JP2014179556A - ダイボンダ及びボンディング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は、ダイの吸着の有無を簡単な回路構成で、稼働率の高いダイボンダ及びボンディング方法を提供することである。
【解決手段】
本発明は、処理ヘッドを昇降させ、該処理ヘッドでダイを吸着してピックアップし、流量センサが設けられた検出流路と、該検出流路と並行に設けられ、両端が前記検出流路と直接接続されたバイパス流路とを備える吸着流量検出回路の該流量センサによって、前記吸着時の吸着流量を検出し、前記流量センサの検出結果に基づいて前記ダイが前記吸着器具に吸着されたことを判定する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ダイボンダ及びボンディング方法に係わり、稼働率の高いダイボンダ及びボンディング方法に関する。
ダイ(半導体チップ)を配線基板やリードフレームなどの基板或いは基板上に既に積層されたダイ等のワークに搭載してパッケージを組み立てる工程がある。その組み立てる工程の一部に、半導体ウェハ(以下、単にウェハという)、中間ステージと呼ばれる中継ステージからダイをピックアップするピックアップ工程と、ピックアップされたダイをボンディングヘッドで基板やダイに装着するボンディング工程とがある。
ピックアップ工程では、コレット又は吸着ノズルと呼ばれる吸着器具を使ってダイをピックアップする。ピックアップしようとするダイが、吸着器具に吸着されたかどうかのチェックは吸着孔に流れる流量を監視して行っている。昨今は、ダイサイズの微小化に伴い、このチェックは、ダイサイズの広範囲に亘ってできることが必要である。
上記のようなダイサイズを広範囲に亘って行う吸着流量検出回路の従来技術としては、図6(a)、図6(b)に示すものである。図6(a)に示すダイの従来技術は、サイズの大きいダイに適した流量センサRSLと、サイズの小さいダイに適した流量センサRSSをそれぞれの流路BL、KLに設け、ダイサイズに応じてバルブVで流量センサRSLと流量センサRSSを切り替えている。図6(b)に示す第2の従来技術は、流量センサの設置位置RSPに、ダイサイズに応じてサイズの大きいダイに適した流量センサRSLとサイズの小さいダイに適した流量センサRSSとを交換して設置している。
図6(c)は、特許文献1に記載されている吸着ノズルの吸引路における目詰まりを検出する流量検出回路を開示している。特許文献1では、多くの吸着ノズルを確実に動作させるために大容量の吸引流量が必要であるので、通常の動作時は、吸引流量を動作ラインDLに流している。一方、目詰まりを検出するときは、小容量の流量を検出する必要があるので、流量センサRSのある検出ラインKLに流している。この流れの制御をバルブVで行う。
なお、図6において、説明されていない符号は、本発明の実施形態で説明するものと同一である。
特開2011−215622号公報
第1の従来技術の吸着流量検出回路は、2つの流量センサとバルブが必要で回路が複雑であり、ダイサイズに応じてバルブの切り替え制御が必要となる課題がある。第2の従来技術の吸着流量検出回路は、第1の従来技術の課題を解決できるが、ダイサイズに応じて流量センサを交換する必要があり煩雑である。また、交換時間が必要となるため、装置の稼働率が低下する課題がある。
特許文献1の目詰まり用の流量検出回路は、目的も後述するように構成も異なる。
従って、本発明の目的は、ダイの吸着の有無を簡単な回路構成で判定し、稼働率の高いダイボンダ及びボンディング方法を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも以下の特徴を有する。
本発明は、ダイボンダ又はボンディング方法において、処理ヘッドを昇降させ、該処理ヘッドでダイを吸着してピックアップし、流量センサが設けられた検出流路と、該検出流路と並行に設けられ、両端が前記検出流路と直接接続されたバイパス流路とを備える吸着流量検出回路の該流量センサによって、前記吸着時の吸着流量を検出し、前記流量センサの検出結果に基づいて前記ダイが前記吸着器具に吸着されたことを判定する。
