JP3832359B2 - 電子部品のピックアップ方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハシートに貼着された状態の半導体チップなどの電子部品をピックアップする電子部品のピックアップ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体チップは多数の個片チップより成るウェハから切り出される。この個片チップの切り出しは粘着性のウェハシートにウェハを貼着した状態で行われ、切り出された個片チップはウェハシートから剥ぎ取られてピックアップされる。このピックアップ工程では、ピックアップ対象の半導体チップを精度よくピックアップ位置に位置合わせすることが求められ、従来よりこの位置合わせのための位置検出には画像認識による方法が広く用いられる。
【０００３】
この画像認識においては、部品認識カメラによってウェハシート上の個片チップを撮像し、撮像結果をパターンマッチングなどの手法で画像処理することにより、対象となるチップの位置を個別に検出する。この撮像は、ウェハシート上に規則配列されたチップを対象として、予め設定されたピックアップ起点から所定のピックアップ順序に従って順次行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウェハシート上におけるウェハは一般には円板形状の円板状ウェハが多いが、その中にはウェハシートに対する貼着位置精度が悪い円板状ウェハが存在する。また電子部品の種類によっては、外形形状が不規則な異形ウェハが存在する。例えばＬＥＤのチップが作り込まれたウェハなどは、個々のウェハによって外形形状が不規則に異なる。このようなウェハシートに対する貼着位置精度が悪い円板状ウェハや異形ウェハ（以下、「異形ウェハ等」という）を対象としてチップの取り出しを行う場合には、ウェハシートに対する貼着位置精度が良い規則形状のウェハのようにピックアップ起点を予め規則配列にしたがって設定しておくことができない。
【０００５】
このため、異形ウェハ等が貼着されたウェハシートから個片のチップを取り出す場合には、サーチ起点から部品認識カメラによる撮像位置を順次移動させながらチップを検出するサーチ動作を行う必要があった。そして異形ウェハ等は貼着位置や外形形状に規則性がないため、チップのピックアップ開始までにこのサーチ動作のために長時間を要する場合が多く、生産性を低下させる要因となっていた。
【０００６】
また、生産性の低下を避けるためこのようなサーチ時間を排除しようとすれば、オペレータが個別の異形ウェハ等を目視により観察してピックアップ起点を決定した上で、ピックアップ装置に起点位置を手動で入力するティーチング処理をその都度行う必要があった。このように、異形ウェハ等を対象とした従来の電子部品のピックアップ方法には、ピックアップ起点の設定に時間や手間を要し、生産性を向上させることが困難であるという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、ピックアップ起点の設定の手間と時間を排し、生産性を向上させることができる電子部品のピックアップ方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品のピックアップ方法は、部品保持部に所定の平面配置パターンで保持された複数の電子部品をピックアップヘッドでピックアップする電子部品のピックアップ方法であって、前記部品保持部上の電子部品を撮像手段によって撮像した撮像結果を画像認識処理することにより検出された電子部品の位置検出結果に基づいて前記ピックアップヘッドにより電子部品を取り出す単位ピックアップ動作を反復実行するピックアップ工程と、前記部品保持部において単位ピックアップ動作を開始する起点となるピックアップ起点を前記ピックアップ工程の開始に先立って設定するピックアップ起点設定工程とを含み、このピックアップ起点設定工程は、前記撮像手段の撮像視野の視野サイズを前記ピックアップ工程における電子部品の位置検出のための撮像時の第１の視野サイズよりも大きい第２の視野サイズに設定する視野サイズ設定ステップと、前記部品保持部を第２の視野サイズで撮像する撮像ステップと、この撮像によって得られた画面内で前記電子部品に相当する部品領域を検出する部品領域検出ステップと、検出された部品領域に基づいてピックアップ起点を決定する起点決定ステップとを含み、前記ピックアップ起点設定工程において、予め設定されたピックアップ順序に応じて設定されるサーチ順序にしたがって前記撮像ステップを反復し、所定のサーチ範囲内において前記部品領域が複数検出されたならば、前記起点決定ステップにおいて前記ピックアップ順序に応じて設定される起点設定優先順位にしたがってピックアップ起点を決定する。
