JP5690535B2

JP5690535B2 - ダイボンダ及び半導体製造方法

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Publication number: JP5690535B2
Application number: JP2010213200A
Authority: JP
Inventors: 康石井; 正道木原
Original assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Instruments Co Ltd
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: JP2012069731A

Description

本発明は、ダイボンダ及び半導体製造方法に係わり、信頼度の高いダイボンダ及び半導体製造方法に関する。

ダイ(半導体チップ)を配線基板やリードフレームなどの基板に搭載してパッケージを組み立てる工程の一部に、ウェハからダイを吸着し基板にボンディングするダイボンディング工程がある。
ダイボンディング工程では、基板のボンディング面に正確にダイをボンディングする必要がある。しかしながら、基板面はボンディングし易くするために８０℃〜２５０℃前後の高温に加熱されている。高温または輻射熱によって、構成部材の位置ずれ等が発生しダイを正確な位置にボンディングできない。

この種の問題を解決する従来技術としては特許文献１がある。特許文献１の課題は、高温のボンディングステージから輻射熱により、ボンディング位置を検出するカメラとボンディングツールの位置の差(オフセット量)が刻々変化することである。この課題を解決するために、特許文献１では、ボンディングステージ近傍に設けたリファレンス部材を基準点としてそのオフセット量を検出し、ボンディング位置を補正している。

特開２００１-２０３２２４号公報

しかしながら、昨今のダイの微小化またはchip on chipの技術の発達により、ダイのボンディングはより高精度の（十数〜数μm）位置決めが必要になってきている。それ故、特許文献１の課題に加えて、基板や基板支持するボンディングステージ等の熱膨張により基板側のボンディング位置ずれが問題になってきた。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、本発明の目的は、ダイを正確にボンディングできる信頼性の高いダイボンダ及び半導体製造方法を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも以下の特徴を有する。
本発明は、基板または前記基板の近傍に設けられた基準マークと、前記基準マークと前記基板のボンディング位置に設けられた認識パターンとを撮像する第１の撮像手段と、前記基準マークと前記ボンディング位置に近接したダイとを撮像する第２の撮像手段と、前記第１及び前記第２の撮像手段によって得られた撮像データに基づいて前記ボンディング位置に近接した前記ダイの位置を補正する補正手段とを具備するボンディング位置補正装置と、を有することを第１の特徴とする。

また、本発明は、基板または前記基板近傍に設けられた基準マークと前記基板のボンディング位置に設けられた認識パターンとを撮像する第１の撮像ステップと、ダイを前記ボンディング位置に近接させる近接ステップと、前記基準マークと前記ボンディング位置に近接した前記ダイとを撮像する第２の撮像ステップと、前記第１及び前記第２の撮像ステップによって得られた撮像データに基づいて前記ボンディング位置に近接した前記ダイの位置を補正する補正ステップと、前記補正する量に基づいて前記基板に前記ダイをボンディングするステップとを有することを第２の特徴とする。

さらに、本発明は、前記基板上に光を照射しスポット状の前記基準マークを形成することを第３の特徴とする
また、本発明は、前記基準マークは前記ボンディング位置以外に設けられた前記基板上のパターンであることを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、前記第２の撮像は前記ボンディング位置の辺に対して所定の角度を持って斜め上方から行うことを第５の特徴とする。
また、本発明は、前記補正は前記ダイまたはコレットの前記撮像データに基づいて行うことを特徴とする

本発明によれば、ダイを正確にボンディングできる信頼性の高いダイボンダ及び半導体製造方法を提供できる。

本発明の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。本発明の特徴を有するボンディング位置補正装置を有するボンディングヘッド部の実施例１の概略構成図である。実施例１における２台の位置補正カメラの配置を示す図である。ボンディングヘッドがダイを吸着し、ボンディング位置の上側にきたときからの処理フローを示す。図４におけるフローでの撮像画面を示す図である。本発明の特徴を有するボンディング位置補正装置を有するボンディングヘッド部の実施例２の概略構成図である。実施例２の処理における撮像画面を示す図である

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるダイボンダ１０を上から見た概念図である。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、これ等を制御する制御部４とを有する。

