JP4280169B2 - 平行調整装置及び平行調整方法、ボンディング装置 - Google Patents

Description

この発明は基板に電子部品をボンディングするときに、基板が載置されるボンディングステージの載置面と、電子部品を保持するボンディングヘッドの保持面とを平行に設定する平行調整装置及び並行調整方法、この平行調整装置が用いられたボンディング装置に関する。

たとえば、電子部品としての半導体チップを回路基板やキヤリアテープなどの基板にボンディングするボンディング装置は、上面が上記基板が載置する載置面となったボンディングステージを備えている。このボンディングステージの上方には上下方向に駆動されるボンディングヘッドが配置されている。このボンディングヘッドの下端面は上記半導体チップを吸着保持する保持面となっている。

そして、上記保持面に半導体チップを吸着保持した上記ボンディングヘッドは下降方向に駆動され、上記載置面に載置された基板に半導体チップを所定の圧力で加圧してボンディングするようになっている。

このようなボンディング装置において、上記ボンディングステージの載置面と、上記ボンディングヘッドの保持面との平行度が悪いと、半導体チップが上記基板に均一な圧力で加圧されなくなるため、ボンディング不良の発生を招くということがある。

そこで、従来は上記ボンディングステージの載置面と、上記ボンディングヘッドの保持面との平行度を定期的に測定して調整するということが行なわれている。上記載置面と保持面との平行度を測定して調整する装置としては特許文献１に示されている。

特許文献１に示された装置は、ボンディングステージに載置される測定ヘッドを有する。この測定ヘッドにはボンディングヘッドまでの距離を測定する複数の距離センサが設けられ、この距離センサからの距離情報に基いてボンディングヘッドとボンディングステージとの平行度を算出し、その算出結果に応じてボンディングヘッドとボンディングステージとの傾きを調整するようになっている。
特開２０００−１２４２３２号公報

上記特許文献１によると、ボンディングヘッドまでの距離を測定するために、渦電流方式の非接触型の距離センサが用いられている。しかしながら、渦電流方式の距離センサは耐熱性が十分でない。一方、ボンディングステージやボンディングヘッドは４００℃前後の加熱状態で使用されている。

そのため、距離センサが設けられた測定ヘッドを４００℃前後の加熱状態にあるボンディングステージの載置面に載置して使用すると、上記距離センサが熱によって損傷するということがある。

距離センサの熱による損傷を防止するためには、これらの温度を下げてボンディングステージとボンディングヘッドとの平行度を測定しなければならない。しかしながら、ボンディングステージとボンディングヘッドとの温度を下げて平行度の測定を行なうようにしたのでは、温度が下がるまでに時間が掛かるということがあったり、測定後に温度を上昇させるのにも時間が掛かるということがある。したがって、これらのことにより、生産性が大幅に低下するということがある。

しかも、ボンディングステージとボンディングヘッドとの温度を下げてこれらの載置面と保持面との平行度を測定し、その測定に基いて調整しても、ボンディングステージとボンディングヘッドとを使用状態の４００℃前後まで温度上昇させると、これらの平行度が維持できないということがある。さらに、渦電流方式の距離センサは比較的高価であるから、コストアップを招くということもある。

この発明は、ボンディングステージの載置面と、ボンディングヘッドの保持面との平行度を、これらの温度が高い状態で確実に、しかも容易に測定して調整することができるようにした並行調整装置及び平行調整方法、ボンディング装置を提供することにある。

この発明は、ボンディングステージの載置面と、ボンディングヘッドの保持面とのどちらか一方の傾きを調整して上記載置面と上記保持面とを平行に設定する平行調整装置において、
上記保持面に対向する面に開口形成された複数の圧力検出孔と、
各圧力検出孔内の圧力を減圧或いは加圧する圧力調整手段と、
上記ボンディングヘッドを下降させてその保持面を上記圧力検出孔が開口した面に接近させたときに上記各圧力検出孔内の圧力差を検出する検出手段と、
この検出手段が検出する各圧力検出孔内の圧力差に基いて上記載置面と上記保持面のどちらか一方の水平方向の傾きを制御する制御手段を具備し、
上記保持面に対向する面には、この面の所定方向の一端部と他端部及びこの所定方向と交差する方向の一端部と他端部とにそれぞれ上記圧力検出孔が開口形成されていて、
上記所定方向の一端部と他端部とに設けられる一対の圧力検出孔は、上記所定方向と交差する方向に沿って細長く開口形成され、上記所定方向と交差する方向の一端部と他端部とに形成される一対の圧力検出孔は、上記所定方向に沿って細長く開口形成されていることを特徴とする平行調整装置にある。

