JP2001345354A - フリップチップボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体チップの電極数が多くても、高い接合
強度でフリップチップボンディングできる装置を提供す
る。 【解決手段】 本フリップチップボンディング装置４０
は、真空チャンバ４２及びシリンジ４４を有するフリッ
プチップヘッド４６と、フリップチップヘッド４６をＸ
Ｙ方向に揺動して半導体チップのバンプでインターポー
ザ基板の電極をスクラビングするスクラビング機構４７
とを備えていることを除いて、従来のフリップチップボ
ンディング装置と同じ構成を備える。フリップチップヘ
ッドは、チップホルダ３４を覆うような、下部開放型の
真空チャンバ４２をフリップチップヘッド本体３２の下
方に備える。チャンバ内を減圧し、減圧状態で、半導体
チップをインターポーザ基板に接触させ、熱圧着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップボ
ンディング装置に関し、更に詳細には、高い接合強度で
半導体チップをインターポーザ基板にフリップチップボ
ンディングする装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化に伴い、半導体装置の
高密度実装化が要求され、その要求を満たす方策の一つ
として、フリップチップボンディングによる半導体チッ
プの実装方式が注目されている。フリップチップボンデ
ィングによる実装方式では、リードに代えて半導体チッ
プの電極を実装基板（インターポーザ基板）との接続部
とするフリップチップ型半導体チップが使用される。実
装に当たっては、先ず、バンプ形成装置を使ってフリッ
プチップ型半導体チップの電極上にバンプ、例えばＡｕ
バンプを形成し、次いでフリップチップボンディング装
置を使って、インターポーザ基板の電極に対して半導体
チップの電極上のバンプを位置決めし、次いでインター
ポーザ基板の電極とバンプとをはんだ接合又は熱圧着す
ることにより、半導体チップをインターポーザ基板に実
装する。

【０００３】ここで、図９及び図１０を参照して、従来
のフリップチップボンディング装置の構成を説明する。
図９は従来のフリップチップボンディング装置の構成を
示す平面図、及び図１０はフリップチップヘッドの構成
を示す模式図である。フリップチップボンディング装置
１０は、図９に示すように、装置全体を支持する基台１
２と、基台１２上に、それぞれ、設置された、主要部で
あるフリップチップヘッド１４と、ロボットアーム１６
を備えたチップ供給部１８と、インターポーザ基板を基
板トレイに収容しているインターポーザ基板供給部２０
と、インターポーザ基板供給部２０からインターポーザ
基板をフリップチップステージ２６上に搬送するインタ
ーポーザ搬送部２２と、フリップチップボンディングし
たインターポーザ基板を収納する収納部２４と、インタ
ーポーザ基板を載置させるフリップチップステージ２６
とを備えている。

【０００４】チップ供給部１８は、画像認識カメラ２８
を備え、画像認識カメラ２８で対象の半導体チップを認
識しつつ、ロボットアーム１６によって、チップトレイ
から対象の半導体チップを取り出し、反転してバンプを
下に向けた状態で待機させる。

【０００５】フリップチップヘッド１４は、半導体チッ
プをインターポーザ基板にフリップチップボンディング
する際のボンディング機構として機能し、画像認識カメ
ラ３０を備え、チップ供給部１８から対象の半導体チッ
プを受け取り、Ｘ方向及びＹ方向に自在に移動して、画
像認識カメラ３０で半導体チップを認識しつつフリップ
チップステージ２６に載置されたインターポーザ基板上
に位置決めする。即ち、フリップチップヘッド１４は、
図１０に示すように、フリップチップヘッド本体３２
と、フリップチップヘッド本体３２の下部に連結され、
下面に半導体チップを吸着保持するチップホルダ３４と
を備え、図９に示すフリップチップヘッド駆動装置３２
によって、フリップチップステージ２６上でＸ、Ｙ及び
Ｚ方向に自在に移動できるようになっている。また、チ
ップホルダ３４は、フリップチップヘッド本体３２と一
体的に動き、フリップチップステージ２６上に載置され
ているインターポーザ基板の電極上に、半導体チップの
電極に形成されたＡｕバンプを接触させて、熱圧着する
ことにより、半導体チップとインターポーザ基板とを接
合する。

【０００６】インターポーザ搬送部２２は、基台１２上
でＸ−Ｙ方向に自在に移動して、インターポーザ基板供
給部２０からインターポーザ基板をフリップチップステ
ージ２６の所定位置に載置させる。フリップチップステ
ージ２６は、載置させたインターポーザ基板を加熱する
加熱手段を備えている。

