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特開2024-46799半導体製造装置および半導体装置の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024046799
(43)【公開日】2024-04-05
(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/52 20060101AFI20240329BHJP
【FI】
H01L21/52 F
H01L21/52 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022152094
(22)【出願日】2022-09-26
(71)【出願人】
【識別番号】515085901
【氏名又は名称】ファスフォードテクノロジ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】大森 竜葵
(72)【発明者】
【氏名】保坂 浩二
(72)【発明者】
【氏名】依田 光央
(72)【発明者】
【氏名】大久保 達行
(72)【発明者】
【氏名】降矢 国夫
【テーマコード(参考)】
5F047
【Fターム(参考)】
5F047FA08
5F047FA72
5F047FA73
(57)【要約】
【課題】ピックアップ時間の増加を押さえつつピックアップにおける精度の向上が可能な技術を提供することにある。
【解決手段】半導体製造装置は、ダイが保持されるステージと、前記ダイを吸着するための吸引孔を有するコレットが設けられるヘッドと、前記吸引孔と連通する配管に設けられる流量センサと、生産前に相関データを取得する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面から所定高さまで下降させ、前記所定高さにおいて、前記流量センサにより前記コレットの前記吸引孔を流れる気体の流量を検知し、前記相関データおよび前記所定高さにおいて検知された流量に基づいて、前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面に着地させるための下降量を求めるよう構成される。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ダイが保持されるステージと、
前記ダイを吸着するための吸引孔を有するコレットが設けられるヘッドと、
前記吸引孔と連通する配管に設けられる流量センサと、
生産前に、前記コレットの下端面と前記ステージの保持されたダイの上面との距離と、前記流量センサにより検知された前記コレットの前記吸引孔を流れる気体の流量と、の相関データを取得するよう構成される制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記コレットの下端面を前記ステージに保持されたダイの上面から第一の所定高さまで下降させ、
前記第一の所定高さにおいて、前記流量センサにより前記コレットの前記吸引孔を流れる気体の流量を検知し、
前記相関データおよび前記第一の所定高さにおいて検知された流量に基づいて、前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面に着地させるための下降量を求めるティーチング動作を行うよう構成される半導体製造装置。
【請求項2】
請求項1の半導体製造装置において、
前記制御装置は、生産中において、前記ティーチング動作を行うよう構成される半導体製造装置。
【請求項3】
請求項1の半導体製造装置において、
前記制御装置は、生産前において、
前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面から前記第一の所定高さよりも高い第二の所定高さに設定し、
前記コレットの下端面を前記第二の所定高さから前記ステージの保持されたダイの上面の高さまで下降させて、再び第一の所定高さまで上昇して、前記相関データを取得するティーチング動作を行うよう構成される半導体製造装置。
【請求項4】
請求項1の半導体製造装置において、
前記制御装置は、前記ティーチング動作を所定回数のピックアップ動作ごとに行うよう構成される半導体製造装置。
【請求項5】
請求項1の半導体製造装置において、
さらに、前記ダイ、または前記ダイが載置される基板、が載置される第二のステージを備える半導体製造装置。
【請求項6】
請求項5の半導体製造装置において、
前記制御装置は、前記相関データおよび前記第一の所定高さにおいて検知された流量に基づいて、前記コレットの下端面を前記基板、前記基板に載置されるダイ、または前記第二のステージの上面に着地させるための下降量を求めるよう構成される半導体製造装置。
【請求項7】
請求項5の半導体製造装置において、
前記ステージはウエハ保持部であり、
前記第二のステージはボンドステージであり、
前記ヘッドはボンドヘッドである半導体製造装置。
【請求項8】
請求項1の半導体製造装置において、
前記ヘッドは着地検出センサを備え、
前記制御装置は、前記相関データおよび前記第一の所定高さにおいて検知された流量に基づいて、前記着地検出センサの検出位置を確認するよう構成される半導体製造装置。
【請求項9】
請求項1の半導体製造装置において、
前記ヘッドは着地検出センサを備え、
前記制御装置は、さらに、前記ティーチング動作において前記着地検出センサにより前記コレットの高さを測定するよう構成される半導体製造装置。
【請求項10】
請求項1の半導体製造装置において、
前記制御装置は、前記流量センサにより前記コレットの前記吸引孔から吹き出される気体の流量を検知するよう構成される半導体製造装置。
【請求項11】
ダイが保持されるステージと、ダイを吸着するための吸引孔を有するコレットが設けられるヘッドと、前記吸引孔と連通する配管に設けられる流量センサと、生産前に、前記コレットの下端面と前記ステージの保持されたダイの上面との距離と、前記流量センサにより検知された前記コレットの前記吸引孔を流れる気体の流量と、の相関データを取得するよう構成される制御装置と、を備える半導体製造装置にウエハを搬入する工程と、
