JP2009253185A - ボンディング装置およびボンディング装置に用いられるボンディング領域の位置認識方法及びプログラム - Google Patents

ボンディング装置およびボンディング装置に用いられるボンディング領域の位置認識方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】陽炎による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置精度を向上させるリードフレームを加熱するダイボンディング装置の提供。
【解決手段】リードフレーム31を保持する表面に位置合わせ用マークである孔23を備えるボンディングステージと、孔23とリードフレーム31のアイランド32とを同一視野内で撮像するカメラを備え、リードフレーム31の基準位置とボンディング位置とにおいて孔23とアイランド32を含む基準画像と検出画像を取得する。そして、基準画像と検出画像とを比較し、アイランド32の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりアイランド32の見かけ上の位置を取得し、孔23の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得し、アイランド32の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してアイランド32の位置を認識する。
【選択図】図7

Description

本発明は、ボンディング装置の構造及びボンディング装置に用いられるボンディング対象の位置認識方法及びプログラムに関する。
半導体装置の製造においては、半導体チップをリードフレームや基板などの上に接合するダイボンダが用いられている。ダイボンダではリードフレームを搬送レールに沿って搬送し、リードフレームの位置を半導体チップ搭載位置に位置決めすることが必要である。このため、例えば、リードフレームに位置決め用の孔を設け、その孔に位置決めピンを嵌合させてリードフレームの位置を合わせる構造のものがある。しかし、このような機械的な方法での位置合わせでは位置決めピンが摩耗し、正確な位置調整ができなくなってしまうという問題があった。そこで、特許文献1には、リードフレームの位置決め孔に光を入射させ、その孔の画像を画像処理装置で処理し、孔の中心位置と画像処理装置の光軸との位置ずれを検出して、その位置ずれ量だけ半導体チップの搭載位置をずらす方法が提案されている。
また、半導体チップの小型化、配線パターンの狭ピッチ化にともなって、半導体チップをリードフレームに実装する際の位置精度には高精度が求められるようになり、リードフレームの変形や位置ずれなどによって生ずる実装点の位置誤差を画像認識によって補正する方法が広く用いられている。この方法は半導体チップの実装に先立って、リードフレームまたはリードフレームと半導体チップの双方をカメラで撮像し、得られた画像データに基づいてリードフレームや半導体チップの位置を検出し、この結果により実装時の位置補正を行うものである。
しかし、リードフレームに半導体チップをボンディングする際にはリードフレームの加熱が必要な場合があり、リードフレームを保持するボンディングステージ内にヒータが内蔵されるダイボンダがある。このような場合には、画像を取得するカメラを支持する基部周辺にも加熱による熱が伝わり、熱変形で光学系の光軸にずれが生じることがある。光学系の光軸のずれは当然に撮像データの位置精度に悪影響を及ぼし、位置補正の精度に狂いを生じる。このように、リードフレームを加熱して高温で半導体チップを熱圧着する場合には、画像認識による位置検出に際し熱変位による検出誤差を生じ、実装時の位置補正精度が確保されないという問題点があった。
このような、光学系の熱変位による位置検出誤差を抑制し、位置測定精度を確保するための方法として、特許文献2には、較正ステージの上に設けられた認識マークと、較正治具に設けられた円環状のマークの中心位置を合わせた後、較正ステージの上に較正治具を移載して、各マークの中心位置のずれ量から熱変位による誤差を補正する方法が提案されている。
特開平5−90309号公報 特開平11−176883号公報
ところで、近年、裏面に金メッキを施した半導体チップを銅板のリードフレームに熱圧着のみで接合して半導体装置を製造する場合が多い。この製造方法は、半導体チップの接合に接着剤を用いないので接着剤を塗布する工程が不要になり、工程が少なく安価に半導体装置を製造することができる反面、熱圧着のためにリードフレームの加熱温度を高くすることが必要となる。
ところが、リードフレームの加熱温度を高くすると、リードフレーム周辺の空気が加熱されることによってリードフレームとカメラとの間に陽炎が発生する。陽炎が発生すると、空気温度の揺らぎによって光に屈折が生じ、カメラによって取得する画像の位置に揺らぎが発生する。そして、陽炎により画像位置の揺らぎが生じると、画像を取得する各瞬間によって取得する画像の位置が移動してしまい、正確な位置の検出ができないという問題がある。
陽炎による検出位置誤差は、光学系の取り付けられている基部の熱変位により発生する位置誤差と異なり、リードフレームとカメラとの間にある空気温度の揺らぎに起因するものであることから、特許文献2に記載された従来技術では解決することができない。陽炎が発生した場合に、リードフレームとカメラとの間に圧縮空気を流して陽炎の発生を抑える方法を用いる場合もあるが、リードフレームの加熱温度が高くなると圧縮空気では陽炎を抑えきれなくなる上、圧縮空気によってリードフレームの表面の酸化が発生してしまうという問題がある。特に、表面がメッキされていない銅のリードフレームに半導体チップをボンディングする際には、リードフレーム表面の酸化を防止するために不活性ガス雰囲気の中でボンディングが行われるので、圧縮空気を流すことができず、大きな問題になる。
