JP7102113B2 - 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、例えばジャイロセンサを備えるダイボンディング装置に適用可能である。
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、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。コレットはボンディングヘッドの先端に取り付けられる。ボンディングヘッドはＺＹ駆動軸等の駆動部（サーボモータ）で駆動され、サーボモータはモータ制御装置により制御される。
サーボモータ制御においては、ワークやワークを支持するユニットに機械的衝撃を与えないように滑らかに加減速して、ワークを移動する必要がある。
特開２０１２－１７５７６８号公報
ダイボンダなどのダイボンディング装置では、ボンディング精度などを向上させて、装置で生産する製品品質の安定を求められている。一方で、ダイボンディング装置は生産性向上のためにピックアップヘッドやボンディングヘッドを高速で動作しているため、機械的な負荷増大や振動によって装置故障や不良品作りこみなどのリスクが高まってきている。
しかし、現状では、装置稼働中にボンディングヘッド等の動作軌跡や振動を正確に捉えて事前に異常を検知する手段が無いという問題があった。
本開示の課題は、ボンディングヘッド等の異常を検知する手段を備えるダイボンディング装置を提供することにある。
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、ダイ供給部と、基板供給部と、前記ダイ供給部から供給されたダイを前記基板供給部から供給された基板又は前記基板に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と、ダイ供給部と基板供給部とボンディング部とを制御する制御部と、を備える。前記ボンディング部は、前記ダイを吸着するコレットを備えたボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドを移動する駆動軸を備えた駆動部と、前記ボンディングヘッドの角速度および加速度を検出可能なセンサと、を備える。前記制御部は、前記センサにより得られた結果を用いて振動変位と予め設定された振動変位の閾値とを比較して異常を判断する。
上記ダイボンディング装置によれば、振動による異常を検出することができる。
実施例に係るダイボンダの構成を示す概略上面図 図１のダイボンダの概略構成とその動作を説明する図 図１のダイボンダの制御系の概略構成を示すブロック図 図３のモータ制御装置の基本的な原理を説明するためのブロック構成図 ジャイロセンサの角速度および加速度の検出方向を説明する図 ジャイロセンサの取付位置を説明する図 ボンディングヘッドのＸ軸回転方向の振動を説明する図 ボンディングヘッドの駆動方向およびＺ軸角速度を説明する図 図８の状態における角速度波形および回転角度を説明する図 ボンディングヘッドの駆動方向およびＹ方向加速度を説明する図 図１０の状態における加速度波形、加速度指令波形および差分加速度を説明する図 差分速度および変位を説明する図 ボンディングヘッドのＹ方向駆動時のＸ方向の振動変位とＹ方向の振動変位との合成波形を説明する図 ３軸方向の最大変位と３軸回転方向の最大変位の例を説明する図 振動変位のばらつきと閾値を説明する図 半導体装置の製造方法を説明するフローチャート 図１０の状態における加速度波形、速度および位置を説明する図 変形例２に係るジャイロセンサの取付位置を説明する図 変形例３に係る異常判断方法を説明する図
実施形態では、動作中のボンディングヘッドの角速度および加速度をセンサで検出して、現在の動作軌跡を捉えると共に、モータ指令加速度波形や、過去の動作で蓄積してきた振動波形と比較することで、ボンディングヘッド動作の異常診断を可能とする。
以下、実施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。
図１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２は図１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２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２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。
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３を用いて説明する。図３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４は図３のモータ制御装置の基本的な原理を説明するためのブロック構成図である。モータ制御装置８３ｅはモーションコントローラ２１０とサーボアンプ２２０とを備え、サーボモータ２３０を制御する。モーションコントローラ２１０は、理想的な指令波形の生成処理を行う理想波形生成部２１１と、指令波形生成部２１２と、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）２１３と、動作異常診断部２１４と、を備える。サーボアンプ２２０は速度ループ制御部２２１を備える。
