TWI872141B - 製造半導體裝置之方法和半導體製造裝置 - Google Patents

Abstract

一種製造半導體裝置之方法，其涉及如下步驟：將第一半導體晶粒安置於基板上方，及將射束均質機安置於該第一半導體晶粒上方。來自該射束均質機之射束衝擊該第一半導體晶粒。該方法進一步包括如下步驟：以像素之數目為單位來判定該射束相對於該第一半導體晶粒之位置偏移，使用第一校準方程式以將像素之該數目轉換成以毫米為單位之距離，及將該射束均質機移動以毫米為單位之該距離以使該射束與該第一半導體晶粒對準。

Description

製造半導體裝置之方法和半導體製造裝置

本發明大致上是關於一種半導體裝置，且更特定言之，關於一種將雷射射束對準至半導體晶粒以用於雷射輔助接合之方法及其設備。

優先權主張

本申請案主張2020年3月17日申請之美國臨時申請案第62/990,668號之優先權權益，該申請案以引用之方式併入本文中。

半導體裝置通常可見於現代電子產品。半導體裝置執行廣泛範圍之功能，諸如信號處理、高速計算、傳輸及接收電磁信號、控制電子裝置、將日光變換成電，及產生用於電視顯示之視覺影像。半導體裝置可見於通信、電力轉換、網路、電腦、娛樂及消費型產品領域。半導體裝置亦可見於軍事應用、航空、汽車、工業控制器及辦公設備。

半導體製造之一個目標是生產小型半導體裝置。小型裝置典型地消耗較少功率、具有較高效能且可被更高效地生產。另外，小型半導體裝置具有較小佔據面積，其對於小型最終產品而言是理想的。小型半導體晶粒尺寸可藉由前端製程之改良來達成，從而產生具有較小、較高密度主動及被動組件之半導體晶粒。後端製程可藉由電氣互連及封裝材料之改良而產生具有較小佔據面積之 半導體裝置封裝。

製造製程之許多態樣變得有問題，且在半導體裝置之尺寸減小時必須被改良或替換。半導體晶粒典型地藉由將半導體晶粒之焊料凸塊安置成與基板之接觸墊接觸而安裝至基板在烘箱中被加熱以回焊焊料凸塊並藉此將半導體晶粒附接至基板。

隨著使半導體晶粒以及隨附互連結構愈來愈小且愈來愈薄，回焊烘箱製程之影響對電氣部件之損害愈來愈大。作為改良式解決方案，已採用雷射輔助接合(laser-assisted bonding；LAB)。LAB使用雷射以將能量直接施加至已安裝晶粒之背側，該能量被轉換為熱能以將焊料凸塊回焊於晶粒之前側上。LAB相比於回焊烘箱提供更多的局域化熱，並能夠以較短循環時間回焊凸塊。結果為，LAB可用以在損害薄晶粒及互連層之可能性減小的情況下將晶粒安裝至基板。

LAB之一個重要態樣為半導體晶粒與由雷射射束射中之區域之間的對準，被稱作晶粒-射束對準。未對準可引起回焊焊料凸塊之僅一部分或將熱能施加至未預期的基板之一部分。在先前技術中，典型地由人類技術員視覺上檢驗晶粒-射束對準來視覺上確認該對準。然而，人類視覺對準易遭受人類誤差，取決於操作者關於是否達成對準之「感覺」，且缺乏用於定量評估之定義度量。因此，需要一種用於雷射輔助接合之改良式晶粒-射束對準方法。

在一個具體實例中，本發明提供一種製造半導體裝置之方法，其包含：將第一半導體晶粒安置於基板上方；將射束均質機安置於該第一半導體晶粒上方，其中來自該射束均質機之射束衝擊該第一半導體晶粒；以像素之數目為單位來計算該射束相對於該第一半導體晶粒之位置偏移；使用第一校準方程式 以將像素之該數目轉換成以毫米為單位之距離；及將該射束均質機移動以毫米為單位之該距離以使該射束與該第一半導體晶粒對準。

在一個具體實例中，本發明提供一種製造半導體裝置之方法，其包含：產生校準方程式；及使用該校準方程式以使光束在半導體晶粒上方對準。

在一個具體實例中，本發明提供一種半導體製造裝置，其包含：射束均質機；及影像獲取攝影機，其鄰近於該射束均質機而安置。

100:半導體晶圓

102:基底基板材料

104:晶粒

106:切割道

108:非主動表面

110:主動表面

112:導電層

114:凸塊

118:雷射切割工具

120:基板

120a:基板

120b:基板

122:晶舟載體

122a:晶舟載體

122b:晶舟載體

122c:晶舟載體

124:導電層

126:焊劑

127:真空區塊

127a:真空區塊

127b:真空區塊

128:真空管線

129:多孔材料

130:雷射輔助接合(LAB)組合件

132:均質機

134:射束

136:視覺攝影機

138:影像獲取攝影機

150:中心

152:箭頭

153:箭頭

154a:第一拐角

154b:第二拐角

156a:基準標記

156b:基準標記

160:十字絲

160a:軸線

160b:軸線

162:十字絲

162a:軸線

162b:軸線

170:邊界

172:邊界

180:影像

181:影像

182:影像

183:影像

184:影像

185:影像

186:影像

187:影像

188:影像

180A:影像

180c:中間影像

190:點

192:線

193:相片

194:相片

195:相片

196:相片

197:相片

198:相片

199:相片

200:模製化合物/囊封物

202:雷射切割工具

204:半導體封裝

300:印刷電路板(PCB)

