JP2001127077A - ボンディング装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップの被覆膜が剥離する不具合のな
いボンディング装置および方法を提供する。 【解決手段】 ボンディングユニット１４は、ボンディ
ングヘッドと、ボンディングヘッドから垂下するボンデ
ィングツール２０と、ボンディングツール２０と一体的
に設けられる超音波振動子２２とから構成される。膜４
８によって予め被覆された半導体チップ５０が表面を下
側に向けて裏面がボンディングツール２０の吸引孔２８
によって吸引、吸着される。基板４２が戴置されたステ
ージ１２の所定のボンディング位置まで搬送されると、
ボンディングツール２０が下動して半導体チップ５０が
加圧され、さらに、閉鎖弁３２が降下し、ボンディング
ツール２０の吸引孔２８の端面３０の開口が閉塞され
る。この押圧した状態で、超音波振動子２２が発振さ
れ、超音波振動によってボンディングされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディング装置
および方法に関し、一層詳細には、少なくとも保持され
る保持面が膜により被覆された半導体チップを配線基板
に超音波振動で接続するのに好適なボンディング装置お
よび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤレスボンディングの一種として、
例えば、半導体チップ表面の電極上にバンプと呼ばれる
突起電極を形成し、半導体チップの表裏を逆にして、セ
ラミック等の配線基板の電極（パッド）とバンプとを位
置合わせして、フェースダウンボンディングで実装する
いわゆるフリップチップボンディングが広く実施されて
いる。

【０００３】このフリップチップボンディングは、通
常、半導体チップの電極上にＳｎＰｂ系のはんだバンプ
を形成し、配線基板の電極と位置合わせした後、バンプ
を加熱溶融させて電極相互間を接合、固着するものであ
り、半導体パッケージの小型化、高密度実装化の観点か
らは理想的な実装方法ということができる。例えば、デ
ィスク装置内部に使用されるリードライト用のプリント
基板や磁気ヘッドスライダー支持用のサスペンションに
実装される半導体装置の場合、書き込み信号の周波数を
上げるためには信号伝送経路のインダクタンスおよび静
電容量を小さくする必要があり、この場合、ヘッドＩＣ
と磁気ヘッドスライダーとを近接してコンパクトに設け
ることが必至とされ、したがって、フリップチップボン
ディングが賞用される。

【０００４】このようなフリップチップボンディングを
行うための装置は、通常、半導体チップをボンディング
位置に吸着搬送する機構と、バンプを加熱溶融させて電
極相互間を接合、固着する機構とを有する。半導体チッ
プを吸着搬送する機構と半導体チップを加熱溶融させて
接合、固着する機構とは一般的には別々に設けられ、後
者については、通常、加熱源から発生する熱をバンプに
伝導することによって加熱溶融が行われる。

【０００５】しかしながら、上記の加熱源を用いた加熱
溶融方法では、加熱時の熱応力によりはんだが疲労破壊
を起こし信頼性の低下を来す原因になる等の問題があ
り、また、バンプの材料がはんだに制限される不都合も
ある。このような不具合を解消するためのフェイスダウ
ンボンディング方法が提案されている（特開昭５９−２
０８８４４号公報）。

【０００６】このフェイスダウンボンディング装置（フ
ェイスダウンボンダー）は、加熱源を用いた加熱溶融方
法に代えて、半導体チップに超音波振動を与えて基板に
接合するものであり、好適には、超音波振動は、発振子
を設けたホーンの先端に取付けられた真空吸着ノズルを
介して与えるものとされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人
は、上記したディスク装置内部に使用されるリードライ
ト用のプリント基板や磁気ヘッドスライダー支持用のサ
スペンションに実装される半導体装置に関して種々検討
を行っている。このディスク装置は、ヘッドスライダー
が高速回転するディスク（ハードディスク）よりサブミ
クロンオーダーで浮上する構造とされており、このた
め、塵埃が発生し付着するとヘッドクラッシュの原因と
なる。したがって、半導体装置等のヘッドアセンブリに
ついても使用時に基板等が欠ける等によってそれ自体か
ら塵埃を発生するおそれのないものであることが求めら
れる。

【０００８】本出願人は、この点に関して鋭意検討した
結果、半導体装置等を膜によって被覆することにより、
半導体装置等からの塵埃の発生を効果的に抑止できるこ
とを既に見出している。上記のディスク装置に用いられ
る半導体装置等の場合、半導体チップ表面に形成される
バンプの材料としては、はんだに代えてはんだとの濡れ
性の良好なＡｕ等が用いられる。

【０００９】このため、本出願人は、上記の半導体装置
等に適用するフリップチップボンディング方法として前
記した従来の超音波振動による接合方法の採用を検討し
た。しかしながら、従来の超音波振動による接合方法を
膜によって被覆された半導体装置等（以下、半導体チッ
プという。）に適用すると、真空吸着ノズルのノズル孔
に対応する半導体チップのベース基板の裏面の部位の膜
が剥離するという不具合のあることが判明した。この原
因は、半導体チップは真空吸着ノズルに押圧されてほぼ
一体的に振動するものの、厳密には、半導体チップの裏
面と真空吸着ノズルの端面とが微妙に摺動し、このと
き、真空吸着ノズルのノズル孔に対応する半導体チップ
のベース基板の裏面の部位の膜がノズル孔のエッジによ
って切削される状態が生じているためではないかと考え
られる。