上記載置面には、この載置面に載置される下面と、上記保持面が接する上面とが平行平面に形成された設定治具が設けられ、この設定治具の上面に上記複数の圧力検出孔が開口形成されていることが好ましい。

複数の圧力検出孔は、上記ボンディングステージの載置面に開口形成されていることが好ましい。

この発明は、ボンディングステージの載置面と、ボンディングヘッドの保持面とのどちらか一方の傾きを調整して上記載置面と上記保持面とを平行に設定する平行調整方法において、
上記載置面に上記保持面を接近させたときに、この保持面に対向する面の複数箇所の圧力を減圧或いは加圧する工程と、
上記載置面に上記保持面が接近したときに上記保持面に対向する面の減圧或いは加圧された複数箇所の圧力変動を検出する工程と、
この圧力変動に基いて上記載置面と上記保持面のどちらか一方の水平方向の傾きを制御する工程を具備し、
上記複数箇所の圧力変動を検出する工程は、上記保持面に対向する面に、この面の所定方向の一端部と他端部に上記所定方向と交差する方向に沿って細長く開口形成された一対の圧力検出孔及びこの所定方向と交差する方向の一端部と他端部とに上記所定方向に沿って細長く開口形成された一対の圧力検出孔の圧力変動を検出することを特徴とする平行調整方法。

この発明は、載置面を有するボンディングステージと、
保持面を有するボンディングヘッドと、
上記載置面と保持面とのどちらか一方の傾きを調整してこれら載置面と保持面とを平行に設定する平行調整装置とを備え、
上記平行調整装置は、
上記保持面に対向する面に開口形成された複数の圧力検出孔と、
各圧力検出孔内の圧力を減圧或いは加圧する圧力調整手段と、
上記ボンディングヘッドを下降させてその保持面を上記圧力検出孔が開口した面に接近させたときに上記各圧力検出孔内の圧力差を検出する検出手段と、
この検出手段が検出する各圧力検出孔内の圧力差に基いて上記載置面と上記保持面のどちらか一方の水平方向の傾きを制御する制御手段と
を具備したことを特徴とするボンディング装置にある。

この発明によれば、ボンディングステージやボンディングヘッドが加熱された状態であっても、これらの載置面と保持面との平行度の測定及び調整を精度よく確実に、しかも容易に行なうことが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図４はこの発明の一実施の形態を示し、図１はこの発明の平行調整装置１が使用されている状態のボンディング装置２である。このボンディング装置２は上面が載置面３に形成されたボンディングステージ４を備えている。このボンディングステージ４の上方にはボンディング機構５が配設されている。

上記ボンディング機構５はＺ駆動源６に取り付けられた支持体７を有する。この支持体７の下面はＸ方向に沿って湾曲したＸ湾曲面７ａに形成されている。このＸ湾曲面７ａにはＸ揺動体８がＸ方向に揺動可能に設けられている。

上記Ｘ揺動体８の下面は上記Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って湾曲したＹ湾曲面８ａに形成されている。このＹ湾曲面８ａにはＹ揺動体９が上記Ｙ湾曲面８ａに沿って揺動可能に設けられている。このＹ揺動体９にはボンディングヘッド１１が設けられている。このボンディングヘッド１１の下端面には保持面１２が形成されている。

上記載置面３には図示しない基板が載置され、上記保持面には図示しない電子部品が吸着保持され、上記ボンディングヘッド１１が下降することで、電子部品が上記基板にボンディングされる。ボンディング時、上記ボンディングステージ４やボンディングヘッド１１は図示しないヒータによって４００℃前後に加熱される。

上記Ｘ揺動体８は、上記支持体７を介してＸ駆動源１３により上記Ｘ湾曲面７ａに沿ってＸ方向に揺動駆動されるようになっている。上記Ｙ揺動体９は、上記Ｘ揺動体８を介してＹ駆動源１４により上記Ｙ湾曲面８ａに沿ってＹ方向に揺動駆動されるようになっている。それによって、Ｙ揺動体９に設けられたボンディングヘッド１１はＸ方向とＹ方向に揺動するから、その保持面１２のＸ方向とＹ方向の傾きを調整することができる。

上記平行調整装置１は、平面形状が上記ボンディングステージ４の載置面３に載置されたブロック状の設定治具２１を有する。この設定治具２１の下面２１ａと上面２１ｂとは平行平面に形成されていて、下面２１ａを上記載置面３に載置することで、上面２１ｂを上記ボンディングヘッド１１の保持面１２に対向させている。

