(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を厚さ方向に把持するグリッパと、該グリッパを半導体製造装置における処理装置間に移動させる搬送装置と、基板を把持した際の前記グリッパにおける上側の把持位置の高さを測定する距離センサと、該距離センサの測定値から得られる処理装置における基板表面高さに基づいて、処理装置におけるアクセス部材が基板厚さ方向へ接近すべきアクセス距離を算出する演算部と、該演算部の演算結果に基づいて前記処理装置におけるアクセス部材を基板に対し厚さ方向へ接近離反させる制御部とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記演算部が、基準厚さの基板を前記グリッパで把持した際の前記距離センサによる測定値と、処理対象となる基板を前記グリッパで把持した際の前記距離センサによる測定値とから差を算出し、その算出値に基づいて、前記処理装置におけるアクセス部材が基板へ接近すべき距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記処理装置が、基板に対して接着剤の供給を行なうディスペンス装置であり、基板に接近するアクセス部材が接着剤供給用のシリンジであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記処理装置が、基板に対して半導体チップをボンディングするためのボンディング装置であり、基板に接近するアクセス部材が半導体チップを保持するコレットであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に対して処理装置を接近離反させるための制御装置を備えた半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置は、リードフレーム等の基板に対して半導体チップを接着するための種々の処理装置を備えている。処理装置としては、例えば、基板に対して接着剤の供給を行なうディスペンス装置（例えば特許文献１）や、基板に対して半導体チップをボンディングするボンディング装置（例えば特許文献２）等がある。これらの装置においては、以下に述べる機能部分をアクセス部材として、基板に接近乃至接触させる。
【０００３】
ディスペンス装置においては、図１１に示すように、接着剤を収容したシリンジ１１１を基板Ｓに向けて下降させ、距離ｔ２まで接近させた位置でノズル１１２から接着剤Ａを吐出して基板Ｓ上に供給する。
【０００４】
ボンディング装置においては、図１２に示すように、コレット１１５に保持した半導体チップＴを基板Ｓに向けて下降させ、距離ｔ３まで接近させた位置に保持し、加熱に基づくバンプの溶融固化または接着剤の硬化を行なうというようにしてボンディング材Ｂを介して基板Ｓに接着する。これらの場合は、シリンジ１１１及びコレット１１５がアクセス部材として機能する。各処理装置においては、これらのアクセス部材を基板Ｓに対して正確な距離に接近させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、基板は加工精度誤差等により厚さが基板毎に異なり、特に多層のものはそのバラツキが大きく、例えば８０μｍという大きな差が生じることもある。
【０００６】
したがって、上記処理装置における処理の前に基板の厚さを測定し、その結果に基づいてディスペンス装置やボンディング装置等のアクセス部材が基板に接近する距離を決める必要がある。その測定は、図１０に示すように、基板面の損傷を避けるために超音波やレーザ等を用いた非接触の測長センサ１１０で行なわれることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−８２８７６号公報
【特許文献２】特開２００８−１２４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記測定に関して、次のような問題があった。すなわち、基板は処理装置へ搬送される途中で測定のために停止させねばならず、それに要する時間が生産性を低下させる。或いは、基板の反りの影響をなくすために、ディスペンスやボンディング等の処理位置で基板を吸着またはクランプして平面化した状態で測定する場合もあり、その測定に要する時間が生産性を低下させる。また、この平面化によっても、部分的な反りは解消できず、その部分で測定が行なわれると誤差を生じることとなる。一方、非接触での測定のための超音波やレーザを用いた装置は高価である。しかも、非接触で測定を行なうと装置の振動が測定誤差を生じる場合がある。
