(57)【要約】【課題】ペースト塗布量の調整を自動化したボンディング装置およびボンディング方法を提供する。【解決手段】基板３上に描画塗布されたペーストＰをカメラ１４により撮像し、撮像されたペーストＰの画像に基づいてペーストの描画面積を計測し、この計測描画面積と適正な量のペーストが塗布された場合の適正描画塗布面積との面積比が所定の閾値を超える場合に、ペーストの描画塗布量を自動で調整して適正なペースト塗布量を確保する。ペースト塗布量の調整は、ペースト吐出圧およびペースト描画速度、ペースト温度のうち少なくとも何れかの描画条件を制御対象としたフィードバック制御により行う。これにより、適正なペースト塗布量を安定して確保することが可能となり、ボンディングにおける接合品質を高水準で均質化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のパターンでペーストが描画塗布された被接合体上に接合体を接合するボンディング装置であって、
ペーストを被接合体上に吐出するペースト吐出手段と、前記ペースト吐出手段を被接合体に対して相対的に移動させることにより被接合体上に所定のパターンでペーストを描画するペースト描画手段と、被接合体上に描画塗布されたペーストの描画面積を計測する描画面積計測手段と、所定のパターンで適正に描画塗布されたときのペーストの適正描画面積を予め記憶する記憶部と、前記描画面積計測手段により計測されたペーストの描画面積と前記記憶部に記憶された適正描画面積との面積比が所定の閾値を超える場合に、前記ペースト吐出手段におけるペースト吐出圧を前記面積比に基づいて調整するペースト吐出圧調整手段とを備えたボンディング装置。
【請求項２】
前記ペースト描画手段の移動速度を前記面積比に基づいて調整するペースト描画速度調整手段をさらに備えた請求項１記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記ペースト吐出手段におけるペースト温度を前記面積比に基づいて調整するペースト温度調整手段をさらに備えた請求項１又は２記載のボンディング装置。
【請求項４】
前記描画面積計測手段により計測されたペーストの描画面積と前記適正描画面積との面積比を可視的に表示する表示手段をさらに備えた請求項１乃至３の何れかに記載のボンディング装置。
【請求項５】
前記ペースト吐出圧調整手段又は前記ペースト描画速度調整手段、前記ペースト温度調整手段のうち少なくとも何れかの手段による調整を所定回数行っても前記面積比が所定の閾値を超える場合に警告を行う警告手段をさらに備えた請求項１乃至４の何れかに記載のボンディング装置。
【請求項６】
所定のパターンでペーストが描画塗布された被接合体上に接合体を接合するボンディング装置におけるボンディング方法であって、
ペーストを所定のパターンで被接合体上に描画塗布する工程と、前記被接合体上に描画塗布されたペーストの描画面積を計測する描画面積計測工程と、前記描画面積計測工程において計測されたペーストの描画面積と適正描画面積との面積比が所定の閾値を超える場合に、前記面積比に基づいてペーストの描画塗布量を調整する工程とを含むボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のパターンでペーストが描画塗布された被接合体上に接合体を接合するボンディング装置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】
従来、チップ部品等の接合体を基板等の被接合体に接合する方法として、被接合体上に所定のパターンで予め描画塗布されたペースト上に接合体を搭載して接合するプリボンド方式のボンディング方法が知られている。プリボンド方式によりボンディングを行う場合、接合品質は被接合体上のペースト塗布量に大きく影響を受けるため、予め描画塗布されたペーストの描画面積（被接合体上に塗布されたペーストを上方から見た面積）を計測し、適正な塗布量で描画された場合の描画面積（適正描画面積）と比較し、ペースト塗布量が適正であるかどうかを判断するようにしている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３７５５４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ペースト塗布量が適正でないと判断された場合にオペレータがペースト塗布量の調整を行う従来の方法では、オペレータの熟練度等の属人的なノウハウに負うところが大きいため、調整後のペースト塗布量にばらつきが生じることがあった。また、描画面積の計測結果をオペレータがモニタリングする必要があるため、人為的ミスが発生する要因となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、ペースト塗布量の調整を自動化したボンディング装置およびボンディング方法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】
