JP6276545B2

JP6276545B2 - ダイボンダ

Info

Publication number: JP6276545B2
Application number: JP2013193155A
Authority: JP
Inventors: 良英石井
Original assignee: ファスフォードテクノロジ株式会社
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: KR20150032466A; TWI591746B; CN104465413A; TW201533826A; KR101663870B1; CN104465413B; JP2015060926A

Description

本発明は、ダイボンダに関し、特に、ボンディングヘッドの振動を低減したダイボンダに関わる。

半導体製造装置の１つに半導体チップ（ダイ）をリードフレームなどの基板（以下、基板と称する）にボンディングするダイボンダがある。ダイボンダでは、ボンディングヘッドでダイを真空吸着し、高速で上昇し、水平移動し、下降して基板に実装する。

一般的に装置を高速化すると、高速移動物体による振動が大きくなり、この振動によって装置が目的とする精度を得るのが困難になる。装置の高速化及び高精度化を両立する上で、最も大きな障害となるのが振動である。
振動対策として、従来から行われてきたことは、高剛性化、及び加振力の低減化である。しかし、装置のコスト、サイズ、生産性等を考慮した上で、高剛性化や加振力の低減化を行うには、おのずと限界がある。

そこで、従来から、ダイボンダやワイヤボンダ等のボンダでは、カウンタ機構などの制振機構が採用されてきた。これらの機構は、装置のユニット動作時に発生する加振力を架台に与えないようにするためのものである。そのため、ユニット自身の振動には効果が無かった。

例えば、装置の振動を低減する反動吸収装置の従来例としては特許文献１に記載するものがある。特許文献１では、ベースと、ベースに固定された支持体と、動力源と、動力源により移動し、少なくとも半導体を組み立てる処理ヘッドを負荷とする負荷ユニットと、動力源と負荷ユニットを含み動力源により負荷ユニットに対して反対方向に移動するカウンタ機構と、支持体に設けカウンタ機構を移動可能に支持する支持部を有し、振動を相殺するようにして振動の発生を防止する方法を採っている。

特開２０１３−１００９１７号公報

特許文献１では、ボンディングヘッド部の固定ベースについての振動を低減することができるが、ボンディングヘッド自体の振動を低減することができなかった。
ボンドヘッド先端部の振動の抑制は、ダイボンダ等の装置の高精度化及び高速化にとって非常に重要である。ボンドヘッドテーブルに搭載されたカウンタ機構は、架台に与える振動を抑えることができるが、ボンディングヘッドの先端部等、ボンディングヘッド自身の振動を抑えることができなかった。
本発明の目的は、ボンディング精度に直接影響があるボンディングヘッド自身の振動を抑制し、ダイボンダ等の装置の高精度化及び高速化が可能なダイボンダを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のダイボンダは、ボンディングヘッド部のボンディングヘッド自体に、ダンパを取付けたものである。即ち、本発明のダイボンダは、ダイをピックアップするためのウェハを供給するウェハ供給部と、基板を供給し搬送するためにワーク供給・搬送部と、前記ウェハ供給部から前記ダイをピックアップし、前記基板にボンディングするボンディングヘッド部を有するダイボンディング部とを備えたダイボンダにおいて、前記ボンディングヘッド部は、下方に前記ダイを吸着する先端部、上方に第１の方向の振動を抑制するための第１のダンパを具備することを第１の特徴とする。

上記本発明の第１の特徴のダイボンダにおいて、前記ボンディングヘッド部は、さらに、上方に前記第１の方向と異なる第２の方向の振動を抑制するための第２のダンパを具備することを本発明の第２の特徴とする。

上記本発明の第１の特徴または第２の特徴のダイボンダにおいて、前記第１のダンパは、前記ボンディングヘッドの質量及び振動時の振動周波数に基づいて算出した、質量、固有振動数及び粘性のダンパ固有値を具備するダイナミックダンパであることを本発明の第３の特徴とする。

上記本発明の第２の特徴または第３の特徴のダイボンダにおいて、前記第２のダンパは、前記ボンディングヘッドの質量及び振動時の振動周波数に基づいて算出した、質量、固有振動数及び粘性のダンパ固有値を具備するダイナミックダンパであることを本発明の第４の特徴とする。

