(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピックアップツール（６）と半導体チップ（７）の把持と移送のために負圧を付与することが可能な長手方向ドリル孔（９）とを有するボンドヘッド（５）と、前記ピックアップツール（６）が前記半導体チップ（７）を把持したか否かを検出するための光源（１０）と光センサ（１８）であって、前記光センサ（１８）は前記ボンドヘッド（５）に取り付けられており、半導体チップが無い場合には、光源（１０）からの光が前記ピックアップツール（６）の前記長手方向ドリル孔（９）内にアクセスし、かつ前記光センサ（１８）にアクセスする光源（１０）と光センサ（１８）と、を備える半導体チップの取付装置において、
反射面を形成した本体（１５）が前記ピックアップツール（６）の前記長手方向ドリル孔（９）内に形成され、かつ前記本体は前記ピックアップツール（６）の前記長手方向ドリル孔（９）を通って下方から入射した光を水平面（１７）へ偏向させ、かつ前記ピックアップツール（６）が前記光源（１０）の光を通す部位を有し、かつ少なくとも１つの光学素子（１９；１９．１，１９．２）が前記ボンドヘッド（５）に配置され、少なくとも１つの光学素子（１９；１９．１，１９．２）が前記ピックアップツール（６）から横断方向に生じた偏向光の少なくとも一部を前記光センサ（１８）上に集束させていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記光学素子（１９）は楕円形状を有する反射体であり、ここで、前記本体（１５）の反射面が第１焦点（２０）に配置され、かつ前記光センサ（１８）が前記楕円形状の第２焦点（２１）に配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記光学素子（１９．１）はレンズであり、前記光センサ（１８）は前記レンズの焦点（２１）に位置し、光がレンズを介して光センサ（１８）に到達するように光を逆方向に反射する、反射体の形態の第２光学素子（１９．２）を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記光学素子（１９．１）はレンズであり、前記光センサ（１８）は前記レンズの焦点（２１）に配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記光学素子又は各光学素子（１９）と前記光センサ（１８）とが、光を透過しないハウジング内に取り付けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光源には、略平行な光ビーム（２３）の光ビームを生成するために、レンズ（２５）がさらに取り付けられ、ここで前記光源が前記レンズ（２５）の焦点に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載されたタイプの半導体チップの取付装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを取り付けるために、いわゆるダイボンダーが自動組立装置として使用されている。この装置では、ボンドヘッドが取り付けるべき半導体チップを第１位置で拾い上げ、かつ第２位置で該チップを基板上に配置する。前記ボンドヘッドは負圧ノズルによるピックアップツールを有している。この負圧ノズルにより、移送中に半導体チップが保持される。半導体チップがうまく拾い上げられたかを確認するために、各種異なる計測システムが開発されてきた。第１の計測システムでは、光センサが負圧ノズルの上端部のボンドヘッド内に配置されている。第１位置から基板までの途中で、ピックアップツールが光源上を通過する。この光源は、ピックアップツール上に半導体チップが配置されていない場合に光センサで光誘導パルスを生成する。スペースの理由から、ボンドヘッドが最低可能質量で種々の機能を果たさねばならないので、計測システムを最適に開発することは可能ではない。
【０００３】
他に知られている計測システムでは、移送中に半導体チップが光バリアを介して導かれる。このシステムによる欠点は、移送高さで精確に光バリアを調整しなければならないことである。
【０００４】
半導体チップによる密閉はダイコレットピックアップツール（die collet pick-up tool）によりしばしば非常に乏しいので、半導体チップが拾い上げられかつノズルが密閉された場合に、負圧ノズルの負圧強度をより大きくすることが部分的に適していることが判明している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半導体チップがピックアップツール上に配置されたかを信頼性を有して検出し、かつ調節の必要がない計測システムを開発することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的は、本発明に従って請求項１の特徴点により解決される。
【０００７】
