JP2022110551A - 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】実装精度を向上させる技術を提供する。【解決手段】ダイボンディング装置は、ダイを保持する保持部を支持する回転軸を回転する回転機構および制御装置を備える。回転機構は、駆動部と、駆動部に取り付けられた第一歯車と、回転軸に取り付けられた第二歯車と、第一歯車の回転を第二歯車に伝える伝達機構と、を備える。制御装置は、回転機構によって保持部を所定の回転角度に回転させ、回転角度ごとに撮像装置によって保持部のダイと接触する面を撮像し、撮像された画像に基づいて保持部の回転量を算出し、かつ回転角度ごとの回転量指令値と回転量とのずれ量を算出してマッピングデータとし、マッピングデータの算出を第一歯車、第二歯車、伝達機構の歯数の公倍数になる回転数分行うよう構成される。【選択図】図４

Description

本開示はダイボンディング装置に関し、例えば、ダイを水平面内において回転するダイボンディング装置に適用可能である。

半導体チップの組立工程においては、ウェハプロセスで複数の半導体チップが一括形成されたウェハを個々の半導体チップ（以下、ダイという。）に分割して個別に配線基板またはリードフレーム等（以下、基板という。）にボンディングして封止する等の組立工程がある。

個々のダイを基板にボンディングするダイボンディング技術には幾つかの方式がある。一つの方式として、ウェハを分割した状態でダイが配列された粘着テープ（以下、ダイシングテープという。）上から個々のダイをピックアップヘッドのコレットによりピックアップして中間ステージに載置し、中間ステージで位置決めした後に、ボンディングヘッドのコレットでピックアップして基板に載置する方式がある。また、他の方式として、ダイシングテープ上からボンディングヘッドのコレットによりピックアップした個々のダイを直接的に基板に載置するダイレクトピックアップ方式がある。

また、例えば、ウェハ若しくは中間ステージからピックアップするダイに回転方向のずれがある場合、又は基板に回転方向のずれがある場合、ボンディングヘッドはピックアップ前にコレットをその傾きに合わせて回転させてからピックアップすることがある。

特開２０１２－５９９３３号公報

コレット等を回転させる回転機構部において、例えば、駆動部モータと回転シャフトが歯車やベルトで動力伝達を行っている場合、それらの歯数を同じにすることは基本的にない。異なる歯数の歯車やベルトを使用している場合、従動側回転シャフトが１回転したとしても、歯の位置関係が同じにならない限り、その座標には、ずれが生じる。

本開示の課題は、回転機構において指令値と実回転量のずれを補正する技術を提供することにある。

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、ダイを保持する保持部を支持する回転軸を回転する回転機構および制御装置を備える。回転機構は、駆動部と、駆動部に取り付けられた第一歯車と、回転軸に取り付けられた第二歯車と、第一歯車の回転を第二歯車に伝える伝達機構と、を備える。制御装置は、回転機構によって保持部を所定の回転角度に回転させ、回転角度ごとに撮像装置によって保持部のダイと接触する面を撮像し、撮像された画像に基づいて保持部の回転量を算出し、かつ回転角度ごとの回転量指令値と回転量とのずれ量を算出してマッピングデータとし、マッピングデータの算出を第一歯車、第二歯車、伝達機構の歯数の公倍数になる回転数分行うよう構成される。

本開示によれば、実装精度を向上させることができる。

実施例におけるダイボンダを上から見た概念図である。 図１に示すダイボンダにおけるカメラの機能について説明するための模式的な図である。 図１に示すダイボンダにおける位置合わせ機構の制御系を説明するための図である。 図１に示すダイボンダの動作について説明するための模式図である。 図４に示すボンディングヘッドの回転機構を説明するための側面図である。 図５に示す回転機構のメカニカル機構の精度の問題について説明するための図である。 指令値と実回転量の関係を示す図である。 コレットに設けられるマーカを示す図である。 第一変形例におけるダイボンダの主要部の概略側面図である。 ボンディングヘッドの一部を示す断面図である。 第二変形例におけるダイボンダのコレットの底面のθずれについて説明するための図である。

本開示は、ダイボンダ等のダイボンディング装置において、ダイをピックアップし、そして、基板またはステージ等に載置するアタッチメントヘッドを備え、そのアタッチメントヘッドがθ回転機構を有する場合、またはダイが載置されるステージがθ回転機構を有する場合、その回転量の指令値と実回転量のずれを補正する技術に関する。例えば、予め撮像装置を使用してアタッチメントヘッドまたはステージのθ回転の補正データを作成する。これによって、実装時に回転機構に起因するθ回転のずれを自動的に補正する。この結果、生産性を落とさず、実装精度を向上させたものである。

以下、実施例および変形例について、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、本開示の解釈を限定するものではない。

まず、実施例におけるダイボンダの基本的な構成について図１を用いて説明する。図１は実施例におけるダイボンダを上から見た概念図である。

ダイボンダ１００は、大別して、ウェハ供給部１１と、ワーク供給・搬送部１２と、ダイボンディング部１３と、制御装置１４と、を備える。Ｙ軸方向がダイボンダ１００の前後方向であり、Ｘ軸方向が左右方向である。ウェハ供給部１１がダイボンダ１００の手前側に配置され、ダイボンディング部１３が奥側に配置される。

