WO2022168275A1 - ボンディング装置及びボンディング方法 - Google Patents

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勇一郎 野口
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株式会社新川
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Definitions

  • the present invention relates to a bonding apparatus and bonding method.
  • a first chip position calculation is performed in which an image of the top surface of a reference chip and an image of the bottom surface of a correction chip are acquired by a two-view camera, and each position of each chip is calculated.
  • the reference chip is moved to a position where the separation distance between the chips is a predetermined offset amount based on the process and the amount of deviation between the chips calculated from each position of each chip, the correction chip is moved to the suction stage.
  • This mounting method suppresses displacement of the mounting position of the chip over time by calculating the amount of change (correction amount) for a predetermined offset distance.
  • Patent Document 1 it is necessary to perform a plurality of steps in order to calculate the amount of change in the offset distance, so it takes time to calculate the amount of change in the offset distance. .
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and one of its objects is to provide a bonding apparatus and a bonding method capable of shortening the processing time for calculating the amount of change in the offset distance.
  • a bonding apparatus includes a movable bonding head unit, a first camera installed with an optical system directed to one side, and a bonding apparatus arranged with an offset distance from the first camera.
  • the offset distance is determined based on the predetermined distance, the position of the reference mark detected by the first camera, and the position of the chip detected by the second camera. and a calculation unit that calculates the amount of change.
  • the bonding head moves such that the reference mark is placed within the field of view of the first camera and the chip held by the bonding tool is placed within the field of view of the second camera. Then, the amount of change in the offset distance is calculated based on the predetermined distance, the position of the reference mark detected by the first camera, and the position of the chip detected by the second camera. This makes it possible to calculate the amount of change in the offset distance while simultaneously detecting the position of the reference mark and the position of the chip held by the bonding tool. Therefore, the processing time for calculating the amount of change in the offset distance can be shortened as compared with the conventional bonding apparatus that sequentially performs reference mark detection and chip detection in different steps.
  • the calculator detects the position of the reference mark based on the first image captured by the first camera, and detects the position of the chip based on the second image captured by the second camera. You may
  • the calculator may measure the displacement amount of the reference mark with respect to the first camera based on the first image, and measure the displacement amount of the chip with respect to the second camera based on the second image.
  • the above-described bonding apparatus may further include a movement controller that controls movement of the bonding head, and that determines the amount of movement of the bonding head based on the calculated amount of change in the offset distance. good.
  • the second camera and the reference member may be integrated.
  • the predetermined distance may be set based on the offset distance.
  • a bonding method is a movable bonding head unit, a first camera installed with an optical system facing one side, and an offset distance from the first camera.
  • a bonding head holding a bonding tool, a second camera installed with an optical system facing the other side so that the bonding head can be photographed, and a reference mark on the other side surface, and a reference member fixed at a position spaced a predetermined distance from two cameras, wherein the first camera detects the position of the reference mark and the second camera performs bonding detecting the position of the chip held by the tool; calculating the amount of change in the offset distance based on the predetermined distance, the detected position of the reference mark, and the detected position of the chip; including.
  • the bonding head moves such that the reference mark is placed within the field of view of the first camera and the chip held by the bonding tool is placed within the field of view of the second camera. Then, the amount of change in the offset distance is calculated based on the predetermined distance, the position of the reference mark detected by the first camera, and the position of the chip detected by the second camera. This makes it possible to calculate the amount of change in the offset distance while simultaneously detecting the position of the reference mark and the position of the chip held by the bonding tool. Therefore, the processing time for calculating the amount of change in the offset distance can be shortened compared to the conventional bonding apparatus that sequentially performs the reference mark detection and the chip detection in different steps.
  • the processing time for calculating the amount of change in the offset distance can be shortened.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a bonding apparatus according to one embodiment.
  • 2 is a side view showing the positional relationship between the bonding tool and the top camera shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a side view showing an example of the positional relationship between the bottom camera and the reference member shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a side view showing another example of the positional relationship between the bottom camera 28 and the reference member shown in FIG.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the arrangement of the bonding head section, bottom camera, and reference member of the bonding apparatus according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a first image taken by the top camera shown in FIG. 7 is a schematic diagram showing a second image captured by the bottom camera shown in FIG. 5.
  • FIG. FIG. 8 is a flow chart for explaining a bonding method in one embodiment.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a bonding apparatus 100 according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a side view showing the positional relationship between the bonding tool 22 and top camera 24 shown in FIG. 3 is a side view showing an example of the positional relationship between the bottom camera 28 and the reference member 30 shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a side view showing another example of the positional relationship between the bottom camera 28 and the reference member 30 shown in FIG. 1.
  • the bonding apparatus 100 includes a wafer holding section 12, a handling unit 14, a bonding head section 20, an XY table 26, a bottom camera 28, a reference member 30, a bonding stage section 40, and a bonding control unit 60 .
  • the direction parallel to the surface to be bonded is defined as the XY-axis direction
  • the direction perpendicular to the surface to be bonded is defined as the Z-axis direction.
  • the bonding apparatus 100 is a semiconductor manufacturing apparatus for bonding the chip 72 (also called "die") of the wafer 70 to the substrate 80.
  • the chip 72 has a front surface with an integrated circuit pattern and a back surface opposite to the front surface.
  • the bonding apparatus 100 described below aligns the chip 72 with the mounting portion of the substrate 80 and bonds the chip 72 to the substrate 80 so that the rear surface of the chip 72 faces the substrate 80 .
  • Such a bonding apparatus 100 is called a die bonding apparatus.
  • the wafer holder 12 is configured to hold a wafer 70 transferred by a wafer transfer tool (not shown) or the like.
  • Wafer 70 includes a plurality of chips 72 that are diced into a grid and cut into small pieces.
  • the wafer holder 12 holds the plurality of chips 72 by, for example, vacuum-sucking the wafer 70 or attaching the wafer 70 to a film.
  • Each chip 72 of the wafer 70 held by the wafer holding part 12 is bonded to the substrate 80 .
  • the chip 72 is picked up from the wafer 70 by the handling unit 14, for example, and the reverse side of the handling unit 14, which is to be connected to the substrate, faces upward.
  • the inverted chip 72 is transferred to the bonding tool 22 .
  • the handling unit 14 includes a stepping motor 15, a rotating shaft 16, an arm 17, a base 18, and a pickup tool 19.
  • the stepping motor 15 is a reversing drive mechanism that rotates the rotary shaft 32 to reverse the base 18 and the hip-up nozzle 19 .
  • the arm 17 has one end attached to the rotating shaft 16, extends obliquely downward in the Z-axis direction from the rotating shaft 16, and has the other end attached to the upper surface 18a of the base 18 in the Z-axis direction.
  • the base 18 is a plate-like member fixed to the tip of the arm 17 with a bolt or the like.
  • a pick-up tool 19 is attached to the lower surface 18b of the base 18 in the Z-axis direction.
  • the pick-up tool 19 is movable in the Z-axis direction by a Z-axis driving mechanism (not shown).
  • the handling unit 14 shown in FIG. 1 shows a state in which the pickup tool 19 faces downward, that is, the upper surface 18a of the base 18 faces upward in the Z-axis direction.