【０００９】
本発明は、従来技術のこれらの問題を解決し、基板の表面高さ測定を、生産性を低下させず低コストで精度よく行なうことにより適正な処理を実行することができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するため、基板を厚さ方向に把持するグリッパと、該グリッパを半導体製造装置における処理装置間に移動させる搬送装置と、基板を把持した際の前記グリッパにおける上側の把持位置の高さ測定を測定する距離センサと、該距離センサの測定値から得られる処理装置における基板表面高さに基づいて、処理装置におけるアクセス部材が基板厚さ方向へ接近すべきアクセス距離を算出する演算部と、該演算部の演算結果に基づいて前記処理装置におけるアクセス部材を基板に対し厚さ方向へ接近離反させる制御部とを備えたことを特徴とする半導体製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る半導体製造装置は、基板を厚さ方向に把持するグリッパと、該グリッパを半導体製造装置における処理装置間に移動させる搬送装置と、基板を把持した際の前記グリッパにおける上側の把持位置の高さを測定する距離センサとを備えているので、グリッパによる搬送を行ないながら、後の制御に必要な前記高さの測定を行なうことができる。
【００１２】
さらに、距離センサの測定値から得られる処理装置における基板表面高さに基づいて、処理装置におけるアクセス部材が基板厚さ方向へ接近すべき距離を算出する演算部と、該演算部の演算結果に基づいて前記処理装置におけるアクセス部材を基板に対し厚さ方向へ接近離反させる制御部とを備えている。したがって、基板毎に異なる測定値に基づいて演算部がアクセス距離を算出し、このアクセス距離に基づいて、アクセス部材を基板に接近離反させることにより、基板厚さに応じた正確なアクセスとこれに基づく適正な処理が可能となる。
【００１３】
したがって、基板の厚さまたは高さの測定のために搬送を停止させたり、処理位置で平面化した上で測定したりする必要がなく、測定のための余分な時間が掛からないので、生産性を低下させない。また、グリッパにより基板を厚さ方向に把持して測定を行なうので、精度が高く、構造が簡単で低コストである。しかも、部分的な反りがあっても測定値には影響せず基板を平面化させなくても測定が可能であるという利点、装置の振動があっても測定誤差が生じ難いという利点が得られる。
【００１４】
これらに基づき本発明によれば、基板の表面高さ測定を、生産性を低下させず低コストで精度よく行なうことにより適正な処理を実行することができる半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る半導体製造装置の要部の正面図である。
【図２】図１に示した半導体製造装置の平面図である。
【図３】図１に示した半導体製造装置についてグリッパ付近を通る面で示す側面図である。
【図４】図１に示した半導体製造装置についてグリッパ付近を通る他の面で示す側面図である。
【図５】図１に示した半導体製造装置について図２よりも低い面で示す平面図である。
【図６】図１に示した半導体製造装置に用いられているカムブロックを示す図である。
【図７】図１に示した半導体製造装置におけるクランパユニットを示す側面図である。
【図８】半導体製造装置が基板を把持した状態を図３と同じ面で示す側面図である。
【図９】図１に示した半導体製造装置における基板厚さ測定の原理に関する説明図である。
【図１０】従来の半導体製造装置における基板厚さの測定装置部分を中心に示す断面図である。
【図１１】半導体製造装置における接着剤のディスペンス装置の一例を示す断面図である。
【図１２】半導体製造装置におけるボンディング装置の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図面中の同一又は同種の部分については、同じ番号を付して説明を一部省略する。
【００１７】
図は本発明に係る半導体製造装置を示すもので、図１は正面図、図２は平面図、図３はグリッパ付近を通る面で示す側面図、図４はグリッパ付近を通る他の面で示す側面図、図５は図２よりも低い面で示す平面図である。
【００１８】
図示されているのは、半導体製造装置におけるリードフレームの搬送機構の部分であり、搬送経路中に処理装置が配置されている。図では、これらの処理装置は、その設置箇所を銀ペースト供給ポジションP、ペレットマウントポジションQとして記号で示している。
【００１９】
