特許 7563785 ボンディング装置及びボンディング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】ボンディング装置及びボンディング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20241001BHJP

【ＦＩ】

H01L21/52 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022579271

(86)(22)【出願日】2021-02-05

(86)【国際出願番号】 JP2021004389

(87)【国際公開番号】W WO2022168275

(87)【国際公開日】2022-08-11

【審査請求日】2023-06-12

(73)【特許権者】

【識別番号】519294332

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】野口 勇一郎

【審査官】西村 治郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２１０７８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、前記第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、
前記ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、
前記他方側の面にリファレンスマークを有し、前記第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、
前記リファレンスマークが前記第１カメラの視野内に配置され、かつ、前記ボンディングツールに保持されたチップが前記第２カメラの視野内に配置されるように、前記ボンディングヘッド部が移動したときに、前記所定の距離と、前記第１カメラによって検出された前記リファレンスマークの位置と、前記第２カメラによって検出された前記チップの位置とに基づいて、前記オフセット距離の変化量を算出する算出部と、を備え、
前記算出部は、前記第１カメラによって撮影された第１画像に基づいて前記リファレンスマークの位置を検出するとともに、前記第２カメラによって撮影された第２画像に基づいて前記チップの位置を検出する、
ボンディング装置。

【請求項3】

前記算出部は、前記第１画像に基づいて前記第１カメラに対する前記リファレンスマークのずれ量を測定するとともに、前記第２画像に基づいて前記第２カメラに対する前記チップのずれ量を測定する、
請求項１に記載のボンディング装置。

【請求項4】

前記ボンディングヘッド部の移動を制御する移動制御部であって、
前記算出されたオフセット距離の変化量に基づいて、前記ボンディングヘッド部の移動量を決定する移動制御部をさらに備える、
請求項１又は３に記載のボンディング装置。

【請求項5】

前記第２カメラと前記リファレンス部材とは、一体である、
請求項１、３、又は４に記載のボンディング装置。

【請求項6】

前記所定の距離は、前記オフセット距離に基づいて設定される、
請求項１、又は３から５のいずれか一項に記載のボンディング装置。

【請求項7】

移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、前記第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、前記ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、前記他方側の面にリファレンスマークを有し、前記第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、を備えたボンディング装置のボンディング方法であって、
前記第１カメラによって前記リファレンスマークの位置を検出するとともに、前記第２カメラによって前記ボンディングツールに保持されたチップの位置を検出するステップと、
前記所定の距離と、前記検出されたリファレンスマークの位置と、前記検出されたチップの位置とに基づいて、前記オフセット距離の変化量を算出するステップと、を含み、
前記算出するステップは、前記第１カメラによって撮影された第１画像に基づいて前記リファレンスマークの位置を検出するとともに、前記第２カメラによって撮影された第２画像に基づいて前記チップの位置を検出することを含む、
ボンディング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボンディング装置及びボンディング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、チップを基板にボンディングする実装方法として、上下二視野カメラによって基準用チップの上面の画像と補正用チップの下面の画像と取得して各チップの各位置を計算する第１のチップ位置計算工程と、各チップの各位置から計算した各チップ間のズレ量に基づいて各チップ間の離間距離が所定のオフセット量となる位置に基準用チップを移動させた後、補正用チップを吸着ステージに載置する第２のチップ移動工程と、補正用チップの上面の画像を取得して補正用チップの第２位置を計算する第２のチップ位置計算工程と、基準用チップの位置と補正用チップの第２位置とに基づいて所定のオフセット量の補正量を計算する補正量計算工程と、を含むものが知られている（特許文献１参照）。この実装方法は、所定のオフセット距離について変化量（補正量）を計算することで、チップの実装位置の経時的な位置ずれを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／１１９２７４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、オフセット距離の変化量を算出するために、複数の工程を行う必要があるため、オフセット距離の変化量を算出するための処理に時間が掛かっていた。

【0005】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することのできるボンディング装置及びボンディング方法を提供することを目的の１つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係るボンディング装置は、移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、他方側の面にリファレンスマークを有し、第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、リファレンスマークが第１カメラの視野内に配置され、かつ、ボンディングツールに保持されたチップが第２カメラの視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、所定の距離と、第１カメラによって検出されたリファレンスマークの位置と、第２カメラによって検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量を算出する算出部と、を備える。

