JP7149143B2

JP7149143B2 - 実装装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP7149143B2
Application number: JP2018176210A
Authority: JP
Inventors: 一信酒井
Original assignee: Fasford Technology Co Ltd
Current assignee: Fasford Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: TWI724494B; KR102329106B1; KR102329100B1; CN110933928A; CN110933928B; JP2020047841A; KR20200033734A; KR20210104614A; TW202030816A

Description

本開示は実装装置に関し、例えば二台の実装ヘッドが互いに異なる動作を行う実装装置に適用可能である。

従来の部品実装装置として、部品を保持する複数の吸着ノズルが装備された実装ヘッドと、基板の表面沿いの方向であるＸ方向に沿って移動可能に実装ヘッドを支持するＸビームと、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動可能にＸビームの両端部を支持する二本のＹビームとを備えたものが知られている。このような構成の部品実装装置では、それぞれのＹビームに両端部が支持された状態のＸビームがＹ方向に移動されるとともに、Ｘビームに支持されている実装ヘッドがＸ方向に移動されることにより、基板の実装位置に対して実装ヘッドが位置合わせされて、基板上に部品が実装される。

また、このような部品実装装置において、二本のＹビームの間に、二本のＸビームを支持させて、それぞれのＸビームに移動可能に支持される二台の実装ヘッドを用いて、効率的な部品実装を実現するような装置構成が採用されている。近年、部品実装における生産性の向上に加えて、部品実装精度の向上を図ることが強く求められている。

このような部品実装装置では、部品実装における生産性向上のために、二台の実装ヘッドは異なる動作を並行して行う場合が多い。例えば、一方の実装ヘッドが基板上への部品実装動作を行っている間に、他方の実装ヘッドが部品供給部にて部品取り出し動作を行う場合などがある。

特開２０１１－１８７４６８号公報

このように二台の実装ヘッドが互いに異なる動作を並行して行うような場合に、部品実装装置では、一方の実装ヘッドおよびＸビームの動作により生じた振動がＹビームに伝達され、この振動がさらに他方のＸビームおよび実装ヘッドに伝達されてしまう。このような振動の伝達は、部品の位置認識や実装動作などの精度に悪影響を与えるおそれがある。このような振動の伝達による影響を回避するためには、二台の実装ヘッド相互間における動作を制限する必要があり、部品実装における生産性の向上が阻害される。
本開示の課題は、実装ヘッドの振動を低減する実装装置を提供することである。
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。

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、実装装置は、ダイを搬送する第一実装ヘッドと、前記第一実装ヘッドとは動作タイミングが異なり、ダイを搬送する第二実装ヘッドと、前記第一実装ヘッドを第一方向に自在に移動させる第一駆動部と、前記第二実装ヘッドを前記第一方向に自在に移動させる第二駆動部と、前記第一駆動部および前記第二駆動部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は前記第一実装ヘッドを移動させる際に発生する加振力を指令値から算出し、または予め測定して登録してある振動波形として、前記加振力の逆方向に打ち消す推力相当分をフィードフォワード成分として前記第二実装ヘッドの制御量に加えるよう構成される。

上記実装装置によれば、実装ヘッドの振動を低減することができる。

図１は実施形態の実装装置を模式的に示す上面図である。図２は図１の実装装置を模式的に示す側面図である。図３は図１の実装装置の課題を説明する模式的な正面図である。図４は実施形態の実装装置を説明する模式的な正面図である。図５Ａは図４（ａ）の実装装置の移動軸の動作により相手軸に加わる慣性力と発生する偏差を説明する図である。図５Ｂは図４（ｂ）の実装装置の移動軸の動作により相手軸に加わる慣性力と発生する偏差を説明する図である。図６Ａは長距離動作の場合の相手軸の推力の算出を説明する図である。図６Ｂは短距離動作の場合の相手軸の推力の算出を説明する図である。図７Ａは比較例の実装装置の制御系のブロック線図である。図７Ｂは実装装置の制御系のブロック線図である。図８Ａは装置が強靭な床に設置された場合の装置の振動モデル図である。図８Ｂは装置が強靭でない床に設置された場合の装置の振動モデル図である。図９は動作軸の加加速度による振動波形と相殺波形を説明する図である。図１０は動作軸の加加加速度による振動波形と相殺波形を説明する図である。図１１は第一実施例のフリップチップボンダの概略を示す上面図である。図１２は図１１において矢印Ａ方向から見たときに、ピックアップフリップヘッド、トランスファヘッド及びボンディングヘッドの動作を説明する図である。図１３は図１１のダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。図１４は図１１のボンディング部の主要部を示す概略側面図である。図１５は図１１のフリップチップボンダで実施されるボンディング方法を示すフローチャートである。図１６は第二実施例のダイボンダの概略を示す上面図である。

以下、実施形態および実施例について、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が、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

まず、実施形態の実装装置の構成について図１～３を用いて説明する。図１は実施形態の実装装置を模式的に示す上面図である。図２は図１の実装装置を模式的に示す側面図である。

実施形態の実装装置１００は、部品供給部（図示せず）から部品３００をワーク２００の上方にまで搬送し、搬送した部品３００をワーク２００に取り付ける（実装する）装置である。実装装置１００は、架台１１０と、架台１１０の上に支持される実装ステージ１２０と、架台１１０の上に設けられるＸ支持台１３１ａ，１３１ｂと、Ｘ支持台１３１ａ，１３１ｂの上に支持されるＹビーム１４０ａ，１４０ｂと、Ｙビーム１４０ａ，１４０ｂに支持される実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂと、実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂをＹ軸方向およびＺ軸方向に駆動する駆動部１６０ａ，１６０ｂと、を備えている。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向は水平面上で互いに直交する方向であり、本実施形態では、図１に示すようにＹビーム１４０ａ，１４０ｂが伸びる方向をＹ軸方向（第二方向）、これと直交する方向をＸ軸方向（第一方向）、として説明する。また、Ｚ軸方向（第三方向）は、ＸＹ面に垂直な上下方向である。なお、背景技術の欄に記載したＸ方向およびＹ方向とは異なる。