ウェハ供給部１１は、ウェハカセットリフタ１１１と、ピックアップ装置１１２と、を備える。ダイボンダ１００の外からウェハ供給部１１に後述するウェハリング２１１（図２参照）が搬入される。また、ワーク供給・搬送部１２は、スタックローダ１２１と、フレームフィーダ１２２と、アンローダ１２３と、を備える。ダイボンダ１００の外からワーク供給・搬送部１２に後述する基板Ｓ（図２参照）が搬入される。また、ダイボンディング部１３は、プリフォーム部１３１と、ボンディングヘッド部１３２と、を備える。

図１において、ウェハカセットリフタ１１１は、ウェハリング２１１（図２参照）が充填されたウェハカセット（不図示）を有し、順次、ウェハリング２１１をピックアップ装置１１２に供給する。ピックアップ装置１１２はウェハリング２１１を保持するウェハ保持台１１２ａとウェハリング２１１に保持されているウェハＷからダイを突き上げる突上げユニット１１２ｂとを備える。ウェハ保持台１１２ａはピックアップ対象のダイＤ（図４参照）をコレット４０２（図４参照）によってウェハリング２１１に保持されたダイシングテープ２１２からピックアップできるように、図示しない駆動部によりウェハリング２１１を移動させる。

スタックローダ１２１は、ダイＤを接着する基板Ｓ（図２参照）をフレームフィーダ１２２に供給する。フレームフィーダ１２２は、基板Ｓをフレームフィーダ１２２上の２箇所の処理位置を介してアンローダ１２３に搬送する。ここで、後述する図２に示すように、２箇所の処理位置はプリフォーム部１３１の処理位置２３２およびボンディングヘッド部１３２の処理位置２３３である。アンローダ１２３は搬送された基板Ｓを保管する。アンローダ１２３から基板Ｓがダイボンダ１００の外に搬出される。

プリフォーム部１３１はダイ接着剤塗布装置を備え、フレームフィーダ１２２により搬送されてきた基板Ｓに、ダイ接着剤を塗布する。ボンディングヘッド部１３２は、ピックアップ装置１１２から、ピックアップ対象のダイＤをピックアップして上昇し、ダイＤをフレームフィーダ１２２上のポイントＰ_２（図４参照）まで移動させる。そして、ボンディングヘッド部１３２は、移動したポイントＰ_２でダイＤを下降させ、ダイ接着剤が塗布された基板Ｓ上のポイントＰ_２にダイＤを実装する。なお、ダイの裏面（接着面）に、フィルム状の接着剤が予め付着されている場合は、プリフォーム部１３１にはダイ接着剤塗布装置が設けられず、基板Ｓにはダイ接着剤は塗布されない。

さらに、ダイボンダ１００に使用するカメラの基本的な機能について図２を用いて説明する。図２は図１に示すダイボンダにおけるカメラの機能について説明するための模式的な図である。図２（ａ）は図１において矢印Ａから見た図であり、図２（ｂ）は上方から見た図である。なお、図２においては、ダイボンダ１００におけるカメラとその撮像画像について説明している。このため、説明に関係のない機能部分（他の構成要素、結線）については、図示および説明を省略している。

ウェハ認識カメラ２０１は、ピックアップ装置１１２の上からピックアップ装置１１２に装着されたウェハリング２１１に装着されたウェハＷのパターン面（表面）を撮像する。そして、制御装置１４は、パターン認識等の周知の画像処理によって、１つのダイＤの中心位置を算出し、ダイＤの中心位置と、コレット４０２の中心および突上げユニット１１２ｂの中心位置とのずれを算出し、そのずれをなくすようにダイＤの位置を補正する。

同様に、プリフォームカメラ２０２は、プリフォーム部１３１における処理位置２３２に搬送された基板Ｓの所定のダイ接着位置（ボンディングポイント）を撮像する。そして、制御装置１４は、パターン認識等の周知の画像処理によって、ダイ接着位置に樹脂ペーストが塗布されるように樹脂ペーストを射出するシリンジの位置ずれ補正を行い、樹脂ペーストを塗布する。

また、同様に、基板認識カメラ２０３は、ボンディングヘッド部１３２における処理位置２３３に搬送された基板Ｓの所定のダイ接着位置を撮像する。そして、制御装置１４は、パターン認識等の周知の画像処理によって、ダイ接着位置の中心位置にダイＤが実装されるようにコレット４０２等の位置ずれ補正を行い、ダイＤを実装する。

次の基板Ｓは、プリフォーム部１３１の処理位置２３２とボンディングヘッド部１３２の処理位置２３３との間のピッチ２５１の間隔を保ちスタックローダ１２１から搬入され、アンローダ１２３に搬送される。

ウェハ認識カメラ２０１、プリフォームカメラ２０２および基板認識カメラ２０３は、例えば、ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置である。

次に、位置合わせ機構および位置ずれ補正について図３を用いて説明する。図３は実施例における位置合わせ機構の制御系を説明するための図である。

位置合わせ機構は、画像処理装置３０１、位置制御装置３０２、Ｘ軸駆動部３０３、Ｙ軸駆動部３０４、θ軸駆動部３０５、Ｘ軸モータ３０６、Ｙ軸モータ３０７およびθ軸モータ３０８を備える。ここで、画像処理装置３０１および位置制御装置３０２は制御装置１４の一部を構成する。

