JPS6144303A - 半導体チツプの位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は半導体チップをダイポンディング工程に供給
する前に、その半導体チップの位置を検出する位置検出
装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

最近、コンパクトディスクプレーヤ用、光情報処理機器
用として半導体レーデが多く導入されている。この半導
体レーザはリードを有するステムに半導体チップが取付
けられている。そして、このチップは上記ステム（：嵌
着されるキャップによ）て包容される。

この種の半導体レーデの製造工程においては、ステム（
二対してチップを結合する場合、ダイボン７’（／グ装
置によって行なわれているが、そのステムに対する半導
体チップのボンディングは高精度１；行なわなければな
らない。すなわち、一般（二手導体チップはステムの端
面から数μｍ突出して結合されるが、このチップはレー
ザ光を出力させるために励起したとき約２００℃（：加
熱されるため、その突出量が大きいとステムへの熱伝導
が少ないため耐久性が落ちる。また、逆（＝突出量が少
ないとチップから出射されたレーデ光がステムによつて
遮断されるという不都合がある。

従来、ステムに対してチップを高精度（−結合する。に
は、上記チップをダイポンディング工程（；供給する前
（ユ予備位置決めしてから、バキュームピンなどで上記
チップを吸着してボンディング工程に供給するようにし
ていた。しがしながら、従来の予備位置決めは作業者が
目視で行なっていたため、精度に限界があるばかりか、
作業者によフてバラツキも大きかった。したがって、ビ
ンディング工程においてステムとチップとの相対位置決
めを高精度に行なうのに時間が掛って作業性の低下を招
いたり、チップの位置ずれ量が大きすぎてビンディング
工程で位置決めしきれずに、ボンディング精度が十分得
られないなどのことがあった。

〔発明の目的〕

この発明は半導体チップのグイボンディング工程の前に
おける予備位置決めが高精度に行なわれているか否かを
自動で確実に検出できるようにした半導体チップの位置
検出装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明は、トレイーヒ（：載置された半導体チップを
照明光で照射し、この半導体チップで正反射した上記照
明光をＴＶカメラで受光し、このＴＶカメラからの撮像
信号を画像処理部で処理して上記半導体チップの位置ず
れ量を検出するようにした半導体チップの位置検出装置
である。

〔発明の実施例〕

以下、この発明を第１図乃至第９図（＝示す一実施例に
基づいて説明する。第１図乃至第３図は半導体レーデの
ダイボンディング装置を示すもので、１）はゲンディン
グ用のＹθテーブルであり、θは上段（二位愛し、ゲン
ディング位置の中心（一回転制御が可能なよう１：設け
られる。

このＹ０テーブル１〕の上面のマウントペース１２には
ヒータ（図示せず）が内蔵され、このヒータはヒータ制
御装置１３によって温度コントロールされるようになっ
ている。前ぎ己マウントベース１２には前記ステム２を
位置決め載置する載置部１４が凹部によりて形成されて
いる。

そして、この載置部１４にはステム２の一対の切欠部２
ｂに係合するステムクランノや１５によってステム２が
供給され、同時にブツシュロッド１６（＝よってステム
２は前記載置部１４の基準面に押付は位置決めされるよ
うになっている。

一方、図中１７は後述する予備位置決め機構のＸＹθテ
ーブルであって、この上面にはステージＩＪａに固定さ
れて例えば正方形状トレイ１８が設けられている。例え
ばステージ１８＆にトレイ１８の方形状収容溝が設けら
れ、この溝の一辺にはトレイ１８の挿入を容易にする如
く開いた溝が設けられた構造で固定される。このトレイ
１８（＝は多数の半導体チップ３を収容する例えば長方
形状の収容凹部が設けられ、この各凹部（＝夫々半導体
チッｆ３が整列した状態で収容載置されている。そして
、このトレイ１８と前記載置部１４との間にはトレイ１
８内のチッ７°８を載置部１４にピックアッグ（搬送供
給）するチップ供給機構２０が設けられているＯこのチ
ップ供給機構２０（二ついて説明すると、２）はガイド
レールであり、このガイドレール２ノには搬送部材２２
が往復動自在に設けられている。この搬送部材２２（−
は上下動機構２３を介してチップ保持具２４が取付けら
れ、このチップ保持具２４にはバキュームビン２５が設
けられている。そして、前記予備位置決め機構のＸＹＯ
テーブル１７によ）て後述するごとく各半導体チツ７°
３毎に上記♂ツクアラグ位置と半導体チッｆ３との位置
ずれ量を検出して予備位置決めされた前記トレイ１８内
のテップ３が各チップ毎にＸＹおよびθ回転して位置決
めしたのち前記バキュームビン２５によって真空吸着さ
れ、前記マウントペース１２の載置部１４（：供給され
るように構成されている。従ってθ回転が一定角度（−
抑まるようにトレイ１８の凹部の構造を形成する必要が
ある。例えば凹部の大きさを半導体チップ３の大きさに
近似させる。また、前記マウントペース１２の近傍（二
はステム２とチッ７°３との結合部に冷却用ガスを吹付
けるノズル４］が設けられている。

