JP7018341B2 - ダイボンディング装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

ダイボンディング装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示はダイボンディング装置に関し、例えば基板を認識するカメラを備えるダイボンダに適用可能である。
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（ダイシング工程）と、分割したダイを基板の上に搭載するダイボンディング工程と、がある。ダイボンディング工程に使用される半導体製造装置がダイボンダ等のダイボンディング装置である。
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（ピックアップ工程）、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（ボンディング工程）という動作（作業）が繰り返して行われる。
上述のピックアップ工程時およびボンディング工程時には、各々の工程に合わせ、ダイや基板を撮像装置で撮像し、撮像した画像に基づいて画像処理により位置決めおよび検査を行う。
特開２０１６－１７１１０７号公報 特開２０１６－１９７６２９号公報 特開２０１６－１９７６３０号公報
しかしながら、昨今のパッケージの小型・薄型化、ダイの薄型化によるchip on chipの積層技術の発達により、ダイのボンディングはより厳しい一桁オーダーのμｍの位置決めが必要になってきている。位置決め精度を高めるためには、ボンディング処理に関与するボンディングヘッド、撮像系などの実装ユニットの位置と回転角で規定される姿勢を正確に把握することが重要である。
本開示の課題は、位置決め精度をより向上させるダイボンディング装置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、ダイボンディング装置は、ピックアップしたダイを基板に載置するボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドの上部に設けられる光を発するターゲットマーカと、前記基板の位置認識マークおよび前記ターゲットマーカを撮像する撮像装置と、を備える。前記撮像装置は、焦点がずれた状態で、前記ターゲットマーカを撮像する。
上記ダイボンディング装置によれば、位置決め精度がより向上することができる。
ボンディングヘッドおよびカメラの座標系を説明する図である。 ボンディングヘッドおよびカメラの座標系を合わせる方法を説明する図である。 ボンディングヘッドのＸ軸またはＹ軸の動作で発生するピッチングがＺ軸に与える影響を説明する図である。 ボンディングヘッドの変位を説明する図である。 実施形態のカメラとボンディングヘッドと基板との関係を示す図である。 発光ターゲットマーカと位置合わせマークとの関係を説明する図である。 図６の発光ターゲットマーカの撮像画像を示す図である。 発光ターゲットマーカの構成例を示す図である。 実施形態の発光ターゲットマーカと他のターゲットマーカとの比較を説明する図である。 ボンディングヘッドの位置ずれを説明する図である。 第一変形例の発光ターゲットマーカを説明する図である。 第二変形例の発光ターゲットマーカを説明する図である。 ボンディングヘッドの傾きの測定を説明する図である。 ボンディングヘッドの傾きの測定を説明する図である。 第三変形例の発光ターゲットマーカを説明する図である。 第四変形例の発光ターゲットマーカの構成例を示す図である。 近接円形像の重なりを説明する図である。 実施例のダイボンダの構成例を示す概略上面図である。 図１８において矢印Ａ方向から見たときの概略構成を説明する図である。 図１８のダイ供給部の構成を示す外観斜視図である。 図１８のダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。 図１８のダイボンダの制御系の概略構成を示すブロック図である。 図１８のダイボンダ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。
以下、実施形態、変形例および実施例について、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。
まず、位置決めの課題について図１～４を用いて説明する。図１はボンディングヘッドおよびカメラの座標系を説明する図である。図２はボンディングヘッドおよびカメラの座標系を合わせる方法を説明する図である。図３はボンディングヘッドのＸ軸またはＹ軸の動作で発生するピッチングがＺ軸に与える影響を説明する図である。図４はボンディングヘッドの変位を説明する図である。
図１に示すように、基板等のワークを撮像するカメラＣＡはＸＹテーブルＤＵ１に搭載され、ボンディングヘッドＨＤは他のＸＹテーブルＤＵ２に搭載される。ボンディング装置におけるボンディングヘッドの位置を正確に把握することでボンディング精度を安定化させたい。しかし、異なるＸＹテーブルに搭載しているボンディングヘッドＨＤとカメラＣＡ（光学系）の座標系を機械的に完全に一致させることは困難である。