図４に示すように、モータ制御装置８３ｅは、モーションコントローラ２１０とサーボアンプ２２０とがクローズドループ制御となっている。従って、現在の指令位置と、サーボモータ２３０から得られる実位置および実速度を使用して、サーボアンプ２２０の速度ループ制御部２２１で速度制御を行う。ただし、速度ループ制御部２２１は、その速度制御を、モーションコントローラ２１０がサーボモータ２３０からの実速度および実位置を得て加加速度を制限しながら、指令波形を再生成することによって行っている。なお、理想波形生成部２１１および指令波形生成部２１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＣＰＵが実行するプログラムを格納するメモリで構成される。
例えば、図４において、目標位置、目標速度、目標加速度および目標加加速度はモーションコントローラ２１０に与えられる。そして、指令波形生成部２１２には、サーボアンプ２２０を介して、またはサーボモータ２３０から直接、実位置および実速度がエンコーダ信号として逐次入力する。
モーションコントローラ２１０の理想波形生成部２１１は、制御・演算装置８１から入力された加加速度、加速度、速度及び位置の目標値から、（ａ）指令加加速度波形（ＪＤ）、（ｂ）指令加速度波形（ＡＤ）、（ｃ）指令速度波形（ＶＤ）、（ｄ）指令位置波形（ＰＤ）をそれぞれ生成する。理想波形生成部２１１は、指令加加速度波形（ＪＤ）、指令加速度波形（ＡＤ）、指令速度波形（ＶＤ）、指令位置波形（ＰＤ）を指令波形生成部２１２に出力し、指令加速度波形（ＡＤ）を動作異常診断部２１４に出力する。
指令波形生成部２１２は、理想波形生成部２１１から出力される出力信号波形（理想的な位置の指令波形から得られる現在の指令位置）と、サーボモータ２３０から入力されるエンコーダ信号（実位置）に基づいて、加加速度を制限しながら、今後の指令速度波形を逐次再生成して、ＤＡＣ２１３に逐次出力する。例えば、指令波形生成部２１２は、（１）指令波形入出力処理、（２）エンコーダ信号カウント処理、および（３）指令波形再生処理を行う。
ＤＡＣ２１３は、入力されたデジタルの指令値をアナログ信号の速度指令値に変換して、サーボアンプ２２０の速度ループ制御部２２１に出力する。なお、エンコーダ信号は、エンコーダシグナルカウンタ（不図示）にて位置偏差量をパルスとして蓄積する。
サーボアンプ２２０の速度ループ制御部２２１は、モーションコントローラ２１０から入力される速度指令値と、サーボモータ２３０から入力されるエンコーダ信号に応じて、サーボモータ２３０の回転速度を制御する。
サーボモータ２３０は、サーボアンプ２２０の速度ループ制御部２２１から入力される回転速度の制御に応じた回転速度で回転し、実位置および実速度をエンコーダ信号としてサーボアンプ２２０の速度ループ制御部２２１とモーションコントローラ２１０の指令波形生成部２１２に出力する。
なお、図４の実施例では、サーボモータ２３０のカウント値（回転回数および回転角度）からボンディングヘッド等の被駆動体の実位置を算出し、算出された実位置をもとに実速度を算出している。しかし、被駆動体の位置を直接検出する位置検出装置を備え、当該位置検出装置が検出した位置を実位置とするようにしても良い。
動作異常診断部２１４はジャイロセンサ４５から角速度およびＸＹＺ方向加速度信号を取り込み、指令波形と比較し、振動変位を抽出する。動作異常診断部２１４は異常を検出した場合、異常検出信号を指令波形生成部２１２に出力しサーボモータを停止する。
ジャイロセンサの取付位置および角速度・加速度検出方法について図５～７を用いて説明する。図５はジャイロセンサの角速度および加速度の検出方向を示す図である。図６はジャイロセンサの取付位置を示す図である。図７はボンディングヘッドのＸ軸回転方向の振動を示す図である。
ジャイロセンサ４５には３軸角速度検出および３軸加速度の検出が可能な６軸ジャイロセンサを用いる。図５に示すように、ジャイロセンサ４５の角速度および加速度の検出（振動検出）方向は、Ａｘ：Ｘ方向加速度（Ｇ）、Ａｙ：Ｙ方向加速度（Ｇ）、Ａｚ：Ｚ方向加速度（Ｇ）、Ｇｘ：Ｘ軸角速度（deg/s）、Ｇｙ：Ｙ軸角速度（deg/s）、Ｇｚ：Ｚ軸角速度（deg/s）である。
図６に示すように、ジャイロセンサ４５を、ボンディングヘッド４１が駆動するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動軸の交点に近いボンディングヘッド４１の中心Ｏの付近（以下、単に、ボンディングヘッド中心という。）に設置する。例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動軸の交点はボンディングヘッド４１の裏側（図面の裏側）に位置し、中心Ｏはボンディングヘッド４１の重心である。ジャイロセンサ４５はボンディングヘッド４１の表側（図面の手前側）に設置される。よって、ジャイロセンサ４５はＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動軸の交点およびボンディングヘッド４１の中心Ｏよりも手前に位置するが、ボンディングヘッド中心に位置するという。ジャイロセンサ４５から取得した加速度波形とモータ指令加速度波形との差分からボンディングヘッドの振動波形を抽出することが可能となる。
また、図７に示すように、ジャイロセンサ４５にてボンディングヘッド４１の回転方向の振動（Ｇｘ）についても正確に捉えることができる。