【００１０】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、少なくともベース基板の裏面が膜により被覆
された半導体チップを配線基板に超音波振動によって接
続するボンディング装置および方法であって、半導体チ
ップの被覆膜が剥離する不具合のないボンディング装置
および方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るボンディン
グ装置は、少なくとも保持される保持面が膜により被覆
された半導体チップを配線基板に超音波振動で接続する
ためのボンディング装置であって、該ボンディング装置
は、パッド形成面を上に向けて該配線基板が戴置される
戴置台と、ボンディングユニットとを有し、該ボンディ
ングユニットは、該半導体チップの該保持面を吸着して
該戴置台のボンディング位置に搬送する吸着搬送部を有
し、該吸着搬送部は、該半導体チップの該保持面を吸着
するための吸引孔を有するとともに、該半導体チップの
該保持面を吸着するための該吸引孔の開口が形成される
端面を有し、該端面の開口を閉塞可能にする閉塞部材が
設けられることを特徴とする（請求項１に係る発明）。
ここで、半導体チップの保持される保持面とは、吸着搬
送部により吸着される側の面をいい、例えば、フリップ
チップボンディングの場合ではバンプの形成されていな
い裏面をいう。

【００１２】これにより、半導体チップの保持面を吸着
するときに吸着搬送部の端面の開口を閉塞部材によって
閉塞するため、半導体チップの被覆膜が剥離する不具合
がない。この場合、前記保持面は、前記半導体チップの
バンプの形成されていない裏面であり、前記ボンディン
グユニットは、前記半導体チップの該バンプが形成され
る表面を前記配線基板が戴置される前記戴置台に向けて
押圧する押圧部をさらに有するとともに、該半導体チッ
プを超音波振動させることにより該半導体チップの該バ
ンプと該配線基板の該パッドとを溶着させるための超音
波振動部が該押圧部と一体的に設けられると（請求項２
に係る発明）、フリップチップボンディング装置とし
て、上記本発明の効果を好適に奏することができる。

【００１３】また、この場合、前記ボンディングユニッ
トは、前記吸着搬送部と、前記押圧部および前記超音波
振動部とが別々に設けられ、該押圧部および該超音波振
動部は、該半導体チップの前記バンプの形成される表面
を前記配線基板が戴置される前記戴置台に向けて平面状
の端面により押圧するように構成されると（請求項３に
係る発明）、端部を平面状に形成した吸着搬送部によっ
て半導体チップの保持面を押圧することができ、一層好
適である。

【００１４】また、本発明に係るボンディング装置は、
少なくともベース基板のバンプが形成されていない裏面
が膜により被覆された半導体チップを配線基板にフェー
スダウンボンディングで接続するためのボンディング装
置であって、該ボンディング装置は、吸着搬送・押圧部
と、戴置ユニットとを有し、該吸着搬送・押圧部は、該
半導体チップの該裏面を吸着して該戴置台の所定のボン
ディング位置に搬送するための吸引孔を有するとともに
該吸引孔の開口が形成される端面を有し、さらに、該半
導体チップのバンプの形成される表面を該配線基板が戴
置される該戴置ユニットに向けて押圧するように構成さ
れ、該戴置ユニットは、パッド形成面を上に向けて該配
線基板が戴置される戴置台と、該配線基板を超音波振動
させることにより該半導体チップの該バンプと該配線基
板の該パッドとを溶着させるために該戴置台と一体的に
設けられる超音波振動部とを有することを特徴とする
（請求項５に係る発明）。この場合、押圧する段階にお
いて、吸着搬送・押圧部の端面の開口は閉塞されていて
もよく、また、開口されたままであってもよい。

【００１５】これにより、半導体チップは直接超音波振
動することがないため、一層好適に本発明の効果を奏す
ることができる。また、本発明に係るフリップチップボ
ンディング方法は、少なくともベース基板のバンプの形
成されていない裏面が膜により被覆された半導体チップ
を配線基板にフェースダウンボンディングで接続するフ
リップチップボンディング方法であって、該配線基板を
パッド形成面を上に向けて戴置台に戴置する戴置工程
と、該半導体チップの該裏面を真空源に付勢されて真空
とされた吸着部の端面により吸着して該戴置台の所定の
ボンディング位置に搬送する吸着・搬送工程と、該半導
体チップのバンプの形成される表面を該配線基板が戴置
される該戴置台に向けて押圧する押圧工程と、該半導体
チップを超音波振動させることにより該半導体チップの
該バンプと該配線基板の該パッドとを溶着させてボンデ
ィングするボンディング工程とから構成され、該押圧工
程において、該吸着部の該端面の開口を閉塞した状態で
該半導体チップの該裏面を押圧し、または、該吸着部と
は別に設けられる押圧部の平面状の端面によって該半導
体チップの該裏面を押圧することを特徴とする（請求項
４に係る発明）。

