(57)【要約】【課題】生産性を落とすことなく、ボンディングの位置検出とボンディング検査を行えるダイボンディング方法を提供する。【解決手段】ボンディングヘッドがアイランドに半導体チップをボンディング後、ウェハに移動し（Ｓ１）、半導体チップをピックアップし（Ｓ２）、再度アイランドに戻ってくる（Ｓ１１）までの間に、ボンディング検査用のアイランドと位置検出用のアイランドとを同一視野に収めたカメラにより撮像する撮像し（Ｓ４）、撮像された撮像データに基づいて、検査用アイランドのボンディング状態の検査（Ｓ６）と、位置検出用アイランドの位置を検出（Ｓ８）とを行うボンディング方法を提供する。【選択図】        図２
2004241604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に複数設けられたチップ装着部に順次チップをボンディングするダイボンディング方法において、
ボンディングヘッドによりチップ装着部にチップをボンディングするボンディング工程と、
ボンディングヘッドをチップ供給部に移動させて新たなチップをピックアップし、次にボンディングを行うチップ装着部に移動させるボンディング準備工程と、
ボンディング準備工程と並行して行われる工程であって、ボンディングされた直後のチップ装着部である検査用チップ装着部とボンディング前のチップ装着部である位置検出用チップ装着部とを同一視野に収めた撮像機により撮像する撮像工程と、
撮像された撮像データに基づいて、検査用チップ装着部のボンディング状態を検査する検査工程と、
撮像された撮像データに基づいて、位置検出用チップ装着部の位置を検出する位置検出工程と、
を有することを特徴とするダイボンディング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のダイボンディング方法において、
位置検出用チップ装着部は、次の次以降にボンディングを行うチップ装着部であることを特徴とするダイボンディング方法。
【請求項３】
基板に複数設けられたチップ装着部に順次チップをボンディングするダイボンディング装置において、
ボンディングヘッドによりチップ装着部にチップをボンディングするボンディング手段と、
ボンディングヘッドをチップ供給部に移動させて新たなチップをピックアップし、次にボンディングを行うチップ装着部に移動させる移動手段と、
ボンディングヘッドが移動している間に、ボンディングされた直後の検査用チップ装着部とボンディングされていない位置検出用チップ装着部とを同一視野に収めて撮像する撮像手段と、
撮像された撮像データに基づいて、検査用チップ装着部のボンディング状態を検査する検査手段と、
撮像された撮像データに基づいて、位置検出用チップ装着部の位置を検出する位置検出手段と、
を有することを特徴とするダイボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に複数設けられたチップ装着部に順次チップをボンディングするダイボンディング方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造におけるダイボンディング工程では、ダイボンディング装置を用いて半導体チップを基板に設けられたアイランド等のチップ装着部に順次ボンディングしている。基板には、チップ装着部が等ピッチで設けられており、ボンディングを行う際には、このピッチに基づいてボンディングヘッドの駆動の位置制御が行われている。しかし、ボンディングする際に発生する熱等の原因によりチップ装着部のピッチがずれてしまうことがある。そこで、ボンディングを行う前に、ボンディング予定のチップ装着部をカメラで撮像し、撮像した画像データに基づいて正確なチップ装着部の位置を検出することによりボンディングの位置精度を向上させている。
【０００３】
ダイボンディング工程の後は、別ステージにおいてオペレータによる抜き取り検査や監視カメラ等による全数検査によりダイボンディングの検査が行われている。そのため、ダイボンディング工程の後に検査工程が付加されるため、生産時間および人的工数がかかるという問題がある。また、ダイボンディング工程と検査工程に時間的差があるため、ダイボンディング装置に異常が発生した場合に、その異常検出が遅れてしまい、大量の不良を発生することになる。
