JP2014179562A - ダイボンダ及びそのボンドヘッド装置、並びに、コレット位置調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、コレット交換の際の誤差を、高さや傾斜をも含め、自動的に補正（調整）可能なダイボンダ、ボンドヘッド装置、更には、コレット位置調整方法を提供する。
【解決手段】 内部に真空を導くホルダ４１ｈと、ホルダの先端に着脱可能に取り付けられたシャンク４１ｓとコレット４１ｃを備えたボンドヘッド装置におけるコレットの交換後のコレットの位置調整を行うため、コレットの交換の前に、当該コレットの裏面を、ボンドヘッド装置の下方に配置され、非テレセントリックレンズにより光学系が構成された裏面撮像カメラ４２により撮像し、コレットの交換の後において、交換したコレットの裏面を裏面撮像カメラにより撮像し、交換前後のコレットの画像が一致するように、コレットの位置を補正するコレット位置調整方法、ボンドヘッド装置、ダイボンダ。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ボンドヘッドの先端に取り付けられる、半導体チップであるダイを吸着するためのコレットの位置を調整することが可能なダイボンダ、そのボンドヘッド装置更には、当該装置におけるコレット位置調整方法に関する。

半導体製造装置の一例として、例えば、ダイ(半導体チップ)を、配線基板やリードフレームなど、所謂、基板上に搭載し、もって、製品であるパッケージを組み立てるダイボンダは、基板上にボンディングするボンディング工程を含んでいる。かかるボンディング工程では、基板のボンディング面上に正確にダイをボンディングする必要があり、そのため、カメラにより当該ダイや基板（測定対象）を撮像し、その画像を画像処理することにより（例えば、予め設定したリファレンスと比較する等）、位置決め、及び、検査が行われている。

一般的に、ダイを吸着するボンドヘッドは、ダイボンダ本体のボンドヘッドユニットを一体であり、中空で、吸着のための真空をその内部に導くホルダと、当該ホルダの先端に着脱可能に取り付けられる、やはり、中空のシャンクと、更に、当該シャンクの先端に取り付けられる、例えば、ゴム等の弾性体により形成されたコレット等を備えている。なお、コレットは、吸着するダイに対応した形状に形成され、その一部には、その吸着面に真空を導くための貫通孔が形成されている。

そのため、上述したシャンクとコレットは、生産するダイのサイズ等の違いにより交換可能な機構を備えているのが一般的である。より具体的には、それぞれのパーツは、挿入形式で、かつ、取付け方向を間違えないような、例えば、ブロック形式で構成されている。

その中でも、特に、コレットは、ウェハからダイをピックアップする際、ダイの表面に着地するが、その際、圧力を受ける。その後、ホルダ、シャンク、コレットの中心軸に沿って形成された貫通孔を介して真空を導き、所謂、内気吸着により、ダイをハンドリングする。即ち、吸着したダイをボンドヘッドの移動により、サブストレート（基板）上に搬送する。この搬送されたダイは、基板上に着地し、ボンドヘッドから、鉛直方向に、接合のための荷重（数Ｎ〜数十Ｎ）を受ける。即ち、ダイボンダは、かかる工程を繰り返すことにより製品を量産する。

そのため、ゴムなどで形成されたコレットは、上述した工程を繰り返すことにより、徐々に変形し（所謂、つぶれる）、ある程度の生産量に達すると、交換することが必要となる。当該交換の際には、コレット単体で、又は、シャンクと一体で行うが、その際、新たに交換したコレットとコレットとの接合部、又は、シャンクとホルダの接合部において、誤差（所謂、「ガタツキ」）が生じてしまう。即ち、このコレットの交換作業を行うと、たとえ全く同じサイズのコレットと交換したとしても、主に上述した理由により、完全に同じ位置に取り付けられるわけではなく、交換後のコレットの位置が移動してしまい、その量（オフセット量）は、数〜数十μｍに達する。

