KR102327786B1 - 본딩 장치 - Google Patents

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KR102327786B1
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히로야 유자와
시게루 하야타
유토 핫토리
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

(과제)
반도체 칩의 두께가 큰 실장 처리와 실장 처리 이외의 부대 처리를 양호한 정밀도로 실행한다.
(해결 수단)
본딩 장치(10)는 촬상 장치(21)에 의해 촬상된 화상을 사용하여, 반도체 칩의 실장 처리와 실장 처리 이외의 부대 처리를 실행한다. 본딩 장치(10)는 촬상 장치(21)의 광학계에 설치된 조리개 전환 기구이며, 적어도 제1 조리개와, 조리개 구멍 직경이 제1 조리개보다 큰 제2 조리개로 전환 가능한 조리개 전환 기구(40)와, 조리개 전환 기구(40)를 제어하여 제1 조리개와 제2 조리개의 어느 하나로 전환하는 제어부(52)를 구비한다. 제어부(52)는 제1 조리개로 전환하여 촬상된 화상을 사용하여 실장 처리를 실행하고, 제2 조리개로 전환하여 촬상된 화상을 사용하여 부대 처리를 실행한다.

Description

본딩 장치
본 발명은 본딩 장치에 설치된 촬상 장치의 광학계에 관한 것이다.
종래부터, 본딩 장치에 촬상 장치(카메라 및 광학계)가 설치되어, 촬상 장치로 촬상한 화상을 사용하여, 반도체 칩 실장 전의 장치의 교정, 실장 중의 본딩 위치의 확인, 실장 후의 패드 상의 볼 형상의 검사 등이 행해지고 있다.
특허문헌 1에는 실장 후의 반도체 칩의 패드 상의 볼 형상을 검사하기 위한 촬상 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에는 저조사각도 링상 조명기의 낮은 조사 각도로부터의 조명을 사용함으로써, 반도체 칩의 상면으로부터의 반사광의 대물렌즈로의 입사를 최대한 적게 하고, 또한 광학계의 조리개를 크게 하여 피사계 심도를 얕게 함으로써, 촬영 대상물이 아닌 와이어로부터의 반사광을 흐리게 한 화상으로 하고, 촬영 대상인 볼만을 밝게 비추는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 제2981941호 공보
그런데, 최근, 반도체 칩을 복수장 적층한 적층 디바이스가 증가해오고 있다. 이와 같은 적층 디바이스는 큰 두께를 가지고, 예를 들면 적층 디바이스의 최상면의 패드와 리드 사이의 단차가 크다. 촬상 장치를 사용하여 위치를 확인하면서, 이와 같은 적층 디바이스를 실장할 때는, 보다 두께 방향의 보이는 범위를 넓게 할 필요가 있기 때문에, 광학계의 조리개를 작게 하고, 피사계 심도를 깊게 하는 것이 요망된다.
그러나, 광학계의 조리개를 작게 한 경우에는 광학분해능이 낮아져버려, 예를 들면 높은 광학분해능을 필요로 하는 오프셋 조정 등을 할 수 없게 되어 버릴 우려가 있다. 또한 오프셋 조정은 카메라의 광축과 캐필러리의 오프셋량을 반도체 칩 실장 전에 계측하는 것이며, 계측된 오프셋량은 실장시에 사용된다.
한편, 오프셋 조정 등을 위해 광학분해능을 높게 하고자 하는 경우에는, 광학계의 조리개를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 그 경우에는 피사계 심도가 얕아져버려, 적층 디바이스의 실장에 지장이 생긴다. 이와 같이 상반되는 요구가 본딩 장치에는 존재한다.
본 발명의 목적은 반도체 칩의 두께가 큰 실장 처리와 실장 처리 이외의 부대 처리를 양호한 정밀도로 실행하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 본딩 장치는, 촬상 장치에 의해 촬상된 화상을 사용하여, 반도체 칩의 실장 처리와 실장 처리 이외의 부대 처리를 실행하는 본딩 장치로서, 촬상 장치의 광학계에 설치된 조리개 전환 기구이며, 적어도 제1 조리개와, 조리개 구멍 직경이 제1 조리개보다 큰 제2 조리개로 전환 가능한 조리개 전환 기구와, 조리개 전환 기구를 제어하여 제1 조리개와 제2 조리개의 어느 하나로 전환하는 제어부를 구비하고, 제어부는 제1 조리개로 전환하여 촬상된 화상을 사용하여 실장 처리를 실행하고, 제2 조리개로 전환하여 촬상된 화상을 사용하여 부대 처리를 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 제어부는 조리개 전환 기구를 제1 조리개로 전환하여 실장 처리를 실행하는 경우에는, 조리개를 전환한 후에 초점 거리의 조정을 행하지 않고, 조리개 전환 기구를 제2 조리개로 전환하여 부대 처리를 실행하는 경우에는, 조리개를 전환한 후에 초점 거리의 조정을 행하도록 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 부대 처리는 실장 처리 전의 조정 처리인 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 부대 처리는 실장 처리 후의 측정 처리인 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 실장 처리는 와이어 본딩인 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 실장 처리는 다이 본딩인 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 부대 처리는 실장 처리 후의 반도체 칩의 패드에 접속된 와이어의 높이의 계측 처리이며, 제어부는 계측 처리에 있어서, 촬상 장치의 초점 거리를 일정하게 하고, 촬상 장치의 광학적 위치를 변화시켜 와이어에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 촬상 장치의 광학적 위치에 기초하여 와이어의 높이를 취득하는 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 부대 처리는 기판으로부터의 반도체 칩의 높이를 계측하는 계측 처리이며, 제어부는 계측 처리에 있어서, 촬상 장치의 초점 거리를 일정하게 하고, 촬상 장치의 광학적 위치를 변화시켜 반도체 칩에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 촬상 장치의 광학적 위치에 기초하여 기판으로부터의 반도체 칩의 높이를 취득하는 것으로 해도 적합하다.