302:導電跡線

350:電子裝置

356:接合線封裝

358:覆晶

360:球狀柵格陣列

362:凸塊晶片載體

366:平台柵格陣列

368:多晶片模組

370:四邊扁平無引腳封裝

372:四邊扁平封裝

[圖1a至圖1c]繪示具有由切割道分離之複數個半導體晶粒之半導體晶圓；[圖2a至圖2f]繪示雷射輔助接合設備；[圖3a至圖3c]繪示用以使雷射射束均質機與經接合晶粒粗略地對準之視覺對準過程；[圖4a至圖4c]繪示在初始視覺對準過程之後剩餘的晶粒-射束未對準；[圖5a至圖5e]繪示用於X-Y位置之後續精細晶粒-射束對準之校準方程式之產生；[圖6a及圖6b]繪示用於旋轉角度之後續精細晶粒-射束對準之校準方程式之產生；[圖7a至圖7e]繪示針對精細晶粒-射束對準之校準方程式之使用；[圖8a至圖8c]繪示在雷射輔助接合之後的半導體封裝之完成；且[圖9]繪示具有雷射輔助接合裝置之電子裝置。

以下描述中參考各圖在一個或多個具體實例中描述本發明，在各 圖中，類似數字表示相同或相似元件。雖然本發明係依據用於達成本發明目標之最佳模式進行描述，但所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，意欲涵蓋如可包括於如由所附申請專利範圍及其如由以下揭示內容及圖式所支援之等效者所界定的本發明之精神及範圍內的替代方案、修改及等效者。如本文中所使用之術語「半導體晶粒」係指詞語之單數形式及複數形式兩者，且因此，可指單一半導體裝置及多個半導體裝置兩者。術語「晶粒」及「半導體晶粒」可互換地使用。

通常使用兩種複雜製程來製造半導體裝置：前端製造及後端製造。前端製造涉及在半導體晶圓之表面上形成複數個晶粒。晶圓上之每一晶粒含有主動及被動電氣組件，所述電氣組件經電氣連接以形成功能電路。諸如電晶體及二極體之主動電氣組件具有控制電流之流動的能力。諸如電容器、電感器及電阻器之被動電氣組件在執行電路功能所必要的電壓與電流之間建立關係。

後端製造係指將成品晶圓切割或單粒化成個別半導體晶粒並封裝半導體晶粒以用於結構支撐、電氣互連及環境隔離。為了單粒化半導體晶粒，沿著被稱為切割道或劃線的晶圓之非功能區刻劃及斷裂晶圓。使用雷射切割工具或鋸片來單粒化晶圓。在單粒化之後，將個別半導體晶粒安裝至封裝基板，該封裝基板包括接腳或接觸墊以用於與其他系統組件互連。接著將形成於半導體晶粒上方之接觸墊連接至封裝內之接觸墊。可用導電層、凸塊、柱形凸塊、導電膏或線接合進行電氣連接。將囊封物或其他模製化合物沈積於封裝上方以提供實體支撐及電氣隔離。接著將成品封裝插入至電氣系統中，且使半導體裝置之功能性可用於其他系統組件。

圖1a展示具有基底基板材料102之半導體晶圓100，諸如矽、鍺、磷化鋁、砷化鋁、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦、碳化矽或其他塊狀半導體材料。複數個半導體晶粒或組件104形成於由如上文所描述之非主動晶粒間晶圓區域或切割道106分離之晶圓100上。切割道106提供切割區域以將半導體晶圓100單粒 化成個別半導體晶粒104。在一個具體實例中，半導體晶圓100具有100至450毫米(mm)之寬度或直徑。

圖1b展示半導體晶圓100之一部分的橫截面圖。每一半導體晶粒104具有背或非主動表面108及主動表面110，該主動表面含有被實施為主動裝置、被動裝置、導電層及介電層之類比或數位電路，所述介電層形成於晶粒內且根據晶粒之電氣設計及功能而電氣互連。舉例而言，電路可包括形成於主動表面110內之一個或多個電晶體、二極體及其他電路元件以實施類比電路或數位電路，諸如數位信號處理器(digital signal processor；DSP)、ASIC、MEMS、記憶體或其他信號處理電路。半導體晶粒104亦可含有諸如電感器、電容器及電阻器之積體被動裝置(integrated passive device；IPD)以用於RF信號處理。半導體晶圓100之背表面108可視情況選用機械研磨或蝕刻製程來進行背部研磨操作，以移除基底材料102之一部分並減小半導體晶圓100及半導體晶粒104之厚度。

導電層112使用PVD、CVD、電解鍍覆、無電極鍍覆製程或其他合適金屬沈積製程形成於主動表面110上方。導電層112包括鋁(Al)、銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)或其他合適導電材料之一個或多個層。導電層112作為電氣連接至主動表面110上之電路的接觸墊而操作。

導電層112可被形成為與半導體晶粒104之邊緣相距第一距離並排地安置之接觸墊，如圖1b中所展示。替代地，導電層112可被形成為接觸墊，所述接觸墊在多個列中偏移，使得第一列接觸墊被安置為與晶粒之邊緣相距第一距離，且與第一列交替之第二列接觸墊被安置為與晶粒之邊緣相距第二距離。導電層112表示形成於具有用於至較大系統之後續電氣互連之接觸墊之半導體晶粒104上方的最後導電層。然而，可存在形成於主動表面110上之實際半導體裝置與導電層112之間的一個或多個中間導電層及絕緣層以用於信號路由。

在圖1c中，半導體晶圓100使用鋸片或雷射切割工具118經由切割 道106單粒化成個別半導體晶粒104。可檢驗及電氣測試個別半導體晶粒104以用於識別KGD後單粒化。