本発明は、ボンディング対象を加熱するボンディング装置において、加熱による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置精度を向上させることを目的とする。
本発明のボンディング装置は、ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識する制御部と、を備え、制御部は、位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像手段と、位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像手段と、基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得手段と、基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得手段と、見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識手段と、を有することを特徴とする。
本発明のボンディング装置において、基準画像撮像手段と検出画像撮像手段は、
ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、としても好適であるし、ボンディング対象は、打ち抜き部のあるリードフレームまたは基板であって、位置合わせ用マークは、リードフレームまたは基板がボンディング位置に配置された際に打ち抜き部の範囲内に入る位置に設けられていること、としても好適である。
本発明のボンディング対象の位置認識方法は、ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング対象の位置認識方法であって、位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像工程と、位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像工程と、基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得工程と、基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得工程と、見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識工程と、を有することを特徴とする。
本発明のボンディング対象の位置認識方法において、基準画像撮像工程と検出画像撮像工程は、ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、としても好適である。
本発明のボンディング対象の位置認識プログラムは、ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識するコンピュータである制御部と、を備えるボンディング装置のコンピュータである制御部に実行させるボンディング対象の位置認識プログラムであって、位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像ステップと、
位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像ステップと、基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得ステップと、基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得ステップと、見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識ステップと、を有することを特徴とする。
本発明は、ボンディング対象を加熱するボンディング装置において、加熱による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置精度を向上させることができるという効果を奏する。
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態のダイボンディング装置10は、リードフレーム31をX方向にガイドするとともにX方向に搬送する搬送装置21と、搬送されたリードフレーム31の表面を図示しないウィンドクランパーで押さえつけて保持するとともに内部に設けられたヒータ24によってリードフレーム31を加熱するボンディングステージ22と、ボンディングステージ22に隣接して設けられ、X軸モータ18とY軸モータ19とによってリードフレーム31の搬送方向であるX方向とその直角方向であるY方向とに自在に移動するXYテーブル11と、XYテーブル11によってXY方向に自在に移動するボンディングヘッド12と、ボンディングツールであるコレット13が先端に取り付けられたボンディングアーム15と、ボンディングヘッド12に取り付けられ、ボンディングアーム15をZ軸方向に上下動させるZ軸モータ20と、ボンディングヘッド12に取り付けられたカメラ16と、を備えている。また、ボンディングステージ22のボンディングヘッド12と反対側には、ウェハ28を保持するジグホルダ27が設けられている。図1に示す実施形態では、リードフレーム31の面に垂直な上下方向がZ方向である。