また、前記Ｙθテーブル１１の側部に設けたＸＹテーブ
ル２６にはマウントペース１２に対向して光切断法に基
づく位皿測定装五２７が設置されている。そして、前記
バキュームビン２５（二よって吸着されたチップ３と載
置部１４に載置されたステム２の相対位置を光学的に測
定し、その測定信号に基づいて前記Ｙθテーブル１１を
制御してステム２とチップ３とを所定の位置１：位置決
めするようになりている。

つぎに、前記Ｙθテーブル１１およびＹテーブル２６の
制御系（二ついて説明する。まず、Ｙθテーブル１〕の
各テーブル（二はこれを駆動するモータｌｌｂ、ｌｉｅ
が設けられ、これら各モータｌｌｂ、ｌｌｃはドライバ
２８を介してコンビエータ２９（＝接続されている。ま
た、ＸＹテーブル２６の各テーブルにはこれを駆動する
モータ２６ｇ、２６ｂが設けられ、これらモータ２６ｍ
　、２６ｂはドライバ３０を介して前記コンピュータ２
９に接続されている。さらに、前記位置測定装置２７は
第４図乃至第６図で示すように構成されている。すなわ
ち、３１は光源で、この光源３１からの光を集光レンズ
３２を介してスリット３３に通してリゲン状のスリット
光とする。このスリット光を前記ステム２とチップ３に
照射し、投射部位Ａ、Ｉ３の光学像をレンズ３４により
焦点板３５に結像させると、第５図に示すように２本の
映９　ａ　ｌ　ｂが離間して見える。これは第６図に示
すように、このずれ量Δｄはステム２とチップ３の相対
的位置ずれ量Δｔに比例するので、映像Ａ、Ｂのずれ量
Δｄから相対的位置ずれ量Δｔは求まる。

このよう（−１光切断法を用いれば、ステム２とチップ
３との相対位１！（Ｙ方向）を測定できる。

ステム２とテップ３とのθ方向の傾きは、光切断法によ
る測定を２か所以上行なうことにより３角法で求められ
る。また、前記映像ａ、ｂをＩＴＶカメラ３７によって
撮像し、この像は電気信号としてＡ／Ｄ変換器３８、フ
レームメモリ３９およびインターフェイス４０を介して
前記コンビエータ２９（＝送られる。そして、このコン
ビエータ２９によって相対位置ずれ量△ｔが算出され、
この制御信号（二もとづいて前記Ｙθテーブル１１が駆
動されてΔｔの補正が行われる。すなわち、第７図に示
すように、ＩＴＶカメラ画像の取込みによってスリット
光を認識し、このスリット光の位置測定を行なう。そし
て、チップ３とステム２のスリット光位置により相対的
位置を計算する。ここで、前記位置が設定値で有るか否
かを判定し、ＹＥＳの場合（二はＥＮＤとなり、ＮＯの
場合（二はＹθテーブル１１のフィードバック量を求め
る。そして、Ｙθテーブル１１を駆動して再び前記操作
を繰返し行なう。なお、この場合、Ｘ方向の相対位置は
マウント精度として許容値が大きいので予備位置決めの
みで特に補正は行なっていない。

