JP2009004640A - ウエハチップチャック装置およびウエハチップチャック装置におけるチャック不良判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャックしたチップの位置ずれを自動的に修正可能とし、チャックの良否を判定して、正確なチップ組付けに供し得る、ウエハチップチャック装置およびチャック不良判定方法を提供する。
【解決手段】チャック本体１２に、中心軸に沿って吸引通路１８が設け、チャック本体１２先端側に、四角錐形状に拡がる吸着凹部１９を設ける。吸着凹部１９の外周縁部に、帯状縁部２０ａ〜２０ｄを設ける。
ウエハチップ１１をチャックした際に、吸着凹部１９内に収容され、ウエハチップ１１の角部が、吸着凹部１９の稜線に乗った状態を正常にチャックした状態とし、これを撮像手段１５によって捉えられる画像データを基準としてチャックの良否を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハのチップを吸引チャックなどでチャックして、チャックに吸着したチップの位置ずれを自動的に修正でき、チャック良否の判定を行ってずれを修正して、正確な実装に供し得る、ウエハチップチャック装置およびウエハチップチャック装置におけるチャック不良判定方法に関するものである。

半導体ウエハから分割して得られた個々のチップは、微小な寸法であるために、取り扱いが難しく、基板等に正確に組み付ける工程が種々提案されている。
そのために、例えば特許文献１では、ウエハのチップを確実にピックアップしてワークに搭載できるようにするために、ウエハのチップを下方から突上げるためのダイエジェクタと、光軸をダイエジェクタから突出するピンのセンター位置に合致させてダイエジェクタの上方に設置されたウエハ認識用カメラと、ウエハを保持するウエハホルダをＸＹ方向へ水平移動させるＸＹテーブルと、ＸＹテーブルを下方から支持するθテーブルとを備え、このθテーブルの回転中心を前記カメラの光軸に一致させるようにしている。
すなわち、特許文献１では、ノズルがチップをピックアップするのに先立ち、チップの位置認識と位置ずれの補正をするとしたものである。

特開２００２−１１１２８９号公報

他方、図８に示すように、先ずチップ１を、底面平坦な吸着手段２に吸着した後に、画像で捉えたチップ１の位置情報を求めるために、チャック（吸着手段２）に対するチップ１の位置・角度を演算処理して求めるようにしていた（図９参照）。
なお、この吸着手段２は、吸着面である底面が平坦である面による吸着を行っている。

チップ１を面による吸着を行っていることから、初めの吸着姿勢は変わることはなく、このままプリント基板等の組付け位置に組み付けを行うと、組付け位置がずれるという問題があった。
そうすると、ウエハチップ１の表面には、回路が形成されているため、チャック２の接触可能な部分が、チップ１周辺のため、ずれやすいという難点がある。
本発明はこのような課題を改善するために提案されたものであって、半導体ウエハのチップを吸引チャックなどでチャックして、チャックに吸着したチップの位置ずれを自動的に修正可能とし、しかも、位置ずれを画像処理によりチャックの良否を判定して、正確なチップ組付けに供し得る、ウエハチップチャック装置およびウエハチップチャック装置におけるチャック不良判定方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１にかかる発明では、半導体ウエハから、分離形成されたウエハチップ（１１）を吸引することでチャックするチャック本体（１２）を具備するウエハチップチャック装置において、チャック本体（１２）には吸引通路（１８）を設けて、吸引通路（１８）を通じてウエハチップ（１１）を吸引してチャックするための吸引手段（１４）を設け、チャック本体（１２）先端側には、吸引通路（１８）に連なる四角錐形状に拡がる吸着凹部（１９）を形成し、この吸着凹部（１９）の外周縁部には、帯状縁部（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）を設けたことを特徴とする。

