[发明专利]用于定位键合工具的视觉系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的装配，尤其是涉及用于半导体装配的键合工具的位置偏差的确定和该偏差的修正。 

背景技术

键合工具，如晶粒键合机的键合头的三维定位直接影响键合质量。对于晶粒键合头，在晶粒键合操作过程中其位置影响晶粒的放置精度，和已键合晶粒下方的黏合剂(adhesive)的键合线厚度(bondline thickness)。所以，键合工具的水平和垂直位置的精确控制是极其重要的。不幸的是，在键合操作过程中，由于外部因素如热膨胀的原因，键合过程中键合头的三维位置在不同的工作条件下将会变化。 

在现有技术中，一些方法被利用来解决这个问题。其中一个方法是在键合工具附近安装温度感测器，但是当机器经过一段时间停机再重新启动键合操作时，测量出的温度通常和键合工具的位置没有良好关联。 

另一种类型的定位控制方法描述在专利号为5,909,837、发明名称为“无接触键合工具加热器”的美国专利中，该专利教导了在键合工具对面使用发热的加热元件，该加热元件和键合工具的端部并置并隔开。该加热元件用来将键合工具保持在特定的温度范围内，并通过估计由于键合工具离开其加热元件而延展的时间和长度所引起的键合工具的冷却量，进行一些努力来计算补偿因素。而且，由于键合工具自身的温度没有被监测，并且当键合工具从该加热元件被延展时不能得到精确地控制，所以这种方法是不准确的。 

还有另一种方法公开于专利号为6,555,401、发明名称为“通过测量导线键合的特征进行控制键合处理品质的方法”的美国专利中。在这种方法中，在键合装配以前得到键合盘的第一图像，以寻找键合盘的中心，在获得已键合后的材料的第二图像以前命令键合工具将材料键合到键合盘的中心。键合后的材料和键合盘中心的座标相比较以计算目前的任何偏差，该偏差然后能被修正。这种方法的缺点是它不能测量键合工具的垂直位置，因为从所获得的第二图像上仅仅能够观察到该材料的水平偏差。

由于所述的现有定位控制方法的缺陷，在键合操作过程中实时精确地监测键合工具的位置偏差并将其修正的难题仍然没有得到解决。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种视觉系统(vision system)来测量和修正在键合操作过程中键合工具的三维位置，其是精确的且避免了现有技术中部分的前述不足。 

于是，本发明一方面提供一种用于在键合操作过程中修正键合工具的位置偏差的装置，该装置包含有：设置在键合工具上的第一基准标记和第二基准标记，第二基准标记和第一基准标记相互隔开，其中当第一基准标记和第二基准标记在参考位置处被照射时，自第一基准标记发出第一成像路径(imaging path)，而自第二基准标记发出第二成像路径；光学系统，其沿着第一成像路径和第二成像路径设置，该光学系统用来观察第一基准标记和第二基准标记的图像；第一反射面，用来朝向光学系统反射来自第一基准标记的第一光学路径；第二反射面，用来朝向光学系统反射来自第二基准标记的第二光学路径；以及处理器，其用第一基准标记和第二基准标记的图像计算键合工具的当前位置，并将当前位置和期望位置相比较，以便于通过移动键合工具到期望位置而将键合工具的位置偏差修正。 

本发明另一方面提供一种用于在键合操作过程中修正键合工具的位置偏差的方法，该方法包含有以下步骤：将键合工具定位在参考位置处，该键合工具包含有设置在键合工具上的第一基准标记和第二基准标记，第二基准标记和第一基准标记相互隔开；照射第一基准标记和第二基准标记，以便于自第一基准标记发出第一成像路径，而自第二基准标记发出第二成像路径；沿着第一成像路径和第二成像路径 设置光学系统，以便于该光学系统观察第一基准标记和第二基准标记的图像；使用第一反射面朝向光学系统反射来自第一基准标记的第一光学路径；使用第二反射面朝向光学系统反射来自第二基准标记的第二光学路径；使用处理器从图像中计算键合工具的当前位置，并将键合工具的当前位置和期望位置相比较；其后移动键合工具到期望位置，以将位置偏差修正。 

参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。 

附图说明

根据本发明所述的用于确定键合工具的位置偏差以便于修正该位置偏差的装置和方法的实例现将参考附图加以详细描述，其中： 

图1是用于确定和修正键合工具的位置偏差的装置的概略配置的立体示意图。 

图2是图1所示装置的概略配置的俯视示意图。