JP3892105B2

JP3892105B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3892105B2
Application number: JP11809097A
Authority: JP
Inventors: 征彦山本; 誠神田
Original assignee: Renesas Technology Corp; Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Renesas Technology Corp; Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: JPH10308433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体チップボンディング装置に関し、特に、順次搬送される複数の半導体チップに対する、半導体チップボンディング装置における位置決めに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の半導体チップボンディング装置の構成についてチップ移動機構の要部を示す斜視図である。半導体チップ１ａは、リードフレーム２のチップ搭載領域２ａにボンディングされたものである。リードフレーム２は、間欠的に移動する。このリードフレーム２は、チップ搭載領域２ａがボンディング領域Ｐ１に来る度に停止し、停止している状態で半導体チップボンディング装置によって半導体チップをボンディングされる。
【０００３】
ステージ３に置かれている半導体チップ１ｂは、リードフレーム２に搭載される前のものである。半導体チップ１ｂは、ステージ３に移送されてきてステージ３に真空吸着される。爪４は、半導体チップ１ｂの位置決めを行う治具であり、その先にＬ字型の切り欠き４ａがある。半導体チップ１ｂの側面をこの切り欠き４ａの側面４ｂ，４ｃに一致させることにより、半導体チップ１ｂのＸ方向およびＹ方向の位置を確定すると同時に、半導体チップ１ｂの傾きを補正する。
【０００４】
例えば、図示省略している位置決め制御装置がモータ６に命令しＸステージ５を動かす。爪４が、Ｘ方向の位置決めをすべく、Ｘステージ５の移動に伴い予め設定された距離だけＸ方向の正の方向に向かってまず移動する。半導体チップ１ｂは、爪４の側面４ｂが最終的に到達する位置よりもＸ方向の正の方向に向かって手前側に置かれるため、爪４の移動距離よりは短いある距離だけ爪４に押されて移動する。半導体チップ１ｂは、爪４に押されて移動する間に、半導体チップ１ｂの側面を爪４の側面４ｂに一致させられる。
続けて、前述の位置決め制御装置がモータ８に命令しＹステージ７を動かすことで、Ｙ方向の位置決めをすべく、爪４が予め設定された距離だけＹ方向の正の方向に向かって移動する。半導体チップ１ｂは、側面４ｃが最終的に到達する位置よりもＹ方向の正の方向に向かって手前側に置かれるため、爪４の移動距離よりは短いある距離だけ爪４に押されて移動する間に、その側面を爪４の側面４ｃに一致させられる。このとき、半導体チップ１ｂは、ステージ３に真空吸着されているため、Ｘ方向へは動かない。
【０００５】
Ｘステージ５およびＹステージ７の移動により位置決めが終了したときには半導体チップ１ｂがステージ３の上の所定の位置にあるため、半導体チップ１ｂをピックアップするヘッド９は、予め決定されたルート１０に沿って半導体チップ１ｂを移動させることができる。
【０００６】
爪４を使ってダイボンディングの前の位置決めを行うと、半導体チップ１ｂが爪４と接触するため、半導体チップ１ｂが爪４によって傷つけられるという問題がある。また、半導体チップ１ｂのダイシングを行った際にシリコン屑が半導体チップ１ｂに付着して爪４と半導体チップ１ｂの間に入り込むと、爪４の側面４ｂ，４ｃと半導体チップ１ｂの側面が一致しなくなるため、位置決めに誤差が生じるという問題がある。
【０００７】
このような問題を解消するため、例えば、特開昭６３−１９６０５６号公報に記載されているように、カメラを使って位置合わせの対象を認識し、カメラで認識された画像に基づいて対象の位置を特定し、位置合わせを行う方法がある。
