JP2010177485A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホルダ部材が多孔質材料から成ることによる利点を維持しつつ、ホルダ部材と同等のサイズの基板を保持することができるようにした基板保持装置を提供することを目的とする。
【解決手段】多孔質材料から成るホルダ部材１２の下面１２ａ（ベース部材１１との接触面）に封止部材２６を設け、ベース部材１１に設けられたホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａが封止部材２６によって封止されるようにする。これにより、ホルダ部材吸引管路２１内に真空を発生させてホルダ部材１２をベース部材１１側に真空吸引すると、ホルダ部材１２は強固な吸着力でベース部材１１の上面１１ａに固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、フリップチップボンダー等に備えられる基板保持装置に関するものである。

半導体組立工程で使用されるフリップチップボンダー等に備えられる基板保持装置は、内部に管路（基板吸引管路）が設けられたベース部材の上面に金属材料から成るホルダ部材が固定されて成り、基板吸引管路内に真空を発生させ、ホルダ部材の内部に設けられたホルダ内管路を介してホルダ部材上の基板を真空吸引することで、その基板をホルダ部材上に吸着固定できるようになっている。ホルダ内管路はホルダ部材の上面の飛び飛びの位置にしか開口していないことから、保持する基板のサイズが変わったときにはホルダ部材も基板のサイズに応じたものに交換する必要があり、このためホルダ部材は、上面の周囲に設けられたネジ穴から挿通したネジによってベース部材に着脱自在に取り付けられるようになっている。また、ベース部材内に基板吸引管路とは別個に、ベース部材の上面に開口を有するホルダ部材吸引管路を設け、このホルダ部材吸引管路を介してホルダ部材をベース部材側に真空吸引するようにしたものもある。

また、ホルダ部材を金属材料ではなく、内部に無数の空孔を有した多孔質材料により構成したものも知られている（特許文献１）。このような基板保持装置では、基板吸引管路のベース部材の上面の開口部と繋がるホルダ部材の多孔質部分（ホルダ部材の内部の空孔）を介して基板を真空吸引することで、その基板をホルダ部材の上面に吸着固定することができる。ホルダ部材の空孔はホルダ部材の上面の全面に分布しているので、ホルダ部材と同等のサイズ以下の基板であれば吸着固定させることができ、基板のサイズに応じてホルダ部材を交換する必要がないため、オペレータの作業性を向上させることができる。
特開平９−３６５９９号公報

このように多孔質材料から成るホルダ部材であっても、メンテナンス作業の必要等から、ベース部材に対して着脱自在な構成とする必要があり、ホルダ部材のベース部材への固定方法は、上記のようにオペレータの作業性に優れた真空吸引によるものが望ましいといえる。しかしながら、ホルダ部材が多孔質材料から成る場合、ホルダ部材吸引管路の開口部はホルダ部材内の空孔を介して外部に通じた状態となるため、大きな吸着力でホルダ部材をベース部材に固定することができない。また、本来はホルダ部材のみの固定が目的であるが、ホルダ部材が多孔質であるが故に基板まで吸着してしまうという不都合も生じる。このためホルダ部材はベース部材にネジ止めせざるを得ないが、そうすると、ホルダ部材のネジ穴の部分は基板を吸着することができない非吸引領域となり、また、ネジ穴の空間部分では基板を支持することもできないので、保持できる基板のサイズがホルダ部材のサイズよりも小さいものに制限されてしまうという問題が生じる。

そこで本発明は、ホルダ部材が多孔質材料から成ることによる利点を維持しつつ、ホルダ部材と同等のサイズの基板を保持することができるようにした基板保持装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の基板保持装置は、ベース部材と、ベース部材の内部に設けられてそれぞれベース部材の上面に開口するホルダ部材吸引管路及び基板吸引管路と、ベース部材の上面に設置された多孔質材料から成るホルダ部材と、ホルダ部材の下面に設けられてホル
ダ部材吸引管路のベース部材の上面の開口部を封止する封止部材と、ホルダ部材吸引管路内に真空を発生させてホルダ部材をベース部材側に真空吸引するホルダ部材吸引手段と、基板吸引管路内に真空を発生させ、基板吸引管路のベース部材の上面の開口部と繋がるホルダ部材の多孔質部分を介してホルダ部材の上面に載置された基板をホルダ部材側に真空吸引する基板吸引手段とを備えた。