そこで、従来、例えば、以下の特許文献１によれば、粘着テープ上の特定のダイを支持軸を介してボンディングヘッドに支持されたコレットで一旦ピックアップした後に粘着テープ上の元の位置に戻し、コレットのボンディングヘッドに対する取り付け誤差を、ピックアップ前後のダイの位置の相違に基づいて自動的に検出し、それに基づいて自動的にコレットの取り付け誤差の補正を行う技術が既に知られている。

また、以下の特許文献２によれば、コレットの偏芯を補正するため、ＣＣＤカメラでホームポジションのコレット先端の画像を表示し、この回転前取込画像のカーソルをチップ吸着面の中心に合わせることで、回転前中心位置を入力する。次に、０度位置のコレットを１８０度位置まで回動し、ＣＣＤカメラで取得した回転後取込画像をモニターに表示するとともに、表示されたカーソルをチップ吸着面に合わせることで、回転後中心位置を入力する。そして、各中心位置から仮想円を求めてコレットホルダの回転中心を算出するとともに、回転前中心位置と回転後中心位置におけるＸ方向ズレ量とＹ方向ズレ量とを算出した後、これらをボンディング座標に換算して偏芯補正量を演算し、この偏芯補正量でボンディング座標を補正する技術が既に知られている。

なお、上述した従来技術においては、通常、測定対象となるダイや基板との間の距離の変動により結像される像の大きさが異なることを避けるため、撮像するカメラの光学系としては、所謂、テレセントリックレンズ（集光線が光軸に対して平行なレンズであり、測定対象との距離が変動しても像の大きさは変わらない）を用いることが一般的であった。

特開２００３-６８７７２号公報 特開２００６-１４２３８８号公報

しかしながら、上述した従来技術によれば、コレット交換の際、ＣＣＤカメラ等を利用して自動的にコレットの取り付け誤差の補正を行う技術は既に知られているが、しかしながら、交換後のコレットの位置（特に、垂直方向の高さ）や傾斜（特に、吸着面の傾き）をも含めて自動的に補正（調整）を行うためには、更に、他のセンサーや補正機構が必要となり、製造装置の製造コストが上昇してしまうなどの課題があった。

そこで、本発明は、上述した従来技術における課題に鑑みて達成されたものであり、具体的には、簡単な構成により製造コストの上昇を伴うことなく、コレット交換の際の誤差（所謂、「ガタツキ」）を、その高さや傾斜をも含めて、自動的に補正（調整）を行うことが可能なダイボンダと、そのためにボンドヘッド装置、更には、コレット位置調整方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、少なくとも、内部に吸着のための真空を導くホルダと、当該ホルダの先端に着脱可能に取り付けられたコレットを備えたボンドヘッド装置における前記コレットの交換後のコレットの位置調整を行うコレット位置調整方法において、前記コレットの交換の前に、当該コレットの裏面を、前記ボンドヘッド装置の下方に配置され、非テレセントリックレンズにより光学系が構成された裏面撮像手段により撮像し、前記コレットの交換の後において、交換したコレットの裏面を前記裏面撮像手段により撮像し、前記非テレセントリックレンズにより光学系が構成された裏面撮像手段により撮像した交換前後のコレットの画像が一致するように、前記コレットの位置を補正するコレット位置調整方法が提供される。

また、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、少なくとも、内部に吸着のための真空を導くホルダと、当該ホルダの先端に着脱可能に取り付けられたコレットを備えたボンドヘッド装置であって、更に、前記ボンドヘッド装置の下方には、当該コレットの裏面を撮像するための裏面撮像手段を備えているボンドヘッド装置が提供される。

