JP2004103603A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】この発明はタクトタイムの短縮化を図ることができるようにした半導体装置の製造方法を提供することにある。
【解決手段】基板にチップをボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記チップをピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、上記ピックアップ反転ツールによって上記チップの上下面を反転させる工程と、上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記チップをボンディングツールに受け渡す工程と、ボンディングツールに受け渡されたチップを撮像する工程と、この撮像に基づく上記チップの上記基板に対するボンディング位置の算出を行なう間に、上記チップを上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動させる工程と、教示位置に移動されたチップを上記撮像に基づいて算出されたボンディング位置に位置決めして上記基板にボンディングする工程と、を具備する。
【選択図】 図５
【解決手段】基板にチップをボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記チップをピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、上記ピックアップ反転ツールによって上記チップの上下面を反転させる工程と、上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記チップをボンディングツールに受け渡す工程と、ボンディングツールに受け渡されたチップを撮像する工程と、この撮像に基づく上記チップの上記基板に対するボンディング位置の算出を行なう間に、上記チップを上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動させる工程と、教示位置に移動されたチップを上記撮像に基づいて算出されたボンディング位置に位置決めして上記基板にボンディングする工程と、を具備する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子部品としてのチップを基板にボンディングして作られる半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品としての半導体ウエハから作られたチップを基板にボンディングしてなる半導体装置を製造する製造装置としては、フリップチップボンダなどのボンディング装置が知られている。
【０００３】
フリップチップボンダはウエハステージ上にダイシングされて供給された半導体ウエハをウエハ認識カメラで撮像し、その撮像結果からピックアップ位置を補正し、ピックアップ反転ツールによってピックアップする。
【０００４】
ピックアップ反転ツールによってピックアップされたチップは、このピックアップ反転ツールによって上下面が反転されたのち、ボンディングヘッドのボンディングツールに受け渡される。ボンディングツールに受け渡されたチップは、チップ認識カメラで撮像され、その撮像結果によってチップの位置ずれ量が算出される。
【０００５】
一方、チップがボンディングされる基板は基板認識カメラによって撮像され、その撮像結果から基板の位置ずれ量が求められる。そして、ボンディングツールに保持されたチップの位置ずれ量と、基板の位置ずれ量とから基板に対するボンディング位置が算出され、その算出位置に基づいて上記チップが位置決めされて上記基板にボンディングされる。
【０００６】
従来、ボンディングヘッドは、ボンディングツールに保持されたチップをチップ認識カメラで撮像し、このチップの位置ずれ量に基づく補正位置が算出されてから、その算出されたボンディング位置に移動させるようにしていた。
【０００７】
また、チップ認識カメラによるチップの撮像は、チップがピックアップ反転ツールからボンディングツールに受け渡された後、このボンディングツールをチップ認識カメラの上方へ移動させ、その位置で移動を停止してから行なうようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
チップ認識カメラの撮像に基づき、チップの補正位置を算出してからボンディングヘッドを基板上に移動させるようにすると、チップ認識カメラがチップを撮像してから、その撮像信号を画像処理してボンディングヘッドの補正位置を算出する間は、ボンディングヘッドの移動が停止することになる。
【０００９】
したがって、ボンディングヘッドが移動を停止することで、チップをピックアップしてからボンディングするまでのタクトタイムが長くなるため、生産性の低下を招くということがあった。
【００１０】
また、チップ認識カメラによるチップの撮像を、チップがピックアップ反転ツールからボンディングツールに受け渡された後、このボンディングツールをチップ認識カメラの上方へ移動させて停止してから行なっていた。そのため、このときにも、ボンディングツールの移動を停止するため、チップの撮像に時間が掛かり、タクトタイムが長くなるということがあった。
【００１１】
この発明は、電子部品を所定の箇所から取り出して基板にボンディングするまでのタクトタイムを短縮することができるようにした半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この請求項１の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記電子部品をピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、
上記ピックアップ反転ツールによって上記電子部品の上下面を反転させる工程と、
上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記電子部品をボンディングツールに受け渡す工程と、
ボンディングツールに受け渡された電子部品を撮像する工程と、
この撮像に基づく上記電子部品の上記基板に対するボンディング位置の算出を行なう間に、上記電子部品を上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動を開始させる工程と、
