JP5666195B2

JP5666195B2 - ダイボンダ及び半導体製造方法

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Publication number: JP5666195B2
Application number: JP2010179422A
Authority: JP
Inventors: 康石井; 美明蒔田
Original assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2030-08-10
Also published as: JP2012038992A

Description

本発明は、ダイボンダ及び半導体製造方法に係わり、高速処理可能な生産性の高いダイボンダ及び半導体製造方法に関する。

ダイ(半導体チップ)を配線基板やリードフレームなどの基板に搭載してパッケージを組み立てる工程の一部に、接着用のペーストをリードフレームに塗布する塗布工程がある。
塗布工程ではリードフレームの塗布面とペースト吐出口の間隔を最適に保つ必要がある。ところが被塗布物であるリードフレーム塗布面は品種ごとに高さが異なるのみならず、剛性の低い材料でできた薄板が多く、個々の吐出作業ごとに吐出口かフレームを上下させて吐出口と塗布面の間隔を一定に保つ工夫が必要になる。そこで塗布面の高さを検出して、個々の塗布面の高さ変化に塗布ノズルを追従させることが行われている。

従来の塗布面高さ検出方法として、微小エリアの高さを検出できる検出プローブをＸＹ方向に移動してダイのボンド点を計測し、補正する方法が実施されている(特許文献１)。また、複数の光センサを並列に配置して、それぞれの光センサから塗布部位に光を照射する。接着剤と基板で反射した反射光を光センサで受光して、オン・オフ信号として出力する。このオン・オフ信号の組み合わせにより、塗布位置及び塗布量の異常であるか否かを検査する。(特許文献２)。

特開平０５-３４５１６０号公報特開平０５-３０１０７６号公報

しかし、昨今は、ダイボンダとして廉価でタクト向上の要求があり、特許文献１に開示された方法は、高価な高さ検出センサをＸＹ方向に移動させる機構が必要であり、より一層の廉価で高速処理を実現できる高さ検出システムの要求が高い。
また、特許文献２に開示された方法は、接着剤が所定の位置に塗布されているかを検出するもので、接着剤の塗布高さを簡便な方法で直接的に算出するものではない。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、本発明の目的は、高速処理を実現でき生産性の高いダイボンダ及び半導体製造方法を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも以下の特徴を有する。

本発明は、基板に任意の形状を有する検出パターンを前記基板に斜め方向から投影する投影機と、投影された前記検出パターンを鉛直方向から撮像する撮像手段と、基準とする基板でペーストが塗布される基準面で、前記撮像手段が前記基準面に投前記影機から照射された前記検出パターンを撮像した基準撮像データを記憶し、測定対象の基板におけるペーストが塗布される塗布面で、前記撮像手段が前記塗布面に前記投影機から照射された前記検出パターンを撮像した投影撮像データを前記基準撮像データとのシフト量を算出して、前記塗布面におけるペースト高さを測定するデータ処理部とを有する高さ検出システムと、前記基準面からの高さに基づいて、前記塗布面からの前記吐出口の高さを制御する制御手段と、を有することを第１の特徴とする。

また、本発明は、前記斜め方向が、前記基準面と４５度の成す角度であることを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、前記検出パターンが十字型パターン又は格子状の直線縞模様パターンであることを第３の特徴とする
また、本発明は、前記検出パターンは基板が有しない形状パターンであることを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、記投影機の斜め投影を水平投影にするシフトして前記塗布面に投影することを第５の特徴とする。

本発明によれば、高速処理を実現できダイペースト塗布装置または塗布方法を提供できる。
また、本発明によれば、上記のダイペースト塗布装置または塗布方法を用い、生産性の高いダイボンダを提供できる。

本発明の一実施形態であるダイボンダを上から見た概念図である。ペースト吐出口をリードフレームの塗布面からの高さを所定の高さに保つ必要性を説明する図である。本発明の特徴を有するダイペースト塗布装置の概略構成図示す図である高さ検出システム４の構成及び高さ検出原理を説明する図である。リードフリームの例を示す図である。高さ検出原理に基づく高さを検出結果と、ペースト吐出結果の典型的な場合を示す図である。高さ検出原理に基づいて高さを補正する高さ調整処理フローを示す図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるダイボンダ１０を上から見た概念図である。ダイボンダは大別してウエハ供給部１と、ワーク供給・搬送部２と、ダイボンディング部３とを有する。

