JPH0430537A - 半導体素子の位置合せ方法および位置合せ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高精度の位置合せが必要されるフリップチッ
プボンディングやテープボンディング等の実装方法にお
ける、半導体素子の位置合せ方法および位置合せ装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

エキスバンドテープに粘着された状態で供給され、或い
はトレイに収納した状態で供給される半導体素子（チッ
プ）をセラミックパッケージやリードフレームのような
基板、特に位置合せ精度が要求されるハイブリッドＩＣ
用のセラミック基板や液晶パネルなどに実装する場合に
は、チップをテープまたはトレイから真空吸着によりピ
ックアップする作業と、基板位置まで移送する作業と、
ダイボンディング位置に位置合せする作業と、さらにボ
ンディングする作業とが連続的に行われる。

そして、この位置合せする作業が能率良くかつ精度良く
行われるためには、ピックアップ時点で精度を加味する
ことが必要である。ところがピックアップの際には、チ
ップの載置状態やチップ自体の寸法のバラツキ、或いは
コレット（保持手段）の形状などの精度の出し難い要素
があり、高精度のピックアップが難しいのが現状である
。

そこで、従来はチップの移送経路の途中に位置修正ステ
ージを設け、ここで位置合せをしてからボンディングか
行われるようになっている。すなわち、ピックアップ後
のチップを一旦位置修正ステージまで移送し、ここで位
置修正用の爪や溝を用いて回転方向の位置合わせを行い
、再度ピックアップし直してボンディング位置まで移送
するようになっている。

また、このような位置合せ方法において、高倍率のカメ
ラ等を用いたパターン認識によりチップの位置や角度を
検出して位置合せを行い、その精度を保持することも行
なわれている。すなわち、チップをパターン認識用のカ
メラで撮像しこれを画像処理して、チップの位置や角度
を検出するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような前者の従来技術では、位置修正ステージを中
継するものであるため、装置か複雑になると共に実装作
業に時間がかかる。しかも、位置修正用の爪や溝を用い
た機械的な修正法を用い、かつここでもピックアップ工
程があるので、たとえば１０１０Ｘ１０のチップで位置
ズレが±１０μｍという高精度の位置合せは不可能であ
った。

また、後者の従来技術で問題となるのか、チップの位置
合せ精度を高くするためにカメラの倍率を高くすると、
カメラの視野が狭くなり認識すべきチップかカメラの視
野に捕らえ難しくなることである。また逆にカメラの視
野を広くしようとすると、カメラの倍率が低くなり、精
度を高くしに難くなることである。

このように、相矛盾する要素の両者を満足させようとす
れば、チップをカメラの視野に捕らえる作業時間やオペ
レータの熟練に頼らざるを得ない。

本発明はかかる事情を考慮して為されたものであり、高
い位置合せ精度を保持しつつ作業時間の短縮を可能にす
る半導体素子の位置合せ方法および位置合せ装置を提供
することをその目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成すべく請求項１の発明は、二次元平面内
における基板の素子実装部位とこれに実装すべき半導体
素子とを撮像してパターン認識し、素子実装部位と半導
体素子との間の位置および角度補正を、パターン認識の
撮像倍率を段階的に高めながら段階的に行うと共に、二
次元平面内における基板の素子実装部位と半導体素子と
の間の位置補正を、撮像倍率を切替える各段階の直前に
行うことを特徴とする。

