JP2010262982A - 半導体チップ供給装置のニードル管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の装置以外には、専用センサ等のハードウエアを追加することなく、ニードル先端の状態を管理可能な半導体チップ供給装置のニードル管理装置を提供する。
【解決手段】この半導体チップ供給装置１０の制御装置は、ニードル３の変形状態を管理するニードル状態管理処理を実行し、半導体チップＣを認識するカメラ１で撮像されたニードル３の先端形状のエッジ情報と、予め設定された閾値情報とに基づいて、ニードル３の交換の要否を判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップ供給装置において半導体チップのピックアップ時に使用する半導体チップ突き上げ用のニードルの先端形状の状態を管理するニードル管理装置に関する。

半導体チップの製造工程では、粘着シート上に貼り付けたウエハをダイシングで多数の半導体チップに分割し、その粘着シート上から分割された半導体チップを１つずつピックアップし、所望の位置に移送して必要な供給を行う。このとき、供給される半導体チップは粘着シートに貼られているため、従来の半導体チップ供給装置では、半導体チップを粘着シートの裏面から半導体チップ突き上げ用のニードルで突き上げ、これにより、ピックアップヘッドのノズルによる吸着を容易にして、半導体チップを１つずつピックアップしている。

そのため、半導体チップ突き上げ用のニードルは、何度も半導体チップを突き上げているうちにその先端の形状が摩耗やつぶれ等の変形をしてしまう。つまり、通常の突き上げ動作は、ニードルで粘着シートを貫通させて半導体チップを突き上げるのであるが、ニードル先端が摩耗やつぶれ等の変形をすると粘着シートを貫通することができなくなり、半導体チップを粘着テープから完全に剥離できなくなるのである。このような状態になると、半導体チップの中心をノズルで吸着しても、粘着シートの影響で半導体チップが位置ずれを起こしてしまい供給精度が悪くなる。また、半導体チップのピックアップに失敗し、半導体チップが粘着シート上に残ってしまう場合もある。

ここで、従来の半導体チップ供給装置では、ニードル先端の摩耗やつぶれ等の変形については目視により確認を行っていた。しかし、目視による確認では半導体チップ供給装置を停止させる必要がある。そこで、ニードルの先端形状の状態を管理するために、ニードル先端の形状を自動で認識すべく、専用のセンサを追加する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平０６−１４０４９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ニードルの先端形状の状態を管理するために、専用センサを設置する構成なので、専用センサのコストが発生し、また、センサ設置用の空間的余裕をニードルの周囲に確保しなければならなかった。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、既存の装置以外には、専用センサ等のハードウエアを追加することなく、ニードル先端の状態を管理可能な半導体チップ供給装置のニードル管理装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、半導体チップの上面を上方から認識するカメラと、半導体チップを供給する際に半導体チップを粘着シートの裏面から突き上げるニードルを有するエジェクタとを備える半導体チップ供給装置に用いられ、前記ニードルの状態を判別するニードル管理装置であって、前記カメラで前記ニードル先端を撮像する撮像手段と、前記カメラで撮像されたニードル先端の画像情報から前記ニードルの先端形状のエッジ情報を生成するエッジ情報生成手段と、該エッジ情報と予め設定された閾値情報とに基づいて、前記ニードルの変形状態からニードル交換の要否を判別するニードル判別手段とを有することを特徴としている。

本発明に係る半導体チップ供給装置のニードル管理装置によれば、半導体チップ供給装置の既存の装置（ハードウエア）である半導体チップを認識するカメラによって、ニードル先端を撮像し、このカメラで撮像されたニードル先端の画像情報からニードルの先端形状のエッジ情報を生成する。さらに、その生成されたエッジ情報と予め設定された閾値情報とに基づいて、ニードルの状態を管理することができるので、専用センサ等のハードウエアを追加することなく、ニードル先端の状態を管理することができる。