上記本発明の第１の特徴乃至第４の特徴のいずれかの特徴のダイボンダにおいて、前記第１の方向は、前記ボンディングヘッドの振動が一番大きい方向であることを本発明の第５の特徴とする。

上記本発明の第２の特徴乃至第４の特徴のいずれかの特徴のダイボンダにおいて、前記第２の方向は、前記ボンディングヘッドの振動が二番目に大きい方向であることを本発明の第６の特徴とする。

本発明によれば、ボンディング精度に直接影響があるボンディングヘッド自身の振動を抑制し、ダイボンダ等の装置の高精度化及び高速化が可能なダイボンダを実現することができる。

本発明の一実施例のダイボンダを上から見た概念図である。本発明のダイボンダ及びダイボンディング方法の一実施例の動作について説明するための模式図である。本発明のダイボンダのボンディングヘッドを説明するための側面図である。本発明のダイボンダのボンディングヘッドに取付けたダンパの一実施例を説明するための図である。本発明のダイボンダのボンディングヘッドに取付けたダンパの一実施例を説明するための図である。

以下に本発明の一実施形態について、図面等を用いて説明する。
また、以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素若しくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。
なお、各図の説明において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、できるだけ説明の重複を避ける。

図１乃至図４によって、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例のダイボンダを上から見た概念図である。図１によって、まず、ダイボンダの基本的な構成例を説明する。１００はダイボンダ、１１はウェハ供給部、１２はワーク供給・搬送部、１３はダイボンディング部、２００は制御部である。このように、ダイボンダ１００は、ウェハ供給部１１、ワーク供給・搬送部１２、ダイボンディング部１３、及びそれらの構成機器（図示しない機器を含めた構成機器）を制御する制御部２００から成る。
ウェハ供給部１１において、１１１はウェハカセットリフタ、１１２はピックアップ装置である。またワーク供給・搬送部１２において、１２１はスタックローダ、１２２はフレームフィーダ、１２３はアンローダである。またダイボンディング部１３において、１３１はプリフォーム部、１３２はボンディングヘッド部である。

図１において、ウェハカセットリフタ１１１は、ウェハリングが収納されたウェハカセット（図示しない）を有し、順次、ウェハリングをピックアップ装置１１２に供給する。ピックアップ装置１１２は、ピックアップ対象のダイを移送ツールによってウェハリングからピックアップできるように、ウェハリングを移動する。
スタックローダ１２１は、ダイを接着するワーク（サブストレートまたは基板、以下、基板と称する）をフレームフィーダ１２２に供給する。フレームフィーダ１２２は、基板をフレームフィーダ１２２上の２箇所の処理位置（プリフォーム部及びダイボンディング部それぞれの処理位置）を介してアンローダ１２３に搬送する。アンローダ１２３は、搬送された基板を保管する。
プリフォーム部（ダイ接着剤塗布装置）１３１は、フレームフィーダ１２２により搬送されてきた基板に、ダイ接着剤を塗布する。ボンディングヘッド部１３２は、ピックアップ装置１１２から、ピックアップ対象の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１２２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１３２は、移動した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基板上のボンディングポイントにダイを実装する。なお、ダイの裏面（接着面）には、フィルム状の接着剤が予め付着されている。

図２は、本発明のダイボンダ及びダイボンディング方法の一実施例の動作について説明するための模式図である。また図３は、本発明のダイボンダのダイボンディング部１３のボンディングヘッドを説明するための側面図である。なお、図２及び図３では、本発明のダンパを図示していない。
４０１はウェハ、４０２はダイ、４０３はボンディングヘッド部１３２のボンディングヘッド、４０４は基板、４０５はダイ４０２を撮像するウェハ認識カメラ、４０６は基板４０４を撮像する基板認識カメラである。また、４０７はボンディングヘッド４０３がピックアップ中のダイの裏面を撮像するためのアンダービジョンカメラである。さらに、ボンディングヘッド４０３は、ボンディングヘッド４０３を回転する回転機構を備え、４０９はボンディングヘッド４０３の回転中心、４１０はボンディングヘッド４０３の中心、４１２はダイ４０２をピックアップするボンディングヘッド４０３の先端部（吸着部）である。なお、ウェハ認識カメラ４０５、基板認識カメラ４０６、及びアンダービジョンカメラ４０７は、例えば、ＣＣＤ撮像素子若しくはＣＭＯＳ撮像素子を用いた撮像装置である。

