WO2022185875A1 - コレット検出装置、コレット位置補正装置、ボンディング装置、コレット検出方法、コレット位置補正方法 - Google Patents

コレット検出装置、コレット位置補正装置、ボンディング装置、コレット検出方法、コレット位置補正方法 Download PDF

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shadow
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信裕 永元
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キヤノンマシナリー株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/52—Mounting semiconductor bodies in containers

Definitions

  • the present invention relates to a collet detection device, a collet position correction device, a bonding device, a collet detection method, and a collet position correction method.
  • a chip bonding method is used to separate individual semiconductor chips by dicing a wafer on which a large number of elements are collectively built, and to bond these chips one by one to a predetermined position on a lead frame or the like. is adopted.
  • the bonding apparatus described in Patent Document 1 includes a wafer holder 1 as first holding means for holding a semiconductor wafer, and a sheet holder 2 as second holding means for holding a sheet. , and an intermediate stage 3 arranged between the wafer platform 1 and the sheet platform 2 .
  • Each of the pickup heads 5 and 6 is attached to arms 7 and 8 that reciprocate along the Y-axis direction. It is attached to the moving block bodies 9 and 10 so as to be reciprocatable along the Z-axis direction.
  • the pickup head 5 becomes a head for picking up from the wafer, and the pickup head 6 becomes a head for bonding. Therefore, the pickup head 5 can move along the X, Y, and Z axes to supply the chips on the wafer platform 1 to the intermediate stage 3, and the pickup head 6 can move along the X, Y, and Z axes. By moving, the chip on the intermediate stage 3 can be bonded to the bonding position of the sheet holding table 2. - ⁇
  • the position of the collet may shift due to replacement with a new collet due to deterioration of the collet, or due to friction or thermal deformation during use. Then, the misalignment of the collet causes misalignment of the bonding position of the chip. Therefore, it becomes necessary to detect and correct the position of the collet.
  • a reference mark is provided on a bonding head that holds a collet.
  • posture deviation due to aging of the bonding head is detected and corrected.
  • the imaging camera is arranged on the intermediate stage so as to be in focus, and the imaging camera captures an image of the reference mark via a prism to match the focal distance with the reference mark.
  • JP 2016-13073 A Japanese Patent No. 6470088
  • an object of the present invention is to provide a collet detection device capable of detecting the position or state of a collet with high accuracy.
  • the present invention provides a collet detection device for detecting the position or state of a collet that sucks a chip, comprising: an imaging mechanism for imaging a surface to be imaged; a light source that emits light to project a shadow of the collet onto the surface to be imaged; and image recognition means for recognizing the shadow in the image, wherein the shadow in the image recognized by the image recognition means is provided. to detect the position or state of the collet.
  • the collet detection device of the present invention it is possible to detect the position or state of the collet using the projected shadow of the shape of the collet itself. Therefore, the position or state of the collet can be detected with high accuracy without causing a detection error due to a change in the position of the collet and the reference mark as in Patent Document 2.
  • the focal length of the imaging mechanism can be automatically adjusted to the shadow of the collet. There is no need to match the focal length between the object and the imaging mechanism. Therefore, the focal length can be easily adjusted, and the position or state of the collet can be detected with high precision. Also, the collet can be detected at low cost.
  • the imaging mechanism and the collet are movably provided, and by the movement, the position of the collet can be detected in a plurality of different arrangements.
  • the present invention can be a collet position correcting device comprising the collet detecting device and position correcting means for correcting the position of the collet based on the detection result of the collet detecting device.
  • the position of the collet with respect to the surface to be imaged can be corrected with high accuracy.
  • the present invention also provides a bonding apparatus for picking up the chip by the collet, transporting the chip to a bonding position, and bonding the chip to the bonding position, the bonding apparatus comprising the collet position correcting device and one or more collets. can do.
  • the bonding apparatus may correct the position of the collet at the pick-up position for picking up the chip. Thereby, the position of the collet at the pick-up position can be corrected with high accuracy.
  • the bonding apparatus may correct the position of the collet at the bonding position. Thereby, the position of the collet at the bonding position can be corrected with high accuracy.
  • the bonding apparatus may further include an intermediate stage on which the picked-up chip is placed, and correct the position of the collet on the intermediate stage. As a result, the position of the collet on the intermediate stage can be corrected with high accuracy.
  • the present invention also provides a collet detection method for detecting the position or state of a collet that attracts a chip, wherein a light source irradiates the collet with light from an oblique direction with respect to the surface to be imaged.
  • the imaging mechanism captures the image on the imaging surface in a state where the shadow of the collet is projected onto the imaging surface, and the image recognition means recognizes the shadow in the image. It is characterized by detecting a position or a state.
  • the imaging mechanism captures images of the surface to be imaged in each state in which the collet is irradiated with light from a plurality of directions from which the light source is different, and the image recognition means detects the plurality of By recognizing each of the shadows in the image, the position or state of the collet can be detected. As a result, more sides of the outer shape of the collet can be projected as shadows onto the surface to be imaged for detection. Therefore, it is possible to improve the accuracy of position detection and improve the convenience of detecting the size of the collet by using a plurality of images.
  • a collet position correcting method may be used in which the position of the collet is corrected based on the detection result of the collet detecting method.
  • the position or state of the collet can be detected with high accuracy.