これにより、ウエハチップ（１１）が、例え吸着凹部（１９）の外周縁部における帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）に乗り上げた状態でチャックされても、帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）に乗り上げ、吸着凹部（１９）の傾斜面上に位置することから、ウエハチップ（１１）と吸着凹部（１９）との間に隙間ができる。従って、吸引手段（１４）により、吸引通路（１８）を通じて吸引を続行すると、外気がウエハチップ（１１）と吸着凹部（１９）との隙間から吸引通路（１８）に流れ、ウエハチップ（１１）は次第に、より安定した状態に修正される。

また、請求項２にかかる発明では、チャック本体（１２）に、ウエハチップ（１１）が正常にチャックされたか否かを判定するチャック判定手段として、チャック本体（１２）における吸着凹部（１９）の外周縁部の帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）を照らす光源（１５）と、ウエハチップ（１１）をチャックしたチャック本体（１２）を撮像する撮像手段（１６）と、撮像手段（１６）による画像データを画像処理して得られた画像を基に、チャックの良否を判定する処理手段（１７）とを備えたことを特徴とする。

これにより、ウエハチップ（１１）がずれて吸着凹部（１９）の外周縁部における帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）に乗り上げた状態でチャックされると、ウエハチップ（１１）により帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）を遮っているという画像を得ることができるので、チャックの良否の判定が容易である。

また、請求項３にかかる発明では、処理手段（１７）において、撮像手段（１６）により捉えた画像データを、２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像から、ウエハチップ（１１）が吸着凹部（１９）外周縁部の帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）内にあるか否かを判定することを特徴とする。

これにより、撮像手段（１６）により捉えた画像データを、２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像を基に判定するだけであるから、処理時間を短縮化することができる。

また、請求項４にかかる発明では、処理手段（１７）において、撮像手段（１６）により捉えた画像データを、２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像から面積演算処理を行い、得られた面積データとウエハチップ（１１）の正常チャック時の基準データとを比較することで、ウエハチップ（１１）が正常にチャックされたか否かを判定することを特徴とする。

処理手段（１７）において、２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像から面積演算処理を行い、得られた面積データとウエハチップ（１１）の正常チャック時の基準データとを比較するだけであるから、ウエハチップ（１１）が正常にチャックされたか否かを、確実に迅速に判定することができる。

また、請求項５にかかる発明では、半導体ウエハから、分離形成されたウエハチップ（１１）を吸引することで吸着凹部（１９）内にチャックするチャック本体（１２）を具備するウエハチップチャック装置において、ウエハチップ（１１）をチャック本体（１２）によりチャックした状態を、画像データとして取得し、この画像データを２値化処理と共に、２値化処理により得られた画像から、ウエハチップ（１１）が吸着凹部（１９）内にあるか否かを判定することを特徴とする。

これにより、ウエハチップ（１１）をチャック本体（１２）によりチャックした状態の画像データを、２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像を基に判定するだけであるから、処理時間を短縮化することができる。

さらに、請求項６にかかる発明では、半導体ウエハから、分離形成されたウエハチップ（１１）を吸引することで吸着凹部（１９）内にチャックするチャック本体（１２）を具備するウエハチップチャック装置において、ウエハチップ（１１）をチャック本体（１２）によりチャックした状態を、画像データとして取得し、この画像データを２値化処理と共に、２値化処理により得られた画像から面積演算処理を行い、面積演算処理により得られた面積データと予め保持された前記ウエハチップ（１１）の正常チャック時の基準データとを比較することにより、ウエハチップ（１１）が正常にチャックされているか否かの判定を行うことを特徴とする。

２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像から面積演算処理を行い、得られた面積データとウエハチップ（１１）の正常チャック時の基準データとを比較するだけであるから、ウエハチップ（１１）が正常にチャックされたか否かを、確実に迅速に判定することができる。

