專利名稱：半導(dǎo)體晶片載體映射傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶片載體映射傳感器。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片的制造和處理中使用了晶片載體映射傳感器，以便檢測(cè)在晶片載體中的晶片。為了有效地處理在載體中的晶片，半導(dǎo)體工具必須知道載體內(nèi)的哪些位置具有晶片，并且是否在其中適當(dāng)?shù)乇３至诉@些晶片。晶片載體映射傳感器掃描晶片邊緣以檢測(cè)晶片的存在/不存在、以及如交叉槽等其他錯(cuò)誤。“交叉槽”是晶片未保持在單個(gè)“槽”中，而錯(cuò)誤地跨越了一對(duì)槽的晶片位置錯(cuò)誤。在這種情況下，主要是，工具不嘗試與晶片進(jìn)行相互作用，而產(chǎn)生錯(cuò)誤。
晶片載體映射系統(tǒng)已經(jīng)開始面對(duì)最近由于典型地具有氮化物涂層的暗晶片的逐漸增加的使用而產(chǎn)生的困難的挑戰(zhàn)。盡管可以對(duì)映射系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)以最佳地檢測(cè)傳統(tǒng)的諸如涂覆銅或鋁的硅晶片等傳統(tǒng)亮晶片、或者暗氮化物晶片，傳感系統(tǒng)沒有適當(dāng)?shù)靥幚砹梁桶稻幕旌衔?。例如，如果針?duì)暗晶片對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行最佳調(diào)節(jié)，則照明級(jí)和檢測(cè)器增益可能會(huì)如此之高，以致于當(dāng)傳感系統(tǒng)面對(duì)亮晶片時(shí)，通告了如偽交叉槽錯(cuò)誤等錯(cuò)誤信號(hào)。相反，當(dāng)針對(duì)亮晶片對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行最佳調(diào)節(jié)時(shí)，暗晶片可能會(huì)不能足夠好地進(jìn)行登記以使其存在得以知道。不利地，對(duì)傳感系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)以在這兩個(gè)極端之間進(jìn)行折中必然會(huì)產(chǎn)生其中偽交叉槽錯(cuò)誤仍然會(huì)發(fā)生、并且根本沒有檢測(cè)到一些暗晶片的較差情況。
存在提供晶片載體映射系統(tǒng)的需要，所述晶片載體映射系統(tǒng)能夠不僅可靠地檢測(cè)在包括亮和暗晶片的混合物的載體內(nèi)的晶片存在，而且減少或消除了偽錯(cuò)誤。由于一個(gè)傳感系統(tǒng)將容納兩種類型的晶片，因此，這樣的系統(tǒng)將減少技術(shù)人員的干預(yù)。而且，將會(huì)增加傳感器的可靠性，這是由于技術(shù)人員不必二次猜測(cè)每一個(gè)交叉槽錯(cuò)誤，以確定其實(shí)際上是否為偽錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
提出了一種改進(jìn)的基于激光的晶片載體映射傳感器。所述傳感器包括大量的改進(jìn)，包括激光源改進(jìn)、光學(xué)改進(jìn)和檢測(cè)器改進(jìn)。激光源改進(jìn)包括所使用的激光源的類型以及這樣的激光源的尺寸和功率的規(guī)范。光學(xué)改進(jìn)包括有意識(shí)地使在晶片上的激光條散焦的特征、以及有助于確保精密條產(chǎn)生的附加特征。檢測(cè)器改進(jìn)包括在減少環(huán)境光的效果的同時(shí)增加增益。這些特征的各種組合提供了以下附加的協(xié)同作用有利于構(gòu)造具有顯著改善的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的傳感器，同時(shí)減少了偽交叉槽錯(cuò)誤的頻率。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的改進(jìn)的晶片載體映射系統(tǒng)的示意圖；圖2A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光源和光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