본 발명의 본딩 장치에 있어서, 부대 처리는 반도체 칩의 패드에 압착된 와이어에 의해 형성된 압착 볼의 높이를 계측하는 계측 처리이며, 제어부는 계측 처리에 있어서, 촬상 장치의 초점 거리를 일정하게 하고, 촬상 장치의 광학적 위치를 변화시켜 압착 볼에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 촬상 장치의 광학적 위치에 기초하여 압착 볼의 높이를 취득하는 것으로 해도 적합하다.
본 발명에 의하면, 반도체 칩의 두께가 큰 실장을 정밀도 좋게 행할 수 있음과 아울러, 조리개 구멍 직경이 큰 제2 조리개의 상태에서 촬상 장치를 사용함으로써 광학분해능을 높게 하여 실장 처리 이외의 부대 처리를 정밀도 좋게 행할 수 있다.
도 1은 촬상 장치를 가지는 와이어 본더를 나타내는 사시도이다.
도 2는 촬상 장치의 사시도이다.
도 3은 촬상 장치의 광학계의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4는 촬상 장치의 조리개 전환 기구의 일례의 사시도이다.
도 5는 조리개 구멍 직경에 대한 분해능, 피사계 심도, 및 행하는 처리를 나타내는 도면이다.
도 6의 (A)는 통상 조리개로 하여 촬상된 화상과, (B)는 고분해능 조리개로 하여 촬상된 화상을 나타내는 도면이다.
도 7은 와이어 본더의 제어 구성의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 8은 제어부가 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 적층 디바이스의 와이어 본딩 전의 상태의 단면과, 조정 처리에 있어서의 촬상 장치의 피사계 심도를 나타내는 도면이다.
도 10은 적층 디바이스의 와이어 본딩 전의 상태의 상면도이다.
도 11은 오프셋 조정에 있어서의 패드 상의 타흔(打痕)을 나타내는 도면이다.
도 12는 적층 디바이스의 와이어 본딩 후의 상태의 단면과, 와이어 본딩(실장 처리)에 있어서의 촬상 장치의 피사계 심도를 나타내는 도면이다.
도 13은 측정 처리에 있어서의 촬상 장치의 피사계 심도를 나타내는 도면이다.
도 14는 와이어가 접속된 패드의 확대도이다.
도 15는 와이어의 높이를 계측하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 설명에서는 리드 프레임(61)의 이송 방향을 X방향, 리드 프레임(61)의 폭 방향을 Y방향, 높이 방향을 Z방향으로 하여 설명한다. 또한 리드 프레임(61)은 기판의 일례이다.
본 실시형태의 본딩 장치는 와이어 본더(10)이다. 도 1은 와이어 본더(10)의 사시도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 와이어 본더(10)는 XY 테이블(12) 상에 부착되어 XY 방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 본딩 헤드(11) 안에 부착된 Z방향 구동 기구(18)를 구비하고 있다. Z방향 구동 기구(18)에는 초음파 혼(13)과 클램퍼(15)가 부착되고, 초음파 혼(13)의 선단에는 캐필러리(14)가 부착되어 있다. 캐필러리(14)에는 와이어(16)가 삽입되고, 와이어(16)는 스풀(17)로부터 공급되도록 구성되어 있다. 그리고, 본딩 헤드(11)에는 촬상 장치(21)가 고정되어 있다.
와이어 본더(10)의 도시하지 않는 프레임에는 다이 본딩 공정에 있어서 반도체 칩(63)이 부착된 리드 프레임(61)을 가이드하는 가이드 레일(81a, 81b)과, 리드 프레임(61)을 진공 흡착하는 본딩 스테이지(83)가 부착되어 있다.
와이어 본더(10)는 촬상 장치(21)에 의해 취득한 화상에 의해 반도체 칩(63)과 리드 프레임(61)의 위치를 검출하고, XY 테이블(12)에 의해 캐필러리(14)의 위치를 반도체 칩(63) 상의 패드의 위치에 맞도록 이동시킨 후, Z방향 구동 기구(18)를 동작시켜 초음파 혼(13)의 선단에 부착된 캐필러리(14)를 Z방향으로 구동하고, 캐필러리(14)에 삽입한 와이어(16)에 의해 반도체 칩(63)의 패드와 리드 프레임(61)의 리드와의 사이에 와이어(16)를 본딩(와이어 본딩)해간다.
와이어 본더(10)는 1개의 반도체 칩(63)의 패드와 리드 프레임(61)의 리드의 본딩이 종료되면, XY 테이블(12)에 의해 캐필러리(14)를 다음의 패드 상으로 이동시키고, 상기와 마찬가지로 각 패드와 리드와의 사이를 와이어(16)에 의해 본딩한다. 그리고, 1개의 반도체 칩(63)의 모든 패드를 와이어(16)에 의해 리드 프레임(61)의 각 리드와 접속하면, 다음의 반도체 칩(63)이 본딩 위치에 오도록 리드 프레임(61)이 반송된다. 촬상 장치(21)는 이 반도체 칩(63)과 리드 프레임(61)의 화상을 취득하고, 취득한 화상에 기초하여 캐필러리(14)의 위치 결정을 행하고, 와이어 본딩을 행한다. 또한 후술하는 바와 같이, 실장 처리인 와이어 본딩에 더해, 실장 처리의 전후에 행하는 부대 처리에 있어서도 촬상 장치(21)가 사용된다.
