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JP2009253185A - ボンディング装置およびボンディング装置に用いられるボンディング領域の位置認識方法及びプログラム - Google Patents

ボンディング装置およびボンディング装置に用いられるボンディング領域の位置認識方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】陽炎による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置精度を向上させるリードフレームを加熱するダイボンディング装置の提供。
【解決手段】リードフレーム３１を保持する表面に位置合わせ用マークである孔２３を備えるボンディングステージと、孔２３とリードフレーム３１のアイランド３２とを同一視野内で撮像するカメラを備え、リードフレーム３１の基準位置とボンディング位置とにおいて孔２３とアイランド３２を含む基準画像と検出画像を取得する。そして、基準画像と検出画像とを比較し、アイランド３２の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりアイランド３２の見かけ上の位置を取得し、孔２３の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得し、アイランド３２の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してアイランド３２の位置を認識する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ボンディング装置の構造及びボンディング装置に用いられるボンディング対象の位置認識方法及びプログラムに関する。
半導体装置の製造においては、半導体チップをリードフレームや基板などの上に接合するダイボンダが用いられている。ダイボンダではリードフレームを搬送レールに沿って搬送し、リードフレームの位置を半導体チップ搭載位置に位置決めすることが必要である。このため、例えば、リードフレームに位置決め用の孔を設け、その孔に位置決めピンを嵌合させてリードフレームの位置を合わせる構造のものがある。しかし、このような機械的な方法での位置合わせでは位置決めピンが摩耗し、正確な位置調整ができなくなってしまうという問題があった。そこで、特許文献１には、リードフレームの位置決め孔に光を入射させ、その孔の画像を画像処理装置で処理し、孔の中心位置と画像処理装置の光軸との位置ずれを検出して、その位置ずれ量だけ半導体チップの搭載位置をずらす方法が提案されている。
また、半導体チップの小型化、配線パターンの狭ピッチ化にともなって、半導体チップをリードフレームに実装する際の位置精度には高精度が求められるようになり、リードフレームの変形や位置ずれなどによって生ずる実装点の位置誤差を画像認識によって補正する方法が広く用いられている。この方法は半導体チップの実装に先立って、リードフレームまたはリードフレームと半導体チップの双方をカメラで撮像し、得られた画像データに基づいてリードフレームや半導体チップの位置を検出し、この結果により実装時の位置補正を行うものである。
しかし、リードフレームに半導体チップをボンディングする際にはリードフレームの加熱が必要な場合があり、リードフレームを保持するボンディングステージ内にヒータが内蔵されるダイボンダがある。このような場合には、画像を取得するカメラを支持する基部周辺にも加熱による熱が伝わり、熱変形で光学系の光軸にずれが生じることがある。光学系の光軸のずれは当然に撮像データの位置精度に悪影響を及ぼし、位置補正の精度に狂いを生じる。このように、リードフレームを加熱して高温で半導体チップを熱圧着する場合には、画像認識による位置検出に際し熱変位による検出誤差を生じ、実装時の位置補正精度が確保されないという問題点があった。
このような、光学系の熱変位による位置検出誤差を抑制し、位置測定精度を確保するための方法として、特許文献２には、較正ステージの上に設けられた認識マークと、較正治具に設けられた円環状のマークの中心位置を合わせた後、較正ステージの上に較正治具を移載して、各マークの中心位置のずれ量から熱変位による誤差を補正する方法が提案されている。
特開平５−９０３０９号公報 特開平１１−１７６８８３号公報
ところで、近年、裏面に金メッキを施した半導体チップを銅板のリードフレームに熱圧着のみで接合して半導体装置を製造する場合が多い。この製造方法は、半導体チップの接合に接着剤を用いないので接着剤を塗布する工程が不要になり、工程が少なく安価に半導体装置を製造することができる反面、熱圧着のためにリードフレームの加熱温度を高くすることが必要となる。
ところが、リードフレームの加熱温度を高くすると、リードフレーム周辺の空気が加熱されることによってリードフレームとカメラとの間に陽炎が発生する。陽炎が発生すると、空気温度の揺らぎによって光に屈折が生じ、カメラによって取得する画像の位置に揺らぎが発生する。そして、陽炎により画像位置の揺らぎが生じると、画像を取得する各瞬間によって取得する画像の位置が移動してしまい、正確な位置の検出ができないという問題がある。
陽炎による検出位置誤差は、光学系の取り付けられている基部の熱変位により発生する位置誤差と異なり、リードフレームとカメラとの間にある空気温度の揺らぎに起因するものであることから、特許文献２に記載された従来技術では解決することができない。陽炎が発生した場合に、リードフレームとカメラとの間に圧縮空気を流して陽炎の発生を抑える方法を用いる場合もあるが、リードフレームの加熱温度が高くなると圧縮空気では陽炎を抑えきれなくなる上、圧縮空気によってリードフレームの表面の酸化が発生してしまうという問題がある。特に、表面がメッキされていない銅のリードフレームに半導体チップをボンディングする際には、リードフレーム表面の酸化を防止するために不活性ガス雰囲気の中でボンディングが行われるので、圧縮空気を流すことができず、大きな問題になる。
