(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下動し得るように装着されたボンディングツールと、水平面内において移動し得るように前記ボンディングツールの下方に配設されたボンディングステージと、前記ボンディングツールの加圧面に設けられたキャリブレーション用上マークと、前記ボンディングステージに装着されている透明板に設けられたキャリブレーション用下マークと、前記ボンディングステージがキャリブレーション実行位置に位置決めせしめられた状態において退避位置から前記ボンディングツールと前記透明板との間へ移動して前記キャリブレーション用上下両マークを認識する二視野カメラと、前記ボンディングツールが上方の待機位置から下方へ移動せしめられて前記透明板に接近若しくは当接した状態において前記透明板の下方から前記キャリブレーション用上下両マークを認識する一視野カメラとを備えたチップボンディング装置において、前記二視野カメラに温度検出手段を装着し、かつ、前記温度検出手段が許容以上の温度変化を検出したときのみにおいてキャリブレーションを行うようにしたことを特徴とするチップボンディング装置。
【請求項２】
ボンディングツールの加圧面に半導体チップを吸着保持する為の吸気孔を開口していることを特徴とする請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項３】
ボンデングツールがヒータを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のチップボンデンディング装置。
【請求項４】
ボンディングツールが水平方向へ移動し得ないように装着されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のチップボンディング装置。
【請求項５】
ボンディングステージが平行移動し得るように装着されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載のチップボンディング装置。
【請求項６】
ボンディングステージが回転し得るように装着されていることを特徴とする請求項５に記載のチップボンディング装置。
【請求項７】
一視野カメラがボンディングステージと一体に移動し得るように装着されていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６に記載のチップボンディング装置。
【請求項８】
加圧面にキャリブレーション用上マークを設けたボンディングツールの下方に配されているボンディングステージを水平面内において移動せしめてキャリブレーション実行位置に位置決めさせた状態において退避位置から前記ボンディングツールと前記ボンディングステージに装着されている透明板との間へ二視野カメラを移動せしめて前記キャリブレーション用上マーク及び前記透明板に設けられているキャリブレーション下マークの両マークを認識することによって得られる所定の制御パラメータに基づいてカメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新することと、前記ボンディングツールを上方の待機位置から下方へ移動させて前記透明板に接近若しくは当接せしめた状態において前記透明板の下方から一視野カメラで前記キャリブレーション用上下両マークを認識することによって得られる所定の制御パラメータに基づいて前記カメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新することとを行うチップボンディング装置におけるキャリブレーション方法において、前記二視野カメラの温度を検出し、かつ、許容以上の温度変化を検出したときのみにおいて、前記二視野カメラによるキャリブレーション用上下両マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新及び前記一視野カメラによる前記キャリブレーション用上下両マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新を行うことを特徴とするチップボンディング装置におけるキャリブレーション方法。
【請求項９】
