(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にボンディング対象を保持するボンディングステージと、
前記ボンディングステージの表面から最も離間したボンディング対象の表面と前記ボンディング対象が載置される面との間にあって前記ボンディングステージの表面に沿った基準面と、
前記基準面から離間して配置される回転中心の回りに回転し、その回転面内で先端に取付けられたボンディングツールを前記基準面に対して斜め方向に前記ボンディング対象に接離動作させるボンディングアームと、
その光軸が前記ボンディングアームの前記回転面内と平行な面内に含まれ、前記ボンディングツール先端の移動線を含む円弧面よりも前記回転中心と反対側の領域に配置され、前記ボンディング対象上のボンディング位置を光学的に検出する光学的位置検出手段と、を備えるボンディング装置であって、
前記基準面から前記光学的位置検出手段に向かう前記光軸の前記基準面に対する角度は、前記ボンディングツール先端の前記移動線と前記基準面とのなす角度に等しいこと、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記ボンディング対象は、基板の上に取り付けられた半導体チップであり、
前記基準面は、パッド側のチップ表面と前記チップが載置される前記基板の表面との間にあって、前記ボンディングステージの表面に沿った面であること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボンディング装置であって、
前記光学的位置検出手段は、撮像用レンズと撮像素子とを備え、
前記撮像素子の撮像面は、前記基準面と前記撮像レンズ主面との交線を含むよう配置されていること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のボンディング装置であって、
前記ボンディングアームが取付けられ、前記ボンディングステージの表面に沿った方向に滑動自在のボンディングヘッドを含み、
前記光学的位置検出手段は、その光軸が前記ボンディングアームの前記回転面内に含まれるように前記ボンディングヘッドに取付けられていること、
を特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
表面にボンディング対象を保持するボンディングステージと、
前記ボンディングステージの表面から離間して配置される前記回転中心の回りに回転し、その回転面内で先端に取付けられたボンディングツールを前記ボンディング対象の表面に対して斜め方向に接離動作させるボンディングアームと、
その光軸が前記ボンディングアームの前記回転面内と平行な面内に含まれ、前記ボンディングツール先端の移動線を含む円弧面よりも前記回転中心と反対側の領域に配置され、前記ボンディング対象上のボンディング位置を光学的に検出する光学的位置検出手段と、
その面から前記光学的位置検出手段に向かう前記光軸のその面に対する角度と、前記ボンディングツール先端の移動線とその面とのなす角度と、が等しくなる前記ボンディングステージの表面に沿った基準面と、
前記ボンディングステージの表面の高さを調整するボンディングステージ高さ調整手段と、を含むボンディング装置におけるボンディングステージ高さ調整方法であって、
前記ボンディングステージ高さ調整手段によって前記ボンディングステージの表面から最も離間した前記ボンディング対象の表面と前記ボンディング対象が載置される面との間に前記基準面が位置する様に前記ボンディングステージの表面の高さを調整すること、
を特徴とするボンディングステージ高さ調整方法。
【請求項６】
請求項５に記載のボンディングステージ高さ調整方法であって、
前記ボンディング対象は、前記基板の上に取り付けられた半導体チップであり、
前記ボンディングステージ高さ調整手段によってパッド側の前記チップ表面と前記チップが載置される前記基板の表面との間に前記基準面が位置する様に前記ボンディングステージの表面の高さを調整すること、
を特徴とするボンディングステージ高さ調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、回路基板に取り付けられた半導体チップのパッドと回路基板のリードとをワイヤで接続するワイヤボンディングにはワイヤボンディング装置が用いられている。ワイヤボンディング装置は、駆動モータによって回転中心の回りに回転し、先端に取付けられたキャピラリ等のボンディングツールを上下方向に駆動するボンディングアームを備え、ボンディングアームの動作によって、ボンディングツール先端に挿通されているワイヤを各パッド及びリード或いはパッド又はリードに圧着してワイヤの接続を行うものが多く用いられている（例えば、特許文献１の図１参照）。
【０００３】
