JP2015195261A - ダイボンダ及び半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディング精度に優れたダイボンダ及び半導体製造方法を提供する。【解決手段】ボンディングヘッドに保持されたダイと、ダイがボンディングされる基板とを、同一視野で認識するボンディング位置認識カメラで認識してボンディング位置補正を行うことによって、より高い精度でボンディングできるダイボンダ及び半導体製造方法を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイボンダ及び半導体製造方法に係わり、ボンディング精度に優れたダイボンダ及び半導体製造方法に関する。

配線基板や基板などの基板（ワーク）にダイ(半導体チップ)を搭載・実装して半導体デバイスを組み立てる工程の一部として、ピックアップヘッドがダイを吸着・保持（ピックアップ）し、ボンディングヘッドがそのダイを基板上の所定のボンディング位置に実装（ボンディング）するボンディング工程がある。

ボンディング工程では、基板上の所定のボンディング位置に高い精度でボンディングする必要がある。そこで、従来は、ダイボンダにダイ認識用カメラと基板認識用カメラを備え、かつ、温度変化等に起因して生じる、ダイ認識用カメラと基板認識用カメラとの間の基準位置の位置ずれ量を加味して位置合わせが行われていた。

また、より高い精度でボンディングを行うため、特許文献１では、さらに、基板認識用カメラとボンディングヘッドとの間の基準位置の位置ずれ量をも加味して位置合わせを行った後に、ボンディングがなされていた。しかし、ダイ認識用カメラと基板認識用カメラのそれぞれが異なるターゲットを認識することから、各々のカメラやターゲットの位置ずれに起因する位置ずれ量は依然として解消できていなかった。

特開２０１０-１５３５６２号公報

そこで、本発明は、上記課題を解決するため、ボンディングヘッドに保持されたダイと、ダイがボンディングされる基板とを同一視野で認識するボンディング位置認識カメラで認識（撮像）することにより、特に連続的にダイボンディングを行うような量産時において、より高いボンディング精度を維持しつつ、スループット（タクトタイム）も高く維持できるダイボンダ及び半導体製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るダイボンダ及び半導体製造方法では、ダイを保持し基板上の所定のボンディング位置にダイをボンディングするボンディングヘッドと、基板の上方もしくは斜上方に位置し、ボンディングヘッドが保持するダイと基板が近接した際に、ダイもしくはその近傍にある第１の基準マークと基板もしくはその近傍にある第２の基準マークとを、同一の視野で認識するように所定の角度をもって設置されたボンディング位置認識カメラと、ボンディングヘッドの動作とボンディング位置認識カメラの動作とを制御する制御部と、を備え、ボンディング位置認識カメラは、ボンディングヘッドに保持されたダイが基板に近接して停止したタイミングで、第１の基準マークと第２の基準マークとを同一の視野に認識して撮像し、制御手段は、ボンディング位置認識カメラが撮像した画像を画像処理部で処理して得た位置ずれ量に基づいて、ボンディングヘッドの位置を制御する。これにより、ダイを所定のボンディング位置に高精度にボンディングすることが可能となる。

また本発明では、ボンディング位置認識カメラは、ボンディングヘッドもしくはその駆動部に設けられた支持部によって固定されても良い。これにより、ボンディング位置認識カメラは少なくとも第１の基準マークを常に視野に収めた状態で動作することが可能となり、常にボンディングヘッドに保持されたダイもしくはその近傍にある第１の基準マークをボンディング位置認識カメラの視野に捕捉した状態を維持できる。そして、基板の近傍までボンディングヘッドが降下した際には、第１の基準マークと第２の基準マークの双方を同一視野で認識することが可能となる。

また本発明では、ボンディング位置認識カメラは、ボンディング位置認識カメラ用駆動部に設けられた支持部を介して固定されても良い。これにより、ボンディング位置認識カメラは第１の基準マークもしくは第２の基準マークのいずれか又は双方を常に視野に収めた状態で動作することが可能となり、第１の基準マークと第２の基準マークの双方を同一視野で認識することがさらに容易となる。この場合、ボンディング位置認識カメラ用駆動部がボンディングヘッドの降下と同調する機構とすれば、より簡便に第１の基準マークと第２の基準マークの双方を捕捉できる。

また、本発明では、ボンディング位置認識カメラの支持部を、ボンディング位置認識カメラが固定された角度を変更することが可能となるように構成しても良い。これにより、ボンディング位置認識カメラの設置位置が限られている場合であっても、撮像範囲を変更し柔軟に対応することができる。

