JP3328878B2 - ボンディング装置 - Google Patents

ボンディング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディング装置
におけるチップと基板との高精度な位置決めを行うため
に用いられる画像認識カメラの焦点合わせ機能に関する
ものであって、自動でピンぼけがない状態で画像処理を
行う画像認識装置の内、特にチップ認識カメラの焦点合
わせ手段の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ボンディング装置における画像認
識装置の焦点合わせには、レーザ変位計内蔵の光学ユニ
ットにより自動焦点合わせを行う方法や、特開平９−６
４１０６号公開特許公報に示されるように予め基板及び
チップの厚さを設定しておき、これに基づいて焦点合わ
せを行う方法があった。
【０００３】しかし、レーザ変位計内蔵の光学ユニット
による自動焦点合わせの場合、チップ側と基板側に２個
の光学ユニットが必要となり非常に高価となってしまう
欠点があった。又、予め基板及びチップの厚さを設定し
ておき、これに基づいて焦点を合わせる方法において
は、チップが小さくなることにより高精度の位置決めが
必要とされている現在、ボンディングツールの長さ及び
チップの厚さにレンズの焦点深度以上の長さや厚みのば
らつきが生じた場合、手動によりチップ認識カメラの位
置設定をし直さなければならないという問題点が発生し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ボンディン
グ装置において、比較的安価でチップの画像認識カメラ
の自動焦点合わせが達成できる装置を提供することによ
り、ピンぼけのないシャープな像をもとに画像処理を行
い、チップの基板への高精度な位置決めができるボンデ
ィング装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、載置面上のチップを保持するボンディングツ
ール、ボンディングツールを昇降させる昇降機構、保持
されたチップを下方から撮影するチップ認識カメラを有
するボンディング装置において、載置面上のチップとボ
ンディングツールの接触を検知する検知手段と、検知手
段がチップとボンディングツールの接触を検知した位置
から載置面とチップ認識カメラの焦点位置との高さ方向
の差に等しい量、ボンディングツールを高さ方向に変位
させてチップ認識カメラの上方に位置させる制御手段と
を設けたことを特徴とするボンディング装置を提供する
ものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面に従い実施例と共に本
発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明が
利用されるボンディング装置の概略図であり、図１に表
れるボンディング装置は、フリップチップボンディング
装置である。
【０００７】該フリップチップボンディング装置は、チ
ップ２３を吸着保持し、Ｚ軸駆動装置１に従って上下動
し、Θ軸駆動装置２に従って回転するボンディングツー
ル３と、Ｘ軸駆動モータ１４によりＸ軸方向の移動を可
能とされたＸ軸ステージ４及びＹ軸駆動モータ１５によ
りＹ軸方向の移動を可能とされたＹ軸ステージ５を有す
る。
【０００８】Ｙ軸ステージ５上には、基板ステージ６と
チップトレイ１６と水平なチップ載置面３１が形成され
たチップ中継ステージ２１とボンディングツール３に吸
着保持されたチップ２３を下方より撮影するチップ認識
カメラ８が配置されている。チップ認識カメラ８は、位
置固定で、焦点位置も固定位置のものが利用される。他
方、ボンディングツール３と共にＺ軸駆動装置１により
上下移動するものとして、基板認識カメラ７及び基板認
識カメラ用レーザ変位計２０がある。
【０００９】ボンディングツール３の上昇及び下降はＺ
軸駆動装置１による。Ｚ軸駆動装置１のＺ軸駆動モータ
１１にはサーボモータが利用されており、該Ｚ軸駆動モ
ータ１１はモータコントローラ１９と接続されている。
【００１０】モータコントローラ１９には予め基準基板
の厚みデータ及び基準チップの厚みデータが入力されて
おり、チップ受け渡し工程でのＺ軸駆動装置１の動作
は、ボンディングツール３が基準チップの厚みに従い決
定された設定値によりチップ２３直前まで一旦下降して
停止し、その後徐々に下降するよう設定されている。
【００１１】Ｚ軸駆動装置１には、位置検知用荷重制御
機構９が設けられる。図２は、位置検知用荷重制御機構
９を示す説明図である。
【００１２】位置検知用荷重制御機構９は、Ｚ軸駆動モ
ータ１１、Ｚ軸駆動モータ１１により回転させられるＺ
軸ボールネジ１２、Ｚ軸ボールネジ１２の回転により上
下動するよう取り付けられたツールＺ軸１０、ツールＺ
軸１０に固定されたエアースライダ１３及び荷重測定用
のロードセル１８、エアースライダ１３に摺動自在に装
着され当接板３０によりロードセル１８に載せられるよ
う吊り下げられたボンディングツール３、ロードセル１
８からの荷重情報をフィードバックされるＣＰＵ１７、
Ｚ軸ボールネジ１２のトルク制御及びボンディングツー