為了將半導體晶粒104併入至電子裝置中，典型地將凸塊114回焊至較大基板120之接觸墊上，如圖2a及圖2b中所展示。使用取放機以將半導體晶粒104置放至基板120上之所要部位處，且接著使用雷射輔助接合(LAB)以將凸塊114回焊至基板120之導電層124的接觸墊上。視情況將焊劑126添加至凸塊114上以改良焊接材料至導電層124之各表面上之回焊。可使用非導電膏、非導電膜、各向異性導電膏及其他合適材料來代替焊劑126。

圖2a展示上面安置有基板120之晶舟載體122或其他是何類型的載體的部分橫截面圖。晶舟載體122為適合於在製造製程期間提供基板120之實體支撐的有機材料、玻璃、矽、聚合物或任何其他材料之扁平薄片。視情況選用的雙面帶、熱釋放層、UV釋放層或其他適當界面層可安置於晶舟載體122與基板120之間。基板120由基底絕緣材料形成，其中導電層124形成於中介層之頂表面及底表面上方且在絕緣材料之各層之間交錯。導電層124包括在必要時設置以實施所要信號路由之接觸墊、導電跡線及導電通孔。取決於已形成裝置之設計及功能，導電層124之各部分為電氣共用的或電氣隔離的。導電層124可為Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag或其他合適導電材料之一個或多層。在一些具體實例中，鈍化層或阻焊劑層形成於基板120之頂表面及底表面上方，其具有開口以曝露導電層124之接觸墊。

基板120亦可為任何合適層壓中介層、PCB、晶圓形式、條帶中介層、引線框架，或其他類型之基板。基板120可包括聚四氟乙烯(PTFE)預浸漬(預浸體)、FR-4、FR-1、CEM-1或CEM-3之一個或多個層壓層與酚系棉紙、環氧樹脂、編織玻璃、無光澤玻璃、聚酯及其他加強纖維或織物的組合。基板120之絕緣材料含有二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氮氧化矽(SiON)、五氧 化二鉭(Ta2O5)、氧化鋁(Al2O3)、阻焊劑、聚醯亞胺、苯并環丁烯(BCB)、聚苯并

唑(PBO)及具有相似絕緣及結構屬性之其他材料之一個或多個層。基板120亦可為多層可撓性層壓物、陶瓷、銅包覆層壓物、玻璃，或包括含有一個或多個電晶體、二極體及其他電路元件之主動表面以實施類比電路或數位電路之半導體晶圓。基板120可為用於半導體封裝或電子裝置之任何合適基板。

在雷射輔助接合中，LAB組合件130安置於半導體晶粒104上方，其中半導體晶粒位於基板120上。LAB組合件130安裝至允許控制LAB組合件之X-Y位置的台架上。X-Y位置意謂可沿著X軸及Y軸但未必為Z軸控制位置。X-Y平面平行於基板120之主表面而定向。X軸為在圖2a中左右延伸之軸線，且Y軸為進出圖2a之頁面而延伸之軸線。Z軸在圖2a中垂直於基板120之主表面上下定向。視需要，在一些具體實例中，與LAB組合件130附接之台架可允許Z軸(垂直)移動。除了在X-Y平面中移動之外，台架亦允許LAB組合件130圍繞Z軸旋轉。

LAB組合件130包括雷射均質機132。均質機132經由光纖纜線、波導或其他合適機構接收雷射射束輸入，且在半導體晶粒104上方輸出經均質化雷射射束134。射束均質機為使雷射射束剖面中之不規則性平滑並產生更均一雷射射束剖面之裝置。大多數射束均質機使用具有正方形小鏡面(facets)之多面鏡面(multifaceted mirror)。該鏡面以不同角度反射光以產生遍及射束134之整個剖面具有均一功率之射束。

射束134之能量由半導體晶粒104吸收並轉換為熱能以回焊凸塊114。在一些具體實例中，背表面108包括形成於半導體晶粒104上方之導電層作為電磁干擾(electromagnetic interference；EMI)屏蔽層。在LAB期間，導電層亦改良自雷射能量至熱能之轉換效率。背表面108亦可具有由增加雷射能量之吸收之任何材料形成的其他類型之雷射吸收層。射束134典型地被配置以與半導體晶粒104之佔據面積邊界重疊，使得射束不僅射中半導體晶粒之整個佔據面積，而 且在完全圍繞半導體晶粒之連續路徑中射中基板120。

晶粒-射束對準係指將射束134對準至晶粒104之過程。LAB組合件130包括用於晶粒-射束對準之兩個攝影機。視覺攝影機136具有窄視野且用以藉由找到基板120上之基準標記或藉由識別晶粒104之拐角來進行LAB組合件130在晶粒104上方之粗略對準。視覺攝影機136通常每次僅提供晶粒104之一個拐角之放大視圖。另一方面，影像獲取攝影機138提供較寬視圖，包括圍繞晶粒104由射束134以實質上垂直角度射中之整個區域。影像獲取攝影機138被定向為視圖實質上垂直於基板120，且具有晶粒104及圍繞晶粒之基板120的清晰無阻礙擷取畫面。影像獲取攝影機138不朝向晶粒104傾斜，此將產生晶粒之成角度的影像。影像獲取攝影機138可直接附接或安裝至射束均質機132，附接或安裝至將射束均質機固持至台架上之支撐件，使用台架之自身支撐臂附接或安裝至台架，或以其他方式支撐於與射束均質機鄰近之位置中。

圖2c至圖2f展示在雷射輔助接合期間利用真空管線以將基板120緊固於適當位置之載體組合件之細節。圖2c展示基板120a已在晶粒104之安裝之前單粒化的具體實例。基板120a之個別單元安置於具有垂直壁之晶舟載體122a上以將基板固持於適當位置。晶舟載體122a具有由每一單元基板120a之垂直壁環繞的單獨區域。在晶舟載體上取放晶粒104之前或之後，將晶舟載體122a安置於真空區塊127a上方。真空區塊127a典型地由諸如不鏽鋼、銅或鋁之金屬製成。真空區塊127a在每一單元基板120a下具有向上突起物以支撐基板，且在基板接觸真空區塊時允許晶舟載體122a在突起物之間向下延伸。