また、本発明では、制御部は、ボンディング位置認識カメラが、第１の基準マーク及び第２の基準マークの双方が同一の視野内に捕捉されたタイミングで撮像を開始する制御を行うこととしても良い。これにより、ボンディング位置認識カメラが、ボンディングヘッドがダイを基板にボンディングする直前で停止するのを待たずに、もしくは停止して一定の時間を経過するのを待たずに撮像を開始することができるので、タクトタイム（スループット）の向上に寄与し、より生産性を高めることができる。

また、本発明では、複数のボンディング位置認識カメラを設け、例えば、第１のボンディング位置認識カメラと第２のボンディング位置認識カメラとから構成し、第１のボンディング位置認識カメラと第２のボンディング位置認識カメラのそれぞれを、異なる位置に設け、異なるボンディング位置認識カメラによって同じ第１の基準マークと第２の基準マークの双方を捕捉しても良い。これにより、位置ずれ量の補正精度をより高めることができる。

さらに、第１のボンディング位置認識カメラと第２のボンディング位置認識カメラのそれぞれの光軸が水平面において直交する角度をもって設置される構成としても良い。これにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向の位置ずれ量の補正をそれぞれのボンディング位置認識カメラで分担し、さらに精度の高い位置ずれ量の補正を行うことが可能となる。加えて、ボンディングヘッドが保持するダイが水平方向に回転してずれている場合は、回転角（θ）の補正量を算出することも容易となる。

本発明によれば、ダイを正確にボンディングできる信頼性の高いダイボンダ及び半導体製造方法を提供できる。

本発明の１つ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。 本発明の特徴であるボンディング位置認識カメラを有するダイボンダの１つの実施形態を示す概略構成図である。 図２におけるボンディングヘッド部及びボンディング位置認識カメラの近傍を示す概略構成図である。 本発明の特徴であるボンディング位置認識カメラをボンディングヘッド部に設置した場合の１つの実施形態を示す概略構成図である。 第１の基準マークと第２の基準マークとをボンディング位置認識カメラで撮像した際の概要図である。 本発明の特徴であるボンディング位置認識カメラを有するダイボンダにおける処理フローの１つの実施例である。 複数のボンディング位置認識カメラを有するダイボンダの１つの実施形態を示す概略構成図である。 図７における複数のボンディング位置認識カメラの近傍を示す構成概略図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の１つの実施形態であるダイボンダ１０を上から見た概念図である。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、これらを制御する制御部４と、画像処理部６（図１においては、便宜的に制御部４を兼ねた構成としている）を有する。

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Ｄを接着する基板４５（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４５をフレームフィーダ５２上の位置するプリフォーム部３１とボンディングヘッド部３２での処理を経てアンローダ５３に搬送する。アンローダ５３は、搬送された基板４５を保管する。

ダイボンディング部３はプリフォーム部３１とボンディングヘッド部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４５にダイ接着剤を塗布する。ボンディングヘッド部３２は、ピックアップ装置１２からダイをピックアップして上昇し、ダイＤをフレームフィーダ５２上のボンディング位置まで移動させる。そして、ボンディングヘッド部３２はボンディング位置でダイＤを降下させ、ダイ接着剤が塗布された基板４５の上にダイＤをボンディングする。

図２は、本発明の特徴であるボンディング位置認識カメラ２１を有するダイボンダ１０の１つの実施形態を示す概略構成図である。

ボンディングヘッド部３２は、ダイＤを吸着しボンディングするボンディングヘッド４１と、リードフレーム（ワーク）である基板４５の位置合わせをするために基板４５の位置を検出する基板位置認識カメラ４２と、ボンディングヘッド４１と基板位置認識カメラ４２とを支持又は固定する固定台４３と、固定台４３をＸＹ方向に移動させる移動機構４６と、基板４５を保持するボンディングステージ(以下、単にステージという)４４とを有する。なお、基板４５は、基板供給・搬送部５を形成するフレームフィーダ５２によって搬送される。

ボンディングヘッド４１は、ボンディング工程において、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、すなわちＺ方向に移動する機構（図示しない）を有する。また、コレット４１ｃを固定台４３に対して水平方向若しくは回転方向、すなわちＸ方向、Ｙ方向、若しくはθ方向に移動・回転し補正する、２次元補正機構４１ｍを有する。

図３は、図２におけるボンディングヘッド部３２及びボンディング位置認識カメラ２１の近傍を示す概略構成図である。また、図４は、本発明の特徴であるボンディング位置認識カメラ２１をボンディングヘッド部３２に設置した場合の１つの実施形態を示す概略構成図である。