本発明では、多孔質材料から成るホルダ部材の下面（ベース部材との接触面）に封止部材を設け、ベース部材に設けられたホルダ部材吸引管路の開口部を封止部材によって封止するようにしているので、ホルダ部材吸引管路内に真空を発生させてホルダ部材を真空吸引することにより、ホルダ部材を強固な吸着力でベース部材の上面に固定することができる。また、ホルダ部材がベース部材にネジ止めされる場合と異なり、非吸引領域がホルダ部材の上面に生じず、ホルダ部材の上面の全面を基板の吸着面として有効に利用することができるので、ホルダ部材と同等のサイズの基板を保持することができる。一方、ホルダ部材の上面に載置した基板については、基板吸引管路内に真空を発生させ、基板吸引管路のベース部材の上面の開口部と繋がるホルダ部材の多孔質部分（ホルダ部材の内部の空孔）を介して基板を真空吸引することにより、その基板をホルダ部材の上面に固定することができる。このため本発明によれば、ホルダ部材が多孔質材料から成ることによる利点（基板のサイズに応じてホルダ部材を交換する必要がないといった利点）を維持しつつ、ホルダ部材と同等のサイズの基板を保持することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるフリップチップボンダーの要部斜視図、図２は本発明の一実施の形態におけるフリップチップボンダーにおける基板保持装置の斜視図、図３は本発明の一実施の形態における基板保持装置の断面図、図４は本発明の一実施の形態における基板保持装置の分解斜視図、図５は本発明の一実施の形態における基板保持装置を構成するホルダ部材の下方斜視図、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の一実施の形態における基板保持装置を構成するホルダ部材の封止部材の構成を示す図である。

図１において、フリップチップボンダー１は、基台２上に基板供給部３、基板移載部４、基板位置決め部５、チップ供給部６、チップ反転部７及びチップ接合部８を備えている。

基板供給部３は、一対の平行な基板供給コンベア３ａにより、基板ＰＢを水平方向に搬送して所定の位置に供給する。

基板移載部４は、基板供給部３より供給された基板ＰＢを移載ヘッド４ａの基板吸着部４ｂにより吸着し、移載ヘッド４ａを移載ヘッド移動機構４ｃにより移動させて、基板ＰＢを基板位置決め部５に移載する。

基板位置決め部５は基台２に対してＹ軸方向（水平面内の一の方向）に相対移動するＹ軸ステージ５ａ、Ｙ軸ステージ５ａに対してＸ軸方向（Ｙ軸方向と直交する水平面内の方向）に相対移動するＸ軸ステージ５ｂから成り、Ｘ軸ステージ５ｂの上面には基板移載部４によって基板供給部３から移載された基板ＰＢを保持する基板保持装置１０が設けられている。基板位置決め部５は、基板保持装置１０によって保持した基板ＰＢを、Ｙ軸ステージ５ａの基台２に対するＹ軸方向への移動及びＸ軸ステージ５ｂのＹ軸ステージ５ａに対するＸ軸方向への移動によって、所定の位置に位置決めする。

チップ供給部６は基台２に対してＹ軸方向に相対移動するＹ軸ステージ６ａ及びＹ軸ス
テージ６ａに対してＸ軸方向に相対移動するＸ軸ステージ６ｂから成り、Ｘ軸ステージ６ｂの上面にはパレットテーブル６ｃが設けられている。パレットテーブル６ｃには基板ＰＢに接合すべきチップＰを載せたパレット６ｄが載置されている。チップ供給部６は、パレット６ｄ内のチップＰを、Ｙ軸ステージ６ａの基台２に対するＹ軸方向への移動及びＸ軸ステージ６ｂのＹ軸ステージ６ａに対するＸ軸方向への移動によって、所定の位置に位置決めする。