【０００４】
これらの問題を解決するために特許文献１には、基板の上方に設けられたカメラでボンディング後のチップ装着部を撮像し、ボンディング検査を行うダイボンディング装置が開示されている。チップ装着部の撮像は、ボンディングヘッドが基板からウェハへ移動しチップをピックアップする間に行われる。このダイボンディング装置によれば、チップをボンディングした直後の全てのチップ装着部についてボンディング検査を行うことができる。そのため、ダイボンディング後の検査工程を必要とせず、生産時間を短縮することができる。また、ボンディング不良の原因となるダイボンディング装置等の異常を早く発見でき、ボンディング不良の発生件数を最小限に抑えることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０６−１３２３２５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このダイボンディング装置では、ボンディング前のチップ装着部を撮像するカメラを設置することができず、ボンディングの位置検出ができないという問題がある。
【０００７】
ここで、位置検出用カメラと検査用カメラの両方を併設することも考えられる。しかし、併設した場合には、それぞれのカメラの間に距離が生じてしまい、それぞれのカメラで撮像できるチップ装着部が離れてしまうことになる。そのため、ボンディング直後のチップ装着部を撮像することができず、検査用カメラでボンディング不良を発見するころには、既に大量の不良品が発生している可能性がある。そのため、検査用カメラを併設しても、生産性を低下させる場合がある。
【０００８】
また、検査用カメラで位置検出用カメラを兼用することも考えられる。しかしながら、ボンディング検査と位置検出の両方を行う場合には、ボンディングヘッドが基板の近辺に存在しない間に行わなければならない。これは、検査用チップ装着部の撮像と位置検出用チップ装着部の撮像の際にボンディングヘッドによってカメラ視野が妨げられないようにするためである。また、位置検出は次のボンディングが行われる前までに終了している必要がある。しかしながら、近年、ボンディングヘッドの駆動速度は、高速化されており、ボンディングヘッドが基板近辺から離れている間に、検査用チップ装着部と位置検出用チップ装着部をそれぞれ撮像し、画像処理を行うことは時間的に困難である。これを行うには一時的にボンディングヘッドを基板の近辺以外の場所で停止させなければならず、半導体部品の生産性を著しく低下させる。
【０００９】
そこで、本発明では、生産性を低下させること無く、ボンディング検査と位置検出とを行えるダイボンディング方法、及び、その装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るダイボンディング方法は、基板に複数設けられたチップ装着部に順次チップをボンディングするダイボンディング方法において、ボンディングヘッドによりチップ装着部にチップをボンディングするボンディング工程と、ボンディングヘッドをチップ供給部に移動させて新たなチップをピックアップし、次にボンディングを行うチップ装着部に移動させるボンディング準備工程と、ボンディング準備工程と並行して行われる工程であって、ボンディングされた直後のチップ装着部である検査用チップ装着部とボンディング前のチップ装着部である位置検出用チップ装着部とを同一視野に収めた撮像機により撮像する撮像工程と、撮像された撮像データに基づいて、検査用チップ装着部のボンディング状態を検査する検査工程と、撮像された撮像データに基づいて、位置検出用チップ装着部の位置を検出する位置検出工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
これにより、検査用の撮像工程と位置検出用の撮像工程を共通化することができ、ボンディングヘッドを停止させることなく、チップ装着部の位置検出とボンディング直後のボンディング検査とができる。そのため、生産性を落とすことなくボンディング検査と位置検出とを行うことができる。
【００１２】