実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂは、部品３００を着脱自在に保持する保持手段を有する装置であり、Ｙ軸方向に往復動自在にＹビーム１４０ａ，１４０ｂに取り付けられている。

本実施形態の場合、実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂをそれぞれ三本備えており、各実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂは、真空吸着により部品３００を保持するノズルを有する保持手段１５１ａを備えている。なお、実装ヘッド１５０ｂの保持手段は図示していない。また、駆動部１６０ａ，１６０ｂは、三本の実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂをそれぞれ独立にＺ軸方向に昇降させることができる。実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂは部品３００を保持して搬送し、実装ステージ１２０に吸着固定されたワーク２００上に部品３００を取り付ける機能を備えている。

Ｘ支持台１３１ａ，１３１ｂの上に設けられたガイド１３２ａ，１３２ｂは、Ｙビーム１４０ａ，１４０ｂをＸ軸方向に摺動自在に案内する部材である。本実施形態の場合、二本のＸ支持台１３１ａ，１３１ｂが平行に配置されており、各Ｘ支持台１３１ａ，１３１ｂは、架台１１０にＸ軸方向に伸びた状態で固定されている。Ｘ支持台１３１ａ，１３１ｂは、架台１１０と一体に形成されるものでもよい。Ｘ支持台１３１ａ，１３１ｂおよびガイド１３２ａ，１３２ｂをＸビーム１３０ａ，１３０ｂという。また、Ｘビーム１３０ａ，１３０ｂをＸ１軸、Ｘ２軸ともいう。また、Ｙビーム１４０ａ，１４０ｂをＹ１軸、Ｙ２軸ともいう。

図２に示すように、ガイド１３２ａ，１３２ｂの上にはスライダ１４３ａ，１４３ｂがＸ軸方向に移動自在に取り付けられている。そして、二つのガイド１３２ａ，１３２ｂの各スライダ１４３ａ，１４３ｂの上には、それぞれＹビーム１４０ａ，１４０ｂの各脚部１４２ａａ，１４２ｂａ，１４２ａｂ，１４２ｂｂが取り付けられている。つまり、Ｙビーム１４０ａ，１４０ｂの主梁部１４１ａ，１４１ｂは、実装ステージ１２０の上を跨るようにＹ軸方向に伸び、両端の各脚部１４２ａａ，１４２ｂａ，１４２ａｂ，１４２ｂｂはスライダ１４３ａ，１４３ｂに取り付けられてＸ支持台１３１ａ，１３１ｂに取り付けられたガイド１３２ａ，１３２ｂによってＸ軸方向に移動自在に支持されている。脚部１４２ａａ，１４２ｂａ，１４２ａｂ，１４２ｂｂにはＹビーム１４０ａ，１４０ｂをＸ軸方向に駆動するモータ等の駆動部１４４ａａ，１４４ｂａ，１４４ａｂ，１４４ｂｂを備える。なお、主梁部１４１ａ，１４１ｂの底面と脚部１４２ａａ，１４２ｂａ，１４２ａｂ，１４２ｂｂの底面（スライダ１４３ａ，１４３ｂの上面）は同一面上に位置するので、主梁部１４１ａ，１４１ｂはＸ支持台１３１ａ，１３１ｂからそれほど高くない位置に設けられている。

図１に示すように、Ｙビーム１４０ａ，１４０ｂは、Ｙ軸方向に伸びて配置され、実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂのＹ軸方向の往復動を案内する部材であり、駆動部でもある。

次に、Ｙビームおよび実装ヘッドの振動について図３を用いて説明する。図３は図１の実装装置の課題を説明する模式的な正面図であり、図３（ａ）は対向二軸が独立して動作することを説明する図であり、図３（ｂ）は一方の軸が動作し他方の軸が停止している場合を説明する図であり、図３（ｃ）はフレームの振動変形を説明する図であり、図３（ｄ）は他方の軸の振動を説明する図である。

実装装置１００では、部品実装における生産性向上のために、図３（ａ）に示すように、２台の実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂは異なる動作を並行して行う場合が多い。例えば、一方の実装ヘッド１５０ｂが基板上への部品実装動作を行っている間に、他方の実装ヘッド１５０ａがＸ方向に移動する動作を行う場合がある。

図３（ｂ）に示すように、Ｙ１軸であるＹビーム１４０ａがＸ軸方向に動作すると、図３（ｃ）に示すように、加減速時に実装ヘッド１５０ａおよびＹビーム１４０ａの質量（Ｍａ）と加速度（Ａ）を掛けた反力（Ｆｒ＝Ｍａ・Ａ）が架台（フレーム）１１０に伝わり、架台１１０が加振され、二点破線のように振動変形する。ここで、架台１１０の振動加速度をＡ’とする。架台１１０が振動した際、図３（ｄ）に示すように、もう一方の実装ヘッド１５０ｂに、実装ヘッド１５０ｂおよびＹビーム１４０ｂの質量（Ｍｂ）と振動加速度（Ａ’）を掛けた慣性力（Ｆｉ＝Ｍｂ・Ａ’）が架台１１０の振動の逆方向に加わる。この慣性力が、もう一方の実装ヘッド１５０ｂおよびＹビーム１４０ｂを保持する駆動部１４４ａｂと１４４ｂｂのモータに外力として加わり、位置決め精度を低下させる要因となる。