ボンディングヘッドＨＤの位置を正確に把握するため、感圧紙ＰＳＰにボンディングヘッドＨＤで複数の打痕を設け、ボンディングヘッドと光学系の２つの平面座標系の変換行列を作成する方法がある。この方法では、打痕をかなりの多数で設けないと、ボンディングヘッドＨＤのＸＹテーブルＤＵ２のピッチング、ヨーイングの影響を除去することができない。よって、実質、この方法でピッチング、ヨーイングの補正は不可能である。また、架台などが熱変形してボンディングヘッドＨＤのＸＹテーブルＤＵ２とカメラＣＡのＸＹテーブルＤＵ１の位置関係が変動した場合、その影響を除去することができない。さらに、リアルタイムでボンディングヘッドＨＤの位置を監視することができない。
図３に示すように、ボンディングヘッドＨＤのＸ軸またはＹ軸の動作で発生するピッチングがＺ軸に影響を与える。すなわち、ボンディングヘッドＨＤを搭載しているＸＹテーブルＤＵ２に生じるピッチング、ヨーイングなどから、ボンディングヘッドＨＤの仰角の変位、仰角方向の変位、自身のθ方向の変位も生じる。仰角が変化することでボンディングヘッドＨＤの着地位置に影響を与える（着地位置が変動する）。よって、正確なボンディングを実現するためには、ＸＹテーブルに搭載したボンディングヘッドＨＤのＺ軸の傾き（仰角）も把握する必要があり、図４に示すようにボンディングヘッドＨＤのＸＹの変位（ＸＹのオフセット座標）とさらに、Ｚの変位（ヘッドの高さ）、仰角（ヘッドの仰角（α））および仰角方向（ヘッドの仰角の向き（β））、ヘッド自身の方向の変位（ヘッドの回転（θ））を検出する必要がある。
＜実施形態＞
次に、上述した課題を解決する一例である実施形態について図５～８を用いて説明する。図５は実施形態のカメラとボンディングヘッドと基板との関係を示す図である。図６は発光ターゲットマーカと位置合わせマークとの関係を説明する図である。図７は図６の発光ターゲットマーカの撮像画像を示す図である。図８は発光ターゲットマーカの構成例を示す図である。
図５に示すように、撮像装置であるカメラＣＡで一括して基板Ｓ上のターゲット位置（位置認識マーク）ＴＰとボンディングヘッドの座標を監視する。これにより、カメラＣＡの画像内の座標系で一元管理でき、正確なオフセット量を算出することができる。また、リアルタイムでボンディングヘッドＨＤの位置を監視することができ、熱変形などにも対応することができる。
ボンディングヘッドＨＤの座標を監視するため、図６に示すように、ボンディングヘッドＨＤにＬＥＤ光源で構成される発光ターゲットマーカＬＴＭを取り付け、カメラＣＡでその位置を検出する。このとき、基板Ｓ上のターゲットに焦点が合っているため、発光ターゲットマーカＬＴＭはカメラＣＡの焦点距離（Ｌｆ）よりも短い距離（Ｌｈ）に位置し、撮像画像は焦点ズレにより、図７に示すように光源（発光ターゲットマーカＬＴＭ）が丸く写り円形像ＣＩを形成する。円形像ＣＩはボンディングヘッドＨＤの動きに線形的に追従する。よって、この焦点ズレの円形像ＣＩであっても、カメラＣＡとボンディングヘッドＨＤの相対位置を求めることができる。また、円形像ＣＩは焦点が合っている時の光源像より大きく写る。大きく写る円での位置決め精度は、小さく写した円より画像演算上での位置決め精度が優れている。通常、円の場合は画像境界面である円周長の長いほうが位置決め精度がよい。
なお、ＬＥＤをボンディングヘッドＨＤに直付け搭載すると、ＬＥＤの発光時の自発熱の影響で発光ターゲットマーカＬＴＭの位置が動いてしまうので、図８に示すように、熱源でもある光源ＬＳをボンディングヘッドＨＤから離し、光ファイバＯＦによりボンディングヘッドＨＤの上部の発光ターゲットマーカＬＴＭの位置に導光するのが好ましい。光ファイバを用いて発光光源のターゲットマーカ部と熱源を分離することにより発光ターゲットマーカＬＴＭの位置を安定させることができる。
ここで、他の例と比較する。図９は実施形態の発光ターゲットマーカと他のターゲットマーカとの比較を説明する図であり、図９（Ａ）はカメラが基板上のターゲットに焦点が合っている場合を示す図であり、図９（Ｂ）はボンディングヘッドに第一比較例のターゲットマーカを搭載した場合を示す図であり、図９（Ｃ）はボンディングヘッドに第二比較例のターゲットマーカを搭載した場合を示す図であり、図９（Ｄ）は図９（Ｃ）のボンディングヘッドが傾いた場合を示す図であり、図９（Ｅ）はボンディングヘッドに実施形態の発光ターゲットマーカを搭載した場合を示す図である。
下記の理由より、ボンディングヘッドＨＤに搭載するターゲットマーカとして発光光源を用いる実施形態の手法が優れているといえる。
図９（Ａ）に示すカメラＣＡの位置で基板Ｓ上のターゲットに焦点が合っている。
図９（Ｂ）に示すように、ガラス蒸着タイプで発光しない通常のターゲットマーカＴＭをボンディングヘッドＨＤの上部に搭載すると、ターゲットマーカＴＭとは焦点が合わず焦点ズレで撮像することになり、周囲と画像が重なり合ってターゲットマーカＴＭを識別しにくくなる。また、照明を別に設ける必要があり、周囲も照らしてしまう。よって、ターゲットマーカＴＭが浮かび上がるよう周辺設計が必要である。図９（Ｅ）に示すように、光点の小さいＬＥＤを搭載してそれを認識する（発光ターゲットマーカＬＴＭを用いる）実施形態では周囲とのコントラスト差を高くすることができる。
図９（Ｃ）に示すように、ミラーＭＲやプリズムなどを取り付け、ターゲットマークＴＭをボンディングヘッドＨＤの側部に搭載し、焦点を合わせることが考えられるが、ミラーＭＲやプリズムなどを用いると、図９（Ｄ）に示すように、ボンディングヘッドＨＤの仰角が変化したときに位置を把握しにくくなる。