【０００７】半導体チップをインターポーザ基板上にフ
リップチップボンディングする際には、先ず、バンプ形
成装置（図示せず）を使って半導体チップの各電極にＡ
ｕバンプ（以下、簡単にバンプと言う）を形成し、チッ
プ供給部１８のチップトレイに供給する。チップ供給部
１８に供給された半導体チップは、バンプを上方に向け
てチップトレイ上に並べられている。次いで、インター
ポーザ基板供給部２０からインターポーザ基板をインタ
ーポーザ搬送部２２によってフリップチップステージ２
６上に搬送し、位置決めして載置する。一方、チップ供
給部１８のチップトレイに収容されている半導体チップ
を画像認識カメラ２８で認識しつつロボットアーム１６
によって取り出し、反転させて待機させる。次いで、フ
リップチップヘッド１４のチップホルダ３４の下端に半
導体チップを吸着保持し、インターポーザ基板上に搬送
する。そして、画像認識カメラ３０によって位置を認識
しつつフリップチップステージ２６に載置されているイ
ンターポーザ基板上に位置決めする。続いて、フリップ
チップヘッド１４を下降させ、半導体チップのバンプを
インターポーザ基板の電極上に接触させ、熱圧着するこ
とにより、半導体チップをインターポーザ基板に接合す
ることができる。更に、別の装置で、半導体チップとイ
ンターポーザ基板のダイボンディング領域との間隙にア
ンダーフィル剤を圧入して間隙を埋める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のプチッ
プボンディング装置には、以下に挙げるような問題があ
った。第１の問題は、半導体装置の複雑化に応じて半導
体チップの電極の数は増加しているが、従来のフリップ
チップボンディング装置を使った熱圧着接合では、電極
の数、すなわちバンプ数の増加に伴い、半導体チップの
バンプとインターポーザ基板の電極との接合強度が低下
することである。尚、半導体チップの電極に形成された
Ａｕバンプとインターポーザ基板の電極との接合強度を
高めるためには、熱圧着接合時の基板温度を上昇させる
ことが一つの方法であるが、インターポーザ基板がプラ
スチック基板の場合、耐熱温度が２３０℃程度である。
現在、基板温度を２３０℃に近い温度に加熱しているの
で、これ以上に温度を上げて、接合強度を高めることは
難しい。

【０００９】第２の問題は、フリップチップボンディン
グの後、半導体チップとインターポーザ基板との間隙に
アンダーフィル剤を圧入して充填しているが、フリップ
チップボンディング装置とは別に充填装置を必要とする
ために、設備費が嵩むということである。

【００１０】そこで、本発明の目的は、半導体チップの
電極数が多くても、高い接合強度でフリップチップボン
ディングできるフリップチップボンディング装置、更に
はアンダーフィル剤の充填とフリップチップボンディン
グとを一体化したフリップチップボンディング装置を提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のフリップチップボンディング装置（以下、
第１の発明と言う）は、インターポーザ基板を載置させ
たＸ−Ｙステージ上で、Ｘ方向及びＹ方向に自在に移動
して、半導体チップをインターポーザ基板上に位置決め
し、次いでＺ方向に下降して半導体チップの電極上に形
成されているバンプをインターポーザ基板の電極に接触
させ、押圧するフリップチップヘッドを備えて、半導体
チップをインターポーザ基板に熱圧着によりフリップチ
ップボンディングする装置において、フリップチップヘ
ッドの下部に設けられ、半導体チップをインターポーザ
基板に接触させた際、半導体チップ及びインターポーザ
基板を覆って外部と気密に遮断するチャンバと、チャン
バ内の圧力を減圧する減圧手段とを備え、チャンバ内を
減圧して、減圧雰囲気下で、半導体チップをインターポ
ーザ基板に接触させ、熱圧着するようにしたことを特徴
としている。

【００１２】第１の発明で使用する減圧手段は、チャン
バ内を減圧できる限り、その構成は問わない。第１の発
明では、半導体チップの電極上のバンプがインターポー
ザ基板の電極に熱圧着する際、チャンバ内を減圧状態に
することにより、チャンバ内の空気の対流が抑制され、
対流による熱圧着接合部からの熱損失を低減できるの
で、熱伝達効率が著しく向上し、接合強度を高めること
ができる。また、従来のように、熱圧着接合部が、空気
によって酸化され、接合強度が低下するようなことが生
じない。更には、減圧下で熱圧着接合し、次いで大気圧
に戻した際、接合部が大気圧に押圧されて、接合が更に
完全になるので、接合強度が一層高くなる。第１から第
４の発明において、バンプの材質には制約はなく、例え
ばＡｕバンプを使用する。