また、本発明は、前記バイパス流路に該バイパス流路を開閉するバルブを設けてもよい。
さらに、本発明は、前記検出流路に対する前記バイパス流路の径比又は前記エア吸引手段から見た流路抵抗比N(Nは正の実数)は、前記流路センサの検出範囲内のダイサイズを有する前記ダイの吸着の有無の判定値が前記流量センサの検出範囲内の数値で定めてもよい。
また、本発明は、前記処理ヘッドは、前記ダイをウェハから吸着してピックアップし、プリアライメントステージに載置するピックアップヘッド、或いは前記ダイをウェハ又は該プリアライメントステージから吸着してピックアップし、前記ワークにボンディングするボンディングヘッドであってもよい。
さらに、本発明は、前記ダイの吸着を先端にコレットを有するボンディングヘッドで行い、前記ダイをピックアップする時は、前記バルブを開にし、前記流量センサの結果に基づいて前記判定を行い、前記コレットの交換する時は、前記バルブを閉にし、前記ボンディングヘッドを降下させ、前記流量センサの検出結果に基づいて該ボンディングヘッドの測定平板に対する降下量を求め、該降下量に基づいて前記コレットの厚さの変動を求め、前記ピックアップする時の前記ボンディングヘッドの降下量を補正してもよい。
従って、本発明によれば、ボンディングヘッド等の降下量を自動的に測定し、信頼度の高いダイボンダ及びボンディング方法を提供できる。
本発明の第1の実施形態であるダイボンダの概略図を示す図である。 本実施形態1における吸着流量検出回路の第1の実施例の構成と、その動作を説明する図である。 吸着流量検出回路の広範囲なダイサイズに適用できる原理を従来技術と比較して説明する図である。 本実施形態1における吸着流量検出回路の第2の実施例の構成と、その動作を説明する図である。 本発明の第2の実施形態であるダイボンダを上から見た概念図である。 従来技術を示す図である。
(実施形態1)
図1は、本発明の第1の実施形態であるダイボンダ100の概略図を示す図である。図1(a)は、ダイボンダ100の上面図であり、図1(b)は、図1(a)において矢印Aから見た正面図である。
ダイボンダ100は、大別して、ダイ供給部1と、ピックアップ部2と、プリアライメント部3と、ボンディング部4と、基板供給部6と、基板搬出部7と、搬送部5と、各部の動作を監視し制御する制御部8とを備える。
まず、ダイ供給部1を説明する。ウェハ保持台12は、ウェハ保持ステージ14(図1(a)参照)の4辺側に固定されている。ウェハ保持ステージ14は、図1(b)に示す保持部基台17に設けられたXY駆動部15によりX、Y方向に移動し、さらにXY駆動部15上に設けられた回転駆動部16により回転するように設けられている。一方、突き上げユニット13は、保持部基台17の所定位置に固定され、回転駆動部16によって選択されたウェハ11のダイDを突き上げる。
ピックアップ部2は、突き上げユニット13で突き上がられたダイを吸着してピックアップするピックアップヘッド21と、ピックアップヘッド21をX方向に移動させるX駆動軸22と、ウェハ11のアライメントマーク(図示せず)を撮像し、ピックアップすべきダイDの位置を認識するウェハ認識カメラ23(図1(b)参照)とを、備える。X駆動軸22によってピックアップヘッド21は、ダイDの突き上げ位置とプリステージ31間を往復し、4個のダイをプリステージ31にプリステージの長手(Y)方向に列状に配置する。
ボンディング部4は、プリステージ31からダイDをピックアップし、搬送されてきた基板Pにボンディングするボンディングヘッド41と、ボンディングヘッド41のダイDの保持状態を撮像する部品認識カメラ42と、複数本(図1で4本)のボンディングヘッド41をY方向に移動させるY駆動軸43と、搬送されていた基板Pの位置認識マーク(図示せず)を撮像し、ボンディングすべきダイDのボンディング位置を認識する基板認識カメラ44と、を備える。各ボンディングヘッド41はY駆動軸43の他、図2に示すように、先端に設けられたコレット(又は吸着ノズル)60を昇降するためのZ駆動軸47を有する。