【００１６】これにより、半導体チップの裏面を押圧す
るときの吸着部の端面の開口を閉塞部材によって閉塞し
た状態とし、または、別に設けた押圧部の平面状の端部
によって押圧するため、半導体チップの被覆膜が剥離す
る不具合がない。また、この場合、前記ボンディング工
程において、前記戴置台を介して前記配線基板を超音波
振動させると（請求項６に係る発明）、半導体チップは
直接超音波振動することがなく、一層好適に本発明の効
果を奏することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係るボンディング装置お
よび方法の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例と
いう。）について、フリップチップボンディングを例に
とり、図を参照して、以下に説明する。ここで、本発明
に係るフリップチップボンディング装置および方法によ
ってフリップチップボンディングされる半導体チップに
ついて、図３を参照して、予め説明する。

【００１８】半導体チップ５０は、この場合バンプ４６
の形成される表面を含めてベース基板４７の全面が膜４
８によって予め被覆される。この半導体チップ５０のベ
ース基板４７は、例えば、シリコンやＧａＡｓ材料によ
って形成されるが、このようなベース基板４７は割れや
すいため、予め膜４８で被覆することによって割れを防
止するものである。しかしながら、本発明においては、
この膜４８は半導体チップ５０の全面を被覆することな
く、例えば、裏面（保持される保持面）のみを被覆する
ものであってもよい。膜４８は、例えば、高分子ポリパ
ラキシリレンよりなり、蒸着法等によって形成される。
なお、半導体チップ５０表面に形成されるバンプ４６お
よび後述する配線基板の表面に形成されるパッド４４は
この場合いずれもＡｕ材料を用いる。

【００１９】まず、本実施の形態の第１の例に係るフリ
ップチップボンディング装置および方法について、図１
〜図７を参照して説明する。フリップチップボンディン
グ装置（以下、単に装置ということがある。）１０は、
図１に示すように、ステージ（戴置台）１２とボンディ
ングユニット１４と制御部１６とから構成される。

【００２０】ステージ１２は基板（配線基板。以下、同
じ。）４２を戴置するためのものであり、基板４２を吸
引、吸着するための吸着孔１３が形成されている。ボン
ディングユニット１４は、ボンディングヘッド１８と、
ボンディングヘッド１８から垂下するボンディングツー
ル（吸着搬送・押圧部、吸着部）２０と、ボンディング
ツールと一体的に設けられる超音波振動子（超音波振動
部）２２とから構成されており、ボンディングユニット
１４の端部は装置１０の枠体２３に移動可能に係合され
ている。

【００２１】ボンディングヘッド１８にはロードセル・
押圧機構２４と真空弁２６とが内蔵されており、それぞ
れ図示しない電源および真空源に接続される。ロードセ
ル・押圧機構２４はボンディングツール２０を上下動す
るとともにボンディングツール２０を下動して半導体チ
ップ５０と当接させた後の加圧力を測定するためのもの
である。

【００２２】直方体状に形成されるボンディングツール
２０には、真空弁２６と連通する吸引孔２８が形成さ
れ、ボンディングツール２０の下端部は吸引孔２８の開
口を画成する端面３０とされており、この端面３０に半
導体チップ５０が吸引され、吸着される構成とされてい
る（図３参照。）。吸引孔２８には閉鎖弁（閉塞部材）
３２が挿入されており（図２参照。）、閉鎖弁３２はボ
ンディングツール２０の側面に設けられる閉鎖弁駆動部
３４に付勢されて昇降可能に構成される。この閉鎖弁３
２および閉鎖弁駆動部３４の詳細は後述する。

【００２３】超音波振動子２２はボンディングツール２
０に固着して設けられる。超音波振動子２２を発振させ
ることにより、ボンディングツール２０が超音波振動す
る。制御部１６には、超音波振動子２２を制御する制御
器２２ａ、ロードセル・押圧機構２４を制御する制御器
２４ａ、真空弁２６を制御する制御器２６ａおよび閉鎖
弁駆動部３４を制御する制御器３４ａがそれぞれ設けら
れ、さらにこれらの制御器２２ａ、２４ａ、２６ａ、３
４ａを総合的に制御する総合制御器１６ａが設けられ
る。

【００２４】ここで、図２を参照して、閉鎖弁３２およ
び閉鎖弁駆動部３４について、さらに説明する。前記の
とおりボンディングツール２０には、真空弁２６（図１
参照。）を介して真空源に連通する吸引孔２８が形成さ
れ、下方の端面３０は吸引孔２８に連通して開口されて
いる。吸引孔２８には閉鎖弁３２が挿入され、閉鎖弁３
２は閉鎖弁駆動部３４に設けられる図示しないモータに
付勢されてカム３６が回動することによって昇降可能と
されており、閉鎖弁駆動部３４が上昇した状態において
端面３０は開口状態とされ（図２（ａ））、閉鎖弁駆動
部３４が下降した状態において端面３０の開口は閉塞さ
れる（図２（ｂ））。この場合、閉鎖弁３２の端面は、
平面状であり、端面３０と閉鎖弁３２の端面とで段差等
のない単一な平面が形成される。なお、閉鎖弁３２のが
たつきを防止するため半円弧状のガイド３８が１組設け
られ、閉鎖弁３２が摺動する。また、モータおよびカム
３６はケース４０に収容され、ボンディングツール２０
の側面の開口部を閉塞する。なお、ここで、端面３０は
半導体チップ５０の裏面を完全に覆うのに十分な大きさ
に形成されている。

