JP7841999B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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）。

特開２０１４－５６９８０号公報

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。

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。

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。

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１はダイボンダの構成例を示す概略上面図である。 図２は図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は図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は図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は図１に示すボンドヘッドの概略断面図である。 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８は図７に示すグラフに対応する表である。 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。 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（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。

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。

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は図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は図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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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は図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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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は図１に示すボンドヘッドの概略断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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は図６に示すグラフに対応する表である。

（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。

（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。

（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）。

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。

（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）。

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。

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。

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。

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）。

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）。

（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。

（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）。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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）。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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）。

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。

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。

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。

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）。

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）。

（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。

（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）。

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。

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。

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。

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）。

（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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (11)

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。
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。
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、再び前記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。
   
   
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。