このような構成によって、ボンディングヘッド41は、プリステージ31からダイDをピックアップし、Y駆動軸に沿って移動中に部品認識カメラ42でダイDの保持状態を撮像し、その結果に基づいてボンディング位置・姿勢を補正して、基板PにダイDをボンディングする。この動作をプリステージ31上の4個のダイに対して同時に又は個別に行なう。
プリアライメント部3は、ピックアップヘッド21によりピックアップされたダイDを載置するプリステージ31と、プリステージ31を固定する固定板32と、固定板を水平である図1(a)の紙面上下(Y)方向に移動させるY駆動軸(プリステージ水平移動手段)33と、固定板32を図1(a)の紙面左右(X)方向に移動させるX駆動軸34と、ダイDのプリステージ31への載置状態を撮像する載置部品認識カメラ35と、を備える。
この構成によって、プリアライメント部3は、ピックアップヘッド21、ボンディングヘッド41の移動に協調してプリステージ31をX、Y、Z方向に移動させ、ピックアップヘッド、ボンディングヘッドの動作が最短になる。
なお、このようなダイボンダでは、ウェハ品種(ダイサイズ)に応じてコレットを交換する、或いは、ダイの表面の傷や汚染を防止するために、ダイの表面に接触するコレットの交換頻度を高める必要がある。そのために、ピックアップ部2、ボンディング4に交換用のノズルストッカ24、45を備えている。
搬送部5は、一枚又は複数枚の基板(図1では4枚)を載置した基板搬送パレット51と、基板搬送パレット51が移動するパレットレール52とを具備する同一構造の第1、第2搬送部が並行して設けられている。
このような構成によって、基板搬送パレット51は、基板供給部6で基板を載置され、パレットレール52に沿ってボンディング位置まで移動し、ボンディング後、基板搬出部7まで移動して基板搬出部7に基板を渡す。第1、第2搬送部は、互いに独立して駆動可能である。
上記構成によって、ダイボンダ100は、ピックアップヘッド21でウェハ11からダイDをピックアップし、プリステージ31に載置し、その後、ボンディングヘッド41でプリステージからダイをピックアップし、基板Pに装着する実装処理を行う。実施形態1では、ピックアップヘッド21とボンディングヘッド41が実装処理を行う処理ヘッドである。
また、上記に説明したダイボンダの実施形態1では、ピックアップヘッド21がウェハ11からダイをピックアップする時に、又はボンディングヘッド41でプリステージ31からダイをピックアップする時に、吸着流量を監視してコレット60がダイDを吸着したかどうかチックして、ダイをピックアップする。以下、吸着流量を検出する吸着流量検出回路70の実施例を説明する。
(実施例1)
図2は、本実施形態1における吸着流量検出回路70の第1の実施例70Aの構成と、その動作を説明する図である。ピックアップヘッド21とボンディングヘッド41とは同一構造を備えているので、ここでは、代表してボンディングヘッド41で説明する。以下のその他の説明も代表してボンディングヘッド41で行う。
ボンディンングヘッド41は、コレット60を保持し、必要な時にコレットを交換できるコレットホルダ61を先端に備える。ボンディングヘッド41、コレットホルダ61及びコレット60には、ダイDを吸着保持するために、エアを吸引する連通した吸引孔60v、61v及び41vがある。ボンディングヘッド41の吸引孔41vは、接続流路CLを介して吸着流量検出回路70Aに接続される。
吸着流量検出回路70Aは、接続流路CLから流量センサRSを有する検出流路KLとバイパス流路BLに分岐路71を有する。そして2つの流路は、流量を吸引するポンプPO側において再び合流し、エア吸引手段であるポンプPOに接続される。
