JP2009212254A - チップ搭載方法およびチップ搭載装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 チップの下面側に接着剤などの粘着物があっても確実に下面認識マークまたは外形シルエットを認識してチップを基板に搭載するチップ搭載方法および搭載装置を提供すること。
【解決手段】 チップ搭載前に前記チップの前記基板への搭載面のサイズよりも小さい支持面を備える搬送ツールで前記チップをチップ保持手段の下側に搬送する工程と、前記チップ保持手段の下面側に前記チップを吸着保持し、前記チップ保持手段の上下に配置した認識手段で前記チップの上面側のアライメントマークと、前記チップの下面側のアライメントマークまたは前記チップの外形シルエットとを認識する工程とを含むチップ搭載方法およびチップ搭載装置を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体チップと回路基板の搭載に関するものであり、とくに上側に位置合わせ用認識マークの付された半導体チップを、下方に配された位置合わせ用認識マークが付された回路基板に位置合わせした後、搭載するチップ搭載方法およびチップ搭載装置に関する。

上側に位置合わせ用の認識マークの付された半導体チップ（以下、チップと呼ぶ）を、下方に配された位置合わせ用認識マークの付された回路基板（以下、基板と呼ぶ）に位置合わせした後、チップを基板に搭載する搭載装置として特許文献１のようなチップ搭載装置が知られている。

特許文献１には図５に示すように、まず、搭載前にチップ２を透明なステージ１２上に移載し、チップの上側の認識マークと下側に付された認識マークまたは外形シルエットとをチップの上下に配した認識手段１３，１４で読み取って記憶している。そして、チップ２を搭載装置のボンディングヘッド６に吸着保持し、基板３を基板保持ステージ８に保持し、チップ２と基板３の間に２視野の認識手段９を挿入する。２視野の認識手段９は、チップ２の下面の認識マークまたは外形シルエットを読み取るとともに、下方に位置する基板３の認識マークを読み取る。

そして、事前に読み取られ記憶されていたチップの上面側認識マークと下面認識マークまたは外形シルエットとの相対位置関係に基づき、上面側認識マークを基準に、チップ２と基板３とのアライメントを行い、位置合わせされたチップ２を基板３に搭載している。

特開２００３−１４２８９２号公報

このようなチップ搭載装置では、予め基板の搭載位置に熱硬化性の接着剤が塗布された基板が用いられている。チップを保持するボンディングヘッドには、ヒートツールが備えられ、また、基板を保持する基板保持ステージにもヒートツールが備えられている。チップの基板への搭載の際には、両ヒートツールを昇温し、熱硬化性の接着剤を硬化させて、チップの基板への搭載が行われている。

また、チップのボンディングヘッドへの供給は、透明なステージがチップ供給位置とボンディングヘッドの下側を往復し、チップ供給位置で透明ステージ上に供給されたチップをボンディングヘッドでピックアップすることにより行われている。透明なステージは、チップを吸着保持することができるようになっている。

そのため、チップの基板への搭載を繰り返すと、ボンディングヘッドの昇温が繰り返され、この影響がチップを供給搬送している透明なステージにも及ぶようになる。特に、チップの下側面にウエハのダイシング時に用いられたシートの接着剤が残留していると、暖められた透明なステージにチップの下面側が接触するため接着剤が透明なステージにくっついてしまうようになる。

さらにチップの搭載を繰り返すと、接着剤が透明なステージに堆積し下側に配置された認識手段でのチップの下面側の認識マークまたは外形シルエットを正確に認識できなくなる問題が発生する。

また、基板に塗布される熱硬化性の接着剤の代わりに、チップの下面に熱可塑性のダイアタッチフィルム（Die Attach Film）を貼付てチップ搬送する場合も、透明ステージにダイアタッチフィルムの軟化した付着物が堆積する問題が発生する。