ここで、本発明に係る半導体チップ供給装置のニードル管理装置において、例えば、前記エッジ情報生成手段は、ニードル先端のエッジ部分の面積を前記エッジ情報として取得し、前記ニードル判別手段は、取得されたエッジ情報の値が、前記ニードル先端のエッジ部分の面積を所定の面積とした閾値情報の値を超えたときに、前記ニードル交換を要求する通知を出力することは好ましい。このような構成であれば、何度も半導体チップを突き上げているうちにその先端が摩耗やつぶれ等の変形をしてしまった場合であっても、その変形状態を遅滞なく通知する構成として好適である。

上述のように、本発明に係る半導体チップ供給装置のニードル管理装置によれば、専用センサ等のハードウエアを追加することなく、既存の装置（ハードウエア）を用いてニードル先端の変形状態を管理することができる。

本発明に係るニードル管理装置を備える半導体チップ供給装置の全体の斜視図である。 本発明に係るニードル管理装置の構成を説明するブロック図である。 本発明に係るニードル管理装置のニードル状態管理処理を説明するフローチャートである。 本発明に係るニードル管理装置でのニードル状態確認動作（ウエハなし）を説明する模式図である。 本発明に係るニードル管理装置でのニードル状態確認動作（ウエハあり）を説明する模式図である。 半導体チップ供給装置の半導体チップ確認動作を説明する模式図である。 半導体チップ供給装置の半導体チップ吸着動作を説明する模式図である。 カメラの撮影画像の図であって、同図（ａ）は新品のニードルの画像のイメージを示し、同図（ｂ）は変形したニードルの画像のイメージを示している。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図１は、本発明の一実施形態に係るニードル管理装置を装備した半導体チップ供給装置の要部斜視図である。
同図に示すように、この半導体チップ供給装置１０は、筐体１１の中央部に、円形の開口部１２を有する吸着ステージ１３と、この吸着ステージ１３上に、ウエハを貼り付けた状態で多数の半導体チップＣに分割された粘着シートＳ（図６参照）を1枚単位で順次に搬送するウエハローダ１４とを備えている。なお、筐体１１の長手方向の一端（同図での左側）には前記粘着シートＳが複数積層されたウエハ保管部４０が設けられており、次に供給される粘着シートＳをウエハローダ１４で前記吸着ステージ１３上に搬送可能になっている。

吸着ステージ１３には、粘着シートＳを下面側から吸着保持するためのウエハ固定部１５が設けられている。また、吸着ステージ１３の開口部１２内には、昇降及び移送動作可能なエジェクタ２が配置され、このエジェクタ２の上部に先端の尖ったニードル３が着脱可能に付設されている。また、吸着ステージ１３の上方には半導体チップＣの上面を認識するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１（以下、単に「カメラ」ともいう）が下向きに付設されている。これらカメラ１およびエジェクタ２は、前記ニードル３の直上にカメラ１を配置して、同一のＸＹ移動装置２０に連結され、吸着ステージ１３上の必要な位置に、所定のプログラムに基づいて、適宜にＸ軸およびＹ軸方向に一体で移動されるようになっている。

さらに、吸着ステージ１３の上方には、昇降及び移送動作可能なピックアップヘッド４が配置されており、このピックアップヘッド４には、前記粘着シートＳに貼り付けられた半導体チップＣを１個単位で吸着するためのノズル５が設けられている。このピックアップヘッド４は、カメラ１およびエジェクタ２が連結されたＸＹ移動装置２０とは異なるＸＹ移動装置３０によって駆動されるようになっている。これによって、半導体チップＣを吸着するためにピックアップヘッド４を粘着シートＳの所定位置で昇降動作した後、前記ＸＹ移動装置３０により所定の移送動作を行う。なお、ウエハ固定部１５とノズル５は、不図示の真空ポンプに接続されている。

さらに、この半導体チップ供給装置１０は、図２にブロック図を示すように、制御装置５０を備えており、この制御装置５０は、半導体チップ供給装置１０各部を制御するとともに、上述のエジェクタ２に設けられているニードル３を認識し、その状態を管理するためのニードル状態管理処理を実行することでニードル管理装置を兼ねた構成になっている。