チップ反転部７は、チップ供給部６より供給されたチップＰを反転ヘッド７ａのチップ吸着部７ｂにより吸着し、反転ヘッド７ａをＹ軸回りに回転させてチップＰを表裏反転させる（図１中に示す矢印Ａ１）。そして、反転ヘッド７ａを反転ヘッド移動機構７ｃにより移動させて、チップＰを所定の位置に位置決めする。

チップ接合部８は、チップ反転部７によって表裏反転されて所定の位置に位置決めされたチップＰをボンディングヘッド８ａの吸着部８ｂによって吸着し、ボンディングヘッド８ａをボンディングヘッド移動機構８ｃにより移動させて、チップＰを基板位置決め部５に位置決めされた基板ＰＢの上方に移動させる。そして、吸着部８ｂを下降させて、チップＰを基板ＰＢ上の目標接合位置に上方から接合させる。

次に、基板保持装置１０について説明する。図２、図３及び図４において、基板保持装置１０はベース部材１１及びベース部材１１の上面１１ａに設置されたホルダ部材１２から成る。

ベース部材１１は金属材料から成り、内部にホルダ部材吸引管路２１を有している（図３及び図４）。このホルダ部材吸引管路２１の一端側は、ベース部材１１の上面１１ａに開口する環状溝から成る上方開口部２１ａ（図４も参照）となっており、他端側はベース部材１１の側方に開口する側方開口部２１ｂとなっている。ホルダ部材吸引管路２１の側方開口部２１ｂは、ベース部１１の外部に設けられた外部管路２２に繋がっている。

ベース部材１１の内部にはまた、基板吸引管路２３が設けられている（図３）。この基板吸引管路２３の一端側は、ベース部材１１の上面１１ａの中央部に開口する上方開口部２３ａとなっており、他端側はベース部１１の側方に開口する側方開口部２３ｂとなっている。基板吸引管路２３の側方開口部２３ｂは、ベース部材１１の外部に設けられた外部管路２４に繋がっている。

ホルダ部材１２は内部に無数の空孔を有する多孔質材料から成っている。ホルダ部材１２の下面１２ａ（ベース部材１１の上面１１ａとの接触面）には、ホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａを上下反対にした形状の環状溝部２５が、ホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａと上下に対向する位置に設けられている。そして、この環状溝部２５内には、ホルダ部材１２がベース部材１１上に設置された状態でホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａを封止する封止部材２６が設けられている（図３及び図５）。

封止部材２６は、図６（ａ）に示すように、ホルダ部材１２の環状溝部２５の内面に塗布した塗料２６ａの固形物から成るものであってもよいし、図６（ｂ）に示すように、環状溝部２５内に充填した樹脂２６ｂから成るものであってもよい。或いは、図６（ｃ）に示すように、環状溝部２５の内面に塗布された接着剤２７に接着された金属部材２６ｃから成るものであってもよい。なお、ホルダ部材１２の下面１２ａに、ベース部材１１に設けられたホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａと対向する環状溝部２５が設けられ、この環状溝部２５内に封止部材２６が設けられるようにしているのは、封止部材２６がベース部材１１の上面１１ａと干渉しないようにするためである。

図３及び図５において、ホルダ部材１２の下面１２ａには、下方に開口する溝状の空気通路２８が、環状溝部２５の内側領域内を広がって設けられている。この空気通路２８はホルダ部材１２の下面１２ａの中央部を通って設けられ、ホルダ部材１２がベース部材１１の上面１１ａに設置された状態で、ベース部材１１に設けられた基板吸引管路２３の上方開口部２３ａと連通するようになっている。

図３において、ホルダ部材吸引管路２１に繋がる外部管路２２は第１電磁制御バルブ４１ａが介装された第１真空管路４２ａを介して真空源４３に繋がっており、フリップチップボンダー１が備える制御装置４４から第１電磁制御バルブ４１ａの作動制御を行うことにより、第１真空管路４２ａ及び外部管路２２を介してホルダ部材吸引管路２１内に真空を発生させて、ホルダ部材１２をベース部材１１側に真空吸引することができるようになっている。