更には、やはり上記の目的を達成するため、基板上の所定の位置にダイを搭載するダイボンダであって、先端にダイを吸着保持し、ステージ上に載置された前記基板上の所定の位置に移動して当該ダイを搭載するボンドヘッド装置と、前記ボンドヘッド装置を移動するための移動機構と、少なくとも前記ボンドヘッド装置と、前記移動機構との各々動作を制御することにより、前記基板上の所定の位置に前記ダイを搭載する制御装置とを備えたダイボンダにおいて、更に、前記搭載手段によりダイの搭載が行われる前後において、当該ダイ又は／及び当該基板を含む測定対象を位置決めする撮像手段を備え、前記ボンドヘッド装置は、内部に吸着のための真空を導くホルダと、当該ホルダの先端に着脱可能に取り付けられたコレットを備えており、かつ、前記ボンドヘッド装置の下方には、当該コレットの裏面を撮像するための裏面撮像手段が配置され、前記裏面撮像手段は、光学系として非テレセントリックレンズを含むレンズシステムにより構成されていることを特徴とするダイボンダが提供される。

上述した本発明によれば、簡単な構成により製造コストの上昇を伴うことなく、コレット交換の際の誤差）を、その高さや傾斜をも含めて、自動的に補正（調整）を行うことが可能なダイボンダと、そのためにボンドヘッド装置、更には、コレット位置調整方法を提供されるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施形態になるダイボンダを上から見た全体概念図である。 上記ダイボンダの構成において、基板上にダイを搭載するダイボンディング工程を行うボンドヘッド部の概略構成を示す斜視図である。 コレットを含む上記ボンドヘッドの詳細構造を示す一部拡大断面図である。 上記ボンデドヘッド部においてコレットの裏面を撮像する裏面撮像カメラの構成を示す展開斜視図である。 裏面撮像カメラおいて採用される非テレセントリックレンズにより撮像される位置の異なるコレットの画像について説明する説明図である。 裏面撮像カメラおいて採用される非テレセントリックレンズにより撮像される傾斜したコレットの画像について説明する説明図である。 コレット交換の際の本発明になる自動取付誤差補正（コレット位置調整方法）の一例を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施形態の詳細について、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明を、その一実施形態として、特に、ダイボンダに適用した例を示している。なお、この図１は、ダイボンダ１０を上から見た概念図であり、当該図からも明らかなように、ダイボンダ１０は、大別して、ウェハ供給部１と、基板供給・搬送部５と、ダイボンディング部３と、そして、これらを制御するための制御部４とを備えている。

ウェハ供給部１は、ウェハカセットリフタ１１とピックアップ装置１２とを有する。ウェハカセットリフタ１１は、ウェハリングが充填されたウェハカセット（図示せず）を有し、順次、ウェハリングをピックアップ装置１２に供給する。ピックアップ装置１２は、所望するダイをウェハリングからピックアップできるように、ウェハリングを移動する。

基板供給・搬送部５は、スタックローダ５１と、フレームフィーダ５２と、アンローダ５３とを有する。スタックローダ５１は、ダイを接着する基板（例えば、リードフレーム）をフレームフィーダ５２に供給する。フレームフィーダ５２は、基板をフレームフィーダ５２上の２箇所の処理位置を介してアンローダ５３に搬送する。アンローダ５３は、搬送された基板を保管する。

ダイボンディング部３は、プリフォーム部３１と、ボンドヘッド部３２とを有する。プリフォーム部３１は、フレームフィーダ５２により搬送されてきた基板にダイ接着剤を塗布する。ボンドヘッド部３２は、ボンドヘッド４１によりダイをピックアップして上昇し、ダイをフレームフィーダ５２上のボンディングポイントまで移動させる。そして、ボンドヘッド部３２は、ボンディングポイントでダイを下降させ、ダイ接着剤が塗布された基板上にダイをボンディングする。