このようなボンディング装置はボンディングツール先端を各パッド及びリード或いはパッド又はリードの位置に位置決めしてボンディングを行うことが必要であり、位置決めには画像を用いた位置決め方法が用いられるようになってきている。例えば、特許文献２には、テーブル上に載置されたワークのマークを真上から見るようにテレビカメラを配置し、テレビカメラのモニタに映し出されたマークの位置とモニタの基準とを一致させ、キャピラリとワークの位置関係を測定し、これによってボンディングを行う方法が提案されている。また、特許文献３には、ＩＴＶカメラ等の撮像手段により半導体チップ上の特定位置と各リードの先端部とを撮影し、この画像上における基準座標（画像中心）に対する撮影対象物の変位量を求め、この変位量に基づく補正を加えることにより、半導体チップ上の各パッド位置と各リードの先端部位置とを認識し、この認識された各パッド位置と各リード先端部位置とをワイヤボンディングに先立って記憶手段に記憶させておき、この記憶された各データに基づいてボンディング装置のボンディングツール先端の位置を移動させていく構成が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３６８３８０１号明細書
【特許文献２】特開昭５３−２５３５６号公報
【特許文献３】特開平８−１１１４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、各パッドの位置検出は高精度が要求されるので、できるだけ位置測定誤差の発生を低くするために、ボンディングアームの回転中心の高さをボンディングする半導体チップが取付けられているリードフレームの表面と同一高さにし、ボンディングツールの先端の移動線がボンディングの際にリードフレーム表面に対して垂直となるようにすると共に、撮像手段をリードフレーム及び半導体チップ表面に対して垂直に配置するボンディング装置が用いられるようになってきている。
【０００６】
以下、図１０から図１３を参照しながら、従来技術によるボンディング装置１００について説明する。図１０に示すように、従来技術によるボンディング装置１００は、半導体チップ１４１の取付けられたリードフレーム１１２を保持するボンディングステージ１１３と、ボンディングステージ１１３の表面１１４に平行な基準面１１１と、駆動モータ１１７によって基準面１１１の面内にある回転中心１１５の回りに回転し、先端に取付けられたキャピラリ１２３をボンディングステージ１１３の上に、その表面が基準面１１１と同一高さとなるように保持されたリードフレーム１１２及びリードフレーム１１２に取付けられた半導体チップ１４１に対して接離方向に移動させるボンディングアーム１２１と、半導体チップ１４１の表面及びリードフレーム１１２の表面を撮像し、半導体チップ１４１の上に設けられたパッドあるいはリードフレーム１１２に設けられたリードの位置を検出する撮像装置１２５が設けられている。図１０において、ボンディングステージ表面１１４及び基準面１１１は水平面であるＸＹ面に平行であり、図中のＺ方向はボンディング装置１００の上方向を示す。ボンディングアーム１２１の回転中心１１５は、基準面１１１とＺ方向に延びる中心線１３２との交点として示されている。
【０００７】
ボンディングアーム１２１の回転中心１１５は、基準面１１１及びリードフレーム１１２の表面と同一高さで、ボンディングステージ表面１１４にかからない位置に設けられている。このため、キャピラリ１２３の先端は基準面１１１及びリードフレーム１１２の表面と垂直に交差する円弧であるキャピラリ先端の移動線１３５の上を移動する。撮像装置１２５は、撮像装置１２５に向かう光軸１５１が基準面１１１に垂直になるように設けられている。ここで、光軸１５１は撮像装置１２５の中心位置でありパッド、リードの位置を検出する際の基準となる軸である。また、撮像装置１２５は図１０のＸ方向にキャピラリ１２３、ボンディングアーム１２１と所定の間隔をあけて設けられている。
【０００８】
図１１はＸ方向に所定の間隔をあけて配置されているボンディングアーム１２１の回転面と撮像装置の光軸１５１を含む面とを同一平面に図示したものである。図１１に示すように、撮像装置１２５の測定線である光軸１５１は基準面１１１に垂直な直線であるのに対し、キャピラリ１２３の先端の移動線１３５は基準面１１１に点Ａで垂直に交差する円弧となっているため、基準面１１１から離れるに従って光軸１５１と移動線１３５との間にはＹ方向にずれが生じてくる。そして、このＹ方向のずれは撮像装置１２５によるＹ方向の位置測定誤差として表れてくることとなる。この光軸１５１と移動線１３５とのＹ方向のずれ量は、ボンディングアーム１２１の半径ｒ１と回転中心１１５の位置とによって計算することができる。図１３の線ｔに示すように、基準面１１１からの距離に対するＹ方向のずれ量はキャピラリ１２３の先端が基準面１１１から離れるにつれて大きくなるが、ボンディングアーム１２１の回転中心１１５が基準面１１１と同一面にある場合には、基準面１１１からの距離に対するＹ方向のずれ量は大きくても２〜３μｍである。
【０００９】
