DE102007048397B3

DE102007048397B3 - Halbleiter-Chip-Zuführung über mehrere Wafer-Bereitstellungsebenen

Info

Publication number: DE102007048397B3
Application number: DE102007048397A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bogner; Peter Brunner; Jakob Fischer; Milan Konzal
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-10-10

Abstract

Diese Anmeldung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen von Halbleiter-Chips (102) direkt von einem Wafer (111, 121, 131) zu einem Bestückautomaten. Die Vorrichtung (100) weist auf eine erste Bereitstellungsebene (110) zum Aufnehmen eines ersten Wafers (111) und eine erste Übergabevorrichtung (112) und eine erste Transfervorrichtung (113), wobei die erste Übergabevorrichtung (112) eingerichtet ist zum Übergeben eines ersten Halbleiter-Chips (102) von dem ersten Wafer (111) an die erste Transfervorrichtung (113) und die erste Transfervorrichtung (113) eingerichtet ist zum Transferieren des ersten Halbleiter-Chips (102) an eine Abholposition (105). Die Vorrichtung weist ferner auf eine zweite Bereitstellungsebene (120) zum Aufnehmen eines zweiten Wafers (121), die oberhalb der ersten Bereitstellungsebene (110) angeordnet ist, und eine zweite Übergabevorrichtung (122) und eine zweite Transfervorrichtung (123), wobei die zweite Übergabevorrichtung (122) eingerichtet ist zum Übergeben eines zweiten Halbleiter-Chips (102) von dem zweiten Wafer (121) an die zweite Transfervorrichtung (123) und die zweite Transfervorrichtung (123) eingerichtet ist zum Transferieren des zweiten Halbleiter-Chips (102) an die Abholposition (105).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Zuführung von ungehäusten Halbleiter-Chips direkt von einem Wafer an einen Bestückautomaten zum Zwecke der automatischen Bestückung von Bauelementeträgern mit den zugeführten Halbleiter-Chips. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine entsprechende Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung und ein Halbleiter-Chip-Zuführverfahren.
Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen wird es bereits in naher Zukunft nicht mehr wirtschaftlich sein, elektronische Bauelemente, welche auf ein elektronisches Schaltungssubstrat bzw. einen Bauelementeträger bestückt werden sollen, zum Zwecke einer sicheren Bauelement-Zuführung für einen Bestückprozess umzupacken. Ein derartiges Umpacken in spezielle Bauelement-Zuführgurte wird häufig angewendet, um die Bauelemente einzeln dem Bestückprozess zuzuführen. Von modernen SMT-Bestücksystemen wird vielmehr schon bald verlangt werden, dass sie die zu bestückenden Bauelemente unmittelbar von einem Wafer einzeln entnehmen und auf entsprechende Stellen eines elektronischen Schaltungssubstrats aufsetzen.
Um die Handhabung von elektronischen Bauelementen, welche als so genannte Flip-Chips unmittelbar aus einer Wafer-Anordnung entnommen werden sollen, zu vereinfachen, wird der gesamte Wafer vor einer Bauelement-Vereinzelung auf einer klebrigen Trägerfolie aufgebracht. Die Vereinzelung erfolgt beispielsweise durch einen hochpräzisen mechanischen Säge- oder durch einen chemischen Ätzvorgang.
Von der Trägerfolie werden die Bauelemente von einem Sauggreifer entnommen und einem Bestückprozess zugeführt. Um einen Ablösevorgang der Bauelemente von der klebrigen Trägerfolie zu erleichtern, ist aus der EP 565781 A1 eine Ausstoßvorrichtung zum Abtrennen eines Chips von einem klebrigen Träger bekannt, welche Ausstoßvorrichtung eine spitze Ausstoßnadel aufweist, welche die Trägerfolie durchdringt und ein Ablösen des jeweiligen Bauelements mittels eines Sauggreifers unterstützt. Aufgrund der lokalen Wölbung der Trägerfolie wird dabei die Klebefläche und damit auch die Klebekraft zwischen dem Bauelement und der Trägerfolie reduziert, so dass das Bauelement von einem Sauggreifer zuverlässig von der klebrigen Trägerfolie abgehoben werden kann.
Die Übergabe eines aus einem Wafer entnommenen Halbleiter-Chips an einen Bestückkopf erfolgt bei bekannten Halbleiter-Chip Zuführvorrichtungen mittels eines Übergabekopfes, welcher beispielsweise zwei in einem Winkelabstand von 180° von einer Drehachse radial abstehende Saugpipetten aufweist. Die Übergabeleistung eines derartigen Übergabekopfes ist jedoch relativ gering, so dass insbesondere im Vergleich zu bekannten Bauelement-Zuführvorrichtungen, welche in Gurten verpackte elektronischen Bauelemente an einer Abholposition bereitstellen, die mit einem modernen Bestückautomaten mögliche Bestückleistung nicht ausgenutzt werden kann.
