DE102004043084A1 - Einrichtung und Verfahren für die Montage oder Verdrahtung von Halbleiterchips - Google Patents

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Abstract

Eine Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips (2) auf einem Substrat (1) enthält eine Messstation zur berührungslosen Messung der Höhe der dem Substrat (1) abgewandten Oberfläche des montierten Halbleiterchips (2) an mindestens drei Stellen. Daraus wird mindestens ein Parameter berechnet, der die zwischen dem Halbleiterchips (2) und dem Substrat (1) gebildete Klebstoffschicht (3) charakterisiert. Eine allfällige Abweichung des gemessenen Wertes von einem Sollwert wird benützt, um den Montageprozess zu justieren. Eine Einrichtung für die Verdrahtung von Halbleiterchips (2) enthält auch eine solche Messstation, um die individuelle Höhe jedes Anschlusspunktes auf dem Halbleiterchip (2) zu bestimmen. Diese Information wird benutzt, um die Kapillare in kürzester Zeit auf den jeweiligen Anschlusspunkt des Halbleiterchips (2) abzusenken.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, eine Einrichtung für die Verdrahtung von Halbleiterchips mit dem Substrat, sowie Verfahren für den Betrieb dieser Einrichtungen. Solche Einrichtungen sind in der Fachwelt bekannt als Die Bonder bzw. Wire Bonder.
  • Bei der Montage von Halbleiterchips ist es bei vielen Prozessen wichtig, dass die Dicke der zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat gebildeten Klebstoffschicht innerhalb enger Toleranzgrenzen liegt. Zudem ist es wichtig, dass der auf dem Substrat montierte Halbleiterchip keine Schräglage (im Fachjargon als "tilt" bekannt) aufweist. Für die Überprüfung, ob die Dicke der Klebstoffschicht und die Schräglage der Halbleiterchips vorbestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, müssen bestückte Substrate in Stichproben dem Prozess entnommen werden und die Dicke und Schräglage mittels eines Messmikroskops ermittelt werden. Diese Überprüfung ist aufwendig und die Resultate stehen nur verzögert zur Verfügung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips und ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich die Dicke der Klebstoffschicht zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat und eine allfällige Schräglage des Halbleiterchips auf einfache Weise bestimmen lässt.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4. Die unabhängigen Ansprüche 3 und 7 betreffen die Verdrahtung von Halbleiterchips.
  • Die Erfindung besteht darin, dass die Höhe der dem Substrat abgewandten Oberfläche des montierten Halbleiterchips an mindestens drei Stellen berührungslos gemessen und daraus mindestens ein Parameter berechnet wird, der die zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat gebildete Klebstoffschicht charakterisiert. Der mindestens eine Parameter ist beispielsweise die Dicke der Klebstoffschicht. Der mindestens eine Parameter kann aber auch die mittlere Dicke der Klebstoffschicht und zwei die Schräglage des Halbleiterchips charakterisierende Winkel sein. Mit diesen drei Parametern ist die auf das Substrat bezogene Lage des Halbleiterchips vollständig bestimmt. Mit den Angaben über die Grösse und Dicke des Halbleiterchips lässt sich die lokale Dicke der Klebstoffschicht an einem beliebigen Ort unterhalb des Halbleiterchips berechnen. Insbesondere die minimale und die maximale Dicke, sowie ein Wert für die mittlere Dicke der Klebstoffschicht lassen sich berechnen.
  • Die Bestimmung des mindestens einen Parameters erfolgt mittels einer Messstation, die eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Lichtquelle mit einem Laser, für die Erzeugung und Projektion eines aus mindestens zwei Linien, vorzugsweise einem zweidimensionalen Netz von Linien, bestehenden Lichtgitters auf eine durch die beiden Messachsen aufgespannte Messebene, in der das Substrat mit dem Halbleiterchip präsentiert wird, und eine Kamera umfasst, wobei der Halbleiterchip und den Halbleiterchip umgebende Teile des Substrats in dem von der Kamera gelieferten Bild sichtbar sind. Das Licht des Lichtgitters trifft schräg auf die Messebene auf, damit die Linien des Lichtgitters an den vier Kanten des Halbleiterchips einen Versatz zeigen. Der Versatz hängt ab vom lokalen Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des Halbleiterchips und dem Substrat, sowie vom Projektionswinkel, unter dem das Licht auf die Messebene fällt. Die Dicke des Halbleiterchips ist bekannt. Wenn der lokale Höhenunterschied an drei Stellen gemessen wird, dann kann aus den entsprechenden Versätzen, die die Linien des Lichtgitters an den Kanten des Halbleiterchips erfahren, die Schräglage des Halbleiterchips und unter Berücksichtigung seiner Dicke die mittlere Dicke der Klebstoffschicht berechnet werden. Die mittlere Dicke der Klebstoffschicht entspricht der Dicke unterhalb des geometrischen Zentrums des Halbleiterchips. Das Lichtgitter ist vorzugsweise so orientiert, dass seine Linien annähernd parallel zu den Kanten des Halbleiterchips verlaufen. Das von der Kamera gelieferte Bild definiert zwei orthogonale Messachsen, in Bezug auf die die Schräglage des Halbleiterchips bestimmt wird. Der Halbleiterchip kann bezüglich beider Messachsen geneigt sein. Die Charakterisierung seiner Schräglage erfolgt deshalb mit zwei Winkeln α und β.
