JP2022160130A - コレット検出装置、コレット補正装置、ボンディング装置、コレット、コレットユニット、コレット検出方法、コレット補正方法、ボンディング方法、半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、検出誤差を抑制できるコレット検出装置を提供することを課題とする。【解決手段】チップ２１を吸着するコレット２４の位置を検出するコレット検出装置３０であって、コレット２４の吸着面２４ａと反対側から撮像する基板上カメラ３１と、基板上カメラ３１と反対側から撮像する下カメラ３２と、基板上カメラ３１および下カメラ３２により撮像可能な位置合わせマーク３４ａと、基板上カメラ３１が撮像した画像によりコレット２４の位置を検出する画像認識手段３３と、を備え、画像認識手段３３は、基板上カメラ３１および下カメラ３２が撮像したそれぞれの画像内の位置合わせマーク３４ａを検出し、基板上カメラ３１と下カメラ３２とを位置合わせすることを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、コレット検出装置、コレット補正装置、ボンディング装置、コレット、コレットユニット、コレット検出方法、コレット補正方法、ボンディング方法、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造においては、多数個の素子を一括して造り込まれたウエハをダイシングして個々の半導体チップに分離し、これを一個ずつリードフレーム等の所定位置にボンディングするというチップボンディングの手法が採用されている。

従来においては、特許文献１等に記載のように、チップをピックアップ位置においてピックアップ用コレットにてピックアップし（吸着し）、中間ステージに供給する。そして、この中間ステージ上に供給されているチップをボンディング用コレットにてピックアップし、ボンディング位置に供給するものがある。

この特許文献１に記載のボンディング装置は、図８に示すように、半導体ウエハを保持する第１保持手段としてのウエハ保持台１と、シートを保持する第２保持手段としてのシート保持台２と、ウエハ保持台１とシート保持台２との間に配置される中間ステージ３とを備える。

そして、ウエハ保持台１のチップを吸着して中間ステージ３としてのガラス載置台に供給するためのピックアップヘッド（コレットおよびそのホルダ）５と、中間ステージ３のチップを吸着してシート保持台２に供給するためにピックアップヘッド（コレットおよびそのホルダ）６とを備える。

各ピックアップヘッド５，６は、Ｙ軸方向に沿って往復動するアーム７，８に付設され、各アーム７，８の本体部７ａ，８ａが、Ｘ軸方向に沿って基台１１上を往復動するブロック体９，１０にＺ軸方向に沿って往復動可能として付設されている。

すなわち、ピックアップヘッド５がウエハからのピックアップ用のヘッドとなり、ピックアップヘッド６がボンディング用のヘッドとなる。このため、ピックアップヘッド５は、各Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に沿って移動してウエハ保持台１のチップを中間ステージ３に供給でき、ピックアップヘッド６は、各Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に沿って移動して中間ステージ３上のチップをシート保持台２のボンディング位置にボンディングすることができる。

このようなボンディング装置では、経時変化や新しいコレットへの交換などにより、コレットに位置ズレが生じる場合がある。従って、撮像機構によりコレットを撮像してコレットの位置を検出および補正することが従来から行われている。

例えば特許文献２では、ボンディングヘッドの上方に、発光ターゲットマーカを設けている。そして、カメラにより発光ターゲットマーカを撮像することで、カメラに対するボンディングヘッドの傾きや高さの変化を検出し、ボンディング位置の精度を向上させている。

特開２００６－１３０７３号公報 特開２０１９－１７５８８８号公報

撮像機構にも経時による姿勢の変化が生じる場合がある。この場合、特許文献２のように撮像機構が撮像した画像によりコレットの位置等を検出する方法では、この撮像機構の位置ズレがそのまま検出誤差や補正誤差になってしまうという問題があった。

以上のことから、本発明では、検出誤差を抑制できるコレット検出装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、チップを吸着するコレットの位置を検出するコレット検出装置であって、前記コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側から撮像する第１の撮像機構と、前記第１の撮像機構と反対側から撮像する第２の撮像機構と、前記第１の撮像機構および前記第２の撮像機構により撮像可能な位置合わせマークと、前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記コレットの位置を検出する画像認識手段と、を備え、前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構および前記第２の撮像機構が撮像したそれぞれの画像内の前記位置合わせマークを検出し、前記第１の撮像機構と前記第２の撮像機構とを位置合わせすることを特徴とする。

本発明のコレット検出装置によれば、第１の撮像機構と第２の撮像機構とが共通して撮像した位置合わせマークを基準にして、第１の撮像機構と第２の撮像機構との位置合わせを行う。これにより、経時変化により第１の撮像機構に位置ズレが生じた場合でも、この位置ズレを補正でき、コレット等の位置検出の誤差を抑制できる。

上記コレット検出装置では、前記位置合わせマークが、前記コレット、あるいは、前記コレットと一体的に移動する部材に設けられるものとすることができる。これにより、第１の撮像機構と第２の撮像機構との位置合わせを行うための位置合わせマークが、コレットの位置を検出するための基準マークとしての機能を兼ねることができる。

上記コレット検出装置では、前記位置合わせマークを、前記コレットとは別体で設けることもできる。

上記コレット検出装置では、前記第１の撮像機構は、前記位置合わせマークを撮像する位置、および、前記画像認識手段が前記コレットの位置を検出するための画像を撮像する位置へ移動可能であるものとすることができる。