【００１０】
本発明によれば、ピックアップ開始に先立って行われるピックアップ起点設定工程において、撮像視野の視野サイズをピックアップ工程における第１の視野サイズよりも大きい第２の視野サイズに設定し、部品保持部を第２の視野サイズで撮像して得られた画面内で電子部品に相当する領域を検出してこの領域に基づいてピックアップ起点を決定することにより、ピックアップ起点決定のための撮像回数を減少させてサーチに要する時間を短縮することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ装置のピックアップ対象となる半導体ウェハの説明図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ方法におけるピックアップ起点設定処理のフローチャート、図４は本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ方法におけるピックアップ起点設定処理の工程説明図である。
【００１２】
まず図１を参照して電子部品のピックアップ装置の構成について説明する。図１において部品供給部１はＸＹテーブル２によって水平方向に移動するウェハリング３を備えている。ウェハリング３には半導体ウェハ５を貼着保持したウェハシート４が展張されており、半導体ウェハ５には電子部品である個片の半導体チップ５ａ（以下、単に「チップ５ａ」と略記）が所定の平面配置パターンである格子配列で多数形成されている。ウェハシート４は、所定の平面配置パターンで複数の電子部品を保持する部品保持部となっている。
【００１３】
ウェハリング３の下方にはダイエジェクタ６が配設されており、ウェハシート４を突き破ってピンを上方に突出させることにより、ウェハシート４に貼着されたチップ５ａを突上げる。ダイエジェクタ６の中心位置は、ピックアップヘッドであるボンディングヘッド１６のノズルがチップ５ａのピックアップを行うピックアップ位置と一致するよう予め調整されている。なお、ピックアップヘッドのみでチップ５ａのピックアップを行うことが可能な場合（部品トレイからピックアップする場合等）には、ダイエジェクタ６は使用する必要がない。
【００１４】
部品供給部１の上方には、撮像手段としての撮像部７が配設されている。撮像部７はカメラ８およびズーム光学系９を備えており、ズームモータ１０を駆動することにより、ズーム光学系９のズーム倍率を変えることができ、下方のウェハシート４を撮像する際の撮像視野の視野サイズを変更できるようになっている。
【００１５】
カメラ８により撮像された画像データは画像認識部１１に送られ、ここでチップ５ａの位置が認識される。この認識結果はチップ５ａの位置情報として出力される。この位置情報に基づいてＸＹテーブル２を駆動することにより、チップ５ａの中心をダイエジェクタ６の中心に合致させることができ、チップ５ａはボンディングヘッド１６によるチップのピックアップ位置に位置合わせされる。
【００１６】
またウェハシート４上におけるチップ５ａのピックアップ起点を設定するピックアップ起点設定処理（後述）では、画像認識部１１はウェハシート４を撮像した画像内において半導体ウェハ５に相当する部品領域を検出する処理を行う。この処理は、画像上におけるウェハシート４と半導体ウェハ５の輝度差に基づいて行われる。
【００１７】
部品供給部１の側方には、基板位置決め部１３が配設されている。搬送路１４上を搬送された基板１５はここで位置決めされる。ボンディングヘッド１６は、位置認識により位置補正されダイエジェクタ６によって突上げられたチップ５ａをピックアップして基板位置決め部１３まで移送し、基板１５上にボンディングする。
【００１８】
次に制御系の構成について説明する。機構制御部１７は、ＸＹテーブル２、ダイエジェクタ６、ズームモータ１０およびボンディングヘッド１６の動作を制御する。ＣＰＵ１８は全体制御部であり、ピックアップ動作やボンディング動作全体を制御するほか、画像認識を行うための初期設定処理や、ピックアップ起点設定処理のための各種の演算を行う。
【００１９】
記憶装置１９はボンディング動作等、各種処理動作に必要なプログラムや、画像認識の初期設定時の各種データ、チップ認識動作時やピックアップ起点設定処理時に取り込まれたデータなどを記憶する。表示モニター２０は、ティーチング時やデータ入力時の操作画面や、撮像部７によって撮像された画像を表示する。キー入力部２１はキーボードや表示画面上のポインティングデバイス（タッチパネル）であり、操作時やティーチング時の入力を行う。
【００２０】