【０００５】
請求項１記載の発明は、所定のパターンでペーストが描画塗布された被接合体上に接合体を接合するボンディング装置であって、ペーストを被接合体上に吐出するペースト吐出手段と、前記ペースト吐出手段を被接合体に対して相対的に移動させることにより被接合体上に所定のパターンでペーストを描画するペースト描画手段と、被接合体上に描画塗布されたペーストの描画面積を計測する描画面積計測手段と、所定のパターンで適正に描画塗布されたときのペーストの適正描画面積を予め記憶する記憶部と、前記描画面積計測手段により計測されたペーストの描画面積と前記記憶部に記憶された適正描画面積との面積比が所定の閾値を超える場合に、前記ペースト吐出手段におけるペースト吐出圧を前記面積比に基づいて調整するペースト吐出圧調整手段とを備えた。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ペースト描画手段の移動速度を前記面積比に基づいて調整するペースト描画速度調整手段をさらに備えた。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ペースト吐出手段におけるペースト温度を前記面積比に基づいて調整するペースト温度調整手段をさらに備えた。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、前記描画面積計測手段により計測されたペーストの描画面積と前記適正描画面積との面積比を可視的に表示する表示手段をさらに備えた。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、前記ペースト吐出圧調整手段又は前記ペースト描画速度調整手段、前記ペースト温度調整手段のうち少なくとも何れかの手段による調整を所定回数行っても前記面積比が所定の閾値を超える場合に警告を行う警告手段をさらに備えた。
【００１０】
請求項６記載の発明は、所定のパターンでペーストが描画塗布された被接合体上に接合体を接合するボンディング装置におけるボンディング方法であって、ペーストを所定のパターンで被接合体上に描画塗布する工程と、前記被接合体上に描画塗布されたペーストの描画面積を計測する描画面積計測工程と、前記描画面積計測工程において計測されたペーストの描画面積と適正描画面積との面積比が所定の閾値を超える場合に、前記面積比に基づいてペーストの描画塗布量を調整する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ペーストの描画面積をリアルタイムでモニタリングし、モニタリング結果に基づいてペースト塗布量の調整を自動化しているので、適正なペースト塗布量を安定して確保することが可能となり、ボンディングにおける接合品質を高水準で均質化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本実施の形態のボンディング装置の構成を示す斜視図であり、図２は本実施の形態のボンディング装置の制御系の構成図であり、図３は本実施の形態のボンディング装置におけるペースト画像の処理機能を示す機能ブロック図である。ボンディング装置は、所定のパターンでペーストが描画塗布された被接合体上に接合体を接合する動作を行う装置である。接合体である複数のチップ１は、ウェハシート２の上面に規則配列して貼着されている。ウェハシート２の側方には、チップ１が接合される被接合体である複数の基板３を搬送する基板搬送機構４が配設されている。基板搬送機構４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶領域や各種の演算処理を実行するＣＰＵを備えた制御部２０により動作制御されるように構成されており、基板搬送機構４によって搬送される基板３は、ペーストの塗布が行われる塗布位置Ｓ１およびチップ１の接合が行われる接合位置Ｓ２に一時停止し、ペーストの塗布およびチップ１の接合が終了したら再度搬送される。なお、本実施の形態においては基板３の搬送方向をＸ方向とする。