詳しくは、この制御装置５０は、図２に示すように、所定の制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するＣＰＵ５４と、所定の記憶領域にあらかじめＣＰＵ５４の制御プログラムや後述の管理情報テーブル等を格納している記憶装置５６およびＲＯＭ５７と、この記憶装置５６およびＲＯＭ５７等から読み出したデータやＣＰＵ５４の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ５８と、半導体チップ供給装置１０のＸＹ移動装置２０およびカメラ１を含む外部装置に対してデータの入出力を媒介するインターフェース５２とを備えて構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス５３で相互にかつデータ授受可能に接続されている。そして、ＣＰＵ５４は、上記記憶装置５６やＲＯＭ５７の所定領域に格納されている所定のニードル状態管理プログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図３のフローチャートに示すニードル状態管理処理を実行する。

以下、このニードル状態管理処理について詳しく説明する。
ニードル状態管理処理が実行されると、図３に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。ステップＳ１００では、現在時刻が、一定の間隔（認識のタイミング）に対応して予め設定された所定時刻Ｔとなったか否かを判定し、所定時刻Ｔとなったと判定したとき（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０２に移行するが、そうでないと判定したとき（Ｎｏ）は、所定時刻となるまでステップＳ１００で待機する。なお、この予め設定する所定時刻Ｔは、半導体チップ供給装置１０の稼動時間や、ニードル３の使用回数、ウエハ交換時等を適宜勘案して設定される。

そして、ステップＳ１０２では、上記所定時刻Ｔ、つまり一定の間隔ごとのニードル３先端をカメラ１で撮像し、その画像情報を取得する(撮像手段)。
ここで、上記カメラ１は、ニードル３の上部に対向して位置しており、エジェクタ２と一体に、上記ＸＹ軸移動機構２０によってＸ軸およびＹ軸方向に移動される。したがって、図４ないし図５に示すように、この半導体チップ供給装置１０は、カメラ１が半導体チップを撮像するとともに、このカメラによってニードル３の先端をも撮像することが可能である。なお、図４に示すように、カメラ１の対向位置にウエハがない状態（例えばウエハの交換の時期）で撮像可能であり、また、図５に示すように、カメラ１の対向位置にウエハがある状態での撮像も可能である。

続くステップＳ１０４では、取得された画像情報を記憶領域に格納してステップＳ２００に移行する。ステップＳ２００では、取得された画像情報にニードル先端のエッジ画像が含まれているか否かを判定する。そして、ニードル先端のエッジ画像が含まれている（背景雑音からニードル先端のエッジ画像を分離できる）と判定したとき（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２０２に移行し、そうでないと判定したときは、ステップＳ２０１で所定時刻Ｔ用のタイマをリセットし、処理をステップＳ１００に戻す。

ステップＳ２０２では、上記取得した画像情報からニードル先端のエッジ画像の輪郭部分の実座標を算出し、さらに、そのエッジ輪郭の実座標によって画成される部分の面積をエッジ情報として算出してこれを格納する（エッジ情報生成手段）。このエッジ情報の生成方法としては、例えば、取得した画像情報に基づいて公知の輪郭検出処理により背景画像とエッジ画像に分離し、さらに、公知の座標変換等を実行してニードル先端面の傾斜等を補正したエッジ画像を出力する。そして、この補正後のエッジ画像に基づいて、ニードル先端面のエッジの座標を示す数値データをエッジ情報として算出する。

次いで、ステップＳ２０４に移行して、上記ニードル先端面のエッジ情報をもとに管理情報テーブル（閾値情報格納手段）を検索し、管理情報テーブルの対応する所定の閾値を越えたか否かを判別する。そして、予め設定されている閾値情報の値を越えた場合には、ステップＳ２０６に移行して、半導体チップ供給装置１０のディスプレイ画面に、ニードル３の交換を要求する通知（ニードル状態悪化の管理情報）を表示させる（ニードル判別手段）。

