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図面 (10)

目的

本発明は、リードフレームダイステージ上にダイボンディングされた半導体素子ステージに対する位置ずれを検出する装置に関し、微小な位置ずれを確実に検出することを目的としている。

構成

ダイステージ4に搭載された半導体素子2に光を照射する光源7と、該光源7と半導体素子2の間に位置し、半導体素子2からの反射光のうち平行光、散乱光のいずれか一方のみを透過する光学系5と、該光学系5を透過した光のうちの特定の光のみ透過させて位置ずれ量を増幅させるような遮光パターンが形成されたスリット板9と、該スリット板9を透過した光を受光してその受光結果をもとに半導体素子2のダイステージに対する位置ずれ量を算出する位置ずれ検出部10を有する構成とする。

概要

背景

従来、リードフレームダイステージに搭載される半導体素子の位置は、顕微鏡を用いた目視に頼ることが殆どであった。それでも、4Mbit程度の半導体素子の場合は、それぼど位置精度が要求されず、大幅な位置ずれのものを検出できれば良かったため、問題とはならなかった。

しかしながら、半導体素子が16M、64Mbitと大容量化してくると、上記の如く厳しい位置精度が要求されるため、僅かな位置ずれを検出して、この結果をもとにダイボンダー等の制御を行うような必要がある。目視以外の方法として、光学的に検出する方法が配線パターン位置検出等において行われている。これはパターンエッジ部の散乱光暗視野光学系によって検出することで、その位置を確認するものである。

このような方法により、半導体素子の絶対的な位置を検出することは可能である。

概要

本発明は、リードフレームのダイステージ上にダイボンディングされた半導体素子のステージに対する位置ずれを検出する装置に関し、微小な位置ずれを確実に検出することを目的としている。

ダイステージ4に搭載された半導体素子2に光を照射する光源7と、該光源7と半導体素子2の間に位置し、半導体素子2からの反射光のうち平行光、散乱光のいずれか一方のみを透過する光学系5と、該光学系5を透過した光のうちの特定の光のみ透過させて位置ずれ量を増幅させるような遮光パターンが形成されたスリット板9と、該スリット板9を透過した光を受光してその受光結果をもとに半導体素子2のダイステージに対する位置ずれ量を算出する位置ずれ検出部10を有する構成とする。

目的

本発明は、以上のような課題を解決して、ダイステージに対する微小な半導体素子の位置ずれを正確に検出することのできる位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的としている。

効果

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請求項1

リードフレーム(3)のダイステージ(4)上に搭載された半導体素子(2)の位置検出を行う装置であり、少なくともダイステージ(4)に搭載された半導体素子(2)に光を照射する光源(7)と、該光源(7)と、半導体素子(2)の間に位置し、半導体素子(2)からの反射光のうち平行光、散乱光のいずれか一方のみを透過する光学系(5)と、該光学系(5)を透過した光のうちの特定の光のみ透過させて位置ずれ量を増幅させるような遮光パターンが形成されたスリット板(9)と、該スリット板(9)を透過した光を受光して、その受光結果をもとに半導体素子(2)のダイステージ(4)に対する位置ずれ量を算出する位置ずれ検出部(10)とを有することを特徴とする半導体素子の位置検出装置

請求項2

前記光学系(5)は暗視野光学系であり、半導体素子(2)及びダイステージ(4)のエッジ部からの散乱光を受け、エッジ形状に対応する枠状の光を透過するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の位置検出装置。

請求項3

前記スリット板(9)は、方形であり、4辺がそれぞれ長辺となるような4個の二等辺三角形の部分が光透過部(9a)となるように遮光膜(9b)が形成されていることを特徴とする請求項2記載の半導体素子の位置検出装置。

請求項4

前記スリット板は、その中心から外側に向かって放射状に延びるように光透過部(19a)と遮光部(19b)とが交互に形成されていることを特徴とする請求項2記載の半導体素子の位置検出装置。

請求項5

前記スリット板は、前記半導体素子(2)とダイステージ(4)のエッジ部に対応する枠状の光に対して所定角度傾斜する4本の線状の光透過部(29a)を有するように遮光膜(29b)が形成されていることを特徴とする請求項2記載の半導体素子の位置検出装置。