  • Wenn das Lichtgitter aus einem zweidimensionalen Netz von Linien besteht, dann können die Winkel α und β anhand der Versätze verschiedener Linien bestimmt und ihre Genauigkeit durch Mittelwertbildung vergrössert werden. Es ist aber auch möglich, die Winkel α und β anhand von nur zwei Linien zu bestimmen, die parallel oder orthogonal oder in beliebiger Orientierung zueinander verlaufen können.
  • Der für die mittlere Dicke der Klebstoffschicht ermittelte Wert wird vorzugsweise mit einem Sollwert verglichen und eine allfällige Abweichung zum Korrigieren des Bondprozesses verwendet. Dabei wird grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Bondprozessen unterschieden. Beim ersten Bondprozess, der vor allem bei sehr kleinen Halbleiterchips verwendet wird, senkt der Bondkopf des Montageautomaten den Halbleiterchip auf eine vorbestimmte Höhe H über dem Substrat ab, wobei die Höhe H auf die Höhe Hs der Oberfläche des Substrats bezogen ist. Dabei wird der Klebstoff zusammengedrückt. Bei einer allfälligen Abweichung der mittleren Dicke der Klebstoffschicht vom Sollwert wird ein Korrekturwert ΔH berechnet und der Bondkopf bei der Montage nachfolgender Halbleiterchips auf die Höhe H + ΔH abgesenkt. Beim zweiten Bondprozess platziert der Bondkopf den Halbleiterchip auf dem Substrat und drückt den Halbleiterchip während einer vorbestimmten Zeitdauer τ mit einer vorbestimmten Kraft F gegen das Substrat. Bei einer allfälligen Abweichung der Dicke der Klebstoffschicht vom Sollwert wird ein Korrekturwert Δτ und/oder ein Korrekturwert ΔF berechnet und der Bondkopf drückt bei der Montage nachfolgender Halbleiterchips den Halbleiterchip während einer geänderten Zeitdauer τ + Δτ und/oder mit einer geänderten Kraft F + ΔF gegen das Substrat.
  • Wenn einer oder beide der beiden Winkel α und β einen vorbestimmten Wert überschreitet, dann ist es empfehlenswert, die Orientierung des Bondkopfs neu zu justieren. Dies kann manuell oder automatisch erfolgen.
  • Die Erfindung lässt sich auch auf eine Einrichtung für die Verdrahtung von Halbleiterchips, einen sogenannten Wire Bonder, übertragen. Bei der Verdrahtung der Halbleiterchips bildet eine einen Draht führende Kapillare Drahtbrücken zwischen Anschlusspunkten des Halbleiterchips und zugeordneten Anschlusspunkten des Substrats. Bei der Bildung einer Drahtbrücke wird die Kapillare zunächst mit hoher Geschwindigkeit über dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips abgesenkt, kurz vor dem Auftreffen stark abgebremst und dann ab einer sogenannten Suchhöhe mit relativ geringer Geschwindigkeit weiter abgesenkt, bis die Kapillare den Halbleiterchip berührt. Da die Höhe der Anschlusspunkte des Halbleiterchips von Substrat zu Substrat variiert, ist die Suchhöhe mit einer Sicherheitsmarge so zu wählen, dass die Kapillare in keinem Fall mit zu grosser Geschwindigkeit auf den Halbleiterchip aufprallt. Mittels der oben beschriebenen Einrichtung lässt sich der lokale Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des Halbleiterchips und der Oberfläche des Substrats bestimmen. Wenn die absolute Höhe der Oberfläche des Substrats und der lokale Höhenunterschied der Oberfläche des Halbleiterchips relativ zum Substrat an drei Stellen bekannt sind, dann lässt sich daraus die absolute Höhe jedes Anschlusspunktes auf dem Halbleiterchip berechnen. Die Suchhöhe kann dann für jeden Anschlusspunkt einzeln berechnet werden, und es ist nicht mehr nötig, eine Sicherheitsmarge dazu zu addieren.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen: 1 eine Messstation für die Bestimmung der Schräglage eines auf ein Substrat gebondeten Halbleiterchips,
  • 2 in Aufsicht den Halbleiterchip und das Substrat,
  • 3 den Halbleiterchip und das Substrat im Querschnitt entlang der Linie I-I der 2,
  • 4 den Halbleiterchip und das Substrat in perspektivischer Darstellung,
  • 5 einen Bondkopf eines Montageautomaten vor dem Platzieren des Halbleiterchips auf dem Substrat, und
  • 6 Teile eines Wire Bonders vor der Verdrahtung eines Halbleiterchips.