ここでの閾値としては、例えば、ニードル３先端面の面積を設定しておき、撮像画像の認識によって得られたエッジ情報でのニードル先端面の面積が、予め設定されている所定の面積以上になったときに上記管理情報の通知をする。一方、所定の閾値（面積）を越えていない場合には、ステップＳ２０８に移行する。
ステップＳ２０８では、オペレータが操作をする操作パネル（不図示）から分析要求が入力されたか否かを判定する。そして、分析要求が入力されたと判定したとき（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３００に移行するが、そうでないと判定したとき（Ｎｏ）は、処理を戻す。ステップＳ３００では、これまでに格納されたエッジ情報に基づく経時的な変化のレコードからニードル３先端面の分析データを生成し、その生成した分析データに基づいてディスプレイに、例えばニードルの使用時間と先端面積との関係を示すグラフとして分析結果を表示して元の処理に復帰する。

次に、この半導体チップ供給装置の動作およびその備えるニードル管理装置の作用・効果について説明する。
まず、この半導体チップ供給装置の通常の半導体チップ供給動作においては、図６に示すように、これから供給される半導体チップＣが、吸着ステージ１３（図１参照）上に搬送される。このとき、エジェクタ２は、開口部１２（図１参照）内に退避しており、また、ピックアップヘッド４は半導体チップＣの上方で待機している。

次いで、ウエハ固定部１５（図１参照）によって粘着シートＳの下面側から吸引が開始され、粘着シートＳが吸着ステージ１３に保持され、図７に示すように、開口部１２（図１参照）内に退避していたエジェクタ２が上昇し、その上部のニードル３が粘着シートＳを貫通して半導体チップＣの裏面を所定の高さまで突き上げる。
これにより、それまで粘着シートＳに裏面全体が貼付されていた半導体チップＣが剥離される。この状態で、上方からほぼ同時に、ピックアップヘッド４が半導体チップＣ表面近傍まで下降し、そのノズル５で半導体チップＣを吸着後に再び上昇して所定の移送動作を行う。その後、エジェクタ２を開口部１２内に退避させ、ウエハ固定部１５の吸引を解除して、次に供給される半導体チップＣをウエハローダ１４でウエハ保管部４０から吸着ステージ１３上に搬送する。

ここで、上述したように、半導体チップ突き上げ用のニードル３は、何度も半導体チップＣを突き上げているうちにその先端の形状が摩耗やつぶれ等の変形をしてしまう。つまり、通常の突き上げ動作は、ニードル３で粘着シートＳを貫通させて半導体チップＣを突き上げるのであるが、ニードル３先端が摩耗やつぶれ等の変形をすると粘着シートＳを貫通することができなくなり、半導体チップＣを粘着シートＳから完全に剥離できなくなるのである。そのため、このような状態になると、半導体チップＣの中心をノズル５で吸着しても、粘着シートＳの影響で半導体チップＣが位置ずれを起こしてしまい供給精度が悪くなる。

ここで、カメラ１の撮像素子が捉えたニードル先端の画像を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。なお、図８（ａ）は新品のニードル３の画像のイメージ、図８（ｂ）は磨耗したニードル３の画像イメージである。図８（ａ）に示すように、新品のニードル３はその先端部が鋭く、ニードル３先端のエッジ画像は、ほとんど見ることができない（同図での符号Ａ部分参照）。これに対し、磨耗したニードル３は、図８（ｂ）に示すように、その先端が変形しているため、ニードル先端のエッジ部分によって画成される面積が大きくなる（同図での符号Ｂ部分参照）。

このことを利用して、この半導体チップ供給装置１０においては、ニードル３の変形状態を認識可能な制御装置５０（ニードル管理装置）を備えており、この制御装置５０において、上述のニードル状態管理処理を適宜実行し、図４ないし図５に示したように、ニードル３の先端をカメラ１により撮像している。
そして、この制御装置５０は、撮像された画像情報からニードル３の先端形状のエッジ情報を生成し、このエッジ情報と予め設定された閾値情報とに基づいて、ニードル３の先端が磨耗、変形したことを自動で認識し、半導体チップ供給装置１０のオペレータに管理情報を通知することができる。したがって、オペレータは、ニードルの磨耗やつぶれ等の変形を遅滞なく知ることができる。