上記保持面１２に対向する面である、上記設定治具２１の上面２１ｂには、長手方向の両端部と、長手方向と交差する方向の両端部とに、それぞれ第１乃至第４の長溝２２ａ〜２２ｄが形成されている。すなわち、上記上面２１ｂの長手方向両端部に位置する一対の長溝２２ａ，２２ｂは、長手方向と交差する方向である、設定治具２１の短手方向に沿って細長く形成されている。上記上面２１ｂの長手方向と交差する短手方向の両端部に位置する一対の長溝２２ｃ，２２ｄは、設定治具２１の長手方向に沿って細長く形成されている。

なお、上記設定治具２１の長手方向はボンディングヘッド１１の揺動方向のＹ方向に対応し、同じく短手方向は揺動方向のＸ方向に対応している。
上記設定治具２１には図２、図３に示すように複数、この実施の形態では第１乃至第４の４つの圧力検出孔２３ａ〜２３ｄが形成されている。各圧力検出孔２３ａ〜２３ｄは、一端を設定治具２１の４つの側面にそれぞれ開口させ、他端を設定治具の上面２１ｂに形成された第１乃至第４の長溝２２ａ〜２２ｄの長手方向中途部にそれぞれ開口させている。

第１乃至第４の圧力検出孔２３ａ〜２３ｄには、図１に示すようにそれぞれ中途部に第１乃至第４の圧力センサ２４ａ〜２４ｄが設けられた配管２５ａ〜２５ｄの一端が接続されている。これら配管２５ａ〜２５ｄの他端はヘッダ管２６を介して真空ポンプ２７に接続されている。したがって、真空ポンプ２７が作動すれば、第１乃至第４の圧力検出孔２３ａ〜２３ｄ内の圧力を負圧にすることができる。

真空ポンプ２７によって減圧される各圧力検出孔２３ａ〜２３ｄ内の圧力は、これら各圧力検出孔２３ａ〜２３ｄの他端が開口する第１乃至第４の長溝２２ａ〜２２ｄの閉塞度合に応じて異なる。つまり、第１乃至第４の圧力検出孔２３ａ〜２３ｄが連通する第１乃至第４の長溝２２ａ〜２２ｄの閉塞度合が大きければ大きい程、その長溝に連通する圧力検出孔内が低い圧力に減圧される。

したがって、第１乃至第４の圧力センサ２４ａ〜２４ｄは、各圧力検出孔２３ａ〜２３ｄが連通する第１乃至第４の長溝２２ａ〜２２ｄの閉塞度合に応じて変化する圧力を検出し、その検出信号を制御装置２８に出力する。

第１乃至第４の圧力センサ２４ａ〜２４ｄから検出信号が入力される上記制御装置２８は、設定治具２１の長手方向の両端部上面に開口した一対の第１、第２の圧力検出孔２３ａ，２３ｂ内の圧力と、短手方向両端部上面に開口した一対の第３、第４の圧力検出孔２３ｃ、２３ｄ内との圧力をそれぞれ比較する。そして、その比較結果に基いて上記ボンディングヘッド１１の保持面１２がボンディングステージ４の載置面３に平行になるよう、上記Ｘ駆動源１３とＹ駆動源１４とを駆動制御し、上記ボンディングヘッド１１をＸ方向とＹ方向とに揺動駆動する。
なお、上記制御装置２８は、上記Ｚ駆動源６と上記真空ポンプ２７の駆動も制御するようになっている。

つぎに、上記構成の平行調整装置１によって保持面１２が載置面３に平行になるよう調整する手順を説明する。上記載置面３に設定治具２１を、その下面２１ａを下にして載置する。つぎに、Ｚ駆動源６を作動させてボンディングヘッド１１をその保持面１２が設定治具２１の上面２１ｂに対してわずかな隙間で接近する位置又は接触する位置まで下降させる。

ボンディングヘッド１１を所定の位置まで下降させたならば、真空ポンプ２７を作動させる。それによって、第１乃至第４の圧力検出孔２３ａ〜２３ｄ内が減圧される。そのとき、各圧力検出孔２３ａ〜２３ｄ内の圧力は、これらの他端が連通した第１乃至第４の長溝２２ａ〜２２ｄの閉塞度合によって異なる。つまり、長溝が開放されていれば、その長溝に連通する圧力検出孔内の減圧が行われ難くなるから、圧力が高くなる。