本発明は、ボンディング対象を加熱するボンディング装置において、加熱による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置精度を向上させることを目的とする。
本発明のボンディング装置は、ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識する制御部と、を備え、制御部は、位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像手段と、位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像手段と、基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得手段と、基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得手段と、見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識手段と、を有することを特徴とする。
本発明のボンディング装置において、基準画像撮像手段と検出画像撮像手段は、
ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、としても好適であるし、ボンディング対象は、打ち抜き部のあるリードフレームまたは基板であって、位置合わせ用マークは、リードフレームまたは基板がボンディング位置に配置された際に打ち抜き部の範囲内に入る位置に設けられていること、としても好適である。
本発明のボンディング対象の位置認識方法は、ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング対象の位置認識方法であって、位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像工程と、位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像工程と、基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得工程と、基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得工程と、見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識工程と、を有することを特徴とする。
本発明のボンディング対象の位置認識方法において、基準画像撮像工程と検出画像撮像工程は、ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、としても好適である。
本発明のボンディング対象の位置認識プログラムは、ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識するコンピュータである制御部と、を備えるボンディング装置のコンピュータである制御部に実行させるボンディング対象の位置認識プログラムであって、位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像ステップと、
位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像ステップと、基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得ステップと、基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得ステップと、見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識ステップと、を有することを特徴とする。
本発明は、ボンディング対象を加熱するボンディング装置において、加熱による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置精度を向上させることができるという効果を奏する。
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のダイボンディング装置１０は、リードフレーム３１をＸ方向にガイドするとともにＸ方向に搬送する搬送装置２１と、搬送されたリードフレーム３１の表面を図示しないウィンドクランパーで押さえつけて保持するとともに内部に設けられたヒータ２４によってリードフレーム３１を加熱するボンディングステージ２２と、ボンディングステージ２２に隣接して設けられ、Ｘ軸モータ１８とＹ軸モータ１９とによってリードフレーム３１の搬送方向であるＸ方向とその直角方向であるＹ方向とに自在に移動するＸＹテーブル１１と、ＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に自在に移動するボンディングヘッド１２と、ボンディングツールであるコレット１３が先端に取り付けられたボンディングアーム１５と、ボンディングヘッド１２に取り付けられ、ボンディングアーム１５をＺ軸方向に上下動させるＺ軸モータ２０と、ボンディングヘッド１２に取り付けられたカメラ１６と、を備えている。また、ボンディングステージ２２のボンディングヘッド１２と反対側には、ウェハ２８を保持するジグホルダ２７が設けられている。図１に示す実施形態では、リードフレーム３１の面に垂直な上下方向がＺ方向である。