なお、上記各構成要素に記載する各構成要素に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

図１に本発明にかかるウエハチップチャック装置１０を模式的に示す。
このウエハチップチャック装置１０は、半導体ウエハから、分割されたウエハチップ１１を吸引することでチャックするチャック本体１２を備え、このチャック本体１２を、周知の搬送手段１３に搭載して各工程位置に移動させて、それぞれ工程を実行する構成としている。なお、ここでの各工程とは、ウエハチップ１１を吸引することでチャックするチップ吸着工程、チップのチャック良否を判定するチップの状態判定工程、そして、チップの組付け工程をいう。
このチャック本体１２には、吸引通路（後述）を通じてウエハチップ１１を吸引してチャックするための吸引手段１４が設けられている。
そして、ウエハチップチャック装置１０には、チップの状態判定工程において、ウエハチップ１１が正常にチャックされたか否かを判定するチャック判定手段として、チャック本体１２の吸引通路を撮像する撮像手段１５と、撮像手段１５の周囲に設けた光源１６と、撮像手段１５で得られた画像データを処理、判定する処理手段１７が設けられている。

チャック本体１２は、略方形状の柱状体で、中心軸に沿って吸引通路１８が設けられている。また、チャック本体１２先端側には、チャック本体１２の中心軸を貫く吸引通路１８から四隅に向けて、吸引通路１８を頂点とする四角錐形状に拡がる吸着凹部１９を形成している。なお、チャック本体１２の断面積は、チャックすべきウエハチップ１１の断面積に比較して若干大として、ウエハチップ１１をチャックした際に、ウエハチップ１１が吸着凹部１９内に収容可能としている（図２参照）。
さらに、チャック本体１２先端側の吸着凹部１９を形成した外周縁部には、隅角部を除いて、帯状縁部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを設けている。
これら帯状縁部２０ａ〜２０ｄが撮像手段１５の周囲に設けた光源１６からの照射光により、撮像手段１５によって後述する画像（２値化画像）を捉え、処理手段１７に画像信号として供するようにしている。

そこで、ウエハチップ１１が正常にチャックされたか否かを判定するチャック判定手段について説明する。
このウエハチップチャック装置１０においては、図２に示すように、ウエハチップ１１をチャックした際に、吸着凹部１９内に収容され、ウエハチップ１１の角部が、吸着凹部１９の稜線に乗った状態を正常にチャックした状態としている。
この正常にチャックした状態においては、ウエハチップ１１は、チャック本体１２先端側の吸着凹部１９を形成した外周縁部における帯状縁部２０ａ〜２０ｄの内側にある。
従って、撮像手段１５によって捉えられる画像は、図３のようになる。そこで、処理手段１７において、このような画像から、ウエハチップ１１は吸着凹部１９内に収容されていると判定することにより、正常にチャックした状態とすることができる。なお、処理手段１７には、周知の構成のものを用いることができる。

次に、本発明にかかるウエハチップチャック装置１０について、動作を説明する。
このウエハチップチャック装置１０においては、搬送手段１３により、チャック本体１２を各工程の位置へもたらして、チップの吸着、チップの状態判定、チップの組付けを行う。
先ず、チャック本体１２をチップの吸着工程の位置に移動させた後、吸引手段１４を作動し、ウエハチップ１１をチャックすべく、吸引通路１８を通じてウエハチップ１１を吸引してチャックする（図４参照）。吸引手段１４を作動して吸引通路１８を通じて吸引を行うと、吸引通路１８、吸着凹部１９は負圧となり、ウエハチップ１１を吸着凹部１９に吸着することができる。

この状態では、ウエハチップ１１は、図５に示すようにずれた状態、すなわち不安定な状態で吸着されることが多い。しかしながら、ウエハチップ１１が吸着凹部１９を形成した外周縁部における帯状縁部２０ａ〜２０ｄに乗り上げ、吸着凹部１９の傾斜面上に位置することから、ウエハチップ１１と吸着凹部１９との間に隙間ができる。従って、吸引手段１４により、吸引通路１８を通じて吸引を続行すると、外気がウエハチップ１１と吸着凹部１９との隙間から吸引通路１８に流れ、ウエハチップ１１は次第に、より安定した状態に修正される（図６参照）。
すなわち、ウエハチップ１１は、角部が吸着凹部１９の傾斜面上から稜線上に移動せしめられ、図７に示すように、ウエハチップ１１の角部が、吸着凹部１９の稜線に乗った状態となる。これにより、吸着工程が完了する。