たとえば、図４に示すようにボンディングヘッド１１の保持面１２が設定治具２１の上面２１ｂに対してＸ方向にθ度傾いている場合、Ｘ方向である、設定治具２１の短手方向に位置する第３の長溝２２ｃと第４の長溝２２ｄとが上記保持面１２によって閉塞される度合に差が生じる。図４に示すように、保持面１２が第３の長溝２２ｃ側に低く傾斜していると、第３の圧力検出孔２３ｃ内の圧力が第４の圧力検出孔２３ｄ内の圧力よりも低くなる。

同様に、ボンディングヘッド１１の保持面１２がＸ方向と交差するＹ方向に傾いている場合、Ｙ方向である、長手方向に位置する第１の長溝２２ａと第２の長溝２２ｂとが上記保持面１２によって閉塞される度合に差が生じる。保持面１２が第１の長溝２２ａ側に低く傾斜していれば、第１の圧力検出孔２３ａ内の圧力が第２の圧力検出孔２３ｂ内の圧力よりも低くなる。

したがって、ボンディングヘッド１１を下降させた後、制御装置２８に入力される第１乃至第４の圧力センサ２４ａ〜２４ｄからの検出信号のうち、第１の圧力センサ２４ａと第２の圧力センサ２４ｂとの検出信号を比較し、第３の圧力センサ２４ｃと第４の圧力センサ２４ｄとの検出信号をそれぞれ比較すれば、上記設定治具２１の上面２１ａに対する上記保持面１２のＸ方向とＹ方向の傾き方向と傾き度合を求めることができる。

それによって、制御装置２８は保持面１２のＸ方向とＹ方向の傾き方向及び傾き度合に応じてＸ駆動源１３とＹ駆動源１４とを作動させ、この保持面１２が設定治具２１の上面２１ａに対して平行になるよう調整する。そのとき、各圧力センサ２４ａ〜２４ｄはそれぞれの圧力検出孔２３ａ〜２３ｄ内の圧力を検出し、その検出圧力が制御装置２８にフィードバックされる。そして、第１の圧力センサ２４ａと第２の圧力センサ２４ｂの検出信号及び第３の圧力センサ２４ｃと第４の圧力センサ２４ｄとの検出信号がそれぞれ等しくなるまで保持面１２の傾き調整が行なわれる。

それによって、ボンディングヘッド１１の保持面１２は設定治具２１の上面２１ｂ、つまりボンディングステージ４の載置面３に対して平行になるよう調整されることになる。

このような構成の平行調整装置１によれば、第１乃至第４の圧力検出孔２３ａ〜２３ｄ内に生じる負圧力の差に応じて載置面４に対する保持面１２の傾きを検出して調整している。そのため、ボンディングステージ４やボンディングヘッド１１が４００℃前後の使用状態の温度に加熱されていても、なんら支障なく、しかも確実に上記保持面１２の傾きを検出して調整することができる。

さらに、ボンディングステージ４とボンディングヘッド１１との温度を下げず、使用状態の温度で平行度を測定して調整することができるから、その作業性の向上を図ることができるばかりか、使用状態の温度での平行度を高精度に設定できるから、ボンディング精度の向上を図ることもできる。

第１乃至第４の圧力検出孔２３ａ〜２３ｄは、設定治具２１の上面に所定方向に沿って細長く形成された長溝２２ａ〜２２ｄを介して開口している。そのため、設定治具２１の上面２１ｂに対して保持面１２が平行な場合と、傾いている場合との圧力センサ２４ａ〜２４ｄが検出する各圧力検出孔２３ａ〜２３ｄ内の圧力差を長溝の開口面積によって大きくすることができる。それによって、検出感度を向上させることができるばかりか、平行度の調整も容易となる。

上記一実施の形態では設定治具の上面に４つの圧力検出孔を開口させたが、複数であればよく、好ましくは３つ以上の圧力検出孔を設ければ、保持面と設定治具の上面との平行度を検出して調整することが可能である。

また、上記一実施の形態では載置面に設定治具を載置し、この載置面に対する保持面の平行度を測定して調整したが、設定治具を用いずに、上記保持面に対向する面である、載置面に、上記一実施の形態と同様、長溝及びこれら長溝に開口する圧力検出孔を設けるようにしてもよい。なお、長溝を形成しなくても傾きの測定及び調整は可能である。

また、載置面と保持面との平行度を測定した後、保持面の傾きを制御してこれら載置面と保持面とを平行に調整したが、載置面の傾きを制御し、保持面に対して載置面が平行になるように調整してもよい。

また、圧力検出孔に真空ポンプを接続し、圧力検出孔内を減圧するようにしたが、真空ポンプに代えて加圧ポンプを接続し、圧力検出孔内の圧力を加圧するようにしても、その圧力の変動によって載置面と保持面との平行度を測定して調整することが可能である。

