(57)【要約】【課題】コストの低減に資する構成により、測定対象の面の高さ方向の変動量を検出することを可能とする半導体製造装置（ダイボンダ）を提供する。【解決手段】基板Ｓ上の所定の位置に搭載する装置であって、先端にダイを吸着保持し、ステージ上に載置された前記基板上の所定の位置に当該ダイを搭載するボンディングヘッド部３２と、当該ボンディングヘッド部によりダイの搭載が行われる前後において、当該ダイＤや基板Ｓを含む測定対象を撮像する位置検出カメラ４２と、前記各手段の動作を制御することにより前記基板上の所定の位置に前記ダイを搭載する制御部４とを備えた半導体製造装置（ダイボンダ）において、前記位置検出カメラ４２の光学系を非テレセントリックレンズを含むレンズシステムにより構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の所定の位置にダイを搭載する半導体製造装置であって、
先端にダイを吸着保持し、ステージ上に載置された前記基板上の所定の位置に当該ダイを搭載する手段と、
前記搭載手段によりダイの搭載が行われる前後において、当該ダイ又は／及び当該基板を含む測定対象を撮像する撮像手段と、
前記各手段の動作を制御することにより前記基板上の所定の位置に前記ダイを搭載する制御装置とを備えた半導体製造装置において、
前記撮像手段は、その光学系を非テレセントリックレンズを含むレンズシステムにより構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載した半導体製造装置において、前記制御手段は、前記撮像手段により撮像した画像に基づいて、前記基板のステージからの浮き上がり、又は、前記ダイの重複搭載を判定することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載した半導体製造装置において、前記撮像手段は、前記基板の表面に形成された認識パターン、又は、前記ダイの外形を撮像することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載した半導体製造装置において、前記制御手段は、更に、その判定結果を表示するための手段を備えていることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイボンダなどの、所謂、半導体製造装置に関し、特に、そのボンディング工程における精度や信頼性を向上するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の一例として、例えば、ダイ(半導体チップ)を、配線基板やリードフレームなど、所謂、基板上に搭載し、もって、製品であるパッケージを組み立てるダイボンダでは、基板上にボンディングするボンディング工程を含んでいる。かかるボンディング工程では、基板のボンディング面上に正確にダイをボンディングする必要があり、そのため、カメラにより当該ダイや基板（測定対象）を撮像し、その画像を画像処理することにより（例えば、予め設定したリファレンスと比較する等）、位置決め、及び、検査が行われている。なお、ダイボンダを含めた半導体の製造装置においては、測定対象となるダイや基板との間の距離の変動により結像される像の大きさが異なることを避けるため、撮像するカメラの光学系としては、所謂、テレセントリックレンズ（集光線が光軸に対して平行なレンズであり、測定対象との距離が変動しても像の大きさは変わらない）を用いることが一般的であった。
【０００３】
一方、上述したダイボンディング工程では、後にも説明するが、ダイを搭載する基板を固定する際にたわみにより、所謂、浮きが発生し、又は、コレットによりダイを吸着してウェハから取り出して基板上にボンディングする際、ダイを重ねてボンディングしてしまう（ダイの重複ボンディング）ことがあり、製造する製品の品質を低下させてしまう。
【０００４】
そこで、従来、例えば、以下の特許文献１によれば、測定対象の面に対して傾斜方向から検出パターンを照射し、当該検出パターンを鉛直方向から撮像手段で検出することにより、高さ方向の変動量を検出し、もって、高速処理が可能で、かつ、生産性の高いダイボンダが既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２-３８９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術によれば、測定対象の面に対して傾斜方向から検出パターンを照射するための投影機が必要となる。そのため、製造装置の製造コストが上昇してしまし、更には、その取り付け位置を確保するために当該装置の他の構成要素の配置を変更するなどの課題があった。