ボンディングアーム１５の先端に取り付けられたコレット１３は直方体形状または円錐台形状で、ボンディングステージ２２側の表面に半導体チップ３５を吸着するとともに半導体チップ３５をリードフレーム３１に設けられたアイランド３２にボンディングするもので、表面には半導体チップ３５を吸着する吸着孔があけられている。コレット１３は、Ｚ軸モータ２０とボンディングアーム１５によってリードフレーム３１に対して接離方向に動作する。コレット中心軸１４は、コレットの表面がリードフレーム３１表面またはボンディングステージ２２表面に対して垂直方向であるＺ方向に配置されている。
カメラ１６はレンズなどによって構成される光学系と光学系によって結像した画像を電気信号に変換するＣＣＤ等の撮像面とを含んでおり、光学系の中心軸である光軸１７は撮像面の中心を通る線で、取得画像の中心位置を通る線である。カメラ１６の光軸１７は撮像するボンディングステージ２２とリードフレーム３１の表面に対して垂直になるように配置されている。
コレット中心軸１４とカメラ１６の光軸１７とはいずれもボンディングステージ２２とリードフレーム３１の表面に垂直となるように配置されているので、コレット中心軸１４とカメラ１６の光軸１７とは略平行となっている。そして、カメラ１６の光軸１７は、コレット中心軸１４からＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗだけ離れて配置されている。コレット１３はボンディングアーム１５を介してボンディングヘッド１２に取り付けられており、カメラ１６はボンディングヘッド１２に固定されているので、コレット中心軸１４とカメラ１６の光軸１７とは常にＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗを含むオフセット量Ｗだけ離れてＸＹ方向に同時に移動する。
搬送装置２１のＺ方向側の面には、搬送装置２１を覆うカバー２５が取り付けられている。本実施形態のダイボンディング装置１０には、カバー２５両端面側からカバー２５とリードフレーム３１との間に不活性ガスを送り込み、リードフレーム３１の表面を不活性ガス雰囲気に保持する、図示しない不活性ガス供給装置が接続されている。
ダイボンディング装置１０の搬送装置２１と、ＸＹテーブル１１を駆動するＸ軸モータ１８と、Ｙ軸モータ１９と、ボンディングアーム１５を駆動するＺ軸モータ２０と、カメラ１６と、ボンディングステージ２２のヒータ２４とは制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって駆動されるように構成されている。制御部５０は、信号の処理及び演算などを行うＣＰＵ５１と、制御用のデータが格納されるメモリ５８と、カメラ１６、Ｘ軸モータ１８、Ｙ軸モータ１９、Ｚ軸モータ２０、搬送装置２１、ボンディングステージ２２のヒータ２４の各制御対象に対してＣＰＵ５１からの指令を制御信号に変換して出力するカメラインターフェース５２、Ｘ軸モータインターフェース５３、Ｙ軸モータインターフェース５４、Ｚ軸モータインターフェース５５、搬送装置インターフェース５６、ヒータインターフェース５７とを含んでいる。各インターフェース５２〜５７とメモリ５８とＣＰＵ５１とはデータバス５９によって接続され、相互に信号の授受が行えるように構成されている。制御部５０は一つのコンピュータを構成している。
図２に示すように、リードフレーム３１は銅の薄板の一部を打ち抜いて図１に示す半導体チップ３５が接合されるアイランド３２と接合された半導体チップ３５の電極からのワイヤが接続され、半導体チップ３５と電気的に接続されるリード３３とが形成されている。図２において、ハッチングされた部分は打ち抜き部３４を示している。打ち抜き部３４は、リードフレーム３１を貫通するように設けられているので、打ち抜き部３４からはリードフレーム３１の表面をクランプ保持しているボンディングステージ２２が見通せる。図２に示すように、ボンディングステージ２２の表面には、位置合わせ用マークである孔２３が設けられている。孔２３は、リードフレーム３１のアイランド３２が半導体チップ３５のボンディング位置に配置された際に、抜き打ち部３４の範囲内、すなわち、図２に示すハッチングされた範囲内であり、できるだけアイランド３２に近い位置に設けられている。なお、位置合わせ用マークとしては孔２３に限らず、穴グリ等の方法で形成されていてもよい。
以上のように構成されたダイボンディング装置１０の動作について図３から図８を参照しながら説明する。図３のステップＳ１０１に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、ボンディングステージ２２を加熱する指令を出力する。この指令によってヒータインターフェース５７はヒータ２４をオンとする制御信号を出力し、この制御信号によってヒータがオンとなりボンディングステージ２２が加熱される。ボンディングステージ２２の温度が所定の温度まで加熱されると、作業者は、図３のステップＳ１０２に示すように、ボンディングステージ２２の基準位置にカメラ１６の光軸１７が来るようにカメラ１６を移動させたのち、図３のステップＳ１０３に示すように搬送装置２１を始動させ、リードフレーム３１の搬送を開始する。そして、図３のステップＳ１０４に示すように、図２に示すカメラ１６の視野４１の中心位置にリードフレーム３１のアイランド３２の中心位置が来るまでリードフレーム３１の搬送を続ける。そして、図３のステップＳ１０５に示すように、作業者は、アイランド３２の中心位置がカメラ１６の視野４１の中心位置に来たら搬送装置２１を停止させる。基準位置はボンディングの際のリードフレーム３１のボンディングステージ２２に対する基準となる位置である。そして、ボンディングの際には、リードフレーム３１のアイランド３２の中心位置が基準位置となるようにリードフレーム３１を搬送しながら順次ボンディングを行っていく。また、本実施形態では、リードフレーム３１の位置を基準位置に合わせる作業は作業者のマニュアル作業によって行うこととして説明したが、制御部５０の指令によって、ボンディングステージ２２を加熱し、カメラ１６の光軸１７を基準位置に合わせ、リードフレーム３１を搬送し、カメラによって撮像したリードフレーム３１の画像によってリードフレーム３１の位置を検出し、リードフレーム３１の位置が基準位置となったら搬送装置２１を停止させることによってリードフレーム３１を基準位置に合わせるようにしてもよい。