図１０、図１１に示したボンディング装置１００では、ボンディング動作を行う前に、リードフレーム１１２に取付けられた半導体チップ１４０の表面１４０ａの上にキャピラリ１２３の先端が接するようにボンディングアーム１２１を下動させ、下動が停止した状態でボンディングアーム１２１の回転角度を測定することによって、ボンディングしようとする半導体チップ１４０の表面１４０ａの高さＨ０を測定し、移動線１３５の高さＨ０にある点Ｃ０のＹ方向の位置を計算し、Ｃ０のＹ方向の位置と光軸１５１の高さＨ０にある点Ｂ０のＹ方向の位置との差を光軸１５１とキャピラリ１２３の先端の移動線１３５とのＹ方向のずれ量Δ０とする。そして、このＹ方向のずれ量Δ０を撮像装置１２５の測定値に対するＹ方向のオフセットとしてセットし、直線の光軸１５１と円弧の移動線１３５との間のＹ方向のずれ量を補正するようにしている。
【００１０】
ボンディングしようとする半導体チップの表面の基準面１１１からの高さは、半導体チップが取付けられているリードフレーム１１２の厚さ或いはリードフレーム１１２に半導体チップを取付ける際の接合部厚さのバラつきによって数十μｍの範囲で変動することが知られている。例えば、図１１に示すように、リードフレーム１１２に取付けられた半導体チップ１４１の表面１４１ａの基準面１１１からの高さが当初の半導体チップ１４０の表面１４０ａの高さＨ０からＨ１となった場合、図１３に示すように、光軸１５１と移動線１３５とのＹ方向のずれ量はオフセットされているＹ方向のずれ量Δ０から高さＨ１の点Ｂ１と点Ｃ１とのＹ方向の位置の差のΔ１となり、その差はｄ１となる。半導体チップ１４０，１４１の各表面１４０ａ，１４１ａの高さの差、つまりＨ１−Ｈ０が数十μｍの場合にはこの差ｄ１は０．１から０．２μｍであり、ボンディング精度にほとんど影響しない。
【００１１】
しかし、このような従来技術のボンディング装置では、図１０、図１１に示すように、位置測定精度を上げるためにボンディングアーム１２１の回転中心１１５を基準面１１１と同一高さとすることが必要となる。このためボンディングアーム１２１とボンディングステージ１１３との干渉を防止するために、回転中心１１５はボンディングステージ１１３から外れた位置に設けることが必要となる。この場合、より大きな半導体チップ１４１のボンディングに対応するようにボンディングステージ１１３を大きくしてボンディングエリアを広げようとする場合には、ボンディングアーム１２１を長くすることが必要となる。しかし、ボンディングアーム１２１を長くすると、その質量も大きくなることから慣性モーメントも大きくなり、ボンディングを高速化できないという問題があった。
【００１２】
このため、図１２に示すように、基準面２１１から上方に離間した位置にボンディングアーム２２１の回転中心２１５を設けることが考えられる。図１２は図１１と同様、Ｘ方向に所定の間隔をあけて配置されているボンディングアーム２２１の回転面と撮像装置の光軸２５１を含む面とを同一平面に図示したものである。この場合、図１２に示すように、キャピラリ２２３先端の移動線２３５は基準面２１１の上方にある回転中心２１５を中心とする半径ｒ２の円弧となり、基準面２１１と垂直に交差せず、点Ａで斜めに交差する。このため、基準面２１１からの高さに対する光軸２５１と移動線２３５とのＹ方向のずれ量は図１１に示した移動線１３５が基準面１１１に垂直に交差する場合に比較して非常に大きいものとなる。このＹ方向のずれ量もボンディングアーム２２１の半径ｒ２と回転中心の位置２１５によって図１３の線ｕのように計算することができる。
【００１３】
図１０、１１を参照して説明したボンディング装置１００と同様に、図１２に示したボンディング装置２００でもボンディング動作を行う前に、リードフレーム２１２に取付けられた半導体チップ２４０の表面２４０ａの上にキャピラリ２２３の先端が接するようにボンディングアーム２２１を下動させ、下動が停止した状態のボンディングアーム２２１の回転角度を測定することによって、ボンディングしようとする半導体チップ２４０の表面２４０ａの高さＨ０を測定し、移動線２３５の高さＨ０にある点Ｃ’０のＹ方向の位置を計算し、Ｃ’０の位置と光軸２５１の高さＨ０にある点Ｂ’０のＹ方向の位置との差を光軸２５１とキャピラリ２２３の先端の移動線２３５とのＹ方向のずれ量Δ’０とする。そして、このＹ方向のずれ量Δ’０を撮像装置２２５の測定値に対するＹ方向のオフセットとしてセットし、直線の光軸２５１と円弧の移動線２３５との間のＹ方向のずれ量を補正する。
【００１４】
ところが、図１２に示すように、リードフレーム２１２に取付けられた半導体チップ２４１の表面２４１ａの基準面２１１からの高さが当初の半導体チップ２４０の表面２４０ａの高さＨ０からＨ１となった場合、図１３に示すように、光軸２５１と移動線２３５とのＹ方向のずれ量はオフセットされているＹ方向のずれ量Δ’０から点Ｃ’１と点Ｂ’１とのＹ方向の位置の差であるΔ’１となり、その差は先に説明したｄ１よりも大きなｄ’１となる。半導体チップ２４０，２４１の各表面２４０ａ，２４１ａの高さの差、ｄ’１＝Ｈ１−Ｈ０が数十μｍの場合には差ｄ’１は６〜７μｍにもなってしまい、ボンディング精度において無視できない誤差となる。更に、近年多用されている多段積層半導体のように半導体チップ高さのバラツキが大きい場合には、ボンディングを行う上で大きな問題となる。
【００１５】
このような問題に対して、ボンディングアームをリンクによって吊り下げて仮想化回転点をボンディングステージ表面２１４に来るようにする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このようなリンク式のものは構造が複雑で重量も大きく、構造体からの異物が落下するおそれもある。