Die Offenlegungsschrift DE 102 14 347 A1 offenbart eine Einrichtung zum Entnehmen von Halbleiterchips von zwei nebeneinander liegenden Halbleiter-Wafern und zum Übergeben der Chips an zwei Bauelementgurte. Die Übergabe kann dabei auch einen Wendevorgang umfassen.
In der US 2007/0114659 A1 wird eine Übertragungseinheit offenbart, mittels welcher über zwei rotierende Bauelement-Halter Halbleiterchips von zwei parallelen Wafern auf ein darunter liegendes Förderband übertragen werden können.
Weiterhin zeigt die US 2005/0054140 A1 eine Vorrichtung zum Stapeln von Bauelementen, bei welche die einzelnen Bauelemente jeweils von einem Halbleiterwafer abgenommen werden und dann von einem Bestückkopf auf einem Substrat übereinander abgesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bereitstellung von Halbleiter-Chips direkt von einem Wafer an eine Abholposition zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Mit dem unabhängigen Patentanspruch 1 wird eine Vorrichtung zum Zuführen von Halbleiter-Chips direkt von einem Wafer zu einem Bestückautomaten beschrieben. Die beschriebene Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung weist auf (a) eine erste Bereitstellungsebene zum Aufnehmen eines ersten Wafers und (b) eine erste Übergabevorrichtung und eine erste Transfervorrichtung, die jeweils der ersten Bereitstellungsebene zugeordnet sind, wobei die erste Übergabevorrichtung eingerichtet ist zum Übergeben eines ersten Halbleiter-Chips von dem ersten Wafer an die erste Transfervorrichtung und wobei die erste Transfervorrichtung eingerichtet ist zum Transferieren des ersten Halbleiter-Chips an eine Abholposition. Die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung weist ferner auf (c) eine zweite Bereitstellungsebene zum Aufnehmen eines zweiten Wafers, die oberhalb der ersten Bereitstellungsebene angeordnet ist, und (d) eine zweite Übergabevorrichtung und eine zweite Transfervorrichtung, die jeweils der zweiten Bereitstellungsebene zugeordnet sind, wobei die zweite Übergabevorrichtung eingerichtet ist zum Übergeben eines zweiten Halbleiter-Chips von dem zweiten Wafer an die zweite Transfervorrichtung und wobei die zweite Transfervorrichtung eingerichtet ist zum Transferieren des zweiten Halbleiter-Chips an die Abholposition.
Der beschriebenen Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die parallele Bereitstellung von mehreren Wafern in unterschiedlichen Ebenen in Verbindung mit geeigneten Halbleiter-Chip-Übergabevorrichtungen und geeigneten Halbleiter-Chip-Transfervorrichtungen die Zuführleistung erheblich gesteigert werden kann. Dies bedeutet, dass die Anzahl des Halbleiter-Chips, die innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit an der Abholposition bereitgestellt werden können, erheblich erhöht werden kann.
Mit der beschriebenen Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung werden somit zunächst die einzelnen Wafer in unterschiedlichen Bereitstellungsebenen möglichst ortsnah zu der Abholposition bereitgestellt. Dieses Bereitstellen, welches infolge der Größe der ganzen Wafer typischerweise vergleichsweise langsam abläuft, muss jedoch für jeden Wafer nur einmal durchgeführt werden. Dies gilt jedenfalls dann, wenn die Anzahl der unterschiedlichen Halbleiter-Chip-Typen, die im Rahmen eines Bestückprozesses benötigt werden, nicht größer ist als die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Bereitstellungsebenen, so dass ein zwischenzeitliches Austauschen von Wafern nicht erforderlich ist. Da die Geschwindigkeit der Übergabe- und der Transfervorrichtungen im Vergleich zu einer Handhabungsvorrichtung für einen ganzen Wafer deutlich schneller ist, kann der Halbleiter-Chip Bereitstellungsprozess im Vergleich zu bekannten Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtungen deutlich schneller ablaufen.
Es wird daraufhingewiesen, dass unter dem Begriff Bereitstellungsebene nicht eine Ebene im streng mathematischen Sinn zu verstehen ist. Der Begriff Ebene ist im Rahmen dieser Anmeldung vielmehr gegenständlich zu verstehen, so dass die entsprechenden Komponenten der Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung in geeigneter Weise an der jeweiligen Bereitstellungsebene angebracht sein können.
Die erste und/oder die zweite Übergabevorrichtung kann eine einfache Umsetzeinheit sein, welche die entsprechenden Halbleiter-Chips von einem Wafer aufnimmt und in geeigneter Weise an die jeweilige Transfervorrichtung übergibt. Dabei kann sich die Umsetzeinheit bekannter Handhabungswerkzeuge wie insbesondere einer Sauggreifereinheit bedienen.
Die zweite Bereitstellungsebene kann direkt über der ersten Bereitstellungsebene angeordnet sein. Alternativ kann die zweite Bereitstellungsebene auch schräg versetzt oberhalb der ersten Bereitstellungsebene angeordnet sein.