【００２５】上記のように構成される本実施の形態の第
１の例に係る装置１０を用いたフリップチップボンディ
ング方法を、図３〜図６の装置１０の側面図および図７
の動作のタイムチャートを参照して以下説明する。あら
かじめ、基板４２がパッド（電極）４４の形成された面
を上に向けてステージ１２上に戴置される（図３参
照。）。

【００２６】ついで、真空源が付勢され、真空弁２６が
開かれて真空源と吸引孔２８が連通し、真空圧がオンさ
れる（真空が付与される。時間Ｔ１）。そして、全面が
膜４８によって予め被覆された半導体チップ５０が表面
を下側に向けて裏面がボンディングツール２０の吸引孔
２８によって吸引、吸着される（時間Ｔ２）。この状態
で、図示しない移動機構に付勢されてボンディングユニ
ット１４が水平方向に移動して、半導体チップ５０は基
板４２が戴置されたステージ１２の所定のボンディング
位置まで搬送される（図３参照。）。

【００２７】半導体チップ５０が所定のボンディング位
置まで搬送されると、ついで、ロードセル・押圧機構２
４が付勢されてボンディングツール２０が下動して、半
導体チップ５０のバンプ４６が基板４２のパッド４４に
当接され、半導体チップ５０は位置決めされる（時間Ｔ
３）。このとき、半導体チップ５０は図示しない真空源
に付勢されて吸着孔１３を介して吸引され、ステージ１
２に吸着、固定される。その後、加圧（押圧）が開始さ
れ（時間Ｔ４）、予め設定された値まで、半導体チップ
５０が加圧（押圧）されると（時間Ｔ５）（図４参
照。）、加圧力が設定値に到達したことが検知されその
検知信号が制御部１６の総合制御器１６ａに送られ、総
合制御器１６ａから閉鎖弁駆動部３４を制御する制御器
３４ａに稼動指示信号が送られ、閉鎖弁駆動部３４のカ
ム３６が図５中反時計方向に回動されるることにより閉
鎖弁３２が降下し、ボンディングツール２０の端面３０
の開口が閉塞される（時間Ｔ５〜時間Ｔ６）。なお、こ
れに先立ち、例えば、時間Ｔ５の時点で真空源は停止さ
れ、真空圧がオフとなる。

【００２８】そして、この押圧した状態で、閉塞が完了
したことが検知されるとその検知信号が総合制御器１６
ａに送られ、総合制御器１６ａから超音波振動子２２の
制御器２２ａに発振指示信号が送られ、超音波振動子２
２が発振される（時間Ｔ７）。これにより、ボンディン
グツール２０および半導体チップ５０が図５中水平方向
に超音波振動することによってバンプ４６とパッド４４
とが溶着され、接合される（図５参照。）。予め設定さ
れた時間（時間Ｔ７から時間Ｔ８の間）発振が継続され
た後、総合制御器１６ａからの停止信号によって超音波
振動子２２の振動が停止される（時間Ｔ８）。

【００２９】接合が完了し、ボンディングが終了する
と、ロードセル・押圧機構２４が減勢され、ボンディン
グツール２０が上動する（時間Ｔ９〜時間Ｔ１０）。こ
れと並行して、閉鎖弁駆動部３４のカム３６が図６中時
計方向に回動されることにより閉鎖弁３２が上昇する
（図６）。そして、ボンディングユニット１４は移動機
構に付勢されて初期の所定の位置に復帰し、つぎの半導
体チップのボンディング作業待ちの状態となる（図３参
照。）。

【００３０】以上説明した本実施の形態の第１の例に係
るフリップチップボンディング装置１０をおよびフリッ
プチップボンディング方法によれば、半導体チップ５０
の裏面を押圧する際にボンディングツール２０の端面３
０の開口を閉鎖弁３２によって閉塞して単一な平面を形
成するため、超音波振動する際に半導体チップ５０の裏
面とボンディングツール２０との接合面が微妙に摺動し
ても、膜４８が端面３０の開口箇所のエッジによって切
削される状態が発生せず、膜４８の剥離を生じることが
ない。

【００３１】つぎに、本実施の形態の第２の例に係るフ
リップチップボンディング装置および方法について、図
８〜図１３を参照して説明する。以下の各実施の形態例
の説明において、本実施の形態の第１の例と同一の構成
要素や、作用については説明を省略することがある。装
置６０は、図８に示すように、１組のステージ（戴置
台）６２ａ、６２ｂとボンディングユニット６４と制御
部６５とから構成される。