【００１３】
基板搬送機構４の側方には、基板３の上面の所定の箇所にペーストを描画塗布するペースト描画塗布機構１０が配設されている。ペースト描画塗布機構１０は、ペーストを吐出するペースト吐出機構１１と、ペースト吐出機構１１に備えられたペースト吐出手段であるシリンジ１１ａを基板３に相対的に移動させるペースト描画手段としての移動機構１２から構成されている。シリンジ１１ａの内部にはペーストが貯留されており、チューブ１１ｂを介して接続された空圧供給源１１ｃにより空圧を供給することによりノズル１１ｄからペーストを吐出する。シリンジ１１ａにおけるペースト吐出圧は、制御部２０により空圧供給源１１ｃの動作を制御することで調整する。また、ノズル１１ｄにはヒータ１１ｅが備えられており、制御部２０によりヒータ１１ｅの発熱量を制御することによりペーストの吐出温度を調整する。
【００１４】
移動機構１２は、Ｙ軸テーブル１２ａおよびＸ軸テーブル１２ｂ、Ｚ軸テーブル１２ｃから構成されており、Ｚ軸テーブル１２ｃは、Ｙ軸テーブル１２ａおよびＸ軸テーブル１２ｂを積層した上方にブラケット１２ｄを介して積層されている。シリンジ１１ａは、Ｚ軸テーブル１２ｃに装着されており、Ｙ軸テーブル１２ａおよびＸ軸テーブル１２ｂ、Ｚ軸テーブル１２ｃを駆動すると水平方向および鉛直方向に移動する。Ｙ軸テーブル１２ａおよびＸ軸テーブル１２ｂはペースト描画手段として機能し、制御部２０によりＹ軸テー
ブル１２ａおよびＸ軸テーブル１２ｂの駆動を制御することによりノズル１１ｄを基板３に対して位置決めし、基板３の上面に所定のパターンでペーストを描画塗布する。また、Ｙ軸テーブル１２ａおよびＸ軸テーブル１２ｂの駆動速度を制御し、ノズル１１ｄの基板３に対する相対移動速度を調整することにより描画速度を調整する。
【００１５】
ボンディングヘッド１３は、ウェハシート２と基板搬送機構４の接合位置Ｓ２の基板３との間を移動自在に構成されており、ウェハシート２から順次チップ１をピックアップした後に基板３の上面のペーストＰが描画塗布された箇所に搭載し、チップ１を基板３に接合させる。
【００１６】
ところで、ペーストを介してチップ１を基板３に接合する場合、基板３の上面に予め描画塗布されるペーストの量が適正であることが要求される。特にペーストの塗布量が適正値に比べて少ない場合には、チップ１の周縁部にかぶるペーストが不足して接合強度が確保できなくなる。そのため、本実施の形態においては、基板３の上面に描画塗布されたペーストを鉛直上方からみた場合の面積（描画面積）と、接合強度を確保することができるペースト量が塗布された場合の描画面積（適正描画面積）とを比較して適正な塗布量を確保するようにボンディング装置の制御を行う。
【００１７】
図１において、カメラ１４は、基板搬送機構４の塗布位置Ｓ１の基板３の上方に移動自在に構成されており、基板３の上面にペーストが所定のパターンで描画塗布される度にペーストの上方に移動し、描画塗布されたペースト全体を撮像エリアに捉えて撮像する。図３において、カメラ１４により撮像された画像は、画像処理部１５により画像処理され、制御部２０により画像処理結果に基づいて演算処理が行われる。制御部２０には、画像上のペーストの描画形状に基づいて描画面積の計測を行う描画面積計測手段としての面積計測部２０ａが含まれている。面積計測部２０ａは、基板３の上面に描画塗布されるペーストの描画面積をほぼリアルタイムでモニタリングし、例えば、カメラ１４により撮像されたペーストの形状をＣＣＤ画素数でカウントすることにより描画面積を測定する。また、制御部２０の記憶部には、基板３の上面に所定のパターンで適正に描画塗布されたペーストの適正描画面積を予め記憶する記憶領域２０ｂが含まれている。
【００１８】