まず、図２によって、ボンディングヘッド４０３の動作について説明する。
図２において、ウェハ認識カメラ４０５は、ピックアップ装置１１２のウェハ４０１のパターン面（表面）を撮像し、撮像されたデータを使って、パターン認識等の画像処理が行われる。その結果、１つのダイ４０２の中心位置と、ピックアップ装置１１２のボンディングヘッド４０３の先端部４１２の中心（または、回転中心４０９）及び突き上げブロック（図示しない）の中心位置Ｐ_０とのずれをなくすように位置補正する。
同様に、基板認識カメラ４０６は、ダイボンディング部１３に搬入されている基板４０４の所定のダイ接着位置（ボンディングポイント）を撮像し、パターン認識等の画像処理によって、ダイ接着位置の中心位置にダイ４０２がマウントされるようにボンディングヘッド４０３の位置ずれ補正を行い、ダイをマウントする。
また、アンダービジョンカメラ４０７は、ボンディングヘッド４０３がダイ４０２をピックアップして基板４０２に移動中に、下方から先端部４１２に吸着されたダイ４０２を撮像する。撮像されたデータを使って、パターン認識等の画像処理によって、ダイ４０２の中心位置を認識し、ダイ４０２が基板４０４のボンディングポイントＰに正確にマウントされるようにボンディングヘッド４０３の位置ずれ補正を行い、ダイ４０２をマウントする。
その後、ボンディングヘッド４０３は、再び、基板４０４の別のボンディングポイントまたは別に搬入されてきた基板４０４のボンディングポイントに、新しいダイ４０２をマウントするために、ピックアップ装置１１２のボンディングヘッド４０３の先端部４１２の中心位置Ｐ_０まで高速で戻る。

図３は、ボンディングヘッド４０３とその振動方向の一例を矢印で示した図である。（ａ）は、手前側から奥側を見たボンディングヘッド４０３の側面図であり、（ｂ）は、上流側から下流側を見たボンディングヘッド４０３の側面図である。
図２で説明したように、ボンディングヘッド４０３は、位置Ｐ_０と位置Ｐ間を高速度で移動する。移動後、ボンディングヘッド４０３は、それらの位置で停止する。停止時には、高速度から急に停止する動作となるため、ボンディングヘッド４０３自身が振動する。即ち、ボンディングヘッド４０３の停止動作時には、図３（ｂ）に示すように、ボンディングヘッド４０３は、特に、手前側と奥側の方向で矢印の方向に頭部や下部を振るように振動する。そして、図３（ａ）の側面図では、紙面に垂直方向に振動するので、振動はあまり大きくない。

上述したように、ボンディングヘッド４０３は、移動の開始、移動、及び停止の動作を繰り返し、それらの動作の都度、ボンディングヘッド４０３自身が振動する。
この対策として、ボンディングヘッドにダンパを取り付けることが、ボンディングヘッド自身の振動に対して有効である。

図４によって、ボンディングヘッドにダンパを取付けた本発明のダイボンダの一実施例について説明する。図４は、本発明のダイボンダのボンディングヘッドに取付けたダンパの一実施例を説明するための模式図である。４５０はボンディングヘッド４０３の上部に設けたダンパである。
ダンパ４５０は、ダンパ質量Ｍ_Ｄとしての付加質量４５２、ダンパ粘性Ｃ_Ｄを有する粘性部４５３、ダンパの固有振動数Ｖ_Ｄを定めるばね部４５４、並びに、付加質量４５２、粘性部４５３及びばね部４５４をボンディングヘッド４０３に固定するダンパ取付部４５１から構成される。