吸着工程が完了すると、搬送手段１３により、チャック本体１２をチップのチャック良否判定工程を行うべく、チップの状態判定の位置へ移動させる（図１参照）。
チップの状態判定の位置においては、チャック本体１２は、ウエハチップ１１をチャックした状態で、チャック判定手段としての、撮像手段１５と、光源１６の上方にもたらされる。

光源１６から、ウエハチップ１１をチャックしたチャック本体１２を、チャック本体１２の吸着凹部１９を形成した外周縁部における帯状縁部２０ａ〜２０ｄに向けて照射され、撮像手段１５により画像データを取得することができる。
撮像手段１５により捉えた画像データが処理手段１７に送られると、処理手段１７では、２値化処理と共に、２値化処理により得られた画像（図３参照）から、面積演算処理がなされる。

光源１６により、チャック本体１２の吸着凹部１９外周縁部における帯状縁部２０ａ〜２０ｄが照らされると、ウエハチップ１１が吸着凹部１９外周縁部の帯状縁部２０ａ〜２０ｄ内にあるときは、帯状縁部２０ａ〜２０ｄは、光源１６により照らされるため、処理手段１７は、この状態を撮像手段１５により捉えた画像データから、ウエハチップ１１は、吸着凹部１９内に収容されているという判定を行うことができる。

そして、処理手段１７において、画像データの２値化処理と共に、２値化処理により得られた画像から、面積演算処理がなされると、あらかじめ基準データとして保持されているデータと比較を行う。この基準データとは、ウエハチップ１１の正常チャック時の基準データをいうものとする。
従って、この基準データと面積演算処理で得られたデータとが略同一の場合は、ウエハチップ１１は正常にチャックされているという判定を行うことができ、搬送手段１３により、次のチップの組付け工程へと、チャック本体１２を送ることができる。

もし、面積演算処理から導出された面積データが基準データに比較して小さい場合は、ウエハチップ１１が吸着凹部１９外周縁部の帯状縁部２０ａ〜２０ｄに乗り上げているか、はみ出していて、チャック不良であるとする判定を行うことができる。
すなわち、ウエハチップ１１が帯状縁部２０ａ〜２０ｄに乗り上げているか、はみ出すことによって、光源１６により照らされることになるため、面積演算処理から導出された面積データは、基準データより小さくなるためである。

ここで、チャック不良であるとする判定がなされた場合は、引き続き、吸引手段１４により、吸引通路１８を通じて吸引を続行し、外気がウエハチップ１１と吸着凹部１９との隙間から吸引通路１８に流れ、ウエハチップ１１は次第により安定した状態に修正され、再び、上述の判定手順を繰り返し、最終的にウエハチップ１１は正常にチャックされているという判定を行うことができ、搬送手段１３により、次のチップの組付け工程へと、チャック本体１２を送ることができる。

以上のように、本発明にかかるウエハチップチャック装置１０における、ウエハチップ１１が正常にチャックされたか否かを判定するチャック判定手段では、撮像手段１５で得られた画像信号を処理、判定する処理手段１７において、２値化処理と共に、２値化処理により得られた画像から、面積演算処理がなされるだけであるから、これまでの処理に比較して処理時間を大幅に短縮化することができる。