ウェハ認識カメラ２０１は、ウェハＷのパターン面（表面）を撮像し、撮像した画像データを画像処理装置３０１に出力する。

画像処理装置３０１は、入力された画像データを、パターン認識等の周知の画像処理によって解析し、ウェハＷおよびダイＤの所定の箇所の位置合わせマークによってＸ座標、Ｙ座標およびθ座標のずれを抽出する。そして、画像処理装置３０１は、ピックアップの中心位置にピックアップするダイＤの中心が来るように位置補正量を算出し、算出した位置補正量を位置制御装置３０２に出力する。

位置制御装置３０２は、入力された位置補正量に基づいて、ピックアップ装置１１２のＸ軸駆動部３０３およびＹ軸駆動部３０４に制御信号を出力する。Ｘ軸駆動部３０３およびＹ軸駆動部３０４は、入力された制御信号に基づいてそれぞれＸ軸モータ３０６およびＹ軸モータ３０７を制御し、ＸＹテーブル２１３を移動してＸ座標およびＹ座標を補正する。

位置制御装置３０２は、入力された位置補正量に基づいて、ボンディングヘッド部１３２のθ軸駆動部３０５に制御信号を出力する。θ軸駆動部３０５は、入力された制御信号に基づいてθ軸モータ３０８を制御し、コレット４０２を回転してθ（回転）座標を補正する。

基板認識カメラ２０３は、基板Ｓの上面（表面）を撮像し、撮像した画像データを画像処理装置３０１に出力する。

画像処理装置３０１は、入力された画像データを、パターン認識等の周知の画像処理によって解析し、基板Ｓの所定の箇所の位置合わせマークによってＸ座標、Ｙ座標およびθ座標のずれを抽出する。そして、画像処理装置３０１は、基板Ｓの実装する位置の中心位置にピックアップするダイＤの中心が来るように位置補正量を算出し、算出した位置補正量を位置制御装置３０２に出力する。

位置制御装置３０２は、入力された位置補正量に基づいて、ボンディングヘッド部１３２のＸ軸駆動部３０３およびＹ軸駆動部３０４に制御信号を出力する。Ｘ軸駆動部３０３およびＹ軸駆動部３０４は、入力された制御信号に基づいてそれぞれＸ軸モータ３０６およびＹ軸モータ３０７を制御し、ボンディングヘッドを移動してＸ座標およびＹ座標を補正する。

上述の実施例では、ピックアップ装置１１２およびボンディングヘッド部１３２についての位置補正を説明した。以下、プリフォーム部１３１についても同様である。また、画像処理装置３０１および位置制御装置３０２は、一式であり、ピックアップ装置１１２、プリフォーム部１３１およびボンディングヘッド部１３２をすべて制御する。

図１に示すダイボンダの詳細構成および動作について図４および図５を用いて説明する。図４は図１に示すダイボンダの動作について説明するための模式図である。図５は図４に示すボンディングヘッドの回転機構を説明するための側面図である。

図４に示すように、ダイシングテープ２１２に貼付されたウェハＷは分割された複数のダイＤを有する。ボンディングヘッド４２０に設けられるコレット４０２はウェハＷ内のダイＤを吸着してピックアップし、基板Ｓの上に載置する。ウェハ認識カメラ２０１は、ダイＤを撮像する。基板認識カメラ２０３は、基板Ｓを撮像する。撮像装置としてのアンダービジョンカメラ２０４は、コレット４０２の裏面またはコレット４０２がピックアップ中のダイ（不図示）の裏面を撮像する。ボンディングヘッド４２０は回転機構４０８を持っており、ピックアップしたダイＤの回転方向のずれを補正する。回転機構４０８は、例えば、駆動部としてのθ軸モータ３０８およびθ軸モータ３０８の回転駆動力をコレット４０２が装着されるシャフト４０３に伝達するためのプーリ・ベルト部４１１等で構成される。

図５に示すように、プーリ・ベルト部４１１はθ軸モータ３０８の回転軸に取り付けられた歯車４１１ａ、シャフト４０３に取り付けられた歯車４１１ｂ、歯車４１１ａの回転を歯車４１１ｂに伝える伝達機構としてのタイミングベルト４１１ｃ等で構成される。歯車４１１ｂの回転中心４０９は回転軸としてのシャフト４０３の中心４１０（ポイントＰ_１）に位置する。

ボンディングヘッド４２０の回転機構４０８はθ軸モータ３０８の動力を歯車４１１ａ，４１１ｂおよびタイミングベルト４１１ｃにより従動部としての回転シャフト４０３に伝達し、歯車４１１ａ，４１１ｂの歯数を変更することで回転分解能を高精細化している。θ軸モータ３０８は主にサーボモータやエンコーダを搭載したパルスモータで駆動させる。従動部側のみにエンコーダを搭載する方法は、故障時、駆動部側が停止できなくなることがあるので通常は行わない。また、ボンディングヘッド４２０全体として上下機構、真空吸着機構、回転、荷重機構が必要であり、小型化するには部品点数を減らすためエンコーダは駆動部側のみに搭載する。よって、制御装置１４は駆動部側の歯車４１１ａの絶対位置のみを認識する。