図４の如く、ボンドヘッド４０３自身に、独立したダンパ４５０を取付けた。
このダンパ４５０は、付加質量Ｍ_Ｄ、ダンパ粘性Ｃ_Ｄ、ダンパの固有振動数ν_Ｄを固有値として持ち、ボンディングヘッド４０３の持つ固有値（付加質量Ｍ_Ｂ、固有振動数ν_Ｂ）の中でボンディング精度に最も影響を与えるものに合わせて、ダンパ４５０の付加質量Ｍ_Ｄ、ダンパ粘性Ｃ_Ｄ、ダンパの固有振動数ν_Ｄの値を決定する。
ダンパ４５０は、ボンディング４０３の動作時に発生する振動によって動作する。

上記実施例によれば、ボンディング４０３の動作時に発生する振動のエネルギーをダンパに吸収させることによって、ボンディングヘッドの振動の減衰を早くすることが可能となった。従って、ボンディング精度に直接影響があるボンディングヘッド自身の振動を抑制し、ダイボンダ等の装置の高精度化及び高速化が可能なダイボンダを実現することができる。

実施例１におけるダンパは、ダイナミックダンパであり、ダンパの固有値の設定を効果的に行うことにより、広範囲の振動周波数に対応することができる。
図４のボンドヘッド４０３について、振動時の振動数ν_１、質量Ｍ_Ｂとする。また、ダンパ４５０について、質量Ｍ_Ｄ、固有振動数ν_Ｄ、粘性Ｃ_Ｄとする。この時、γ＝Ｍ_Ｄ／Ｍ_Ｂとすると、
ν_Ｄ＝ν_１／（１＋γ）、Ｃ_Ｄ＝２Ｍ_Ｄ√｛３γ／８（１＋γ）^３｝
となるように、固有振動数ν_Ｄ、粘性Ｃ_Ｄとを算出する。
上記算出式は、大亦絢一郎「空気減衰制御型ダイナミックダンパによる振動制御の研究」明治大学科学技術研究所紀要、巻９、P109-141、15-Jan-1973による。

上記実施例によれば、ダンパの固有値の設定を効果的に行うことにより、広範囲の振動周波数に対応することができ、実施例１の効果に加え、さらに効果的にボンディングヘッドの振動を低減することができる。この結果、ボンディング精度に直接影響があるボンディングヘッド自身の振動を抑制し、ダイボンダ等の装置の高精度化及び高速化が可能なダイボンダを実現することができる。

実施例１または実施例２におけるダンパは、振動の大きいＹ方向（手前側−奥側方向）に対するものであった。しかし、図３では、振動が無いとしたＸ方向（上流側−下流側方向）でもボンディングヘッドも、Ｙ方向に比べて小さいが精度に関わる振動が発生している時がある。ダンパ５５０は、ボンディング４０３の動作時に発生する振動によって動作する。
従って、本実施形態を示す図５のように、図４のＹ方向に対する振動を抑えるためのダンパ４５０と共に、Ｘ方向に対する振動を抑えるためのダンパ５５０を設けたものである。なお、Ｙ方向は別の方法で振動を抑えた場合又はＹ方向の振動が障害にならない場合等は、Ｘ方向のみの振動を抑えるために図５のようなダンパを設置してもよい。

このダンパ５５０は、付加質量Ｍ_Ｄ’、ダンパ粘性Ｃ_Ｄ’、ダンパの固有振動数ν_Ｄ’を固有値として持ち、ボンディングヘッド４０３の持つ固有値（付加質量Ｍ_Ｂ、固有振動数ν_Ｂ）の中で、ボンディング精度に最も影響を与えるものに合わせてダンパ５５０の付加質量Ｍ_Ｄ’、ダンパ粘性Ｃ_Ｄ’、ダンパの固有振動数ν_Ｄ’の値を決定する。なお、好ましくは、ボンディングヘッド４０３にダンパ４５０を含めて、固有値（付加質量Ｍ_Ｂ’、固有振動数ν_Ｂ’）を決定する。
ダンパ５５０は、ボンディングヘッド４０３の動作時に発生する振動によって動作する。
なお、ダンパ５５０の質量Ｍ_Ｄ’、固有振動数ν_Ｄ’、粘性Ｃ_Ｄ’は、実施例２で示した算出式によって算出するようにしても良い。
また、本実施例では、Ｙ方向と、Ｙ方向に直交するＸ方向にダンパを設けたが、異なる２方向に設けるようにして良い。またその２方向は、ボンディングヘッド４０３の振動が一番大きい方向と二番目に振動の大きい方法であることが好ましい。

