JP2019149440A - ダイボンディング装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動および熱のうち少なくとも一つの影響を検出することが可能なダイボンディング装置を提供することである。【解決手段】ダイボンディング装置は、第一ＣＭＯＳ撮像素子を有し、ライン露光順次読出しを行う撮像装置と、基板またはダイの近傍であって前記撮像装置の撮像領域内に配置され、前記第一ＣＭＯＳ撮像素子の水平画素ラインと直交する方向に延伸する第一基準線と、前記撮像装置を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記撮像装置が前記基板または前記ダイと同一露光で撮像する前記第一基準線の画像に基づいて振動または陽炎による揺らぎを検出する。【選択図】図５

Description

本開示はダイボンディング装置に関し、例えば基板を認識するカメラを備えるダイボンダに適用可能である。

半導体装置の製造工程の一部に半導体チップ（以下、単にダイという。）を配線基板やリードフレーム等（以下、単に基板という。）に搭載してパッケージを組み立てる工程があり、パッケージを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。）からダイを分割する工程（ダイシング工程）と、分割したダイを基板の上に搭載するダイボンディング工程と、がある。ダイボンディング工程に使用される半導体製造装置がダイボンダ等のダイボンディング装置である。

ダイボンダは、はんだ、金メッキ、樹脂を接合材料として、ダイを基板または既にボンディングされたダイの上にボンディング（搭載して接着）する装置である。ダイを、例えば、基板の表面にボンディングするダイボンダにおいては、コレットと呼ばれる吸着ノズルを用いてダイをウェハから吸着してピックアップし（ピックアップ工程）、基板上に搬送し、押付力を付与すると共に、接合材を加熱することによりボンディングを行う（ボンディング工程）という動作（作業）が繰り返して行われる。

上述のピックアップ工程時およびボンディング工程時には、各々の工程に合わせ、ダイや基板を撮像装置で撮像し、撮像した画像に基づいて画像処理により位置決めおよび検査を行う。

特開２０１２−５９７６５号公報

基板は、ダイボンディング装置に搬入され、ダイボンディングされた後搬送される。すなわち、基板は、ダイボンディング装置の上流から下流に搬送される。高精度が要求されるダイボンディング装置では、当然ながら、装置内部での振動や気流の管理を高精度に行う必要がある。しかし、駆動部や発熱部を持つダイボンディング装置では、それらの影響をゼロにすることは、物理的に困難である。特に、撮像装置で撮像した画像は、これらの影響が顕著に受け易い。

撮像装置が撮像する画像は、位置決めのために使用する。この画像が撮像された時点での位置から、実際に作業するときの位置がずれていれば、撮像した画像は位置決めに不適切で、使用できない。したがって、基板搬送が終わって、振動が所定の大きさ以内に小さくなるまで、位置決めのための画像を取得できない。このため、ダイボンディングのタクトタイムが長くなる。また、熱の影響による光学的な揺らぎのために、撮影画像には時間的に不確定な要因が入り、位置決め精度が向上しない。
本開示の課題は、振動および熱のうち少なくとも一つの影響を検出することが可能なダイボンディング装置を提供することである。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、ダイボンディング装置は、第一ＣＭＯＳ撮像素子を有し、ライン露光順次読出しを行う撮像装置と、基板またはダイの近傍であって前記撮像装置の撮像領域内に配置され、前記第一ＣＭＯＳ撮像素子の水平画素ラインと直交する方向に延伸する第一基準線と、前記撮像装置を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記撮像装置が前記基板または前記ダイと同一露光で撮像する前記第一基準線の画像に基づいて振動または陽炎による揺らぎを検出する。

上記ダイボンディング装置によれば、振動の影響または陽炎による揺らぎを検出することができる。

撮像装置が振動により影響を受けることを説明する図である。 振動発生タイミングで撮像を禁止して振動の影響を回避する例を説明する図である。 振動の有無を確認する例を説明する図である。 振動周期と露光時間との関係を説明する図である。 第一実施形態の振動を検出する方法を説明する図である。 第一実施形態の振動を検出する方法を説明するフローチャートである。 振動がある場合の輝線の画像の例を示す図である。 第二実施形態の振動を検出する方法を説明する図である。 第二実施形態の振動を検出する方法を説明する撮像画像である。 第二実施形態の振動を検出する方法を説明するフローチャートである。 第三実施形態の陽炎による揺らぎを検出する方法を説明する図である。 第三実施形態の陽炎による揺らぎを検出する方法を説明する図である。 倣い動作のフローチャートである。 連続着工動作のフローチャートである。 実施例のダイボンダの構成例を示す概略上面図である。 図１５において矢印Ａ方向から見たときの概略構成を説明する図である。 図１５のダイ供給部の構成を示す外観斜視図である。 図１６のダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。 図１５のダイボンダの制御系の概略構成を示すブロック図である。 図１５のダイボンダにおけるダイボンディング工程を説明するフローチャートである。

以下、実施形態および実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

まず、撮像装置が撮像する画像の課題について説明する。
振動の影響について図１〜４を用いて説明する。図１は撮像装置が振動により影響を受けることを説明する図である。図２は振動発生タイミングで撮像を禁止して振動の影響を回避する例を説明する図であり、図２（Ａ）は移動量や速度の違いがある場合の図であり、図２（Ｂ）はリトライ動作やＮサイクル周期（例えばウェハのアンローディングや各種部品のクリーニング等）での動作がある場合の図である。図３は振動の有無を確認する例を説明する図である。図４は振動周期と露光時間との関係を説明する図であり、図４（Ａ）は露光時間に対し振動周期が比較的速い場合の図であり、図４（Ｂ）は露光時間に対し振動周期が比較的速い場合の図である。