また、上記コレット検出装置と、前記コレット検出装置の検出結果に基づいて、前記コレットの位置を補正する位置補正手段とを備えたコレット補正装置とすることができる。

また、上記コレット補正装置を備え、コレットにより前記チップをピックアップしてボンディング位置まで搬送し、当該ボンディング位置にボンディングするボンディング装置とすることができる。

上記ボンディング装置は、前記第１の撮像機構は、前記チップをピックアップするピックアップ位置を撮像し、前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記ピックアップ位置を検出し、当該検出結果により、実際に前記コレットに前記チップをピックアップさせる位置を補正するものとすることができる。これにより、ピックアップするチップとコレットとを高精度に位置合わせできる。

上記ボンディング装置は、前記第１の撮像機構は前記ボンディング位置を撮像し、前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記ボンディング位置を検出し、当該検出結果により、実際に前記コレットに前記チップをボンディングさせる位置を補正することができる。これにより、チップのボンディング位置の精度を高めることができる。

上記ボンディング装置は、ピックアップされた前記チップを載置する中間ステージをさらに有し、前記第１の撮像機構は前記中間ステージを撮像し、前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記中間ステージ上の前記チップをピックアップする位置、あるいは、前記中間ステージ上の前記チップを載置する位置を検出し、該検出結果により、実際に前記コレットに前記中間ステージ上で前記チップをピックアップさせる位置、あるいは、前記中間ステージ上で前記チップを載置させる位置を補正するものとすることができる。これにより、中間ステージに載置するチップの位置精度を向上させることができる。あるいは、中間ステージからピックアップしたチップのコレットに対する位置精度を高めることができる。

また上記課題を解決するため、本発明は、コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側から撮像する第１の撮像機構、および、前記第１の撮像機構と反対側から撮像する第２の撮像機構により撮像可能な位置合わせマークを備えたコレットを特徴とするものである。

また上記課題を解決するため、本発明は、位置合わせマークを有し、コレットと一体的に移動する一体部材とを備えたコレットユニットであって、前記位置合わせマークは、前記コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側から撮像する第１の撮像機構、および、前記第１の撮像機構と反対側から撮像する第２の撮像機構により撮像できるコレットユニットを特徴とするものである。

また上記課題を解決するため、本発明は、チップを吸着するコレットの位置を検出するコレット検出方法であって、第１の撮像機構により、前記コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側のうちの一方から位置合わせマークを、第２の撮像機構により、前記コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側のうちの他方から前記位置合わせマークをそれぞれ撮像し、画像認識手段が前記撮像したそれぞれの画像内の前記位置合わせマークを検出して、前記第１の撮像機構と前記第２の撮像機構とを位置合わせし、画像認識手段は、第１の撮像機構が撮像した画像により前記コレットの位置を検出するコレット検出方法を特徴とするものである。

上記コレット検出方法は、前記位置合わせマークは、前記コレットと別体で設けられており、前記第１の撮像機構による前記位置合わせマークの撮像と、前記第２の撮像機構による前記位置合わせマークの撮像とが時間差で行われるものとすることができる。

上記コレット検出方法によるコレットの位置検出結果に基づいて、コレットの位置を補正するコレット補正方法とすることができる。

前記コレットにより前記チップをピックアップしてボンディング位置まで搬送し、前記チップを当該ボンディング位置にボンディングするボンディング方法であって、上記のコレット補正方法によりボンディング位置を補正するコレット補正方法とすることができる。

ボンディング装置へウエハを供給するウエハ供給工程と、前記ボンディング装置が、前記ウエハから前記チップをピックアップする工程と、基板を前記ボンディング装置へ供給する基板供給工程と、前記ボンディング装置が、上記ボンディング方法により、前記基板に前記チップをボンディングするボンディング工程と、前記チップをボンディングされた基板を含む半導体装置を回収する回収工程とのうち、前記ウエハ供給工程、前記基板供給工程、そして前記回収工程の少なくともいずれか一つの工程と前記ボンディング工程とを含む半導体装置の製造方法とすることができる。

本発明によれば、検出誤差を抑制し、コレットの位置を高精度に検出できる。

本発明の一実施形態に係るダイボンダを示し、（ａ）はピックアップ工程を示す簡略図であり、（ｂ）はボンディング工程を示す簡略図である。 コレットおよびコレットホルダを示す図で、（ａ）図が側面図、（ｂ）図が平面図である。 コレットがチップをウエハから中間ステージへ供給する工程を示すフロー図である。 コレットがチップを中間ステージから基板へ供給する工程を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係るコレット検出装置、コレット補正装置、ボンディング装置の概略構成図である。 位置合わせ部材により、基板上カメラと吸着面側カメラとを位置合わせする様子を示す概略図である。 上記ダイボンダを備えた半導体装置製造装置を示す概略図である。 中間ステージを有する従来のダイボンダの簡略斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

以下、図１を用いて本発明の一実施形態に係るダイボンダ（ボンディング装置）を説明する。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ダイボンダ１００は、コレットホルダ２３に保持されたピックアップ用コレット２２と、コレットホルダ２５に保持されたボンディング用コレット２４とを有する。コレット２２およびコレット２４は、例えばゴムなどの弾性材により形成される弾性部を有する。またコレット２２およびコレット２４は、コレットホルダ２３あるいはコレットホルダ２５により、適宜の方法で保持されており、例えばコレットホルダ２３あるいはコレットホルダ２５にネジ止めされている。