  • the handling unit 14 is moved above the wafer holder 12, and the chips 72 are pushed up through the film from below the wafer holder 12, and the pickup tool 14 picks up the chips 72 on the film from above. , chips 72 are picked up by the pick-up tool 14 of the handling unit 14 .
  • the rotating shaft 32 is rotated by the stepping motor 15 and the base 18 and the hip-up nozzle 19 are reversed, the bottom surface 18b of the base 18 faces upward in the Z direction, and the pickup nozzle 19 also faces upward. Thereby, the handling unit 14 can reverse the picked up chip 72 .
  • the bonding head section 20 is configured to suck the inverted chip 72 picked up from the wafer holding section 12 and transport it to the bonding position of the substrate 80 to bond the chip 72 to the substrate 80 .
  • the bonding head section 20 holds a bonding tool 22 and a top camera 24 .
  • a bonding tool 22 is attached to the bonding head 20 via a Z-axis drive mechanism 21
  • a top camera 24 is attached at a position away from the bonding tool 22 .
  • the bonding head section 20 is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction by the XY table 26, thereby moving the bonding tool 22 and the top camera 24 in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the bonding apparatus 100 is not limited to having one bonding head portion 20 .
  • the bonding apparatus 100 may have multiple bonding head units 20 . In this case, by providing a plurality of bonding head portions, bonding can be performed on a plurality of substrates in parallel.
  • the bonding tool 22 is, for example, a collet that holds the chip 72 by suction.
  • a collet has a rectangular parallelepiped shape or a truncated cone shape and is configured to contact and hold the outer edge of the chip 72 from the surface side of the chip 72 on which the integrated circuit pattern is formed.
  • the collet, which is the bonding tool 22 has a central axis parallel to the Z-axis direction, and can be moved in the Z-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction by the Z-axis drive mechanism 21 and the XY table 26, respectively. It has become.
  • the bonding tool 22 is attached to the bonding head portion 20 via a ⁇ -axis drive mechanism and a tilt drive mechanism (not shown), and is movable around the Z-axis and in a tilt direction (inclination direction) by these drive mechanisms.
  • the top camera 24 is configured to acquire image information of the reference member 30 fixed to the bottom camera 28 .
  • the top camera 24 is, for example, a digital camera that includes an optical system such as a lens, and an imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • the top camera 24 is arranged with its optical system directed to one side, ie, the Z-axis negative direction side in FIG. 1, and has an optical axis directed downward in the vertical direction.
  • the bonding tool 22 is arranged with an offset distance ODd from the top camera 24 in the bonding head section 20 . More specifically, the bonding tool 22 and the top camera 24 are arranged such that the center axis CA1 of the bonding tool 22 in the Y-axis direction and the optical axis OA1 of the top camera 24 are separated by an offset distance ODd. .
  • the distance between the bonding tool and the top camera may change due to temperature changes and aging. If the offset distance changes from the offset distance ODd, which is a predetermined reference distance, an error corresponding to the amount of change will occur, resulting in, for example, a decrease in the accuracy of the bonding position to the substrate.
  • a method such as adding a process for obtaining the amount of change in the offset distance before the bonding process is adopted.
  • a method such as adding a process for obtaining the amount of change in the offset distance before the bonding process is adopted.
  • such a method involves the addition of a new step, so there is a risk that it will take a long time to obtain the amount of change in the offset distance.
  • the bottom camera 28 is configured to acquire image information of the bonding tool 22.
  • the bottom camera 28, like the top camera 24, is a digital camera including, for example, an optical system and an imaging device.
  • the bottom camera 28 is arranged with its optical system facing the other side, ie, the positive direction of the Z axis in FIG. 1, and has an optical axis pointing upward in the vertical direction.
  • the bottom camera 28 is arranged to face the bonding tool 22 and the top camera 24 so that the bottom surface (tip surface) of the bonding tool 22 can be photographed.
  • the bottom camera 28 is installed at a position where the bottom surface of the bonding tool 22 around the bonding stage section 40 can be imaged.
  • the reference member 30 is a reference member when calculating the amount of change in the offset distance ODd between the bonding tool 22 and the top camera 24 . Calculation of the amount of change in the offset distance ODd will be described later.
  • the bottom camera 28 is provided and fixed on a fixed member or reference member.
  • the reference member 30 is fixed at a position spaced apart from the bottom camera 28 by a predetermined distance PD. More specifically, a support member 31 provided on a fixed member or reference member is fixed at a position away from the bottom camera 28 in the Y-axis direction. The reference member 30 is supported by this support member 31 .
  • the bottom camera 28 and the reference member 30 are arranged such that the optical axis OA2 of the bottom camera 28 and the center axis CA2 of the reference member 30 in the Y-axis direction are separated by a predetermined distance PD.
  • the predetermined distance PD between the bottom camera 28 and the reference member 30 is different from the offset distance described above, and is affected by changes in temperature, aging, etc. or their influence is so small that it can be ignored. Therefore, the predetermined distance PD can be regarded as unchanged (invariant).
  • the reference member 30 has a reference mark 32 on the bonding head 20 side surface (upper surface in FIG. 3). It is arranged at such a height that it becomes
  • the shape of the reference mark 32 is not particularly limited as long as the position and orientation within the field of view of the top camera 24 can be recognized. Therefore, the reference mark 32 may be, for example, a rectangular mark composed of a rectangular block, or a cross-shaped mark composed of a cross-shaped groove (hole) formed in the rectangular block.
  • FIG. 3 shows an example in which the bottom camera 28 and the reference member 30 are separate members
  • the present invention is not limited to this.
  • the support member 31 extends from the bottom camera 28 along the Y-axis direction, and may be a member that connects the bottom camera 28 and the reference member 30 .
  • the bottom camera 28 and the reference member 30 are integrally constructed as one member. Thereby, the reference member 30 can be easily fixed at a position separated from the bottom camera 28 by the predetermined distance PD.
  • the predetermined distance PD between the bottom camera 28 and the reference member 30 is preferably set based on the offset distance ODd described above.
  • the predetermined distance PD between the bottom camera 28 and the reference member 30 is set based on the offset distance ODd described above, so that the predetermined distance PD is set to the same value as the offset distance ODd, for example.
  • the bonding stage section 40 is a stage for bonding the chip 72 to the mounting section of the substrate 80 .
  • the bonding stage section 40 is provided with a moving mechanism (not shown) for moving the substrate 80 in at least one of the X-axis direction and the Y-axis direction, a heater (not shown) for heating the substrate 80, and the like. These are controlled by the bonding controller 60 .
  • the bonding control unit 60 is configured to control the bonding apparatus 100 as a whole. More specifically, the bonding control section 60 is configured to control processes necessary for bonding by the bonding apparatus 100 . Specifically, the bonding control section 60 includes controlling the bonding processing by the bonding head section 20, the exchange processing of the wafer 70 held by the wafer holding section 12, the transfer processing of the chip 72 and the substrate 80, and the like. . The bonding control unit 60 is connected to each component of the bonding apparatus 100 so as to be able to transmit and receive signals to the extent necessary for these processes, and controls the operation of each component.
  • the bonding control unit 60 is a computer device including, for example, a microprocessor (not shown) such as a CPU (Central Processing Unit), and a memory (not shown) such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). be.
  • the memory stores in advance a bonding program for performing processing necessary for bonding and other necessary information.
  • the bonding control unit 60 has, for example, a program for causing a computer to execute each process, and is configured to be able to execute each process related to the bonding method described later.