搬送動作により発生する振動は、基板に直接伝わるほか、ダイボンディング装置本体にも伝達される。また、搬送動作だけではなく、ピックアップ工程でもピックアップするために発生する振動が、ダイボンディング装置中に機械的に伝達される。例えば、ピックアップ時の振動加速度は、約９．８〜１４７［ｍ／ｓ^２］程度である。

位置決めアライメントに使用するカメラには、ＸＹテーブルなどの第一駆動部ＤＵ１に取り付けられている第一カメラＣＡ１や装置内で固定の位置に取り付けられている第二カメラＣＡ２がある。第一カメラＣＡ１または第二カメラＣＡ２が、第一駆動部ＤＵ１の動作で発生する振動の影響（矢印Ｅ１）を受け、第一カメラＣＡ１または第二カメラＣＡ２の撮像画像にぶれを生じ、位置決め精度を悪化させる場合がある。または、他のユニット（例えば、ピックアップ部やボンディング部）の被駆動部（例えば、ピックアップヘッドやボンディングヘッド）ＨＤを駆動する第二駆動部ＤＵ２、第三駆動部ＤＵ３の動作で発生する振動の影響（矢印Ｅ２）を受け、第一カメラＣＡ１または第二カメラＣＡ２の撮像画像にぶれを生じ、位置決め精度を悪化させる場合がある。

それらの振動の影響を受けないようにするために、テーブル駆動による振動の静振化対策、または、図２に示すように、振動発生タイミングで撮像を禁止する（例えば、振動発生タイミングから所定期間（静定用遅延（ｔＤＬＹ））後に撮像（露光）する）などのタイミング制御が必要である。しかし、図２（Ａ）に示すように、移動量や速度の違いがある場合、静定時間が十分であるか確認するのは困難である。また、図２（Ｂ）に示すように、リトライ動作やＮサイクル周期での動作がある場合、それに合わせて静定時間が十分であるか確認するのに手間がかかる。また、すべての動作が影響受けるわけではないため、カメラ視野が各振動発生トリガによってどの程度影響を受けているのか、正確に把握することが重要である。装置は着工する品種やリトライ処理で動作パラメータ、タイミング、速度、各処理による遅延などがその都度異なるため、撮像毎に振動の影響を受けたかどうかを判断できることが望ましい。

図３に示すように、振動の有無を確認するためには加速度センサＡＳなどを第三カメラＣＡ３に取り付ける方法があるが、この方法だと第三カメラＣＡ３本体に発生する振動の振幅や周波数は把握できても、視野内の画像に発生するぶれの画像上の振幅を把握することは難しく、実際に位置決めアライメントに影響を受けているのかを確認することは難しい。

よって、カメラ内の画像で振動の有無を確認できればよい。画像として振動によってぶれた画像になっていれば、その検出も可能である。しかし、図４（Ａ）に示すように、露光時間に対し振動周期が比較的速ければ画像ＩＭＡが滲んで振動していることが分かるが、図４（Ｂ）に示すように、露光時間に対し振動周期が比較的遅いと画像ＩＭＢは滲まないので分からない。よって、露光時間と振動周波数の関係によっては一括タイミングでシャッタ制御を行うカメラ、例えばＣＣＤ撮像素子を用いたカメラ（以下、ＣＣＤカメラという。）またはグローバルシャッタ（同時露光一括読出し）のＣＭＯＳ撮像素子を用いたカメラ（以下、ＣＭＯＳカメラという。）では確実に検出できるわけではない。

熱の影響について以下説明する。
ボンディング工程では、ダイアタッチフィルムを硬化させるために、約８０〜１６０［℃］程度に基板を加熱している。したがって、ダイボンダ内には、加熱等による空気の乱れがある。さらに、搬送動作やピックアップの動作などによって、ダイボンダ内には、気流が発生する。

特に、位置決めをするときには、ダイボンディング装置では、撮像装置であるカメラが位置決めしたいターゲット（基板やダイ）を撮像し、画像処理装置が撮像した画像を画像処理してターゲットの基準位置（アライメントマーク）を抽出している。しかし、カメラが撮像する箇所は、熱発生源に近く、気流の動きが激しい。このため、カメラは、気流の動きによる光学的な揺らぎの影響を受ける。また、明るい画像を取得するために、照明の輝度を上げて撮像することが多いが、照明光が照射されることにより発生する熱も無視できない。

＜第一実施形態＞
次に、上述した課題を解決する一例である第一実施形態について図５〜７を用いて説明する。第一実施形態では振動の有無を撮像画像から検出し、振動がある場合は再度撮像を行う。図５は第一実施形態の振動を検出する方法を説明する図であり、図５（Ａ）は振動を検出する構成を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は振動がある場合の撮像画像である。図６は振動の有無を判断するフローチャートである。図７は振動がある場合の輝線の画像を示す図である。

第一実施形態では、撮像毎に画像が振動しているかを検出する。カメラＣＡにローリングシャッタのＣＭＯＳカメラ（ライン露光順次読出し撮像装置）を用いる。図５（Ａ）に示すように、カメラＣＡの撮像エリアＩＡ内にカメラＣＡを構成するＣＭＯＳ撮像素子の水平画素ラインと直交する基準線ＢＬを設ける。