  • Die 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Messstation für die Bestimmung der Schräglage eines auf ein Substrat 1 gebondeten Halbleiterchips 2. Der Halbleiterchips 2 ist mittels eines Klebstoffs 3 auf dem Substrat 1 befestigt. Die Messstation umfasst einen Laser 4 oder eine andere geeignete Lichtquelle und ein optisches System 5, das den vom Laser 4 (bzw. der Lichtquelle) ausgesendeten Laserstrahl in ein Lichtgitter auffächert, sowie eine Kamera 6 und Mittel 15 für die Auswertung des von der Kamera 6 gelieferten Bildes und die Bestimmung der Schräglage des Halbleiterchips 2 und/oder der mittleren Dicke der Klebstoffschicht. Das auf den Halbleiterchip 2 projizierte Lichtgitter ist in dem von der Kamera 6 gelieferten Bild als ein zweidimensionales Netz aus einzelnen Linien 7 sichtbar. Der Laser 4 ist so angeordnet, dass das von ihm ausgesendete Licht schräg auf eine Messebene 8 auftrifft, in der das Substrat 1 mit dem Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Eine einzelne Linie 7 des Lichtgitters erfährt daher an der Kante des Halbleiterchips 2 einen Versatz, dessen Ausmass vom Projektionswinkel und vom lokalen Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des Halbleiterchips 2 und der Oberfläche des Substrats 1 abhängt. Dieser Versatz wird mittels der Kamera 6 bestimmt und daraus der lokale Höhenunterschied berechnet. Damit die Teilstücke der einzelnen Linien 7 einander richtig zugeordnet werden können, ist der Abstand zwischen benachbarten Linien 7 grösser gewählt als der maximal zu erwartende Versatz.
  • Für die Charakterisierung der Schräglage des Halbleiterchips 2 wird bevorzugt ein kartesisches Koordinatensystem benutzt, dessen mit x und y bezeichnete Achsen durch die Bildachsen des von der Kamera 6 gelieferten Bildes definiert sind und vorzugsweise in etwa parallel zu den Kanten 9.1 bis 9.4 des Halbleiterchips 2 verlaufen. Die x-Achse und die y-Achse stellen zwei Messachsen der Messebene 8 dar. Die Linien des Lichtgitters sind so ausgerichtet, dass sie annähernd parallel zu den Kanten 9.1 und 9.3 bzw. 9.2 und 9.4 des Halbleiterchips 2 und somit auch zu den beiden Messachsen verlaufen, sofern der Halbleiterchip 2 keine Schräglage aufweist. Die Schräglage des Halbleiterchips 2 ist charakterisiert durch die Angabe von zwei Winkeln α und β, wobei der erste Winkel α die Schräglage bezüglich der x-Achse und der zweite Winkel β die Schräglage bezüglich der y-Achse beschreibt. Der Winkel α bezeichnet also den Neigungswinkel der Oberfläche des Halbleiterchips 2 zur x-Achse bzw. den Grad der Drehung um die y-Achse. Analog bezeichnet der Winkel β den Neigungswinkel der Oberfläche des Halbleiterchips 2 zur y-Achse bzw. den Grad der Drehung um die x-Achse. Damit bei diesem Ausführungsbeispiel beide Winkel α und β anhand des vom einzigen Laser 4 ausgesendeten Lichts bestimmt werden können, muss das Licht sowohl bezüglich der x-Achse wie auch bezüglich der y-Achse schräg auf die Messebene fallen. Dies wird erreicht, wenn der Laser nicht direkt oberhalb des Halbleiterchips 2, sondern in vertikaler Hinsicht seitlich versetzt zum Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Die Bestimmung des Winkels α wird nun anhand der 2 und 3 erläutert.