教示位置に移動された電子部品を上記撮像に基づいて算出されたボンディング位置に位置決めして上記基板にボンディングする工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記電子部品をピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、
上記ピックアップ反転ツールによって上記電子部品の上下面を反転させる工程と、
上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記電子部品をボンディングツールに受け渡す工程と、
上記電子部品が上記ピックアップ反転ツールから離脱すると同時にこの電子部品を撮像する工程と、
この撮像に基づいて算出されたボンディング位置に上記電子部品を位置決めして上記基板にボンディングする工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、電子部品の撮像に基づく上記基板へのボンディング位置の算出を行なう間に、上記電子部品を上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動させる工程を備えていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造装置において、
上記電子部品を所定の箇所から取り出すピックアップ反転ツールと、
このピックアップ反転ツールによって取り出されて上下面が反転された電子部品を受け取って上記基板にボンディングするボンディングツールと、
上記ボンディングツールが上記ピックアップ反転ツールから上記電子部品を受け取る受け渡し位置の斜め下方に配置され上記電子部品が上記ピックアップ反転ツールから離脱したときにこの電子部品を撮像する撮像手段と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置を提供することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造装置において、
上記電子部品を所定の箇所から取り出すピックアップ反転ツールと、
このピックアップ反転ツールによって取り出されて上下面が反転された電子部品を受け取って上記基板にボンディングするボンディングヘッドと、
上記ピックアップ反転ツールから上記ボンディングヘッドに受け渡された電子部品を撮像し、その撮像に基づいて上記電子部品を上記基板に対して位置決めする撮像手段とを具備し、
上記ボンディングヘッドは、ヘッド本体と、このヘッド本体に揺動可能に設けられた超音波ホーンと、この超音波ホーンに設けられ上記電子部品を上記ピックアップ反転ツールから受け取り上記超音波ホーンからの超音波振動によって上記基板にボンディングするボンディングツールと、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
【００１８】
図１はこの発明の半導体装置の製造装置を示し、この製造装置は電子部品の供給部としてのウエハステージ１を備えている。このウエハステージ１はベース２ａ上に順次設けられたＸＹテーブル２及びθテーブル３を有し、θテーブル３上には電子部品としての多数のチップ４に分割され図示しないシートに貼着された半導体ウエハ５が載置される。
【００１９】
上記チップ４はピックアップ反転ユニット７によって取り出される。このピックアップ反転ユニット７はＬ字状のピックアップ反転ツール８を有する。このピックアップ反転ツール８は、先端部にチップ４を真空吸着するノズル９を有し、基端部はＺテーブル１１に設けられた取付け部１２に同図に実線で示す状態から鎖線で示す状態、つまり水平方向に１８０度の範囲で回転駆動されるよう取付けられている。上記Ｚテーブル１１はＺガイド１３に沿ってＺ方向に駆動されるようになっている。
【００２０】
上記半導体ウエハ５はウエハステージ１の上方に配置されたウエハ認識カメラ１４によって撮像される。このウエハ認識カメラ１４の撮像信号に基づいて上記ピックアップ反転ツール８によってピックアップされるチップ４の位置決めが行われる。つまり、θテーブル３のＸ、Ｙ及びθ方向の位置決めが行われるようになっている。
【００２１】
θテーブル３からチップ４を吸着して図１に実線で示す状態に反転したピックアップ反転ツール８は受け渡し認識カメラ１５によって撮像される。この受け渡し認識カメラ１５によって撮像されたチップ４は、受け渡し認識カメラ１５の撮像結果に基づいて後述するボンディング機構２０のボンディングヘッド１６に設けられたボンディングツール１７に受け渡される。
【００２２】
なお、上記ボンディングツール１７の外径寸法は、ボンディングツール１７によりチップ４を安定した状態で吸着保持できるよう、チップ４を吸着する部分は上記チップ４の外径寸法と同等あるいはわずかに大小をつけて設定されている。この実施の形態ではわずかに大きく設定されている。
【００２３】
上記ボンディング機構２０はベース１８を有する。このベース１８上には図１に矢印で示すようにＸテーブル１９がＸ方向に沿って駆動可能に設けられている。このＸテーブル１９にはＹテーブル２１がＹ方向に沿って駆動可能に設けられている。このＹテーブル２１にはＺテーブル２２がＺ方向に駆動可能に設けられている。このＺテーブル２２には上記ボンディングツール１７を有する上記ボンディングヘッド１６が設けられている。
【００２４】
上記ボンディングヘッド１６は図３に示すようにＺテーブル２２の上面に設けられたθ調整機構３１を有する。上記Ｚテーブル２２の下面には上記θ調整機構３１によってθ方向の位置決め調整可能な一対の板状部材（一方のみ図示）からなるヘッド本体３２が設けられている。上記θ方向は、上記Ｘ方向とＹ方向とがなす平面に直交する軸線を中心にした回転方向である。
【００２５】
上記ヘッド本体３２には支軸３３が設けられ、この支軸３３には揺動部材３４の中途部が揺動可能に取付けられている。この揺動部材３４の先端には超音波ホーン３５の基端が取付けられ、この超音波ホーン３５の先端部には上記ボンディングツール１７が設けられている。
【００２６】
揺動部材３４の後端には駆動部材３６の後端が取付け固定されている。この駆動部材３６の先端部は上記ボンディングツール１７と平行に延出され、その先端部の上面には荷重センサ３７が取付けられている。上記ヘッド本体３２には上記荷重センサ３７の上方に対向位置する加圧アクチュエータ３８が設けられている。この加圧アクチュエータ３８の作動子３９は上記荷重センサ３７の上面に接触している。