【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達成されたものであり、具体的には、製造コストの上昇を伴うことなく、むしろ、コストの低減に資する構成により、測定対象の面の高さ方向の変動量を検出することを可能とする半導体製造装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によれば、基板上の所定の位置に搭載する半導体製造装置であって、先端にダイを吸着保持し、ステージ上に載置された前記基板上の所定の位置に当該ダイを搭載する手段と、前記搭載手段によりダイの搭載が行われる前後において、当該ダイ又は／及び当該基板を含む測定対象を撮像する撮像手段と、
前記各手段の動作を制御することにより前記基板上の所定の位置に前記ダイを搭載する制御装置とを備えた半導体製造装置において、前記撮像手段は、その光学系を非テレセントリックレンズを含むレンズシステムにより構成されている半導体製造装置が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記に記載した半導体製造装置において、前記制御手段は、前記撮像手段により撮像した画像に基づいて、前記基板のステージからの浮き上がり、又は、前記ダイの重複搭載を判定することが可能となり、そして、前記撮像手段は、前記基板の表面に形成された認識パターン、又は、前記ダイの外形を撮像することが好ましい。更には、前記制御手段は、更に、その判定結果を表示するための手段を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
上述した本発明によれば、製造コストの上昇を伴うことなく、むしろ、コストの低減に資する構成により、測定対象の面の高さ方向の変動量を検出することが可能であり、もって、ダイを正確・精密にボンディングすることができる信頼性の高いダイボンダ、即ち、半導体製造方法を提供することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明になる一実施形態であるダイボンダを上から見た概念図である。
【図２】上記ダイボンダの構成において、基板上にダイを搭載するダイボンディング工程を行うボンディングヘッド部の概略構成を示す斜視図である。
【図３】上記ボンディングヘッド部において基板やダイを撮像して位置決めなどを行う位置検出カメラの構成を示す展開斜視図である。
【図４】本発明において採用される非テレセントリックレンズの撮像動作を、テレセントリックレンズの撮像動作との比較で説明する説明図である。
【図５】位置検出カメラによりその画像が検出される測定対象である基板（リードフレーム）について、その詳細を説明する図である。
【図６】上記基板（リードフレーム）のたわみによる浮き上がりを説明するための説明図である。
【図７】位置検出カメラによりその画像が検出される他の測定対象であるダイについて、説明する図である。
【図８】上記ダイの基板（リードフレーム）表面でのダイの重複搭載の詳細を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の詳細について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明を、その一実施形態である半導体製造装置、特に、ダイボンダに適用した例を示している。なお、この図１は、ダイボンダ１０を上から見た概念図であり、当該図からも明らかなように、ダイボンダ１０は、大別して、ウェハ供給部１と、基板供給・搬送部５と、ダイボンディング部３と、そして、これらを制御するための制御部４とを備えている。
【００１４】
ウェハ供給部１は、ウェハカセットリフタ１１とピックアップ装置１２とを有する。ウェハカセットリフタ１１は、ウェハリングが充填されたウェハカセット（図示せず）を有し、順次、ウェハリングをピックアップ装置１２に供給する。ピックアップ装置１２は、所望するダイをウェハリングからピックアップできるように、ウェハリングを移動する。