  • FIG. 4 is a simplified diagram showing a pick-up process of the die bonder according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a simplified diagram showing a bonding process of a die bonder according to one embodiment of the present invention
  • 1 is a schematic configuration diagram of a collet detection device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a perspective view of a collet detection device.
  • 1 is an overall simplified block diagram of a bonding apparatus equipped with a collet position correction device;
  • FIG. It is a figure which shows an example of the image which the camera imaged.
  • 1 is a simplified perspective view of a conventional die bonder with an intermediate stage;
  • the die bonder 100 has a pickup collet 22 held by a collet holder 23 and a bonding collet 24 held by a collet holder 25 .
  • the collets 22 and 24 have elastic portions made of an elastic material such as rubber. Also, the collets 22 and 24 are held by a collet holder 23 or collet holder 25 by an appropriate method, and are screwed to the collet holder 23 or collet holder 25, for example.
  • the pick-up collet 22 attracts and picks up one chip 21 on its surface at the pick-up position A. After transporting the picked-up chip 21 to the intermediate stage 27 , the pick-up collet 22 releases the suction state of the chip 21 and places the chip 21 on the intermediate stage 27 . As shown in FIG. 1B, the bonding collet 24 picks up the chip 21 on the intermediate stage 27 and supplies the chip 21 to the bonding position B of the lead frame 28 or the like. The chips 21 at the pick-up position A are obtained by dividing the wafer 26 into many pieces.
  • An arm (not shown) is connected to the pick-up collet 22 via a collet holder 23, and this arm can be driven in the X, Y, and Z directions and rotated in the ⁇ direction by pick-up side transport means (not shown).
  • pick-up side transport means not shown
  • a robot arm mechanism, an XYZ ⁇ -axis stage, or the like can be used as the pickup-side transport means.
  • the chip 21 is vacuum-sucked through the suction hole opened in the lower end surface of the collet 22 , and the chip 21 is attracted to the lower end surface of the collet 22 . When this vacuum suction (vacuum drawing) is released, the tip 21 is removed from the collet 22 .
  • the pick-up collet 22 may be a flat collet having a flat suction surface, or a pyramidal collet having a tapered portion that guides the edge of the chip during suction.
  • the chip may be of a type that sticks on four sides.
  • a vacuum generator such as a vacuum pump or an ejector is used for evacuating the pickup collet 22 .
  • the ⁇ direction is the direction of rotation along the XY plane.
  • the pick-up collet 22 is movable between the wafer 26 and the intermediate stage 27 integrally with the collet holder 23 . More specifically, the pick-up collet 22 moves from the standby position, that is, the upper position intermediate the pick-up position A and the intermediate stage 27 to the upper position of the pick-up position A along the arrow C1 direction. Descend from the position along the arrow D1 direction to pick up the chip 21 at the pick-up position A, move upward along the arrow D2 direction from this position to a position above the pick-up position A, and move from this position. It is possible to move back to the standby position along the direction of arrow C2.
  • the pick-up collet 22 moves from the standby position along the arrow C3 direction to a position above the intermediate stage 27, and from this position along the arrow D3 direction descends to the chip supply position on the intermediate stage 27. It is possible to move for supply, move upward from this position along the direction of arrow D4 to a position above the intermediate stage 27, and move back from this position to the standby position along the direction of arrow C4.
  • An arm (not shown) is connected to the bonding collet 24 via a collet holder 25, and this arm can be driven in the X, Y, and Z directions and rotated in the ⁇ direction by the bonding-side collet transport means.
  • This bonding-side collet conveying means can also be composed of a robot arm mechanism, an XYZ ⁇ -axis stage, or the like.
  • the collet 24 may be a flat collet having a flat suction surface, or a pyramidal collet having a tapered portion that guides the edge of the tip during suction. Alternatively, the chip may be of a type that sticks on four sides.
  • a vacuum generator such as a vacuum pump or an ejector is used for vacuuming the collet 24 .
  • the bonding collet 24 can move between the intermediate stage 27 and the lead frame 28 together with the collet holder 25. As shown in FIG. More specifically, the bonding collet 24 moves in the direction of arrow E1 from a position above the intermediate position between the bonding position B and the intermediate stage 27 to a position above the intermediate stage 27, and from this position in the direction of the arrow F1. , moves to attract the chip 21 on the intermediate stage 27, rises from this position along the arrow F2 direction to a position above the intermediate stage 27, and moves from this position in the direction of the arrow E2. It is possible to move back along to the standby position.
  • the bonding collet 24 moves from the standby position to a position above the bonding position B along the direction of arrow E3, and descends from this position along the direction of arrow F3 to supply the chip 21 to the bonding position B. It is possible to move from this position along the direction of arrow F4 to a position above the bonding position B, and to move back from this position to the standby position along the direction of arrow E4.
  • the collet detection device 30 includes a camera 31 as an imaging mechanism and a light source 32.
  • the camera 31 captures an image of the surface 29a to be imaged, which is the upper surface of the support base 29 that supports the lead frame.
  • the part of the surface 29a to be imaged, in particular, which is imaged by the camera 31, is flat and has surface roughness to the extent that light rays are reflected.
  • the camera 31 is arranged directly above the surface 29a to be imaged, and is adjusted so that the distance L from the surface 29a to be imaged is the focal length of the camera 31.
  • the surface 29a to be imaged is a support surface that supports the lead frame.
  • the collet 24 is held by the collet conveying means and arranged directly above the surface 29a to be imaged.