ボンディングヘッドの異常診断の手順について図８～１５を用いて説明する。図８はボンディングヘッドの駆動方向およびＺ軸角速度を示す図である。図９は図８の状態における角速度波形および回転角度を示す図であり、図９（Ａ）はＺ軸回転方向の角速度波形を示す図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の波形を積分した回転角度波形を示す図である。図１０はボンディングヘッドの駆動方向およびＹ方向加速度を示す図である。図１１は図１０の状態における加速度波形、加速度指令波形および差分加速度を示す図であり、図１１（Ａ）はＹ方向の加速度波形を示す図であり、図１１（Ｂ）はＹ方向の加速度指令波形を示す図であり、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）の波形の差分波形を示す図ある。図１２は差分速度および変位を示す図であり、図１２（Ａ）は図１１（Ｃ）の波形を積分したＹ方向の差分速度波形を示す図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の波形を積分したＹ方向の変位波形を示す図である。図１３はボンディングヘッドのＹ方向駆動時のＸ方向の振動変位とＹ方向の振動変位との合成波形を示す図である。図１４は３軸方向の最大変位と３軸回転方向の最大変位の例を示す図である。図１５は振動変位のばらつきと閾値を示す図である。
（ａ１）動作異常診断部２１４はジャイロセンサ４５から取得した角速度信号波形を積分して回転方向の振動変位を求める。図８に示すように、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時に、Ｚ軸回転方向の角速度信号を測定して、図９（Ａ）に示すようなＺ軸回転方向の角速度信号波形（Ｇｚ（deg/s）を得る。このＺ軸回転方向の角速度信号を積分して、図９（Ｂ）に示すようなＺ軸回転角度（deg）を算出して、Ｚ軸回転方向の振動変位を求める。同様に、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ軸回転方向の振動変位とＹ軸回転方向の振動変位を求める。
（ａ２）動作異常診断部２１４はジャイロセンサ４５から取得した加速度信号波形と指令加速度波形との差分からボンディングヘッド４１の振動成分の波形を抽出し、振動変位を求める。図１０に示すように、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時にＹ方向の加速度信号を測定して、図１１（Ａ）に示すようなＹ方向の加速度信号波形（Ａｙ）を得る。この加速度信号波形（Ａｙ）と、図１１（Ｂ）に示すような指令加速度波形（ＡＤ）との差分を算出して、図１１（Ｃ）に示すような差分加速波形（ΔＡｙ）を算出する。この差分加速波形（ΔＡｙ）を積分して、図１２（Ａ）に示すような差分速度（ΔＶｙ）を算出する。さらに、この差分速度（ΔＶｙ）を積分して、図１２（Ｂ）に示すようなＹ方向の振動変位（Ｄｙ）を求める。同様に、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ方向の振動変位とＺ方向の振動変位を求める。
（ａ３）動作異常診断部２１４は上記（ａ１）で求めたＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向（３軸回転方向）の振動変位より３軸回転方向の振動変位の合成波形を算出し、（ａ２）で求めたＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向（３軸方向）の振動変位より、３軸方向の振動変位の合成波形を算出する。図１３では図示を容易にするため、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ方向振動変位とＹ方向振動変位の合成波形を示している。
（ａ４）動作異常診断部２１４はボンディングヘッドの３軸方向の振動変位の合成波形、および３軸回転方向の振動変位の合成波形から、図１４に示すような３軸方向の振動変位の最大変位（ＭＤ）と３軸回転方向の振動変位の最大変位（ＲＭＤ）を求める。
（ａ５）動作異常診断部２１４は上記（ａ２）で求めたボンディング動作中の振動変位の合成波形と同様の波形を事前に複数回測定（算出）して（ａ４）と同様の最大変位を求めて蓄積しておき、通常のボンディング工程における上記（ａ２）で測定（算出）した振動変位と比較する。
（ａ６）動作異常診断部２１４は通常のボンディング工程における上記（ａ４）で測定（算出）した合成波形の３軸方向の最大変位（ＭＤ）および３軸回転方向の最大変位（ＲＭＤ）の少なくとも一つが、図１５に示すような事前に設定した閾値を超えている場合は指令波形生成部２１２に異常検出信号を出力してサーボモータ２３０を停止させ、ボンディングヘッド４１の動作が異常であることをモニタ８３ａに表示する。
（ａ７）異常検出時、動作異常診断部２１４はＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向およびＸ軸回転方向、Ｙ軸回転方向、Ｚ軸回転方向それぞれに分割した動作波形で異常原因の特定を行う。
次に、実施例に係るダイボンダを用いた半導体装置の製造方法について図１６を用いて説明する。図１６は半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１１：ウェハ１１から分割されたダイＤが貼付されたダイシングテープ１６を保持したウェハリング１４をウェハカセット（不図示）に格納し、ダイボンダ１０に搬入する。制御部８はウェハリング１４が充填されたウェハカセットからウェハリング１４をダイ供給部１に供給する。また、基板Ｓを準備し、ダイボンダ１０に搬入する。制御部８は基板供給部６で基板Ｓを基板搬送爪５１に取り付ける。