【００１５】
基板供給・搬送部５は、スタックローダ５１と、フレームフィーダ５２と、アンローダ５３とを有する。スタックローダ５１は、ダイを接着する基板（例えば、リードフレーム）をフレームフィーダ５２に供給する。フレームフィーダ５２は、基板をフレームフィーダ５２上の２箇所の処理位置を介してアンローダ５３に搬送する。アンローダ５３は、搬送された基板を保管する。
【００１６】
ダイボンディング部３は、プリフォーム部３１と、ボンディングヘッド部３２とを有する。プリフォーム部３１は、フレームフィーダ５２により搬送されてきた基板にダイ接着剤を塗布する。ボンディングヘッド部３２は、ボンディングヘッド４１によりダイをピックアップして上昇し、ダイをフレームフィーダ５２上のボンディングポイントまで移動させる。そして、ボンディングヘッド部３２は、ボンディングポイントでダイを下降させ、ダイ接着剤が塗布された基板上にダイをボンディングする。
【００１７】
図２は、上述したダイボンダ１０において、ダイボンディング工程を行うためのボンディングヘッド部３２の概略構成を示す斜視図である。
【００１８】
ボンディングヘッド部３２は、ダイＤを吸着しボンディングするボンディングヘッド４１と、基板であるリードフレームＳの位置合わせを行い、当該基板表面上の所定の位置にピックアップしたダイを搭載（接着）するため、リードフレーム及び搭載したダイを撮像するためのカメラ４２（以下、単に、「位置検出カメラ」という）と、ボンディングヘッド４１と位置検出カメラ４２とを支持または固定する固定台４３と、固定台４３をＸＹ方向に移動させる移動機構４７と、リードフレームＳを保持するボンディングステージ(以下、単に「ステージ」と言う)４４を有する。なお、符号５２は、リードフレームＳを搬送する基板供給・搬送部５を形成するフレームフィーダである。
【００１９】
ボンディングヘッド４１は、先端にダイＤを吸着保持しているコレット４１ｃと、コレット４１ｃを昇降(Ｚ方向に移動)させ、コレット４１ｃを固定台４３に対してＹ方向に移動させる２次元移動機構４１ｍとを有する。
【００２０】
更に、上述した制御部４は、ここでは図示しないが、例えば、ＣＰＵからなる制御・演算装置、ＲＡＭ（主記憶装置）やＨＤＤ（補助記憶装置）を含む記憶装置、タッチパネル、マウス、画像取込装置（チャプチャーボード）、モータ制御装置、液晶パネル等の表示装置、Ｉ／Ｏ信号制御装置（センサー・スイッチ制御など）を含む入出力制御装置を備えており、上記位置検出カメラ４２を含む各種のカメラ（図示せず）や各部からの信号を入力し、そして、上記各部の動作を制御する。
【００２１】
続いて、本発明の特徴となる上述した位置検出カメラ４２について、添付の図３及び図４を参照しながら、以下に、詳細に説明する。
【００２２】
まず、図３の斜視図は位置検出カメラ４２の概略構成を示しており、その具体的なレンズ構成については示さないが、例えば、円筒状の筺体４２１体内に単数又は複数枚の光学レンズを組み合わせたレンズシステム４２２と、当該レンズシステムを介してその検出表面上に測定対象の画像を形成し、もって、当該画像を電気信号として取り出すための面状の画像センサー（例えば、ＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサー等）４２３とを備えている。
【００２３】
即ち、本発明になる半導体製造装置においても、上述した構成を備えた位置検出カメラ４２により、ダイＤや基板（リードフレーム）Ｓの画像を検出することにより、上述したダイボンディング部３の各部の動作を制御するが、本発明では、特に、上記したレンズシステム４２２を、集光線が光軸に対して平行なレンズであり、測定対象との距離が変動しても像の大きさは変わらない、所謂、テレセントリックレンズではなく、非テレセントリックレンズ（非テレセントリック系ともいう）により形成している。なお、本発明でいう非テレセントリックレンズとは、例えば、ＣＣＴＶレンズやマイクロレンズといったテレセントリック性の少ないレンズである、かかるレンズの動作については、テレセントリックレンズと比較しながら、以下に図４を参照しながら説明する。
【００２４】
図４（ａ）は、本発明において採用される非テレセントリックレンズの撮像動作を説明しており、他方、図４（ｂ）は、比較のため、テレセントリックレンズの撮像動作を説明している。
