JP2008124382A - ダイボンダおよびダイボンディング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なボンディング作業を行うことができ、高品質な製品を供給することができるダイボンダおよびダイボンディング方法を提供する。
【解決手段】ピックアップポジションでコレット２１にてチップをピックアップして、コレット２１を実装ポジションに搬送し、この実装ポジションでチップ２２をボンディングするものである。コレット２１に透過性部材で構成したカメラ認識経路２８を設け、ピックアップしている状態のチップ２２をカメラ認識経路２８を介して認識用カメラ２７にて観察する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレーム等に半導体チップ等をマウントするダイボンダおよびダンボンディング方法に関するものである。

半導体装置を製造する場合、被実装部材としてのリードフレームに半導体チップを実装するダイボンディングが行なわれる。このダイボンディングには、チップを吸着するコレットを備えたダイボンダが使用される（特許文献１）。

このようなダイボンダは、図２に示すように、ピックアップされる半導体チップ１が配置された供給部２と、この供給部２の半導体チップ１を吸着するコレット３を有するボンディングアーム１０と、供給部２の半導体チップ１を観察する認識用カメラ６と、ボンディング位置でリードフレーム４のアイランド部５を観察する認識用カメラ１２とを備える。

供給部２は、ウエハ支持装置７に載置支持された半導体ウエハ８を備えるものである。半導体ウエハ８は多数の半導体チップ１に分割されている。また、コレット３はコレットホルダ９に連結され、このコレット３とコレットホルダ９等でボンディングアーム１０が構成される。そして、このボンディングアーム１０は搬送手段１１を介して、ピックアップ位置とボンディング位置との間の移動が可能となっている。搬送手段１１は、ボンディングアーム１０をＸ、Ｙ、θ及びＺ方向に駆動させることができる。

また、このコレット３は、その下端面に開口した吸着孔を介してチップ１が真空吸引され、このコレット３の下端面にチップ１が吸着する。なお、この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレット３からチップ１が外れる。

次に、図２に示すダイボンダ装置を使用したダイボンディング方法を説明する。まず、供給部２の上方に配置される認識用カメラ６にてピックアップすべきチップ１を観察して、コレット３をこのピックアップすべきチップ１の上方に位置させてこのチップ１をピックアップする。

また、ボンディング位置の上方に配置された認識用カメラ１２にて、ボンディングすべきリードフレーム４のアイランド部５を観察して、このアイランド部５上にコレット３を移動させて、このアイランド部５にチップ１を供給する。

すなわち、認識用カメラ６の観察に基づいて位置決めされたチップ１をボンディングアーム１０のコレット３でピックアップし、アイランド認識用のカメラ１２の下部に搬送されたリードフレーム（基板）４のアイランド部５を、このカメラ１２にて認識して位置測定する。そして、フィードバック制御を行って、ボンディングアーム１０を駆動させて、その測定された位置にチップ１をアイランド部５に実装することになる。このため、コレット３は、図２に示す矢印Ａのように移動する。

また、従来には、実装時（ボンディング時）に観察用（認識用）の基板光学系を退避させるものもある。すなわち、図３に示すように、ボンディングアーム１０によりチップ１をピックアップし、チップ実装前に基板認識光学系１５にて、基板１６のアイランドの位置測定を行うとともに、吸着されたチップ１の位置測定を行う。そして、ボンディング位置（実装位置）とチップ１の位置とにずれが生じている場合、そのずれを修正（補正）した後、基板認識光学系１５を退避させて、チップ１を実装していた。なお、図３において、１３はチップ認識光学系を示し、矢印Ｃ、Ｄはボンディングアーム１０の移動方向を示し、矢印Ｅは基板認識光学系１５の移動方向を示している。
特開２００６−７３６３１号公報

前記特許文献１に記載のものでは、認識用カメラ１２はボンディングアーム１０の上方に位置しているので、コレット３による吸着前においては、ピックアップしようとするチップ１を観察することができるが、吸着後においてはボンディングアーム１０によってピックアップしたチップ１を観察することができない。また、ボンディング側の認識用カメラ１２であっても、ピックアップしたチップ１を観察することができない。

ところで、チップ１をピックアップする場合、チップ１の下方からピン等にて押し上げ、この状態で、コレット３に吸着させるものであるので、ピックアップされたチップ１はコレット３に対して種々の状態で吸着されることになる。このため、前記特許文献１のものでは、チップ吸着前において位置確認を行ったとしても、吸着後におけるチップの位置状態を確認しないまま、チップが正規状態で吸着されているとして、実装（ボンディング）する。そのため、吸着状態によっては、実装位置に安定して供給することができず、ボンディング精度の低下を招くことになる。