ボンディングアーム15の先端に取り付けられたコレット13は直方体形状または円錐台形状で、ボンディングステージ22側の表面に半導体チップ35を吸着するとともに半導体チップ35をリードフレーム31に設けられたアイランド32にボンディングするもので、表面には半導体チップ35を吸着する吸着孔があけられている。コレット13は、Z軸モータ20とボンディングアーム15によってリードフレーム31に対して接離方向に動作する。コレット中心軸14は、コレットの表面がリードフレーム31表面またはボンディングステージ22表面に対して垂直方向であるZ方向に配置されている。
カメラ16はレンズなどによって構成される光学系と光学系によって結像した画像を電気信号に変換するCCD等の撮像面とを含んでおり、光学系の中心軸である光軸17は撮像面の中心を通る線で、取得画像の中心位置を通る線である。カメラ16の光軸17は撮像するボンディングステージ22とリードフレーム31の表面に対して垂直になるように配置されている。
コレット中心軸14とカメラ16の光軸17とはいずれもボンディングステージ22とリードフレーム31の表面に垂直となるように配置されているので、コレット中心軸14とカメラ16の光軸17とは略平行となっている。そして、カメラ16の光軸17は、コレット中心軸14からX方向オフセット量Xw、Y方向オフセット量Ywだけ離れて配置されている。コレット13はボンディングアーム15を介してボンディングヘッド12に取り付けられており、カメラ16はボンディングヘッド12に固定されているので、コレット中心軸14とカメラ16の光軸17とは常にX方向オフセット量Xw、Y方向オフセット量Ywを含むオフセット量Wだけ離れてXY方向に同時に移動する。
搬送装置21のZ方向側の面には、搬送装置21を覆うカバー25が取り付けられている。本実施形態のダイボンディング装置10には、カバー25両端面側からカバー25とリードフレーム31との間に不活性ガスを送り込み、リードフレーム31の表面を不活性ガス雰囲気に保持する、図示しない不活性ガス供給装置が接続されている。
ダイボンディング装置10の搬送装置21と、XYテーブル11を駆動するX軸モータ18と、Y軸モータ19と、ボンディングアーム15を駆動するZ軸モータ20と、カメラ16と、ボンディングステージ22のヒータ24とは制御部50に接続され、制御部50の指令によって駆動されるように構成されている。制御部50は、信号の処理及び演算などを行うCPU51と、制御用のデータが格納されるメモリ58と、カメラ16、X軸モータ18、Y軸モータ19、Z軸モータ20、搬送装置21、ボンディングステージ22のヒータ24の各制御対象に対してCPU51からの指令を制御信号に変換して出力するカメラインターフェース52、X軸モータインターフェース53、Y軸モータインターフェース54、Z軸モータインターフェース55、搬送装置インターフェース56、ヒータインターフェース57とを含んでいる。各インターフェース52〜57とメモリ58とCPU51とはデータバス59によって接続され、相互に信号の授受が行えるように構成されている。制御部50は一つのコンピュータを構成している。
図2に示すように、リードフレーム31は銅の薄板の一部を打ち抜いて図1に示す半導体チップ35が接合されるアイランド32と接合された半導体チップ35の電極からのワイヤが接続され、半導体チップ35と電気的に接続されるリード33とが形成されている。図2において、ハッチングされた部分は打ち抜き部34を示している。打ち抜き部34は、リードフレーム31を貫通するように設けられているので、打ち抜き部34からはリードフレーム31の表面をクランプ保持しているボンディングステージ22が見通せる。図2に示すように、ボンディングステージ22の表面には、位置合わせ用マークである孔23が設けられている。孔23は、リードフレーム31のアイランド32が半導体チップ35のボンディング位置に配置された際に、抜き打ち部34の範囲内、すなわち、図2に示すハッチングされた範囲内であり、できるだけアイランド32に近い位置に設けられている。なお、位置合わせ用マークとしては孔23に限らず、穴グリ等の方法で形成されていてもよい。
以上のように構成されたダイボンディング装置10の動作について図3から図8を参照しながら説明する。図3のステップS101に示すように、制御部50のCPU51は、ボンディングステージ22を加熱する指令を出力する。この指令によってヒータインターフェース57はヒータ24をオンとする制御信号を出力し、この制御信号によってヒータがオンとなりボンディングステージ22が加熱される。ボンディングステージ22の温度が所定の温度まで加熱されると、作業者は、図3のステップS102に示すように、ボンディングステージ22の基準位置にカメラ16の光軸17が来るようにカメラ16を移動させたのち、図3のステップS103に示すように搬送装置21を始動させ、リードフレーム31の搬送を開始する。そして、図3のステップS104に示すように、図2に示すカメラ16の視野41の中心位置にリードフレーム31のアイランド32の中心位置が来るまでリードフレーム31の搬送を続ける。そして、図3のステップS105に示すように、作業者は、アイランド32の中心位置がカメラ16の視野41の中心位置に来たら搬送装置21を停止させる。基準位置はボンディングの際のリードフレーム31のボンディングステージ22に対する基準となる位置である。そして、ボンディングの際には、リードフレーム31のアイランド32の中心位置が基準位置となるようにリードフレーム31を搬送しながら順次ボンディングを行っていく。また、本実施形態では、リードフレーム31の位置を基準位置に合わせる作業は作業者のマニュアル作業によって行うこととして説明したが、制御部50の指令によって、ボンディングステージ22を加熱し、カメラ16の光軸17を基準位置に合わせ、リードフレーム31を搬送し、カメラによって撮像したリードフレーム31の画像によってリードフレーム31の位置を検出し、リードフレーム31の位置が基準位置となったら搬送装置21を停止させることによってリードフレーム31を基準位置に合わせるようにしてもよい。