真空區塊127a包括分支出來以在單元基板120a中之每一者下方延行之真空管線128。真空管線128具有延伸直至真空區塊127a之單元突起物中之每一者中的分支。由連接至真空管線之真空泵減小真空管線128中之氣壓。減小之氣壓將基板120a拉動至真空區塊127a上以在雷射輔助接合期間將基板緊固 於適當位置。基板120a停置於多孔材料129上，該多孔材料增加曝露於真空的基板之表面積。多孔材料129可具有無孔側壁以使真空保持容納至多孔材料之佔據面積內。在其他具體實例中，多孔材料129不具有側壁且完全多孔。

圖2d繪示具有基板120b之具體實例，其中基板在LAB之前未被單粒化，且晶粒104被封裝為一組單元。嵌板基板120b安置於晶舟載體122b上。晶舟載體122b包括在基板120b下之底部以支撐基板及側壁以使基板保持適當地定位。真空區塊127b包括用於供置放晶舟載體122b之一個大表面，而真空區塊127a具有用於每一基板120a之離散突起物。替代地，真空區塊127a可與晶舟載體122b及基板120b一起使用。多孔材料129一直遍及真空區塊127b延伸以使真空遍及晶舟載體122b分佈。在一些具體實例中，晶舟載體122b之底部包括用以將真空壓力分佈至基板120b之開口。

圖2e繪示嵌板基板120b安置於不具有底部之晶舟載體122c上方的具體實例。晶舟載體122c包括側壁以減小基板120b之側向移動，但基板直接停置於真空區塊127b及多孔材料129上，而非停置於晶舟載體上。圖2f展示具有多孔材料129之真空區塊127之細節。基板120位於真空區塊127上或上方以用於雷射輔助接合過程。在雷射發射期間，通過真空管線128及多孔材料129施加之真空壓力將基板120固持於適當位置。

圖3a至圖3c繪示使用視覺攝影機136之視覺對準過程。圖3a及圖3b繪示其各別過程步驟之側視圖及自上而下視圖兩者。圖3a及圖3b中之左側影像展示在頁面上左右定向之X軸及上下定向之Z軸。圖3a及圖3b中之右側影像為將Z軸向下看至X-Y平面上之視圖。視覺對準藉由使用電腦演算法以使晶粒104位於基板120上並使LAB組合件130移動直至攝影機之視野之中心150直接定位於晶粒104之第一拐角154a上方而開始，如圖3a中所展示。箭頭152指示LAB組合件130到達拐角154a之移動。

如圖3b中所展示，在找到第一拐角154a之後，將LAB組合件130自第一拐角移動至第二拐角154b，如由箭頭153所指示。晶粒104之第二拐角154b為被定位成與第一拐角154a對角地相對之拐角。知道兩個相對拐角154a及154b之位置會允許電腦演算法將晶粒104之中心定位為兩個拐角之間的平均位置。所移動之距離可基於控制LAB組合件130之步進馬達被移動以自拐角154a到達拐角154b的距離進行計算。此後，台架使LAB組合件130移動，使得均質機132直接定位於晶粒104上方，亦即，均質機之中心對準至拐角154a及154b之間的平均位置。組合件130可在兩個拐角之間的中途返回移動至晶粒104上方之中心視覺攝影機136，且接著電腦系統知道使步進馬達移動以將均質機132居中於晶粒104上方之距離。在其他具體實例中使用用於使用視覺攝影機136將均質機132居中於晶粒104上方之任何其他合適演算法。

圖3c繪示基準標記156a及156b用以計算晶粒104之中心位置而非拐角的替代具體實例。基板120上之基準標記156a及156b相比於晶粒104之拐角154可由一些視覺攝影機系統以較高速度及信賴度定位。基準標記可為任何合適形狀，例如正方形、圓形、十字形、三角形、ASCII字元、QR碼等等。與如圖3a及圖3b中所展示相似地繼續進行使用基準標記156之視覺對準過程。電腦系統使用視覺攝影機136來找到基準標記156a，計算至基準標記156b之距離，且接著使均質機132之中心直接在兩個基準標記之間的平均位置上方移動。

視覺對準過程足以使LAB組合件130定位於晶粒104上方，但並不足夠準確以確保晶粒-射束對準在所要公差內。歸因於LAB組合件130之結構之微小差異，以及其他原因，在完成圖3a至圖3c中所展示之視覺對準過程之後，射束134可能不會與晶粒104精確地對準。圖4a至圖4c繪示在視覺對準過程之後剩餘的晶粒-射束未對準。圖4a展示如圖3a及圖3b中之側視圖及自上而下視圖兩者。雖然射束134覆蓋晶粒104之整個佔據面積，但射束並不居中於晶粒上方。

圖4a之自上而下視圖具有經繪製為繪示射束134之中心的十字絲160，且十字絲162繪示晶粒104之中心。軸線160a及162a分別繪示沿著該圖之X軸的射束134及晶粒104之中心。軸線160b及162b分別繪示沿著該圖之Y軸的射束134及晶粒104之中心。射束134在X軸及Y軸兩者上偏心。由射束134覆蓋至晶粒104之頂部及左側的基板120之大區域為潛在的問題。