도 2는 촬상 장치(21)의 사시도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이 촬상 장치(21)는 피사체인 반도체 칩(63) 또는 리드 프레임(61)으로부터의 광을 도입하는 도입부(22)와, 내부에 렌즈 또는 미러 등의 광학 부품을 구비하고, 도입부(22)에 들어간 광을 이끄는 경통(23)과, 경통(23)에 부착되고, 경통(23)을 통과해온 광을 받는 촬상 소자를 포함하는 카메라(25)를 구비하고 있다. 또한 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 도입부(22)의 내측에는 피사체를 비추는 조명이 설치되어 있다.
도 3은 촬상 장치(21)의 광학계의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 촬상 장치(21)는 피사체인 반도체 칩(63) 또는 리드 프레임(61)으로부터 도입부(22)를 경유하여 피사체측 렌즈(33)와, 조리개(조리개 전환 기구(40))와, 카메라측 렌즈(34)를 거쳐 촬상면(36)에 이르는 광로를 구비하는 광학계를 가지고 있다. 또 촬상 장치(21)는 촬상면(36)에 결상한 화상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자(31)를 가지고 있다. 촬상 소자(31)는 다수의 화소를 포함하는 CCD 또는 CMOS 소자 또는 CCD 및 CMOS 소자 등으로 구성되고, 화상을 각 화소의 각 전기 신호로 변환하여 출력할 수 있는 것이다. 본 실시형태의 촬상 장치(21)는 조리개 전환 기구(40)를 가짐으로써 조리개 구멍 직경을 변화시킬 수 있는 것이다. 또 본 실시형태의 촬상 장치(21)는 카메라측 렌즈(34)를 전후이동시킴으로써, 포커스 조정을 행할 수 있는 것이다.
도 4는 촬상 장치의 경통(23)에 설치된 조리개 전환 기구(40)의 일례의 사시도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 조리개 전환 기구(40)는 구멍 직경이 작은 조리개를 구성하는 2개의 작은 구멍(48a, 48b)과 구멍 직경이 큰 조리개를 구성하는 2개의 큰 구멍(50a, 50b)(단, 큰 구멍(50b)은 도시하지 않음)이 형성된 원통부(47)와, 원통부(47)를 회전시키는 구동 모터(42)와, 원통부(47)와 함께 회전하는 회전 검출 도그(46)와, 경통(23)의 내벽에 고정되어 회전 검출 도그(46)(원통부(47))의 회전량을 검출하는 회전 검출 센서(44)를 구비하고 있다. 원통부(47)에는 2개의 작은 구멍(48a, 48b)이 대향하도록 형성되어 있고, 마찬가지로 2개의 큰 구멍(50a, 50b)이 대향하도록 형성되어 있다. 2개의 작은 구멍(48a, 48b)의 구멍의 직경(반경)은 동일하며, 마찬가지로 2개의 큰 구멍(50a, 50b)의 구멍의 직경은 동일하다. 또 작은 구멍(48a, 48b)의 구멍의 직경은 큰 구멍(50a, 50b)의 구멍의 직경보다 작다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 원통부(47)는 경통(23)의 내부에 배치되어 있고, 그것에 의해, 2개의 작은 구멍(48a, 48b) 또는 2개의 큰 구멍(50a, 50b)이 광로에 위치하도록 되어 있다. 도 4에는 구멍 직경이 작은 조리개를 구성하는 2개의 작은 구멍(48a, 48b)이 광로에 위치하고 있는 상태가 나타나 있다. 구동 모터(42)에 의해 원통부(47)를 90도 회전시킴으로써, 구멍 직경이 큰 조리개를 구성하는 2개의 큰 구멍(50a, 50b)이 광로에 위치하게 된다. 또한 원통부(47)를 회전시킬 때는 회전 검출 도그(46)와 회전 검출 센서(44)에 의해 회전량이 검출됨으로써, 2개의 작은 구멍(48a, 48b) 또는 2개의 큰 구멍(50a, 50b)이 광로에 정확하게 위치 맞춤된다. 이와 같이, 본 실시형태의 촬상 장치는 조리개 전환 기구(40)에 의해 구멍 직경이 작은 조리개(제1 조리개)와 구멍 직경이 큰 조리개(제2 조리개)를 전환해 가능하게 되어 있다.
도 5는 촬상 장치의 조리개 구멍 직경에 대한 광학분해능, 피사계 심도, 및 행하는 처리를 나타내는 표이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 조리개 구멍 직경이 큰 경우(구멍 직경이 큰 조리개를 사용한 경우)에는, 조리개 구멍 직경이 작은 경우(구멍 직경이 작은 조리개를 사용한 경우)에 비해, 광학분해능이 높아지는 특징이 있다. 이 점은 이미 알려져 있으며, 예를 들면 이하의 (수 1)식에 의해 분해능값 δ를 산출할 수 있다. 분해능값 δ가 작은 값일수록, 광학분해능이 높은 것을 나타낸다.
δ=0.61×(λ/NA) (수 1)
또한 (수 1)식에 있어서의 λ는 광의 파장이며, NA는 조리개의 개구율이다.