図1に示した制御装置8は、流量センサRSから流量を取りこみ、確実にダイが吸着されたかを判断し、ポンプPOを制御する制御部8Cを有する。制御部8Cは、また、ボンディングヘッド41を制御する。制御装置8は、判断や制御に必要なプログラム、確実に吸着されたかを判定する閾値データや制御データ等を記憶しているメモリ8Mと、ボンディングヘッド41のZ駆動軸47のドライバー47D、モータ47Mを備える。制御部8Cは、予め得られたデータや位置情報を下にドライバー47Dを駆動する。なお、図1では4本のボンディングヘッドを有していたが、図2には、各ボンディングヘッド41の構成は同じであるので1本のみの構成を示している。
図3は、吸着流量検出回路70の広範囲なダイサイズに適用できる原理を図6(a)に示す従来技術と比較して説明する図である。図3の横軸はダイサイズDdを示し、縦軸は各ダイサイズDdにおける判定吸着流量RHを示す。
図3において、一点鎖線で示す曲線は、従来技術のダイサイズに対するダイが吸着されたかを判断する判定吸着流量曲線RHjを示す。第1の従来技術では、最大検出流量RDmを有し、ダイサイズDcまで判定範囲を有する流量センサRSSと、最小検出流量がダイサイズDs以上の判定範囲を有する流量センサRSLとに切り換えて、全ダイサイズをカバーしている。流量センサRSLは、流量センサRSSの最大検出流量RDmのより小さい最小検出流量RDsを有する。
一方、実施例1では、図2に示すバイパス流路BLと流量センサRSを含めた検出流路KL側の流路抵抗が1対N(N>0)になるようにする。この結果、接続流路CLに流れる流量RCのうち分配比DR=1/(1+N)で流量が検出流路KLに流れる。その結果、実施例1の判定流量曲線RHiは、従来技術の判定流量曲線RHjのR/(1+N)の流量を示す曲線を示す。
そして、適用する最小ダイサイズDsにおける判定流量がその検出感度より大きく、適用する最大ダイサイズDmにおける判定流量が、例えばRSSのRDmの最大検出流量RDmより小さい流量センサRSを用いる。
上記の説明では、Nをただ単にN>0としたが、Nはある程度大きい方がよい。
また上記の説明では、分配比を流路抵抗で定義したが、単にバイパス流路BLと検出流路KLの配管径比で分配比を定義してもよい。
その結果、実施例1によれば、適用する全ダイサイズにおいて一つの流量センサRSで確実に吸着の有無を検出できる。
(実施例2)
次に、本実施形態1における吸着流量検出回路70の第2の実施例70Bを説明する。図4は、実施例70Bの構成と、その動作を示す図である。実施例1では、バルブを設けなかったが、実施例2ではバイパスラインBLにバルブVを設ける。
近年、半導体装置の高密度実装を推進する目的で、ダイの薄型化が進められている。ダイの薄型化が進むと、ボンディングヘッド等の降下量を正しく把握しないと、ダイのピックアップ時、或いは基板等への搭載時又は装着時に、目的位置に届かない又はダイに損傷を与える等の悪影響を与える可能性が出てくる。
本実施例2では、バルブVを開とすることで、実施例1で説明したダイDをピックアッピした時の吸着に有無を検出できる。一方、バルブVを閉とすることで、コレットを交換時に、コレットの製造時の厚さ等のバラつきによるボンディングヘッド41の降下量の変化を検出できる降下流量検出回路を形成できる。
ボンディングヘッド41の降下量の検出は、ボンディングヘッド41にダイを保持しないでプリステージ31のような測定平板に、コレット60降下させ、その時に吸引孔41v等で構成される吸引経路に流れる吸着流量Lが所定の流量になった時のボンディングヘッドの降下量Zを検出する。コレット交換前のボンディンヘッドの降下量Zbと、コレット交換後のボンディンヘッドの降下量Zaとの差で、コレットの製造時の厚さ等のバラつきに基づくコレットの厚さの変動を検出する。交換後のコレットでダイDをピックアップする時は、ボンディングヘッドの降下量を前記差で補正して行う。なお、所定の流量は、ダイDを確実にプリステージ31に載置でき、ダイDにダメージを与えない流量として規定される。
