(57)【要約】【課題】半導体チップ或いは基板が傾斜している場合にも、正確な位置合わせを可能とし、ダイボンディングの精度を向上させる。【解決手段】ボンディング位置で対向させた半導体チップと基板との間にプローブを進入させて、半導体チップ及び基板に形成された認識点の画像認識を行ない半導体チップと基板とを位置合わせする半導体装置の製造に関して、前記プローブを水平方向に移動させて、半導体チップ及び基板に夫々形成された複数の認識点について画像認識を行ない、基板及び半導体チップが傾斜している場合に、傾斜方向に離間した認識点では、半導体チップ或いは基板の傾斜による認識点のＺ方向の位置変化に応じてプローブをＺ方向に移動させる。上述した手段によれば、半導体チップ或いは基板が傾斜している場合にも、プローブの焦点深度内で認識点を画像認識することができるので、精度の高い位置合わせを行なうことができる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング位置で対向させた半導体チップと基板との間にプローブを進入させて、半導体チップ及び基板に形成された認識点の画像認識を行ない半導体チップと基板とを位置合わせする半導体装置の製造装置において、
前記プローブを水平方向に移動させて、半導体チップ及び基板に夫々形成された複数の認識点について画像認識を行ない、
基板及び半導体チップが傾斜している場合に、傾斜方向に離間した認識点では、半導体チップ或いは基板の傾斜による認識点のＺ方向の位置変化に応じてプローブをＺ方向に移動させることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
ボンディング位置で対向させた半導体チップと基板との間にプローブを進入させて、半導体チップ及び基板に形成された認識点の画像認識を行ない半導体チップと基板とを位置合わせする半導体装置の製造装置において、
前記プローブを水平方向に移動させて、半導体チップ及び基板に夫々形成された複数の認識点について画像認識を行ない、
基板及び半導体チップが傾斜している場合に、傾斜方向に離間した認識点では、半導体チップ或いは基板の傾斜による認識点のＺ方向の位置変化に応じて半導体チップ或いはプローブがＺ方向に移動することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記半導体チップの複数の認識点が、単一の半導体チップに形成された認識点であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記半導体チップの複数の認識点が、複数の半導体チップに形成された認識点であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
ボンディング位置で対向させた半導体チップと基板との間にプローブを進入させて、半導体チップ及び基板に形成された認識点の画像認識を行ない半導体チップと基板とを位置合わせする半導体装置の製造方法において、
前記プローブを水平方向に移動させて、半導体チップ及び基板に夫々形成された複数の認識点について画像認識を行ない、
基板及び半導体チップが傾斜している場合に、傾斜方向に離間した認識点では、半導体チップ或いは基板の傾斜による認識点のＺ方向の位置変化に応じてプローブをＺ方向に移動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に関し、特に、半導体チップのダイボンディングに適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置では、単結晶シリコン等のウェハに複数のパターンを一括して形成し、夫々のパターン毎に切断して、個々の半導体チップに分離し、分離された半導体チップは、実装方式によって例えばリードフレーム、テープ基板等（以下、単にフレームという）に固定するダイボンディングを行なった後に、ワイヤボンディング等の電気的な接続、更に樹脂封止等が行なわれ半導体装置となる。
【０００３】
フレームの半導体チップ搭載領域に半導体チップを接着するダイボンディングを行なうダイボンダでは、トレイに収納された状態となっており、この半導体チップをボンディングヘッドによって取得し、フレームが搬送される搬送路の半導体チップ固定位置にボンディングヘッドが移動し、半導体チップをフレームの所定位置に接着する。
【０００４】
半導体装置では、微細化の進展に伴う高集積化によって、より多くの接続端子が半導体装置に求められ、接続端子を増加させることを目的として、半導体装置の実装面に接続端子となるバンプ電極を面状に配置したＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型等の半導体装置が用いられている。
【０００５】
また、半導体装置では小型化が求められており、半導体装置の外部端子についても、そのサイズ及びピッチが縮小されている。その結果として、半導体チップを基板に接続するダイボンディングについてもより高い精度が求められている。
【０００６】
下記特許文献１には、透明な板状部材の確認用サブストレートを用いて、位置合わせされた状態を確認し、位置合わせの精度を向上させる技術が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２３８７６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この半導体チップと基板との位置合わせを高精度で行なうために、複数の認識点について画像認識し、得られた複数のデータを平準化することにより測定精度を向上させることができる。
【０００９】