また、薄型の半導体装置を製造するために厚みが薄くなったチップを基板に搭載するようになると、透明ステージを用いてチップを搬送する際、チップの反りが発生するようになる。チップの反りにより、透明ステージの上下に配置された認識手段の焦点距離が微妙に変化し、正確に認識マークまたは外形シルエットを認識できなくなる問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、チップの下面側に接着剤などの粘着物があっても確実に下面認識マークまたは外形シルエットを認識してチップを基板に搭載するチップ搭載方法および搭載装置を提供することを目的とする。

また、反りのあるチップに対しても良好に認識マーク（以下、アライメントマークと呼ぶ）を認識できるチップ搭載方法およびチップ搭載装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、チップの搭載前に前記チップの上面側のアライメントマークと、前記チップの下面側のアライメントマークまたは前記チップの外形シルエットとを認識し、前記チップの上面側のアライメントマークと下面側のアライメントマークまたは外形シルエットとの相対位置を記憶し、前記チップを基板に搭載する際に、前記チップの下面側のアライメントマークまたは外形シルエットと、前記基板に付されたアライメントマークとを認識し、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、前記チップの上面側のアライメントマークを基準に前記基板のアライメントマークとの位置合わせを行い、前記チップを前記基板に搭載するチップ搭載方法において、
チップ搭載前に前記チップの前記基板への搭載面のサイズよりも小さい支持面を備える搬送ツールで前記チップをチップ保持手段の下側に搬送する工程と、
前記チップ保持手段の下面側に前記チップを吸着保持し、前記チップ保持手段の上下に配置した認識手段で前記チップの上面側のアライメントマークと、前記チップの下面側のアライメントマークまたは前記チップの外形シルエットとを認識する工程とを含むことを特徴とするチップ搭載方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチップ搭載方法において、
前記チップ保持手段が透明ステージより構成され、チップ搭載前に前記チップの前記基板への搭載面のサイズよりも小さい支持面を備える搬送ツールで透明ステージの下側に搬送する工程を含むチップ搭載方法である。

請求項３に記載の発明は、チップの搭載前に前記チップの上面側のアライメントマークと、前記チップの下面側のアライメントマークまたは前記チップの外形シルエットとを認識する認識手段を備え、前記チップの上面側のアライメントマークと下面側のアライメントマークまたは外形シルエットとの相対位置を記憶する演算手段を備え、前記チップを基板に搭載する際に、前記チップの下面側のアライメントマークまたは外形シルエットと、前記基板に付されたアライメントマークとを認識する認識手段を備え、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、前記チップの上面側のアライメントマークを基準に前記基板のアライメントマークとの位置合わせを行い、前記チップを前記基板に搭載するチップ搭載装置において、
前記チップの搭載前に前記チップが下面側に吸着保持されるチップ保持手段と、前記チップの前記基板への搭載面のサイズよりも小さい支持面を備える搬送ツールとを有するチップ搭載装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のチップ搭載装置において、
前記チップ保持手段が透明ステージで構成されているチップ搭載装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項４のチップ搭載装置において、
前記透明ステージの下面側に前記チップのサイズに合わせた吸着溝もしくは複数の吸着穴が設けられているチップ搭載装置である。

請求項１の発明によれば、チップ保持手段の下面側でチップを吸着保持して、上下に配置した認識手段で画像認識するので、チップの下面側に残っている接着剤がチップ保持手段に貼り付くことがない。そのため、チップの基板への搭載を連続してもチップ保持手段に接着剤が堆積しないので、上下に配置した認識手段の画像認識に誤差がなく高精度の画像認識ができチップの搭載精度を高めることができる。

請求項２の発明によれば、チップが透明ステージにチップ搭載前に載置されるので、反りの発生しているチップでも反りが矯正され、チップが透明ステージに密着した状態で、精度良く画像認識することができる。

請求項３の発明によれば、チップの搭載面よりも小さいサイズの搬送ツールでチップを搬送するので、チップと搬送ツールの接触する面積が少なくですみ、チップの下面側に残っている接着剤の搬送ツールへの張り付きを面積的にも体積的（量的）にも最小限にすることができる。

