(57)【要約】【課題】ボイドの発生を抑えて、チップを相手側（リードフレーム等）に精度よく接合できて、品質にばらつきが生じないダイボンダおよびボンディング方法を提供する。【解決手段】応答時間検出手段１５にて、吸着コレット３によるチップ吸着力を電気的にオフする指令時から、このチップ吸着力が実際に零となるまでの応答時間を検出することができる。第１算出手段１６にて、コレット３の動作条件からボンディング開始高さに到達するまでの時間を算出することができる。第２算出手段１７にて、応答時間検出手段１５にて検出した応答時間とから、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となる吸着コレット３の電気的なオフタイミングを算出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップを吸着している吸着コレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションで基材にチップをボンディングするダイボンダにおいて、
吸着コレットによるチップ吸着力を電気的にオフする指令時から、このチップ吸着力が実際に零となるまでの応答時間を検出する応答時間検出手段と、
コレットの動作条件からボンディング開始高さに到達するまでの時間を算出する第１算出手段と、
前記第１算出手段にて算出した到達するまでの時間と、前記応答時間検出手段にて検出した応答時間とから、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となる吸着コレットの電気的なオフタイミングを算出する第２算出手段とを備えたことを特徴とするダイボンダ。
【請求項２】
吸着コレットの電気的なオンオフの切換えを電磁弁にて行うことを特徴とする請求項１のダイボンダ。
【請求項３】
前記応答時間検出手段は、チップ吸着力を検出する圧力検出器を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２のダイボンダ。
【請求項４】
前記コレットの動作条件は、サーチ距離およびコレット速度を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかのダイボンダ。
【請求項５】
チップを吸着している吸着コレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションで基材にチップをボンディングするボンディング方法において、
吸着コレットによるチップ吸着力を電気的にオフする指令時から、このチップ吸着力が実際に零となるまでの応答時間を検出する検出工程と、
吸着コレットの動作条件からボンディング開始高さに到達するまでの時間を算出する第１算出工程と、
前記第１算出工程にて算出した到達する時間と、前記検出工程にて検出した応答時間とから、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となる吸着コレットの電気的なオフタイミングを算出する第２算出工程とを備え、
前記第２算出工程にて算出されたオフタイミングで吸着コレットのチップ吸着力を電気的にオフすることを特徴とするボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイボンダおよびボンディング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイボンダ(例えば、特許文献１および特許文献２)は、ピックアップポジションでチップ（半導体チップ）をコレットにてピックアップし、ボンディングポジションで加熱された基材にチップをボンディングするものである。
【０００３】
半導体チップは、一般に、シリコンウェーハなどに多数個の半導体素子を形成した後、この多数個の半導体素子を形成したウェーハを粘着シートに貼着して、半導体素子間をダイシングによって切断分離して、多数個の半導体チップを製造した後、粘着シートを放射方向に伸展させて半導体チップ間の間隔を広げた状態で、粘着シートの周縁部分を金属リングに固定して、粘着シートから半導体チップを吸着ノズルで吸着することによってピックアップして、リードフレームなどの基材位置に移送して基材にボンディングしている。
【０００４】