ボンディング位置認識カメラ２１は、基板４５の上にボンディングされるダイＤもしくはその近傍のコレット４１ｃ等に定めた第１の基準マークＫＭ１と、ダイＤをボンディングする際の基準となる、基板４５もしくはその近傍にある第２の基準マークＫＭ２が近接した場合に同一の視野ＦＯＶで両者を認識するように、所定の角度αをもって設置される。

ここで、ボンディング位置認識カメラ２１の設置角度αは、ボンディング位置認識カメラ２１の光軸ＯＡと直交する視野ＦＯＶの被写界深度（焦点深度）内に第１の基準マークＫＭ１と、第２の基準マークＫＭ２が収まるように調整する。ボンディング位置認識カメラ２１には、その仕様によって定まる被写界深度による撮像条件の限界があるため、ボンディング位置認識カメラ２１の設置角度αの調整は重要である。

ボンディング位置認識カメラ２１は、その視野ＦＯＶ内に第１の基準マークＫＭ１と、第２の基準マークＫＭ２がともに収まるように設置できれば、どのような位置に設置しても良い。また、ボンディング位置認識カメラ２１は、支持部２４を介して、ダイボンダ１０の構造部材２３に固定したり、ボンディングヘッド４１に固定したりしてもよい。また、ボンディング位置認識カメラ用駆動部２５（ボンディング位置認識カメラ用駆動部２５は、図２の構造部材２３と同様の場所に位置する）に固定してもよい。さらに、支持部２４にボンディング位置認識カメラ２１の設置角度αを可変とできる機構を設けることで、さらにボンディング位置認識カメラ２１の設置自由度が高まり、第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２とを容易に捕捉できるので、多様な製品の部品実装に適用できる。

ボンディング位置認識カメラ２１は、ダイＤを保持したボンディングヘッド４１が基板４５に向かって降下して、ダイＤが基板４５にボンディングされる直前の所定の高さｈで停止している状態、すなわち、ダイＤもしくはその近傍にある第１の基準マークＫＭ１と基板もしくはその近傍にある第２の基準マークＫＭ２の双方を、所定の高さｈで、かつ、同一の視野ＦＯＶで認識している状態で撮像する。そして、撮像された第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２を、特徴あるパターンとして画像認識して登録したパターン（以下、「特徴パターンＳＰ」という）として画像処理部６に記憶する。さらに、取得した特徴パターンＳＰ内において、第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２のそれぞれに対応する特徴パターンＳＰを、特に、特徴パターンＳＰ１及び特徴パターンＳＰ２として指定し、特徴パターンＳＰ１及び特徴パターンＳＰ２の中心座標（基準座標）を設定・算出し、画像処理部６に記憶する。

ボンディング位置認識カメラ２１が所定の高さｈで特徴パターンＳＰを撮像・登録し、その後、第１の基準マークＫＭ１及び第２の基準マークＫＭ２に対応する、特徴パターンＳＰ１及び特徴パターンＳＰ２の基準座標を設定・算出する際には、実際にダイＤを基板４５にボンディングして、ボンディング精度を確認（ティーチング）する。

特徴パターンＳＰの撮像・登録後のボンディング精度（ボンディング位置ずれ量）が所定の範囲内（例えば±１５μｍ以下のボンディング精度）であれば、登録した特徴パターンＳＰを以下に説明する補正手順に供する。なお、実際にボンディングした際のボンディング精度が所定の範囲に収まらない場合は、従来から行われているようなコレット４１ｃやボンディングヘッド部３２等のティーチングを行い、所定のボンディング精度の範囲内でボンディングできる位置で特徴パターンＳＰを撮像・登録できるまでティーチングを繰り返す。

実際には、特徴パターンＳＰを撮像・登録後のボンディング位置ずれ量が所定のボンディング精度に収まった場合であっても、そのボンディング誤差を０とすることは難しい。従って、特徴パターンＳＰの撮像・登録後のボンディンディング誤差を、撮像した特徴パターンＳＰに基づいて取得した特徴パターンＳＰ１及び特徴パターンＳＰ２の座標情報に対するオフセット値として適用することで、より高い精度でのボンディングを実現できる。

そして、ティーチング等が完了後のボンディング工程（量産工程）において、本発明に係るダイボンダ１０がボンディングを行う際は、ボンディング位置認識カメラ２１が所定の高さｈで一時的にボンディングヘッド部３２の降下動作を停止し、特徴パターンＳＰ´を撮像する。ここで、ボンディング工程において撮像した特徴パターンＳＰ等については、特に「´」を付加して特徴パターンＳＰ´等と表記する。