図４に示すように、リードフレーム３１が基準位置に配置されると、カメラ１６の視野４１にはアイランド３２とリードフレーム３１の打ち抜き部３４と、打ち抜き部３４から見通したボンディングステージ２２の表面に設けられた位置合わせ用マークである孔２３と、リード３３とが捉えられている。そして視野４１のＸおよびＹ方向の各中心に設けられた中心線４２，４３によって構成されるクロスカーソル４４の中心はアイランド３２の中心位置に一致している。また、アイランド３２は視野４１の中心に設けられた四角い枠のセンターマーク４５の中に入っている。また、ボンディングステージ２２はヒータ２４によって所定の温度に保持されている。
図３のステップＳ１０６に示すように、リードフレーム３１が基準位置に配置されると、制御部５０のＣＰＵ５１は、基準画像を取得する指令を出力する。この指令によって制御部５０はカメラインターフェース５２を介してカメラ１６から図４に示した孔２３とアイランド３２とを視野４１に含む画像を取得し、取得した画像を基準画像としてメモリ５８に登録する。また、制御部５０のＣＰＵ５１は取得した画像を例えば二値化処理などによって処理し、孔２３の位置とアイランド３２の中心位置の座標を取得し、メモリ５８に格納する。この状態において、リードフレーム３１の最初のアイランド３２は基準位置に位置合わせされると共にボンディング位置にも位置合わせされることとなる。
図３のステップＳ１０７に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は最初のアイランド３２に半導体チップ３５をボンディングする指令を出力する。ボンディングに際しては、制御部５０のＣＰＵ５１はまず、コレット１３をジグホルダ２７の上に移動させ、ウェハ２８から半導体チップ３５を吸着してピックアップさせる。そして、制御部５０のＣＰＵ５１は、コレット中心軸１４をボンディング位置に合わせる指令を出力する。この指令によって、Ｘ軸モータインターフェース５３、Ｙ軸モータインターフェース５４からＸＹテーブル１１の制御信号が出力され、この制御信号によって、コレット中心軸１４がボンディング位置に来るようにＸＹテーブル１１を移動する。そして、コレット中心軸１４がボンディング位置に来たら、制御部５０のＣＰＵ５１はコレットを下降させる指令を出力する。この指令によってＺ軸モータインターフェース５５からＺ軸モータ２０の制御信号が出力され、この制御信号によってＺ軸モータ２０が駆動され、ボンディングアーム１５が下降し、コレット１３が加熱されているリードフレーム３１のアイランド３２に向かって降下する。半導体チップ３５がアイランド３２に圧着されたら制御部５０はコレット１３の真空吸引を停止し、コレット１３を上昇させる指令を出力する。この指令によってコレット１３は上昇し、最初のアイランド３２への半導体チップ３５のボンディングが終了する。
図３のステップＳ１０８に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、リードフレーム３１を図５に示すアイランド３２の１ピッチ＋Ｐｘ分だけＸ方向に送る指令を出力する。この指令によって、搬送装置インターフェース５６から搬送装置２１の制御信号が出力され、この制御信号によって搬送装置２１はリードフレーム３１を＋Ｘ方向にピッチＰｘだけ移動させる。制御部５０は図示しない位置センサによってリードフレーム３１の搬送量を検出し、図３のステップＳ１０９に示すように、１ピッチＰｘだけリードフレーム３１が搬送されたかどうかを検出する。そして、位置センサからリードフレーム３１が１ピッチＰｘだけ搬送されたとの信号が入力されると、制御部５０のＣＰＵ５１は、図３のステップＳ１１０に示すように、リードフレーム３１の搬送を停止する指令を出力する。この指令によって、搬送装置インターフェース５６から制御信号が出力され、この制御信号によって搬送装置２１が停止する。
図５に示すように、搬送装置２１がリードフレーム３１の搬送を停止した状態では、先に半導体チップ３５がボンディングされたアイランド３２から１ピッチＰｘずれた次のアイランド３２がボンディング位置に来ている。また、ボンディングステージ２２はヒータ２４によって所定の温度に加熱された状態となっている。図３のステップＳ１１１に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１はカメラ１６の光軸１７を基準位置に移動させる指令を出力する。この指令によって、Ｘ軸モータインターフェース５３とＹ軸モータインターフェース５４とからＸ軸、Ｙ軸モータ１８，１９に制御信号が出力され、この制御信号によってカメラ１６の光軸１７が基準位置に来るようにＸＹテーブル１１が駆動される。
カメラ１６の光軸１７が基準位置に来ると、図６に示すように、カメラ１６の視野４１には、ボンディングしようとするアイランド３２とリードフレーム３１の打ち抜き部３４を通して見通せるボンディングステージ２２の孔２３と、リード３３とが捉えられている。リードフレーム３１は基準位置に位置合わせされた後、搬送装置２１によって１ピッチＰｘだけ移動しているので、搬送装置２１による搬送誤差やリードフレーム３１のピッチＰｘの誤差が無ければ、リードフレーム３１は基準位置と全く同一の位置に配置され、カメラ１６の視野４１のクロスカーソル４４の中心とアイランド３２の中心とは一致した状態となるはずである。しかし、実際には搬送誤差やリードフレーム３１のピッチ誤差などによって、アイランド３２の中心位置はカメラ１６の視野４１のクロスカーソル４４の中心位置とずれた位置となっている。図６においては、アイランド３２、リード３３の基準位置を一点鎖線によって示し、実際にボンディング位置に配置されているリードフレーム３１のアイランド３２、リード３３を実線によって示している。
