(57)【要約】【課題】  カメラの設置場所の制限を受けず、吸着されるダイの形状・姿勢を、その上方から、正確に認識することを可能とするボンディングヘッドとダイボンダを提供する。【解決手段】  ボンディングヘッドは、内部に真空が導かれるシャンクと、当該シャンクの先端に設けられ、先端部に開口を有するコレットと、当該シャンクの内部に先端部を挿入して気密に固定された光ファイバーと、当該光ファイバーの他端に設けられカメラ部とを備え、前記コレットの開口部からの入射光を当該光ファイバーにより伝播して結像し、前記カメラ部は、当該結像した像を撮像する。更に、当該ボンディングヘッドを、ダイボンダを構成するボンディングヘッド又はピックアップヘッドに適用する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に真空が導かれるシャンクと、
当該シャンクの先端に設けられ、先端部に開口を有するコレットと、
当該シャンクの内部に先端部を挿入して気密に固定された光ファイバーと、
当該光ファイバーの他端に設けられカメラ部と
を備えたボンディングヘッドであって、
前記コレットの開口部からの入射光を当該光ファイバーにより伝播して結像し、前記カメラ部は、当該結像した像を撮像することを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項２】
前記請求項１に記載したボンディングヘッドにおいて、前記光ファイバーは、その先端に結像光学系を備えていることを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項３】
前記請求項２に記載したボンディングヘッドにおいて、前記光ファイバーと共に、並列に、照明光を導くための光ファイバーを備えたことを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項４】
前記請求項３に記載したボンディングヘッドにおいて、前記カメラ部は、更に、前記照明光を導くための光ファイバーに照明光を供給するための光源を備えたことを特徴とするボンディングヘッド。
【請求項５】
一部にウェハを保持すると共に、当該ウェハからダイをピックアップするピックアップヘッドを含み、ピックアップしたダイを供給するダイ供給部と、
前記ピックアップヘッドにより前記ダイ供給部から供給されるダイを載置する中間ステージと、
前記ダイが搭載される基板を載置し、ボンディング位置に搬送する基板搬送パレットと、
前記中間ステージから前記ダイをピックアップし、前記基板搬送パレット上の基板、又は、既に当該基板上にボンディングされた前記ダイの上面に、当該ダイをボンディングするためのボンディングヘッドを備えたダイボンダにおいて、
前記ボンディングヘッドは、前記請求項１〜４の何れか一項に記載したボンディングヘッドにより構成されていることを特徴とするダイボンダ。
【請求項６】
一部にウェハを保持すると共に、当該ウェハからダイをピックアップするピックアップヘッドを含み、ピックアップしたダイを供給するダイ供給部と、
前記ピックアップヘッドにより前記ダイ供給部から供給されるダイを載置する中間ステージと、
前記ダイが搭載される基板を載置し、ボンディング位置に搬送する基板搬送パレットと、
前記中間ステージから前記ダイをピックアップし、前記基板搬送パレット上の基板、又は、既に当該基板上にボンディングされた前記ダイの上面に、当該ダイをボンディングするためのボンディングヘッドを備えたダイボンダにおいて、
前記ピックアップヘッドは、前記請求項１〜４の何れか一項に記載したボンディングヘッドにより構成されていることを特徴とするダイボンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップなどを基板上に搭載するダイボンダに関し、特に、かかるダイボンダのボンディングヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイ(半導体チップ)(以下、単に「ダイ」という)を配線基板やリードフレームなどの基板に搭載してパッケージを組み立てる工程の一部に、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）からダイを分割する工程と、分割したダイを基板上に搭載又は既にボンディングしたダイに積層するボンディング工程とがある。ダイを基板上に搭載又は積層するボンディング工程では、一般的に、真空によりその先端にダイを吸着するボンディングヘッドが使用される。
【０００３】