図4に示すように、リードフレーム31が基準位置に配置されると、カメラ16の視野41にはアイランド32とリードフレーム31の打ち抜き部34と、打ち抜き部34から見通したボンディングステージ22の表面に設けられた位置合わせ用マークである孔23と、リード33とが捉えられている。そして視野41のXおよびY方向の各中心に設けられた中心線42,43によって構成されるクロスカーソル44の中心はアイランド32の中心位置に一致している。また、アイランド32は視野41の中心に設けられた四角い枠のセンターマーク45の中に入っている。また、ボンディングステージ22はヒータ24によって所定の温度に保持されている。
図3のステップS106に示すように、リードフレーム31が基準位置に配置されると、制御部50のCPU51は、基準画像を取得する指令を出力する。この指令によって制御部50はカメラインターフェース52を介してカメラ16から図4に示した孔23とアイランド32とを視野41に含む画像を取得し、取得した画像を基準画像としてメモリ58に登録する。また、制御部50のCPU51は取得した画像を例えば二値化処理などによって処理し、孔23の位置とアイランド32の中心位置の座標を取得し、メモリ58に格納する。この状態において、リードフレーム31の最初のアイランド32は基準位置に位置合わせされると共にボンディング位置にも位置合わせされることとなる。
図3のステップS107に示すように、制御部50のCPU51は最初のアイランド32に半導体チップ35をボンディングする指令を出力する。ボンディングに際しては、制御部50のCPU51はまず、コレット13をジグホルダ27の上に移動させ、ウェハ28から半導体チップ35を吸着してピックアップさせる。そして、制御部50のCPU51は、コレット中心軸14をボンディング位置に合わせる指令を出力する。この指令によって、X軸モータインターフェース53、Y軸モータインターフェース54からXYテーブル11の制御信号が出力され、この制御信号によって、コレット中心軸14がボンディング位置に来るようにXYテーブル11を移動する。そして、コレット中心軸14がボンディング位置に来たら、制御部50のCPU51はコレットを下降させる指令を出力する。この指令によってZ軸モータインターフェース55からZ軸モータ20の制御信号が出力され、この制御信号によってZ軸モータ20が駆動され、ボンディングアーム15が下降し、コレット13が加熱されているリードフレーム31のアイランド32に向かって降下する。半導体チップ35がアイランド32に圧着されたら制御部50はコレット13の真空吸引を停止し、コレット13を上昇させる指令を出力する。この指令によってコレット13は上昇し、最初のアイランド32への半導体チップ35のボンディングが終了する。
図3のステップS108に示すように、制御部50のCPU51は、リードフレーム31を図5に示すアイランド32の1ピッチ+Px分だけX方向に送る指令を出力する。この指令によって、搬送装置インターフェース56から搬送装置21の制御信号が出力され、この制御信号によって搬送装置21はリードフレーム31を+X方向にピッチPxだけ移動させる。制御部50は図示しない位置センサによってリードフレーム31の搬送量を検出し、図3のステップS109に示すように、1ピッチPxだけリードフレーム31が搬送されたかどうかを検出する。そして、位置センサからリードフレーム31が1ピッチPxだけ搬送されたとの信号が入力されると、制御部50のCPU51は、図3のステップS110に示すように、リードフレーム31の搬送を停止する指令を出力する。この指令によって、搬送装置インターフェース56から制御信号が出力され、この制御信号によって搬送装置21が停止する。
図5に示すように、搬送装置21がリードフレーム31の搬送を停止した状態では、先に半導体チップ35がボンディングされたアイランド32から1ピッチPxずれた次のアイランド32がボンディング位置に来ている。また、ボンディングステージ22はヒータ24によって所定の温度に加熱された状態となっている。図3のステップS111に示すように、制御部50のCPU51はカメラ16の光軸17を基準位置に移動させる指令を出力する。この指令によって、X軸モータインターフェース53とY軸モータインターフェース54とからX軸、Y軸モータ18,19に制御信号が出力され、この制御信号によってカメラ16の光軸17が基準位置に来るようにXYテーブル11が駆動される。