前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面から第一の所定高さまで下降させ、前記第一の所定高さにおいて、前記流量センサにより前記コレットの前記吸引孔を流れる気体の流量を検知し、前記相関データおよび前記第一の所定高さにおいて検知された流量に基づいて、前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面に着地させるための下降量を求める工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は半導体製造装置に関し、例えばボンドヘッドの高さ検出動作を行うダイボンダに適用可能である。
【背景技術】
【0002】
ダイボンダ等の半導体製造装置は、接合材料を用いて、例えば、素子を基板または素子の上にボンド(載置して接着)する装置である。接合材料は、例えば、液状またはフィルム状の樹脂やはんだ等である。素子は、例えば、半導体チップ、MEMS(Micro Electro Mechanical System)およびガラスチップ等のダイである。基板は、例えば、配線基板や金属薄板で形成されるリードフレーム、ガラス基板等である。
【0003】
例えば、ダイボンダにおいては、半導体ウエハ(以下、単に、ウエハという。)からピックアップヘッドまたはボンドヘッドに設けられたコレット(吸着ノズル)を使ってダイがピックアップされる。そして、ボンドヘッドによりダイが基板にボンドされる。ダイボンダにおいては、このピックアップおよびボンドを繰り返す連続動作が行われる。
【0004】
ダイのピックアップ時において、目的位置に届かない又はダイに損傷を与える等の悪影響を抑止するため、ダイをピックアップする際のボンドヘッド等の降下量を自動的に測定するものがある(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014-56980号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
生産開始前に、特許文献1の技術を用いて測定した降下量に基づいて、生産中においてボンドヘッドを降下させる場合、連続動作中に経時的な変化があるとき上記降下量が適切でなくなる。また、生産中において、特許文献1の技術を用いて測定した降下量に基づいてボンドヘッドを降下させる場合、ピックアップ時間が増大する。
【0007】
本開示の課題は、ピックアップ時間の増加を押さえつつピックアップにおける精度の向上が可能な技術を提供することにある。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、半導体製造装置は、ダイが保持されるステージと、前記ダイを吸着するための吸引孔を有するコレットが設けられるヘッドと、前記吸引孔と連通する配管に設けられる流量センサと、生産前に相関データを取得する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面から所定高さまで下降させ、前記所定高さにおいて、前記流量センサにより前記コレットの前記吸引孔を流れる気体の流量を検知し、前記相関データおよび前記所定高さにおいて検知された流量に基づいて、前記コレットの下端面を前記ステージの保持されたダイの上面に着地させるための下降量を求めるよう構成される。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、ピックアップ時間の増加を押さえつつピックアップにおける精度の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1図1はダイボンダの構成例を示す概略上面図である。
図2図2図1において矢印A方向から見たときの概略構成を説明する図である。
図3図3図1に示すウエハ供給部の主要部を示す概略断面図である。
図4図4図1に示すダイボンダを用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
図5図5図1に示すボンドヘッドの概略断面図である。
図6図6は生産開始前のティーチング動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。
図7図7は生産開始前のティーチング動作において取得する流量と距離の関係の一例を示すグラフである。
図8図8図7に示すグラフに対応する表である。
図9図9はティーチングを行うピックアップ動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。
図10図10はティーチングを行なわないピックアップ動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。
図11図11はボンド動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。
図12図12(a)から図12(e)は着地検出センサを用いたコレット高さの測定方法を示すイメージ図である。
図13図13は比較例におけるピックアップ時のティーチング動作のボンドヘッドの高さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施形態および比較例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。
【0012】
半導体製造装置の一実施形態であるダイボンダの構成について図1から図3を用いて説明する。図1はダイボンダの構成例を示す概略上面図である。図2図1において矢印A方向から見たときの概略構成を説明する図である。図3図1に示すウエハ供給部の主要部を示す概略断面図である。
【0013】
ダイボンダ1は、大別して、ウエハ供給部10と、ピックアップ部20、中間ステージ部30と、ボンディング部40と、搬送部50、基板供給部60と、基板搬出部70と、制御部(制御装置)80と、を有する。Y方向がダイボンダ1の前後方向であり、X方向が左右方向であり、Z方向が上下方向である。ウエハ供給部10がダイボンダ1の前側に配置され、ボンディング部40が後側に配置される。ウエハ供給部10は基板Sに実装するダイDを供給する。ここで、基板Sには、最終的に一つのパッケージとなる、複数の製品エリア(以下、パッケージエリアPという。)が形成されている。
【0014】
ウエハ供給部10は、ウエハカセットリフタ11と、ウエハ保持台12と、剥離ユニット13と、ウエハ認識カメラ14と、を有する。ウエハ供給部10は基板Sに実装するダイDを供給する。ここで、基板Sには、最終的に一つのパッケージとなる、複数の製品エリア(以下、パッケージエリアPという。)が形成されている。