上記における降下量として設定する許容誤差は数μmである。従って、ダイサイズが小さい時には、バルブVを開にした状態、即ち流量が小さいので実施例1の吸着流量検出回路70Aの状態で、降下量を検出することは難しい。しかし、ダイサイズが大きい場合は、バルブVを開にした状態でも降下量を検出することができる。
なお、降下量を測定する際には、プリステージ31の直前までラフに降下させるが、プリステージ31に接近した後は、細かなステップ又は多少オーバーランさせ、その後細かにステップ上昇をさせながら精度よく検出する。
以上説明した実施例2では、バイパスラインBLにバルブVを設けることで、ダイDのピックアップ時に吸着流量を検出できると共に、コレットを交換時には、コレットの製造時の厚さ等のバラつきによるボンディングヘッドの降下量の変化を検出することができる。
(実施形態2)
図5は、本発明の第2の実施形態であるダイボンダ200を上から見た概念図である。
ダイボンダ200は、大別してウェハ供給部210と、ワーク供給・搬送部220と、ボンディング部230と、各部の制御及び吸着流量による吸着の有無の判定や降下量の検出等を行う制御装置208とを備える。
ワーク供給・搬送部220はスタックローダ221と、フレームフィーダ222と、アンローダ223とを有する。スタックローダ221によりフレームフィーダ222に供給されたワークは、フレームフィーダ222上の2箇所の処理位置を介してアンローダ223に搬送される。
ウェハ供給部210は、ウェハカセットリフタ211とピックアップ装置212とを備える。ウェハカセットリフタ211は、ウェハリングが充填されたウェハカセット(図示せず)を備え,順次ウェハリングをピックアップ装置212に供給する。ウェハリングはダイDを有するウェハWを保持し、ピックアップ装置212はウェハリングを保持する。
ボンディング部230は、プリフォーム部231とボンディングヘッド部232とを備える。プリフォーム部231は、フレームフィーダ222により搬送されてきたワークにダイ接着剤を塗布する。
ボンディングヘッド部232は、ボンディングヘッド41と測定平板50とを有する。ボンディングヘッド41は、ピックアップ装置212からダイDをピックアップして上昇し、ダイDを平行移動してフレームフィーダ222上のボンディングポイントまで移動させる。そして、ボンディングヘッド41は、ダイDを下降させダイ接着剤が塗布されたワーク上にボンディングする。測定平板50は、実施形態1のプリステージ31の替わりに設けたもので、実施例2に説明した方法でボンディングヘッド41の降下量Zを定めるためのものである。実施形態2では、実装処理を行う処理ヘッドはボンディングヘッド41のみである。
上記に説明したように、実施形態2の実施形態1と異なる点は、ピックアップ部2やプリステージ部3がなく、ボンディンングヘッド41が直接ウェハWからダイDをピックアップし、基板などのワークに装着する点である。それ故、実施例1は何の変更もなく実施形態2にも適用できる。実施例2については、測定平板50でボンディングヘッド41の降下量の補正を行うことで、実施形態2に適用できる。
従って、実施形態2においても実施例1,2において実施形態1と同様な効果を得ることができる。
以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
1:ダイ供給部 11:ウェハ
2:ピックアップ部 21:ピックアップヘッド
3:プリアライメント部
31:プリアライメントステージ(プリステージ)
4:ボンディング部 40v、41v:吸引孔
41:ボンディングヘッド 47:Z駆動軸
8、208:制御部 50:測定平板
60:コレット 60v、61v;吸引孔
61:コレットホルダ
70、70A、70B:吸着流量検出回路 71:分岐路
100,200:ダイボンダ 230:ボンディング部
BL:バイパス流路 CL:接続流路
D:ダイ KL:検出流路
P:基板 PO:ポンプ
RDm:流量センサRSSの最大検出流量 RDs:流量センサRSLの最小検出流量
RH:判定吸着流量 RHi:実施例1の判定流量曲線
RHj:従来技術の判定流量曲線 RS:流量センサ