【0007】

前述の構成によれば、リファレンスマークが第１カメラの視野内に配置され、かつ、ボンディングツールに保持されたチップが第２カメラの視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、所定の距離と、第１カメラによって検出されたリファレンスマークの位置と、第２カメラによって検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量が算出される。これにより、リファレンスマークの位置とボンディングツールに保持されたチップの位置とを同時に検出しながら、オフセット距離の変化量を算出することができる。従って、リファレンスマークの検出とチップ検出とを異なる工程で順番に行っていた従来のボンディング装置と比較して、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。

【0008】

前述したボンディング装置において、算出部は、第１カメラによって撮影された第１画像に基づいてリファレンスマークの位置を検出するとともに、第２カメラによって撮影された第２画像に基づいてチップの位置を検出してもよい。

【0009】

前述したボンディング装置において、算出部は、第１画像に基づいて第１カメラに対するリファレンスマークのずれ量を測定するとともに、第２画像に基づいて第２カメラに対するチップのずれ量を測定してもよい。

【0010】

前述したボンディング装置において、ボンディングヘッド部の移動を制御する移動制御部であって、算出されたオフセット距離の変化量に基づいて、ボンディングヘッド部の移動量を決定する移動制御部をさらに備えてもよい。

【0011】

前述したボンディング装置において、第２カメラとリファレンス部材とは、一体であってもよい。

【0012】

前述したボンディング装置において、所定の距離は、オフセット距離に基づいて設定されてもよい。

【0013】

本発明の他の側面に係るボンディング方法は、移動可能なボンディングヘッド部であって、光学系を一方側に向けて設置された第１カメラと、第１カメラとオフセット距離を空けて配置されたボンディングツールとを保持するボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部が撮影可能になるように、光学系を他方側に向けて設置された第２カメラと、他方側の面にリファレンスマークを有し、第２カメラに対して所定の距離を空けた位置に固定されたリファレンス部材と、を備えたボンディング装置のボンディング方法であって、第１カメラによってリファレンスマークの位置を検出するとともに、第２カメラによってボンディングツールに保持されたチップの位置を検出するステップと、所定の距離と、検出されたリファレンスマークの位置と、検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量を算出するステップと、を含む。

【0014】

前述の構成によれば、リファレンスマークが第１カメラの視野内に配置され、かつ、ボンディングツールに保持されたチップが第２カメラの視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、所定の距離と、第１カメラによって検出されたリファレンスマークの位置と、第２カメラによって検出されたチップの位置とに基づいて、オフセット距離の変化量が算出される。これにより、リファレンスマークの位置とボンディングツールに保持されたチップの位置とを同時に検出しながら、オフセット距離の変化量を算出することができる。従って、リファレンスマークの検出とチップの検出とを異なる工程で順番に行っていた従来のボンディング装置と比較して、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、一実施形態におけるボンディング装置の概略構成を示す側面図である。

【図2】図２は、図１に示すボンディングツール及びトップカメラの位置関係を示す側面図である。

【図3】図３は、図１に示すボトムカメラ及びリファレンス部材の位置関係の一例を示す側面図である。

【図4】図４は、図１に示すボトムカメラ２８及びリファレンス部材の位置関係の他の例を示す側面図である。

【図5】図５は、一実施形態におけるボンディング装置のボンディングヘッド部、ボトムカメラ、及びリファレンス部材の配置を示す概念図である。

【図6】図６は、図５に示すトップカメラが撮影した第１画像を示す概略図である。

【図7】図７は、図５に示すボトムカメラが撮影した第２画像を示す概略図である。

【図8】図８は、一実施形態におけるボンディング方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。

【0018】

最初に、図１から図４を参照しつつ、一実施形態に従うボンディング装置の構成について説明する。図１は、一実施形態におけるボンディング装置１００の概略構成を示す側面図である。図２は、図１に示すボンディングツール２２及びトップカメラ２４の位置関係を示す側面図である。図３は、図１に示すボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０の位置関係の一例を示す側面図である。図４は、図１に示すボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０の位置関係の他の例を示す側面図である。

【0019】

図１に示すように、ボンディング装置１００は、ウェハ保持部１２と、ハンドリングユニット１４と、ボンディングヘッド部２０と、ＸＹテーブル２６と、ボトムカメラ２８と、リファレンス部材３０と、ボンディングステージ部４０と、ボンディング制御部６０と、を備える。以下の説明においては、ボンディング対象面に平行な方向をＸＹ軸方向とし、ボンディング対象面に垂直な方向をＺ軸方向として説明する。