【００３２】ステージ６２ａは、吸着・搬送される半導
体チップ８６を戴置して予め準備しておくためのもので
あり、ステージ６２ｂは、本実施の形態の第１の例のス
テージ１２と同様に基板８２を戴置するためのものであ
り、吸着孔１３が形成されている。ボンディングユニッ
ト６４は、本実施の形態の第１の例とは異なり、ボンデ
ィングヘッド（押圧・振動部）６６と半導体チップ吸着
・搬送ツール（吸着搬送部）６８とが分離して別々に設
けられており、ボンディングユニット６６および半導体
チップ吸着・搬送ツール６８はそれぞれ端部が装置６０
の枠体７０ａ、７０ｂに移動可能に係合される。

【００３３】ボンディングヘッド６６にはロードセル・
押圧機構７１が内蔵され、図示しない電源に接続され
る。また、ボンディングヘッド６６には直方体状のボン
ディングツール７２が垂下され、ボンディングツール７
２の下方の端面７２ａは平面状に形成される。ボンディ
ングツール７２に固着して超音波振動子７４設けられ
る。

【００３４】半導体チップ吸着・搬送ツール６８は、真
空弁７６が内蔵され、真空弁７６は図示しない真空源と
連通する。半導体チップ吸着・搬送ツール６８に垂下し
て吸着部７７が設けられ、吸着部７７には吸引孔７８が
形成される。吸引孔７８の一端部は真空弁７６と連通
し、一方、他端部が開口され、この開口を画成する吸着
部７７の端面８０が形成される（図９参照。）。但し、
本実施の形態第１の例とは異なり、閉鎖弁および閉鎖弁
駆動部は設けられていない。

【００３５】制御部６５は、およそ本実施の形態の第１
の例と同様の構成であり、上記の各構成要素に対応して
制御器が設けられる。上記のように構成される本実施の
形態の第２の例に係る装置６０を用いたフリップチップ
ボンディング方法を、図９〜図１３を参照して以下説明
する。あらかじめ、基板８２がパッド８４の形成された
面を上に向けてステージ６２ｂ上に戴置され、一方、膜
８５によって全表面が被覆された半導体チップ８６がバ
ンプ８８の形成された表面を下に向けてステージ６２ａ
上に戴置される（図９参照。）。なお、この時、ボンデ
ィングヘッド６６は基板８２戴置箇所からは退避して、
所定の位置に待機し、一方、半導体チップ吸着・搬送ツ
ール６８は半導体チップ８６戴置箇所のほぼ直上に位置
する。

【００３６】ここで、基板８２上にはエポキシ樹脂等を
材料とするタッキング材９０が配置されている。このタ
ッキング材９０は、半導体チップ８６を基板８２上に仮
置きして半導体チップ吸着・搬送ツール６８が半導体チ
ップ８６から離れた以降ボンディングツール７２が半導
体チップ８６に当接して位置決めが完了するまでの間、
位置ずれしないように半導体チップ８６と基板８２とを
粘着するために用いられる。なお、このタッキング材９
０はボンディングが完了した後に熱硬化させることによ
りアンダーフィルとして使用することができる。タッキ
ング材９０はバンプ８８とパッド８４の接合を妨げるこ
とのないようにパッド８４形成箇所を避けて配置され
る。

【００３７】基板８２および半導体チップ８６が準備さ
れると、ついで、図示しない上下動機構に付勢されて半
導体チップ吸着・搬送ツール６８が下動し、また、真空
源が付勢され、半導体チップ８６が吸着部７７の端面８
０に吸引、吸着される（図９参照。）。ついで、吸着部
７７が上下動機構に付勢されて上動した後、図示しない
移動機構に付勢されて半導体チップ吸着・搬送ツール６
８が水平方向に移動して、半導体チップ８６は基板８２
が戴置されたステージ６２ｂの所定のボンディング位置
まで搬送される。さらに、吸着部７７が下動して半導体
チップ８６は基板８２上に仮置きされ、半導体チップ８
６のバンプ８８が基板８２のパッド８４に当接される
（図１０参照。）。この時、上記したように、タッキン
グ材９０によって半導体チップ８６が基板８２に粘着さ
れ、位置ずれが防止される。

【００３８】ついで、真空源が停止されるとともに吸着
部７７は上下動機構に付勢されて上動し、さらに、半導
体チップ吸着・搬送ツール６８は移動機構に付勢されて
半導体チップ８６から退避し、ステージ６２ａ上方の所
定の位置に復帰する。一方、これと並行して、図示しな
い移動機構に付勢されてボンディングヘッド６６が半導
体チップ８６の直上の位置まで水平方向に移動し、さら
に、ロードセル・押圧機構７１が付勢されてボンディン
グツール７２が下動して、ボンディングツール７２の平
面状の端面が半導体チップ８６の裏面に当接される。
（図１１参照。）。ここで、ボンディングツール７２の
端面は、半導体チップ８６の裏面を完全に覆うことが出
来る大きさに形成されている。