次いで、画像処理部６において、撮像された特徴パターンＳＰ´に基づいて特徴パターンＳＰ１´及び特徴パターンＳＰ２´をパターンマッチング等により認識し、座標情報を算出し、位置ずれ量を求める。そして、位置ずれ量があらかじめ定められた値以下であることが認められたら、最終的なボンディング処理がなされる。一方、位置ずれ量があらかじめ定められた値以下でないことが認められたら、２次元補正機構４１ｍへ位置ずれ量をフィードバックして必要な位置補正処理がなされ、位置補正処理の後、再度特徴パターンＳＰ´を撮像し、上述と同様の位置ずれ量算出処理がなされる。そして、必要に応じて、位置補正処理が繰り返され、位置ずれ量があらかじめ定められた値以下であることが認められたら、最終的なボンディング処理がなされる。

以下、図５に示した、第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２とをボンディング位置認識カメラ２１で撮像した際の概要図を用いて、ボンディング位置認識カメラ２１が取得した特徴パターンＳＰおよび特徴パターンＳＰ´に基づいて、位置ずれ量を算出する方法を説明する。

図５（ａ）に示すように、基板４５から高さｈ離れた場所にダイＤが位置した状態で第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２をボンディング位置認識カメラ２１によって撮像する。ここで、図５（ｂ）には、ダイＤ上に小さい「×」で示したダイ中心ＤＣと、大きい「×」で示した第１の基準マークＫＭ１とを示す。また、図５（ｃ）に示した、基板４５の上に大きい「＋」で示したダイターゲットＤＴは、ダイ中心ＤＣを重ね合わせるべき位置である。ダイ中心ＤＣとダイターゲットＤＴがぴったりと重なりあった場合、すなわち誤差０でボンディングされたときのダイＤと基板４５とを上方から観察した場合のダイ中心ＤＣとダイターゲットＤＴの位置関係は図５（ｄ）に示すとおりである。

なお、ダイ中心ＤＣと特徴パターンＳＰ１、ダイターゲットＤＴと特徴パターンＳＰ２は同一のパターンである必要は無く、第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２を同一の視野ＦＯＶでボンディング位置認識カメラ２１で撮像可能であれば良い。例えば、第１の基準マークＫＭ１はダイＤのエッジやダイＤ上の配線パターン、若しくはコレット４１ｃのエッジ等の任意のパターンで良い。

同じように、第２の基準マークＫＭ２はダイターゲットＤＴである必要は無い。むしろダイターゲットＤＴを特徴パターンＳＰ２としてしまうと、ダイＤと基板４５が近接した場合には、ボンディング位置認識カメラ２１から観察した際にダイターゲットＤＴがダイＤの死角に入ってしまう。そのため、基板４５のエッジや、ボンディング位置４５ｂのエッジ近傍のパターン等、ダイＤが基板４５の上にボンディングされた後もダイＤの死角に入らない位置に存在し、かつ、ボンディング位置認識カメラ２１によって第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２とを同一の視野ＦＯＶで観察できる位置に存在するパターンを第２の基準マークＫＭ２として選択すべきである。

図６を用いて、本発明の特徴であるボンディング位置認識カメラ２１を有するダイボンダ１０における処理フローの１つの実施例を用いて説明する。

図６におけるボンディング及び位置補正処理のフローは、ダイＤを吸着・保持したボンディングヘッド４１がボンディング位置４５ｂの上方に到達したことを基板位置認識カメラ４２により確認した後に開始する。なお、図６のフロー図には示さないが、前述したように、あらかじめ、第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２のそれぞれを、ボンディング位置認識カメラ２１が同一の視野ＦＯＶで認識できるように、ダイＤが基板４５にボンディングされる直前の近接した所定の高さｈにおいて撮像する。撮像した画像は特徴パターンＳＰとして画像処理部６に記憶され、特徴パターンＳＰ内の基準マークＫＭ１及び基準マークＫＭ２に対応する、特徴パターンＳＰ１及び特徴パターンＳＰ２を指定・登録して位置補正の基準となる座標の設定も行う。

また、撮像時の状態でボンディングを行った場合に、所定のボンディング精度を実現できるように、必要に応じてティーチングをして、オフセット値も設定しておく。なお、特徴パターンＳＰを撮像する場合の高さｈは、ダイＤの厚さや塗布される接着剤の厚さ等により異なるとともに、ボンディング位置認識カメラ２１の被写界深度、ボンディングヘッド４１の停止精度、一時停止後のボンディング処理の精度等にも依存して異なるものであるが、ダイＤと基板４５との垂直方向の距離（高さ）は約２００〜３００μｍ以下であることが望ましく、可能な限りダイＤと基板４５は近接していることがより高いボンディング精度を実現するためにも好ましい。