回転機構４０８のメカニカル機構の精度の問題について図６および図７を用いて説明する。図６は図５に示す回転機構のメカニカル機構の精度の問題について説明するための図である。図６（ａ）は駆動側の歯車、従動側の歯車およびベルトの歯の位置を示す図である。図６（ｂ）は図６（ａ）に示す状態から従動側の歯車が１回転した場合の駆動側の歯車およびベルトの歯の位置を示す図である。図７は指令値と実回転量の関係を示す図である。

図６に示すように、従動部側の歯車４１１ｂを設計上での１回転させてもベルト４１１ｃおよび駆動部側の歯車４１１ａの歯の位置が異なる。ここで、矢印ａ，ｂ，ｃは歯車４１１ａ、歯車４１１ｂおよびタイミングベルト４１１ｃのそれぞれの特定の歯の位置を示している。歯車４１１ｂを１回転させるので、図６（ａ）と図６（ｂ）とでは矢印ｂはほぼ同じ方向を向いており、特定の歯の位置はほぼ同じである。歯車４１１ａの矢印ａは、図６（ａ）と図６（ｂ）とではほぼ反対を向いており、特定の歯は、回転中に対してほぼ反対側に位置する。タイミングベルト４１１ｃの矢印ｃは、図６（ａ）と図６（ｂ）とでは全く異なる位置に位置する。

歯車４１１ａ，４１１ｂおよびタイミングベルト４１１ｃの固有の歯のばらつき、または歯車４１１ａ，４１１ｂなどの回転機構４０８のわずかな中心ずれがあると、従動部側の歯車４１１ｂのθ角度に僅かにずれが生じる。よって、従動部側の歯車４１１ｂの回転量が１回転して、従動部側の歯車４１１ｂの指定角度（指令値）を同じにしても１回転前のとは同じ角度にならない。例えば、９０度と３６０＋９０度との指定角度では、ずれが生じる。すなわち、回転機構４０８のメカニカル機構の精度の問題により、ダイＤを指定した角度で回転させたくても過不足が生じる。よって、図７に示すように、理想値に対して測定値が波打っており、歯車４１１ａ，４１１ｂおよびタイミングベルト４１１ｃのかみ合わせが同じになるタイミングの周期で変位波形が存在している。図７においては、駆動部側の歯車４１１ａが５回転、従動部側の歯車４１１ｂが３回転、タイミングベルト４１１ｃが２回転でかみ合わせが同じになる。

本実施例では、倣い動作時において、ボンディングヘッド４２０の回転機構４０８に対し、回転量の変位（ずれ量）を測定してマッピング化を行い、連続運転時において、回転量の過不足を補正する。ボンディングヘッド４２０のコレット４０２の１回転分のマッピングだけではなく、機構要因として歯車とタイミングベルトの組み合わせが少なくとも１周期分のマッピングを行う。

倣い動作として、駆動部側の歯車４１１ａ、従動部側の歯車４１１ｂ、タイミングベルト４１１ｃの歯数の公倍数になる回転数分回転させ、歯車４１１ｂの指定角度と実回転量との変位量を所定角度毎に測定し、その測定結果をマッピングデータとして保持する。すなわち、回転機構４０８を構成する各部品の全ての相互位置関係に対し回転量のずれ量を事前に測定して制御装置１４の記憶装置にその測定結果を格納して記録する。ここで、マッピングデータとしては、回転方向が一方向のデータのみならず逆方向のデータも取得する。駆動部側の歯車４１１ａ、従動部側の歯車４１１ｂ、タイミングベルト４１１ｃの歯数の公倍数は、例えば、最小公倍数にする。これにより、測定数が少なくなりマッピングデータ量を少なくすることができる。マッピングデータの算出を複数の最小公倍数になる回転数分行い、上述の所定角度毎に平均化するようにしてもよい。これにより、精度を向上することができる。

連続運転時は、その測定した変位量と歯車４１１ａ，４１１ｂおよびタイミングベルト４１１ｃの各歯の位置関係（絶対位置）とに基づいて、指定位置（指定角度）への回転後のずれ量を予想し、倣い動作により取得したマッピングデータに基づいて補正量を決定して指令回転量を補正する。すなわち、連続運転時は、指令角度毎に取得したオフセット分をフィードバックさせて回転させる。フィードバックは、例えば、図７に示すような、指令値－実回転量のグラフが線形になるように指令値を増減させる。言い換えると、回転量のずれ量のマッピングデータと回転機構４０８を構成する各部品の絶対位置とに基づいて補正量を決定し、ずれ量をフィードバックする。そして、回転量の指令値を入力する前に到着位置から予想されるずれ量を鑑みて到着位置の補正量を先んじて計算し、事前に補正量を決めて補正する。

なお、電源遮断時に手動により回転機構４０８を回転させてしまうと絶対位置を消失してしまうので、電源遮断時にはブレーキにより回転できないようにしたり、起動時に自動的に再測定を常に行ったりする。

倣い動作時における回転量の変位の測定方法の一例について図８を用いて説明する。図８はコレットに設けられるマーカを示す図である。

画像処理装置３０１は、アンダービジョンカメラ２０４によりコレット４０２の下方側からコレット４０２の底面（ダイＤを吸着する面）を撮像する。コレット４０２の底面の二箇所にはマーカ４０２ａ，４０２ｂが設けられている。二つのマーカ４０２ａ，４０２ｂは、例えば、円形とする。ここで、コレット４０２は、ダイ形状およびサイズに合わせた矩形状をしている。