【００１６】
本発明は、簡便な機構により、ボンディングエリアを広くすると共に、高速、高精度のボンディング装置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】
【００１７】
本発明のボンディング装置は、表面にボンディング対象を保持するボンディングステージと、前記ボンディングステージの表面から最も離間したボンディング対象の表面と前記ボンディング対象が載置される面との間にあって前記ボンディングステージの表面に沿った基準面と、前記基準面から離間して配置される回転中心の回りに回転し、その回転面内で先端に取付けられたボンディングツールを前記基準面に対して斜め方向に前記ボンディング対象に接離動作させるボンディングアームと、その光軸が前記ボンディングアームの前記回転面内と平行な面内に含まれ、前記ボンディングツール先端の移動線を含む円弧面よりも前記回転中心と反対側の領域に配置され、前記ボンディング対象上のボンディング位置を光学的に検出する光学的位置検出手段と、を備えるボンディング装置であって、前記基準面から前記光学的位置検出手段に向かう前記光軸の前記基準面に対する角度は、前記ボンディングツール先端の前記移動線と前記基準面とのなす角度に等しいこと、を特徴とする。
【００１８】
本発明のボンディング装置において、前記ボンディング対象は、基板の上に取り付けられた半導体チップであり、前記基準面は、パッド側のチップ表面と前記チップが載置される前記基板の表面との間にあって、前記ボンディングステージの表面に沿った面であること、としても好適である。
【００１９】
本発明のボンディング装置において、前記光学的位置検出手段は、撮像用レンズと撮像素子とを備え、前記撮像素子の撮像面は、前記基準面と前記撮像レンズ主面との交線を含むよう配置されていること、としても好適であるし、前記ボンディングアームが取付けられ、前記ボンディングステージの表面に沿った方向に滑動自在のボンディングヘッドを含み、前記光学的位置検出手段は、その光軸が前記ボンディングアームの前記回転面内に含まれるように前記ボンディングヘッドに取付けられていること、としても好適である。
【００２０】
本発明のボンディングステージ高さ調整方法は、表面にボンディング対象を保持するボンディングステージと、前記ボンディングステージの表面から離間して配置される前記回転中心の回りに回転し、その回転面内で先端に取付けられたボンディングツールを前記ボンディング対象の表面に対して斜め方向に接離動作させるボンディングアームと、その光軸が前記ボンディングアームの前記回転面内と平行な面内に含まれ、前記ボンディングツール先端の移動線を含む円弧面よりも前記回転中心と反対側の領域に配置され、前記ボンディング対象上のボンディング位置を光学的に検出する光学的位置検出手段と、その面から前記光学的位置検出手段に向かう前記光軸のその面に対する角度と、前記ボンディングツール先端の移動線とその面とのなす角度と、が等しくなる前記ボンディングステージの表面に沿った基準面と、前記ボンディングステージの表面の高さを調整するボンディングステージ高さ調整手段と、を含むボンディング装置におけるボンディングステージ高さ調整方法であって、前記ボンディングステージ高さ調整手段によって前記ボンディングステージの表面から最も離間した前記ボンディング対象の表面と前記ボンディング対象が載置される面との間に前記基準面が位置する様に前記ボンディングステージの表面の高さを調整すること、を特徴とする。
【００２１】
本発明のボンディングステージ高さ調整方法において、前記ボンディング対象は、前記基板の上に取り付けられた半導体チップであり、前記ボンディングステージ高さ調整手段によってパッド側の前記チップ表面と前記チップが載置される前記基板の表面との間に前記基準面が位置する様に前記ボンディングステージの表面の高さを調整すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、簡便な機構により、ボンディングエリアを広くすると共に、高速、高精度のボンディング装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のボンディング装置１０は、半導体チップ４１が取付けられたリードフレーム１２を保持するボンディングステージ１３と、ボンディングステージ１３の表面に沿った基準面１１と、駆動モータ１７によって回転中心１５の回りに回転し、先端に取付けられたボンディングツールであるキャピラリ２３をボンディングステージ１３の上に保持されたリードフレーム１２及びリードフレーム１２に積層して取り付けられた半導体チップ４１或いはリードフレーム１２又は半導体チップ４１に対して斜めに接離動作させるボンディングアーム２１と、リードフレーム１２及び半導体チップ４１或いはリードフレーム１２又は半導体チップ４１の表面を撮像し、リードフレーム１２上に設けられたリードの位置及び半導体チップ４１の上に設けられたパッドの位置或いはリード又はパッドの位置を光学的に検出する光学的位置検出手段である撮像装置２５が設けられている。