ここで、チップ装着部としては、一括モールドタイプのマトリックス方式のディスクリートフレームに設けられたチップ装着位置が挙げられる。また、リードフレーム等の基板に設けられたアイランドや、チップの上にさらにチップを積み上げてダイボンディングを行うスタックド素子における下側のチップなどであってもよい。位置検出用チップ装着部は、次にボンディングする予定のチップ装着部、又は、次の次にボンディングする予定のチップ装着部であることが好適であるが、さらに後でボンディングされる予定のチップ装着部であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１に本発明に係る実施の形態におけるダイボンディング装置１０の斜視図を示す。これは、ボンディングを行うボンディングヘッド１２、リードフレーム３２に設けられたチップ装着部であるアイランド３４を撮像するためのＣＣＤカメラ１４、リードフレーム３２を搬送するための搬送装置２８およびウェハ２０を保持するウェハホルダ２４に大別される。
【００１５】
ボンディングヘッド１２は、鉛直方向の軸心を有し、ヘッド用移動テーブル１６により保持されている。このヘッド用移動テーブル１６を駆動させることによりボンディングヘッド１２は、ＹＺ方向に移動することができる。また、微小ながらＸ方向への移動も可能となっている。ボンディングヘッド１２の先端部には、ウェハ２０に形成された半導体チップ２２を吸引・離脱するための吸引部が設けられている。
【００１６】
また、ボンディングヘッド１２の奥側には、鉛直下向きの光軸を有したＣＣＤカメラ１４が設けられている。ＣＣＤカメラ１４もカメラ用移動テーブル１８により保持されており、ＹＺ方向に移動可能となっている。ＣＣＤカメラ１４は、ボンディングヘッド１２がリードフレーム３２の近辺に位置する間は、図中点線で示される退避位置に移動させられる。また、このＣＣＤカメラ１４は、後述するように複数のアイランドを撮像できるように視野が設定されている。なお、図中、ヘッド用移動テーブル１６とカメラ用移動テーブル１８は、その構成の一部が共通となっているが、必ずしも、この形態に限定されるものではない。それぞれ、ＸＹＺ方向への移動手段、ＹＺ方向への移動手段であれば他の構成であってもよい。
【００１７】
ボンディングヘッド１２、及び、ＣＣＤカメラ１４の下方には、リードフレーム３２を搬送するための搬送装置２８が設けられている。図中左側となる搬送装置２８の上流側には、図示しないローダが設けられており、リードフレーム３２が収納されている。また、図中右側となる下流側には、図示しないアンローダが設けられており、半導体チップ２２をボンディングした後のリードフレーム３２が収納される。ローダとアンローダの間には、Ｘ方向に駆動される搬送ベルト３０が設けられており、ローダから送り出されたリードフレーム３２をアンローダに案内する。リードフレーム３２には、複数のアイランド３４が等ピッチで形成されている。
【００１８】
搬送装置２８の側方には、ウェハ２０がウェハホルダ２４により保持されている。さらにウェハホルダ２４は、ＸＹテーブル２６により保持されており、ＸＹ方向に移動可能となっている。ウェハ２０の下方には、図示しない突き上げ用ニードルが設けられており、ボンディングヘッド１２が所定の半導体チップ２２を吸引できるように、下側から半導体チップ２２を突き上げるようになっている。
【００１９】
ＣＣＤカメラ１４は、図示しない画像処理装置に接続されている。さらに画像処理装置は、図示しない駆動制御装置に接続されている。また、ボンディングヘッド１２、ＣＣＤカメラ１４等を駆動させるモータは、駆動制御装置に接続されており、それぞれ後述するタイミングで駆動されるようになっている。
【００２０】
このようなダイボンディング装置１０によるダイボンディング工程のフローチャートを図２に示す。
【００２１】
ダイボンディングを行う場合は、まず、ボンディングヘッド１２をウェハ２０の上方へ移動させる（Ｓ１）。そして、突き上げ用ニードルで所定の半導体チップ２２を突き上げるとともに、ボンディングヘッド１２を下降させ、半導体チップ２２を吸引する（Ｓ２）。
【００２２】
