JP4100649B2

JP4100649B2 - Chip bonding apparatus and calibration method therefor

Info

Publication number: JP4100649B2
Application number: JP07023399A
Authority: JP
Inventors: 朗山内; 義之新井
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP2000269242A

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に半導体チップをボンディングするチップボンディング装置及びそれにおけるキャリブレーション方法に関するものである。
【従来の技術】
従来、周知のように、チップボンディングは、上方のボンディングツールが保持している半導体チップに対して、その下方のボンディングステージに支持されている基板（例えば、液晶基板等）のボンディング位置を精密に位置決めせしめた状態においてボンディングツールを降下させてボンディングする。
その為、かかるボンディングに先立って、例えば、半導体チップ及び基板に設けられているアライメントマークを二視野カメラで認識し、両アライメントマークの位置ずれを無くするようにボンディングステージを所定に移動制御することによって半導体チップと基板との位置合わせを行っているが、その際、二視野カメラは、退避位置からアライメントマーク認識位置へ移動せしめられたり或いはそれと反対方向へ移動せしめられて退避せしめられる。
ところが、そのような工程を経て次々とボンディングして行くうちに、作業室内の温度が上昇するといった環境条件の変化により、装置各部の寸法変化が生じるので、二視野カメラの移動制御を永続的に同一条件で実施して行くと、アライメントマークの位置認識に誤差が発生し、これに起因して高精度のボンディングが困難になる。
そこで、μｍ単位のボンディング精度を保つ為に、必要に応じてカメラ移動制御系のキャリブレーションが随時行われていると共に、既に各種のキャリブレーションが提案されている。
例えば、特開平９−８１０４号公報の段落［００３６］〜［００４２］おいては、ボンディングツールが装着されているＺテーブルに昇降装置を介してマーク用テーブルを装着し、かかる昇降装置を駆動してマーク用テーブルを、ボンディングツールに真空吸着保持されている半導体チップと同一レベルの位置へ移動させると共に、それの下方へ二視野カメラを移動させてマーク用テーブルに設けられているキャリブレーション用マークを認識し、次いで、二視野カメラをそこから退避させた後、昇降装置を駆動してマーク用テーブルを、下方のボンディングステージに支持されている回路基板と同一レベルの位置へ移動させると共に、それの上方へ二視野カメラを移動させて前記マークを認識し、もって、両認識によって得られる所定の制御パラメータに基づいて前記カメラの移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新するキャリブレーション方法が提案されている。
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このキャリブレーション方法は、半導体チップ及び基板夫々に設けられているアライメントマークを認識する位置から大きく離れた位置でキャリブレーション用マークを認識するようにしている為、二視野カメラが、それらのうちの一方のマーク（例えば、キャリブレーション用マーク）を認識する位置へ移動せしめられたときと、他方のマーク（例えば、アライメントマーク）を認識する位置へ移動せしめられたときとでは、かかるカメラを移動させるＸＹテーブル若しくはＸＹＺテーブルに作用する荷重（曲げモーメント）が相異し、その為による撓み量の差が、キャリブレーション用マークの位置認識誤差になって、より一段と高精度にキャリブレーションすることが妨げられていた。
そこで、本発明者等は、他の特許出願において、ボンディングツールの加圧面に開口されている半導体チップ吸着保持用の吸気孔と、透明板を装着したボンディングステージの前記透明板に設けられているキャリブレーション用下マークとを、二視野カメラで認識することに加えて、ボンディングツールを上方の待機位置から降下させて前記吸気孔をキャリブレーション用下マークに接近せしめた状態において前記透明板の下方から一視野カメラで前記吸気孔及び前記キャリブレーション用下マークを認識するようにすることによって、より一段と高精度にキャリブレーションすることができることを提案したが、このようなキャリブレーション方法においては、二視野カメラの上側の光軸と下側の光軸とのずれが生じる為、それの補正が必要とされていた。
ところが、その為に必要とされる補正パラメータが、二視野カメラの精度測定結果等から経験的に決定される一方において季節の変化（環境温度の変化）等の影響を受け易い為に、キャリブレーション精度を一定に維持することの困難性を有していると共に、キャリブレーション精度を一定に維持しようとすると、キャリブレーション時間が長くなって効率が低下し、そうかといって、時間短縮の為にキャリブレーション回数を減らすと、一定精度に維持することが困難になってしまうといった相反する解決し難い欠点があった。
本発明は、このよう欠点に着目し、それを解決すべく鋭意検討の結果、二視野カメラの上下光軸のずれ量とカメラ温度とが相関関係にあることを見出し、
この点に基づいて本発明を完成し得たものである。