カメラ16の光軸17が基準位置に来ると、図6に示すように、カメラ16の視野41には、ボンディングしようとするアイランド32とリードフレーム31の打ち抜き部34を通して見通せるボンディングステージ22の孔23と、リード33とが捉えられている。リードフレーム31は基準位置に位置合わせされた後、搬送装置21によって1ピッチPxだけ移動しているので、搬送装置21による搬送誤差やリードフレーム31のピッチPxの誤差が無ければ、リードフレーム31は基準位置と全く同一の位置に配置され、カメラ16の視野41のクロスカーソル44の中心とアイランド32の中心とは一致した状態となるはずである。しかし、実際には搬送誤差やリードフレーム31のピッチ誤差などによって、アイランド32の中心位置はカメラ16の視野41のクロスカーソル44の中心位置とずれた位置となっている。図6においては、アイランド32、リード33の基準位置を一点鎖線によって示し、実際にボンディング位置に配置されているリードフレーム31のアイランド32、リード33を実線によって示している。
ボンディングステージ22の加熱によって発生する陽炎のため、カメラ16の視野41の捉える画像は揺らぎを含んでいるので各瞬間によって画像は変化している。図6に示す瞬間においては、中心と視野41のクロスカーソル44のY方向の中心線43とアイランド32のY方向の中心線36とはX方向にΔXだけずれ、視野41のクロスカーソル44のX方向の中心線42とアイランド32のX方向の中心線37とはY方向にΔYだけずれている。一方、視野41におけるボンディングステージ22の孔23の位置は、基準位置における孔23の位置と同一位置となっている。
図3のステップS112に示すように、制御部50のCPU51は、図6に示した瞬間の画像を検出画像として取得し、メモリ58に格納する。制御部50のCPU51は、取得した検出画像を例えば二値化処理などによって処理することによって検出画像からアイランド32の中心位置の座標を取得する。そして図3のステップS113に示すように、制御部50のCPU51は、メモリ58に格納した基準画像のアイランド32の中心座標と検出画像のアイランド32の中心位置とのズレ量ΔX,ΔYを計算し、基準画像のアイランド32の座標にズレ量ΔX,ΔYを加えた座標をアイランド32の見かけ上の中心位置として取得する。
図3のステップS114に示すように、制御部50のCPU51は、ボンディングステージ22の加熱によって発生する陽炎による検出位置のずれを補正するための位置補正量を取得する指令を出力する。この指令によって、制御部50のCPU51は基準画像における孔23の位置の座標と検出画像における孔23の位置の座標とをメモリ58から読み出して比較し、その差を位置補正量として取得し、メモリ58に格納する。図6に示した瞬間では、孔23の位置は基準画像の位置と同一位置となっているので、陽炎による検出位置のずれは発生しておらず、位置補正量はゼロとなる。
図3のステップS115に示すように、制御部50のCPU51は見かけ上のアイランド32の中心位置の座標に位置補正量を加えてアイランド32の位置を認識する。図6に示した瞬間の場合は、位置補正量はゼロであることから、アイランド32の中心位置は、基準画像における座標位置にズレ量ΔX,ΔYを加えた位置となる。
一方、図7に示すように、ある撮像の瞬間において、検出画像のアイランド32の中心位置の座標が基準画像のアイランド32の中心位置の座標からX,Y方向にズレ量ΔX,ΔYだけすれるとともに、孔23の位置もプラスX方向、Y方向にズレ量ΔXm,ΔYmだけずれている場合がある。この場合には、アイランド32の見かけ上の位置は、基準画像のアイランド32の中心座標にX,Y方向の各ズレ量ΔX,ΔYを加えた位置であるが、この見かけ上の位置は陽炎による位置誤差を含む位置となる。そして、陽炎によるアイランド32の位置誤差を補正する位置補正量は孔23の位置のプラスX方向、Y方向各ズレ量と同じΔXm,ΔYmとなるので制御部50のCPU51は基準画像のアイランド32の中心位置座標にX,Y方向の各ズレ量ΔX,ΔYを加え、それからX,Y方向の各位置ズレ量ΔXm,ΔYmを引いた座標位置をアイランド32の中心座標位置として認識する。すなわち、陽炎の揺らぎによって、検出画像全体が基準画像の位置からX方向、Y方向それぞれズレ量ΔXm,ΔYmだけずれているので、そのズレ量を引いて補正することによって、陽炎によって発生する位置誤差をキャンセルすることができる。
同様に、図8に示すように、ある撮像の瞬間において、検出画像のアイランド32の中心位置の座標が基準画像のアイランド32の中心位置の座標からX,Y方向の各ズレ量ΔX,ΔYだけすれるとともに、孔23の位置がマイナスX,Y方向に各ズレ量ΔXm,ΔYmだけずれている場合がある。この場合には、アイランド32の見かけ上の位置は、基準画像のアイランド32の中心座標にX,Y方向の各ズレ量ΔX,ΔYを加えた位置となり、陽炎による位置誤差を補正する位置補正量は孔23のマイナスX,Y方向への各位置ズレ量ΔXm,ΔYmとなるので、制御部50のCPU51は基準画像のアイランド32の中心位置座標にX,Y方向の各ズレ量ΔX3,ΔYを加え、更にX,Y方向の各位置ズレ量ΔXm,ΔYmを加えた座標位置をアイランド32の中心座標位置として認識する。これによって、陽炎の揺らぎによって発生する位置誤差をキャンセルすることができる。
図3のステップS116に示すように、制御部50のCPU51は、コレット13にジグホルダ27のウェハ28から半導体チップ35をピックアップさせた後、コレット中心軸14の座標位置を図3のステップS115で認識したアイランド32中心の座標位置に移動させる指令を出力する。この指令によって、X軸モータインターフェース53、Y軸モータインターフェース54はX軸モータ18,Y軸モータ19に制御信号を出力し、この信号によってX軸、Y軸モータ18,19が駆動され、XYテーブル11はコレット中心軸14が認識したアイランド32中心の座標位置に来るようにボンディングヘッド12が移動される。そして、図3のステップS117に示すように、制御部50のCPU51はコレット13を降下させて半導体チップ35をアイランド32にボンディングする指令を出力する。この指令によって、Z軸モータインターフェース55はZ軸モータ20に制御信号を出力し、Z軸モータ20はこの制御信号によって駆動され、コレット13をアイランド32に向かって降下させる。半導体チップ35がアイランド32に圧着されたら制御部50はコレット13の真空吸引を停止し、コレット13を上昇させる指令を出力する。この指令によってコレット13は上昇し、ボンディング位置に配置されたアイランド32への半導体チップ35のボンディングが終了する。