ローリングシャッタは画像上の水平ライン毎に垂直方向に順次シャッタとなるので、図５（Ｂ）に示すように、撮像した基準線ＢＬの画像ＩＢＬが直線性を失っている場合は、カメラＣＡが振動していると判断することができる。また、撮像した基準線ＢＬの画像ＩＢＬの描く波模様がそのまま振動波形になるため、振幅や周波数が判断でき、その結果から、撮像した画像が振動の影響を受けていても、それがアライメント精度に影響しうるものかを判断することができる。この方法は振動波形の測定方向に指向性があるため、振動方向が明瞭化している場合に用いるとよい。本実施形態は振動の他に陽炎による揺らぎの影響も確認することができる。

振動または揺らぎの有無の判断について図６を用いて説明する。
まず、カメラＣＡによって基準線ＢＬを含む対象物が撮像され、その画像が取得される（ステップＳ１）。次に、取得した画像から１ライン目の最も明るい画素のｘ座標を求め、それをＬｘ（１）とする（ステップＳ２）。次に、取得した画像から２ライン目の最も明るい画素のｘ座標を求め、それをＬｘ（２）とする（ステップＳ３）。同様に、取得した画像からＮライン（最終ライン）目の最も明るい画素のｘ座標を求め、それをＬｘ（Ｎ）とする（ステップＳ４）。

図７に示すように、例えば、ｉライン目の最も明るい画素のｘ座標はＬｘ（ｉ）＝６、ｉ＋８ライン目の最も明るい画素のｘ座標はＬｘ（ｉ＋８）＝７、ｉ＋１５ライン目の最も明るい画素のｘ座標はＬｘ（ｉ＋１５）＝４である。

次に、各ラインの最も明るい画素のｘ座標（Ｌｘ（１）〜Ｌｘ（Ｎ））から最大値（ＭＡＸ（Ｌｘ（１）〜Ｌｘ（Ｎ）））を求め、また、各ラインの最も明るい画素のｘ座標（Ｌｘ（１）〜Ｌｘ（Ｎ））から最小値（ＭＩＮ（Ｌｘ（１）〜Ｌｘ（Ｎ）））を求め、最大値と最小値との差（ＤＥＶ）を求める（ステップＳ５）。差（ＤＥＶ）が所定の閾値（ＴＨ）以上かどうかを判断する（ステップＳ６）。ＹＥＳの場合、振動または揺らぎがあると判断し、ステップＳ１に戻る。ＮＯの場合、振動または揺らぎがないと判断し、撮像画像を用いてターゲット認識などによるアライメント処理を行う（ステップＳ７）。

第一実施形態では、一括露光方式のカメラ（ＣＣＤカメラやグローバルシャッタのＣＭＯＳカメラ）ではできない微細時間での時間差処理をもつ露光が可能になるローリングシャッタのＣＭＯＳカメラを用いて撮像画像内に微細な時間差処理を与え、本来直線で写るはずの基準線を設け、それが直線であるかを確認することで振動の有無を確認する。ここで、振動を除く撮像タイミングは制御としては、被写体およびカメラは静止している前提である。この方法において、照明システムは常時点灯やストロボ点灯に限るものではない。

これにより、画像撮像中に、画像に影響を与えうる振動または揺らぎが発生しているかを確認することができる。発生した振動または揺らぎが画像内の座標系において画像ブレとしてどの程度の振幅、周波数、静定時間であるかを測定することができる。撮像した画像が振動または揺らぎの影響を受けていないことを確認することで、画像処理で行う位置決めアライメント精度を対振動または揺らぎ対応として保証できる。振動または揺らぎの影響を受けていることが検出できれば、再認識などのリトライ処理を組み込むことができ、画像処理で行う位置決めアライメント精度を安定させることができる。

また、振動によるズレが１画素に及ばない場合もしくは画素境界になる場合は、濃淡値の分散からラインの中央を近似計算によって求めてもよい。

＜第二実施形態＞
次に、上述した課題を解決する一例である第二実施形態について図８〜１０を用いて説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様に、振動の有無を撮像画像から検出し、振動がある場合は再度撮像を行う。図８は第二実施形態の振動を検出する方法を説明する図であり、図８（Ａ）は振動を検出する構成を示す斜視図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のカメラの構成を示す図である。図９は振動がある場合の撮像画像であり、図９（Ａ）は第一ＣＭＯＳ撮像素子による第一基準線の画像を示す図であり、図９（Ｂ）は第二ＣＭＯＳ撮像素子による第二基準線の画像を示す図であり、図９（Ｃ）は図９（Ａ）の画像と図９（Ｂ）の画像を重ねた図である。図１０は振動の有無を判断するフローチャートである。

図８（Ａ）に示すように、第二実施形態のカメラＣＡＡの撮像エリアＩＡ内に第一基準線ＢＬ１と第一基準線ＢＬ１が延伸する方向と直交する方向に延伸する第二基準線ＢＬ２を設ける。

図８（Ｂ）に示すように、カメラＣＡＡは第一ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ１と第二ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ２と第一プリズムＰＲ１と第二プリズムＰＲ２とを備える。カメラＣＡＡへの入射光ＩＬは第一プリズムＰＲ１と第二プリズムＰＲ２とにより、第一入射光ＩＬ１と第二入射光ＩＬ２に分かれ、第一入射光ＩＬ１は第一ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ１に入射し、第二入射光ＩＬ２は第二ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ２に入射する。第一ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ１の水平画素ラインの方向（矢印Ｈ１の方向）と第一基準線ＢＬ１が延伸する方向が直交するように、第一ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ１が配置される。また、第二ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ２の水平画素ラインの方向（矢印Ｈ２の方向）と第二基準線ＢＬ２が延伸する方向が直交するように、第二ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ２とが配置される。

