缺失晶粒的检测.pdf

在夹体组件的区域是否存在目标物体的显示是通过监控该区域反射的光线获得的。反射光线的利用使得物体存在的检测成为可能，尤其是透明物体。在用于决定蓝宝石晶粒是否存在于晶粒处理夹体组件的较佳的装置中，光源的光线被校准或者聚焦成为狭窄的光束，并且被导引通过分光器于夹体组件的目标位置。从该晶粒表面反射的光由分光器进一步反射到光感测器。在运送键合位置的晶粒的途中，当夹体经过暗背景上方时该反射光线被测量；而在尝试放置该晶粒于该键合位置后返回的时候，该反射光线再一次被测量。在前次测量中该晶粒存在的测定和在后次测量中该晶粒缺失的测定，表明在键合位置晶粒放置良好。

1、  一种用于在夹体组件的区域检测目标物体存在与否的装置，该装置包括：光源，用于至少照射该区域的局部；光检测器，用于接收该光源的至少部分光线，此时该光线由位于该区域的目标物体反射。

2、  如权利要求1所述的装置，该装置用来检测该区域目标物体的存在，此时该目标物体主要以预定的方向呈现表面，其中所述的照射是基本垂直于所述的方向而入射在该区域的所述局部。

3、  如权利要求1所述的装置，该装置还包含有分光器，其中所述光源的光线穿过该分光器以照射在该区域的所述局部，通过该目标物体反射的所述光线由该分光器向该光检测器进一步反射。

4、  如权利要求1所述的装置，其中分光器从所述的光源向所述区域的所述局部反射光线，并且由目标物体反射的所述光线穿越该分光器到该光检测器。

5、  如权利要求1所述的装置，其中该光检测器是摄像传感器。

6、  如权利要求1所述的装置，其中该光检测器是能量传感器。

7、  如权利要求1所述的装置，其中该光线是可见光辐射。

8、  如权利要求1所述的装置，其中该光源发出的光线被校准或者聚焦成为光束，以照射在该区域的所述局部。

9、  如权利要求8所述的装置，其中该照射光束在该区域的所述局部的宽度大约在0.02到0.5mm之间。

10、  如权利要求1所述的装置，其中该照射光线的光源和该光检测器二者均在该区域的一侧。

11、  如权利要求10所述的装置，该装置包含有暗背景，其设置于该区域的相对的另一侧。

12、  如权利要求1所述的装置，其中该目标物体是基本透明的。

13、  如权利要求12所述的装置，其中该目标物体具有不等于1的折射率。

14、  如权利要求13所述的装置，其中该折射率约为1.55。

15、  如权利要求1所述的装置，其中该光源和光检测器中的一个或者两个远离该夹体组件设置。

16、  如权利要求15所述的装置，该装置包含有在该光源和光检测器的一个或两个和该夹体组件之间导引光线的设备，该设备选自下述组群：光纤、镜面和光导杆。

17、  一种晶粒处理设备，其包含有：夹体组件，用于固定晶粒；前述任一权利要求所述的装置，其中该目标物体为晶粒。

18、  一种用于在夹体组件的区域检测目标物体存在与否的方法，该方法包括以下步骤：
(a)至少照射该区域的局部；
(b)设置光检测器，以至少接收该照射光线的部分，此时该照射光线由位于该区域的目标物体反射；以及
(c)检测所述的照射光线，该照射光线由所述的目标物体所反射和由所述的检测器所接收。

19、  如权利要求18所述的方法，当该目标物体主要以预定的方向呈现表面时，该方法测定该区域目标物体的存在，其中所述的照射光线是基本垂直于所述方向而入射在该区域的所述局部。

20、  如权利要求18所述的方法，该方法还包含有下述步骤：
(d)将所述的照射光线穿过分光器以照射在该区域的所述局部；以及
(e)通过该目标物体反射的所述光线，由该分光器向该光检测器进一步反射。

21、  如权利要求18所述的方法，该方法还包含有下述步骤：
(f)通过分光器从光源向该区域的所述局部反射所述的照射光线，以及
(g)将由目标物体反射的所述光线穿越该分光器到该光检测器。