【００１３】また、本発明の別のフリップチップボンデ
ィング装置（第２の発明と言う）は、インターポーザ基
板を載置させたＸ−Ｙステージ上で、Ｘ方向及びＹ方向
に自在に移動して、半導体チップをインターポーザ基板
上に位置決めし、次いでＺ方向に下降して半導体チップ
の電極上に形成されているバンプをインターポーザ基板
の電極に接触させ、押圧するフリップチップヘッドを備
えて、半導体チップをインターポーザ基板に熱圧着によ
りフリップチップボンディングする装置において、フリ
ップチップヘッドの下部に設けられ、半導体チップをイ
ンターポーザ基板に接触させた際、半導体チップ及びイ
ンターポーザ基板を覆って外部と気密に遮断するチャン
バと、チャンバに不活性ガスを流入出させる手段とを備
え、チャンバ内に不活性ガスを導入して、不活性ガス雰
囲気下で、半導体チップをインターポーザ基板に接触さ
せ、熱圧着するようにしたことを特徴としている。

【００１４】第２の発明で使用する不活性ガスは、溶融
バンプに対して非反応性の不活性ガスであれば良く、例
えば窒素ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等を使用する。不
活性ガスを流入出させる手段は、チャンバ内に不活性ガ
スを流入出させることができる限り、その構成は問わな
い。例えば、窒素ガスボンベ、或いはアルゴンガスボン
ベから窒素ガス或いはアルゴンガスをチャンバに流入さ
せ、次いでチャンバから外部に流出させるようにしても
良い。第２の発明では、半導体チップの電極上のバンプ
がインターポーザ基板の電極に熱圧着する際、チャンバ
内に不活性ガスを導入することにより、チャンバ内の空
気の分圧が著しく減少し、従来のように、溶融バンプが
酸化して接合強度が低下するようなことが生じない。

【００１５】本発明の更に別のフリップチップボンディ
ング装置（以下、第３の発明と言う）は、インターポー
ザ基板を載置させたＸ−Ｙステージ上で、Ｘ方向及びＹ
方向に自在に移動して、半導体チップをインターポーザ
基板上に位置決めし、次いでＺ方向に下降して半導体チ
ップの電極上に形成されているバンプをインターポーザ
基板の電極に接触させ、押圧するフリップチップヘッド
を備えて、半導体チップをインターポーザ基板に熱圧着
によりフリップチップボンディングする装置において、
フリップチップヘッドをＸ方向及びＹ方向の少なくとも
いずれかの方向に揺動して、フリップチップヘッドの下
端に保持した半導体チップのバンプでインターポーザ基
板の電極をスクラビングするスクラビング機構を備えて
いることを特徴としている。

【００１６】第３の発明では、フリップチップヘッドの
移動量、即ちスクラビング動作する半導体チップのバン
プの移動量は、インターポーザ基板の電極の大きさに応
じて、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下でも、また、１
０μｍ以上５０μｍ以下でも良い。第３の発明では、半
導体チップのバンプをインターポーザ基板の電極に押圧
して熱圧着部を形成した際、スクラビング機構によっ
て、フリップチップヘッドをＸ方向及びＹ方向の少なく
ともいずれかの方向に揺動して、フリップチップヘッド
に下端に保持した半導体チップのバンプでインターポー
ザ基板の電極をスクラビング（Scrubbing ）して、熱圧
着部に存在する酸化物、有機物、気泡等の異物を除去す
ることにより、接合強度を高めることができる。

【００１７】本発明の更に別のフリップチップボンディ
ング装置（以下、第４の発明と言う）は、インターポー
ザ基板を載置させたＸ−Ｙステージ上で、Ｘ方向及びＹ
方向に自在に移動して、半導体チップをインターポーザ
基板上に位置決めし、次いでＺ方向に下降して半導体チ
ップの電極上に形成されているバンプをインターポーザ
基板の電極に接触させ、押圧するフリップチップヘッド
を備えて、半導体チップをインターポーザ基板に熱圧着
によりフリップチップボンディングする装置において、
下方に開口する四角錐状の凹部と、凹部を真空吸引装置
に連通する連通管とを有するチップホールド治具が、フ
リップチップヘッドに設けられ、半導体チップをインタ
ーポーザ基板にフリップチップボンディングする際、四
角錐状の凹部の四面の壁に半導体チップの縁部を接触さ
せ、真空吸引することにより、凹部内に半導体チップの
一部を収容するようにして、半導体チップを保持するこ
とを特徴としている。

【００１８】第４の発明では、四角錐状の凹部の四面の
壁に半導体チップの縁部を接触させ、真空吸引すること
により、半導体チップのバンプとインターポーザ基板の
電極との位置合わせを、高精度、例えば±３０μｍの寸
法精度で厳密に行うことができる。