【００２４】
図１に示すように、基準面１１は水平面であるＸＹ面に平行であり、図中のＺ方向はボンディング装置１０の上方向を示す。ボンディングアーム２１の回転中心１５は、基準面１１の上方に位置し、基準面１１に平行に延びる中心線３１とＺ方向に延びる中心線３２との交点として示され、ボンディングアーム２１の回転中心１５は、基準面１１からＺ方向に向かって高さｈだけ離間し、かつボンディング対象の半導体チップ４１の表面及びリードフレーム１２の表面からも離間した位置で、ボンディングステージ表面１４の上方に配置されている。キャピラリ２３の先端はこの回転中心１５を中心とした半径ｒ１の円弧である移動線３５に沿って移動する。
【００２５】
キャピラリ２３の先端の移動線３５は、実際にキャピラリ２３の先端が移動する半導体チップ４１の表面よりも上の円弧部分及びその円弧をボンディングステージ１３の方向に延長した円弧部分を含む円弧である。移動線３５は基準面１１と交点Ｄを有し、回転中心１５は基準面１１から高さｈだけ上に離間しているので円弧である移動線３５は基準面１１に対して斜めに角度を持って交差する。
【００２６】
ボンディングステージ１３には、ボンディングステージ高さ調整手段であるアクチュエータ２６が接続され、その表面１４のＺ方向の高さを調整することができるよう構成されている。図１に示すように、本実施形態ではリードフレーム１２の表面の高さが基準面１１と同一高さとなるようにボンディングステージ１３の表面１４の高さが調整されている。また、回転中心１５の周りにボンディングアーム２１を回転駆動する駆動モータ１７はボンディングへッド１８に取付けられている。半導体チップ４１及びリードフレーム１２はそれぞれボンディング対象であり、リードの位置及びパッドの位置はそれぞれボンディング位置である。
【００２７】
図１に示すように、撮像装置２５は、その中心軸でありパッド及びリードの位置を検出する際の基準となる光軸５１の基準面１１に対する角度がキャピラリ２３の先端の移動線３５と基準面１１とのなす角度に等しくなるように、基準面１１に対して傾斜して配置されている。撮像装置２５の光軸５１は、基準面１１にあって移動線３５と基準面１１との交点ＤとＹ方向の位置が同一でＸ方向に距離Ｌだけ離れた交点Ｄ’で基準面１１と交差する。
【００２８】
撮像装置２５と駆動モータ１７とＸＹテーブル１９とはボンディング制御部６０に接続され、ボンディング制御部６０からの指令によって駆動されるよう構成されている。ボンディング制御部６０は内部にＣＰＵと記憶部とを含むコンピュータである。なお、図１において、撮像装置２５と駆動モータ１７とＸＹテーブル１９とボンディング制御部６０を接続する一点鎖線は信号線を示す。
【００２９】
図２に示すように、撮像装置２５は、その光軸５１がボンディングアーム２１及びキャピラリ２３の中心からＸ方向に距離Ｌだけ離れるようにボンディングヘッド１８に取付けられている。ボンディングへッド１８はＸＹテーブル１９の表面に沿ってＸＹ方向に自在に移動することができるよう構成されているので、撮像装置２５はボンディングアーム２１、キャピラリ２３と共にＸ方向に距離Ｌを保ってＸＹ方向に移動する。
【００３０】
図３（ａ）はボンディングアーム２１の回転面であり、キャピラリ２３先端が移動する面を示している。図１に示したように、回転中心１５は基準面１１から高さｈだけＺ方向に離間しているので、移動線３５は交点Ｄにおいて基準面１１に対して角度θ１を持つ。図３（ａ）において、補助線３５ａは交点Ｄにおける移動線３５に対する接線となっており、この補助線３５ａと基準面１１とのなす角度はθ１である。
【００３１】
図３（ｂ）は図３（ａ）に示したキャピラリ２３先端が移動する面からＸ方向に距離Ｌだけ離れた光軸５１を含む面を示している。光軸５１の基準面１１との交点Ｄ’と移動線３５のボンディング表面との交点Ｄとはいずれも基準面１１の上にあり、Ｙ方向の位置が同一となる点である。図３（ｂ）に示すように、撮像装置２５は、その光軸５１が基準面１１に対して移動線３５の傾斜角度と同一角度である角度θ１を持つ様に配置されている。このため、図３（ａ）に示した移動線３５の接線である補助線３５ａは図３（ｂ）に示す光軸５１と平行となっている。
【００３２】
図３（ａ）に示す移動線３５と光軸５１とのＹ方向のずれ量は撮像装置２５によって半導体チップ４１の表面４１ａ上のパッドやリードフレーム１２の表面１２ａ上にあるリードの位置の検出データと実際のキャピラリ２３の先端とのＹ方向の位置差となる。基準面１１からの高さに対するＹ方向の位置差は図１に示した回転中心１５の位置と円弧である移動線３５の半径ｒ１と光軸５１の角度θ１とによって計算することができる。図５の線ｓに示すように、このＹ方向の位置差は基準面１１からの高さが高くなるにつれて大きくなるが、その大きさは図１２で説明した光軸２５１が基準面２１１に対して垂直になっているボンディング装置２００における光軸２５１と移動線２３５とのＹ方向のずれ量を示す図５の線ｕに比べて非常に小さくなっている。
【００３３】