対向二軸などの構成の場合、Ｙ１軸であるＹビーム１４０ａが動作時、Ｙ２軸であるＹビーム１４０ｂがたとえ停止していても、Ｙ１軸の加減速の振動がフレームを伝わり、Ｙ２軸を振動させる要因となり、数μｍ～十数μｍ程度の位置ずれを発生する。本実施形態のようなガントリー構造だけでなく、同一方向に駆動する軸を有する別々の駆動系で構成され、一方が他方の動作振動の影響を受けるような機構構成の場合に本課題は発生する。

次に、上記の課題を解決する実施形態について図４～１０を用いて説明する。図４は実施形態の実装装置を模式的に示す正面図であり、図４（ａ）は振動測定器を有さない場合の図であり、図４（ｂ）は振動測定器を有する場合の図である。図５Ａは図４（ａ）の実装装置の移動軸の動作により相手軸に加わる慣性力と発生する偏差を説明する図である。図５Ｂは図４（ｂ）の実装装置の移動軸の動作により相手軸に加わる慣性力と発生する偏差を説明する図である。図６Ａは長距離動作の場合の相手軸の推力の算出を説明する図である。図６Ｂは短距離動作の場合の相手軸の推力の算出を説明する図である。図７Ａは比較例の実装装置の制御系のブロック線図である。図７Ｂは実装装置の制御系のブロック線図である。図８Ａは装置が強靭な床に設置された場合の装置の振動モデル図である。図８Ｂは装置が強靭でない床に設置された場合の装置の振動モデル図である。図９は長距離動作の場合の動作軸の加加加速度から算出する推力および振動波形から算出する推力を説明する図である。図１０は短距離動作の場合の動作軸の加加加速度から算出する推力および振動波形から算出する推力を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、Ｙ１軸であるＹビーム１４０ａの動作時にＹ２軸であるＹビーム１４０ｂに発生する慣性力（Ｆｉ）を相殺する推力（Ｆｐ）をＹ２軸へ加えることで、Ｙ２軸の振動を低減する。具体的には、図５Ａに示すように、Ｙ１軸を動作させることにより発生する加振力（加加速度（Ｊ））で架台が振動し、架台１１０の振動によって相手軸に慣性力が加わり、この慣性力を起点とする振動が相手軸に発生し偏差として現れる。この振動は架台１１０とＹ軸駆動軸が構成する振動系の剛性、周波数特性により決まり、振動振幅、周波数、減衰特性などは各々の装置構成により異なる。振動の起点は動作軸の加速減速の開始点となるので、そこを起点に架台と駆動部の軸構成による振動特性に見合った推力補償波形を求め、相手軸の推力に加えることで振動を抑制する。例えば、図６Ａ、６Ｂに示すように、動作する軸が発生する加振力は指令動作速度（Ｖ）を微分した加速度（Ａ）を微分して算出した加加速度（Ｊ）とし、その逆方向に打ち消す推力相当分（図の推力補償の実線）をＹ２軸の制御値にフィードフォワード成分として同時に加えることで加振力を相殺し、振動を抑制する。

また、図４（ｂ）に示すように、動作軸に加振され振動する架台の振動は図５Ｂに示すような動作軸の加加速度（Ｊ）を起点とした振動波形となり、この振動が相手軸に加わることで相手軸に余分な偏差として現れ、相手軸のモータ制御部はこの偏差を検出、偏差を打ち消すようにフィードバックがかかり、推力指令を出して目標位置に戻ろうとする。そこで架台の振動を架台に設置した振動測定器１７０にて測定し、図５Ｂに示すように架台１１０の振動から相手軸に加わる加振力を算出し、相手軸に加わる振動を打ち消す推力相当分をＹ２軸の制御値にフィードフォワード成分として動作軸動作と同時に加えることで加振力を相殺し、振動を抑制することもできる。この振動測定器１７０は加速度ピックアップやジャイロセンサといった変位、速度、加速度などが測定可能なデバイスであればよい。

図７Ａに示すように、比較例の駆動部のモータ（Ｍ）の制御において、Ｙ１軸では、位置制御部７１ａは動作指令とモータ７５ａの位置情報に基づいて速度制御部７２ａに速度指令を出力する。速度制御部７２ａは速度指令とモータ７５ａの速度情報に基づいて電流制御情報を出力する。電流制御部７３ａは増幅器（ＡＭＰ）７４ａの情報と電流制御情報に基づいて増幅器７４ａを制御する。Ｙ２軸はＹ１軸と同様に制御される。このように、比較例の制御方法では動作軸と相手軸はそれぞれ独立して制御されており、動作軸が動作することにより発生する振動の影響を相手軸は外乱（外力振動）として受けることになる。

そこで、図７Ｂに示すように、実施形態では、推力補償部７６ａ、７６ｂは動作軸（例えばＹ１軸）の動作指令から相手軸（例えばＹ２軸）に加わる加振力を推定し推力補償として相手軸の推力フィードフォワード成分を電流制御部７３ａ、７３ｂへ加減算する。これにより、動作軸が動作すると同時に、相手軸に対し振動発生前に踏ん張る方向の力を発生させ、架台１１０と振動影響を受ける相手軸との相対ずれ（偏差）を抑制し、相手軸への振動影響の低減と精度向上を図ることができる。

