JP4232511B2

JP4232511B2 - 半導体製造装置

Info

Publication number: JP4232511B2
Application number: JP2003100285A
Authority: JP
Inventors: 和伸梅本; 紀行久保田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: JP2004311569A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に半導体素子をリードフレームや基板などの被搭載対象物上に搭載する半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体製造装置、例えばダイボンディング装置では、粘着シートに貼り付けられたウェハから分割された半導体素子（チップ）をボンディングアーム先端のコレットで吸着し、粘着シート上から剥がした後、あらかじめ搬送レール上に移載されたリードフレームのアイランドなどの半導体素子搭載部に搭載している。
【０００３】
しかしながら、かかる従来の半導体製造装置においては、チップ搭載時の位置調整を、目視または顕微鏡で行っているため、半導体素子をリードフレームの搭載目標位置の中心に合わせることが困難であり、かつ調整が難しいという問題がある。
【０００４】
このような問題に対処するため、半導体素子をリードフレーム搭載目標中心に合わせる調整を簡単にする方法として、搭載した半導体素子のずれ量を検出し、次に搭載する半導体素子の位置を補正するという手法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図３はこのような従来の一例を示す半導体製造装置の主要ブロック構成図である。図３に示すように、従来の半導体製造装置（ダイボンダ）は、半導体素子（チップ）２２が多数貼り付けられた粘着シート２７を搭載するチップ供給ステージ２１と、チップ２２を吸着し、粘着シート２７より剥がし取るコレット２８と、チップ２２を撮像する固定カメラ２３Ａと、この固定カメラ２３Ａのチップ画像によりコレット２８が拾うべき位置とのずれ量を検出する認識部２４Ａと、このずれ量によりチップ供給ステージ２１を移動させる位置を補正するステージ駆動部２５と、リードフレーム２９に形成され、かつチップ２２を載置するためのアイランド３０を撮像する固定カメラ２３Ｂと、この固定カメラ２３Ｂによるアイランド３０の画像により搭載すべき位置とのずれ量を検出する認識部２４Ｂと、チップ２２を把んだコレット２８を装着するとともに、アイランド３０とコレット２８との位置合わせをするために、認識部２４Ｂによって認識したずれ量を加味して移動することの可能なボンディングヘッド２６とを有している。
【０００６】
次に、上述したダイボンダの機能，動作について説明する。まず初めに、ボンディングヘッド２６はチップ供給ステージ２１の真上に位置し、この状態で固定カメラ２３Ａによりチップ供給ステージ２１上のチップ２２を撮像する。ついで、固定カメラ２３Ａの画像より、認識部２４Ａは拾うべきチップ２２の位置とコレット２８の位置とのずれ量を認識し、このずれ量に応じた指令をステージ駆動部２５に伝達する。これにより、チップ供給ステージ２１は移動し、コレット２８と拾うべきチップ２２との位置とを一致させる。しかる後、ボンディングヘッド２６のコレット２８が下降し、チップ２２を吸着する。
【０００７】
次に、チップ２２を吸着したコレット２８が上昇し、粘着シート２７よりチップ２２を剥がし、リードフレーム２９側に移動する。ついで、ボンディングヘッド２６はリードフレーム２９上で停止し、固定カメラ２３Ｂがアイランド３０を撮像する。この状態で、アイランド３０の画像を取り込んだ認識部２４Ｂは、アイランド３０の位置とコレット２８の位置とのずれを検出し、ボンディングヘッド２６に対し、検出したずれの量だけ移動させ位置補正を行う。ついで、コレット２８が下降し、把んでいるチップ２２をリードフレーム２９のアイランド３０上に搭載する。
【０００８】
このようにして搭載されたチップ２２は、カメラ２３Ｂにより認識され、先に検出しているアイランド３０の位置データに基づいて、アイランド３０の中心からのチップ２２のずれ量を算出する。ついで、チップ２２をコレット２６により再度ピックアップしてリードフレーム２９のアイランド３０に搭載する際、先のずれ量をリードフレーム２９の搬送位置ずれ量を考慮して、ボンディングヘッド２６の移動量に補正値を加えてチップ２２を最終的に搭載する。
【０００９】