図４を参照しながら、上記のように構成されたボンディング装置１０のボンディング動作とキャピラリ２３先端の移動線３５と光軸５１とのＹ方向のずれ量の変化について説明する。図４はＸ方向に距離Ｌをあけて配置されているボンディングアーム２１の回転面でありキャピラリ２３が移動する面と、撮像装置の光軸５１を含む垂直面と、を同一平面に重ねて図示したものである。
【００３４】
図４に示すように、ボンディング装置１０では、ボンディング動作を行う前に、リードフレーム１２に取付けられた半導体チップ４０の表面４０ａの上にキャピラリ２３の先端が接するようにボンディングアーム２１を下動させ、下動が停止した状態のボンディングアーム２１の回転角度を測定することによって、ボンディングしようとする半導体チップ４０の表面４０ａの基準面１１からの高さＨ０を測定し、回転中心１５の位置と円弧である移動線３５の半径ｒ１とから移動線３５の高さＨ０にある点Ｆ０のＹ方向の位置を計算する。また、光軸５１の角度θ１と高さＨ０とから光軸５１の高さＨ０にある点Ｅ０のＹ方向の位置を計算する。そして点Ｅ０と点Ｆ０との差を光軸５１とキャピラリ２３の先端の移動線３５とのＹ方向のずれ量δ０とする。そして、このＹ方向のずれ量δ０を撮像装置２５の測定値に対するＹ方向のオフセットとしてボンディング制御部６０内部の記憶部に記憶する。そして、撮像装置２５によって半導体チップ４０の表面４０ａ上にあるパッドの位置の検出においては、実際に撮像装置２５によって検出されたパッドのＹ方向の検出位置に上記のＹ方向のずれ量δ０をオフセットした位置をパッドのＹ方向の位置と認識してボンディングを行う。また、ボンディング制御部６０は撮像装置２５によって検出したパッドのＸ方向の測定値に距離Ｌを加えてパッドのＸ方向の位置を認識する。
【００３５】
リードフレーム１２の厚さのバラつき或いは半導体チップの接合厚さの誤差などにより、半導体チップ４１の表面４１ａの基準面１１からの高さが先に説明したＹ方向のずれ量δ０を設定した半導体チップ４０の表面４０ａよりも高い高さＨ１にある場合でも、ボンディング制御部６０は先にセットしたＹ方向のずれ量δ０をＹ方向のオフセットとして用い、撮像装置２５の検出位置にＹ方向のずれ量δ０をオフセットした位置をパッドのＹ方向の位置と認識してボンディングを行う。図５の線ｓに示すように、基準面１１からの高さがＨ１になると、移動線３５と光軸５１とのＹ方向のずれ量はδ０よりも大きいずれ量δ１となるので、δ１とδ０との差ｄ２だけＹ方向の検出位置と移動線３５のＹ方向の位置とに差が生じることとなる。しかし、撮像装置２５の光軸５１の傾斜角度を移動線３５の基準面１１に対する傾斜角度と同一角度の角度θ１としていることから、図５の線ｓに示すように基準面１１からの高さに対するＹ方向のずれ量の変化が少なくなっているので、この差ｄ２も非常に小さな値となる。例えば、半導体チップ４０，４１の表面４０ａ，４１ａの基準面１１からの高さの差、Ｈ１−Ｈ０が５０μｍ程度である場合には、差ｄ２は０．１〜０．２μｍで、ほとんどボンディングに影響を与えない程度の差である。
【００３６】
また、リードフレーム１２の表面１２ａのリードにボンディングする場合には、リードフレーム１２の表面１２ａは、基準面１１と同一の高さとなっているのでずれ量はほとんどない。
【００３７】
本実施形態は、ボンディングアーム２１の回転中心１５の位置をボンディングステージ１３の上方向（Ｚ方向）に離間して配置した場合でも、ボンディング対象である半導体チップ４１或いはリードフレーム１２の各表面４１ａ，１２ａの基準面１１からの高さにバラつきが発生した際のパッド或いはリードのＹ方向の検出位置とキャピラリ２３の移動線３５のＹ方向の位置との差をボンディングに影響を与えない程度に低減することができるという効果を奏する。このように、本実施形態は、基準面１１に対して撮像装置２５の光軸５１を傾けて配置するという簡便な構造により、高精度のボンディングを行うことができるという効果を奏する。また、本実施形態は、回転中心１５をボンディングステージ１３の上方に配置することができることから、短いボンディングアーム２１で広いボンディングエリアをカバーすることができ、ボンディングアーム２１を軽量とすることができ、高速ボンディングを行うことができるという効果を奏する。
【００３８】
本実施形態では、撮像装置２５の光軸５１の傾斜角度と移動線３５の基準面１１に対する傾斜角度とは同一角度の角度θ１であることとして説明したが、実際の装置の組立、取り付けにおいて、各角度は完全な同一とはならないことがある。この場合でも、組立誤差による移動線３５と基準面１１のなす角度と光軸５１と基準面１１のなす角度の差が０．１から０．２度程度であれば、その誤差によって生じるＹ方向の位置の差があってもボンディングに影響を及ぼさない位置精度とすることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、基準面１１はリードフレーム１２の表面１２ａと同一高さとして説明したが、基準面１１はボンディングステージ表面１４から最も離間したボンディング対象である半導体チップ４１の表面４１ａとボンディングステージ表面１４に最も近接したボンディング対象であるリードフレーム１２の表面１２ａとの間にあればよく、例えば、パッド側の半導体チップ４１の表面４１ａ或いは表面４１ａと反対側の裏面４１ｂと同一高さとなるように、ボンディングステージ１３の表面１４の高さを調節してもよいし、表面４１ａと裏面４１ｂとの間になるようにボンディングステージ１３の表面の高さを調節してもよい。また、ボンディングステージ１３の表面１４の高さの調節はアクチュエータ２６によって行うこととして説明したが、ボンディングステージ１３のヒートブロックコマの厚さを変更すること等、他の方法によって表面１４の高さを調節することとしても良い。