【0020】

ボンディング装置１００は、ウェハ７０のチップ７２（「ダイ」ともいう）を基板８０にボンディングするための半導体製造装置である。チップ７２は、集積回路パターンが形成された表面と、当該表面とは反対の裏面とを有する。以下に説明するボンディング装置１００は、チップ７２を基板８０の装着部に位置合わせをし、チップ７２の裏面が基板８０に対向するようにチップ７２を基板８０にボンディングする。このようなボンディング装置１００は、ダイボンディング装置と呼ばれる。

【0021】

ウェハ保持部１２は、図示しないウェハ搬送ツール等によって搬送されたウェハ７０を保持するように構成されている。ウェハ７０は、碁盤目状にダイシングされ、小さく切断された複数のチップ７２を含む。ウェハ保持部１２は、例えば、ウェハ７０を真空吸着すること又はフィルム上にウェハ７０を貼り付けることによって、複数のチップ７２を保持する。

【0022】

ウェハ保持部１２に保持されたウェハ７０の各チップ７２は、基板８０にボンディングされる。チップ７２は、例えば、ハンドリングユニット１４によってウェハ７０からピックアップされ、ハンドリングユニット１４の反転動作によって、基板に接続される裏面側が上方を向く。反転したチップ７２は、ボンディングツール２２に受け渡される。

【0023】

より詳細には、ハンドリングユニット１４は、ステッピングモータ１５と、回転軸１６と、アーム１７と、ベース１８と、ピックアップツール１９と、を含んで構成されている。ステッピングモータ１５は、回転軸３２を回転させてベース１８及びヒップアップノズル１９を反転させる反転駆動機構である。アーム１７は、一端が回転軸１６に取り付けられ、回転軸１６からＺ軸方向斜め下向きの方向に伸び、他端がベース１８のＺ軸方向の上面１８ａに取り付けられている。ベース１８は、アーム１７の先端にボルト等で固定される板状部材である。ベース１８のＺ軸方向の下面１８ｂには、ピックアップツール１９は取り付けられている。ピックアップツール１９は、図示しないＺ軸駆動機構によってＺ軸方向に移動可能となっている。

【0024】

図１に示すハンドリングユニット１４は、ピックアップツール１９が下向きの場合、つまり、ベース１８の上面１８ａがＺ軸方向上向きの状態を示す。この状態において、ハンドリングユニット１４をウェハ保持部１２の上まで移動させ、ウェハ保持部１２の下方からフィルム越しにチップ７２を突き上げるとともに、ピックアップツール１４によって上方からフィルム上のチップ７２を吸着することで、チップ７２がハンドリングユニット１４のピックアップツール１４にピックアップされる。一方、ステッピングモータ１５によって回転軸３２を回転させ、ベース１８及びヒップアップノズル１９が反転すると、ベース１８の下面１８ｂがＺ方向上向きとなり、ピックアップノズル１９も上向きになる。これにより、ハンドリングユニット１４は、ピックアップしたチップ７２を反転させることができる。

【0025】

ボンディングヘッド部２０は、ウェハ保持部１２からピックアップされて反転したチップ７２を吸着して基板８０のボンディング位置まで搬送し、チップ７２を基板８０にボンディングするように構成されている。

【0026】

ボンディングヘッド部２０は、ボンディングツール２２とトップカメラ２４とを保持している。具体的には、ボンディングヘッド２０部には、Ｚ軸駆動機構２１を介してボンディングツール２２が取り付けられるとともに、ボンディングツール２２から離れた位置にトップカメラ２４が取り付けられている。ボンディングヘッド部２０は、ＸＹテーブル２６によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能となっており、これにより、ボンディングツール２２及びトップカメラ２４はＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に移動する。

【0027】

なお、ボンディング装置１００は、１つのボンディングヘッド部２０を備える場合に限定されるものではない。例えば、ボンディング装置１００は複数のボンディングヘッド部２０を備えていてもよい。この場合、複数のボンディングヘッド部を設けることにより、複数の基板に対してボンディングを並行して行うことができる。

【0028】

ボンディングツール２２は、例えば、チップ７２を吸着保持するコレットである。このようなコレットは、直方体形状又は円錐台形状に構成されてチップ７２の集積回路パターンが形成された表面側からチップ７２の外縁に接触保持するように構成されている。ボンディングツール２２であるコレットは、Ｚ軸方向と平行な中心軸を有しており、Ｚ軸駆動機構２１及びＸＹテーブル２６によって、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に、それぞれ移動可能となっている。

