
Schnittzeichnung entlang der Linie I-I in der 2,
und
-
4 zwei
gegeneinander verschiebbare Schlitten.
-
Die 1 zeigt
in perspektivischer Ansicht und schematisch eine Bondstation eines
Die Bonders, die eine Pick and Place Einrichtung 1, einen Substrattisch 2 mit
einer Auflagefläche 3 für Substrate 4 und
einen Wafertisch 5 für
die Bereitstellung von Halbleiterchips 6 (es sind nur drei
Halbleiterchips dargestellt) und zwei Kameras 7 und 8,
deren optische Achsen durch Pfeile dargestellt sind, umfasst. Die Achsen
eines kartesischen Koordinatensystems sind mit x, y und z bezeichnet.
Zum besseren Verständnis der
Erfindung sind einige der in dieser perspektivischen Ansicht verdeckten
Kanten der Pick and Place Einrichtung 1 mit Phantomlinien
dargestellt. Aus Gründen
der zeichnerischen Klarheit sind aber nicht alle verdeckten Kanten
dargestellt. Eine nicht dargestellte Transportvorrichtung transportiert
die Substrate 4 taktweise in der x-Richtung. Die Substrate 4 enthalten
eine Anzahl n von in y-Richtung nebeneinander auf dem Substrat 4 angeordneten
Substratplätzen
für die
Aufnahme je eines Halbleiterchips 6. Die Pick and Place Einrichtung 1 entnimmt
den am Ort A bereitgestellten Halbleiterchip 6 vom Wafertisch 5, hebt
den aufgenommenen Halbleiterchip 6 in z-Richtung über das
Niveau der Auflagefläche 3 des
Substrattisches 2 an, transportiert den Halbleiterchip 6 in der
y-Richtung zu einem Ort Bk, wobei der Index
k eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis n bedeutet, und platziert den
Halbleiterchip 6 auf dem Substrat 4. Die Transportbewegungen
in z-Richtung und in y-Richtung werden einander so weit möglich überlagert.
Die beiden Kameras 7 und 8 dienen dazu, die Lage
und Orientierung des am Ort A bereitgestellten Halbleiterchips 6 bzw.
die Lage und Orientierung des Substratplatzes am Ort Bk zu
bestimmen, damit der Halbleiterchip 6 lagegenau auf dem
Substrat 4 platziert werden kann. Der Wafertisch 5 befindet
sich teilweise unterhalb des Substrattisches 2, wobei der
Entnahmeort A in der Nähe
des Randes des Substrattisches 2 liegt, so dass der Transportweg
in y-Richtung möglichst kurz
ist.
-
Die
Pick and Place Einrichtung 1 umfasst zwei Linearmotoren 9 und 10.
Der erste Linearmotor 9 besteht aus einem ortsfest angeordneten
Stator 11 und einem in y-Richtung beweglichen Schlitten 12. Der
zweite Linearmotor 10 besteht aus einem ortsfest angeordneten
Stator 13 und einem in z-Richtung beweglichen Schlitten 14.
Der Schlitten 12 des ersten Stators 11 weist einen
ersten Spulenkörper 15 auf, der
mit Magneten des ersten Stators 11 zusammenwirkt. Der erste
Linearmotor 9 ist vorzugsweise ein in herkömmlicher
Technologie gebauter elektromagnetischer Dreiphasenmotor. Die Bewegung
des ersten Schlittens 12 in y-Richtung wird durch erste
Führungselemente 16 (2)
geführt,
die vorzugsweise in den Stator 13 des zweiten Linearmotors 10 integriert
sind. Der Schlitten 12 des ersten Stators 11 weist
zweite Führungselemente 17 (2)
auf, die den zweiten Schlitten 14 des zweiten Linearmotors 10 führen. Wenn
der erste Linearmotor 9 den ersten Schlitten 12 in
y-Richtung hin und her bewegt, dann nimmt der erste Schlitten 12 den
zweiten Schlitten 14 mit. Der zweite Schlitten 14 weist
einen zweiten Spulenkörper 18 auf,
der mit Magneten 19 (2) des zweiten
Stators 13 zusammenwirkt. Der zweite Linearmotor 10 bewegt
den zweiten Schlitten 14 in z-Richtung auf und ab. Am zweiten
Schlitten 14 ist ein Bondkopf 20 mit einem Chipgreifer 21 angeordnet.