また請求項２の発明では、二次元平面内で、ステージ上
に固定された基板の素子実装部位と、保持手段に保持さ
れた半導体素子との間の位置および角度を補正する半導
体素子の位置合せ装置において、基板の素子実装部位と
半導体素子とを撮像すると共に、その撮像倍率を段階的
に切替え可能に構成されたパターン認識手段と、ステー
ジおよび保持手段の少なくとも一方を他方に対して、前
記二次元平面内の互いに直交するＸＹ力方向相対的に移
動させる移動手段と、移動手段を、撮像倍率を切替える
各段階の直前に駆動させて、二次元平面内おける基板の
素子実装部位と半導体素子との間の位置補正を行わせる
制御手段とを備えていることを特徴とする特 〔作用〕 基板の素子実装部位と半導体素子との間の位置および角
度の補正は、パターン認識の撮像倍率を段階的に切替え
ながらおこなわれ、そのうち位置の補正は、各切替え段
階の直前に行なわれる。したがって、常に撮像倍率が一
段階低い状態、すなわち光学系の視野が一段階広い状態
で位置補正が行われ、続く撮像倍率の高い光学系の視野
が狭い状態で角度補正が行われることとなる。このため
、基板と半導体素子とは、常に光学系の同−視野内に捕
捉され一連の位置合せ作業が円滑に行なわれる。

〔実施例〕

第１図および第２図を参照して本発明の一実施例に係る
半導体素子の位置合せ方法について説明する。なお、こ
こで第１図は基板と半導体素子の位置合せ手順を示す説
明図であり、第２図はそのフローチャートである。

この位置合せ方法は、ハイブリッドＩＣ用のセラミック
板や液晶パネルのような基板１の素子実装部位２にチッ
プ（半導体素子）３を精度よく実装（ダイボンディング
）する際に用いられるのものである。基板１は移動ステ
ージ（第３図参照）に固定されており、チップ３は保持
手段であるコレット（第３図参照）に真空吸着により把
持されている。移動ステージは、基板１を水平面内の互
いに直交するＸＹ力方向よび回転（θ）方向に移動でき
るように構成されている。一方、コレットはチップ３を
上下（Ｚ）方向にのみ移動できるように構成されている
。また、この位置合せは、高い精度を保つため撮像装置
（第４図参照）を用いたパターン認識下で行われる。

第１図（ａ）は、チップ３が基板１上に移送され、これ
から位置合せが行われる直前の初期状態を示している。

同図では基板１上の素子実装部位２が実線で示されてお
り、この素子実装部位２は基板１上にマーキングしてお
くか、或いは仮想位置として制御用のマイクロコンピュ
ータに記憶させておく。チップ３の外形はクロスハツチ
ングで示されており、この状態で素子実装部位２とチッ
プ３とはかなりの位置ズレが生じている。この状態にお
けるパターン認識では、撮像装置の光学系は低倍率のレ
ンズが使用される。このため、図示の二点鎖線で示すよ
うな素子実装部位２とチップ３とが包含されるような広
い視野Ａのもとてパターン認識が為される。そして、こ
のパターン認識に基づく画像処理により、素子実装部位
２のＸＹ力方向中心位置とθ方向の傾き角（第２図のス
テップ２０１）、およびチップ３の中心位置とθ方向の
傾き角（第２図のステップ２０２）が検出される。

次に、第１図（ｂ）では、上記検出結果に基づいて移動
ステージのＸＹ力方向の移動が行われ、検出した素子実
装部位２の中心とチップ３の中心とを合致させるＸＹ力
方向位置補正が行われる（第２図のステップ２０３）。

もちろん、この状態では素子実装部位２とチップ３のθ
方向の位置ズレはまだ解消されいない。その後、さらに
精度を増すために光学系のレンズが高倍率のものに切替
えられる（第２図のステップ２０４）。このため、図示
の二点鎖線で示すような素子実装部位２とチップ３の一
部同士が包含されるような狭い視野Ｂのもとてパターン
認識が為される。このパターン認識では新たな高倍率の
撮像下で、上記同様に素子実装部位２のＸＹ力方向中心
位置とθ方向の傾き角（第２図のステップ２０５）、お
よびチップ３の中心位置とθ方向の傾き角ＣＨ２図のス
テップ２０６）とが検出される。