上記目的が計測システムにより解決され、該計測システムでは、半導体チップがない状態で、ピックアップツールの長手方向ドリル孔をアクセスする光源から発せられた光が、光学的偏向素子により長手方向ドリル孔に対して直交する半径方向に偏向され、かつ検出用光センサに導かれる。さらに、横断方向に生じる光の一部を光センサ上に可能な限り大きく偏向させるために、好ましくは、計測システムがデフレクタにより完全に直視される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下では、図面に基づいて、より詳細に本発明の実施形態を説明する。各図は一定の縮尺ではない。
図１は、例えば、欧州特許出願第 923 111 号公報から知られるような半導体チップの取付装置の発明を理解するために必要なパーツを示している。本装置は、ボンドヘッド５により２デカルト座標方向２，３に移動可能ないわゆるピックアンドプレイスシステム（Pick and Place system）１を備えている。前記ボンドヘッドは、半導体チップ７を第１位置Ａから半導体チップ７が基板８上に配置される第２位置Ｂへ移送するためのピックアップツール６により垂直方向４に上昇下降可能である。
【０００９】
ピックアップツール６は長手方向ドリル孔９を有しており、かつ半導体チップ７を把持するために、この長手方向ドリル孔に対して負圧を作用可能である。位置Ａから位置Ｂへ進む途中で、ボンドヘッド５が固定配置された光源１０上を通過する。半導体チップ７がピックアップツール６に付着している場合には、光源１０上を通過したときに、光源１０からの光が長手方向ドリル孔９にアクセスすることはない。半導体チップ７がピックアップツール６に存在しない場合には、光源１０からの光が長手方向ドリル孔９にアクセスする。
【００１０】
図２は、ピックアップツール６と半導体チップ７がない場合に長手方向ドリル孔９にアクセスする光源１０からの光を検出するための計測システムとを有するボンドヘッド５の断面を示している。ピックアップツール６は、ボンドヘッド５に対して垂直方向４に移動可能であり、かつ長手方向軸線を中心として回動可能である。ピックアップツール６は、何れも光を通さない上方部１１と下方部１２とを備えている。上方部１１と下方部１２とは、光源１０の光を通す結合部１３により結合されている。結合部１３は、上方部１１内の長手方向ドリル孔９内と下方部１２内の長手方向ドリル孔９内に挿入されている。結合部１３は、長手方向ドリル孔９の対称軸線１４に心合わせされた反射先端部１６を備える本体１５を有している。先端部１６は、長手方向ドリル孔９の長手軸線１４に対して回転対称とされている。先端部１６を形成している表面は、例えば円錐形状を有し、かつ光源１０から長手方向ドリル孔９内に下方から照射する光が、先端部１６にて水平面１７内に偏向されかつピックアップツール６から横断方向に射出されるように、垂直方向４に対して４５°の角度を有している。横断方向射出光を計測するための光センサ１８と、水平面１７内に射出した光を光センサ８へ偏向しかつ／又は集光するための少なくとも１つの光学素子１９とが、ボンドヘッド５に構成されている。明瞭に図示するために、光学素子１９は概略的に示すに留めている；その位置に関する詳細と拡張については、以下の図３及び図５から知ることができる。光センサ１８は、例えば、フォトダイオード又はフォトトランジスタである。
【００１１】
第１実施形態によれば、光学素子１９は、楕円形状を有する反射体である。ここで、反射先端部１６が楕円の一方の焦点２０（図３）に位置決めされ、かつ光センサ１８が楕円の他方の焦点２１（図３）に位置決めされている。このようにして、水平面１７で光が射出する方向に拘わらず、水平面１７に生じる光が光センサ１８へと偏向される。
【００１２】
図３は、水平面１７を通る断面で、楕円反射体１９’，反射先端部１６，及び光センサ１８を示している。先端部１６で偏向された光のそれぞれ異なる各ビーム経路２２に加えて、楕円の２つの焦点２０，２１も図示している。反射体で反射した光が光センサ１８に前方から入射しなければならないので、楕円反射体１９’は完全には閉じていない。楕円反射体１９’によれば、横断方向生成光の約８０％を光センサ１８に集光することができる。
【００１３】
図４は第２実施形態を示し、該実施形態では、水平面１７に偏向された光を光センサ１８に導くために、２つの光学素子１９．１，１９．２が存在している。第１光学素子１９．１は、先端部１６で偏向された光の一部を光センサ１８に集束させるレンズである。レンズの開口数は可能な限り大きい。開口数０．５の場合に、水平面１７に生じる光の約１７％が光センサ１８に導かれるように、開口角度が６０°に達している。対称軸線１４がレンズの焦点２０を貫通している。光センサ１８がレンズの焦点２１に位置決めされている。第２光学素子１９．２は、略筒状の反射体であり、かつ光がレンズを介して光センサ１８に到達するように、前記第２光学素子は反射体に入る光を逆方向に反射する約６０°の周囲の角度を有している。反射体は、本体１５の先端部を通過してレンズに到達するように、光を反射しなければならない。本体１５の先端部１６により生じる陰付き（shadowing）のために、１０％〜４０％に達しうるある程度の損失を考慮しなければならない。レンズについては、例えば、反射防止コーティングされた両面非球面プラスチックレンズを使用することが可能である。