【0015】
ウエハカセットリフタ11は複数のウエハリングWRが格納されるウエハカセット(不図示)をウエハ搬送高さまで上下動させる。図示しないウエハ修正シュートによりウエハカセットリフタ11から供給されるウエハリングWRのアライメントが行われる。図示しないウエハエキストラクタによりウエハリングWRをウエハカセットから取出してウエハ保持台12に供給したり、ウエハ保持台12から取り出してウエハカセットに収納したりする。
【0016】
ウエハ保持台12は、ウエハリングWRを保持するエキスパンドリング121と、ウエハリングWRに保持されダイシングテープDTを水平に位置決めする支持リング122と、を有する。剥離ユニット13は支持リング122の内側に配置される。
【0017】
ダイシングテープDT上にウエハWが接着(貼付)されており、そのウエハWは複数のダイDに分割されている。ダイシングテープDTは可視光に対して透明である。ウエハWとダイシングテープDTとの間にダイアタッチフィルム(DAF)と呼ばれるフィルム状の接着材料DFを貼り付けている。接着材料DFは加熱することで硬化する。
【0018】
ウエハ保持台12は図示しない駆動部によってXY方向に移動し、ピックアップするダイDを剥離ユニット13の位置に移動させる。ウエハ保持台12は図示しない駆動部によってXY平面内においてウエハリングWRを回転させる。剥離ユニット13は図示しない駆動部によって上下方向に移動する。剥離ユニット13はダイシングテープDTからダイDを剥離する。
【0019】
ウエハ認識カメラ14はウエハWからピックアップするダイDのピックアップ位置を把握したり、ダイDの表面検査をしたりする。
【0020】
ピックアップ部20は、ピックアップヘッド21と、Y駆動部23と、を有する。ピックアップヘッド21には、剥離されたダイDを先端に吸着保持するコレット22が設けられる。ピックアップヘッド21はウエハ供給部10からダイDをピックアップし、中間ステージ31に載置する。Y駆動部23はピックアップヘッド21をY軸方向に移動させる。ピックアップ部20は、ピックアップヘッド21を昇降、回転及びX方向移動させる各駆動部(不図示)を有する。
【0021】
中間ステージ部30は、ダイDが載置される中間ステージ31と、中間ステージ31上のダイDを認識するためのステージ認識カメラ34と、を有する。中間ステージ31は載置されたダイDを吸着する吸引孔を備える。載置されたダイDは中間ステージ31に一時的に保持される。中間ステージ31はダイDが載置される載置ステージであると共に、ダイDがピックアップされるピックアップステージでもある。
【0022】
ボンディング部40は、ボンドヘッド41と、Y駆動部43と、基板認識カメラ44と、ボンドステージ46と、を有する。ボンドヘッド41にはダイDを先端に吸着保持するコレット部42が設けられる。Y駆動部43はボンドヘッド41をY軸方向に移動させる。基板認識カメラ44は基板SのパッケージエリアPの位置認識マーク(図示せず)を撮像し、ボンド位置を認識する。ボンドステージ46は、基板SにダイDが載置される際、上昇させられ、基板Sを下方から支える。ボンドステージ46は基板Sを真空吸着するための吸引口(不図示)を有し、基板Sを固定することが可能である。ボンドステージ46は基板Sを加熱する加熱部(不図示)を有する。ボンディング部40は、ボンドヘッド41を昇降、回転及びX方向移動させる各駆動部(不図示)を有する。
【0023】
このような構成によって、ボンドヘッド41は、ステージ認識カメラ34の撮像データに基づいてピックアップ位置・姿勢を補正し、中間ステージ31からダイDをピックアップする。そして、ボンドヘッド41は、基板認識カメラ44の撮像データに基づいて基板SのパッケージエリアP上にボンドし、又は既に基板SのパッケージエリアPの上にボンドされたダイの上に積層する形でボンドする。
【0024】
搬送部50は、基板Sを掴み搬送する搬送爪51と、基板Sが移動する搬送レーン52と、を有する。基板Sは、搬送レーン52に設けられた搬送爪51の図示しないナットを搬送レーン52に沿って設けられた図示しないボールネジで駆動することによってX方向に移動する。このような構成によって、基板Sは、基板供給部60から搬送レーン52に沿ってボンド位置まで移動し、ボンド後、基板搬出部70まで移動して、基板搬出部70に基板Sを渡す。
【0025】
基板供給部60は、搬送治具に格納されて搬入された基板Sを搬送治具から取り出して搬送部50に供給する。基板搬出部70は、搬送部50により搬送された基板Sを搬送治具に格納する。
【0026】
制御部80は、ダイボンダ1の各部の動作を監視し制御するプログラム(ソフトウェア)およびデータを格納する記憶装置と、記憶装置に格納されたプログラムを実行する中央処理装置(CPU)と、入出力装置(不図示)と、を備える。入出力装置は、画像取込装置(不図示)、モータ制御装置(不図示)およびI/O信号制御装置(不図示)等を有する。画像取込装置は、ウエハ認識カメラ14、ステージ認識カメラ34および基板認識カメラ44からの画像データを取り込む。モータ制御装置は、ウエハ供給部10の駆動部、ピックアップ部20の駆動部、ボンディング部40のY駆動部43やZ駆動部47等を制御する。I/O信号制御装置は、後述する着地検出センサ417や流量センサ482等の種々のセンサ信号を取り込み又は照明装置などのスイッチ等の信号部を制御する。
【0027】
半導体装置の製造工程の一部にダイを基板に搭載してパッケージを組み立てる工程がある。パッケージを組み立てる工程の一部に、ウエハからダイを分割するダイシング工程と、分割したダイを基板の上に搭載するダイボンディング工程とがある。ダイボンダ1を用いたダイボンディング工程(半導体装置の製造方法)について図4を用いて説明する。図4図1に示すダイボンダを用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。以下の説明において、ダイボンダ1を構成する各部の動作は制御部80により制御される。
【0028】
(ウエハ搬入工程:工程S1)