図９（Ａ）に示すように、第一撮像素子ＩＰＤ１で撮像された第一基準線ＢＬ１の画像ＩＢＬ１に歪みがある場合、第一撮像素子ＩＰＤ１で撮像された第一画像ＩＭ１の領域ＷＡ１は振動で画像が歪んだ領域となる。図９（Ｂ）に示すように、第二撮像素子ＩＰＤ２で撮像された第二基準線ＢＬ２の画像ＩＢＬ２に歪みがある場合、第二撮像素子ＩＰＤ２で撮像された第二画像ＩＭ２の領域ＷＡ２は振動で画像が歪んだ領域となる。よって、図９（Ｃ）の破線で示した第一領域ＤＡ１と第二領域ＤＡ２に、第一画像ＩＭ１と第二画像ＩＭ２との差異が現れる。

振動または揺らぎの有無の判断について図１０を用いて説明する。
まず、カメラＣＡＡによって第一基準線ＢＬ１および第二基準線ＢＬ２を含む対象物（例えば、基板やダイ）が撮像され、第一ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ１および第二ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ２が同時にその第一画像ＩＭ１および第二画像ＩＭ２を取得する（ステップＳ１１）。次に、カメラＣＡＡは第一画像ＩＭ１および第二画像ＩＭ２を制御装置に転送する（ステップＳ１２）。制御装置は、第一ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ１が撮像した第一画像ＩＭ１と第二ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ２が撮像した第二画像ＩＭ２を差分し、絶対値変換する（ステップＳ１３）。制御装置は、画像内に所定の閾値以上の明度を有する領域（例えば、第一領域ＤＡ１、第二領域ＤＡ２）があるかどうか判断する（ステップＳ１４）。ＹＥＳの場合、振動または揺らぎがあると判断し、ステップＳ１１に戻る。ＮＯの場合、振動または揺らぎがないと判断し、第一画像ＩＭ１または第二画像ＩＭ２のいずれかの画像を用いてターゲット認識などによるアライメント処理を行う（ステップＳ１５）。

第二実施形態によれば、１方向の振動しか測定できなかった第一実施形態に比べ、ＸＹ方向での測定ができるようになる。この方法を用いれば、振動のベクトル方向も検出することができるようになる。

＜第三実施形態＞
上述した課題の解決手段の一例である第三実施形態について図１１〜１４を用いて説明する。第三実施形態では、陽炎による揺らぎを検出した場合、第一実施形態や第二実施形態のように再度撮像するのではなく、撮像画像を補正する。

図１１は第三実施形態の陽炎による揺らぎを検出する方法を説明する図であり、基板のダイ搭載領域およびその周辺の画像であり、揺らぎにより歪みがある画像を示す図である。図１２は第三実施形態の陽炎による揺らぎを検出する方法を説明する図であり、アライメントパターンと基準線との関係を示す画像である。図１３は倣い動作のフローチャートである。図１４は連続着工動作のフローチャートである。

図１１に示すように、アライメントパターンの画像ＩＡＭに揺らぎによる歪みが発生すると、画像ＩＡＭ近傍のダイ搭載領域の境界線等本来真っ直ぐ写るべき所ＳＰも揺らぎで歪む。したがって、カメラで撮像しているときに、陽炎による揺らぎがあった場合、その揺らぎによってアライメントパターンが動いてしまう。上述したように、グローバルシャッタのカメラでは動いてしまっていること自体がわからないが、ローリングシャッタのカメラでは既知の直線部分が歪んでいるかどうかで、影響を受けているかどうかの判断がつく。ここで、アライメントパターンと基準線の陽炎の揺らぎが同一波形になるよう、基準線としてアライメントパターンにできるだけ近い直線を使用する。

図１２に示すように、既知の直線部分の境界検出を多点で行い、ハフ（Hough）変換や最小二乗法による近似処理で、その直線の真値を検出する（近似直線ＡＳＬを導く）。近似直線ＡＳＬがアライメントパターンと同一水平ライン上が歪んでいることが検出されれば、アレイメントマークと同一水平ライン上（同位相）にある境界位置から歪みオフセットを測定し、アライメントパターンの位置決め結果をその歪みオフセット分だけ補正することで、陽炎による揺らぎの影響を除去することができる。以下、詳細について図１３、１４を用いて説明する。

まず、倣い動作として、図１３に示すように、位置決めに用いるアライメントパターンＡＰと基準線ＳＬＰを撮像し画像を取り込む（ステップＳ２１）。アライメントパターンＡＰの位置を登録する（ステップＳ２２）。このとき、位置決めアルゴリズムにパターンマッチングを用いるのであれば、モデル画像の登録も行う。アライメントパターンＡＰと同じ水平ライン上を直交する基準線ＳＬＰの位置を登録する（ステップＳ２３）。

次に、連続着工動作として、図１４に示すように、位置決めに用いるアライメントパターンＡＰと基準線ＳＬＰを撮像し画像を取り込む（ステップＳ３１）。撮像したアレイメントパターンの画像ＩＭＡからアライメントパターンＡＰの位置を測定する（ステップＳ３２）。測定したアライメントパターンから登録した基準線の位置のあるべき場所を算出し、その付近での直線検出を行い、近似直線ＡＳＬを求める（ステップＳ３３）。直線の前後部分（図面上、アライメントパターンよりも上または下に対応する部分）に比べ、アライメントパターン付近の位置にずれがある場合（陽炎による揺らぎによって直線の変形を検出した場合）、そのずれを測定する（ステップＳ３４）。測定結果をアライメントパターンの位置決め結果にフィードバックし、ダイの位置ずれを補正する（ステップＳ３５）。