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。
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。

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、ピックアップ装置１２から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。

図２は、本発明の特徴を有するボンディング位置補正装置２０を有するボンディングヘッド部３２の実施例１の概略構成図である。

ボンディングヘッド部３２は、後述するボンディング位置補正装置２０の他、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４５の位置合わせをするために、リードフレームの位置を検出する基板位置検出撮像カメラ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４５を保持するボンディングステージ(以下、単にステージという)４４とを有する。なお、５２はリードフレーム４５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。
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。

ボンディング位置補正装置２０は、基準位置を示す基準マークＫＭをリードフレーム４５上に形成する基準マーク形成光源(以下、単に光源という)２１と、コレット４１ｃを降下させる前に、基準マークＫＭとボンディング位置(以下、処理位置という)４５ｂとを撮像する処理位置カメラ２２と、コレット４１ｃが降下した時に、処理位置４５ｂの真上にいるボンディングヘッド４１の先端部と基準マークＫＭを撮像する２台の位置補正撮像カメラ(以下、単に位置補正カメラという)２３、２４とを有する。本実施例では、処理位置カメラ２２を基板位置検出カメラ４２で兼用する。また、光源２１は、レーザ光源のようにスポット状に照射できるものであればよい。さらに、ボンディング位置補正装置２０を構成する処理位置カメラ２２等はそれらの支持部２８を介して、ダイボンダ１０の構造部材２７に固定されている。図２では、図を見易くするために、位置補正カメラ２３の支持部２８は省略している。なお、破線で示す４５ｓは、処理位置４５ｂと基準マークＫＭとを含む処理位置周辺領域を示す。処理位置４５ｂには、ダイＤの対角線上に２箇所のＬ字状の認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２が形成されている。

図３は、２台の位置補正カメラ２３、２４の配置を示す図である。図３(ａ)は、２台の位置補正カメラ２３，２４を上部から見た図である。図３(ｂ)は、位置補正カメラ２３または２４を側面から見た図である。図３(ａ)に示すように、２台の位置補正カメラ２３、２４は互いに９０度の位置に配置されている。また、図３(ｂ)に示すように、２台の位置補正カメラ２３、２４はリードフレーム４５に対して角度θで斜めから、少なくとも基準マークＫＭと処理位置４５ｂとを含む処理位置周辺領域４５ｓを撮像する。

以上の構成によって、図２の実施形態おける本発明の特徴であるボンディングの処理フローを図４、図５を用いて説明する。図４は、ボンディングヘッド４１がダイを吸着し、処理位置の上側にきたときからの処理フローを示す。図５は、図４におけるフローでの撮像画面を示す図である。

まず、ボンディングヘッド４１が、処理位置４５ｂにダイＤを降下させる前に、処理位置カメラ２２で基準マークＫＭと処理位置４５ｂを含む処理位置周辺領域４５ｓを撮像する(ステップ１)。図５(ａ)は、この状態を示す撮像画面である。図５(ａ)の状態では、リードフレームは加熱により熱膨張している。従って、図５(ａ)から得られる処理位置４５ｂの位置座標は、熱膨張の影響を含んだ位置座標である。