【００２７】
上記加圧アクチュエータ３８が作動してその作動子３９によって上記荷重センサ３７が押圧されると、駆動部材３６を介して揺動部材３４が図３に矢印Ａで示す反時計方向に揺動する。それによって、超音波ホーン３５の先端部に設けられたボンディングツール１７が下降するから、その先端鎖線で示すように吸着保持されるチップ４を後述する基板２５に超音波振動によってボンディングできるようになっている。
【００２８】
ボンディング時の加圧力は上記荷重センサ３７によって検出制御される。上記ヘッド本体３２には、上記揺動部材３４の後端部に設けられた検知部４１との間隔を検出する高さ検出機構としてのギャップセンサ４２が設けられている。
【００２９】
上記Ｚテーブル２２が下降してボンディングツール１７の先端がチップ４を介して基板２５に当接し、揺動部材３４が時計方向に回動すると、そのことが上記ギャップセンサ４２によって検出される。ギャップセンサ４２の検出信号によってボンディングツール１７が基板２５に接触したことが検出されると、加圧アクチュエータ３８が作動してボンディングツール１７を反時計方向に揺動させる。それによって、ボンディングツール１７の先端に吸着されたチップ４を基板２５に所定の圧力で加圧し、超音波振動によってボンディングする。
【００３０】
このような構成によれば、Ｚテーブル２２が下降してボンディングツール１７に保持されたチップ４が基板２５に当たると、揺動部材３４が揺動してチップ４に加わる衝撃を吸収する。そのため、ボンディングツール１７の下降速度を速くできるから、タクトタイムの短縮化を図ることが可能となる。
【００３１】
上記ピックアップ反転ツール８からボンディングツール１７に受け渡されたチップ４は図１に示す部品認識カメラ２４によって撮像される。さらに、ボンディングツール１７に吸着されたチップ４が実装される基板２５は基板認識カメラ２６によって撮像される。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、上記部品認識カメラ２４はチップ４をピックアップ反転ツール８からボンディングツール１７に受け渡す位置の斜め下方に配置されている。
【００３３】
それによって、ボンディングヘッド１６が下降して図４（ｂ）に示すようにボンディングツール１７がピックアップ反転ツール８に保持されたチップ４に接触した後、図４（ｃ）に示すようにチップ４がピックアップ反転ツール８から離脱し、上記ボンディングツール１７とともに上昇した直後に、このチップ４を上記部品認識カメラ２４によって撮像、認識することができる。
【００３４】
そのため、ボンディングヘッド１６の動作を停止させずに、ボンディングツール１７に保持されたチップ４を撮像、認識することができるから、ボンディングツール１７に保持されたチップ４を認識するために要する時間を短縮することが可能となる。
【００３５】
図１に示すように、上記基板２５はＸ方向に駆動可能なボンディングステージ２７上に載置されている。上記基板認識カメラ２６は、ガイド２８にＹ方向に沿って設けられたＹテーブル２９に、Ｚ方向に沿って駆動可能に設けられている。したがって、上記基板認識カメラ２６は、ボンディングステージ２７上の基板２５に対して相対的にＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動可能になっている。
【００３６】
図２は制御系のブロック図で、同図中５１はメインコントローラである。このメインコントローラ５１には画像認識制御部５２を介して上記ウエハ認識カメラ１４、受け渡し認識カメラ１５、部品認識カメラ２４及び基板認識カメラ２６が接続されている。各カメラからの撮像信号は上記画像認識制御部５２で処理されて上記メインコントローラ５１に入力されるようになっている。
【００３７】
さらに、上記メインコントローラ５１には、ウエハステージ１の駆動を制御するウエハステージ制御部５３、ピックアップ反転ユニット７の駆動を制御するピックアップ制御部５４、ボンディングステージ２７の駆動を制御するボンディングステージ制御部５５、基板認識カメラ２６の駆動を制御するカメラ移動制御部５６及びボンディングヘッド１６の駆動を制御するボンディングヘッド制御部５７が接続されている。
【００３８】
上記部品認識カメラ２４によって撮像されたチップ４の撮像信号と、上記基板認識カメラ２６によって撮像された基板２５の撮像信号は上記画像認識制御部５２で処理される。それによって、基板２５上におけるチップ４のボンディング位置が決定され、その決定に基づいて上記ボンディングヘッド１６、つまりチップ４が位置決めされる。
【００３９】
上記ボンディングヘッド１６は、上記画像認識制御部５２によってボンディング位置が決定される前に、上記ボンディングヘッド制御部５７によって基板２５上の、上記メインコントローラ５１によって予め教示された位置に向かって駆動される。
【００４０】
ボンディングヘッド１６が上記教示位置に到達した後、このボンディングヘッド１６は上記画像認識制御部５２によって求められたボンディング位置に位置決めされて下降し、チップ４を基板２５にボンディングすることになる。
【００４１】
図５にチップ４を部品認識カメラ２４で撮像、認識してから基板２５にボンディングするまでのフローチャートを示す。同図において、Ｓ１では部品認識カメラ２４によってチップ４が撮像認識される。
【００４２】
Ｓ２では部品認識カメラ２４と基板認識カメラ２６との撮像信号によってチップ４のボンディング位置が算出される。このＳ２と平行してＳ３ではボンディングヘッド１６がメインコントローラ５１によって設定された基板２５の上方の教示位置まで駆動される。
【００４３】
ボンディングヘッド１６が教示位置に移動している間、或いは移動した後、Ｓ２によってチップ４のボンディング位置が算出される。Ｓ４では教示位置に移動したボンディングヘッド１６が目標位置、つまりボンディング位置に位置決めされる。
【００４４】
Ｓ４と平行してＳ５の動作が行なわれる。Ｓ５は、ボンディングヘッド１６が教示位置からボンディング位置に位置決めされる間に、ボンディングヘッド１６を高速下降させる。
【００４５】
Ｓ５での高速下降は、ボンディングヘッド１６のボンディングツール１７がヘッド本体３２に揺動部材３４を介して揺動可能に設けられているから、上記ボンディングツール１７に保持されたチップ４を基板２５に当たる位置まで下降させても、衝突時の衝撃が上記揺動部材３４の揺動によって吸収されるため、チップ４を損傷させる虞がない。そのため、チップ４を高速下降させる距離を大きくとることができるから、ボンディング時のタクトタイムが短縮される。