なお、強靭な床に設置された装置を想定した場合、図８Ａに示すような３自由度振動系（Ｘａ、Ｘｂ、Ｘframe）を想定すればよい。ここでＭａはＹ１軸全体の質量、ＸａはＹ１軸のＸ方向位置、ＸａｍはＹ１軸をＸ方向に動作させるモータ等駆動部の位置決め位置、ＶｘａｍはＹ１軸に加える動作指令、ＭｂはＹ２軸全体の質量、ＸｂはＹ２軸のＸ方向位置、ＸｂｍはＹ２軸をＸ方向に動作させるモータ等駆動部の位置決め位置、Ｍframeは架台全体の質量、Ｘframeは架台の変位である。この場合はＹ１軸の変動に起因するＸframeの挙動（架台の振動加速度（Ａ’））から質量がＭｂのＹ２軸の慣性力と振動を計算すればよい。この場合は装置メーカーの組立調整段階で印加する補償推力も算出、設定が容易である。しかし、装置の動作により床の振動が発生するような床剛性に問題がある場合は、図８Ｂに示すようなモデル（４自由度振動系（Ｘａ、Ｘｂ、Ｘframe、Ｘfloor））で表され、３自由度の場合と異なる波形の振動が相手軸に加わる。ここでＸfloorは床の変位である。床の変位、特性は設置環境それぞれで異なり、これによりＹ１軸動作による架台の振動はあらかじめ想定することが困難になり、装置設置先での調整が必要となる。この場合は設置場所にて動作軸を動作させ、相手軸の静止トルクや偏差波形より得られる振動波形を架台１１０または実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂ等に設置した振動測定器１７０と同様な振動測定器で測定、抽出し、その波形から推力補償波形を算出して、後述する制御装置の記憶装置に保存しておくことで対応可能である。

また、定期的に動作軸を動かし、相手軸の振動波形を架台１１０または実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂ等に設置した振動測定器１７０と同様な振動測定器で測定して後述する制御装置の記憶装置に登録し、補正することで、装置の経時変化に対しても補正することが可能となる。これは装置の生産中に発生する基板搬入出待ちといった待ち時間を活用し、自動で測定、登録するといったことも可能である。

上述した実施形態では動作軸（例えばＹ１軸）の指令速度から算出した加加速度から相手軸（例えばＹ２軸）の推力を算出しているが、図９に示すように動作軸（例えばＹ１軸）の指令速度から算出した加加速度を微分して算出された加加加速度（（ａ）Ｙ１軸加加加速度）から加加速度の立ち上がりを算出し、相手軸（例えばＹ２軸）の推力としてもよい。また、図９に示すように、あらかじめ装置の特性（振動波形）を架台１１０または実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂ等に設置した振動測定器１７０と同様な振動測定器で測定し、相手軸の偏差や推力といった振動波形（（ｂ）Ｙ２軸推力）から、これを相殺する相殺波形形状を後述する制御装置の記憶装置に登録しておいてこれを相手軸の推力としてもよい。この場合はＹ１軸を動作させ、Ｙ２軸の偏差や推力を観察しながら最適な相殺波形を生成し、登録する。

図１０に示すように、移動距離が短い場合も、動作軸（例えばＹ１軸）の指令速度から算出した加加速度を微分して算出された加加加速度（（ａ）Ｙ１軸加加加速度）から加加速度の立ち上がりを算出し、相手軸（例えばＹ２軸）の推力としてもよい。また、図１０に示すように、あらかじめ装置の特性（振動波形）を架台１１０または実装ヘッド１５０ａ，１５０ｂ等に設置した振動測定器１７０と同様な振動測定器で測定し、相手軸の偏差や推力といった振動波形（（ｂ）Ｙ２軸推力）から、これを相殺する相殺波形形状を後述する制御装置の記憶装置に登録しておいてこれを相手軸の推力としてもよい。

以下、上述の実施形態の実装装置の一例であるフリップチップボンダに適用した例について説明する。なお、フリップチップボンダは、例えばチップ面積を超える広い領域に再配線層を形成するパッケージであるファンアウト型ウェハレベルパッケージ（Fan Out Wafer Level Package：ＦＯＷＬＰ）等の製造に用いられる。

図１１は第一実施例のフリップチップボンダの概略を示す上面図である。図１２は図１１のダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。
フリップチップボンダ１０は、大別して、ダイ供給部１と、ピックアップ部２、トランスファ部８ａ，８ｂと、中間ステージ部３ａ，３ｂと、ボンディング部４ａ，４ｂと、搬送部５と、基板供給部６Ｋと、基板搬出部６Ｈと、各部の動作を監視し制御する制御装置７と、を有する。

まず、ダイ供給部１は、基板等の基板Ｐに実装するダイＤを供給する。ダイ供給部１は、分割されたウェハ１１を保持するウェハ保持台１２と、ウェハ１１からダイＤを突き上げる点線で示す突上げユニット１３と、を有する。ダイ供給部１は、図示しない駆動手段によってＸＹ方向に移動し、ピックアップするダイＤを突上げユニット１３の位置に移動させる。ダイ供給部１は、所望のダイＤをウェハリング１４からピックアップできるように、ピックアップポイントに、ウェハリング１４を移動する。ウェハリング１４は、ウェハ１１が固定され、ダイ供給部１に取り付け可能な治具である。

ピックアップ部２は、ダイＤをピックアップして反転するピックアップフリップヘッド２１と、コレット２２を昇降、回転、反転及びＸ軸方向に移動させる図示しない各駆動部と、を有する。このような構成によって、ピックアップフリップヘッド２１は、ダイＤをピックアップし、ピックアップフリップヘッド２１を１８０度回転させ、ダイＤのバンプを反転させて下面に向け、ダイＤをトランスファヘッド８１ａ，８１ｂに渡す姿勢にする。

トランスファ部８ａ，８ｂは、反転したダイＤをピックアップフリップヘッド２１から受けとり、中間ステージ３１ａ，３１ｂに載置する。トランスファ部８ａ，８ｂは、ピックアップフリップヘッド２１と同様にダイＤを先端に吸着保持するコレット８２ａ，８２ｂを備えるトランスファヘッド８１ａ，８１ｂと、トランスファヘッド８１ａ，８１ｂをＸ軸方向に移動させるＸ駆動部８３ａ，８３ｂと、を有する。