  • Die 2 zeigt in Aufsicht den Halbleiterchip 2 und das Substrat 1, sowie eine erste Linie 7.1 und eine zweite Linie 7.2 des Lichtgitters, wie sie in dem von der Kamera 6 (1) gelieferten Bild sichtbar sind. (Weitere Linien des Lichtgitters wurden der Übersichtlichkeit wegen weggelassen). Weil das Licht des Lichtgitters schräg auf den Halbleiterchip 2 bzw. das Substrat 1 auftrifft, erfährt die Linie 7.1 an den Kanten 9.1 und 9.3 des Halbleiterchips 2 am Ort P1 = (x1, y1) einen ersten Versatz dy(x1, y1) und am Ort P2 = (x2, y1) einen zweiten Versatz dy(x2, y1). Die Linie 7.1 des Lichtgitters besteht deshalb aus drei Teilstücken 10, 11 und 12. Die beiden Versätze dy(x1, y1) und dy(x2, y1) sind die entlang der Kante 9.1 bzw. 9.3 des Halbleiterchips 2 in y-Richtung gemessenen Abstände zwischen den beiden Teilstücken 10 und 11 bzw. 11 und 12. (Wenn wie im Beispiel der Halbleiterchip 2 bezüglich beider Messachsen (x-Achse und y-Achse) geneigt ist, dann verläuft das Teilstück 11 nicht parallel zu den Kanten 9.2 und 9.4 des Halbleiterchips 2.) Die Koordinaten (x1, y1) und (x2, y1) bezeichnen die Orte P1 und P2, wo sich das Teilstück 11 und die Kante 9.1 bzw. das Teilstück 11 und die Kante 9.3 schneiden. Aus dem Versatz dy(x1, y1) zwischen den beiden Teilstücken 10 und 11 lässt sich der lokale Höhenunterschied dy(x1, y1) am Punkt P1 berechnen. Aus dem Versatz dy(x2, y1) zwischen den beiden Teilstücken 11 und 12 lässt sich der lokale Höhenunterschied dz(x2, y1) am Punkt P2 berechnen. Dies wird anhand der 3 erläutert.
  • Die 3 zeigt im Schnitt entlang der Linie I-I der 2 den Halbleiterchip 2. Die Dicke der Klebstoffschicht ist ungleichmässig, d.h. der Halbleiterchip 2 weist eine Schräglage auf. Die Linie 13 zeigt den Laserstrahl, der die Linie 7.1 (2) erzeugt. Der Laserstrahl schliesst mit der Messebene 8 und bezogen auf die y-Achse und somit mit der Oberfläche des Substrats 1 den Projektionswinkel φ ein. Die Teilstücke 10 und 11 sind in der Zeichnung als Punkte 10' und 11' dargestellt. Der Höhenunterschied dz(x1, y1) am Ort P1 berechnet sich aus dem ersten Versatz dy(x1, y1) zu dz(x1, y1) = dy(x1, y1)·tan φ (1)
  • Auf analoge Weise lässt sich aus dem zweiten Versatz dy(x2, y1) zwischen den beiden Teilstücken 11 und 12 der Höhenunterschied dz(x2, y1) berechnen zu dz(x2, y1) = dy(x2, y1)·tan φ (2)
  • Der Winkel α ergibt sich zu
    Figure 00050001
  • Die Versätze dy(x1, y1) und dy(x2, y1) sowie die Distanz (x2-x1) zwischen den beiden Punkten P1 und P2 werden aus dem von der Kamera 6 gelieferten Bild bestimmt. Die Gleichungen (1) bis (3) gelten für den Fall, dass die optische Achse 14 der Kamera 6 senkrecht zur Oberfläche der Messebene 8 verläuft und dass die Linien 7 des Lichtgitters parallel zu den Messachsen der Kamera 6, d.h. hier parallel zur x-Achse bzw. y-Achse verlaufen. Ansonsten und insbesondere wenn die optische Achse der Kamera 6 einen von 90° verschiedenen Winkel mit der Messebene einschliesst, müssen die Gleichungen (1) bis (3) modifiziert werden.
  • Die gleichen Überlegungen gelten für die Linie 7.2. Der Winkel α kann nämlich auch anhand der beiden Versätze der Linie 7.2 bestimmt werden. So ist es möglich, eine Anzahl von n verschiedenen Linien des Lichtgitters zu verwenden, um den Winkel α als Mittelwert der aus den n verschiedenen Linien ermittelten Winkel α1 bis αn mit grösserer Genauigkeit zu erhalten.
  • Der Winkel β lässt sich auf analoge Weise ermitteln aus den Versätzen der Linien des Lichtgitters, die parallel zur y-Achse und somit parallel zu den Kanten 9.2 und 9.4 des Halbleiterchips 2 verlaufen. Die Gleichungen lauten dz(x3, y3) = dx(x3, y3)·tan θ (4) dz(x3, y4) = dx(x3, y4)·tan θ (5)
    Figure 00060001
    wobei dz(x3, y3) und dz(x3, y4) den lokalen Höhenunterschied an denjenigen Punkten P3 = (x3, y3) und P4 = (x3, y4) bezeichnen, wo sich die Kanten 9.2 und 9.4 mit der zugehörigen Linie des Lichtgitters schneiden, wobei dx(x3, y3) und dx(x3, y4) die entsprechenden, in x-Richtung gemessenen Versätze bezeichnen, wobei y4-y3 den Abstand der beiden Kanten 9.2 und 9.4 bezeichnet und wobei der Winkel θ den Projektionswinkel des Lichtgitters bezüglich der x-Achse bezeichnet.