이후, 구멍 직경이 작은 조리개를 「통상 조리개」라고 하고, 구멍 직경이 큰 조리개를 「고분해능 조리개」라고도 한다. 도 6(A)은 통상 조리개(구멍 직경이 작은 조리개)를 사용하여 촬상 장치에 의해 촬상된 화상이며, 도 6(B)은 도 6(A)과 동일한 피사체를 고분해능 조리개(구멍 직경이 큰 조리개)를 사용하여 촬상 장치에 의해 촬상된 화상이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 고분해능 조리개의 경우인 도 6(B)의 화상 쪽이 통상 조리개의 경우인 도 6(A)의 화상에 비해, 선명한 화상이 되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5에 나타내는 바와 같이, 통상 조리개의 경우(구멍 직경이 작은 조리개를 사용한 경우)에는, 고분해능 조리개의 경우(구멍 직경이 큰 조리개를 사용한 경우)에 비해, 피사계 심도가 깊어지는 특징이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 높은 광학분해능이 필요하게 되는 처리에서는 고분해능 조리개로 전환하여 촬상 장치를 사용하고, 깊은 피사계 심도가 필요하게 되는 처리에서는 통상 조리개로 전환하여 촬상 장치를 사용한다. 구체적으로는 도 5에 나타내는 바와 같이 와이어 본딩 등의 실장 처리 전의 조정 처리 및 실장 처리 후의 측정 처리(이하, 부대 처리라고도 한다)에서는 고분해능 조리개로 전환하여 촬상 장치를 사용하고, 실장 처리에서는 통상 조리개로 전환하여 촬상 장치를 사용한다.
이어서, 본 실시형태의 와이어 본더의 제어 구성에 대해 설명한다. 도 7은 와이어 본더(10)의 제어 구성의 개략을 나타내는 블록도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 와이어 본더(10)는 제어부(52)와, 기억부(54)와, 처리 접수부(56)를 구비하고 있다. 제어부(52)는 CPU 등의 프로세서를 포함하고, 기억부(54)에 격납되어 있는 프로그램에 따라 처리를 실행한다. 그것에 의해, 제어부(52)는 조리개 전환 기구(40)의 구멍 직경이 작은 조리개와 구멍 직경이 큰 조리개와의 전환을 행함과 아울러, 처리 접수부(56)를 통하여 접수된 처리를 실행한다. 기억부(54)는 ROM, RAM, 플래시메모리 등이며, 제어부(52)가 실행하는 프로그램이나, 일시적인 데이터 등을 기억한다. 처리 접수부(56)는 예를 들면 터치패널이며, 설정 화면 등을 표시함과 아울러, 오퍼레이터로부터의 처리의 지시를 접수한다. 제어부(52)는 처리 접수부(56), 촬상 장치(21), XY 테이블(12) 및 Z방향 구동 기구(18)와 접속되어, 각각을 제어 가능하도록 되어 있다.
이어서, 본 실시형태의 와이어 본더(10)의 제어부(52)가 행하는 처리에 대해 설명한다. 도 8은 제어부(52)가 행하는 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 우선, S100에서, 제어부(52)는 처리 접수부(56)를 통하여 오퍼레이터로부터 처리의 지시를 접수한다. 여기서는 실장 처리 전의 조정 처리, 실장 처리(와이어 본딩), 및 실장 처리 후의 측정 처리 중 어느 하나의 처리의 종별이 접수된다. 또한 실제로는 조정 처리 중 구체적인 처리의 내용(후술하는 오프셋 조정이나 본드 좌표 설정 등)이나, 측정 처리 중 구체적인 처리의 내용(후술하는 패드 상의 클리어런스량의 측정이나 패드 상의 볼 직경 검출 등)이 접수되게 된다.
이어서, S102에서, 제어부(52)는 접수된 처리가 실장 처리 전의 조정 처리인지를 확인한다. 여기서, 조정 처리는 장치의 교정의 하나인 오프셋 조정이나, 실장 전의 본드 좌표 설정 등이다. 이들 처리를 정밀도 좋게 행하기 위해서는 촬상 장치에 의해 고분해능의 화상을 촬상할 필요가 있다. 그래서, 후술하는 바와 같이 조정 처리에서는 고분해능 조리개가 사용된다.
여기서, 오프셋 조정과 본드 좌표 설정에 대해 간단하게 설명한다. 우선, 오프셋 조정에 대해 설명한다. 촬상 장치(21)는 그 광축이 캐필러리(14)로부터 X 또는 Y방향 또는 XY의 양방향으로 일정한 거리만큼 오프셋하여 본딩 헤드(11)에 부착되어 있다. 와이어 본딩시에는 촬상 장치(21)에 의해 반도체 칩(63) 표면의 마크 등의 화상을 취득하고, 그 취득한 화상으로부터 반도체 칩(63)의 위치 및 반도체 칩(63) 상에 배치되어 있는 패드의 위치를 취득한다. 그리고, 오프셋량만큼 본딩 헤드(11)를 이동시키고, 캐필러리(14)를 패드의 위치에 맞추어 본딩을 행한다. 이 오프셋량은 촬상 장치(21)의 광축과 캐필러리(14)의 축심과의 거리이므로 사전에 취득되어 있는 것이지만, 본딩 스테이지(83)로부터의 복사열 등에 의한 촬상 장치(21)의 경통이나 초음파 혼(13)의 아암 등의 열팽창에 의해 시시각각 변화한다. 따라서, 오프셋량을 계측하여 교정할 필요가 있으며, 이것이 오프셋 조정이다.