二視野カメラによるキャリブレーション用上下両マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新の前若しくは後において、一視野カメラによる前記キャリブレーション用上下両マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新を間欠的に行うことを特徴とする請求項８に記載のチップボンディング装置におけるキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に半導体チップをボンディングするチップボンディング装置及びそれにおけるキャリブレーション方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、周知のように、チップボンディングは、上方のボンディングツールが保持している半導体チップに対して、その下方のボンディングステージに支持されている基板（例えば、液晶基板等）のボンディング位置を精密に位置決めせしめた状態においてボンディングツールを降下させてボンディングする。
【０００３】
その為、かかるボンディングに先立って、例えば、半導体チップ及び基板に設けられているアライメントマークを二視野カメラで認識し、両アライメントマークの位置ずれを無くするようにボンディングステージを所定に移動制御することによって半導体チップと基板との位置合わせを行っているが、その際、二視野カメラは、退避位置からアライメントマーク認識位置へ移動せしめられたり或いはそれと反対方向へ移動せしめられて退避せしめられる。
【０００４】
ところが、そのような工程を経て次々とボンディングして行くうちに、作業室内の温度が上昇するといった環境条件の変化により、装置各部の寸法変化が生じるので、二視野カメラの移動制御を永続的に同一条件で実施して行くと、アライメントマークの位置認識に誤差が発生し、これに起因して高精度のボンディングが困難になる。
【０００５】
そこで、μｍ単位のボンディング精度を保つ為に、必要に応じてカメラ移動制御系のキャリブレーションが随時行われていると共に、既に各種のキャリブレーションが提案されている。
【０００６】
例えば、特開平９−８１０４号公報の段落［００３６］〜［００４２］おいては、ボンディングツールが装着されているＺテーブルに昇降装置を介してマーク用テーブルを装着し、かかる昇降装置を駆動してマーク用テーブルを、ボンディングツールに真空吸着保持されている半導体チップと同一レベルの位置へ移動させると共に、それの下方へ二視野カメラを移動させてマーク用テーブルに設けられているキャリブレーション用マークを認識し、次いで、二視野カメラをそこから退避させた後、昇降装置を駆動してマーク用テーブルを、下方のボンディングステージに支持されている回路基板と同一レベルの位置へ移動させると共に、それの上方へ二視野カメラを移動させて前記マークを認識し、もって、両認識によって得られる所定の制御パラメータに基づいて前記カメラの移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新するキャリブレーション方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このキャリブレーション方法は、半導体チップ及び基板夫々に設けられているアライメントマークを認識する位置から大きく離れた位置でキャリブレーション用マークを認識するようにしている為、二視野カメラが、それらのうちの一方のマーク（例えば、キャリブレーション用マーク）を認識する位置へ移動せしめられたときと、他方のマーク（例えば、アライメントマーク）を認識する位置へ移動せしめられたときとでは、かかるカメラを移動させるＸＹテーブル若しくはＸＹＺテーブルに作用する荷重（曲げモーメント）が相異し、その為による撓み量の差が、キャリブレーション用マークの位置認識誤差になって、より一段と高精度にキャリブレーションすることが妨げられていた。
【０００８】
そこで、本発明者等は、他の特許出願において、ボンディングツールに設けられているキャリブレーション用上マークと、透明板を装着したボンディングステージの前記透明板に設けられているキャリブレーション用下マークとを二視野カメラで認識することに加えて、ボンディングツールを上方の待機位置から降下させて前記キャリブレーション用上マークを前記キャリブレーション用下マークに接近せしめた状態において前記透明板の下方から一視野カメラで両マークを認識するようにすることによって、より一段と高精度にキャリブレーションすることができることを提案したが、このようなキャリブレーション方法においては、二視野カメラの上側の光軸と下側の光軸とのずれが生じる為、それの補正が必要とされていた。
【０００９】
ところが、その為に必要とされる補正パラメータが、二視野カメラの精度測定結果等から経験的に決定される一方において季節の変化（環境温度の変化）等の影響を受け易い為に、キャリブレーション精度を一定に維持することの困難性を有していると共に、キャリブレーション精度を一定に維持しようとすると、キャリブレーション時間が長くなって効率が低下し、そうかといって、時間短縮の為にキャリブレーション回数を減らすと、一定精度に維持することが困難になってしまうといった相反する解決し難い欠点があった。