  • Die Messgenauigkeit lässt sich wiederum erhöhen, wenn der Winkel β anhand einer Vielzahl von Linien bestimmt und dann ein Durchschnittswert berechnet wird.
  • Zusätzlich zu der durch die Winkel α und β charakterisierten Schräglage des Halbleiterchips 2 lässt sich die Dicke der Klebstoffschicht bestimmen, sofern die Dicke des Halbleiterchips 2 bekannt ist. Wenn die Dicke der Klebstoffschicht unter den vier Ecken des Halbleiterchips 2 anhand des Höhenunterschiedes beim Punkt P1, der Dicke des Halbleiterchips 2, der Entfernung der vier Ecken vom Punkt P1 und den ermittelten Winkeln α und β berechnet wird, dann ergeben sich daraus die minimale Dicke und die maximale Dicke der Klebstoffschicht, sowie eine mittlere Dicke der Klebstoffschicht.
  • Die 4 zeigt den auf dem Substrat 1 montierten Halbleiterchip 2 in perspektivischer Darstellung. Der Halbleiterchip 2 weist eine Schräglage auf, die durch die beiden Winkel α und β charakterisiert ist. In der 4 sind drei Höhenunterschiede dz(x5, y5), dz(x6, y6) und dz(x7, y7) eingezeichnet. Diese Höhenunterschiede sind beispielsweise mittels des anhand der 2 und 3 beschriebenen Verfahrens aufgrund der Versätze bestimmt worden, die die Linien 7.1 und 7.2 an den Kanten 9.1 und 9.3 des Halbleiterchips 2 erfahren. Wie jeder Fachmann weiss, können die Winkel α und β mittels herkömmlicher Geometrie aus den Höhenunterschieden dz(x5, y5), dz(x6, y6) und dz(x7, y7) berechnet werden. Wenn y7 = y6 ist, dann gilt:
    Figure 00060002
  • Wie dieses Ausführungsbeispiel zeigt, sind für die Bestimmung der beiden Winkel α und β im Minimum nur zwei Linien des Lichtgitters nötig, wobei die zwei Linien beliebig zueinander orientiert sein können. D.h. die beiden Linien können parallel zueinander verlaufen oder sie können orthogonal zueinander verlaufen oder sie können unter einem beliebigen Winkel schräg zueinander verlaufen. Bevorzugt verlaufen die Linien parallel zu den Kanten des Halbleiterchips, da die nötigen Berechnungen dann am einfachsten sind. Wenn die beiden Linien parallel zueinander verlaufen, dann genügt es, wenn das Licht nur bezüglich der x-Achse oder der y-Achse schräg auf das Substrat 1 auftrifft. D.h. die Lichtquelle ist dann nur bezüglich der x-Achse bzw. der y-Achse seitlich versetzt oberhalb des Halbleiterchips 2 anzuordnen.
  • Aus einem beliebigen der drei Höhenunterschiede dz(x5, y5), dz(x6, y6) oder dz(x7, y7) und den Winkeln α und β können die Höhenunterschiede an den vier Ecken des Halbleiterchips 2 berechnet und somit, wenn die Dicke des Halbleiterchips bekannt ist, eine die Dicke der Klebstoffschicht charakterisierende Grösse wie z. B. die minimale, maximale und/oder mittlere Dicke der Klebstoffschicht berechnet werden.
  • Die Messstation eignet sich insbesondere für die Verwendung auf einem Montageautomaten für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, einem sogenannten Die Bonder, um die mittlere Dicke der Klebstoffschicht zu bestimmen und eine allfällige Schräglage der gebondeten Halbleiterchips bezüglich zweier Messachsen zu erkennen. Der gemessene Wert für die mittlere Dicke der Klebstoffschicht wird vorzugsweise benutzt, um die Parameter des Bondprozesses automatisch anzupassen. Falls das Mass der Schräglage einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst und/oder der Die Bonder angehalten, damit die Lage des Bondkopfes von einem Operateur neu justiert werden kann. Die Bonder sind in der Fachwelt bekannte Automaten. Ein Die Bonder der Anmelderin ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 923111 bekannt.
  • Wie in der Einleitung bereits erwähnt, wird bei einer ersten Kategorie von Bondprozessen der Halbleiterchip 2 vom Bondkopf 16 des Montageautomaten auf eine vorbestimmte Höhe H über dem Substrat 1 abgesenkt, wobei die Höhe H auf die Oberfläche des Substrats 1 bezogen ist. Die 5 illustriert dies. Die Höhe Hs der Oberfläche des Substrats 1 wird mittels einer hier nicht beschriebenen Einrichtung gemessen. Eine geeignete Einrichtung ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung Nr. 04103089.1 beschrieben. Die Oberfläche des Substrats 1 bildet die durch zwei Messachsen aufgespannte Messebene. Die von der Lichtquelle 21 abgestrahlten Linien des Lichtgitters treffen unter einem vorbestimmten Projektionswinkel schräg auf das Substrat 1 auf, so dass die auf den Halbleiterchip 2 auftreffenden Linien des Lichtgitters an mindestens zwei Kanten des Halbleiterchips 2 jeweils einen Versatz erfahren. Die Auswertung des von der Kamera 6 gelieferten Bildes und die Berechnung der Schräglage erfolgen in einer Bildverarbeitungseinheit 17, wobei die Bildverarbeitungseinheit 17 ein separates Modul ist oder ein Teil des Computers des Montageautomaten ist.