ステップＳ１２：制御部８は分割したダイをウェハからピックアップする。
ステップＳ１３：制御部８は、ピックアップしたダイを基板Ｓ上に搭載又は既にボンディングしたダイの上に積層する。制御部８はウェハ１１からピックアップしたダイＤを中間ステージ３１に載置し、ボンディングヘッド４１で中間ステージ３１から再度ダイＤをピックアップし、搬送されてきた基板Ｓにボンディングする。ステップＳ１３と並行して、上記ボンディングヘッドの異常診断を行う。
ステップＳ１４：制御部８は基板搬出部７で基板搬送爪５１からダイＤがボンディングされた基板Ｓを取り出す。ダイボンダ１０から基板Ｓを搬出する。
実施例では、６軸ジャイロセンサをボンディングヘッド中心に設置する。ボンディングヘッド動作中は、６軸ジャイロセンサから取得した角速度からボンディングヘッド回転方向の振動波形を抽出すると共に、ジャイロセンサから取得した加速度波形とモータ指令加速度波形との差分からボンディングヘッドの振動波形を抽出する。上記抽出した振動波形から算出した振動の変位と、事前に複数回測定して蓄積した振動の変位を比較することで、現在のボンディングヘッド動作の振動に変化があるかどうかを確認し、装置の異常を検出する。今回測定した振動の変位が事前に与えた閾値を超えている場合は、モータを停止後に装置が異常を報告する。上記機能を用いてボンディングヘッドを動作させることで、ボンディングヘッドの異常診断が実現可能となる。
実施例によれば、ボンディングヘッドの振動を捉えることが可能となる。また、ボンディングヘッド中心付近にジャイロセンサを設置することで、ボンディングヘッド回転方向の振動についても正確に捉えることができる。
また、ボンディングヘッドのモータ指令加速度波形や、過去の動作で蓄積してきた振動波形と比較し、現在の振動の変位が事前に与えた閾値を超えているか動作を判断させることで、ボンディングヘッドの異常診断を行う。これにより、装置故障や不良品作りこみなどを事前に防ぐことが可能となる。
さらに、１つのセンサで回転方向も含めた振動変位を算出することができる。また異常検出時はＸ、Ｙ、Ｚ方向およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回転方向の各方向の振動変位に分割することで異常の原因を特定することも可能となる。
＜変形例＞
以下、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、上述の実施例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、上述の実施例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、上述の実施例における説明が適宜援用され得るものとする。また、上述の実施例の一部、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。
（変形例１）
図１７は図１０の状態における加速度波形、速度および位置を示す図であり、図１７（Ａ）はＹ方向の加速度波形を示す図であり、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）の波形を積分したＹ方向の速度波形を示す図であり、図１７（Ｃ）は図１７（Ｂ）の波形を積分したＹ方向の位置波形を示す図ある。
実施例では、上記（ａ２）においてボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時にＹ方向の振動変位をジャイロセンサ４５から取得した加速度信号波形と指令加速度波形との差分から求めているが、変形例１では、ボンディングヘッド４１の動作軌跡と指令位置波形との差分から求める。
（ｂ１）動作異常診断部２１４は、実施例の（ａ１）と同様に、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ軸回転方向の振動変位とＹ軸回転方向とＺ軸回転方向の振動変位を求める。
（ｂ２）動作異常診断部２１４はジャイロセンサ４５から取得した加速度信号波形をもとに、ボンディングヘッド４１の動作軌跡を算出する。図１０に示すように、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時にＹ方向の加速度信号を測定して、図１７（Ａ）に示すようなＹ方向の加速度信号波形（Ａｙ）を得る。このＹ方向の加速度信号（Ａｙ）を積分して、図１７（Ｂ）に示すようなＹ方向の速度（Ｖｙ）を算出する。さらに、このＹ方向の速度（Ｖｙ）を積分して、図１７（Ｃ）に示すようなＹ方向の位置（Ｐｙ）を算出して、Ｙ方向の動作軌跡を求める。同様に、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ方向の動作軌跡とＺ方向の動作軌跡を求める。
（ｂ３）動作異常診断部２１４は求めた動作軌跡と指令位置波形（ＰＤ）との差分からボンディングヘッド４１の振動成分の波形を抽出し、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＹ方向の振動変位を求める。同様に、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ方向の振動変位とＺ方向の振動変位を求める。