また、熱膨張などがあった場合、長期間の使用により生ずる半導体装置の受け渡し位置の経時変化を補正するボンディング装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平３−２２７０２９号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開平４−２０６９４２号公報（第３頁、第１図，第２図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のダイボンダにおいては、以下のような問題点がある。
【００１２】
その第１の問題点は、最終的なずれ量を拡大してしまう可能性があることである。すなわち、その理由は、認識時の誤差や位置決め精度に起因する搭載ばらつきが存在するため、ばらつき量分だけ、逆にずれ量を拡大する方向に補正がかかってしまうこともあるためである。
【００１３】
また、第２の問題点は、経時変化の影響を精度よく抑制するのが困難であるということである。その理由は、従来の手法では、直前の搭載結果を用いて補正計算をしているため、変化の傾向を認識することができない。すなわち、経時変化の影響を抑制するためには、補正計算頻度を高くする必要があり、時間がかかるためである。また、補正計算頻度を落として、時間短縮を図ると精度が劣化するという問題がある。
【００１４】
また、第３の問題は、上述した特許文献２などにおけるボンディング装置にもみられるように、構造が複雑になり、固定カメラの台数を増やさなければならないという問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、半導体素子を基板などの搭載位置に搭載する際の位置精度を向上させるとともに、簡単な構造あるいは回路で安定させることのできる半導体装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体素子を被搭載対象に搭載する半導体製造装置において、前記被搭載対象に搭載した前記半導体素子と前記被搭載対象上の搭載目標位置とのずれ量を検出するずれ検出部と、前記ずれ検出部で検出した複数個のずれ量の値を統計処理し、前記半導体素子の位置補正計算にフィードバックする補正回路とを有する。
【００１７】
【作用】
本発明においては、半導体素子を被搭載対象物に搭載し、搭載部を撮像して半導体素子と被搭載対象物上の搭載位置とのずれ量を検出部で検出する。ついで、このずれ量データを記録し、ずれ量の傾向を抽出する。さらに、検出部で抽出したずれ量傾向を補正回路の搭載位置補正計算にフィードバックすることにより、ばらつきの影響を取り除いた上でずれ量を抑制し、安定して搭載精度を向上させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態を示す半導体製造装置の主要ブロック構成図である。図１に示すように、本実施の形態は、半導体素子２を多数貼り付けた粘着シート７を搭載する半導体素子供給ステージ１と、この半導体素子２を吸着し、粘着シート７より剥がし取るコレット８と、半導体素子供給ステージ１上の半導体素子２を撮像する固定カメラ３Ａと、この固定カメラ３Ａの半導体素子画像によりコレット８が拾うべき位置とのずれ量（第１のずれ量）を検出する認識部４Ａと、このずれ量により半導体素子供給ステージ１の移動量を制御するステージ駆動部５とを有する。
【００２０】
更に、本実施の形態は、リードフレーム９上のアイランド１０を撮像する固定カメラ３Ｂと、この固定カメラ３Ｂによるアイランド画像により搭載すべき位置を検出する認識部４Ｂと、前述したコレット８を装着するとともに、アイランド１０と半導体素子２との位置合わせをするために、アイランド１０上のずれ量（第２のずれ量）を加味して移動するボンディングヘッド６と、固定カメラ３Ｂによる搭載後の半導体チップ２とアイランド１０の画像から相対ずれ量を検出するずれ検出部１１と、この相対ずれ量のデータを保存し、所定の個数のデータ、すなわち複数個のずれ量データから回帰係数を求め、フィードバック（回帰）による偏差量を補正して半導体素子２を搭載した半導体素子供給ステージ１の移動量を制御するためのステージ駆動部５を再度制御する補正回路１２とを有する。
【００２１】
このずれ検出部１１は、複数個のずれ量の値を統計処理したデータを補正回路１２に供給する機能を備えており、また補正回路１２は、時間の経過に伴う半導体素子２のずれ量の変化から位置ずれ傾向を算出し補正する手段を備えている。なお、これらのずれ検出部１１と補正回路１２は、ここでは、別のブロックとして分離しているが、一体に形成することもできる。