  • the portion of the imaged surface 29a on which the collet 24 is arranged directly above and imaged by the camera 31 is an island portion to which the chip 21 is supplied.
  • the light source 32 irradiates the collet 24 on the imaging surface 29a with light.
  • the light irradiation direction of the light source 32 is oblique to the collet 24 .
  • This oblique direction is a direction different from the direction orthogonal to the collet 24 (a direction different from the upward direction in FIG. 2 and the direction parallel to the paper surface of FIG. 2). This direction is different from the direction perpendicular to (the surface on which the chip 21 is sucked). Further, this oblique direction is also a direction different from the direction perpendicular to the surface 29a to be imaged. This oblique direction is also a direction different from the imaging direction of the camera 31 .
  • the outer shape of the collet 24 can be projected as a shadow K on the surface 29a to be imaged.
  • the shadow K is indicated by a thick line for the sake of convenience in order to distinguish it from other parts of the surface 29a to be imaged.
  • a range K1 of the shadow K is a range that is not hidden by the collet 24 and appears in the image when the camera 31 captures an image of the surface 29a to be imaged from directly above.
  • the die bonder 100 has a collet position correction device 40.
  • the collet position correcting device 40 has a collet detecting device 30 and collet conveying means 41 as position correcting means.
  • the collet detection device 30 has image recognition means 33 .
  • the image recognition means 33 discriminates the projected shadow from the image captured by the camera 31 and the imaged surface 29a which is the background. That is, the image recognition means 33 recognizes the position of the shadow in the image, and recognizes the position of the shadow K with respect to the camera 31 . Thereby, the image recognition means 33 recognizes the positional deviation of the actual shadow of the collet from the ideal position of the shadow of the collet.
  • the collet conveying means 41 can move the collet 24 in the X, Y, and Z directions and rotate it in the ⁇ direction with respect to the imaging surface 29a. Based on the positional deviation direction recognized by the image recognition means 33, the collet transport means 41 corrects the position of the collet 24 during bonding.
  • the above collet position detection and correction operations can also be performed for each bonding position, for example.
  • FIG. 5 shows an example of an image captured by the camera 31.
  • the image recognition means 33 identifies the colors of the shadow K of the collet 24 and the surface 29a to be imaged, and recognizes the position of the shadow K on the image. Then, the positional deviation between the shadow K and the preset ideal shadow K' of the collet is recognized. For example, in FIG. 5, it is recognized that the shadow K is displaced in the X1 and Y1 directions with respect to the ideal shadow K'. Then, the collet conveying means 41 (see FIG. 4) moves the collet 24 in the direction opposite to the misalignment direction to change the bonding position. As described above, the positional deviation of the collet 24 can be corrected, and the bonding position can be corrected with high accuracy.
  • the position of the collet can be detected using the shadow of the shape of the collet itself projected. Detection and position correction are possible. Furthermore, since there is no need to apply special processing to the collet or collet holder, it is possible to detect and correct the position of the collet by an inexpensive and easy method.
  • a mechanism such as a prism is required to match the focal length between the mark and the imaging mechanism in order to accurately photograph the mark.
  • the position can be detected simply by adjusting the focal length of the camera to the surface to be imaged.
  • the focal length of the object to be detected can also be adjusted at the same time. Therefore, the prism mechanism as described above is not required.
  • the configuration of the present embodiment enables position detection and position correction only by the imaging mechanism and the light source, and is inexpensive.
  • the focal length between the imaging mechanism and the target of position detection can be easily matched, the accuracy of position detection and position correction of the collet is improved.
  • the size of the shadow projected on the surface to be imaged can be changed. That is, the size of the object to be imaged can be arbitrarily changed. Therefore, by projecting a shadow larger than the actual collet onto the surface to be imaged, it is possible to image an image that can be recognized by the image recognition means even with an imaging mechanism that does not have high resolution. Thus, in this embodiment, it is possible to detect and correct the position of the collet with high precision without increasing the resolution of the imaging mechanism.
  • the above collet position detection and position correction can be performed, for example, when the collet is replaced with a new collet, or the collet position deviation may be detected periodically and corrected.
  • the collet 24 is moved by the collet conveying means, and
  • the camera 31 may be moved by a moving mechanism to capture the arrangement and shadow at each imaging location (for example, the collet 24 and camera 31 can be moved from the solid line to the dotted line in FIG. 3).
  • the movement amount of the camera 31 or the collet 24 from the position just before the camera 31 or the collet 24 is stored in the collet detection device 30 so that the image recognition means 33 can detect It can detect the position of shadows. Also, based on this detection result, the position of the collet 24 at the next imaging location can be corrected.
  • the collet position correcting device described above may be used for alignment with the collet. As a result, the positions of the collet 24 and the tip 21 held by the collet 24 can be aligned with high accuracy. Further, the collet position correction device aligns the collet 22 with the pickup position A (upper surface of the wafer 26 as the surface to be imaged) or aligns the collet 22 with the upper surface of the intermediate stage 27 as the surface to be imaged. may As a result, the collet 22 and the chip 21 to be picked up can be aligned with high accuracy, and the collet 22 can accurately place the chip 21 on the intermediate stage 27 .
  • Positional deviation may be detected and positionally corrected.
  • a method of detecting the positional deviation in the rotational direction for example, it can be detected by recognizing the inclination of one side or a plurality of sides of the outer shape of the collet 24 with respect to the ideal position of the collet 24 .