ピックアップ用コレット２２は、コレットホルダ２３を介してアーム（図示省略）が接続され、このアームがピックアップ側搬送手段（図示省略）にて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に駆動およびθ方向へ回転できる。この場合、ピックアップ側搬送手段としては、ロボットアーム機構やＸＹＺθ軸ステージ等で構成できる。また、コレット２２は、その下端面に開口した吸着孔を介してチップ２１が真空吸引され、このコレット２２の下端面にチップ２１が吸着する。この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレット２２からチップ２１が外れる。ピックアップ用コレット２２としては、吸着面２２ａがフラットなフラットコレットであっても、吸着時にチップのエッジを案内するテーパ部を有する角錐コレットであってもよく、チップの２辺で吸着するタイプであっても、チップの４辺で吸着するタイプであってもよい。なお、このピックアップ用コレット２２の真空引きには、真空ポンプやエジェクタ等の真空発生器を使用する。本実施形態では、θ方向はＸ－Ｙ平面に沿う回転の方向である。

図１（ａ）に示すように、ピックアップ用コレット２２は、コレットホルダ２３と一体的に、ウエハ２６と中間ステージ２７との間を移動可能である。より具体的には、ピックアップ用コレット２２は、待機位置、つまり、ウエハ２６と中間ステージ２７との中間位置の上部位置から、矢印Ｃ１方向に沿ってウエハ２６の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｄ１方向に沿って下降して、ウエハ２６におけるチップ２１を吸着する（つまり、チップ２１をピックアップする）ための移動、この位置から矢印Ｄ２方向に沿って上昇してウエハ２６の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｃ２方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。またピックアップ用コレット２２は、待機位置から矢印Ｃ３方向に沿って中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｄ３方向に沿って下降して、中間ステージ２７上のチップを載置する位置への移動、この位置から矢印Ｄ４方向に沿って上昇して中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｃ４方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。

ボンディング用コレット２４は、コレットホルダ２５を介してアーム（図示省略）が接続され、このアームがボンディング側コレット搬送手段にて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に駆動およびθ方向へ回転できる。このボンディング側コレット搬送手段も、ロボットアーム機構やＸＹＺθ軸ステージ等で構成できる。また、コレット２４としては、吸着面２４ａがフラットなフラットコレットであっても、吸着時にチップのエッジを案内するテーパ部を有する角錐コレットであってもよく、チップの２辺で吸着するタイプであっても、チップの４辺で吸着するタイプであってもよい。なお、コレット２４の真空引きには、真空ポンプやエジェクタ等の真空発生器を使用する。

図１（ｂ）に示すように、ボンディング用コレット２４は、コレットホルダ２５と一体的に、中間ステージ２７と基板２８との間を移動可能である。より具体的には、ボンディング用コレット２４は、基板２８と中間ステージ２７との中間位置の上部位置から、矢印Ｅ１方向に沿って中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｆ１方向に沿って下降して、中間ステージ２７上のチップ２１を吸着するための移動、この位置から矢印Ｆ２方向に沿って上昇して中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｅ２方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。またボンディング用コレット２４は、待機位置から矢印Ｅ３方向に沿って基板２８の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｆ３方向に沿って下降して、ボンディング位置Ｂへチップ２１をボンディングするための移動、この位置から矢印Ｆ４方向に沿って上昇して基板２８の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｅ４方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。

ウエハ２６の上方にはウエハ上カメラ５１が、中間ステージ２７の上方には中間ステージ上カメラ５２が、それぞれ設けられる。ウエハ上カメラ５１および中間ステージ上カメラ５２は図１の上側から下方向へ撮像するカメラであり、言い換えると、コレット２２の吸着面２２ａ（あるいは、コレット２４の吸着面２４ａ）が死角になる位置から撮像するカメラである。

基板２８の上方には基板上カメラ３１が設けられる。基板上カメラ３１は図１の上側（コレット２４の吸着面２４ａと反対側）から図１の下方向へ撮像するカメラであり、言い換えると、コレット２４の吸着面２４ａが死角になる位置から撮像するカメラである。

中間ステージ２７と基板２８との間でコレット２４の待機位置の下方には、第２の撮像機構としての下カメラ３２が設けられる。下カメラ３２はコレット２４の吸着面２４ａを撮像可能な方向から撮像するカメラであり、図１の下側から上方向へ撮像するカメラである。下カメラ３２は、コレット２４の吸着面２４ａを撮像し、吸着面２４ａに吸着されたチップ２１を撮像する。

図２（ａ）に示すように、コレット２２（コレット２４）には突出部６１が設けられる。図２（ｂ）に示すように、突出部６１には十字状の基準マーク６１ａが形成されている。基準マーク６１ａは例えば発光塗料により形成されたり、突出部６１の上面のその他の部分より凹状に形成される等、コレット２２（コレット２４）上方のカメラにより撮像された際に、突出部６１のその他の部分と判別できるようにされている。また、基準マーク６１ａの形状は十字状に限らず、円形、四角形など適宜の形状を採用できる。ただし、十字状や四角形、あるいは、円形に周方向位置を確認できる目印を設けた構成等、基準マーク６１ａの回転方向（基準マーク６１ａが設けられた面に沿う回転方向）を検出できる形状であることが好ましい。また、基準マーク６１ａが回転方向を検出できない形状であったとしても、異なる２点の位置で画像を撮像することにより、基準マーク６１ａが設けられたコレットの撮像面に対する回転角度を検出してもよい。つまり、カメラとコレットの相対位置が異なる２つの配置（例えば、コレットをカメラに対して相対的に水平移動させた前後の位置）で、撮像した画像におけるそれぞれの基準マーク６１ａの位置を検出させることにより、基準マーク６１ａが設けられたコレットの回転角度を検出してもよい。