Die erste und/oder die zweite Transfervorrichtung kann eine Pendelvorrichtung wie beispielsweise ein Shuttle sein, welche einen zügigen Transport der Bauelemente hin zu der Abholposi tion erlauben. Auf alle Fälle ist der Chip-Transport mittels der beschriebenen Transfervorrichtungen deutlich schneller als ein Transport eines gesamten Wafers, welcher bei bekannten Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtungen direkt an eine Abholposition eines Bestückautomaten bereitgestellt wird.
Die Bereitstellung der Wafer an mehreren Bereitstellungsebenen hat zudem den Vorteil, dass mit einer einzigen Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung die Chips von unterschiedlichen Wafern einem Bestückprozess zugeführt werden können. Somit können auf einfache Weise unterschiedliche Chip-Typen verarbeitet werden. Ein bei herkömmlichen Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtungen gelegentlich erforderliches zeitaufwendiges Wechseln von Wafern kann entfallen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2 ist die Höhenlage der zweiten Bereitstellungsebene in Bezug auf die Abholposition derart gewählt, dass (a) die zweite Transfervorrichtung lediglich eine horizontale Bewegung durchführt, um den zweiten Halbleiter-Chip an die Abholposition zu transferieren, und (b) die erste Transfervorrichtung sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Bewegung durchführt, um den ersten Halbleiter-Chip an die Abholposition zu transferieren. Dies hat den Vorteil, dass der mechanische Aufwand insbesondere für die zweite Transfervorrichtung erheblich reduziert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 3 sind die erste Übergabevorrichtung und/oder die zweite Übergabevorrichtung ferner eingerichtet zum Wenden des ersten Halbleiter-Chips und/oder des zweiten Halbleiter-Chips. Dies bedeutet, dass durch die Übergabevorrichtungen die entsprechenden Chips umgedreht bzw. geflippt werden können, so dass die ursprüngliche Unterseite des Chips nach dem Übergabevorgang die Oberseite des Chips darstellt. Dies hat den Vorteil, dass die beschriebene Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung auf effektive Weise auch sog. Flip-Chips verarbeiten kann, welche nach dem Bestückvorgang in geeigneter Weise beispielsweise mittels Wire-Bonding an der ursprünglichen Unterseite kontaktiert werden müssen.
Gemäß Anspruch 4 weist die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung zusätzlich auf (a) eine der ersten Bereitstellungsebene zugeordnete erste Ablösevorrichtung zum Ablösen von ersten Halbleiter-Chips von dem ersten Wafer und/oder (b) eine der zweiten Bereitstellungsebene zugeordnete zweite Ablösevorrichtung zum Ablösen von zweiten Halbleiter-Chips von dem zweiten Wafer.
Die Ablösevorrichtungen können in bekannter Weise ausgebildete Ausstoßwerkzeuge sein. Insbesondere kann die erste und/oder die zweite Ablösevorrichtung zumindest eine Durchstoßnadel aufweisen, welche die Trägerfolie des jeweiligen Wafers genau an der Stelle durchsticht, an welcher der Halbleiter-Chip abgelöst werden soll.
Die Ablösevorrichtung kann jedoch auch ein anderes Werkzeug sein, welche die üblicherweise flexible Trägerfolie des Wafers lokal so deformiert bzw. wölbt, dass sich ein im Bereich der Deformation befindlicher Halbleiter-Chip infolge der Folienkrümmung zumindest teilweise von der üblicherweise klebrigen Trägerfolie ablöst.
Gemäß Anspruch 5 weist die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung zusätzlich auf (a) eine der ersten Bereitstellungsebene zugeordnete erste Kamera zum optischen Erfassen der ersten Halbleiter-Chips und/oder (b) eine der zweiten Bereitstellungsebene zugeordnete zweite Kamera zum optischen Erfassen der zweiten Halbleiter-Chips. Damit kann der Vorgang des temporären Aufnehmens der jeweiligen Halbleiter-Chips durch die Übergabevorrichtung optisch überwacht und eine ggf. erforderliche Justierung des Wafers, der Ablösevorrichtung und/oder der Übergabevorrichtung in Echtzeit geregelt werden. Auf diese Weise kann die Prozesssicherheit der gesamten Halbleiter-Chip-Zuführung auf effektive Weise verbessert werden.