【００１０】
本発明は、このよう欠点に着目し、それを解決すべく鋭意検討の結果、二視野カメラの上下光軸のずれ量とカメラ温度とが相関関係にあることを見出し、
この点に基づいて本発明を完成し得たものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るチップボンディング装置は、請求項１に記載するように、上下動し得るように装着されたボンディングツールと、水平面内において移動し得るように前記ボンディングツールの下方に配設されたボンディングステージと、前記ボンディングツールの加圧面に設けられたキャリブレーション用上マークと、前記ボンディングステージに装着されている透明板に設けられたキャリブレーション用下マークと、前記ボンディングステージがキャリブレーション実行位置に位置決めせしめられた状態において退避位置から前記ボンディングツールと前記透明板との間へ移動して前記キャリブレーション用上下両マークを認識する二視野カメラと、前記ボンディングツールが上方の待機位置から下方へ移動せしめられて前記透明板に接近若しくは当接した状態において前記透明板の下方から前記キャリブレーション用上下両マークを認識する一視野カメラとを備えたチップボンディング装置において、前記二視野カメラに温度検出手段を装着し、かつ、前記温度検出手段が許容以上の温度変化を検出したときのみにおいてキャリブレーションを行うようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係るチップボンディング装置におけるキャリブテーション方法は、請求請８に記載するように、加圧面にキャリブレーション用上マークを設けたボンディングツールの下方に配されているボンディングステージを水平面内において移動せしめてキャリブレーション実行位置に位置決めさせた状態において退避位置から前記ボンディングツールと前記ボンディングステージに装着されている透明板との間へ二視野カメラを移動せしめて前記キャリブレーション用上マーク及び前記透明板に設けられているキャリブレーション下マークの両マークを認識することによって得られる所定の制御パラメータに基づいてカメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新することと、前記ボンディングツールを上方の待機位置から下方へ移動させて前記透明板に接近若しくは当接せしめた状態において前記透明板の下方から一視野カメラで前記キャリブレーション用上下両マークを認識することによって得られる所定の制御パラメータに基づいて前記カメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータを補正更新することとを行うチップボンディング装置におけるキャリブレーション方法において、前記二視野カメラの温度を検出し、かつ、許容以上の温度変化を検出したときのみにおいて、前記二視野カメラによるキャリブレーション用上下両マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新及び前記一視野カメラによる前記キャリブレーション用上下両マークの認識に基づく制御パラメータの補正更新を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
斜視図である図１及び図２において、下方のボンディングステージ１と上方のボンディングツール２との間へ二視野カメラ３が移動せしめられた姿が示されているが、この二視野カメラ３でキャリブレーション用下マーク４及び上マーク５が共に認識される。
【００１４】
なお、キャリブレーション用下マーク４は、ボンディングステージ１に装着されている透明板６（例えば、ガラス板）の上面６ａに設けられていると共にキャリブレーション用上マーク５は、ボンディングツール２の先端部を形成している加圧ヘッド２ａの加圧面２ｂに設けられている。
【００１５】
また、ボンディングステージ１は、ＸＹθテーブル７の最上段を形成しているθテーブル７ａ上に装着されており、従って、ＸＹθテーブル７の駆動によって水平面内においてＸ軸方向、Ｙ軸方向又はＸＹ両軸方向に移動（以下、単に平行移動という。）され得ると共に所定方向に回転され得る。
【００１６】
一方、ボンディングツール２は、図示されていない機構によって水平方向へは移動し得ないが、Ｚ軸方向（垂直方向）に上下動自在に装着され、かつ、加圧ヘッド２ａを所定温度に加熱する為のヒータ（図示されていない）を内蔵していると共に加圧ヘッド２ａの加圧面２ｂに、半導体チップを吸着保持する為の吸気孔１０を開口せしめている。