【００１９】本発明の好適な実施態様では、アンダーフ
ィル剤を収容するシリンジ本体と、シリンジ本体に収容
したアンダーフィル剤を吐出するニードルとを有するシ
リンジ機構をフリップチップヘッドに備え、半導体チッ
プをインターポーザ基板上にフリップチップボンディン
グする前に、インターポーザ基板のダイボンディング領
域にアンダーフィル剤を塗布するようにする。これによ
り、従来、フリップチップボンディングした後に、半導
体チップとインターポーザ基板との間隙にアンダーフィ
ル剤を充填するという困難な作業に代えて、作業能率の
高い塗布作業で半導体チップとインターポーザ基板との
間隙をアンダーフィル剤で充填することができる。ま
た、充填装置の設備費を節約することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
の形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。 実施の形態例１ 本実施の形態例は、第１及び第２の発明を組み合わせた
実施の形態例であって、図１は本実施の形態例のフリッ
プチップボンディング装置の構成を示す平面図、図２は
本実施の形態例のフリップチップボンディング装置に設
けたフリップチップヘッドの構成を示す模式的断面図、
及び図３（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、フリップチップ
ヘッドに設けたシリンジの動作を示す斜視図である。本
実施の形態例のフリップチップボンディング装置４０
は、図１に示すように、フリップチップヘッドの構成を
除いて、つまり、真空チャンバ４２及びシリンジ４４を
有するフリップチップヘッド４６と、フリップチップヘ
ッド４６をＸ方向及びＹ方向に揺動して半導体チップの
バンプでインターポーザ基板の電極をスクラビングする
スクラビング機構４７とを備えていることを除いて、従
来のフリップチップボンディング装置１０と同じ構成を
備えている。

【００２１】本実施の形態例のフリップチップボンディ
ング装置４０に設けたフリップチップヘッド４６は、図
２に示すように、チップホルダ３４を覆う下部開放型の
真空チャンバ４２をフリップチップヘッド本体３２の下
方に備えている。

【００２２】真空チャンバ４２は、下端縁でインターポ
ーザ基板と接触して内部を真空に保持するようになって
おり、インターポーザ基板と接触する下端縁には耐熱性
のパッキン４８を有し、接触部を気密に封止するように
なっている。また、フリップチップヘッド本体３２とチ
ップホルダ３４との連結部４９と真空チャンバ４２との
間にも気密に封止するために耐熱性のパッキン５０が取
り付けてある。真空チャンバ４２は、上部に真空吸引装
置（図示せず）に接続された吸引口５２と、真空チャン
バ４２内の真空度を測定し、操作盤（図示せず）に測定
した真空度を出力する真空センサ５４とを備えている。

【００２３】更に、フリップチップヘッド４６は、その
前面にシリンジ４４を備えている。シリンジ４４は、図
３（ａ）に示すように、アンダーフィル剤を収容するシ
リンジ本体５６と、シリンジ本体５６の下端に設けられ
たニードル５８とから構成されている。シリンジ本体５
６内のアンダーフィル剤は、図３（ａ）に示すように、
図示しないプランジャによって押し出されて、ニードル
５８の先端からインターポーザ基板のダイボンディング
領域に吐出される。次いで、チップホルダ３４（図２参
照）に保持されたバンプ形成済み半導体チップのバンプ
を、図３（ｂ）に示すように、インターポーザ基板の電
極に位置合わせして熱圧着することにより、半導体チッ
プをインターポーザ基板にフリップボンディングするこ
とができる。

【００２４】また、本実施の形態例のフリップボンディ
ング装置４０は、フリップチップヘッド４６をＸ方向及
びＹ方向に揺動させて、半導体チップ上に形成されてい
るバンプでインターポーザ基板の電極をスクラビングす
るスクラビング機構４７をフリップヘッド駆動装置３６
に備えている。

【００２５】以下に、図４を参照して、本実施の形態例
のフリップチップボンディング装置４０を使ったフリッ
プチップボンディングの操作手順を説明する。図４は本
実施の形態例のフリップチップボンディング装置４０の
操作手順を示すフローチャートである。ステップＳ₁ で
は、先ず、インターポーザ基板供給部２０からインター
ポーザ基板をインターポーザ搬送部２２でフリップチッ
プステージ２６上に供給し、画像認識カメラ３０によっ
て位置を認識しつつ位置決めして、載置する。次いで、
フリップチップヘッド４６に取り付けてあるシリンジ４
４で、前述したように、インターポーザ基板のダイボン
ディング領域にアンダーフィル剤を塗布する。