  • Der Bondkopf wird auf die Höhe Hc abgesenkt, die gegeben ist durch Hc = Hs + H + ΔH,wobei ΔH ein Korrekturwert ist, der zu Beginn der Produktion gleich Null gesetzt wird.
  • Sobald der Bondprozess abgeschlossen und der Bondkopf 16 weggefahren ist, wird die mittlere Dicke D der Klebstoffschicht bestimmt, wie dies anhand der 1 bis 4 erläutert wurde. Aus der Differenz D-Ds der mittleren Dicke D und einem Sollwert Ds für die mittlere Dicke wird ein Korrekturwert ΔH1 berechnet zu ΔH1 = –(D-Ds). Der für die effektive Korrektur des Bondprozesses einzusetzende Wert ΔH wird mittels bekannter statistischer Methoden aus während des Bondens aufeinander folgender Halbleiterchips laufend ermittelten Werten ΔH1 berechnet. Der Wert ΔH ist also ein gemittelter Wert, so dass eine einzelne Messung nur einen beschränkten Einfluss hat.
  • Bei einer zweiten Kategorie von Bondprozessen erfolgt die Montage des Halbleiterchips, indem der Halbleiterchip während einer vorbestimmten Bondzeit τ mit einer vorbestimmten Bondkraft F gegen das Substrat gedrückt wird. Dabei wird der zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat vorhandene Klebstoff zusammengedrückt und verformt, wobei sich eine gleichmässige, von Lufteinschlüssen freie Klebstoffschicht bildet. Sobald der Bondprozess abgeschlossen und der Bondkopf weggefahren ist, wird die mittlere Dicke D der Klebstoffschicht bestimmt. Aus der Differenz D-Ds der mittleren Dicke D und einem Sollwert Ds für die mittlere Dicke wird entweder ein Korrekturwert Δτ1 und/oder ein Korrekturwert ΔF1 berechnet. Aus an mehreren nacheinander montierten Halbleiterchips ermittelten Einzelwerten Δτ1 bzw. ΔF1 werden wie beim vorhergehenden Beispiel mittels statistischer Methoden gemittelte Korrekturwerte Δτ und ΔF ermittelt. Die gemittelten Korrekturwerte Δτ und ΔF werden benutzt, um entweder die Bondzeit τ oder die Bondkraft F oder die Bondzeit τ und die Bondkraft F zu verändern.
  • Die Messstation eignet sich aber auch zur Verwendung auf einem Montageautomaten für die Verdrahtung von Halbleiterchips, einem sogenannten Wire Bonder, um eine allfällige Schräglage der gebondeten Halbleiterchips bezüglich zweier orthogonaler Messachsen zu erkennen und die als z-Höhe bezeichnete Höhe jedes Anschlusspunktes (Pad), auf den ein Draht gebondet werden soll, über dem Substrat aus den Messwerten zu berechnen. Die genaue Kenntnis der z-Höhe der einzelnen Anschlusspunkte ermöglicht es, die Kapillare mit grösstmöglicher Geschwindigkeit auf jeden einzelnen Anschlusspunkt abzusenken und somit die Zeit für einen Bondzyklus zu reduzieren. Wire Bonder sind in der Fachwelt bekannte Automaten. Ein Wire Bonder der Anmelderin ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 1098356 bekannt. Die 6 zeigt die für das Verständnis der Erfindung nötigen Teile eines Wire Bonders schematisch und im Schnitt. Der Bondkopf 16 ist aus Gründen der zeichnerischen Klarheit im Vergleich zum Substrat 1 und dem Halbleiterchip 2 viel zu klein dargestellt. Zur Illustration ist der auf dem Substrat 1 montierte Halbleiterchip 2 mit einer den zulässigen Grenzwert weit übersteigenden Schräglage dargestellt. Der Wire Bonder umfasst eine heizbare Auflage 18 für das Substrat 1, eine Niederhaltevorrichtung 19 zum Niederhalten der Anschlussfinger des Substrats 1 gegen die Auflage 18 und einen Bondkopf 16, der die den Draht führende Kapillare 20 im Raum bewegt, sowie eine Kamera 6 für die Vermessung der Lage der Anschlusspunkte des Substrats 1 und des Halbleiterchips 2. Die Kamera 6 ist in der Regel am Bondkopf 16 befestigt. Am Bondkopf 16 ist zusätzlich eine Lichtquelle 21 befestigt, die das für die Messung erforderliche Lichtgitter erzeugt. Bei diesem Beispiel sind nur zwei Anschlusspunkte 22.1, 22.2 auf dem Halbleiterchip 2 und zwei Anschlusspunkte 23.1, 23.2 des Substrats 1 vorhanden. Die Höhe der Anschlusspunkte ist als z-Höhe bezeichnet. Die Verdrahtung des Halbleiterchips 2 mit dem Substrat 1 erfolgt gemäss den folgenden Schritten:
    • – Niederhalten des Substrats 1,
    • – Einschalten der Lichtquelle 21, um ein aus mindestens zwei Linien bestehendes Lichtgitter auf das Substrat 1 zu projizieren. Die Oberfläche des Substrats 1 bildet die durch zwei Messachsen aufgespannte Messebene. Die von der Lichtquelle 21 abgestrahlten Linien des Lichtgitters treffen unter einem vorbestimmten Projektionswinkel schräg auf das Substrat 1 auf, so dass die auf den Halbleiterchip 2 auftreffenden Linien des Lichtgitters an mindestens zwei Kanten des Halbleiterchips 2 jeweils einen Versatz erfahren,
    • – Aufnahme eines Bildes des Halbleiterchips 2 und der den Halbleiterchip 2 umgebenden Teile des Substrats 1,
    • – Berechnung der z-Höhe Hτ,1 bzw. Hτ,2 der Anschlusspunkte 22.1, 22.2 des Halbleiterchips 2 relativ zur Oberfläche des Substrats 1 anhand von mindestens drei Versätzen, den die Linien des Lichtgitters an den mindestens zwei Kanten des Halbleiterchips 2 erfahren,
    • – vorzugsweise, und sofern noch nicht bekannt: Bestimmung der z-Höhe Hs des Substrats 1, und
    • – Berechnung einer individuellen Suchhöhe HR,1 bzw. HR,2 für jeden der Anschlusspunkte 22.1, 22.2 des Halbleiterchips 2, und
    • – Verdrahtung der ersten Anschlusspunkte 22.1, 22.2 auf dem Halbleiterchip 2 mit den zweiten Anschlusspunkten 23.1, 23.2 auf dem Substrat 1 unter Berücksichtigung der individuellen Suchhöhe HR,1 bzw. HR,2 jedes Anschlusspunkts 22.1, 22.2 des Halbleiterchips 2.
  • Die individuelle Suchhöhe ergibt sich aus der z-Höhe durch Addition eines vorbestimmten, konstanten Wertes h: HR,1 = Hτ,1 + h und HR,2 = Hτ,2 + h.
  • Die Erfindung ermöglicht es, dass die Kapillare 20 mit maximaler Geschwindigkeit auf die individuelle Suchhöhe HR des jeweiligen Anschlusspunkts 22.1 bzw. 22.2 des Halbleiterchips 2 abgesenkt werden kann. Die Distanz von der individuellen Suchhöhe HR bis zum Anschlusspunkt ist somit unabhängig von der Schräglage des Halbleiterchips 2 immer gleich gross. Die Konstante h wird angepasst an die dynamischen Eigenschaften des Wire Bonders so klein wie möglich gewählt. Als Vorteil ergibt sich eine kürzere Zykluszeit und somit ein höherer Durchsatz des Wire Bonders.

Claims (7)

  1. Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips (2) auf einem Substrat (1), wobei zwischen dem Substrat (1) und dem Halbleiterchip (2) eine Klebstoffschicht gebildet wird, gekennzeichnet durch – eine Kamera (6), in deren Bild der Halbleiterchip (2) und den Halbleiterchip (2) umgebende Teile des Substrats (1) sichtbar sind, – eine Lichtquelle für die Erzeugung und Projektion eines aus mindestens zwei Linien (7) bestehenden Lichtgitters auf das Substrat (1), wobei die Linien (7) des Lichtgitters unter einem vorbestimmten Projektionswinkel (φ) schräg auf das Substrat (1) auftreffen, damit die auf den Halbleiterchip (2) auftreffenden Linien (7) des Lichtgitters an wenigstens zwei Kanten (9.19.4) des Halbleiterchips (2) jeweils einen Versatz erfahren, und – eine Bildverarbeitungseinheit (17), um aus dem von der Kamera (6) gelieferten Bild anhand von mindestens drei Versätzen mindestens einen die Klebstoffschicht charakterisierenden Parameter zu berechnen.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine die Klebstoffschicht charakterisierende Parameter die mittlere Dicke der Klebstoffschicht ist.