ル３の速度制御等を行うモータコントローラ１９とによ
りなる。尚、モータコントローラ１９は、ＣＰＵ１７か
らの荷重情報とＺ軸駆動モータ１１からのロータリエン
コーダフィードバックとによりボンディングツール３と
チップ２３の接触位置を認識する。
【００１３】位置検知用荷重制御機構９によるボンディ
ングツール３とチップ２３の接触の検知は次のように行
われる。図２に示すように、Ｚ軸駆動モータ１１が作動
し、それにより該Ｚ軸駆動モータ１１に取り付けられた
Ｚ軸ボールネジ１２が回転し、Ｚ軸ボールネジ１２の回
転によりツールＺ軸１０が下降し、それに従ってボンデ
ィングツール３も下降する。ボンディングツール３はチ
ップ中継ステージ２１のチップ載置面３１上のチップ２
３に触れない範囲で一旦下降を停止する。
【００１４】一時停止後、ボンディングツール３は１０
０ミクロンから２００ミクロンの設定された幅でチップ
２３にソフトランディングする。この時のチップ２３へ
の接触圧をロードセル１８にて検知する。尚、本実施例
では、チップ２３への接触圧が５グラムの設定接触圧と
なるときロードセル１８の設定値が５グラムとなるよう
設定されている。
【００１５】詳しく説明すると、ボンディングツール３
の上部にはロードセル１８と当接する当接板３０が設け
られており、ボンディングツール３が下降している間、
ロードセル１８には、当接板３０からボンディングツー
ル３の全重量が荷重されている。ボンディングツール３
がチップ２３に接触すると、ボンディングツール３の重
量はチップ２３が受け始め、ロードセル１８への荷重は
小さくなる。
【００１６】ロードセル１８で検出される荷重が設定値
（５グラムの荷重）になった時が、ボンディングツール
３がチップ２３と接触した時である。この時の位置情報
をＺ軸駆動モータ１１のエンコーダの値から求める。こ
の位置は、熱膨張や摩耗によるボンディングツールの長
さの変化やチップの厚みの違いにより相違する。この相
違を図３のチップ２３、２４、２５とボンディングツー
ル３、３３の接触時を示す説明図に従って説明する。
【００１７】図３中左端の方形が基準ボンディングツー
ル３がチップ載置面３１に置かれた基準チップ２３に接
触した状態を示している。図３中左端より２列目の方形
は、ボンディングツール３は基準からの誤差を生じてい
ないが、チップ２４が製造誤差により基準より厚い場合
である。この状態でのボンディングツール３とチップ２
４の接触時の位置情報は基準位置より高い位置となって
いる。
【００１８】図３中左端より３列目の方形は、ボンディ
ングツール３は基準からの誤差を生じていないが、チッ
プ２５が製造誤差により基準より薄い場合である。この
状態でのボンディングツール３とチップ２５の接触時の
位置情報は基準位置より低い位置となっている。
【００１９】図３中右端の方形は、チップ２３は基準チ
ップとの誤差を生じていないが、ボンディングツール３
３自体が伸び、長くなってしまった場合である。この状
態では、ボンディングツール３３とチップ２３との接触
時の位置情報は基準より高い位置となっている。
【００２０】尚、本実施例では、チップ２３とボンディ
ングツール３との接触の検知を、チップ中継ステージ２
１のチップ載置面３１で行っているが、チップ２３をフ
ェースアップで供給する場合には、チップ反転ヘッドを
チップ載置面３１として行うことも可能である。又、高
い水平度が得られればＹ軸ステージ５やチップトレイ１
６をチップ載置面３１としてチップ２３とボンディング
ツール３との接触の検知を行うことも可能である。
【００２１】次に、全体としての画像処理手順について
説明する。まず基板２２については、図示されていない
ローダ部の任意の位置にある基板２２をピックアップ
し、基板ステージ６に移載する。この状態が図１中、基
板２２として示されている。その後、Ｘ軸ステージ４及
びＹ軸ステージ５を移動し、基板認識カメラ７を基板２
２の真上に位置させ、基板認識カメラ用レーザ変位計２
０により基板２２までの距離を測定し、基板の厚みを判
定する。そこで、すでに設定されている基準の基板２２
の厚みと、ボンディング対象の基板２２の厚みとの差を
算出する。その際、上記厚みの差分を基板認識カメラ７
のＺ軸の移動量にフィードバックし、ピンぼけのない状
態で画像処理を行う。
【００２２】次にチップ２３については、チップトレイ
１６内の任意の位置にあるチップ２３を図示されていな
いピックアンドプレス部によりピックアップし、チップ
中継ステージ２１のチップ載置面３１に移載する。この
状態が図１中、チップ２３として示されている。その
後、Ｘ軸ステージ４及びＹ軸ステージ５を移動し、チッ
プ中継ステージ２１上にあるチップ２３を、ボンディン
グツール３の真下に位置させる。この状態でボンディン
グツール３が下降して、チップ２３と接触してロードセ
ル１８が設定された接触圧を検知すると下降を停止さ
せ、この時のＺ軸駆動モータ１１の位置情報を得る。
【００２３】続いて、ボンディングツール３をチップ認
識カメラ８の焦点位置４１の高さより高い位置まで上昇
させた後、Ｘ軸ステージ４及びＹ軸ステージ５が移動
し、チップ認識カメラ８の真上にボンディングツール３
に吸着されたチップ２３を位置させる。