上述した実施形態をダイボンダに適用した例について以下説明する。

図１５は実施例に係るダイボンダの概略を示す上面図である。図１６は図１５において矢印Ａ方向から見たときに、ピックアップヘッド及びボンディングヘッドの動作を説明する図である。

ダイボンダ１０は、大別して、一つ又は複数の最終１パッケージとなる製品エリア（以下、パッケージエリアＰという。）をプリントした基板Ｓに実装するダイＤを供給する供給部１と、ピックアップ部２、中間ステージ部３と、ボンディング部４と、搬送部５、基板供給部６と、基板搬出部７と、各部の動作を監視し制御する制御部８と、を有する。Ｙ軸方向がダイボンダ１０の前後方向であり、Ｘ軸方向が左右方向である。ダイ供給部１がダイボンダ１０の手前側に配置され、ボンディング部４が奥側に配置される。

まず、ダイ供給部１は基板ＳのパッケージエリアＰに実装するダイＤを供給する。ダイ供給部１は、ウェハ１１を保持するウェハ保持台１２と、ウェハ１１からダイＤを突き上げる点線で示す突上げユニット１３と、を有する。ダイ供給部１は図示しない駆動手段によってＸＹ方向に移動し、ピックアップするダイＤを突上げユニット１３の位置に移動させる。

ピックアップ部２は、ダイＤを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Ｙ方向に移動させるピックアップヘッドのＹ駆動部２３と、コレット２２を昇降、回転及びＸ方向移動させる図示しない各駆動部と、を有する。ピックアップヘッド２１は、突き上げられたダイＤを先端に吸着保持するコレット２２（図２も参照）を有し、ダイ供給部１からダイＤをピックアップし、中間ステージ３１に載置する。ピックアップヘッド２１は、コレット２２を昇降、回転及びＸ方向移動させる図示しない各駆動部を有する。

中間ステージ部３は、ダイＤを一時的に載置する中間ステージ３１と、中間ステージ３１上のダイＤを認識する為のステージ認識カメラ３２を有する。

ボンディング部４は、中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、搬送されてくる基板ＳのパッケージエリアＰ上にボンディングし、又は既に基板ＳのパッケージエリアＰの上にボンディングされたダイの上に積層する形でボンディングする。ボンディング部４は、ピックアップヘッド２１と同様にダイＤを先端に吸着保持するコレット４２（図２も参照）を備えるボンディングヘッド４１と、ボンディングヘッド４１をＹ方向に移動させるＹ駆動部４３と、基板ＳのパッケージエリアＰの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディング位置を認識する基板認識カメラ４４とを有する。
このような構成によって、ボンディングヘッド４１は、ステージ認識カメラ３２の撮像データに基づいてピックアップ位置・姿勢を補正し、中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、基板認識カメラ４４の撮像データに基づいて基板にダイＤをボンディングする。

搬送部５は、基板Ｓを掴み搬送する基板搬送爪５１と、基板Ｓが移動する搬送レーン５２と、を有する。基板Ｓは、搬送レーン５２に設けられた基板搬送爪５１の図示しないナットを搬送レーン５２に沿って設けられた図示しないボールネジで駆動することによって移動する。
このような構成によって、基板Ｓは、基板供給部６から搬送レーン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Ｓを渡す。

制御部８は、ダイボンダ１０の各部の動作を監視し制御するプログラム（ソフトウェア）を格納するメモリと、メモリに格納されたプログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、を備える。

次に、ダイ供給部１の構成について図１７および図１８を用いて説明する。図１７はダイ供給部の外観斜視図を示す図である。図１８はダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。

ダイ供給部１は、水平方向（ＸＹ方向）に移動するウェハ保持台１２と、上下方向に移動する突上げユニット１３と、を備える。ウェハ保持台１２は、ウェハリング１４を保持するエキスパンドリング１５と、ウェハリング１４に保持され複数のダイＤが接着されたダイシングテープ１６を水平に位置決めする支持リング１７と、を有する。突上げユニット１３は支持リング１７の内側に配置される。

ダイ供給部１は、ダイＤの突き上げ時に、ウェハリング１４を保持しているエキスパンドリング１５を下降させる。その結果、ウェハリング１４に保持されているダイシングテープ１６が引き伸ばされダイＤの間隔が広がり、突上げユニット１３によりダイＤ下方よりダイＤを突き上げ、ダイＤのピックアップ性を向上させている。なお、薄型化に伴いダイを基板に接着する接着剤は、液状からフィルム状となり、ウェハ１１とダイシングテープ１６との間にダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）１８と呼ばれるフィルム状の接着材料を貼り付けている。ダイアタッチフィルム１８を有するウェハ１１では、ダイシングは、ウェハ１１とダイアタッチフィルム１８に対して行なわれる。従って、剥離工程では、ウェハ１１とダイアタッチフィルム１８をダイシングテープ１６から剥離する。