（ｂ４）以降の処理は実施例の（ａ３）以降の処理と同様である。
変形例１では、ボンディングヘッドを駆動するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動軸の交点に近いボンディングヘッド中心付近に６軸ジャイロセンサを設置する。ボンディングヘッド動作中は、６軸ジャイロセンサから取得した角速度からボンディングヘッド回転方向の振動波形を抽出すると共に、ジャイロセンサから取得した加速度波形に基づいて、ボンディングヘッドの動作軌跡を算出し、動作軌跡とモータ指令位置波形との差分からボンディングヘッドの振動波形を抽出する。上記抽出した振動波形から算出した振動の変位と、事前に複数回測定して蓄積した振動の変位を比較することで、現在のボンディングヘッド動作の振動に変化があるかどうかを確認し、装置の異常を検出する。今回測定した振動の変位が事前に与えた閾値を超えている場合は、モータを停止後に装置が異常を報告する。上記機能を用いてボンディングヘッドを動作させることで、ボンディングヘッドの異常診断が実現可能となる。
（変形例２）
図１８は変形例２に係るジャイロセンサの取付位置を示す図である。
実施例では、ジャイロセンサ４５を、ボンディングヘッド４１が駆動するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動軸の交点に近いボンディングヘッド４１の中心Ｏの付近に設置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ボンディングヘッド４１のコレット４２の先端からボンディングヘッド４１の上端までの間のセンサ取付が可能な場所に設置することができる。
図１８に示すように、ジャイロセンサ４５をボンディングヘッド４１のコレット４２の先端またはコレット４２の先端付近に設置した場合は、ボンディング精度に影響する振動を直接捉えることが可能となる。
変形例２では、６軸ジャイロセンサをボンディングヘッドのコレット先端またはコレット先端付近に設置する。これにより、ボンディング精度に影響する振動（Ｙ方向駆動時のＸ方向の加速度信号（Ａｘ）およびＹ方向の加速度信号）を直接捉え、事前に複数回測定して蓄積した振動の変位を比較することで、装置の異常を検出する。
（ｃ１）図１８に示すように、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時にＸ方向の加速度信号（Ａｘ）およびＹ方向の加速度信号（Ａｙ）を測定する。
（ｃ２）動作異常診断部２１４は測定した加速度信号（Ａｙ）と指令加速度波形との差分からボンディングヘッド４１の振動成分の波形を抽出し、Ｙ方向の振動変位を求める。同様に、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ方向の振動変位を求める。
（ｃ３）動作異常診断部２１４は上記（ｃ２）で求めたＸ方向の振動変位およびＹ方向の振動変位の振動変位より、図１３に示すような振動変位の合成波形を算出する。
（ｃ４）動作異常診断部２１４はボンディングヘッドの２軸方向の振動変位の合成波形から、２軸方向の振動変位の最大変位（ＭＤ）を求める。
（ｃ５）動作異常診断部２１４は上記（ｃ４）で求めたボンディング動作中の振動変位の合成波形と同様の波形を事前に複数回測定（算出）して蓄積しておき、通常のボンディング工程における上記（ｃ３）で測定（算出）した振動変位と比較する。
（ｃ６）動作異常診断部２１４は通常のボンディング工程における上記（ｃ４）で測定（算出）した合成波形の２軸方向の最大変位（ＭＤ）が、図１５に示すような事前に設定した閾値を超えている場合は指令波形生成部２１２に異常検出信号を出力してサーボモータ２３０を停止させ、ボンディングヘッド４１の動作が異常であることをモニタ８３ａに表示する。
（ｃ７）異常検出時、動作異常診断部２１４はＸ方向、Ｙ方向それぞれに分割した動作波形で異常原因の特定を行う。
（変形例３）
図１９は変形例３に係る異常判断方法を示す図である。図１９では図示を容易にするため、ボンディングヘッド４１のＹ方向駆動時のＸ方向振動変位とＹ方向振動変位の合成波形を示している。
実施例および変形例１、２では合成波形の最大変位に対して単一の閾値を持たせて異常診断しているが、複数回測定した標準的なＸＹＺ方向振動変位の軌跡およびＸ軸Ｙ軸Ｚ軸回転方向振動変位の軌跡から一定距離離れた場合に異常と判断する方法でも良い。この方法では、合成波形から最大変位を求める必要がない。これを実施例に適用すると下記のとおりである。なお、変形例３は変形例１、２にも適用することができる。
（ｄ１）動作異常診断部２１４は実施例の（ａ１）と同様な処理を行う。
（ｄ２）動作異常診断部２１４は実施例の（ａ２）と同様な処理を行う。
（ｄ３）動作異常診断部２１４は実施例の（ａ３）と同様な処理を行う。
（ｄ４）動作異常診断部２１４は上記（ｄ２）で求めたボンディング動作中の振動変位の合成波形と同様の波形を事前に複数回測定（算出）して蓄積しておき、通常のボンディング工程における上記（ｄ２）で測定（算出）した振動変位と比較する。
（ｄ５）動作異常診断部２１４は通常のボンディング工程における上記（ｄ４）で測定（算出）した合成波形が、図１９に示すような事前に設定した閾値を超えている場合は指令波形生成部２１２に異常検出信号を出力してサーボモータ２３０を停止させ、ボンディングヘッド４１の動作が異常であることをモニタ８３ａに表示する。