  • the collet detection device detects the position of the collet with respect to the surface to be imaged
  • the present invention is not limited to this and may detect the state of the collet.
  • the size of the collet can be detected by measuring the length of the side of the shadow of the collet projected onto the surface to be imaged, and it can be determined whether the collet of the correct size is attached to the collet holder. Also, it is possible to detect that the collet is not correctly attached to the collet holder from the positional deviation of the collet with respect to the collet holder.
  • the image pickup mechanism may pick up a plurality of images in which the light irradiation direction of the light source is different, and each image may be used for detecting the size of the collet.
  • This makes it possible to measure the lengths of more sides of the collet (for example, the entire circumference of the collet) from the shadows projected onto the surface to be imaged, thereby improving the convenience of detecting the size of the collet.
  • the accuracy of position detection can be improved by using each image obtained by irradiating light from a plurality of directions for position detection of the collet.
  • the light source When changing the irradiation direction of light from the light source, the light source may be moved, or the lead frame support base having the surface to be imaged and the collet may be moved with respect to the light source.
  • collet detector 31 chip 22 collet 23 collet holder 24 collet 25 collet holder 26 wafer 27 intermediate stage 28 lead frame 29 lead frame support 29a surface to be imaged 30 collet detector 31 camera (imaging mechanism) 32 light source 33 image recognition means 40 collet position correcting device 41 collet conveying means (position correcting means) 100 die bonder (bonding device) A Pick-up position B Bonding position K Collet shadow K' Ideal collet shadow position

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Abstract

チップ２１を吸着するコレット２４の位置または状態を検出するコレット検出装置３０であって、コレット２４に対する斜め方向からコレット２４へ光を照射し、被撮像面２９ａにコレット２４の影Ｋを投影する光源３２と、被撮像面２９ａおよび被撮像面２９ａ上のコレット２４の影Ｋを画像として撮像するカメラ３１と、画像内の影Ｋを認識する画像認識手段３３と、を備え、画像認識手段３３が認識した画像内の影Ｋにより、コレット２４の位置または状態を検出することを特徴とする。

Description

コレット検出装置、コレット位置補正装置、ボンディング装置、コレット検出方法、コレット位置補正方法
　本発明は、コレット検出装置、コレット位置補正装置、ボンディング装置、コレット検出方法、コレット位置補正方法に関する。
　半導体装置の製造においては、多数個の素子を一括して造り込まれたウエハをダイシングして個々の半導体チップに分離し、これを一個ずつリードフレーム等の所定位置にボンディングするというチップボンディングの手法が採用されている。
　従来においては、特許文献１等に記載のように、ピックアップ位置において、チップをピックアップ用コレットにてピックアップし、このチップを中間ステージに供給する。そして、この中間ステージ上に供給されているチップをボンディング用コレットにてピックアップして、このチップをボンディング位置に供給するものがある。
　この特許文献１に記載のボンディング装置は、図６に示すように、半導体ウエハを保持する第１保持手段としてのウエハ保持台１と、シートを保持する第２保持手段としてのシート保持台２と、ウエハ保持台１とシート保持台２との間に配置される中間ステージ３とを備える。