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るチップボンディング装置は、請求項１に記載するように、半導体チップを吸着保持する為の吸気孔を加圧面に開口せしめ、かつ、上下動し得るように装着されたボンディングツールと、前記ボンディングツールの下方において水平面内において移動し得るように装着されたボンディングステージと、前記ボンディングステージに装着されている透明板に設けられたキャリブレーション用下マークと、前記ボンディングステージがキャリブレーション実行位置に位置決めせしめられた状態において退避位置から前記ボンディングツールと前記透明板との間へ移動して前記吸気孔と前記キャリブレーション用上下両マークとを認識する二視野カメラと、前記ボンディングツールが上方の待機位置から下方へ移動せしめられて前記透明板に接近若しくは当接した状態において前記透明板の下方から前記吸気孔と前記キャリブレーション用下マークとを認識する一視野カメラとを備えたチップボンディング装置において、前記二視野カメラに温度検出手段を装着し、かつ、前記温度検出手段が許容以上の温度変化を検出したときのみにおいてキャリブレーションを行うようにしたことを特徴とするものである。
また、本発明に係るチップボンディング装置におけるキャリブレーション方法は、請求請７に記載するように、半導体チップを吸着保持する為の吸気孔を開口せしめたボンディングツールの下方に配されているボンディングステージを水平面内において移動せしめてキャリブレーション実行位置に位置決めさせた状態において退避位置から前記ボンディングツールと前記ボンディングステージに装着されている透明板との間へ二視野カメラを移動せしめて前記吸気孔と前記透明板に設けられているキャリブレーション用下マークとを認識することによって得られる所定の制御パラメータに基づいてカメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新することと、前記ボンディングツールを上方の待機位置から下方へ移動させて前記透明板に接近若しくは当接せしめた状態において前記透明板の下方から一視野カメラで前記吸気孔と前記キャリブレーション用下マークとを認識することによって得られる所定の制御パラメータに基づいて前記カメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新することとを行うチップボンディング装置におけるキャリブレーション方法において、前記二視野カメラの温度を検出し、かつ、許容以上の温度変化を検出したときのみにおいて、前記二視野カメラによる前記吸気孔及び前記キャリブレーション用下マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新と、前記一視野カメラによる前記吸気孔及び前記キャリブレーション用下マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新とを行うことを特徴とするものである。
【発明の実施の形態】
斜視図である図１及び図２において、下方のボンディングステージ１と上方のボンディングツール２との間へ二視野カメラ３が移動せしめられた姿が示されているが、この二視野カメラ３でキャリブレーション用下マーク４及び吸気孔１０が共に認識される。
なお、キャリブレーション用下マーク４は、ボンディングステージ１に装着されている透明板６（例えば、ガラス板）の上面６ａに設けられていると共に吸気孔１０は、ボンディングツール２の先端部を形成している加圧ヘッド２ａの加圧面２ｂに設けられている。
また、ボンディングステージ１は、ＸＹθテーブル７の最上段を形成しているθテーブル７ａ上に装着されており、従って、ＸＹθテーブル７の駆動によって水平面内においてＸ軸方向、Ｙ軸方向又はＸＹ両軸方向に移動（以下、単に平行移動という。）され得ると共に所定方向に回転され得る。
一方、ボンディングツール２は、図示されていない機構によって水平方向へは移動し得ないが、Ｚ軸方向（垂直方向）に上下動自在に装着され、かつ、加圧ヘッド２ａを所定温度に加熱する為のヒータ（図示されていない）を内蔵していると共に加圧ヘッド２ａの加圧面２ｂに、半導体チップを吸着保持する為の吸気孔１０を開口せしめている。
なお、吸気孔１０は、ボンディングツール２の垂直軸心Ｂ−Ｂ上に位置されているが、この孔１０と連通せしめられるように耐圧ホース１１の一端がボンディングツール２に取り付けられていると共に、その他端が図示されていない真空ポンプに取り付けられている。
また、二視野カメラ３は、図示されていないＸＹＺテーブルに装着されている。その為、このカメラ３は、前記ＸＹＺテーブルの駆動によって退避位置からボンディングツール２と透明板６との間へ移動され得ると共に、反対にそこから前記退避位置へ移動され得る。その際、二視野カメラ３の高さ位置がＺテーブルの駆動によって所定に調整される。
更に、二視野カメラ３に温度検出手段８（例えば、熱電対）が装着されていると共にＸＹθテーブル７のθテーブル７ａ上に一視野カメラ９（例えば、ＣＣＤカメラ）が装着されている。なお、一視野カメラ９は、その撮像ヘッドを常時、透明板６の下方に位置せしめている。
また、ボンディングステージ１の上面１ａと透明板６の上面６ａは、連なった平面を形成するように（段差を形成しないように）設けられている。また、ボンディングステージ１の上面１ａ中央部に、基板（例えば、液晶基板）を吸着保持する為の吸気孔１２が開口されている。
この吸気孔１２は、その一端がボンディングステージ１に取り付けられている耐圧ホース１３と連通され、かつ、かかるホース１１の他端（図示されていない）は真空ポンプに取り付けられている。
よって、ＸＹθテーブル７を平行移動及び回転せしめてボンディングステージ１を図示のようにキャリブレーション実行位置に位置決めさせることができるが、かかるキャリブレーション実行位置は、二視野カメラ３及び一視野カメラ９の視野範囲内、すなわち、両カメラ３，９が、キャリブレーション用上下マーク５，４の両マークを認識することができる範囲内の所定位置に設定されている。