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、ボンディングヘッドをＹ軸駆動する場合について説明したが、Ｚ軸駆動する場合にも適用することができる。
また、実施例では、ボンディングヘッドにジャイロセンサを設けた例を説明したが、これに限定されるものではなく、ピックアップヘッドにジャイロセンサを設けてもよい。
また、実施例では、振動の変位を求めて異常診断を行っているが、振動の変位だけでなくフーリエ変換などで周波数成分などを特定し、過去の動作に対して周波数ごとの振動レベルを比較して異常診断を行ってもよい。
また、ボンドヘッドテーブル、ピックアップヘッドテーブル（Ｘ、Ｙ、Ｚ駆動部）のボンディング装置架台取り付け部にジャイロセンサを設け、各ヘッドの動作による振動データ以外の振動データを取得し、各ヘッドのデータとの差分を用いて異常診断を行ってもよい。
また、各ヘッドの静止中の振動データをリファレンスデータとしてもよい。これにより、各ヘッドの動作によるデータのみでの解析が可能となり、より高精度な異常診断を行うことができる。
また、基板認識カメラ、ステージ認識カメラ、ウェハ認識カメラにジャイロセンサを設け、ボンディング精度異常が発生した場合の異常原因をヘッドの動作か、カメラ側の異常かの診断を行うようにしてもよい。
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
１１：ウェハ
１３：突上げユニット
２：ピックアップ部
２１：ピックアップヘッド
３：中間ステージ部
３１：中間ステージ
４：ボンディング部
４１：ボンディングヘッド
８：制御装置
８３ｅ：モータ制御装置
２１０：モーションコントローラ
２１１：理想波形生成部
２１２：指令波形生成部
２１３：ＤＡＣ
２１４：動作異常診断部
２２０：サーボアンプ
２２１：速度ループ制御部
２３０：サーボモータ
Ｄ：ダイ
Ｓ：基板

Claims (8)

  1. ダイ供給部と、
    基板供給部と、
    前記ダイ供給部から供給されたダイを前記基板供給部から供給された基板又は前記基板に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と、
    前記ダイ供給部と前記基板供給部と前記ボンディング部とを制御する制御部と、
    を有し、
    前記ボンディング部は、
    前記ダイを吸着するコレットを備えたボンディングヘッドと、
    前記ボンディングヘッドを移動する駆動軸を備えた駆動部と、
    前記ボンディングヘッドの角速度および加速度を検出可能なセンサと、
    を備え、
    前記センサは、
    Ｘ軸回転方向、Ｙ軸回転方向およびＺ軸回転方向の角速度と、
    Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度と、
    を測定し、
    前記制御部は、前記ボンディングヘッドの動作中において、
    （ａ１）前記センサから取得したＸ軸回転方向の角速度信号、Ｙ軸回転方向の角速度信号およびＺ軸回転方向の角速度信号をそれぞれ積分して、Ｘ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を算出し、
    （ｂ１）前記センサから取得したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度波形と指令加速度波形との差分から振動成分の波形を抽出し、Ｘ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を算出し、
    （ｃ１）前記算出したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を合成した第一合成波形と、前記算出したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を合成した第二合成波形を算出し、
    （ｃ２）前記第一合成波形から前記Ｘ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位の第一最大変位を算出し、前記第二合成波形から前記Ｘ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位の第二最大変位を算出し、
    （ｃ３）前記第一最大変位と事前に複数回測定して蓄積したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位の最大変位に基づいて設定される閾値と比較し、前記第二最大変位と事前に複数回測定して蓄積したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位の最大変位に基づいて設定される閾値と比較することにより、
    現在の前記ボンディングヘッドの動作の振動に変化があるかどうかを確認して装置の異常を判断するよう構成される ダイボンディング装置。
  2. ダイ供給部と、
    基板供給部と、
    前記ダイ供給部から供給されたダイを前記基板供給部から供給された基板又は前記基板に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と、
    前記ダイ供給部と前記基板供給部と前記ボンディング部とを制御する制御部と、
    を有し、
    前記ボンディング部は、
    前記ダイを吸着するコレットを備えたボンディングヘッドと、