  • the bonding control unit 60 also includes a calculation unit 61 and a movement control unit 62 as functional blocks.
  • the calculation unit 61 moves the bonding head unit so that the reference mark 32 is placed within the field of view of the top camera 24 and the chip 72 held by the bonding tool 22 is placed within the field of view of the bottom camera 28. Sometimes, it is configured to calculate the amount of change in the offset distance. Although the details will be described later, the calculator 61 calculates the amount of change in the offset distance from the predetermined distance PD, the position of the reference mark 32 detected by the top camera 24, and the position of the tip 72 detected by the bottom camera 28. is configured to be calculated based on As a result, the amount of change in the offset distance can be calculated while simultaneously detecting the position of the reference mark 32 and the position of the chip 72 held by the bonding tool 22 . Therefore, the processing time for calculating the amount of change in the offset distance can be shortened compared to a conventional bonding apparatus that sequentially detects the reference mark 32 and the chip 72 in different steps.
  • the movement control section 62 is configured to control movement of the bonding head section 20 . More specifically, the movement control section 62 is configured to determine the amount of movement of the bonding head section 20 based on the calculated amount of change in the offset distance. As a result, the bonding head section 20 can be moved by a movement amount corrected in consideration of the calculated amount of change in the offset distance. Therefore, the accuracy of the bonding position of the chip 72 held by the bonding tool 22 can be improved.
  • FIG. 1 shows some of the functional blocks necessary for bonding in this embodiment. Therefore, the bonding control unit 60 may have functional blocks other than those shown in FIG.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the arrangement of the bonding head section 20, the bottom camera 28, and the reference member 30 of the bonding apparatus 100 according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the first image g1 captured by the top camera 24 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the second image g2 captured by the bottom camera 28 shown in FIG.
  • the center axis CA2 of the reference member 30 in the Y-axis direction coincides with the bonding tool 22 directly above the bottom camera 28, that is, the optical axis OA2 of the bottom camera 28 and the center axis CA1 of the bonding tool 22 in the Y-axis direction. are aligned with each other, the bonding head portion 20 is moved.
  • the offset distance changes due to heat, aging, etc.
  • the bonding control unit 60 drives the top camera 24 to photograph the reference member 30 within the field of view. Then, the first image g1 is acquired, and the bottom camera 28 is driven to photograph the chip 72 held by the bonding tool 22 within the field of view, thereby acquiring the second image g2.
  • the bonding control unit 60 captures the first image in a state where the amount of deviation ⁇ mk does not occur, detects the position of the reference mark 32, and stores the position of the reference mark 32 in the first image in advance. back. Then, the calculation unit 61 can measure the shift amount ⁇ mk of the reference mark 32 with respect to the top camera 24 by analyzing the first image g1 based on the stored position of the reference mark 32 .
  • the bonding control unit 60 captures the second image in a state where the deviation amount ⁇ bh does not occur, detects the position of the chip 72 held by the bonding tool 22, and detects the position of the chip 72 in the second image. be memorized in advance. Then, the calculator 61 can measure the shift amount ⁇ bh of the chip 72 with respect to the bottom camera 28 by analyzing the second image g2 based on the stored position of the chip 72 .
  • the calculation unit 61 calculates the displacement amount ⁇ mk of the reference member 30 with respect to the top camera 24 measured based on the predetermined distance PD and the first image g1, and the deviation amount ⁇ mk with respect to the bottom camera 28 measured based on the second image g2. Based on the shift amount ⁇ bh of the tip 72, the change amount ⁇ od of the offset distance is calculated.
  • the position of the reference mark 32 is detected based on the first image g1 captured by the top camera 24, and the chip held by the bonding tool 22 is detected based on the second image g2 captured by the bottom camera 28.
  • the positions of the reference mark 32 and the tip 72 can be easily detected.
  • the amount of change ⁇ od in the offset distance can be easily calculated.
  • the movement control unit 62 determines the amount of movement of the bonding head unit 20 based on the calculated change amount ⁇ od of the offset distance. More specifically, the movement control section 62 determines the actual amount of movement of the bonding head section 20 so that the movement distance including the change amount ⁇ od of the offset distance is equal to the original movement amount of the bonding head section 20. . For example, when the change amount ⁇ od of the offset distance is a positive value, the movement control unit 62 determines the movement amount of the bonding head unit 20 to be a value obtained by subtracting the change amount ⁇ od from the original movement amount. On the other hand, if the offset distance change amount ⁇ od is a negative value, the movement control unit 62 determines the movement amount of the bonding head unit 20 to be a value obtained by adding the change amount ⁇ od to the original movement amount.
  • the calculation unit 61 measures the displacement amount of the reference mark 32 and the displacement amount of the tip 72 along the X-axis direction in addition to the Y-axis direction, and calculates the amount of change in the offset distance along the X-axis direction.
  • the calculator 61 measures the amount of deviation (angle of deviation) of the reference mark 32 and the amount of deviation (angle of deviation) of the tip 72, and calculates the offset distance with respect to the Z-axis.
  • the amount of change in inclination (change angle) may be calculated.
  • the first image g1 and the second image g2 are not limited to being obtained by temporarily stopping the bonding head section 20 at the position shown in FIG.
  • the bonding control unit 60 may acquire the first image g1 and the second image g2 when the movement control unit 62 moves the bonding head unit 20 to the position shown in FIG.
  • FIG. 8 is a flow chart for explaining a bonding method in one embodiment.
  • the bonding method in this embodiment can be performed using the bonding apparatus 100 described above.
  • the bonding control unit 60 executes the bonding process S100 shown in FIG. That is, first, the movement control unit 62 moves the bonding head unit 20 to place the bonding tool 22 at a position right above the handling unit 14 in which the picked up chip 72 is inverted (S101). At this position, the bonding control unit 60 drives the Z-axis drive mechanism 21 to lower the bonding tool 22, and the tip of the bonding tool 22 sucks and holds the chip 72 (S102). After sucking and holding the chip 72 in step S102, the bonding control unit 60 drives the Z-axis drive mechanism 21 to raise the bonding tool 22 to a prescribed height.
  • the movement control section 62 moves the bonding head section 20 so that the reference member 30 is placed within the field of view of the top camera 24 and the chip 72 held by the bonding tool 22 is within the field of view of the bottom camera 28. Place them (S103).
  • the bonding control unit 60 uses the top camera 24 to photograph the reference mark 32 of the reference member 30 within the field of view, acquires the first image g1, and uses the bottom camera 28 to photograph the reference mark 32 within the field of view.
  • a second image g2 is obtained by photographing the chip 72 held by the bonding tool 22 (S104).
  • the first image g1 and the second image g2 acquired in step S104 are stored in a memory or the like.
  • the bonding control unit 60 drives the Z-axis drive mechanism 21 to move the bonding tool 22 holding the chip 72 within the depth of field of the bottom camera 28. You can lower it with . In this case, since the bonding tool 22 holding the chip 72 is photographed in a lowered state, the displacement amount of the chip 72 caused by the movement in the Z-axis direction by the Z-axis drive mechanism 21 is measured when measuring the displacement amount described later. can include
  • the bonding control unit 60 may determine the quality of the chip 72 based on the second image g2. As a result of the image analysis of the second image g2, if it can be determined that the chip 72 has a defect such as a crack, the bonding control unit 60 stops bonding the chip 72 in question.