なお、ボンディングステージ１がキャリブレーション実行位置に位置決めされた状態においては、ボンディングツール２の下方に透明板６が位置されるが、この透明板６に設けられているキャリブレーション下マーク４の位置は、ボンディングツール２に設けられている吸気孔１０の位置とボンディングステージ平面に対して同一の垂直線上には位置されていない。
以下、この状態において、上方の待機位置へ移動せしめられているボンディングツール２とその下方の透明板６との間に二視野カメラ３が移動され、次いで、このカメラ３で吸気孔１０及びキャリブレーション用下マーク４が認識されると共に、これによって得られる所定の制御パラメータに基づいてカメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータが補正更新される。
その際、半導体チップを吸着保持する為の吸気孔１０を認識するので、ボンディング（熱圧着）に先立って、ボンディングツール２が吸着保持している半導体チップのアライメントマークと、その下方のボンディングステージ１が支持している基板のアライメントマークとを二視野カメラ３で認識する場合と同一ストロークに二視野カメラ３が移動制御される。このように、同一ストローク位置ですべてのマークを認識する為、荷重差による撓みの影響を受けない。
そして、続いて、二視野カメラ３が、ボンディングツール２と透明板６との間のマーク認識位置から右側の退避位置へ移動されると、ボンディングツール２が上方の待機位置から降下され、これにより、ボンディングツール２の加圧ヘッド２ａが、透明板６に接近若しくは軽く当接せしめられる。
すると、透明板６の下方から一視野カメラ９で吸気孔１０及びキャリブレーション用下マーク４が認識されると共に、これによって得られる所定の制御パラメータに基づいて前記カメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータが更に補正更新される。
なお、前記一連のキャリブレーション用下マーク及び吸気孔の認識を通じて、例えば、二視野カメラ３の上側光軸３ａ及び下側光軸３ｂ同士のずれ量等が求められ、得られた所定の制御パラメータに基づいて先行の制御パラメータが補正更新される。一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションは、ステージ又はヘッド位置の熱変形に対するものであり、光学系の変形頻度の多い二視野カメラを用いてのそれよりも少ない頻度で必要に応じて行えばよい。
このように、本発明においては、二視野カメラ３を用いてのキャリブレーションと、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションとの二段階にキャリブレーションを行うようにしている。その為、カメラの移動制御の煩雑化を防止しながら、従来のキャリブレーションよりも、より一段と高精度にキャリブレーションすることができる。また、上述のように、本発明においては、カメラの移動制御をより少ない回数で完了できるようにした為、キャリブレーションに要する時間を短縮することができる。
なお、このようなキャリブレーションは、ボンディングステージ１に支持せしめられている液晶基板等の基板（図示されていない）に半導体チップを次々とボンディング（熱圧着）して行く途中において必要に応じて適宜に行われる。その際、キャリブレーションは、二視野カメラ３に装着されている温度検出手段８が許容以上の温度変化を検出したときのみに行われる。
従って、ボンディングツール２と透明板４間へ二視野カメラ３が移動しても、温度検出手段８が許容以上の温度変化を検出しないときにおいては、上述のキャリブレーションは行われない。
その為、最適なタイミングでキャリブレーションを行うことができてキャリブレーション回数を減らすことができるから、効率的にキャリブレーションを行うことができ、しかも、キャリブレーション精度を一定に維持、すなわち、環境雰囲気の温度が変化するような場合においても高精度に維持することができる。
このよに、本発明においては、二視野カメラ３の上側の光軸３ａと下側の光軸３ｂとのずれ量αとカメラ温度とが相関関係にあることに基づいて許容温度変化を設定するから、上述のような効果を得ることができるのである。
なお、かかる許容温度変化の設定に関し、複数の二視野カメラ３について加熱テストを行って、カメラ温度差ｔと光軸のずれ量αとを求めた結果、少しのばらつきはあるけれども、平均して１℃当りの変化により光軸のずれ量が、約２〜６μｍであることが確認された。従って、このデータに基づいて光軸のずれ許容精度を外れる温度変化を計算し、それを許容温度変化として設定するのも一例である。
周知のように、二視野カメラ３は、その周囲雰囲気等の温度影響を受けると、上側の光軸３ａと下側の光軸３ｂとのずれ量αが生じる。従って、それを予め測定し、測定ずれ量αの許容値から温度変化許容値を算出することができる為、カメラ温度を熱電対等の温度検出手段８で測定して、その温度変化が許容精度以上になった場合においてのみキャリブレーションを行うことができるように設けることができる。
なお、上述のボンディングに際し、キャリブレーション実行位置とは異なった位置、すなわち、ボンディング実行位置へボンデイングステージ１が移動せしめられる。これは、ＸＹθテーブル７の駆動制御によって行われ、そして、ボンディング実行位置へ移動されると、二視野カメラ３によってボンディングステージ１の吸気孔１２を介して真空吸着保持されている基板のアライメントマークと、ボンディングツール２の吸気孔１０を介して真空吸着保持されている半導体チップ（図示されていない）のアライメントマークとが認識される。
