JP6685126B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は半導体製造装置に関し、例えばウェハ認識カメラを備えるダイボンダに適用可能である。
円板状のウェハを先行してダイシングして半導体チップを製造する場合には、ダイシング時の切削抵抗などにより半導体チップに切断面から内部に延びるクラックが発生することがある。個片化後の半導体チップは、クラックの有無などが検査されてその製品としての良否判定が行われる(例えば、特開2008−98348号公報)。
特開2008−98348号公報 特開2008−66452号公報
半導体チップ(ダイ)の表面上の異常検出を2値化や良品との画像差分法の手法で行うと、1画素未満の幅のクラックを見つけることができない。
本開示の課題は、クラックの認識精度を向上することが可能な技術を提供することである。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、半導体製造装置は、ダイを撮像する撮像部と、前記ダイと前記撮像部とを結ぶ線上に配置される照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記ダイの外観検査時の前記照明部の照射面積を前記ダイの位置決め時の前記照明部の照射面積よりも狭くし、前記撮像部で前記ダイを撮像する。
上記半導体製造装置によれば、クラックの認識精度を向上することができる。
実施例に係るダイボンダの構成を示す概略上面図 図1のダイ供給部の構成を示す外観斜視図 図2のダイ供給部の主要部を示す概略断面図 図1のダイボンダの概略構成とその動作を説明する図 制御系の概略構成を示すブロック図 実施例に係る半導体製造装置におけるダイボンディング工程を説明するフローチャート ダイシングテープに張力を与えた状態を示す断面図 ダイシングテープを吸着した状態を示す断面図 倣い動作を説明するためのフローチャート ユニークな部分(選択領域)の例を示す図 登録画像および類似画像の例を示す図 連続着工動作を説明するためのフローチャート クラックがあるダイの画像を示す図 図13の画像を2値化した画像を示す図 良品のダイの画像を示す図 図13の画像と図15の画像の差分を示す図 クラックが太い場合の画像を示す図 クラックが細い場合の画像を示す図 クラックの間接検出方式を説明するための画像を示す図 ウェハ供給部の光学系を説明するための図 ダイの表面が平面である場合のカメラ画像を示す図 薄ダイ特有のたわみによる凹凸を説明するための断面図 ダイの表面に凹凸がある場合のカメラ画像を示す図 エキスパンド処理されたウェハのカメラ画像を示す図 同軸照明の光源を説明するための図 同軸照明の発光面面積と撮像範囲との関係を説明するための図 同軸照明の発光面面積と撮像範囲との関係を説明するための図 エキスパンド処理時のウェハの状態を示す断面図 直接検出方式の同軸照明を示す図 間接検出方式の同軸照明の第1の例を示す図 間接検出方式の同軸照明の第2の例を示す図 直接検出方式と間接検出方式の両方に対応可能な同軸照明を示す図 同軸照明とリング照明との組合せを示す図 間接検出方式によりクラックがないウェハを撮像した画像を示す図 間接検出方式によりクラックがあるウェハを撮像した画像を示す図 間接検出方式の同軸照明の第3の例を示す図 図36の間接検出方式による画像を示す図 ピックアップ工程を示すフローチャート 基板を示す平面図 図39の基板にダイをボンドした平面図 図40の断面図 クラックを有するダイの画像を示す図 図42の矢印方向の明度を示す図
半導体装置の製造工程の一部に半導体チップ(以下、単にダイという。)を配線基板やリードフレーム等(以下、単に基板という。)に搭載してパッケージを組み立てる工程があり、パッケージを組み立てる工程の一部に、半導体ウェハ(以下、単にウェハという。)からダイを分割する工程と、分割したダイを基板の上に搭載するボンディング工程とがある。ボンディング工程に使用される製造装置がダイボンダである。
ダイボンダは、はんだ、金メッキ、樹脂を接合材料として、ダイを基板または既にボンディングされたダイの上にボンディング(搭載して接着)する装置である。ダイを、例えば、基板の表面にボンディングするダイボンダにおいては、コレットと呼ばれる吸着ノズルを用いてダイをウェハから吸着してピックアップし、基板上に搬送し、押付力を付与すると共に、接合材を加熱することによりボンディングを行うという動作(作業)が繰り返して行われる。コレットは、吸着孔を有し、エアを吸引して、ダイを吸着保持する保持具であり、ダイと同程度の大きさを有する。
<実施形態>
以下に、実施形態に係る半導体製造装置について説明する。なお、括弧内の符号は例示であってこれに限定されるものではない。
半導体製造装置(10)は、ダイ(D)を撮像する撮像部(ID)と、ダイ(D)と撮像部(ID)とを結ぶ線上に配置される照明部(LD)と、撮像部(ID)および照明部(LD)を制御する制御部(8)と、を備える。制御部(8)は、ダイの外観検査時(工程P4、)の照明部(LD)の照射面積をダイの位置決め時(工程P5)の照明部(LD)の照射面積よりも狭くし、撮像部(ID)でダイ(D)を撮像する。
これにより、ダイの表面上の異常検出を2値化や良品との画像差分法の手法で検出できない1画素未満の幅のクラックを見つけることができ、クラックの認識精度を向上させることが可能である。
以下、実施例、比較例および変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
図1は実施例に係るダイボンダの概略上面図である。ダイボンダ10は、大別して、ウェハ供給部1と、ピックアップ部2A、2Bと、アライメント部3A、3Bと、ボンディング部4A、4Bと、搬送部5と、制御部8(図4参照)と、を備える。ウェハ供給部1は基板Pに実装するダイDが搭載されたウェハリング14(図2、図3参照)を供給する。ピックアップ部2A、2Bはウェハ供給部1からダイDをピックアップする。アライメント部3A、3BはピックアップされたダイDを中間的に一度載置する。ボンディング部4A、4Bはアライメント部3A、3BのダイDをピックアップし基板P又は既にボンディングされたダイDの上にボンディングする。搬送部5は基板Pを実装位置に搬送する。制御部8は各部の動作を監視し制御する。