また、観察用（認識用）光学系を退避させるものものでは、ボンディングアームが下降して実装する前においてチップ位置および被実装部位置を確認することができるが、実装する直前（ボンディングアームが下降している状態）のチップ位置および被実装部位置を認識できない。このため、ボンディングアームの下降時に位置ずれするような場合、正確に実装できない。しかも、認識用光学系を退避させる場合、ボンディング位置から退避できる移動式光学系１５、およびピックアップ位置からボンディング位置までの間にチップ位置を検出（測定）するカメラ認識等が必要となり、装置全体が複雑化してコスト高となる。

さらに、特許文献１に記載のものであっても、認識用の光学系を退避させるものであっても、基板側が加熱されて、ボンディング作業が高温雰囲気（例えば、４００℃から５００℃程度）で行われる場合、カメラと基板との間の空間において陽炎が発生する。このように、陽炎が発生すれば、認識画像が陽炎による影響を受けて、チップとアイランド部との認識が不安定となり、精度のよいボンディング作業を行うことができない。

本発明は、上記課題に鑑みて、高精度なボンディング作業を行うことができ、高品質な製品を供給することができるダイボンダおよびダイボンディング方法を提供する。

本発明のダイボンダは、ピックアップポジションでボンディングアームのコレットにてチップをピックアップして、前記コレットを実装ポジションに搬送し、この実装ポジションでチップをボンディングするダイボンダにおいて、前記ボンディングアームに透過性部材で構成したカメラ認識経路を設け、ピックアップしている状態のチップの前記カメラ認識経路を介した認識用カメラによる観察を可能としたものである。

本発明のダイボンダによれば、ピックアップしている状態のチップを、認識用カメラにて、透過性部材にて構成されたカメラ認識経路を介して観察することができる。このため、ボンディングする際に、チップ側の位置状態を把握することができ、ボンディング位置にチップを正確にボンディングすることができる。

実装ポジションでの認識用カメラによるカメラ認識経路を介したチップと被実装部との同一画面上の同時観察を可能とするのが好ましい。このように、チップと被実装部とを同一画面において同時観察することによって、ボンディング直前におけるチップ位置情報及び被実装部側の情報に基づいてボンディングすることができる。

認識用カメラとして、ピックアップポジションでのピックアップ用カメラと、実装ポジションでのボンディング用カメラとを備えたものであっても、ボンディングアームに付設されてボンディングアームと一体に移動するカメラであってもよい。

本発明のダイボンディング方法は、ピックアップポジションでボンディングアームのコレットにてチップをピックアップして、前記コレットを実装ポジションに搬送し、この実装ポジションでチップをボンディングするダイボンディング方法において、ピックアップしている状態のチップを前記ボンディングアームに設けられた透過性部材からなるカメラ認識経路を介して観察するものである。

本発明のダイボンディング方法によれば、チップ側の位置状態を把握して、ボンディング位置にチップを正確にボンディングすることができる。

ボンディング時に、カメラ認識経路を介してチップと被実装部とを同一画面上で観察することができる。すなわち、ボンディング直前のチップ位置情報と、被実装部側の情報に基づいてボンディングすることができる。

本発明では、ボンディングする際に、チップ側の位置状態を把握することができ、ボンディング位置にチップを正確にボンディングすることができる。このため、高精度のボンディング作業が可能となる。また、カメラ認識経路は対流する空気層を有さないものとなるので、高温雰囲気中においてこのダイボンダを使用してもカメラ認識経路内で陽炎が発生するのを防止できる。このため、実装すべきアイランド部を有する基板（リードフレーム）を加熱する必要があっても、チップとアイランド部とを安定して認識でき、一層精度のよいボンディング作業を行うことができる。

チップと被実装部とを同一画面において同時観察することによって、ボンディング直前におけるチップ位置情報及び被実装部側の情報に基づいてボンディングすることができる。すなわち、チップ位置と被実装部の位置との両者を見ながら実装することができ、極めて高精度の実装を行うことができる。また、チップと被実装部とを同一画面において同時観察すれば、位置情報を一度に取得することができ、位置合わせ作業性の容易化を図ることができる。これに対して、チップと被実装部とを同一画面において同時観察することができなければ、チップ位置と被実装部の位置との両者を見ながら実装することができず、このような場合、ボンディングアームが下降する際に位置ずれすれば、正確な実装を行うことができない。しかも、実装に必要なコレットに対するチップの位置情報と、アイランドの位置情報とを別々に取得することになり、チップと被実装部との位置合わせ作業に困難性が生じることになる。