以下、両マークの位置ずれを無くするように、ボンディングステージ１がＸＹ軸方向へ移動、すなわち、平行移動せしめられると共に回転せしめられ、これによって、基板のボンディング個所に半導体チップが精密に位置決めせしめられ、従って、その後、ボンデイングツール２を降下させることによって所定にボンディングすることができる。
以上、一実施形態について述べたが、本発明においては、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションと、二視野カメラ３を用いてのそれとは、どちらを先に実施しても構わない。
また、二視野カメラ３を用いてのキャリブレーションと、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションとを並行させるだけでなく、二視野カメラ３を用いてのキャリブレーションの前若しくは後において、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションを間欠的に行ってもよい。
また、キャリブレーション用下マーク４についても、いかなる形態のものであってもよいが、一般にはカメラでの認識が容易で、かつ、ヒータに対する耐熱性の樹脂印刷マーク又はマーク用に孔を設けたものが選択される。
また、ボンディングツール２についても、ヒータを備えた所謂、ヒートツールのみならず、ヒータを備えていないものであってもよい。
更に、ボンディングステージ１とボンディングツール２は、相対的な位置関係が水平方向とその水平面内の回転方向において移動制御可能であればよく、その意味においては、ボンデングステージ１についても、水平面内において移動し得る限りにおいては、Ｘ軸方向若しくはＹ軸方向だけに移動し得るように装着してもよく、その場合においては、ボンディングツール２をＹ軸方向若しくはＸ軸方向に移動し得るように装着すればよく、かつ、更には、それに加えて回転し得るように装着すればよい。
また、ボンディングステージ１は、基板を所定に支持し得る限りにおいては、吸気孔１２のような基板固定手段に代えて他の態様の基板固定手段を設けてもよいと共に、このステージ１に対する透明板６の装着は、その下方から一視野カメラ９がキャリブレーション用下マーク４及び吸気孔１０を認識し得る限りにおいては、いかなる態様に設けてもよい。
また、二視野カメラ５は、一般には、ＸＹＺテーブルに装着されるが、必要に応じて、Ｘテーブル、Ｙテーブル、ＸＹテーブル又はＸＹθテーブル等、他のテーブルに装着してもよい。
また、ボンディングステージ１の移動手段は、ＸＹテーブルだけ、又はθテーブルだけの場合もあると共に、ＸテーブルとＹテーブルとθテーブルとの組み合わせは、いずれが上下に配されても構わない。
また、ボンディングツール２のそれについても、Ｚテーブルに限定されず、ＸＹＺθ、ＸＹＺ、Ｚθ、ＹＺ等、各種のテーブル組み合わせを選択することができると共に一視野カメラ９も、ＣＣＤカメラ以外のものであってもよい。
また、二視野カメラ９に装着される温度検出手段に関し、熱電対、測温抵抗体等を選択することができる
なお、機構を簡単にできる為、ボンディングステージ１及び一視野カメラ９を一緒に（一体に）水平面内において移動し得るように装着するのが好ましいが、それらを互いに独立して個別に移動或いはボンディングステージ１だけを移動し得るように装着してもよい。
また、ボンディングステージ１を装着しないで、カメラ通路を形成するように門型状の透明板だけを装着し、これをボンディングステージとして使用（その上面に基板をセット）すると共に、門型状の透明板の上面に設けられているキャリブレーション用下マーク及びボンディングツールに設けられている吸気孔を、その下方から（前記カメラ通路に撮像ヘッドを位置せしめた）一視野カメラで認識するようにしてもよく、かつ、その場合において、一視野カメラは、固定又は移動自在に装着してもよい。
【発明の効果】
上述のように、本発明によると、カメラの移動制御工程の削減及びキャリブレーションの間欠化により、キャリブレーション時間が短縮できると共に二視野カメラのアライメントとキャリブレーション時の位置的違いから生ずるモーメントによるメカ的な変形に影響されずに高精度にキャリブレーションすることができ、更に、最適なタイミングでキャリブレーションを行うことができてキャリブレーション回数を減らすことができるから、効率的にキャリブレーションを行うことができると共にキャリブレーション精度を一定に維持、すなわち、環境雰囲気の温度が変化するような場合においても高精度に維持することができる。
なお、高精度に維持しながらもキャリブレーション回数を減らすことができる為、生産効率を上げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】チップボンディング装置におけるキャリブレーション用下マークの認識態様を示す斜視図である。
【図２】チップボンディング装置における吸気孔の認識態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：ボンディングステージ
２：ボンディングツール
２ｂ：加圧面
３：二視野カメラ
４：キャリブレーション用下マーク
６：透明板
７：ＸＹθテーブル
８：温度検出手段
９：一視野カメラ
１０：吸気孔BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chip bonding apparatus for bonding a semiconductor chip to a substrate and a calibration method therefor.