このように、コレットの真空吸着力を利用してチップをボンディング開始高さに移載する方式である。この方式では、チップをボンディングする時に吸着をオフにする。このようにオフにしなければ、チップはコレットの吸着によって変形している場合があり、この変形したままボンディングすれば、チップと、リードフレームなどの基材の搭載面との間に空気が入ってボイド（微小な空洞）が生じ、安定した状態でチップを接合させることができない。また、ボンディング（搭載）が終了すれば、チップをピックアップポジションに戻すことになる。このため、このチップをピックアップポジションに持ち帰らないように、コレットの吸着孔を正圧状態とする。
【０００５】
ところで、吸着状態をオフするタイミングは、パラメータ化されており、ボンディング高さ（ボンディング開始高さ）からの距離を基準とすることになる。この距離は、吸着を電気的にオフとしてから、実際の真空圧が零になるまでの応答遅れ分を考慮して設定される。
【０００６】
図６を使用して、従来のボンディング工程を説明する。チップ３１を吸着したコレット３２を図６のグラフａのａ１のように、比較的高速でサーチレベル（予め設定したある高さ位置）まで下降させる。このサーチレベルからは、タッチレベル（チップ３１がボンディングポジションでの搭載面に接触する高さ）まではａ２のように速度を落として下降させる。その後は、所定量ｔだけチップ３１を基材２側へ押し込んで、この状態を所定時間だけ維持し、その後、コレット３２を上昇させて、押し込みを解除するとともに、ａ６、ａ７のようにボンディングポジションから離すようにする。なお、タッチレベルに達したときからａ３、ａ４、ａ５を経てａ６へ移るまでの時間がボンディング時間である。また、ボンディング時間を設定するパラメータはａ４である。
【０００７】
図６のグラフｂはコレット２の上下動のＯＮ・ＯＦＦを示し、ａ３とａ４との交点までのＯＮはコレット３２の下降を示し、ａ３とａ４との交点からａ４とａ５との交点までのＯＦＦがコレット２の停止を示し、ａ４とａ５との交点からのＯＮはコレット３２の上昇を示している。グラフｃは吸着コレットの電気的ＯＮ・ＯＦＦを示し、サーチ時間（サーチレベルからタッチレベルであってボンディング開始高さに達する時間）を示している。この場合、グラフｃでわかるように、サーチレベルに達してしばらくして、吸着を電気的にオフとしている。つまり、吸着コレットの切換手段としての電磁弁を作業者（オペレータ）が手動にてオフ時間を設定する。このオフとする時点は、前記したように、吸着を電気的にオフとしてから、実際の真空圧が零になるまでの応答遅れ分を考慮して、サーチ時間と、サーチ間の速度に基づいて、ボンディング開始高さからのコレット３２の吸着オフ開始高さを設定する。なお、図６のグラフｃのハッチングが残圧が残っていることを示している。
【特許文献１】特開２００３−１７４０４２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８８７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ボンディング開始高さからのヘッド高さを吸着オフタイミングのパラメータとしているので、下降速度の変更を行うと、吸着力が零となるコレットの位置が、ボンディング開始高さよりずれるおそれがある。これは、チップ吸着をオフするタイミングから、吸着力が零になるまでの時間がほぼ一定であるのに対して、下降速度は種々のパラメータが採用され、ボンディング開始高さに到着するコレットに変動が生じるからである。ボンディング開始高さよりも上方で、吸着力が零になれば、コレットの下降中にチップを落下させることになる。また、ボンディング開始高さをすぎて、吸着力が零となる状態が狂えば、吸着によってチップが変形していたりして、接合不良を起したり品質が不安定となったりする。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて、ボイドの発生を抑えて、チップを相手側（リードフレーム等）に精度よく接合できて、品質にばらつきが生じないダイボンダおよびボンディング方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のダイボンダは、チップを吸着している吸着コレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションで基材にボンディングするダイボンダにおいて、吸着コレットによるチップ吸着力を電気的にオフする指令時から、このチップ吸着力が実際に零となるまでの応答時間を検出する応答時間検出手段と、コレットの動作条件からボンディング開始高さに到達するまでの時間を算出する第１算出手段と、前記第１算出手段にて算出した到達するまでの時間と、前記応答時間検出手段にて検出した応答時間とから、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となる吸着コレットの電気的なオフタイミングを算出する第２算出手段とを備えたものである。