【００４６】
Ｓ６ではチップ４が所定の位置まで高速下降した後、このチップ４を緩やかな速度で下降させるサーチ下降が行なわれてチップ４を基板２５のボンディング位置に所定の圧力で押圧する。Ｓ７ではチップ４が基板２５に超音波ホーン３５からの超音波振動によってボンディングされる。
【００４７】
このように、この発明によれば、チップ４をピックアップ反転ツール８からボンディングツール１７に受け渡す、受け渡し位置の斜め下方に部品認識カメラ２４を配置した。
【００４８】
そして、チップ４がピックアップ反転ツール８から離脱し、ボンディングツール１７とともに上昇する過程で、このチップ４を上記部品認識カメラ２４によって撮像、認識するようにした。
【００４９】
そのため、ボンディングヘッド１６に受け渡されたチップ４の部品認識カメラ２４による撮像、認識を、上記ボンディングヘッド１６の動きを停止させることなく行なえるから、チップ４のボンディングに要するタクトタイムを短縮することができる。
【００５０】
チップ４の基板２５に対するボンディング位置は、部品認識カメラ２４と基板認識カメラ２６との撮像信号を処理して決定され、その決定に基づいてボンディングツール１７がボンディング位置に位置決めされる。
【００５１】
しかしながら、上記部品認識カメラ２４と基板認識カメラ２６との撮像信号を処理してボンディング位置が決定される前に、ボンディングツール１７を予め設定された基板２５上の教示位置に移動させるようにした。
【００５２】
そのため、チップ４が部品認識カメラ２４によって撮像、認識されてからボンディング位置が決定されるまでの間、ボンディングヘッド１６の動作をほとんど停止させずにすむから、そのことによってもボンディングのタクトタイムを短縮することができる。
【００５３】
チップ４を吸着保持したボンディングツール１７は、ボンディングヘッド１６のヘッド本体３２に揺動部材３４を介して揺動可能に設けられている。そのため、教示位置からボンディング位置に位置決めしながらボンディングヘッド１６を下降させてチップ４を基板２５にボンディングする際、チップ４が基板２５に当たっても、揺動部材３４が揺動することで、チップ４が受ける衝撃を吸収することができる。
【００５４】
そのため、チップ４を基板２５にボンディングする際、チップ４が基板２５に当たるまで高速下降させることが可能となるから、そのことによってもボンディングのタクトタイムを短縮することができる。しかも、チップ４を教示位置からボンディング位置に移動させると同時に、このチップ４を下降させるため、そのことによってもタクトタイムを短縮することができる。
【００５５】
この発明は上記一実施の形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。たとえば、チップがピックアップ反転ツールからボンディングヘッドに受け渡される際、その受け渡し位置の斜め下方に部品認識カメラを配置し、上記チップがピックアップ反転ツールから離脱すると同時に撮像するようにした。その場合、チップが斜め方向から撮像されることになるため、部分的に焦点ずれが生じる虞がある。
【００５６】
したがって、上記受け渡し位置の斜め下方に複数の部品認識カメラを配置し、これらカメラからの画像を同時に取り込んで処理するようにすれば、焦点ずれの発生を防止することが可能となる。
【００５７】
また、ボンデッィングヘッドの作動子を加圧するためソレノイドなどの加圧アクチュエータを用い、ボンディング時の加圧力を荷重センサによって検出する構成としたが、加圧アクチュエータにボイスコイルを用いてもよい。ボイスコイルを用いれば、電流を制御することで加圧力を制御できるから、荷重センサを用いて加圧力を制御せずにすむばかりか、任意の加圧力でボンディングすることが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ボンディングツールの動きを止めることなく、電子部品の撮像や位置決めを行なえるため、ボンディングに要するタクトタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る製造装置の概略的構成図。
【図２】上記製造装置の制御系統を示すブロック図。
【図３】ボンディングヘッドの側面図。
【図４】チップをピックアップ反転ツールからボンディングツールへ受け渡す際の動作を示す説明図。
【図５】ボンディングツールに受け渡されたチップを基板にボンディングする際のフローチャート。
【符号の説明】
４…チップ（電子部品）
８…ピックアップ反転ツール
１６…ボンディングヘッド
１７…ボンディングツール
２４…部品認識カメラ
２５…基板
２６…基板認識カメラ
３２…ヘッド本体
３３…支軸
３４…揺動部材
３５…超音波ホーン
【発明の属する技術分野】
この発明は電子部品としてのチップを基板にボンディングして作られる半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品としての半導体ウエハから作られたチップを基板にボンディングしてなる半導体装置を製造する製造装置としては、フリップチップボンダなどのボンディング装置が知られている。
【０００３】
フリップチップボンダはウエハステージ上にダイシングされて供給された半導体ウエハをウエハ認識カメラで撮像し、その撮像結果からピックアップ位置を補正し、ピックアップ反転ツールによってピックアップする。
【０００４】
ピックアップ反転ツールによってピックアップされたチップは、このピックアップ反転ツールによって上下面が反転されたのち、ボンディングヘッドのボンディングツールに受け渡される。ボンディングツールに受け渡されたチップは、チップ認識カメラで撮像され、その撮像結果によってチップの位置ずれ量が算出される。
【０００５】
一方、チップがボンディングされる基板は基板認識カメラによって撮像され、その撮像結果から基板の位置ずれ量が求められる。そして、ボンディングツールに保持されたチップの位置ずれ量と、基板の位置ずれ量とから基板に対するボンディング位置が算出され、その算出位置に基づいて上記チップが位置決めされて上記基板にボンディングされる。
【０００６】
従来、ボンディングヘッドは、ボンディングツールに保持されたチップをチップ認識カメラで撮像し、このチップの位置ずれ量に基づく補正位置が算出されてから、その算出されたボンディング位置に移動させるようにしていた。