まず、ダイＤを保持したボンディングヘッド４１がボンディング位置の上方に到達したことを基板位置認識カメラ４２によって検出された後の図６に示すフローのステップ１として、特徴パターンＳＰを登録した所定の高さｈにまで、ボンディングヘッド４１が降下し、一時停止する（ステップ１）。

次いで、ボンディングヘッド４１が高さｈで一時停止すると同時に、第１の基準マークＫＭ１及び第２の基準マークＫＭ２の双方をボンディング位置認識カメラ２１が同一の視野ＦＯＶに捕捉・撮像して、特徴パターンＳＰ´として記憶する（ステップ２）。ここで、ボンディング位置認識カメラ２１による撮像タイミングは、ボンディング位置認識カメラ２１が第１の基準マークＫＭ１及び第２の基準マークＫＭ２の双方を同一の視野ＦＯＶに明確に認識できれば、ボンディングヘッド４１が一時停止しないで高さｈ付近で一時減速したタイミングや、ボンディング位置認識カメラ２１が第１の基準マークＫＭ１及び第２の基準マークＫＭ２の双方を同一の視野ＦＯＶに捕捉したタイミングであってもよい。

その後、撮像した特徴パターンＳＰ´において特徴パターンＳＰ１´及び特徴パターンＳＰ２´を画像処理部６で認識し、特徴パターンＳＰ１´及び特徴パターンＳＰ２´のそれぞれに対応する、あらかじめ画像処理部６に記憶した特徴パターンＳＰ１及び特徴パターンＳＰ２のそれぞれの基準座標との座標ずれ（位置ずれ量）を画像処理部６において算出する（ステップ３）。

具体的には、あらかじめボンディング位置認識カメラ２１が撮像して画像処理部６で記憶・認識し、登録した特徴パターンＳＰ１と特徴パターンＳＰ２と、ボンディング工程においてボンディング位置認識カメラ２１が新たに撮像した、特徴パターンＳＰ１と特徴パターンＳＰ２とに対応する特徴パターンＳＰ１´と特徴パターンＳＰ２´とを、画像処理部６におけるパターン抽出や特徴点抽出、エッジ認識に基づくパターンマッチング等を用いた画像処理によって認識し、各特徴パターンの重心や中心の座標、もしくはオペレータ等が特定した点の座標との比較を行い、位置ずれ量を算出する。このとき、パターンマッチング等の画像処理によって、回転方向の位置ずれ量（θ方向の位置ずれ量）も算出できる。

画像処理部６における処理の一例を図５（ｄ）および（ｅ）を用いて説明する。
図５（ｄ）はあらかじめ撮像・登録した特徴パターンＳＰ１と特徴パターンＳＰ２の位置関係を示しており、説明の便宜上、ボンディング誤差０の理想状態における特徴パターンＳＰ１（大きい「×」マーク）と特徴パターンＳＰ２（小さい「＋」マーク）との間の距離をＸ（Ｘ方向）、Ｙ（Ｙ方向）としている。実際の運用においては、特徴パターンＳＰ１と特徴パターンＳＰ２の登録時の誤差に応じて、オフセットを設定してもよい。図５（ｅ）は新たに撮像した特徴パターンＳＰ１´と特徴パターンＳＰ２´を示し、それらの間の距離をＸ´、Ｙ´としている。

このとき、ダイ中心ＤＣとダイターゲットＤＴとの間の距離、すなわち位置ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）は、以下の式（１）（２）により求めることができる。
ΔＸ＝Ｘ−Ｘ´ （１）
ΔＹ＝Ｙ−Ｙ´ （２）

ここで、特徴パターンＳＰ及び特徴パターンＳＰ´から定まる基準座標としては、必ずしも各特徴パターンの重心もしくは中心点である必要は無く、パターンマッチング等の画像処理上の不都合が無い限り、各特徴パターン上の任意の点を指定してよく、例えば、画像処理上の誤認識が生じ難いユニークな部分に存在する１点を原点として設定することが好ましい。もちろん、従来技術として用いられる、各特徴パターンのパターン全体の特徴的部分を一致させ認識する画像処理上のパターン認識を行うことにより、Ｘ座標及びＹ座標、さらには回転方向（θ方向）のずれ量を算出する方式としてもよい。