    前記ボンディングヘッドを移動する駆動軸を備えた駆動部と、
    前記ボンディングヘッドの角速度および加速度を検出可能なセンサと、
    を備え、
    前記センサは、
    Ｘ軸回転方向、Ｙ軸回転方向およびＺ軸回転方向の角速度と、
    Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度と、
    を測定し、
    前記制御部は、前記ボンディングヘッドの動作中において、
    （ａ１）前記センサから取得したＸ軸回転方向の角速度信号、Ｙ軸回転方向の角速度信号およびＺ軸回転方向の角速度信号をそれぞれ積分して、Ｘ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を算出し、
    （ｂ１）前記センサから取得したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度波形を積分して、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の動作軌跡を算出し、
    （ｂ２）前記算出したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の動作軌跡と指令位置波形との差分から振動成分の波形を抽出し、Ｘ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を算出し、
    （ｃ１）前記算出したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を合成した第一合成波形と、前記算出したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を合成した第二合成波形を算出し、
    （ｃ２）前記第一合成波形から前記Ｘ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位の第一最大変位を算出し、前記第二合成波形から前記Ｘ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位の第二最大変位を算出し、
    （ｃ３）前記第一最大変位と事前に複数回測定して蓄積したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位の最大変位に基づいて設定される閾値と比較し、前記第二最大変位と事前に複数回測定して蓄積したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位の最大変位に基づいて設定される閾値と比較することに より、
    現在の前記ボンディングヘッドの動作の振動に変化があるかどうかを確認して装置の異常を判断するよう構成される ダイボンディング装置。
  3. ダイ供給部と、
    基板供給部と、
    前記ダイ供給部から供給されたダイを前記基板供給部から供給された基板又は前記基板に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と、
    前記ダイ供給部と前記基板供給部と前記ボンディング部とを制御する制御部と、
    を有し、
    前記ボンディング部は、
    前記ダイを吸着するコレットを備えたボンディングヘッドと、
    前記ボンディングヘッドを移動する駆動軸を備えた駆動部と、
    前記ボンディングヘッドの角速度および加速度を検出可能なセンサと、
    を備え、
    前記センサは、
    Ｘ軸回転方向、Ｙ軸回転方向およびＺ軸回転方向の角速度と、
    Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度と、
    を測定し、
    前記制御部は、前記ボンディングヘッドの動作中において、
    （ａ１）前記センサから取得したＸ軸回転方向の角速度信号、Ｙ軸回転方向の角速度信号およびＺ軸回転方向の角速度信号をそれぞれ積分して、Ｘ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を算出し、
    （ｂ１）前記センサから取得したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度波形と指令加速度波形との差分から振動成分の波形を抽出し、Ｘ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を算出し、
    （ｃ１）前記算出したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を合成した第一合成波形と、前記算出したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を合成した第二合成波形を算出し、
    （ｃ２）前記第一合成波形と事前に複数回測定して蓄積したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位の合成波形に基づいて設定される閾値と比較し、前記第二合成波形と事前に複数回測定して蓄積したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位の合成波形に基づいて設定される閾値と比較することにより、
    現在の前記ボンディングヘッドの動作の振動に変化があるかどうかを確認して装置の異常を判断するよう構成される ダイボンディング装置。