Der Chipgreifer 21 ist gegenüber dem Bondkopf 20 in
z-Richtung bewegbar, wobei die Bewegung des Chipgreifers 21 in
bekannter Weise, beispielsweise pneumatisch erfolgt. Zudem ist der
Chipgreifer 21 um eine in z-Richtung verlaufende Achse
drehbar, damit die Drehlage des aufgenommenen Halbleiterchips vor
dem Absetzen auf dem Substrat 4 auf Grund der von den beiden
Kameras 7 und 8 gelieferten Bilder auskorrigiert
werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Pick and Place Einrichtung 1 bezüglich der
x-Richtung symmetrisch ausgebildet, damit beim Platzieren des Halbleiterchips
auf dem Substrat 4 kein Drehmoment auf den Bondkopf 20 ausgeübt wird.
-
Der
erste Schlitten 12 umfasst einen rechteckförmigen Rahmen 22 mit
zwei in y-Richtung verlaufenden Wänden 23 und 24,
die durch Querwände 25 und 26 verbunden
sind. Am Bondkopf 20 (oder am Chipgreifer 21)
sowie an der Querwand 25 sind zugeordnete Teile eines Positionsmesssystems
angeordnet für
die Messung der z-Lage des Bondkopfs 20 bzw. Chipgreifers 21.
Ein solches Positionsmesssystem besteht vorzugsweise aus einem Metall-
oder Glasmassstab und einem Lesekopf. Die Führungselemente 16 (2)
verlaufen parallel zu den Wänden 23 und 24 des
Schlittens 12 entlang dem zweiten Stator 13.
-
Die 2 zeigt
die Pick and Place Einrichtung in einer Schnittzeichnung durch eine
in der 1 mit E bezeichnete Ebene. Der zweite Stator 13 besteht
aus zwei separaten Statorteilen 27 und 28, die
sich in y-Richtung erstrecken, d.h. in y-Richtung ergiebig ausgebildet
sind, damit der zweite Schlitten 14 unabhängig von
seiner y-Lage in z-Richtung auf und ab bewegbar ist. Die Wände 23 und 24 des
ersten Schlittens 12 (1) sind in
y-Richtung geführt durch
die in die Statorteile 27 und 28 integrierten
oder auf einer Basis 29 montierten Führungselemente 16. Die
zweiten Führungselemente 17 für die Führung des
zweiten Schlittens 14 bezüglich der z-Richtung sind an
den Wänden 23 und 24 befestigt,
so dass der erste Schlitten 12 den zweiten Schlitten 14 in
y-Richtung mitnimmt.
Die Statorteile 27 und 28 weisen in y-Richtung
sich erstreckende Magnete 19 auf, zwischen denen ein Luftspalt
gebildet ist. Die zweiten Spulenkörper 18 des zweiten
Schlittens 14 ragen in diesen Luftspalt hinein. Im Beispiel
ist der zweite Linearmotor 10 ein dreiphasiger elektromagnetischer Antrieb:
Die Spulenkörper 18 weisen
jeweils drei Spulen 30 auf, wobei jeder der drei elektrischen
Phasen eine Spule zugeordnet ist.
-
Die 3 zeigt
den Statorteil 27 und den Substrattisch 2 gemäss einem
Schnitt entlang der Linie I-I der 2. Bevorzugt
erstrecken sich die Magnete 19 im Statorteil 27 in
y-Richtung nur soweit, wie sie für
die Bewegung des zweiten Schlittens 14 (2)
in z-Richtung erforderlich sind. Der Bewegungsbereich des zweiten
Schlittens 14 ist in zwei Bereiche Z1 und
Z2 unterteilt. Im Bereich Z1 erstrecken
sich die Magnete 19 nur über einen vergleichsweise kurzen,
mit Y1 bezeichneten Bereich. Im Bereich
Z2 erstrecken sich die Magnete 19 hingegen über die
ganze Länge
L des Statorteils 27. Der Bereich Y1 kennzeichnet
den Bereich neben dem Substrattisch 2, d.h. den Bereich,
in dem der Bondkopf 20 (2) bzw.
Chipgreifer 21 (2) unter das Niveau der Auflagefläche 3 des
Substrattisches 2 auf das Niveau des Wafertisches 5 abgesenkt
werden muss.
-
Die 4 zeigt
die Wand 23 des ersten Schlittens 12, gesehen
von einer Symmetrieebene 31 (2) her.
Die zweiten Führungselemente 17 für die Führung des
zweiten Schlittens 14 sind auf der Wand 23 befestigt
und ermöglichen
die Bewegung des zweiten Schlittens 14 in z-Richtung.
-
Das
anhand der 1 bis 3 beschriebene
Ausführungsbeispiel
ist im wesentlichen symmetrisch ausgebildet in Bezug auf eine in
y-Richtung verlaufende Symmetrieebene 31 (2).