在圖4b中，射束134完全中心於晶粒104上，但具有旋轉偏移。出於與X-Y方向偏移相似的原因，旋轉偏移係有問題的。射束134之拐角相比於預期較遠離晶粒104延伸，且晶粒之拐角可能不在射束內。在來自圖3a至圖3c之視覺對準過程之後，晶粒-射束未對準可為X-Y位置的、旋轉的或兩者之組合。圖4c繪示在X-Y位置及旋轉兩者中之完全對準，此係理想的。完全對準可僅在視覺對準之後才實現，但實務上係不大可能且幾乎不可能保證。

圖5a至圖5e繪示接著用以在視覺對準之後校正X-Y位置未對準之校準方程式之產生。在圖5a中，過程開始於執行視覺對準過程以使射束134粗略地對準至晶粒104。圖5b展示在視覺對準之後在晶粒104上方之LAB組合件130。射束134被繪示為與晶粒104完全對準，但校準方程式之產生並不取決於目前階段之完全對準。以相同方式繼續進行以下步驟，而不管在圖5a中之視覺對準之後存在的對準或未對準。

圖5b展示晶粒104之佔據面積邊界170及射束134之佔據面積邊界172。佔據面積邊界170及172為將由影像獲取攝影機138捕捉並由電腦演算法分析以判定精細晶粒-射束對準之邊界。

圖5c展示由電腦使用影像獲取攝影機138捕捉佔據面積邊界170及172。圖5c中之基板120具有複數個半導體晶粒104，所述半導體晶粒在過程中被封裝成個別封裝。在雷射輔助接合之後，將囊封及單粒化晶粒104。每當新基板正由LAB組合件130處理時，可快速地重新計算校準方程式。替代地，每當維 修LAB組合件130時，每當正處理新大小之半導體晶粒時，或週期性地，例如每小時、每天、每月等等，可僅產生一次或重新產生校準方程式。

電腦演算法拾取用於校準之晶粒104，即圖5c中之左上晶粒104，且繼續進行以使用影像獲取攝影機138捕捉邊界170及172之詳細影像。影像獲取攝影機138產生攝影資料以供輸入至電腦演算法，如由圖5c中之影像180所繪示。來自影像獲取攝影機138之影像180展示射束134在晶粒104及基板120上之整個佔據面積，其中基板、射束及晶粒之間的對比度被表示為不同灰度。實務上，通常使用色彩感測器，且影像180將射束134繪示為在晶粒104外部之暗粉紅或另一亮色。

在一些具體實例中，將白紙薄片置放於具有切口之基板120上以容納晶粒104以增加對比度。紙亦可為任何其他色彩。可使用任何色彩之膠帶來代替紙。亦可用刷子、噴霧或具有任何色彩之另一方法對晶粒104進行塗漆以增加對比度。晶粒104可被塗佈有任何色彩之材料以增加對比度。剛才所列出之對比劑可在將晶粒104置放於基板120上之前或之後被添加，且若正使用之特定對比方法與雷射輔助接合相容，則所述對比劑可覆蓋該晶粒在其被安裝之前被置放的部位。對比劑可僅緊接在晶粒104周圍施加至基板120，而不施加至整個基板。

替代安置於基板120上以增加對比度之試劑或除了該試劑之外，亦可將上文所列出之對比劑中之任一者添加至晶粒104之背表面。在一個具體實例中，將黑漆或另一合適材料添加至晶粒104之背表面108以增加射束134在晶粒104之佔據面積內之吸收，且將白色帶添加至晶粒104之佔據面積外部之基板120以增加射束134之反射。對比劑之添加是視情況選用的，但是推薦的。對比劑可僅安置於基板120上、僅安置於晶粒104上，或對比劑之組合可用於基板及晶粒兩者上。對比可用於所有經製造單元，不僅僅用於校準過程。

電腦影像處理用以將影像180視為輸入且接著輸出邊界170及172之像素圖。圖5c中之中間影像180c展示在影像處理之後的影像180。用以產生中間影像180c之影像處理涉及適合於肯定地識別影像180中之邊界170及172的濾波、增加對比度、銳化、平滑化、二進位化(亦即，將像素轉換為兩個可能值中之一者，例如1或0)等等之任何組合。在影像處理之後，中間影像180c將晶粒104之佔據面積展示為完全黑色，將晶粒外部的射束134之佔據面積展示為完全白色，且將射束外部之基板120展示為完全黑色。黑色及白色用作對人眼呈高對比度之彼等色彩。然而，任何兩個或三個數值可用以區分晶粒104、射束134及射束外部之基板120之區域。中間影像180c可由電腦演算法使用以藉由尋找黑色像素與白色像素之間的邊界來識別邊界170及172。

圖5c中之影像180A展示影像180之一部分，有疊加的電腦產生之邊界170及172，以及指示射束134及晶粒104之位置及旋轉的電腦產生之輸出。分析電腦產生之邊界以判定由影像獲取攝影機138捕捉之影像180中的X、Y中心像素座標，且亦判定以度、弧度或另一合適的另一單位為單位的每一邊界之旋轉角度。影像180A展示，射束134之中心座標在X-Y平面中之像素(777,556)處，且晶粒104之中心座標在像素(775,551)處。所述座標指示作為整體的影像中之像素，其中第一數目指示來自影像180之左側邊緣的像素之數目，且第二數目指示來自影像之頂部邊緣的像素之數目。所述圖中之左上拐角用作座標系統原點，但在其他具體實例中可使用座標系統之任何其他參考。判定射束134及晶粒104之中心之X、Y座標可與計算每一像素沿著其在中間影像180c中之各別黑白邊界之平均座標一樣簡單。任何合適演算法可用以自影像180產生射束134及晶粒104之中心之X、Y座標。在理想對準中，晶粒104及射束134之中心將在影像180中之同一像素上。