なお、以下の特許文献１によれば、ボンディングヘッドを構成するシャフトの一部に光ファイバーケーブルを設け、もって、光照射をボンディングヘッドのチップ吸着部材により行うボンディングヘッドが既に知られている。また、以下の特許文献２によれば、チップをその先端に吸着するコレットの一部に、発光素子からの光を導くための、光ファイバーケーブルを設け、当該光ファイバーを介して、コレットに設けられた吸着穴に確実に導くことにより、チップの小型化に伴う吸着穴の小型化にもかかわらず、当該吸着穴を介して確実に光を外部に投光することにより、チップのピックアップの誤判定を防止するチップ吸着構造も既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特許第３５２０７０２号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、基板上にダイを正確にボンディングするためには、分割したダイを基板等の上にボンディングする工程において、当該ダイを、例えば、中間の載置テーブル上において、ボンディングヘッドに対して所望の位置になるように吸着する必要がある。そのため、従来においては、一般に、ヘッドに吸着したダイを認識するためのカメラを設け、その撮像データに基づいて、ボンディングヘッドの先端に吸着されたダイの位置・姿勢を補正することが行われていた。そのため、装置の価格が上昇してしまうこととなる。
【０００６】
また、かかるカメラを設置する場合、設置する場所の制限などから、当該カメラを、ダイに対して斜め方向から認識する位置に配置された場合、特に、サイズの大きなダイではピントが合い難く、また、その形状・姿勢を正確に認識することが出来ない。なお、一般に、ダイの形状・姿勢を正確に認識するためには、当該ダイの下方にカメラを設置することが好ましい。しかしながら、現実のダイボンダにおいては、他の装置との配置関係等から、装置の下方にカメラを設置することが実際には困難である場合がある。又は、当該ダイの上方にカメラを設置することも考えられるが、その場合には、その先端にダイを吸着したボンディングヘッドを回転し、もって、ダイの形状がカメラで認識可能な状態にしなければならず、作業工程が増し、スループットが低減してしまうなどの問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上述した従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、カメラの設置場所による制限を受けることなく、かつ、ヘッドの先端に吸着したダイの形状・姿勢を、その上方から、正確に認識することを可能とするボンディングヘッドと、当該ヘッドを備えたダイボンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、まず、本発明によれば、内部に真空が導かれるシャンクと、当該シャンクの先端に設けられ、先端部に開口を有するコレットと、当該シャンクの内部に先端部を挿入して気密に固定された光ファイバーと、当該光ファイバーの他端に設けられカメラ部とを備えたボンディングヘッドであって、前記コレットの開口部からの入射光を当該光ファイバーにより伝播して結像し、前記カメラ部は、当該結像した像を撮像するボンディングヘッドが提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記に記載したボンディングヘッドにおいて、前記光ファイバーは、その先端に結像光学系を備えていることが好ましく、そして、前記光ファイバーと共に、並列に、照明光を導くための光ファイバーを備えたこと、更には、前記カメラ部は、更に、前記照明光を導くための光ファイバーに照明光を供給するための光源を備えていることが好ましい。
【００１０】
そして、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、一部にウェハを保持すると共に、当該ウェハからダイをピックアップするピックアップヘッドを含み、ピックアップしたダイを供給するダイ供給部と、前記ピックアップヘッドにより前記ダイ供給部から供給されるダイを載置する中間ステージと、前記ダイが搭載される基板を載置し、ボンディング位置に搬送する基板搬送パレットと、前記中間ステージから前記ダイをピックアップし、前記基板搬送パレット上の基板、又は、既に当該基板上にボンディングされた前記ダイの上面に、当該ダイをボンディングするためのボンディングヘッドを備えたダイボンダにおいて、前記ボンディングヘッド、又は、前記ピックアップヘッドは、前記に記載したボンディングヘッドにより構成されているダイボンダが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明によれば、カメラの設置場所による制限を受けることなく、かつ、ヘッドの先端に吸着されるダイの形状・姿勢を、その上方から、正確に認識することを可能とするボンディングヘッドと、当該ヘッドを備え、もって、優れたボンディング性能を備えると共により安価に製造可能なダイボンダが提供されるという優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態になるダイボンダの概略構成の一例を示す上面図である。