  • the calculator 61 detects the position of the reference mark 32 on the reference member 30 based on the first image g1 acquired in step S104, and calculates the position of the bonding tool 22 based on the second image g2 acquired in step S105. is detected (S105).
  • the calculation unit 61 measures the shift amount ⁇ mk of the reference mark 32 with respect to the top camera 24 based on the position of the reference mark 32 detected in step S106, and based on the position of the tip 72 detected in step S107. , the amount of deviation ⁇ bh of the chip 72 with respect to the bottom camera 28 is measured (S106).
  • the displacement amount ⁇ mk of the reference mark 32 and the displacement amount ⁇ bh of the tip 72 measured in step S106 are stored in a memory or the like.
  • the calculation unit 61 calculates the amount of change ⁇ od in the offset distance from the above-described formula (1) based on the predetermined distance PD, the amount of displacement ⁇ mk of the reference mark, and the amount of displacement ⁇ bh of the tip 72 ( S107).
  • the movement control section 62 moves the bonding head section 20 to place the bonding tool 22 at a position directly above the mounting section of the substrate 80 (S108). At this time, the movement control unit 62 considers the amount of change ⁇ od in the offset distance calculated in step S107, and adjusts the amount of movement of the bonding head unit 20 so that the bonding tool 22 is directly above the mounting portion of the substrate 80. decide.
  • the bonding control unit 60 lowers the bonding tool 22 to the vicinity of the substrate 80, and bonds the chip 72 to the mounting portion of the substrate 80 (S109).
  • the process returns to step S101 and the next chip 72 is bonded.
  • cycle time the time required for one cycle (hereinafter referred to as "cycle time") of 383 chips in a conventional bonding apparatus as a sample. was measured to be approximately 24.7 seconds.
  • time required for the processing for obtaining the amount of change in the offset distance was measured using 63 chips as samples in the conventional bonding apparatus, it was about 15.1 seconds. This time corresponds to 61% or more of the cycle time.
  • the bonding apparatus 100 and the bonding method of the present embodiment the chip 72 and the reference mark 32 can be detected, and the change amount ⁇ od of the offset distance can be calculated. Approximately 15.1 seconds, which was required for processing to obtain the amount of change in , can be reduced to zero or substantially zero. Therefore, the bonding apparatus 100 and the bonding method of this embodiment can shorten the cycle time to 39% or less compared to the conventional bonding apparatus.

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Abstract

ボンディング装置（１００）は、トップカメラ（２４）と、トップカメラ（２４）とオフセット距離を空けて配置されたボンディングツール（２２）とを保持する移動可能なボンディングヘッド部（２０）と、ボンディングヘッド部（２０）を撮影可能なボトムカメラ（２８）と、リファレンスマークを有し、ボトムカメラ（２８）に対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材（３０）と、リファレンスマークがトップカメラ（２４）の視野内に配置され、かつ、ボンディングツール（２２）に保持されたチップ（７２）がボトムカメラ（２８）の視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部（２０）が移動したときに、所定の距離と、トップカメラ（２４）によって検出されたリファレンスマークの位置と、ボトムカメラ（２８）によって検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量を算出する算出部（６１）と、を備える。

Description

ボンディング装置及びボンディング方法
　本発明は、ボンディング装置及びボンディング方法に関する。
　従来、チップを基板にボンディングする実装方法として、上下二視野カメラによって基準用チップの上面の画像と補正用チップの下面の画像と取得して各チップの各位置を計算する第１のチップ位置計算工程と、各チップの各位置から計算した各チップ間のズレ量に基づいて各チップ間の離間距離が所定のオフセット量となる位置に基準用チップを移動させた後、補正用チップを吸着ステージに載置する第２のチップ移動工程と、補正用チップの上面の画像を取得して補正用チップの第２位置を計算する第２のチップ位置計算工程と、基準用チップの位置と補正用チップの第２位置とに基づいて所定のオフセット量の補正量を計算する補正量計算工程と、を含むものが知られている（特許文献１参照）。この実装方法は、所定のオフセット距離について変化量（補正量）を計算することで、チップの実装位置の経時的な位置ずれを抑制している。
国際公開第２０１５／１１９２７４号
　しかしながら、特許文献１に開示された方法では、オフセット距離の変化量を算出するために、複数の工程を行う必要があるため、オフセット距離の変化量を算出するための処理に時間が掛かっていた。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することのできるボンディング装置及びボンディング方法を提供することを目的の１つとする。
　本発明の一側面に係るボンディング装置は、移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、他方側の面にリファレンスマークを有し、第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、リファレンスマークが第１カメラの視野内に配置され、かつ、ボンディングツールに保持されたチップが第２カメラの視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、所定の距離と、第１カメラによって検出されたリファレンスマークの位置と、第２カメラによって検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量を算出する算出部と、を備える。