ウェハ供給部1はウェハカセットリフタWCLとウェハ修正シュートWRAとウェハリングホルダ(ウェハ支持台)WRHとダイ突き上げユニットWDEとウェハ認識カメラVSWとを備える。ウェハカセットリフタWCLは複数のウェハリング14が格納されるウェハカセットをウェハ搬送高さまで上下動させる。ウェハ修正シュートWRAはウェハカセットリフタWCLより供給されるウェハリング14のアライメントを行う。ウェハエキストラクタWREはウェハリング14をウェハカセットから取出し、収納する。ウェハリングホルダWRHは図示しない駆動手段によってX方向およびY方向に移動し、ピックアップするダイDをダイ突き上げユニットWDEの位置に移動させる。図1の2点破線円はウェハリングホルダWRHの移動範囲である。ダイ突き上げユニットWDEはウェハテープ(ダイシングテープ)16にマウントされるウェハ11からダイ単位で突き上げ剥離する。ウェハ認識カメラVSWはウェハリングホルダWRHで支持されたウェハ11のダイDを撮像し、ピックアップすべきダイDの位置を認識する。
ピックアップ部2A、2Bのそれぞれは、ピックアップヘッドBPHとピックアップヘッドテーブルBPTとを備える。ピックアップヘッドBPHは、ダイ突き上げユニットWDEで突き上げられたダイDを先端に吸着保持するコレット22(図4参照)を有し、ダイDをピックアップし、中間ステージBASに載置する。ピックアップヘッドテーブルBPTはピックアップヘッドBPHをZ方向、X方向およびY方向に移動させる。ピックアップヘッドBPHではダイDの角度に合わせて回転させる機能を付加することも可能である。ピックアップは、ウェハ11の有する複数の電気的特性の異なるダイのグレードを示す分類マップに基づいて行う。分類マップは制御部8に予め記憶されている。
アライメント部3A、3Bのそれぞれは、ダイDを一時的に載置する中間ステージBASと中間ステージBAS上のダイDを認識する為のステージ認識カメラVSA(図4参照)とを備える。ダイ突き上げユニットWDEは、平面視で、アライメント部3Aの中間ステージBASとアライメント部3Bの中間ステージBASとの中間に位置し、ダイ突き上げユニットWDE、アライメント部3Aの中間ステージBAS、およびアライメント部3Bの中間ステージBASはX方向に沿って配置される。
ボンディング部4A、4Bのそれぞれは、ボンディングヘッドBBHとコレット42(図4参照)とボンディングヘッドテーブルBHTと基板認識カメラVSB(図4参照)とを備える。ボンディングヘッドBBHはピックアップヘッドBPHと同じ構造を有し、中間ステージBASからダイDをピックアップし、搬送されてきた基板Pにボンディングする。コレット42はボンディングヘッドBBHの先端に装着されダイDを吸着保持する。ボンディングヘッドテーブルBHTはボンディングヘッドBBHをZ方向、X方向およびY方向に移動させる。基板認識カメラVSBは搬送されてきた基板Pの位置認識マーク(図示せず)を撮像し、ボンディングすべきダイDのボンディング位置を認識する。
このような構成によって、ボンディングヘッドBBHは、ステージ認識カメラVSAの撮像データに基づいてピックアップ位置・姿勢を補正し、中間ステージBASからダイDをピックアップし、基板認識カメラVSBの撮像データに基づいて基板PにダイDをボンディングする。
搬送部5は、ダイDがボンディングされる基板P(図1では18枚)を載置したマガジン(図1では5個)をX方向に搬送する第1搬送レーン51および第2搬送レーン52を備える。第1搬送レーン51は第1クリーンステージCS1と第1ボンディングステージBS1と第2ボンディングステージBS2とを備える。図1では第1クリーンステージCS1にマガジン91が載置され、第1ボンディングステージBS1にマガジン92は載置され、第2ボンディングステージBS2にマガジン93が載置されている。第2搬送レーン52は第2クリーンステージCS2と第3ボンディングステージBS3とを備える。図1では第2クリーンステージCS2にマガジン94が載置され、第3ボンディングステージBS3にマガジン95は載置されている。第1クリーンステージCS1および第2クリーンステージCS2のプリビジョンポイントPVPでは、基板Pに付けられた基板の不良の印の認識および基板P上の異物を吸引するクリーニングが行われる。第1ボンディングステージBS1、第2ボンディングステージBS2および第3ボンディングステージBS3のボンディングポイントBPでは、基板Pにボンディングが行われる。アライメント部3Aの中間ステージBAS、第1ボンディングステージBS1のボンディングポイントBPおよび第3ボンディングステージBS3のボンディングポイントBPを結ぶ線はY方向に沿って配置され、アライメント部3Bの中間ステージBASおよび第2ボンディングステージBS2のボンディングポイントBPを結ぶ線はY方向に沿って配置される。第1搬送レーン51および第2搬送レーン52はそれぞれマガジンローダIMHとフィーダシュートFMTとローダフィーダFIGメインフィーダFMG1とメインフィーダFMG2とメインフィーダMFG3とアンローダフィーダFOGとマガジンアンローダOMHとを備える。マガジンローダIMHは基板Pが格納されるマガジンを基板搬送高さまで上下動させ、プッシャにより基板Pがすべて供給されるとマガジンを払い出し、新たに基板Pが格納されるマガジンを基板搬送高さまで上下動させる。フィーダシュートFMTは基板搬送部のシュートを基板幅に応じて開閉する。ローダフィーダFIGは供給される基板PをプリビジョンポイントPVPまでグリップ搬送する。メインフィーダFMG1はプリビジョンポイントPVPまでグリップ搬送される基板PをメインフィーダFMG2に受け渡すまでグリップ搬送する。メインフィーダFMG2はメインフィーダFMG1から基板Pを受け取りメインフィーダMFG3に受け渡すまでグリップ搬送する。メインフィーダFMG3はメインフィーダFMG2から基板Pを受け取りアンローディング位置までグリップ搬送する。アンローダフィーダFOGはアンローディング位置までグリップ搬送された基板Pを払出し位置までグリップ搬送する。マガジンアンローダOMHは供給された空マガジンを基板搬送高さまで上下動させ、払い出された基板でマガジンが満杯になるとマガジンを払い出し、新たに空マガジンを基板搬送高さまで上下動させる。