【００４０】
また、本実施形態のボンディング装置１０はワイヤボンディング装置であってもよいし、バンプボンディング装置であってもよい。
【００４１】
図６を参照しながら他の実施形態について説明する。図１から図５を参照して説明した部分については同様の符号を付して説明は省略する。図６（ａ）はボンディングアーム２１の回転面であり、キャピラリ２３先端が移動する面を示しており、図６（ｂ）は図６（ａ）に示したキャピラリ２３先端が移動する面からＸ方向に距離Ｌだけ離れた光軸５１を含む面を示している。図６に示すように、リードフレーム１２の上には第一層半導体チップ４２と第二層半導体チップ４３とが二段に積層されて取付けられている。リードフレーム１２の表面１２ａはリードを備え、第一層半導体チップ４２及び第二層半導体チップ４３は各表面４２ａ，４３ａ上にそれぞれパッドを備えており、リードフレーム１２と第一層半導体チップ４２と第二層半導体チップ４３とはボンディング対象であり、各表面１２ａ，４２ａ，４３ａはそれぞれボンディング対象表面である。本実施形態では、基準面１１が第一層半導体チップ４２の厚みの中になるよう、ボンディングステージ１３の表面１４の高さが調整されている。基準面１１は、ボンディングステージ表面１４から最も離間しているボンディング対象表面である第二層半導体チップ４３の表面４３ａとボンディングステージ表面１４に最も近接しているボンディング対象表面であるリードフレーム１２の表面１２ａとの間にある面であり、パッドのある第一層半導体チップ４２の表面４２ａと表面４２ａの反対側の裏面４２ｂとの間にある。また、基準面１１をパッドのある第二層半導体チップ４３の表面４３ａと表面４３ａの反対側の裏面４３ｂとの間になるようにボンディングステージ１３の表面１４の高さを調整してもよい。
【００４２】
図６（ａ）に示すように、キャピラリ２３の先端の移動線３５は基準面１１と交点Ｇにおいて斜めに交差し、移動線３５と基準面１１とのなす角度はθ２である。また、図６（ｂ）に示すように、光軸５１の基準面１１との交点Ｇ’は移動線３５の基準面１１との交点Ｇと同様に基準面１１の上にあり、Ｙ方向の位置が同一となる点であり、撮像装置２５は、その光軸５１が基準面１１に対して移動線３５の傾斜角度と同一角度である角度θ２を持つ様に配置されている。このため、図６（ａ）に示した移動線３５の接線である補助線３５ａは図６（ｂ）に示す光軸５１と平行となっている。
【００４３】
本実施形態では、基準面１１をリードフレーム１２の表面１２ａと第二層半導体チップ４３の表面４３ａとの間としていることから、各表面１２ａ，４２ａ，４３ａと基準面との距離が小さくなり、移動線３５と光軸５１とのＹ方向のずれ量を少なくすることができる。このため、各表面１２ａ，４２ａ，４３ａの基準面１１からの高さが変化した場合でも、Ｙ方向の位置差をより小さくすることができ、多層に積層され、高さが高い半導体装置のボンディングに際してもボンディング精度を高精度に保持することができるという効果を奏する。
【００４４】
図７を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。図１から６を参照して説明した実施形態と同様の部位には同様の符号を付して説明は省略する。図７に示すように、本実施形態のボンディング装置７０は、半導体チップ４１からの光軸５１の光路を変換するミラー５３と、水平方向に配置された鏡筒５４と、鏡筒５４の内部に配置された撮像レンズ５２と、撮像レンズ５２によって撮像面５５ａに結像した像を電気信号に変換する撮像素子５５と、撮像対象である半導体チップ４１を照明する光源５６とを備えている。光源５６は光源からの光が半導体チップ４１の表面で反射して光軸５１に沿って進むことができるよう、その光路５７が基準面１１に対して光軸５１と同様の角度θ１でキャピラリ２３の中心に対して光軸５１と反対側に傾斜して配置されている。光源５６は鏡筒５４に取付けられていても良いし、取り付けアームなどによってボンディングヘッド１８に取付けられるよう構成されていてもよい。先に説明したボンディング装置１０と同様、ボンディングアーム２１の回転面と光軸５１とはＸ方向に距離Ｌを持って配置されている。
【００４５】
図８に示すように、撮像素子５５の撮像面５５ａは、ボンディング対象表面である半導体チップ４１の表面４１ａと撮像レンズ５２の中心を通る主面５２ａとの交線５８を含むよう配置されている。このように、撮像面５５ａを配置することによって光軸５１に沿って撮像面５５ａに入る半導体チップ４１の中央部にフォーカスを合わせた場合でも、光路５１ａを通って撮像面５５ａに達する半導体チップ４１の端部の画像にもフォーカスを合わせることができるので、撮像装置２５の視野全体にわたってフォーカスを合わせることができ、視野の端における像のぼけを抑制することができる。このため、撮像装置２５の視野全体にわたって鮮明な画像を得ることができ、半導体チップ４１上のパッドの位置等の検出精度を向上させることができる。