処理位置４５ｂには、ダイＤの対角線上に２箇所のＬ字状の認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２が形成されている。基準マークＫＭの中心点を原点として、この２箇所の認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２の位置座標を画像処理にて求める(ステップ２)。次に、２箇所の認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２の位置座標から処理位置４５ｂの中心位置４５ｃの位置座標を求める(ステップ３)。この中心位置４５ｃの座標位置を第１中心座標とする。この第１中心座標４５ｃ１と２箇所の認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２の位置座標をそれぞれ(Ｘ１,Ｙ１)、(Ｘｐ１１,Ｙｐ１１)、(Ｘｐ２１,Ｙｐ２１)とすると、第１中心座標は式(１)、式(２)により求まる。
Ｘ１＝(Ｘｐ１１＋Ｘｐ２１)／２ (１)
Ｙ１＝(Ｙｐ１１＋Ｙｐ２１)／２ (２)
次に、ボンディングヘッド４１の移動量を求める(ステップ４)。式(１)、式(２)の位置座標は、処理位置カメラ２２から見た位置座標である。ボンディングヘッド４１と処理位置カメラ２２との間にはオフセットがあるから、ボンディングヘッド４１から見た位置座標に変える必要がある。そこで、そのオフセット量を(Ｘｈ,Ｙｈ)とすると、ボンディングヘッド４１から見た中心位置４５ｃの位置座標((Ｘｈｉ,Ｙｈｉ)は、式(３)、式(４)となる。
Ｘｈｉ＝Ｘ１＋Ｘｈ (３)
Ｙｈｉ＝Ｙ１＋Ｙｈ (４)
次に、式(３)、式(４)で示す位置にボディングヘッド４１を移動させ、処理位置４５ｂに向ってダイＤを保持したコレット４１ｃを降下させる(ステップ５)。ボディングヘッド４１の移動時間とダイＤの降下時間は非常に短い。それ故に、その間にリードフレーム４５の熱膨張による形状変化や、オフセット量の変化は殆どない。従って、オフセット量の初期値からの変動または時系列変動がなければ、前記ダイＤの降下によって、目標値とする処理位置４５ｂにダイＤをボンディングできる。

しかしながら、実際には、リードフレーム４５の加熱機構による輻射熱等によってオフセット量は変化する。そこで、そのオフセット量の変化を補正する。そのために、ボンディングされる直前で停止し、ダイの降下位置と処理位置４５ｂとのずれ量を検出する。まず、停止した状態で、基準マークＫＭと処理位置４５ｂを含む処理位置周辺領域４５ｓを２台の位置補正カメラ２３、２４で撮像をする(ステップ６)。

図５(ｂ)、図５(ｃ)はそれぞれ位置補正カメラ２３、２４で撮像した状態を示す。この撮像を処理位置カメラ２２で真上から撮像しない理由は、第１にコレット４１ｃが処理位置４５ｂを覆い被さり、認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２を認識できない点である。また、第２に、図２ではコレット４１ｃは撮像できそうであるが、実際はコレット４１ｃもボンディングヘッド４１の機構に邪魔されて、真上から見えない点である。そこで、ダイＤ又はコレット４１ｃが撮像できるように、図３(ｂ)に示す角度θを持って撮像する。実際にはダイＤをボンディングするので、ダイＤ自体を撮像できる角度が望ましい。ダイ自体を撮像すると、角度が小さくなりがちであるが、余り角度θを小さくすると、画像の変形が大きくなり位置検出精度が落ちるので、その間で角度を調節する。

次に、停止した状態で、２箇所の認識マークに対応するダイＤのコーナの位置座標を画像処理によって求める(ステップ７)。本実施例１では、ダイＤのコーナの位置座標を求めるために、位置補正カメラ２３、２４を２台用いている。その理由は以下の通りである。斜めから撮像すると位置補正カメラ２３、２４から見たそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向は位置によって一画素の当り長さが異なるが、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向は変わらない。そこで、図５(ｂ)に示すように、位置補正カメラ２３で撮像したデータに基づき、基準マークＫＭの中心を基準とした座標系でダイＤのＸ方向の位置座標を、図５(ｃ)に示すように、位置補正カメラ２４で撮像したデータに基づき、基準マークＫＭの中心を基準とした座標系でダイＤのＹ方向の位置座標を検出する。従って、図２における実施形態では、認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２に対応するダイＤを撮像側のコーナで代用して検出できる。