[Prior art]
Conventionally, as is well known, chip bonding is performed by precisely positioning a bonding position of a substrate (for example, a liquid crystal substrate) supported on a bonding stage below a semiconductor chip held by an upper bonding tool. Bonding is performed by lowering the bonding tool in the positioned state.
Therefore, prior to such bonding, for example, the alignment mark provided on the semiconductor chip and the substrate is recognized by a two-field camera, and the bonding stage is controlled to move in a predetermined manner so as to eliminate the positional deviation of both alignment marks. In this case, the two-field camera is moved from the retracted position to the alignment mark recognition position or moved in the opposite direction and retracted.
However, as bonding is performed one after another through such processes, changes in the environmental conditions such as a rise in the temperature in the working chamber cause changes in the dimensions of each part of the device. If the process is performed under the same conditions, an error occurs in the position recognition of the alignment mark, and this makes high-precision bonding difficult.
Therefore, in order to maintain the bonding accuracy in units of μm, the camera movement control system is calibrated as needed, and various calibrations have already been proposed.
For example, in paragraphs [0036] to [0042] of Japanese Patent Laid-Open No. 9-8104, a mark table is mounted on a Z table on which a bonding tool is mounted via a lifting device, and the lifting device is driven. The mark table is moved to the same level as the semiconductor chip vacuum-sucked and held by the bonding tool, and the two-field camera is moved below it to set the calibration mark on the mark table. Then, after retracting the two-view camera from there, the lifting device is driven to move the mark table to the same level as the circuit board supported by the lower bonding stage, and The two-view camera is moved upward to recognize the mark, and thus a predetermined control obtained by both recognitions. Calibration method the control parameter prior to being input to the movement control system of the camera is corrected update based on the parameters is proposed.
[Problems to be solved by the invention]
However, in this calibration method, since the calibration mark is recognized at a position far away from the position where the alignment mark provided on each of the semiconductor chip and the substrate is recognized, When the camera is moved to a position for recognizing one of the marks (for example, a calibration mark) and when it is moved to a position for recognizing the other mark (for example, an alignment mark), the camera is moved. The load (bending moment) acting on the XY table or XYZ table to be moved is different, and the difference in the amount of bending due to this becomes the position recognition error of the calibration mark, and the calibration is performed with higher accuracy. Was hindered.
In view of this, the present inventors, in another patent application, are provided in the transparent plate of the bonding stage equipped with a suction plate for holding and holding a semiconductor chip, which is opened in the pressure surface of the bonding tool, and a transparent plate. In addition to recognizing the lower mark for calibration with the two-field camera, the bonding tool is lowered from the upper standby position to bring the suction hole closer to the lower mark for calibration and below the transparent plate. It has been proposed that calibration can be performed with higher accuracy by recognizing the intake hole and the lower calibration mark with a single-field camera. However, in such a calibration method, Since there is a deviation between the upper and lower optical axes of the field of view camera, it must be corrected. It has been considered.
However, the calibration parameters required for this are determined empirically from the results of measuring the accuracy of the two-field camera, etc. On the other hand, they are easily affected by seasonal changes (environmental temperature changes). In addition to having the difficulty of maintaining the accuracy constant, if the calibration accuracy is kept constant, the calibration time becomes longer and the efficiency decreases. When the number of calibrations is reduced, there is a conflicting problem that is difficult to solve, such as it becomes difficult to maintain a constant accuracy.
The present invention pays attention to such drawbacks, and as a result of intensive studies to solve it, found that the amount of deviation of the vertical optical axis of the two-field camera and the camera temperature are correlated,
The present invention has been completed based on this point.
[Means for Solving the Problems]
That is, the chip bonding apparatus according to the present invention is a bonding tool that is provided so that the suction hole for adsorbing and holding the semiconductor chip is opened in the pressurizing surface and can be moved up and down. A bonding stage mounted so as to be movable in a horizontal plane below the bonding tool, a calibration lower mark provided on a transparent plate mounted on the bonding stage, and the bonding stage being calibrated. A two-field camera for recognizing the suction hole and the upper and lower calibration marks by moving from the retracting position to the transparent plate in a state where the bonding tool is positioned at the execution position; Moved downward from the upper standby position In a chip bonding apparatus comprising a single-view camera that recognizes the suction hole and the calibration lower mark from below the transparent plate in a state of approaching or abutting on the transparent plate, the two-view camera detects temperature. It is characterized in that the calibration is performed only when the means is mounted and the temperature detecting means detects a temperature change exceeding an allowable value.
According to another aspect of the present invention, there is provided a calibration method for a chip bonding apparatus comprising: a bonding stage disposed below a bonding tool having an intake hole for adsorbing and holding a semiconductor chip; In a state where it is moved in the horizontal plane and positioned at the calibration execution position, the two-view camera is moved from the retracted position to the transparent plate mounted on the bonding stage to move the suction hole and the transparent Correcting and updating a preceding control parameter input to the camera movement control system based on a predetermined control parameter obtained by recognizing a calibration lower mark provided on the board; and the bonding tool Move downward from the upper standby position The camera movement based on predetermined control parameters obtained by recognizing the suction hole and the calibration lower mark with a one-view camera from below the transparent plate in a state of approaching or abutting the transparent plate In the calibration method in the chip bonding apparatus that corrects and updates the preceding control parameter input to the control system, only when the temperature of the two-field camera is detected and a temperature change exceeding an allowable value is detected Control parameter correction update based on recognition of the suction hole and the calibration lower mark by the two-field camera, and control parameter correction based on recognition of the suction hole and the calibration lower mark by the one-field camera. It is characterized by performing correction update. .