　そして、ウエハ保持台１のチップを吸着して中間ステージ３としてのガラス載置台に供給するためのピックアップヘッド（コレットおよびそのホルダ）５と、中間ステージ３のチップを吸着してシート保持台２に供給するためにピックアップヘッド（コレットおよびそのホルダ）６とを備える。
　各ピックアップヘッド５，６は、Ｙ軸方向に沿って往復動するアーム７，８に付設され、各アーム７，８の本体部７ａ，８ａが、Ｘ軸方向に沿って基台１１上を往復動するブロック体９，１０にＺ軸方向に沿って往復動可能として付設されている。
　すなわち、ピックアップヘッド５がウエハからのピックアップ用のヘッドとなり、ピックアップヘッド６がボンディング用のヘッドとなる。このため、ピックアップヘッド５は、各Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に沿って移動してウエハ保持台１のチップを中間ステージ３に供給でき、ピックアップヘッド６は、各Ｘ・Ｙ・Ｚ軸に沿って移動して中間ステージ３上のチップをシート保持台２のボンディング位置にボンディングすることができる。
　このようなボンディング装置では、コレットの劣化による新規コレットへの交換、あるいは、使用時の摩擦や熱変形などにより、コレットの位置にズレが生じる。そして、コレットの位置ズレにより、チップのボンディング位置にズレが生じてしまう。従って、コレットの位置を検出して補正することが必要になってくる。
　例えば特許文献２では、コレットを保持するボンディングヘッドに基準マークを設ける。そして、撮像カメラにより基準マークを撮像することで、ボンディングヘッドの経時変化による姿勢ズレなどを検出して補正している。なお、撮像カメラは中間ステージ上に焦点位置が合うように配置されており、撮像カメラはプリズムを介して基準マークを撮像することで、基準マークとの焦点距離を合わせている。
特開２０１６－１３０７３号公報 特許第６４７００８８号公報
　特許文献２の検出方法では、基準マークとコレットとの位置が、例えばコレットの熱膨張により変化してしまうと、検出誤差あるいは補正誤差になってしまうという問題があった。
　以上のことから、本発明では、高精度にコレットの位置または状態を検出できるコレット検出装置を提供することを課題とする。
　上記の課題を解決するため、本発明は、チップを吸着するコレットの位置または状態を検出するコレット検出装置であって、被撮像面を撮像する撮像機構と、前記コレットに対する斜め方向から前記コレットへ光を照射し、前記被撮像面に前記コレットの影を投影する光源と、前記画像内の前記影を認識する画像認識手段と、を備え、前記画像認識手段が認識した前記画像内の前記影により、前記コレットの位置または状態を検出することを特徴とする。
　本発明のコレット検出装置によれば、コレット自身の形状が投影された影を用いて、コレットの位置または状態の検出ができる。従って、特許文献２のように、コレットと基準マークとの位置の変化による検出誤差が生じず、高精度にコレットの位置または状態を検出できる。
　また、撮像機構の焦点距離を被撮像面に合わせるだけで、コレットの影に対しても自動的に焦点距離を合わせることができるため、特許文献２のようなプリズムなどの機構を設けて、撮像対象と撮像機構との焦点距離を合わせる必要がない。従って、焦点距離を容易に合わせることができ、高精度にコレットの位置または状態を検出できる。また、コレットの検出を安価に行うことができる。
　上記コレット検出装置は、前記撮像機構および前記コレットは移動可能に設けられ、当該移動により、異なる複数の配置で前記コレットの位置を検出できる。
　また本発明は、上記コレット検出装置と、前記コレット検出装置の検出結果に基づいて、コレットの位置を補正する位置補正手段とを備えたコレット位置補正装置とすることができる。これにより、コレットの被撮像面に対する位置を高精度に補正できる。
　また本発明は、前記コレットにより前記チップをピックアップしてボンディング位置まで搬送し、当該ボンディング位置にボンディングするボンディング装置であって、上記コレット位置補正装置と、一または複数のコレットとを備えたものとすることができる。
　また上記ボンディング装置は、前記チップをピックアップするピックアップ位置における前記コレットの位置を補正するものとすることができる。これにより、ピックアップ位置におけるコレットの位置を高精度に補正できる。
　また上記ボンディング装置は、前記ボンディング位置における前記コレットの位置を補正するものとすることができる。これにより、ボンディング位置におけるコレットの位置を高精度に補正できる。
　また上記ボンディング装置は、ピックアップされた前記チップを載置する中間ステージをさらに有し、前記中間ステージにおける前記コレットの位置を補正するものとすることができる。これにより、中間ステージにおけるコレットの位置を高精度に補正できる。
　また、上記の課題を解決するため、本発明は、チップを吸着するコレットの位置または状態を検出するコレット検出方法であって、光源が、被撮像面に対する斜め方向から前記コレットへ光を照射して前記コレットの影を前記被撮像面に投影した状態で、撮像機構が前記被撮像面上の前記画像を撮像し、画像認識手段が前記画像内の前記影を認識することにより、前記コレットの位置または状態を検出することを特徴とする。
　また、上記コレット検出方法は、前記撮像機構は、前記光源が異なる複数の方向から前記コレットへ光を照射したそれぞれの状態の前記被撮像面を画像として撮像し、前記画像認識手段が前記複数の画像内の前記影をそれぞれ認識することで、前記コレットの位置または状態を検出することができる。これにより、コレットの外形のより多くの辺を影として被撮像面に投影して検出することができる。従って、複数の画像により位置検出精度を高めたり、コレットの大きさの検出の利便性を向上させることができる。
　また、上記コレット検出方法による検出結果に基づいて、前記コレットの位置を補正するコレット位置補正方法とすることができる。
　本発明によれば、コレットの位置または状態を高精度に検出できる。
本発明の一実施形態に係るダイボンダのピックアップ工程を示す簡略図である。 本発明の一実施形態に係るダイボンダのボンディング工程を示す簡略図である。 本発明の一実施形態に係るコレット検出装置の概略構成図である。 コレット検出装置の斜視図である。 コレット位置補正装置を備えたボンディング装置の全体簡略ブロック図である。 カメラが撮像した画像の一例を示す図である。 中間ステージを有する従来のダイボンダの簡略斜視図である。