ボンディングヘッドに吸着された状態で半導体チップが傾斜している場合或いは基板の反り等により基板の半導体チップ接続領域が傾斜している場合には、半導体チップと基板との平行性が確保されないために、半導体チップと基板との接続不良或いは位置のずれ等の問題を生じることがある。このため、このような場合には、半導体チップ或いは基板の傾斜に合わせてステージ実装面或いはボンディングヘッドを傾斜させることによって、基板と半導体チップとの平行性を確保して、半導体チップの接続を行なっている。
【００１０】
しかし、このように、基板及び半導体チップが傾斜している場合には、複数の認識点について測定すると、傾斜方向に離間した認識点ではＺ方向の位置が傾斜角に応じて異なるため、プローブから半導体チップ或いは基板の認識点までの距離が変化して、認識点の位置が焦点深度を外れて、画像が不鮮明となり、認識精度が低下してしまう。高精度の組立てでは、位置合わせの精度を高めるために高倍率の画像認識を行なっているので、光学系の焦点深度が浅くなっており、わずかな位置の変化によって、認識点が焦点深度から外れやすくなる。焦点深度を外れた場合には、認識点の画像が不鮮明となり正確な位置合わせを行なうことが困難になる。
【００１１】
本発明の課題は、このような問題を解決するためになされたものであり、半導体チップ或いは基板が傾斜している場合にも、正確な位置合わせを可能とし、ダイボンディングの精度を向上させる技術を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
ボンディング位置で対向させた半導体チップと基板との間にプローブを進入させて、半導体チップ及び基板に形成された認識点の画像認識を行ない半導体チップと基板とを位置合わせする半導体装置の製造に関して、前記プローブを水平方向に移動させて、半導体チップ及び基板に夫々形成された複数の認識点について画像認識を行ない、基板及び半導体チップが傾斜している場合に、傾斜方向に離間した認識点では、半導体チップ或いは基板の傾斜による認識点のＺ方向の位置変化に応じてプローブをＺ方向に移動させる。
【００１３】
上述した手段によれば、半導体チップ或いは基板が傾斜している場合にも、プローブの焦点深度内で認識点を画像認識することができるので、精度の高い位置合わせを行なうことができる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に示すのは、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造装置であるダイボンダの構成を示す平面図であり、以下の説明では、平面図内にて、半導体チップを実装する基板等のフレーム搬送方向をＸ方向（装置の長辺方向）、ボンディング時の半導体チップの移送方向をＹ方向（装置の短辺方向）、垂直方向をＺ方向とする。
【００１６】
半導体チップ１は、ウェハを切断分離して個片化し接続用のバンプ電極を取り付けた状態でトレイ２に収容されて搬入され、先ずトレイ２に収容された状態で、半導体チップ認識部３によって、収容された半導体チップ１の画像認識を行ない、半導体チップ１ごとに割れや欠け等の不良の有無を確認する。
【００１７】
トレイ２は、ＸＹテーブル４によって平面移動し、トレイ２の移動によって所定の半導体チップ取得位置に移動した半導体チップ１をフリップヘッド５が吸着し、半導体チップ１を吸着したフリップヘッド５がＸＹテーブル６に駆動されて、Ｙ方向にボンディング位置まで移動する。
【００１８】
半導体チップを実装する基板７は、基板ローダ８に収容されており、先ずアーム９に吸着されてＹ方向に移動して基板搬送用のステージのボンディングテーブル１０に載置される。この基板７が載置されたボンディングテーブル１０は、ＸＹテーブル１１によって搬送路１２に沿って平面移動する構成となっており、Ｘ方向にボンディング位置まで移動して、ボンディング位置の半導体チップ１に基板７を対向させる。
【００１９】
ここで、ボンディング位置で対向させた半導体チップ１と基板７との間にプローブ１３を進入させて、半導体チップ１と基板７との位置合わせを行ない、プローブ１３を退避させた後に、半導体チップ１を基板７に接触させて、ボンディングヘッド１４による超音波振動を加えて半導体チップ１のバンプ電極を溶融させ、半導体チップ１と基板７とを接続する。
【００２０】
ダイボンディングの終了した半導体チップ１を実装した基板７は、再び搬送路１２に沿ってボンディングテーブル１０が移動して搬送され、アーム９によって吸着されアンローダ１５に収容され、次の工程に搬送される。以降の工程では、半導体チップ１と基板７の所要部分を封止体によって被覆する樹脂封止を行ない、半導体装置の外部端子となるバンプ電極を基板に取り付けて、更にはダイシングによる個片化等の所定の工程を経て半導体装置として完成する。
【００２１】
この半導体チップ１と基板７との位置合わせでは、図２に示すように、ボンディング位置で対向させた半導体チップ１と基板７との間にプローブ１３を進入させて、プローブ１３の上視野で半導体チップ１の認識点を画像認識し、プローブ１３の下視野で基板７の認識点を画像認識して、半導体チップ１と基板７との位置合わせを行なっている。
【００２２】
このプローブ１３では、上視野及び下視野の２系統の画像認識を同時に行なうために、半導体チップ１に形成された認識点ａ，ｂの像は、上視野の光学系のミラー１６ｕによって反射されて上視野のカメラ１７ｕに入射し、基板７に形成された認識点ｃ，ｄの像は、下視野の光学系のミラー１６ｄによって反射されて下視野のカメラ１７ｄに入射する。
【００２３】
この半導体チップ１と基板７との位置合わせをでは、プローブ１３を水平方向に移動させて複数の認識点ａ，ｂ，ｃ，ｄについて画像認識を行ない、得られた複数のデータを平準化することにより測定精度を向上させて、高精度の位置合わせを行なっている。なお、図２に示す状態では、本実施の形態の画像認識は従来のものと相違はない。