  4. ダイ供給部と、
    基板供給部と、
    前記ダイ供給部から供給されたダイを前記基板供給部から供給された基板又は前記基板に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と、
    前記ダイ供給部と前記基板供給部と前記ボンディング部とを制御する制御部と、
    を有し、
    前記ボンディング部は、
    前記ダイを吸着するコレットを備えたボンディングヘッドと、
    前記ボンディングヘッドを移動する駆動軸を備えた駆動部と、
    前記ボンディングヘッドの角速度および加速度を検出可能なセンサと、
    を備え、
    前記センサは、
    Ｘ軸回転方向、Ｙ軸回転方向およびＺ軸回転方向の角速度と、
    Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度と、
    を測定し、
    前記制御部は、前記ボンディングヘッドの動作中において、
    （ａ１）前記センサから取得したＸ軸回転方向の角速度信号、Ｙ軸回転方向の角速度信号およびＺ軸回転方向の角速度信号をそれぞれ積分して、Ｘ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を算出し、
    （ｂ１）前記センサから取得したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度波形を積分して、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の動作軌跡を算出し、
    （ｂ２）前記算出したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の動作軌跡と指令位置波形との差分から振動成分の波形を抽出し、Ｘ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を算出し、
    （ｃ１）前記算出したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を合成した第一合成波形と、前記算出したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を合成した第二合成波形を算出し、
    （ｃ２）前記第一合成波形と事前に複数回測定して蓄積したＸ軸回転方向の振動変位、Ｙ軸回転方向の振動変位およびＺ軸回転方向の振動変位を合成した合成波形に基づいて設定される閾値と比較し、前記第二合成波形と事前に複数回測定して蓄積したＸ方向の振動変位、Ｙ方向の振動変位およびＺ方向の振動変位を合成した合成波形に基づいて設定される閾値と比較することにより、
    現在の前記ボンディングヘッドの動作の振動に変化があるかどうかを確認して装置の異常を判断するよう構成される ダイボンディング装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項のダイボンディング装置において、
    前記センサは前記ボンディングヘッドが駆動するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の駆動軸の交点に近い前記ボンディングヘッドの中心付近に設置されるダイボンディング装置。
  6. （ａ）請求項１乃至５のいずれか１項の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）基板を準備搬入する工程と、
    （ｄ）ダイをピックアップする工程と、
    （ｅ）前記ピックアップしたダイを前記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する工程と、
    （ｆ）前記センサによる測定結果を用いて異常診断を行う工程と、
    を備え、
    前記（ｆ）工程は、前記（ｅ）工程と並行して前記センサの測定結果に基づいて前記ボンディングヘッドの動作の振動の異常の有無を検出する半導体装置の製造方法。
  7. 請求項６の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｄ）工程は前記ダイシングテープ上のダイを前記ボンディングヘッドでピックアップし、
    前記（ｅ）工程は前記ボンディングヘッドで前記ピックアップしたダイを前記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する半導体装置の製造方法。
  8. 請求項６の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｄ）工程は、
    （ｄ１）前記ダイシングテープ上のダイをピックアップヘッドでピックアップする工程と、
    （ｄ２）前記ピックアップヘッドでピックアップしたダイを中間ステージに載置する工程、
    を備え、
    前記（ｅ）工程は、
    （ｅ１）前記中間ステージに載置されたダイを前記ボンディングヘッドでピックアップする工程と、
    （ｅ２）前記ボンディングヘッドでピックアップしたダイを前記基板に載置する工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
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