【０００７】
また、チップ認識カメラによるチップの撮像は、チップがピックアップ反転ツールからボンディングツールに受け渡された後、このボンディングツールをチップ認識カメラの上方へ移動させ、その位置で移動を停止してから行なうようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
チップ認識カメラの撮像に基づき、チップの補正位置を算出してからボンディングヘッドを基板上に移動させるようにすると、チップ認識カメラがチップを撮像してから、その撮像信号を画像処理してボンディングヘッドの補正位置を算出する間は、ボンディングヘッドの移動が停止することになる。
【０００９】
したがって、ボンディングヘッドが移動を停止することで、チップをピックアップしてからボンディングするまでのタクトタイムが長くなるため、生産性の低下を招くということがあった。
【００１０】
また、チップ認識カメラによるチップの撮像を、チップがピックアップ反転ツールからボンディングツールに受け渡された後、このボンディングツールをチップ認識カメラの上方へ移動させて停止してから行なっていた。そのため、このときにも、ボンディングツールの移動を停止するため、チップの撮像に時間が掛かり、タクトタイムが長くなるということがあった。
【００１１】
この発明は、電子部品を所定の箇所から取り出して基板にボンディングするまでのタクトタイムを短縮することができるようにした半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この請求項１の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記電子部品をピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、
上記ピックアップ反転ツールによって上記電子部品の上下面を反転させる工程と、
上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記電子部品をボンディングツールに受け渡す工程と、
ボンディングツールに受け渡された電子部品を撮像する工程と、
この撮像に基づく上記電子部品の上記基板に対するボンディング位置の算出を行なう間に、上記電子部品を上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動を開始させる工程と、
教示位置に移動された電子部品を上記撮像に基づいて算出されたボンディング位置に位置決めして上記基板にボンディングする工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記電子部品をピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、
上記ピックアップ反転ツールによって上記電子部品の上下面を反転させる工程と、
上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記電子部品をボンディングツールに受け渡す工程と、
上記電子部品が上記ピックアップ反転ツールから離脱すると同時にこの電子部品を撮像する工程と、
この撮像に基づいて算出されたボンディング位置に上記電子部品を位置決めして上記基板にボンディングする工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、電子部品の撮像に基づく上記基板へのボンディング位置の算出を行なう間に、上記電子部品を上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動させる工程を備えていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造装置において、
上記電子部品を所定の箇所から取り出すピックアップ反転ツールと、
このピックアップ反転ツールによって取り出されて上下面が反転された電子部品を受け取って上記基板にボンディングするボンディングツールと、
上記ボンディングツールが上記ピックアップ反転ツールから上記電子部品を受け取る受け渡し位置の斜め下方に配置され上記電子部品が上記ピックアップ反転ツールから離脱したときにこの電子部品を撮像する撮像手段と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置を提供することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造装置において、
上記電子部品を所定の箇所から取り出すピックアップ反転ツールと、
このピックアップ反転ツールによって取り出されて上下面が反転された電子部品を受け取って上記基板にボンディングするボンディングヘッドと、
上記ピックアップ反転ツールから上記ボンディングヘッドに受け渡された電子部品を撮像し、その撮像に基づいて上記電子部品を上記基板に対して位置決めする撮像手段とを具備し、
上記ボンディングヘッドは、ヘッド本体と、このヘッド本体に揺動可能に設けられた超音波ホーンと、この超音波ホーンに設けられ上記電子部品を上記ピックアップ反転ツールから受け取り上記超音波ホーンからの超音波振動によって上記基板にボンディングするボンディングツールと、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。
【００１８】
図１はこの発明の半導体装置の製造装置を示し、この製造装置は電子部品の供給部としてのウエハステージ１を備えている。このウエハステージ１はベース２ａ上に順次設けられたＸＹテーブル２及びθテーブル３を有し、θテーブル３上には電子部品としての多数のチップ４に分割され図示しないシートに貼着された半導体ウエハ５が載置される。
【００１９】
上記チップ４はピックアップ反転ユニット７によって取り出される。このピックアップ反転ユニット７はＬ字状のピックアップ反転ツール８を有する。このピックアップ反転ツール８は、先端部にチップ４を真空吸着するノズル９を有し、基端部はＺテーブル１１に設けられた取付け部１２に同図に実線で示す状態から鎖線で示す状態、つまり水平方向に１８０度の範囲で回転駆動されるよう取付けられている。上記Ｚテーブル１１はＺガイド１３に沿ってＺ方向に駆動されるようになっている。
【００２０】