請求項6

前記位置ずれ検出部(10)に対向する位置にカケ検出部(15)を備え、前記光学系(5)を透過した光の進行方向を変えることのできる可動偏光ミラー(18)によって、適宜位置ずれ検出部(10)とカケ検出部(15)のいずれか一方に光を入射させることを特徴とする請求項1〜5記載の半導体素子の位置検出装置。

請求項7

前記位置ずれ検出部(10)によって算出される位置ずれ量を半導体素子(2)をダイステージ(4)に搭載するための装置にフィードバックする手段を有することを特徴とする請求項1〜6記載の半導体素子の位置検出装置。

請求項8

前記スリット板(9)の光透過部(9a)に集光作用を有するレンズを設けることを特徴とする請求項1〜7記載の半導体素子の位置検出装置。

請求項9

請求項3記載の前記スリット板(9)の二等辺三角形の光透過部(9a)を透過する4方向の光の長さを比較することで位置ずれ量を算出することを特徴とする半導体素子の位置検出方法

請求項10

請求項4記載の前記スリット板(19)の放射状の光透過部(19a)を 通過する光の数により位置ずれ量を算出することを特徴とする半導体素子の位置検出方法。

請求項11

請求項5記載の前記スリット板(29)の線状の光透過部(29a)を透過する光の間隔により位置ずれ量を算出することを特徴とする半導体素子の位置検出方法。

技術分野

0001

本発明は、半導体素子位置検出装置及び位置検出方法係り、特にリードフレームダイステージ上にダイボンディングされた半導体素子のステージに対する位置ずれを検出する装置及び方法に関する。近年、半導体装置大容量化に伴って高密度となっているため、ダイステージに搭載した際に、位置ずれが生じるとワイヤボンディングを行う時に、ワイヤ素子上のパッドに接続されないようなことが起こることになる。

0002

また、大容量化に伴って素子が大型化するのに対して、素子を搭載するステージは大きくせず小型化をはかっている。従って、寸法に余裕がなく、僅かな位置ずれでステージからはみ出してしまうことがある。以上のように、ダイステージに対する半導体素子の位置精度は、厳しくなっており、僅かな位置ずれを確実に検出することが望まれる。

背景技術

0003

従来、リードフレームのダイステージに搭載される半導体素子の位置は、顕微鏡を用いた目視に頼ることが殆どであった。それでも、4Mbit程度の半導体素子の場合は、それぼど位置精度が要求されず、大幅な位置ずれのものを検出できれば良かったため、問題とはならなかった。

0004

しかしながら、半導体素子が16M、64Mbitと大容量化してくると、上記の如く厳しい位置精度が要求されるため、僅かな位置ずれを検出して、この結果をもとにダイボンダー等の制御を行うような必要がある。目視以外の方法として、光学的に検出する方法が配線パターン位置検出等において行われている。これはパターンエッジ部の散乱光暗視野光学系によって検出することで、その位置を確認するものである。

0005

このような方法により、半導体素子の絶対的な位置を検出することは可能である。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、所定位置に対して僅かな位置ずれの場合には、その比較が困難であるため、ある程度大きな位置ずれの場合にしか検出することはできない。以上のように、従来の目視による検出、及び光学的な検出では、僅かな位置ずれを正確に検出することは困難であり、大容量化に伴った位置精度の向上を実現することができない。

0007

本発明は、以上のような課題を解決して、ダイステージに対する微小な半導体素子の位置ずれを正確に検出することのできる位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決する本発明は、リードフレーム3のダイステージ4上に搭載された半導体素子2の位置検出を行う装置であり、少なくともダイステージ4に搭載された半導体素子2に光を照射する光源7と、該光源7と、半導体素子2の間に位置し、半導体素子2からの反射光のうち平行光、散乱光のいずれか一方のみを透過する光学系5と、該光学系5を透過した光のうちの特定の光のみ透過させて位置ずれ量を増幅するような遮光パターンが形成されたスリット板9と、該スリット板9を透過した光を受光して、その受光結果をもとに半導体素子2のダイステージ4に対する位置ずれ量を算出する位置ずれ検出部10とを有することを特徴とする。