【0029】

ボンディングツール２２は、図示しないθ軸駆動機構及びチルト駆動機構を介してボンディングヘッド部２０に取り付けられており、これらの駆動機構によってＺ軸回りの回転及びチルト方向（傾斜方向）に可動となっている。

【0030】

トップカメラ２４は、ボトムカメラ２８に固定されたリファレンス部材３０の画像情報を取得するように構成されている。トップカメラ２４は、例えば、レンズ等の光学系と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像素子と、を含んで構成されるデジタルカメラである。トップカメラ２４は、光学系を一方側、つまり、図１におけるＺ軸負方向側に向けて配置され、鉛直方向下向きの光軸を有する。

【0031】

図２に示すように、ボンディングツール２２は、ボンディングヘッド部２０において、トップカメラ２４とオフセット距離ＯＤｄを空けて配置されている。より詳細には、ボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とトップカメラ２４の光軸ＯＡ１とがオフセット距離ＯＤｄだけ離れた位置になるように、ボンディングツール２２及びトップカメラ２４が配置されている。

【0032】

このようなボンディング装置では、ボンディングツールとトップカメラとの間の距離が、温度変化や経年変化等によって変化することがある。そして、オフセット距離が予め規定された基準距離であるオフセット距離ＯＤｄから変化すると、当該変化量分の誤差が生じることになり、例えば基板へのボンディング位置の精度の低下を招くことになる。

【0033】

そのため、一部のボンディング装置では、ボンディング処理の前に、オフセット距離の変化量を求めるための工程を追加する等の方法が採用されている。しかし、こうした方法では、新たな工程の追加を伴うので、オフセット距離の変化量を求めるための時間が長期化してしまうおそれがある。

【0034】

図１に戻り、ボトムカメラ２８は、ボンディングツール２２の画像情報を取得するように構成されている。ボトムカメラ２８は、トップカメラ２４と同様に、例えば光学系と撮像素子とを含んで構成されるデジタルカメラである。ボトムカメラ２８は、光学系を他方側、つまり、図１におけるＺ軸正方向側に向けて配置され、鉛直方向上向きの光軸を有する。言い換えれば、ボトムカメラ２８は、ボンディングツール２２の底面（先端面）を撮影可能になるように、ボンディングツール２２及びトップカメラ２４と対向して配置されている。また、ボトムカメラ２８は、ボンディングステージ部４０周囲のボンディングツール２２底面を撮像できる位置に設置されている。

【0035】

リファレンス部材３０は、ボンディングツール２２とトップカメラ２４との間のオフセット距離ＯＤｄの変化量を算出する際に、基準となる部材である。オフセット距離ＯＤｄの変化量の算出については、後述する。

【0036】

図３に示すように、ボトムカメラ２８は、固定部材又は基準部材の上に設けられ、固定されている。リファレンス部材３０は、ボトムカメラ２８に対して所定の距離ＰＤを空けた位置に固定されている。より詳細には、ボトムカメラ２８からＹ軸方向に離れた位置に、固定部材又は基準部材の上に設けられた支持部材３１が固定されている。リファレンス部材３０は、この支持部材３１によって支持されている。その結果、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とが所定の距離ＰＤだけ離れた位置になるように、ボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０が配置されている。

【0037】

前述したように、ボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０が固定されているので、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０との間の所定の距離ＰＤは、前述したオフセット距離とは異なり、温度変化や経年変化等の影響を受けないか、あるいは、それらの影響が無視できるほど小さい。このため、所定の距離ＰＤは、変化しない（不変である）とみなすことができる。

【0038】

リファレンス部材３０は、ボンディングヘッド部２０側の面（図３における上面に、リファレンスマーク３２を有している。また、リファレンス部材３０は、その上面がトップカメラ２４の被写界深度の範囲内になるような高さに、配置されている。

【0039】

リファレンスマーク３２の形状は、トップカメラ２４の視野内での位置及び姿勢を認識可能なものであればよく、特に限定されるものではない。よって、リファレンスマーク３２は、例えば、矩形ブロックで構成される矩形状マークでもよいし、矩形ブロック内に形成された十文字状の溝（孔）で構成される十文字状マークでもよい。

【0040】

図３では、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０とが別々の部材である例を示したが、これに限定されるものでない。図４に示すように、例えば、支持部材３１は、ボトムカメラ２８からＹ軸方向に沿って延在しており、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０とを連結する部材であってもよい。この場合、ボトムカメラ２８及びリファレンス部材３０は、１つの部材として一体に構成される。これにより、ボトムカメラ２８に対して所定の距離ＰＤだけ離れた位置にリファレンス部材３０を容易に固定することができる。