中間ステージ部３ａ，３ｂは、ダイＤを一時的に載置する中間ステージ３１ａ，３１ｂおよびステージ認識カメラ３４ａ，３４ｂを有する。中間ステージ３１ａ，３１ｂは図示しない駆動部によりＹ軸方向に移動可能である。

ボンディング部４ａ，４ｂは、中間ステージ３１ａ，３１ｂからダイＤをピックアップし、搬送されてくる基板Ｐ上にボンディングする。ボンディング部４ａ，４ｂは、ピックアップフリップヘッド２１と同様にダイＤを先端に吸着保持するコレット４２ａ，４２ｂを備えるボンディングヘッド４１ａ，４１ｂと、ボンディングヘッド４１ａ，４１ｂをＹ軸方向に移動させるＹビーム４３ａ，４３ｂと、基板Ｐの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディング位置を認識する基板認識カメラ４４ａ，４４ｂと、Ｘ支持台４５１ａ，４５１ｂと、を有する。
このような構成によって、ボンディングヘッド４１ａ，４１ｂは、中間ステージ３１ａ，３１ｂからダイＤをピックアップし、基板認識カメラ４４ａ，４４ｂの撮像データに基づいて基板ＰにダイＤをボンディングする。

搬送部５は、基板ＰがＸ方向に移動する搬送レール５１，５２を備える。搬送レール５１，５２は平行に設けられる。このような構成によって、基板供給部６Ｋから基板Ｐを搬出し、搬送レール５１，５２に沿ってボンディング位置まで移動し、ボンディング後基板搬出部６Ｈまで移動して、基板搬出部６Ｈに基板Ｐを渡す。基板ＰにダイＤをボンディング中に、基板供給部６Ｋは新たな基板Ｐを搬出し、搬送レール５１，５２上で待機する。

制御装置７は、フリップチップボンダ１０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）やデータを格納する記憶装置（メモリ）と、メモリに格納されたプログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、を備える。

図１２に示すように、ダイ供給部１は、ウェハリング１４を保持するエキスパンドリング１５と、ウェハリング１４に保持され複数のダイＤが粘着されたダイシングテープ１６を水平に位置決めする支持リング１７と、ダイＤを上方に突き上げるための突上げユニット１３と、を有する。所定のダイＤをピックアップするために、突上げユニット１３は、図示しない駆動機構によって上下方向に移動し、ダイ供給部１は水平方向には移動するようになっている。

ボンディング部について実施形態を参照しながら図２、１４を用いて説明する。図１４はボンディング部４の主要部を示す概略側面図である。一部の構成要素は透視して示されている。なお、図１４の側面図は図２の側面図に対応している。以下、ボンディング部４のＹビーム４３ａ側を中心に説明するが、Ｙビーム４３ｂはＹビーム４３ａと対称な構成である。

ボンディング部４は、架台５３（架台１１０）の上に支持されるボンディングステージＢＳ（実装ステージ１２０）と、搬送レール５１，５２の近傍に設けられるＸ支持台４５１ａ（Ｘ支持台１３１ａ）と、Ｘ支持台４５１ａの上に支持されるＹビーム４３ａ（Ｙビーム１４０ａ）と、Ｙビーム４３ａに支持されるボンディングヘッド４１ａ（実装ヘッド１５０ａ）と、ボンディングヘッド４１ａをＹ軸方向およびＺ軸方向に駆動する駆動部４６a（駆動部１６０ａ）と、を備えている。

ボンディングヘッド４１ａは、ダイＤ（部品３００）を着脱自在に保持するコレット４２ａ（保持手段１５１ａ）を有する装置であり、Ｙ軸方向に往復動自在にＹビーム４３ａに取り付けられている。

本実施例の場合、ボンディングヘッド４１ａを一本備えており、ボンディングヘッド４１ａは、真空吸着によりダイＤを保持するコレット４２ａを備えている。また、駆動部４６ａは、ボンディングヘッド４１ａをＺ軸方向に昇降させることができる。ボンディングヘッド４１ａは中間ステージ３１ａからピックアップしたダイＤを保持して搬送し、ボンディングステージＢＳに吸着固定された基板Ｐ（ワーク２００）上にダイＤを取り付ける機能を備えている。

Ｘ支持台４５１ａ，４５１ｂの上に設けられたガイド４５２ａ，４５２ｂは、Ｙビーム４３ａをＸ軸方向に摺動自在に案内する部材である。本実施例の場合、二本のＸ支持台４５１ａ，４５１ｂが平行に配置されており、各Ｘ支持台４５１ａ，４５１ｂは、搬送レール５１，５２上にＸ軸方向に伸びた状態で固定されている。Ｘ支持台４５１ａ，４５１ｂは、搬送レール５１，５２と一体に形成されるものでもよい。

図１１、図１４に示すように、ガイド４５２ａ，４５２ｂの上にはスライダ４３３ａ，４３３ｂがＸ軸方向に移動自在に取り付けられている。そして、２つのガイド４５２の各スライダ４３３ａ，４３３ｂの上には、それぞれＹビーム４３ａの両端部が取り付けられている。つまり、Ｙビーム４３ａは、ボンディングステージＢＳの上を跨るようにＹ軸方向に伸び、両端部はスライダ４３３ａ，４３３ｂに取り付けられてＸ支持台４５１ａ，４５１ｂに取り付けられたガイド４５２ａ，４５２ｂによってＸ軸方向に移動自在に支持されている。なお、Ｙビーム４３ａの底面とスライダ４３３ａ，４３３ｂの上面は同一面上に位置するので、Ｙビーム４３ａはＸ支持台４５１ａ，４５１ｂからそれほど高くない位置に設けられている。