【００２２】
この結果、上述した相対ずれ量は、第１のずれ量と第２のずれ量の差（合成）によって形成される。
【００２３】
図２は図１における半導体素子の搭載ずれ量補正特性図である。図２に示すように、本実施の形態で解決しようとする問題は、前述したように、半導体製造装置において、半導体素子２の搭載位置を調整により精度よく搭載できる状態にした後も、時間の経過とともに熱膨張などの影響により搭載精度が徐々に劣化する傾向があるという課題への対処手法である。この搭載精度の劣化においては、ばらつきが拡大するというよりも、ばらつきの中心が徐々にオフセットしていくという傾向がある。本実施の形態では、このばらつき中心のオフセットを抑制すること、すなわち搭載精度は時間とともに劣化するが、そのずれ量の時間的変化に対処した搭載精度を安定して確保するものである。
【００２４】
以下、かかるずれ量の時間変化に対し、図１に示す半導体製造装置の回路動作を詳細に説明する。
【００２５】
まず、前述したように、第１の固定カメラ３Ａで半導体素子供給ステージ１上の半導体素子２を撮像すると、第１の認識部４Ａはこの撮像した半導体素子画像からピックアップする半導体素子２の位置とコレット８との相対ずれ量（第１のずれ量）を検出する。この結果、検出されたずれ量に応じた指令がステージ駆動部５に伝達されるので、半導体素子供給ステージ１は移動し、コレット８とピックアップすべき半導体素子２との位置を一致させる。しかる後、ボンディングヘッド６に装着されたコレット８が下降し、半導体素子２を吸着する。
【００２６】
次に、コレット８が上昇し、粘着シート７より半導体素子２を剥がし、リードフレーム９側に移動する。このとき同時に、第２の固定カメラ３Ｂがアイランド１０を撮像するので、第２の認識部４Ｂはアイランド１０の位置を検出する。そして、ボンディングヘッド６は、第２の認識部４Ｂから指令されたずれ量に基づいて、位置補正を行う。次に、コレット８が下降し、半導体素子２をリードフレーム９のアイランド１０上に搭載する。
【００２７】
例えば、搭載する位置がアイランド１０の中心だとすると、第２の固定カメラ３Ｂで得られたアイランド画像からその中心位置が求まる。その求めた中心位置が通常ならば画面の中央にあるものが、多少右にずれていたりする状態が生ずる。ここでは、登載目標位置が基準位置からどれだけ離れているかをずれ量と呼んでいる。
【００２８】
このようにして搭載された半導体素子２は、さらに第２の固定カメラ３Ｂで認識され、その結果、ずれ検出部１１によりアイランド１０の中心からの半導体素子２の第２のずれ量が算出される。この算出した第２のずれ量の値は、ずれ検出部１１にデータとして保存される。ずれ検出部１１は所定の回数のデータを保存した時点で補正回路１２を駆動する。さらに、補正回路１２は、半導体素子供給ステージ１を制御するために、ステージ駆動部５に対し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向について、最小二乗法を用いた統計処理により、次の式で表わされる回帰モデルを算出する。
【００２９】
第ｉ回目の搭載ずれ量をｙｉとおき、回帰モデルを［ｙｉ＝ａ×ｉ＋ｂ］とすると、傾斜ａ，定数項ｂは
ａ＝｛（Σｙｉ）／ｎ｝−｛ｂ×（０．５×ｉ＋０．５）｝
ｂ＝［Σ｛ｉ−（０．５×ｉ＋０．５）｝｛ｙｉ−（Σｙｉ）／ｎ｝］／｛０．２５×Σ（ｉ−１）² ｝
と表わせるので、
第（ｉ＋１）回目の搭載ずれ量は、ｙ（ｉ＋１）＝ａ×（ｉ＋１）＋ｂ
と予測される。この予測されるずれ量分を位置補正時に、ステージ駆動部５に対し、フィードバックをかけることにより、搭載精度を安定させることができる。
【００３０】
このように、フィードバックをかけることにより、ずれ量を抑制した後も継続して搭載後のずれ量を監視し、フィードバックをかける。このとき、傾向算出の計算には、以前の計算結果も加算して、傾きａと切片ｂを求める。
【００３１】
上述した統計処理の他にも、各種の統計処理が可能であり、以下２〜３の統計処理について説明する。
【００３２】
その１つの統計処理としては、保存したずれ量値の内、複数回の平均値を求め、平均ずれ量分を位置補正時にフィードバックをかける方法がある。この方法によれば、計算処理時間を短縮することができる。
【００３３】
また、別の統計処理の例として、設定個数或いは設定時間以前に搭載した半導体素子のずれ量データを用いずに統計処理する方法もある。この方法によれば、ずれ量の傾向が途中で変わる場合にも追従可能にすることができる。
【００３４】