次に、図2および図3を用いてウェハ供給部の詳細な構成を説明する。図2は、ウェハ供給部の主要部を示す外観斜視図である。図3は、ウェハ供給部の主要部を示す概略断面図である。ウェハ11の裏面には、ダイアタッチフィルム(DAF)18が貼り付けられ、更にその裏側にダイシングテープ16が貼り付けられている。さらに、ダイシングテープ16の縁辺は、ウェハリング14に貼り付けられ、エキスパンドリング15に挟み込まれて固定されている。即ち、ウェハリングホルダWRHは、ウェハリング14を保持するエキスパンドリング15と、ウェハリング14に保持され複数のダイD(ウェハ11)が接着されたダイシングテープ16を水平に位置決めする支持リング17と、を備える。ウェハ供給部1は、支持リング17の内側に配置されダイDを上方に突き上げるためのダイ突き上げユニットWDEを有する。ダイ突き上げユニットWDEは、図示しない駆動機構によって、上下方向に移動するようになっており、水平方向にはウェハリングホルダWRHが移動するようになっている。このように、ダイDの薄型化に伴い、ダイボンディング用の接着剤は、液状からフィルム状に替わり、ウェハ11とダイシングテープ16との間に、ダイアタッチフィルム18と呼ばれるフィルム状の接着材料を貼り付けた構造としている。ダイアタッチフィルム18を有するウェハ11では、ダイシングはウェハ11とダイアタッチフィルム18に対して行なわれる。なお、ダイシングテープ16とダイアタッチフィルム18が一体化されたテープであってもよい。
ウェハリングホルダWRHは、ダイDの突き上げ時に、ウェハリング14を保持しているエキスパンドリング15を下降させる。この時、支持リング17は下降しないため、ウェハリング14に保持されているダイシングテープ16が引き伸ばされダイD同士の間隔が広がり、各ダイD同士の干渉・接触を防止し、個々のダイが離れ突上げ易くなる条件とする。エキスパンドリング15および支持リング17を合わせてエキスパンダという。ダイ突き上げユニットWDEは、ダイ下方よりダイDを突き上げることでダイDの剥離を進行させ、コレットによるダイDのピックアップ性を向上させている。
図4は、ダイボンダの主要部の概略側面図である。ダイボンダ10は3つのボンディングステージBS1、BS2、BS3を備えるが、図4ではボンディングステージBSと記載している。ダイボンダ10は、ピックアップヘッドBPHでピックアップしたダイDを一度中間ステージBASに載置し、載置したダイDをボンディングヘッドBBHで再度ピックアップし、実装位置にボンディングし、基板Pに実装する。
ダイボンダ10は、ウェハ11上のダイDの姿勢を認識するウェハ認識カメラVSWと、中間ステージBASに載置されたダイDの姿勢を認識するステージ認識カメラVSAと、ボンディングステージBS上の実装位置を認識する基板認識カメラVSBとを有する。本実施例で認識カメラ間の姿勢ずれ補正しなければならないのは、ボンディングヘッドBBHによるピックアップに関与するステージ認識カメラVSAと、ボンディングヘッドBBHによる実装位置へのボンディングに関与する基板認識カメラVSBである。
また、ダイボンダ10は、中間ステージBASに設けられた旋回駆動装置25と、中間ステージBASとボンディングステージBSの間に設けられたアンダビジョンカメラCUVと、ボンディングステージBSに設けられた加熱装置34と、制御部8と、を有する。旋回駆動装置25は、実装位置を有する実装面に平行な面で中間ステージBASを旋回させ、ステージ認識カメラVSAと基板認識カメラVSB間の回転角ずれ等を補正する。アンダビジョンカメラCUVはボンディングヘッドBBHが移動中に吸着しているダイDの状態を真下から観察し、加熱装置34はダイDを実装するためにボンディングステージBSを加熱する。
制御部8について図5を用いて説明する。図5は制御系の概略構成を示すブロック図である。制御系80は制御部8と駆動部86と信号部87と光学系88とを備える。制御部8は、大別して、主としてCPU(Central Processor Unit)で構成される制御・演算部81と、記憶装置82と、入出力装置83と、バスライン84と、電源部85とを有する。記憶装置82は、処理プログラムなどを記憶しているRAMで構成されている主記憶装置82aと、制御に必要な制御データや画像データ等を記憶しているHDDで構成されている補助記憶装置82bとを有する。入出力装置83は、装置状態や情報等を表示するモニタ83aと、オペレータの指示を入力するタッチパネル83bと、モニタを操作するマウス83cと、光学系88からの画像データを取り込む画像取込装置83dと、を有する。また、入出力装置83は、ウェハ供給部1のXYテーブル(図示せず)やボンディングヘッドテーブルBHTのZY駆動軸等の駆動部86を制御するモータ制御装置83eと、種々のセンサ信号や照明装置などのスイッチ等の信号部87から信号を取り込み又は制御するI/O信号制御装置83fとを有する。光学系88には、ウェハ認識カメラVSW、ステージ認識カメラVSA、基板認識カメラVSBが含まれる。制御・演算部81はバスライン84を介して必要なデータを取込み、演算し、ピックアップヘッドBPH等の制御や、モニタ83a等に情報を送る。
図6は実施例に係る半導体製造装置におけるダイボンディング工程を説明するフローチャートである。
実施例のダイボンディング工程では、まず、ウェハカセットから取り出されたウェハ11を保持しているウェハリング14がウェハリングホルダWRH上に載置されてダイDのピックアップが行われる基準位置まで搬送される(以下、この動作をウェハローディング(工程P1)という。)。次いで、ウェハ11の配置位置がその基準位置と正確に一致するように微調整(ウェハアライメント)を行う(工程P2)。
次に、ウェハ11が載置されたウェハリングホルダWRHを所定ピッチでピッチ移動(ウェハピッチ)させ、水平に保持することによって、最初にピックアップされるダイDをピックアップ位置に配置する(工程P3)。