第一実施例のＹビーム４３ａは実施形態のＹビーム１４０ａと基本的には同様な構成である。ただし、Ｙビーム４３ａは図面上右側の支持台４５１ａよりも右側に大きく延伸している。これは、ボンディングヘッド４１ａが中間ステージ３１ａからダイＤをピックアップすることを可能とするためである。なお、ボンディングヘッド４１ａが支持台４５１ａよりも右側に移動する場合は、コレット４２ａがガイド４５２ａよりも高くなるようにボンディングヘッド４１ａが上昇する。

次に、第一実施例のフリップチップボンダにおいて実施されるボンディング方法（半導体装置の製造方法）について図１４を用いて説明する。図１５は第一実施例のフリップチップボンダで実施されるボンディング方法を示すフローチャートである。Ｙビーム４３ａ側を中心に説明するが、Ｙビーム４３ｂ側も同様である。ただし、Ｙビーム４３ｂ側はＹビーム４３ａ側とはお互いに異なるタイミングで動作するが、同時に同じ動作をする場合もある。

ステップＳ１：制御装置７はピックアップするダイＤが突上げユニット１３の真上に位置するようにウェハ保持台１２を移動し、剥離対象ダイを突上げユニット１３とコレット２２に位置決めする。ダイシングテープ１６の裏面に突上げユニット１３の上面が接触するように突上げユニット１３を移動する。このとき、制御装置７は、ダイシングテープ１６を突上げユニット１３の上面に吸着する。制御装置７は、コレット２２を真空引きしながら下降させ、剥離対象のダイＤの上に着地させ、ダイＤを吸着する。制御装置７はコレット２２を上昇させ、ダイＤをダイシングテープ１６から剥離する。これにより、ダイＤはピックアップフリップヘッド２１によりピックアップされる。

ステップＳ２：制御装置７はピックアップフリップヘッド２１を移動させる。

ステップＳ３：制御装置７はピックアップフリップヘッド２１を１８０度回転させ、ダイＤのバンプ面（表面）を反転させて下面に向け、ダイＤのバンプ（表面）を反転させて下面に向け、ダイＤをトランスファヘッド８１ａに渡す姿勢にする。

ステップＳ４：制御装置７はピックアップフリップヘッド２１のコレット２２からトランスファヘッド８１ａのコレット８２ａによりダイＤをピックアップして、ダイＤの受渡しが行われる。

ステップＳ５：制御装置７は、ピックアップフリップヘッド２１を反転し、コレット２２の吸着面を下に向ける。

ステップＳ６：ステップＳ５の前または並行して、制御装置７はトランスファヘッド８１ａを中間ステージ３１ａに移動する。

ステップＳ７：制御装置７はトランスファヘッド８１ａに保持しているダイＤを中間ステージ３１ａに載置する。

ステップＳ８：制御装置７はトランスファヘッド８１ａをダイＤの受渡し位置に移動させる。

ステップＳ９：ステップＳ８の後または並行して、制御装置７は中間ステージ３１ａをボンディングヘッド４１ａとの受渡し位置に移動させる。

ステップＳＡ：制御装置７は中間ステージ３１ａからボンディングヘッド４１ａのコレット４２ａによりダイＤをピックアップして、ダイＤの受渡しが行われる。

ステップＳＢ：制御装置７は中間ステージ３１ａをトランスファヘッド８１ａとの受渡し位置に移動させる。

ステップＳＣ：制御装置７は、ボンディングヘッド４１ａのコレット４２ａが保持しているダイＤを基板Ｐ上に移動する。このとき、Ｙビーム４３ａはＸ軸方向に移動すると共にボンディングヘッド４１ａはＹ軸方向に移動する。

ステップＳＤ：制御装置７は、中間ステージ３１ａからボンディングヘッド４１ａのコレット４２ａでピックアップしたダイＤを基板Ｐ上に載置する。

Ｙビーム４３ａ，４３ｂはお互いに異なるタイミングで移動するので、ボンディングヘッド４１ａがダイＤを基板Ｐに載置するタイミングでボンディングヘッド４１ｂが移動する。そこで、制御装置７は、図７Ｂに示すように、駆動部のモータ（Ｍ）の位置決め制御において、Ｙビーム４３ｂ（動作軸）の動作指令からＹビーム４３ａ（相手軸）に加わる加振力を推定し推力補償として相手軸の推力フィードフォワードへ加減算する。

ステップＳＥ：制御装置７はボンディングヘッド４１ａを中間ステージ３１ａとの受渡し位置に移動させる。

以下、上述の実施形態の実装装置の一例である半導体チップ（ダイ）を基板等にボンディングするダイボンダにも適用した例について説明する。

図１６は第二実施例のダイボンダの概略上面図である。

第二実施例のダイボンダ１０Ａは、大別して、基板Ｐに実装するダイＤを供給するダイ供給部１と、ダイ供給部１からダイをピックアップするピックアップ部２Ａ，２Ｂと、ピックアップされたダイＤを中間的に一度載置する中間ステージ部３Ａ，３Ｂと、中間ステージ部３Ａ，３ＢのダイＤをピックアップし基板Ｐ又は既にボンディングされたダイＤの上にボンディングするボンディング部４Ａ，４Ｂと、基板Ｐを実装位置に搬送する搬送部５、搬送部５に基板を供給する基板供給部６Ｋと、実装された基板Ｐを受け取る基板搬出部６Ｈと、各部の動作を監視し制御する制御装置７と、を有する。