　前述の構成によれば、リファレンスマークが第１カメラの視野内に配置され、かつ、ボンディングツールに保持されたチップが第２カメラの視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、所定の距離と、第１カメラによって検出されたリファレンスマークの位置と、第２カメラによって検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量が算出される。これにより、リファレンスマークの位置とボンディングツールに保持されたチップの位置とを同時に検出しながら、オフセット距離の変化量を算出することができる。従って、リファレンスマークの検出とチップ検出とを異なる工程で順番に行っていた従来のボンディング装置と比較して、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。
　前述したボンディング装置において、算出部は、第１カメラによって撮影された第１画像に基づいてリファレンスマークの位置を検出するとともに、第２カメラによって撮影された第２画像に基づいてチップの位置を検出してもよい。
　前述したボンディング装置において、算出部は、第１画像に基づいて第１カメラに対するリファレンスマークのずれ量を測定するとともに、第２画像に基づいて第２カメラに対するチップのずれ量を測定してもよい。
　前述したボンディング装置において、ボンディングヘッド部の移動を制御する移動制御部であって、算出されたオフセット距離の変化量に基づいて、ボンディングヘッド部の移動量を決定する移動制御部をさらに備えてもよい。
　前述したボンディング装置において、第２カメラとリファレンス部材とは、一体であってもよい。
　前述したボンディング装置において、所定の距離は、オフセット距離に基づいて設定されてもよい。
　本発明の他の側面に係るボンディング方法は、移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、他方側の面にリファレンスマークを有し、第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、を備えたボンディング装置のボンディング方法であって、第１カメラによってリファレンスマークの位置を検出するとともに、第２カメラによってボンディングツールに保持されたチップの位置を検出するステップと、所定の距離と、検出されたリファレンスマークの位置と、検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量を算出するステップと、を含む。
　前述の構成によれば、リファレンスマークが第１カメラの視野内に配置され、かつ、ボンディングツールに保持されたチップが第２カメラの視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、所定の距離と、第１カメラによって検出されたリファレンスマークの位置と、第２カメラによって検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量が算出される。これにより、リファレンスマークの位置とボンディングツールに保持されたチップの位置とを同時に検出しながら、オフセット距離の変化量を算出することができる。従って、リファレンスマークの検出とチップの検出とを異なる工程で順番に行っていた従来のボンディング装置と比較して、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。
　本発明によれば、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。
図１は、一実施形態におけるボンディング装置の概略構成を示す側面図である。 図２は、図１に示すボンディングツール及びトップカメラの位置関係を示す側面図である。 図３は、図１に示すボトムカメラ及びリファレンス部材の位置関係の一例を示す側面図である。 図４は、図１に示すボトムカメラ２８及びリファレンス部材の位置関係の他の例を示す側面図である。 図５は、一実施形態におけるボンディング装置のボンディングヘッド部、ボトムカメラ、及びリファレンス部材の配置を示す概念図である。 図６は、図５に示すトップカメラが撮影した第１画像を示す概略図である。 図７は、図５に示すボトムカメラが撮影した第２画像を示す概略図である。 図８は、一実施形態におけるボンディング方法を説明するためのフローチャートである。
　以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。
　最初に、図１から図４を参照しつつ、一実施形態に従うボンディング装置の構成について説明する。図１は、一実施形態におけるボンディング装置１００の概略構成を示す側面図である。図２は、図１に示すボンディングツール２２及びトップカメラ２４の位置関係を示す側面図である。図３は、図１に示すボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０の位置関係の一例を示す側面図である。図４は、図１に示すボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０の位置関係の他の例を示す側面図である。
　図１に示すように、ボンディング装置１００は、ウェハ保持部１２と、ハンドリングユニット１４と、ボンディングヘッド部２０と、ＸＹテーブル２６と、ボトムカメラ２８と、リファレンス部材３０と、ボンディングステージ部４０と、ボンディング制御部６０と、を備える。以下の説明においては、ボンディング対象面に平行な方向をＸＹ軸方向とし、ボンディング対象面に垂直な方向をＺ軸方向として説明する。
　ボンディング装置１００は、ウェハ７０のチップ７２（「ダイ」ともいう）を基板８０にボンディングするための半導体製造装置である。チップ７２は、集積回路パターンが形成された表面と、当該表面とは反対の裏面とを有する。以下に説明するボンディング装置１００は、チップ７２を基板８０の装着部に位置合わせをし、チップ７２の裏面が基板８０に対向するようにチップ７２を基板８０にボンディングする。このようなボンディング装置１００は、ダイボンディング装置と呼ばれる。
　ウェハ保持部１２は、図示しないウェハ搬送ツール等によって搬送されたウェハ７０を保持するように構成されている。ウェハ７０は、碁盤目状にダイシングされ、小さく切断された複数のチップ７２を含む。ウェハ保持部１２は、例えば、ウェハ７０を真空吸着すること又はフィルム上にウェハ７０を貼り付けることによって、複数のチップ７２を保持する。
　ウェハ保持部１２に保持されたウェハ７０の各チップ７２は、基板８０にボンディングされる。チップ７２は、例えば、ハンドリングユニット１４によってウェハ７０からピックアップされ、ハンドリングユニット１４の反転動作によって、基板に接続される裏面側が上方を向く。反転したチップ７２は、ボンディングツール２２に受け渡される。
　より詳細には、ハンドリングユニット１４は、ステッピングモータ１５と、回転軸１６と、アーム１７と、ベース１８と、ピックアップツール１９と、を含んで構成されている。ステッピングモータ１５は、回転軸３２を回転させてベース１８及びヒップアップノズル１９を反転させる反転駆動機構である。アーム１７は、一端が回転軸１６に取り付けられ、回転軸１６からＺ軸方向斜め下向きの方向に伸び、他端がベース１８のＺ軸方向の上面１８ａに取り付けられている。ベース１８は、アーム１７の先端にボルト等で固定される板状部材である。ベース１８のＺ軸方向の下面１８ｂには、ピックアップツール１９は取り付けられている。ピックアップツール１９は、図示しないＺ軸駆動機構によってＺ軸方向に移動可能となっている。
　図１に示すハンドリングユニット１４は、ピックアップツール１９が下向きの場合、つまり、ベース１８の上面１８ａがＺ軸方向上向きの状態を示す。この状態において、ハンドリングユニット１４をウェハ保持部１２の上まで移動させ、ウェハ保持部１２の下方からフィルム越しにチップ７２を突き上げるとともに、ピックアップツール１４によって上方からフィルム上のチップ７２を吸着することで、チップ７２がハンドリングユニット１４のピックアップツール１４にピックアップされる。一方、ステッピングモータ１５によって回転軸３２を回転させ、ベース１８及びヒップアップノズル１９が反転すると、ベース１８の下面１８ｂがＺ方向上向きとなり、ピックアップノズル１９も上向きになる。これにより、ハンドリングユニット１４は、ピックアップしたチップ７２を反転させることができる。
　ボンディングヘッド部２０は、ウェハ保持部１２からピックアップされて反転したチップ７２を吸着して基板８０のボンディング位置まで搬送し、チップ７２を基板８０にボンディングするように構成されている。
　ボンディングヘッド部２０は、ボンディングツール２２とトップカメラ２４とを保持している。具体的には、ボンディングヘッド２０部には、Ｚ軸駆動機構２１を介してボンディングツール２２が取り付けられるとともに、ボンディングツール２２から離れた位置にトップカメラ２４が取り付けられている。ボンディングヘッド部２０は、ＸＹテーブル２６によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能となっており、これにより、ボンディングツール２２及びトップカメラ２４はＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に移動する。
　なお、ボンディング装置１００は、１つのボンディングヘッド部２０を備える場合に限定されるものではない。例えば、ボンディング装置１００は複数のボンディングヘッド部２０を備えていてもよい。この場合、複数のボンディングヘッド部を設けることにより、複数の基板に対してボンディングを並行して行うことができる。
　ボンディングツール２２は、例えば、チップ７２を吸着保持するコレットである。このようなコレットは、直方体形状又は円錐台形状に構成されてチップ７２の集積回路パターンが形成された表面側からチップ７２の外縁に接触保持するように構成されている。ボンディングツール２２であるコレットは、Ｚ軸方向と平行な中心軸を有しており、Ｚ軸駆動機構２１及びＸＹテーブル２６によって、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に、それぞれ移動可能となっている。