次いで、ウェハ認識カメラVSWによって取得した画像から、ダイDの外観検査を行う(工程P4)。ダイ外観検査の詳細については後述する。ここで、ダイDの外観に問題なしと判定された場合には後述する工程P5へ進み、問題ありと判定された場合には、そのダイDをスキップした後に再び工程P3を実施することによって、ウェハ11が載置されたウェハリングホルダWRHを所定ピッチでピッチ移動(ウェハピッチ)させ、次にピックアップされるダイDをピックアップ位置に配置する。
上記工程P4を経て良品と判定されたピックアップ対象のダイDは、ウェハ認識カメラVSWによってピックアップ対象のダイDの主面(上面)を撮影し、取得した画像からピックアップ対象のダイDの上記ピックアップ位置からの位置ずれ量を算出する(工程P5)。この位置ずれ量を基にウェハ11が載置されたウェハリングホルダWRHを移動させ、ピックアップ対象のダイDをピックアップ位置に正確に配置する。
ウェハ11は、予めプローバ等の検査装置により、ダイ毎に検査され、ダイ毎に良、不良を示すマップデータが生成され、制御部8の記憶装置82に記憶される。ピックアップ対象となるダイDが良品であるか、不良品であるかの判定はマップデータにより行われる。ダイDが不良品である場合は、ダイの外観検査認識(工程P4)、ダイ位置決め認識(工程P5)、ピックアップ(工程P6)およびボンディング(工程P7)を実施せずに、ウェハ11が載置されたウェハリングホルダWRHを所定ピッチでピッチ移動(ウェハピッチ)させ、次にピックアップされるダイDをピックアップ位置に配置する。
ピックアップ対象のダイDが正確にピックアップ位置に配置された後、コレット22を含むピックアップヘッドBPHによってダイシングテープ16からピックアップされ、中間ステージBASに載置される(工程P6)。中間ステージBASに載置されたダイの外観検査をステージ認識カメラVSAにて撮像して行う。コレット42を含むボンディングヘッドBBHによって中間ステージBASからピックアップされ、基板Pまたは既に基板Pにボンディングされているダイにダイボンディングされる(工程P7)。ダイの位置決め認識後のダイの外観検査を基板認識カメラVSBにて撮像して行う。複数のダイを積層するダイボンディングを行う場合、既に基板Pに実装された下層のダイの外観検査をピックアップされたダイのボンディング前に基板認識カメラVSBにて撮像して行う。
以後、同様の手順に従ってダイDが1個ずつダイシングテープ16から剥がされる(工程P8)。不良品を除くすべてのダイDのピックアップが完了すると、それらダイDをウェハ11の外形で保持していたダイシングテープ16およびウェハリング14等をウェハカセットへアンローディングする(工程P9)。
図7はダイシングテープに張力を与えた状態を示す断面図である。図8はダイシングテープを吸着した状態を示す断面図である。なお、図7,8ではダイアタッチフィルム18の表示は省略されている。
前述したように、ダイシングテープ16はピックアップ工程でたるみが無くなるよう、支持リング17へ押し付けることで張力を得、平面維持される。これらの処理をエキスパンド処理と呼ぶ。エキスパンド処理されたウェハ11は近年の200〜300μm未満の厚さの場合、そのエキスパンド張力によって図7に示すようにダイDに反りが発生する。ダイ外観検査認識(工程P4)は図7の状態で行われる。図8に示すように、ダイDの反りはダイシングテープ16の下部を支えるドームユニット19で矢印の方向に真空吸着することで是正される。ダイ位置決め認識(工程P5)およびピックアップ(工程P6)は図8の吸着状態で行われる。
ダイ位置決めの方法について図9〜12を用いて説明する。図9は倣い動作を説明するためのフローチャートである。図10はユニークな部分(選択領域)の例を示す図である。図11は登録画像および類似画像の例を示す図である。図12は連続着工動作を説明するためのフローチャートである。
ダイ位置決めアルゴリズムは、主にテンプレートマッチングを用い、一般に知られている正規化相関式での演算とする。その結果を一致率とする。テンプレートマッチングはリファレンス学習の倣い動作と連続着工用動作がある。
まず、倣い動作について説明する。制御部8はリファレンスサンプルをピックアップ位置に搬送する(ステップS1)。制御部8はウェハ認識カメラVSWでリファレンスサンプルの画像PCrを取得する(ステップS2)。ダイボンダの操作者がヒューマンインタフェース(タッチパネル83bやマウス83c)により画像内から、図10に示すようなユニークな部分UAを選択する(ステップS3)。制御部8は選択されたユニークな部分(選択領域)UAとリファレンスサンプルとの位置関係(座標)を記憶装置82に保存する(ステップS4)。制御部8は選択領域の画像(テンプレート画像)PTを記憶装置82に保存する(ステップS5)。基準となるワーク画像とその座標を記憶装置に保存する。
次に、連続動作について説明する。制御部8は連続着工用に部材(製品用ウェハ)をピックアップ位置に搬送する(ステップS11)。制御部8はウェハ認識カメラVSWで製品用ダイの画像PCnを取得する(ステップS2)。図11に示すように、制御部8は倣い動作で保存していたテンプレート画像PTと製品用ダイの取得画像PCnとを比較し、最も類似した部分の画像PTnの座標を算出する(ステップS13)。その座標とリファレンスサンプルで測定した座標とを比較し、製品用ダイの位置(画像PTnとテンプレート画像PTとのオフセット)を算出する(ステップS14)
ダイ外観検査認識(クラックや異物等の異常検出)について図13〜16を用いて説明する。図13はクラックがあるダイの画像を示す図である。図14は図13の画像を2値化した画像を示す図である。図15は良品のダイの画像を示す図である。図16は図13の画像と図15の画像の差分を示す図である。
ダイ表面上の異常検出は2値化や画像差分法などの手法を用いる。クラックCRがあるダイの画像PCa(図13)の2値化を行った画像PC2(図14)を生成し、異常部分(クラックCR)を検出する。クラックCRがあるダイの画像PCa(図13)と良品のダイの画像PCn(図15)との差分をとった画像PCa−nを生成し、クラックCRを検出する。