【００１７】
なお、吸気孔１０は、ボンディングツール２の垂直軸心Ｂ−Ｂ上に位置されているが、この孔１０と連通せしめられるように耐圧ホース１１の一端がボンディングツール２に取り付けられていると共に、その他端が図示されていない真空ポンプに取り付けられている。
【００１８】
また、二視野カメラ３は、図示されていないＸＹＺテーブルに装着されている。その為、このカメラ３は、前記ＸＹＺテーブルの駆動によって退避位置からボンディングツール２と透明板６との間へ移動され得ると共に、反対にそこから前記退避位置へ移動され得る。その際、二視野カメラ３の高さ位置がＺテーブルの駆動によって所定に調整される。
【００１９】
更に、二視野カメラ３に温度検出手段８（例えば、熱電対）が装着されていると共にＸＹθテーブル７のθテーブル７ａ上に一視野カメラ９（例えば、ＣＣＤカメラ）が装着されている。なお、一視野カメラ９は、その撮像ヘッドを常時、透明板６の下方に位置せしめている。
【００２０】
また、ボンディングステージ１の上面１ａと透明板６の上面６ａは、連なった平面を形成するように（段差を形成しないように）設けられている。また、ボンディングステージ１の上面１ａ中央部に、基板（例えば、液晶基板）を吸着保持する為の吸気孔１２が開口されている。
【００２１】
この吸気孔１２は、その一端がボンディングステージ１に取り付けられている耐圧ホース１３と連通され、かつ、かかるホース１１の他端（図示されていない）は真空ポンプに取り付けられている。
【００２２】
よって、ＸＹθテーブル７を平行移動及び回転せしめてボンディングステージ１を図示のようにキャリブレーション実行位置に位置決めさせることができるが、かかるキャリブレーション実行位置は、二視野カメラ３及び一視野カメラ９の視野範囲内、すなわち、両カメラ３，９が、キャリブレーション用上下マーク５，４の両マークを認識することができる範囲内の所定位置に設定されている。
【００２３】
なお、ボンディングステージ１がキャリブレーション実行位置に位置決めされた状態においては、ボンディングツール２の下方に透明板６が位置されるが、この透明板６に設けられているキャリブレーション下マーク４の位置は、ボンディングツール２に設けられているキャリブレーション用上マーク５の位置とボンディングステージ平面に対して同一の垂直線上には位置されていない。
【００２４】
以下、この状態において、上方の待機位置へ移動せしめられているボンディングツール２とその下方の透明板６との間に二視野カメラ３が移動され、次いで、このカメラ３でキャリブレーション用上下両マーク４，５が認識されると共に、これによって得られる所定の制御パラメータに基づいてカメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータが補正更新される。
【００２５】
その際、キャリブレーション用上マーク５が、半導体チップを吸着保持する為の吸気孔１０に接近せしめられた位置に設けられているので、ボンディング（熱圧着）に先立って、ボンディングツール２が吸着保持している半導体チップのアライメントマークと、その下方のボンディングステージ１が支持している基板のアライメントマークとを二視野カメラ３で認識する場合と略同一ストロークに二視野カメラ３が移動制御される。このように、略同一ストローク位置ですべてのマークを認識する為、荷重差による撓みの影響を受けない。
【００２６】
そして、続いて、二視野カメラ３が、ボンディングツール２と透明板６との間のマーク認識位置から右側の退避位置へ移動されると、ボンディングツール２が上方の待機位置から降下され、これにより、ボンディングツール２の加圧ヘッド２ａが、透明板６に接近若しくは軽く当接せしめられる。
【００２７】
すると、透明板６の下方から一視野カメラ９でキャリブレーション用上下両マーク４，５が認識されると共に、これによって得られる所定の制御パラメータに基づいて前記カメラ移動制御系に入力されている先行の制御パラメータが更に補正更新される。
【００２８】
なお、前記一連のキャリブレーション用マークの認識を通じて、例えば、二視野カメラ３の上側光軸３ａ及び下側光軸３ｂ同士のずれ量等が求められ、得られた所定の制御パラメータに基づいて先行の制御パラメータが補正更新される。一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションは、ステージ又はヘッド位置の熱変形に対するものであり、光学系の変形頻度の多い二視野カメラを用いてのそれよりも少ない頻度で必要に応じて行えばよい。
【００２９】