このとき、並行して、ＣＣＤカメラ１４を、退避位置からリードフレーム３２の上方に移動させ（Ｓ３）、リードフレーム３２に設けられたアイランド３４を撮像し（Ｓ４）、退避位置に移動させる（Ｓ５）。この撮像について、図３を用いて説明する。
【００２３】
図３は、ＣＣＤカメラ１４で撮像する際の視野３６を示す図である。図中矢印で示される順番でアイランド３４に対し半導体チップ２２が順次ボンディングされる。このとき、ＣＣＤカメラ１４は、少なくとも２つ以上のアイランド３４が撮像できるよう視野３６が設定されており、撮像する際には、ボンディング直後のアイランド３４ａとボンディング直前のアイランド３４ｂの両方を撮像できるように移動し、これら２つのアイランドを撮像する。
【００２４】
そして、撮像された画像データを画像処理装置に送る。画像処理装置では、撮像された画像データに基づいて、アイランドの位置検出を行う（Ｓ６）。位置検出は、画像データにおけるボンディング直前のアイランド３４ｂの座標を算出する。この座標データとＣＣＤカメラ１４の撮像位置情報から、ボンディング直前のアイランド３４ｂの位置を算出する。そして、算出されたアイランド３４ｂの位置情報は、駆動制御装置のメモリに保存される（Ｓ７）。このように、アイランドを撮像し、正確な位置を算出することにより、ボンディング時の熱などによりアイランド間のピッチがずれても、正確な位置を検出することができる。
【００２５】
また、画像処理装置は、撮像された画像データに基づいてボンディングが正常に行われたかの検査も行う（Ｓ８）。これは、アイランド３４ａに対し半導体チップ２２ａの有無やボンディングされた位置、及び、角度などを検出するものである。そして、半導体チップ２２ａが存在しない場合や、位置、及び、角度が一定量よりずれている場合には、ボンディング不良と判断される。検査結果は、駆動制御装置のメモリに保存される（Ｓ９）。このように、ボンディング直後のアイランドを撮像し、検査を行うことで、ダイボンディング装置に異常等が発生した場合に、早期にこれを検出することができる。
【００２６】
また、上述したように、複数のアイランドを撮像できるように視野を設定することにより、１回の撮像で位置検出用アイランドとボンディング検査用のアイランドを撮像することができる。そして、検査用の撮像工程と位置検出用の撮像工程を共通化し、撮像を１回だけにすることにより、短時間での位置検出とボンディング検査が可能となる。
【００２７】
一方、駆動制御装置では、ボンディングヘッド１２により半導体チップ２２をピックアップさせた後、メモリから次にボンディングを行うアイランド３４ｂの位置情報を読み込む（Ｓ１０）。その位置情報に基づいてボンディングヘッド１２をアイランド３４ｂの上方へ移動させる（Ｓ１１）。そして、ボンディングヘッド１２を下降させ、アイランド３４ｂに半導体チップ２２をボンディングさせる（Ｓ１２）。また、駆動制御装置は、ボンディング不良の検査結果を画像処理装置から受けた場合にはアラームを出力し、駆動を停止させる。
【００２８】
以上の流れを繰り返し、すべてのアイランド３４に対し半導体チップ２２をボンディングすれば、終了となる。
【００２９】
図４は、このダイボンディング方法のタイミングチャート図である。図中、上側３段は、ボンディングヘッド１２に関する時間を表しており、中２段は、ＣＣＤカメラ１４の駆動に関する時間であり、下側２段は、画像処理装置に関する時間を表している。
【００３０】
ボンディングヘッド１２は、時間Ｔ１でフレーム３２上方からウェハ２０上方へ移動し、時間Ｔ４で半導体チップ２２をピックアップする。そして、時間Ｔ２でウェハ２０からフレーム３２上方へ移動し、時間Ｔ３でボンディングを行う。ここで、本実施の形態において、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４は、それぞれ約３０マイクロ秒、時間Ｔ３は、約４５マイクロ秒である。
【００３１】