ボンディングステージ２２の加熱によって発生する陽炎のため、カメラ１６の視野４１の捉える画像は揺らぎを含んでいるので各瞬間によって画像は変化している。図６に示す瞬間においては、中心と視野４１のクロスカーソル４４のＹ方向の中心線４３とアイランド３２のＹ方向の中心線３６とはＸ方向にΔＸだけずれ、視野４１のクロスカーソル４４のＸ方向の中心線４２とアイランド３２のＸ方向の中心線３７とはＹ方向にΔＹだけずれている。一方、視野４１におけるボンディングステージ２２の孔２３の位置は、基準位置における孔２３の位置と同一位置となっている。
図３のステップＳ１１２に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、図６に示した瞬間の画像を検出画像として取得し、メモリ５８に格納する。制御部５０のＣＰＵ５１は、取得した検出画像を例えば二値化処理などによって処理することによって検出画像からアイランド３２の中心位置の座標を取得する。そして図３のステップＳ１１３に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、メモリ５８に格納した基準画像のアイランド３２の中心座標と検出画像のアイランド３２の中心位置とのズレ量ΔＸ，ΔＹを計算し、基準画像のアイランド３２の座標にズレ量ΔＸ，ΔＹを加えた座標をアイランド３２の見かけ上の中心位置として取得する。
図３のステップＳ１１４に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、ボンディングステージ２２の加熱によって発生する陽炎による検出位置のずれを補正するための位置補正量を取得する指令を出力する。この指令によって、制御部５０のＣＰＵ５１は基準画像における孔２３の位置の座標と検出画像における孔２３の位置の座標とをメモリ５８から読み出して比較し、その差を位置補正量として取得し、メモリ５８に格納する。図６に示した瞬間では、孔２３の位置は基準画像の位置と同一位置となっているので、陽炎による検出位置のずれは発生しておらず、位置補正量はゼロとなる。
図３のステップＳ１１５に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は見かけ上のアイランド３２の中心位置の座標に位置補正量を加えてアイランド３２の位置を認識する。図６に示した瞬間の場合は、位置補正量はゼロであることから、アイランド３２の中心位置は、基準画像における座標位置にズレ量ΔＸ，ΔＹを加えた位置となる。
一方、図７に示すように、ある撮像の瞬間において、検出画像のアイランド３２の中心位置の座標が基準画像のアイランド３２の中心位置の座標からＸ，Ｙ方向にズレ量ΔＸ２，ΔＹ２だけすれるとともに、孔２３の位置もプラスＸ方向、Ｙ方向にズレ量ΔＸｍ，ΔＹｍだけずれている場合がある。この場合には、アイランド３２の見かけ上の位置は、基準画像のアイランド３２の中心座標にＸ，Ｙ方向の各ズレ量ΔＸ２，ΔＹ２を加えた位置であるが、この見かけ上の位置は陽炎による位置誤差を含む位置となる。そして、陽炎によるアイランド３２の位置誤差を補正する位置補正量は孔２３の位置のプラスＸ方向、Ｙ方向各ズレ量と同じΔＸｍ，ΔＹｍとなるので制御部５０のＣＰＵ５１は基準画像のアイランド３２の中心位置座標にＸ，Ｙ方向の各ズレ量ΔＸ２，ΔＹ２を加え、それからＸ，Ｙ方向の各位置ズレ量ΔＸｍ，ΔＹｍを引いた座標位置をアイランド３２の中心座標位置として認識する。すなわち、陽炎の揺らぎによって、検出画像全体が基準画像の位置からＸ方向、Ｙ方向それぞれズレ量ΔＸｍ，ΔＹｍだけずれているので、そのズレ量を引いて補正することによって、陽炎によって発生する位置誤差をキャンセルすることができる。
同様に、図８に示すように、ある撮像の瞬間において、検出画像のアイランド３２の中心位置の座標が基準画像のアイランド３２の中心位置の座標からＸ，Ｙ方向の各ズレ量ΔＸ３，ΔＹ３だけすれるとともに、孔２３の位置がマイナスＸ，Ｙ方向に各ズレ量ΔＸｍ，ΔＹｍだけずれている場合がある。この場合には、アイランド３２の見かけ上の位置は、基準画像のアイランド３２の中心座標にＸ，Ｙ方向の各ズレ量ΔＸ３，ΔＹ３を加えた位置となり、陽炎による位置誤差を補正する位置補正量は孔２３のマイナスＸ，Ｙ方向への各位置ズレ量ΔＸｍ，ΔＹｍとなるので、制御部５０のＣＰＵ５１は基準画像のアイランド３２の中心位置座標にＸ，Ｙ方向の各ズレ量ΔＸ3，ΔＹ３を加え、更にＸ，Ｙ方向の各位置ズレ量ΔＸｍ，ΔＹｍを加えた座標位置をアイランド３２の中心座標位置として認識する。これによって、陽炎の揺らぎによって発生する位置誤差をキャンセルすることができる。
図３のステップＳ１１６に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、コレット１３にジグホルダ２７のウェハ２８から半導体チップ３５をピックアップさせた後、コレット中心軸１４の座標位置を図３のステップＳ１１５で認識したアイランド３２中心の座標位置に移動させる指令を出力する。この指令によって、Ｘ軸モータインターフェース５３、Ｙ軸モータインターフェース５４はＸ軸モータ１８，Ｙ軸モータ１９に制御信号を出力し、この信号によってＸ軸、Ｙ軸モータ１８，１９が駆動され、ＸＹテーブル１１はコレット中心軸１４が認識したアイランド３２中心の座標位置に来るようにボンディングヘッド１２が移動される。そして、図３のステップＳ１１７に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１はコレット１３を降下させて半導体チップ３５をアイランド３２にボンディングする指令を出力する。この指令によって、Ｚ軸モータインターフェース５５はＺ軸モータ２０に制御信号を出力し、Ｚ軸モータ２０はこの制御信号によって駆動され、コレット１３をアイランド３２に向かって降下させる。半導体チップ３５がアイランド３２に圧着されたら制御部５０はコレット１３の真空吸引を停止し、コレット１３を上昇させる指令を出力する。この指令によってコレット１３は上昇し、ボンディング位置に配置されたアイランド３２への半導体チップ３５のボンディングが終了する。