　ボンディングツール２２は、図示しないθ軸駆動機構及びチルト駆動機構を介してボンディングヘッド部２０に取り付けられており、これらの駆動機構によってＺ軸回りの回転及びチルト方向（傾斜方向）に可動となっている。
　トップカメラ２４は、ボトムカメラ２８に固定されたリファレンス部材３０の画像情報を取得するように構成されている。トップカメラ２４は、例えば、レンズ等の光学系と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像素子と、を含んで構成されるデジタルカメラである。トップカメラ２４は、光学系を一方側、つまり、図１におけるＺ軸負方向側に向けて配置され、鉛直方向下向きの光軸を有する。
　図２に示すように、ボンディングツール２２は、ボンディングヘッド部２０において、トップカメラ２４とオフセット距離ＯＤｄを空けて配置されている。より詳細には、ボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とトップカメラ２４の光軸ＯＡ１とがオフセット距離ＯＤｄだけ離れた位置になるように、ボンディングツール２２及びトップカメラ２４が配置されている。
　このようなボンディング装置では、ボンディングツールとトップカメラとの間の距離が、温度変化や経年変化等によって変化することがある。そして、オフセット距離が予め規定された基準距離であるオフセット距離ＯＤｄから変化すると、当該変化量分の誤差が生じることになり、例えば基板へのボンディング位置の精度の低下を招くことになる。
　そのため、一部のボンディング装置では、ボンディング処理の前に、オフセット距離の変化量を求めるための工程を追加する等の方法が採用されている。しかし、こうした方法では、新たな工程の追加を伴うので、オフセット距離の変化量を求めるための時間が長期化してしまうおそれがある。
　図１に戻り、ボトムカメラ２８は、ボンディングツール２２の画像情報を取得するように構成されている。ボトムカメラ２８は、トップカメラ２４と同様に、例えば光学系と撮像素子とを含んで構成されるデジタルカメラである。ボトムカメラ２８は、光学系を他方側、つまり、図１におけるＺ軸正方向側に向けて配置され、鉛直方向上向きの光軸を有する。言い換えれば、ボトムカメラ２８は、ボンディングツール２２の底面（先端面）を撮影可能になるように、ボンディングツール２２及びトップカメラ２４と対向して配置されている。また、ボトムカメラ２８は、ボンディングステージ部４０周囲のボンディングツール２２底面を撮像できる位置に設置されている。
　リファレンス部材３０は、ボンディングツール２２とトップカメラ２４との間のオフセット距離ＯＤｄの変化量を算出する際に、基準となる部材である。オフセット距離ＯＤｄの変化量の算出については、後述する。
　図３に示すように、ボトムカメラ２８は、固定部材又は基準部材の上に設けられ、固定されている。リファレンス部材３０は、ボトムカメラ２８に対して所定の距離ＰＤを空けた位置に固定されている。より詳細には、ボトムカメラ２８からＹ軸方向に離れた位置に、固定部材又は基準部材の上に設けられた支持部材３１が固定されている。リファレンス部材３０は、この支持部材３１によって支持されている。その結果、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とが所定の距離ＰＤだけ離れた位置になるように、ボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０が配置されている。
　前述したように、ボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０が固定されているので、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０との間の所定の距離ＰＤは、前述したオフセット距離とは異なり、温度変化や経年変化等の影響を受けないか、あるいは、それらの影響が無視できるほど小さい。このため、所定の距離ＰＤは、変化しない（不変である）とみなすことができる。
　リファレンス部材３０は、ボンディングヘッド部２０側の面（図３における上面に、リファレンスマーク３２を有している。また、リファレンス部材３０は、その上面がトップカメラ２４の被写界深度の範囲内になるような高さに、配置されている。
　リファレンスマーク３２の形状は、トップカメラ２４の視野内での位置及び姿勢を認識可能なものであればよく、特に限定されるものではない。よって、リファレンスマーク３２は、例えば、矩形ブロックで構成される矩形状マークでもよいし、矩形ブロック内に形成された十文字状の溝（孔）で構成される十文字状マークでもよい。
　図３では、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０とが別々の部材である例を示したが、これに限定されるものでない。図４に示すように、例えば、支持部材３１は、ボトムカメラ２８からＹ軸方向に沿って延在しており、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０とを連結する部材であってもよい。この場合、ボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０は、１つの部材として一体に構成される。これにより、ボトムカメラ２８に対して所定の距離ＰＤだけ離れた位置にリファレンス部材３０を容易に固定することができる。
　なお、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０との間の所定の距離ＰＤは、前述したオフセット距離ＯＤｄに基づいて設定されることが好ましい。例えば、所定の距離ＰＤは、オフセット距離ＯＤｄと同一であったり（ＰＤ＝ＯＤｄ）、オフセット距離ＯＤｄに対して所定の長さ（ΔＬ）を加えたものであったり（ＰＤ＝ＯＤｄ＋ΔＬ）、オフセット距離ＯＤｄから所定の長さ（ΔＬ）を引いたものであってもよい（ＰＤ＝ＯＤｄ－ΔＬ）。
　このように、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０との間の所定の距離ＰＤは、前述したオフセット距離ＯＤｄに基づいて設定されることにより、例えば所定の距離ＰＤをオフセット距離ＯＤｄと同じ値に設定することで、後述するオフセット距離の変化量を簡単かつ容易に算出することができる。
　図１に戻り、ボンディングステージ部４０は、基板８０の装着部にチップ７２をボンディングするためのステージである。このボンディングステージ部４０には、基板８０をＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に移動させる、図示しない移動機構、当該基板８０を加熱する、図示しないヒータ等が設けられている。これらは、ボンディング制御部６０によって制御されている。
　ボンディング制御部６０は、ボンディング装置１００の全体を制御するように構成されている。より詳細には、ボンディング制御部６０は、ボンディング装置１００によるボンディングのために必要な処理を制御するように構成されている。具体的には、ボンディング制御部６０は、ボンディングヘッド部２０によるボンディング処理、ウェハ保持部１２に保持されるウェハ７０の交換処理、並びに、チップ７２及び基板８０の搬送処理等を制御することを含む。ボンディング制御部６０は、それらの処理に必要な範囲でボンディング装置１００の各構成との間で信号を送受信可能に接続されており、当該各構成の動作を制御する。
　ボンディング制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の図示しないマイクロプロセッサと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しないメモリ等を含んで構成されるコンピュータ装置である。メモリには、あらかじめボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラム、その他の必要な情報が格納される。ボンディング制御部６０は、例えば各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを備え、後述するボンディング方法に関わる各工程を実行可能に構成されている。
　また、ボンディング制御部６０は、機能ブロックとして、算出部６１と、移動制御部６２と、を備える。
　算出部６１は、リファレンスマーク３２がトップカメラ２４の視野内に配置され、かつ、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２がボトムカメラ２８の視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、オフセット距離の変化量を算出するように構成されている。詳細は後述するが、算出部６１は、オフセット距離の変化量を、所定の距離ＰＤと、トップカメラ２４によって検出されたリファレンスマーク３２の位置と、ボトムカメラ２８によって検出されたチップ７２の位置とに基づいて、算出するように構成されている。これにより、リファレンスマーク３２の位置とボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置とを同時に検出しながら、オフセット距離の変化量を算出することができる。従って、リファレンスマーク３２の検出とチップ７２の検出とを異なる工程で順番に行っていた従来のボンディング装置と比較して、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。
　移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０の移動を制御するように構成されている。より詳細には、移動制御部６２は、算出されたオフセット距離の変化量に基づいて、ボンディングヘッド部２０の移動量を決定するように構成されている。これにより、算出されたオフセット距離の変化量を考慮して補正された移動量でボンディングヘッド部２０を移動させることができる。従って、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２のボンディング位置の精度を向上させることができる。