すなわち、この制御装置５０は、上述したニードル状態管理処理により、カメラ１から入力された、ニードル３の上方から見たニードル先端の画像情報に対して所定の画像処理を行い、エッジ輪郭の実座標を算出し、さらに、そのエッジ輪郭の実座標によって画成される部分の面積をエッジ情報として算出することができる（ステップＳ２０２）。さらに、その算出されたエッジ情報および管理情報テーブルに格納された所定の閾値の情報に基づいて、ニードルの磨耗や変形が所定の閾値を超えていればこれを直ちに管理情報として通知することができる（ステップＳ２０４、２０６）。

また、オペレータが操作をする操作パネル（不図示）から分析要求があれば、ニードルの状態の管理情報の通知に必要な分析データを生成し、これをモニタ画面にグラフ等によって表示することもできる（ステップＳ２０８、３００）。そのため、この分析データからニードル先端の変化の状態の経時変化等を追跡することもできるため、より緻密な管理も可能である。

したがって、この半導体チップ供給装置１０においては、常に一定以上の品質のニードル３を使用できるため、供給精度の安定性が向上する。また、半導体チップＣのピックアップが確実にできるようになり供給信頼性が向上する。さらに、ニードル３の先端を確認するための半導体チップ供給装置１０の停止が不要となるので、作業効率が向上する。また、ニードル３の品質を保つことにより半導体チップＣへのストレスを低減させることができる。

そして、この半導体チップ供給装置１０においては、既存のハードウエアでニードル先端の認識が可能なので、専用センサを追加する必要がなく、コストの負担がない。換言すれば、既存の装置以外には、専用センサ等のハードウエアを追加することなく、ニードル先端の変形状態を管理することができる。
なお、本発明に係る半導体チップ供給装置のニードル管理装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、カメラとして、ＣＣＤカメラを用いている例で説明したが、これに限らず、半導体チップを認識可能であり、その撮像されたニードル先端の画像情報を取得可能なものであれば、種々のカメラを用いることができる。例えば、イメージセンサとして、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体を用いた固体撮像素子）を用いることができる。

また、例えば上記実施形態では、ニードル先端を確認するエッジ情報および閾値として、ニードル先端の面積を設定した例で説明したが、これに限定されず、ニードル先端の状態を確認するためのエッジ情報および閾値として、ニードル先端の面積ではなく、ニードル先端の直径であっても同様の効果が得られる。

１ カメラ
２ エジェクタ
３ ニードル
４ ピックアップヘッド
５ ノズル
１０ 半導体チップ供給装置
１１ 筐体
１２ 開口部
１３ 吸着ステージ
１４ ウエハローダ
１５ ウエハ固定部
１６ 案内レール
２０ ＸＹ移動装置
３０ ＸＹ移動装置
４０ ウエハ保管部
５０ 制御装置
Ｃ 半導体チップ
Ｓ 粘着シート
Ｗ ウエハ

Claims (2)

1. 半導体チップの上面を上方から認識するカメラと、半導体チップを供給する際に半導体チップを粘着シートの裏面から突き上げるニードルを有するエジェクタとを備える半導体チップ供給装置に用いられ、前記ニードルの状態を判別するニードル管理装置であって、
   前記カメラで前記ニードル先端を撮像する撮像手段と、前記カメラで撮像されたニードル先端の画像情報から前記ニードルの先端形状のエッジ情報を生成するエッジ情報生成手段と、該エッジ情報と予め設定された閾値情報とに基づいて、前記ニードルの変形状態からニードル交換の要否を判別するニードル判別手段とを有することを特徴とするニードル管理装置。
2. 前記エッジ情報生成手段は、ニードル先端のエッジ部分の面積を前記エッジ情報として取得し、前記ニードル判別手段は、取得されたエッジ情報の値が、前記ニードル先端のエッジ部分の面積を所定の面積とした閾値情報の値を超えたときに、前記ニードル交換を要求する通知を出力することを特徴とする請求項１に記載のニードル管理装置。

Images