0009

上記の如き本発明によると、スリット板9により、例えば半導体素子の上下左右のずれ量に対して増幅されるように透過される光の長さが大きく変わるため、微小な位置ずれであっても、確実に検出することが可能となる。

0010

以下に、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の原理的な図であり、本発明の第1実施例を説明するための図でもある。図1に示すように、本実施例の位置検出装置は、半導体素子2が搭載されたリードフレーム3が載置されるステージ1、その上方に順次配置される暗視野光学系5及びハーフミラー6、これらハーフミラー6と暗視野光学系5を介してステージ1上のリードフレーム3に光を照射する光源7、リードフレーム3から反射して暗視野光学系5とハーフミラー6を透過した光を所定方向偏光する偏光ミラー8、所定パターン形状遮光膜が設けられ偏光された光の一部のみを透過させるスリット板9、スリット板9を透過した光を受光して位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部10とから成っている。

0011

尚、位置ずれ検出部10は、マトリクス状に配列される複数の受光素子からなるディテクタ11と、ディテクタ11による受光情報画像処理する画像処理部12と、画像処理部12により得られる画像情報演算することでずれ量を数値化する演算処理部13とを有している。リードフレーム3は、半導体素子2を搭載するダイステージ4と樹脂封止した際に外部に導出するリード端子等からなっており、半導体素子2がダイステージ4に搭載されて樹脂封止する前の状態で、ステージ1に載置される。

0012

リードフレーム3を載置した後、光源7から光照射が行われる。尚、光源7は白色光源である。光源7からの照射光はハーフミラー6により90°下方へ曲げられ、暗視野光学系5を通過してリードフレーム3上の半導体素子2付近へ到達する。半導体素子2に照射された光は、反射されるが半導体素子2のエッジ部分においては散乱光となって角度をもって反射することになる。暗視野光学系5はこのような散乱光の部分のみを透過させるものである。従って、半導体素子2のエッジ部分に対応する枠状の光が透過されていく。

0013

この枠状の光は、ハーフミラー6を通過し、偏光ミラー8によって偏光され、リードフレーム3のダイステージ4に対して正確な位置決めがなされているスリット板9に到達する。スリット板9には所定パターンの遮光膜が設けられており、枠状の光の一部のみを透過する。このスリット板9の作用について図2を用いて具体的に説明する。

0014

図2は、スリット板9の平面図を示すものであり、図2(a)はスリット板9を、図2(b)は光の透過状態を示している。本実施例では、スリット板9は、石英ガラスからなり半導体素子2の形状と略同様な方形をしており、一部を残してクロム膜による遮光膜9bが被着されている。遮光膜9bは、図2(a)に示すように、スリット板9の周囲の4辺をそれぞれ長辺としてできる4個の二等辺三角形光透過部9aとなるような形状で形成されている。

0015

図1における偏光ミラー8からの枠状の光は、その一部がスリット板9の遮光膜9bによって遮られ、図2(b)に示すように4方向の直線部分の光のみが透過する。半導体素子に位置ずれがない場合には、各透過光の長さS1〜S4は同じとなるが、位置ずれが生じている場合には、この長さS1〜S4にそれぞれ差ができる。

0016

以上の如く、スリット板9を透過した光は、位置ずれ検出部10のディテクタ11により受光される。そして、ディテクタ11による受光情報を元に、画像処理及び演算処理が、それぞれ画像処理部12と演算処理部13より行われ、半導体素子2のダイステージ4に対する位置ずれ量が数値化される。

0017

上述したように、リードフレーム3のダイステージ4に対して、半導体素子2の搭載位置がずれているような場合には、図2(b)に示すように、スリット板9を透過する直線状の4つの光の長さS1〜S4がそれぞれ異なる。この長さの違いを演算することにより位置ずれ量が認識できるのである。本実施例のスリット板9を用れば、その光透過部9aの傾斜角によって、半導体素子2の位置ずれ量を増幅して検出することができ、その精度は優れたものとなる。この傾斜角が大きくなるほど増幅度は大きくなる。