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2, which are perspective views, show a state in which the two-field camera 3 is moved between the lower bonding stage 1 and the upper bonding tool 2. Both the lower mark 4 and the intake hole 10 are recognized.
The calibration lower mark 4 is provided on the upper surface 6 a of a transparent plate 6 (for example, a glass plate) mounted on the bonding stage 1, and the intake hole 10 forms the tip of the bonding tool 2. The pressure head 2a is provided on the pressure surface 2b.
The bonding stage 1 is mounted on a θ table 7a that forms the uppermost stage of the XYθ table 7. Therefore, the X, Y, or XY axes are driven in the horizontal plane by driving the XYθ table 7. It can be moved in a direction (hereinafter simply referred to as parallel movement) and rotated in a predetermined direction.
On the other hand, the bonding tool 2 cannot move in the horizontal direction by a mechanism not shown, but is mounted so as to be movable up and down in the Z-axis direction (vertical direction), and heats the pressure head 2a to a predetermined temperature. A heater (not shown) is built in, and an air intake hole 10 for adsorbing and holding the semiconductor chip is formed in the pressure surface 2b of the pressure head 2a.
The suction hole 10 is positioned on the vertical axis BB of the bonding tool 2, and one end of the pressure hose 11 is attached to the bonding tool 2 so as to communicate with the hole 10. The other end is attached to a vacuum pump not shown.
The two-field camera 3 is mounted on an XYZ table (not shown). Therefore, the camera 3 can be moved from the retracted position between the bonding tool 2 and the transparent plate 6 by driving the XYZ table, and conversely from there to the retracted position. At that time, the height position of the two-field camera 3 is adjusted to a predetermined level by driving the Z table.
Further, a temperature detection means 8 (for example, a thermocouple) is mounted on the two-view camera 3 and a one-view camera 9 (for example, a CCD camera) is mounted on the θ table 7a of the XYθ table 7. Note that the single-view camera 9 always has its imaging head positioned below the transparent plate 6.
The upper surface 1a of the bonding stage 1 and the upper surface 6a of the transparent plate 6 are provided so as to form a continuous plane (so as not to form a step). In addition, an air intake hole 12 for adsorbing and holding a substrate (for example, a liquid crystal substrate) is opened at the center of the upper surface 1 a of the bonding stage 1.
One end of the intake hole 12 communicates with a pressure hose 13 attached to the bonding stage 1, and the other end (not shown) of the hose 11 is attached to a vacuum pump.
Therefore, the XYθ table 7 can be translated and rotated to position the bonding stage 1 at the calibration execution position as shown in the figure. The calibration execution position is the field of view of the two-field camera 3 and the one-field camera 9. Within the range, that is, both the cameras 3 and 9 are set at predetermined positions within the range where both the upper and lower calibration marks 5 and 4 can be recognized.
In the state where the bonding stage 1 is positioned at the calibration execution position, the transparent plate 6 is positioned below the bonding tool 2. The position of the calibration lower mark 4 provided on the transparent plate 6 is as follows. The position of the suction hole 10 provided in the bonding tool 2 and the bonding stage plane are not located on the same vertical line.
Hereinafter, in this state, the two-field camera 3 is moved between the bonding tool 2 moved to the upper standby position and the transparent plate 6 below the bonding tool 2, and then the intake hole 10 and the calibration are performed with this camera 3. The use mark 4 is recognized, and the preceding control parameter input to the camera movement control system is corrected and updated based on the predetermined control parameter obtained thereby.
At this time, since the suction hole 10 for sucking and holding the semiconductor chip is recognized, prior to bonding (thermocompression bonding), the alignment mark of the semiconductor chip sucked and held by the bonding tool 2 and the bonding stage 1 below the semiconductor chip. The two-field camera 3 is controlled to move in the same stroke as when the two-field camera 3 recognizes the alignment mark of the substrate supported by the camera. Thus, since all marks are recognized at the same stroke position, they are not affected by the deflection due to the load difference.
Subsequently, when the two-field camera 3 is moved from the mark recognition position between the bonding tool 2 and the transparent plate 6 to the right retracted position, the bonding tool 2 is lowered from the upper standby position, thereby The pressure head 2a of the bonding tool 2 is brought close to or lightly brought into contact with the transparent plate 6.
Then, the suction hole 10 and the calibration lower mark 4 are recognized from the lower side of the transparent plate 6 by the one-view camera 9, and are inputted to the camera movement control system based on the predetermined control parameters obtained thereby. The preceding control parameter is further corrected and updated.