コレット２２（コレット２４）、および、コレット２２（コレット２４）と一体的に移動する一体部材であるコレットホルダ２３（２５）によりコレットユニット９０が構成される。

基準マーク６１ａが突出部６１に形成されることで、図２（ｂ）のように、コレットホルダ２３（２５）上方のカメラが、コレットホルダ２３（２５）に遮られることなく基準マーク６１ａを撮像できる。

この撮像した画像に基づいて、画像認識手段が、基準マーク６１ａの位置を認識し、撮像したカメラに対するコレット２２（２４）の位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、コレット搬送手段に、コレット２２（２４）を、例えばピックアップ位置やボンディング位置等の所定の位置へ移動させることができる。

次に、このピックアップ用コレット２２によりチップ２１をピックアップして中間位置に供給する過程を、図１（ａ）および図３を用いて説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、コレット２２を待機位置からウエハ２６の上部へ移動させる（図３のステップＳ１）。そして、ウエハ上カメラ５１によりコレット２２の基準マーク６１ａ、および、ピックアップするチップ２１を撮像し、画像認識手段が、コレット２２、および、ピックアップするチップ２１の位置（つまり、ピックアップ位置）を検出する（ステップＳ２）。この検出結果に基づいてコレット２２を移動させ、コレット２２がウエハ２６からチップ２１をピックアップする（ステップＳ３）。なお、チップ２１は、ウエハ２６から多数に分割されたものである。

次に、コレット２２を中間ステージ２７の上方へ移動させる。中間ステージ上カメラ５２により、コレット２２の基準マーク６１ａ、および、中間ステージ２７上のチップ２１を載置する位置を撮像し、画像認識手段がコレット２２の位置、および、チップ２１を載置する位置を検出する（ステップＳ４，Ｓ５）。この検出結果に基づいて、コレット２２を移動させ、コレット２２にチップ２１の吸着状態を解除させてチップ２１を中間ステージ２７に載置させる（ステップＳ６）。最後に、コレット２２を待機位置へ移動させる（ステップＳ７）。

本実施形態のステップＳ２のように、チップ２１をウエハ２６からピックアップする前のコレット２２の位置、および、ピックアップするチップ２１の位置を検出することにより、コレット２２がチップ２１を精度良く自身の所定の位置に保持できる。また、ステップＳ５のように、中間ステージ上カメラ５２により、チップ２１を中間ステージ２７に載置する前のコレット２２、および、中間ステージ２７上のチップ２１を載置する位置を検出することで、コレット２２に精度よくチップ２１を中間ステージ２７に載置させることができる。 ただし、必ずしもステップＳ２やＳ５のように、コレット２２やチップ２１、中間ステージ２７上のチップ２１を載置する位置を検出する必要はない。

次に、ボンディング用コレット２４が中間ステージ２７のチップ２１を基板２８上にボンディングするまでの過程について、図１（ｂ）および図４を用いて説明する。

まず、図１（ｂ）に示すように、コレット２４を中間ステージ２７の上方へ移動させる（図４のステップＳ１１）。そして、中間ステージ２７上に配置されたコレット２４の基準マーク６１ａ、および、中間ステージ２７上のチップ２１を中間ステージ上カメラ５２により撮像し、画像認識手段がコレット２４、および、チップ２１の位置を検出する（ステップＳ１２）。この検出結果に基づいてコレット２４を移動させ、中間ステージ２７上のチップ２１を吸着保持させる（ステップＳ１３）。

次に、コレット２４を下カメラ３２の上方に移動させる（ステップＳ１４）。下カメラ３２がコレット２４の吸着面を撮像する（ステップＳ１５）。撮像した画像により、コレット２４がチップ２１を正しく吸着していることを確認したり、コレット２４に対するチップ２１の位置を確認したりする。

次に、コレット２４を基板２８の上方へ移動させる（ステップＳ１６）。基板上カメラ３１がコレット２４の基準マーク６１ａ、および、基板２８上のボンディング位置Ｂを撮像し、画像認識手段がコレット２４の位置、および、ボンディング位置Ｂを検出する（ステップＳ１７）。この検出結果に基づいてコレット２４を移動させ、基板２８上にチップ２１をボンディングする（ステップＳ１８）。最後に、コレット２４を上昇させて待機位置へ移動させる（ステップＳ１９）。

本実施形態のステップＳ１２のように、中間ステージ２７上のチップ２１を吸着して保持する前のコレット２４の位置、および、このチップ２１の位置を検出することにより、コレット２４がチップ２１を精度良く自身の所定の位置に保持できる。また、ステップＳ１７のように、基板上カメラ３１により、チップ２１をボンディングする前のコレット２４、および、ボンディング位置Ｂを検出することで、コレット２４に精度よくチップ２１をボンディングさせることができる。また、ステップＳ１５でコレット２４に対するチップ２１の位置ズレを検出した上で、ステップＳ１７においてこのチップ２１の位置ズレも加味して、コレット２４が実際にチップ２１をボンディングする位置を決定することもできる。チップ２１の位置ズレとは、例えば、コレット２４に保持されたチップ２１の中心の理想の位置と実際のチップ２１の中心の位置との差である。ただし、必ずしもステップＳ１２やＳ１７のようにコレット２４やチップ２１、ボンディング位置を検出する必要はなく、例えばコレット２４のみを検出して、あらかじめ定められたボンディング位置等へコレット２４を移動させることもできる。