【００２５】
図４（ｂ）にも示すように、テレセントリックレンズ（テレセントリック系）を光学系とする位置検出カメラ４２では、測定対象の画像を面状の画像センサー４２３上に結像する。なお、ここでは、説明のため、当該カメラ（より具体的には、レンズシステム４２２）からの距離が異なる位置に、それぞれ、円形の外形を有する測定対象と、正方形の外形を有する測定対象が、それぞれ、示されている。そして、図からも明らかなように、テレセントリック系の位置検出カメラ４２では、当該カメラからの距離にかかわらず、画像センサー４２３上において、測定対象は等倍率で結像される。即ち、得られる像の大きさは変わらない。
【００２６】
これに対し、非テレセントリックレンズによれば、図４（ａ）にも示すように、画像センサー４２３上において、測定対象は不等倍率で結像される。即ち、カメラからの距離が大きい程、得られる画像は小さく、その距離が小さい程、得られる像は大きくなる。
【００２７】
そこで、本発明では、その光学系として、上述した非テレセントリックレンズを備えた位置検出カメラ４２が採用されている。即ち、かかる非テレセントリック系の位置検出カメラ４２によれば、既に上記に説明した、基板の浮き、又は、ダイの重複ボンディングを検出することが可能なる。なお、本発明を実施する際においては、上述した位置検出カメラ４２の光学系を非テレセントリック系とすればよく、その場合、当該非テレセントリックレンズは、一般的にテレセントリックレンズよりも安価であることから、製造コストの上昇を伴うことなく、むしろ、コストの低減に資する構成となる。
【００２８】
続いて、上記に詳細を説明した半導体製造装置を構成する位置検出カメラ４２によりその画像が検出される測定対象について、以下に、その詳細を説明する。
【００２９】
添付の図５には、画像が検出される測定対象の一つである基板（リードフレーム）Ｓと、当該基板（リードフレーム）の一部に搭載されたダイＤが示されている。更に、この図では、符号「Ｔ」により、１個のダイＤを搭載するランド（タブとも言う）を示し、そして、符号「Ｐ」は、当該基板（リードフレーム）の表面上に予め設けられ、パターンマッチング等に用いられるユニークな認識パターン（基準マーク）を、「Ｑ」は、当該基板（リードフレーム）の表面上に予め設けられている認識パターンであり、上記ユニークなパターン以外のパターン（ユニークでないパターン）をそれぞれ示している。
【００３０】
上述した基板（リードフレーム）Ｓは、図６（ａ）にも示すように、上流側から搬送され（図の矢印を参照）、上記ステージ４４の上に、表面に形成された複数の貫通孔４４１を介して負圧により吸着され、更には、クランパ４４２などにより固定され、即ち、浮き上がらないように密着する。しかしながら、特に、近年においては、基板Ｓの厚さが増々薄くなってきており、所謂、たわみＦが発生し易く、例えば、図６（ｂ）にも示すように、基板ＳにたわみＦが発生する場合がある。その際、図にも示すように、発生したたわみＦにより、基板Ｓがステージ４４の表面から浮き上がり、ダイＤを精密に搭載できなくなる場合が発生する。
【００３１】
かかる場合、上述した本発明の半導体製造装置においては、位置検出カメラ４２により上記基板（リードフレーム）Ｓ表面を撮像することによれば、当該基板Ｓ表面のたわみによる浮き上がりを検出することが可能となる。より具体的には、例えば、Ｐ基板（リードフレーム）の表面上に予め設けられたパターンマッチング用のユニークなパターンＰやそれ以外のＱの画像を、上記位置検出カメラ４２により取り込む。すると、上述したように、当該位置検出カメラ４２が備えている非テレセントリックレンズによれば、カメラからの距離により得られる像の大きさが変化する。即ち、基板（リードフレーム）Ｓ表面において、たわみにより浮き上がった部分のパターンは、正常な（浮き上がっていない）部分に形成されたパターンに比較して、より大きな像となる。
【００３２】
そこで、例えば、測定対象上に形成されるパターンの形状や大きさを予め入力しておき（具体的には、例えば、制御部４を構成するＲＡＭ（主記憶装置）やＨＤＤ（補助記憶装置）に記憶しておく）、位置検出カメラ４２により検出したパターンＰ又はＱの像を当該記憶したパターンと比較することによれば、基板（リードフレーム）Ｓの浮き上がりの有無を容易に検出することができる。なお、その場合、測定対象上のパターンとしては、特に、基板（リードフレーム）の表面上に予め設けられ、パターンマッチング等に用いられるユニークなパターンＰが好ましく、そして、上記浮き上がりの検出には、予め、閾値を設定しておき、検出したパターンの像の大きさが当該閾値を超えた場合に浮き上がりがあると判定することが好ましい。