【図２】上記本発明のダイボンダの構成と共に、その動作を示す側面図である。
【図３】本発明の実施例１になるボンディングヘッドを含む斜視図である。
【図４】上記ボンディングヘッドの一部拡大断面図である。
【図５】上記ボンディングヘッドを構成する光ファイバーを含むカメラの構成を示す図である。
【図６】上記ボンディングヘッドにより得られるダイの画像の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２になるボンディングヘッドにおける光ファイバーを含むカメラ部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について、添付の図面を用いながら詳細に説明する。
【００１４】
まず、図１は、本発明の一実施の形態であるダイボンダの概略構成を示す上面図である。即ち、ダイボンダは、大別して、基板Ｐに実装するダイＤを供給するダイ供給部１と、ダイ供給部１からダイをピックアップするピックアップ部２と、ピックアップされたダイＤを、中間的に、一時載置するためのアライメント部３と、当該載置テーブル上に搭載されたダイＤをピックアップし、基板Ｐ上に、又は、既に基板上にボンディングされたダイの上に、重ねてボンディングするボンディング部４と、基板Ｐを実装位置に搬送する搬送部５と、搬送部５に基板Ｐを供給する基板供給部６と、実装が終わった基板６を受け取る基板搬出部７と、更には、上述した各部の動作を監視して制御する制御部８を備えている。
【００１５】
続いて、上記にその概略構成を説明したダイボンダの各部の詳細とその動作について、上記図１に加え、図２を参照しながら、詳細に説明する。なお、この図２は、図１において矢印Ａ方向から見た本実施形態の特徴を示す構成とその動作を説明する図である。
【００１６】
まず、ダイ供給部１は、ウェハ１１を保持するウェハ保持台１２と、ウェハ１１からダイＤを突き上げる突き上げユニット１３（点線で示す）とを有する。なお、このダイ供給部１は、図示しない駆動手段によってＸＹ方向に移動し、もって、ピックアップするダイＤを突き上げユニット１３の位置に移動させる。
【００１７】
ピックアップ部２は、突き上げユニット１３で突き上げられたダイＤを先端に吸着保持するコレットを有しており、更には、ピックアップしたダイＤを、アライメント部３に載置するためのピックアップヘッド２１と、そして、当該ピックアップヘッド２１をＹ方向（図１の矢印を参照）に移動させるためのピックアップヘッドのＹ駆動部２３とを有する。なお、ピックアップヘッド２１は、ここでは図示しないが、コレットの昇降、回転、Ｘ方向への移動を行うための駆動部を有する。
【００１８】
アライメント部３は、ダイＤをその上面に一時的に載置するための電子部品の載置テーブル（以下「中間ステージ」と言う）３１と、当該中間ステージ３１上のダイＤを認識するためのステージ認識カメラ３２とを有する。なお、この時、ステージ認識カメラ３２により、中間テーブル３１上のダイＤを確実に認識するためには、当該ダイＤが中間テーブルの上面において、湾曲（所謂、反り）又は傾斜しない状態で載置される必要がある。
【００１９】
ボンディング部４は、上述したピックアップヘッドと同じ構造を有している。即ち、中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、搬送されてきた基板Ｐ上にボンディングするためのボンディングヘッド４１と、ボンディングヘッド４１をＹ方向に移動させるＹ駆動部４３と、搬送されていた基板Ｐの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディングすべきダイＤのボンディング位置を認識する基板認識カメラ４４とを有する。このような構成により、ボンディングヘッド４１は、ステージ認識カメラ３２の撮像データに基づいてピックアップ位置・姿勢を補正し、中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、基板認識カメラ４４の撮像データに基づいて、基板Ｐ上にダイＤをボンディングする。
【００２０】