It should be noted that, through recognition of the series of calibration lower marks and intake holes, for example, the amount of deviation between the upper optical axis 3a and the lower optical axis 3b of the two-field camera 3 is obtained, and the predetermined control parameters obtained are obtained. Based on the above, the preceding control parameter is corrected and updated. The calibration using the single-field camera 9 is for thermal deformation of the stage or head position, and if necessary, the calibration can be performed at a lower frequency than that using a two-field camera with a high frequency of deformation of the optical system. Good.
As described above, in the present invention, calibration is performed in two stages, that is, calibration using the two-field camera 3 and calibration using the one-field camera 9. Therefore, it is possible to perform calibration with higher accuracy than conventional calibration while preventing complication of camera movement control. Further, as described above, in the present invention, since the movement control of the camera can be completed with a smaller number of times, the time required for calibration can be shortened.
Note that such calibration is appropriately performed as needed during the course of bonding (thermocompression bonding) semiconductor chips to a substrate (not shown) such as a liquid crystal substrate supported by the bonding stage 1 one after another. To be done. At that time, the calibration is performed only when the temperature detecting means 8 attached to the two-field camera 3 detects an unacceptable temperature change.
Therefore, even if the two-field camera 3 moves between the bonding tool 2 and the transparent plate 4, the above-described calibration is not performed when the temperature detecting means 8 does not detect an allowable temperature change.
Therefore, calibration can be performed at the optimal timing and the number of calibrations can be reduced, so that calibration can be performed efficiently and calibration accuracy is maintained constant, that is, environmental atmosphere. Even when the temperature changes, it can be maintained with high accuracy.
Thus, in the present invention, the allowable temperature change is set based on the fact that the amount of deviation α between the upper optical axis 3a and the lower optical axis 3b of the two-field camera 3 is correlated with the camera temperature. Thus, the effects as described above can be obtained.
Regarding the setting of the allowable temperature change, a heating test was performed on a plurality of two-field cameras 3, and the camera temperature difference t and the optical axis deviation amount α were obtained. It was confirmed that the shift amount of the optical axis was about 2 to 6 μm due to the change per 1 ° C. Therefore, it is an example to calculate a temperature change that deviates from the allowable tolerance of the optical axis based on this data and set it as the allowable temperature change.
As is well known, when the two-field camera 3 is affected by the temperature of the ambient atmosphere or the like, a deviation amount α between the upper optical axis 3a and the lower optical axis 3b occurs. Therefore, since it can be measured in advance and the temperature change allowable value can be calculated from the allowable value of the measurement deviation amount α, the camera temperature is measured by the temperature detecting means 8 such as a thermocouple, and the temperature change exceeds the allowable accuracy. It can be provided so that calibration can be performed only when
In the above-described bonding, the bonding stage 1 is moved to a position different from the calibration execution position, that is, the bonding execution position. This is performed by driving control of the XYθ table 7, and when moved to the bonding execution position, the alignment mark of the substrate held by vacuum suction and holding through the suction hole 12 of the bonding stage 1 by the two-field camera 3 Then, an alignment mark of a semiconductor chip (not shown) held by vacuum suction is recognized through the suction hole 10 of the bonding tool 2.
Hereinafter, the bonding stage 1 is moved in the X and Y axis directions, that is, translated and rotated so as to eliminate the positional deviation between the two marks, whereby the semiconductor chip is precisely positioned at the bonding position of the substrate. Therefore, it is possible to perform predetermined bonding thereafter by lowering the bonding tool 2.
Although one embodiment has been described above, in the present invention, either the calibration using the one-field camera 9 or the calibration using the two-field camera 3 may be performed first.
Further, not only the calibration using the two-field camera 3 and the calibration using the one-field camera 9 are performed in parallel, but also one field of view before or after the calibration using the two-field camera 3. Calibration using the camera 9 may be performed intermittently.
The lower mark 4 for calibration may be in any form, but is generally easy to recognize with a camera and has a hole for heat-resistant resin printed mark or mark for the heater. The one is selected.
Also, the bonding tool 2 may be not only a so-called heat tool provided with a heater but also a tool not provided with a heater.
Furthermore, the bonding stage 1 and the bonding tool 2 only need to be movable and controllable relative to each other in the horizontal direction and the rotational direction in the horizontal plane. In this sense, the bonding stage 1 is also in the horizontal plane. As long as it can move, it may be mounted so that it can move only in the X-axis direction or the Y-axis direction. In that case, the bonding tool 2 is mounted so that it can move in the Y-axis direction or the X-axis direction. What is necessary is just to mount | wear so that it can rotate in addition to it.
Further, the bonding stage 1 may be provided with a substrate fixing means of another mode instead of the substrate fixing means such as the air intake hole 12 as long as the substrate can be supported in a predetermined manner, and a transparent plate for the stage 1 6 may be provided in any manner as long as the single-view camera 9 can recognize the calibration lower mark 4 and the intake hole 10 from below.