Gemäß Anspruch 6 weist die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung zusätzlich auf (a) eine der ersten Bereitstellungsebene zugeordnete erste Positioniereinrichtung zum Verschieben des ersten Wafers innerhalb der ersten Bereitstellungsebene und/oder (b) eine der zweiten Bereitstellungsebene zugeordnete zweite Positioniereinrichtung zum Verschieben des zweiten Wafers innerhalb der zweiten Bereitstellungsebene. Dies hat den Vorteil, dass der in der jeweiligen Bereitstellungsebene aufgenommene Wafer innerhalb dieser Ebene unabhängig von dem in der anderen Bereitstellungsebene aufgenommenen Wafer positioniert werden kann. Damit können die anderen Komponenten der jeweiligen Bereitstellungsebene wie beispielsweise die oben beschriebene Ablösevorrichtung und die oben beschriebene Kamera relativ zu der jeweiligen Bereitstellungsebene ortsfest angeordnet sein. Insbesondere kann ein fester räumlicher Bezug zwischen der Ablösevorrichtung und der Kamera gegeben sein, so dass die jeweilige Ablöseposition innerhalb der Bereitstellungsebene räumlich genau festgelegt ist und ein Halbleiter-Chip-Ablösevorgang von der ortsfest angebrachten Kamera überwacht werden kann. Zum Ablösen von unterschiedlichen Halbleiter-Chips muss dann lediglich der betreffende Wafer relativ zu der Ablöseposition verfahren werden, so dass ein bestimmter Halbleiter-Chip abgelöst werden kann.
Gemäß Anspruch 7 weist die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung zusätzlich auf (a) eine Wafer-Speichereinrichtung, welche relativ zu den Bereitstellungsebenen vertikal verschiebbar ist, und (b) eine Handhabungseinrichtung zum Transferieren eines Wafers von der Wafer-Speichervorrichtung an jeweils eine Bereitstellungsebene.
Die Wafer-Speichervorrichtung kann mehrere Einschubfächer aufweisen, in denen jeweils ein Wafer aufgenommen werden kann. Bevorzugt sind die Wafer-Einschubfächer übereinander angeordnet, so dass horizontal angeordnete Wafer auf kompakte Weise in der Speichereinrichtung aufgenommen werden können. Dies bedeutet, dass die Wafer-Speichereinrichtung ein Wafer-Magazin darstellt, in dem die einzelnen Wafer auf platzsparende Weise gespeichert werden können.
Abhängig von der Höhenposition der Wafer-Speichervorrichtung und der Höhenlage des Einschubfaches, in welcher der aktuell zu transferierende Wafer aufbewahrt ist, kann die Handhabungsvorrichtung durch eine einfache horizontale Verschiebung den jeweiligen Wafer an eine ausgewählte Bereitstellungsebene übergeben. Die Handhabungsvorrichtung weist demzufolge im einfachsten Fall lediglich zwei horizontal verschiebbare Greiferelemente auf, welche in geeigneter Weise zusammen wirken, um einen sicheren horizontalen Wafer-Transfer zu gewährleisten. Dabei greifen die Greiferelemente bevorzugt an einem Halterahmen des Wafers an, in dem eine klebrige Montagefolie aufgespannt ist, an welcher in bekannter Weise der Wafer bzw. die aus dem Wafer vereinzelten Halbleiter-Chips anhaften.
Die Handhabungseinrichtung kann bevorzugt an der Wafer-Speichervorrichtung angebracht sein. Dies hat den Vorteil, dass durch eine vertikale Verfahrbewegung der Wafer-Speichervorrichtung die Handhabungseinrichtung jede Bereitstellungsebene bedienen kann. Damit kann die gesamte Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung auf vorteilhafte Weise mit lediglich einer Handhabungseinrichtung betrieben werden.
Gemäß Anspruch 8 ist die erste Transfervorrichtung und/oder die zweite Transfervorrichtung derart eingerichtet, dass gleichzeitig mehrere Halbleiter-Chips transferierbar sind.
Bevorzugt entspricht die Anzahl der gleichzeitig transferierbaren Chips der Anzahl an Chips, die von einem Mehrfachbestückkopf aufgenommen werden können. Dabei kann die Aufnahme der mehreren Chips durch den Mehrfachbestückkopf gleichzeitig oder sequentiell erfolgen. Im ersten Fall muss die Beabstandung der von der Transfervorrichtung aufgenommenen Chips der Beabstandung der Halbleiter-Chip-Haltevorrichtungen des Mehrfach-Bestückkopfes entsprechen. Im zweiten Fall wird das bekannte Pick and Place Bestückprinzip umgesetzt, bei dem zunächst eine Mehrzahl von Chips sequentiell aufgenommen wird und die Chips dann gemeinsam in den Bestückbereich zum Zwecke einer Bestückung eines Bauelementeträgers transferiert werden.
Der gemeinsame Transfer einer Mehrzahl von Halbleiter-Chips hat den Vorteil, dass die Zuführleistung erheblich erhöht werden kann. Abhängig von der Anzahl der zur Verfügung stehenden Bereitstellungsebenen können somit in der Praxis 10.000 bis 12.000 Halbleiter-Chips pro Stunde für einen Bestückprozess bereitgestellt werden. Dies ist mindestens ein Faktor zwei größer als derzeit bekannte Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtungen, welche lediglich eine Bereitstellungsebene aufweisen.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Bestückleistung von bekannten Hochleistungsbestückvorrichtungen im Bereich von 20.000 Bauelementen pro Stunde liegt. Damit kann bei der direkten Zuführung von Halbleiter-Chips aus einem Wafer heraus die beschriebene Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit von modernen Bestückautomaten besser auszuschöpfen.