上記のコレットの位置検出によるコレットのボンディング位置への位置合わせは、コレットの、ボンディングする面（あるいは、撮像機構により撮像された面）に沿う方向で、互いに直交する二方向へ（例えば、撮像面の縦方向および横方向）の移動による位置合わせ、あるいは、この面に沿う回転方向の位置合わせである。また、前述したウエハからのチップのピックアップや中間ステージ上へのチップの載置あるいはピックアップについても同様である。

例えばコレット２２（２４）およびコレットホルダ２３（２５）は、これらを保持する前述のアームに対して回転軸を介して保持され、このアームに対して回転可能に設けられる。この回転軸の回転により、コレット２２（２４）は、吸着したチップ２１を任意の角度だけ回転させてボンディングすることができる。しかし、コレット２２（２４）がこの回転軸に対して偏芯して回転することがあり、この回転によりコレット２２（２４）の位置が狙いの位置から位置ズレする場合がある。従って、上記のようにコレットの位置検出によりコレットの撮像機構に対する位置合わせを行うことで、このような位置ズレを補正することができる。これにより、コレットがチップを精度良くボンディングあるいは中間ステージに載置したり、コレットがチップを精度良くピックアップすることができる。

また、コレット２４がチップ２１をピックアップした際に、コレット２４のチップ２１を保持する位置がずれていると、上記のコレット２４の回転軸に対する偏芯により、チップ２１の位置がさらにずれてしまう。そこで、上記のステップＳ１５によりチップ２１のコレット２４に対する位置ズレを検出した上で、ステップＳ１７において、この位置ズレも加味して、コレット２４によるチップ２１を実際にボンディングする位置を決定してもよい。

ところで、基板上カメラ３１等の各カメラは、経時による姿勢の変化などによって当初の理想の位置から位置ズレする。そして、上記のように基板上カメラ３１によって撮像した画像によりコレット２４やボンディング位置Ｂを検出する方法では、カメラの位置ズレがチップ２１をボンディングする位置等の誤差になってしまう。

そこで本実施形態のコレット検出装置では、上下に設けられたカメラの位置合わせをすることにより、カメラの経時の位置ズレを補正している。以下の説明では、一例として第１の撮像機構としての基板上カメラ３１と第２の撮像機構としての下カメラ３２との位置合わせをする場合について説明する。この場合、第１の撮像機構としての基板上カメラ３１が撮像した画像により、画像認識手段がコレット２４の位置を検出する。

図５に示すように、コレット検出装置３０は、基板上カメラ３１と、下カメラ３２と、画像認識手段３３と、位置合わせ部材３４と、移動機構３５とを備える。

移動機構３５は基板上カメラ３１を水平移動させることができ、本実施形態では、基板上カメラ３１を基板２８の上部の所定の位置へ水平移動させたり、下カメラ３２との対向位置である、基板２８と中間ステージ２７との間の待機位置へ移動させたりすることができる。基板上カメラ３１を基板２８の上部の所定の位置で水平移動させることで、基板上カメラ３１が、基板２８上の各チップ２１がボンディングされる位置を撮像できる。

位置合わせ部材３４は、基板上カメラ３１と下カメラ３２の両方から撮像可能な位置合わせマーク３４ａ（図６参照）を有する。位置合わせ部材３４は、例えば薄板により構成される。位置合わせマーク３４ａは位置合わせ部材３４の厚み方向（図６の上下方向）に貫通する貫通孔である。位置合わせ部材３４を薄板にすることで、おもてと裏から位置合わせマーク３４ａを撮像した際の位置の誤差を最小限に抑えることができる。ただし、位置合わせ部材３４の構成はこれに限らない。例えば、位置合わせ部材３４をガラスで構成し、位置合わせマーク３４ａの部分だけを判別可能な別の材料（例えばクロム）により構成することで、逆方向からも透過して撮像可能な構成とする等、両側から撮像可能な構成であればよい。

位置合わせマーク３４ａの形状は、例えば十字状、円形、四角形など適宜の形状を採用できる。ただし、位置合わせマーク３４ａの回転方向（位置合わせマーク３４ａが設けられた面に沿う回転方向）を検出できる形状であることが好ましい。また、位置合わせマーク３４ａが回転方向を検出できない形状であったとしても、異なる２点の位置で画像を撮像することにより、位置合わせ部材の撮像面に対する回転角度を検出してもよい。

まず、図６に示すように、基板上カメラ３１を移動機構３５（図５参照）により水平移動させて、下カメラ３２の直上の位置に配置する。そして、基板上カメラ３１と下カメラ３２との間に位置合わせ部材３４を配置する。

次に、基板上カメラ３１と下カメラ３２とにより、同じ位置に配置された位置合わせ部材３４の位置合わせマーク３４ａを撮像する。そして、画像認識手段３３が、撮像されたそれぞれの画像における位置合わせマーク３４ａの位置を検出する。それぞれの画像における位置合わせマーク３４ａの位置が、予め定めた基準位置からずれて検出される場合には、基板上カメラ３１を下カメラ３２に対して位置合わせする。位置合わせは、いずれかのカメラを移動させてもよいし、画像認識手段３３が画像を認識する際に、ズレ分だけ画像上におけるコレットなどの検出位置を補正してもよい。また位置合わせの方法は、下カメラ３２を正として基板上カメラ３１を位置合わせしてもよいし、両方のカメラの中間位置とする等、適宜の位置合わせの方法を選択できる。またこの位置合わせは、撮像するカメラの撮像面に沿う方向で、互いに直交する二方向の補正、あるいは、撮像するカメラの撮像面に沿う回転方向の補正による位置合わせである。