The two-field camera 5 is generally mounted on an XYZ table, but may be mounted on another table such as an X table, a Y table, an XY table, or an XYθ table as necessary.
The moving means of the bonding stage 1 may be only the XY table or only the θ table, and any combination of the X table, the Y table, and the θ table may be arranged vertically.
Also, the bonding tool 2 is not limited to the Z table, and various table combinations such as XYZθ, XYZ, Zθ, and YZ can be selected, and the one-field camera 9 is not a CCD camera. May be.
Moreover, regarding the temperature detection means attached to the two-field camera 9, a thermocouple, a resistance temperature detector, etc. can be selected. Since the mechanism can be simplified, the bonding stage 1 and the one-field camera 9 are combined together ( Although they are preferably mounted so that they can move in a horizontal plane, they may be mounted independently so that they can be moved individually or only the bonding stage 1 can be moved.
In addition, without mounting the bonding stage 1, only a portal-shaped transparent plate is mounted so as to form a camera passage, and this is used as a bonding stage (a substrate is set on the upper surface), and the gate-shaped transparent The lower mark for calibration provided on the upper surface of the plate and the suction hole provided in the bonding tool may be recognized from below by the one-field camera (with the imaging head positioned in the camera path). Well, and in that case, the single-field camera may be fixedly or freely mounted.
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the time required for calibration can be shortened by reducing the camera movement control process and making the calibration intermittent, and the mechanism based on the moment caused by the positional difference between the alignment and calibration of the two-field camera. Can be calibrated with high accuracy without being affected by general deformation, and furthermore, calibration can be performed at the optimum timing and the number of calibrations can be reduced, so that calibration can be performed efficiently. In addition, the calibration accuracy can be maintained constant, that is, it can be maintained with high accuracy even when the temperature of the environmental atmosphere changes.
Since the number of calibrations can be reduced while maintaining high accuracy, the production efficiency can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a recognition mode of a calibration lower mark in a chip bonding apparatus.
FIG. 2 is a perspective view showing an air hole recognition mode in the chip bonding apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Bonding stage 2: Bonding tool 2b: Pressurizing surface 3: Two-field camera 4: Calibration lower mark 6: Transparent plate 7: XYθ table 8: Temperature detection means 9: One-field camera 10: Intake hole

Claims

A bonding tool having an intake hole for holding a semiconductor chip by suction in the pressure surface and mounted so as to move up and down, and a bonding tool mounted so as to move in a horizontal plane below the bonding tool A stage, a calibration lower mark provided on a transparent plate mounted on the bonding stage, and the bonding tool and the transparent plate from a retracted position in a state where the bonding stage is positioned at a calibration execution position. A two-field camera for recognizing the suction hole and the calibration lower mark, and a state in which the bonding tool is moved downward from an upper standby position to approach or contact the transparent plate In the suction hole from below the transparent plate In a chip bonding apparatus having a single-field camera for recognizing the calibration lower mark, when the temperature detector is mounted on the two-field camera and the temperature detector detects a temperature change that is greater than an allowable value. A chip bonding apparatus characterized in that calibration is performed only in the case of the above.

The chip bonding apparatus according to claim 1, wherein the bonding tool includes a heater.

3. The chip bonding apparatus according to claim 1, wherein the bonding tool is mounted so as not to move in a horizontal direction.

4. The chip bonding apparatus according to claim 1, wherein the bonding stage is mounted so as to be movable in parallel.

The chip bonding apparatus according to claim 4, wherein the bonding stage is mounted so as to be rotatable.

6. The chip bonding apparatus according to claim 1, wherein the single-view camera is mounted so as to be able to move integrally with the bonding stage.

The bonding stage disposed below the bonding tool having suction holes for holding the semiconductor chip on the pressing surface is moved in a horizontal plane and positioned at the calibration execution position, and the bonding is performed from the retracted position. A predetermined obtained by moving a two-field camera between a tool and a transparent plate mounted on the bonding stage and recognizing the suction hole and the calibration lower mark provided on the transparent plate. Based on the control parameter, the previous control parameter input to the camera movement control system is corrected and updated, and the bonding tool is moved downward from the upper standby position to approach or contact the transparent plate. In the state, the intake air is taken from below the transparent plate with a one-field camera. Calibration in a chip bonding apparatus that corrects and updates a preceding control parameter input to the camera movement control system based on a predetermined control parameter obtained by recognizing the calibration and the calibration lower mark In the method, only when the temperature of the two-field camera is detected and a temperature change exceeding an allowable level is detected, the control parameter is corrected based on the recognition of the intake hole and the calibration lower mark by the two-field camera. A calibration method in a chip bonding apparatus, wherein updating and control parameter correction updating based on recognition of the suction hole and the calibration lower mark by the one-field camera are performed.

Control parameter correction update based on the recognition of the suction hole and the calibration lower mark by the one-field camera before or after the control parameter correction update based on the recognition of the suction hole and the calibration lower mark by the two-field camera The calibration method in the chip bonding apparatus according to claim 7, wherein the calibration is performed intermittently.