ウエハリングWRがウエハカセットリフタ11のウエハカセットに供給される。供給されたウエハリングWRがウエハ保持台12に供給される。なお、ウエハWは、予めプローバ等の検査装置により、ダイ毎に検査され、ダイ毎に良、不良を示すウエハマップデータが生成されており、制御部80の記憶装置に記憶される。
【0029】
(基板搬入工程:工程S2)
基板Sが格納された搬送治具が基板供給部60に供給される。基板供給部60で搬送治具から基板Sが取り出され、基板Sが搬送爪51に固定される。
【0030】
(ピックアップ工程:工程S3)
工程S1後、所望するダイDをダイシングテープDTからピックアップできるようにウエハ保持台12が動かされる。ウエハ認識カメラ14によりダイDが撮影され、撮影により取得された画像データに基づいてダイDの位置決めおよび表面検査が行われる。画像データを画像処理することによって、ダイボンダのダイ位置基準点からのウエハ保持台12上のダイDのずれ量(X、Y、θ方向)が算出されて位置決めが行われる。なお、ダイ位置基準点は、予め、ウエハ保持台12の所定の位置を装置の初期設定として保持されている。画像データを画像処理することによって、ダイDの表面検査が行われる。
【0031】
位置決めされたダイDは剥離ユニット13およびピックアップヘッド21によりダイシングテープDTから剥離される。ダイシングテープDTから剥離されたダイDは、ピックアップヘッド21に設けられたコレット22に吸着、保持されて、中間ステージ31に搬送されて載置される。
【0032】
ステージ認識カメラ34により中間ステージ31の上のダイDが撮影され、撮影により取得された画像データに基づいてダイDの位置決めおよび表面検査が行われる。画像データを画像処理することによって、ダイボンダのダイ位置基準点からの中間ステージ31上のダイDのずれ量(X、Y、θ方向)が算出されて位置決めが行われる。なお、ダイ位置基準点は、予め、中間ステージ31の所定の位置を装置の初期設定として保持されている。画像データを画像処理することによって、ダイDの表面検査が行われる。
【0033】
ダイDを中間ステージ31に搬送したピックアップヘッド21はウエハ供給部10に戻される。上述した手順に従って、次のダイDがダイシングテープDTから剥離され、以後同様の手順に従ってダイシングテープDTから1個ずつダイDが剥離される。
【0034】
(ボンド工程:工程S4)
搬送部50により基板Sがボンドステージ46に搬送される。ボンドステージ46上に載置された基板Sが基板認識カメラ44により撮像され、撮影によって画像データが取得される。画像データが画像処理されることによって、ダイボンダ1の基板位置基準点からの基板Sのずれ量(X、Y、θ方向)が算出される。なお、基板位置基準点は、予め、ボンディング部40の所定の位置を装置の初期設定として保持されている。
【0035】
工程S3において算出された中間ステージ31上のダイDのずれ量からボンドヘッド41の吸着位置が補正されてダイDがコレット部42により吸着される。中間ステージ31からダイDを吸着したボンドヘッド41によりボンドステージ46に支持された基板Sの所定箇所にダイDがボンドされる。基板認識カメラ44により基板SにボンドされたダイDが撮影され、撮影により取得された画像データに基づいてダイDが所望の位置にボンドされたかどうか等の検査が行われる。
【0036】
ダイDを基板Sにボンドしたボンドヘッド41は中間ステージ31に戻される。上述した手順に従って、次のダイDが中間ステージ31からピックアップされ、基板Sにボンドされる。これが繰り返されて基板SのすべてのパッケージエリアPにダイDがボンドされる。
【0037】
(基板搬出工程:工程S5)
ダイDがボンドされた基板Sが基板搬出部70に搬送される。基板搬出部70で搬送爪51から基板Sが取り出されて搬送治具に格納される。ダイボンダ1から基板Sが格納されている搬送治具が搬出される。
【0038】
上述したように、ダイDは、基板S上に実装され、ダイボンダ1から搬出される。その後、例えば、ダイDが実装された基板Sが格納された搬送治具がワイヤボンディング工程に搬送され、ダイDの電極はAuワイヤ等を介して基板Sの電極と電気的に接続される。そして、基板Sがモールド工程に搬送され、ダイDとAuワイヤとをモールド樹脂(図示せず)で封止することによって、半導体パッケージが完成する。
【0039】
積層ボンドする場合は、ワイヤボンディング工程に続いて、ダイDが実装された基板Sが載置格納された搬送治具がダイボンダに搬入されて基板S上に実装されたダイDの上にダイDが積層され、ダイボンダから搬出された後、ワイヤボンディング工程でAuワイヤを介して基板Sの電極と電気的に接続される。第二段目より上のダイDは、上述した方法でダイシングテープDTから剥離された後、ボンディング部に搬送されてダイDの上に積層される。上記工程が所定回数繰り返された後、基板Sがモールド工程に搬送され、複数個のダイDとAuワイヤとをモールド樹脂(図示せず)で封止することによって、積層パッケージが完成する。
【0040】
ボンドヘッド41の構成について図5を用いて説明する。図5図1に示すボンドヘッドの概略断面図である。
【0041】
ボンドヘッド41はY駆動部43のステージに搭載されるZ駆動部47に連結される。ボンドヘッド41にはコレット部42が設けられる。コレット部42は先端にゴム等の弾性体からなるコレット421およびコレット421を取り付けるコレットホルダ422を有する。ボンドヘッド41は、可動部411、ボールブッシュ412、接触片413、ヘッド支持部414、圧縮バネ416および着地検出センサ417を有する。コレット部42は可動部411を介して真空吸引系48に接続される。
【0042】
ヘッド支持部414の上部にはヘッド支持部414と一体的に形成されるセンサ支持部414aが設けられる。センサ支持部414aは可動部411が挿入されて配置される開口部414bを有する。ヘッド支持部414の側部には、後述する昇降駆動部474が連結される。ヘッド支持部414の下部には、その開口部412aがほぼ垂直に延伸するボールブッシュ412が設けられる。このボールブッシュ412の開口部412aに挿入される可動部411がほぼ垂直に昇降自在に支持されている。
【0043】
可動部411のほぼ中間位置には、接触片413が水平に取り付けられている。この接触片413の上面とセンサ支持部414aの下面との間には、圧縮バネ416が設けられ、この圧縮バネ416によって接触片413を介してコレット部42が下方へ付勢されている。圧縮バネ416に代えてシリンダによってコレット部42を下方に付勢するようにしてもよい。