上記の手法の課題について図17、18を用いて説明する。図17はクラックが太い場合の画像である。図18はクラックが細い場合の画像である。上記の手法ではクラックを直接見るものであり、図17に示すように画像PCa1のクラックCR1が太い場合は検出できるが、図18に示すように画像PCa2のクラックCR2が細くなったり、色が薄くなったりすると、検出は難しい。すなわち、上記手法には以下の課題がある。
(1)1画素未満の幅のクラックは見つけられない
クラック幅が1画素未満場合にクラックを画像で写そうとすると、その像が薄れてしまい認識できなくなる。クラックの方向などを考慮した場合、実質は3画素以上の幅が無いと確実には検出できない。
(2)ダイの表面模様の影響を受けやすい
ダイ表面に複雑な模様がある場合は、その表面を走るクラックとの識別が難しくなる。
(3)クラックの明るさを制御することが難しい
クラックのみを明るくないしは暗く写し出すことが難しい。
上記の課題はダイ位置決め認識時と同様にクラックの直接観察を行っている為生じる問題であることと、製品不良はクラックの有無できまり、その幅は考慮する必要が無いことから、クラックの間接検出方式を考案した。図19はクラックの間接検出方式を説明するための画像である。クラックの間接検出方式はクラックがあるときに周囲に発生する変化をとらえる方式である。例えば、図19に示すように、クラックCRを境界としてダイの画像PCの明るさが変われば、クラックCRの幅に関係せずに、クラックをとらえることができる。図19ではクラックCRの右側の画像は暗く、左側の画像は明るい。以下、クラックの間接検出方式の具体的な手段について説明する。
まず、ウェハ認識カメラについて図20を用いて説明する。図20はウェハ供給部の光学系を説明するための図であり、ウェハ認識カメラおよびピックアップ対象のダイに画像撮影用の光を照射する照明部の配置を示している。
ウェハ認識カメラVSWの撮像部IDは鏡筒BTの一端と接続され、鏡筒BTの他端には対物レンズ(図示は省略)が取り付けられ、この対物レンズを通してダイDの主面の画像を撮影する構成となっている。
撮像部IDとダイDとを結ぶ線上の鏡筒BTとダイDとの間には、面発光照明(光源)SL、ハーフミラー(半透過鏡)HMを内部に備えた照明部LDが配置されている。面発光照明SLからの照射光は、ハーフミラーHMによって撮像部IDと同じ光軸で反射され、ダイDに照射される。撮像部IDと同じ光軸でダイDに照射されたその散乱光は、ダイDで反射し、そのうちの正反射光がハーフミラーHMを透過して撮像部IDに達し、ダイDの映像を形成する。すなわち、照明部LDは同軸落射照明(同軸照明)の機能を有する。
同軸照明の特徴について図21〜24を用いて説明する。図21はダイの表面が平面である場合のカメラ画像を示す図である。図22は薄ダイ特有のたわみによる凹凸を説明するための断面図である。図23はダイの表面に凹凸がある場合のカメラ画像を示す図である。図24はエキスパンド処理されたウェハのカメラ画像を示す図である。
ダイ表面は鏡面反射しやすく、その表面はおおよそ平面性となっている。例えば、ダイDが完全にフラットである状態で同軸照明を用いると、反射光を効率よく集光できる為、図21に示すようにダイDは明るく写る。
しかし、図22に示すようにダイDの表面に凹凸がある場合は平行光の同軸照明の場合、凹凸に応じて光の反射方向が散乱し、図23に示すようにムラのある写り方をする。エキスパンド処理時はこの性質の影響を受け、エキスパンドによるダイの反りあがりから、図24に示すようにウェハのカメラ画像に影が写る。この影の大きさ及び濃さは同軸照明の発光面面積に依存する。
同軸照明のメカニズムについて図25〜27を用いて説明する。図25は同軸照明の光源を説明するための図である。図26、27は同軸照明の発光面面積と撮像範囲との関係を説明するための図であり、図26は発光面面積が狭い場合で、図27は発光面面積が広い場合である。
同軸照明は光源をそのまま配置をするとダイ−カメラ間の光路をふさいでしまうので、図25に示すようにハーフミラーHMを置いて光路から外れた位置に光源SLを配置する。しかし、ダイDからみればハーフミラーHMによってダイ−カメラ間の仮想位置に光源(仮想光源)VSLがあるのともみなすことできる。ただし、仮想光源VSLは実際の光源SLより光度は低下する。以下、同軸照明の光源の位置は光の仮想光源VSLで示す。
仮想光源VSLで発光面面積との関係を説明する。鏡面反射するウェハ11の表面を照明によって照らし出し、そのウェハの画像を撮像部IDによって撮影するには、光源の位置とウェハ11の反射する鏡面の向きに大きく依存する。図26に示すようにダイDの反り上がりがあると鏡面の向きは一定にならず、仮想光源VSLの発光面面積が狭いと、照明光L1、L2は撮像部IDの方向に反射せず、反り上がり部VTは写らない。言い換えると反射光R1、R2が向かう範囲R12に撮像部IDがないと反り上がり部VTは写らない。鏡面の向きがある一定の範囲内で不安定性を持つ場合は、その範囲全てに光源を配置すればよい。その範囲が広くなればなるほど発光面面積を広くする必要がある。発光面面積が広いと、撮像部IDが反射光を受け取ることができる。図27に示すように、反射光R1、R2が向かう範囲R12に撮像部IDがあるので、反り上がり部VTは写ることができる。逆に拡散反射でない為、各方向から特定の反射面(各位置)にあたる照明の総量には依存性が無く、光源が均一の光量で発光していることが重要になる。
ダイのクラックの性質について図28を用いて説明する。図28はエキスパンド処理時のウェハの状態を示す断面図である。ダイDにクラックCRが発生すると、ダイシングのカット溝と同様、エキスパンドした際の張力でクラックCRの周囲部が反りあがる。ダイDを貫通しきらないクラックCRがあったとしても、このエキスパンド処理でクラックを貫通させることになる。
クラックを境界としてダイの画像の明るさを変えるクラックの間接検出方式の実現方法について図29〜32を用いて説明する。図29は直接検出方式の同軸照明を示す図である。図30は間接検出方式の同軸照明の第1の例を示す図である。図31は間接検出方式の同軸照明の第2の例を示す図である。図32は直接検出方式と間接検出方式の両方に対応可能な同軸照明を示す図である。図33は同軸照明とリング照明との組合せを示す図である。