第１図（ｃ）では、上記検出結果に基づいて移動ステー
ジのθ方向の回動が行われ、検出した素子実装部位２の
輪郭とチップ３の輪郭とを合致させる角度補正が行われ
る（第２図のステップ２０７）。

このようにして位置補正が段階的に行われるが、例えば
、第１図（ｂ）および（Ｃ）の高倍率の撮像下でＸＹ力
方向位置ズレが発見されれば、θ方向の角度補正の後、
再度ＸＹ力方向位置補正が為される。そして、さらに精
度を出すために光学系のレンズをもう一段階高倍率のも
のに切替える場合にはＸＹ力方向位置ズレの補正を行っ
た後にこの切替えが行われる。

以上のような手順の位置合せでは、レンズの倍率を切替
える前にＸＹ力方向補正を行うので、レンズをを切替え
視野が狭くなっても、常にその視野内に素子実装部位２
とチップ３とを捕らえておくことができ、素子実装部位
２とチップ３のどちらかが視野外れとなるような事態を
回避できる。

したがって、位置合せ作業は円滑に行われ作業時間が短
縮される。

なお、θ方向の角度補正は光学系のレンズが低倍率で広
い視野Ａの場合には、基板１の一辺とチップ３の一辺と
の平行又は垂直度を出す方法が望ましく、また、高倍率
で狭い視野Ｂの場合には、上記方法の他に基板１上のマ
ーキングの一辺とチップ３の一辺との平行又は垂直度を
出す方法が望ましい。

第３図は本発明の半導体素子の位置合せ装置が適用され
るダイボンダであり、以下同図に基づいて説明する。

このダイボンダ１０は、図中の中央右寄りのボンディン
グヘッド１１により手前のウェーハステージ１２から中
央の移動ステージ１３にチップ３を移送し、移動ステー
ジ１３に固定された基板１にチップ３を実装できるよう
になっている。基板１は図中左端に位置するローダ１４
に備蓄されており、途中のプリフォーマ１５からプリフ
ォーム材の供給を受けながら逐次コンベア搬送され、ボ
ンディングヘッド１１の旋回アームｌｌａ先端下部に供
給される。移動ステージ１３の下部にはこれをＸＹ力方
向よびθ方向に自在に移動させるステージ移動装置１６
が設けられており、これによりステージの移動手段か構
成されている。そして、このステージ移動装置１６で基
板１とチップ３の位置合せか行われた後、基板１の素子
実装部位２ヘチツプ３がダイボンディングされる。所定
のボンディングが行われると基板］−は、更に図中右側
へと搬送され、右端に位置するアンローダ１７に収容さ
れる。

チップ３はエキスバンドテープに粘着固定された状態で
ウェーハステージ１２上に供給され、片つづ前記旋回ア
ームｌｌａ先端に設けられたチップ３の保持手段である
コレット１１ｂに引き剥がされるようにして真空吸着さ
れる。コレット１１ｂに真空吸着されたチップ３は、旋
回アーム１１ａの旋回駆動により基板１の所望の素子実
装部位２まで移送される。

そして、この移送作業が完了しボンディング作業に移る
前に素子実装部位２とチップ３との位置合せが行われる
。この位置合せは光学系のレンズが低倍率と高倍率とに
切替可能に構成された撮像装置１８と、この撮像装置１
８で撮像された像を画像処理する画像処理装置１９がら
成るパターン認識手段の下で行われる。

ここで、第４図を参照して上記撮像装置１８について説
明する。第４図（ａ）は撮像装置１８と基板１の素子実
装部位２およびチップ３の位置関係を概略的に示した側
面図であり、第４図（ｂ）はその平面図である。