【0041】

なお、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０との間の所定の距離ＰＤは、前述したオフセット距離ＯＤｄに基づいて設定されることが好ましい。例えば、所定の距離ＰＤは、オフセット距離ＯＤｄと同一であったり（ＰＤ＝ＯＤｄ）、オフセット距離ＯＤｄに対して所定の長さ（ΔＬ）を加えたものであったり（ＰＤ＝ＯＤｄ＋ΔＬ）、オフセット距離ＯＤｄから所定の長さ（ΔＬ）を引いたものであってもよい（ＰＤ＝ＯＤｄ－ΔＬ）。

【0042】

このように、ボトムカメラ２８とリファレンス部材３０との間の所定の距離ＰＤは、前述したオフセット距離ＯＤｄに基づいて設定されることにより、例えば所定の距離ＰＤをオフセット距離ＯＤｄと同じ値に設定することで、後述するオフセット距離の変化量を簡単かつ容易に算出することができる。

【0043】

図１に戻り、ボンディングステージ部４０は、基板８０の装着部にチップ７２をボンディングするためのステージである。このボンディングステージ部４０には、基板８０をＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方に移動させる、図示しない移動機構、当該基板８０を加熱する、図示しないヒータ等が設けられている。これらは、ボンディング制御部６０によって制御されている。

【0044】

ボンディング制御部６０は、ボンディング装置１００の全体を制御するように構成されている。より詳細には、ボンディング制御部６０は、ボンディング装置１００によるボンディングのために必要な処理を制御するように構成されている。具体的には、ボンディング制御部６０は、ボンディングヘッド部２０によるボンディング処理、ウェハ保持部１２に保持されるウェハ７０の交換処理、並びに、チップ７２及び基板８０の搬送処理等を制御することを含む。ボンディング制御部６０は、それらの処理に必要な範囲でボンディング装置１００の各構成との間で信号を送受信可能に接続されており、当該各構成の動作を制御する。

【0045】

ボンディング制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｕｎｉｔ）等の図示しないマイクロプロセッサと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しないメモリ等を含んで構成されるコンピュータ装置である。メモリには、あらかじめボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラム、その他の必要な情報が格納される。ボンディング制御部６０は、例えば各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを備え、後述するボンディング方法に関わる各工程を実行可能に構成されている。

【0046】

また、ボンディング制御部６０は、機能ブロックとして、算出部６１と、移動制御部６２と、を備える。

【0047】

算出部６１は、リファレンスマーク３２がトップカメラ２４の視野内に配置され、かつ、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２がボトムカメラ２８の視野内に配置されるように、ボンディングヘッド部が移動したときに、オフセット距離の変化量を算出するように構成されている。詳細は後述するが、算出部６１は、オフセット距離の変化量を、所定の距離ＰＤと、トップカメラ２４によって検出されたリファレンスマーク３２の位置と、ボトムカメラ２８によって検出されたチップ７２の位置とに基づいて、算出するように構成されている。これにより、リファレンスマーク３２の位置とボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置とを同時に検出しながら、オフセット距離の変化量を算出することができる。従って、リファレンスマーク３２の検出とチップ７２の検出とを異なる工程で順番に行っていた従来のボンディング装置と比較して、オフセット距離の変化量を算出するための処理時間を短縮することができる。

【0048】

移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０の移動を制御するように構成されている。より詳細には、移動制御部６２は、算出されたオフセット距離の変化量に基づいて、ボンディングヘッド部２０の移動量を決定するように構成されている。これにより、算出されたオフセット距離の変化量を考慮して補正された移動量でボンディングヘッド部２０を移動させることができる。従って、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２のボンディング位置の精度を向上させることができる。

【0049】

なお、図１は、本実施形態において、ボンディングのために必要な機能ブロックの一部を示すものある。よって、ボンディング制御部６０は、図１に示した機能ブロック以外のものを備えていてもよい。

【0050】

次に、図５から図７を参照しつつ、一実施形態に従うボンディング装置のオフセット距離の変動量の算出について説明する。図５は、一実施形態におけるボンディング装置１００のボンディングヘッド部２０、ボトムカメラ２８、及びリファレンス部材３０の配置を示す概念図である。図６は、図５に示すトップカメラ２４が撮影した第１画像ｇ１を示す概略図である。図７は、図５に示すボトムカメラ２８が撮影した第２画像ｇ２を示す概略図である。