図９は、例えば、特開昭６３−１９６０５６号公報に記載されている半導体組立装置の位置合わせ機構を示す概念図である。図９において、位置合わせの対象は、ステージ１２上に載置されたペレット１１である。このペレット１１は、図示していない移送手段によって移送されてきてステージ１２に真空吸着されている。カメラ１５でペレット１１の位置を確認してモニタ１６に映し出す。このようにして認識されたペレット１１の位置と位置決めされるべき基準位置とを比較して両者の偏位量を制御機構１７によって検出する。制御機構１７から偏位量信号が駆動機構１８へと出力される。偏位量信号を受けた駆動機構１８は、Ｘ軸駆動モータ１８ａ、Ｙ軸駆動モータ１８ｂおよび回転駆動モータ１８ｃを駆動してそれぞれＸ方向にΔｘ、ｙ軸方向にΔｙ、回転軸方向にΔθだけ駆動させて、正確にペレット１１の位置を決める。
ボンディング前のチップについても同様に位置決めすることができ、位置が決まったチップをピックアップ装置によってリードフレームに移送すれば、図８に示した半導体チップボンディング装置に用いることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体チップボンディング装置は以上のように構成されているので、各半導体チップ毎に位置決めを行ってからピックアップを行うため、位置決めに要する時間とピックアップに要する時間を加えた時間が必要になり、生産性を上げることができないという問題がある。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、位置決めを行う動作とピックアップを行う動作を並行して行うことにより生産性を向上することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る半導体装置の製造方法は、回転テーブル上に第１半導体チップを搭載する工程と、前記第１半導体チップのずれを、前記回転テーブル上に前記第１半導体チップが搭載された位置から前記回転テーブルを所定回転角だけ回転した位置で画像認識する工程と、前記第１半導体チップを画像認識する工程と並行して、前記回転テーブル上に、第２半導体チップを搭載する工程と、前記第２半導体チップのずれを、前記回転テーブル上に前記第２半導体チップが搭載された位置から前記回転テーブルを前記所定回転角だけ回転した位置で画像認識する工程と、前記第２半導体チップを画像認識する工程と並行して、前記画像認識手段が認識した前記第１半導体チップの傾きずれに応じ、前記所定回転角の回転に修正を施しその回転が停止した位置で前記第１半導体チップを前記回転テーブルよりピックアップする工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の発明の半導体装置の製造方法において、前記回転テーブルは、前記所定回転角と同じ角度で等分割された位置で前記半導体チップを、それぞれ独立に真空吸着するとともに真空吸着をそれぞれ独立に解除することが可能な真空吸着手段を備えて構成される。
【００１２】
第３の発明に係る半導体装置の製造方法は、第２の発明の半導体装置の製造方法において、前記真空吸着手段は、前記回転テーブル上面に配設された多数の小孔を有し、少なくとも該多数の小孔から同時に空気を吸い込むことによって真空吸着することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図１から図７を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態による半導体チップボンディング装置の構成を示す概念図である。図１において、符号２０は半導体チップの位置決めを行う半導体チップを載置するための回転テーブル、２１は半導体チップを回転テーブル２０に搭載するためのチップ搭載手段、２２は回転テーブル２０上の半導体チップの位置を画像認識する画像認識手段、２３は半導体チップのボンディングのために回転テーブル２０からリードフレーム２上に半導体チップを移送するチップピックアップ手段、２４は回転テーブル２０とチップ搭載手段２１と画像認識手段２２とチップピックアップ手段２３を制御するチップ位置決め制御手段である。
【００１４】
また、図１において、符号２ｂは、リードフレーム２をクランプして間欠的に移動させるリードフレーム移動手段、２ｃはリードフレーム移動手段２ｂを制御するとともにチップ位置決め制御手段２４に対し半導体チップのボンディング位置にリードフレーム２が到達したことを知らせるリードフレーム搬送制御手段２ｃであり、その他の図８または図９と同一符号のものは図８または図９の同一符号部分に相当する部分である。
【００１５】
回転テーブル２０は、円板状のステージ３０と、ステージ３０を支えて回転させるための回転軸３１と、回転軸３１を駆動するモータ３２と、ステージ３０上に載置された半導体チップを真空吸着したり真空吸着の解除を行うためにエアーの引き抜きおよび供給を行うための真空吸着手段３３とを備えて構成される。