  3. Einrichtung für die Verdrahtung eines auf einem Substrat (1) montierten Halbleiterchips (2), mit einer Kamera (6), in deren Bild der Halbleiterchip (2) und den Halbleiterchip (2) umgebende Teile des Substrats (1) sichtbar sind, gekennzeichnet durch – eine Lichtquelle für die Erzeugung und Projektion eines aus mindestens zwei Linien (7) bestehenden Lichtgitters auf das Substrat (1), wobei die Linien (7) des Lichtgitters unter einem vorbestimmten Projektionswinkel (φ) schräg auf das Substrat (1) auftreffen, damit die auf den Halbleiterchip (2) auftreffenden Linien (7) des Lichtgitters an wenigstens zwei Kanten (9.19.4) des Halbleiterchips (2) jeweils einen Versatz erfahren, und – eine Bildverarbeitungseinheit (17), um aus dem von der Kamera (6) gelieferten Bild anhand von mindestens drei Versätzen die individuelle Höhe jedes Anschlusspunktes (22.1, 22.2) des Halbleiterchips (2) zu berechnen.
  4. Verfahren für die Montage eines Halbleiterchips (2) auf einem Substrat (1), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Parameter bestimmt wird, der eine Klebstoffschicht charakterisiert, die zwischen einem Substrat (1) und einem auf dem Substrat (1) montierten Halbleiterchip (2) gebildet ist, gemäss den folgenden Schritten: – Projektion eines aus mindestens zwei Linien (7) bestehenden Lichtgitters auf das Substrat (1) mit dem Halbleiterchip (2), wobei die Linien (7) des Lichtgitters schräg auf das Substrat (1) auftreffen, damit die auf den Halbleiterchip (2) auftreffenden Linien (7) des Lichtgitters an mindestens zwei Kanten (9.19.4) des Halbleiterchips (2) jeweils einen Versatz erfahren, – Aufnahme eines Bildes des Halbleiterchips (2) und der den Halbleiterchip (2) umgebenden Teile des Substrats (1), und – Berechnung des mindestens einen Parameters anhand von mindestens drei Versätzen, den die Linien (7) des Lichtgitters an den mindestens zwei Kanten (9.19.4) des Halbleiterchips (2) erfahren.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ein Bondkopf (16) den Halbleiterchip (2) auf eine vorbestimmte Höhe H über dem Substrat (1) absenkt, wobei die vorbestimmte Höhe H vom Sollwert des mindestens einen Parameters abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer allfälligen Abweichung des mindestens einen Parameters vom Sollwert ein Korrekturwert ΔH berechnet wird und dass der Bondkopf (16) bei der Montage nachfolgender Halbleiterchips auf die Höhe H + ΔH abgesenkt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ein Bondkopf (16) den Halbleiterchip (2) auf dem Substrat (1) platziert und während einer vorbestimmten Zeitdauer τ mit einer vorbestimmten Kraft F gegen das Substrat (1) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer allfälligen Abweichung des mindestens einen Parameters von einem Sollwert ein Korrekturwert Δτ und/oder ein Korrekturwert ΔF berechnet wird und dass der Bondkopf (16) bei der Montage nachfolgender Halbleiterchips den Halbleiterchip (2) während einer geänderten Zeitdauer τ + Δτ und/oder mit einer geänderten Kraft F + ΔF gegen das Substrat (1) drückt.
  7. Verfahren für die Verdrahtung eines auf einem Substrat (1) montierten Halbleiterchips (2), wobei erste Anschlusspunkte (22.1, 22.2) auf dem Halbleiterchip (2) mit zweiten Anschlusspunkten (23.1, 23.2) auf dem Substrat (1) mittels eines Drahtes verbunden werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Projektion eines aus mindestens zwei Linien (7) bestehenden Lichtgitters auf das Substrat (1) mit dem Halbleiterchip (2), wobei die Linien (7) des Lichtgitters schräg auf das Substrat (1) auftreffen, damit die auf den Halbleiterchip (2) auftreffenden Linien (7) des Lichtgitters an mindestens zwei Kanten (9.19.4) des Halbleiterchips (2) jeweils einen Versatz erfahren, – Aufnahme eines Bildes des Halbleiterchips (2) und der den Halbleiterchip (2) umgebenden Teile des Substrats (1), – Berechnung einer individuellen Höhe jedes Anschlusspunkts (22.1, 22.2) des Halbleiterchips (2) anhand von mindestens drei Versätzen, den die Linien (7) des Lichtgitters an den mindestens zwei Kanten (9.19.4) des Halbleiterchips (2) erfahren, und – Verdrahtung der ersten Anschlusspunkte (22.1, 22.2) auf dem Halbleiterchip (2) mit den zweiten Anschlusspunkten (23.1, 23.2) auf dem Substrat (1) unter Berücksichtigung der individuellen Höhe der Anschlusspunkte (22.1, 22.2) des Halbleiterchips (2).
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