ウエハ供給部１は、ウエハカセットリフタ１１とピックアップ装置１２とを有する。ウエハカセットリフタ１１はウエハリングが充填されたウエハカセット(図示せず）を有し，順次ウエハリングをピックアップ装置１２に供給する。ピックアップ装置１２は、所望するダイをウエハリングからピックアップできるように、ウエハリングを移動する。

ワーク供給・搬送部２はスタックローダ２１と、フレームフィーダ２２と、アンローダ２３とを有する。スタックローダ２１は、ダイを接着するワーク（リードフレーム）をフレームフィーダ２２に供給する。フレームフィーダ２２は、ワークをフレームフィーダ２２上の２箇所の処理位置を介してアンローダ２３に搬送する。アンローダ２３は、搬送されたワークを保管する。
ダイボンディング部３はプリフォーム部(ダイペースト塗布装置)３１とボンディングヘッド部３２とを有する。プリフォーム部３１はフレームフィーダ２２により搬送されてきたワーク、例えばリードフレーム(図２参照)にダイ接着剤を塗布する。ボンディングヘッド部３２は、ピックアップ装置１２からダイをピックアップして上昇し、ダイをフレームフィーダ２２上のボンディングポイントまで移動させる。そして、ボンディングヘッド部３２はボンディングポイントでダイを下降させ、ダイ接着剤が塗布されたワーク上にダイをボンディングする。

図２を用いて、ニードル４６のペースト吐出口４６ｔをリードフレーム４５の塗布面４５ｓからの高さを所定の高さＨｓに保つ必要を述べる。ダイが確実に接着される為には、所望の接着面の広さと、ペーストの厚さが必要である。図２(ａ)は、ペーストが正常な広さと厚さで塗布されて、ペースト高さＨが正常な高さＨｓとなっている状態を示す。図２(ｂ)は、ペーストがやや広がり、やや不十分な厚さで塗布されたことで、塗布面４５ｓの浮き上がり高くなり、高さＨがＨｎ１と正常の高さＨｓよりも低い状態を示す。図２(ｃ)は、ペーストが潰されたようにさらに広がり、不十分な厚さで塗布されて、塗布面がさらに高くなり、高さＨがＨｎ２とＨｎ１よりもさらに低い状態を示す。図２(ｄ)は、ペーストが高い位置からの落下により左右に割れて広がり、不十分な厚さで塗布されたことで、高さＨがＨｎ３となった状態を示す。なお、割れて広がる現象が発生する可能性は少ない。

塗布形状はペーストＰとリードフレーム４５との濡れ性などの様々条件で異なるので必ずしも上記の形状になるとは限らない。いずれにしても、ペーストの塗布形状は距離によって異なり、ダイボンダ時のペースト濡れ性にバラつきが生じ、品質上問題となる。

そこで、ペースト吐出口４６ｔをリードフレーム４５の塗布面４５ｓからの高さＨを測定し、常にニードル４６の高さを図２(ｆ)、図２(ｇ)及び図２(ｈ)に示す矢印方向に制御し、所定の高さＨｓに保つ。

図３は、本発明の特徴を有するダイペースト塗布装置４０の概略構成図示す図である。ダイペースト塗布装置３１は、リードフレーム４５の位置を検出する撮像手段である２次元撮像カメラ４１(以下、単に撮像カメラという)と、撮像カメラ４１、後述するように塗布面４５ｓに検出パターンを投影する投影機４２及び撮像カメラ４１からの検出パターンの撮像データに基づいて基準面からの高さを検出するデータ処理部４３を具備する高さ検出システム４と、塗布面４５ｓにペーストを塗布するニードル４６と、ニードル４６を図面上で左右、上下に移動させる２次元移動機構４４と、撮像カメラ４１等を固定し、２次元移動機構４４を図面上で左右方向に移動させるレール(図示せず)を保持する固定台４８と、リードフレーム４５を保持するステージ４７を有する。なお、２２はリードフレーム４５を搬送するワーク供給・搬送部２を形成するフレームフィーダ２２である。