【0051】

図５に示すように、ボンディングツール２２がチップ７２を保持した状態で、移動制御部６２は、リファレンスマーク３２がトップカメラ２４の視野内に配置され、かつ、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２がボトムカメラ２８の視野内に配置される位置に、ボンディングヘッド部２０を移動させる。具体的には、所定の距離ＰＤがオフセット距離ＯＤｄと同一である場合（ＰＤ＝ＯＤｄ）、移動制御部６２は、トップカメラ２４をリファレンス部材３０の直上、つまり、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とが一致し、かつ、ボンディングツール２２をボトムカメラ２８の直上、つまり、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とが一致するように、ボンディングヘッド部２０を移動させる。

【0052】

オフセット距離ＯＤｄは、本来であれば所定の距離ＰＤと同一（ＯＤ＝ＰＤ）であるから、オフセット距離が不変（固定）であれば、ボンディングヘッド部２０の移動後に、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とが一致し、かつ、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とが一致するはずである。しかし、前述したように、オフセット距離は、熱や経年等によって変化しており、実際のオフセット距離ＯＤｒは、予め規定された基準距離であるオフセット距離ＯＤｄと、変化量Δｏｄとを含んでいる（ＯＤｒ＝ＯＤｄ＋Δｏｄ）。

【0053】

この状態、つまり、図５に示した位置において、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０のＹ軸方向の中心軸ＣＡ２とは一致せずにずれが生じており、かつ、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２のＹ軸方向の中心軸ＣＡ１とは一致せずにずれが生じている状態において、ボンディング制御部６０は、トップカメラ２４を駆動して視野内のリファレンス部材３０を撮影し、第１画像ｇ１を取得するとともに、ボトムカメラ２８を駆動して視野内のボンディングツール２２が保持するチップ７２を撮影し、第２画像ｇ２を取得する。

【0054】

ここで、トップカメラ２４の光軸ＯＡ１とリファレンス部材３０の中心軸ＣＡ２との間に、例えばＹ軸方向に沿ったずれ量Δｍｋが生じている場合について考える。この場合、算出部６１は、図６に示す第１画像ｇ１に基づいて、リファレンスマーク３２の位置を検出する。ずれ量Δｍｋが生じていない場合（Δｍｋ＝０）、リファレンス部材３０のリファレンスマーク３２は、第１画像において、図６に破線で示す本来の位置にあるはずである。よって、ボンディング制御部６０は、ずれ量Δｍｋが生じていない状態で第１画像を撮影しておき、リファレンスマーク３２の位置を検出して当該第１画像におけるリファレンスマーク３２の位置をあらかじめ記憶しておく。そして、算出部６１は、記憶していたリファレンスマーク３２の位置に基づいて第１画像ｇ１を解析することで、トップカメラ２４に対するリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋを測定することができる。

【0055】

同様に、ボトムカメラ２８の光軸ＯＡ２とボンディングツール２２の中心軸ＣＡ１との間に、例えばＹ軸方向に沿ったずれ量Δｂｈが生じている場合を考える。この場合、算出部６１は、図７に示す第２画像ｇ２に基づいて、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出する。ずれ量Δｂｈが生じていない場合（Δｂｈ＝０）、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２は、第２画像において、図７に破線で示す本来の位置にあるはずである。よって、ボンディング制御部６０は、ずれ量Δｂｈが生じていない状態で第２画像を撮影しておき、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出して当該第２画像におけるチップ７２の位置をあらかじめ記憶しておく。そして、算出部６１は、記憶していたチップ７２の位置に基づいて第２画像ｇ２を解析することで、ボトムカメラ２８に対するチップ７２のずれ量Δｂｈを測定することができる。

【0056】

そして、算出部６１は、所定の距離ＰＤと、第１画像ｇ１に基づいて測定した、トップカメラ２４に対するリファレンス部材３０のずれ量Δｍｋと、第２画像ｇ２に基づいて測定した、ボトムカメラ２８に対するチップ７２のずれ量Δｂｈとに基づいて、オフセット距離の変化量Δｏｄを算出する。

【0057】

具体的には、算出部６１は、以下の式（１）を用いてオフセット距離の変化量Δｏｄを求める。
Δｏｄ＝ＰＤ－Δｂｈ＋Δｍｋ …（１）

【0058】

このように、トップカメラ２４によって撮影された第１画像ｇ１に基づいてリファレンスマーク３２の位置を検出するとともに、ボトムカメラ２８によって撮影された第２画像ｇ２に基づいてボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出することにより、リファレンスマーク３２及びチップ７２の位置を容易に検出することができる。