なお、ボンディング位置認識カメラ２１の光軸ＯＡの方向がＸ方向なのかＹ方向なのかによって、ボンディング位置認識カメラ２１の設置角度αの影響を考慮する必要がある。すなわち、ボンディング位置認識カメラ２１は、斜上方から第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２を撮像するため、光軸ＯＡ方向と光軸ＯＡに直交する方向の１画素当たりの距離が異なることとなる。例えば、光軸ＯＡの方向の距離については、ｓｉｎα等の係数も含めて処理を行う必要が生じる。原則的に、光軸ＯＡの方向に直交する方向（図３、図４の視野ＦＯＶにおける紙面奥行方向）については、撮像された画像に基づいて各特徴パターンＳＰの間の距離、位置ずれ量を算出すればよい。

そして、画像処理部６で前述のフローによって算出した位置ずれ量ΔＸ及びΔＹが、実装・製造される半導体装置等の仕様上許容される所定の位置ずれ量を超える場合は、算出された位置ずれ量ΔＸ及びΔＹをコレット４１ｃが保持するダイＤの位置ずれ量に換算し、ボンディングヘッド４１の２次元補正機構４１ｍにフィードバックし、位置補正を行う（ステップ４）。なお、許容される所定の位置ずれ量は、製造する製品等に応じてあらかじめ定めておく。

ボンディングヘッド４１の位置補正処理が完了したら、再度、ボンディング位置認識カメラ２１によって第１の基準マークＫＭ１及び第２の基準マークＫＭ２の双方を撮像して、特徴パターンＳＰ１´´及び特徴パターンＳＰ２´´を取得し、特徴パターンＳＰ１´´及び特徴パターンＳＰ２´´のそれぞれの位置を認識して位置ずれ量を算出し、算出した位置ずれ量が、許容される所定の位置ずれ量の範囲内（閾値内）であると判断されれば、そのままボンディング処理を行う（ステップ５）。

一方、算出した位置ずれ量が、許容される所定の範囲を超える場合は、再度、算出された位置ずれ量をボンディングヘッド４１の２次元補正機構４１ｍにフィードバックし、位置補正を行う。すなわち、算出される位置ずれ量が所定の範囲内に収まらない場合は、上述のステップ３及びステップ４を繰り返すこととなる。

ここで、位置ずれ量の補正を繰り返し行う回数が、あらかじめ定めた試行回数（例えば３回）を超えた場合は、指定した特徴パターンが不適合であるか、ダイボンダのメンテナンスが必要なものである等の原因が考えられるとしてアラートを出したり、ダイボンダ１０の動作を停止したりする仕様とすることも可能である。

上記によりボンディングが完了したら、次のダイＤを基板４５にボンディングする動作に移行し、上述のステップを繰り返し実行する（ステップ６）。

次いで、図７に、複数のボンディング位置認識カメラ２１、２２を有する構成としたダイボンダ１０の１つの実施形態の構成概略図を示す。図７においては、説明上の便宜のため、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２を有するダイボンダの１つの実施形態を示す。

図８（ａ）は、図７における２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２の近傍を示す構成概略図であり、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２を上部から見た図である。図８（ｂ）は、ボンディング位置認識カメラ２１、２２を側面から見た図である。図８（ａ）に示すように、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２は互いに９０度の位置に配置されている。また、図８（ｂ）に示すように、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２は基板４５に対して所定の設置角度αをもって基板４５の上方もしくは斜上方から、第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークＫＭ２の双方を同一の視野ＦＯＶ内に認識するように撮像する。

２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２が存在する場合であっても、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２のそれぞれが撮像して画像処理部６に登録された特徴パターンＳＰ１、ＳＰ１´及びＳＰ２、ＳＰ２´の画像に基づいて、画像処理部６におけるパターンマッチング等の画像処理によって各特徴パターンの基準座標、各特徴パターンの位置ずれ量、及び回転角θの量を算出する処理を行うこととなるので、基本的には１台のボンディング位置認識カメラ２１による処理の場合と同じ処理となる。

なお、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２が存在する場合であっても、それぞれのボンディング位置認識カメラ２１、２２は同じ基準マークを撮像する。つまり、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２のそれぞれが、同じ第１の基準マークＫＭ１及び第２の基準マークＫＭ２を撮像することで、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２の間に存在する物理的なオフセットに起因する誤差も吸収でき、また、画像処理により算出される位置ずれ量の精度も向上する。

