[发明专利]芯片与基板对位及精调平的显微激光系统

说明书

本发明公开了一种芯片与基板对位及精调平的显微激光系统，解决了如何将激光精定位与显微光学系统结合在一起实现键合精定位的问题。本发明是通过带有同轴光源的显微成像相机所发出的同轴光线分别经过芯片靶标反射镜和基板靶标反射镜反射后，返回到显微成像相机中成像，来实现芯片和基板的对位；用同一光路系统通过双路激光器分别在芯片上的三个靶标反射镜上形成三个定位激光点，从而获得芯片所在水平平面的准确位置，用同一光路系统通过双路激光器分别在基板上的三个靶标反射镜上形成三个定位激光点，从而获得基板所在水平平面的准确位置，从而完成对两个平面平行度的准确调整。

技术领域

本发明涉及一种大规模集成电路器件制造设备，特别涉及一种用于芯片倒装的键合工艺设备中的芯片与基板对位及精调平的显微激光系统。

背景技术

芯片倒装焊接设备主要用于大规模集成电路器件制造的倒装焊接工艺，完成芯片与基板的直接互连键合，使封装具有更优越的高频、低延迟、低串扰的电路特性，能有效提高电路、部件或系统的组装互连的可靠性；倒装焊接设备主要有三部分组成：第一部分是设置在大理石基准平台上的读出电路基板放置台，读出电路基板放置台可沿X方向的位置调整、沿Y方向的位置调整、沿与X方向和Y方向所组成的平面垂直的θ轴旋转调整；第二部分是设置在大理石基准平台正上方的Z向升降臂机构，在Z向升降臂机构的下端设置有俯仰和偏摆平台，在俯仰和偏摆平台上设置有芯片吸盘，Z向升降臂机构的主要功能是通过下压实现芯片与基板的键合，在键合前，通过俯仰和偏摆的调整实现芯片吸盘与基板吸盘的调平；第三部分是光学系统，光学系统是设置在读出电路基板放置台与Z向升降臂机构之间的，该光学系统主要承担芯片与基板是否对位到位，以及芯片与基板键合的平行度检测；被键合的读出电路基板是放置在XYθ定位平台上的，被键合的芯片是吸附在俯仰和偏摆平台上的，通过调整控制XYθ定位平台的位置，使键合芯片与读出电路基板对位到位，通过调整俯仰和偏摆平台，使读出电路基板与被键合的芯片满足键合的平行度要求，当对位和平行度调整完毕后，Z向升降臂下压，将被键合的芯片与读出电路基板压接键合在一起，从而完成芯片的倒装键合工艺过程。

现有的键合工艺设备设置有光学系统，在光学系统中分别设置有显微系统和激光系统；通过光学系统中的激光系统，对被键合芯片的吸附吸盘与放置读出电路基板的吸盘的平行度进行测定，根据两吸盘的平行度测定结果，通过调整俯仰和偏摆平台，使两吸盘的平行度达到设计的键合平行度的要求；然后，将预键合芯片吸附到芯片吸附吸盘上，将读出电路基板放置到带有反射镜面的读出电路基板吸盘上，启动显微系统，将被吸附在芯片吸附吸盘上的芯片与吸附在基板吸盘上的读出电路基板进行对位，对位完成后，再将Z向升降臂下压，将芯片与读出电路基板通过压接，键合在一起；现有的光学系统，仅仅是完成了芯片吸附吸盘与读出电路基板吸盘的平行度检测和调整，而不是对被键合的芯片与读出电路基板两键合体的平行度测定与调整，存在芯片与基板键合时，两键合体之间的平行度不能保证符合设计要求的问题，直接影响到了键合完成后电路板的工作性能；另外，现有设备的光学系统中的激光系统和显微系统是分别独立设置的，存在光学系统占用空间大的缺陷。

现场操作步骤是：读出电路基板是放置在下方的XYθ定位平台上的，被键合的芯片是被吸附在上方的俯仰偏摆平台上的，先进行芯片与基板的准确对位；然后，通过控制俯仰偏摆平台，使读出电路基板与被键合的芯片平行，最后，Z向升降臂将俯仰偏摆平台下压，将被键合的芯片与读出电路基板，通过压接键合在一起，从而完成芯片的倒装键合工艺；现有的调平手段是通过自适应方式进行两吸盘的平行度调整的，即预先将芯片吸盘下压到基板吸盘上进行找平设定，根据找平设定的记忆，来完成两吸盘的平行度调整，这种仅靠记忆支撑的调平方式，经常造成两吸盘平行度在未达到设计要求的情况下进行了器件的键合，导致键合产品质量低，废品率高。

在键合前，先要对芯片与基板进行对位调整，以保证芯片和基板上预键合位置的重合，使芯片准确倒装键合在一起，由于现有技术仅仅是将芯片吸盘与基板吸盘的平行度调整到位，未对芯片和基板本身进行平行度调整，更没有精定位调平到芯片上的定位点和基板上的定位点上，如何将激光精定位与显微光学系统结合在一起，即可减少光学系统占用较少的空间，又可实现键合的精定位，是现场需要解决的现实问题。