【００２６】次いで、ステップＳ₂ で、チップ供給部１
８のチップトレイに収容されている半導体チップを画像
認識カメラ２８で認識しつつロボットアーム１６によっ
て取り出し、反転させて待機させる。続いて、フリップ
チップヘッド４６のチップホルダ３４の下面に吸着保持
してフリップチップステージ２６に載置されているイン
ターポーザ基板上に搬送し、画像認識カメラ３０によっ
て位置を認識しつつインターポーザ基板上に位置決めす
る。次に、ステップＳ₃ で、フリップチップヘッド本体
３２をＺ方向に下降させて、真空チャンバ４２の下端縁
のパッキン４８をインターポーザ基板と接触させると共
に吸引口５２を介して真空チャンバ４２内を減圧する。
続いて、ステップＳ₄ では、真空センサ５４で計測値が
設定値に達した時点で、更に、フリップチップヘッド本
体３２を下降させ、半導体チップのバンプでインターポ
ーザ基板の電極を押圧する。真空雰囲気下の接触状態に
することにより、熱伝達効率が高まる。

【００２７】次いで、ステップＳ₅ では、スクラビング
機構４７を起動して、０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲
の小さな移動量でＸ方向及びＹ方向にフリップチップヘ
ッド４６を揺動させ、半導体チップのバンプでインター
ポーザ基板の電極をスクラビングする動作を開始させ
る。同時に、スクラビング動作の経過時間を計時するタ
イマを動作させる。ステップＳ₆ で、タイマの終点で、
スクラビング動作を終了する。これにより、熱圧着接合
部の酸化物、有機物、気泡等の異物が除去され、半導体
チップの電極はバンプを介してインターポーザ基板の電
極に熱圧着される。ステップＳ₇ で、真空チャンバ４２
内の圧力を大気圧に戻し、フリップチップヘッド４６を
上昇させることにより、接合作業は終了する。スクラビ
ング動作の終了後、真空チャンバ４２内を大気圧に戻す
ことにより、熱圧着接合部が大気圧を受け、接合強度が
一層高くなる。ステップＳ₈ で、半導体チップを接合さ
せたインターポーザ基板を収納部２４にインターポーザ
搬送部２２によって搬出する。

【００２８】本実施形態例では、半導体チップの電極上
のバンプがインターポーザ基板の電極に熱圧着する際、
真空チャンバ４２内を減圧状態にすることにより、真空
チャンバ４２内の空気の対流が抑制され、空気の対流に
よる熱損失を低減できるので、熱伝達効率が著しく向上
する。また、従来のように、熱圧着接合部が酸化して接
合強度が低下するようなことが生じない。更には、減圧
下で接合し、次いで大気圧に戻した際、熱圧着接合部が
大気圧に押圧されて、接合強度が一層高くなる。また、
半導体チップのバンプをインターポーザ基板の電極に押
圧して熱圧着接合部を形成する際、スクラビング機構４
７によって、フリップチップヘッドをＸ方向及びＹ方向
に揺動して、フリップチップヘッド４６の下端に保持し
た半導体チップのバンプでインターポーザ基板の電極を
スクラビングして、熱圧着接合部に存在する酸化物、有
機物、気泡等の異物を除去することにより、接合強度を
更に増大させることができる。

【００２９】実施の形態例２ 本実施の形態例は、第３の発明の実施形態の一例であっ
て、図５は本実施の形態例のフリップチップボンディン
グ装置の構成を示す平面図、図６は本実施の形態例のフ
リップチップボンディング装置に設けたフリップチップ
ヘッドの構成を示す模式的断面図、図７（ａ）及び
（ｂ）は、それぞれ、フリップチップヘッドに設けたチ
ップホールド治具の動作を示す断面図及び斜視図、並び
に、図８（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、フリップチッ
プヘッド本体のスクラビング動作の態様を示す斜視図で
ある。本実施の形態例のフリップチップボンディング装
置６０は、図５に示すように、フリップチップヘッドの
構成を除いて、つまり、チャンバ６２及びチップホール
ド治具６４を有するフリップチップヘッド６６と、フリ
ップチップヘッド６６をＸ方向及びＹ方向に揺動して半
導体チップのバンプでインターポーザ基板の電極をスク
ラビングするスクラビング機構６７とを備えていること
を除いて、従来のフリップチップボンディング装置１０
と同じ構成を備えている。

【００３０】本実施の形態例のフリップチップボンディ
ング装置６０に設けられたフリップチップヘッド６６
は、図６に示すように、チップホールド治具６４を覆う
下部開放型のチャンバ６２をフリップチップヘッド本体
３２の下方に備えている。