22、  如权利要求18所述的方法，其中该光检测器是摄像传感器。

23、  如权利要求18所述的方法，其中该光检测器是能量传感器。

24、  如权利要求18所述的方法，其中该光线是可见光辐射。

25、  如权利要求18所述的方法，该方法还包含有下述步骤：
(h)将照射光线校准或者聚焦成为光束，以照射该区域的所述局部。

26、  如权利要求25所述的方法，其中该校准或者聚焦的照射光束在该区域的所述局部的宽度大约在0.02到0.5mm之间。

27、  如权利要求18所述的方法，其中步骤(c)中所述的反射照射光线的检测随同暗背景进行，该暗背景的方位和由设置于该区域的目标物体反射的光线的方向相反。

28、  如权利要求18所述的方法，其中该目标物体是基本透明的。

29、  如权利要求18所述的方法，其中该目标物体具有不等于1的折射率。

30、  如权利要求29所述的方法，其中该折射率约为1.55。

31、  如权利要求18所述的方法，该方法还包含有下述步骤：
(i)利用该夹体组件力图拾取物体；
(j)照射该夹体组件的预定区域；
(k)设置检测器以检测从该夹体组件的所述区域反射的照射光线；
(l)测定该夹体组件的区域中的物体存在与否，该测定基于由该检测器检测的光线。