画像処理装置３０１は、位置制御装置３０２を介して、回転機構４０８に回転量指令値を出力し、回転機構４０８は、当該回転量指令値に従ってコレット４０２を回転する。画像処理装置３０１は、位置制御装置３０２を介して、コレット４０２を回転機構４０８の最小分解能単位等の所定角度毎に回転させる。画像処理装置３０１は、アンダービジョンカメラ２０４により二つのマーカ４０２ａ，４０２ｂを所定角度毎に撮像する。

画像処理装置３０１は、撮像されたダイＤの画像を２値化等の画像処理をして二つのマーカ４０２ａ，４０２ｂのそれぞれの重心位置を算出して求める。画像処理装置３０１は、二つのマーカ４０２ａ，４０２ｂのそれぞれの重心位置に基づいて、すなわち、二つの重心位置を通る直線と基準直線のなす角度（θ）に基づいて、コレット４０２の実際の回転量（実回転量）を算出する（測定する）。画像処理装置３０１は、回転量指令値（指令角度）と実回転量（測定結果）とのずれ量（変位量）をマッピングデータとして画像処理装置３０１または位置制御装置３０２の記憶装置に格納して保存（記録）する。

マッピングデータの記録は駆動部側の歯車４１１ａ、従動部側の歯車４１１ｂ、タイミングベルト４１１ｃの歯数の最小公倍数になる回転数分行う。例えば、駆動部側の歯車４１１ａ、従動部側の歯車４１１ｂ、タイミングベルト４１１ｃの歯数をそれぞれ、６，１８，６６とすると、その公倍数は１９８であるので、駆動部側の歯車４１１ａ、従動部側の歯車４１１ｂ、タイミングベルト４１１ｃはそれぞれ３３回転、１１回転、３回転する。よって、従動部側の歯車４１１ｂが１１回転毎に歯の位置関係が同じになるので、従動部側の歯車４１１ｂの１１回転数分を記録する。

次に、連続動作時、すなわち、半導体装置の製造工程の一部であるボンディングヘッド４２０がウェハＷからダイＤをピックアップし、基板Ｓに実装する手順について図４を用いて簡単に説明する。

ウェハ認識カメラ２０１は、ウェハＷのピックアップ対象のダイＤの表面を撮像し、撮像した画像を画像処理装置３０１に出力する。画像処理装置３０１は、撮像されたダイＤの画像を画像処理することによって、ダイＤの中心位置（Ｘｄ，Ｙｄ，θｄ）を算出する。

基板認識カメラ２０３は、基板Ｓの所定のダイ接着位置を撮像し、撮像した画像を画像処理装置３０１に出力する。画像処理装置３０１は、撮像された基板Ｓの画像を画像処理することによって、基板Ｓの実装する位置の中心位置（Ｘｍ，Ｙｍ，θｍ）を算出する。

さらに、位置制御装置３０２は、画像処理装置３０１が算出したダイＤの中心位置にコレット４０２の回転中心（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）を合わせる。ここで、回転中心（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）は重心位置Ｏである。その際、ダイＤの回転方向のずれ、基板Ｓの回転方向のずれ、およびθ回転のマッピングデータに基づいて、画像処理装置３０１がθ補正量を算出する。位置制御装置３０２は、そのθ補正量に基づいてコレット４０２にθ補正を施して、ウェハＷからピックアップ対象のダイＤをピックアップする。

このように、ボンディングヘッド４２０のコレット４０２は、ウェハ認識カメラ２０１および基板認識カメラ２０３が撮像した画像に基づいて、ウェハＷ上（ポイントＰ_０）に移動してダイＤをピックアップする。ピックアップ後、ボンディングヘッド４２０のコレット４０２は、ポイントＰ_２に移動する。

ポイントＰ_２では、コレット４０２の回転中心（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）と実装する位置の中心（Ｘｍ，Ｙｍ，θｍ）を合わせてウェハＷからピックアップしたダイＤを基板Ｓに実装する。

実施例によれば、回転機構のメカニカル起因の回転ずれを補正できるようになるので、ボンディングの回転精度を改善することができ、ボンディング精度を改善することができる。

＜変形例＞
以下、実施例の代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形例にて説明されているものと同様の構成および機能を有する部分に対しては、上述の実施例と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施例における説明が適宜援用され得るものとする。また、上述の実施例の一部、および、複数の変形例の全部または一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

（第一変形例）
第一変形例におけるダイボンダについて図９を用いて説明する。図９は第一変形例におけるダイボンダの主要部の概略側面図である。

第一変形例におけるダイボンダ１００は、ピックアップヘッド２２０でピックアップしたダイＤを一度中間ステージ３３０の保持部（保持位置）に載置し、載置したダイＤをボンディングヘッド４２０で再度ピックアップし、ボンディング位置に搬送されてきた基板Ｓにボンディングして実装する装置である。

ダイボンダ１００は、ウェハＷ上のダイＤの姿勢を認識するウェハ認識カメラ２０１と、中間ステージ３３０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２０５と、ボンディングステージ４３０上の基板Ｓの実装位置を認識する基板認識カメラ２０３と、を備える。