請求項４の発明によれば、チップ保持手段が透明ステージで構成されているので、チップを透明ステージの吸着面の全体で吸着保持することができ、反りの発生しているチップでも精度良く画像認識することができる。

請求項５の発明によれば、チップのサイズに合わせた吸着溝もしくは複数の吸着穴が設けられているので、反りのあるチップを確実に透明ステージの下面側で吸着保持できる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、背景技術を説明する際に用いた符号について、本実施の形態と同様の部分については同じ符号を用いる。図１は本発明のチップ搭載装置１の側面図である。チップ搭載装置１は、チップトレイ１１からチップ２をピックアップしてチップスライダ１９に移載するチップ移載部５０と、チップ保持手段（例えば、透明ステージ１２）の下面側に保持されたチップ２の上面側のアライメントマーク４（図２参照）と下面側のアライメントマーク１０または外観シルエットとを認識するチップ外観認識部６０と、チップ２を基板３に搭載するチップ搭載部７０と、演算手段１６とから構成されている。

チップ移載部５０は、チップ２とチップトレイ１１とコレット１７とから構成されている。チップ２は例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハなど種類や大きさに関係なく基板と接合される側の全ての形態を示す。コレット１７は、チップトレイ１１に収納されているチップ２を一つずつ真空吸着保持してピックアップし図１の位置Ａに配送されたチップスライダ１９に移載する構成となっている。コレット１７は上下方向およびガイドレール１８に沿って水平方向に移動可能になっている。図１では、コレット１７の移動ルートを点線で表記している。

図２に示すように、チップ外観認識部６０は、チップ２の上面側のアライメントマーク４を画像認識する認識手段１３（以下、第１の認識手段１３と呼ぶ。）と、透明ステージ１２と、チップスライダ１９を水平方向に移動させるチップ搬送手段１５と、チップ２の下面側のアライメントマーク１０（図１参照）または外形シルエットを画像認識する認識手段１４（以下、第２の認識手段１４と呼ぶ。）とから構成されている。第１の認識手段１３と第２の認識手段１４は、例えばＣＣＤカメラ、赤外線カメラ、Ｘ線カメラなどで、チップ２のアライメントマーク４および１０を認識できる形態を示す。第１の認識手段１３と第２の認識手段１４は図１に示す位置Ｂの上下に配置されている。

図２にもどり、チップ搬送手段１５は、チップスライダ１９とボールねじ２０とサーボモータ２１とから構成されている。図２では、チップスライダ１９の水平方向でチップ移載部５０側をＸ−方向、チップ搭載部７０側をＸ＋方向、上下方向をＺ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向としている。チップスライダ１９はボールねじ２０とナットを介してＸ方向（水平方法）に移動可能に連結されており、ボールねじ２０に連結されたサーボモータ２１の駆動量に応じて図１の位置Ａと位置Ｂと位置Ｃと位置Ｄの間を移動し位置決めされるようになっている。また、ボールねじ２０とサーボモータ２１との代わりに、リニアスケールとリニアモータを用いてチップスライダ１９の水平移動を行っても良い。図１では、チップスライダ１９を位置Ａで実線で表記し、移動後の位置Ｂ、Ｃおよび位置Ｄでは点線で表記した。また、搬送されるチップ２は点線で表記した。

図２にもどり、チップスライダ１９は吸着部２５と吸着部２５を支えるサポート部２４とから構成されている。吸着部２５には図示していない吸着穴が設けられており、図示していない吸引ポンプと吸引チューブを経由して連結されている。チップスライダ１９の吸着部２５は、チップ２の搭載面（下面側）の面積より小さいサイズの支持面積でチップ２を吸着保持できるようになっている。そのため、チップ２の下面に残った接着剤の吸着部２５への付着を最小限に抑えることができる。本実施の形態におけるチップスライダ１９は、本発明の搬送ツールに対応する。

透明ステージ１２はＬ型の部材で形成された昇降機構２３の水平面に組み込まれている。昇降機構２３は、透明ステージ１２をＺ方向に移動可能になっており、チップスライダ１９で搬送してきたチップ２を受け取る際に下降し、第１の認識手段１３および第２の認識手段１４でチップ２を認識する際に所定位置に上昇するようになっている。