【００３１】チャンバ６２は、下端縁でインターポーザ
基板と接触して内部を圧力状態に保持するようになって
おり、インターポーザ基板と接触する下端縁には耐熱性
パッキン６８を有し、接触部を気密に封止するようにな
っている。また、フリップチップヘッド本体３２とチッ
プホールド治具６４との連結部６９とチャンバ６２との
間にも気密に封止するために耐熱性パッキン７０が取り
付けてある。チャンバ６２は、窒素ガス供給設備（図示
せず）から窒素ガスを流入させ、かつ流出させる窒素ガ
ス管７２に接続された流入出口７４を側壁に備え、ま
た、窒素ガス管７２には窒素ガスの流入量を測定する流
量センサ７６を備えている。

【００３２】チップホールド治具６４は、連通管７８を
介して、真空吸引装置（図示せず）に連通し、下方に開
口する四角錐状の凹部８０を内部に有する。チップホー
ルド治具６４は、図７（ａ）に示すように、四角錐状の
凹部８０の四面の壁に四角形状の半導体チップの各縁部
を接触させて、半導体チップの機械的な位置決めを行
い、連通管７８を介して真空吸引することにより、凹部
８０内に半導体チップの上部を収容するようにして、下
方にＡｕバンプを向けた半導体チップを吸着保持する。
次いで、チップホールド治具６４は、図７（ｂ）に示す
ように、インターポーザ基板に向けて下降して、半導体
チップのバンプをインターポーザ基板の電極上に接触さ
せる。

【００３３】また、本実施の形態例のフリップボンディ
ング装置６０は、フリップチップヘッド６６をＸ方向、
Ｙ方向に揺動させて、半導体チップ上に形成されている
バンプとインターポーザ基板の電極とをスクラビングす
るスクラビング機構６７をフリップヘッド駆動装置３６
に備えている。

【００３４】以下に、本実施の形態例のフリップチップ
ボンディング装置６０を使って、フリップチップボンデ
ィングする方法を説明する。先ず、インターポーザ基板
供給部２０からインターポーザ基板をインターポーザ搬
送部２２でフリップチップステージ２６上に供給し、画
像認識カメラ３０によって位置を認識しつつ位置決めし
て、載置する。次いで、チップ供給部１８のチップトレ
イに収容されている半導体チップを画像認識カメラ２８
によって認識しつつロボットアーム１６によって反転さ
せ、待機させる。次いで、フリップチップヘッド４６の
チップホールド治具６４で半導体チップを吸着して、フ
リップチップステージ２６に載置されているインターポ
ーザ基板上に移動し、画像認識カメラ３０によって位置
を認識しつつフリップチップステージ２６に載置されて
いるインターポーザ基板上に位置決めする。

【００３５】続いて、フリップチップヘッド６６を下降
させ、チャンバ６２をインターポーザ基板に接触させ
る。次いで、窒素ガス管７２から流入出口７４を介して
窒素ガスをチャンバ６２内に供給し、流入窒素ガス量が
流量センサ７６の設定値に達した時点で、フリップチッ
プヘッド６６を更に下降させて、インターポーザ基板の
電極に対して半導体チップのバンプを押圧する。窒素ガ
スによる不活性ガス雰囲気内で接合することにより、還
元作用が働き、高温下の空気による酸化が防止され、半
導体チップのバンプとインターポーザ基板の電極との接
合強度を高まることができる。

【００３６】不活性ガス雰囲気でバンプとインターポー
ザ基板の電極とを接触させた後、図８（ａ）から（ｄ）
に示すように、スクラビング機構６７を起動して、１０
μｍ以上５０μｍ以下の範囲の小さな移動量でＹ方向の
み、Ｘ方向のみ、斜め方向、及び四角形移動の往復動作
で、フリップチップヘッド６６を揺動させ、半導体チッ
プのバンプでインターポーザ基板の電極をスクラビング
して、半導体チップのバンプとインターポーザ基板の電
極の酸化物、有機物、気泡等の異物を除去し、接合強度
を増大させる。

【００３７】本実施形態例では、半導体チップの電極上
のバンプがインターポーザ基板の電極に熱圧着する際、
チャンバ６２内に不活性ガスを導入することにより、チ
ャンバ６２内の空気の分圧が著しく減少し、従来のよう
に、熱圧着接合部が酸化して接合強度が低下するような
ことが生じない。また、半導体チップのバンプをインタ
ーポーザ基板の電極に押圧して熱圧着部を形成した際、
スクラビング機構６７によって、フリップチップヘッド
をＸ方向及びＹ方向の少なくともいずれかの方向に揺動
して、フリップチップヘッド６６の下端に保持した半導
体チップのバンプでインターポーザ基板の電極をスクラ
ビングし、熱圧着部に存在する酸化物、有機物、気泡等
の異物を除去することにより、接合強度を増大させるこ
とができる。更には、半導体チップをインターポーザ基
板にフリップチップボンディングする際、四角錐状の凹
部８０の四面の壁に半導体チップの縁部をそれぞれ接触
させ、真空吸引することにより、半導体チップのバンプ
とインターポーザ基板の電極との位置合わせを、高精
度、例えば±３０μｍの寸法精度で厳密に位置合わせす
ることができる。