　以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
　以下、図１を用いて本発明の一実施形態に係るダイボンダ（ボンディング装置）を説明する。
　図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ダイボンダ１００は、コレットホルダ２３に保持されたピックアップ用コレット２２と、コレットホルダ２５に保持されたボンディング用コレット２４とを有する。コレット２２およびコレット２４は、例えばゴムなどの弾性材により形成される弾性部を有する。またコレット２２およびコレット２４は、コレットホルダ２３あるいはコレットホルダ２５により、適宜の方法で保持されており、例えばコレットホルダ２３あるいはコレットホルダ２５にネジ止めされている。
　まず、図１（ａ）に示すように、ピックアップ用コレット２２が、ピックアップ位置Ａにおいて１つのチップ２１をその表面に吸着し、ピックアップする。そして、ピックアップ用コレット２２は、ピックアップしたチップ２１を中間ステージ２７まで運搬した後、チップ２１に対する吸着状態を解除してチップ２１を中間ステージ２７上に載置する。図１（ｂ）に示すように、ボンディング用コレット２４は、中間ステージ２７上のチップ２１をピックアップし、チップ２１をリードフレーム２８等のボンディング位置Ｂに供給する。なお、ピックアップ位置Ａのチップ２１は、ウエハ２６から多数に分割されたものである。
　ピックアップ用コレット２２は、コレットホルダ２３を介してアーム（図示省略）が接続され、このアームがピックアップ側搬送手段（図示省略）にて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に駆動およびθ方向へ回転できる。この場合、ピックアップ側搬送手段としては、ロボットアーム機構やＸＹＺθ軸ステージ等で構成できる。また、コレット２２は、その下端面に開口した吸着孔を介してチップ２１が真空吸引され、このコレット２２の下端面にチップ２１が吸着する。この真空吸引（真空引き）が解除されれば、コレット２２からチップ２１が外れる。ピックアップ用コレット２２としては、吸着面がフラットなフラットコレットであっても、吸着時にチップのエッジを案内するテーパ部を有する角錐コレットであってもよく、チップの２辺で吸着するタイプであっても、チップの４辺で吸着するタイプであってもよい。なお、このピックアップ用コレット２２の真空引きには、真空ポンプやエジェクタ等の真空発生器を使用する。本実施形態では、θ方向はＸ－Ｙ平面に沿う回転の方向である。
　図１（ａ）に示すように、ピックアップ用コレット２２は、コレットホルダ２３と一体的に、ウエハ２６と中間ステージ２７との間を移動可能である。より具体的には、ピックアップ用コレット２２は、待機位置、つまり、ピックアップ位置Ａと中間ステージ２７との中間位置の上部位置から、矢印Ｃ１方向に沿ってピックアップ位置Ａの上方位置までの移動、この位置から矢印Ｄ１方向に沿って下降して、ピックアップ位置Ａにおけるチップ２１を吸着するための移動、この位置から矢印Ｄ２方向に沿って上昇してピックアップ位置Ａの上方位置までの移動、この位置から矢印Ｃ２方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。またピックアップ用コレット２２は、待機位置から矢印Ｃ３方向に沿って中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｄ３方向に沿って下降して、中間ステージ２７上のチップ供給位置へチップを供給するための移動、この位置から矢印Ｄ４方向に沿って上昇して中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｃ４方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。
　ボンディング用コレット２４は、コレットホルダ２５を介してアーム（図示省略）が接続され、このアームがボンディング側コレット搬送手段にて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に駆動およびθ方向へ回転できる。このボンディング側コレット搬送手段も、ロボットアーム機構やＸＹＺθ軸ステージ等で構成できる。また、コレット２４としては、吸着面がフラットなフラットコレットであっても、吸着時にチップのエッジを案内するテーパ部を有する角錐コレットであってもよく、チップの２辺で吸着するタイプであっても、チップの４辺で吸着するタイプであってもよい。なお、コレット２４の真空引きには、真空ポンプやエジェクタ等の真空発生器を使用する。
　図１（ｂ）に示すように、ボンディング用コレット２４は、コレットホルダ２５と一体的に、中間ステージ２７とリードフレーム２８との間を移動可能である。より具体的には、ボンディング用コレット２４は、ボンディング位置Ｂと中間ステージ２７との中間位置の上部位置から、矢印Ｅ１方向に沿って中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｆ１方向に沿って下降して、中間ステージ２７上のチップ２１を吸着するための移動、この位置から矢印Ｆ２方向に沿って上昇して中間ステージ２７の上方位置までの移動、この位置から矢印Ｅ２方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。またボンディング用コレット２４は、待機位置から矢印Ｅ３方向に沿ってボンディング位置Ｂの上方位置までの移動、この位置から矢印Ｆ３方向に沿って下降して、ボンディング位置Ｂへチップ２１を供給するための移動、この位置から矢印Ｆ４方向に沿って上昇してボンディング位置Ｂの上方位置までの移動、この位置から矢印Ｅ４方向に沿って待機位置まで戻す移動が可能である。
　ところで、このようなダイボンダ１００においては、コレット２２（２４）の経時変化による位置ズレや、新規のコレットに交換した際の位置ズレ等が生じるため、コレットの位置を検出して補正することが必要になる。以下、このコレット位置を検出して補正するコレット検出装置およびコレット位置補正装置について説明する。以下の説明では、一例としてボンディング用コレット２４のボンディング位置Ｂに対する位置を補正する場合について説明する。