図3のステップS118に示すように、制御部50のCPU51は、全てのアイランド32に半導体チップ35がボンディングされたかどうかを判断し、全てのアイランド32の上に半導体チップ35のボンディングがされていない場合には、ステップS108に戻って、再度1ピッチPx分だけリードフレーム31を搬送した後、検出画像の取得、位置補正量の取得、アイランドの位置認識を行い、認識したアイランド32の座標位置にコレット中心軸14を合わせてボンディングを行う。また、全てのアイランド32へのボンディングが終了した場合には、そのリードフレーム31への半導体チップ35のボンディングは終了したものとして、図3のステップS119に示すようにボンディング動作を停止する。
以上説明した実施形態では、ボンディングステージ22に設けた位置合わせ用マークである孔23のX,Y方向の各位置ズレ量ΔXm,Ymによってアイランド32の見かけ上の中心位置の補正を行うようにしているので、加熱により発生する陽炎による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置精度を向上させることができるという効果を奏する。また、本実施形態は、陽炎の発生を防止する圧縮空気を流す必要が無く、リードフレーム31とカバー25との間に不活性ガスを充満させた状態のままでボンディングを行うことができるため、リードフレームの酸化を防止することができるという効果を奏する。
図9を参照しながら他の実施形態について説明する。先に説明した実施形態では、カメラ16はボンディングヘッド12に取り付けられ、ボンディングヘッド12と一体でXY方向に移動することとして説明したが、本実施形態は、カメラ16の取り付けられたカメラユニット63をボンディングヘッド12と別体として設置し、ボンディングヘッド12でコレット13を移動させてウェハ28から半導体チップ35をピックアップする動作と、カメラ16の基準位置への移動とを平行して行い、ボンディング時間の短縮化を図るものである。図1から8を参照して説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
図9に示すように、本実施形態のダイボンディング装置10は、リードフレーム31をX方向にガイドするとともにX方向に搬送する搬送装置21と、搬送されたリードフレーム31の表面を図示しないウィンドクランパーで押さえつけて保持するとともに内部に設けられたヒータ24によってリードフレーム31を加熱するボンディングステージ22と、ボンディングステージ22に隣接して設けられ、2段になった第1スライド面61、第2スライド面62を備えるベース60と、第1スライド面61の上にXY方向にスライド自在に設けられたボンディングヘッド12と、第2スライド面の上にY方向にスライド自在に設けられたカメラユニット63と、を備えている。ボンディングヘッド12はX軸モータ18とY軸モータ19とを備え、第1スライド面61の上をXY方向に自在に移動できるよう構成されている。また、ボンディングヘッド12の先端にはZ軸モータ20によってZ方向にスライド移動するスライドアーム15aが取り付けられている。スライドアーム15aはボンディングヘッド12の中心からカメラユニット63側へ斜め下方向に向かって階段状に延びた形状をしており、その先端に取り付けられたコレット13の上方にスペースができるよう構成されている。コレット13はコレット中心軸14がボンディングステージ22とリードフレーム31の表面に垂直となるようにスライドアーム15aの先端に取り付けられている。コレット13は小さな半導体チップ35に対応することができるように先端が細くなっており、先端には半導体チップ35を吸着するための吸着孔が設けられている。
カメラユニット63はY軸方向駆動用のカメラ用Y軸モータ64を備え、第2スライド面62の上でY方向に自在に移動できるよう構成されている。カメラユニット63の先端にはボンディングヘッド12の方に向かって突出したアーム65が設けられており、アーム65の先端にはカメラ16が設けられている。カメラ16はカメラユニット63の移動と共に移動する。カメラ16の光学系の中心軸である光軸17は撮像面の中心を通る線で、取得画像の中心位置を通る線であり、撮像するボンディングステージ22とリードフレーム31の表面に対して垂直になるように配置されている。また、カメラ16は、カメラユニット63からボンディングヘッド12に向かって突出した位置に取り付けられているので、コレット13の上方のスペースに入り込んでコレット13の中心軸14とカメラ16中心の光軸17とが同軸となることができる。