ダイボンダ１０は、ウェハ１１上のダイＤの姿勢を認識するウェハ認識カメラ２４と、中間ステージ３１に載置されたダイＤの姿勢を認識するステージ認識カメラ３２と、ボンディングステージＢＳ上の実装位置を認識する基板認識カメラ４４とを有する。認識カメラ間の姿勢ずれ補正しなければならないのは、ボンディングヘッド４１によるピックアップに関与するステージ認識カメラ３２と、ボンディングヘッド４１による実装位置へのボンディングに関与する基板認識カメラ４４である。本実施例ではステージ認識カメラ３２はローリングシャッタのＣＭＯＳカメラを用い、ステージ認識カメラ３２の撮像エリア内の中間ステージ３１のダイプレース位置近傍にステージ認識カメラ３２を構成するＣＭＯＳ撮像素子の水平画素ラインと直交する輝線（第一実施形態または第二実施形態の基準線の一例）を設ける。また、基板認識カメラ４４はローリングシャッタのＣＭＯＳカメラを用い、基板認識カメラ４４の撮像エリア内のボンディングエリアのクランパ部に基板認識カメラ４４を構成するＣＭＯＳ撮像素子の水平画素ラインと直交する輝線（第一実施形態または第二実施形態の基準線の一例）を設ける。

制御部８について図１９を用いて説明する。図１９は制御系の概略構成を示すブロック図である。制御系８０は制御部８と駆動部８６と信号部８７と光学系８８とを備える。制御部８は、大別して、主としてＣＰＵ（Central Processor Unit）で構成される制御・演算装置８１と、記憶装置８２と、入出力装置８３と、バスライン８４と、電源部８５とを有する。記憶装置８２は、処理プログラムなどを記憶しているＲＡＭで構成されている主記憶装置８２ａと、制御に必要な制御データや画像データ等を記憶しているＨＤＤやＳＳＤ等で構成されている補助記憶装置８２ｂとを有する。入出力装置８３は、装置状態や情報等を表示するモニタ８３ａと、オペレータの指示を入力するタッチパネル８３ｂと、モニタを操作するマウス８３ｃと、光学系８８からの画像データを取り込む画像取込装置８３ｄと、を有する。また、入出力装置８３は、ダイ供給部１のＸＹテーブル（図示せず）やボンディングヘッドテーブルのＺＹ駆動軸等の駆動部８６を制御するモータ制御装置８３ｅと、種々のセンサ信号や照明装置などのスイッチ等の信号部８７から信号を取り込み又は制御するＩ／Ｏ信号制御装置８３ｆとを有する。光学系８８には、ウェハ認識カメラ２４、ステージ認識カメラ３２、基板認識カメラ４４が含まれる。制御・演算装置８１はバスライン８４を介して必要なデータを取込み、演算し、ピックアップヘッド２１等の制御や、モニタ８３ａ等に情報を送る。

制御部８は画像取込装置８３ｄを介してウェハ認識カメラ２４、ステージ認識カメラ３２および基板認識カメラ４４で撮像した画像データを記憶装置８２に保存する。保存した画像データに基づいてプログラムしたソフトウェアにより、制御・演算装置８１を用いてダイＤおよび基板ＳのパッケージエリアＰの位置決め、並びにダイＤおよび基板Ｓの表面検査を行う。制御・演算装置８１が算出したダイＤおよび基板ＳのパッケージエリアＰの位置に基づいてソフトウェアによりモータ制御装置８３ｅを介して駆動部８６を動かす。このプロセスによりウェハ上のダイの位置決めを行い、ピックアップ部２およびボンディング部４の駆動部で動作させダイＤを基板ＳのパッケージエリアＰ上にボンディングする。使用するウェハ認識カメラ２４、ステージ認識カメラ３２および基板認識カメラ４４はグレースケール、カラー等であり、光強度を数値化する。

図２０は図１５のダイボンダにおけるダイボンディング工程を説明するフローチャートである。
実施例のダイボンディング工程では、まず、制御部８は、ウェハ１１を保持しているウェハリング１４をウェハカセットから取り出してウェハ保持台１２に載置し、ウェハ保持台１２をダイＤのピックアップが行われる基準位置まで搬送する（ウェハローディング（工程Ｐ１））。次いで、制御部８は、ウェハ認識カメラ２４によって取得した画像から、ウェハ１１の配置位置がその基準位置と正確に一致するように微調整を行う。

次に、制御部８は、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、水平に保持することによって、最初にピックアップされるダイＤをピックアップ位置に配置する（ダイ搬送（工程Ｐ２））。ウェハ１１は、予めプローバ等の検査装置により、ダイ毎に検査され、ダイ毎に良、不良を示すマップデータが生成され、制御部８の記憶装置８２に記憶される。ピックアップ対象となるダイＤが良品であるか、不良品であるかの判定はマップデータにより行われる。制御部８は、ダイＤが不良品である場合は、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、次にピックアップされるダイＤをピックアップ位置に配置し、不良品のダイＤをスキップする。

制御部８は、ウェハ認識カメラ２４によってピックアップ対象のダイＤの主面（上面）を撮像し、取得した画像からピックアップ対象のダイＤの上記ピックアップ位置からの位置ずれ量を算出する。制御部８は、この位置ずれ量を基にウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を移動させ、ピックアップ対象のダイＤをピックアップ位置に正確に配置する（ダイ位置決め（工程Ｐ３））。

次いで、制御部８は、ウェハ認識カメラ２４によって取得した画像から、ダイＤの表面検査を行う（工程Ｐ４）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、ダイＤの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ９）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合はスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理は、ダイＤの工程Ｐ９以降をスキップし、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、次にピックアップされるダイＤをピックアップ位置に配置する。

制御部８は、基板供給部６で基板Ｓ搬送レーン５２に載置する（基板ローディング（工程Ｐ５））。制御部８は、基板Ｓを掴み搬送する基板搬送爪５１をボンディング位置まで移動させる（基板搬送（工程Ｐ６））。