まず、ダイ供給部１は、複数のダイＤを有するウェハ１１を保持するウェハ保持台１２とウェハ１１からダイＤを突き上げる点線で示す突上げユニット１３とを有する。ダイ供給部１は図示しない駆動手段によってＸＹ軸方向に移動し、ピックアップするダイＤを突上げユニット１３の位置に移動させる。

ピックアップ部２Ａ，２Ｂは、突上げユニット１３で突き上げられたダイＤを先端に吸着保持するコレット２２Ａ，２２Ｂを有し、ダイＤをピックアップし、中間ステージ部３Ａ，３Ｂに載置するピックアップヘッド２１Ａ，２１Ｂと、ピックアップヘッド２１Ａ，２１ＢをＸ軸方向に移動させるピックアップヘッドのＸ駆動部２３Ａ，２３Ｂと、を有する。なお、ピックアップヘッド２１Ａ，２１Ｂは、コレット２２Ａ，２２Ｂを昇降、回転及びＸ方向移動させる図示しない各駆動部を有する。ピックアップヘッド２１Ａは、ウェハ１１からダイＤをピックアップし、Ｘ軸方向の左側に移動して、ボンディングヘッド４１Ａとの軌道の交点に設けられた中間ステージ３１ＡにダイＤを載置する。ピックアップヘッド２１Ｂは、ウェハ１１からダイＤをピックアップし、Ｘ軸方向の右側に移動して、ボンディングヘッド４１Ｂとの軌道の交点に設けられた中間ステージ３１ＢにダイＤを載置する。ピックアップヘッド２１Ａ，２１Ｂはお互いに反対方向に異なるタイミングで移動する。

中間ステージ部３Ａ，３Ｂは、ダイＤを一時的に載置する中間ステージ３１Ａ，３１Ｂと、中間ステージ３１Ａ，３１Ｂ上のダイＤを認識する為のステージ認識カメラ３４Ａ，３４Ｂと、を有する。

ボンディング部４Ａ，４Ｂは、ピックアップヘッドと同じ構造を有し、中間ステージ３１Ａ，３１ＢからダイＤをピックアップし、搬送されてきた基板Ｐにボンディングするボンディングヘッド４１Ａ，４１Ｂと、ボンディングヘッド４１Ａ，４１Ｂの先端に装着されダイＤを吸着保持するコレット４２Ａ，４２Ｂと、ボンディングヘッド４１Ａ，４１ＢをＹ軸方向に移動させるＹ駆動部４３Ａ，４３Ｂと、搬送されてきた基板Ｐの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディングすべきダイＤのボンディング位置を認識する基板認識カメラ４４Ａ，４４Ｂと、を有する。搬送レール５１側にボンディングステージＢＳ１，ＢＳ３が位置し、搬送レール５２側にボンディングステージＢＳ２が位置する。

このような構成によって、ボンディングヘッド４１Ａ，４１Ｂは、ステージ認識カメラ３４Ａ，３４Ｂ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３１Ａ，３１ＢからダイＤをピックアップし、基板認識カメラ４４Ａ，４４Ｂの撮像データに基づいて基板ＰにダイＤをボンディングする。

搬送部５は、一枚又は複数枚の基板Ｐ（図１では十五枚）を載置した基板搬送パレット９１，９３を二本の搬送シュートを備える搬送レール５１および基板搬送パレット９２を二本の搬送シュートを備える搬送レール５２を有する。例えば、基板搬送パレット９１，９２，９３は二本搬送シュートに設けられた図示しない搬送ベルトで移動する。

このような構成によって、基板搬送パレット９１，９２，９３は、基板供給部６Ｋで基板Ｐを載置され、搬送シュートに沿ってボンディング位置まで移動し、ボンディング後基板搬出部６Ｈまで移動し基板Ｐを渡す。

制御装置７は、ダイボンダ１０Ａ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）やデータを格納する記憶装置（メモリ）と、メモリに格納されたプログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、を備える。

ボンディングヘッド４１Ａ，４１Ｂはお互いに異なるタイミングで移動するので、ボンディングヘッド４１ＢがダイＤを基板Ｐに載置するタイミングでボンディングヘッド４１Ａが移動する。そこで、制御装置７は、図７Ｂに示すように、駆動部のモータ（Ｍ）の位置決め制御において、Ｙ駆動部４３Ａ（動作軸）の動作指令からＹ駆動部４３Ｂ（相手軸）に加わる加振力を推定し推力補償として相手軸の推力フィードフォワードへ加減算する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例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。

また、実施例ではボンディングヘッド（実装ヘッド）が一つの例を説明したが、これに限定されるものではなく、実施形態と同様に複数のボンディングヘッドであってもよい。

また、実施例では反転機構をピックアップフリップヘッドに設けて、トランスファヘッドでピックアップフリップヘッドからダイを受け取り中間ステージに載置し、中間ステージを移動する例を説明したが、これに限定されるものではなく、ダイをピックアップして反転したピックアップフリップヘッドを移動するようにしてもよいし、ダイの表裏を回転できるステージユニットにピックアップしたダイＤを載置し、ステージユニットを移動するようにしてもよい。

また、実施例では、フリップチップボンダおよび半導体チップ（ダイ）を基板等にボンディングするダイボンダに適用した例について説明するが、これに限定されるものではなく、パッケージされた半導体装置等を基板に実装するチップマウンタ（表面実装機）等にも適用することができる。

１００：実装装置
１１０：架台
１２０：実装ステージ
１３０ａ，１３０ｂ：Ｘビーム
１３１ａ，１３１ｂ：Ｘ支持台
１３２ａ，１３２ｂ：ガイド
１４０ａ，１４０ｂ：Ｙビーム
１５０ａ，１５０ｂ：実装ヘッド
１６０ａ，１６０ｂ：駆動部
１７０：振動測定器
２００：ワーク
３００：部品