次に、ボンディングヘッドの位置ずれの補正について図１０を用いて説明する。図１０はボンディングヘッドの位置ずれを説明する図であり、図１０（Ａ）、（Ｄ）は位置ずれしていない場合を示す図であり、図１０（Ｂ）はボンディングヘッドがＹ軸正方向に位置ずれしている場合を示す図であり、図１０（Ｃ）はボンディングヘッドがＹ軸負方向に位置ずれしている場合を示す図である。
図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ボンディングヘッドＨＤの移動量に増減があった場合、ボンディングヘッドＨＤの上部に設けた発光ターゲットマーカＬＴＭをカメラＣＡで認識することで移動量の増減（位置ずれ量）を検出することができる。その分を補正することでボンディング位置を正確にコントロールすることができる。
実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果が得られる。
（１）一つのカメラでワークである基板とボンディングヘッドの位置を測定することで、一つのカメラ画像の座標系で相対位置検出が可能となる。カメラ間やユニット間の座標合わせによる不要な補正処理を行わなくてよい。
（２）ボンディングヘッドの座標を都度測定が可能となる。よって、着工前に生成した補正データへの依存度を減らすことが可能となる。
（３）発光ターゲットマーカを用いることで、焦点が合っていない状態での撮像画像を安定的に得ることが可能となる。
（４）ボンディングヘッドの空間的な位置を正確に把握することでボンディングの精度向上が可能となる。
＜変形例＞
以下、実施形態の代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成および機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。また、上述の実施形態の一部、および、複数の変形例の全部または一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
実施形態ではボンディングヘッドに搭載する発光ターゲットマークは一つであるが、発光ターゲットマークを複数搭載することにより、ボンディングヘッドの回転や高さ、仰角関連の測定が可能になる。
（第一変形例）
第一変形例はボンディングヘッドの回転および高さを測定する例であり、図１１を用いて説明する。
図１１は第一変形例の発光ターゲットマーカを説明する図であり、図１１（Ａ）は実施形態の発光ターゲットマーカの正面図であり、図１１（Ｂ）は第一変形例の発光ターゲットマーカの正面図であり、図１１（Ｃ）はボンディングヘッドが回転している場合の発光ターゲットマーカの正面図であり、図１１（Ｄ）はボンディングヘッドが高くなっている場合の発光ターゲットマークの正面図であり、図１１（Ｅ）は第一変形例の発光ターゲットマーカの側面図であり、図１１（Ｆ）は図１１（Ａ）の撮像画像であり、図１１（Ｇ）は図１１（Ｂ）の撮像画像であり、図１１（Ｈ）は図１１（Ｃ）の撮像画像であり、図１１（Ｉ）は図１１（Ｄ）の撮像画像である。
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、第一変形例では、実施形態の発光ターゲットマーカＬＴＭよりも小さい発光ターゲットマーカを五つボンディングヘッドＨＤに搭載する。一つの発光ターゲットマーカＬＴＭ１を中央に配置し、その周辺に四つの発光ターゲットマーカＬＴＭ２，ＬＴＭ３，ＬＴＭ４，ＬＴＭ５を四方に等距離に配置し、第一方向に三つの発光ターゲットマーカＬＴＭ１，ＬＴＭ２，ＬＴＭ３が一直線上に位置するように配置する。第二方向に三つの発光ターゲットマーカＬＴＭ１，ＬＴＭ４，ＬＴＭ５が一直線上に位置するように配置する。第一方向は第二方向とは直交する方向である。図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、ボンディングヘッドＨＤの高さが同じ場合であり、図１１（Ｅ）（Ｆ）に示すように、発光ターゲットマーカは円形像であり、第一変形例の発光ターゲットマーカＬＴＭ１～ＬＴＭ５の円形像は実施形態の発光ターゲットマーカＬＴＭの円形像よりも小さい。
ボンディングヘッドＨＤが回転すれば、図１１（Ｈ）に示すように、一直線上に位置する複数の発光ターゲットマーカの像の位置も回転するので、θを測定することができる。また、ボンディングヘッドＨＤの高さが変われば、図１１（Ｉ）に示すように、発光ターゲットマーカの像の大きさおよび発光ターゲットマーカの像間の距離も変わる。発光ターゲットマーカの像間の距離の変化を測定することでボンディングヘッドＨＤのＺ（高さ）の変位を測定することができる。
また、発光ターゲットマーカの像の大きさを測定することでもボンディングヘッドＨＤのＺ（高さ）の変位を測定することができる。
発光ターゲットマーカを複数化することでボンディングヘッドの高さとθ回転の変位を検出することができる。
（第二変形例）
第二変形例はボンディングヘッドの傾き成分を検出する例であり、図１２～１４を用いて説明する。