0018

例えば、スリット板9の一辺の長さLを10mm、光透過部9aの中央部の長さDを2mmとした場合には、X方向及びY方向のずれに対して、実際のずれ量の2.5倍の分解能を持つこととなる。即ち、半導体素子2の実際の位置ずれ量に対して、L/2Dだけ分解能が上がるのである。次に、第1実施例とは異なる遮光膜パターンを持つスリット板を用いる第2実施例について説明する。

0019

図3は、第2実施例におけるスリット板、及び光の透過状態を示す平面図である。本実施例のスリット板19は、図3(a)に示すように、中心から外側に向かって放射状の光透過部19a、遮光膜19bが交互に形成されて縞模様を成している。

0020

このスリット板19も、第1実施例の場合と同様、石英ガラスにクロム膜を被着させたものである。本実施例において、位置検出装置の全体構成は図1と同様であり、スリット板9に代えて図3(a)に示されるスリット板19を用いるものである。第1実施例と同様、スリット板19はリードフレーム3のダイステージ4に対して正確に位置決めされて配置されている。このような状態で光源7から光照射を行う。その後、スリット板19に到達するまでの光の進行は、第1実施例と同じであるため説明を省略する。

0021

スリット板19に到達した枠状の光は、図3(b)の拡大図に示すように、遮光膜19bにより遮られて、点線状の光となってディテクタ11に受光される。半導体素子2の位置ずれは、この点線状の光W1〜Wnの数によって検出することができる。具体的には、ディテクタ11における受光情報を元に画像処理部12にて画像処理して、X方向及びY方向の透過光の数をカウントし、比較する如き演算を演算処理部13にて行うことで半導体素子2のダイステージ4に対する位置ずれ量を認識することができる。

0022

例えば、半導体素子2の寸法が8mm□で、スリット板19の光透過部19a、遮光膜19bのそれぞれの角度が1°ずつずれて縞模様が形成されている場合には、半導体素子2が所定位置に対して70μmずれて搭載されると、透過光の本数が変化して位置ずれ検出が可能となる。以上のように、本実施例によれば、半導体素子2の位置ずれをスリット板19を透過する光の数で検出することができるため、微小な位置ずれも確実に検出することができる。

0023

次に、更に異なるスリット板を用いる第3実施例について説明する。図4(a)は、第3実施例におけるスリット板29の平面図を、図4(b)は、スリット板29の光の透過状態をそれぞれ示している。図4(a)に示すように、本実施例のスリット板29は、4本の線状の光透過部29aを有するように、遮光膜29bがパターン形成されている。これはやはり石英ガラスにクロム膜を被着したものである。

0024

本実施例においても、位置検出装置の全体構成は図1と同様であり、スリット板9に代えて図4に示されるスリット板29を用いるものである。本実施例では、第1実施例及び第2実施例とは異なり、スリット板29をリードフレーム3のダイステージ4に対してそれぼど正確に配置する必要はない。即ち、半導体素子2のエッジの検出と共に、ダイステージ4のエッジ検出を同時に行って両者の位置を比較することで、位置ずれの検出を行うものである。

0025

但し、スリット板29を半導体素子2等からの反射光に対して所定角度θだけ傾けて配置すると共に、光源7からの照射光が半導体素子2は勿論、ダイステージ4の周辺部にまで照射されるよう設定しておく必要がある。このような位置検出装置のステージ1上に半導体素子2を搭載したリードフレーム3を載置した後、光源7から光照射を行う。ハーフミラー6及び暗視野光学系5を通過して半導体素子2付近に到達した光は、反射されるが、半導体素子2のエッジ部及びダイステージ4のエッジ部では散乱光となって反射する。

0026

暗視野光学系5は、散乱光の部分のみを透過するため、半導体素子2及びダイステージ4のそれぞれのエッジ部に対応する2重の枠状の光が透過されていく。この2重の枠状の光は、ハーフミラー6を通過した後、偏光ミラー8によって偏光され、スリット板29に到達する。傾斜した状態で配置されるスリット板29に対して2重の枠状の光は図4(b)に示すように透過する。