次に図２を参照して、ピックアップ対象となるチップ５ａが形成された半導体ウェハ５について説明する。本実施の形態においては、一般の円板状ウェハとは異なり外形形状が不規則な異形ウェハからチップ５ａを取り出すようにしている。異形ウェハでは、図２（ａ）に示すように、半導体ウェハ５はウェハシート４の全範囲ではなく部分的にのみ貼着されており、しかも外形形状には規則性がない。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、半導体ウェハ５には、チップ５ａが格子状に形成されている。ここでチップ５ａの格子配列自体には規則性があるものの、半導体ウェハ５の最外縁に位置するチップ５ａの位置には規則性がない。したがって、ウェハシート４に貼着された半導体ウェハ５からチップ５ａをピックアップする際には、ピックアップを開始するピックアップ起点を各半導体ウェハ５毎に設定する必要がある。
【００２２】
次に、上記ピックアップ起点設定処理について、図４を参照して図３のフローチャートに沿って説明する。この処理は、予めウェハシート４を撮像して半導体ウェハ５に該当する部品領域を検出することにより、適切なピックアップ起点を設定するために行われるものであり、ピックアップ工程の開始に先だって行われる（ピックアップ起点設定工程）。
【００２３】
そしてこのピックアップ起点設定処理の後、設定されたピックアップ起点から、ボンディングヘッド１６によりチップ５ａを取り出す単位ピックアップ動作が反復実行される（ピックアップ工程）。この単位ピックアップ動作では、ウェハシート４上のチップ５ａを撮像部７によって撮像した撮像結果を画像認識処理することにより検出されたチップ５ａの位置検出結果に基づいてＸＹテーブル２が駆動され、チップ５ａの位置合わせが行われる。
【００２４】
図４において、まず視野サイズを第２のサイズに設定する（視野サイズ設定ステップ）（ＳＴ１）。すなわち、カメラ８によって下方のウェハシート４を撮像する際の視野サイズを、ピックアップ工程におけるチップ５ａの位置検出のための撮像時の第１の視野サイズから、この第１の視野サイズよりも大きい第２の視野サイズに変更する。この視野サイズの変更は、図１に示すズーム光学系９のズーム倍率を変更することにより行われる。
【００２５】
ここで、第１の視野サイズ、第２の視野サイズについて説明する。第１の視野サイズは、図２（ｂ）においてチップ５ａを囲む破線枠で示す撮像視野２３のサイズであり、１つのチップ５ａの位置検出が不具合なく行えるよう、個片のチップ５ａの寸法の略２倍程度（面積比で略４倍程度）の大きさとなっている。第２の視野サイズは、図２（ａ）において正方形枠２２で示す撮像視野２２のサイズであり、本実施の形態では、極力大きい視野サイズが実現できるように、カメラ８の最大サイズを第２の視野サイズとして用いるようにしている。これにより、ウェハシート４上における必要撮像範囲Ａ（半導体ウェハ５が貼着される可能性のある範囲）を、できるだけ少ない撮像回数でもれなくカバーすることが可能となっている。
【００２６】
そして図２（ａ）に示すように、ここでは、第２の視野サイズの撮像視野２２（配列位置を示す添字［Ｘ，Ｙ］（Ｘ，Ｙ＝１〜５）が付されている）を、５行５列の格子状のセル配列に従って移動させることによって、必要撮像範囲Ａを全てカバーするようにしている。
【００２７】
次いで、サーチ位置［Ｘ，Ｙ］およびレファレンス点Ｐｒを初期設定する（ＳＴ２）。ここでサーチ位置［Ｘ，Ｙ］は、図２（ａ）に示す必要撮像範囲Ａを第２の撮像視野で分割したセル配列におけるサーチ位置、すなわち部品領域を検出するためにカメラ８の撮像視野が移動する位置を示しており、この初期設定においては、まず最初のサーチ位置［１，１］は最左・最上端に位置するセルに設定される。
【００２８】
ここで、最左・最上端のセルがサーチの起点となるサーチ位置［１，１］として設定されるのは、サーチ順序をピックアップ工程におけるピックアップ順序に関連づけたことによる。ピックアップ工程においては、半導体ウェハ上のチップは、最上行の左側から右側へ順次ピックアップし１行分を終えるごとに下の行の左側から再びピックアップを開始するパターンでピックアップされることが多い。このため、ピックアップ起点設定のためのサーチにおいても、サーチ順序がピックアップ順序に一致するよう、最上・最左のセルをサーチ起点とする。すなわちサーチ順序は、予め設定されたピックアップ順序に応じて設定され、このサーチ順序にしたがって部品領域を検出するための撮像が反復して行われる。
【００２９】
レファレンス点Ｐｒは、後述するピックアップ起点を最終的に特定するまでの間、仮のピックアップ起点候補として記憶される参照点であり、サーチ過程において適宜更新される。この初期設定においては、図２（ａ）に示すように、ウェハシート４上の各サーチ位置のいずれよりも下方に位置する点（例えば格子配列において左下の格子点Ｐ０）が、最初のレファレンス点Ｐｒとして設定される。