図２は、上述したダイボンダ１０において、ダイボンディング工程を行うためのボンデドヘッド部３２の概略構成を示す斜視図である。

ボンドヘッド部３２は、ダイＤを吸着しボンディングするボンドヘッド４１と、基板であるリードフレームＳの位置合わせを行い、当該基板表面上の所定の位置にピックアップしたダイを搭載（接着）するため、リードフレーム及び搭載したダイを撮像するためのカメラ（図示せず）と、ボンデドヘッド４１を支持または固定する固定台４３と、固定台４３をＸＹ方向に移動させる移動機構４７と、リードフレームＳを保持するボンディングステージ(以下、単に「ステージ」と言う)４４を有する。なお、符号５２は、リードフレームＳを搬送する基板供給・搬送部５を形成するフレームフィーダである。

ボンドヘッド４１は、先端にダイＤを吸着保持しているコレット４１ｃと、コレット４１ｃを昇降(Ｚ方向に移動)させ、コレット４１ｃを固定台４３に対してＹ方向に移動させる２次元移動機構４１ｍとを有する。また、ボンドヘッド４１の下方には、以下にも詳述するが、コレットの裏面（ダイへの吸着面）を撮像する裏面撮像カメラ４２が設けられている。

更に、上述した制御部４は、ここでは図示しないが、例えば、ＣＰＵからなる制御・演算装置、ＲＡＭ（主記憶装置）やＨＤＤ（補助記憶装置）を含む記憶装置、タッチパネル、マウス、画像取込装置（チャプチャーボード）、モータ制御装置、液晶パネル等の表示装置、Ｉ／Ｏ信号制御装置（センサー・スイッチ制御など）を含む入出力制御装置を備えており、上記裏面撮像カメラ４２を含む各種のカメラ（図示せず）や各部からの信号を入力し、そして、上記各部の動作を制御する。

続いて、本発明の特徴となる上述した裏面撮像カメラ４２によってその裏面（ダイへの吸着面）が撮像されるコレット４１ｃなどを含む、所謂、ボンドヘッド装置、即ち、ボンドヘッド４１と、そして、当該裏面撮像カメラ４２の働きについて、添付の図３及び図４を参照しながら、以下に、詳細に説明する。

まず、図３には、を構成するコレット４１ｃを含むボンドヘッド装置の先端部の詳細構造が示されている。即ち、図からも明らかなように、例えば、図示しない真空源から供給されダイを吸着するための真空をその内部に導く円筒状のホルダ４１ｈと、当該ホルダ４１ｈの先端に、例えば、ネジ４１２等の固定手段により固定して取り付けられるシャンク４１ｓと、そして、当該シャンク４１ｓの下端面に取り付けられる、例えば、ゴム等の弾性部材で形成されたコレット４１ｃを備えている。また、一般に、ホルダ４１ｈは、ここでは図示しないダイボンダ本体のボンドヘッドユニットと一体であり、他方、シャンク４１ｓとコレット４１ｃは、吸着するダイの形状やサイズに応じて、適宜、交換可能な構造となっている。例えば、それぞれの部品は、挿入形式にすることにより、その取付方向を間違えないように構成されている。

特に、上述したゴムのコレット４１ｃは、既述のように、ウェハからダイをピックアップする際、ダイに着地し、その吸着面に圧力を受ける。その後、ホルダ４１ｈ、シャンク４１ｓ、そして、コレット４１ｃの中心軸に沿って形成された孔を介して真空によりダイＤを吸着し（図３（Ｂ）を参照）、吸着したダイをハンドリングする。即ち、ボンドヘッドの移動により、ダイＤを基板Ｓ上に搬送する（図２を参照）。

その後、搬送したダイＤは、基板Ｓ上に着地するが、その際、ボンドヘッドにより、鉛直方向に、接合のための荷重（通常、数Ｎ〜数十Ｎ）を受け、かかる工程を繰り返すことから、コレットは徐々に変形し（所謂、つぶれる）、ある程度の生産量に達すると、交換することが必要となる。

そして、当該交換の際、コレット４１ｃ単体で、又は、シャンク４１ｓと一体で行うが、その際、新たに交換したコレットとコレットとの接合部、又は、シャンクとホルダの接合部において、誤差（所謂、「ガタツキ」）が生じてしまう。