クラックの間接検出方式は前述のダイの反りあがりと照明の発光面面積との関係を利用する。図29に示すように、通常(例えば直接検出方式のダイ位置決め認識)はダイの全景を見る為に十分な発光面面積を持つ同軸照明を用意する。仮想光源VSLの発光面面積をダイDの面積よりも十分大きくする。
一方、間接検出方式では発光面面積(または照射面積)を小さくする手段を設ける。ただし、直接検出方式と間接検出方式の両方式を切替可能とするため、発光面面積を大きくしたり小さくしたりする手段(発光面を制御する手段)を設ける。発光面を制御する手段は、
(a)遮蔽板の移動
(b)液晶のON/OFF
(c)平面配列したLEDの部分的ON/OFF
(d)同軸照明とリング照明との組合せ
等の方法により実現する。以下、発光面の制御は遮蔽板を例に説明する。
図30に示すように、仮想光源VSLの外側の一部(図面では右側)に遮蔽板SHLを配置するによって発光面の面積を小さくする。これにより、左側の照射光LLはダイDのクラックCRに照射され撮像部IDに反射されるが、右側の照射光LRは遮蔽板SHLに遮蔽されクラックCRに照射されず、クラックCRの境界面の相対する位置で明度の違い(右側が暗く、左側が明るい)を生むことができる。また、図31に示すように、仮想光源VSLの外側に環状の遮蔽板SHLによって発光面の面積を小さくする。これにより、中央の照射光LCはダイD周辺に照射され撮像部IDに反射されるが、外側の照射光LOは照射されず、図30と同様にクラックCRの境界面の相対する位置での明度の違いを生むことができる。
図32に示すように、照明部LDA内の面発光照明SLを平面配列したLEDを周辺付近の第1領域SL1と中心付近の第2領域SL2に分割する。直接検出方式では第1領域SL1および第2領域SLの両方のLEDをONして発光面面積を大きくする。これにより、図29と同様にすることができる。間接検出方式では、例えば第1領域SL1のLEDをOFFし、第2領域のSL2のLEDをONして、発光面面積を小さくする。これにより、図31と同様にすることができる。
図33に示すように、ウェハ認識カメラVSWの撮像部IDは鏡筒BTの一端と接続され、鏡筒BTの他端には対物レンズ(図示は省略)が取り付けられ、この対物レンズを通してダイDの主面の画像を撮影する構成となっている。鏡筒BTの対物レンズが取り付けられた端部の周囲にはリング照明RLが取り付けられている。
鏡筒BTとダイDとの間には、面発光照明SLおよびハーフミラー(半透過鏡)HMを内部に備えた同軸照明部CLが配置されている。面発光照明SLからの照射光は、ハーフミラーHMによって撮像部IDと同じ光軸で反射され、ダイDに照射される。撮像部IDと同じ光軸でダイDに照射されたその散乱光は、ダイDで反射し、そのうちの正反射光がハーフミラーHMを透過して撮像部IDに達し、ダイDの映像を形成する。
例えば、リング照明RLは、直接検出方式の場合点灯され、間接検出方式の場合消灯される。
図34は間接検出方式によりクラックがないウェハを撮像した画像である。図35は間接検出方式によりクラックがあるウェハを撮像した画像である。上記手法により、ダイの中心がカメラ光学系の中心軸線上にある場合、ダイの反りはおわん状になる為、直下のダイの周囲部分は照明の発光面を周囲から縮小しても影響を受けにくく、中央部に発生したクラックが浮かび上がる。
図36は間接検出方式の同軸照明の第3の例を示す図である。図37は図36の間接検出方式による画像である。図36に示すように、遮蔽板SHLの位置を撮像部IDの中心軸相当にすることで、外側の照射光LOはダイD中央付近に照射され撮像部IDに反射されるが、中央の照射光LCは照射されず、図37に示すような反転した画像を得ることができる。いずれも鏡面反射面の光は光源の位置の一か所に依存している事を利用している。逆に光源の1か所が写し出す鏡面は1か所とは限らない。なお、図36の遮蔽板SHLは実際には撮像部ID中心軸のおらず、ハーフミラーHMの反射方向にある。
間接検出方式で得たコントラストを利用して以下のいずれかの画像処理等を用いてクラックの有無を判断する。
(a)差分画像
良品との画像差分を行う。写りが同じでない為、差分画像の濃淡を確認する事で検出できる。
(b)エッジ検出
画像内に意図しないエッジが無いか検出する。これにはソベルフィルタ・微分フィルタなどの空間フィルタを利用する。
(c)輝度データ
指定エリアの平均輝度・ヒストグラムの変化を検出する。
間接検出方式を用いたピックアップ工程について図38を用いて説明する。図38はピックアップ工程を示すフローチャートである。
ピックアップ位置へダイを移動(ピッチ移動)するウェハピッチ(工程P3)の後に行うダイ外観検査認識(工程P4)は以下のステップを含む。
ステップP41:制御部8はクラック検査用に照明を切り替える。制御部8は、例えば、図32の鏡筒BT2Aの面発光照明SLの第1領域SL1のLEDをOFFし、第2領域のSL2のLEDをONして、発光面面積を小さくする。
ステップP42:制御部8はクラック検査用に画像を取り込む。制御部8は、ウェハ認識カメラによってダイDを撮像し、その画像を取り込む。
ステップP43:制御部8はクラック検査用の画像処理を行う。
ダイ位置決め認識(工程P5)の前に、制御部8は反り上がったダイDを是正するためにダイDをダイシングテープ側から真空吸着するダイ吸着(工程P11)を行う。ダイ位置決め認識(工程P5)は以下のステップを含む。
ステップP51:制御部8はダイ位置決め認識用に照明を切り替える。制御部8は、例えば、図32の鏡筒BT2Aの面発光照明SLの第1領域SL1のLEDをONし、第2領域のSL2のLEDをONして、発光面面積をダイDの平面面積よりも十分大きくする。
ステップP52:制御部8はダイ位置決め用に画像を取り込む。制御部8は、ウェハ認識カメラによってダイDを撮像し、その画像を取り込む。
ステップP53:制御部8はダイ位置決め用の画像処理を行う。
ピックアップ(工程P6)の後に、制御部8は真空吸着をやめる吸着OFF(工程P11)を行う。
ボンド後の基板実装済みダイでも類似の手法によりクラックを検出できる場合がある。これについて図39、40、41を用いて説明する。図39は基板を示す平面図である。図40は図39の基板にダイをボンドした平面図である。図41は図40の断面図である。