この半導体製造装置は、リードフレームを複数の処理装置に搬送する方向（ワーク搬送方向）に延びたレール１１ａ，１１ｂと、ワーク搬送方向に移動可能なグリッパ２０と、該グリッパの開閉機構６０と、該グリッパをワーク搬送方向に移動させるための搬送装置１０とを備えている。レール１１ａとレール１１ｂとは、リードフレーム１２の幅に近い間隔をおいて配置されており、搬送装置１０は一方のレール１１ｂに隣設して設けられている。リードフレーム１２は一側部をレール１１ａ上に載せ、他側部を搬送装置１０に把持されて処理装置へ搬送される。図示の搬送装置１０の範囲においては、上把持部３６及び下把持部３７を備えたグリッパ２０が３箇所に設けられ、各々スライドベース２１（図６）に取り付けられている。
【００２０】
搬送装置１０は、固定ベース１３に支持されたリニアウェイ４２（図３，図４）に対し、ワーク搬送方向へ移動可能に装着されたスライドベース２１をステッピングモータ４９で駆動するようにしたものである。図１及び図６に示すように、固定ベース１３に回転自在に軸支されたプーリ４４，４５にはタイミングベルト４７が巻回されており、プーリ４５の軸は、ステッピングモータ４９の軸に巻回されたタイミングベルト４８を介して駆動される。スライドベース２１には、移動方向に垂直に張出部４３が突設されており、その先端部はタイミングベルト４７に固定されている。
【００２１】
グリッパ２０の開閉機構６０は、固定ベース１３に取り付けられた駆動シリンダ１４、リンク機構１５を備えている。リンク機構１５は、搬送方向に延びる長尺のリンクレバー１６を備え、該リンクレバー１６は、固定ベース１３上で支点ａ（図１）回りに回動するリンクアーム１７の先端に連結されて、その一端は、駆動シリンダ１４のシリンダヘッド１８に、ベアリング１９を介して連結されている。
【００２２】
開閉機構６０はさらに、スライドベース２１固着されたユニットベース２２及びこれに装着された以下の機構を備えている。ユニットベース２２には、Ｌ字状のアーム２３が支点ｂで軸支され、その一端部に取り付けられたローラ２４が、リンクレバー１６の長孔２５に嵌入されている。ユニットベース２２にはまた、リニアウェイ２７を介してカムブロック２８が水平移動可能に装着されており、Ｌ字状アーム２３の他端部に取り付けられたローラ２６は、カムブロック２８の長孔２９（図６）に嵌入されている。
【００２３】
カムブロック２８の先端部には、グリッパを開閉動作させるためのカム３１が取り付けられている。ユニットベース２２には、リニアウェイ３４，３５を介して上下グリッパブロック３２，３３がそれぞれ独立して上下動可能に装着されている。上下グリッパブロック３２，３３の下端部には、リードフレーム１２を上下から把持する上把持部３６及び下把持部３７が取り付けられている。また、上下グリッパブロック３２，３３の上端部にはカム３１に追従するカムフォロア３８，３９がそれぞれ軸支され、上下グリッパブロック３２，３３とユニットベース２２との間にそれぞれ張設されたバネ４０，４１の弾性力により上記カムフォロア３８，３９がカム３１のカム面３０に当接している。
【００２４】
また、この半導体製造装置にはさらに、銀ペースト供給ポジションＰ及びペレットマウントポジションＱ（図２）に、リードフレーム１２を位置決めするためのクランパユニット５０が配設されている。このクランパユニット５０は、図７に示すように固定ベース１３に立設されたユニットベース５１にリニアウェイ５２を介してクランパブロック５３を上下方向移動可能に装着し、そのクランパブロック５３の下端部にクランパ５４を一体的に取り付けたものである。クランパブロック５３の上端部にはローラ５５が回転自在に軸支され、クランパブロック５３とユニットベース５１との間に張設されたバネ５６の弾性力によりクランパブロック５３は下方に付勢され、ローラ５５をリンク機構１５のリンクレバー１６に常時当接させている。
【００２５】
クランパユニット５０は、グリッパ２０と同様、リンク機構１５を介して作動し、すなわち、リンクレバー１６の下降によりクランパ５４が下降してバネ５６の弾性力によりリードフレーム１２を押圧して位置決めする。逆に、リンクレバー１６の上昇によりクランパ５４がバネ５６の力に抗して上昇してリードフレーム１２から離れる。クランパ５４は、搬送レール１１ｂ上に位置するリードフレーム１２の一部を押圧する。
【００２６】
クランパユニット５０によるリードフレーム１２のクランプ動作は、各処理ポジションＰ，Ｑでグリッパ２０がリードフレーム１２を開放した直後に行なわれ、クランプの開放直後にグリッパ２０による把持動作が行なわれるというように、同期して行なわれる。
【００２７】