基板上カメラ３１と下カメラ３２とは、同じ位置に配置された位置合わせ部材３４を時間差で交互に撮像する。撮像するタイミングは、互いの撮像に影響が出ないように完全に同時ではない。

位置合わせされた基板上カメラ３１は、再び基板２８の上方へ移動する（点線位置参照）。そして、図４のステップＳ１７～Ｓ１８により、中間ステージ２７上のチップ２１を基板２８上にボンディングする。この際、基板上カメラ３１と下カメラ３２とを位置合わせしたことにより、基板上カメラ３１が撮像した画像によるコレットの位置やボンディング位置の検出の誤差を抑制できる。

以上のように、本実施形態のコレット検出装置によれば、下カメラ３２と位置合わせされた基板上カメラ３１が撮像した画像により、コレット２４や基板２８上のボンディング位置Ｂを検出できる。従って、基板上カメラ３１に経時の姿勢の変化が生じて当初の位置から位置ズレした場合でも、位置ずれによる検出誤差を抑制でき、コレット２４やチップ２１の精度の良い位置検出が可能になる。また、この検出結果に基づいて、位置補正手段としてのコレット搬送手段４１がコレット２４を（コレットホルダ２５を）ボンディングする位置へ移動させることで（ボンディングする位置を補正することで）、実際にチップを基板にボンディングする位置の精度を高めることができる。

本実施形態のコレット検出装置３０により、基板上カメラ３１を下カメラ３２と位置合わせするタイミングとしては、例えばダイボンダがしばらく停止していて、稼働を再開した最初の時点で行うことができる。最初のタイミングで基板上カメラ３１を下カメラ３２と位置合わせすることで、以降のボンディングにおける検出誤差を抑制し、精度良くチップをボンディングすることができる。ただし、位置合わせのタイミングはこれに限らず、例えば所定の稼働時間ごとに行ってもよい。

また以上の実施形態では、位置合わせ部材３４を別途設ける場合を示したが、コレット２４の基準マーク６１ａを位置合わせマークとしてもよい。例えば、図４（ａ）の突出部６１をガラスにより形成し、基準マーク６１ａをガラスから判別可能な材料により構成することができる。これにより、下カメラ３２側からでも、ガラスを透過して突出部の上側に設けられた基準マーク６１ａを検出できる。

基準マーク６１ａを位置合わせマークとする場合には、基板上カメラ３１を下カメラ３２の上方に配置して位置合わせマークを撮像する工程を省略し、チップをボンディングする過程で基板上カメラ３１と下カメラ３２との位置合わせができる。つまり、図４のステップＳ１５で下カメラ３２によりコレット２４の吸着面２４ａを撮像する際に、基準マーク６１ａを撮像する。そして、図４のステップＳ１７で基板上カメラ３１により基準マーク６１ａ、および、ボンディング位置Ｂを撮像することで、基板上カメラ３１と下カメラ３２との位置合わせができる。

以上の説明では、コレットの位置を検出するための基準マーク、あるいは、カメラ同士の位置合わせのための位置合わせマークとして、コレット２２（あるいは２４）に基準マークを設ける場合を例示したが、コレットと一体的に移動するコレットホルダ２３（あるいは２５）に基準マークを設けてもよい。また、位置検出の精度を確保できるのであれば、基準マークを設けずにコレット自身を撮像して画像認識手段によりその位置を検出させてもよい。

次に、上記ダイボンダ１００を有し、チップ２１をボンディングした基板２８を含む半導体装置を製造する半導体装置製造装置２００、および、これを用いた半導体装置の製造方法について説明する。

図７に示すように、半導体装置製造装置２００は、ダイボンダ１００と、基板供給装置１１０と、搬送体１１１と、半導体装置回収装置１２０と、ウエハ供給装置１３０とを備える。

ウエハ供給装置１３０は、ダイボンダ１００にウエハ２６を供給する。ウエハ供給装置１３０は、素材からウエハ２６を切り出す装置を含んでいてもよい。ダイボンダ１００は、前述のように、ウエハ２６からチップ２１をピックアップする。基板供給装置１１０は、搬送体１１１上へ基板２８を供給する。搬送体１１１は、搬送路１１２上を移動可能に設けられる。搬送体１１１はダイボンダ１００へ基板２８を供給する。

ダイボンダ１００は、前述のように、搬送体１１１上の基板２８へチップ２１を供給する。チップ２１をボンディング後、搬送体１１１が基板２８を下流側へ搬送する。チップ２１をボンディングされた基板２８はさらに下流側へ搬送され、所定の工程を経て半導体装置９９が製造される。この半導体装置９９は、半導体装置回収装置１２０により回収される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

以上の説明では、基板上カメラ３１と下カメラ３２とを位置合わせすることで、経時のカメラの姿勢ズレによる検出誤差を抑制する場合について説明した。しかし、ウエハ上カメラ５１、あるいは、中間ステージ上カメラ５２（これらのカメラを第１の撮像機構とする）と、下カメラ３２等や後述する他のカメラ（これらのカメラを第２の撮像機構とする）との位置合わせをしてもよい。