上記半導体ウエハ５はウエハステージ１の上方に配置されたウエハ認識カメラ１４によって撮像される。このウエハ認識カメラ１４の撮像信号に基づいて上記ピックアップ反転ツール８によってピックアップされるチップ４の位置決めが行われる。つまり、θテーブル３のＸ、Ｙ及びθ方向の位置決めが行われるようになっている。
【００２１】
θテーブル３からチップ４を吸着して図１に実線で示す状態に反転したピックアップ反転ツール８は受け渡し認識カメラ１５によって撮像される。この受け渡し認識カメラ１５によって撮像されたチップ４は、受け渡し認識カメラ１５の撮像結果に基づいて後述するボンディング機構２０のボンディングヘッド１６に設けられたボンディングツール１７に受け渡される。
【００２２】
なお、上記ボンディングツール１７の外径寸法は、ボンディングツール１７によりチップ４を安定した状態で吸着保持できるよう、チップ４を吸着する部分は上記チップ４の外径寸法と同等あるいはわずかに大小をつけて設定されている。この実施の形態ではわずかに大きく設定されている。
【００２３】
上記ボンディング機構２０はベース１８を有する。このベース１８上には図１に矢印で示すようにＸテーブル１９がＸ方向に沿って駆動可能に設けられている。このＸテーブル１９にはＹテーブル２１がＹ方向に沿って駆動可能に設けられている。このＹテーブル２１にはＺテーブル２２がＺ方向に駆動可能に設けられている。このＺテーブル２２には上記ボンディングツール１７を有する上記ボンディングヘッド１６が設けられている。
【００２４】
上記ボンディングヘッド１６は図３に示すようにＺテーブル２２の上面に設けられたθ調整機構３１を有する。上記Ｚテーブル２２の下面には上記θ調整機構３１によってθ方向の位置決め調整可能な一対の板状部材（一方のみ図示）からなるヘッド本体３２が設けられている。上記θ方向は、上記Ｘ方向とＹ方向とがなす平面に直交する軸線を中心にした回転方向である。
【００２５】
上記ヘッド本体３２には支軸３３が設けられ、この支軸３３には揺動部材３４の中途部が揺動可能に取付けられている。この揺動部材３４の先端には超音波ホーン３５の基端が取付けられ、この超音波ホーン３５の先端部には上記ボンディングツール１７が設けられている。
【００２６】
揺動部材３４の後端には駆動部材３６の後端が取付け固定されている。この駆動部材３６の先端部は上記ボンディングツール１７と平行に延出され、その先端部の上面には荷重センサ３７が取付けられている。上記ヘッド本体３２には上記荷重センサ３７の上方に対向位置する加圧アクチュエータ３８が設けられている。この加圧アクチュエータ３８の作動子３９は上記荷重センサ３７の上面に接触している。
【００２７】
上記加圧アクチュエータ３８が作動してその作動子３９によって上記荷重センサ３７が押圧されると、駆動部材３６を介して揺動部材３４が図３に矢印Ａで示す反時計方向に揺動する。それによって、超音波ホーン３５の先端部に設けられたボンディングツール１７が下降するから、その先端鎖線で示すように吸着保持されるチップ４を後述する基板２５に超音波振動によってボンディングできるようになっている。
【００２８】
ボンディング時の加圧力は上記荷重センサ３７によって検出制御される。上記ヘッド本体３２には、上記揺動部材３４の後端部に設けられた検知部４１との間隔を検出する高さ検出機構としてのギャップセンサ４２が設けられている。
【００２９】
上記Ｚテーブル２２が下降してボンディングツール１７の先端がチップ４を介して基板２５に当接し、揺動部材３４が時計方向に回動すると、そのことが上記ギャップセンサ４２によって検出される。ギャップセンサ４２の検出信号によってボンディングツール１７が基板２５に接触したことが検出されると、加圧アクチュエータ３８が作動してボンディングツール１７を反時計方向に揺動させる。それによって、ボンディングツール１７の先端に吸着されたチップ４を基板２５に所定の圧力で加圧し、超音波振動によってボンディングする。
【００３０】
このような構成によれば、Ｚテーブル２２が下降してボンディングツール１７に保持されたチップ４が基板２５に当たると、揺動部材３４が揺動してチップ４に加わる衝撃を吸収する。そのため、ボンディングツール１７の下降速度を速くできるから、タクトタイムの短縮化を図ることが可能となる。
【００３１】
上記ピックアップ反転ツール８からボンディングツール１７に受け渡されたチップ４は図１に示す部品認識カメラ２４によって撮像される。さらに、ボンディングツール１７に吸着されたチップ４が実装される基板２５は基板認識カメラ２６によって撮像される。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、上記部品認識カメラ２４はチップ４をピックアップ反転ツール８からボンディングツール１７に受け渡す位置の斜め下方に配置されている。
【００３３】
それによって、ボンディングヘッド１６が下降して図４（ｂ）に示すようにボンディングツール１７がピックアップ反転ツール８に保持されたチップ４に接触した後、図４（ｃ）に示すようにチップ４がピックアップ反転ツール８から離脱し、上記ボンディングツール１７とともに上昇した直後に、このチップ４を上記部品認識カメラ２４によって撮像、認識することができる。
【００３４】
そのため、ボンディングヘッド１６の動作を停止させずに、ボンディングツール１７に保持されたチップ４を撮像、認識することができるから、ボンディングツール１７に保持されたチップ４を認識するために要する時間を短縮することが可能となる。
【００３５】
図１に示すように、上記基板２５はＸ方向に駆動可能なボンディングステージ２７上に載置されている。上記基板認識カメラ２６は、ガイド２８にＹ方向に沿って設けられたＹテーブル２９に、Ｚ方向に沿って駆動可能に設けられている。したがって、上記基板認識カメラ２６は、ボンディングステージ２７上の基板２５に対して相対的にＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動可能になっている。
【００３６】
図２は制御系のブロック図で、同図中５１はメインコントローラである。このメインコントローラ５１には画像認識制御部５２を介して上記ウエハ認識カメラ１４、受け渡し認識カメラ１５、部品認識カメラ２４及び基板認識カメラ２６が接続されている。各カメラからの撮像信号は上記画像認識制御部５２で処理されて上記メインコントローラ５１に入力されるようになっている。
【００３７】