エポキシ等で形成された基板Pの表面に配線WIが設けられている。ダイDは基板Pの配線WIの上にダイDの下に貼付されたDAF18と共に搭載される。基板Pは表面または内部の配線構造(配線WI、ビアVI)等により表面が完全な平面ではない。図41の矢印ARで示すように、ダイDが搭載される基板Pの表面(ダイプレース面)の凹凸によりわずかにダイDがたわむ。これにクラックCRのあるダイDをマウントした場合、図40の楕円破線OVで示すように、クラックCRを挟んでその両側では段差または方向(平面角度)に違いが生じる。平面角度の違いで照明の反射角度(反射方向)に違いが出る。それによりクラックCRを挟んでの両側で明度に大きな落差を生ませることができる。
図42はクラックを有するダイの画像を示す図である。図43は図42の矢印方向(画像アドレスGA方向)の明度を示す図である。照明の当て方はウェハ供給部の場合と同様である。基板認識カメラVSBに発光面面積を制御できる同軸照明装置(例えば、鏡筒BT2A)を設ける。クラックを認識する外観検査における照明装置の発光面面積を基板の位置認識における発光面面積よりも狭くする。基板Pの凹凸を利用しているが、ダイDそのものがDAF18の溶融のムラなどで段差を発生させる場合もある。わずかな段差を見分けるため、上述のような照明配置を行うと、図42に示すようにダイD上の凹凸も濃淡として出てきてしまう。しかし、図43の矢印CARに示すように、ダイD表面上の既知でない場所に明度分布に落差(急激な変化)がある場合は、クラックCRありと判断することができる。
これにより、ウェハ供給部で検出できなかったクラックまたはピックアップ工程以降で発生したクラック(ボンディング工程よりも前に顕在化しなかったクラック)をボンディング前に検出することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態、実施例、比較例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例、比較例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、実施例では同軸照明は対物レンズ−ダイ間に配置するタイプについて説明したが、レンズ内挿入タイプであってもよい。
また、実施例ではダイ外観検査認識の後にダイ位置決め認識を行っているが、ダイ位置決め認識の後にダイ外観検査認識を行ってもよい。
また、実施例ではウェハの裏面にDAFが貼付されているが、DAFはなくてもよい。
また、実施例ではピックアップヘッドおよびボンディングヘッドをそれぞれ2つ備えているが、それぞれ1つであってもよい。また、実施例では中間ステージを備えているが、中間ステージがなくてもよい。この場合、ピックアップヘッドとボンディングヘッドは兼用してもよい。
また、実施例ではダイの表面を上にしてボンディングされるが、ダイをピックアップ後ダイの表裏を反転させて、ダイの裏面を上にしてボンディングしてもよい。この場合、中間ステージは設けなくてもよい。この装置はフリップチップボンダという。
また、実施例ではボンディングヘッドを備えるが、ボンディングヘッドがなくてもよい。この場合は、ピックアップされたダイは容器等に載置される。この装置はピックアップ装置という。
10・・・ダイボンダ
1・・・ウェハ供給部
D・・・ダイ
VSW・・・ウェハ認識カメラ
ID・・・撮像部
LD・・・照明部
2A、2B・・・ピックアップ部
3A、3B・・・アライメント部
BAS・・・中間ステージ
VSA・・・ステージ認識カメラ
4A、4B・・・ボンディング部
BBH・・・ボンディングヘッド
42・・・コレット
BHT・・・ボンディングヘッドテーブル
VSB・・・基板認識カメラ
5・・・搬送部
BS・・・ボンディングステージ
P・・・基板
8・・・制御部

Claims (27)

  1. イを撮像する撮像部と、
    前記ダイと前記撮像部とを結ぶ線上に配置される照明部と、
    前記撮像部および前記照明部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記照明部は、遮蔽板または液晶または平面配列された部分的にオン/オフ可能なLEDを備え、
    前記制御部は、ダイクラックを検出するために、前記遮蔽板の移動または前記液晶のオフまたは前記LEDの部分的にオフさせて前記照明部による照明の一部を遮蔽することによって前記ダイの外観検査時の前記照明部の照射面積を前記ダイの位置決め時の前記照明部の照射面積よりも狭くし、前記撮像部で前記ダイを撮像するよう構成される半導体製造装置
  2. 請求項1の半導体製造装置において、さらに、
    ウェハリングホルダを有するウェハ供給部を備え、
    前記ウェハリングホルダは、
    前記ダイが貼り付けられたダイシングテープを保持するウェハリングと、
    前記ダイシングテープを引っ張って広げるエキスパンダと、
    を備える半導体製造装置
  3. 請求項1の半導体製造装置において、さらに、
    前記ダイを既にボンディングされているダイ上にボンディングするボンディングヘッドを有するボンディング部を備える半導体製造装置
  4. 請求項2または3の半導体製造装置において、
    前記照明部は前記撮像部の中心線上に配置されるハーフミラーと前記ハーフミラーの横に配置される発光源と備える同軸照明である半導体製造装置
  5. 請求項4の半導体製造装置において、
    前記発光源は前記LEDによる面発光源である半導体製造装置
  6. 請求項5の半導体製造装置において、
    前記発光源は周辺付近が発光する第1領域と中心付近が発光する第2領域とを備え、前記第1領域と前記第2領域との点灯および消灯を個別に制御可能であるよう構成される半導体製造装置
  7. 請求項2の半導体製造装置において、さらに、
    前記ダイをピックアップするピックアップ部を備える半導体製造装置
  8. 請求項の半導体製造装置において、さらに、
    前記ピックアップされたダイを基板または既にボンディングされたダイ上にボンディングするボンディング部を備える半導体製造装置