このダイＤのコーナの位置座標からダイＤの中心位置、即ち処理位置４５ｂの中心位置４５ｃの中心座標を求める(ステップ８)。この中心座標を第２中心座標４５ｃ２とする。この第２中心座標４５ｃ２の(Ｘ２,Ｙ２)は、図５(ｂ)及び図５(ｃ)から式(５)及び式(６)となる。
Ｘ２＝(Ｘｄ１＋Ｘｄ２)／２ (５)
Ｙ２＝(Ｙｄ１＋Ｙｄ２)／２ (６)
次に、式(１)及び式(２)で求めた第1中心座標と、式(５)及び式(６)で求めた第２中心座標から式(７)及び式(８)で示すボンディング位置のずれ量（補正量）(ΔＸ,ΔＹ)を求める(ステップ９)。
ΔＸ＝Ｘ２−Ｘ１ (７)
ΔＹ＝Ｙ２−Ｙ１ (８)
このずれ量は、ボンディングヘッド４１から見た場合のずれ量であるから、原因としては次の２点が挙げられる。第１は、前述したように輻射熱によるボンディングヘッド４１と処理位置カメラ２２間のオフセット量のずれ量である。第２は、ボンディングヘッド４１と位置補正カメラ２３、２４間の輻射熱によるオフセット量のずれ量である。しかしながら、第２の原因においては、同一画像で基準マークを原点として位置座標を求めているので、例えオフセット量のずれが発生したとしても、自ずと補正されている。従って、原因は第１の点である。

次に、補正量に基づきダイの位置を補正し、リードフレーム(基板)４５にボンディングする(ステップ１０)。最後に、コレット４１ｃを上昇させ、次のダイのボンディング処理へと移行する(ステップ１１)。

以上の説明では、認識パターンとして処理位置４５ｂの対角線上に設けられたに２箇所のＬ字状の認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２を用いた。以上説明では、最終的には処理位置、即ちボンディング位置の中心位置４５ｃで補正量を求めているので、Ｌ字状の認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２は仮想的に考え、処理位置の中心位置４５ｃの×（ばつ印）状等の認識マーク一つでもよい。

以上説明した実施例１によれば、リードフレーム４５の高温によるリードフレーム４５自体の熱膨張、および処理位置カメラ２２、位置補正カメラ２３，２４とボンディングヘッド４１とのオフセット量に変動を共に補正でき、ダイを正確にボンディングできる信頼性の高いダイボンダを提供できる。
また、本ダイボンダを用いることにより、信頼性の高い半導体製造方法を提供できる。

図６は、本発明の特徴を有するボンディング位置補正装置２０を有するボンディングヘッド部３２の実施例２の概略構成図である。

実施例２は、実施例１とは以下の点で異なり、その他の点は同一である。第１の異なる点は以下の通りである。実施例１では、互いに９０度の角度をもって配置された２台の位置補正カメラ２３、２４で、ボンディングされる直前で停止したダイＤを基準マークＫＭと共に撮像し、補正量を求めた。実施例２では、図７(ａ)に示すように、処理位置４５ｂ、即ちボンディングするダイの辺に対し４５度の角度をもって配置された１台の位置補正カメラ２５で、ボンディングされる直前で停止したコレット４１ｃと基準マークＫＭとを共に撮像し、補正量を求める。図７(ｃ)は、１台の位置補正カメラ２５による画像を示す。なお、図７(ａ）は、処理位置カメラ２２で撮像された像であり、図５(ａ)と同じ図である。

また、第２の点は、第１の点に関連して、位置補正カメラ２５が４５度の角度を持っているために、得られる画像も４５度回転した画像になり、位置座標系も４５度回転する。そのために、どちらかの位置座標系を４５回転し、両方画像の位置座標系を合わせる必要がある。本実施例では、図７(ｂ)に示す処理位置カメラ２２の撮像画面の位置座標系を回転させる。図７(ａ)に示す位置座標は、回転後の位置座標を示す。また、斜めから撮像しているので、その補正も行なう。

さらに、第３の点は、前述及び図７(ｃ)に示すように、ダイ自体もコレットに覆われ撮像できない場合の例を示している。そのために、本実施例では、ダイの代わりにコレットを代用して用いる。
図７に示すように、図７(ａ)に示す認識パターン４５ｐ１、４５ｐ２に対応するコレットの４１ｃのコーナ位置４１ｃ１、４１ｃ２の位置座標は、画像処理によりそれぞれ（Ｘｃ２１,Ｙｃ２１）、（Ｘｃ２２,Ｙｃ２２）となる。第２中心座標(Ｘ２’,Ｙ２’)は図５(ｂ)、図５(ｃ)から式(９)、式(１０)となる。
Ｘ２'＝(Ｘｃ２１＋Ｘｃ２２)／２ (９)
Ｙ２'＝(Ｙｃ２１＋Ｙｃ２２)／２ (１０)
この結果、式(７)、式(８)と同様に、補正量(ΔＸ,ΔＹ’)を求め、実施例１と同様にダイの位置を補正し、リードフレーム(基板)４５にボンディングすることができる。
以上説明では、位置補正カメラを処理位置４５ｂに対し４５度をもって配置したが、その他の角度でもよい。