透明ステージ１２の下面側には図３（Ａ）に示すように、チップ２を吸着保持する吸着穴２２と吸着溝２６が設けられており、図示していない吸引ポンプと吸引ホースを経由して接続されている。透明ステージ１２のチップ２の吸着面はチップサイズに応じて吸着溝２６が複数箇所に設けられており、チップ２のサイズに応じて吸着溝２６と吸着穴２２とが一体で切り替えられチップ２を吸着保持できるようになっている。チップ２のサイズによって一種類の透明ステージ１２で対応できない場合は、吸着溝２６の構成の違った透明ステージ１２と組み換えてチップ２を吸着保持を行うようになっている。

また、吸着溝２６の代わりに図３の（Ｂ）に示すように複数の吸着穴２７を透明ステージ１２の下面側に設けて、チップ２のサイズに合わせて複数の吸着穴２７の吸着領域を変更できるようにしても良い。

このようなチップの吸着保持を行うことにより、チップ２に反りが発生していても確実に透明ステージ１２の下面側でチップ２を吸着保持できるので、上面側のアライメントマーク４と下面側アライメントマーク１０または外形シルエットとを正確に画像認識できる。

図１にもどり、チップ搭載部７０は、ボンディングヘッド６と基板保持ステージ８とから構成されている。ボンディングヘッド６にはチップ２を吸着保持できるように吸引孔７が備えられており、図示していない吸引ポンプと吸引ホースを介して接続されている。図１ではボンディングヘッド６に吸着保持された状態のチップ２を実線で表記し、位置Ｃに搬送されたチップ２を点線で表記した。ボンディングヘッド６は上下方向（Ｚ方向）に昇降可能になっている。基板保持ステージ８はＸ、Ｙおよび回転方向（θ方向）に移動可能になっている。ボンディングヘッド６の昇降により、チップ２が基板３に対して加圧されるようになっている。また、加圧とともに、ボンディングヘッド６に内蔵されたヒータ（図示略）により加熱も行うことができるようになっている。基板保持ステージ８に保持される基板３は、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フイルム基板など種類や大きさに関係なくチップと接合させる全ての形態を示す。また、基板保持ステージ８がＸＹ方向、θ方向に移動する代わりにボンディングヘッド６をＸＹ方向およびθ方向に移動可能にしても良いし、ボンディングヘッド６および基板保持ステージ８の両方が移動可能にしても良い。

ボンディングヘッド６に吸着保持されたチップ２と基板保持ステージ８に保持された基板３の間に、２視野の認識手段９が挿入されチップ２と基板３のアライメントが行われる。基板保持ステージ８への基板３の搬送は、図示していない基板搬送機構（例えば、手動による搬送や、自動機による搬送）で行われるようになっている。

演算手段１６は、第１の認識手段１３で取り込まれたチップ２の上面側のアライメントマーク４の画像認識のデータと、第２の認識手段１４で取り込まれたチップ２の下面側のアライメントマーク１０または外形シルエットの画像認識のデータとが入力され、アライメントマーク４に対するアライメントマーク１０または外形シルエットとの相対位置関係が計算され記憶される。相対位置関係の計算は、図１の位置Ｂでチップ２が透明ステージ１２の下面側に吸着保持された際に行われる。チップ２の基板３への搭載時は、２視野の認識手段９で取り込まれたチップ２の下面側のアライメントマーク１０または外形シルエットの画像認識のデータと、基板３に付されたアライメントマーク５の画像認識のデータとが、演算手段１６に入力される。そして、演算手段１６に記憶されている相対位置関係のデータに基づいてチップ２の上側面のアライメントマーク４に対する基板３のアライメントマーク５との位置ズレ量が計算される。