実施例３によれば、実施例１、実施例２の効果に加え、さらに効果的にボンディングヘッドの振動を低減することができる。この結果、ボンディング精度に直接影響があるボンディングヘッド自身の振動を抑制し、ダイボンダ等の装置の高精度化及び高速化が可能なダイボンダを実現することができる。

なお、上記実施例１では、ダイをウェハからピックアップし、ピックアップされたダイの位置を補正するために、アンダービジョンカメラを用いた。しかし、アンダーにジョンカメラを用いないダイボンダであっても良く、ボンディングヘッドを用いるダイボンダであればすべてに本発明が適用可能である。例えば、ダイをウェハからピックアップして中間ステージに載置するボンディングヘッドと、中間ステージからダイをピックアップし、基板にダイを実装するボンディングヘッドとある場合でも、どちらのボンディングヘッドにも適用可能である。更に、本発明は、フリップチップボンダにも適用可能である。

１１：ウェハ供給部、１２：ワーク供給・搬送部、１３：ダイボンディング部、１００：ダイボンダ、１１１：ウェハカセットリフタ、１１２：ピックアップ装置、１２１：スタックローダ、１２２：フレームフィーダ、１２３：アンローダ、１３１：プリフォーム部、１３２：ボンディングヘッド部、２００：制御部、４０１：ウェハ、４０２：ダイ、４０３：ボンディングヘッド、４０４：基板、４０５：ウェハカメラ、４０６：基板認識カメラ、４０７：アンダービジョンカメラ、４０９：回転中心、４１０：ボンディングヘッドの中心、４１２：先端部、４５０：ダンパ、４５１：ダンパ取付部、４５２：付加質量、４５３：粘性部、４５４：ばね部。

Claims

ダイがピックアップされるウェハを供給するウェハ供給部と、基板を供給し搬送するためのワーク供給・搬送部と、前記ウェハ供給部から前記ダイをピックアップし、前記基板にボンディングするボンディングヘッド部を有するダイボンディング部とを備えたダイボンダにおいて、
前記ボンディングヘッド部は、ボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドの下部に位置し前記ダイを吸着する先端部と、前記ボンディングヘッドの頭部に取り付けられ、前記ボンディングヘッドの第１の方向におけるボンディングヘッドの頭部および下部を振るような振動を抑制するための第１のダンパと、前記ボンディングヘッドを前記ウェハ供給部から前記ダイをピックアップする位置と前記基板に前記ダイをボンディングする位置との間を移動させる手段と、を具備することを特徴とするダイボンダ。
請求項１記載のダイボンダにおいて、前記ボンディングヘッド部は、さらに、前記ボンディングヘッドの頭部に取り付けられ、前記ボンディングヘッドの前記第１の方向と異なる第２の方向における前記ボンディングヘッドの頭部および下部を振るような振動を抑制するための第２のダンパを具備することを特徴とするダイボンダ。
請求項１または請求項２記載のダイボンダにおいて、前記第１のダンパは、前記ボンディングヘッドの質量及び振動時の振動周波数に基づいて算出した、質量、固有振動数及び粘性のダンパ固有値を具備するダイナミックダンパであることを特徴とするダイボンダ。
請求項２または請求項３記載のダイボンダにおいて、前記第２のダンパは、前記ボンディングヘッドの質量及び振動時の振動周波数に基づいて算出した、質量、固有振動数及び粘性のダンパ固有値を具備するダイナミックダンパであることを特徴とするダイボンダ。
請求項１乃至請求項４記載のいずれかのダイボンダにおいて、前記第１の方向は、前記ボンディングヘッドが前記ウェハ供給部から前記ダイをピックアップする位置と前記基板に前記ダイをボンディングする位置との間を移動する方向であることを特徴とするダイボンダ。
請求項２乃至請求項４記載のいずれかのダイボンダにおいて、前記第２の方向は、前記基板が搬送される方向であることを特徴とするダイボンダ。