図３のステップＳ１１８に示すように、制御部５０のＣＰＵ５１は、全てのアイランド３２に半導体チップ３５がボンディングされたかどうかを判断し、全てのアイランド３２の上に半導体チップ３５のボンディングがされていない場合には、ステップＳ１０８に戻って、再度１ピッチＰｘ分だけリードフレーム３１を搬送した後、検出画像の取得、位置補正量の取得、アイランドの位置認識を行い、認識したアイランド３２の座標位置にコレット中心軸１４を合わせてボンディングを行う。また、全てのアイランド３２へのボンディングが終了した場合には、そのリードフレーム３１への半導体チップ３５のボンディングは終了したものとして、図３のステップＳ１１９に示すようにボンディング動作を停止する。
以上説明した実施形態では、ボンディングステージ２２に設けた位置合わせ用マークである孔２３のＸ，Ｙ方向の各位置ズレ量ΔＸｍ，Ｙｍによってアイランド３２の見かけ上の中心位置の補正を行うようにしているので、加熱により発生する陽炎による位置検出誤差を効果的に低減し、ボンディング位置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、本実施形態は、陽炎の発生を防止する圧縮空気を流す必要が無く、リードフレーム３１とカバー２５との間に不活性ガスを充満させた状態のままでボンディングを行うことができるため、リードフレームの酸化を防止することができるという効果を奏する。
図９を参照しながら他の実施形態について説明する。先に説明した実施形態では、カメラ１６はボンディングヘッド１２に取り付けられ、ボンディングヘッド１２と一体でＸＹ方向に移動することとして説明したが、本実施形態は、カメラ１６の取り付けられたカメラユニット６３をボンディングヘッド１２と別体として設置し、ボンディングヘッド１２でコレット１３を移動させてウェハ２８から半導体チップ３５をピックアップする動作と、カメラ１６の基準位置への移動とを平行して行い、ボンディング時間の短縮化を図るものである。図１から８を参照して説明したのと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
図９に示すように、本実施形態のダイボンディング装置１０は、リードフレーム３１をＸ方向にガイドするとともにＸ方向に搬送する搬送装置２１と、搬送されたリードフレーム３１の表面を図示しないウィンドクランパーで押さえつけて保持するとともに内部に設けられたヒータ２４によってリードフレーム３１を加熱するボンディングステージ２２と、ボンディングステージ２２に隣接して設けられ、２段になった第１スライド面６１、第２スライド面６２を備えるベース６０と、第１スライド面６１の上にＸＹ方向にスライド自在に設けられたボンディングヘッド１２と、第２スライド面の上にＹ方向にスライド自在に設けられたカメラユニット６３と、を備えている。ボンディングヘッド１２はＸ軸モータ１８とＹ軸モータ１９とを備え、第１スライド面６１の上をＸＹ方向に自在に移動できるよう構成されている。また、ボンディングヘッド１２の先端にはＺ軸モータ２０によってＺ方向にスライド移動するスライドアーム１５ａが取り付けられている。スライドアーム１５ａはボンディングヘッド１２の中心からカメラユニット６３側へ斜め下方向に向かって階段状に延びた形状をしており、その先端に取り付けられたコレット１３の上方にスペースができるよう構成されている。コレット１３はコレット中心軸１４がボンディングステージ２２とリードフレーム３１の表面に垂直となるようにスライドアーム１５ａの先端に取り付けられている。コレット１３は小さな半導体チップ３５に対応することができるように先端が細くなっており、先端には半導体チップ３５を吸着するための吸着孔が設けられている。
カメラユニット６３はＹ軸方向駆動用のカメラ用Ｙ軸モータ６４を備え、第２スライド面６２の上でＹ方向に自在に移動できるよう構成されている。カメラユニット６３の先端にはボンディングヘッド１２の方に向かって突出したアーム６５が設けられており、アーム６５の先端にはカメラ１６が設けられている。カメラ１６はカメラユニット６３の移動と共に移動する。カメラ１６の光学系の中心軸である光軸１７は撮像面の中心を通る線で、取得画像の中心位置を通る線であり、撮像するボンディングステージ２２とリードフレーム３１の表面に対して垂直になるように配置されている。また、カメラ１６は、カメラユニット６３からボンディングヘッド１２に向かって突出した位置に取り付けられているので、コレット１３の上方のスペースに入り込んでコレット１３の中心軸１４とカメラ１６中心の光軸１７とが同軸となることができる。
ダイボンディング装置１０の搬送装置２１と、ボンディングヘッド１２をＸＹ方向に駆動するＸ軸モータ１８と、Ｙ軸モータ１９と、スライドアーム１５ａをＺ方向に駆動するＺ軸モータ２０と、カメラ１６と、カメラ用Ｙ軸モータ６４と、ボンディングステージ２２のヒータ２４とは制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって駆動されるように構成されている。制御部５０は、信号の処理及び演算などを行うＣＰＵ５１と、制御用のデータが格納されるメモリ５８と、カメラ１６、Ｘ軸モータ１８、Ｙ軸モータ１９、Ｚ軸モータ２０、カメラ用Ｙ軸モータ６４、搬送装置２１、ボンディングステージ２２のヒータ２４の各制御対象に対して、ＣＰＵ５１からの指令を制御信号に変換して出力するカメラインターフェース５２、Ｘ軸モータインターフェース５３、Ｙ軸モータインターフェース５４、Ｚ軸モータインターフェース５５、カメラ用Ｙ軸モータインターフェース６６、搬送装置インターフェース５６、ヒータインターフェース５７を含んでいる。各インターフェース５２〜５７，６６とメモリ５８とＣＰＵ５１とはデータバス５９によって接続され、相互に信号の授受が行えるように構成されている。制御部５０は一つのコンピュータを構成している。