図１２は第二変形例の発光ターゲットマーカを説明する図である。図１３はボンディングヘッドの傾きの測定を説明する図であり、図１３（Ａ）はボンディングヘッドに傾きがない場合の発光ターゲットマーカの画像であり、図１３（Ｂ）はボンディングヘッドに傾きがないがＸＹ方向に変位する場合の発光ターゲットマーカの画像であり、図１３（Ｃ）はボンディングヘッドに傾きがある場合の発光ターゲットマーカの画像である。図１４はボンディングヘッドの傾きの測定を説明する図であり、図１４（Ａ）および（Ｄ）はボンディングヘッドに傾きがない状態を示す図であり、図１４（Ｂ）（Ｃ）はボンディングヘッドに傾きがある状態を示す図である。
図１２に示すように、複数の発光ターゲットマーカＬＴＭは、それぞれ設置高さが異なる（ΔＨ＞０）。言い換えると、ボンディングヘッドＨＤの上部の高さが異なる位置に発光ターゲットマーカＬＴＭを搭載する。このとき、発光ターゲットマーカＬＴＭのサイズが同じでも、焦点距離が異なるので、図１３（Ａ）に示すようにその焦点ずれの円形像はサイズが異なる。この円形像の中心間距離を測定することでボンディングヘッドＨＤが傾いているのか、それともボンディングヘッドＨＤの移動距離が異なるのかが区別できる。図１３（Ｂ）に示すように、被写体間距離の異なる２つの発光ターゲットマーカＬＴＭの像が等距離（Ｌｂ＝Ｌａ）に動けばボンディングヘッドＨＤはＸＹ方向が動いており、図１３（Ｃ）に示すように、２つの発光ターゲットマーカＬＴＭの像の距離が変われば（Ｌｃ≠Ｌａ）ボンディングヘッドＨＤは傾いていると判断することができる。
よって、図１４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ボンディングヘッドＨＤが傾いている場合、複数化した発光ターゲットマーカの設置高さを変えることで、ボンディングヘッドの仰角変位と仰角方向を検出することができる。
（第三変形例）
第三変形例はボンディングヘッドの回転、高さおよび傾きを測定する例であり、図１５を用いて説明する。図１５は第三変形例の発光ターゲットマーカを説明する図である。
図１５に示すように、第三変形例は第一変形例と第二変形例とを組み合わせた例であり、第三変形例では、第一変形例と同様の配置で五つの発光ターゲットマーカをボンディングヘッドＨＤの上部に搭載する。一つの発光ターゲットマーカＬＴＭ１を中央に配置し、その周辺に四つの発光ターゲットマーカＬＴＭ２，ＬＴＭ３，ＬＴＭ４，ＬＴＭ５を四方に等距離に配置し、第一方向に三つの発光ターゲットマーカＬＴＭ１，ＬＴＭ２，ＬＴＭ３が一直線上に位置するように配置する。第二方向に三つの発光ターゲットマーカＬＴＭ１，ＬＴＭ４，ＬＴＭ５が一直線上に位置するように配置する。第一方向は第二方向とは直交する方向である。また、第一方向に一直線に配置される三つの発光ターゲットマークの高さを変え、第二方向に一直線に配置される三つの発光ターゲットマークの高さを変える。これにより、ボンディングヘッドの回転、高さおよび傾きを測定することができる。
発光ターゲットマーカの数や距離の種類を増やして、統計計算処理を用いればより正確な測定が可能になる。
（第四変形例）
図１６は第四変形例の発光ターゲットマーカの構成例を示す図である。図１７は近接円形像の重なりを説明する図である。
第三変形例の発光ターゲットマーカＬＴＭ１～ＬＴＭ５は場所によって厚さの異なる石英ガラスＱＧの一体型で作製し、例えば発光ターゲットマーカＬＴＭ１，ＬＴＭ２，ＬＴＭ３の位置に孔（光導通路）ＯＣ１，ＯＣ２，ＯＣ３を形成し、光源ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３から孔ＯＣ１，ＯＣ２，ＯＣ３に光ファイバＯＦ１，ＯＦ２，ＯＦ３を介して導光させる。これにより、相対位置を安定化することができる。また、各光源ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３の発光を電源・制御部ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３で別制御することで、片方ずつ点灯し、図１７に示すような近接円形像の重なりの影響を防ぐことができる。発光ターゲットマーカＬＴＭ４，ＬＴＭ５も同様に構成する。
上述した実施形態をダイボンダに適用した例について以下説明する。
図１８は実施例に係るダイボンダの概略を示す上面図である。図１９は図１８において矢印Ａ方向から見たときに、ピックアップヘッド及びボンディングヘッドの動作を説明する図である。
ダイボンダ１０は、大別して、一つ又は複数の最終１パッケージとなる製品エリア（以下、パッケージエリアＰという。）をプリントした基板Ｓに実装するダイＤを供給する供給部１と、ピックアップ部２、中間ステージ部３と、ボンディング部４と、搬送部５、基板供給部６と、基板搬出部７と、各部の動作を監視し制御する制御部８と、を有する。Ｙ軸方向がダイボンダ１０の前後方向であり、Ｘ軸方向が左右方向である。ダイ供給部１がダイボンダ１０の手前側に配置され、ボンディング部４が奥側に配置される。
まず、ダイ供給部１は基板ＳのパッケージエリアＰに実装するダイＤを供給する。ダイ供給部１は、ウェハ１１を保持するウェハ保持台１２と、ウェハ１１からダイＤを突き上げる点線で示す突上げユニット１３と、を有する。ダイ供給部１は図示しない駆動手段によってＸＹ方向に移動し、ピックアップするダイＤを突上げユニット１３の位置に移動させる。