従って、実施例２によれば、リードフレーム４５の高温によるリードフレーム４５自体の熱膨張および処理位置カメラ２２とボンディングヘッド４１のオフセット量の変動とを共に補正でき、ダイを正確にボンディングできる信頼性の高いダイボンダを提供できる。

また、実施例２によれば、本ダイボンダを用いることにより、信頼性の高い半導体製造方法を提供できる。
さらに、実施例２によれば、位置補正カメラを１台で済み、システムが簡略化できる。

以上説明した実施例１及び実施例２とも、光源を用いて基準マークを作成したが、ボンディングするときにコレットに隠れない位置ある基板(リードフレーム)上のパターンを用いてもよいし、公知例のように特定の部材を基板近傍に設けてもよい。

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。

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２０：ボンディング位置補正装置
２１：基準マーク形成光源(光源) ２２：処理位置カメラ
２３、２４、２５：位置補正撮像カメラ(位置補正カメラ)
３１：プリフォーム部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４３：固定台
４４：ボンディングステージ(ステージ) ４５：リードフレーム
４５ｂ：ボンディング位置(処理位置) ４５ｃ：処理位置の中心位置
４５ｐ1、４５ｐ２：認識パターン
４５ｓ：処理位置と基準マークとを含む処理位置周辺領域
４７：移動機構Ｄ：ダイ
ＫＭ：基準マーク
θ：位置補正撮像カメラのリードフレーム面からの成す角。

Claims

基板または前記基板の近傍に設けられた基準マークと、
前記基準マークと前記基板のボンディング位置に設けられた認識パターンとを撮像する第１の撮像手段と、前記基準マークと前記ボンディング位置に近接したダイとを撮像する第２の撮像手段と、前記第１及び前記第２の撮像手段によって得られた撮像データに基づいて前記ボンディング位置に近接した前記ダイの位置を補正する補正手段とを具備するボンディング位置補正装置と、
を有することを特徴とするダイボンダ。
前記ボンディング位置補正装置は、前記基準マークをスポット状に形成する光源を有することを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記基準マークは、前記ボンディング位置以外に設けられた前記基板上のパターンであることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記第２の撮像手段は、前記ボンディング位置の辺に対して所定の角度を持って斜め上方から前記撮像をすることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記所定の角度は、４５度であることを特徴とする請求項４に記載のダイボンダ。
前記第２の撮像手段は、前記ボンディング位置に隣接する２辺にそれぞれ垂直であって、斜め上方から前記撮像をすることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
前記認識パターンは、前記ボンディング位置のコーナ或いは中心位置に設けられたパターンであることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
基板または前記基板近傍に設けられた基準マークと前記基板のボンディング位置に設けられた認識パターンとを撮像する第１の撮像ステップと、
ダイを前記ボンディング位置に近接させる近接ステップと、
前記基準マークと前記ボンディング位置に近接した前記ダイを撮像する第２の撮像ステップと、
前記第１及び前記第２の撮像ステップによって得られた撮像データに基づいて前記ボンディング位置に近接した前記ダイの位置を補正する補正ステップと、
前記補正する量に基づいて前記基板に前記ダイをボンディングするステップと、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
前記基板上に光を照射し、スポット状の前記基準マークを形成するステップを有することを特徴とする請求項８に記載の半導体製造方法。
前記基準マークは、前記ボンディング位置以外に設けられた前記基板上のパターンであることを特徴とする請求項８に記載の半導体製造方法。
前記第２の撮像ステップは、前記ボンディング位置の辺に対して所定の角度を持って斜め上方から前記撮像をすることを特徴とする請求項８に記載の半導体製造方法。
前記補正ステップは、前記ダイまたはコレットの前記撮像データに基づいて行うことを特徴とする請求項８に記載の半導体製造方法。