先に説明した実施形態と同様、ボンディングステージ２２の表面には、位置合わせ用マークである孔２３が設けられている。孔２３は、リードフレーム３１のアイランド３２が半導体チップ３５のボンディング位置に配置された際に、抜き打ち部３４の範囲内、すなわち、図２に示すハッチングされた範囲内であり、できるだけアイランド３２に近い位置に設けられている。
以上のように構成されたダイボンディング装置１０の動作について説明する。先に図３から図８を参照しながら説明した実施形態と同様、カメラ１６の光軸１７の位置を基準位置に合わせると共にリードフレーム３１を基準位置に合わせ、カメラ１６によって孔２３とアイランド３２とを視野４１に含む基準画像を取得し、メモリ５８に登録する。そして、制御部５０のＣＰＵ５１は取得した画像を例えば二値化処理などによって処理し、孔２３の位置とアイランド３２の中心位置の座標を取得し、メモリ５８に格納する。
最初のアイランド３２への半導体チップ３５のボンディングを行い、ボンディングが終了すると、リードフレーム３１を図５に示すアイランド３２の１ピッチ＋Ｐｘ分だけＸ方向に移動させる。この状態では、先に半導体チップ３５がボンディングされたアイランド３２から１ピッチＰｘずれた次のアイランド３２がボンディング位置に来ている。また、ボンディングステージ２２はヒータ２４によって所定の温度に加熱された状態となっている。そして、制御部５０のＣＰＵ５１はカメラ１６の光軸１７を基準位置に移動させる指令を出力する。この指令によって、カメラ用Ｙ軸モータインターフェース６６からカメラ用Ｙ軸モータ６４に制御信号が出力され、この制御信号によってカメラ１６の光軸１７が基準位置に来るようにカメラ１６をＹ方向に移動する。また、制御部５０のＣＰＵ５１はカメラ１６の基準位置への移動と平行してコレット１３にジグホルダ２７のウェハ２８から半導体チップ３５をピックアップさせる。
カメラ１６の光軸１７が基準位置に来ると、先に説明した実施形態と同様、制御部５０のＣＰＵ５１は、ある瞬間の画像を検出画像として取得し、メモリ５８に格納された基準画像のアイランド３２の中心座標と検出画像のアイランド３２の中心位置とのズレ量ΔＸ，ΔＹを計算し、基準画像のアイランド３２の座標にズレ量ΔＸ，ΔＹを加えた座標をアイランド３２の見かけ上の中心位置として取得する。そして、制御部５０のＣＰＵ５１は、メモリ５８に格納された基準画像における孔２３の位置の座標と検出画像における孔２３の位置の座標とを比較し、その差を位置補正量として取得してアイランド３２の見かけ上の中心位置を補正し、補正したアイランド３２中心の座標をアイランド３２の中心座標位置として認識する。
コレット１３は既に半導体チップ３５をピックアップしているので、制御部５０のＣＰＵ５１は、コレット中心軸１４の座標位置を認識したアイランド３２の中心座標位置に移動させ、アイランド３２への半導体チップ３５のボンディングを行う。
以上説明した実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏するほか、カメラ１６の取り付けられたカメラユニット６３をボンディングヘッド１２と別体として設置し、ボンディングヘッド１２でコレット１３を移動させてウェハ２８から半導体チップ３５をピックアップする動作と、カメラ１６の基準位置への移動とを平行して行い、ボンディング時間の短縮化を図ることが出来るという効果を奏する。
本発明の実施形態におけるダイボンディング装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置でリードフレームが基準位置に配置された状態を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で基準位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置でリードフレームがボンディング位置に配置された状態を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で、陽炎の影響がない場合のボンディング位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で、陽炎の影響がある場合のボンディング位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるダイボンディング装置で、陽炎の影響がある場合のボンディング位置におけるカメラの視野を示す説明図である。 本発明の他の実施形態におけるダイボンディング装置の構成を示す斜視図である。
符号の説明
１０ ダイボンディング装置、１１ ＸＹテーブル、１２ ボンディングヘッド、１３ コレット、１４ コレット中心軸、１５ ボンディングアーム、１５ａ スライドアーム、１６ カメラ、１７ 光軸、１８ Ｘ軸モータ、１９ Ｙ軸モータ、２０ Ｚ軸モータ、２１ 搬送装置、２２ ボンディングステージ、２３ 孔（位置合わせ用マーク）、２４ ヒータ、２５ カバー、２７ ジグホルダ、２８ ウェハ、３１ リードフレーム、３２ アイランド、３３ リード、３４ 打ち抜き部、３５ 半導体チップ、３６，３７，４２，４３ 中心線、４１ 視野、４４ クロスカーソル、４５ センターマーク、５０ 制御部、５２ カメラインターフェース、５３ Ｘ軸モータインターフェース、５４ Ｙ軸モータインターフェース、５５ Ｚ軸モータインターフェース、５６ 搬送装置インターフェース、５７ ヒータインターフェース、５８ メモリ、５９ データバス、Ｐｘ ピッチ、ΔＸ，ΔＸ２，ΔＸ３，ΔＸｍ，ΔＹ，ΔＹ２，ΔＹ３，ΔＹｍ ズレ量、６０ ベース、６１ 第１スライド面、６２ 第２スライド面、６３ カメラユニット、６４ カメラ用Ｙ軸モータ、６５ アーム、６６ カメラ用Ｙ軸モータインターフェース。