【００２４】
しかし、図３に示すように、基板７及び半導体チップ１が傾斜している場合に、複数の認識点について測定を行なうと、認識点のＺ方向の位置が傾斜角に応じて変化してしまう。即ち、傾斜方向に離間した半導体チップ１の認識点ａ，ｂではＺ方向にＺ１の位置変化が生じ、基板７の認識点ｃ，ｄではＺ２の位置変化が生じる。このため、図４に示すようにプローブ１３を平行移動させても、プローブ１３から半導体チップ１或いは基板７の認識点までの距離がＺ１接近する、或いはＺ２遠ざかることになる。
【００２５】
こうしたプローブ１３から認識点ｂ，ｄまでの距離の変化により、認識点ｂ，ｄの位置がプローブ１３の光学系の焦点深度を外れると、画像が不鮮明となる所謂ボケが生じるため、認識精度が低下し、正確な位置合わせを行なうことが困難になってしまう。高精度の組立てでは、位置合わせの精度を高めるために高倍率の画像認識を行なっているので、光学系の焦点深度が浅くなっており、わずかな位置の変化によって、認識点が焦点深度から外れやすくなる。
【００２６】
このため本実施の形態では、予め測定された半導体チップ及び基板の傾斜角からＺ方向の位置の変化を算出し、この位置変化に応じてプローブ１３及び半導体チップ１をＺ方向に移動させる。即ち、図５に示すように、半導体チップ１の認識点ｂがＺ方向にＺ１下方移動し、基板７の認識点ｄがＺ方向にＺ２下方移動する場合に、プローブ１３をＺ方向にＺ２下方移動させ、半導体チップ１をＺ方向にＺ２−Ｚ１下方移動させることによって、プローブ１３から半導体チップ１の認識点ｂ或いは基板７の認識点ｄまでの距離を一定に保つことができるので、夫々の認識点ｂ，ｄがプローブ１３の光学系の焦点深度から外れることがない。
【００２７】
なお前述した例では、認識点ａ，ｂの距離と認識点ｃ，ｄの距離とが異なっているため、夫々の位置変化Ｚ１，Ｚ２が異なっていたが、認識点ａ，ｂの距離と認識点ｃ，ｄの距離とが同一若しくは近似している場合には、夫々の位置変化Ｚ１，Ｚ２が同一若しくは近似値となるため、半導体チップ１のＺ方向移動を行なわずに、プローブ１３のＺ方向移動のみで画像認識が可能である。
【００２８】
また、単一の基板７に複数の半導体チップ１を実装して、複数の半導体チップ１及び基板７の必要部分を一体に封止するＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）では、図６に示すように、各半導体チップ１については認識点が１箇所であっても、夫々の半導体チップ１について位置合わせのための認識点が形成されているため、複数の認識点について画像認識による位置合わせを行なうことになる。この場合にも、前述した場合と同様に、基板７の傾斜に合わせてプローブ１３及び半導体チップ１をＺ方向に移動させて画像認識を行なうことによって、プローブ１３から半導体チップ１の認識点ｂ或いは基板７の認識点ｄまでの距離を一定に保つことができるので、夫々の認識点ｂ，ｄがプローブ１３の光学系の焦点深度から外れることがない。
【００２９】
また本発明は、前述した基板７の上面に半導体チップ１を接続する方法の他に、半導体チップをマウントステージに移送し、半導体チップを載せたマウントステージをボンディング位置の基板下に移動させて、フレームと半導体チップとを重ね合わせた状態で、フレーム上に下降させた荷重ヘッドとマウントステージとによって、半導体チップをフレームの下面に接着してダイボンディングするマウンタに適用することもできる。
【００３０】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明によれば、半導体チップ或いは基板が傾斜している場合に、認識点のＺ方向の位置変化に応じてプローブをＺ方向に移動させることができるという効果がある。
（２）本発明によれば、上記効果（１）により、半導体チップ或いは基板が傾斜している場合にも、プローブの光学系の焦点深度内で認識点を画像認識することができるという効果がある。
（３）本発明によれば、上記効果（２）により、精度の高い位置合わせを可能とし、ダイボンディングの精度を向上させることができるという効果がある。
（４）本発明によれば、上記効果（３）により、ダイボンディングに起因する不良品の発生を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置による画像認識を説明するための側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置による画像認識を説明するための側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置による画像認識を説明するための側面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置による画像認識を説明するための側面図である。
【図６】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置による画像認識を説明するための側面図である。
【符号の説明】
１…半導体チップ、２…トレイ、３…半導体チップ認識部、４，６，１１…ＸＹテーブル、５…フリップヘッド、７…基板、８…基板ローダ、９…アーム、１０…ボンディングテーブル、１２…搬送路、１３…プローブ、１４…ボンディングヘッド、１５…アンローダ、１６ｕ，１６ｄ…ミラー、１７ｕ，１７ｄ…カメラ。
【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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