ピックアップ部２は、ダイＤをピックアップするピックアップヘッド２１と、ピックアップヘッド２１をＹ方向に移動させるピックアップヘッドのＹ駆動部２３と、コレット２２を昇降、回転及びＸ方向移動させる図示しない各駆動部と、を有する。ピックアップヘッド２１は、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１９も参照）を有し、ダイ供給部１からダイＤをピックアップし、中間ステージ３１に載置する。ピックアップヘッド２１は、コレット２２を昇降、回転及びＸ方向移動させる図示しない各駆動部を有する。
中間ステージ部３は、ダイＤを一時的に載置する中間ステージ３１と、中間ステージ３１上のダイＤを認識する為のステージ認識カメラ３２を有する。
ボンディング部４は、中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、搬送されてくる基板ＳのパッケージエリアＰ上にボンディングし、又は既に基板ＳのパッケージエリアＰの上にボンディングされたダイの上に積層する形でボンディングする。ボンディング部４は、ピックアップヘッド２１と同様にダイＤを先端に吸着保持するコレット４２（図１９も参照）を備えるボンディングヘッド４１と、ボンディングヘッド４１をＹ方向に移動させるＹ駆動部４３と、基板ＳのパッケージエリアＰの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディング位置を認識する基板認識カメラ４４とを有する。ここで、ボンディングヘッド４１は実施形態のボンディングヘッドＨＤに対応し、その上部に実施形態および第一変形例から第三変形例の何れか一つの発光ターゲットマーカＬＴＭを備える。
このような構成によって、ボンディングヘッド４１は、ステージ認識カメラ３２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３１からダイＤをピックアップし、基板認識カメラ４４の撮像データに基づいて基板にダイＤをボンディングする。
搬送部５は、基板Ｓを掴み搬送する基板搬送爪５１と、基板Ｓが移動する搬送レーン５２と、を有する。基板Ｓは、搬送レーン５２に設けられた基板搬送爪５１の図示しないナットを搬送レーン５２に沿って設けられた図示しないボールネジで駆動することによって移動する。
このような構成によって、基板Ｓは、基板供給部６から搬送レーン５２に沿ってボンディング位置まで移動し、ボンディング後、基板搬出部７まで移動して、基板搬出部７に基板Ｓを渡す。
制御部８は、ダイボンダ１０の各部の動作を監視し制御するプログラム（ソフトウェア）を格納するメモリと、メモリに格納されたプログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、を備える。
次に、ダイ供給部１の構成について図２０および図２１を用いて説明する。図２０はダイ供給部の外観斜視図を示す図である。図２１はダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。
ダイ供給部１は、水平方向（ＸＹ方向）に移動するウェハ保持台１２と、上下方向に移動する突上げユニット１３と、を備える。ウェハ保持台１２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、を有する。突上げユニット１３は支持リング１７の内側に配置される。
ダイ供給部１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。その結果、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の間隔が広がり、突上げユニット１３によりダイＤ下方よりダイＤを突き上げ、ダイＤのピックアップ性を向上させている。なお、薄型化に伴いダイを基板に接着する接着剤は、液状からフィルム状となり、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（ＤＡＦ）１８と呼ばれるフィルム状の接着材料を貼り付けている。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。従って、剥離工程では、ウェハ１１とダイアタッチフィルム１８をダイシングテープ１６から剥離する。
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２４と、中間ステージ３１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３２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４４とを有する。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４１によるピックアップに関与するステージ認識カメラ３２と、ボンディングヘッド４１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４４である。
制御部８について図２２を用いて説明する。図２２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・演算装置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やＳＳＤ等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、ダイ供給部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２４、ステージ認識カメラ３２、基板認識カメラ４４が含まれる。制御・演算装置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２１等の制御や、モニタ８３ａ等に情報を送る。