0027

図4(b)に示すように、半導体素子2とダイステージ4のエッジ部に対応する枠状の光のうちその一部がスリット板29の光透過部29aに重なり、その部分のみ光が透過することになる。即ち、一本の光透過部29aに、半導体素子2とダイステージ4の枠状の光から一点(P1,P2)ずつ透過することになる。傾斜角θを考慮した上、この点P1,P2間の距離Sを、それぞれ検出して比較することで、半導体素子2のダイステージ4に対する位置ずれ量を検出することができる。

0028

具体的には、スリット板29を透過する光を受光するディテクタ11の受光情報を元に、画像処理部12で画像処理して、各点の間の距離を算出する等の演算処理を演算処理部13で行うことにより、ダイステージ4に対する半導体素子2の位置ずれ量が数値化される。本実施例の場合は、ステージ1上に載置されるリードフレーム3とスリット板29との位置決めをそれほど精度良く行わなくても、ダイステージ4に対する半導体素子2の位置ずれ量を正確に求めることができる。そのため、第1実施例及び第2実施例に比べ、装置の組立が容易になると共に、精度が向上する。

0029

以上のように、第1実施例〜第3実施例においては、スリット板を通過した光をディテクタ11で受光して、これを画像処理部12及び演算処理部13で処理することにより半導体素子2の位置ずれ量を数値化した。これに対して、それほど精度が要求されず、ある程度以上の位置ずれの有無を確認するような場合は、本発明の装置を簡易化してスリット板の透過光を顕微鏡を用いて目視することも可能である。

0030

図5は、目視により位置ずれ確認を行う第4実施例を説明するための位置検出装置を示すものである。本実施例の位置検出装置は、図1の位置検出装置における位置ずれ検出部10、即ち、ディテクタ11、画像処理部12及び演算処理部13が存在せず、スリット板9に対向する位置に顕微鏡14を配置している。スリット板は、図2(a)に示す第1実施例と同様なものを用いる。

0031

光源7から照射された光は、ハーフミラー6により下方に曲げられ、暗視野光学系5を通過してステージ1上に載置された半導体素子2付近に到達する。暗視野光学系5は、第1実施例同様半導体素子2のエッジ部における散乱光のみを透過させる。この透過光は、ハーフミラー6を通過して偏光ミラー8により偏光され、スリット板9に到達する。そして、図2(b)に示すように、4本の直線状の光が透過する。

0032

ここでダイステージ4に対して、半導体素子2に位置ずれがある場合には、4本の直線光の長さがそれぞれ異なることになる。しかも第1実施例においても説明したとおり、わずかな位置ずれであっても、そのずれ量が増幅されるように長さの変化として現れる。この増幅作用は、第1実施例において説明したとおりである。

0033

従って、これを顕微鏡14を用いて目視することで、微小な位置ずれも十分に確認することが可能となる。次に、ダイステージ4に対する半導体素子2の位置ずれを検出すると共に、半導体素子2のカケの検出を行うことができる本発明の第5実施例について説明する。

0034

半導体素子2をダイステージ4に搭載する工程等で、半導体素子2にカケが発生して、不良の原因となることがある。図6は、本発明の第5実施例の位置検出装置を示す図である。半導体素子2の位置の検出手段は、第1実施例と全く同様で、位置ずれ検出部10により行われるが、偏光ミラーを操作することで半導体装置のカケ検出も行うことができる構成となっている。

0035

これは、位置ずれ検出部10に対向するようにカケ検出部15が設けられると共に、左右に配置される位置ずれ検出部10と、カケ検出部15との間に回転可能な偏光ミラー18を設けることで可能となる。尚、偏光ミラー18は、ステッピングモータ等により回転させる。半導体素子2の位置ずれを検出する場合には、ハーフミラー6を通過した光が右方向に偏光されるように、偏光ミラー18を操作する。この場合には、第1実施例と同様に半導体装置2の位置ずれを検出することができる。

0036

また、半導体素子2のカケの有無を検出する場合には、偏光ミラー18を90度回転させることで、ハーフミラー6からの光を左方向に偏光させる。カケ検出については、後述するが、カケ部分からの散乱光の有無を検出するだけなので、位置ずれ検出に用いるスリット板は不要である。このような検出装置によれば、正確な位置ずれ量の検出と共に、ダイステージ4への搭載の際等に生じる半導体素子2のカケについても検出することが可能となる。