【００１４】
第３実施形態では、計測システムが第１光学素子１９．１（すなわち、レンズ）のみを備えており、第２実施形態の第２光学素子１９．２（すなわち、反射体）は備えていない。しかしながら、第３実施形態では、先端部１６で偏向された光の小部分のみを光センサ１８に集束することが可能である。
【００１５】
光源１０により射出されかつ長手方向ドリル孔９にアクセスする光は、所定のビーム幅を有している。よって、光源１０で生じた光の（可能ならば）全てを受光するために、光センサ１８の感光領域は垂直方向に充分に延在していなければならない。しかしながら、本体１５の光偏向先端部１６及び／又は反射体が光源１０により発せられた光ビーム２３（図５）の特性に応用される場合には、光センサ１８の垂直方向４での延在を低減することが可能である。
【００１６】
光源として、例えば、追加の光学素子を有しない市販の発光ダイオードを使用する場合には、発光ダイオードから発せられる光ビームは平行に進まず、発散する。
【００１７】
よって、本体１５で反射した光ビーム２６を光センサ１８へ垂直方向について集束させるために、図５に示すように、好ましくは、本体１５の先端部１６を形成する表面が曲面形状とされている。第１実施形態では、曲率を光ビーム２３の発散に対して適合させる一方で、本体１５から光センサ１８までのビーム経路２２の長さ（図３）に対して適合させなければならない。第２実施形態では、曲率を光ビーム２３の発散に対して適合させる一方で、光センサ１８に直接到達する光ビームの経路長さ又は反射体を経由して光センサ１８に間接的に到達する光ビームの経路長さに適合させなければならない。この第３実施形態では、反射ビームが本体１５の先端部を平行ビーム２４として射出するように、本体１５の先端部１６を構成する表面が湾曲されていることが好ましい。これによる有利点は、本体１５での反射後に光センサ１８に直接到達する光ビームと、反射体での反射後に光センサ１８に到達するだけの光ビームとの変動する経路長さに違いがないことである。
【００１８】
略平行なビーム２３の光を発する光源１０を使用する場合に、図６に示すように、他の可能性が存在する。このような光源１０は、例えば、発光ダイオード２４とレンズ２５を備える。ここで、発光ダイオード２４がレンズ２５の焦点に位置決めされる。次に、好ましくは、平行な入射ビームからなる光２３が平行ビーム２６の光として本体１５を射出するように、本体１５の反射面がとがり先（cone point）のように形成されている。しかしながら、光センサ１８で光を垂直方向に対して集束させるために、本体１５の反射面を湾曲させることも可能である。
【００１９】
上述した実施形態によれば、反射体は、例えば鏡面加工されたアルミニウムからなっている。
【００２０】
外部光により生じる誤差を避けるために、光学素子又は素子１９と光センサ１８とが、好ましくは、光不透過性ハウジング内に取り付けられている。さらに、好ましくは、公知のロックイン技術（lock-in technique）が使用され、ここで、光源１０からの光が変調される。さらに、好ましくは、光源はパルスモードで作動する（すなわち、ピックアップツール６が光源１０を通過するときに、短時間の間光源がオンされる）。パルスモードでは、計測感度を増大する連続作動におけるよりも高電流を光源１０に付与可能である。
【００２１】
先端部１６の回転対称性のお陰で、計測結果が、ピックアップツール６の実際の回動位置とは無関係である。
【００２２】
本発明の実施形態及び応用を図示しかつ記載したが、ここに記載した本発明の概念から逸脱しない範囲で、上述した変更よりも更に多くの変更が可能であることは、この開示内容の恩恵を有する当業者には明らかであろう。よって、本発明は、特許請求の範囲の精神と同等のものを除いて、制限されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ピックアップツールを有するボンドヘッドを備える半導体チップの取付装置の図である。
【図２】  本発明による計測システムを有するボンドヘッドの断面図である。
【図３】  計測システムの第１実施形態を示す平面図である。
【図４】  ピックアップツールの詳細図である。
【図５】  計測システムの第２実施形態を示す図である。
【図６】  平行ビームを生成するための光源を示す図である。
【符号の説明】
５  ボンドヘッド
６  ピックアップツール
７  半導体チップ
９  長手方向ドリル孔
１０，２４  光源
１５  本体
１７  水平面
１８  光センサ
１９；１９．１，１９．２  光学素子
２０  第１焦点
２１  第２焦点
２３  光ビーム
２５  レンズ
【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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