さらに、上記メインコントローラ５１には、ウエハステージ１の駆動を制御するウエハステージ制御部５３、ピックアップ反転ユニット７の駆動を制御するピックアップ制御部５４、ボンディングステージ２７の駆動を制御するボンディングステージ制御部５５、基板認識カメラ２６の駆動を制御するカメラ移動制御部５６及びボンディングヘッド１６の駆動を制御するボンディングヘッド制御部５７が接続されている。
【００３８】
上記部品認識カメラ２４によって撮像されたチップ４の撮像信号と、上記基板認識カメラ２６によって撮像された基板２５の撮像信号は上記画像認識制御部５２で処理される。それによって、基板２５上におけるチップ４のボンディング位置が決定され、その決定に基づいて上記ボンディングヘッド１６、つまりチップ４が位置決めされる。
【００３９】
上記ボンディングヘッド１６は、上記画像認識制御部５２によってボンディング位置が決定される前に、上記ボンディングヘッド制御部５７によって基板２５上の、上記メインコントローラ５１によって予め教示された位置に向かって駆動される。
【００４０】
ボンディングヘッド１６が上記教示位置に到達した後、このボンディングヘッド１６は上記画像認識制御部５２によって求められたボンディング位置に位置決めされて下降し、チップ４を基板２５にボンディングすることになる。
【００４１】
図５にチップ４を部品認識カメラ２４で撮像、認識してから基板２５にボンディングするまでのフローチャートを示す。同図において、Ｓ１では部品認識カメラ２４によってチップ４が撮像認識される。
【００４２】
Ｓ２では部品認識カメラ２４と基板認識カメラ２６との撮像信号によってチップ４のボンディング位置が算出される。このＳ２と平行してＳ３ではボンディングヘッド１６がメインコントローラ５１によって設定された基板２５の上方の教示位置まで駆動される。
【００４３】
ボンディングヘッド１６が教示位置に移動している間、或いは移動した後、Ｓ２によってチップ４のボンディング位置が算出される。Ｓ４では教示位置に移動したボンディングヘッド１６が目標位置、つまりボンディング位置に位置決めされる。
【００４４】
Ｓ４と平行してＳ５の動作が行なわれる。Ｓ５は、ボンディングヘッド１６が教示位置からボンディング位置に位置決めされる間に、ボンディングヘッド１６を高速下降させる。
【００４５】
Ｓ５での高速下降は、ボンディングヘッド１６のボンディングツール１７がヘッド本体３２に揺動部材３４を介して揺動可能に設けられているから、上記ボンディングツール１７に保持されたチップ４を基板２５に当たる位置まで下降させても、衝突時の衝撃が上記揺動部材３４の揺動によって吸収されるため、チップ４を損傷させる虞がない。そのため、チップ４を高速下降させる距離を大きくとることができるから、ボンディング時のタクトタイムが短縮される。
【００４６】
Ｓ６ではチップ４が所定の位置まで高速下降した後、このチップ４を緩やかな速度で下降させるサーチ下降が行なわれてチップ４を基板２５のボンディング位置に所定の圧力で押圧する。Ｓ７ではチップ４が基板２５に超音波ホーン３５からの超音波振動によってボンディングされる。
【００４７】
このように、この発明によれば、チップ４をピックアップ反転ツール８からボンディングツール１７に受け渡す、受け渡し位置の斜め下方に部品認識カメラ２４を配置した。
【００４８】
そして、チップ４がピックアップ反転ツール８から離脱し、ボンディングツール１７とともに上昇する過程で、このチップ４を上記部品認識カメラ２４によって撮像、認識するようにした。
【００４９】
そのため、ボンディングヘッド１６に受け渡されたチップ４の部品認識カメラ２４による撮像、認識を、上記ボンディングヘッド１６の動きを停止させることなく行なえるから、チップ４のボンディングに要するタクトタイムを短縮することができる。
【００５０】
チップ４の基板２５に対するボンディング位置は、部品認識カメラ２４と基板認識カメラ２６との撮像信号を処理して決定され、その決定に基づいてボンディングツール１７がボンディング位置に位置決めされる。
【００５１】
しかしながら、上記部品認識カメラ２４と基板認識カメラ２６との撮像信号を処理してボンディング位置が決定される前に、ボンディングツール１７を予め設定された基板２５上の教示位置に移動させるようにした。
【００５２】
そのため、チップ４が部品認識カメラ２４によって撮像、認識されてからボンディング位置が決定されるまでの間、ボンディングヘッド１６の動作をほとんど停止させずにすむから、そのことによってもボンディングのタクトタイムを短縮することができる。
【００５３】
チップ４を吸着保持したボンディングツール１７は、ボンディングヘッド１６のヘッド本体３２に揺動部材３４を介して揺動可能に設けられている。そのため、教示位置からボンディング位置に位置決めしながらボンディングヘッド１６を下降させてチップ４を基板２５にボンディングする際、チップ４が基板２５に当たっても、揺動部材３４が揺動することで、チップ４が受ける衝撃を吸収することができる。
【００５４】
そのため、チップ４を基板２５にボンディングする際、チップ４が基板２５に当たるまで高速下降させることが可能となるから、そのことによってもボンディングのタクトタイムを短縮することができる。しかも、チップ４を教示位置からボンディング位置に移動させると同時に、このチップ４を下降させるため、そのことによってもタクトタイムを短縮することができる。
【００５５】
この発明は上記一実施の形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。たとえば、チップがピックアップ反転ツールからボンディングヘッドに受け渡される際、その受け渡し位置の斜め下方に部品認識カメラを配置し、上記チップがピックアップ反転ツールから離脱すると同時に撮像するようにした。その場合、チップが斜め方向から撮像されることになるため、部分的に焦点ずれが生じる虞がある。
【００５６】
したがって、上記受け渡し位置の斜め下方に複数の部品認識カメラを配置し、これらカメラからの画像を同時に取り込んで処理するようにすれば、焦点ずれの発生を防止することが可能となる。
【００５７】
また、ボンデッィングヘッドの作動子を加圧するためソレノイドなどの加圧アクチュエータを用い、ボンディング時の加圧力を荷重センサによって検出する構成としたが、加圧アクチュエータにボイスコイルを用いてもよい。ボイスコイルを用いれば、電流を制御することで加圧力を制御できるから、荷重センサを用いて加圧力を制御せずにすむばかりか、任意の加圧力でボンディングすることが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ボンディングツールの動きを止めることなく、電子部品の撮像や位置決めを行なえるため、ボンディングに要するタクトタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る製造装置の概略的構成図。