この半導体製造装置においては、基板の表面高さを測定することによって処理装置のアクセス部材の接近距離を制御するための機構が設けられている。すなわち図３，図４に示すように、ユニットベース２２から延び上グリッパブロック３２の上方に達するアーム７２の先端部に、距離センサ７１が取り付けられている。この距離センサ７１は、該距離センサに対向する上グリッパブロック３２の面を測定面とし、測定面までの距離を測定する。後の制御は、この測定値から得られる基板の表面高さに基づいて実行される。距離センサ７１としては、超音波やレーザ等を用いた非接触の距離センサ、基準高さから移動して測定面に到達するまでの距離を測定する接触式センサ等を用いることができる。距離センサ７１による測定は、グリッパ２０によって基板を搬送しながら行なうことができるので、測定のために基板を静止状態とする必要がない。
【００２８】
この半導体製造装置にはさらに、固定ベース１３に装着された演算部７５（図１）が備えられており、該演算部７５は、距離センサ７１の測定値から得られる処理装置における基板表面高さに基づいて、処理装置におけるアクセス部材が基板厚さ方向へ接近すべきアクセス距離を算出する。そして、銀ペースト供給ポジションP及びペレットマウントポジションQの処理装置に設けられた各制御部ｐｓ、ｑｓは、演算部７５の演算結果に基づいて処理装置におけるアクセス部材（シリンジ、コレット）が基板へ接近する距離を制御する。
【００２９】
制御部ｐｓ、ｑｓによる制御は、例えば、基準厚さの基板をグリッパ２０で把持した際の距離センサ７１による測定値と、処理対象となる基板をグリッパ２０で把持した際の距離センサ７１による測定値とから差を算出し、その算出値に基づいて、各処理装置におけるアクセス部材が基板厚さ方向へ接近すべき距離を算出するものとすることができる。この差は、距離センサ７１の測定値そのものの差、測定値から得られる基板表面高さの差、或いはこれらの値から導かれる関数値の差とすることができる。
【００３０】
上記構成からなる半導体製造装置は、次のように作動する。先ず、グリッパ２０によるリードフレーム１２の把持について説明する。シリンダ１４のシリンダヘッド１８を進退動させることにより、シリンダヘッド１８に連結されたリンク機構１５のリンクレバー１６は、リンクアーム１７の支点ａ回りの回動に基づき上下動する。このリンクレバー１６の上下動によりグリッパ２０が作動する。すなわち、リンクレバー１６の長孔２５に嵌入したローラ２４を介してＬ字状のアーム２３は支点ｂ回りに回動し、この回動によってローラ２６が前後動する。ローラ２６はカムブロック２８の長孔２９に嵌入しているので、カムブロック２８は、ユニットベース２２に対してリニアウェイ２７に沿って前後動する。カムブロック２８の前後動により上下把持部３６，３７が以下に述べる動作をする。
【００３１】
カム３１の前後動により、カム面３０に当接するカムフォロア３８，３９を介して上下グリッパブロック３２，３３の上下把持部３６，３７が上下動し、グリッパ２０は次のように開閉動作を行なう。グリッパ２０は、図１及び図８に示す状態において、上下把持部３６，３７でリードフレーム１２を把持している。この時、上把持部３６のカムフォロア３８はカム面３０の最下端位置にあり、上把持部３６はバネ４０の弾性力によりリードフレーム１２を上方から押圧する。但し、上把持部３６の押圧力をリードフレーム１２に付与するため、カムフォロア３８はカム面３０よりも若干浮上した状態にある。一方、下把持部３７のカムフォロア３９はカム面３０の最上端位置にあり、下把持部３７はカム３１の強制力によりバネ４１の力に抗してリードフレーム１２に下方から当接する。
【００３２】
この状態からカム３１が図１の左方へ移動すると、カムフォロア３８がカム面３０に沿って上昇することにより、上把持部３６はバネ４０の力に抗して上昇しリードフレーム１２を開放する。一方、下把持部３７は、カムフォロア３９がカム面３０に沿って下降することにより、バネ４１の弾性力により下降してリードフレーム１２を開放する。なお、上下把持部３６，３７の閉動作は、カム３１の逆方向への移動にしたがって各構成部材の逆動作によって行われる。
【００３３】
上下把持部３６，３７の上下動の際に、距離センサ７１は、各距離センサに対向する上下グリッパブロック３２，３３の測定面までの距離を測定することにより、上下把持部３６，３７の把持面間距離を測定し、これにより基板厚さの測定値を得る。距離センサ７１による測定に基づいて基板の厚さを測定する原理を図９と共に説明する。
【００３４】
図９(a) は、上下把持部３６，３７の先端面が相互に接した状態を示している。この状態に関し、図中の記号は次の距離を示している。