制御部８は画像取込装置８３ｄを介してウェハ認識カメラ２４、ステージ認識カメラ３２および基板認識カメラ４４で撮像した画像データを記憶装置８２に保存する。保存した画像データに基づいてプログラムしたソフトウェアにより、制御・演算装置８１を用いてダイＤおよび基板ＳのパッケージエリアＰの位置決め、並びにダイＤおよび基板Ｓの表面検査を行う。制御・演算装置８１が算出したダイＤおよび基板ＳのパッケージエリアＰの位置に基づいてソフトウェアによりモータ制御装置８３ｅを介して駆動部８６を動かす。このプロセスによりウェハ上のダイの位置決めを行い、ピックアップ部２およびボンディング部４の駆動部で動作させダイＤを基板ＳのパッケージエリアＰ上にボンディングする。使用するウェハ認識カメラ２４、ステージ認識カメラ３２および基板認識カメラ４４はグレースケール、カラー等であり、光強度を数値化する。
図２３は図１８のダイボンダ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、制御部８は、ウェハ１１を保持しているウェハリング１４をウェハカセットから取り出してウェハ保持台１２に載置し、ウェハ保持台１２をダイＤのピックアップが行われる基準位置まで搬送する（ウェハローディング（工程Ｐ１））。次いで、制御部８は、ウェハ認識カメラ２４によって取得した画像から、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を行う。
次に、制御部８は、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、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（ダイ搬送（工程Ｐ２））。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。制御部８は、ダイＤが不良品である場合は、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、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し、不良品のダイＤをスキップする。
制御部８は、ウェハ認識カメラ２４によってピックアップ対象のダイＤの主面（上面）を撮像し、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。制御部８は、この位置ずれ量を基にウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２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（ダイ位置決め（工程Ｐ３））。
次いで、制御部８は、ウェハ認識カメラ２４によって取得した画像から、ダイＤの表面検査を行う（工程Ｐ４）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、ダイＤの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ９）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合はスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理は、ダイＤの工程Ｐ９以降をスキップし、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、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。
制御部８は、基板供給部６で基板Ｓ搬送レーン５２に載置する（基板ローディング（工程Ｐ５））。制御部８は、基板Ｓを掴み搬送する基板搬送爪５１をボンディング位置まで移動させる（基板搬送（工程Ｐ６））。
基板認識カメラ４４にて基板ＳのパッケージエリアＰの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディング位置を認識して位置決めを行う（基板位置決め（工程Ｐ７））。
次いで、制御部８は、基板認識カメラ４４によって取得した画像から、基板ＳのパッケージエリアＰの表面検査を行う（工程Ｐ８）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、基板ＳのパッケージエリアＰの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ９）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合はスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理は、基板ＳのパッケージエリアＰの該当タブへの工程Ｐ１０以降をスキップし、基板着工情報に不良登録を行う。