このように、本発明においては、二視野カメラ３を用いてのキャリブレーションと、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションとの二段階にキャリブレーションを行うようにしている。その為、カメラの移動制御の煩雑化を防止しながら、従来のキャリブレーションよりも、より一段と高精度にキャリブレーションすることができる。また、上述のように、本発明においては、カメラの移動制御をより少ない回数で完了できるようにした為、キャリブレーションに要する時間を短縮することができる。
【００３０】
なお、このようなキャリブレーションは、ボンディングステージ１に支持せしめられている液晶基板等の基板（図示されていない）に半導体チップを次々とボンディング（熱圧着）して行く途中において必要に応じて適宜に行われる。その際、キャリブレーションは、二視野カメラ３に装着されている温度検出手段８が許容以上の温度変化を検出したときのみに行われる。
【００３１】
従って、ボンディングツール２と透明板４間へ二視野カメラ３が移動しても、温度検出手段８が許容以上の温度変化を検出しないときにおいては、上述のキャリブレーションは行われない。
【００３２】
その為、最適なタイミングでキャリブレーションを行うことができてキャリブレーション回数を減らすことができるから、効率的にキャリブレーションを行うことができ、しかも、キャリブレーション精度を一定に維持、すなわち、環境雰囲気の温度が変化するような場合においても高精度に維持することができる。
【００３３】
このように、本発明においては、二視野カメラ３の上側の光軸３ａと下側の光軸３ｂとのずれ量αとカメラ温度とが相関関係にあることに基づいて許容温度変化を設定するから、上述のような効果を得ることができるのである。
【００３４】
なお、かかる許容温度変化の設定に関し、複数の二視野カメラ３について加熱テストを行って、カメラ温度差ｔと光軸のずれ量αとを求めた結果、少しのばらつきはあるけれども、平均して１℃当りの変化により光軸のずれ量が、約２〜６μｍであることが確認された。従って、このデータに基づいて光軸のずれ許容精度を外れる温度変化を計算し、それを許容温度変化として設定するのも一例である。
【００３５】
周知のように、二視野カメラ３は、その周囲雰囲気等の温度影響を受けると、上側の光軸３ａと下側の光軸３ｂとのずれ量αが生じる。従って、それを予め測定し、測定ずれ量αの許容値から温度変化許容値を算出することができる為、カメラ温度を熱電対等の温度検出手段８で測定して、その温度変化が許容精度以上になった場合においてのみキャリブレーションを行うことができるように設けることができる。
【００３６】
なお、上述のボンディングに際し、キャリブレーション実行位置とは異なった位置、すなわち、ボンディング実行位置へボンデイングステージ１が移動せしめられる。これは、ＸＹθテーブル７の駆動制御によって行われ、そして、ボンディング実行位置へ移動されると、二視野カメラ３によってボンディングステージ１の吸気孔１２を介して真空吸着保持されている基板のアライメントマークと、ボンディングツール２の吸気孔１０を介して真空吸着保持されている半導体チップ（図示されていない）のアライメントマークとが認識される。
【００３７】
以下、両マークの位置ずれを無くするように、ボンディングステージ１がＸＹ軸方向へ移動、すなわち、平行移動せしめられると共に回転せしめられ、これによって、基板のボンディング個所に半導体チップが精密に位置決めせしめられ、従って、その後、ボンデイングツール２を降下させることによって所定にボンディングすることができる。
【００３８】
以上、一実施形態について述べたが、本発明においては、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションと、二視野カメラ３を用いてのそれとは、どちらを先に実施しても構わない。
【００３９】
また、二視野カメラ３を用いてのキャリブレーションと、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションとを並行させるだけでなく、二視野カメラ３を用いてのキャリブレーションの前若しくは後において、一視野カメラ９を用いてのキャリブレーションを間欠的に行ってもよい。
【００４０】
また、キャリブレーション用上下マーク４，５についても、いかなる形態のものであってもよいが、一般にはカメラでの認識が容易で、かつ、ヒータに対する耐熱性の樹脂印刷マーク又はマーク用に孔を設けたものが選択される。
【００４１】
また、キャリブレーション用上マーク５に関し、これをボンディングツール２の加圧面２ｂのいかなる位置に設けてもよいが、吸着保持される半導体チップで覆われる加圧面領域内に設ける場合においては、吸着保持される半導体チップの平行度を狂わせないように極薄に設けるか、若しくは、加圧面２ｂに形成した凹部内に、かかる上マーク５を印した耐熱性のマーク板を固着してもよい。