【図２】上記製造装置の制御系統を示すブロック図。
【図３】ボンディングヘッドの側面図。
【図４】チップをピックアップ反転ツールからボンディングツールへ受け渡す際の動作を示す説明図。
【図５】ボンディングツールに受け渡されたチップを基板にボンディングする際のフローチャート。
【符号の説明】
４…チップ（電子部品）
８…ピックアップ反転ツール
１６…ボンディングヘッド
１７…ボンディングツール
２４…部品認識カメラ
２５…基板
２６…基板認識カメラ
３２…ヘッド本体
３３…支軸
３４…揺動部材
３５…超音波ホーン
Claims (5)
- 基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記電子部品をピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、
上記ピックアップ反転ツールによって上記電子部品の上下面を反転させる工程と、
上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記電子部品をボンディングツールに受け渡す工程と、
ボンディングツールに受け渡された電子部品を撮像する工程と、
この撮像に基づく上記電子部品の上記基板に対するボンディング位置の算出を行なう間に、上記電子部品を上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動を開始させる工程と、
教示位置に移動された電子部品を上記撮像に基づいて算出されたボンディング位置に位置決めして上記基板にボンディングする工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造方法において、
上記電子部品をピックアップ反転ツールによって所定の箇所から取り出す工程と、
上記ピックアップ反転ツールによって上記電子部品の上下面を反転させる工程と、
上記ピックアップ反転ツールにより上下面が反転された上記電子部品をボンディングツールに受け渡す工程と、
上記電子部品が上記ピックアップ反転ツールから離脱すると同時にこの電子部品を撮像する工程と、
この撮像に基づいて算出されたボンディング位置に上記電子部品を位置決めして上記基板にボンディングする工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 電子部品の撮像に基づく上記基板へのボンディング位置の算出を行なう間に、上記電子部品を上記基板の上方の予め教示された教示位置に移動させる工程を備えていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
- 基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造装置において、
上記電子部品を所定の箇所から取り出すピックアップ反転ツールと、
このピックアップ反転ツールによって取り出されて上下面が反転された電子部品を受け取って上記基板にボンディングするボンディングツールと、
上記ボンディングツールが上記ピックアップ反転ツールから上記電子部品を受け取る受け渡し位置の斜め下方に配置され上記電子部品が上記ピックアップ反転ツールから離脱したときにこの電子部品を撮像する撮像手段と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 基板に電子部品をボンディングして作られる半導体装置の製造装置において、
上記電子部品を所定の箇所から取り出すピックアップ反転ツールと、
このピックアップ反転ツールによって取り出されて上下面が反転された電子部品を受け取って上記基板にボンディングするボンディングヘッドと、
上記ピックアップ反転ツールから上記ボンディングヘッドに受け渡された電子部品を撮像し、その撮像に基づいて上記電子部品を上記基板に対して位置決めする撮像手段とを具備し、
上記ボンディングヘッドは、ヘッド本体と、このヘッド本体に揺動可能に設けられた超音波ホーンと、この超音波ホーンに設けられ上記電子部品を上記ピックアップ反転ツールから受け取り上記超音波ホーンからの超音波振動によって上記基板にボンディングするボンディングツールと、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002258999A JP2004103603A (ja) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | 半導体装置の製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2002258999A JP2004103603A (ja) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | 半導体装置の製造方法及び製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004103603A true JP2004103603A (ja) | 2004-04-02 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007207844A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Toshiba Corp | 超音波接合装置及び半導体装置の製造方法 |
| CN100416786C (zh) * | 2004-11-19 | 2008-09-03 | 株式会社东芝 | 半导体装置的制造装置以及制造方法 |
| JP2013175557A (ja) * | 2012-02-24 | 2013-09-05 | Tdk Corp | 実装装置 |
-
2002
- 2002-09-04 JP JP2002258999A patent/JP2004103603A/ja active Pending
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