制御部８は、ダイ供給部１によってピックアップ対象のダイＤを正確にピックアップ位置に配置した後、コレット２２を含むピックアップヘッド２１によってダイＤをダイシングテープ１６からピックアップし（ダイハンドリング（工程Ｐ９））、中間ステージ３１に載置する（（工程Ｐ１０）。制御部８は、中間ステージ３１に載置したダイの姿勢ずれ（回転ずれ）の検出をステージ認識カメラ３２にてダイＤを撮像して行う（工程Ｐ１１）。制御部８は、姿勢ずれがある場合は中間ステージ３１に設けられた旋回駆動装置（不図示）によって実装位置を有する実装面に平行な面で中間ステージ３１を旋回させて姿勢ずれを補正する。
制御部８は、ステージ認識カメラ３２によって取得した画像から、ダイＤの表面検査を行う（工程Ｐ１２）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、ダイＤの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ１３）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合は、そのダイを図示しない不良品トレーなどに載置してスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理は、ダイＤの工程Ｐ１３以降をスキップし、ウェハ１１が載置されたウェハ保持台１２を所定ピッチでピッチ移動させ、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。
制御部８は、コレット４２を含むボンディングヘッド４１によって中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、基板ＳのパッケージエリアＰまたは既に基板ＳのパッケージエリアＰにボンディングされているダイにダイボンディングする（ダイアタッチ（工程Ｐ１３））。制御部８は、ボンディングヘッド４１の上部に搭載された発光ターゲットマーカを基板認識カメラ４４で撮像して、ボンディングヘッド４１の位置および姿勢を認識し、位置または姿勢にズレがある場合は補正行う。
制御部８は、ダイＤをボンディングした後、そのボンディング位置が正確になされているかをダイＤ、基板Ｓを基板認識カメラ４４で撮像して検査する（ダイと基板の相対位置検査（工程Ｐ１４））。このとき、ダイの位置合わせと同様にダイの中心と、タブの中心を求め、相対位置が正しいかを検査する。
次いで、制御部８は、基板認識カメラ４４によって取得した画像から、ダイＤおよび基板Ｓの表面検査を行う（工程Ｐ１５）。ここで、制御部８は、表面検査で問題があるかどうかを判定し、ボンディングされたダイＤの表面に問題なしと判定した場合には次工程（後述する工程Ｐ９）へ進むが、問題ありと判定した場合には、表面画像を目視で確認するか、さらに高感度の検査や照明条件などを変えた検査を行い、問題がある場合はスキップ処理し、問題がない場合は次工程の処理を行う。スキップ処理では、基板着工情報に不良登録を行う。
以後、同様の手順に従ってダイＤが１個ずつ基板ＳのパッケージエリアＰにボンディングする。１つの基板のボンディングが完了すると、基板搬送爪５１で基板Ｓを基板搬出部７まで移動して（基板搬送（工程Ｐ１６））、基板搬出部７に基板Ｓを渡す（基板アンローディング（工程Ｐ１７））。
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Ｐ９）。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Ｐ１８）。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態、変形例および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態、変形例および実施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、実施例ではダイ位置認識の後にダイ外観検査認識を行っているが、ダイ外観検査認識の後にダイ位置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１つ備えているが、それぞれ２つ以上であってもよい。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。
１０・・・ダイボンダ
１・・・ダイ供給部
１３・・・突上げユニット
２・・・ピックアップ部
２４・・・ウェハ認識カメラ
３・・・中間ステージ部
３１・・・中間ステージ
３２・・・ステージ認識カメラ
４・・・ボンディング部
４１・・・ボンディングヘッド
４２・・・コレット
４４・・・基板認識カメラ
５・・・搬送部
５１・・・基板搬送爪
８・・・制御部
Ｓ・・・基板
ＢＳ・・・ボンディングステージ
Ｄ・・・ダイ
Ｐ・・・パッケージエリア
ＣＡ・・・カメラ
ＨＤ・・・ボンディングヘッド
ＬＴＭ・・・発光ターゲットマーカ

Claims (15)

  1. ピックアップしたダイを基板に載置するボンディングヘッドと、
    前記ボンディングヘッドの上部に設けられる光を発するターゲットマーカと、
    前記基板の位置認識マークおよび前記ターゲットマーカを撮像する撮像装置と、
    を備え、
    前記撮像装置は、焦点を前記位置認識マークに合わせ、前記ターゲットマーカを焦点がずれた状態で撮像するダイボンディング装置。
  2. 請求項１のダイボンディング装置において、