【００３９】さらに、半導体チップ８６が予め設定され
た値まで、加圧（押圧）され、加圧力が設定値に到達す
ると、超音波振動子７４が発振され、図１２中水平方向
の超音波振動によってバンプ８８とパッド８４とが溶着
され、接合される（図１２参照。）。接合が完了し、ボ
ンディングが終了すると、ロードセル・押圧機構７１が
減勢され、ボンディングツール７２が上動する（図１３
参照。）。そして、ボンディングヘッド６６は初期の所
定の位置に復帰し、つぎの半導体チップのボンディング
作業待ちの状態となる。

【００４０】以上説明した本実施の形態の第２の例に係
るフリップチップボンディング装置６０をおよびフリッ
プチップボンディング方法によれば、ボンディングツー
ル７２の平面状の端面によって半導体チップ８６の裏面
を押圧するため、超音波振動する際に半導体チップ８６
の裏面とボンディングツール７２との接合面が微妙に摺
動しても、膜８５がボンディングツール７２によって切
削等される状態が発生せず、膜８５の剥離を生じること
がない。

【００４１】つぎに、本実施の形態の第３の例に係るフ
リップチップボンディング装置および方法について、図
１４〜図１８を参照して説明する。装置１００は、図１
４に示すように、戴置ユニット１０２とボンディングヘ
ッド１０４と制御部１０６とから構成される。戴置ユニ
ット１０２は、基板１２６を戴置するためのステージ１
０８と、真空弁１１０と、装置１００の基台１１２上に
ステージ１０８を支持する支持部材１１４に固着される
超音波振動子１１６とから構成される。真空弁１１０は
入り口側が図示しない真空源に接続されるとともに、出
口側には管路１１８の一端部が接続され、管路１１８の
他端部はステージ１０８に埋め込まれ、ステージ１０８
の上面中央部に開口１１８ａする。

【００４２】ボンディングヘッド１０４は、端部が装置
１００の枠体１２０に図示しない移動機構に付勢されて
移動可能に係合される。ボンディングヘッド１０４には
ロードセル・押圧機構１２２が内蔵され、図示しない電
源に接続される。また、ボンディングヘッド１０４には
直方体状のボンディングツール１２４が垂下され、ボン
ディングツール１２４の下端部には拡大段差部１２４ａ
が形成され、拡大段差部１２４ａには半導体チップ１３
２の裏面を収容可能なように半導体チップ１３２よりも
わずかに大きな寸法の凹部１２４ｂが形成される。した
がって、凹部１２４ｂに半導体チップ１３２を収容する
ことにより半導体チップ１３２が拘束されると半導体チ
ップ１３２の水平方向の動きが抑止される。なお、凹部
１２４ｂの底面は平坦に形成される。

【００４３】制御部１０６は、本実施の形態の第１の例
とほぼ同様の構成であり、上記の各構成要素に対応して
制御器が設けられる。上記のように構成される本実施の
形態の第３の例に係る装置１００を用いたフリップチッ
プボンディング方法を、図１５〜図１８を参照して以下
説明する。あらかじめ、基板１２６がパッド１２８の形
成された面を上に向けてステージ１０８上に戴置され
る。このとき、真空源が付勢されるとともに真空弁１１
０が開かれて、基板１２６の裏面が開口１１８ａに吸
引、吸着され、位置ずれが防止される。なお、ボンディ
ング終了まで吸着状態が維持される。一方、膜１３０に
よって全表面が被覆された半導体チップ１３２がバンプ
１３４の形成された表面を下に向けてボンディングツー
ル１２４の凹部１２４ｂ内に収容、拘束され、移動機構
に付勢されてボンディングヘッド１０４が水平方向に移
動することにより半導体チップ１３２戴置箇所のほぼ直
上の位置まで搬送される（図１５参照）。

【００４４】ついで、ロードセル・押圧機構１２２が付
勢されるとボンディングツール１２４が下動し、半導体
チップ１３２のバンプ１３４が基板１２６のパッド１２
８に当接され、位置決めされ、さらに、半導体チップ１
３２は予め設定された値まで、加圧（押圧）される（図
１６参照。）。加圧力が設定値に到達すると、超音波振
動子１１６が発振され、基板１２６および基板１２６上
のパッド１２８が図１７中水平方向に超音波振動して、
バンプ１３４とパッド１２８とが溶着され、接合される
（図１７参照。）。このとき、基板１２６はステージ１
０８に吸着され、固定され、一方、半導体チップ１３２
はボンディングツール１２４によって把持され、固定さ
れているため、いずれも位置ずれを生じることがない。

【００４５】接合が完了し、ボンディングが終了する
と、ロードセル・押圧機構１２２が減勢され、ボンディ
ングツール１２４が上動する（図１８参照。）。そし
て、装置１００は初期の所定の状態に復帰し、つぎの半
導体チップのボンディング作業待ちの状態となる（図１
４参照。）。以上説明した本実施の形態の第３の例に係
るフリップチップボンディング装置１００をおよびフリ
ップチップボンディング方法によれば、半導体チップ１
３２は直接超音波振動することがなく、また、半導体チ
ップ１３２はボンディングツール１２４の凹部１２４ｂ
によって把持され、固定されるため、基板１２６が超音
波振動する際に半導体チップ１３２を被覆する膜１３０
が切削等される状態が発生せず、膜１３０の剥離を生じ
ることがない。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に係るボンディング装置によれ
ば、戴置台と、ボンディングユニットとを有し、ボンデ
ィングユニットは、吸着搬送部を有し、吸着搬送部は、
吸引孔と、吸引孔の開口が形成される端面とを有し、閉
塞部材とを有するため、半導体チップの保持面を吸着す
るときに吸着搬送部の端面の開口を閉塞部材によって閉
塞することにより、半導体チップの被覆膜が剥離する不
具合がない。