오프셋 조정에는 각종 방법이 있지만, 그 중 하나의 방법을 설명한다. 도 9는 반도체 칩(63)을 적층한 적층 디바이스의 와이어 본딩 전의 상태의 단면도이며, 도 10은 그 적층 디바이스의 상면도이다. 오프셋 조정은 예를 들면 도 10에 나타낸 반도체 칩(63)의 복수의 패드(64) 중 1개의 패드(64)를 사용하여 행해진다. 우선, 도 11에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(14)에 의해 패드(64) 상에 압흔(90)이 부여된다. 그리고, 사전에 취득되어 있는 오프셋량만큼 본딩 헤드(11)를 이동시키고, 촬상 장치(21)의 광축이 그 패드(64) 상에 오도록 한다. 그리고, 촬상 장치(21)에 의해 패드(64) 상의 압흔(90)을 촬상하고, 그 압흔(90)의 위치를 특정한다. 이것에 의해 정확한 오프셋량이 취득된다. 이와 같은 오프셋 조정에서는 압흔(90)의 위치 등을 정밀도 좋게 취득할 필요가 있고, 높은 광학분해능에서의 촬상이 요구된다.
이어서, 본드 좌표 설정에 대해 설명한다. 와이어 본딩이 되기 전에, 도 10에 나타내는 바와 같은 복수의 패드(64)와 복수의 리드(62)의 각각에 있어서의 본딩하는 위치를 결정하는 것이 본드 좌표 설정이다. 이것은 예를 들면 촬상 장치(21)에 의해 리드 프레임(61) 표면의 마크(도시하지 않음)나 반도체 칩(63) 표면의 마크(도시하지 않음)의 화상을 취득하고, 그들 마크의 위치를 특정하여, 그 특정된 위치에 기초하여 행해진다. 또 촬상 장치(21)에 의해 소정의 패드(64)나 소정의 리드(62)의 화상을 취득하고, 그들 위치를 특정하여, 본딩하는 위치(본드 좌표)를 설정해도 된다. 이와 같은 본드 좌표 설정에서는 마크나 패드(64), 리드(62)의 위치를 정밀도 좋게 취득할 필요가 있고, 높은 광학분해능에서의 촬상이 요구된다.
도 8로 되돌아가, 플로우의 설명을 계속한다. S102에서, 접수된 처리가 조정 처리인 경우(S102:Yes)에는 S104로 진행된다. S104에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 조리개 전환 기구(40)를 제어하여, 광학계의 조리개를 고분해능 조리개(구멍 직경이 큰 조리개)로 전환한다. 구체적으로는 제어부(52)는 조리개 전환 기구(40)의 구동 모터(42)를 제어하여, 조리개 전환 기구(40)의 원통부(47)를 회전시켜, 광로에 구멍 직경이 큰 조리개가 오도록 한다. 이것에 의해 높은 광학분해능의 화상이 촬상되게 된다.
이어서, S106에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 조명(피사체를 비추는 조명)을 제어하여, 밝기를 조정한다. 이어서, S108에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 카메라측 렌즈(34)(도 3 참조)를 전후이동시켜, 포커스 조정을 행한다. 즉, 초점 거리의 조정을 행한다. 이 포커스 조정을 행하는 이유는 촬상 장치(21)의 조리개를 구멍 직경이 큰 조리개로 전환함으로써 피사계 심도가 얕아져 있어, 피사체(반도체 칩의 패드나 리드 프레임의 리드)에 대하여 포커스가 맞고 있지 않을 가능성이 높기 때문이다. 바꾸어 말하면, 피사체에 포커스를 맞추기 위해서 포커스 조정을 행한다.
이어서, S110에서, 제어부(52)는 상기 서술한 오프셋 조정이나 본드 좌표 설정 등의 조정 처리를 행한다. 촬상 장치(21)에 의해 높은 광학분해능의 화상이 촬상되기 때문에, 정밀도 좋게 조정 처리를 행할 수 있다. 도 9에는 촬상 장치(21)의 도입부(22)와, 조정 처리를 행할 때의 촬상 장치(21)의 피사계 심도(DS)의 일례가 나타나 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 구멍 직경이 큰 조리개를 사용함으로써 피사계 심도는 얕아진다.
도 8의 S102에서, 접수된 처리가 조정 처리가 아닌 경우(S102:No)에는 S112로 진행된다. S112에서, 접수된 처리가 실장 처리(와이어 본딩)인 경우(S112:Yes)에는 S114로 진행된다. S114에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 조리개 전환 기구(40)를 제어하여, 광학계의 조리개를 통상 조리개(구멍 직경이 작은 조리개)로 전환한다. 구체적으로는 제어부(52)는 조리개 전환 기구(40)의 구동 모터(42)를 제어하여, 조리개 전환 기구(40)의 원통부(47)를 회전시켜, 광로에 구멍 직경이 작은 조리개가 오도록 한다. 이것에 의해 깊은 피사계 심도의 화상이 촬상되게 된다.