例えば、ウエハ上カメラ５１あるいは中間ステージ上カメラ５２と位置合わせをする他のカメラとして、コレット２２を下方から撮像する第２の撮像機構をウエハ２６と中間ステージ２７との間に設けてもよい。また下カメラ３２による撮像結果を流用してもよい。つまり、図４のステップＳ１５で下カメラ３２によりコレット２４の基準マーク６１ａを撮像し、下カメラ３２と基準マーク６１ａとの位置関係を検出した結果を、コレット２２と下カメラ３２との結果として置き換え、下カメラ３２とウエハ上カメラ５１あるいは中間ステージ上カメラ５２との位置合わせをしてもよい。

ウエハ上カメラ５１と他のカメラ（上記の新しく設けた撮像機構あるいは下カメラ３２）との位置合わせをする場合、ウエハ上カメラ５１によるコレット２２の基準マーク６１ａの撮像は、図３のステップＳ２で行われる。ウエハ上カメラ５１と他のカメラとの位置合わせをすることで、ウエハ上カメラ５１の経時の位置ズレによる検出誤差を抑制できる。従って、ウエハ上カメラ５１が撮像した画像によるコレット２２やチップ２１（ピックアップ位置）の検出の誤差を抑制できる。これにより、ウエハ２６からピックアップするチップ２１に対して、コレット２２を高精度に位置合わせできる。

また、中間ステージ上カメラ５２と他のカメラ（上記の新しく設けた撮像機構あるいは下カメラ３２）との位置合わせをしてコレット２２の位置の誤差を抑制する場合、中間ステージ上カメラ５２によるコレット２２の基準マーク６１ａの撮像は、図３のステップＳ５で行われる。中間ステージ上カメラ５２と他のカメラ（上記の新しく設けた撮像機構あるいは下カメラ３２）との位置合わせをすることで、中間ステージ上カメラ５２の経時の位置ズレによる検出誤差を抑制できる。従って、中間ステージ上カメラ５２が撮像した画像によるコレット２２や中間ステージ２７上のチップ２１を載置する位置の検出の誤差を抑制できる。これにより、コレット２２が、中間ステージ２７に対してチップ２１を所定の位置に高精度に載置することができる。

また、中間ステージ上カメラ５２と他のカメラ（上記の新しく設けた撮像機構あるいは下カメラ３２）との位置合わせをしてコレット２４の位置の誤差を抑制する場合、中間ステージ上カメラ５２によるコレット２４の基準マーク６１ａの撮像は、図４のステップＳ１２で行われる。中間ステージ上カメラ５２と他のカメラ（上記の新しく設けた撮像機構あるいは下カメラ３２）との位置合わせをすることで、中間ステージ上カメラ５２の経時の位置ズレによる検出誤差を抑制できる。従って、中間ステージ上カメラ５２が撮像した画像によるコレット２２や中間ステージ２７からピックアップするチップ２１の位置の検出の誤差を抑制できる。これにより、コレット２４が、チップ２１を自身の所定の位置に精度良く保持することができる。

以上の実施形態では、位置合わせ部材３４に設けられる位置合わせマーク３４ａ、あるいは、コレットの突出部６１に設けられる基準マーク６１ａが１つである場合を示した。しかし、本発明はこれに限らず、複数の位置合わせマーク３４ａを位置合わせ部材３４に、あるいは、複数の基準マーク６１ａをコレットの突出部６１に設けてもよい。複数個の位置合わせマーク３４ａ、あるいは、基準マーク６１ａを上記所定の撮像機構により撮像させてそれぞれの位置検出に用いることで、位置検出の精度を向上させることができる。また撮像機構により、単一の位置合わせマーク３４ａ、あるいは、基準マーク６１ａを、異なる位置で複数回撮像させて各位置検出に用いてもよい。これにより、同様に各位置検出の精度を向上させることができる。

また以上の実施形態では、第１の撮像機構と第２の撮像機構とが同一の位置合わせマークを撮像して位置合わせを行う場合を例示したが、それぞれ異なる位置合わせマークを撮像した結果を用いて位置合わせを行ってもよい。つまり、お互いの相対位置を所定の精度で保証できるように各位置合わせマークを配置した上で、第１の撮像機構と第２の撮像機構とによりそれぞれの位置合わせマークを撮像し、これらの撮像結果に基づいて第１の撮像機構と第２の撮像機構との位置合わせを行ってもよい。それぞれ専用の位置合わせマークを設けることで、第１の撮像機構および第２の撮像機構をそれぞれに合わせた撮像条件で撮像させることができる。例えば、それぞれの撮像機構と位置合わせマークの焦点距離が合った位置での撮像が可能になる。従って、位置合わせマークの位置検出精度が高まる等、位置合わせ作業の運用性が向上する。

またこの場合、二つの位置合わせマークの熱膨張による位置合わせの誤差を抑制するために、位置合わせマークを熱膨張係数の小さい材料により形成することが好ましい。熱膨張係数の小さい材料として、例えば、インバー材やスーパーインバー材、低膨張セラミックス、低膨張ガラスなどを採用できる。一例として、上記インバー材の熱膨張率はおよそ１．５ｐｐｍ／℃である。

以上の各第１の撮像機構の撮像した画像によるコレットの位置検出は、位置合わせマークによる第１の撮像機構と第２の撮像機構との位置合わせを行わない場合でも実施できることはもちろんである。