Gemäß Anspruch 9 weist die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung zusätzlich auf (a) eine dritte Bereitstellungsebene zum Aufnehmen eines dritten Wafers, die in vertikaler Richtung oberhalb der zweiten Bereitstellungsebene angeordnet ist, und (b) eine dritte Übergabevorrichtung und eine dritte Transfervorrichtung, die jeweils der dritten Bereitstellungsebene zugeordnet sind. Dabei ist die dritte Übergabevorrichtung eingerichtet zum Übergeben eines dritten Halbleiter-Chips von dem dritten Wafer an die dritte Transfervorrichtung und die dritte Transfervorrichtung ist eingerichtet zum Transferieren des dritten Halbleiter-Chips an die Abholposition. Durch die zusätzliche Verwendung einer dritten Bereitstellungsebene kann die Zuführleistung der beschriebenen Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung weiter erhöht werden.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung keineswegs auf die Verwendung von zwei oder drei Bereitstellungsebenen beschränkt ist. Prinzipiell können beliebig viele Bereitstellungsebenen verwendet werden.
Auch die dritte Bereitstellungsebene und/oder weitere Bereitstellungsebenen können bevorzugt mit einer Ablösevorrichtung und/oder mit einer Kamera ausgestattet werden. Diese Komponenten können in entsprechender Weise wie die oben beschriebenen Ablösevorrichtungen und/oder die oben beschriebenen Kameras ausgebildet bzw. in die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung integriert sein.
Mit dem unabhängigen Anspruch 10 wird ein Verfahren zum Zuführen von Halbleiter-Chips, direkt von einem Wafer zu einem Bestückautomaten beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgende Schritte auf: (a) Bereitstellen eines ersten Wafers an einer ersten Bereitstellungsebene, (b) Übergeben eines ersten Halbleiter-Chips von dem ersten Wafer an eine erste Transfervorrichtung mittels einer ersten Übergabevorrichtung, (c) Transferieren des ersten Halbleiter-Chips an eine Abholposition mittels der ersten Transfervorrichtung, (d) Bereitstellen eines zweiten Wafers an einer zweiten Bereitstellungsebene, welche oberhalb der ersten Bereitstellungsebene angeordnet ist, (e) Übergeben eines zweiten Halbleiter-Chips von dem zweiten Wafer an eine zweite Transfervorrichtung mittels einer zweiten Übergabevorrichtung, und (f) Transferieren des zweiten Halbleiter-Chips an die Abholposition mittels der zweiten Transfervorrichtung.
Auch dem genannten Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die parallele Bereitstellung von mehreren Wafern in unterschiedlichen Ebenen in Verbindung mit geeigneten Halbleiter-Chip-Übergabevorrichtungen und geeigneten Halbleiter-Chip-Transfervorrichtungen die Leistung einer Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung erheblich gesteigert werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform. Die Figur der Zeichnung dieser Anmeldung ist lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Die Figur zeigt eine Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung, welche drei Wafer-Bereitstellungsebenen und entsprechende Übergabe- und Transfervorrichtungen zum schnellen Transportieren von abgelösten Halbleiter-Chips an eine Abholposition aufweist.
Wie aus der Figur ersichtlich, weist eine Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung drei Wafer-Bereitstellungsebenen, eine erste Bereitstellungsebene 110 zum Aufnehmen eines ersten Wafers 111, eine zweite Bereitstellungsebene 120 zum Aufnehmen eines zweiten Wafers 121 und eine dritte Bereitstellungsebene 130 zum Aufnehmen eines dritten Wafers 131 auf. Die drei Bereitstellungsebenen 110, 120, 130 sind in vertikaler Richtung übereinander angeordnet. Jeder Wafer 111, 121, 131 weist eine Mehrzahl von Halbleiter-Chips 102 auf, die in bekannter Weise aus einem ursprünglich einstückigen Wafer vereinzelt und zum Zwecke einer sicheren Handhabung auf einer klebrigen Montagefolie aufgeklebt sind.
Die Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung 100 weist ferner eine Wafer-Speichereinrichtung 140 auf, in der die Wafer 111, 121 und 131 gespeichert werden und bei Bedarf mittels einer Handhabungseinrichtung 145 an die entsprechenden Bereitstellungsebenen übergeben werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Handhabungseinrichtung eine einfache Greifereinheit 145, welche der Speichereinrichtung 140 zugeordnet ist. Die Greifereinheit 145 ist, wie durch den mit dem Bezugszeichen 145a gekennzeichneten Doppelpfeil angedeutet, in horizontaler Richtung verfahrbar. Die Speichereinrichtung 140 ist in vertikaler Richtung relativ zu den ortsfest angeordneten Bereitstellungsebenen 110, 120, 130 verfahrbar, so dass durch eine entsprechende vertikale Verfahrbewegung 140a jeder beliebige in der Speichereinrichtung aufgenommene Wafer 111, 121, 131 an jede Bereitstellungsebene 110, 120, 130 übergeben werden kann. Infolge der Zuordnung der Greifereinheit 145 zu der Speichereinrichtung 140 wird bei einer vertikalen Verfahrbewegung der Speichereinrichtung 140 automatisch auch die Greifereinheit 145 in vertikaler Richtung verfahren.