本発明にかかるウエハチップチャック装置の一つの実施の形態を示す、模式的な要部構成説明図である。 図１に示すウエハチップチャック装置におけるチャック本体先端側のチャック面である吸着凹部を示した、底面図である。 本発明にかかるウエハチップチャック装置におけるチャックの状態判定において、チャック判定手段により得られた、画像データである。 本発明にかかるウエハチップチャック装置において、チップ吸着によりチャックする際の模式的説明図である。 チップ吸着工程において、チップのチャックされた状態を示す、模式的説明図である。 チャック本体先端側のチャック面である吸着凹部において、チャック状態を修正する作用を説明するための、底面説明図である。 チャック状態が修正された際の模式的説明図である。 従来のチャック本体の一例を示す模式的説明図である。 従来のチップのチャック状態を取得する手段として用いられる、画像処理の手法の一例を説明するための略図である。

符号の説明

１０ ウエハチップチャック装置
１１ ウエハチップ
１２ チャック本体
１３ 搬送手段
１４ 吸引手段
１５ 撮像手段
１６ 光源
１７ 処理手段
１８ 吸引通路
１９ 吸着凹部
２０ａ〜２０ｄ 帯状縁部

Claims (6)

1. 半導体ウエハから、分離形成されたウエハチップ（１１）を吸引することでチャックするチャック本体（１２）を具備するウエハチップチャック装置において、
   前記チャック本体（１２）には吸引通路（１８）を設けて、吸引通路（１８）を通じてウエハチップ（１１）を吸引してチャックするための吸引手段（１４）を設け、
   前記チャック本体（１２）先端側には、前記吸引通路（１８）に連なる四角錐形状に拡がる吸着凹部（１９）を形成し、
   この吸着凹部（１９）の外周縁部には、帯状縁部（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）を設けたことを特徴とするウエハチップチャック装置。
2. 前記チャック本体（１２）に、ウエハチップ（１１）が正常にチャックされたか否かを判定するチャック判定手段として、前記チャック本体（１２）における吸着凹部（１９）の外周縁部の帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）を照らす光源（１５）と、前記ウエハチップ（１１）をチャックしたチャック本体（１２）を撮像する撮像手段（１６）と、撮像手段（１６）による画像データを画像処理して得られた画像を基に、チャックの良否を判定する処理手段（１７）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のウエハチップチャック装置。
3. 前記処理手段（１７）において、前記撮像手段（１６）により捉えた画像データを、２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像から、前記ウエハチップ（１１）が吸着凹部（１９）外周縁部の帯状縁部（２０ａ〜２０ｄ）内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載のウエハチップチャック装置。
4. 前記処理手段（１７）において、前記撮像手段（１６）により捉えた画像データを、２値化処理すると共に、２値化処理により得られた画像から面積演算処理を行い、得られた面積データと前記ウエハチップ（１１）の正常チャック時の基準データとを比較することで、ウエハチップ（１１）が正常にチャックされたか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載のウエハチップチャック装置。
5. 半導体ウエハから、分離形成されたウエハチップ（１１）を吸引することで吸着凹部（１９）内にチャックするチャック本体（１２）を具備するウエハチップチャック装置において、
   前記ウエハチップ（１１）を前記チャック本体（１２）によりチャックした状態を、画像データとして取得し、
   この画像データを２値化処理と共に、２値化処理により得られた画像から、前記ウエハチップ（１１）が吸着凹部（１９）内にあるか否かを判定することを特徴とするウエハチップチャック装置におけるチャック不良判定方法。
6. 半導体ウエハから、分離形成されたウエハチップ（１１）を吸引することで吸着凹部（１９）内にチャックするチャック本体（１２）を具備するウエハチップチャック装置において、
   前記ウエハチップ（１１）を前記チャック本体（１２）によりチャックした状態を、画像データとして取得し、
   この画像データを２値化処理と共に、２値化処理により得られた画像から面積演算処理を行い、面積演算処理により得られた面積データと予め保持された前記ウエハチップ（１１）の正常チャック時の基準データとを比較することにより、前記ウエハチップ（１１）が正常にチャックされているか否かの判定を行うことを特徴とするウエハチップチャック装置におけるチャック不良判定方法。

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