【0044】
着地検出センサ417は、ボンディング時に機械的に着地を検出する検出器であり、センサ支持部414aを貫通して取り付けられる。そして、コレット421の下端面421aが他の部材に接触して上昇していない状態では、着地検出センサ417の下端面417aと接触片413の上面との間には、所定の隙間(ds)が形成されている。着地検出センサ417は、その隙間の距離を検知するギャップセンサである。
【0045】
Z駆動部47は、Y駆動部43に搭載されるステージ471と、ステージ471に対して昇降するZ軸472と、を有する。ステージ471には、昇降駆動部(不図示)が設けられている。昇降駆動部は、例えば、サーボモータまたはステップモータ、ボールネジ、ナットおよびカム等で構成される。Z軸472は、昇降駆動部により、上下方向に配置されたステージ471に沿い昇降する。
【0046】
コレット421には、下端面421aに一端が開口した吸引孔が設けられている。コレット421の吸引孔の他端は、コレットホルダ422の吸引孔、可動部411の吸引孔および可動部411の上部に取り付けられた配管481に連通している。
【0047】
配管481は真空供給源(不図示)に連通している。配管481には、真空供給源によるエアの吸引流量を検知する流量センサ482およびバルブ483が設けられている。配管481には配管484が連結され、配管484はエア供給源(不図示)に連通している。配管484にはバルブ485が設けられている。真空源およびエア供給源はダイボンダ1の真空吸引系48に含まれてもよいし、ダイボンダ1外に設けられてもよい。工場の真空供給源およびエア供給源を使用する場合は、真空吸引系48に圧力調整器を設けるのが好ましい。
【0048】
バルブ485が閉じられてバルブ483が開けられることにより、配管481、可動部411の吸引孔、コレットホルダ422の吸引孔およびコレット421の吸引孔を介してエアが吸引され、コレット421の下端面421aに吸着力が発生する。バルブ483が閉じられてバルブ485が開けられることにより、配管481、可動部411の吸引孔、コレットホルダ422の吸引孔およびコレット421の吸引孔を介してエアが噴き出される。
【0049】
(生産開始前のティーチング動作)
上記のように構成されたダイボンダ1では、実際にピックアップおよびボンドを行う連続動作の前(生産開始前)において、ティーチング動作によって以下の情報の取得が行われる。
【0050】
(1)ピックアップ高さ情報(PHD)の取得
制御部80は生産中の連続動作においてピックアップするときのコレット421の下端面421aの高さ(ピックアップ高さ(h5))を示すピックアップ高さ情報(PHD)を取得する。
【0051】
(2)相関データ(CD)の取得
制御部80は、コレット421の下端面421aが吸引する流量と、コレット421の下端面421aと中間ステージ31に載置されているダイDの上面との間の距離と、の相関データ(CD)を取得する。
【0052】
(3)流量測定高さ情報(FHD)の取得
制御部80は、実際にダイDをピックアップするときにティーチング動作を行うコレット421の下端面421aの高さ(流量測定高さ(h4))を示す流量測定高さ情報(FHD)を取得する。
【0053】
(4)ボンド高さ情報(BHD)
ボンドするときのコレット421の下端面421aの高さ(ボンド高さ(h6))を示すボンド高さ情報(BHD)を取得する。
【0054】
実際のピックアップ動作を行う際には、制御部80は、生産開始前のティーチング動作で取得した相関データ(CD)および流量測定高さ情報(FHD)を用いて、ティーチング動作を定期的に行う。このティーチング動作によりボンドヘッド41の下降量補正情報(DCD)を取得する。ピックアップ動作では、ティーチング動作に続いて、取得した下降量補正情報(DCD)を用いてボンドヘッド41の駆動を制御する。ボンド動作を行う際には、制御部80は、下降量補正情報(DCD)およびボンド高さ情報(BHD)を用いて、ボンドヘッド41の駆動を制御する。
【0055】
ダイボンダ1における生産開始前のティーチング動作について、図6から図8を参照して説明する。図6は生産開始前のティーチング動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。図7は生産開始前のティーチング動作において取得する流量と距離の関係の一例を示すグラフである。図7図6に示すグラフに対応する表である。
【0056】
(ステップS11)
制御部80は、高速下降開始高さ(h1)において、ボンドヘッド41を中間ステージ31に載置されているダイDの上方に動かしてコレット421の下端面421aをダイDの上面に対向させる。ダイDは、ピックアップヘッド21により予め中間ステージ31の上に載置されている。高速下降開始高さ(h1)はボンドヘッド41が中間ステージ31とボンドステージ46との間を水平移動するときのコレット421の下端面421aの高さであり、Z軸472がそのZ方向における機械原点にあるときのコレット421の下端面421aの高さ(原点高さ(h0))よりも低く設定されている。
【0057】
(ステップS12)
制御部80は、低速下降開始高さ(h2)まで高速でボンドヘッド41を下降させる。低速下降開始高さ(h2)はボンドヘッド41の低速下降を開始するときのコレット421の下端面421aの高さである。
【0058】
(ステップS13)
制御部80は、ボンドヘッド41の下降を停止させ、低速開始前タイマを起動させる(ステップS131)。
【0059】
低速開始前タイマが所定の時間経過後、制御部80は、バルブ485を開いてエアの噴き出しを開始させる(ステップS132)。このとき、バルブ483は閉じている。低速開始前タイマが0に設定されている場合は、待ち時間なく、ステップS132が行われる。
【0060】
(ステップS14)
所定時間経過後、制御部80は、バルブ485を閉じてバルブ483を開いてエアの吸引を開始させる(ステップS141)。
【0061】
制御部80は、ボンドヘッド41を所定量(Δz1)だけ下降させて(ステップS142)、流量センサ482によりコレット421が吸引する流量(FR)を測定する(ステップS143)。所定量(Δz1)は、例えば、昇降駆動部474の制御分解能の数倍の量である。
【0062】