【００２４】その後、ボンディングツール３を下降させ
て吸着したチップ２３の下面を焦点位置４１の高さに位
置させる。つまり、ボンディングツール３とチップ２３
の上面との接触を検知した位置を基準にチップ載置面３
１とチップ認識カメラ８の焦点位置４１の高さ方向の差
に等しい量、ボンディングツール３を高さ方向上方に変
位させる。
【００２５】チップ載置面３１は、チップ２３、２４、
２５の観察面となる下面と同じ位置であるので、変位位
置にボンディングツール３を位置させれば、図４に示す
ように、チップ２３、２４、２５の下面は、常にチップ
認識カメラ８の焦点位置４１に位置することとなり、ボ
ンディングツール３の先端に吸着されているチップ２
３、２４、２５をピンぼけのない状態で画像処理できる
ものである。
【００２６】なお、本実施例の場合、焦点位置４１がチ
ップ載置面３１より高いためボンディングツール３を上
方へ変位させたが、チップ載置面３１より低い揚合には
下方へ変位し、等しい場合には変位量を０とすればよ
い。
【００２７】
【発明の効果】本発明は如上のように構成されるため、
次のような効果を発揮する。第一に、検知手段がチップ
とボンディングツールの接触を検知した位置から載置面
とチップ認識カメラの焦点位置との高さ方向の差に等し
い量、ボンディングツールを高さ方向に変位させてチッ
プ認識カメラの上方に位置させるものであるため、常に
焦点位置にチップ下面が位置し、ピンぼけが無いシャー
プな像をもとに画像処理ができ、高精度な位置決めがで
きる。
【００２８】第２に、チップ厚や、ボンディングツール
の長さの狂いの計測にレーザ変位計を用いず、チップと
ボンディングツールの接触を検知する手段を利用するも
のであるので、比較的安価に自動焦点合わせ機能が達成
できる。
【００２９】実施例の効果ではあるが、検知手段として
ロードセルを用い、ロードセルにより設定した接触圧を
検知することによりチップとボンディングツールの接触
を検知して移動の基準となる高さを規定しているので、
検知条件にばらつきがなくボンディングツールの長さの
変化やチップの厚みに違いがあっても一定の条件で位置
を規定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が利用されるボンディング装置の概略
図。
【図２】位置検知用荷重制御機構を示す説明図。
【図３】ボンディングツールとチップ接触時の説明図。
【図４】チップ認識時の説明図
【符号の説明】
１．．．．．．．．．Ｚ軸駆動装置 ２．．．．．．．．．Θ軸駆動装置 ３、３３．．．．．．ボンディングツール ４．．．．．．．．．Ｘ軸ステージ ５．．．．．．．．．Ｙ軸ステージ ６．．．．．．．．．基板ステージ ７．．．．．．．．．基板認識カメラ ８．．．．．．．．．チップ認識カメラ ９．．．．．．．．．位置検知用荷重制御機構 １０．．．．．．．．．ツールＺ軸 １１．．．．．．．．．Ｚ軸駆動モータ １２．．．．．．．．．Ｚ軸ボールネジ １３．．．．．．．．．エアースライダ １４．．．．．．．．．Ｘ軸駆動モータ １５．．．．．．．．．Ｙ軸駆動モータ １６．．．．．．．．．チップトレイ １７．．．．．．．．．ＣＰＵ １８．．．．．．．．．ロードセル １９．．．．．．．．．モータコントローラ ２０．．．．．．．．．基板認識カメラ用レーザ変位計 ２１．．．．．．．．．チップ中継ステージ ２２．．．．．．．．．基板 ２３、２４、２５．．．チップ ２４．．．．．．．．．制御モータ ３０．．．．．．．．．当接板 ３１．．．．．．．．．チップ載置面 ４１．．．．．．．．．焦点位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−186333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−10636（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−140468（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−64106（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/52 H01L 21/60

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】載置面上のチップを保持するボンディング
    ツール、ボンディングツールを昇降させる昇降機構、保
    持されたチップを下方から撮影するチップ認識カメラを
    有するボンディング装置において、載置面上のチップと
    ボンディングツールの接触を検知する検知手段と、検知
    手段がチップとボンディングツールの接触を検知した位
    置から載置面とチップ認識カメラの焦点位置との高さ方
    向の差に等しい量、ボンディングツールを高さ方向に変
    位させてチップ認識カメラの上方に位置させる制御手段
    とを設けたことを特徴とするボンディング装置。
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