Die Halbleiter-Chip-Zuführungsvorrichtung 100 weist ferner eine Mehrzahl von weiteren Komponenten auf, die jeweils einer der Bereitstellungsebenen 110, 120 und 130 zugeordnet sind. Nachfolgend werden zunächst die Komponenten, die der Bereitstellungsebene 110 zugeordnet sind, im Detail erläutert. Auf die anderen Bereitstellungsebenen 120 und 130, welche in entsprechender Weise aufgebaut sind, wird danach nur noch kurz eingegangen.
An der ersten Bereitstellungsebene 110 ist eine erste Ablösevorrichtung 115 vorgesehen, mit der ein bestimmter Halbleiter-Chip 102, welcher sich in einer Ablöseposition unmittelbar oberhalb der Ablösevorrichtung 115 befindet, von der nicht dargestellten klebrigen Montagefolie des ersten Wafers 111 abgelöst werden kann. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Ablösevorrichtung 115 zumindest eine Durchstoßnadel auf, welche die Montagefolie des ersten Wafers 111 durchsticht und so den entsprechenden Chip 102 von der Trägerfolie ablöst.
Der abgelöste Halbleiter-Chip 102 wird von einer ersten Übergabevorrichtung 112 aufgenommen und an eine erste Transfervorrichtung 113 übergeben. Diese Übergabe kann abhängig von der Art des Halbleiter-Chips 102 ein einfaches Versetzen oder ein Wenden des Chips 102 umfassen. Bei einem Wenden wird der Chip 102 so gedreht, dass die ursprüngliche Oberseite des Chips 102 nach dem Wendevorgang die Unterseite darstellt.
Die erste Transfervorrichtung 113 ist hinsichtlich ihrer Funktion eine Pendelvorrichtung bzw. ein sog. Shuttle, welcher sich zwischen dem Ort (a) der Aufnahme des Chips 102 von der ersten Übergabevorrichtung 112 und (b) einer Abholposition 105, an welcher der Chip 102 durch einen Sauggreifer 151 eines Bestückkopfes 150 von dem Shuttle 113 entnommen wird, hin und her bewegt. Wie aus der Figur ersichtlich, muss die erste Transfervorrichtung 113 dazu sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Verschiebebewegung ausführen.
Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die erste Transfervorrichtung 113 fest der unteren ersten Bereitstellungsebene 110 zugeordnet ist. Dies bedeutet, dass die erste Transfervorrichtung 113 lediglich Chips 102 von der unteren ersten Bereitstellungsebene 110 hin zu der Abholposition 105 transferiert. Eine Übergabe von Chips 102 von der zweiten Bereitstellungsebene 120 auf die erste Transfervorrichtung 113 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass mittels der ersten Transfervorrichtung 113 auch gleichzeitig mehrere Chips 102 an die Abholposition 105 transferiert werden können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn für eine nachfolgende Bestückung eines Bauelementeträgers ein sog. Mehrfachbestückkopf verwendet wird, mit dem gleichzeitig mehrere Chips 102 aufgenommen werden können.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Ablösevorrichtung 115 innerhalb der ersten Bereitstellungsebene 110 und damit innerhalb der gesamten Zuführvorrichtung 100 ortsfest angeordnet. Eine sequentielles Ablösen von mehreren Chips 102 erfolgt dadurch, dass der erste Wafer 111 mittels einer geeigneten ersten Positioniereinrichtung 117 parallel zu der ersten Bereitstellungsebene 110 so positioniert wird, dass sich ein bestimmter Chip 102 unmittelbar oberhalb der ersten Ablösevorrichtung 115 befindet. Um den Positioniervorgang des ersten Wafers 111 genau regeln zu können, ist ferner eine ebenfalls ortsfest angeordnete erste Kamera 116 vorgesehen. Diese vermisst die Oberfläche des Wafers 111 und regelt die Positioniereinrichtung 117, so dass sich der abzulösende Chip 102 an der Ablöseposition oberhalb der ersten Ablösevorrichtung 115 befindet.
In entsprechender Weise weist die zweite Bereitstellungsebene 120 eine zweite Übergabevorrichtung 122, eine zweite Transfervorrichtung 123, eine zweite Ablösevorrichtung 125, eine zweite Kamera 126 sowie eine zweite Positioniereinrichtung 127 auf. Dabei unterscheidet sich lediglich die zweite Transfervorrichtung 123 von der entsprechenden Komponente der ersten Bereitstellungsebene 110. Wie aus der Figur ersichtlich, ist nämlich die Höhenlage der zweiten Bereitstellungsebene 120 in Bezug auf die Abholposition 105 derart gewählt, dass die zweite Transfervorrichtung lediglich eine horizontale Bewegung durchführen muss, um Halbleiter-Chips 102 an die Abholposition 105 zu transferieren. Dies wird dadurch erreicht, dass die Oberseite der zweiten Transfervorrichtung 123 zumindest in einer Abholebene 105a liegt, welche durch die Höhenlage der Anholposition 105 bestimmt ist.