    さらに、前記ボンディングヘッドおよび前記撮像装置を制御する制御装置を備えるダイボンディング装置。
  3. 請求項２のダイボンディング装置において、
    前記制御装置は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの位置を測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  4. 請求項２のダイボンディング装置において、
    前記ボンディングヘッドは前記ターゲットマーカを直線上に複数備え、
    前記制御装置は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの回転または高さを測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  5. 請求項３のダイボンディング装置において、
    前記ボンディングヘッドは前記ターゲットマーカを直線上に複数備え、
    前記制御装置は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの回転または高さを測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  6. 請求項２のダイボンディング装置において、
    複数の前記ターゲットマーカの高さが異なり、
    前記制御装置は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの傾きまたは傾きの向きを測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  7. 請求項３のダイボンディング装置において、
    複数の前記ターゲットマーカの高さが異なり、
    前記制御装置は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの傾きまたは傾きの向きを測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  8. 請求項４のダイボンディング装置において、
    複数の前記ターゲットマーカの高さが異なり、
    前記制御装置は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの傾きまたは傾きの向きを測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  9. 請求項１から８の何れか一つのダイボンディング装置において、
    前記ターゲットマーカの光源は前記ボンディングヘッドから離れて位置し、前記ターゲットマーカと前記光源とは光ファイバで接続されるダイボンディング装置。
  10. 請求項１から８の何れか一つのダイボンディング装置において、さらに、
    前記ダイをピックアップするピックアップヘッドと、
    ピックアップされた前記ダイが載置される中間ステージと、
    を備え、
    前記ボンディングヘッドは前記中間ステージの上に載置された前記ダイをピックアップするダイボンディング装置。
  11. （ａ）その上部に光を発するターゲットマーカを搭載するボンディングヘッドと、基板の位置認識マークおよび前記ターゲットマーカを撮像する撮像装置と、を備えるダイボンディング装置を準備する工程と、
    （ｂ）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搬入する工程と、
    （ｃ）基板を搬入する工程と、
    （ｄ）前記ダイをピックアップする工程と、
    （ｅ）ピックアップした前記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ているダイ上にボンディングする工程と、
    を備え、
    前記（ｅ）工程において、前記撮像装置は、焦点を前記位置認識マークに合わせ、前記ターゲットマーカを焦点がずれた状態で撮像する半導体装置の製造方法。
  12. 請求項１１の半導体装置の製造方法において、
    前記ダイボンディング装置は、さらに、前記ボンディングヘッドおよび前記撮像装置を制御する制御装置を備える半導体装置の製造方法。
  13. 請求項１１の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｅ）工程は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの位置を測定する半導体装置の製造方法。
  14. 請求項１３の半導体装置の製造方法において、
    前記ボンディングヘッドは前記ターゲットマーカを直線上に複数備え、
    前記（ｅ）工程は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの回転または高さを測定す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、
    複数の前記ターゲットマーカの高さが異なり、
    前記（ｅ）工程は、前記ターゲットマーカの円形像に基づいて、前記ボンディングヘッドの傾きを測定する半導体装置の製造方法。
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