ここで、図７においては便宜的に２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２の水平面内の光軸が９０度の角度をもって同一の基準マーク、すなわち、第１の基準マークＫＭ１及び第２の基準マークＫＭ２を撮像する構成としている。２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２が９０度で交差する構成とすることで、Ｘ座標、Ｙ座標のそれぞれの位置ずれ量を算出する精度が向上する。つまり、各ボンディング位置認識カメラ２１、２２の仕様上規定される被写界深度による限界により、例えば、Ｘ軸方向に光軸ＯＡを有するボンディング位置認識カメラ２１は、Ｘ軸方向の位置ずれ量ΔＸの算出よりも、光軸ＯＡに直交するＹ軸方向の位置ずれ量ΔＹの補正の方が高精度となる。逆に、Ｙ軸方向に光軸ＯＡを有するボンディング位置認識カメラ２２は、Ｙ軸方向の位置ずれ量ΔＹの算出よりも、光軸ＯＡに直交するＸ軸方向の位置ずれ量ΔＸの補正の方が高精度となる。

他にも、ボンディング位置認識カメラ２１、２２が設置角度αをもってダイＤ及び基板４５を撮像していることから、ボンディング位置認識カメラ２１、２２から見た場合のＸ軸方向とＹ軸方向との１画素の当たりの長さが異なるため、Ｙ軸方向とＸ軸方向とにおいて、位置ずれ量の補正精度は異なる。すなわち、ｓｉｎα等の三角関数を用いて、Ｘ方向もしくはＹ方向、またはその両方向の位置ずれ量をダイＤの位置ずれ量に換算する処理が必要となる。例えば、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２の一方が、Ｘ軸方向の位置ずれ量ΔＸを算出し、他方がＹ軸方向の位置ずれ量ΔＹを算出する設定とするか、又は、どちらか一方に重みづけをして処理することにより、より高い精度で位置ずれ量の算出をすることが可能となる。

例えば、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２が存在する場合は、Ｘ軸方向の位置ずれ量はＹ軸方向に光軸を有するボンディング位置認識カメラに基づいた値を採用し、逆に、Ｙ軸方向の位置ずれ量はＸ軸方向に光軸を有するボンディング位置認識カメラに基づいた値を採用するといった処理を行う。なお、回転方向のずれ量については、複数のボンディング位置認識カメラにより求められた回転ずれ量の平均値を位置ずれ量として採用するという処理を取ることもできる。

前述のとおり、複数のボンディング位置認識カメラを有する場合であっても、位置ずれ量を算出するステップは前述のステップ３に記載した方法と同じであるが、複数のボンディング位置認識カメラのそれぞれに基づいて複数の位置ずれ量が算出されるため、それぞれ複数算出されるＸ軸方向、Ｙ軸方向、回転方向（θ方向）の位置ずれ量のどれを採用するかを事前に設定したり、重みづけをしたりすることが必要となる。

複数のボンディング位置認識カメラが存在する場合の実施例として、２台のボンディング位置認識カメラ２１、２２の光軸が９０度で交差する場合を用いて説明したが、ボンディング位置認識カメラの数は３台以上であってもよい。また、光軸が交差する角度は９０度に限られるものではなく、例えば３０度や４５度であっても良い。これらの場合の位置補正処理も前述と同様であることはいうまでもない。

複数のボンディング位置認識カメラをダイボンダ１０に搭載する際には、第１の基準マークＫＭ１と第２の基準マークのそれぞれが、ダイボンダ１０の構成要素である２次元補正機構４１ｍやボンディングヘッド４１、プリフォーム部３１等の死角となって常に同時に同一の視野で認識できない可能性がある。そのため、複数のボンディング位置認識カメラの光軸が交差する角度が９０度以外に設定したり、設置角度αを適宜変更したりすることによって、死角が生じることを避けることができる。

また、ボンディング位置認識カメラ２１、２２の基板４５に対する設置角度αは共通していることが画像処理上の安定性等を鑑みて好ましいが、複数のボンディング位置認識カメラの設置角度を異なるものとしたり、複数のボンディング位置認識カメラの設置高さを異なるものとしたりすることで、高さ方向の誤差を検知し補正することが可能となるという利点もある。すなわち、複数のボンディング位置認識カメラの角度やカメラ自体の仕様、製造すべき半導体製品等の仕様、ダイボンダ１０の構成等に応じて、複数のボンディング位置認識カメラの設置条件等は定まるものである。

また、許容される位置ずれ量の範囲に閾値を設けてあらかじめ定めることも必要である。閾値については、ボンディング工程に供される実装製品情報の仕様や求められる性能等によって定められるものである。適切な閾値を設定し、かつ、位置ずれ量（補正量）の算出の試行回数の上限も併せて設定することで、ボンディング精度を高く維持しつつ、高いスループット（タクトタイム）を維持して、実装製品の安定生産に資することができる。また、所定の試行回数を超えた場合はアラート等を行う仕様とすることで、ダイボンダのメンテナンス時期の管理等も行うことができる。