이어서, S116에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 조명(피사체를 비추는 조명)을 제어하여, 밝기를 조정한다. 또한 여기서는 포커스 조정(초점 거리의 조정)은 반드시 필요하지는 않다. 이것은 촬상 장치(21)의 조리개를 구멍 직경이 작은 조리개로 전환함으로써 피사계 심도가 깊어져 있어, 피사체(반도체 칩의 패드나 리드 프레임의 리드)에 대하여 포커스가 맞고 있을 가능성이 높기 때문이다. 그리고, S118에서, 제어부(52)는 실장 처리(와이어 본딩)를 행한다. 본 실시형태에서는 도 9에 나타내는 리드 프레임(61) 상에 3층으로 반도체 칩(63a, 63b, 63c)이 적층된 적층 디바이스의 와이어 본딩을 행한다. 도 12는 도 9의 적층 디바이스에 와이어 본딩이 된 후의 상태를 나타내는 단면도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 실장 처리에 의해, 각 층의 반도체 칩(63a, 63b, 63c)의 각 패드(64a, 64b, 64c)와 그것에 대응하는 리드 프레임(61)의 각 리드(62a, 62b, 62c)가 와이어(16)로 접속된다. 각 반도체 칩(63a, 63b, 63c)은 각각 두께를 가지고 있고, 이 때문에 각 패드(64a, 64b, 64c)는 서로 높이 방향인 Z방향의 단차를 가지고 있다.
도 12에는 촬상 장치(21)의 도입부(22)와, 실장 처리를 행할 때의 촬상 장치(21)의 피사계 심도(DL)의 일례가 아울러 나타나 있다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 적층 디바이스의 최상면의 패드(64c)와 리드(62c) 사이의 단차는 매우 크다. 따라서, 이와 같은 적층 디바이스의 와이어 본딩을 행하기 위해서는 촬상 장치(21)에 의해 두께 방향(Z방향)의 보이는 범위를 넓게 할 필요가 있다. 본 실시형태에서는 실장 처리를 행할 때는 구멍 직경이 작은 조리개를 사용하여 피사계 심도를 깊게 하므로, 도 12에 나타내는 바와 같이 두께 방향의 보이는 범위가 넓어져, 와이어 본딩을 정밀도 좋게 행하는 것이 가능하다.
도 8로 되돌아가, 플로우의 설명을 계속한다. S112에서, 접수된 처리가 실장 처리가 아닌 경우(S112:No)에는 S120으로 진행된다. 이 경우, 본 실시형태에서는 실장 처리 후의 측정 처리가 접수된 것으로서 취급한다. 여기서, 실장 처리 후의 측정 처리는 예를 들면 패드 상의 클리어런스량의 측정이나, 패드 상의 볼 직경 검출 등이다. 이들 처리를 정밀도 좋게 행하기 위해서는 촬상 장치에 의해 고분해능의 화상을 촬상할 필요가 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 측정 처리에서는 고분해능 조리개가 사용된다.
패드 상의 클리어런스량의 측정은 도 14에 나타내는 바와 같이 와이어(16)가 접속(본딩)된 패드(64)에 있어서의 클리어런스량(CL)을 측정하는 것이다. 또 패드 상의 볼 직경 검출은 예를 들면 일본 특허 제4264458호 공보나 일본 특허 제4247299호 공보에 개시된 방법으로 볼 직경을 검출하는 것이다.
도 8의 S120에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 조리개 전환 기구(40)를 제어하여, 광학계의 조리개를 고분해능 조리개(구멍 직경이 큰 조리개)로 전환한다. 이것에 의해 촬상 장치(21)에 의해 높은 광학분해능의 화상이 촬상되게 된다. 이어서, S122에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 조명(피사체를 비추는 조명)을 제어하여, 밝기를 조정한다. 그리고, S124에서, 제어부(52)는 촬상 장치(21)의 카메라측 렌즈(34)를 전후이동시켜, 포커스 조정(초점 거리의 조정)을 행한다. 이들 S120~S124의 각 스텝은 조정 처리에 있어서의 S104~S108의 각 스텝과 마찬가지이다.
이어서, S126에서, 제어부(52)는 상기 서술한 패드 상의 클리어런스량의 측정이나, 패드 상의 볼 직경 검출 등의 측정 처리를 행한다. 촬상 장치(21)에 의해 높은 광학분해능의 화상이 촬상되기 때문에, 정밀도 좋게 측정 처리를 행할 수 있다. 도 13에는 촬상 장치(21)의 도입부(22)와, 측정 처리를 행할 때의 촬상 장치(21)의 피사계 심도(DS)의 일례가 나타나 있다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 구멍 직경이 큰 조리개를 사용함으로써 피사계 심도는 얕아진다.
이상 설명한 본 실시형태의 와이어 본더(10)에 의하면, 조리개 구멍 직경이 작은 제1 조리개의 상태에서 촬상 장치(21)를 사용함으로써 피사계 심도를 깊게 하여, 적층 디바이스 등의 두께가 큰 실장을 정밀도 좋게 행할 수 있음과 아울러, 조리개 구멍 직경이 큰 제2 조리개의 상태에서 촬상 장치를 사용함으로써 광학분해능을 높게 하여 실장 처리 전후의 부대 처리(조정 처리, 측정 처리)를 정밀도 좋게 행할 수 있다.
이상 설명한 실시형태에서는 적층 디바이스의 와이어 본딩을 행하는 경우를 예로 했다. 그러나, 적층 디바이스가 아니라 리드 프레임(61)에 다이 본딩된 1개의 반도체 칩(63)에 대하여 와이어 본딩을 행하는 경우여도 된다. 즉, 1층의 반도체 칩(63)을 와이어 본딩하는 경우라도, 촬상 장치(21)의 두께 방향의 보이는 범위를 넓게 하는 것이 요구되기 때문에, 조리개 구멍 직경이 작은 제1 조리개의 상태에서 촬상 장치(21)를 사용함으로써 피사계 심도를 깊게 한다. 그것에 의해, 정밀도 좋게 와이어 본딩을 행할 수 있다.