また、演算手段１６は、チップ移載部５０の制御と、チップ搬送手段１５の制御と、チップ搭載部７０の制御などチップ搭載装置全体の制御を行うようになっている。

次に、図４に示す動作フロチャートを使って本実施の形態のチップ搭載方法を説明する。なお、ステップ１から２はチップ移載部５０で行われ、ステップ３から９はチップ外観認識部６０で行われ、ステップ１０から１５はチップ搭載部７０で行われるため、図３のフロチャートの左側にそれぞれの動作域を記載した。

まず、チップスライダ１９がＸ−方向に移動し位置Ａでチップ２の移載を待機する（ステップＳ０１）。

次に、チップトレイ１１に配膳されているチップ２をコレット１７がピックアップしチップスライダ１９に移載する（ステップＳ０２）。

次に、チップスライダ１９がＸ＋方向に移動し位置Ｂで停止する（ステップＳ０３）。

次に、透明ステージ１２が下降しチップスライダ１９上のチップ２を透明ステージ１２の下面側に吸着保持し、所定位置に上昇する（ステップＳ０４）。

透明ステージ１２へのチップ２の受け渡しが完了すると、一旦、チップスライダ１９は待機位置Ｄに移動する（ステップＳ０５）。

次に、透明ステージ１２の下面側に吸着保持されたチップ２の上面側アライメントマーク４を位置Ｂの上方に備えられている第１の認識手段１３により画像認識し、チップ２の下面側アライメントマーク１０または外形シルエットを第２の認識手段１４により画像認識する（ステップＳ０６）。

次に、演算手段１６でチップ２の上面側アライメントマーク４と下面側アライメントマーク１０または外見シルエットとの相対位置関係を計算し記憶する（ステップＳ０７）。

次に、相対位置関係の記憶が完了すると（ステップＳ０８）、チップスライダ１９が待機位置Ｄから位置Ｂに移動し、透明ステージ１２が下降しチップ２をチップスライダ１９に受け渡す（ステップＳ０９）。

チップ２が受け渡されたチップスライダ１９は、位置Ｃに移動する（ステップＳ１０）。

チップスライダ１９が位置Ｃに到着すると、ボンディングヘッド６が下降しチップ２を吸着保持した後、所定位置まで上昇する（ステップＳ１１）。

チップスライダ１９はチップの受け渡しが完了すると（ステップＳ１２）、Ｘ−方向に移動し位置Ａで次のチップ２の移載に備える（ステップＳ１３）。

次に、ボンディングヘッド６と基板３の間に２視野の認識手段９が挿入されチップ２の下面側のアライメントマーク１０または外形シルエットと基板３のアライメントマーク５とを画像認識する（ステップＳ１４）。

次に、演算手段１６に記憶されているチップ２の上面側アライメントマーク４と下面側アライメントマーク１０または外形シルエットとの相対位置関係のデータを用いて、チップ２の上面側のアライメントマーク４を基準に基板３のアライメントマーク５との位置合わせを行う。アライメントが完了すると、２視野の認識手段９が退避し、ボンディングヘッド６が下降し、基板３にチップ２を搭載する（ステップＳ１５）。

次に、チップ２の搭載が完了するとボンディングヘッド６が上昇し、次のチップ２の搭載に備える（ステップＳ１６）。

このように、透明ステージ１２の下面側でチップ２を吸着保持して、上下に配置した第１の認識手段１３と第２の認識手段１４で画像認識するので、チップ２の下面側に残っている接着剤が透明ステージ１２に貼り付くことがない。そのため、チップ２の基板３への搭載を連続しても透明ステージ１２に接着剤が堆積しないので、上下に配置した第１の認識手段１３と第２の認識手段１４の画像認識に誤差がなく高精度の画像認識ができチップ２の搭載精度を高めることができる。

また、チップ２の上面側である回路面を透明ステージ１２の下面側で吸着保持するので、反りのあるチップ２でも回路面全面で吸着されチップ２の上面側に付されているアライメントマーク４を正確に認識することができる。

また、チップ２の搭載面よりも小さいサイズのチップスライダ１９の吸着部２５でチップ２を搬送するので、チップ２の下面側に残っている接着剤の吸着部２５への張り付きを最小限にすることができる。