搬送部５は、一枚、又は、複数枚の基板Ｐ（図１では４枚）を載置した基板搬送パレット５１と、その上を当該基板搬送パレット５１が移動するパレットレール５２とを具備し、そして、並行して設けられた同一構造の、第１及び第２搬送部とを有する。基板搬送パレット５１は、当該基板搬送パレットに設けられた図示しないナットを、パレットレール５２に沿って設けられた、やはり図示しないボールネジで駆動することによって移動する。
【００２１】
このような構成のダイボンダによれば、基板搬送パレット５１は、基板供給部６において基板が載置され、パレットレール５２に沿ってボンディング位置まで移動し、ボンディングの終了後、基板搬出部７まで移動する。そして、ボンディングが完了した基板を基板搬出部７に渡す。第１、第２搬送部は、互いに独立して駆動され、その結果、一方の基板搬送パレット５１に載置された基板ＰにダイＤをボンディング中において、他方の基板搬送パレット５１は、基板Ｐを搬出し、基板供給部６に戻り、新たな基板を載置するなどの準備を行なう。
【実施例１】
【００２２】
続いて、上述した構成のダイボンダにおけるボンディングヘッド４１の詳細について、図３〜５を参照しながら説明する。なお、図３は、ボンディングヘッド４１を含む部位の斜視図であり、図４は、ボンディングヘッド４１の一部拡大断面図、そして、図５は、ボンディングヘッド４１を構成する光ファイバーを含むカメラの構成を示す図である。
【００２３】
図３にも示すように、ボンディングヘッド４１を構成するシャンク４１１の一部には、配管４１２やバルブ４１３を介して真空ポンプ部４１４が接続されており、当該真空ポンプ部による真空がシャンク４１１内に導かれる。また、このシャンク４１１の上端からその内部には、以下にも詳細に述べるカメラ部５０を構成する光ファイバー５０１の一端が挿入されている。なお、シャンク４１１の上端では、光ファイバー５０１は、シャンク４１１に対して気密になるように取り付けられている。また、光ファイバー５０１の他端は、例えば、その内部に、当該光ファイバーからの光により光学映像を結像するための光学系や、ＣＣＤ等の撮像素子を含むカメラ本体部５２が取り付けられている。また、この図においては、基板Ｐ上にボンディングされるダイＤが中間ステージ３１上に搭載され、そして、当該ダイＤの上方にボンディングヘッド４１が位置している状態が示されている。
【００２４】
そして、図４にも示すように、上記ボンディングヘッド４１を構成するシャンク４１１の先端には、例えば、ゴム等の弾性体により形成された、所謂、コレット４１５が取り付けられている。なお、このコレット４１５には、吸着孔４１６がその一部に形成されており、当該コレット４１５の先端が中間ステージ３１上に搭載されたダイＤの表面に接触することにより、吸着孔４１６を介して、真空により、当該ダイＤをその先端に吸着する。そして、図にも明らかなように、シャンク４１１の上端から挿入された光ファイバー５０１は、その先端部が上記コレット４１５の一部に形成された吸着孔４１６を介して、中間ステージ３１上に搭載されたダイＤを臨む位置になるように配置されている。
【００２５】
なお、上述した光ファイバー５０１の具体的な一例を添付の図５に示す。即ち、光ファイバー５０１の外周を構成するシース（外皮膜）５１１内部には、複数本の光ファイバーからなる光ファイバー束５１２が挿入されており、その先端部には、例えば、凸レンズ等の球面レンズ５１３が、結像光学系として、取り付けられている。かかる構成によれば、当該光ファイバー５０１の先端部から入射する光は、光ファイバー束５１２の先端部に結像し、その光が、当該光ファイバー束５１２を介して、その他の端面に伝播される。そして、当該光ファイバー束５１２の他の端面に伝播した光は、更に、上記カメラ本体部５２を構成する、例えば、凸レンズ等の球面レンズ（結像光学系）を介してＣＣＤ等の撮像素子の撮像面に結像し、もって、当該撮像素子により撮像することができる。即ち、上記コレット４１５の一部に形成された吸着孔４１６を介して、中間ステージ３１上に搭載されたダイＤを、その上方から撮像することができる。なお、この図の符号５１４は、球面レンズ５１３と光ファイバー束５１２の先端部との間の隙間に充填された透明な液状部材であり、これらレンズとファイバー束との間の光学的な結合を図るためには、屈折率がそれらとほぼ等しい部材を使用することが好ましい。
【００２６】