認識用カメラとして、ピックアップポジションでのピックアップ用カメラと、実装ポジションでのボンディング用カメラとを備えたものでは、ピックアップ用カメラでピックアップ時のチップの状態を認識することができる。このため、ボンディング用カメラで実装ポジションおよびチップの状態を認識することができ、高精度のボンディング作業を確実に行うことができる。このように、２箇所においてカメラを配置することによって、ボンディングアームにカメラを付設する必要がなくなって、ボンディングアームを移動させる搬送手段（駆動部）の大型化を防止できるとともに、ボンディングアームの移動スピードの向上を図ることができる。

認識用カメラが、ボンディングアームに付設されてボンディングアームと一体に移動するカメラであれば、一台のカメラからのデータを処理すればよいので、データ処理の簡素化を図ることができ、作業時間の短縮化を達成できる。さらに、位置補正した後の最終位置確認もこの一台のカメラにて行うことができ、この最終位置確認も安定し、しかも低コスト化を図ることができる。

また、カメラ認識経路を透過性部材にて構成する場合、コレット及びコレットホルダに透過性部材を使用することが好ましい。このため、チップ接合において加熱接合をする場合、赤外線レーザー光線等を直接的に接合部材（チップや基板上のアイランド部）に照射して加熱接合することが可能であり、作業性の向上を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。

図１にダイボンダの簡略図を示し、このダイボンダは、ピックアップポジションでコレット２１にてチップ２２をピックアップして、コレット２１を実装ポジションに搬送し、この実装ポジションでチップ２２をボンディングするものである。

コレット２１はコレットホルダ２０に保持され、このコレット２１とコレットホルダ２０等でボンディングアーム２３を構成する。ボンディングアーム２３は搬送手段２４に支持され、この搬送手段２４にてＸＹＺθ方向に移動することができる。このため、搬送手段２４には、ＸＹＺθ軸ステージや、ＸＹＺθ方向に移動可能なロボットアーム等を使用することができる。

コレット２１は、その下端面に開口する吸着用の吸着孔が形成され、この吸着孔に図外の真空発生器が接続されている。この真空発生器の駆動にて吸着孔のエアが吸引され、チップ２２が真空吸引され、コレット２１の下端面にチップ２２が吸着する。なお、この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレット２１からチップ２２が外れる。真空発生器としては、例えば、高圧空気を開閉制御してノズルよりディフューザに放出して拡散室に負圧を発生させるエジェクタ方式のものを採用できる。

半導体チップ２２は半導体ウエハ２５が多数に分割されてなり、半導体ウエハ２５がウエハ支持台２６に載置支持されている。また、このウエハ支持台２６は、図示省略の制御手段の制御によって、このウエハ支持台２６を支持しているＸＹステージがＸＹ方向に駆動する。

ウエハ支持台２６の上方には確認用カメラ２７が配置される。この確認用カメラ２７の撮像信号は画像処理部で処理され前記制御手段に入力される。このため、ピックアップするチップ２２をこの確認用カメラ２７にて確認できる。

ボンディングアーム２３、つまりコレット２１およびコレットホルダ２０には、ガラス（特に耐熱ガラス）等の透過性部材にて構成されるカメラ認識経路２８が形成されている。ここで、カメラ認識経路２８とは前記確認用カメラ２７の観察路であって、このカメラ認識経路２８を介してコレット２１の下面（下端面）に吸着されたチップ２２の状態の観察（認識）が可能である。このため、カメラ認識経路２８は、コレット２１にて吸着されているチップ２２を観察できないような反射や屈折等が生じないものとする必要がある。

耐熱ガラスとは、熱膨張率が小さく急熱急冷に耐え，軟化点の高いガラスである。耐熱ガラスとしては石英ガラスがあり、他に石英ガラスの組成に近づけたバイコール（米国コーニング社の商品名）、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラスなどがある。また、石英ガラスとは、シリカガラスとも呼ばれ、二酸化ケイ素（シリカ）ＳｉＯ_２のみを成分とするガラスである。水晶を溶融してつくった透明石英ガラスと、ケイ石やケイ砂を半溶融してつくった不透明石英ガラスとがあるが、不透明石英ガラスは、多数の気泡を含むため白色を呈し、このカメラ認識経路２８には不適である。

カメラ認識経路２８としては、コレット２１およびコレットホルダ２０の全体を透過性部材で構成することによって形成しても、コレット２１の下端面に吸着されたチップ２２を観察できる範囲のみを透過性部材で構成することによって形成してもよい。なお、コレット２１には吸着孔が設けられるので、吸着孔を避けてカメラ認識経路２８を形成するのが好ましい。