本変形例で認識カメラ間の姿勢ずれを補正しなければならないのは、ボンディングヘッド４２０によるピックアップに関与するステージ認識カメラ２０５と、ボンディングヘッド４２０によるボンディング位置へのボンディングに関与する基板認識カメラ２０３である。

また、ダイボンダ１００は、中間ステージ３３０とボンディングステージ４３０との間に設けられたアンダービジョンカメラ２０４と、を備える。アンダービジョンカメラ２０４はボンディングヘッド４２０が移動中に吸着しているダイＤまたはコレット４０２の状態を真下から観察する。

次に、ボンディングヘッド４２０が中間ステージ３３０からダイＤをピックアップし、基板Ｓに実装する手順について図９を用いて簡単に説明する。

ステージ認識カメラ２０５は、中間ステージ３３０上のダイＤの表面を撮像し、撮像した画像を画像処理装置３０１に出力する。画像処理装置３０１は、撮像されたダイＤの画像を画像処理することによって、ダイＤの中心位置（Ｘｄ，Ｙｄ，θｄ）を算出する。

基板認識カメラ２０３は、基板Ｓの所定のダイ接着位置を撮像し、撮像した画像を画像処理装置３０１に出力する。画像処理装置３０１は、撮像された基板Ｓの画像を画像処理することによって、基板Ｓの実装する位置の中心位置（Ｘｍ，Ｙｍ，θｍ）を算出する。

さらに、位置制御装置３０２は、画像処理装置３０１が算出したダイＤの中心位置にコレット４０２の回転中心（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）を合わせる。その際、ダイＤの回転方向のずれ、基板Ｓの回転方向のずれ、およびθ回転のマッピングデータに基づいて、画像処理装置３０１がθ補正量を算出する。位置制御装置３０２は、そのθ補正量に基づいてコレット４０２にθ補正を施して、中間ステージ３３０からピックアップ対象のダイＤをピックアップする。

このように、ボンディングヘッド４２０のコレット４０２は、ステージ認識カメラ２０５および基板認識カメラ２０３が撮像した画像に基づいて、中間ステージ３３０上（ポイントＰ_３）に移動してダイＤをピックアップする。ピックアップ後、ボンディングヘッド４２０のコレット４０２は、ポイントＰ_２に移動する。

ポイントＰ_２では、コレット４０２の回転中心（Ｘｐ，Ｙｐ，θｐ）と実装する位置の中心（Ｘｍ，Ｙｍ，θｍ）を合わせて中間ステージ３３０からピックアップしたダイＤを基板Ｓに実装する。

（第二変形例）
回転機構のずれについて説明したが、コレットの交換時に位置ずれが発生することがある。コレットの交換時に位置ずれについて図１０および図１１を用いて説明する。図１０はボンディングヘッドの一部を示す断面図である。図１１は第二変形例におけるダイボンダのコレットの底面のθずれについて説明するための図である。図１１（ａ）はアンダービジョンカメラが撮像した回転量指令値が０度の場合の理想的な底面の画像を示す図である。図１１（ｂ）はθ方向にずれている底面の画像一例を示す図である。図１１（ｃ）はＸ方向およびＹ方向にずれている底面の画像一例を示す図である。

図１０に示すように、ボンディングヘッド４２０は固定部としてのシャフト４０３にはダイの大きさによって交換するコレット４０２が固定具４０４により固定して取り付けられる。コレット４０２は取付部４０２ｃとダイＤを吸着する底面部４０２ｄとで構成される。シャフト４０３とコレット４０２の取付部４０２ｃとの間には、機械的な隙間が必ず存在するので、固定具４０４で固定すると、コレット４０２の中心は、回転中心と一致しないことがある。図１１に示すように、交換する都度、θ方向、Ｘ方向およびＹ方向に対するずれが発生することがある。

本変形例では、例えば、アンダービジョンカメラを使用して、コレットの交換の都度、実施例における回転機構によるずれの補正に加えて、コレットの回転中心の補正データを作成する。これによって、実装時に回転中心のずれを自動的に補正する。この結果、生産性を落とさず、実装精度を向上させたものである。

コレット４０２の回転中心位置が、その回転する角度により変動する場合の補正のためのマッピングデータの作成方法について図４を用いて説明する。

画像処理装置３０１は、実施例と同様に、アンダービジョンカメラ２０４によりコレット４０２の下方側からコレット４０２の底面（ダイＤを吸着する面）を撮像する。画像処理装置３０１は、実施例と同様に、位置制御装置３０２を介して、回転機構４０８に回転量指令値を出力し、回転機構４０８は、当該回転量指令値に従ってコレット４０２を回転する。画像処理装置３０１は、実施例と同様に、位置制御装置３０２を介して、コレット４０２を回転機構４０８の最小分解能単位等の所定角度毎に回転させる。画像処理装置３０１は、実施例と同様に、アンダービジョンカメラ２０４によりマーカ４０２ａ，４０２ｂを所定角度毎に撮像する。