なお、本実施の形態では第２の認識手段１４と、２視野の認識手段９を個別に設けたが２視野の認識手段９を位置Ｃと位置Ｂの間で移動可能にする認識手段移動機構を追加することにより２視野の認識手段９の１台でチップ２の下面側のアライメントマーク１０または外形シルエットを認識する様にしても良い。

本実施の形態のチップ搭載装置の要部側面図である。 チップ搬送手段および透明ステージの要部を示す斜視図である。 透明ステージを下面側から見たときの概略図である。 本実施の形態のチップ搭載方法を説明するフロチャートである。 従来のチップ搭載装置の概略斜視図である。

符号の説明

１ チップ搭載装置
２ チップ
３ 基板
４ アライメントマーク
５ アライメントマーク
６ ボンディングヘッド
７ 吸引孔
８ 基板保持ステージ
９ ２視野の認識手段
１０ アライメントマーク
１１ チップトレイ
１２ 透明ステージ
１３ 第１の認識手段
１４ 第２の認識手段
１５ チップ搬送手段
１６ 演算手段
１７ コレット
１８ ガイドレール
１９ チップスライダ
２０ ボールねじ
２１ サーボモータ
２２ 吸着穴
２３ 昇降機構
２５ 吸着部
２６ 吸着溝
２７ 吸着穴
５０ チップ移載部
６０ チップ外観認識部
７０ チップ搭載部

Claims (5)

1. チップの搭載前に前記チップの上面側のアライメントマークと、前記チップの下面側のアライメントマークまたは前記チップの外形シルエットとを認識し、前記チップの上面側のアライメントマークと下面側のアライメントマークまたは外形シルエットとの相対位置を記憶し、前記チップを基板に搭載する際に、前記チップの下面側のアライメントマークまたは外形シルエットと、前記基板に付されたアライメントマークとを認識し、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、前記チップの上面側のアライメントマークを基準に前記基板のアライメントマークとの位置合わせを行い、前記チップを前記基板に搭載するチップ搭載方法において、
   チップ搭載前に前記チップの前記基板への搭載面のサイズよりも小さい支持面を備える搬送ツールで前記チップをチップ保持手段の下側に搬送する工程と、
   前記チップ保持手段の下面側に前記チップを吸着保持し、前記チップ保持手段の上下に配置した認識手段で前記チップの上面側のアライメントマークと、前記チップの下面側のアライメントマークまたは前記チップの外形シルエットとを認識する工程とを含むことを特徴とするチップ搭載方法。
2. 請求項１に記載のチップ搭載方法において、
   前記チップ保持手段が透明ステージより構成され、チップ搭載前に前記チップの前記基板への搭載面のサイズよりも小さい支持面を備える搬送ツールで透明ステージの下側に搬送する工程を含むチップ搭載方法。
3. チップの搭載前に前記チップの上面側のアライメントマークと、前記チップの下面側のアライメントマークまたは前記チップの外形シルエットとを認識する認識手段を備え、前記チップの上面側のアライメントマークと下面側のアライメントマークまたは外形シルエットとの相対位置を記憶する演算手段を備え、前記チップを基板に搭載する際に、前記チップの下面側のアライメントマークまたは外形シルエットと、前記基板に付されたアライメントマークとを認識する認識手段を備え、前記記憶されている相対位置関係に基づいて、前記チップの上面側のアライメントマークを基準に前記基板のアライメントマークとの位置合わせを行い、前記チップを前記基板に搭載するチップ搭載装置において、
   前記チップの搭載前に前記チップが下面側に吸着保持されるチップ保持手段と、前記チップの前記基板への搭載面のサイズよりも小さい支持面を備える搬送ツールとを有するチップ搭載装置。
4. 請求項３に記載のチップ搭載装置において、
   前記チップ保持手段が透明ステージで構成されているチップ搭載装置。
5. 請求項４のチップ搭載装置において、
   前記透明ステージの下面側に前記チップのサイズに合わせた吸着溝もしくは複数の吸着穴が設けられているチップ搭載装置。

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