ダイボンディング装置10の搬送装置21と、ボンディングヘッド12をXY方向に駆動するX軸モータ18と、Y軸モータ19と、スライドアーム15aをZ方向に駆動するZ軸モータ20と、カメラ16と、カメラ用Y軸モータ64と、ボンディングステージ22のヒータ24とは制御部50に接続され、制御部50の指令によって駆動されるように構成されている。制御部50は、信号の処理及び演算などを行うCPU51と、制御用のデータが格納されるメモリ58と、カメラ16、X軸モータ18、Y軸モータ19、Z軸モータ20、カメラ用Y軸モータ64、搬送装置21、ボンディングステージ22のヒータ24の各制御対象に対して、CPU51からの指令を制御信号に変換して出力するカメラインターフェース52、X軸モータインターフェース53、Y軸モータインターフェース54、Z軸モータインターフェース55、カメラ用Y軸モータインターフェース66、搬送装置インターフェース56、ヒータインターフェース57を含んでいる。各インターフェース52〜57,66とメモリ58とCPU51とはデータバス59によって接続され、相互に信号の授受が行えるように構成されている。制御部50は一つのコンピュータを構成している。
先に説明した実施形態と同様、ボンディングステージ22の表面には、位置合わせ用マークである孔23が設けられている。孔23は、リードフレーム31のアイランド32が半導体チップ35のボンディング位置に配置された際に、抜き打ち部34の範囲内、すなわち、図2に示すハッチングされた範囲内であり、できるだけアイランド32に近い位置に設けられている。
以上のように構成されたダイボンディング装置10の動作について説明する。先に図3から図8を参照しながら説明した実施形態と同様、カメラ16の光軸17の位置を基準位置に合わせると共にリードフレーム31を基準位置に合わせ、カメラ16によって孔23とアイランド32とを視野41に含む基準画像を取得し、メモリ58に登録する。そして、制御部50のCPU51は取得した画像を例えば二値化処理などによって処理し、孔23の位置とアイランド32の中心位置の座標を取得し、メモリ58に格納する。
最初のアイランド32への半導体チップ35のボンディングを行い、ボンディングが終了すると、リードフレーム31を図5に示すアイランド32の1ピッチ+Px分だけX方向に移動させる。この状態では、先に半導体チップ35がボンディングされたアイランド32から1ピッチPxずれた次のアイランド32がボンディング位置に来ている。また、ボンディングステージ22はヒータ24によって所定の温度に加熱された状態となっている。そして、制御部50のCPU51はカメラ16の光軸17を基準位置に移動させる指令を出力する。この指令によって、カメラ用Y軸モータインターフェース66からカメラ用Y軸モータ64に制御信号が出力され、この制御信号によってカメラ16の光軸17が基準位置に来るようにカメラ16をY方向に移動する。また、制御部50のCPU51はカメラ16の基準位置への移動と平行してコレット13にジグホルダ27のウェハ28から半導体チップ35をピックアップさせる。
カメラ16の光軸17が基準位置に来ると、先に説明した実施形態と同様、制御部50のCPU51は、ある瞬間の画像を検出画像として取得し、メモリ58に格納された基準画像のアイランド32の中心座標と検出画像のアイランド32の中心位置とのズレ量ΔX,ΔYを計算し、基準画像のアイランド32の座標にズレ量ΔX,ΔYを加えた座標をアイランド32の見かけ上の中心位置として取得する。そして、制御部50のCPU51は、メモリ58に格納された基準画像における孔23の位置の座標と検出画像における孔23の位置の座標とを比較し、その差を位置補正量として取得してアイランド32の見かけ上の中心位置を補正し、補正したアイランド32中心の座標をアイランド32の中心座標位置として認識する。
コレット13は既に半導体チップ35をピックアップしているので、制御部50のCPU51は、コレット中心軸14の座標位置を認識したアイランド32の中心座標位置に移動させ、アイランド32への半導体チップ35のボンディングを行う。
以上説明した実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏するほか、カメラ16の取り付けられたカメラユニット63をボンディングヘッド12と別体として設置し、ボンディングヘッド12でコレット13を移動させてウェハ28から半導体チップ35をピックアップする動作と、カメラ16の基準位置への移動とを平行して行い、ボンディング時間の短縮化を図ることが出来るという効果を奏する。
本発明の実施形態におけるダイボンディング装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置でリードフレームが基準位置に配置された状態を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で基準位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置でリードフレームがボンディング位置に配置された状態を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で、陽炎の影響がない場合のボンディング位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で、陽炎の影響がある場合のボンディング位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で、陽炎の影響がある場合のボンディング位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の他の実施形態におけるダイボンディング装置の構成を示す斜視図である。
符号の説明