【００４７】また、請求項２に係るボンディング装置に
よれば、保持面は、半導体チップのバンプの形成されて
いない裏面であり、ボンディングユニットは、押圧部を
さらに有するとともに、超音波振動部が該押圧部と一体
的に設けられるため、フリップチップボンディング装置
として、上記本発明の効果を好適に奏することができ
る。

【００４８】また、請求項３に係るボンディング装置に
よれば、ボンディングユニットは、吸着搬送部と、押圧
部および超音波振動部とが別々に設けられ、押圧部およ
び超音波振動部は、半導体チップのバンプの形成される
表面を平面状の端面により押圧するため、端部を平面状
に形成した吸着搬送部によって半導体チップの保持面を
押圧することができ、一層好適である。

【００４９】また、請求項５に係るボンディング装置に
よれば、フリップチップボンディング装置は、吸着搬送
・押圧部と、戴置ユニットとを有し、吸着搬送・押圧部
は、吸引孔と、吸引孔の開口が形成される端面を有し、
さらに、半導体チップのバンプの形成される表面を配線
基板が戴置される該戴置ユニットに向けて押圧するよう
に構成され、戴置ユニットは、戴置台と、該戴置台と一
体的に設けられる超音波振動部とを有するため、半導体
チップは直接超音波振動することがないため、一層好適
に本発明の効果を奏することができる。

【００５０】また、請求項４に係るフリップチップボン
ディング方法によれば、戴置工程と、吸着・搬送工程
と、押圧工程と、ボンディング工程とから構成され、押
圧工程において、吸着部の端面の開口を閉塞した状態で
半導体チップの裏面を押圧し、または、吸着部とは別に
設けられる押圧部の平面状の端面によって半導体チップ
の裏面を押圧するため、半導体チップの被覆膜が剥離す
る不具合がない。

【００５１】また、請求項６に係るフリップチップボン
ディング方法によれば、ボンディング工程において、戴
置台を介して配線基板を超音波振動させるため、半導体
チップは直接超音波振動することがなく、一層好適に本
発明の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の第１の例に係るフリップチップ
ボンディング装置を示す図であり、（ａ）は装置の正面
図であり、（ｂ）は装置の側面図である。

【図２】本実施の形態の第１の例の閉鎖弁の作用を説明
するためのものであり、（ａ）は閉鎖弁を上昇して端面
を開口した状態を示し、（ｂ）は閉鎖弁を下降して端面
の開口を閉塞した状態を示す。

【図３】本実施の形態の第１の例の装置の一部省略して
示す正面図であり、ボンディングユニットによって半導
体チップを吸着・搬送する状態を示す。

【図４】本実施の形態の第１の例の装置の一部省略して
示す正面図であり、ボンディングユニットによって半導
体チップを位置決めし、加圧する状態を示す。

【図５】本実施の形態の第１の例の装置の一部省略して
示す正面図であり、閉鎖弁を下降して端面の開口を閉塞
し、超音波振動によってボンディングする状態を示す。

【図６】本実施の形態の第１の例の装置の一部省略して
示す正面図であり、ボンディングユニットを上動すると
ともに閉鎖弁を上昇する状態を示す。

【図７】本実施の形態の第１の例の装置の動作を説明す
るためのタイムチャートである。

【図８】本実施の形態の第２の例に係るフリップチップ
ボンディング装置の正面図である。

【図９】本実施の形態の第２の例の装置の一部省略して
示す正面図であり、半導体チップ吸着・搬送ツールによ
って半導体チップを吸着する状態を示す。

【図１０】本実施の形態の第２の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、半導体チップ吸着・搬送ツールに
よって半導体チップを基板の位置まで搬送し、配置する
状態を示す。

【図１１】本実施の形態の第２の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、半導体チップ吸着・搬送ツールが
退避し、替わってボンディングツールが半導体チップを
加圧する状態を示す。

【図１２】本実施の形態の第２の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、超音波振動によってボンディング
する状態を示す。

【図１３】本実施の形態の第２の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、ボンディング終了後、ボンディン
グツールが上動する状態を示す。

【図１４】本実施の形態の第３の例に係るフリップチッ
プボンディング装置の正面図である。

【図１５】本実施の形態の第３の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、半導体チップを吸着したボンディ
ングヘッドが基板の上方に移動する状態を示す。

【図１６】本実施の形態の第３の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、ボンディングツールが半導体チッ
プを加圧する状態を示す。

【図１７】本実施の形態の第３の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、超音波振動によってボンディング
する状態を示す。