32、  如权利要求31所述的方法，其中步骤(l)中从该区域反射的光线的检测随同暗背景进行，该暗背景的方位和由设置于该区域时的物体反射的光线的方向相反。

33、  如权利要求18所述的方法，该方法还包含有存储附加有合理差值的测量强度值的步骤，以取代已存储的基准强度值，该基准强度值用来决定物体是否缺失。

缺失晶粒的检测
技术领域
本发明通常涉及物体的检测和涉及硅或蓝宝石晶圆(silicon orsapphire wafers)的半导体器件的制造，更具体涉及用于缺失晶粒(missing dice)检测的装置和方法，例如当从晶圆上拾取晶粒和在键合位置放置晶粒的时候。
背景技术
在完成形成于晶圆上的器件的制作和切割(fabrication anddicing)之后，单个晶粒由拾取头(pickup head)的夹体(collet)从被切割的晶圆中拾取，并在键合位置处放置在载体(carrier)、衬底或者其他器件上，以进行进一步的处理。
为了避免生产单元产生的晶粒缺失(omission)，如果拾取头在键合位置处没有拾取和放置晶粒，那么发出警报是令人期望的。
公知的检测系统通常使用光源(light source)和光敏感元件(lightsensor)，该光源和光敏感元件被排列和放置在物体如待检测的晶粒存在与否位置的相对的两侧。该位置处物体的存在干扰了狭窄的光束(narrow beam of light)(或者校准或者聚焦)从光源到光敏感元件的传输。由光敏感元件完成的从光源发出的光线的检测被用来指明物体没有在该位置处出现。相反，从光源发出和由光敏感元件检测的光线的缺失被用来指明物体在该位置处出现。
但是，这些公知的系统在透明的，甚至部分透明物体的情况下令人失望，其中光线能穿越这些物体传输，并且即使在物体存在的时候仍然可以通过光敏感元件接收相对强的信号。
发明内容
因此，本发明一个实施例的目的在于提供一种用于测定物体缺失与否的装置，该装置降低了错误指示的发生，或者至少将有用的选择提供给公众。
本发明另一个实施例的目的在于提供一种用于测定物体缺失与否的方法，该方法降低了错误指示的发生，或者至少将有用的选择提供给公众。
第一方面，本发明广泛地讲可以是一种用于在夹体组件(colletassembly)的区域检测目标物体存在与否的装置，该装置包括：光源，用于至少照射该区域的局部(a portion of the site)；光检测器(lightdetector)，用于接收该光源的至少部分光线，此时该光线由位于该区域的目标物体反射。
可选择地，该装置用来检测该区域目标物体的存在，此时该目标物体主要以预定的方向呈现表面，其中该照射是基本垂直于所述的方向而入射在该区域的局部。
可选择地，该装置包含有分光器(beam splitter)，并且该光源的光线穿过该分光器以照射在该区域的局部，通过该目标物体反射的所述光线由该分光器向该光检测器进一步反射。
分光器从光源向该区域的局部反射光线，并且将由目标物体反射的光线通过该分光器到达该光检测器，是可以选择的。
该光检测器可以是摄像传感器(image sensor)或者能量传感器(power sensor)。
该光线可以是可见光辐射或者不可见光辐射。
光源发出的光线可以被校准(collimated)或者聚焦(focused)成为光束，以照射在该区域的局部。
可选择地，照射光束在该区域的局部的宽度大约在0.02到0.5mm之间，更合适的为0.05mm。
可选择地，该照射光线的光源和光检测器二者均在该区域的一侧，并且在该区域的相对侧设置有暗背景。
目标物体可以是基本透明的。
目标物体可以具有不等于1的折射率(refractive index)。
可选择地，该折射率约为1.55。
该光源和光检测器中的一个或者两个可以远离该夹体组件设置。
第二方面，本发明广泛地讲可以是一种晶粒处理设备，其包括有：用于固定晶粒的夹体组件，和按照第一方面所述的装置或者第一方面所述装置的任一选项，其中所述目标物体为晶粒。
第三方面，本发明广泛地讲可以是一种用于在夹体组件的区域测定目标物体存在与否的方法，该方法包括以下步骤：
(a)至少照射该区域的局部；
(b)设置光检测器，以至少接收该照射光线的部分，此时该照射光线由位于该区域的目标物体反射；以及
(c)检测所述地照射光线，该照射光线由所述的目标物体所反射和由所述的检测器所接收。
可选择地，当该目标物体主要以预定的方向呈现表面时，该方法测定该区域目标物体的存在，并且所述的照射光线是基本垂直于所述方向而入射在该区域的所述局部。
可选择地，该方法进一步包含有下述步骤：
(d)将所述的照射光线穿越分光器以照射在该区域的所述局部，以及
(e)通过该目标物体反射的所述光线，由该分光器向该光检测器进一步反射。
可选择地，该方法进一步包含有下述步骤：
(f)通过分光器从该光源向该区域的所述局部反射光线，以及
(g)将由目标物体反射的所述光线穿越该分光器到达该光检测器。
该光检测器可以是摄像传感器或者能量传感器。
该光线可以是可见光辐射或者不可见光辐射。
可选择地，该方法进一步包含有下述步骤：