次に、図４を用いて、高さ検出システム４の構成及び高さ検出原理をさらに説明する。図４(ａ)は、本発明の特徴である高さ検出システム４の光学システムと検出対象である塗布面４５ｓとの関係を示す図である。図４(ｂ)は、図４(ａ)に示す楕円Ａ部分を拡大した図で、高さ検出原理を示す図である。図４(ｃ)は後述する検出パターンの一例を示す図で、後述する撮像カメラで検出パターンを撮像した図を示す。

図４(ａ)に示すように、高さ検出システム４の光学システムは、高さを検出したいリードフレーム４５の少なくとも塗布面４５ｓに任意の形状を有する検出パターン５０を斜めの方向から投影する投影機４２と、投影された検出パターン５０を鉛直方向から撮像する撮像カメラ４１とを有する。前記基準面とは、リードフレームなどの基板の塗布面が所定の状態にあるときの塗布面が形成する平面をいう。また、本実施形態では、撮像カメラ４１は、リードフレーム４５の位置を検出する撮像カメラで兼用する。勿論、リードフレーム４５の位置を検出する撮像カメラと別に設けてもよい。なお、４１ａは撮像カメラ４１の光軸を、４２ｂは投影機４２の光軸を示す。

上記において検出パターンは、塗布面４５ｓの高さを検出し易い形状を選ぶ。塗布面４５ｓの形状としては図５に示すものがある。図５は、リードフリーム４５の例を示す図である。図５(ａ)及び図５(ｂ)は、共に、中央部にある円形のダイパット(ダイ搭載部)４５ｔをリード部側４５ｄに吊る４本のタブ吊りリード４５ｒを有するリードフリーム４５を示す。

図５(ａ)における塗布面４５ｓは、ダイパット４５ｔを一回り小さくした円形形状の領域である。図５(ｂ)における塗布面４５ｓは、ダイパット４５ｔの中に設けた４つの小さな円形で形成される領域である。本実施形態では、検出パターンは、図５(ａ)の例を想定し、円形の塗布面４５ｓより小さい、図４(ｃ)に示す４方向に三角形の形状を有する十字形パターンを用いる。

次に、塗布面４５ｓの高さ検出原理を図４(ｂ)に基づいて説明する。塗布面４５ｓを有する撮像面が、基準面５１ａから高さＺだけ高い撮像面５１ｂになった状態である。投影機４２からの検出パターン５０ｂは、撮像面の高さの変化に伴い、基準面５１ａにおける検出パターン５０ａから投影機側に水平方向にシフトした位置に投影される。図４(ｃ)では、基準面５１ａにおける検出パターン５０ａを破線で示し、基準面５１ａから高さＺだけ高い撮像面５１ｂにおける検出パターン５０ｂを実線で示す。投影機４２の基準面５１ａからの成す角をθとし、基準面５１ａでの検出パターン５０ａからシフト量をΔＸとすれば、高さＺは式(１)で求まる。

Ｚ＝ΔＸ × Ｔａｎθ (1)

ここで、θを４５度すれば、式(２)となり、シフト量ΔＸが高さＺとなるので、高さＺを簡単に求めることができる。θ＝４５°が最も簡単に求めることができるが、他の角度を用いてもよい。装置への取り付けを考慮すると、０度より大きく９０度より小さい角度が、好ましい。

Ｚ＝ΔＸ (２)

また、シフト量ΔＸは、基準面５１ａにおける撮像カメラ４１による撮像データである検出パターン５０ａと基準面５１ａにおける検出パターン５０ａから高さＺだけ高い撮像面５１ｂにおける検出パターン５０ｂから求めることができる。

そこで、データ検出部４３は、予め、基準面５１ａにおけるリードフレーム４５の塗布位置に対応する位置に検出パターン５０ａを投影し、その撮像データの位置を記憶しておく。そのときの基準面５１ａは、十分な剛性と平面性を有する、例えば研磨したセラミック板をフレームフィーダ２２(図１参照）上に置いて形成された投影面とする。

図６は、上記検出原理に基づく高さの検出結果とペースト吐出結果の典型的な場合を、中央部にその円形の塗布面４５ｓを有する４連のリードフレームで示した図である。
撮像カメラ４１による撮像データは、複数の列を撮像できる撮像範囲毎に行われる。その撮像データを処理することによって、各リードフレーム４５(塗布面４５ｓ)の位置が求められると共に、撮像データのうち検出パターンデータが処理され、塗布面４５ｓの高さが検出される。前記検出パターンデータ処理は、全てのデータを処理するのでなく、特徴点、例えば十字型検出パターンであれば十字の頂点のデータで行ない、高さはそれらの平均値としてもよい。