制御部80は、流量センサ482により検知した流量(FR)を確認し、流量(FR)が所定の閾値(FRt)以下であるかどうかを確認する(ステップS144)。閾値(FRt)は、コレット421の下端面421aがダイDに接触したとみなせる値として予め設定される値である。
【0063】
制御部80は、流量(FR)が閾値(FRt)以下になるまでステップS142~S144の処理を繰り返す。
【0064】
流量測定終了後、制御部80はバルブ483を閉じて吸引を停止させる(ステップS145)。
【0065】
制御部80は、流量(FR)が閾値(FRt)以下になるコレット421の下端面421aの高さ(ピックアップ高さ(h5))におけるZ軸472のZ方向における機械原点からのオフセット量をピッアップ高さ情報(PHD)として制御部80のメモリに記憶する(ステップS146)。
【0066】
(ステップS15)
制御部80は、ボンドヘッド41をピックアップ高さ(h5)から所定距離だけ高い高さである測定開始高さ(h3)まで上昇させる。測定開始高さ(h3)は相関データの測定を開始するときのコレット421の下端面421aの高さである。測定開始高さ(h3)は低速下降開始高さ(h2)よりも低い高さである。
【0067】
(ステップS16)
制御部80は、バルブ485を閉じてバルブ483を開いてエアの吸引を開始させる(ステップS161)。
【0068】
制御部80は、流量センサ482によりコレット421が吸引する流量(FR)を測定する(ステップS162)。
【0069】
制御部80は、測定した流量(FR)および流量を測定したときのコレット421の下端面421aの高さ(hc)を制御部80のメモリに記憶する(ステップS163)。
【0070】
制御部80は、ボンドヘッド41を所定量(Δz2)だけ下降させ(ステップS164)、流量センサ482によりコレット421が吸引する流量(FR)を測定する(ステップS165)。所定量(Δz2)は、Δz1よりも小さい値であり、例えば、昇降駆動部474の制御分解能の量である。
【0071】
制御部80は、測定した流量(FR)および流量を測定したときのコレット421の下端面421aの高さ(hc)を制御部80のメモリに記憶する(ステップS166)。
制御部80は、コレット421の下端面421aの高さがピックアップ高さ(h5)になるまで、ステップS164~S166の処理を繰り返す。
【0072】
制御部80は、メモリに記憶された、流量(FR)およびコレット421の下端面421aの高さ(hc)に基づいて、図7および図8に示すような、流量(FR)と距離(d)の相関データを作成して制御部80のメモリに記憶する(ステップS167)。距離(d)はコレット421の下端面421aの高さ(hc)とダイDの上面の高さ(ピックアップ高さ(h5))との差である。
【0073】
制御部80は、ダイDの上面の高さ(ピックアップ高さ(h5))より所定距離(dp)だけ高い流量測定高さ(h4=h5+dp)を設定し、Z軸472のZ方向における機械原点からのオフセット量を流量測定高さ情報(FHD)として制御部80のメモリに記憶する(ステップS168)。図7に示すように、例えば、dp=15μmとする。このときの流量(FRp)は-0.14L/minである。
【0074】
ピックアップ高さ(h5)におけるZ軸472のZ方向における機械原点からのオフセット量に中間ステージ31上に載置されるダイDの表面とボンドステージ46に載置される基板Sの表面とのZ方向の距離の差を加減したものをボンド高さ情報(BHD)として制御部80のメモリに記憶する(ステップS169)。
【0075】
(ピックアップ動作:ティーチング動作有)
生産中にティーチング動作を行うダイDのピックアップ動作について図9を用いて説明する。図9はティーチングを行うピックアップ動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。
【0076】
ピックアップ動作におけるステップS11~S13は生産開始前のティーチング動作と同様である。以下、生産開始前のティーチング動作と異なる点について説明する。なお、図9に示すティーチング動作は生産中以外、すなわち、生産開始前や生産終了後に行ってもよい。
【0077】
(ステップS24)
所定時間経過後、制御部80は、バルブ485を閉じてバルブ483を開いてエアの吸引を開始させる。制御部80は、ボンドヘッド41を流量測定高さ情報(FHD)が示す流量測定高さ(h4)まで低速でボンドヘッド41を下降させる。
【0078】
(ステップS25)
制御部80は、ボンドヘッド41の下降を停止させ、流量センサ482によりコレット421が吸引する流量を測定する。
【0079】
(ステップS26)
制御部80は、メモリに記憶された相関データ(CD)に基づいて流量測定高さ情報(FHD)に対応する流量(FRp)とステップS25において測定した流量(FRm)とを比較する。両者は一致する場合、制御部80は流量測定高さ情報(FHD)が示す流量測定高さ(h4)だけボンドヘッド41を下降させる。
【0080】
流量(FRp)と流量(FRm)が一致しない場合、コレット421の下端面421aの高さ(h)が変動している(h=h4+α(αは正または負の数))。制御部80は相関データ(CD)から測定した流量(FRm)に対応する距離(dm)を求め、距離(dm)だけボンドヘッド41を下降させる。dmはdpに対して補正された下降量であり、dm=dp-αである。αは補正量である。
【0081】
(ステップS27)
制御部80は、ボンドヘッド41によりダイDをピックアップする。
【0082】
(ピックアップ動作:ティーチング動作無)
上述したピックアップ動作時のティーチングは毎回行わず、所定期間が経過後に定期的に行う。ティーチングを行わないダイDのピックアップ動作について図10を用いて説明する。図10はティーチングを行なわないピックアップ動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。
【0083】
ティーチングを行わないピックアップ動作におけるステップS11~S13は、図9に示すティーチングを行うピックアップ動作と同様である。以下、ティーチングを行うピックアップ動作と異なる点について説明する。
【0084】
(ステップS34)