V:バルブ

Claims (8)

  1. ダイを吸着する吸着器具と、
    先端に前記吸着器具を備え、前記ダイを吸着する吸着処理と、ワークに前記ダイをボンディングするボンディング処理との少なくとも一方の処理を行う処理ヘッドと、
    前記処理ヘッドを昇降させる昇降手段と、
    流量センサが設けられた検出流路と、該検出流路と並行に設けられ、両端が前記検出流路と直接接続されたバイパス流路とを備える吸着流量検出回路と、
    該吸着流量検出回路を介してエアを吸引するエア吸引手段と、
    前記流量センサの検出結果に基づいて前記ダイが前記吸着器具に吸着されたことを判定する判定手段を備える制御部と、
    を有することを特徴とするダイボンダ。
  2. 請求項1に記載のダイボンダにおいて、
    前記バイパス流路に該バイパス流路を開閉するバルブを設けたことを特徴とするダイボンダ。
  3. 請求項1又2に記載のダイボンダにおいて、
    前記検出流路に対する前記バイパス流路の径比又は前記エア吸引手段から見た流路抵抗比N(Nは正の実数)は、前記流路センサの検出範囲内のダイサイズを有する前記ダイの吸着の有無の判定値が前記流量センサの検出範囲内の数値で定められたることを特徴とするダイボンダ。
  4. 請求項1又2に記載のダイボンダにおいて、
    前記処理ヘッドは、前記ダイをウェハから吸着してピックアップし、プリアライメントステージに載置するピックアップヘッド、或いは前記ダイをウェハ又は該プリアライメントステージから吸着してピックアップし、前記ワークにボンディングするボンディングヘッドであることを特徴とするダイボンダ。
  5. 請求項2に記載のダイボンダにおいて、
    前記吸着器具はコレットであり、
    前記処理ヘッドは、前記ダイをウェハ又はプリアライメントステージから吸着してピックアップし、前記ワークにボンディングするボンディングヘッドであり、
    前記制御部は、前記ダイをピックアップする時は、前記バルブを開にし、前記コレットを交換するときは前記バルブを閉に制御し、前記流量センサの検出結果から測定平板に対する前記ボンディングヘッドの移動量を求め、該移動量から前記コレットの厚さの変動を求め、前記ボンディングヘッドの前記ピックアップ時の降下量を補正することを特徴とするダイボンダ。
  6. 処理ヘッドを昇降させ、該処理ヘッドでダイを吸着してピックアップし、
    流量センサが設けられた検出流路と、該検出流路と並行に設けられ、両端が前記検出流路と直接接続されたバイパス流路とを備える吸着流量検出回路の該流量センサによって、前記吸着時の吸着流量を検出し、
    前記流量センサの検出結果に基づいて前記ダイが前記吸着器具に吸着されたことを判定することを特徴とするボンディング方法。
  7. 請求項6に記載のボンディング方法において、
    前記処理ヘッドは、前記ダイをウェハから吸着してピックアップし、プリアライメントステージに載置するピックアップヘッド、或いは前記ダイをウェハ又は該プリアライメントステージから吸着してピックアップし、前記ワークにボンディングするボンディングヘッドであることを特徴とするボンディング方法。
  8. 請求項6に記載のボンディング方法において、
    前記バイパス流路に該バイパス流路を開閉するバルブを設け、
    前記ダイの吸着を先端にコレットを有するボンディングヘッドで行い、
    前記ダイをピックアップする時は、前記バルブを開にし、前記流量センサの結果に基づいて前記判定を行い、
    前記コレットの交換する時は、前記バルブを閉にし、前記ボンディングヘッドを降下させ、前記流量センサの検出結果に基づいて該ボンディングヘッドの測定平板に対する降下量を求め、該降下量に基づいて前記コレットの厚さの変動を求め、前記ピックアップする時の前記ボンディングヘッドの降下量を補正することを特徴とするボンディング方法。
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