一方、ＣＣＤカメラ１４は、ボンディングヘッド１２の移動と並行して、時間Ｔ５で退避位置からフレーム３２上方に移動し、時間Ｔ１０の制振時間を経た後、時間Ｔ７でアイランド３４ａ，３４ｂを撮像する。そして時間Ｔ６で再び退避位置に戻る。ＣＣＤカメラ１４の退避位置への移動と並行して画像処理装置では、時間Ｔ８で位置検出を行い、時間Ｔ９でボンディング検査を行っている。ここで、Ｔ５、Ｔ６は、それぞれ約２５マイクロ秒である。また、Ｔ７は約１７マイクロ秒である。これは、使用するＣＣＤカメラの仕様によるもので、本実施の形態では、１枚の画像の取り込み速度が１／６０秒のＣＣＤカメラを使用しているため、約１７マイクロ秒となる。Ｔ８、Ｔ９は、画像データの情報量によるが、それぞれ約１０から２０マイクロ秒である。
【００３２】
また、図中ａで示されるタイミングは、理想の位置検出終了のタイミングであり、タイミングｂは、限界の位置検出終了のタイミングである。位置検出では、次にボンディングを行うアイランド３４ｂの位置を検出しているため、ボンディングヘッド１２がウェハ２０上方からフレーム３２上方へ移動開始するタイミング、すなわちタイミングａまでに、終了していることが望ましい。しかし、最大で、ボンディングを行う直前、つまりタイミングｂまでに位置検出が終了していれば、ボンディングヘッド１２を停止させることなく、ダイボンディングを行うことが可能となる。
【００３３】
図中ｃで示されるタイミングは、ＣＣＤカメラ１４が退避位置に戻っておくべき限界のタイミングである。タイミングｃまでに退避位置に戻っていない場合には、ＣＣＤカメラ１４は、ウェハ上方からアイランド上方に移動してきたボンディングヘッド１２と干渉することになる。図から分かるように、ＣＣＤカメラ１４は、１回の撮像のみで退避位置に移動するため、タイミングｃの前に退避位置に戻ることができる。そのため、ボンディングヘッド１２と干渉したり、ボンディングヘッドを停止させることなく、位置検出とボンディング検査を行うことができる。
【００３４】
図４からわかるように、本実施の形態では、位置検出のための撮像工程とボンディング検査のための撮像工程を共通化しており、撮像は１回だけである。そのため、ボンディングヘッドが移動および半導体チップのピックアップをしている時間内に撮像を終了することができる。また、撮像された画像データに基づいての位置検出もボンディングヘッドの移動時間内に行うことができる。これにより、ボンディングヘッドを停止させることなく、位置検出とボンディング直後のアイランドに対するボンディング検査が可能となる。したがって、生産数を落とすことなく、精度の良いボンディングとその検査を行うことができる。
【００３５】
次に、他の実施形態について説明する。これは、後述するように、ボンディングヘッドの駆動速度が速い場合や、ＣＣＤカメラの画像の取り込み速度が遅い場合に特に好適である。以下の説明では、ＣＣＤカメラの撮像時間が約３３マイクロ秒として説明する。
【００３６】
この装置でダイボンディングを行う場合は、上述した装置と同様に、まず、ボンディングヘッド１２をウェハ２０の上方に移動させ、半導体チップ２２をピックアップする（図２参照、Ｓ１、Ｓ２）。そして、この流れと並行して、ＣＣＤカメラ１４を回避位置からフレーム３２上方に移動させ、アイランド３４を撮像する（Ｓ３、Ｓ４）。このときのＣＣＤカメラ１４の視野３６を図５に示す。この場合には、半導体チップ２２ａがボンディングされた直後のアイランド３４ａと、次にボンディングされる予定のアイランド３４ｂのほかに、次の次にボンディングされる予定のアイランド３４ｃも撮像できるように視野を設定し、これらを撮像する。そして、撮像した画像データを画像処理装置に出力する。
【００３７】
画像処理装置では、この撮像された画像データを基に位置検出を行う（Ｓ６）。このとき、位置算出は、次の次にボンディングされる予定のアイランド３４ｃに対して行う。そして、算出したアイランド３４ｃの位置情報を駆動制御装置のメモリに保存する。なお、次にボンディングされる予定のアイランド３４ｂの位置情報は、前回の位置検出の際に算出され、既にメモリに保存されている。
【００３８】
また、画像処理装置では、上述した流れと同様に、ボンディング直後のアイランド３４ａに対してボンディング検査を行い、その結果を駆動制御装置のメモリに保存する（Ｓ８、Ｓ９）。
【００３９】