  9. 請求項の半導体製造装置において、さらに、
    前記ピックアップ部は中間ステージを備え、
    前記ピックアップされたダイは前記中間ステージに載置され、
    前記ボンディング部は前記中間ステージに載置されたダイを前記基板または既に前記基板にボンディングされたダイ上にボンディングするよう構成される半導体製造装置
  10. 請求項の半導体製造装置において、
    前記ピックアップされたダイは上下反転され、
    前記ボンディング部は前記上下反転されたダイを前記基板にボンディングするよう構成される半導体製造装置
  11. 請求項の半導体製造装置において、さらに、
    ダイを格納する容器を備え、
    前記ピックアップされたダイは前記容器に載置されるよう構成される半導体製造装置
  12. (a)ダイが貼付されたダイシングテープを保持するウェハリングホルダを準備する工程と、
    (b)前記ダイシングテープを引き延ばす工程と、
    (c)遮蔽板または液晶または平面配列された部分的にオン/オフ可能なLEDを備える照明装置および撮像装置を用いて前記ダイの外観を検査する工程と、
    (d)前記撮像装置および前記照明装置を用いて前記ダイの位置決めを行う工程と、
    (e)前記ダイをピックアップする工程と、
    を備え、
    前記(c)工程は、ダイクラックを検出するために、前記遮蔽板の移動または前記液晶のオフまたは前記LEDの部分的にオフさせて前記照明装置による照明の一部を遮蔽することによって前記照明装置の発光面面積を前記(d)工程の前記照明装置の発光面面積よりも小さくして撮像する半導体装置の製造方法。
  13. 請求項12の半導体装置の製造方法において、さらに、
    前記(c)工程と前記(d)工程との間に、前記ダイシングテープを介して前記ダイを吸着する工程
    前記(d)工程と前記(e)工程との間に、前記ダイの吸着を解除する工程と、
    備える半導体装置の製造方法。
  14. 請求項12の半導体装置の製造方法において、
    前記照明装置は前記撮像装置の中心線上に配置されるハーフミラーと前記ハーフミラーの横に配置される発光源と備える同軸照明である半導体装置の製造方法。
  15. 請求項14の半導体装置の製造方法において、
    前記発光源は前記LEDによる面発光源である半導体装置の製造方法。
  16. 請求項15の半導体装置の製造方法において、
    前記発光源は周辺付近が発光する第1領域と中心付近が発光する第2領域とを備え、前記第1領域と前記第2領域との点灯および消灯を個別に制御可能である半導体装置の製造方法。
  17. 請求項12の半導体装置の製造方法において、さらに、
    (f)前記ピックアップされたダイを中間ステージに載置する工程と、
    (g)前記中間ステージに載置されたダイの外観検査を行う工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  18. 請求項17の半導体装置の製造方法において、
    前記(g)工程はステージ認識カメラで撮像して行う半導体装置の製造方法。
  19. 請求項12の半導体装置の製造方法において、さらに、
    (h)既にボンディングされているダイの外観検査をする工程と、
    (i)ダイを前記既にボンディングされているダイ上にボンディングする工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  20. 請求項19の半導体装置の製造方法において、
    前記(h)工程は基板認識カメラで撮像して行う半導体装置の製造方法。
  21. イを撮像するウェハ認識カメラと、
    前記ダイと前記ウェハ認識カメラとを結ぶ線上に配置される照明部と、
    前記ウェハ認識カメラおよび前記照明部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記照明部は、遮蔽板または液晶または平面配列された部分的にオン/オフ可能なLEDを備え、
    前記制御部は、ダイクラックを検出するために、前記遮蔽板の移動または前記液晶のオフまたは前記LEDの部分的にオフさせて前記照明部による照明の一部を遮蔽することによって前記ダイの外観検査時の前記照明部の照射面積を前記ダイの位置決め時の前記照明部の照射面積よりも狭くし、前記ウェハ認識カメラで前記ダイを撮像するよう構成されるダイボンダ
  22. 請求項21のダイボンダにおいて、さらに、
    ウェハリングホルダを有するウェハ供給部を備え、
    前記ウェハリングホルダは、
    前記ダイが貼り付けられたダイシングテープを保持するウェハリングと、
    前記ダイシングテープを引っ張って広げるエキスパンダと、
    を備えるダイボンダ
  23. 請求項21のダイボンダにおいて、さらに、
    前記ダイを基板または既にボンディングされているダイ上にボンディングするボンディングヘッドと、
    基板認識カメラと、
    を備えるダイボンダ
  24. 請求項22のダイボンダにおいて、
    前記制御部は、前記ダイの外観検査を前記ダイシングテープを引っ張って広げて前記ウェハ認識カメラにて行うダイボンダ
  25. 請求項21のダイボンダにおいて、さらに、
    前記ダイをピックアップするピックアップヘッドと、
    前記ピックアップされたダイを載置する中間ステージと、
    ステージ認識カメラと、
    を備え、
    前記制御部は、前記中間ステージに載置されたダイの外観検査を、前記ステージ認識カメラにて行うよう構成されるダイボンダ
  26. 請求項23のダイボンダにおいて、
    前記制御部は、前記既にボンディングされているダイの外観検査を前記基板認識カメラにて行うよう構成されるダイボンダ
  27. 請求項23のダイボンダにおいて、
    前記制御部は、複数のダイを積層するダイボンディングの場合、基板に既に実装された下層ダイの外観検査をピックアップされたダイのボンディング前に前記基板認識カメラにて行うよう構成されるダイボンダ
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