a0：上把持部３６の把持面〜上グリッパブロック３２の測定面
a1：距離センサ７１〜上グリッパブロック３２の測定面
【００３５】
図９(b) は上下把持部３６，３７が基板を把持した状態を示している。この状態に関し、図中の記号は次の距離を示している。
a2：距離センサ７１〜上グリッパブロック３２の測定面
da：上把持部３６の上昇距離
db：下把持部３７の下降距離
【００３６】
なお、下把持部３７は、ユニットベース２２の一部に係合して下降位置が決められるので、その下降距離dbは基板厚さに拘わらず一定である。
【００３７】
上記各距離の間には、次の関係がある。
da = (a1 + a0) - (a2 + a0) = a1 - a2
db = C0 （一定値）
【００３８】
上式から基板厚さtは、次の通り求められる。
t = da + db = (a1 - a2) + C0
ここで、上式中、a1も一定値であるので、 a2のみが変化する。したがって、定数（a1 + C0) をCと置くと、上式は、
t = C - a2
となる。すなわち、基板の厚さが変化しても上把持部３６の移動量のみを検知すれば、基板厚さを知ることができ、グリッパ２０による把持状態での基板表面高さを知ることができる。これに基づいて、各処理装置においてアクセス部材が基板表面に接近乃至接触する際に必要なアクセス距離を算出し、アクセス部材の移動量を制御することができる。
【００３９】
なお、詳細には、クランパユニット５０によるクランプ時にはレール１１ｂによって基板下面が支持されるので、下把持部３７による基板下面の支持高さよりも僅かに低い位置で基板が支持される。しかしながら、その差は一定の既知の値であるので、これを考慮して基板表面高さ及びアクセス距離を算出し、アクセス部材の移動を制御すればよい。また、このようにして、距離センサ７１による１回の測定で得られた値に基づいて、複数の処理装置でのアクセス部材の移動制御を行なうことができる。
【００４０】
次に、処理装置間のフィード動作について説明する。グリッパ２０によるフィード動作は、上下把持部３６，３７が閉じてリードフレーム１２を把持した状態で行なわれる。すなわち、ステッピングモータ４９の作動により、プーリ４４，４５，４６及びタイミングベルト４７を介してスライドベース２１がリニアウェイ４２に沿って移動する。このスライドベース２１の移動に伴われてグリッパ２０の上下把持部３６，３７が移動し、リードフレーム１２が定ピッチだけ移送される。この時、Ｌ字状のアーム２３のローラ２４はリンクレバー１６の長孔２５内を移動する。その後、上下把持部３６，３７は、開動作され、フィード動作とは逆向きの移動により初期位置に復帰する。この一連の動作を繰り返すことによりリードフレーム１２が定ピッチずつ移送される。
【００４１】
リードフレーム１２の移送経路において、銀ペースト供給ポジションＰ及びペレットマウントポジションＱでは、リードフレーム１２を位置決めするため、クランパユニット５０が動作する。銀ペースト供給ポジションＰ及びペレットマウントポジションＱでは、クランパ５４による位置決め状態でリードフレーム１２上に銀ペーストが供給され、その後、半導体ペレットが搭載される。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、グリッパは、下把持部が高さを一定とし、上把持部のみが上下動することにより、基板を把持する構造とすることもできる。この場合は、搬送装置に隣設するレール面を下側の把持面としてもよい。グリッパ及び搬送装置の駆動機構には、上記実施形態のもの以外のリンク機構、シリンダ装置、歯車機構等の種々の機構を用いることができる。また、本発明は、半導体製造装置におけるディスペンス装置、ボンディング装置の他、基板に対してアクセス部材を接近または接触させる種々の処理装置に対して適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
Ｐ：      銀ペースト供給ポジション
Ｑ：      ペレットマウントポジション
Ｓ：      基板
ｐｓ，ｑｓ：  制御部
１０：    搬送装置
１１ａ，１１ｂ：  レール
１２：    リードフレーム
２０：    グリッパ
３６：    上把持部
３７：    下把持部
５０：    クランパユニット
７１：    距離センサ
７５：    演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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