更に、添付の図６には、上述したボンディングヘッド４１を利用して、コレット４１５先端の吸着孔４１６を通して、光ファイバー５０１により撮像した場合の中間ステージ３１上のダイＤの画像の一例を示しており、図６（Ａ）は、ダイＤがコレット４１５に対して真下（正しい位置）に位置している状態を、図６（Ｂ）は、ダイＤがコレット４１５に対してわずかに外れた（即ち、縦横方向に僅かにずれ、かつ、多少回転した）位置に位置している状態をそれぞれ示している。このように、本発明になるボンディングヘッド４１を利用することによれば、中間ステージ３１上に搭載されたダイＤ全体を、当該ダイＤをピックアップするボンディングヘッド４１が位置する真上から撮像することが出来ることとなる。即ち、真上からの撮像画像により、従来における斜め方向からの撮像画像に比較して、容易に、コレット４１５に対するダイＤの位置（即ち、ダイＤの吸着位置）を、正確に検出することが可能となる。
【００２７】
なお、ダイＤのサイズが比較的大きな場合には、上記の図４からも明らかなように、コレット４１５を含めたボンディングヘッド４１全体を、ダイＤに対して上方に離れた位置（真上）に配置することにより、上記と同様に、ダイＤ全体を撮像することが出来る。即ち、カメラの設置場所による制限（即ち、ボンディングヘッド４１の位置を避けるため、斜め方向にカメラを配置すること）を受けることなく、ヘッドの先端に吸着するダイの形状・姿勢を、その上方から、正確に認識することを可能とするボンディングヘッドと、当該ヘッドを備えたダイボンダを提供することが可能となる。また、その場合、上記したステージ認識カメラ３２を省略することも可能となり、ダイボンダ装置の製造価格の低減にもつながる。
【実施例２】
【００２８】
続いて、添付の図７は、本発明の他の実施例（実施例２）になるボンディングヘッド４１、特に、その光ファイバーを含むカメラの特徴部分を示す図である。即ち、本実施例２では、上述した受光用の光ファイバーに加えて、更に、照明用の光ファイバーを並列に備えたものである。より詳細には、図にも示すように、上記のカメラ本体部５２には、例えば、発光ダイオードや白熱球などの発光源５２１が設けられており、そして、光ファイバー５０１を構成するシース（外皮膜）５１１内部には、上述した入射光の光学系であるレンズ５１３やその伝播路としての光ファイバー束５１２に加えて、当該発光源５２１からの光を、ボンディングヘッド４１によりピックアップするダイＤに照射する照明光を伝搬するための光ファイバー束５１５、そのための光学系を構成する球面レンズ（本例では、凹レンズ）５１６を含んで一体に構成されている。なお、この図中の符号５１６も、上述した液状部材５１４と同様、レンズ５１５と光ファイバー束５１５の先端部との間の隙間に充填された透明な液状部材であり、そして、これらレンズとファイバー束との間の光学的な結合を図るためには、屈折率がそれらとほぼ等しい部材を使用することが好ましい。
【００２９】
即ち、上述した実施例（実施例２）になるボンディングヘッド４１によれば、中間ステージ３１上に搭載されたダイＤを、その真上から撮像すると共に、更に、その真上から照明光を照射することが可能となることから、十分な照明光のない場合においても、上記実施例１と同様に、カメラの設置場所による制限を受けることなく、ヘッドの先端に吸着するダイの形状・姿勢を、その上方から、正確に認識することを可能とするボンディングヘッドと、当該ヘッドを備えたダイボンダを提供することが可能となる。
【００３０】
なお、以上においては、本発明を、ダイボンダのボンディングヘッドに適用した例について詳細に述べたが、本発明は、これに限定されることなく、例えば、ダイボンダを構成する他の要素であるピックアップヘッド２１に適用することも可能である。その場合においても、上記と同様にしてピックアップヘッド２１を構成すること、更には、上記と同様の効果が得られることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００３１】
以上においては、本発明の実施態様について説明したが、しかしながら、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【００３２】
１…ダイ供給部、１０、１０Ａ…ダイボンダ、１１…ウェハ、１２…ウェハ保持台、１３…突き上げユニット、１４…ウェハ保持ステージ、２…ピックアップ部、２１…ピックアップヘッド、３…アライメント部、３１…載置デーブル（中間ステージ）、４１１…シャンク、４１４…真空ポンプ部、４１５…コレット、５０…カメラ部、５０１…光ファイバー、５１１…シース（外皮膜）、５１２…光ファイバー束、５１３…レンズ、５２…カメラ本体部、５…搬送部、６…基板供給部、７…基板搬出部、８…制御部、Ｄ…ダイ、Ｐ…基板。
【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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