【００３８】

【発明の効果】第１の発明によれば、フリップチップヘ
ッドの下部に設けられ、半導体チップをインターポーザ
基板に接触させた際、半導体チップ及びインターポーザ
基板を覆って外部と気密に遮断するチャンバを備え、半
導体チップの電極上のバンプがインターポーザ基板の電
極に熱圧着する際、チャンバ内を減圧して、減圧雰囲気
下で熱圧着させることにより、空気の対流による熱損失
を低減でき、熱伝達効率が著しく向上する。また、従来
のように、熱圧着接合部が酸化して接合強度が低下する
ようなことが生じない。更には、減圧下で接合し、次い
で大気圧に戻した際、熱圧着接合部が大気圧に押圧され
て、接合が一層完全になる。

【００３９】第２の発明によれば、フリップチップヘッ
ドの下部に設けられ、半導体チップをインターポーザ基
板に接触させた際、半導体チップ及びインターポーザ基
板を覆って外部と気密に遮断するチャンバを備え、半導
体チップの電極上のバンプがインターポーザ基板の電極
に熱圧着する際、チャンバ内に不活性ガスを導入するこ
とにより、チャンバ内の空気の分圧が著しく減少し、従
来のように、熱圧着接合部が酸化して、接合強度が低下
するようなことが生じない。

【００４０】第３の発明によれば、スクラビング機構を
フリップチップヘッドに備え、半導体チップのバンプを
インターポーザ基板の電極に押圧して熱圧着部を形成し
た際、スクラビング機構によって、フリップチップヘッ
ドをＸ方向及びＹ方向の少なくともいずれかの方向に揺
動して、フリップチップヘッドの下端に保持した半導体
チップのバンプでインターポーザ基板の電極をスクラビ
ングし、熱圧着部に存在する酸化物、有機物、気泡等の
異物を除去することにより、接合強度を増大させること
ができる。

【００４１】第４の発明によれば、下方に開口する四角
錐状の凹部と、凹部を真空吸引装置に連通する連通管と
を有するチップホールド治具をフリップチップヘッドの
下部に備え、半導体チップをインターポーザ基板にフリ
ップチップボンディングする際、四角錐状の凹部の四面
に半導体チップの縁部を接触させ、真空吸引することに
より、半導体チップのバンプとインターポーザ基板の電
極との位置合わせを高精度、例えば±３０μｍの寸法精
度で位置合わせすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態例１のフリップチップボンディング
装置の構成を示す平面図である。

【図２】実施の形態例１のフリップチップボンディング
装置に設けたフリップチップヘッドの構成を示す模式的
断面図である。

【図３】図３（ａ）と（ｂ）は、それぞれ、フリップチ
ップヘッドに設けたシリンジの動作を示す斜視図であ
る。

【図４】実施の形態例１のフリップチップボンディング
装置４０の操作手順を示すフローチャートである。

【図５】実施の形態例２のフリップチップボンディング
装置の構成を示す平面図である。

【図６】実施の形態例２のフリップチップボンディング
装置に設けたフリップチップヘッドの構成を示す模式的
断面図である。

【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、フリップ
チップヘッドに設けたチップホールド治具の動作を示す
断面図及び斜視図である。

【図８】図８（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、フリップ
チップヘッド本体のスクラビング動作の態様を示す斜視
図である。