0037

ここで、カケ検出方法について、図7を参照しながら簡単に説明する。図7は、カケ検出部15におけるディテクタ16の受光状態を示す図であり、図7(a)は全体図、図7(b)は部分拡大図である。図6にといて、光源7から照射された光は、半導体素子2に到達して反射されるが、そのエッジ部等の平坦でない部分では散乱光が反射される。暗視野光学系5は、この散乱光の部分のみを透過するため、通常は半導体素子2のエッジに対応する枠状の光21がディテクタ16により受光される。

0038

図7(a)では、カケが存在する場合の受光状態を示しているが、枠状の一部が大きく欠如する欠如部22が存在している。これは、半導体素子2のカケの部分に対応する散乱光を暗視野光学系5が透過したことにより、ディテクタ16が受光したものである。この欠如部22の部分を拡大して図7(b)に示す。

0039

図7(b)においては、ディテクタ16で光を受光した部分を“1”、受光していない部分を“0”で示す。通常カケのない場合は、2列程度の受光素子が枠状に受光状態となるが、カケがあるような場合には、一定以上の範囲で受光状態となる。このような欠如した部分22の範囲が、例えば斜線で示すように5×5を超えるような場合にカケと判断することができる。このようなカケの判断は、図6に示される画像処理部17、演算処理部20にて行われる。

0040

また、第1実施例の装置におけるスリット板9を可動にして、スリット板9を透過させずにディテクタ11に反射光を送ることで、本実施例同様、カケ検出が可能となる。次に検出した位置ずれを半導体素子2をダイステージ4に搭載するためのダイボンダー23にフィードバックして、精度良く半導体素子2の搭載を行う第6実施例について説明する。

0041

図8は、本発明の第6実施例を説明するための検出装置を示す図であり、位置ずれ検出部10による位置ずれ情報がダイボンダー23にフィードバックされる構成となっている。尚、ダイボンダー23は半導体素子2をリードフレーム3上に搭載するコレット24、リードフレーム3を載置するステージ25、コレット24を動作させるコレット駆動部26、ステージ25を移動させるステージ駆動部27とから成っている。

0042

偏光ミラー18により半導体素子2からの反射光がスリット板9に入射され、位置ずれ検出部10により第1実施例と同様に位置ずれ量が算出される。この位置ずれ検出部10の情報をコレット駆動部26及びステージ駆動部27にフィードバックして、位置ずれの分だけそれぞれ移動させることで位置ずれのない半導体素子2の搭載を行うことができる。

0043

以上のような各実施例によれば、確実な位置ずれ検出、カケ検出、更に位置ずれ防止を可能にすることができる。従って、大容量化に伴う半導体装置の品質管理及び品質保証を行うことができる。更に、図9に断面図を示すが、第1実施例等のスリット板9の光透過部9aの下面に集光効果を有するレンズ28を設けることにより、ディテクタ11に対するコントラストが向上して、位置検出を更に精度良く行うことが可能となる。

0044

この集光レンズ27は、石英ガラスからなり、エポキシ樹脂等でスリット板9に接着する。尚、第2実施例、第3実施例のスリット板19、29に適用した場合でも、同様の効果があるのは勿論である。

0045

本発明によれば、ダイステージに対する半導体素子の位置ずれを、増幅した状態で検出することができるため、微小な位置ずれも確実に検出することが可能となる。従って、半導体素子の大容量化に伴う厳しい位置精度にも対応することができ、ワイヤボンディング等における不良品の発生を防止できる。

図面の簡単な説明

0046

図1本発明の第1実施例の位置検出装置を示す図である。
図2本発明の第1実施例におけるスリット板の平面図である。
図3本発明の第2実施例におけるスリット板の平面図である。
図4本発明の第3実施例におけるスリット板の平面図である。
図5本発明の第4実施例の位置検出装置を示す図である。
図6本発明の第5実施例の位置検出装置を示す図である。
図7本発明の第5実施例のカケ検出部におけるディテクタの受光状態を示す図である。
図8本発明の第6実施例の位置検出装置を示す図である。
図9集光レンズを設けたスリット板を示す断面図である。

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