チップ２２をボンディングする部位としては、例えば、リードフレーム等の基板３０のアイランド部３１であり、この基板３０の上方には、アイランド部３１を観察する認識用カメラ３２が配置されている。この場合、認識用カメラ３２は、チップ２２を実装しようとするアイランド部３１の観察（認識）を行う必要があるので、認識用カメラ３２側をＸＹ方向に移動させたり、基板３０側をＸＹ方向に移動させたり、さらには、認識用カメラ３２側および基板３０側を移動させたりする必要がある。

認識用カメラ３２の撮像信号は画像処理部で処理され、前記制御手段に入力される。この認識用カメラ３２によって、カメラ認識経路２８を介したチップ２２と被実装部（アイランド）３１との同一画面上の同時観察を可能としている。

次に、図１に示したダイボンダを使用したボンディング方法を説明する。まず、認識用カメラ２７でウエハ支持台２６上のチップ２２を撮影し、この処理データを制御手段に入力する。これによって、この観察データに基づいてピックアップしようとするチップ２２を、半導体ウエハ２５からピックアップする。

この際、ピックアップしたチップ２２の観察をカメラ認識経路２８を介して行うことになる。そして、搬送手段２４にてボンディングアーム２３を実装ポジションへ移動させる。実装ポジションでは、認識用カメラ３２で、吸着しているチップ２２と、実装すべきアイランド部３１とを認識（観察）する。すなわち、実装ポジションでの認識用カメラによるカメラ認識経路２８を介したチップ２２と被実装部（アイランド部）３１との同一画面上 の同時観察を行う。

そして、この観察に基づいて吸着しているチップ２２が実装すべきアイランド部３１に対して正規位置に実装できるように、ボンディングアーム２３の位置を制御する。この場合、チップ位置と被実装部の位置との両者を見ながら実装することができる。このようにボンディングアーム２３は図１の矢印Ａのようにピップアップポジションから実装ポジションへ移動して、チップ２２を実装することができる。

本発明では、ピックアップしている状態のチップ２２を、認識用カメラにて、透過性部材にて構成されたカメラ認識経路２８を介して観察することができる。このため、ボンディングする際に、チップ側の位置状態を把握することができて、ボンディング位置にチップ２２を正確にボンディングすることができ、高精度のボンディング作業が可能となる。また、カメラ認識経路２８は対流する空気層を有さないものであるので、高温雰囲気中においてこのダイボンダを使用してもカメラ認識経路内で陽炎が発生するのを防止できる。このため、実装すべきアイランド部３１を有する基板（リードフレーム）３０を加熱する必要があっても、これに対応して、チップ２２とアイランド部３１とを安定して認識でき、一層精度のよいボンディング作業を行うことができる。

チップ２２と被実装部（アイランド部）３１とを同一画面において同時観察することによって、ボンディング直前におけるチップ位置情報及び被実装部側の情報に基づいてボンディングすることができる。すなわち、チップ位置と被実装部の位置との両者を見ながら実装することができ、極めて高精度の実装を行うことができる。また、チップ２２と被実装部３１とを同一画面において同時観察すれば、位置情報を一度に取得することができ、位置合わせ作業性の容易化を図ることができる。これに対して、チップ２２と被実装部３１とを同一画面において同時観察することができなければ、チップ位置と被実装部の位置との両者を見ながら実装することができず、このような場合、ボンディングアームが下降する際に位置ずれすれば、正確な実装を行うことができない。しかも、実装に必要なコレット２１に対するチップ２２の位置情報と、アイランド部３１の位置情報とを別々に取得することになり、チップ２２と被実装部３１との位置合わせ作業に困難性が生じることになる。

認識用カメラとして、ピックアップポジションでのピックアップ用カメラ２７と、実装ポジションでのボンディング用カメラ３２とを備えているので、ピックアップ用カメラ２７でピックアップ時のチップ２２の状態を認識することができ、ボンディング用カメラ３２で実装ポジションおよびチップ２２の状態を認識することができ、高精度のボンディング作業を確実に行うことできる。このように、２箇所においてカメラを配置することによって、ボンディングアーム２３にカメラを付設する必要がなくなるので、ボンディングアーム２３を移動させる搬送手段（駆動部）の大型化を防止できるとともに、ボンディングアーム２３の移動スピードの向上を図ることができる。

ところで、前記図１では、認識用カメラとして、ピックアップポジションでのピックアップ用カメラ２７と、実装ポジションでのボンディング用カメラ３２とを備えたものであるが、実装ポジション側のカメラ３２を省略してもよい。