第４図（ａ）に示すように、この撮像装置１８は素子実
装部位２とチップ３とをそれぞれに撮像するＣＣＤカメ
ラ３０ａおよび３０ｂと、その前方にこれに対応させた
２系統の光学系３１を備えて構成されており、光学系３
１の先端に設けたヘッド３２が基板１の素子実装部位２
とコレット１１ｂに把持されたチップ３のとの間に臨む
ようになっている。素子実装部位２とチップ３とは、両
ＣＣＤカメラ３０ａおよび３０ｂの間に設けた素子実装
部位照明用の光ファイバ３３ｇとチップ照明用の先ファ
イバ３３ｂとて照明され、それぞれの照明光Ｌａ、Ｌｂ
は光ファイバ３３ａ。

３３ｂから射出されハーフミラ−３４ａ、３４ｂを通過
してヘッド３２に入射される。ヘット３２は表裏両面に
反射面を有する両面ミラー３５て上下に仕切られており
、後方から入射した一方の照明光Ｌａは、両面ミラー３
５の裏面３５ａで反射しさらに側壁に設けられた片面ミ
ラー３６ａで反射して、素子実装部位２に照射される。

他方の照明光Ｌｂは、両面ミラー３５の表面３５ｂで反
射しさらに側壁に設けられた片面ミラー３６ｂで反射し
て、チップ３に照射される。そして、素子実装部位２お
よびチップ３で反射した光、すなわちこれらの画像は、
逆経路で反射を繰り返して前記ハーフミラ−３４ａ、３
４ｂで反射されてＣＣＤカメラ３０ａ、３０ｂに撮像さ
れる。すなわち、第４図（ｂ）に示すようにハーフミラ
−３４ａ。

３４ｂでそれぞれ左右に反射され分離された素子実装部
位２およびチップ３の画像は、視野調整ミラー３７　ａ
、　３７　ｂ、第１固定ミラー３８ａ。

３８ｂ１そして第２固定ミラー３９ａ、３９ｂを経てそ
れぞれのＣＣＤカメラ３０ａ、３０ｂに取込まれる。視
野調整ミラー３７ａ、３７ｂは図外の装置で回転可能に
構成されており、チップ３や素子実装部位２に対する視
野の位置を可変できるようになっている。また、各ＣＣ
Ｄカメラ３０の前方にはレンズ４０ａ、４０ｂが組込ま
れており、このレンズ４０ａ、４０ｂと図外のレンズと
により光学系３１の撮像倍率を低倍率と高倍率とに切替
えられるようになっている。このように構成された撮像
装置１８で撮像されたチップ３および素子実装部位２の
画像は、電気信号に変換されてこれに接続された画像処
理装置１９で処理される。

この画像処理装置１９は、撮像装置１８で撮像されたチ
ップ３の像を画像処理してその外縁であるエッヂ部を検
出するもので、第３図に示すようにその検出信号をこれ
に接続されたマイクロコンピュータ２０に送るようにな
っている。マイクロコンピュータ２０は、ダイボンダ１
０の制御手段であり、この検出結果を演算処理してチッ
プ３の中心を求めると共に、このチップ３の中心とすで
に記憶されている所望の素子実装部位２との間の位置ズ
レを求め、移動ステージ１３のステージ駆動部２１に移
動信号を送る。また、マイクロコンピュータ２０は上記
移動信号と共に、撮像装置１８のレンズ駆動部２２に切
替信号を送る。ステージ駆動部２１はこの移動信号に基
づいて移動ステージ１３をＸＹ力方向移動させ、またレ
ンズ駆動部２２はレンズを低倍率から高倍率に切替える
。

この移動と切替えによって画像処理装置１９からは再度
新たな検出信号がマイクロコンピュータ２０に入力され
る。マイクロコンピュータ２０は二の検出結果を演算処
理してチップ３のθ方向の傾き角を求め、移動ステージ
１３のステージ駆動部２１に移動信号を送る。ステージ
駆動部２１はこの移動信号に基づいて移動ステージ１３
をθ方向に回動させる。一方−１上記の移動信号と一定
のタイムラグをおいて、ボンディングヘッド１１のヘッ
ド駆動部２３にボンディング信号が送られる。