制御部２０には、面積計測部２０ａにより計測された描画面積（計測描画面積）と記憶領域２０ｂに記憶された適正描画面積との面積比（計測描画面積／適正描画面積）と現在のペースト吐出圧の関係に基づいて新たなペースト吐出圧を設定するペースト吐出圧調整手段としてのペースト吐出圧設定部２０ｃが含まれている。ペースト吐出圧を調整することにより単位時間当たりに塗布されるペースト量を増減することができるので、面積比が１を下回る場合、すなわち描画面積が適正描画面積より小さい場合にはペースト吐出圧を現在の吐出圧より高く設定する。また、面積比が１を上回る場合、すなわち描画面積が適正描画面積より大きい場合にはペースト吐出圧を現在の吐出圧より低く設定する。具体的には、現在の吐出圧を面積比で除することにより新たなペースト吐出圧を設定するが、これに限らず、さらに所定の補正値を加減乗除することにより設定することもできる。新たに設定されたペースト吐出圧は記憶領域２０ｂに記憶され、次のペースト吐出圧が設定される毎に更新される。
【００１９】
また、制御部２０には、面積計測部２０ａにより計測された描画面積と記憶領域２０ｂに記憶された適正描画面積との面積比と現在の描画速度の関係に基づいて新たなペースト描画速度を設定するペースト描画速度調整手段としてのペースト描画速度設定部２０ｄが含まれている。ペースト描画速度を調整することにより塗布時間を増減することができるので、面積比が１を下回る場合、すなわち描画面積が適正描画面積より小さい場合にはペースト描画速度を現在の描画速度より低く設定する。また、面積比が１を上回る場合、すなわち描画面積が適正描画面積より大きい場合にはペースト描画速度を現在の描画速度よ
り高く設定する。新たに設定されたペースト描画速度は記憶領域２０ｂに記憶され、次のペースト描画速度が設定される毎に更新される。
【００２０】
さらに、制御部２０には、面積計測部２０ａにより計測された描画面積と記憶領域２０ｂに記憶された適正描画面積との面積比と現在の描画速度の関係に基づいて新たなペースト温度を設定するペースト温度調整手段としてのペースト温度設定部２０ｅが含まれている。ペースト温度を調整することにより粘度が増減し、単位時間当たりに吐出されるペースト量を増減することができるので、面積比が１を下回る場合、すなわち描画面積が適正描画面積より小さい場合にはペースト温度を現在の温度より高く設定する。また、面積比が１を上回る場合、すなわち描画面積が適正描画面積より大きい場合にはペースト温度を現在の温度より低く設定する。新たに設定されたペースト温度は記憶領域２０ｂに記憶され、次のペースト温度が設定される毎に更新される。
【００２１】
このように、基板３の上面に描画塗布されるペーストの描画面積をほぼリアルタイムでモニタリングし、ペースト吐出圧およびペースト描画速度、ペースト温度のうち少なくとも何れかの描画条件を制御対象としてフィードバック制御を行うことにより、適正なペースト塗布量を安定して確保することが可能となり、ボンディングにおける接合品質を高水準で均質化することができる。
【００２２】
なお、面積比と描画条件との相関関係は、試験動作等を行うことにより数値的に把握し、制御部２０に予め記憶させる。また、フィードバック制御を行う際の制御対象は、ペースト吐出圧、ペースト描画速度、ペースト温度のうち任意の対象を選択することが可能である。一般的に、ペースト吐出圧を調整する方法によれば最も効果的に塗布量を調整することができるので、本実施の形態のボンディング装置では、まずペースト吐出圧を調整し、次の段階でペースト描画速度、ペースト温度を調整するように制御される。
【００２３】
図２において、制御部２０には出力部２１および入力部２２が接続されている。出力部２１には、液晶パネルやＣＲＴ等により各種情報を可視表示する表示手段としての表示部２１ａおよびボンディング動作中におけるエラーの発生を警告する警告手段としての警告部２１ｂが備えられている。入力部２２には、キーボードやドライバ等の情報入力手段が備えられており、制御部２０に制御プログラムや各種データを入力するほか、ボンディング装置における各動作をマニュアル操作することができる。
【００２４】
図４は、計測描画面積と適正描画面積との面積比を表示部２１ａに可視的に表示したものを例示している。図４において、縦軸は面積計測部２０ａにより計測されたペーストの描画面積であり、横軸はボンディング装置における生産時間である。本実施の形態のボンディング装置に備えられた空圧式のシリンジ１１ａでは、同じ条件で圧力を付与した場合であっても時間の経過とともにペーストの吐出量が低下し描画面積が減少する傾向にある。従って、図４に示すように、適正描画面積を１とした描画面積の面積比の変化の履歴を可視的に表示することで、オペレータがフィードバック制御を行うタイミングを把握できるようにしている。例えば、時間ｔでフィードバック制御を行うことにより、許容される接合強度の下限である面積比０．９を下回る以前の段階において、フィードバック制御後の面積比が１になるようにペーストの塗布量を回復させることができる。