【００３３】
また、その場合、制御部４を構成する表示装置上にその旨を表示し、エラーとして装置を停止させ、ステージを上下に移動し又は吸着のオン・オフを繰り返して基板を吸着し直すなどを行うようにすることも可能である。なお、かかる動作は、制御部４の動作を制御するためＲＯＭなどに格納されたソフトウェアを変更する等により、容易に実行可能である。
【００３４】
続いて、添付の図７及び図８には、本発明の半導体製造装置においては、上述した基板（リードフレーム）Ｓの一部に搭載されるダイＤが、ピックアップ装置１２により、ウェハリングからピックアップされて移動し、基板（リードフレーム）Ｓ表面の所望の位置に搭載される様子を示している。
【００３５】
まず、図７は、ピックアップ装置１２がウェハリングの多数のダイの中から所定のダイＤをピックアップする様子が示されており、ここでは、ピックアップ装置１２は、その下面の真空吸着部をダイＤの表面上に配置することにより、当該吸着部にダイＤを吸着固定して移動する。
【００３６】
なお、この時、ウェハリングの多数のダイは、その下面を粘着性のシート上に一体に貼着して供給されており、その際、例えば、図８（ａ）に示すように、ピックアップ・ボンディングユニット１２０によりダイＤをピックアップするとき、当該粘着物Ｇの付着により、隣接するダイＤをも一緒にピックアップすることがある。その際、図に矢印で示すように、何らかの理由により下側のダイＤに力が加わった場合には、図８（ｂ）や（ｃ）に示すように、二枚のダイＤが重複した（下側のダイは、上下の面が逆）状態で、基板（リードフレーム）Ｓの表面に搭載されてしまい、製造される製品の信頼性の低減につながってしまう。
【００３７】
そこで、一般的には、その後の検査の過程において、基板（リードフレーム）Ｓの表面に搭載されたダイＤの表面の高さを測定することによりダイＤの重複搭載の有無を検査していた。しかしながら、本発明の半導体製造装置においては、上述した位置検出カメラ４２により、ダイＤを搭載した後の表面（外形）を、上述した非テレセントリックレンズにより検出することによれば、その高さを検出することが可能となる。
【００３８】
即ち、基板（リードフレーム）Ｓ上に、ダイＤが重複して搭載された場合には、（一枚の）ダイＤが通常に搭載された場合に比較して、より大きな像となる。そこで、例えば、基板（リードフレーム）Ｓ上に搭載されるダイＤの形状（外形）やその大きさ（寸法）を予め入力しておき（具体的には、例えば、制御部４を構成するＲＡＭ（主記憶装置）やＨＤＤ（補助記憶装置）に記憶しておく）、ダイＤを搭載した後、位置検出カメラ４２により当該搭載したダイＤの像を検出し、当該記憶したパターンと比較することによれば、ダイＤの重複搭載の有無を容易に検出することができる。
【００３９】
その場合、制御部４を構成する表示装置上にその旨を表示してエラーとして装置を停止させることも可能である。なお、かかる動作も、上記と同様、制御部４の動作を制御するためＲＯＭなどに格納されたソフトウェアを変更する等により、容易に実行可能である。
【００４０】
以上のように本発明の実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【００４１】
１…ウェハ供給部、３…ダイボンディング部、４…制御部、５…基板供給・搬送部、１０…ダイボンダ、３２…ボンディングヘッド部、４１…ボンディングヘッド、４１ｃ…コレット、４２…位置検出カメラ、４２３…画像センサー、４２２…テレセントリック系のレンズシステム、４２３…画像センサー、４３…固定台、４４…ボンディングステージ(ステージ)、１２０…ピックアップ・ボンディングユニット。
【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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【図８】
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