【図９】図９は従来のフリップチップボンディング装置
の構成を示す平面図である。

【図１０】フリップチップヘッドの構成を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１０……従来のフリップチップボンディング装置、１２
……基台、１４……フリップチップヘッド、１６……ロ
ボットアーム、１８……チップ供給部、２０……インタ
ーポーザ基板供給部、２２……インターポーザ搬送部、
２４……収納部、２６……フリップチップステージ、２
８……画像認識カメラ、３０……画像認識カメラ、３２
……フリップチップヘッド本体、３４……チップホル
ダ、３６……フリップチップヘッド駆動装置、４０……
実施の形態例１のフリップチップボンディング装置、４
２……真空チャンバ、４４……シリンジ、４６……フリ
ップチップヘッド、４７……スクラビング機構、４８…
…パッキン、４９……連結部、５０……パッキン、５２
……吸引口、５４……真空センサ、５６……シリンジ本
体、５８……ニードル、６０……実施の形態例２のフリ
ップチップボンディング装置、６２……チャンバ、６４
……チップホールド治具、６６……フリップチップヘッ
ド、６７……スクラビング機構、６８……耐熱性パッキ
ン、６９……連結部、７０……耐熱性パッキン、７２…
…窒素ガス管、７４……流入出口、７６……流量セン
サ、７８……連通管、８０……四角錐状の凹部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インターポーザ基板を載置させたＸ−Ｙ
   ステージ上で、Ｘ方向及びＹ方向に自在に移動して、半
   導体チップをインターポーザ基板上に位置決めし、次い
   でＺ方向に下降して半導体チップの電極上に形成されて
   いるバンプをインターポーザ基板の電極に接触させ、押
   圧するフリップチップヘッドを備えて、半導体チップを
   インターポーザ基板に熱圧着によりフリップチップボン
   ディングする装置において、 フリップチップヘッドの下部に設けられ、半導体チップ
   をインターポーザ基板に接触させた際、半導体チップ及
   びインターポーザ基板を覆って外部と気密に遮断するチ
   ャンバと、 チャンバ内の圧力を減圧する減圧手段とを備え、 チャンバ内を減圧して、減圧雰囲気下で、半導体チップ
   をインターポーザ基板に接触させ、熱圧着するようにし
   たことを特徴とするフリップチップボンディング装置。
2. 【請求項２】 インターポーザ基板を載置させたＸ−Ｙ
   ステージ上で、Ｘ方向及びＹ方向に自在に移動して、半
   導体チップをインターポーザ基板上に位置決めし、次い
   でＺ方向に下降して半導体チップの電極上に形成されて
   いるバンプをインターポーザ基板の電極に接触させ、押
   圧するフリップチップヘッドを備えて、半導体チップを
   インターポーザ基板に熱圧着によりフリップチップボン
   ディングする装置において、 フリップチップヘッドの下部に設けられ、半導体チップ
   をインターポーザ基板に接触させた際、半導体チップ及
   びインターポーザ基板を覆って外部と気密に遮断するチ
   ャンバと、 チャンバに不活性ガスを流入出させる手段とを備え、 チャンバ内に不活性ガスを導入して、不活性ガス雰囲気
   下で、半導体チップをインターポーザ基板に接触させ、
   熱圧着するようにしたことを特徴とするフリップチップ
   ボンディング装置。
3. 【請求項３】 インターポーザ基板を載置させたＸ−Ｙ
   ステージ上で、Ｘ方向及びＹ方向に自在に移動して、半
   導体チップをインターポーザ基板上に位置決めし、次い
   でＺ方向に下降して半導体チップの電極上に形成されて
   いるバンプをインターポーザ基板の電極に接触させ、押
   圧するフリップチップヘッドを備えて、半導体チップを
   インターポーザ基板に熱圧着によりフリップチップボン
   ディングする装置において、 フリップチップヘッドをＸ方向及びＹ方向の少なくとも
   いずれかの方向に揺動して、フリップチップヘッドの下
   端に保持した半導体チップのバンプでインターポーザ基
   板の電極をスクラビングするスクラビング機構を備えて
   いることを特徴とするフリップチップボンディング装
   置。
4. 【請求項４】 インターポーザ基板を載置させたＸ−Ｙ
   ステージ上で、Ｘ方向及びＹ方向に自在に移動して、半
   導体チップをインターポーザ基板上に位置決めし、次い
   でＺ方向に下降して半導体チップの電極上に形成されて
   いるバンプをインターポーザ基板の電極に接触させ、押
   圧するフリップチップヘッドを備えて、半導体チップを
   インターポーザ基板に熱圧着によりフリップチップボン
   ディングする装置において、 下方に開口する四角錐状の凹部と、凹部を真空吸引装置
   に連通する連通管とを有するチップホールド治具が、フ
   リップチップヘッドに設けられ、 半導体チップをインターポーザ基板にフリップチップボ
   ンディングする際、四角錐状の凹部の四面の壁に半導体
   チップの縁部を接触させ、真空吸引することにより、凹
   部内に半導体チップの一部を収容するようにして、半導
   体チップを保持することを特徴とするフリップチップボ
   ンディング装置。
5. 【請求項５】 アンダーフィル剤を収容するシリンジ本
   体と、シリンジ本体に収容したアンダーフィル剤を吐出
   するニードルとを有するシリンジ機構をフリップチップ
   ヘッドに備え、 半導体チップをインターポーザ基板上にフリップチップ
   ボンディングする前に、インターポーザ基板のダイボン
   ディング領域にアンダーフィル剤を塗布することを特徴
   とする請求項１から４のいずれか１項に記載のフリップ
   チップボンディング装置。