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
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 Download PDFInfo
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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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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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