また、図５と図６に示すように、設定治具３０の上面３１ｂに１つの長溝３１を所定方向に沿って長く形成し、一端が側面に開口した圧力検出孔３２の他端を上記長溝３１の長手方向中途部に開口させ、この設定治具３０の上面３１ｂにボンディングヘッドの保持面を接近させるようにしてもよい。

その場合、圧力検出孔３２内を減圧或いは加圧しても、設定治具３０の上面３１ｂに対する上記保持面の傾き方向は判別できないが、上記長溝３１に連通する圧力検出孔３２内の圧力変動を測定し、その圧力が負圧の場合には最小、正圧の場合には最大となるよう上記保持面の傾きを調整することで、この保持面を載置面に対して平行に設定することができる。

この発明の一実施の形態のボンディング装置に平行調整装置を使用した状態の全体の概略的構成を示す説明図。 上記平行調整装置を構成する設定治具の斜視図。 上記設定治具の平面図。 設定治具の上面に対してボンディングヘッドの保持面がＸ方向に傾いているときの説明図。 この発明の他の実施の形態を示す設定治具の斜視図。 図５に示す設定治具の平面図。

符号の説明

３…載置面、４…ボンディングステージ、５…ボンディング機構、６…Ｚ駆動源、８…Ｘ揺動体、９…Ｙ揺動体、１１…ボンディングヘッド、１２…保持面、１３…Ｘ駆動源、１４…Ｙ駆動源、２１…設定治具、２２ａ〜２２ｄ…長溝、２３ａ〜２３ｄ…圧力検出孔、２４ａ〜２４ｄ…圧力センサ、２７…真空ポンプ、２８…制御装置。

Claims (5)

1. ボンディングステージの載置面と、ボンディングヘッドの保持面とのどちらか一方の傾きを調整して上記載置面と上記保持面とを平行に設定する平行調整装置において、
   上記保持面に対向する面に開口形成された複数の圧力検出孔と、
   各圧力検出孔内の圧力を減圧或いは加圧する圧力調整手段と、
   上記ボンディングヘッドを下降させてその保持面を上記圧力検出孔が開口した面に接近させたときに上記各圧力検出孔内の圧力差を検出する検出手段と、
   この検出手段が検出する各圧力検出孔内の圧力差に基いて上記載置面と上記保持面のどちらか一方の水平方向の傾きを制御する制御手段を具備し、
   上記保持面に対向する面には、この面の所定方向の一端部と他端部及びこの所定方向と交差する方向の一端部と他端部とにそれぞれ上記圧力検出孔が開口形成されていて、
   上記所定方向の一端部と他端部とに設けられる一対の圧力検出孔は、上記所定方向と交差する方向に沿って細長く開口形成され、上記所定方向と交差する方向の一端部と他端部とに形成される一対の圧力検出孔は、上記所定方向に沿って細長く開口形成されていることを特徴とする平行調整装置。
2. 上記載置面には、この載置面に載置される下面と、上記保持面が接する上面とが平行平面に形成された設定治具が設けられ、この設定治具の上面に上記複数の圧力検出孔が開口形成されていることを特徴とする請求項１記載の平行調整装置。
3. 複数の圧力検出孔は、上記ボンディングステージの載置面に開口形成されていることを特徴とする請求項１記載の平行調整装置。
4. ボンディングステージの載置面と、ボンディングヘッドの保持面とのどちらか一方の傾きを調整して上記載置面と上記保持面とを平行に設定する平行調整方法において、
   上記載置面に上記保持面を接近させたときに、この保持面に対向する面の複数箇所の圧力を減圧或いは加圧する工程と、
   上記載置面に上記保持面が接近したときに上記保持面に対向する面の減圧或いは加圧された複数箇所の圧力変動を検出する工程と、
   この圧力変動に基いて上記載置面と上記保持面のどちらか一方の水平方向の傾きを制御する工程を具備し、
   上記複数箇所の圧力変動を検出する工程は、上記保持面に対向する面に、この面の所定方向の一端部と他端部に上記所定方向と交差する方向に沿って細長く開口形成された一対の圧力検出孔及びこの所定方向と交差する方向の一端部と他端部とに上記所定方向に沿って細長く開口形成された一対の圧力検出孔の圧力変動を検出することを特徴とする平行調整方法。
5. 載置面を有するボンディングステージと、
   保持面を有するボンディングヘッドと、
   上記載置面と保持面とのどちらか一方の傾きを調整してこれら載置面と保持面とを平行に設定する平行調整装置とを備え、
   上記平行調整装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とするボンディング装置。

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