　なお、図１は、本実施形態において、ボンディングのために必要な機能ブロックの一部を示すものある。よって、ボンディング制御部６０は、図１に示した機能ブロック以外のものを備えていてもよい。
　次に、図５から図７を参照しつつ、一実施形態に従うボンディング装置のオフセット距離の変動量の算出について説明する。図５は、一実施形態におけるボンディング装置１００のボンディングヘッド部２０、ボトムカメラ２８、及びリファレンス部材３０の配置を示す概念図である。図６は、図５に示すトップカメラ２４が撮影した第１画像ｇ１を示す概略図である。図７は、図５に示すボトムカメラ２８が撮影した第２画像ｇ２を示す概略図である。
　図５に示すように、ボンディングツール２２がチップ７２を保持した状態で、移動制御部６２は、リファレンスマーク３２がトップカメラ２４の視野内に配置され、かつ、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２がボトムカメラ２８の視野内に配置される位置に、ボンディングヘッド部２０を移動させる。具体的には、所定の距離ＰＤがオフセット距離ＯＤｄと同一である場合（ＰＤ＝ＯＤｄ）、移動制御部６２は、トップカメラ２４をリファレンス部材３０の直上、つまり、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とが一致し、かつ、ボンディングツール２２をボトムカメラ２８の直上、つまり、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とが一致するように、ボンディングヘッド部２０を移動させる。
　オフセット距離ＯＤｄは、本来であれば所定の距離ＰＤと同一（ＯＤ＝ＰＤ）であるから、オフセット距離が不変（固定）であれば、ボンディングヘッド部２０の移動後に、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とが一致し、かつ、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とが一致するはずである。しかし、前述したように、オフセット距離は、熱や経年等によって変化しており、実際のオフセット距離ＯＤｒは、予め規定された基準距離であるオフセット距離ＯＤｄと、変化量Δｏｄとを含んでいる（ＯＤｒ＝ＯＤｄ＋Δｏｄ）。
　この状態、つまり、図５に示した位置において、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とは一致せずにずれが生じており、かつ、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とは一致せずにずれが生じている状態において、ボンディング制御部６０は、トップカメラ２４を駆動して視野内のリファレンス部材３０を撮影し、第１画像ｇ１を取得するとともに、ボトムカメラ２８を駆動して視野内のボンディングツール２２が保持するチップ７２を撮影し、第２画像ｇ２を取得する。
　ここで、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０の中心軸ＣＡ２との間に、例えばＹ軸方向に沿ったずれ量Δｍｋが生じている場合について考える。この場合、算出部６１は、図６に示す第１画像ｇ１に基づいて、リファレンスマーク３２の位置を検出する。ずれ量Δｍｋが生じていない場合（Δｍｋ＝０）、リファレンス部材３０のリファレンスマーク３２は、第１画像において、図６に破線で示す本来の位置にあるはずである。よって、ボンディング制御部６０は、ずれ量Δｍｋが生じていない状態で第１画像を撮影しておき、リファレンスマーク３２の位置を検出して当該第１画像におけるリファレンスマーク３２の位置をあらかじめ記憶しておく。そして、算出部６１は、記憶していたリファレンスマーク３２の位置に基づいて第１画像ｇ１を解析することで、トップカメラ２４に対するリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋを測定することができる。
　同様に、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２の中心軸ＣＡ１との間に、例えばＹ軸方向に沿ったずれ量Δｂｈが生じている場合を考える。この場合、算出部６１は、図７に示す第２画像ｇ２に基づいて、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出する。ずれ量Δｂｈが生じていない場合（Δｂｈ＝０）、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２は、第２画像において、図７に破線で示す本来の位置にあるはずである。よって、ボンディング制御部６０は、ずれ量Δｂｈが生じていない状態で第２画像を撮影しておき、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出して当該第２画像におけるチップ７２の位置をあらかじめ記憶しておく。そして、算出部６１は、記憶していたチップ７２の位置に基づいて第２画像ｇ２を解析することで、ボトムカメラ２８に対するチップ７２のずれ量Δｂｈを測定することができる。
　そして、算出部６１は、所定の距離ＰＤと、第１画像ｇ１に基づいて測定した、トップカメラ２４に対するリファレンス部材３０のずれ量Δｍｋと、第２画像ｇ２に基づいて測定した、ボトムカメラ２８に対するチップ７２のずれ量Δｂｈとに基づいて、オフセット距離の変化量Δｏｄを算出する。
　具体的には、算出部６１は、以下の式（１）を用いてオフセット距離の変化量Δｏｄを求める。
　　　Δｏｄ＝ＰＤ－Δｂｈ＋Δｍｋ　…（１）
　このように、トップカメラ２４によって撮影された第１画像ｇ１に基づいてリファレンスマーク３２の位置を検出するとともに、ボトムカメラ２８によって撮影された第２画像ｇ２に基づいてボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出することにより、リファレンスマーク３２及びチップ７２の位置を容易に検出することができる。
　また、第１画像ｇ１に基づいてリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋを測定するとともに、第２画像ｇ２に基づいてチップ７２のずれ量Δｂｈを測定することにより、測定されたずれ量Δｍｋ及びずれ量Δｂｈに基づいて、オフセット距離の変化量Δｏｄを容易に算出することができる。
　移動制御部６２は、算出されたオフセット距離の変化量Δｏｄに基づいてボンディングヘッド部２０の移動量を決定する。より詳細には、移動制御部６２は、オフセット距離の変化量Δｏｄを含めた移動距離がボンディングヘッド部２０の本来の移動量と等しくなるように、ボンディングヘッド部２０の実際の移動量を決定する。例えば、オフセット距離の変化量Δｏｄがプラスの値である場合、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０の移動量を、本来の移動量から変化量Δｏｄだけ減算した値に決定する。一方、オフセット距離の変化量Δｏｄがマイナスの値である場合、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０の移動量を、本来の移動量から変化量Δｏｄだけ加算した値に決定する。
　図６及び図７では、Ｙ軸方向に沿って、リファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋ及びチップ７２のずれ量Δｂｈが生じる例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、算出部６１は、Ｙ軸方向に加え、Ｘ軸方向に沿った、リファレンスマーク３２のずれ量及びチップ７２のずれ量を測定し、オフセット距離のＸ軸方向に沿った変化量を算出してもよい。また、Ｚ軸に対する傾斜（傾き）ついても同様に、算出部６１は、リファレンスマーク３２のずれ量（ずれ角度）及びチップ７２のずれ量（ずれ角度）を測定し、オフセット距離について、Ｚ軸に対する傾斜の変化量（変化角度）を算出してもよい。
　また、第１画像ｇ１及び第２画像ｇ２は、ボンディングヘッド部２０を図５に示す位置に一時停止させて取得する場合に限定されない。例えば、移動制御部６２がボンディングヘッド部２０を移動させながら、図５に示す位置になったときに、ボンディング制御部６０は、第１画像ｇ１及び第２画像ｇ２を取得してもよい。
　次に、図８を参照しつつ、一実施形態に従うボンディング方法を説明する。図８は、一実施形態におけるボンディング方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態におけるボンディング方法は、前述したボンディング装置１００を用いて行うことができる。
　チップ７２を基板８０上にボンディングする際、ボンディング制御部６０は図８に示すボンディング処理Ｓ１００を実行する。すなわち、最初に、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０を移動させ、ボンディングツール２２を、ピックアップしたチップ７２を反転させたハンドリングユニット１４の真上の位置に配置させる（Ｓ１０１）。そして、この位置において、ボンディング制御部６０は、Ｚ軸駆動機構２１を駆動してボンディングツール２２を下降させ、当該ボンディングツール２２の先端でチップ７２を吸引保持する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２においてチップ７２を吸引保持した後、ボンディング制御部６０は、Ｚ軸駆動機構２１を駆動してボンディングツール２２を規定の高さまで上昇させる。