圖2B是示出了從圖2A的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的典型激光強(qiáng)度分布的激光強(qiáng)度圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光源和光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；圖3B是示出了從圖3A的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的典型激光強(qiáng)度分布的激光強(qiáng)度圖，并且示出了與圖2B的對(duì)比；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)器和光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例涉及增加基于激光的晶片載體映射傳感器的有效動(dòng)態(tài)范圍。已經(jīng)探究了各種特征及其組合，協(xié)同地提供了明顯先進(jìn)的晶片檢測(cè)。以下將分別闡明這些特征，但是應(yīng)該明確地想到，本發(fā)明的實(shí)施例并不局限于各個(gè)特征，而是還包括其組合的巨大排列。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶片載體映射系統(tǒng)的示意圖。圖2示出了對(duì)于軸上應(yīng)用更為優(yōu)化的傳感器的幾何結(jié)構(gòu)。對(duì)傳感器100進(jìn)行設(shè)置以檢測(cè)如載體104中的晶片102等的晶片。載體104的一個(gè)實(shí)例是前開口統(tǒng)一容器(FOUP)。當(dāng)從晶片邊緣118反射時(shí)，最好為激光二極管的兩個(gè)激光源106和108分別照射到檢測(cè)器110和112中。每一個(gè)激光源106、108與激光驅(qū)動(dòng)電路114相連，所述激光驅(qū)動(dòng)電路114向激光源106、108提供適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)信號(hào)。激光驅(qū)動(dòng)電路114與DSP邏輯116相連，所述DSP邏輯116向激光驅(qū)動(dòng)電路114提供控制信號(hào)。DSP邏輯116還與放大器電路119相連，所述放大器電路119從檢測(cè)器110、112(優(yōu)選地為光電晶體管)接收信號(hào)，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行放大以便進(jìn)行有效的檢測(cè)。由于這里期望晶片邊緣118是較大的鏡面狀，并且晶片不具有平面，因此，這是針對(duì)軸上檢測(cè)的優(yōu)選幾何結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)軸上和離軸晶片的檢測(cè)都是有用的。
本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)方面是激光源。每一個(gè)激光源106、108最好為激光二極管。選擇激光源，以提供接近而且在按照最低規(guī)定的激光類別(CDRH類1和IEC-80625-1類1)所容許的最大功率內(nèi)的功率輸出，以有利于工業(yè)應(yīng)用。如果激光強(qiáng)度超過了該規(guī)范，則應(yīng)該相信，將會(huì)需要設(shè)備制造商提供相對(duì)精細(xì)和成本高昂的激光安全措施，從而對(duì)這樣的傳感器的使用產(chǎn)生不利的影響。然而，在其中并不關(guān)心更高強(qiáng)度的實(shí)施例中，可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來使用這樣的強(qiáng)度。
激光源規(guī)范的另一方面包括提供了具有處于或接近于光電晶體管檢測(cè)器的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)處的波長(zhǎng)的激光輸出。在優(yōu)選實(shí)施例中，檢測(cè)器具有大約900nm的峰值響應(yīng)，因此，選擇激光源，以提供在850或900nm處的激光波長(zhǎng)。然而，注意，這些波長(zhǎng)是對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說明，這樣的匹配并不受到限制。使用增加的激光波長(zhǎng)的附加優(yōu)點(diǎn)在于其允許更多功率接近峰值檢測(cè)器響應(yīng)波長(zhǎng)，同時(shí)仍然保持在類1規(guī)范內(nèi)。另外，選擇激光源106、108以具有較小的激光有效發(fā)射面積，從而這些激光源提供了相對(duì)緊密的光束。優(yōu)選地，這樣的激光源是具有大約4×20微米的發(fā)射面積的可商用邊發(fā)射光電二極管。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，也可以使用其他類型的激光源，例如，垂直腔激光源。