Claims

ダイを搬送する第一実装ヘッドと、
前記第一実装ヘッドとは動作タイミングが異なり、ダイを搬送する第二実装ヘッドと、
前記第一実装ヘッドを第一方向に自在に移動させる第一駆動部と、
前記第二実装ヘッドを前記第一方向に自在に移動させる第二駆動部と、
前記第一駆動部および前記第二駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は前記第一実装ヘッドを移動させる際に発生する加振力を指令値から算出し、または予め測定して登録してある振動波形として、前記加振力の逆方向に打ち消す推力相当分をフィードフォワード成分として前記第二実装ヘッドの制御量に加えるよう構成される実装装置。
請求項１の実装装置において、
前記加振力は前記第一実装ヘッドへの指令動作速度から微分して算出された加加速度である実装装置。
請求項１の実装装置において、
前記加振力は前記第一実装ヘッドへの指令動作速度から微分して算出された加加加速度である実装装置。
請求項１の実装装置において、
前記加振力は前記第一実装ヘッドの予め測定された加加加速度に相当する振動波形である実装装置。
請求項１の実装装置において、さらに、
実装ステージが取り付けられる架台と、
前記架台に設置した振動測定器と、
を備え、
前記制御部は、前記振動測定器によって振動波形を測定し、前記第二実装ヘッドに加わる振動成分を前記振動波形に基づいて計算して、保存し、前記振動成分に基づいて前記第二実装ヘッドの制御量を補正する実装装置。
請求項１の実装装置において、
さらに、前記第二実装ヘッドに搭載した振動測定器を備え、
前記制御部は、前記振動測定器によって振動波形を測定し、前記第二実装ヘッドに加わる振動成分を前記振動波形に基づいて計算して、保存し、前記振動成分に基づいて前記第二実装ヘッドの制御量を補正する実装装置。
請求項１の実装装置において、
さらに、振動測定器を備え、
前記制御部は、当該実装装置が生産場所の床に設置された状態で前記第一実装ヘッドを移動して、振動させて前記第二実装ヘッドの振動波形を前記振動測定器で測定し、前記振動波形に基づいて前記第二実装ヘッドの推力補正波形を調整する実装装置。
請求項１の実装装置において、
さらに、振動測定器を備え、
前記制御部は、当該実装装置の動作中にある待機時間または待ち時間に前記第一実装ヘッドを移動して、振動させて前記第二実装ヘッドの振動波形を前記振動測定器で測定して、保存し、前記振動波形に基づいて前記第二実装ヘッドの振動補償波形を補正する実装装置。
請求項８の実装装置において、
前記制御部は、前記振動測定器によって前記第二駆動部のモータドライバの推力または偏差波形を取得し、前記推力または偏差波形に基づいて前記第二実装ヘッドの推力補正波形を計算して、保存する実装装置。
請求項１の実装装置において、さらに、
実装ステージが取り付けられる架台と、
前記架台の上を渡るように第二方向に伸びてその両端がそれぞれ前記第一方向に移動自在に前記架台の上に支持されると第一ビームと、
前記架台の上を渡るように前記第二方向に伸びてその両端がそれぞれ前記第一方向に移動自在に前記架台の上に支持される第二ビームと、
を備え、
前記第一実装ヘッドは前記第二方向に移動自在に前記第一ビームに支持され、
前記第二実装ヘッドは前記第二方向に移動自在に前記第二ビームに支持され、
前記制御部は、前記第一駆動部により前記第一ビームを前記第一方向に移動させ、前記第二駆動部により前記第二ビームを前記第一方向に移動させるよう構成される実装装置。
請求項１０の実装装置において、さらに、
ダイ供給部からダイをピックアップして反転するフリップピックアップヘッドと、
前記第一方向に自在に移動可能であって前記フリップピックアップヘッドでピックアップした前記ダイをピックアップする第一トランスファヘッドと、
前記第一方向に自在に移動可能であって前記フリップピックアップヘッドでピックアップした前記ダイをピックアップする第二トランスファヘッドと、
前記第二方向に自在に移動可能であって前記第一トランスファヘッドがピックアップした前記ダイが載置される第一中間ステージと、
前記第二方向に自在に移動可能であって前記第二トランスファヘッドがピックアップした前記ダイが載置される第二中間ステージと、
を備え、
前記第一実装ヘッドは前記第一中間ステージに載置された前記ダイをピックアップし、
前記第二実装ヘッドは前記第二中間ステージに載置された前記ダイをピックアップする実装装置。
請求項１の実装装置において、さらに、
前記第一方向に自在に移動可能であってダイ供給からダイをピックアップする第一ピックアップヘッドと、
前記第一方向に自在に移動可能であって前記ダイ供給からダイをピックアップする第二ピックアップヘッドと、
前記第一ピックアップヘッドがピックアップした前記ダイが載置される第一中間ステージと、
前記第二ピックアップヘッドがピックアップした前記ダイが載置される第二中間ステージと、
を備え、
前記第一実装ヘッドは前記第一中間ステージに載置された前記ダイをピックアップし、
前記第二実装ヘッドは前記第二中間ステージに載置された前記ダイをピックアップする実装装置。
請求項１乃至１１の何れか一つの実装装置を準備する工程と、
基板を準備する工程と、
ダイ供給部から前記ダイをピックアップする工程と、
ピックアップされた前記ダイを反転する工程と、
反転された前記ダイをピックアップして前記基板に載置する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
請求項１乃至９および１２の何れか一つの実装装置を準備する工程と、
基板を準備する工程と、
ダイ供給部から前記ダイをピックアップする工程と、
ピックアップされた前記ダイをピックアップして前記基板に載置する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。