所定時間経過後、制御部80は、バルブ485を閉じてバルブ483を開いてエアの吸引を開始させる。制御部80は、ボンドヘッド41をピックアップ高さ情報(PHD)が示す位置(ピックアップ高さ(h5))まで低速(例えば、10μm/min)でボンドヘッド41を下降させる。
【0085】
(ボンド動作)
ダイDのボンド動作について図11を用いて説明する。図11はボンド動作におけるボンドヘッドの高さを示す図である。
【0086】
ボンド動作におけるステップS41~S43は生産開始前のティーチング動作におけるS11~S131と同様である。
【0087】
(ステップS44)
制御部80は、メモリに記憶されたボンド高さ情報(BHD)およびピックアップ動作におけるステップS27で求めた下降量(dpまたはdm)に基づいて、ボンドヘッド41をボンド高さ(h7)となる位置まで低速(例えば、5μm/min)でボンドヘッド41を下降させて、ダイDを基板Sに着地させる。
【0088】
(ステップS45)
制御部80は、ダイDが基板Sに当接した後も、所定量だけボンドヘッド41を下降させる。この際、ダイDの当接後に下降させた所定量分だけコレット部42が退避するが、圧縮バネ416により押し付け力が与えられているので、コレット部42に吸着保持されたダイDには押し付け荷重が作用した状態となる。この状態を予め設定されたボンド時間だけ保持することにより、ダイDが基板Sに接着される。
【0089】
ボンドヘッド41では、ボンドヘッド41を下降させ、着地検出センサ417が下端面417aと接触片413の上面との間が所定の間隙(所定間隔)になったことを検出したときに、ダイDと基板Sとが接触したと判断する。なお、着地検出センサ417は、通常、変位センサ等を用い、安定的に検出させるため、基準コレットの本来の着地位置から数十μm程度の感度差を取って(押し込んだ状態)で検出するように所定間隔が設定される。
【0090】
なお、着地検出センサ417を用いてコレット高さを測定することが可能である。着地検出センサ417を用いたコレット高さの測定方法について図12(a)から図12(e)を用いて説明する。図12(a)から図12(e)は着地検出センサを用いたコレット高さの測定方法を示すイメージ図である。
【0091】
図12(a)は基準コレットの着地位置を示す。制御部80は、事前ティーチングにより装置側のリニアスケールでの基準コレットの着地位置(ho)を原点として記憶する。
【0092】
図12(b)および図12(d)は基準コレットと測定対象コレットの高さが同じである場合を示す。図12(b)に示すように、制御部80は、事前に設定された着地点上方の位置(hs)より、所定ピッチ(p)で着地検出センサ417を確認しながらボンドヘッド41を下降させる。ここで、hsはリニアスケールの指示値であり、例えば、hs=100μmである。また、例えば、p=5μmである。
【0093】
着地検出センサ417は、図12(d)に示すように、基準コレットの本来の着地位置からhaの感度差を取って(押し込んだ状態)で着地を検出するように、所定間隔(do)が設定される。すなわち、do=ds-(ho-ha)である。ここで、dsは、着地していないときの着地検出センサ417の下端面417aと接触片413の上面との隙間である。例えば、haは数十μmに設定される。
【0094】
制御部80は、着地検出センサ417が着地を検出した(do=ds-(ho-ha))ときのリニアスケールの指示値を読み取ってコレット高さを測定する。事前ティーチング時とコレット421の高さが変わっていない場合、リニアスケールの値は感度差として設定されたhaと同じになる。
【0095】
図12(c)および図12(e)は基準コレットと測定対象コレットの高さが異なる場合を示す。事前ティーチング時とコレット421の高さが変わっている場合、図12(e)に示すように、着地検出センサ417の下端面417aと接触片413の上面との隙間が所定間隔(do)になるようボンドヘッド41を下降させた場合、例えば、リニアスケールの値がhbになるとき、図12(c)に示すように、コレット421の高さは(Δh=hb-ha)だけ高くなっていることが分かる。
【0096】
着地検出センサ417は、ダイDを保持した状態で高さを検出することができる。なお、ステップS26において求めた補正された下降量に基づいてコレット高さを求め、流量センサを用いて測定されたコレット高さと着地検出センサを用いて測定されたコレット高さとにずれがある場合は、所定間隔(do)を校正するようにしてもよい。この校正は定期的に行ってもよい。
【0097】
本実施形態をより明確にするため比較例について図13を用いて説明する。図13は比較例におけるピックアップ時のティーチング動作のボンドヘッドの高さを示す図である。
【0098】
比較例におけるステップS11~S13は生産開始前のティーチング動作と同様である。以下、生産開始前のティーチング動作と異なる点について説明する。
【0099】
(ステップS54)
所定時間経過後、制御部80は、バルブ485を閉じてバルブ483を開いてエアの吸引を開始させる(ステップS541)。
【0100】
制御部80は、ボンドヘッド41を所定量(Δz1)だけ下降させて(ステップS542)、流量センサ482によりコレット421が吸引する流量(FR)を測定する(ステップS543)。所定量(Δz1)は、例えば、10μmである。
【0101】
制御部80は、流量センサ482により検知した流量(FR)を確認し、流量(FR)が所定の閾値(FRt)以下であるかどうかを確認する(ステップS544)。閾値(FRt)は、コレット421の下端面421aがダイDに接触したとみなせる値として予め設定される値である。
【0102】
制御部80は、流量(FR)が閾値(FRt)以下になるまでステップS542~S544の処理を繰り返す。
【0103】
流量測定終了後、制御部80はバルブ483を閉じて吸引を停止させる(ステップS545)。
【0104】
制御部80は、流量(FR)が閾値(FRt)以下になるコレット421の下端面421aの高さ(ピックアップ高さ(h5))におけるZ軸472のZ方向における機械原点からのオフセット量をピッアップ高さ情報(PHD)として制御部80のメモリに記憶する(ステップS546)。
【0105】
(ステップS55)
制御部80は、ボンドヘッド41をピックアップ高さ(h5)から所定距離だけ高い高さ(h3’)まで上昇させる。高さ(h3’)は細かいサーチを開始するときのコレット421の下端面421aの高さである。高さ(h3’)は低速下降開始高さ(h2)よりも低い高さである。