この場合、ピックアップ用のカメラ２７をボンディングアーム２３側に付設されてボンディングアーム２３と一体に移動するようにする。すなわち、カメラ２７をコレットホルダ２０の上部に一体固定すればよい。

このように、ボンディングアーム２３に付設されてボンディングアーム２３と一体に移動するものでは、一台のカメラ２７からのデータを処理すればよいので、データ処理の簡素化を図ることができ、作業時間の短縮化を達成できる。さらに、位置補正した後の最終位置確認もこの一台のカメラ２７にて行いことができ、この最終位置確認も安定し、しかも低コスト化を図ることができる。

また、コレットホルダ２０に透過性部材を使用しているので、チップ接合において加熱接合をする場合、赤外線レーザー光線等を直接的に接合部材（チップ２２や基板３０上のアイランド部３１）に照射して加熱接合することも可能である。このため、作業性の向上を図ることができる。

ところで、カメラ認識経路２８を透過性部材にて構成することなく、チップ２２と被実装部３１とを同一画面において同時観察することも可能である。すなわち、コレットがチップを斜め上方から吸着するようにしたり、カメラ認識経路に対応するコレットの壁面を傾斜面としたり、さらには、コレットホルダに垂直方向の観察用孔部や切欠部を設けたりするようにすればよい。

しかしながら、観察用孔部や切欠部を介して観察する場合、高温雰囲気中で使用されれば、観察用孔部や切欠部内において空気の対流が生じて陽炎が発生する。このため、安定した位置情報を取得することができず、精度のよいボンディング作業を行うことができない。しかも、チップを斜め上方から吸着したり、コレットの壁面を傾斜面としたりしても、コレットの吸着部位乃至その近傍の観察が行い難い欠点もある。

これに対して、本発明のように、カメラ認識経路２８を透過性部材にて構成すれば、カメラ認識経路２８に陽炎が生じることがなく、安定した位置観察を行うことができる。また、吸着されているチップ２２に対して、観察できない又は観察し難い部位もなくなって、高精度な実装作業を行うことができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、コレット２１およびコレットホルダ２０の形状や大きさ等は任意に設定できる。すなわち、コレット２１およびコレットホルダ２０等からなるボンディングアーム２３は、コレット２１の下端面に開口する吸着孔が形成され、また、搬送手段２４に保持されて、この搬送手段２４にてピックアップポジションと実装ポジションとの間を搬送できて、ピックアップポジションでコレット２１にてチップ２２をピックアップでき、実装ポジションでチップ２２を実装できればよい。

また、カメラ認識経路２８を構成する透過性部材として、ガラス、特に実施形態のよううに、耐熱ガラスが好ましいが、使用される雰囲気の温度等に対応できるものであれば、樹脂を使用することも可能な場合もある。

本発明の実施形態を示すダイボンダの簡略図である。 従来のダイボンダの簡略図である。 従来の他のダイボンダの簡略図である。

符号の説明

２１ コレット
２２ 半導体チップ
２５ 半導体ウエハ
２７ 確認用カメラ
２８ カメラ認識経路
３２ 認識用カメラ

Claims (6)

1. ピックアップポジションでボンディングアームのコレットにてチップをピックアップして、前記コレットを実装ポジションに搬送し、この実装ポジションでチップをボンディングするダイボンダにおいて、
   前記ボンディングアームに透過性部材で構成したカメラ認識経路を設け、ピックアップしている状態のチップの前記カメラ認識経路を介した認識用カメラによる観察を可能としたことを特徴とするダイボンダ。
2. 実装ポジションでの認識用カメラによる前記カメラ認識経路を介した前記チップと被実装部との同一画面上の同時観察を可能としたことを特徴とする請求項１のダイボンダ。
3. 認識用カメラとして、ピックアップポジションでのピックアップ用カメラと、実装ポジションでのボンディング用カメラとを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２のダイボンダ。
4. 認識用カメラとして、ボンディングアーム側に付設されてボンディングアームと一体に移動するカメラを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２のダイボンダ。
5. ピックアップポジションでボンディングアームのコレットにてチップをピックアップして、前記コレットを実装ポジションに搬送し、この実装ポジションでチップをボンディングするダイボンディング方法において、
   ピックアップしている状態のチップを前記ボンディングアームに設けられた透過性部材からなるカメラ認識経路を介して観察することを特徴するダイボンディング方法。
6. 前記ボンディング時に、カメラ認識経路を介してチップと被実装部とを同時に観察することを特徴する請求項５のダイボンディング方法。