影像180中的射束134相對於晶粒104之X、Y座標充當用於校準過 程之參考位置。圖5d將影像180展示為參考點(0,0)，其指示在視覺對準完成之後在LAB組合件130之零移動的情況下拍攝影像180。接下來，對於包括參考位置(0,0)之總共九個影像180、181、182、183、184、185、186、187和188，在每一基本方向上(向上、向下、向左及向右)以及在每一對角基本間方向上將台架移動固定的距離。圖5d中之字元「a」表示針對每一位置自參考位置之移動距離。距離「a」將典型地為大約一毫米或幾毫米，但可使用任何合適距離。

在一個具體實例中，拍攝每一影像180、181、182、183、184、185、186、187和188，且接著重複視覺對準過程以在移動之前返回至參考位置以在八個位置中之另一者處拍攝另一影像。在另一具體實例中，如由圖5d中之箭頭所繪示，藉由在圍繞參考位置之正方形中移動而拍攝每一影像。在參考位置處拍攝影像180之後，台架將LAB組合件130移動距離「a」以到達所繪示視圖中之右側。在移動距離「a」以到達右側而將LAB組合件130放於位置(a,0)處之後拍攝影像181。台架接著將LAB組合件130在Y軸上移動距離「a」以到達位置(a,a)並拍攝影像182。

台架將LAB組合件130在由圖5d上之箭頭指示之方向上在每一影像之後移動距離「a」，直至在九個位置中之每一者處拍攝影像為止。使用先前所描述之影像處理及電腦視覺演算法或其他合適處理及演算法提取九個影像180、181、182、183、184、185、186、187和188中之每一者中的射束134之中心座標。

在計算環繞參考位置之所有八個相片之中心座標之後，應用線性回歸以取得以毫米為單位之台架移動與以像素為單位之中心座標位移之間的相關性。所得方程式為用於X-Y位置之校準方程式，且將用於後續處理中以在粗略視覺對準過程之後使射束134之中心點在晶粒104之中心點上方移動。在一些具體實例中，使用額外位置而非僅僅八個基本及基本間方向以產生用於線性回歸之更多點。舉例而言，在一個特定具體實例中，台架在四個基本方向中之每一者 上移動a、2a及3a毫米。可使用相對於參考位置之部位之任何任意集合處的影像來執行線性回歸。

圖5e展示實例線性回歸。點190置放於每一影像181、182、183、184、185、186、187和188之圖形上的如下點處：在該點處，X軸指示以毫米為單位的針對彼點之台架移動且Y軸指示相對於參考影像180之影像的以像素為單位之位移。線192為線性回歸之結果，且可以多種方式進行計算。用於線之方程式為用於X-Y位置之校準方程式，其可呈格式y=mx+b或任何其他合適格式。校準方程式稍後用以藉由以下操作而將射束134居中於晶粒104上方：拍攝正使用影像獲取攝影機138處理的晶粒之圖像，計算影像中自晶粒之中心至射束之中心的像素之數目，並將像素之數目輸入至校準方程式中。方程式輸出台架需要使LAB組合件130移動以將均質機132居中於晶粒104上方的以毫米為單位或任何其他合適距離單位之距離。可使用相同方程式在X及Y方向上單獨地進行校正，或可用台架應移動以使射束134居中之隨附角度來對角地計算距離。在其他具體實例中，產生兩個單獨校準方程式以用於沿著X軸及Y軸之校正。

圖6a及圖6b繪示用於旋轉校正之校準方程式之產生。視需要可在位置校準方程式之前判定旋轉校準方程式。在需要時再次使用視覺對準過程以將均質機132返回至參考位置。對於旋轉校準，座標包括除了X、Y位置之外的旋轉角度。在參考位置(0,0,0)處拍攝圖6a中之相片193。三個座標數目為X軸偏移、Y軸偏移及自藉由視覺對準而設定之參考位置之旋轉偏移。在LAB組合件130無任何移動或旋轉的情況下在視覺對準之後拍攝相片193。在一些具體實例中，參考影像180被重新用作旋轉校準之參考。

在使用影像獲取攝影機138拍攝參考相片193之後，台架使LAB組合件130旋轉且拍攝額外相片。在圖6a中，自參考位置以各種順時針旋轉角度拍攝三個相片194、195及196，且以多種逆時針旋轉拍攝三個相片197、198及199。

如同圖5a至圖5e中之X-Y位置校準方程式，旋轉校準使用影像處理及電腦分析以在圖6a中之相片193至199中之每一者中分別識別晶粒104及射束134之邊界170及172。典型地以毫米為單位給出對台架之旋轉指令。步進馬達用於旋轉及X-Y移動兩者，且所有移動操作歸因於步進馬達及控制步進馬達之軟體的性質而以毫米為單位。如在圖5e中一樣執行線性回歸，但在相片193至199中使LAB組合件130旋轉。圖6b展示每一樣本之標繪圖，其中步進馬達在X軸上以毫米為單位旋轉且在Y軸上以自影像處理所量測之旋轉角度旋轉。再次相似於X-Y位置校準方程式，線性回歸產生旋轉校準方程式，該旋轉校準方程式可用以將以度為單位的所偵測旋轉之量轉換為以步進馬達之毫米為單位的LAB組合件130旋轉之量。

圖7a至圖7e繪示使用上文所判定之校準方程式以在後續製造期間使射束134與晶粒104對準。在圖7a中，完成使用視覺攝影機136之視覺對準過程以將LAB組合件130定位於待處理之晶粒104上方。圖7b繪示在視覺對準過程完成之後的未對準。在視覺對準之後，影像獲取攝影機138拍攝用於使用影像處理來判定射束及晶粒邊界之相片。圖7c繪示已藉由影像處理及電腦視覺演算法而計算的晶粒104之邊界170及基板120上之射束134之邊界172。電腦視覺演算法藉由比較各別邊界170及172計算晶粒104與射束134之間的旋轉角度θ及X-Y位置差β。