【0106】
(ステップS56)
制御部80は、バルブ485を閉じてバルブ483を開いてエアの吸引を開始させる(ステップS561)。
【0107】
制御部80は、ボンドヘッド41を所定量(Δz1)だけ下降させて(ステップS562)、流量センサ482によりコレット421が吸引する流量(FR)を測定する(ステップS563)。所定量(Δz1)は、例えば、2μmである。
【0108】
制御部80は、流量センサ482により検知した流量(FR)を確認し、流量(FR)が所定の閾値(FRt)以下であるかどうかを確認する(ステップS564)。閾値(FRt)は、コレット421の下端面421aがダイDに接触したとみなせる値として予め設定される値である。
【0109】
制御部80は、流量(FR)が閾値(FRt)以下になるまでステップS562~S564の処理を繰り返す。
【0110】
制御部80は、流量(FR)が閾値(FRt)以下になるコレット421の下端面421aの高さ(ピックアップ高さ(h5))におけるZ軸472のZ方向における機械原点からのオフセット量をピッアップ高さ情報(PHD)として制御部80のメモリに記憶する(ステップS565)。
【0111】
(ステップS57)
制御部80は、ボンドヘッド41によりダイDをピックアップする。
【0112】
比較例では、ボンドヘッド41の下降および流量測定を粗いサーチ(ステップS54)と細かいサーチ(ステップS56)に分けて二回行う。これに対して、実施形態では、一定の高さまで下降した(ステップS24)後、流量測定を一度のみ行う(ステップS24)。その後、相関データから得られた補正値分下降する(ステップS26)。実施形態は比較例に対して、流量測定の回数が非常に少なくなるので、ボンドヘッド41の下降時間は短くなり、ピックアップ時間が短くなる。
【0113】
実施形態によれば、下記の一つまたは複数の効果が得られる。
【0114】
(a)連続動作中(生産中)の流量センサによる高さティーチング時間を短縮することが可能である。
【0115】
(b)製品品種に対応するコレット種(サイズ、穴径等)毎に相関データを保存することで、例えば、コレットを交換する度に生産開始前の高さティーチング動作による相関データ作成を行う必要がなくなる。仮にコレット製造時の高さのばらつきがあっても、ピックアップ時のティーチングにより高さを補正することができるからである。
【0116】
(c)ピックアップ時のティーチングを毎回行うことにより、比較的短時間で流量による高精度な着地検出を行うことができる。これにより、着地前にボンドヘッドの下降速度を低速化(上記の低速下降の1/10程度の速度)して着地時の衝撃を低減する低衝撃モードが不要となる。このため、処理時間の低減も可能である。
【0117】
(d)ボンドヘッドに搭載する着地検出センサの検出位置の確認を行うことにより、この位置をピックアップ時に検出した流量による高さ検出データにより着地検出センサの校正を行うことが可能になる。
【0118】
(e)上記(d)により着地検出センサの校正を定期的に行うことが可能になる。これにより、スループットに影響なく着地検出センサの感度ズレを定期的に校正し、経時的に安定的なボンディングを行うことが可能になる。
【0119】
(f)ピックアップ時に検出した流量による高さ検出データによりボンド時の着地位置にフィードバックを行うことが可能になる。これにより、ボンド時の高さ精度を安定的に実施し、衝撃荷重の低減を図ることが可能になる。コレットの取り付け状態または経時変化によりコレットの下端面と各ステージの距離はばらついてしまうことがある。しかし、ピックアップステージ(ウエハ保持台、中間ステージ)やボンドステージの表面の位置は既知である。そして、コレットの下端面とピックアップステージの表面の距離が正確に知ることができるので、コレット下端面とボンドステージの表面の位置も正確に分かることになる。つまり、コレット高さの制御を精密に行うことができるのでボンド時の衝撃を防ぐことが可能となる。
【0120】
以上、本開示者らによってなされた開示を実施形態に基づき具体的に説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【0121】
例えば、実施形態では、コレットからの吸引流量に基づいてピックアップ高さ等をティーチングする例を説明したが、コレットが噴き出すエア流量に基づいてピックアップ高さ等をティーチングするようにしてもよい。
【0122】
実施形態では、ピックアップ時に流量センサを用いてティーチングする例を説明したが、流量センサと着地検出センサとを併用してもよい。
【0123】
また、実施形態では、中間ステージからダイをピックアップし、ボンドステージに保持された基板にボンドするボンドヘッドの例を説明した。これに限定されるものではなく、ウエハ保持台からダイをピックアップし、中間ステージに載置するピックアップヘッドにも適用できる。この場合、ウエハ保持台が第一のステージであり、中間ステージが第二のステージである。
【0124】
実施形態では、ピックアップヘッドによりウエハからピックアップしたダイを中間ステージに載置し、ボンドヘッドにより中間ステージからダイをピックアップする例について説明した。これに限定されるものではなく、ピックアップヘッドおよび中間ステージを備えず、ボンドヘッドによりウエハからピックアップしたダイを基板にボンドするダイレクトボンドにも適用できる。この場合、ウエハ保持台が第一のステージであり、ボンドステージが第二のステージである。
【0125】
また、実施形態ではウエハの裏面にDAFが貼付されているが、DAFはなくてもよい。
【0126】
また、実施形態ではピックアップヘッドおよびボンドヘッドをそれぞれ1つ備えているが、それぞれ2つ以上であってもよい。
【0127】
実施形態では、ダイボンダを例に説明したが、フリップチップボンダやチップマウンタにも適用できる。
【符号の説明】
【0128】
1・・・ダイボンダ(半導体製造装置)
31・・・中間ステージ(ステージ)
41・・・ボンドヘッド(ヘッド)
421・・・コレット
421a・・・下端面
481・・・配管
482・・・流量センサ
80・・・制御部(制御装置)
D・・・ダイ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13