이상 설명한 실시형태에서는 촬상 장치(21)의 조리개 전환 기구(40)는 도 4에 나타낸 것이었다. 그러나, 조리개 전환 기구(40)는 도 4에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 조리개 전환 기구(40)는 3종류 이상의 조리개 구멍 직경을 전환할 수 있는 것이어도 된다. 또 조리개 전환 기구(40)는 조리개 구멍 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 것이어도 된다. 또 조리개 전환 기구(40)는 구동 모터(42)의 동력을 사용하지 않고, 오퍼레이터가 수동으로 조리개 구멍 직경을 전환할 수 있는 것이어도 된다. 또 조리개 전환 기구(40)는 복수 종류의 조리개 구멍 직경의 구멍이 둘레 방향을 따라 형성된 원반상 부재를 경통(23)의 측벽에 설치한 슬릿의 단면에 회전 가능하게 접속하고, 원반상 부재를 회전시킴으로써 원반상 부재의 특정의 조리개 구멍이 광로에 오도록 한 것이어도 된다. 또 조리개 전환 기구(40)는 복수 종류의 조리개 구멍 직경의 구멍이 길이 방향을 따라 형성된 대략 장방형의 가요성 부재를 경통(23) 내부에 배치(가요성 부재의 일부가 광로에 위치하도록 대향하는 2개의 내벽을 따라 배치)하고, 가요성 부재를 길이 방향으로 슬라이드시킴으로써, 가요성 부재의 특정의 조리개 구멍이 광로에 오도록 한 것이어도 된다.
이어서, 촬상 장치(21)를 고분해능 조리개로 하여, 반도체 칩의 패드에 접속된 와이어(16)의 높이를 계측하는 처리에 대해 설명한다. 도 15는 와이어(16)의 높이를 계측하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 15에는 촬상 장치(21)의 경통의 도입부(22)의 위치와, 피사계 심도(DS)가 아울러 나타나 있다. 촬상 장치(21)를 고분해능 조리개로 한 경우에는, 도 15에 나타내는 바와 같이 피사계 심도(DS)는 얕아진다. 따라서, 도입부(22)(경통)의 Z방향(상하 방향)의 위치를 조금만 변화시킨 경우라도, 와이어(16)가 희미해져(포커스가 맞지 않게 되어) 보이게 된다. 그래서, 이 원리를 이용하여, 와이어(16)의 높이를 계측한다.
우선, 와이어(16)에 대하여 포커스가 맞는 위치까지 도입부(22)(경통)를 상하이동시켜, 와이어(16)에 포커스가 맞는 위치를 탐색한다. 이것은 초점 거리를 일정하게 하여 행한다. 그리고, 포커스가 맞은 위치에서 도입부(22)를 정지시키고, 제어부(52)는 도입부(22)의 Z방향의 정지 위치를 취득한다. 도 15의 좌측에는 와이어(16)에 대하여 포커스가 맞은 위치에서 도입부(22)를 정지시킨 상태가 나타나 있다. 이 도입부(22)의 Z방향의 정지 위치로부터, 와이어(16)의 높이(Z방향의 위치)를 구할 수 있다. 또한 여기서는 촬상 장치(21)의 도입부(22)(경통)를 상하이동시켰지만, 촬상 장치(21) 내의 렌즈를 움직여서 와이어(16)에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 렌즈의 위치로부터 와이어(16)의 높이를 구해도 된다. 이와 같이, 촬상 장치(21)의 광학적 위치를 변화시켜 와이어(16)에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 촬상 장치(21)의 광학적 위치로부터 와이어(16)의 높이를 구한다.
또 다음과 같이 하여 와이어(16)의 높이의 변화량을 계측할 수도 있다. 도 15의 좌측에 있어서의 도입부(22)의 Z방향의 정지 위치를 「제1 정지 위치」라고 한다. 그리고, 와이어(16)의 다른 위치에서의 높이를 검출하기 위해서, 도 15의 우측에 나타내는 바와 같이 도입부(22)를 X방향으로 이동시켜, 상기와 마찬가지의 처리를 행한다. 즉, 와이어(16)에 대하여 포커스가 맞는 위치까지 도입부(22)를 상하이동시켜, 포커스가 맞은 위치에서 도입부(22)를 정지시킨다. 또한 이것은 초점 거리를 일정하게 하여 행하고, 도 15의 좌측의 제1 정지 위치를 검출했을 때와 동일한 초점 거리에서 행한다. 제어부(52)는 도입부(22)의 Z방향의 정지 위치(이하, 「제2 정지 위치」라고 한다)를 취득한다. 이것에 의해, 제1 정지 위치와 제2 정지 위치의 차로부터, 와이어(16)의 높이의 변화량(h)을 취득할 수 있다.
또한 이 방법을 사용하면, 와이어(16)에 한정되지 않고, 리드 프레임(기판)으로부터의 반도체 칩의 높이를 계측하는 것도 가능하다. 즉, 촬상 장치(21)의 초점 거리를 일정하게 하고, 촬상 장치(21)의 광학적 위치를 변화시켜 반도체 칩의 상면에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 촬상 장치(21)의 광학적 위치에 기초하여 리드 프레임으로부터의 반도체 칩의 높이를 취득할 수 있다. 또한 이 방법을 사용하면, 와이어(16)를 반도체 칩(63)의 패드(전극)에 압착했을 때 형성되는 압착 볼의 높이를 계측하는 것도 가능하다. 즉, 촬상 장치(21)의 초점 거리를 일정하게 하고, 촬상 장치(21)의 광학적 위치를 변화시켜 압착 볼에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 촬상 장치(21)의 광학적 위치에 기초하여 압착 볼의 높이를 취득할 수 있다. 압착 볼 높이를 계측함으로써, 와이어(16)와 패드(전극) 사이의 접합 불량을 검출하는 것이 가능하게 된다. 이상 설명한 방법은 촬상 장치(21)를 통상 조리개로 하여 피사계 심도를 깊게 한 경우에는, 포커스가 맞는 범위가 넓어지므로, 정밀도 좋게 행할 수 없다. 즉, 이상 설명한 방법은 촬상 장치(21)를 고분해능 조리개로 함으로써, 정밀도 좋게 행할 수 있는 방법이다.