Claims (6)

  1. ボンディング装置であって、
    ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、
    ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、
    カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識する制御部と、を備え、
    制御部は、
    位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像手段と、
    位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像手段と、
    基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得手段と、
    基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得手段と、
    見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識手段と、
    を有することを特徴とするボンディング装置。
  2. 請求項１に記載のボンディング装置であって、
    基準画像撮像手段と検出画像撮像手段は、
    ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、
    を特徴とするボンディング装置。
  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、
    ボンディング対象は、打ち抜き部のあるリードフレームまたは基板であって、
    位置合わせ用マークは、リードフレームまたは基板がボンディング位置に配置された際に打ち抜き部の範囲内に入る位置に設けられていること、
    を特徴とするボンディング装置。
  4. ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、を備えるボンディング装置に用いられるボンディング対象の位置認識方法であって、
    位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像工程と、
    位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像工程と、
    基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得工程と、
    基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得工程と、
    見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識工程と、
    を有することを特徴とするボンディング対象の位置認識方法。
  5. 請求項４に記載のボンディング対象の位置認識方法であって、
    基準画像撮像工程と検出画像撮像工程は、
    ボンディングステージによってボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象が加熱されている状態で基準画像と検出画像とをそれぞれ撮像すること、
    を特徴とするボンディング対象の位置認識方法。
  6. ボンディング対象を表面に保持すると共にボンディング対象を加熱し、ボンディング対象を保持する表面にボンディング対象の位置合わせ用マークを備えるボンディングステージと、ボンディングステージ表面の位置合わせ用マークとボンディングステージ表面に保持されたボンディング対象とを同一視野内で撮像するカメラと、カメラによって撮像した画像を処理してボンディング対象の位置を認識するコンピュータである制御部と、を備えるボンディング装置のコンピュータである制御部に実行させるボンディング対象の位置認識プログラムであって、
    位置合わせ用マークと基準位置に配置されたボンディング対象とを含む基準画像をカメラによって撮像する基準画像撮像ステップと、
    位置合わせ用マークとボンディング位置に配置されたボンディング対象とを含む検出画像をカメラによって撮像する検出画像撮像ステップと、
    基準画像と検出画像とを比較し、ボンディング対象の基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれによりボンディング対象の見かけ上の位置を取得する見かけ位置取得ステップと、
    基準画像と検出画像とを比較し、位置合わせ用マークの基準画像上の位置と検出画像上の位置との位置ずれにより位置補正量を取得する位置補正量取得ステップと、
    見かけ位置取得手段によって取得したボンディング対象の見かけ上の位置を位置補正手段によって取得した位置補正量だけ補正してボンディング対象の位置を認識するボンディング対象位置認識ステップと、
    を有することを特徴とするボンディング対象の位置認識プログラム。
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