　図２および図３に示すように、コレット検出装置３０は、撮像機構としてのカメラ３１と、光源３２とを備える。
　カメラ３１は、前述のリードフレームを支持する支持台２９の上面である被撮像面２９ａを撮像する。被撮像面２９ａの、特にカメラ３１によって撮像される部分は平坦状をなしており、かつ、光線を反射する程度の表面粗さを有している。カメラ３１は、被撮像面２９ａの真上に配置され、被撮像面２９ａとの距離Ｌがカメラ３１の焦点距離になるように調整されている。つまり、カメラ３１は被撮像面２９ａに対して垂直な方向（図２の上方向）から被撮像面２９ａを撮像する。被撮像面２９ａはリードフレームを支持する支持面である。
　コレット２４は、コレット搬送手段によって保持されて被撮像面２９ａの直上に配置される。コレット２４がその直上に配置され、カメラ３１によって撮像される被撮像面２９ａの部分は、チップ２１を供給するアイランド部である。
　光源３２は、被撮像面２９ａ上のコレット２４に対して光を照射する。光源３２の光の照射方向は、コレット２４に対する斜め方向である。この斜め方向とは、コレット２４に対して直交する方向と異なる方向（図２の上方向で図２の紙面と平行な方向、とは異なる方向）であり、より詳細には、コレット２４の底面（チップ２１を吸着する面）に対して直交する方向と異なる方向である。また、この斜め方向は被撮像面２９ａに対して直交する方向と異なる方向でもある。また、この斜め方向はカメラ３１の撮像方向と異なる方向でもある。光源３２がコレット２４に上記の斜め方向から光を照射することで、被撮像面２９ａ上に、コレット２４の外形を影Ｋとして投影できる。なお、図２では、被撮像面２９ａのその他の部分と区別するために、便宜的に影Ｋを太線で示している。影Ｋのうちの範囲Ｋ１が、カメラ３１によって被撮像面２９ａを真上から撮像した時に、コレット２４によって隠れずに画像内に映し出される範囲である。
　図４に示すように、ダイボンダ１００は、コレット位置補正装置４０を有する。コレット位置補正装置４０は、コレット検出装置３０と、位置補正手段としてのコレット搬送手段４１を有する。
　コレット検出装置３０は画像認識手段３３を有する。画像認識手段３３が、カメラ３１が撮影した画像から、投影された影と背景である被撮像面２９ａとを判別する。つまり、画像認識手段３３が、画像内における影の位置を認識し、カメラ３１に対する影Ｋの位置を認識する。これにより、画像認識手段３３が、理想のコレットの影の位置に対する実際のコレットの影の位置ズレを認識する。
　コレット搬送手段４１は、コレット２４を被撮像面２９ａに対して、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動およびθ方向へ回転させることができる。画像認識手段３３が認識した位置ズレ方向に基づいて、コレット搬送手段４１がボンディング時のコレット２４の位置を補正する。以上のコレット位置の検出および補正動作を、例えば各ボンディング位置に対して行うこともできる。
　図５はカメラ３１が撮影した画像の一例を示している。
　図５に示すように、画像認識手段３３はコレット２４の影Ｋと被撮像面２９ａとの色を識別し、画像上の影Ｋの位置を認識する。そして、影Ｋと、予め設定された理想のコレットの影Ｋ’の位置との位置ズレを認識する。例えば図５では、影Ｋが理想の影Ｋ’に対してＸ１方向およびＹ１方向に位置ズレしていることを認識する。そして、コレット搬送手段４１（図４参照）が位置ズレ方向と反対方向へコレット２４を移動させ、ボンディング位置を変更する。以上のようにして、コレット２４の位置ズレを補正でき、ボンディング位置を高精度に補正できる。
　ところで、本実施形態と異なる構成として、例えばコレットホルダに設けたマークなどを用いてコレットの位置を検出あるいは補正する場合、マークとコレットの位置関係にズレが生じた場合に、それが検出誤差になるという問題がある。つまり、コレットが熱膨張する等して変形すると、コレットとマークとの位置関係が変化して位置検出および位置補正の誤差になってしまう。これに対して、上記本実施形態の構成によれば、コレット自身の形状が投影された影を用いてコレットの位置を検出できるため、上記のような誤差が生じず、高精度なコレットの位置検出および位置補正が可能である。さらに、コレットやコレットホルダに特別な加工を施す必要がないため、安価に容易な方法でコレットの位置検出および補正が可能である。
　また、コレットホルダにマークを設ける場合、精度良くマークを撮影しようとするとマークと撮像機構との焦点距離を合わせるためにプリズムなどの機構が必要になる。これに対して本実施形態では、被撮像面に投影された影を用いるため、つまり、位置検出の対象が背景と同じ面上にあるため、カメラの焦点距離を被撮像面に合わせるだけで位置検出の対象の焦点距離も同時に合わせることができる。従って、上記のようなプリズム機構を必要としない。このように本実施形態の構成では、撮像機構と光源のみによって位置検出および位置補正が可能であり、安価である。また、撮像機構と位置検出の対象との焦点距離を容易に合わせることができるため、コレットの位置検出および位置補正の精度が向上する。
　また本実施形態では、光源のコレットおよび被撮像面に対する位置を変化させることで、被撮像面に投影される影の大きさを変更できる。つまり、撮像対象の大きさを任意に変更できる。従って、実際のコレットよりも大きな影を被撮像面に投影することで、分解能が高くない撮像機構であっても、画像認識手段が認識可能な画像を撮像することが可能である。このように、本実施形態では、撮像機構の分解能を高めることなく、高精度にコレットの位置検出および位置補正が可能である。
　以上のコレット位置検出および位置補正は、例えばコレットを新規のコレットに交換した場合に実施することもできるし、定期的にコレットの位置ズレを検出し、その補正を行うものとしてもよい。
　また、図３に示すように、リードフレーム支持台２９に複数の撮像箇所が存在する（つまり、複数のリードフレーム２８が載置される）場合には、コレット２４をコレット搬送手段により、そして、カメラ３１を移動機構によりそれぞれ移動させ、各撮像箇所に配置および影を撮像させるようにしてもよい（例えば、図３の実線から点線のようにコレット２４やカメラ３１を移動させることができる）。この場合、コレット検出装置３０に、カメラ３１やコレット２４の直前の撮像箇所からの移動量を記憶させることで、画像認識手段３３が、次の撮像箇所において、カメラ３１によって撮像された画像上の影の位置を検出できる。また、この検出結果に基づいて、次の撮像箇所におけるコレット２４の位置を補正することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