이상 설명한 실시형태에서는 본딩 장치는 와이어 본더였다. 그러나, 본딩 장치는 다이 본더 또는 플립 칩 본더여도 된다. 즉, 이상에서 설명한 촬상 장치(21)가 다이 본더 또는 플립 칩 본더에 설치되어 있어도 된다. 반도체 칩을 리드 프레임에 다이 본딩(실장 처리)할 때는, 촬상 장치(21)를 통상 조리개로 하여, 피사계 심도를 깊게 하여 행한다. 그리고, 실장 처리 후의 측정 처리(검사 처리)시에는, 촬상 장치(21)를 고분해능 조리개로 하여, 높은 광학분해능으로 행한다. 특히, 다이 본딩 후에는 반도체 칩의 파티클이나 크랙의 유무, 반도체 칩과 리드 프레임 사이의 페이스트의 밀려나옴 등을 검사할 필요가 있어, 촬상 장치(21)를 고분해능 조리개로 하여 촬상함으로써, 이들 검사를 정밀도 좋게 행할 수 있다.
10…와이어 본더(본딩 장치)
11…본딩 헤드
12…XY 테이블
13…초음파 혼
14…캐필러리
15…클램퍼
16…와이어
17…스풀
18…Z방향 구동 기구
21…촬상 장치
22…도입부
23…경통
25…카메라
31…촬상 소자
33…피사체측 렌즈
34…카메라측 렌즈
36…촬상면
40…조리개 전환 기구
42…구동 모터
44…회전 검출 센서
46…회전 검출 도그
47…원통부
48a, 48b…작은 구멍
50a, 50b…큰 구멍
52…제어부
54…기억부
56…처리 접수부
61…리드 프레임
62, 62a, 62b, 62c…리드
63, 63a, 63b, 63c…반도체 칩
64, 64a, 64b, 64c…패드
81a, 81b…가이드 레일
83…본딩 스테이지
90…압흔

Claims (9)

  1. 촬상 장치에 의해 촬상된 화상을 사용하여, 반도체 칩의 실장 처리와 상기 실장 처리 이외의 부대 처리를 실행하는 본딩 장치로서,
    상기 촬상 장치의 광학계에 설치된 조리개 전환 기구이며, 적어도 제1 조리개와, 조리개 구멍 직경이 상기 제1 조리개보다 큰 제2 조리개로 전환 가능한 조리개 전환 기구와,
    상기 조리개 전환 기구를 제어하여 상기 제1 조리개와 상기 제2 조리개의 어느 하나로 전환하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 조리개로 전환하여 촬상된 화상을 사용하여 상기 실장 처리를 실행하고, 상기 제2 조리개로 전환하여 촬상된 화상을 사용하여 상기 부대 처리를 실행하는
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 조리개 전환 기구를 상기 제1 조리개로 전환하여 상기 실장 처리를 실행하는 경우에는, 조리개를 전환한 후에 초점 거리의 조정을 행하지 않고,
    상기 조리개 전환 기구를 상기 제2 조리개로 전환하여 상기 부대 처리를 실행하는 경우에는, 조리개를 전환한 후에 초점 거리의 조정을 행하는
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부대 처리는 상기 실장 처리 전의 조정 처리인
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부대 처리는 상기 실장 처리 후의 측정 처리인
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실장 처리는 와이어 본딩인
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실장 처리는 다이 본딩인
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 부대 처리는 상기 실장 처리 후의 상기 반도체 칩의 패드에 접속된 와이어의 높이의 계측 처리이며,
    상기 제어부는
    상기 계측 처리에 있어서, 상기 촬상 장치의 초점 거리를 일정하게 하고, 상기 촬상 장치의 광학적 위치를 변화시켜 상기 와이어에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 상기 촬상 장치의 광학적 위치에 기초하여 상기 와이어의 높이를 취득하는
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 부대 처리는 기판으로부터의 상기 반도체 칩의 높이를 계측하는 계측 처리이며,
    상기 제어부는
    상기 계측 처리에 있어서, 상기 촬상 장치의 초점 거리를 일정하게 하고, 상기 촬상 장치의 광학적 위치를 변화시켜 상기 반도체 칩에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 상기 촬상 장치의 상기 광학적 위치에 기초하여 상기 기판으로부터의 상기 반도체 칩의 높이를 취득하는
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 부대 처리는 상기 반도체 칩의 패드에 압착된 와이어에 의해 형성된 압착 볼의 높이를 계측하는 계측 처리이며,
    상기 제어부는
    상기 계측 처리에 있어서, 상기 촬상 장치의 초점 거리를 일정하게 하고, 상기 촬상 장치의 광학적 위치를 변화시켜 상기 압착 볼에 포커스가 맞는 위치를 탐색하고, 포커스가 맞은 위치에 있어서의 상기 촬상 장치의 상기 광학적 위치에 기초하여 상기 압착 볼의 높이를 취득하는
    것을 특징으로 하는 본딩 장치.
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