以上説明した実施例によれば、ダイＤを高い精度をもって正確に基板４５にボンディングできる信頼性の高いダイボンダ１０を提供でき、本ダイボンダ１０を用いることにより信頼性の高い半導体製造方法を提供できる。

従って、上記の実施例によれば、ボンディングヘッド４１に保持されたダイＤと、ダイＤがボンディングされる基板４５とを、同一視野で認識するボンディング位置認識カメラ２１により認識してボンディング位置補正を行うことにより、より高い精度でボンディングできるダイボンダ及び半導体製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施形態のいくつかに基づいて説明したが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述の説明に基づいて当業者が想到し得る種々の代替、修正、変更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
６：画像処理部 １０：ダイボンダ
２１、２２：ボンディング位置認識カメラ ２３：構造部材
２４：支持部 ３１：プリフォーム部
３２：ボンディングヘッド部 ４１：ボンディングヘッド
４１ｃ：コレット ４１ｍ：２次元補正機構
４３：固定台
４４：ボンディングステージ(ステージ) ４５：基板
４５ｂ：ボンディング位置
４５ｓ：処理位置と基準マークとを含む処理位置周辺領域
４６：移動機構 Ｄ：ダイ
ＫＭ：基準マーク ＳＰ：特徴パターン

Claims (8)

1. ダイを保持し基板上の所定のボンディング位置に前記ダイをボンディングするボンディングヘッドと、
   前記基板の上方もしくは斜上方に位置し、前記ボンディングヘッドが保持する前記ダイと前記基板が近接した際に、前記ダイもしくはその近傍にある第１の基準マークと前記基板もしくはその近傍にある第２の基準マークとを、同一の視野で認識するように所定の角度をもって設置されたボンディング位置認識カメラと、
   前記ボンディングヘッドの動作と前記ボンディング位置認識カメラの動作とを制御する制御部と、を備え、
   前記ボンディング位置認識カメラは、前記ボンディングヘッドに保持された前記ダイが前記基板に近接して停止もしくは降下速度を減速したタイミングで、前記第１の基準マークと前記第２の基準マークとを同一の視野に認識して撮像し、
   前記制御手段は、前記ボンディング位置認識カメラが撮像した画像を画像処理部で処理して得た位置ずれ量に基づいて、前記ボンディングヘッドの位置を制御する、ことを特徴とするダイボンダ。
2. 前記ボンディング位置認識カメラは、前記ボンディングヘッドもしくはその駆動部に設けられた支持部を介して設置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
3. 前記ボンディング位置認識カメラは、ボンディング位置認識カメラ用駆動部に設けられた支持部を介して設置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
4. 請求項２又は請求項３の支持部は、前記ボンディング位置認識カメラが設置された角度を変更することが可能となるように構成されている、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のダイボンダ。
5. 前記制御部は、前記ボンディング位置認識カメラが、前記第１の基準マーク及び前記第２の基準マークの双方が同一の視野内に捕捉されたタイミングで撮像を開始する制御を行う、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のダイボンダ。
6. 前記ボンディング位置認識カメラは、複数のボンディング位置認識カメラから構成され、前記複数のボンディング位置認識カメラのそれぞれは、異なる位置に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のダイボンダ。
7. 前記複数のボンディング位置認識カメラは、第１のボンディング位置認識カメラと第２のボンディング位置認識カメラとから構成され、前記第１のボンディング位置認識カメラと前記第２のボンディング位置認識カメラは、それぞれの光軸が直交する角度をもって設置されている、ことを特徴とする請求項６に記載のダイボンダ。
8. ボンディングヘッドが、保持したダイを基板上の所定のボンディング位置に前記ダイをボンディングするために降下する降下ステップと、
   ボンディング位置認識カメラが、前記ボンディングヘッドが保持する前記ダイもしくはその近傍にある第１の基準マークと前記基板もしくはその近傍にある第２の基準マークとを、前記ダイと前記基板が接近したタイミングで同一の視野で撮像する撮像ステップと、
   前記ボンディング位置認識カメラが撮像した画像を処理して、前記ダイを前記基板上にボンディングした場合に生じる前記ボンディング位置との位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出ステップと、
   前記位置ずれ量算出ステップで算出した位置ずれ量を、前記降下ステップにおける前記ボンディングヘッドの降下及び水平方向の駆動量にフィードバックして補正する補正ステップと、
   を有することを特徴とする半導体製造方法。
   

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