　以上の実施形態では、コレット２４をボンディング位置Ｂにおいて位置合わせする場合を示したが、チップ２１をピックアップする前のコレット２４と、被撮像面としての中間ステージ２７の上面（コレット２４のピックアップ位置である）との位置合わせに上記のコレット位置補正装置を用いてもよい。これにより、コレット２４とコレット２４が保持するチップ２１との位置を高精度に位置合わせできる。さらにコレット位置補正装置により、コレット２２とピックアップ位置Ａ（被撮像面としてのウエハ２６の上面）との位置合わせ、あるいは、コレット２２と被撮像面としての中間ステージ２７の上面との位置合わせをしてもよい。これらにより、コレット２２とピックアップするチップ２１を高精度に位置合わせしたり、コレット２２が精度良く中間ステージ２７にチップ２１を載置したりすることができる。
　また、以上の実施形態では、コレットを被撮像面に沿う方向（Ｘ方向およびＹ方向）の位置ズレを検出し、その位置を補正する場合を示したが、Ｘ－Ｙ平面に沿う回転方向の位置ズレを検出および位置補正してもよい。回転方向の位置ズレを検出する方法としては、例えば、コレット２４の理想の位置に対するコレット２４の外形の一辺あるいは複数辺の傾きを認識することで検出できる。
　以上の実施形態では、コレット検出装置がコレットの被撮像面に対する位置を検出する場合を示したが、本発明はこれに限らずコレットの状態を検出するものであってもよい。例えば、被撮像面に投影されたコレットの影の辺の長さを測定することでコレットの大きさを検出し、正しい大きさのコレットがコレットホルダに装着されているかを判別することもできる。またコレットのコレットホルダに対する位置ズレから、コレットがコレットホルダに正しく装着されていないことを検出することもできる。この際、撮像機構が、光源による光の照射方向が異なる複数の画像を撮像し、それぞれの画像を上記コレットの大きさの検出に用いることもできる。これにより、被撮像面上に投影した影により、コレットの外形のより多くの辺（例えばコレットの全周）の長さを測定でき、コレットの大きさ検出の利便性が向上する。また、複数の方向から光を照射したそれぞれの画像をコレットの位置検出に用いて、位置検出の精度を向上させることもできる。なお、光源による光の照射方向を変更する場合には、光源を移動させてもよいし、被撮像面を有するリードフレーム支持台およびコレットを光源に対して移動させてもよい。
　　２１　　　チップ
　　２２　　　コレット
　　２３　　　コレットホルダ
　　２４　　　コレット
　　２５　　　コレットホルダ
　　２６　　　ウエハ
　　２７　　　中間ステージ
　　２８　　　リードフレーム
　　２９　　　リードフレーム支持台
　　２９ａ　　被撮像面
　　３０　　　コレット検出装置
　　３１　　　カメラ（撮像機構）
　　３２　　　光源
　　３３　　　画像認識手段
　　４０　　　コレット位置補正装置
　　４１　　　コレット搬送手段（位置補正手段）
　　１００　　ダイボンダ（ボンディング装置）
　　Ａ　　　　ピックアップ位置
　　Ｂ　　　　ボンディング位置
　　Ｋ　　　　コレットの影
　　Ｋ’　　　理想のコレットの影の位置

Claims (10)

  1. 　チップを吸着するコレットの位置または状態を検出するコレット検出装置であって、
    　被撮像面を撮像する撮像機構と、
    　前記コレットに対する斜め方向から前記コレットへ光を照射し、前記被撮像面に前記コレットの影を投影する光源と、
    　前記画像内の前記影を認識する画像認識手段と、を備え、
    　前記画像認識手段が認識した前記画像内の前記影により、前記コレットの位置または状態を検出することを特徴とするコレット検出装置。
  2. 　前記撮像機構および前記コレットは移動可能に設けられ、当該移動により、異なる複数の配置で前記コレットの位置を検出できる請求項１記載のコレット検出装置。
  3. 　請求項１または２記載のコレット検出装置と、
    　前記コレット検出装置の検出結果に基づいて、前記コレットの位置を補正する位置補正手段とを備えたコレット位置補正装置。
  4. 　前記コレットにより前記チップをピックアップしてボンディング位置まで搬送し、当該ボンディング位置にボンディングするボンディング装置であって、
    　請求項３記載のコレット位置補正装置と、
    　一または複数の前記コレットと、を備えたボンディング装置。
  5. 　前記チップをピックアップするピックアップ位置における前記コレットの位置を補正する請求項４記載のボンディング装置。
  6. 　前記ボンディング位置における前記コレットの位置を補正する請求項４または５記載のボンディング装置。
  7. 　ピックアップされた前記チップを載置する中間ステージをさらに有する請求項４から６いずれか１項に記載のボンディング装置であって、
    　前記中間ステージにおける前記コレットの位置を補正するボンディング装置。
  8. 　チップを吸着するコレットの位置または状態を検出するコレット検出方法であって、
    　光源が、被撮像面に対する斜め方向から前記コレットへ光を照射して前記コレットの影を前記被撮像面に投影した状態で、撮像機構が前記被撮像面上の前記画像を撮像し、
    　画像認識手段が前記画像内の前記影を認識することにより、前記コレットの位置または状態を検出することを特徴とするコレット検出方法。
  9. 　前記撮像機構は、前記光源が異なる複数の方向から前記コレットへ光を照射したそれぞれの状態の前記被撮像面を画像として撮像し、
    　前記画像認識手段が前記複数の画像内の前記影をそれぞれ認識することで、前記コレットの位置または状態を検出する請求項８記載のコレット検出方法。
  10. 　請求項８または９記載のコレット検出方法による検出結果に基づいて、前記コレットの位置を補正するコレット位置補正方法。
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