これらのうち、モータ３２と真空吸着手段３３は、チップ位置決め制御手段２４によって制御されている。
【００１６】
回転テーブル２０の構成について図２〜図４を用いて説明する。図２は回転テーブル３０のステージ３０と回転軸３１の部分の分解図であり、図３は回転テーブルの一部の断面図である。図２に示すように、ステージ３０は、多数の小孔からなる８つの小孔群３４ａ〜３４ｈを備えている。これら小孔群３４ａ〜３４ｈは、互いに隣接する小孔群に対してステージ３０を４５度回転した位置に設けられている。例えば、ステージ３０の直径は、約１２ｃｍで、小孔群３４ａ〜３４ｈは、９ｃｍ程度の円周上に設けられている。
【００１７】
ステージ３０を支える回転軸３１は、ステージ３０とほぼ同じ径を有する台座部３１ａと台座部３１ａより細い軸部３１ｂを備えている。回転軸３１は、１回転を数十万に分割したステップ状の回転動作が可能なモータ３２によって駆動される。
台座部３１ａのステージ３０の小孔群３４ａ〜３４ｈに対応する位置には、回転軸３１をくり貫いて形成された８つの真空導入路の一方の開口部３５ａ〜３５ｈがそれぞれ開口している。そして、回転軸３１にステージ３０が結合された状態で小孔群３４ａ〜３４ｈは、対応する真空導入路の開口部３５ａ〜３５ｈにつながっている。また、軸部３１ｂの側面には、８つの真空導入路の他方の開口部３６ａ〜３６ｈが互いに異なる高さに開口している。回転軸３１はベアリング３７によって回転自在に支持されていて、上下方向には動かないようになっている。そして、開口部３６ａ〜３６ｈの高さは、軸部３１ｂを囲むハウジング３８に設けられた８つの孔３８ａ〜３８ｈの高さに対応している。
軸部３１ｂとハウジング３８の間にはＯリング３９がはめ込まれており、真空の部屋４０ａ〜４０ｈが形成されている。以上のように小孔群３４ａ〜３４ｈを除いて小孔群３４ａ〜３４ｈからハウジング３８の孔３８ａ〜３８ｈまでの間には大気とは隔離された独立の８つの経路が形成されているので、真空吸着手段３３がチューブ４１により独立に空気の吸入や気体の排出を行うことによって、小孔群３４ａ〜３４ｈにおける真空吸着の制御を独立に行うことができる。吸入や排気には、例えばソレノイドバルブが使用される。
【００１８】
チップ搭載手段２１は、回転テーブル２０に対し特定の位置に設けられている。チップ搭載手段２１は、チップ位置決め制御手段２４によって制御され半導体チップを吸着するためのヘッド４５と、ヘッド４５を上下移動するＺステージ４６と、チップ位置決め制御手段２４によって制御されＺステージ４６を駆動するためのモータ４７と、Ｚステージ４６を支持するアーム４８と、チップ位置決め制御手段２４によって制御されアーム４８を回転させるモータ４８を備えて構成されている。
【００１９】
画像認識手段２２は、チップ搭載手段２１と作業領域が重ならないように回転テーブル２０に対し特定の位置に設けられている。画像認識手段２２は、チップ位置決め制御手段２４によって制御されステージ３０上の半導体チップを認識して半導体チップの位置に関する情報をチップ位置決め制御手段２４に送る認識カメラ５０と、認識カメラ５０を支えるアーム５１と、アーム５１ごと認識カメラ５０をＹ方向に移動するためのＹステージ５２と、チップ位置決め制御手段２４によって制御されてＹステージ５２を駆動するためのモータ５３と、Ｙステージ５２ごと認識カメラ５０をＸ方向に移動するためのＸステージ５４と、チップ位置決め制御手段２４によって制御されてＸステージ５４を駆動するためのモータ５５とを備えて構成される。
【００２０】
ピックアップ手段２３は、画像認識手段２２やチップ搭載手段２１と作業領域が重ならないように回転テーブル２０に対し特定の位置に設けられている。ピックアップ手段２３は、チップ位置決め制御手段２４によって制御されて半導体チップを吸着するためのヘッド６０と、ヘッド６０をＺ方向に移動するためのＺステージ６１と、チップ位置決め制御手段２４によって制御されてＺステージ６１を駆動するためのモータ６２と、Ｚステージ６１ごとヘッド６０をＹ方向に移動させるためのＹステージ６３と、チップ位置決め制御手段２４によって制御されてＹステージ６３を駆動するモータ６４と、Ｙ，Ｚステージ６３，６１ごとヘッド６０をＸ方向に移動するためのＸステージ６５と、チップ位置決め制御手段２４によって制御されてＸステージ６５を駆動するためのモータ６６とを備えて構成される。