(h)将照射光线校准或者聚焦成为光束，以照射该区域的所述局部。
较适宜地讲，该照射光束在该区域的所述局部的宽度大约在0.02到0.5mm之间，最合适的为0.05mm。
较适宜地讲，步骤(c)中所述的反射照射光线的检测随同暗背景进行，该暗背景的方位和由设置于该区域的目标物体反射的光线的方向相反。
目标物体可以是基本透明的。
可选择地，目标物体具有不等于1的折射率。
该折射率更合适地约为1.55。
可选择地，该方法进一步包含有下述步骤：
(j)利用该夹体组件力图拾取物体；
(k)照射该夹体组件的预定区域；
(l)设置检测器以检测从该夹体组件的所述区域反射的照射光线；
(m)测定该夹体的区域中的物体存在与否，该测定是基于由该检测器检测的光线。
较适宜地讲，其中步骤(1)中从该区域反射的光线的检测随同暗背景进行，该暗背景的方位和由设置于该区域时的物体反射的光线的方向相反。
本发明可进一步存在于此处提及或者附图所示的部件或者特征的任一可选组合中，凡未清晰表述的这些部件或者特征的公知的等效实施，均仍然应包含于本发明之中。
本发明的较佳实施例现将仅仅通过实例并参考附图加以描述，其不能理解成是对本发明的限制，其中：
图1所示为用于在预定位置测定晶粒存在或者缺失的光学装置(optical arrangement)的第一较佳实施例的示意图，
图2所示为图1所示的另一种可选实施例的示意图，
图3所示为使用第一较佳实施例的装置中的夹体组件的侧视剖视图，
图4所示为夹体组件的侧视剖视图，其中光源和光检测器被远离于该夹体组件设置，以及
图5所示是包含有本发明的晶粒放置装置的平面示意图。
值得注意的是，用于在预定位置检测物体的存在与否的方法和装置可以引用附图实施成不同的形式，下面的实施例仅仅以举例的方式进行描述。
此处引述的“光线”不是打算限制于可见光，而是应被理解为还包括不可见光辐射(non-visible radiation)，例如包含具有在可见光谱之外波长的红外线和紫外线辐射(infrared and ultraviolet radiation)，引述的“反射”包括来自表面的光线散射或者放射(scattering of lightor radiation)。
图1所示为用于在预定位置测定晶粒存在与否的光学装置的第一较佳实施例的示意图。在本实施例中该预定位置位于用于晶粒放置的夹体组件的晶粒处理夹体(die-handling collet)处。该夹体组件被用来拾取从硅或蓝宝石晶圆(silicon or sapphire wafer)制作的单个晶粒，以及放置该晶粒于键合位置处，例如在此处该晶粒附着于衬底上，如引线框。
光源1，如激光器二极管(laser diode)，被用来至少照射该夹体中区域的局部。如图1所示，该区域由晶粒2所占用。该光源发出的光线最好被校准或聚焦，例如通过透镜22(参见图3)成为狭窄的入射光束3(incident beam)。在较佳的应用中，该被校准或聚焦的光束的宽度在0.02-0.5mm之间，更适宜的宽度为0.05mm。该入射光束通过该夹体被导引于该晶粒2的一细小部位，该入射光束的内径能小至0.02mm。源自该夹体的内表面，而非该夹体中的晶粒位置的光线反射引起的噪音，通过使得该光束直径足够小而被最小化，这样除了晶粒外其他几乎不被照射。
在图1所示的情形下，照射光线入射于晶粒的表面4上，其方向大体垂直于该表面4的方向。但是，入射光束的和垂直入射相近的其他角度可以被使用，在这种情形下，光线从晶粒表面以相应的角度反射，只要入射和反射的角度足够小以使得该光线可以被接收。通过分光器5(beam splitter)后，光源照射到晶粒表面上。在图1所示的情形下，其中晶粒2是透明的，光线的主要部分6传输通过晶粒2。但是，入射光线的较小部分7从晶粒表面4反射回至该分光器5，该分光器反射光线到光检测器(light detector)，其可以是光感测器8(photo-sensor)。图1表示了这种从入射光束3分离的反射部分或光束7。该分离仅仅便于图1所提供的说明的清晰性，在实际中该入射和反射光束是一致的，至少在该晶粒表面4上。
该光感测器8的输出信号和电子放大器9相连，该电子放大器产生放大了的输出10作进一步的处理，以基于由该光感测器8所接收的光线来测定该夹体中晶粒的存在与否。
该光感测器8可以是摄像传感器或者普通的光线能量传感器(light power sensor)。
在本实施例应用中，其中，该光学装置监控从晶圆制作的晶粒的存在或缺失，该晶圆由蓝宝石制成，该晶粒是基本透明的。通常，透明体表面的反射率(reflectivity)R可以表述成：
R = ( ( n - 1 ) ( n + 1 ) ) 2 ]]>
其中n是透明体的折射率(refractive index)。
通常对蓝宝石而言，n位于1.55至1.7之间。如果n＝1.55，那么R＝0.047(或4.7％)。但是，反射仍然发生在该蓝宝石晶粒的顶面和底面，假设总的发射率大约为9.4％。这样，即使该晶粒是完全透明的，只要其折射率不等于1，该晶粒仍然会反射回部分入射光束，以由光感测器进行检测。通过晶粒的这种反射使得透明物体，如夹体中的蓝宝石晶粒存在或者缺失的测定得以基于反射光线，而非传统的发射光线(transmitted light)。基于物体光线散射的测定也是可能的，只要散射光线的强度足够到达该光感测器。