【0059】

また、第１画像ｇ１に基づいてリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋを測定するとともに、第２画像ｇ２に基づいてチップ７２のずれ量Δｂｈを測定することにより、測定されたずれ量Δｍｋ及びずれ量Δｂｈに基づいて、オフセット距離の変化量Δｏｄを容易に算出することができる。

【0060】

移動制御部６２は、算出されたオフセット距離の変化量Δｏｄに基づいてボンディングヘッド部２０の移動量を決定する。より詳細には、移動制御部６２は、オフセット距離の変化量Δｏｄを含めた移動距離がボンディングヘッド部２０の本来の移動量と等しくなるように、ボンディングヘッド部２０の実際の移動量を決定する。例えば、オフセット距離の変化量Δｏｄがプラスの値である場合、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０の移動量を、本来の移動量から変化量Δｏｄだけ減算した値に決定する。一方、オフセット距離の変化量Δｏｄがマイナスの値である場合、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０の移動量を、本来の移動量から変化量Δｏｄだけ加算した値に決定する。

【0061】

図６及び図７では、Ｙ軸方向に沿って、リファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋ及びチップ７２のずれ量Δｂｈが生じる例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、算出部６１は、Ｙ軸方向に加え、Ｘ軸方向に沿った、リファレンスマーク３２のずれ量及びチップ７２のずれ量を測定し、オフセット距離のＸ軸方向に沿った変化量を算出してもよい。また、Ｚ軸に対する傾斜（傾き）ついても同様に、算出部６１は、リファレンスマーク３２のずれ量（ずれ角度）及びチップ７２のずれ量（ずれ角度）を測定し、オフセット距離について、Ｚ軸に対する傾斜の変化量（変化角度）を算出してもよい。

【0062】

また、第１画像ｇ１及び第２画像ｇ２は、ボンディングヘッド部２０を図５に示す位置に一時停止させて取得する場合に限定されない。例えば、移動制御部６２がボンディングヘッド部２０を移動させながら、図５に示す位置になったときに、ボンディング制御部６０は、第１画像ｇ１及び第２画像ｇ２を取得してもよい。

【0063】

次に、図８を参照しつつ、一実施形態に従うボンディング方法を説明する。図８は、一実施形態におけるボンディング方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態におけるボンディング方法は、前述したボンディング装置１００を用いて行うことができる。

【0064】

チップ７２を基板８０上にボンディングする際、ボンディング制御部６０は図８に示すボンディング処理Ｓ１００を実行する。すなわち、最初に、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０を移動させ、ボンディングツール２２を、ピックアップしたチップ７２を反転させたハンドリングユニット１４の真上の位置に配置させる（Ｓ１０１）。そして、この位置において、ボンディング制御部６０は、Ｚ軸駆動機構２１を駆動してボンディングツール２２を下降させ、当該ボンディングツール２２の先端でチップ７２を吸引保持する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２においてチップ７２を吸引保持した後、ボンディング制御部６０は、Ｚ軸駆動機構２１を駆動してボンディングツール２２を規定の高さまで上昇させる。

【0065】

次に、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０を移動させ、リファレンス部材３０をトップカメラ２４の視野内に配置させ、かつ、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２をボトムカメラ２８の視野内に配置させる（Ｓ１０３）。そして、この位置において、ボンディング制御部６０は、トップカメラ２４を用いて視野内にあるリファレンス部材３０のリファレンスマーク３２を撮影し、第１画像ｇ１を取得するとともに、ボトムカメラ２８を用いて視野内にあるボンディングツール２２に保持されたチップ７２を撮影し、第２画像ｇ２を取得する（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４において取得された第１画像ｇ１及び第２画像ｇ２は、メモリ等に記憶される。

【0066】

なお、ステップＳ１０４において第２画像ｇ２を取得する前に、ボンディング制御部６０は、Ｚ軸駆動機構２１を駆動してチップ７２を保持するボンディングツール２２をボトムカメラ２８の被写界深度の範囲内で下降させてもよい。この場合、チップ７２を保持するボンディングツール２２が下降した状態で撮影されるので、後述するズレ量の測定において、Ｚ軸駆動機構２１によるＺ軸方向の移動に伴って発生するチップ７２のずれ量を含めることができる。