基板認識カメラ４４にて基板Ｓおよび輝線を撮像し、位置決めを行う（基板位置決め（工程Ｐ７））。第一実施形態または第二実施形態の判断方法により、撮像した輝線の画像から振動しているかどうかを判断し、振動していないと判断する場合は位置決めを行う。振動していると判断する場合は、基板認識カメラ４４は再度画像を取得する。

次いで、制御部８は、基板認識カメラ４４によって取得した画像から、基板ＳのパッケージエリアＰの表面検査を行う（工程Ｐ８）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、基板ＳのパッケージエリアＰの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ９）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合はスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理は、基板ＳのパッケージエリアＰの該当タブへの工程Ｐ１０以降をスキップし、基板着工情報に不良登録を行う。

制御部８は、ダイ供給部１によってピックアップ対象のダイＤを正確にピックアップ位置に配置した後、コレット２２を含むピックアップヘッド２１によってダイＤをダイシングテープ１６からピックアップし（ダイハンドリング（工程Ｐ９））、中間ステージ３１に載置する（（工程Ｐ１０）。制御部８は、中間ステージ３１に載置したダイの姿勢ずれ（回転ずれ）の検出をステージ認識カメラ３２にてダイＤおよび輝線を撮像して行う（工程Ｐ１１）。第一実施形態または第二実施形態の判断方法により、撮像した輝線の画像から振動しているかどうかを判断し、振動していないと判断する場合、ダイの姿勢ずれ（回転ずれ）の検出を行う。振動していると判断する場合は、ステージ認識カメラ３２は再度画像を取得する。制御部８は、姿勢ずれがある場合は中間ステージ３１に設けられた旋回駆動装置（不図示）によって実装位置を有する実装面に平行な面で中間ステージ３１を旋回させて姿勢ずれを補正する。

制御部８は、ステージ認識カメラ３２によって取得した画像から、ダイＤの表面検査を行う（工程Ｐ１２）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、ダイＤの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ１３）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合は、そのダイを図示しない不良品トレーなどに載置してスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理は、ダイＤの工程Ｐ１３以降をスキップし、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、次にピックアップされるダイＤをピックアップ位置に配置する。

制御部８は、コレット４２を含むボンディングヘッド４１によって中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、基板ＳのパッケージエリアＰまたは既に基板ＳのパッケージエリアＰにボンディングされているダイにダイボンディングする（ダイアタッチ（（工程Ｐ１３））。

制御部８は、ダイＤをボンディングした後、そのボンディング位置が正確になされているかをダイＤ、基板Ｓおよび輝線を基板認識カメラ４４で撮像して検査する（ダイと基板の相対位置検査（工程Ｐ１４））。第一実施形態または第二実施形態の判断方法により、撮像した輝線の画像から振動しているかどうかを判断し、振動していないと判断する場合、ボンディング位置が正確になされているかの検査を行う。振動していると判断する場合は、基板認識カメラ４４は再度画像を取得する。このとき、ダイの位置合わせと同様にダイの中心と、タブの中心を求め、相対位置が正しいかを検査する。

次いで、制御部８は、基板認識カメラ４４によって取得した画像から、ダイＤおよび基板Ｓの表面検査を行う（工程Ｐ１５）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、ボンディングされたダイＤの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ９）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合はスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理では、基板着工情報に不良登録を行う。

以後、同様の手順に従ってダイＤが１個ずつ基板ＳのパッケージエリアＰにボンディングする。１つの基板のボンディングが完了すると、基板搬送爪５１で基板Ｓを基板搬出部７まで移動して（基板搬送（工程Ｐ１６））、基板搬出部７に基板Ｓを渡す（基板アンローディング（工程Ｐ１７））。

以後、同様の手順に従ってダイＤが１個ずつダイシングテープ１６から剥がされる（工程Ｐ９）。不良品を除くすべてのダイＤのピックアップが完了すると、それらダイＤをウェハ１１の外形で保持していたダイシングテープ１６およびウェハリング１４等をウェハカセットへアンローディングする（工程Ｐ１８）。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、第二実施形態では、基準線を設けて振動の有無を判断する例を説明したが、第一ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ１および第二ＣＭＯＳ撮像素子ＩＰＤ２の両方が正方格子のセルを有するものであれば、両画像を差分比較によって見比べ、不一致領域があれば、基準線を設けなくても振動の有無がわかるようになる。

また、実施例では基準線として輝線を例に説明したが、輝線は発光するものに限らず、反射性のものや、単なる模様、レーザによる投影でもよい。

また、実施例では、第一実施形態または第二実施形態による振動を判断する方法を適用する例を説明したが、第三実施形態による揺らぎを判断する方法を適用してもよい。

また、実施例では、ステージ認識カメラおよび基板認識カメラによる撮像において第一実施形態または第二実施形態を適用する例について説明したが、ウェハ認識カメラによる撮像において第一実施形態または第二実施形態を適用してもよい。
また、実施例ではダイ位置認識の後にダイ外観検査認識を行っているが、ダイ外観検査認識の後にダイ位置認識を行ってもよい。
また、実施例ではウェハの裏面にＤＡＦが貼付されているが、ＤＡＦはなくてもよい。
また、実施例ではピックアップヘッドおよびボンディングヘッドをそれぞれ１つ備えているが、それぞれ２つ以上であってもよい。また、実施例では中間ステージを備えているが、中間ステージがなくてもよい。この場合、ピックアップヘッドとボンディングヘッドは兼用してもよい。
また、実施例ではダイの表面を上にしてボンディングされるが、ダイをピックアップ後ダイの表裏を反転させて、ダイの裏面を上にしてボンディングしてもよい。この場合、中間ステージは設けなくてもよい。この装置はフリップチップボンダという。