しかしマウント精度が要求される場合には補正を行りて
もよい。

一方、前記予備位置決め機構のＸＹθＹテーブル２６θ
テーブル５１が最下段：二股けられ、この上（二Ｙテー
ブル５２とＸテーブル５３とが顆次設けられてなる。各
テーブルにはこれらを駆動するモータ５１ａ、５２ｈ、
５３ｈが設けられ、これらモータは駆動部５４を介して
前記コンピュータ２９（＝接続されている。また、前記
ＸＹθテーブル１７の側方には架台５５が立設され、こ
の架台５５（＝はＸＹテーブル５６が設けられている。

このＸＹテーブル５６にはアーム５７が固着され、この
アーム５７の突出端（：は光学装置５８が取着されてい
る。この光学装置５８は半導体チップ３をボンディング
するステムの表面が鏡面になっており、通常の照明では
精度よく自動的に半導体チップをボンディングすること
は困難である。この光学装ｆ５８は第８図に示すように
ＴＶ左カメラえばｒＴＶカメラ５９とレンズ系６Ｑとか
ら構成されている。ＩＴ’／カメラ５９はその光軸Ｏを
垂直にして前記アーム５７に取着されている。このＩＴ
Ｖカメラ５９の下方にはノ１−７ミラー６１が４５度の
角度で傾斜して配置されている。前記光軸０に対して直
交する方向には、前記ノ・−フミラー６１と対向して一
対の集光レンズ６２がスリット板６３をはさんで配置さ
れている。この集光レンズ６２には光源６４から出射さ
れた照明光りが入射するようになっている。集光レンズ
６２から出射した照明光りは前記ハーフミラ−６１で垂
直下方へ反射して複数の対物レンズ６４を通過し、前記
ＸＹθテーブル１７の上面のトレイ１８に載置された半
導体チップ３を照射する。この半導体チップ３で正反射
した照明光りは前記対物レンズ６４とハーフミラ−６１
とを通過してＩＴＶカメラ５９の受光面５９＆に入射す
る。ＩＴＶカメラ５９（：入射した撮像信号は、これに
接続された画像処理部６５（第１図に示す）に入力され
る。この画像処理部６５は前記チップ３のＸＹθ方向の
ずれ量を算出してその検出信号を前記コンピュータ２９
（＝出力する。すると、このコンビ１−夕２９から前記
駆動部５４に駆動信号が出力され、この駆動信号によっ
て前記各モータ５１ｈ、５２ｍ。

５３ｍが作動させられ、θ、Ｙ、Ｘの各テーブル５１，
５２．５３が前記チッ７’ｊの位置ずれ量に応じて駆動
されるようになっている。

前記各チップ３の位置ずれ量の検出方法について９Ｉｉ
Ｊ９図を参照して説明する。まず、架台５５上のＸＹテ
ーブル５６を駆動してＩＴＭ／カメ２５９の光軸０をθ
テーブル５１の回転中心と一致させる。この状態で光源
６４から照明光りを出射し、チップ３で正反射した光が
ＩＴＶカメラ５９（二人対されると、このＩＴＶカメラ
５９から画像処理部６５；：チップ３の撮像信号がへカ
される。すると、この画像処理部６５では、チップ３の
重心が計算されて中心Ｓが求められ、この中心Ｓと上記
光軸Ｏとのずれ量が算出される。また、チッｆ３の外周
の複数、この実施例ではＡ−Ｆの６つの点ｘｙ方向の相
対位置が認識される。そして、線分ＡＢ、ＢＣ，ＤＥお
よびＩＦの傾き角度が３角法によって求められ、これら
の平均値（二よってチツｆ３の回転角度が算出される。

これらの算出値がコンビエータ２９を介して駆動部５４
に出力されると、まず、Ｘ、Ｙテーブル５２．５３が駆
動されてチップ３の中心ＳがＩＴＶカメラ５９の光軸Ｏ
に一致させられる。つぎに、θテーブル５１が回転駆動
されてチップ３の回転角度が基準値に一致させられる、
したがって、チッｆ３のＸ。