画像処理装置３０１は、実施例と同様に、撮像されたダイＤの画像を２値化等の画像処理をして二つのマーカ４０２ａ，４０２ｂのそれぞれの重心位置を算出して求める。画像処理装置３０１は、二つのマーカ４０２ａ，４０２ｂの重心位置に基づいて、すなわち、二つの重心位置を結ぶ直線の中心点Ｏおよび基準線となす角度に基づいて、コレット４０２の回転中心Ｏｔおよび実際の回転量（実回転量）を算出する（測定する）。画像処理装置３０１は、中心点Ｏと回転中心Ｏｔとのずれ量および回転量指令値（指令角度）と実回転量（測定結果）とのずれ量（変位量）をマッピングデータとして画像処理装置３０１または位置制御装置３０２の記憶装置に格納して保存（記録）する。

マッピングデータの記録は、実施例と同様に、駆動部側の歯車４１１ａ、従動部側の歯車４１１ｂ、ベルト４１１ｃの歯数の公倍数になる回転数分行う。

例えば、画像処理装置３０１は、回転量指令値を０度から３６０度までの回転を上述した公倍数の回転数分行い、それぞれの回転動作後におけるアンダービジョンカメラ２０４で撮像した画像を画像処理する。そして、画像処理装置３０１は、実施例と同様の回転量指令値（指令角度）と実回転量（測定結果）とのずれ量（変位量、△θ）に加えて、Ｘ座標の誤差（△Ｘ）およびＹ座標の誤差（△Ｙ）をマッピングデータとして制御装置１４の記憶装置に保存する。

ボンディングヘッド４２０がウェハＷからダイＤをピックアップし、基板Ｓに実装する手順は実施例と同様である。

以上、本開示者らによってなされた開示を実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本開示は、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、実施例では、歯車４１１ａの回転を歯車４１１ｂに伝える伝達機構としてのタイミングベルト４１１ｃを用いる例を説明したが、伝達機構は歯車であってもよい。

また、実施例および変形例ではθの算出方法は二つの円形マーカの重心を用いる方法を説明したが、円形マーカの代わりにコレットの下面の端部が形成する一つの辺と平行および直角をなす直線のマーカを設けてもよい。この直線の複数個所のエッジ検出にてこの直線の方向からθを求めたり、パターンマッチングに代表されるテンプレートモデルを登録し、そのモデルの検出結果または複数モデルの検出結果間の成す方向からθを求めたりしてもよい。

実施例および変形例ではボンディングヘッド４２０がダイＤをピックアップする前に回転補正を行う例を説明したが、ピックアップ前に回転補正を行わず、ボンディングヘッド４２０はボンディング時にダイを回転補正させてからボンディングするようにしてもよい。

また、実施例および変形例ではウェハ上または中間ステージのダイの位置測定において回転方向のずれ量を検出する例を説明したが、ボンディングヘッド４２０がダイＤをピックアップした後にアンダービジョンによるダイの位置測定において回転方向のずれ量が検出された場合、ボンディングヘッド４２０はボンディング時にダイを回転補正させてからボンディングするようにしてもよい。

また、実施例および変形例では回転補正を行う例について説明したが、一つの基板に複数種類の回転角（例えば、９０度、１８０度）でのボンディングを要する製品については、ボンディングするダイごとに必要な角度に回転させると共に回転補正するようにしてもよい。

また、実施例および変形例ではボンディングヘッドの回転補正について説明したが、ピックアップヘッドまたは保持部を回転する回転機構を有する中間ステージに適用してもよい。ピックアップヘッドに適用する場合は、第一変形例におけるピッアップ装置１１２と中間ステージ３３０との間であって、ピックアップヘッド２２０の下方に撮像装置としてのアンダービジョンカメラを設ける。中間ステージに適用する場合は、第一変形例における中間ステージ３３０に、ボンドヘッド４２０の回転機構と同様の回転機構と、回転機構により回転するダイを保持する保持部と、を設け、撮像装置としてステージ認識カメラ２０５を用いる。

また、第一変形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一つ備えているが、それぞれ２つ以上であってもよい。

また、実施例および変形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。

また、実施例ではダイはウェハからピックアップされる例を説明したが、製品ダイを収納したトレーなどからピックアップするようにしてもよい。

１４：制御装置
１００：ダイボンダ（ダイボンディング装置）
２０４：アンダービジョンカメラ（撮像装置）
２０５：ステージ認識カメラ（撮像装置）
３０８：θ軸モータ（駆動部）
４０２：コレット（保持部）
４０３：シャフト（回転軸）
４０８：回転機構
４１１ａ：歯車（第一歯車）
４１１ｂ：歯車（第二歯車）
４１１ｃ：ベルト（伝達機構）
Ｄ：ダイ

Claims (18)