可以想到，單獨(dú)增加激光輸出產(chǎn)生了如上所述增加的偽交叉槽錯(cuò)誤。然而，本發(fā)明的實(shí)施例的附加方面確保了將會(huì)精確地形成由激光在晶片上所產(chǎn)生的激光條。圖2A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置的激光源和相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。激光源120產(chǎn)生發(fā)散的激光束122，該激光束122進(jìn)入聚焦光學(xué)系統(tǒng)124，并且作為聚焦在晶片邊緣附近的激光束126而出現(xiàn)。激光束126通過圓柱透鏡128，該圓柱透鏡128在水平平面上對(duì)光進(jìn)行發(fā)散。然而，在垂直平面上，光束聚焦在點(diǎn)130，在點(diǎn)130之后，光束以θ1的角度發(fā)散。
圖2B示出了當(dāng)光束撞擊晶片時(shí)，如2A所示的聚焦光束的典型強(qiáng)度分布。圖2B的垂直軸表示在晶片上的垂直位置。該分布具有鐘形曲線，該鐘形曲線具有與焦點(diǎn)130相對(duì)應(yīng)的最高強(qiáng)度。然而，該峰值并未盡可能地尖銳，并且峰值的兩側(cè)可能包括可能會(huì)發(fā)生偽交叉槽錯(cuò)誤的足夠強(qiáng)度。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光源106和相關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。在圖3A中示出了兩個(gè)主要的特征；散焦光學(xué)系統(tǒng)和一個(gè)或多個(gè)光闌。
通過選擇焦距、并且定位聚焦透鏡132和圓柱透鏡134以使焦點(diǎn)136位于預(yù)期晶片邊緣的前面或者后面，來提供散焦。優(yōu)選地，透鏡132、134由將對(duì)最小量的光進(jìn)行散射的材料形成。通常使用玻璃而不是塑料來減少由其中的缺陷所引起的光散射。聚焦透鏡132減少了通過其中的光的發(fā)散程度，并且最好具有相對(duì)較大的焦距，例如8-15mm，這與在傳統(tǒng)系統(tǒng)中所使用的較小焦距例如4.5mm形成了明顯的對(duì)比。該結(jié)構(gòu)提供了至少兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
第一，由于在焦點(diǎn)136之外的光束以大于θ1(圖2A所示)的角度θ2發(fā)散，可以采用增加的激光源功率，同時(shí)保持在CDRH類1之內(nèi)。這是由于在位于離光束交叉點(diǎn)200mm處的測(cè)試孔徑的光強(qiáng)度在較大的區(qū)域上擴(kuò)散。因此，由于由具有固定尺寸的激光類孔徑所收集到的光更少，因此，激光源106、108可以具有更高的功率。
第二，增加透鏡132的焦距使放大率更小，從而產(chǎn)生了如圖3B的實(shí)線所示的強(qiáng)度分布。作為參考，將圖2B中的圖像虛幻地疊放在圖3B中。如可以看到的那樣，位于分布的中心處的強(qiáng)度實(shí)際上不是最大的。作為替代，該分布包括一對(duì)峰值。該分布的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于與圖2B相比，區(qū)域138具有更低的強(qiáng)度。在現(xiàn)有技術(shù)中，離激光條的中心1mm處的“裙緣”的強(qiáng)度將大于峰值強(qiáng)度的1/500或1/1000。在具體實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明方案的傳感器中，將該強(qiáng)度減少到大約1/10000、或者整個(gè)數(shù)量級(jí)。通過設(shè)計(jì)，該“裙緣”部分是不存在的，而作為替代，該部分是激光系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)的副產(chǎn)品。在激光器中的各種元件和/或相關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)可以將光束的非常小的部分重新定向到裙緣區(qū)域中。然而，由于增加了整體強(qiáng)度并增加了檢測(cè)器增益，相信該區(qū)域至少部分地為偽交叉槽錯(cuò)誤負(fù)責(zé)。例如，在亮晶片上的“裙緣”可能表現(xiàn)為非常厚(3到7mm)。該表觀厚度可能會(huì)引導(dǎo)機(jī)器人或加載端口中的映射軟件將亮的、發(fā)光的晶片作為交叉槽式的晶片來讀取，并關(guān)閉該設(shè)備。
由聚焦透鏡132的增加的焦距所提供的另一優(yōu)點(diǎn)在于其為光闌留下了空間。圖3A示出了光闌142、144和146，設(shè)置這些光闌，以便有利于激光條在晶片上的精確形成。如這里所使用的，光闌用于表示具有阻攔不必要的照射的效果的、插入到光學(xué)系列中的任何設(shè)備。這與在組件自身中已經(jīng)存在的固有光闌形成了對(duì)比。光闌142、144和146非常有助于將散射光保持為最小，并減少在區(qū)域138中的照度等級(jí)。優(yōu)選地，光闌140是可以具有200微米或更少的直徑的孔徑，并且可以非?？拷鼘?shí)際激光芯片進(jìn)行安裝，例如在300微米內(nèi)進(jìn)行安裝，從而只有在其中出現(xiàn)的照射才通過光闌140。在一些實(shí)施例中，其中激光源包括物理封裝，可以將光闌140直接安裝在物理封裝上。另外的光柵142和144還對(duì)所發(fā)出的激光束進(jìn)行精細(xì)處理。