【００２１】
次に、図１に示した半導体チップボンディング装置の動作について図５〜図７を用いて説明する。まず、ステップＳＴ１において、反時計回りの方向ＣＣＷに回転していたステージ３０が所定の位置で回転を止める。このときステージ３０の回転角は、例えば、前回半導体チップを搭載した位置から４５度回転した位置である。図６は、チップ搭載手段２１により半導体チップが搭載されるプレース位置７０と、画像認識手段２２が半導体チップを認識するカメラ認識位置７１と、ピックアップ手段２３が半導体チップをピックアップするピックアップ位置７２を示した平面図である。図６に示すように、途中の経過はともかく、位置７３がプレース位置７０に来れば回転テーブル３０の回転が停止する。
【００２２】
回転テーブル２０の回転が停止した後、チップ搭載手段２１は、チップ位置決め制御手段２４の命令を受けて、Ｚステージ４６を駆動することにより、半導体チップ１ｃをステージ３０の所定の位置に載せる（ステップＳＴ２）。そして、ヘッド４５が真空吸着を停止して、回転テーブル２０がチップ位置決め制御手段２４の命令に従い半導体チップ１ｃを吸着する。
チップ搭載手段２１は、Ｚテーブル４６を駆動してヘッド４５を上げ、モータ４８によりアームを所定角度回転させて次に載せるべき半導体チップを取りに行く（ステップＳＴ３）。回転テーブル２０の回転が停止した後、画像認識手段２２は、図１の半導体チップ１ｅの４５度手前に停止している半導体チップ１ｄの位置を認識カメラ５０を使ってチップ搭載手段２１の動作と並行して測定する（ステップＳＴ４）。
それに続いて、画像認識手段２２の測定結果がチップ位置決め制御手段２４に伝送される（ステップＳＴ５）。
【００２３】
ピックアップ手段２３は、ステップＳＴ１でステージ３０が停止してから、あるいは停止する少し前から、チップ位置決め制御手段２４からの命令に応じて、例えば図１に示すように回転テーブル２０上の半導体チップ１ｅに合わせるようにＸステージ６５，Ｙステージ６３を移動させる（ステップＳＴ６）。ピックアップ手段２３のこの動作は、チップ搭載手段２１の動作（ステップＳＴ２，ＳＴ３）や画像認識手段２２の動作（ステップＳＴ４，ＳＴ５）と並行して行われる。
【００２４】
チップ位置決め制御手段２４は、回転ステージ２０に半導体チップを置き、半導体チップの認識を行い、および半導体チップのピックアップを行う動作が終了した後で、ステージ３０を画像認識手段２２で得た半導体チップの傾きに関する情報に基づいて、その補正のために図６に示した角度θだけ回転して停止する（ステップＳＴ７）。
ステップＳＴ７の動作と並行して、チップ搭載手段２１は、ステップＳＴ６で取りに行った半導体チップを吸着し、ヘッド４５を回転して回転テーブル２０に対し所定の位置にヘッド４５を戻してステージ３０の回転が停止するのを待つ（ステップＳＴ８）。
【００２５】
ステップＳＴ７でステージ３０が補正のための回転を停止した後、ピックアップ手段２３は、Ｚステージ６１を駆動させてヘッド６０を下げ、半導体チップ１ｅをヘッド６０で吸着してピックアップする。このとき、チップ位置決め制御手段２４からの命令により、真空吸着手段３３は、ヘッド６０が半導体チップ１ｅについて吸着した瞬間に、半導体チップ１ｅをステージ３０に吸着している小孔群に窒素を送り込んで真空状態を破壊する（ステップＳＴ９）。そのため、半導体チップ１ｅの真空吸着を速やかに解除できる。
【００２６】
そして、ピックアップ手段２３が、チップ位置決め制御手段２４からの命令によってＸステージ６５，Ｙステージ６３，Ｚステージ６１を駆動し、ステップＳＴ９でピックアップした半導体チップ１ｅをダイボンディング領域Ｐ１に移動させる（ステップＳＴ１０）。ダイボンディングは、チップ位置決め制御手段２４からの命令を受けたヘッド６０が真空吸着を終了した状態で行われる。但し、ボンディング中はタイマーによって数十ｍsec.程度ヘッド６０が下降した状態が保たれる。
ボンディングを行っている間に、回転テーブル２０は、回転してチップ搭載手段２１が半導体チップを搭載する位置に次の小孔群を合わせ、画像認識手段２２のカメラ認識位置７１に次の半導体チップを運び（ステップＳＴ１）。上記の手順を繰り返す。
【００２７】