Die dritte Bereitstellungsebene 130 weist in entsprechender Weise eine dritte Übergabevorrichtung 132, eine dritte Trans fervorrichtung 133, eine dritte Ablösevorrichtung 135, eine dritte Kamera 136 sowie eine dritte Positioniereinrichtung 137 auf. Wie aus der Figur ersichtlich, muss die dritte Transfervorrichtung 133 im Gegensatz zu der zweiten Transfervorrichtung 123 und in Übereinstimmung mit der ersten Transfervorrichtung 113 in Lage sein, sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Transportbewegung durchzuführen, damit Halbleiter-Chips 102 von dem drittem Wafer 131 an die schräg darunter liegende Abholposition 105 transferiert werden können.
Um einen zügigen und gleichzeitig sicheren Transfer der Halbleiter-Chips 102 von den verschiedenen Wafern 111, 121 und 131 zu gewährleisten, müssen die Bewegungen der Transfervorrichtungen 113, 123 und 133 genau miteinander synchronisiert werden. Dazu dient eine in der Figur nicht dargestellte Steuereinheit, welche für eine kollisionsfreie Bewegung der einzelnen Transfervorrichtungen 113, 123 und 133 sorgt.
Die beschriebene Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung weist gegenüber bekannten Zuführvorrichtungen folgende Vorteile auf:

1) Infolge der Verwendung von mehreren Bereitstellungsebenen können gleichzeitig auch unterschiedliche Typen von Wafern bereit gestellt werden. Damit können quasi gleichzeitig ohne ein zeitaufwendiges Austauschen von Wafern unterschiedliche Halbleiter-Chips zugeführt werden.
2) Die gleichzeitige Bereitstellung von mehreren Wafern in Verbindung mit schnellen Transfervorrichtungen ermöglicht eine deutlich höhere Zuführleistung.
3) Ein Wechsel eines Wafers kann in vielen Fällen zeitneutral erfolgen, da während des üblicherweise relativ langsamen Wafer-Wechsels die Chip-Zuführung aus den anderen Bereitstellungsebenen ohne Unterbrechung weiter laufen kann.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

100: Halbleiter-Chip-Zuführvorrichtung
102: Halbleiter-Chip
105: Abholposition
105a: Abholebene
110: erste Bereitstellungsebene
111: erster Wafer
112: erste Übergabevorrichtung
113: erste Transfervorrichtung
115: erste Ablösevorrichtung
116: erste Kamera
117: erste Positioniereinrichtung
120: zweite Bereitstellungsebene
121: zweiter Wafer
122: zweite Übergabevorrichtung
123: zweite Transfervorrichtung
125: zweite Ablösevorrichtung
126: zweite Kamera
127: zweite Positioniereinrichtung
130: dritte Bereitstellungsebene
131: dritter Wafer
132: dritte Übergabevorrichtung
133: dritte Transfervorrichtung
135: dritte Ablösevorrichtung
136: dritte Kamera
137: dritte Positioniereinrichtung
140: Wafer-Speichereinrichtung
140a: vertikale Verschieberichtung
145: Handhabungseinrichtung/Greifer
145a: horizontale Verschieberichtung
150: Bestückkopf
150a: Drehrichtung
151: Sauggreifer

Claims

Vorrichtung zum Zuführen von Halbleiter-Chips (102) direkt von einem Wafer (111, 121, 131) zu einem Bestückautomaten, insbesondere zum Zwecke des automatischen Bestückens eines Bauelementeträgers mit den zugeführten Halbleiter-Chips (102), die Vorrichtung (100) aufweisend • eine erste Bereitstellungsebene (110) zum Aufnehmen eines ersten Wafers (111), • eine erste Übergabevorrichtung (112) und eine erste Transfervorrichtung (113), die jeweils der ersten Bereitstellungsebene (110) zugeordnet sind, – wobei die erste Übergabevorrichtung (112) eingerichtet ist zum Übergeben eines ersten Halbleiter-Chips (102) von dem ersten Wafer (111) an die erste Transfervorrichtung (113) und – wobei die erste Transfervorrichtung (113) eingerichtet ist zum Transferieren des ersten Halbleiter-Chips (102) an eine Abholposition (105), • eine zweite Bereitstellungsebene (120) zum Aufnehmen eines zweiten Wafers (121), die oberhalb der ersten Bereitstellungsebene (110) angeordnet ist, und • eine zweite Übergabevorrichtung (122) und eine zweite Transfervorrichtung (123), die jeweils der zweiten Bereitstellungsebene (120) zugeordnet sind, – wobei die zweite Übergabevorrichtung (122) eingerichtet ist zum Übergeben eines zweiten Halbleiter-Chips (102) von dem zweiten Wafer (121) an die zweite Transfervorrichtung (123) und – wobei die zweite Transfervorrichtung (123) eingerichtet ist zum Transferieren des zweiten Halbleiter-Chips (102) an die Abholposition (105).