图2所示为另一个装置。图1和图2中的相应特征进行了类似的标注。在本装置中，照射光源1和光感测器8的位置相互交换，这样源自照射光源1的光线被引导到分光器5，该分光器向晶粒2的表面4反射入射光束3。入射光线的主要部分6传输穿越该晶粒，而该入射光线的次要部分7通过分光器5反射回光感测器8。
图3所示为使用第一较佳实施例的装置时夹体组件20的侧视剖视图。光源或者激光器二极管1设置在夹体组件20的顶端，以投射光束通过该夹体组件20。源自该光源的光线由棱镜(lens)22校准和聚焦成为一狭窄的入射光束，该入射光束通过该分光器5，并引导通过夹体21，以便于至少位于该夹体21开口处的区域局部被照亮。晶粒2设置于所述的开口处。入射光束从晶粒2的表面反射回分光器5，该分光器向该光感测器8反射光线。在图3中，光源1和光感测器8同该夹体组件20被一体集成，并设置于该夹体组件20上。
图4所示为夹体组件20的侧视剖视图，其中光源1和光检测器8远离于该夹体组件20设置。光纤(optical fibre)23被用来从远端安装的激光器二极管1引导入射光线到夹体21中晶粒2的表面。另一根光纤24被用来引导从晶粒2的表面反射的光线到同样远端设置的光感测器8。在另一个可选的装置(图中未示)中，一根单独的光纤同时引导朝向晶粒的入射光线和背离晶粒的反射光线。
在可选的装置(图中未示)中，光学系统，例如光导杆(lightguides)、镜面(mirrors)等，能被用来引导光源1的入射光线，或者引导晶粒表面反射的光线返回到光感测器8。使用光纤23、24的优点是：光源和/或感测器不需要安装在夹体组件20上，以便于在不负担一接合臂(bond arm)控制该夹体组件的前提下使用更重和更复杂的结构设计。更加可取的是，该光源1和光感测器8的一个或两个可以安装在该夹体组件20上或者远端安装。
图5所示是使用以上所述的缺失晶粒检测组件的放置装置设计的示意图。安装有接合臂11以围绕轴线12旋转。夹体组件20装配于该接合臂的末端(distal end)13。
照射光源和光感测器安装在该夹体组件20中，照射光线被校准或聚焦成为带有细小光点直径(spot size)的光束，该光束穿越夹体并投射在晶粒所在的位置。由于通过使用校准或聚焦的光束和细小光点直径减少了背景噪音，所以检测信号的信号-噪音比值很高。
图5显示了位于三个位置的接合臂11。在第一接合臂位置11A，拾取头和夹体位于蓝宝石晶圆14上被选定的晶粒(图中未示)的上方，在该晶圆上单个的晶粒被制作和切割。操作该夹体以力图拾取选定的晶粒，并旋转该接合臂11以朝向第三接合臂位置11C移动夹体。
蓝宝石晶圆具有很高的定向反射面(specular surface)，其能干扰该晶圆上方从单个晶粒反射的光线的测量。因此，在中间的第二位置11B设置有暗背景(dark background)15，当接合臂从第一位置11A到第三位置11C经过时，该接合臂移动穿越该第二位置。
当夹体在暗背景上方移动时，光感测器信号处理器被触发，例如通过发自主控制器或者接合臂控制器的信号，以进行从晶粒反射的光线的测量，如目前，是在夹体中。当夹体在暗背景上方移动时接合臂保持移动，此时着手测量。测量值和一基准信号(reference signal)进行比较，该基准信号代表晶粒缺失时被检测的光强度(lightintensity)的参考值加上一个合理差值，其能被手动地预置或者通过信号处理器自动地得到。
如果反射的测量值大于该基准信号，这被视作为表示夹体中存在晶粒，否则缺失晶粒警报被发出并且接合臂回复到第一接合臂位置11A，以进行另一次拾取晶粒的尝试。
如果从反射测量显示夹体中存在晶粒，接合臂继续移动到第三接合臂位置11C，在此处夹体被释放以在键合位置放置该晶粒。
然后，接合臂开始返回第一接合臂位置11A。当该夹体在暗背景15上方返回时，光感测器信号处理器再一次被触发以进行从晶粒反射的光线的第二次测量，如目前，是在夹体中。测量再一次被着手，同时接合臂保持移动，并且测量值和基准信号进行比较。
如果反射测量值小于该基准信号，这被视作为表示夹体中不存在晶粒，该晶粒放置完好，否则反射信号大于该基准信号，这被视作为表示晶粒没有被放置，未放置晶粒警报被发出。
如果反射测量值小于该基准信号，表示夹体中不存在晶粒，然后该基准信号将被带有附加合理差值的该反射测量值取代。该基准信号用这种方式可被持续地更新，以适应周围环境的变化，例如背景光的程度，并且适应装置性能参数的漂移，例如光源和光感测器中的性能参数。
接合臂返回到第一位置11A以完成一个晶粒放置周期。虽然本实施例涉及到透明的晶粒，值得注意的是：非透明晶粒的存在也能通过本发明所述的装置和方法进行检测。
此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。