図６(ａ)及び図６(ｂ)は、列内の各リードフレーム４５に浮き上がりがなく、その円形の塗布面４５ｓも浮き上がりがない場合である。図６(ａ)に示すように、検出パターン５０は基準面の位置にあり、浮き上がりを示す高さＺは０である。従って、図３に示すニードル４６の高さを調節する必要がい。図３に示すニードルの吐出口４６ｔを順次塗布面４５ｓの位置(図６のＹ方向)に移動させ、ダイパット４５ｔ上にペーストを塗布する。その結果、図６(ｂ)に示すように、ペーストはダイパット４５ｔ上の塗布面４５ｓに所定の広がり所定の厚さを持って塗布される。

図６(ｃ)及び図６(ｄ)は、図６(ｃ)を見て分るように、検出パターン５０が下側に行くほど大きくずれている。即ち、下側に行くほど塗布面４５ｓが高くなっている。図２に示すケースに従えば、ニードル４６の吐出口４６ｔと塗布面４５ｓとの距離が短くなり、図６(ｄ)に示すように、だんだんペーストが広がり、ダイの接着に必要なペースト厚を確保できなくなってきている。
図６(ｅ)及び図６(ｆ)は、図６(ｅ)を見て分るように、内側のリードフレーム４５の塗布面４５ｓが浮き上がっているような状態を示している。そのために、内側の２つが特に十分なペースト厚を有することがでない。従って、確実にダイを接着できない。
さらに、リードフレーム４５の厚さが薄くなると、列毎の傾向ではなく、リードフレーム一個一個で異なる傾向を示すようになる。

そこで、図４に示す高さ検出原理に基づいて、ニードル４６の高さを調節することによって、図６(ｄ)及び図６(ｆ)の状態から図６(ｂ)の正常な状態にすることができる。

図７は、上記の検出原理に基づいて高さ補正する処理フローを纏めた図である。まず、予め、基準面５１ａにおけるリードフレーム４５の塗布面４５ｓに対応する位置に検出パターンを投影し、その撮像データを記憶する(Step１)。次に、ペーストを塗布する位置に搬送されて来たリードフレーム４５に検出パターンを照射し、処理対象のリードフレーム４５の撮像データを得る（Step２)。式(１)または式(２)に基づき、処理対象内のリードフレーム４５の塗布面４５ｓの高さＺを算出する(Step３)。順次処理対象内のリードフレームの塗布面４５ｓに移動し、求めた高さによりニードル４６のペースト吐出口４６ｔの高さを調整し、ペーストを吐出する(Step４)。全てのリードフレーム４５に対して処理終了するまで、Step２からStep４を繰り返す(Step５)。

以上説明した実施形態によれば、任意の形状を有する検出パターン５０を斜めの方向から投影し、その撮像データを基準面における撮像データと比較することにより、塗布面４５ｓの高さを高速に検出でき、塗布処理時間の短縮を図ることができる。
また、以上説明した実施形態によれば、撮像手段で一度に多くのリードフレームを撮像できるので、塗布処理時間の短縮を図ることができる。
さらに、以上説明した実施形態によれば、投影したパターンを撮像手段として、従来から用いてリードフレーム４５の位置を測定する撮像カメラを使用することで、新たに撮像手段を設けることしなくて済むので、廉価なダイペースト塗布装置３１を提供できる。

以上の説明では、塗布面の高さ検出について述べた。検出パターン５０をフレームフィーダ２２、例えばリードフレーム搬送するガイドレール(図示せず）に検出パターンを照射し、撮像することによって、投影機４２、即ち基準面５１ａとガイドレールとの高さ方向の距離の熱などのよる変動を検出することができる。また、前記距離変動の測定点を３箇所以上設ければ、投影機４２とガイドレールとの傾きの変化も検出できる。これらの結果、塗布面の高さをより精度よく検出でき、信頼性の高いダイボンダまたは半導体製造方法を提供できる。なお、投影機４２とガイドレールとの距離の要因としては、熱などの他、撮像カメラ４１、投影機４２の取付け不良などがある。大幅な距離の変動または傾きの発生の要因は、後者の可能性が高く、特に傾斜の場合は、斜めに固定している投影機の取り付け不良の可能性が高い。また、異常であるか否かの自己診断が可能となる。