Diese symmetrische Konstruktion hat den Vorteil, dass der Bondkopf 20 durch
zwei Führungselemente 17 geführt ist, die
beidseitig des Bondpunkts bzw. der Bondpunkte angeordnet sind, so
dass der Bondkopf 20 weder beim Aufnehmen des Halbleiterchips
vom Wafertisch noch beim Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat
ein Drehmoment auf die Führungselemente 17 ausübt. Es ist
aber auch möglich,
eine Pick and Place Einrichtung ohne diese genannte Symmetrie zu
konstruieren. Eine solche Lösung
besteht beispielweise darin, dass der Schlitten 12 anstelle
des Rahmens 22 (1) nur eine einzige Wand 23 enthält und dass
der zweite Linearmotor 10 nur ein einziges Statorteil,
nämlich
das Statorteil 27 enthält,
wobei auch die Anzahl der Führungselemente 16 und 17 dementsprechend
reduziert ist.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
sind die ersten Führungselemente 16 für die Führung des Schlittens 12 nicht
stationär
angeordnet, sondern sie sind für
kleine Korrekturbewegungen mittels eines Antriebs in der x-Richtung,
d.h. in der Transportrichtung der Substrate 4 innerhalb
eines Bereichs von typischerweise ± 0.5 mm bewegbar. Die Statoren 11 und 13 sind
trotzdem ortsfest angeordnet. Der zwischen den Magneten des Stators 11 gebildete Luftspalt
ist in x-Richtung derart breit bemessen, dass der am Schlitten 12 angeordnete
Spurenkörper 15 die
Magnete des Stators 11 während der Korrekturbewegungen
unter keinen Umständen
berührt. Oder
der in der 1 gezeigte Linearmotor 9 wird bezüglich seiner
Antriebsachse um 90° gedreht
montiert, so dass der Spurenkörper 15 horizontal
ausgerichtet ist, und die Spulen des Spulenkörpers 15 werden so
ausgebildet, dass die erzeugte Antriebskraft unabhängig von
der x-Lage der Führungselemente 16 ist.
Die zwischen den Magneten 19 des Stators 13 des
zweiten Linearmotors 10 gebildeten Luftspalte sind so breit
bemessen, dass die am Schlitten 14 angeordneten Spulenkörper 18 die
Magnete 19 des Stators 13 während der Korrekturbewegungen
ebenfalls nicht berühren.
Da der Wirkungsgrad des zweiten Linearmotors 10 mit zunehmender
Breite des Luftspalts abnimmt, wird der Bewegungsbereich der Führungselemente 16 in
x-Richtung so klein wie möglich,
aber so gross wie nötig
gehalten.
-
Da
beide Linearmotoren 9 und 10 (1)
einen vergleichsweise grossen Bewegungsbereich ermöglichen
müssen,
sind sie bevorzugt elektrische Dreiphasenmotoren. Allerdings können auch
andere Typen von elektrischen Linearmotoren zur Anwendung gelangen,
soweit sie die nötigen
Bewegungsbereiche abdecken können.
-
Für die Entnahme
des Halbleiterchips vom Wafertisch
5 und für das Platzieren
des aufgenommenen Halbleiterchips auf dem Substrat
4 sind
viele verschiedene Prozesse bekannt und auch viele Ausführungsformen
von Bondkopf
20 und Chipgreifer
21. Als ausgewähltes Beispiel
sei hier das als Overtravel bekannte Verfahren erwähnt, bei
dem der Bondkopf
20 soweit abgesenkt wird, dass der Chipgreifer
21 gegenüber dem
Bondkopf
20 ausgelenkt wird, wobei sowohl bei der Entnahme
des Halbleiterchips als auch beim Platzieren des Halbleiterchips
eine vorbestimmte Pick- bzw. Bondkraft erzeugt wird. Aus der europäischen Patentanmeldung.
EP 1 321 967 A1 ist ein
Bondkopf
20 bekannt, bei dem die Auslenkung des Chipgreifers
21 gegenüber dem
Bondkopf
20 pneumatisch geregelt wird. Für die Regelung
der Auslenkung des Chipgreifers
21 stehen zwei Betriebsarten
zur Verfügung.
In der ersten Betriebsart wird die Auslenkung des Chipgreifers
21 oder
eine davon abgeleitete Grösse
geregelt. In der zweiten Betriebsart wird eine Druckdifferenz geregelt,
die die vom Chipgreifer
21 aufzubringende Pick- bzw. Bondkraft
erzeugt. Die erfindungsgemässe
Pick and Place Einrichtung
1 kann für die Zusammenarbeit mit all diesen
unterschiedlichen, bekannten Bondköpfen konzipiert werden.