【００４６】
本実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果に加えて、光源５６の光が半導体チップ４１の表面で反射して光軸５１に沿って進む様に配置されているため、半導体チップ４１を効率よく照明することができ、撮像装置の位置測定精度を向上させることができるという効果を奏する。また、撮像装置２５の視野全体に渡って鮮明な画像が得られるのでさらに位置測定精度を向上させることができるという効果を奏する。
【００４７】
図９を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。図１から８を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。本実施形態のボンディング装置８０では、図９に示すように、撮像装置２５の光軸５１と光源５６からの光路５７とがボンディングアーム２１の回転面内に配置されている。このため光軸５１とキャピラリ２３先端のＸ方向に位置が一致し、撮像装置２５によって検出した半導体チップ４１上のパッド位置のＸ方向のオフセットがなくなるので、ボンディング装置の初期設定が容易になると共に位置測定精度をより向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態におけるボンディング装置を示す説明図である。
【図２】図１のボンディング装置をボンディングアームの側から見た側面図である。
【図３】本発明の実施形態のボンディング装置において、キャピラリの移動線と撮像装置の光軸の配置を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態のボンディング装置において、キャピラリの移動線と撮像装置の光軸の配置を重ねて表示した説明図である。
【図５】本発明の実施形態のボンディング装置において、基準面からの高さに対するキャピラリ先端の移動線と光軸とのＹ方向のずれ量の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態のボンディング装置において、キャピラリの移動線と撮像装置の光軸の配置を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるボンディング装置を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態におけるボンディング装置における撮像装置の光学系を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態におけるボンディング装置を示す説明図である。
【図１０】従来技術におけるボンディング装置を示す説明図である。
【図１１】従来技術におけるボンディング装置において、キャピラリの移動線と撮像装置の光軸の配置を重ねて表示した説明図である。
【図１２】従来技術におけるボンディング装置において、キャピラリの移動線と撮像装置の光軸の配置を重ねて表示した説明図である。
【図１３】従来技術におけるボンディング装置において、基準面からの高さに対するキャピラリ先端の移動線と光軸とのＹ方向のずれ量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１０，７０，８０，１００，２００  ボンディング装置、１１，１１１，２１１  基準面、１２，１１２，２１２  リードフレーム、１３，１１３，２１３  ボンディングステージ、１２ａ、４０ａ〜４３ａ，１４０ａ，１４１ａ，２４０ａ，２４１ａ  表面、１４，１１４，２１４  ボンディングステージ表面、１５，１１５，２１５  回転中心、１７，１１７  駆動モータ、１８  ボンディングへッド、１９  ＸＹテーブル、２１，１２１，２２１  ボンディングアーム、２３，１２３，２２３  キャピラリ、２５，１２５  撮像装置、２６  アクチュエータ、３１，３２，１３２  中心線、３５，１３５，２３５  移動線、３５ａ  補助線、４０，４１，１４０，１４１，２４０，２４１  半導体チップ、４２  第一層半導体チップ、４３  第二層半導体チップ、５１，１５１  光軸、５１ａ，５７  光路、５２  撮像レンズ、５２ａ  主面、５３  ミラー、５４  鏡筒、５５  撮像素子、５５ａ  撮像面、５６  光源、５８  交線、６０  ボンディング制御部、Ｄ，Ｄ’，Ｇ，Ｇ’  交点、ｄ，ｄ１，ｄ２  差、ｒ１，ｒ2  半径、Ｌ  距離、ｓ，ｔ，ｕ  線、Δ０，Δ’０，Δ１，Δ’１，δ0，δ1  Ｙ方向ずれ量、θ１，θ２  角度。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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