【００１１】
本発明のダイボンダによれば、応答時間検出手段にて、吸着コレットによるチップ吸着力を電気的にオフする指令時から、このチップ吸着力が実際に零となるまでの応答時間を検出することができる。第１算出手段にて、コレットの動作条件からボンディング開始高さに到達するまでの時間を算出することができる。第２算出手段にて、応答時間検出手段にて検出した応答時間とから、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となる吸着コレットの電気的なオフタイミングを算出することができる。
【００１２】
吸着コレットの電気的なオンオフの切換えを電磁弁にて行うことができる。応答時間検出手段は、チップ吸着力を検出する圧力検出器を備える。コレットの動作条件は、サーチ距離およびコレット速度を含む。
【００１３】
本発明のボンディング方法は、チップを吸着している吸着コレットをボンディングポジションまで搬送し、このボンディングポジションで基材にボンディングするボンディング方法において、吸着コレットによるチップ吸着力を電気的にオフする指令時から、このチップ吸着力が実際に零となるまでの応答時間を検出する検出工程と、吸着コレットの動作条件からボンディング開始高さに到達するまでの時間を算出する第１算出工程と、前記第１算出工程にて算出した到達する時間と、前記検出工程にて検出した応答時間とから、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となる吸着コレットの電気的なオフタイミングを算出する第２算出工程とを備え、前記第２算出工程にて算出されたオフタイミングで吸着コレットのチップ吸着力を電気的にオフするものである。
【００１４】
本発明のボンディング方法によれば、第２算出工程にて算出されたオフタイミングで吸着コレットのチップ吸着力を電気的にオフすることによって、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となるようにできる。これによって、ボンディング開始高さに到達した時にチップは吸着コレットに吸着されていない状態となっている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、チップがボンディング開始高さに到達した時に吸着コレットに吸着されていない状態となるので、吸着によるチップの変形がなって、ボイド発生を防止できる。このため、安定した接合力にてリードフレーム等の基材に接合できる。また、吸着コレットの下降速度を変更しても、オフタイミングが自動的に変更されて、誤操作等による不良品の発生を防止でき、連続してボンディングされた製品にバラツキが生じない。ところで、従来のように、距離を基準とするものでは、製品の種類等によって吸着コレットの速度が変更されれば、吸着ヘッドのボンディング開始高さに到達する時間に変動があり、それに追従して、吸着オフタイミングを変更する必要があり、新たに吸着オフタイミングを設定しなおす必要がある。これに対して、本発明では、チップが所定条件を満たすボンディングをするために変更されるパラメータに関係なく、ボイドを抑制する条件を一定に保つことができ、製品条件を出すための時間を短縮することができる。
【００１６】
吸着コレットの電気的なオンオフの切換えを電磁弁にて行うことができるので、安定して正確に吸着コレットを電気的にオフすることができ、オフした時から吸着力が零になるまでの時間が安定する。応答時間検出手段がチップ吸着力を検出する圧力検出器を備えている場合、吸着力が零になるときの検出が安定する。コレットの動作条件が、サーチ距離およびコレット速度を含むので、吸着オフタイミングを高精度で算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態を図１から図５に基づいて説明する。本発明に係るダイボンダは、図２に示すように、ウェーハから切り出されるチップ１（ピックアップポジションＰ）にてピップアップして、リードフレームなどの基材２のボンディングポジションＱに移送（搭載）するものである。ウェーハは、金属製のリング（ウェーハリング）に張設されたウェーハシート上に粘着されており、ダイシング工程によって、多数のチップ１に分断（分割）される。
【００１８】