次に、図４には、上述した裏面撮像カメラ４２の概略構成を示しており、その具体的なレンズ構成については示さないが、例えば、円筒状の筺体４２１体内に単数又は複数枚の光学レンズを組み合わせたレンズシステム４２２と、当該レンズシステムを介してその検出表面上に測定対象の画像を形成し、もって、当該画像を電気信号として取り出すための面状の画像センサー（例えば、ＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサー等）４２３とを備えている。

即ち、本発明になるダイボンダにおいては、上述した構成を備えた裏面撮像カメラ４２がボンディングヘッド４１の下方に配置されていることにより、コレット４１ｃ（又は、シャンク４１ｓと一体に）の裏面であるコレット４１ｃの吸着面を撮像することができる。

なお、本発明では、特に、上述した裏面撮像カメラ４２を構成するレンズシステム４２２を、集光線が光軸に対して平行なレンズであり、測定対象との距離が変動しても像の大きさは変わらない、所謂、テレセントリックレンズではなく、非テレセントリックレンズ（非テレセントリック系ともいう）により構成している。なお、本発明でいう非テレセントリックレンズとは、例えば、ＣＣＴＶレンズやマイクロレンズといったテレセントリック性の少ないレンズである。また、かかるテレセントリックレンズの動作については、以下に図５を参照しながら説明する。

図５は、本発明において採用される非テレセントリックレンズの撮像動作を説明しており、特に、図５（ａ）は、裏面撮像カメラ４２に対し、その比較において、コレット４１ｃの位置（その吸着面の位置）が近い（低い）場合を、他方、図５（ｂ）は、コレット４１ｃの位置が遠い（高い）場合を、それぞれ示している。また、図には、当該裏面撮像カメラ４２により撮像された画像Ｐ、Ｐ’が、それぞれ、各図の右下に示されている。

即ち、これらの図にも示すように、非テレセントリックレンズ（非テレセントリック系）を光学系とする裏面撮像カメラ４２では、測定対象であるコレット４１ｃの吸着面画像を面状の画像センサー４２３上に結像する。その際、非テレセントリックレンズによれば、コレット４１ｃの位置が近い（低い）場合には、得られる画像のサイズは大きく、他方、遠い（高い）場合には、得られる画像のサイズは小さくなる。即ち、非テレセントリックレンズを光学系とする裏面撮像カメラ４２によれば、得られる画像のサイズにより、コレット４１ｃの位置が分かる。

より具体的には、予め、取り付け又は交換するコレット４１ｃのサイズ（特に、吸着面のサイズ）が分かっていれば、当該コレットのカメラ４２に対する位置座標（Ｚ軸）が分かることとなる。かかる特性を利用することにより、コレットの交換の際には、交換前後に撮像したコレット画像が、同じ位置で、かつ、同じサイズになるようにその位置（高さ＝Ｚ軸）を調整することにより、コレットの自動的な交換が可能になる。

また、図６には、コレット４１ｃが傾斜して取り付けられた際の画像を示している。即ち、例えば、方形の外形を有するコレットの画像は、各辺の長さに変化を生じることとなる。なお、この場合においても、交換前後に撮像したコレット画像が、同じ位置で、かつ、同じサイズになるように傾斜角度θを調整することにより、コレットの自動的な交換が可能になることは、当業者であれば明らかであろう。

続いて、以上に述べた本発明のボンドヘッド装置又はダイボンダにおけるコレット交換の際の自動取付誤差補正（コレット位置調整方法）について、添付図７のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。なお、この処理は、例えば、上述した制御部４（図１を参照）を構成するＣＰＵ（図示せず）により実行される。

まず、コレットの交換に際しては、例えば、コレットの待機位置等の所定の位置（コレット交換前位置）において、交換される旧コレットの吸着面を裏面撮像カメラ４２で撮像し、撮像した画像を、例えば、記憶装置（ＨＤＤ（補助記憶装置））等に記憶する（Ｓ７１）。その後、オペレータがコレットの交換作業を行う（Ｓ７２）。