【００３０】
この後サーチが開始され、まずカメラ８をサーチ位置（ここでは、［１，１］）に移動させる（ＳＴ３）。そしてカメラ８によってウェハシート４の当該サーチ位置を撮像して、当該サーチ位置の画像を第２の視野サイズで取り込む（撮像ステップ）（ＳＴ４）。そして取り込んだ画像内にウェハシート４に相当する対象色があるか否か、すなわちチップ５ａに対応する部品領域が検出されるか否か判定する（部品領域検出ステップ）（ＳＴ５）。
【００３１】
図４（ａ）は、このサーチ順序と各サーチ位置において取得された画像例を示している。まず最上行・最左列（１行目１列）のサーチ位置［１，１］からサーチを開始する。図４（ａ）に示すようにサーチ位置［４，１］までは、（ＳＴ５）において部品領域が検出されないことから、処理は（ＳＴ９）に進む。そしてここで現在位置が当該行（第１行）の最終位置か否かが判断され、次いで（ＳＴ１１）にてサーチ位置［Ｘ，Ｙ］を次位置へ移動する処理が行われ、これにより（ＳＴ３）に戻って同様の処理が反復される。
【００３２】
そしてこの後、サーチ位置［５，１］に到達すると、同様に（ＳＴ５）を経て（ＳＴ９）にすすみ、ここで現在位置が第１行の最終位置であることが確認されて、（ＳＴ１０）に進む。そしてここで第１行においてはいずれのサーチ位置においても対象色が検出されていないことから、（ＳＴ１１）を経て（ＳＴ３）に戻り、同様の処理が反復される。
【００３３】
次に、検出された部品領域に基づいてピックアップ起点を決定する起点決定ステップについて説明する。サーチ位置［２，２］を対象とした処理において、図４（ａ）に示すように、（ＳＴ５）にて画像内に半導体ウェハ５に相当する対象色（図中、符号５が付されたハッチング部）が部分的に検出されたならば、図４（ｂ）に示すように、検出された対象色範囲（部品領域）の最左上部に位置する点Ｐ１をＣＰＵ１８の演算により求めて、起点候補点Ｐ１として記憶装置１９に記憶する（ＳＴ６）。そして記憶された起点候補点Ｐ１が、既存のレファレンス点Ｐｒよりも左上に位置するか否かをＣＰＵ１８の演算によって判断する（ＳＴ７）。この判断では、上下比較が左右比較よりも優先され、左右位置が同じならばより上方に位置する方が優先される。
【００３４】
ここでは、既存のリファレンス点Ｐｒは初期設定された格子点Ｐ０であることから、（ＳＴ６）にて検出された起点候補点Ｐ１が新たなリファレンス点Ｐｒとして更新され、新たに記憶される（ＳＴ８）。なお（ＳＴ７）において、新たに検出された起点候補点Ｐ１が既存のレファレンス点Ｐｒよりも左上に位置していないならば、（ＳＴ９）に進み前述と同様の処理が反復される。
【００３５】
この後、サーチ位置［３，２］に移動すると、同様に（ＳＴ５）にて画像内に半導体ウェハ５に相当する対象色が部分的に検出される。そして図４（ｂ）に示すように、検出された対象色範囲（部品領域）の起点候補点Ｐ１を演算により求めて記憶装置１９に記憶する（ＳＴ６）。そして記憶された起点候補点Ｐ１が、既存のレファレンス点Ｐｒよりも左上に位置するか否かを判断する（ＳＴ７）。ここでは、既設定のリファレンス点Ｐｒはサーチ位置［２，２］において検出された起点候補点Ｐ１であることから、今回検出されたサーチ位置［３，２］の起点候補点Ｐ１が新たなリファレンス点Ｐｒとして記憶される（ＳＴ８）。
【００３６】
新たに起点候補点Ｐ１が検出される度に既設定のレファレンス点Ｐｒとの位置関係を比較するのは、ピックアップ起点候補としてのレファレンス点Ｐｒを常にピックアップ順序に応じたものとするためである。この例では、所定のサーチ範囲（同一行に属するサーチ位置）において対象色範囲が複数検出されたならば、ピックアップ順序に応じて設定される優先順位に従って、より上側、左側に位置する最上左点Ｐ１をレファレンス点Ｐｒとして設定するようにしている。
【００３７】
この後同様の処理が反復され、サーチ位置［５，２］を対象とした処理において、（ＳＴ１０）にて当該行（第２行）で対象色が検出されていることから（ＳＴ１２）に進み、現時点におけるレファレンス点Ｐｒを、ピックアップ起点Ｐｓに登録する。すなわち、図４（ｂ）に示すサーチ位置［３，２］の起点候補点Ｐ１がピックアップ起点Ｐｓとして設定され、ピックアップ起点設定処理を終了する。
【００３８】
すなわち上述の起点決定ステップにおいては、所定のサーチ範囲内において部品領域が複数存在し、起点候補点Ｐ１が複数検出されたならば、ピックアップ順序に応じて設定される起点設定優先順位にしたがってピックアップ起点を決定するようにしている。
【００３９】