Ｙ、θ方向の位置が基準値と精密（ニ一致させられるこ
とになる。なお、このときＩＴＶカメラ５９はチップ３
で正反射した照明光りを受光するため、上記チップ３が
トレイ１８上で上下方向（：傾斜している場合、つまり
水平：：設置されていない場合（：は、このテラｆ３か
らの反射する照明光りをＩＴＶカメラ５９は捕えること
ができない。したがって、このようなチップ３は不良ワ
ークとして除外することができる。

つぎに、前述のよう（＝構成されたダイボンディング装
置を用いて半導体チッ７’Ｊをステム２に対してボンデ
ィングする方法について説明する。まず、ステムクラン
ノ４１５（−よってクランプされたステム２はマウント
ペース１２０載置部ｘ４１：載置され、同時（＝ブツシ
ュロッド１６（：よって載置部１４の基準面；二押付け
られる。

したがって、ステム２は載置部１４の所定位置にセット
される。一方、このときマウントペース１２はヒータ（
；よっである程度加熱されているため、ステム２は加熱
され、チップ取付部の表面の接着剤たとえばインジュウ
ムは溶融される。一方、上記ステム２にダイボンディン
グされるトレイ１８上の１つのチップ３は、上述したよ
うにＸ、Ｙ、θ方向の位置ずれが補正された状態：二な
りている。

このような状態（二おいて、まずチップ供給機構２０の
搬送部材２２がトレイ１８上＋：１送されてきてこのト
レイ１８から位置ずれが補正されたチップ３をパキ二−
ムビン２５（＝よっテ真空吸着する。つぎに、上記搬送
部材２２が逆方向に駆動され、バキュームピン２５（＝
吸着されたチップ３がマウントペース１２上のステム２
（二対向する位置で停止する。すると、上下動機構２３
によってチップ保持具２４が下降し、チップ３がステム
２の上面とわずか（二離間した状態で保持される。ここ
で、位置測定装置２７による上述した光切断法によって
ステム２とチップ３とをマウント時：二要求される位置
になるよう自動的に位置合せを行なう。このよう：：シ
てステム２とチップ３とを所定位置に位置決めしたのち
、前記上下動機構２３によってチップ保持具２４を下降
させると、バキュームピン２５に吸着されたチップ３は
ステム２（＝載置される。

このとき、ステム２の表面のインジ為つムは溶融されて
いるためチップ３はステム２上に接着される。この状態
で一定時間保持したのち、ヒータ制御装置１３によりヒ
ータをオフにし、冷却用ガスをノズル４１から噴出し、
ステム２とテップ３との結合部へ吹付けると、溶融状態
の１′ンジエクムは冷却固化されてボンディングが完了
する。

なお、この発明は上記一実施例に限定されず、たとえば
光学装置５８は第１０５！Ｊに示すように光源６４とＩ
ＴＶカメ２５９とを垂直線マに対して対称（二装置する
ことによって構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、半導体チップをデ
ンディング工程に受は渡す前に、この半導体チップのＸ
、Ｙ、０方向の位置を自動的に正確かつ迅速に検出する
ことができる。したがって、ゴングイング作栗の能率や
精度の向上を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図はこの発明の一実施例を示し、第１図
はボンディング装置全体の概略的構成図、第２図はメン
ディング工程の部分の平面図、第３図はステムとチップ
との関係の斜視図、第４図乃至第６図は位置測定装置の
作用説明図、第７図線位置測定方法の７０チヤ一ト図、
第８図は予備位置決め機構の光学系の構成図、第９図は
上記光学系によるチップの位置ずれ五を算出する説明図
、第１０図はこの発明の他の実施例を示す予備位置決め
機構の光学系の構成図である。 ３・・・半導体チップ、１７・・・ＸＹθテーブル、６
９、・・ＩＴＶカメラ、６０・・・レンズ系（光学系）
、６５−・・画像処理部、Ｌ・・・照明光。 第２図　　　　　　第３図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の半導体チップが載置されるトレイと、上記半導
   体チップに照明光を照射する光学系と、上記半導体チッ
   プで正反射した照明光を受光するＴＶカメラと、このＴ
   Ｖカメラからの撮像信号によって上記半導体チップの位
   置ずれ量を検出する画像処理部とを具備したことを特徴
   とする半導体チップの位置検出装置。