為了使用校準方程式執行晶粒-射束對準之精細調整，將以例如度為單位的θ之值插入至旋轉校準方程式中。旋轉校準方程式提供以毫米為單位之值，其接著作為旋轉指令被給予控制LAB組合件130之旋轉的步進馬達。圖7d展示已旋轉以校正旋轉偏移之射束134。接下來，將以像素之數目為單位之X-Y位移輸入至X-Y校準方程式中，此給出步進馬達需要使LAB組合件130移動的以毫米為單位之位移。亦藉由比較射束134及晶粒104之中心之相對位置來提供移 動角度。如上文所提及，可將方程式使用兩次以在兩個單獨步驟中單獨地校正X軸偏移及Y軸偏移。在一些具體實例中，使用兩個單獨校準方程式，一個用於X軸且一個用於Y軸。

向步進馬達提供具有如由X-Y位置校準方程式所輸出之適當移動參數之指令，且由步進馬達相應地使射束134移動以使其中心與晶粒104之中心對準，如圖7e中所展示。亦可視需要在旋轉校正之前發生位置校正，或可同時發出用於旋轉及位置校正之所有步進馬達指令。在一些具體實例中，使用除了步進馬達之外的構件以使LAB組合件130移動及旋轉。本文中所揭示之校準程序仍針對除了步進馬達之外的構件起相同作用。

在射束134對準至晶粒104的情況下，使射束維持達足夠時間以回焊凸塊114並將晶粒耦接至基板120。在一些具體實例中，增加射束134之能量位準以用於在對準完成之後回焊。一旦完成回焊，台架就移動並使用視覺攝影機136以將LAB組合件130居中於下一晶粒104上方以進行處理。針對基板120上需要處理之每一半導體晶粒104重複圖7a至圖7e之對準及LAB過程。

在一些具體實例中，用以使LAB組合件130在晶粒104上方移動之台架不用於均質機132之精細調整。更確切地，LAB組合件130包括用以使均質機132在LAB組合件內移動之單獨機構。在此類具體實例中，使用用以使均質機132移動之內部機構以既產生校準方程式又接著亦在後續製造期間對均質機進行精細調整。

使用校準方程式以用於晶粒-射束對準會確保針對經製造之每一晶粒將射束134適當地對準至晶粒104。藉由將熱能容納至預期區域來減少製造缺陷。為了適當對準，射束134之中心應直接在晶粒104之中心上，且晶粒及射束之邊緣應平行。雖然僅使用由裸眼進行之視覺檢驗的先前技術之晶粒-射束對準可提供某一對準指向，但上文所描述之校準方程式為定量地評估晶粒-射束對準 提供了嚴格的度量。藉由電腦分析來驗證中心座標之旋轉角度及對準兩者。

一旦基板120上之所有晶粒104被接合，製造就繼續進行其他所要步驟。舉例而言，在圖8a中，將複數個晶粒104接合至基板120。在圖8b中，使用膏印刷、壓縮模製、轉印模製、液體囊封物模製、真空層壓、旋塗或另一合適施加器將囊封物或模製化合物200沈積於基板120上方。囊封物200可為聚合物複合材料，諸如環氧樹脂、環氧丙烯酸酯，或具有或不具有填充劑之聚合物。囊封物200係非導電的，提供結構支撐，且環境上保護半導體裝置免受外部元件及污染物的影響。

在圖8c中，使用鋸片、水切割工具或雷射切割工具202將由基板120及囊封物200形成之嵌板單粒化成個別半導體封裝204。通常在單粒化之後將封裝204儲存為帶卷形式以供配銷給電子裝置製造商，所述電子裝置製造商將裝置整合至其產品中。基板120包括用以經由基板路由信號之導電層及其他互連結構。與晶粒104相對的基板120之底表面將典型地具有球狀柵格陣列、平台柵格陣列，或用於電氣連接至較大電子裝置的其他類型之互連結構。圖8a至圖8c意欲繪示可使封裝在雷射輔助接合之後完成的許多不同方式中之僅一者。任何類型之基板可具有以雷射輔助接合而與其接合之半導體晶粒，且可在雷射輔助接合之後執行任何所要處理。

圖9繪示包括PCB 300之電子裝置350，其中複數個半導體封裝安裝於PCB之表面上，包括封裝204及晶粒104。取決於應用，電子裝置350可具有一種類型之半導體封裝或多種類型之半導體封裝。直接安裝至PCB 300之晶粒104展示，除了用於封裝的基板120之外，晶粒-射束對準過程亦可用於將晶粒直接安裝至作為用於裝置的基板之PCB 300。

電子裝置350可為使用半導體封裝以執行一個或多個電氣功能之獨立系統。替代地，電子裝置350可為較大系統之子組件。舉例而言，電子裝置 350可為平板電腦、蜂巢式電話、數位攝影機、通信系統或其他電子裝置之部分。電子裝置350亦可為圖形卡、網路介面卡，或插入至電腦中之另一信號處理卡。半導體封裝可包括微處理器、記憶體、ASIC、邏輯電路、類比電路、RF電路、離散主動或被動裝置，或其他半導體晶粒或電氣組件。

PCB 300提供通用基板以用於安裝於PCB上之半導體封裝之結構支撐及電氣互連。使用蒸鍍、電解鍍覆、無電極鍍覆、網版印刷或其他合適金屬沈積製程而在PCB 300之表面上方或在PCB 300之層內形成導電跡線302。導電跡線302提供半導體封裝、經安裝組件及其他外部系統或組件之間的電氣連通。導電跡線302亦在需要時提供與半導體封裝之電力及接地連接。