ボンディングヘッド１２により半導体チップ２２をピックアップした後、駆動制御装置はメモリに保存されているアイランド３４ｂの位置情報を読み込む。ここで、読み込まれる位置情報は、前回の位置検出において算出されたアイランド３４ｂの位置情報である。ボンディングヘッド１２は、ここで読み込まれた位置情報に基づいて移動させられ、アイランド３４ｂに半導体チップ２２をボンディングする。そして、この流れを繰り返すことにより、全てのアイランドに対しボンディングを行っていく。
【００４０】
この実施の形態におけるタイミングチャートを図６に示す。図６においても、図４と同様に、上側３段は、ボンディングヘッド１２に関する時間を表しており、中２段は、ＣＣＤカメラ１４の駆動に関する時間であり、下側２段は、画像処理装置に関する時間を表している。
【００４１】
図６において撮像時間Ｔ７は、約３３マイクロ秒である。そのため、位置検出時間Ｔ８は、ボンディングヘッド１２のウェハ２０からリードフレーム３２上への移動時間Ｔ２の途中となってしまう。
【００４２】
しかしながら、この位置検出時間Ｔ８において算出される位置情報は、次の次にボンディングされるアイランド３４ｃについての位置情報である。したがって、位置検出は、次の次のボンディングまでに終了していればよいことになる。そのため、理想の位置検出終了のタイミングａは、図で示すようにボンディングヘッド１２がウェハ２０から次の次のアイランド３４ｃに移動開始するタイミングとなる。また、限界の位置検出終了のタイミングｂは、次の次のボンディングを開始する直前となる。なお、図中ｃで示されるタイミングは、ＣＣＤカメラ１４が退避位置に戻っておくべき限界のタイミングである。この場合であっても、撮像を１回だけであるため、ＣＣＤカメラ１４は、ボンディングヘッド１２と干渉することなく退避位置に移動することができる。
【００４３】
このように、アイランドの撮像において、次の次にボンディングするアイランドを撮像することにより、位置検出の終了時間に余裕ができる。そのため、画像取り込み速度がより遅いＣＣＤカメラを使用した場合や、ボンディングヘッドなどの駆動速度が速いダイボンディング装置においても、ボンディングヘッドの動きを停止させることなく、全てのアイランドについて精度の良いボンディングとボンディング直後の検査を行うことができる。そのため、生産性を下げることなく位置検出とボンディング検査を行うことができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のボンディング方法および装置によれば、検査用の撮像と位置検出用の撮像工程を共通化することができ、ボンディングヘッドを停止させることなく、チップ装着部の位置検出とボンディング直後のボンディング検査とができる。そのため、生産性を落とすことなくボンディング検査と位置検出とを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るボンディング装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるボンディング工程のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態におけるＣＣＤカメラの視野範囲を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるボンディング工程のタイミングチャートである。
【図５】本発明の他の実施の形態におけるＣＣＤカメラの視野範囲を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態におけるボンディング工程のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０  ダイボンディング装置
１２  ボンディングヘッド
１４  ＣＣＤカメラ
２０  ウェハ
２２  半導体チップ
３２  リードフレーム
３４  アイランド
３６  撮像視野
【図１】
2004241604.tif 000003
【図２】
2004241604.tif 000004
【図３】
2004241604.tif 000005
【図４】
2004241604.tif 000006
【図５】
2004241604.tif 000007
【図６】
2004241604.tif 000008