このダイボンダは、コレット（吸着コレット）３を備える。このコレット３は、移動機構１０（図３参照）にて、ピックアップポジションＰ上での矢印Ａ方向の上昇および矢印Ｂ方向の下降と、ボンディングポジションＱ上での矢印Ｃ方向の上昇および矢印Ｄ方向の下降と、ピックアップポジションＰとボンディングポジションＱとの間の矢印Ｅ、Ｆ方向の往復動とが可能とされる。移動機構１０は、例えばマイクロコンピュータ等にて構成される制御手段１１にて前記矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの移動が制御される。なお、移動機構１０としては、シリンダ機構、ボールねじ機構、モーターリニア機構等の種々の機構にて構成することができる。
【００１９】
吸着コレット３はその下面に開口する吸着孔を有するヘッド（吸着のノズル）４を有し、吸着孔を介してチップ１が真空吸引され、このヘッド４の下端面（先端面）にチップ１が吸着する。この真空吸引（真空引き）が解除されれば、ヘッド４からチップ１が外れる。
【００２０】
また、多数のチップ１に分断（分割）されたウェーハは、例えばＸＹθテーブル５上に配置され、このＸＹθテーブル５には突き上げピンを備えた突き上げ手段が配置される。すなわち、突き上げ手段によって、ピックアップしようとするチップ１を下方から突き上げ、粘着シートから剥離しやすくする。この状態で、下降してきた吸着コレット３にこのチップ１が吸着する。
【００２１】
このダイボンダにおけるチップ１の吸着のＯＮ・ＯＦＦ切換えは、電磁弁等の切換器にて行う。ここで、電磁弁とは、電磁石（ソレノイド）の磁力を用いてプランジャと呼ばれる鉄片を動かすことで弁を開閉する仕組みを持つものである。電動機（モーター）で駆動する電動弁にくらべ、電磁弁は応答速度が速く、全開か全閉のいずれかの状態（ＯＮかＯＦＦの状態）しか保持できない。
【００２２】
すなわち、電磁弁をＯＮ状態（電気的にオンする指令を出した状態）とすることによって、図示省略の真空発生装置が駆動して、吸着コレット３の吸着孔が真空引きされてチップ１を吸着することができ、電磁弁をＯＦＦ状態（電気的にオフする指令を出した状態）とすることによって、真空発生装置による真空吸引（真空引き）が解除され、チップ１の吸着が解除される。ところが、電磁弁をＯＦＦ状態として、直ちにコレット３の吸着力が零にならず、このコレット３には残圧が残り、この残圧が徐々になくなって、最終的に吸着力が零となる。なお、真空発生装置としては、モータでポンプを回転させるものであっても、ノズルとディフューザー等を備えたエジェクタ式のものであってもよい。
【００２３】
このように、吸着コレット３によるチップ吸着力を電気的にオフする指令時から、このチップ吸着力が実際に零となるまでの応答時間がある。そこで、このダイボンダは、図１に示すように、この応答時間を検出する応答時間検出手段１５と、コレット３のボンディング開始高さに到達するまでの時間を算出する第１算出手段１６と、コレット３の電気的なオフタイミングを算出する第２算出手段１７とを備える。
【００２４】
応答時間検出手段１５は、コレット３の吸着力（吸着圧力）を検出する圧力センサ（圧力器）を備える。圧力センサとしては、従来からある公知公用の種々のセンサを使用することができる。この応答時間検出手段１５では、吸着力（吸着圧力）を圧力センサにて検出して、電磁弁を電気的にオフとしたとき（電磁弁のスイッチをオフ状態としたとき）から、圧力が零となる時間をタイマ等にて検出するものである。
【００２５】
第１算出手段１６は、例えば、前記制御手段１１にて構成でき、ある所定高さ位置からボンディング開始高さ（タッチ位置）までの時間を算出するものである。すなわち、サーチ範囲を設定し、このサーチ範囲の距離およびサーチ範囲でのコレット３が前記所定高さ位置（サーチレベル）からタッチ位置に到達する時間を算出（演算）する。
【００２６】
第２算出手段１７は、例えば、前記制御手段１１にて構成でき、第１算出手段１６にて算出した時間と、応答時間検出手段１５にて検出した応答時間とから、コレット３の電気的なオフタイミングを算出（演算）する。
【００２７】
次に前記のように構成されたダイボンダを使用するボンディング方法を説明する。この場合、図５に示すように、検出工程２０と第１算出工程２１と第２算出工程２２とを備える。検出工程２０とは、前記応答時間検出手段１５による応答時間の検出工程である。また、第１算出工程２１とは、前記第１算出手段１６によるコレット３のボンディング開始高さに到達するまでの時間の演算処理工程である。第２算出工程２２とは、前記第２演算手段によるコレット３の電気的なオフタイミングを算出する工程である。