また、計算を行うタイミングの一例として、ずれ量が予め設定された値を超えた場合、上記の統計処理によりずれ量の傾向を算出し、フィードバックをかける方法もある。
【００３５】
さらに、計算を行うタイミングの別の一例として、搭載個数が予め設定した個数を超える毎に、或いは予め設定した時間が経過する毎に、上記の方法によりずれ量の傾向を算出し、フィードバックをかける方法もある。
【００３６】
以上は、各種の統計処理について説明したが、通常の統計処理を用い、搭載精度そのものを向上させる別の実施例もある。
【００３７】
例えば、搭載精度を更に向上させる一実施例として、まずコレット８により半導体素子２を吸着保持した後に、第１の固定カメラ３Ａ或いは別の画像入力手段で半導体素子２を認識し、位置補正する。このとき、半導体素子２もしくはコレット８の回転角度（θ回転の角度）補正も行う。ついで、アイランド１０への搭載後のずれ量検出においても、Ｘ，Ｙ軸方向のずれ量とあわせて、θ回転角度のずれ量も検出し、通常の統計処理を行った後に、位置補正計算のためのフィードバックをかける方法もある。
【００３８】
さらに、ずれ量の検出方法は、搭載前の被搭載対象の搭載目標位置と搭載後の半導体素子の位置をそれぞれ認識してその差を求める方法や、被搭載対象上に半導体素子が搭載された状態の画像から、被搭載対象と半導体素子の相対位置関係を求めて、ずれ量とする方法などがある。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置は、半導体素子を搭載位置に搭載する際の目標位置とのずれ量を検出するずれ検出部と、そのずれ量の複数個の値を処理して半導体素子の位置補正にフィードバックする補正回路とを設けることにより、半導体素子を基板などの搭載位置に搭載する際の位置精度を向上させるとともに、簡単な構造あるいは回路で安定させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す半導体製造装置の主要ブロック構成図である。
【図２】図１における半導体素子の搭載ずれ量補正特性図である。
【図３】従来の一例を示す半導体製造装置の主要ブロック構成図である。
【符号の説明】
１半導体素子供給ステージ
２半導体素子
３Ａ，３Ｂカメラ
４Ａ，４Ｂ認識部
５ステージ駆動部
６ボンディングヘッド
７粘着シート
８コレット
９リードフレーム
１０アイランド
１１ずれ検出部
１２補正回路

Claims

半導体素子を被搭載対象に搭載する半導体製造装置において、前記被搭載対象に搭載した前記半導体素子と前記被搭載対象上の搭載目標位置とのずれ量を検出するずれ検出部と、前記ずれ検出部で検出したずれ量の値を統計処理し、前記半導体素子の位置補正計算にフィードバックする補正回路とを含み、
前記ずれ検出部および前記補正回路は、搭載精度の時間的劣化に対し、回帰モデルを作成し、前記回帰モデルに沿ったずれ量の時間的変化を補正することを特徴とする半導体製造装置。
半導体素子を貼り付けた粘着シートを搭載する半導体素子供給ステージと、前記半導体素子を吸着し、前記粘着シートより剥がし取るコレットと、前記半導体素子供給ステージ上の前記半導体素子を撮像する第１の固定カメラと、前記第１の固定カメラが撮像した前記半導体素子の画像により前記コレットが拾うべき位置との第１のずれ量を検出する第１の認識部と、前記第１のずれ量により前記半導体素子供給ステージの移動量を制御するステージ駆動部と、前記半導体素子を前記コレットにより移動させた後に載置するリードフレーム上のアイランドを撮像する第２の固定カメラと、前記第２の固定カメラによる前記アイランド画像により搭載すべき位置を検出する第２の認識部と、前記コレットを装着したボンディングヘッドであって、前記アイランドと前記半導体素子との位置合わせをするために、前記第２の認識部の出力により、前記アイランド上の第２のずれ量を加味して移動するボンディングヘッドと、前記第２の固定カメラによる搭載後の前記半導体素子と前記アイランドの画像に基づいて処理したデータを前記第２の認識部より受信し、相対ずれ量を検出するずれ検出部と、前記相対ずれ量のデータを保存し、所定個数のデータから回帰係数を求め、フィードバックによる偏差量を補正し、前記半導体素子供給ステージの移動量を制御する前記ステージ駆動部を制御する補正回路とを有し、
前記第２のずれ量は、前記アイランド上に搭載された前記半導体素子の前記アイランドの中心からのずれ量であって、前記第２の固定カメラで認識され、前記ずれ検出部により算出されるものであり、
前記相対ずれ量は、前記第１のずれ量と前記第２のずれ量の差によって形成されるものであることを特徴とする半導体製造装置。