図７は、認識された半導体チップの傾きと補正のための回転角との関係を示す平面図である。図７（ａ）は、画像認識手段２２が認識したステージ３０上の半導体チップ１ｄの傾きを表している。図７（ｂ）は、半導体チップ１ｅの傾きを補正するためのステージ３０の回転角を表している。ここでは、半導体チップ１ｅは、２工程前に画像認識手段２２で認識された半導体チップ１ｄと同じものとする。図６に示したカメラ認識位置７１において、半導体チップ１ｄがＸＹ軸に対してある角度θ１だけ時計回りに傾いているとすると、その傾きを補正するためには、カメラ認識位置７１から９０度回転した位置７４よりもさらに反時計回りの方向ＣＣＷに角度θ１だけ回転する。
ピックアップ手段２３のＸステージ６５，Ｙステージ６３の移動距離は、半導体チップ１ｄのＸＹ方向のずれと、θ１を補正を行ったことにより生じるずれΔｘ，Δｙもあわせて決定する。
【００２８】
以上のように、チップ位置決め制御手段２４は、ステージ３０、チップ搭載手段２１、画像認識手段２２およびピックアップ手段２３をそれぞれ独立に動作を制御し、これらはそれぞれ並行して各動作を行うため、それぞれが直列的に動作を行うのに比べて飛躍的に処理時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、半導体チップの位置決め時に該半導体チップに損傷を与えることがないだけでなく、回転テーブル、チップ搭載手段、画像認識手段、およびピックアップ手段の同時作業による生産性向上が図れるという効果がある。
【００３０】
請求項２記載の半導体装置の製造方法によれば、真空吸着の開始と解除を各小孔群ごとに行うことができ、半導体チップの搭載とピックアップ時に真空吸着のない状態で行うことにより半導体チップの破損を防ぐと同時に誤動作を防止することができるという効果がある。
【００３１】
請求項３記載の半導体装置の製造方法によれば、チップピックアップ時等の真空系の真空圧の変動を少なくすることができ、半導体チップのピックアップ時に真空吸着された半導体チップが脱落する等の不具合等真空系動作の安定向上が期待できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の半導体チップボンディング装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】図１の回転テーブルを説明するための分解図である。
【図３】図１の回転テーブルを説明するための断面図である。
【図４】ステージに形成された小孔群の構成を示す平面図である。
【図５】図１の半導体チップボンディング装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】半導体チップが搭載され、画像認識され、およびピックアップされる、回転テーブルにおける位置を示す平面図である。
【図７】半導体チップの傾きの補正を説明するための平面図である。
【図８】従来の半導体チップボンディング装置における位置決め機構を説明するための斜視図である。
【図９】従来の半導体チップボンディング装置における他の位置決め機構を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｅ半導体チップ、２リードフレーム、２０回転テーブル、２１チップ搭載手段、２２画像認識手段、２３ピックアップ手段。

Claims

回転テーブル上に第１半導体チップを搭載する工程と、
前記第１半導体チップのずれを、前記回転テーブル上に前記第１半導体チップが搭載された位置から前記回転テーブルを所定回転角だけ回転した位置で画像認識する工程と、
前記第１半導体チップを画像認識する工程と並行して、前記回転テーブル上に、第２半導体チップを搭載する工程と、
前記第２半導体チップのずれを、前記回転テーブル上に前記第２半導体チップが搭載された位置から前記回転テーブルを前記所定回転角だけ回転した位置で画像認識する工程と、
前記第２半導体チップを画像認識する工程と並行して、前記画像認識手段が認識した前記第１半導体チップの傾きずれに応じ、前記所定回転角の回転に修正を施しその回転が停止した位置で前記第１半導体チップを前記回転テーブルよりピックアップする工程とを有することを特徴とする、
半導体装置の製造方法。
前記回転テーブルは、
前記所定回転角と同じ角度で等分割された位置で前記半導体チップを、それぞれ独立に真空吸着するとともに真空吸着をそれぞれ独立に解除することが可能な真空吸着手段を備える、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記真空吸着手段は、
前記回転テーブル上面に配設された多数の小孔を有し、少なくとも該多数の小孔から同時に空気を吸い込むことによって真空吸着することを特徴とする、請求項２記載の半導体装置の製造方法。