その後、再び、交換された新コレットの吸着面を裏面撮像カメラ４２で撮像し（Ｓ７３）（その際、一旦、記憶装置等に記憶してもよい）、既に記憶された旧コレットの吸着面の画像と、画像処理等によって比較を行い、新コレットの吸着面が旧コレットの吸着面と同じになるように、ボンディングヘッド４１を、少なくとも、その高さ方向（Ｚ軸）や傾斜角度（θ）を補正し（Ｓ７４）、一連のコレット交換作業を終了する。なお、その際には、撮像したコレットがその外郭において互いに一致するように補正を行えばよい。なお、このコレット位置の補正（調整）は、上述した制御部４を構成するＣＰＵにより、ボンディングヘッド４１の移動機構を介して実行される

このように、本発明のボンドヘッド装置によれば、比較的簡単な構成により、容易に、コレット交換の際の誤差を、その高さや傾斜をも含めて、自動的に補正を行うことが可能となると共に、製造装置の製造コストの大幅な上昇を抑えることも出来る。

以上においては、本発明の実施態様について説明したが、しかしながら、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…ウェハ供給部、３…ダイボンディング部、４…制御部、５…基板供給・搬送部、１０…ダイボンダ、３２…ボンドヘッド部、４１…ボンドヘッド、４１ｈ…ホルダ、…シャンク４１ｓ、４１ｃ…コレット、４２…裏面撮像カメラ、４２３…画像センサー、４２２…テレセントリック系のレンズシステム、４２３…画像センサー、４３…固定台、４４…ボンディングステージ(ステージ)、１２０…ピックアップ・ボンディングユニット。

Claims (3)

1. 少なくとも、内部に吸着のための真空を導くホルダと、当該ホルダの先端に着脱可能に取り付けられたコレットを備えたボンドヘッド装置における前記コレットの交換後のコレットの位置調整を行うコレット位置調整方法において、
   前記コレットの交換の前に、当該コレットの裏面を、前記ボンドヘッド装置の下方に配置され、非テレセントリックレンズにより光学系が構成された裏面撮像手段により撮像し、
   前記コレットの交換の後において、交換したコレットの裏面を前記裏面撮像手段により撮像し、
   前記非テレセントリックレンズにより光学系が構成された裏面撮像手段により撮像した交換前後のコレットの画像が一致するように、前記コレットの位置を補正することを特徴とするコレット位置調整方法。
2. 少なくとも、内部に吸着のための真空を導くホルダと、
   当該ホルダの先端に着脱可能に取り付けられたコレットを備えたボンドヘッド装置であって、更に、前記ボンドヘッド装置の下方には、当該コレットの裏面を撮像するための裏面撮像手段を備えていることを特徴とするボンドヘッド装置。
3. 基板上の所定の位置にダイを搭載するダイボンダであって、
   先端にダイを吸着保持し、ステージ上に載置された前記基板上の所定の位置に移動して当該ダイを搭載するボンドヘッド装置と、
   前記ボンドヘッド装置を移動するための移動機構と、
   少なくとも前記ボンドヘッド装置と、前記移動機構との各々動作を制御することにより、前記基板上の所定の位置に前記ダイを搭載する制御装置とを備えたダイボンダにおいて、更に、
   前記搭載手段によりダイの搭載が行われる前後において、当該ダイ又は／及び当該基板を含む測定対象を位置決めする撮像手段を備え、
   前記ボンドヘッド装置は、内部に吸着のための真空を導くホルダと、当該ホルダの先端に着脱可能に取り付けられたコレットを備えており、かつ、前記ボンドヘッド装置の下方には、当該コレットの裏面を撮像するための裏面撮像手段が配置され、
   前記裏面撮像手段は、光学系として非テレセントリックレンズを含むレンズシステムにより構成されていることを特徴とするダイボンダ。

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