【００２８】
チップ１が吸着された吸着コレット３がボンディングポジションＱの上方に搬送された後、吸着コレット３が下降している際に、図４に示すように、グラフｅの点αで、電磁弁のスイッチをオフ状態とする。すなわち、第２算出工程２２にて算出されたオフタイミングで吸着コレット３のチップ吸着力を電気的にオフする。これによって、コレット３の圧力（吸着圧力）が徐々に低下していく。そして、コレット３がボンディング開始高さに到達した時に、圧力レベルを示すグラフｅの点βのように零となる。このαからβまでの範囲Ｈがコレット３の残圧がある範囲である。なお、図４のグラフｆはコレット３の上下動のＯＮ・ＯＦＦを示し、ＯＦＦより上流側のＯＮはコレット３２の下降を示し、ＯＦＦより下流側のＯＮはコレット３２の上昇を示している。グラフｇは吸着を示し、ハッチング部が残圧が残っている状態である。グラフｈはサーチを示し、Ｈ１がサーチ範囲を示している。
【００２９】
そして、コレット３がボンディング開始高さに到達すれば、所定量だけチップ１を基材２側へ押し込んで、この状態を所定時間だけ維持し、その後、コレット３を上昇させて、押し込みを解除するとともに、ボンディングポジションＱから離すようにする。以後、ボンディングすべきチップ１がなくなるまで、同様の工程を繰り返すことになる。
【００３０】
本発明によれば、第２算出工程２２にて算出されたオフタイミングで吸着コレット３のチップ吸着力を電気的にオフすることによって、ボンディング開始高さに到達した時にチップ吸着力が零となるようにできる。これによって、ボンディング開始高さに到達した時にチップ１は吸着コレット３に吸着されていない状態となっている。このため、吸着によるチップ１の変形がなく、ボイド発生を防止できる。このため、安定した接合力にてリードフレーム等の基材２に接合できる。また、吸着コレット３の下降速度を変更しても、オフタイミングが自動的に変更されて、誤操作等による不良品の発生を防止でき、連続してボンディングされた製品にバラツキが生じない。ところで、従来のように、距離を基準とするものでは、製品の種類等によって吸着コレットの速度が変更されれば、吸着コレット３のボンディング開始高さに到達する時間に変動があり、それに追従して、吸着オフタイミングを変更する必要があり、新たに吸着オフタイミングを設定しなおす必要がある。これに対して、本発明では、チップ１が所定条件を満たすボンディングをするために変更されるパラメータに関係なく、ボイドを抑制する条件を一定に保つことができ、製品条件を出すための時間を短縮することができる。
【００３１】
吸着コレット３の電気的なオンオフの切換えを電磁弁にて行うことができるので、安定して正確に吸着コレット３を電気的にオフすることができ、オフした時から吸着力が零になるまでの時間が安定する。応答時間検出手段１５がチップ吸着力を検出する圧力検出器を備えている場合、吸着力が零になるときの検出が安定する。コレット３の動作条件が、サーチ距離およびコレット速度を含むので、吸着オフタイミングを高精度で算出することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、電気的にオフする指令を発信するものとして、電磁弁に限るものではなく、他の切換機構であってもよい。また、サーチ範囲やボンディング開始高さに接近する速度等は任意に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態を示すダイボンダの制御部の要部簡略ブロック図である。
【図２】前記ダイボンダの動作を示す簡略図である。
【図３】前記ダイボンダの簡略構成図である。
【図４】前記ダイボンダを使用したボンディング方法のタイムチャート図である。
【図５】本発明の実施形態を示すボンディング方法の簡略ブロック図である。
【図６】従来のボンディング方法のタイムチャート図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    チップ
２    基材
３    吸着コレット
１５  応答時間検出手段
１６  第１算出手段
１７  第２算出手段
２０  検出工程
２１  算出工程
２２  算出工程
Ｑ    ボンディングポジション
【図１】
2008270357.tif 000003
【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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