【００４２】
また、ボンディングツール２についても、ヒータを備えた所謂、ヒートツールのみならず、ヒータを備えていないものであってもよいと共に半導体チップを保持する手段を設けている又は設けていないのいずれであってもよい。なお、半導体チップを保持する手段は、吸気孔１０以外の手段であってもよい。
【００４３】
更に、ボンディングステージ１とボンディングツール２は、相対的な位置関係が水平方向とその水平面内の回転方向において移動制御可能であればよく、その意味においては、ボンデングステージ１についても、水平面内において移動し得る限りにおいては、Ｘ軸方向若しくはＹ軸方向だけに移動し得るように装着してもよく、その場合においては、ボンディングツール２をＹ軸方向若しくはＸ軸方向に移動し得るように装着すればよく、かつ、更には、それに加えて回転し得るように装着すればよい。
【００４４】
また、ボンディングステージ１は、基板を所定に支持し得る限りにおいては、吸着孔１２のような基板固定手段に代えて他の態様の基板固定手段を設けてもよいと共に、このステージ１に対する透明板６の装着は、その下方から一視野カメラ９がキャリブレーション用上下マーク４，５を認識し得る限りにおいては、いかなる態様に設けてもよい。
【００４５】
また、二視野カメラ５は、一般には、ＸＹＺテーブルに装着されるが、必要に応じて、Ｘテーブル、Ｙテーブル、ＸＹテーブル又はＸＹθテーブル等、他のテーブルに装着してもよい。
【００４６】
また、ボンディングステージ１の移動手段は、ＸＹテーブルだけ、又はθテーブルだけの場合もあると共に、ＸテーブルとＹテーブルとθテーブルとの組み合わせは、いずれが上下に配されても構わない。
【００４７】
また、ボンディングツール２のそれについても、Ｚテーブルに限定されず、ＸＹＺθ、ＸＹＺ、Ｚθ、ＹＺ等、各種のテーブル組み合わせを選択することができると共に一視野カメラ９も、ＣＣＤカメラ以外のものであってもよい。
【００４８】
また、二視野カメラ９に装着される温度検出手段に関し、熱電対、測温抵抗体等を選択することができる
なお、機構を簡単にできる為、ボンディングステージ１及び一視野カメラ９を一緒に（一体に）水平面内において移動し得るように装着するのが好ましいが、それらを互いに独立して個別に移動或いはボンディングステージ１だけを移動し得るように装着してもよい。
【００４９】
また、ボンディングステージ１を装着しないで、カメラ通路を形成するように門型状の透明板だけを装着し、これをボンディングステージとして使用（その上面に基板をセット）すると共に、門型状の透明板の上面に設けられているキャリブレーション用下マーク及びボンディングツールに設けられている吸気孔を、その下方（前記カメラ通路に撮像ヘッドを位置せしめた）一視野カメラで認識するようにしてもよく、かつ、その場合において、一視野カメラは、固定又は移動自在に装着してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
上述のように、本発明によると、カメラの移動制御工程の削減及びキャリブレーションの間欠化により、キャリブレーション時間が短縮できると共に二視野カメラのアライメントとキャリブレーション時の位置的違いから生ずるモーメントによるメカ的な変形に影響されずに高精度にキャリブレーションすることができ、更に、最適なタイミングでキャリブレーションを行うことができてキャリブレーション回数を減らすことができるから、効率的にキャリブレーションを行うことができると共にキャリブレーション精度を一定に維持、すなわち、環境雰囲気の温度が変化するような場合においても高精度に維持することができる。なお、高精度に維持しながらもキャリブレーション回数を減らすことができる為、生産効率を上げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】チップボンディング装置におけるキャリブレーション用下マークの認識態様を示す斜視図である。
【図２】チップボンディング装置におけるキャリブレーション用上マークの認識態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：ボンディングステージ
２：ボンディングツール
２ｂ：加圧面
３：二視野カメラ
４：キャリブレーション用下マーク
５：キャリブレーション用上マーク
６：透明板
８：温度検出手段
９：一視野カメラ
１０：吸気孔
【図１】
0004100648.tif 000002
【図２】
0004100648.tif 000003