１０・・・ダイボンダ
１・・・ダイ供給部
１３・・・突上げユニット
２・・・ピックアップ部
２４・・・ウェハ認識カメラ
３・・・中間ステージ部
３１・・・中間ステージ
３２・・・ステージ認識カメラ
４・・・ボンディング部
４１・・・ボンディングヘッド
４２・・・コレット
４４・・・基板認識カメラ
５・・・搬送部
５１・・・基板搬送爪
８・・・制御部
Ｓ・・・基板
ＢＳ・・・ボンディングステージ
Ｄ・・・ダイ
Ｐ・・・パッケージエリア
ＣＡ・・・カメラ
ＢＬ・・・基準線
ＩＡ・・・撮像エリア
ＩＢＬ・・・基準線の画像

Claims (13)

1. 第一ＣＭＯＳ撮像素子を有し、ライン露光順次読出しを行う撮像装置と、
   基板またはダイの近傍であって前記撮像装置の撮像領域内に配置され、前記第一ＣＭＯＳ撮像素子の水平画素ラインと直交する方向に延伸する第一基準線と、
   前記撮像装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記撮像装置が前記基板または前記ダイと同一露光で撮像する前記第一基準線の画像に基づいて振動または陽炎による揺らぎを検出するダイボンディング装置。
2. 請求項１において、
   前記制御装置は、前記第一基準線の画像が所定値以上ずれている場合、前記振動または前記揺らぎがあると判断するダイボンディング装置。
3. 請求項２において、
   前記制御装置は、前記撮像装置による前記基板または前記ダイの撮像をやり直すダイボンディング装置。
4. 請求項１において、
   さらに、前記基板または前記ダイの近傍であって前記撮像装置の撮像領域内に配置され、前記第一基準線が延伸する方向と直交する方向に延伸する第二基準線を備え、
   前記撮像装置は、さらに、前記第二基準線が延伸する方向と直交する方向に水平画素ラインがある第二ＣＭＯＳ撮像素子を備え、
   前記制御装置は、前記撮像装置が前記基板または前記ダイと前記第一基準線と前記第二基準線とを同一露光で撮像する前記第一ＣＭＯＳ撮像素子の画像および前記第二ＣＭＯＳ撮像素子の画像に基づいて振動または陽炎による揺らぎを検出するダイボンディング装置。
5. 請求項４において、
   前記制御装置は、前記第一ＣＭＯＳ撮像素子の画像と前記第二ＣＭＯＳ撮像素子の画像を差分し絶対値変換しその画像に所定値以上の明度を有する場合、前記振動または前記揺らぎがあると判断するダイボンディング装置。
6. 請求項５において、
   前記制御装置は、前記撮像装置による前記基板または前記ダイの撮像をやり直すダイボンディング装置。
7. 請求項１において、
   さらに、前記第一基準線の近傍にアライメントパターンを備え、
   前記制御装置は、前記第一基準線の前記アライメントパターンに対向する位置にずれがある場合、そのずれを測定し、その測定結果を前記アライメントパターンの位置決め結果にフィードバックするダイボンディング装置。
8. 請求項１において、さらに、
   前記ダイをピックアップするピックアップヘッドを備え、
   前記制御装置は前記撮像装置を用いて前記基板および前記基板の近傍に設けられた前記第一基準線を撮像するダイボンディング装置。
9. 請求項１において、さらに
   前記ダイをピックアップするピックアップヘッドと、
   ピックアップされた前記ダイが載置される中間ステージと、
   を備え、
   前記制御装置は前記撮像装置を用いて前記中間ステージの上に載置された前記ダイおよび前記中間ステージに設けられた前記第一基準線を撮像するダイボンディング装置。
10. （ａ）第一ＣＭＯＳ撮像素子を有し、ライン露光順次読出しを行う撮像装置と、基板またはダイの近傍であって前記撮像装置の撮像領域内に配置され、前記第一ＣＭＯＳ撮像素子の水平画素ラインと直交する方向に延伸する第一基準線と、を備えるダイボンディング装置を準備する工程と、
    （ｂ）ダイが貼付されたダイシングテープを保持するウェハリングホルダを搬入する工程と、
    （ｃ）基板を搬入する工程と、
    （ｄ）前記ダイをピックアップする工程と、
    （ｅ）ピックアップした前記ダイを前記基板または既に前記基板にボンディングされているダイ上にボンディングする工程と、
    を備え、
    前記（ｄ）工程または前記（ｅ）工程において、前記撮像装置が前記基板または前記ダイと同一露光で撮像する前記第一基準線の画像に基づいて振動または陽炎による揺らぎを検出する半導体装置の製造方法。
11. 請求項１０において、
    前記（ｅ）工程は、検出した前記振動または前記揺らぎが所定値以上の場合は、前記撮像装置は再度前記基板および前記基板の近傍に設けられた前記第一基準線を撮像する半導体装置の製造方法。
12. 請求項１０において、
    前記（ｅ）工程は、検出した前記揺らぎが所定値以上であり、前記第一基準線のアライメントパターンに対向する位置にずれがある場合、そのずれを測定し、その測定結果を前記アライメントパターンの位置決め結果にフィードバックする半導体装置の製造方法。
13. 請求項１０において、
    前記（ｄ）工程は、検出した前記振動または前記揺らぎが所定値以上の場合は、前記撮像装置は再度前記ダイおよび前記ダイの近傍に設けられた前記第一基準線を撮像する半導体装置の製造方法。

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