　次に、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０を移動させ、リファレンス部材３０をトップカメラ２４の視野内に配置させ、かつ、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２をボトムカメラ２８の視野内に配置させる（Ｓ１０３）。そして、この位置において、ボンディング制御部６０は、トップカメラ２４を用いて視野内にあるリファレンス部材３０のリファレンスマーク３２を撮影し、第１画像ｇ１を取得するとともに、ボトムカメラ２８を用いて視野内にあるボンディングツール２２に保持されたチップ７２を撮影し、第２画像ｇ２を取得する（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４において取得された第１画像ｇ１及び第２画像ｇ２は、メモリ等に記憶される。
　なお、ステップＳ１０４において第２画像ｇ２を取得する前に、ボンディング制御部６０は、Ｚ軸駆動機構２１を駆動してチップ７２を保持するボンディングツール２２をボトムカメラ２８の被写界深度の範囲内で下降させてもよい。この場合、チップ７２を保持するボンディングツール２２が下降した状態で撮影されるので、後述するズレ量の測定において、Ｚ軸駆動機構２１によるＺ軸方向の移動に伴って発生するチップ７２のずれ量を含めることができる。
　また、ボンディング制御部６０は、第２画像ｇ２に基づいて、チップ７２の良否判断等を行ってもよい。第２画像ｇ２の画像解析の結果、チップ７２にクラック等の欠陥が生じていると判断できた場合、ボンディング制御部６０は、当該チップ７２のボンディングを中止する。
　次に、算出部６１は、ステップＳ１０４で取得した第１画像ｇ１に基づいてリファレンス部材３０におけるリファレンスマーク３２の位置を検出するとともに、ステップＳ１０５で取得した第２画像ｇ２に基づいて、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出する（Ｓ１０５）。
　次に、算出部６１は、ステップＳ１０６で検出したリファレンスマーク３２の位置に基づいて、トップカメラ２４に対するリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋを測定するとともに、ステップＳ１０７で検出したチップ７２の位置に基づいて、ボトムカメラ２８に対するチップ７２のずれ量Δｂｈを測定する（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６において測定されたリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋ及びチップ７２のずれ量Δｂｈは、メモリ等に記憶される。
　次に、算出部６１は、所定の距離ＰＤと、リファレンスマークのずれ量Δｍｋと、チップ７２のずれ量Δｂｈとに基づいて、前述した式（１）からオフセット距離の変化量Δｏｄを算出する（Ｓ１０７）。
　次に、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０を移動させ、ボンディングツール２２を、基板８０の装着部の真上の位置に配置させる（Ｓ１０８）。このとき、移動制御部６２は、ステップＳ１０７で算出されたオフセット距離の変化量Δｏｄを考慮し、ボンディングツール２２が基板８０の装着部の真上になるように、ボンディングヘッド部２０の移動量を決定する。
　そして、ボンディング制御部６０は、ボンディングツール２２を基板８０近傍まで下降させ、チップ７２を基板８０の装着部にボンディングする（Ｓ１０９）。１つのチップ７２のボンディングが完了すると、ステップＳ１０１に戻り、次のチップ７２のボンディングを行う。
　１つのチップ７２をボンディングするステップＳ１０１からステップＳ１０９までの処理を１サイクルとしたときに、従来のボンディング装置において、３８３個のチップをサンプルとして１サイクルあたりの時間（以下、「サイクルタイム」という）を計測したところ、およそ２４．７秒であった。また、従来のボンディング装置において、６３個のチップをサンプルとして、オフセット距離の変化量を求めるための処理に掛かる時間を計測したところ、およそ１５．１秒であった。この時間は、サイクルタイムの６１％以上に相当する時間である。
　これに対し、本実施形態のボンディング装置１００及びボンディング方法では、チップ７２の検出とともに、リファレンスマーク３２を検出し、オフセット距離の変化量Δｏｄを算出することができるので、従来のボンディング装置でオフセット距離の変化量を求めるための処理に掛かっていた時間、約１５．１秒をゼロ又は略ゼロにすることが可能となる。そのため、本実施形態のボンディング装置１００及びボンディング方法は、従来のボンディング装置と比較して、サイクルタイムを３９％以下に短縮することができる。
　なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態及び／又は変形例に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態及び／又は変形例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、実施形態及び変形例は例示であり、異なる実施形態及び／又は変形例で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　１２…ウェハ保持部
　１４…ハンドリングユニット
　１５…ステッピングモータ
　１６…回転軸
　１７…アーム
　１８…ベース
　１９…ピックアップツール
　２０…ボンディングヘッド部
　２１…Ｚ軸駆動機構
　２２…ボンディングツール
　２４…トップカメラ
　２６…ＸＹテーブル
　２８…ボトムカメラ
　３０…リファレンス部材
　３１…支持部材
　３２…リファレンスマーク
　４０…ボンディングステージ部
　６０…ボンディング制御部
　６１…算出部
　６２…移動制御部
　７０…ウェハ
　７２…チップ
　８０…基板
　１００…ボンディング装置
　ＣＡ１…中心軸
　ＣＡ２…中心軸
　ｇ１…第１画像
　ｇ２…第２画像
　ＯＡ１…光軸
　ＯＡ２…光軸
　ＯＤｄ…オフセット距離
　ＯＤｒ…オフセット距離
　ＰＤ…所定の距離
　Ｓ１００…ボンディング処理
　Δｂｈ…ずれ量
　Δｍｋ…ずれ量
　Δｏｄ…変化量

Claims (7)

  1. 　移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、前記第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、
    　前記ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、
    　前記他方側の面にリファレンスマークを有し、前記第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、
    　前記リファレンスマークが前記第１カメラの視野内に配置され、かつ、前記ボンディングツールに保持されたチップが前記第２カメラの視野内に配置されるように、前記ボンディングヘッド部が移動したときに、前記所定の距離と、前記第１カメラによって検出された前記リファレンスマークの位置と、前記第２カメラによって検出された前記チップの位置とに基づいて、前記オフセット距離の変化量を算出する算出部と、を備える、
    　ボンディング装置。
  2. 　前記算出部は、前記第１カメラによって撮影された第１画像に基づいて前記リファレンスマークの位置を検出するとともに、前記第２カメラによって撮影された第２画像に基づいて前記チップの位置を検出する、
    　請求項１に記載のボンディング装置。
  3. 　前記算出部は、前記第１画像に基づいて前記第１カメラに対する前記リファレンスマークのずれ量を測定するとともに、前記第２画像に基づいて前記第２カメラに対する前記チップのずれ量を測定する、
    　請求項２に記載のボンディング装置。
  4. 　前記ボンディングヘッド部の移動を制御する移動制御部であって、前記算出されたオフセット距離の変化量に基づいて、前記ボンディングヘッド部の移動量を決定する移動制御部をさらに備える、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載のボンディング装置。
  5. 　前記第２カメラと前記リファレンス部材とは、一体である、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載のボンディング装置。
  6. 　前記所定の距離は、前記オフセット距離に基づいて設定される、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載のボンディング装置。
  7. 　移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、前記第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、前記ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、前記他方側の面にリファレンスマークを有し、前記第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、を備えたボンディング装置のボンディング方法であって、
    　前記第１カメラによって前記リファレンスマークの位置を検出するとともに、前記第２カメラによって前記ボンディングツールに保持されたチップの位置を検出するステップと、
    　前記所定の距離と、前記検出されたリファレンスマークの位置と、前記検出されたチップの位置とに基づいて、前記オフセット距離の変化量を算出するステップと、を含む、
    　ボンディング方法。
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