本發(fā)明的實(shí)施例還包括增加檢測(cè)器的靈敏度和/或減少外部光的效果的特征。檢測(cè)器110、112(圖1所示)最好是光電晶體管或硅光電二極管。優(yōu)選地，對(duì)檢測(cè)器110、112進(jìn)行設(shè)置，以具有即使當(dāng)由晶片凹槽整體散射所設(shè)置的激光條時(shí)，仍然剛好足夠大可看到激光條和晶片的視場(chǎng)(FOV)。這樣的凹槽典型地為3mm長(zhǎng)，因此，優(yōu)選地，F(xiàn)OV為6mm，從而在這樣的凹槽的任一側(cè)可以看到對(duì)比。在圖4所示的一個(gè)實(shí)施例中，將透鏡150設(shè)置在檢測(cè)器110的前面，從而將激光條的圖像聚焦在檢測(cè)器110上。優(yōu)選地，透鏡150具有大約10-20mm的焦距。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一檢測(cè)器特征。優(yōu)選地，將檢測(cè)器110、112設(shè)置為具有非常高的增益。給出該特征，該特征對(duì)減少環(huán)境光的效果是非常重要的。因此，將環(huán)境光過濾器160可操作地設(shè)置在檢測(cè)器110的前面，從而大體上對(duì)環(huán)境光進(jìn)行阻礙。進(jìn)入檢測(cè)器的環(huán)境光可以人為地增加檢測(cè)器的增益，導(dǎo)致了對(duì)傳感器靈敏度的不可預(yù)見和無法控制的改變。盡管圖4僅針對(duì)檢測(cè)器110示出了檢測(cè)器特征，優(yōu)選地，可以將這些特征應(yīng)用于這兩種檢測(cè)器。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。盡管本發(fā)明的實(shí)施例可以包括上述的先進(jìn)特征中的任一個(gè)，但是，另外的實(shí)施例還可以包括其各種組合以便在其間有利地實(shí)現(xiàn)了協(xié)同作用。例如，將激光源輸出頻率與峰值檢測(cè)器響應(yīng)匹配不僅實(shí)現(xiàn)更為有效的檢測(cè)，而且實(shí)現(xiàn)了更高的激光功率。此外，利用具有更大焦距的準(zhǔn)直透鏡不僅提供了散焦的好處，而且產(chǎn)生了插入光闌以更為精確地形成激光條的空間，同時(shí)允許激光功率的另外增加。
通過這樣采用上面所列出的特征的組合，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的基于激光的晶片載體映射系統(tǒng)，能夠在晶片載體中異類混合亮和暗晶片時(shí)，可靠地同時(shí)檢測(cè)亮和暗晶片。這能夠可靠地使用單個(gè)的晶片載體映射傳感器，而無需大量的技術(shù)人員的干預(yù)和設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種晶片載體映射傳感器，包括至少一個(gè)激光源，適合于產(chǎn)生發(fā)散激光束；聚焦透鏡，設(shè)置用于接收發(fā)散激光束，并將激光束聚焦在晶片邊緣附近；圓柱透鏡，設(shè)置用于接收激光束，并在第一方向上對(duì)激光束進(jìn)行發(fā)散，產(chǎn)生激光條；檢測(cè)器，適合于接收從晶片邊緣反射來的激光，以產(chǎn)生傳感器輸出信號(hào)；以及其中，焦點(diǎn)與晶片邊緣相分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于聚焦透鏡具有至少大約8mm的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于還包括位于至少一個(gè)激光源的前面的至少一個(gè)光闌。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述至少一個(gè)光闌包括三個(gè)光闌。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于將所述至少一個(gè)光闌直接設(shè)置在至少一個(gè)激光源的物理封裝上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述至少一個(gè)激光源包括激光二極管芯片，并且將所述至少一個(gè)光闌設(shè)置在離所述芯片大約300微米內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于至少一個(gè)光闌包括具有不大于大約200微米的直徑的孔徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于檢測(cè)器具有峰值檢測(cè)波長(zhǎng)，并且對(duì)所述至少一個(gè)激光源進(jìn)行配置，以提供與所述峰值檢測(cè)波長(zhǎng)相匹配的激光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于所述峰值檢測(cè)波長(zhǎng)大約為850nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，其特征在于對(duì)所述至少一個(gè)激光源進(jìn)行配置，以在按照CDRH類1和IEC-80625-1類1中的至少一個(gè)的最大容許功率下進(jìn)行操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于所述峰值檢測(cè)波長(zhǎng)大約為900nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其特征在于對(duì)所述至少一個(gè)激光源進(jìn)行配置，以在按照CDRH類1和IEC-80625-1類1中的至少一個(gè)的最大容許功率下進(jìn)行操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于對(duì)所述至少一個(gè)激光源進(jìn)行配置，以在按照CDRH類1和IEC-80625-1類1中的至少一個(gè)的最大容許功率下進(jìn)行操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于還包括設(shè)置在檢測(cè)器前面來增加檢測(cè)器的光收集的透鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的傳感器，其特征在于檢測(cè)器的視場(chǎng)大于預(yù)期晶片凹槽尺寸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其特征在于所述視場(chǎng)大約為6.0mm。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述檢測(cè)器包括光電晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述至少一個(gè)激光源包括激光二極管。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述至少一個(gè)激光源包括邊緣發(fā)射器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的傳感器，其特征在于所述邊緣發(fā)射器具有大約4×20微米的有效激光發(fā)射面積。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于還包括設(shè)置在檢測(cè)器前面的環(huán)境光過濾器。
22.一種用于產(chǎn)生晶片邊緣上的激光形狀的激光源組件，所述組件包括激光二極管；光闌，設(shè)置在離激光源大約300微米內(nèi)，并具有孔徑；以及其中，從所述組件發(fā)出的幾乎所有的照度都通過所述孔徑。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的組件，其特征在于所述孔徑的直徑小于大約200微米。
24.一種晶片載體映射傳感器，包括檢測(cè)器，適合于檢測(cè)在晶片邊緣上的激光條以提供指示其的信號(hào)；激光條發(fā)生器，用于產(chǎn)生具有大于第二方向上的高度的第一方向上的寬度、中心和中心處的峰值強(qiáng)度的激光條；以及其中，所述激光條包括在第二方向上與中心相隔1mm的區(qū)域，并且在所述區(qū)域處的強(qiáng)度小于或等于峰值強(qiáng)度的大約1/10000。
全文摘要
提出了一種改進(jìn)的基于激光的晶片載體映射傳感器(100)，所述傳感器(100)包括大量的改進(jìn)，包括激光源改進(jìn)、光學(xué)改進(jìn)和檢測(cè)器改進(jìn)。激光源(106，108)改進(jìn)包括所使用的激光源的類型以及這樣的激光源(106，108)的尺寸和功率的規(guī)范。光學(xué)改進(jìn)包括有意識(shí)地使在晶片(102)上的激光條散焦的特征、以及有助于確保精密條產(chǎn)生的附加特征。檢測(cè)器改進(jìn)包括在減少環(huán)境光的效果的同時(shí)增加增益。這些特征的各種組合提供了以下附加的協(xié)同作用有利于構(gòu)造具有顯著改善的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的傳感器(100)，同時(shí)減少了偽交叉槽錯(cuò)誤的頻率。
文檔編號(hào)G01N21/55GK1833308SQ02824946
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2002年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者費(fèi)利克斯·J·舒達(dá) 申請(qǐng)人:賽博光學(xué)半導(dǎo)體公司