２１ チップ
２２、２４ コレット
２２ａ、２４ａ 吸着面
２３、２５ コレットホルダ（一体部材）
２６ ウエハ
２７ 中間ステージ
２８ 基板
３０ コレット検出装置
３１ 基板上カメラ（第１の撮像機構）
３２ 下カメラ（第２の撮像機構）
３３ 画像認識手段
３４ 位置合わせ部材
３４ａ 位置合わせマーク
４０ コレット補正装置
４１ コレット搬送手段（コレット位置補正手段）
５１ ウエハ上カメラ（第１の撮像機構）
５２ 中間ステージ上カメラ（第１の撮像機構）
６１ 突出部
６１ａ 基準マーク
９０ コレットユニット
１００ ダイボンダ（ボンディング装置）
２００ 半導体装置製造装置
Ｂ ボンディング位置

Claims (16)

1. チップを吸着するコレットの位置を検出するコレット検出装置であって、
   前記コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側から撮像する第１の撮像機構と、
   前記第１の撮像機構と反対側から撮像する第２の撮像機構と、
   前記第１の撮像機構および前記第２の撮像機構により撮像可能な位置合わせマークと、
   前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記コレットの位置を検出する画像認識手段と、を備え、
   前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構および前記第２の撮像機構が撮像したそれぞれの画像内の前記位置合わせマークを検出し、前記第１の撮像機構と前記第２の撮像機構とを位置合わせすることを特徴とするコレット検出装置。
2. 前記位置合わせマークが、前記コレット、あるいは、前記コレットと一体的に移動する部材に設けられる請求項１記載のコレット検出装置。
3. 前記位置合わせマークが、前記コレットとは別体で設けられる請求項１記載のコレット検出装置。
4. 前記第１の撮像機構は、前記位置合わせマークを撮像する位置、および、前記画像認識手段により前記コレットの位置を検出するための画像を撮像する位置へ移動可能である請求項３記載のコレット検出装置。
5. 請求項１から４いずれか１項に記載のコレット検出装置と、
   前記コレット検出装置の検出結果に基づいて、前記コレットの位置を補正する位置補正手段とを備えたコレット補正装置。
6. コレットにより前記チップをピックアップしてボンディング位置まで搬送し、当該ボンディング位置にボンディングするボンディング装置であって、
   請求項５記載のコレット補正装置を備えたボンディング装置。
7. 前記第１の撮像機構は、前記チップをピックアップするピックアップ位置を撮像し、
   前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記ピックアップ位置を検出し、
   当該検出結果により、実際に前記コレットに前記チップをピックアップさせる位置を補正する請求項６記載のボンディング装置。
8. 前記第１の撮像機構は前記ボンディング位置を撮像し、
   前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記ボンディング位置を検出し、
   当該検出結果により、実際に前記コレットに前記チップをボンディングさせる位置を補正する請求項６または７記載のボンディング装置。
9. ピックアップされた前記チップを載置する中間ステージをさらに有する請求項６から８いずれか１項に記載のボンディング装置であって、
   前記第１の撮像機構は前記中間ステージを撮像し、
   前記画像認識手段は、前記第１の撮像機構が撮像した画像により前記中間ステージ上の前記チップをピックアップする位置、あるいは、前記中間ステージ上の前記チップを載置する位置を検出し、
   当該検出結果により、実際に前記コレットに前記中間ステージ上で前記チップをピックアップさせる位置、あるいは、前記中間ステージ上で前記チップを載置させる位置を補正するボンディング装置。
10. コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側から撮像する第１の撮像機構、および、前記第１の撮像機構と反対側から撮像する第２の撮像機構により撮像可能な位置合わせマークを備えたことを特徴とするコレット。
11. コレットと、
    位置合わせマークを有し、コレットと一体的に移動する一体部材とを備えたコレットユニットであって、
    前記位置合わせマークは、前記コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側から撮像する第１の撮像機構、および、前記第１の撮像機構と反対側から撮像する第２の撮像機構により撮像できることを特徴とするコレットユニット。
12. チップを吸着するコレットの位置を検出するコレット検出方法であって、
    第１の撮像機構により、前記コレットの吸着面側と反対側、あるいは、吸着面側のうちの一方から位置合わせマークを、第２の撮像機構により、前記第１の撮像機構と反対側から前記位置合わせマークをそれぞれ撮像し、画像認識手段が前記撮像したそれぞれの画像内の前記位置合わせマークを検出して、前記第１の撮像機構と前記第２の撮像機構とを位置合わせし、
    画像認識手段は、第１の撮像機構が撮像した画像により前記コレットの位置を検出するコレット検出方法。
13. 前記位置合わせマークは、前記コレットと別体で設けられており、
    前記第１の撮像機構による前記位置合わせマークの撮像と、前記第２の撮像機構による前記位置合わせマークの撮像とが時間差で行われる請求項１２記載のコレット検出方法。
14. 請求項１２または１３記載のコレット検出方法によるコレットの位置検出結果に基づいて、コレットの位置を補正するコレット補正方法。
15. 前記コレットにより前記チップをピックアップしてボンディング位置まで搬送し、当該ボンディング位置に前記チップをボンディングするボンディング方法であって、
    請求項１４記載のコレット補正方法によりボンディング位置を補正するボンディング方法。
16. ボンディング装置へウエハを供給するウエハ供給工程と、
    前記ボンディング装置が、前記ウエハから前記チップをピックアップする工程と、
    基板を前記ボンディング装置へ供給する基板供給工程と、
    前記ボンディング装置が、請求項１５記載のボンディング方法により、前記基板に前記チップをボンディングするボンディング工程と、
    前記チップをボンディングされた基板を含む半導体装置を回収する回収工程とのうち、
    前記ウエハ供給工程、前記基板供給工程、そして前記回収工程の少なくともいずれか一つの工程と前記ボンディング工程とを含む半導体装置の製造方法。
    

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