【0067】

また、ボンディング制御部６０は、第２画像ｇ２に基づいて、チップ７２の良否判断等を行ってもよい。第２画像ｇ２の画像解析の結果、チップ７２にクラック等の欠陥が生じていると判断できた場合、ボンディング制御部６０は、当該チップ７２のボンディングを中止する。

【0068】

次に、算出部６１は、ステップＳ１０４で取得した第１画像ｇ１に基づいてリファレンス部材３０におけるリファレンスマーク３２の位置を検出するとともに、ステップＳ１０５で取得した第２画像ｇ２に基づいて、ボンディングツール２２に保持されたチップ７２の位置を検出する（Ｓ１０５）。

【0069】

次に、算出部６１は、ステップＳ１０６で検出したリファレンスマーク３２の位置に基づいて、トップカメラ２４に対するリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋを測定するとともに、ステップＳ１０７で検出したチップ７２の位置に基づいて、ボトムカメラ２８に対するチップ７２のずれ量Δｂｈを測定する（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６において測定されたリファレンスマーク３２のずれ量Δｍｋ及びチップ７２のずれ量Δｂｈは、メモリ等に記憶される。

【0070】

次に、算出部６１は、所定の距離ＰＤと、リファレンスマークのずれ量Δｍｋと、チップ７２のずれ量Δｂｈとに基づいて、前述した式（１）からオフセット距離の変化量Δｏｄを算出する（Ｓ１０７）。

【0071】

次に、移動制御部６２は、ボンディングヘッド部２０を移動させ、ボンディングツール２２を、基板８０の装着部の真上の位置に配置させる（Ｓ１０８）。このとき、移動制御部６２は、ステップＳ１０７で算出されたオフセット距離の変化量Δｏｄを考慮し、ボンディングツール２２が基板８０の装着部の真上になるように、ボンディングヘッド部２０の移動量を決定する。

【0072】

そして、ボンディング制御部６０は、ボンディングツール２２を基板８０近傍まで下降させ、チップ７２を基板８０の装着部にボンディングする（Ｓ１０９）。１つのチップ７２のボンディングが完了すると、ステップＳ１０１に戻り、次のチップ７２のボンディングを行う。

【0073】

１つのチップ７２をボンディングするステップＳ１０１からステップＳ１０９までの処理を１サイクルとしたときに、従来のボンディング装置において、３８３個のチップをサンプルとして１サイクルあたりの時間（以下、「サイクルタイム」という）を計測したところ、およそ２４．７秒であった。また、従来のボンディング装置において、６３個のチップをサンプルとして、オフセット距離の変化量を求めるための処理に掛かる時間を計測したところ、およそ１５．１秒であった。この時間は、サイクルタイムの６１％以上に相当する時間である。

【0074】

これに対し、本実施形態のボンディング装置１００及びボンディング方法では、チップ７２の検出とともに、リファレンスマーク３２を検出し、オフセット距離の変化量Δｏｄを算出することができるので、従来のボンディング装置でオフセット距離の変化量を求めるための処理に掛かっていた時間、約１５．１秒をゼロ又は略ゼロにすることが可能となる。そのため、本実施形態のボンディング装置１００及びボンディング方法は、従来のボンディング装置と比較して、サイクルタイムを３９％以下に短縮することができる。

【0075】

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態及び／又は変形例に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態及び／又は変形例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、実施形態及び変形例は例示であり、異なる実施形態及び／又は変形例で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0076】

１２…ウェハ保持部
１４…ハンドリングユニット
１５…ステッピングモータ
１６…回転軸
１７…アーム
１８…ベース
１９…ピックアップツール
２０…ボンディングヘッド部
２１…Ｚ軸駆動機構
２２…ボンディングツール
２４…トップカメラ
２６…ＸＹテーブル
２８…ボトムカメラ
３０…リファレンス部材
３１…支持部材
３２…リファレンスマーク
４０…ボンディングステージ部
６０…ボンディング制御部
６１…算出部
６２…移動制御部
７０…ウェハ
７２…チップ
８０…基板
１００…ボンディング装置
ＣＡ１…中心軸
ＣＡ２…中心軸
ｇ１…第１画像
ｇ２…第２画像
ＯＡ１…光軸
ＯＡ２…光軸
ＯＤｄ…オフセット距離
ＯＤｒ…オフセット距離
ＰＤ…所定の距離
Ｓ１００…ボンディング処理
Δｂｈ…ずれ量
Δｍｋ…ずれ量
Δｏｄ…変化量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】