これにより、ボンディングヘッド１６によってチップ５ａを取り出すピックアップ工程においては、図２（ｂ）に示すように、第１の視野サイズに設定された撮像視野（破線枠２３参照）がピックアップ起点Ｐｓに移動する。そしてカメラ８がこの撮像視野で半導体ウェハ５を撮像することにより、当該ピックアップ起点Ｐｓの直近に位置するチップ５ａの位置が認識され、この位置認識結果に基づいて、ボンディングヘッド１６によるピックアップが行われる。
【００４０】
上記説明したように、本実施の形態の電子部品のピックアップ方法によれば、ウェハシート４上における半導体ウェハ５の外形形状が不規則な異形ウェハを対象とする場合においても、チップ５ａの位置認識用の第１の視野サイズでウェハシート４上を順次撮像する従来のサーチ動作と比較して、撮像回数を減少させてピックアップ開始までの所要時間を大幅に短縮することができる。
【００４１】
また、オペレータが個別の異形ウェハを目視により観察してピックアップ起点を決定した上で、ピックアップ装置に起点位置を手動で入力するティーチング処理を行う必要がなく、ティーチング作業の手間を排して生産性を向上させることができる。
【００４２】
なお上記実施の形態では、外形形状が不規則な異形ウェハを対象とした例を示したが、一般の円板状ウェハであってもウェハシートに対する貼着位置精度が悪いものに対しても、本発明を適用することができる。さらには、ウェハシート４に貼着されたチップ５ａ以外の形態の電子部品をピックアップする形態、例えば部品トレイ、ゲルパックなど電子部品を格子配列状の所定の平面配置パターンで保持する部品保持部から、複数の電子部品をピックアップヘッドでピックアップする形態であっても、本発明を適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ピックアップ開始に先立って行われるピックアップ起点設定工程において、撮像手段の撮像視野の視野サイズをピックアップ工程における電子部品位置検出時の第１の視野サイズよりも大きい第２の視野サイズに設定し、部品保持部を第２の視野サイズで撮像して得られた画面内で電子部品に相当する領域を検出し、この領域に基づいてピックアップ起点を決定するようにしたので、ピックアップ起点決定のための撮像回数を減少させてサーチ動作に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ装置のピックアップ対象となる半導体ウェハの説明図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ方法におけるピックアップ起点設定処理のフローチャート
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品のピックアップ方法におけるピックアップ起点設定処理の工程説明図
【符号の説明】
１ 部品供給部
４ ウェハシート
５ 半導体ウェハ
５ａ 半導体チップ（チップ）
７ 撮像部
８ カメラ
１１ 画像認識部
２２，２３ 撮像視野

Claims (1)

1. 部品保持部に所定の平面配置パターンで保持された複数の電子部品をピックアップヘッドでピックアップする電子部品のピックアップ方法であって、前記部品保持部上の電子部品を撮像手段によって撮像した撮像結果を画像認識処理することにより検出された電子部品の位置検出結果に基づいて前記ピックアップヘッドにより電子部品を取り出す単位ピックアップ動作を反復実行するピックアップ工程と、前記部品保持部において単位ピックアップ動作を開始する起点となるピックアップ起点を前記ピックアップ工程の開始に先立って設定するピックアップ起点設定工程とを含み、このピックアップ起点設定工程は、前記撮像手段の撮像視野の視野サイズを前記ピックアップ工程における電子部品の位置検出のための撮像時の第１の視野サイズよりも大きい第２の視野サイズに設定する視野サイズ設定ステップと、前記部品保持部を第２の視野サイズで撮像する撮像ステップと、この撮像によって得られた画面内で前記電子部品に相当する部品領域を検出する部品領域検出ステップと、検出された部品領域に基づいてピックアップ起点を決定する起点決定ステップとを含み、前記ピックアップ起点設定工程において、予め設定されたピックアップ順序に応じて設定されるサーチ順序にしたがって前記撮像ステップを反復し、所定のサーチ範囲内において前記部品領域が複数検出されたならば、前記起点決定ステップにおいて前記ピックアップ順序に応じて設定される起点設定優先順位にしたがってピックアップ起点を決定することを特徴とする電子部品のピックアップ方法。

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