【００２５】
なお、フィードバック制御を行うタイミングは、オペレータが判断してマニュアル操作することも可能であるし、予め設定した閾値（例えば面積比０．９５〜１．０５）を超えた段階で自動的にフィードバック制御を行うことも可能である。また、面積比の変化の傾向を予め把握し、これを相殺する補正量に基づいてフィードフォワード補正を行うことも可能であり、適正なペースト塗布量を維持することができる。
【００２６】
ところで、フィードバック制御を行ってもペースト塗布量が回復しない場合、ボンディング装置に何らかの異常が発生していると考えられる。そのため、ペースト吐出圧、ペースト描画速度、ペースト温度のうち少なくとも何れかを制御対象として所定回数フィードバック制御を行っても面積比が予め設定した閾値（例えば面積比０．９５〜１．０５）を超える場合には、警告部２１ｂによりエラー警告を行う。
【００２７】
図５は、本実施の形態のボンディング装置におけるボンディング動作を工程順に示すフローチャートである。ボンディング動作を開始すると、まず、記憶領域２０ｂに記憶されるペースト吐出圧およびペースト描画速度、ペースト温度の初期値を入力し描画条件を設定する（ＳＴ１）。次に、ペーストを所定のパターンで基板３の上面の所定の箇所に描画塗布する（ＳＴ２）。ペーストが描画塗布された箇所に描画面積を計測する（ＳＴ３）。計測描画面積と適正描画面積との面積比（計測描画面積／適正描画面積）が予め設定された閾値を超えていない場合には、適正なペースト塗布量が確保されていると判断され、基板３の上面の次の塗布箇所に移行する（ＳＴ４）。以後、ＳＴ２〜ＳＴ４の動作を繰り返し行い、所定数の基板３にペーストを描画塗布する。
【００２８】
ＳＴ３において計測された描画面積と適正描画面積との面積比が予め設定された閾値を超えている場合には、適正なペースト塗布量が確保されていないと判断され、原則として、ペーストの描画塗布量を調整するために、描画条件を変更してフィードバック制御を行い（ＳＴ５）、次の塗布箇所に移行し（ＳＴ６）、以後、ＳＴ２以降の動作を続行する。ただし、所定回数フィードバック制御を行っても面積比が予め設定された閾値を超える場合には、上記の調整動作では適正なペースト塗布量を確保することができないと判断し、エラー処理を行う（ＳＴ７）。エラー処理によりフィードバック制御は中断され、警告部２１ｂにより警告を受けたオペレータによってボンディング装置のメンテナンスを行う。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、適正なペースト塗布量を安定して確保することが可能となり、ボンディングにおける接合品質を高水準で均質化することができるので、プレボンド方式によるボンディング分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態のボンディング装置の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態のボンディング装置の制御系の構成図
【図３】本発明の実施の形態のボンディング装置におけるペースト画像の処理機能を示す機能ブロック図
【図４】本発明の実施の形態のボンディング装置における計測描画面積と適正描画面積との面積比を可視的に表示したグラフ
【図５】本発明の実施の形態のボンディング装置におけるボンディング動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００３１】
１  チップ
３  基板
１１ａ  シリンジ
１１ｃ  空圧供給源
１１ｅ  ヒータ
１２ａ  Ｙ軸テーブル
１２ｂ  Ｘ軸テーブル
１２ｃ  Ｚ軸テーブル
１４  カメラ
１５  画像処理部
２０  制御部
２１ａ  表示部
２１ｂ  警告部
【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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