【図１８】本実施の形態の第３の例の装置の一部省略し
て示す正面図であり、ボンディング終了後、ボンディン
グツールが上動する状態を示す。

【符号の説明】

１０、６０、１００ フリップチップボンディング装置 １２、６２ａ、６２ｂ、１０８ ステージ １４、６４ ボンディングユニット １６、６５、１０６ 制御部 １８、６６、１０４ ボンディングヘッド ２０、７２、１２４ ボンディングツール ２２、７４、１１６ 超音波振動子 ２４、７１、１２２ ロードセル・押圧機構 ２６、７６、１１０ 真空弁 ３０、８０ 端面 ３２ 閉鎖弁 ３４ 閉鎖弁駆動部 ４２、８２、１２６ 基板 ４４、８４、１２８ パッド ４６、８８、１３４ バンプ ４８、８５、１３０ 膜 ５０、８６、１３２ 半導体チップ ６８ 半導体チップ吸着・搬送ツール ７７ 吸着部 ９０ タッキング材 １０２ 戴置ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海沼 則夫 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 岡田 徹 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5F047 AA17 FA08 FA41 FA46

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも保持される保持面が膜により
   被覆された半導体チップを配線基板に超音波振動で接続
   するためのボンディング装置であって、 該ボンディング装置は、パッド形成面を上に向けて該配
   線基板が戴置される戴置台と、ボンディングユニットと
   を有し、 該ボンディングユニットは、該半導体チップの該保持面
   を吸着して該戴置台のボンディング位置に搬送する吸着
   搬送部を有し、 該吸着搬送部は、該半導体チップの該保持面を吸着する
   ための吸引孔を有するとともに、該半導体チップの該保
   持面を吸着するための該吸引孔の開口が形成される端面
   を有し、該端面の開口を閉塞可能にする閉塞部材が設け
   られることを特徴とするボンディング装置。
2. 【請求項２】 前記保持面は、前記半導体チップのバン
   プの形成されていない裏面であり、 前記ボンディングユニットは、前記半導体チップの該バ
   ンプが形成される表面を前記配線基板が戴置される前記
   戴置台に向けて押圧する押圧部をさらに有するととも
   に、該半導体チップを超音波振動させることにより該半
   導体チップの該バンプと該配線基板の該パッドとを溶着
   させるための超音波振動部が該押圧部と一体的に設けら
   れることを特徴とする請求項1 記載のボンディング装
   置。
3. 【請求項３】 前記ボンディングユニットは、前記吸着
   搬送部と、前記押圧部および前記超音波振動部とが別々
   に設けられ、 該押圧部および該超音波振動部は、該半導体チップの前
   記バンプの形成される表面を前記配線基板が戴置される
   前記戴置台に向けて平面状の端面により押圧するように
   構成されることを特徴とする請求項２記載のボンディン
   グ装置。
4. 【請求項４】 少なくともベース基板のバンプの形成さ
   れていない裏面が膜により被覆された半導体チップを配
   線基板にフェースダウンボンディングで接続するボンデ
   ィング方法であって、 該配線基板をパッド形成面を上に向けて戴置台に戴置す
   る戴置工程と、 該半導体チップの該裏面を真空源に付勢されて真空とさ
   れた吸着部の端面により吸着して該戴置台の所定のボン
   ディング位置に搬送する吸着・搬送工程と、 該半導体チップのバンプの形成される表面を該配線基板
   が戴置される該戴置台に向けて押圧する押圧工程と、 該半導体チップを超音波振動させることにより該半導体
   チップの該バンプと該配線基板の該パッドとを溶着させ
   てボンディングするボンディング工程とから構成され、 該押圧工程において、該吸着部の該端面の開口を閉塞し
   た状態で該半導体チップの該裏面を押圧し、または、該
   吸着部とは別に設けられる押圧部の平面状の端面によっ
   て該半導体チップの該裏面を押圧することを特徴とする
   ボンディング方法。
5. 【請求項５】 少なくともベース基板のバンプが形成さ
   れていない裏面が膜により被覆された半導体チップを配
   線基板にフェースダウンボンディングで接続するための
   ボンディング装置であって、 該ボンディング装置は、吸着搬送・押圧部と、戴置ユニ
   ットとを有し、 該吸着搬送・押圧部は、該半導体チップの該裏面を吸着
   して該戴置台の所定のボンディング位置に搬送するため
   の吸引孔を有するとともに該吸引孔の開口が形成される
   端面を有し、さらに、該半導体チップのバンプの形成さ
   れる表面を該配線基板が戴置される該戴置ユニットに向
   けて押圧するように構成され、 該戴置ユニットは、パッド形成面を上に向けて該配線基
   板が戴置される戴置台と、該配線基板を超音波振動させ
   ることにより該半導体チップの該バンプと該配線基板の
   該パッドとを溶着させるために該戴置台と一体的に設け
   られる超音波振動部とを有することを特徴とするボンデ
   ィング装置。
6. 【請求項６】 前記ボンディング工程において、前記戴
   置台を介して前記配線基板を超音波振動させることを特
   徴とする請求項４記載のボンディング方法。