10 ダイボンディング装置、11 XYテーブル、12 ボンディングヘッド、13 コレット、14 コレット中心軸、15 ボンディングアーム、15a スライドアーム、16 カメラ、17 光軸、18 X軸モータ、19 Y軸モータ、20 Z軸モータ、21 搬送装置、22 ボンディングステージ、23 孔(位置合わせ用マーク)、24 ヒータ、25 カバー、27 ジグホルダ、28 ウェハ、31 リードフレーム、32 アイランド、33 リード、34 打ち抜き部、35 半導体チップ、36,37,42,43 中心線、41 視野、44 クロスカーソル、45 センターマーク、50 制御部、52 カメラインターフェース、53 X軸モータインターフェース、54 Y軸モータインターフェース、55 Z軸モータインターフェース、56 搬送装置インターフェース、57 ヒータインターフェース、58 メモリ、59 データバス、Px ピッチ、ΔX,ΔX,ΔX,ΔXm,ΔY,ΔY,ΔY,ΔYm ズレ量、60 ベース、61 第1スライド面、62 第2スライド面、63 カメラユニット、64 カメラ用Y軸モータ、65 アーム、66 カメラ用Y軸モータインターフェース。

Claims (6)

  1. ボンディング装置であって、
    ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、
    ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、
    カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識する制御部と、を備え、
    制御部は、
    位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像手段と、
    位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像手段と、
    基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得手段と、
    基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得手段と、
    見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識手段と、
    を有することを特徴とするボンディング装置。
  2. 請求項1に記載のボンディング装置であって、
    基準画像撮像手段と検出画像撮像手段は、
    ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、
    を特徴とするボンディング装置。
  3. 請求項1または2に記載のボンディング装置であって、
    ボンディング対象は、打ち抜き部のあるリードフレームまたは基板であって、
    位置合わせ用マークは、リードフレームまたは基板がボンディング位置に配置された際に打ち抜き部の範囲内に入る位置に設けられていること、
    を特徴とするボンディング装置。
  4. ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング対象の位置認識方法であって、
    位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像工程と、
    位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像工程と、
    基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得工程と、
    基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得工程と、
    見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識工程と、
    を有することを特徴とするボンディング対象の位置認識方法。
  5. 請求項4に記載のボンディング対象の位置認識方法であって、
    基準画像撮像工程と検出画像撮像工程は、
    ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、
    を特徴とするボンディング対象の位置認識方法。
  6. ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識するコンピュータである制御部と、を備えるボンディング装置のコンピュータである制御部に実行させるボンディング対象の位置認識プログラムであって、
    位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像ステップと、
    位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像ステップと、
    基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得ステップと、
    基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得ステップと、
    見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識ステップと、
    を有することを特徴とするボンディング対象の位置認識プログラム。
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