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Höhenlage der zweiten Bereitstellungsebene (120) in Bezug auf die Abholposition (105) derart gewählt ist, dass – die zweite Transfervorrichtung (123) lediglich eine horizontale Bewegung durchführt, um den zweiten Halbleiter-Chip (102) an die Abholposition (105) zu transferieren, und – die erste Transfervorrichtung (113) sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Bewegung durchführt, um den ersten Halbleiter-Chip (102) an die Abholposition (105) zu transferieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die erste Übergabevorrichtung (112) und/oder die zweite Übergabevorrichtung (122) ferner eingerichtet sind zum Wenden des ersten und/oder des zweiten Halbleiter-Chips (102).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zusätzlich aufweisend • eine der ersten Bereitstellungsebene (110) zugeordnete erste Ablösevorrichtung (115) zum Ablösen von ersten Halbleiter-Chips (102) von dem ersten Wafer (111) und/oder • eine der zweiten Bereitstellungsebene (120) zugeordnete zweite Ablösevorrichtung (125) zum Ablösen von zweiten Halbleiter-Chips (102) von dem zweiten Wafer (121).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zusätzlich aufweisend • eine der ersten Bereitstellungsebene (110) zugeordnete erste Kamera (116) zum optischen Erfassen der ersten Halbleiter-Chips (102) und/oder • eine der zweiten Bereitstellungsebene (120) zugeordnete zweite Kamera (126) zum optischen Erfassen der zweiten Halbleiter-Chips (102).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zusätzlich aufweisend • eine der ersten Bereitstellungsebene (110) zugeordnete erste Positioniereinrichtung (117) zum Verschieben des ersten Wafers (111) innerhalb der ersten Bereitstellungsebene (110) und/oder • eine der zweiten Bereitstellungsebene (120) zugeordnete zweite Positioniereinrichtung (127) zum Verschieben des zweiten Wafers (121) innerhalb der zweiten Bereitstellungsebene (120).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zusätzlich aufweisend • eine Wafer-Speichereinrichtung (140), welche relativ zu den Bereitstellungsebenen (110, 120, 130) vertikal verschiebbar ist, und • eine Handhabungseinrichtung (145) zum Transferieren eines Wafers (121) von der Wafer-Speichervorrichtung (140) an jeweils eine Bereitstellungsebene (110, 120, 130).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Transfervorrichtung (113) und/oder die zweite Transfervorrichtung (123) derart eingerichtet ist, dass gleichzeitig mehrere Halbleiter-Chips (102) transferierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zusätzlich aufweisend • eine dritte Bereitstellungsebene (130) zum Aufnehmen eines dritten Wafers (131), die in vertikaler Richtung oberhalb der zweiten Bereitstellungsebene (120) angeordnet ist, und • eine dritte Übergabevorrichtung (132) und eine dritte Transfervorrichtung (133), die jeweils der dritten Bereitstellungsebene (130) zugeordnet sind, – wobei die dritte Übergabevorrichtung (132) eingerichtet ist zum Übergeben eines dritten Halbleiter-Chips (102) von dem dritten Wafer (131) an die dritte Transfervorrichtung (133) und – wobei die dritte Transfervorrichtung (133) eingerichtet ist zum Transferieren des dritten Halbleiter-Chips (102) an die Abholposition (105).
Verfahren zum Zuführen von Halbleiter-Chips (102) direkt von einem Wafer (111, 121, 131) zu einem Bestückautomaten, insbesondere zum Zwecke des automatischen Bestückens eines Bauelementeträgers mit den zugeführten Halbleiter-Chips. (102), das Verfahren aufweisend • Bereitstellen eines ersten Wafers (111) an einer ersten Bereitstellungsebene (110), • Übergeben eines ersten Halbleiter-Chips (102) von dem ersten Wafer (111) an eine erste Transfervorrichtung (113) mittels einer ersten Übergabevorrichtung (112), • Transferieren des ersten Halbleiter-Chips (102) an eine Abholposition (105) mittels der ersten Transfervorrichtung (113), • Bereitstellen eines zweiten Wafers (121) an einer zweiten Bereitstellungsebene (120), welche oberhalb der ersten Bereitstellungsebene (110) angeordnet ist, • Übergeben eines zweiten Halbleiter-Chips (102) von dem zweiten Wafer (121) an eine zweite Transfervorrichtung (123) mittels einer zweiten Übergabevorrichtung (122), • Transferieren des zweiten Halbleiter-Chips (102) an die Abholposition (105) mittels der zweiten Transfervorrichtung (123).