また、以上の説明では、高さを検出する検出パターンとして十字型パターンを用いたが、格子状の直線縞模様のパターンなど製作又は手に入り易いものを用いてもよい。
さらに、リ−ドフレーム等の基板にない検出パターンを用いることによって、画像処理における検出パターンの抽出がより容易に確実になり、塗布処理時間の短縮、より信頼性の高いダイペースト塗布装置または塗布方法を提供できる。
また、上記の実施形態では斜めに検出パターンを投影しているが、投影機に斜め投影を水平投影にする所謂シフト光学を用いて、照射領域前面に焦点を合わせ、より精度良く塗布面の高さを検出できる。

さらに、以上説明した実施形態によれば、ダイペースト塗布装置３１での処理を高速で処理できるので、生産性の高いダイボンダを提供できる。

以上のように本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１：ウエハ供給部２：ワーク供給・搬送部
３：ダイボンディング部４：高さ検出システム
１０：ダイボンダ２２：フレームフィーダ
３１：ダイペースト塗布装置(プリフォーム部）
４１：撮像手段(２次元撮像カメラ等) ４２：投影機
４３：データ処理部４４：２次元移動機構
４５：リードフレーム４５ｄ：リード部側
４５ｒ：タブ吊りリード４５ｓ：塗布面
４５ｔ：ダイパット(ダイ搭載部) ４６：ニードル
４６ｔ：ペースト吐出口４７：ステージ
５０：検出パターン５０ａ：基準面における検出パターン
５０ｂ：撮像面における検出パターン５１ａ：基準面
５１ｂ：撮像面Ｚ：基準面から塗布面の高さ
θ：投影機の基準面からの成す角。

Claims

基板に任意の形状を有する検出パターンを前記基板に斜め方向から投影する投影機と、投影された前記検出パターンを鉛直方向から撮像する撮像手段と、基準とする基板でペーストが塗布される基準面で、前記撮像手段が前記基準面に前記投影機から照射された前記検出パターンを撮像した基準撮像データを記憶し、測定対象の基板におけるペーストが塗布される塗布面で、前記撮像手段が前記塗布面に前記投影機から照射された前記検出パターンを撮像した投影撮像データの前記基準撮像データとのシフト量を算出して、前記塗布面における基準面からの高さを測定するデータ処理部と、を有する高さ検出システムと、
前記基準面からの高さに基づいて、前記塗布面からのペースト吐出口の高さを制御する制御手段と、
を有することを特徴とするダイボンダ。
前記斜め方向は、前記基準面と４５度の成す角度であることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記撮像手段は、前記基板の位置を検出する撮像手段も兼ねることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記検出パターンは十字型又は格子状の直線縞模様であることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記検出パターンは基板が有しない形状パターンであることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記高さ検出システムは、投影機の斜め投影を水平投影にするシフト光学系を有することを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
投影機が基板に任意の形状を有する検出パターンを前記基板に斜め方向から投影するステップと、
撮像手段が投影された前記検出パターンを鉛直方向から撮像するステップと、
データ処理部が、基準とする基板でペーストが塗布される基準面で、前記撮像手段が前記基準面に前記投影機から照射された検出パターンを撮像した基準撮像データを記憶し、測定対象の基板におけるペーストが塗布される塗布面で、前記撮像手段が前記塗布面に前記投影機から照射された前記検出パターンを撮像した投影撮像データの前記基準撮像データとのシフト量を算出して、前記塗布面における基準面からの高さを測定するステップと、
制御手段が前記高さに基づいてペースト吐出口の前記塗布面からの高さを制御するステップと、を有することを特徴とする半導体製造方法。
前記斜め方向は、前記基準面と４５度の成す角度であることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造方法。
前記検出パターンは、十字型パターン又は格子状の直線縞模様パターンであることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造方法。
前記検出パターンは、基板が有しない形状パターンであることを特徴とする請求項７に記載の半導体製造方法。
前記投影機の斜め投影を水平投影にシフトして前記塗布面に投影することを特徴とする請求項７に記載の半導体製造方法。