ヘッド駆動部２３はこの信号に基づいてチップ３をコレ
ット１１ｂ共にＺ方向、すなわち下降駆動させ、これに
よりボンディングが行なわれる。

このように構成されるので、基板１の素子実装部位２と
チップ３との位置合せが精度良くかつ円滑に行われると
共に、従来装置のような位置修正ステージが不要となり
、装置構造を単純にすることができる。

なお、上記実施例ではステージ移動装置１６により、移
動ステージ１３をＸＹ力方向よびθ方向へ移動させて位
置合せを行うようにしているが、ステージを固定ステー
ジとしコレット１１ｂを移動できるように構成してもよ
い。また、移動ステージ１３をＸＹ力方向コレット１１
ｂをθ方向に移動できるように構成してもよく、結局基
板１とチップ３を相対的に移動させることができればよ
い。

次に本実施例の装置を用いてダイボンディングを行った
実験について説明する。この実験はフリップチップダイ
ボンディングに関するものであり、５０Ｘ５０μｍのバ
ンブが１００μｍピッチで約４００個形成されている１
０１０Ｘ１０のチップをボンディングした。光学系のレ
ンズは低倍率側を１倍とし高倍率側を１０倍とした。こ
の結果、タクトタイムが３秒で９９％の歩留りを達成す
ることができた。なお、従来の方法ではタクトタイムが
３秒以上（視野外れも生ずる）で５０％以下の歩留りで
あった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明では、パターン認識における撮像倍
率を切替える各段階の直前に、基板の素子実装部位と半
導体素子との間の位置補正が行なわれるので、視野の狭
い高倍率の撮像下でも基板および半導体素子が光学系の
視野外となることがなく、位置合せ作業を円滑に行うこ
とができ、作業を短時間で効率よく行うことができる。

しかも、従来のような位置修正ステージ等が省略でき、
装置構成を簡略化できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る半導体素子の位置合せ
方法の説明図、第２図はそのフローチャート、第３図は
本発明を適用したダイボンダの構成図、第４図は撮像装
置の構成図である。 １・・・基板、２・・・素子実装部位、３・・・チップ
、１０・・・ダイボンダ、１１・・・ボンディングヘッ
ド、１１ｂ・・・コレット、１３・・・移動ステージ、
１６・・・ステージ移動装置、１８・・・撮像装置、１
９・・・画像処理装置、２０・・・マイクロコンピュー
タ、３０ａ、３０ｂ−ＣＣＤカメラ、４０ａ。 ４０ｂ・・・レンズ。 第″Ｌ回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次元平面内における基板の素子実装部位とこれに
   実装すべき半導体素子を撮像してパターン認識し、当該
   素子実装部位と当該半導体素子との間の位置および角度
   補正を、当該パターン認識の撮像倍率を段階的に高めな
   がら段階的に行うと共に、 前記二次元平面内における基板の素子実装部位と半導体
   素子との間の前記位置補正を、前記撮像倍率を切替える
   各段階の直前に行うことを特徴とする半導体素子の位置
   合せ方法。 ２、二次元平面内で、ステージ上に固定された基板の素
   子実装部位と、保持手段に保持された半導体素子との間
   の位置および角度を補正する半導体素子の位置合せ装置
   において、 前記基板の素子実装部位と半導体素子とを撮像すると共
   に、その撮像倍率を段階的に切替え可能に構成されたパ
   ターン認識手段と、 前記ステージおよび前記保持手段の少なくとも一方を他
   方に対して、前記二次元平面内の互いに直交するＸＹ方
   向に相対的に移動させる移動手段と、 当該移動手段を、前記撮像倍率を切替える各段階の直前
   に駆動させて、前記二次元平面内おける基板の素子実装
   部位と半導体素子との間の前記位置補正を行わせる制御
   手段とを備えていることを特徴とする半導体素子の位置
   合せ装置。