1. ダイを保持する保持部と、
   前記保持部を支持する回転軸を回転する回転機構と、
   前記保持部を撮像する撮像装置と、
   前記回転機構および前記撮像装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記回転機構は、駆動部と、駆動部に取り付けられた第一歯車と、前記回転軸に取り付けられた第二歯車と、前記第一歯車の回転を前記第二歯車に伝える伝達機構と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記回転機構によって前記保持部を所定の回転角度に回転させ、前記回転角度ごとに前記撮像装置によって前記保持部の前記ダイと接触する面を撮像し、
   撮像された画像に基づいて前記保持部の回転量を算出し、かつ前記回転角度ごとの回転量指令値と前記回転量とのずれ量を算出してマッピングデータとし、
   前記マッピングデータの算出を前記第一歯車、前記第二歯車、前記伝達機構の歯数の公倍数になる回転数分行うよう構成されるダイボンディング装置。
2. 請求項１のダイボンディング装置において、
   前記制御装置は、前記マッピングデータの算出を前記公倍数の最小公倍数になる回転数分行うよう構成されるダイボンディング装置。
3. 請求項１のダイボンディング装置において、
   前記制御装置は、前記マッピングデータの算出を複数の最小公倍数になる回転数分行い、前記回転角度ごとに平均化するよう構成されるダイボンディング装置。
4. 請求項１のダイボンディング装置において、
   前記制御装置は、ダイをピックアップする都度または所定位置に載置する都度、前記マッピングデータに基づいて前記保持部の回転補正を行うよう構成されるダイボンディング装置。
5. 請求項４のダイボンディング装置において、
   前記制御装置は、前記マッピングデータと前記回転機構の絶対位置とに基づいて補正量を決定するよう構成されるダイボンディング装置。
6. 請求項５のダイボンディング装置において、
   前記制御装置は、前記保持部の回転量の指令値を入力する前に到着位置から予想されるずれ量に基づいて到着位置の前記補正量を先んじて算出するよう構成されるダイボンディング装置。
7. 請求項１のダイボンディング装置において、
   前記保持部は二つのマーカを備え、
   前記制御装置は、前記撮像された画像に基づいて前記二つのマーカそれぞれの重心位置を算出し、前記算出した重心位置に基づいて前記保持部の実際の回転量を算出するよう構成されるダイボンディング装置。
8. 請求項１から７の何れか１項のダイボンディング装置において、
   前記保持部はダイをピックアップして所定位置に載置するアタッチメントヘッドに取り付けられたコレットであり、
   前記撮像装置は前記アタッチメントヘッドの下方に設けられるダイボンディング装置。
9. 請求項８のダイボンディング装置において、
   前記アタッチメントヘッドはウェハからダイをピックアップし、基板に載置するボンディングヘッドであるダイボンディング装置。
10. 請求項８のダイボンディング装置において、さらに、
    中間ステージと、
    ウェハからダイをピックアップし、前記中間ステージに載置するピックアップヘッドと、
    を備え、
    前記アタッチメントヘッドは前記中間ステージからダイをピックアップし、基板に載置するボンディングヘッドであるダイボンディング装置。
11. 請求項８のダイボンディング装置において、
    前記制御装置は、さらに、
    前記撮像された画像に基づいて前記コレットの回転中心を算出し、前記回転角度ごとの前記回転中心のずれ量を算出して前記マッピングデータに登録し、
    前記アタッチメントヘッドが前記ダイをピックアップする都度または所定位置に載置する都度、前記マッピングデータに基づいて前記コレットの位置補正を行うよう構成されるダイボンディング装置。
12. 請求項１１記載のダイボンディング装置において、
    前記マッピングデータに登録される前記回転中心のずれ量は、前記回転角度ごとのＸ方向、Ｙ方向およびθ方向のずれ量であるダイボンディング装置。
13. 請求項１のダイボンディング装置において、
    前記回転軸はシャフトで構成され、
    前記伝達機構はタイミングベルトまたは歯車で構成されるダイボンディング装置。
14. 請求項１のダイボンディング装置において、
    前記保持部は、ウェハからダイをピックアップし載置される中間ステージに設けられ、
    前記撮像装置は前記中間ステージの上方に設けられるダイボンディング装置。
15. ダイを保持する保持部と、前記保持部を支持する回転軸を回転する回転機構と、前記保持部を撮像する撮像装置と、前記回転機構および前記撮像装置を制御する制御装置と、を備え、前記回転機構は、駆動部と、駆動部に取り付けられた第一歯車と、前記回転軸に取り付けられた第二歯車と、前記第一歯車の回転を前記第二歯車に伝える伝達機構と、を備え、前記制御装置は、前記回転機構によって前記保持部を所定の回転角度に回転させ、前記回転角度ごとに前記撮像装置によって前記保持部の前記ダイと接触する面を撮像し、撮像された画像に基づいて前記保持部の回転量を算出し、かつ前記回転角度ごとの回転量指令値と前記回転量とのずれ量を算出してマッピングデータとして記憶装置に格納し、前記マッピングデータの格納を前記第一歯車、前記第二歯車、前記伝達機構の歯数の公倍数になる回転数分行うよう構成されるダイボンディング装置にウェハリングを搬入する工程と、
    ダイをピックアップする都度またはダイを所定位置に載置する都度、前記マッピングデータに基づいて前記保持部の回転補正を行う工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
16. 請求項１５の半導体装置の製造方法において、
    ウェハからダイをピックアップし、ピックアップした前記ダイを基板に載置する工程を含む半導体装置の製造方法。
17. 請求項１５の半導体装置の製造方法において、
    ウェハからダイをピックアップし、ピックアップした前記ダイを中間ステージに載置する工程と、
    前記中間ステージからダイをピックアップし、ピックアップした前記ダイを基板に載置する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
18. 請求項１５の半導体装置の製造方法において、
    前記マッピングデータには、前記撮像された画像に基づいて前記保持部の回転中心が算出され、前記回転角度ごとの前記回転中心のずれ量が算出して登録されている半導体装置の製造方法。

Images