在一些具體實例中，半導體裝置具有兩個封裝層級。第一層級封裝為用於將半導體晶粒以機械方式及以電氣方式附接至中間基板之技術。第二層級封裝涉及將中間基板以機械方式及以電氣方式附接至PCB 300。在其他具體實例中，半導體裝置可僅具有第一層級封裝，其中晶粒以機械方式及以電氣方式直接安裝至PCB 300。

出於繪示之目的，包括接合線封裝356及覆晶358的若干類型之第一層級封裝被展示於PCB 300上。另外，包括球狀柵格陣列(ball grid array；BGA)360、凸塊晶片載體(bump chip carrier；BCC)362、平台柵格陣列(land grid array；LGA)366、多晶片模組(multichip module；MCM)368、四邊扁平無引腳封裝(quad fla tnon-leaded package；QFN)370及四邊扁平封裝372的若干類型之第二層級封裝連同晶粒104及封裝204一起被展示為安裝於PCB 300上。導電跡線302電氣耦接安置於PCB 300上之各種封裝及組件。

取決於系統要求，而配置為具有第一及第二級封裝式樣之任何組合以及其他電子組件的半導體封裝之任何組合可連接至PCB 300。在一些具體實例中，電子裝置350包括單一經附接半導體封裝，而其他具體實例需要多個經互 連封裝。藉由在單一基板上方組合一個或多個半導體封裝，製造商可將預製組件併入至電子裝置及系統中。因為半導體封裝包括複雜功能性，所以可使用較不昂貴組件及流線型製造製程來製造電子裝置。所得裝置不大可能出故障且製造起來較不昂貴，從而為消費者帶來較低成本。

雖然已詳細地說明本發明之一個或多個具體實例，但所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可在不脫離如以下申請專利範圍中所闡述的本發明之範圍的情況下對彼等具體實例作出修改及調適。

104:晶粒

120:基板

130:雷射輔助接合(LAB)組合件

132:均質機

134:射束

136:視覺攝影機

138:影像獲取攝影機

170:邊界

172:邊界

180:影像

180A:影像

180c:中間影像

Claims (11)

1. 一種製造半導體裝置之方法，其包含：將第一半導體晶粒安置於基板上方；使用第一攝影機將射束均質機安置於該第一半導體晶粒上方，其中來自該射束均質機之射束衝擊該第一半導體晶粒並且該第一半導體晶粒的整個佔據面積完全在該射束內；藉由以下操作以像素之數目為單位來計算該射束相對於該第一半導體晶粒之位置偏移，使用第二攝影機捕捉該射束和該第一半導體晶粒之影像，對該影像執行影像處理以判定該第一半導體晶粒之第一邊界及該射束之第二邊界，以及比較該第一邊界和該第二邊界；使用第一校準方程式以將像素之該數目轉換成以毫米為單位之距離；及將該射束均質機移動以毫米為單位之該距離以使該射束與該第一半導體晶粒對準，其中該第一半導體晶粒的該整個佔據面積完全保持在該射束內。
2. 如請求項1之方法，其進一步包括藉由以下操作來產生該第一校準方程式：將該射束均質機在第一位置中安置於第二半導體晶粒上方；以像素之第一數目為單位來計算該射束相對於該第二半導體晶粒之第一位置偏移；將該射束均質機移動已知距離以到達第二位置；以像素之第二數目為單位來計算該射束相對於該第二半導體晶粒之第二位置偏移；及用該第二位置及像素之該第二數目執行線性回歸。
3. 如請求項1之方法，其進一步包括在捕捉該影像之前將對比劑安置於該基板或該第一半導體晶粒上方。
4. 如請求項1之方法，其進一步包括：以第一旋轉單位來計算該射束相對於該第一半導體晶粒之旋轉偏移；及使用第二校準方程式以將該旋轉偏移轉換為第二單位。
5. 一種製造半導體裝置之方法，其包含：產生校準方程式；使用第一攝影機將射束均質機設置在第一半導體晶粒上方；藉由以下操作以像素之數目為單位來計算該射束相對於該第一半導體晶粒之位置偏移，使用第二攝影機捕捉該射束和該第一半導體晶粒之影像，對該影像執行影像處理以判定該第一半導體晶粒之第一邊界及該射束之第二邊界，以及比較該第一邊界和該第二邊界；以及使用該校準方程式以將該像素之數目轉換為以毫米為單位的距離。
6. 如請求項5之方法，其進一步包括使用線性回歸產生該校準方程式。
7. 如請求項5之方法，其進一步包括計算該第一邊界與該第二邊界之間的第二偏移，其中該第二偏移是旋轉偏移。
8. 一種半導體製造裝置，其包含：射束均質機；電腦，附接至該射束均質機，其中該電腦包括用以使該射束均質機對準之校準方程式；以及影像獲取攝影機，其鄰近於該射束均質機而安置，其中該電腦被配置為藉由 以下操作以像素之數目為單位來計算該射束均質機的射束相對於第一半導體晶粒之位置偏移，使用該影像獲取攝影機捕捉該射束和該第一半導體晶粒之影像，對該影像執行影像處理以判定該第一半導體晶粒之第一邊界及該射束之第二邊界，以及比較該第一邊界和該第二邊界；以及其中該電腦被配置為使用該校準方程式將該像素之數目轉換為以毫米為單位的距離。
9. 如請求項8之半導體製造裝置，其中該影像獲取攝影機平行於該射束均質機而定向。
10. 如請求項8之半導體製造裝置，其中該影像獲取攝影機被設置以用來捕捉該射束均質機下方之一整個半導體晶粒之影像。
11. 如請求項8之半導體製造裝置，其進一步包括鄰近於該射束均質機而安置之視覺攝影機。