また、図３において、基板吸引管路２３に繋がる外部管路２４は第２電磁制御バルブ４１ｂが介装された第２真空管路４２ｂを介して真空源４３に繋がっており、制御装置４４から第２電磁制御バルブ４１ｂの作動制御を行うことにより、第２真空管路４２ｂ及び外部管路２４を介して基板吸引管路２３内（及びホルダ部材１２の空気通路２８内）に真空を発生させて、基板吸引管路２３の上方開口部２３ａと繋がるホルダ部材１２の多孔質部分を介して（多孔質材料の内部の無数の空孔を介して）、ホルダ部材１２の上面１２ｂに載置された基板ＰＢを、ホルダ部材１２側に真空吸引することができるようになっている。なお、前述のように、ホルダ部材１２の下面１２ａに設けられた空気通路２８は環状溝部２５の内側領域内を広がって設けられているので、ホルダ部材１２の上面１２ｂに生じる基板ＰＢの吸引力はホルダ部材１２の上面１２ｂの広い範囲で均一なものとなる。

すなわちこの基板保持装置１０では、真空源４３、第１電磁制御バルブ４１ａ及び制御装置４４は、ホルダ部材吸引管路２１内に真空を発生させてホルダ部材１２をベース部材１１側に真空吸引するホルダ部材吸引部４６を構成しており、真空源４３、第２電磁制御バルブ４１ｂ及び制御装置４４は、基板吸引管路２３の上方開口部２３ａと繋がるホルダ部材１２の多孔質部分（ホルダ部材１２の内部の空孔）を介してホルダ部材１２の上面１２ｂに載置された基板ＰＢをホルダ部材１２側に真空吸引する基板吸引部４７を構成している。

このように基板保持装置１０は、ベース部材１１と、ベース部材１１の内部に設けられてそれぞれベース部材１１の上面１１ａに開口するホルダ部材吸引管路２１及び基板吸引管路２３と、ベース部材１１の上面１１ａに設置された多孔質材料から成るホルダ部材１２と、ホルダ部材１２の下面１２ａに設けられてホルダ部材吸引管路２１のベース部材１１の上面１１ａの開口部（上方開口部２１ａ）を封止する封止部材２６と、ホルダ部材吸引管路２１内に真空を発生させてホルダ部材１２をベース部材１１側に真空吸引するホルダ部材吸引手段としてのホルダ部材吸引部４６と、基板吸引管路２３内に真空を発生させ、基板吸引管路２３のベース部材１１の上面１１ａの開口部（上方開口部２３ａ）と繋がるホルダ部材１２の多孔質部分を介してホルダ部材１２の上面１２ｂに載置された基板ＰＢをホルダ部材１２側に真空吸引する基板吸引手段としての基板吸引部４７を備えたものとなっている。

本実施の形態における基板保持装置１０では、多孔質材料から成るホルダ部材１２の下面１２ａ（ベース部材１１との接触面）に封止部材２６を設け、ベース部材１１に設けられたホルダ部材吸引管路２１の開口部（上方開口部２１ａ）を封止部材２６によって封止するようにしているので、ホルダ部材吸引管路２１内に真空を発生させてホルダ部材１２を真空吸引することにより、ホルダ部材１２を強固な吸着力でベース部材１１の上面１１ａに固定することができる。また、ホルダ部材１２がベース部材１１にネジ止めされる場
合と異なり、非吸引領域がホルダ部材１２の上面１２ｂに生じず、ホルダ部材１２の上面１２ｂの全面を基板ＰＢの吸着面として有効に利用することができるので、ホルダ部材１２と同等のサイズの基板ＰＢを保持することができる。加えて、ホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａの真空が基板ＰＢに作用しないため、基板吸引管路２３の上方開口部２３ａの真空のオンオフ（真空の発生及び消滅）制御により、確実に基板ＰＢの吸着のオンオフ（ホルダ部材１２への着脱）が可能となる。

一方、ホルダ部材１２の上面１２ｂに載置した基板ＰＢについては、基板吸引管路２３内に真空を発生させ、基板吸引管路２３のベース部材１１の上面１１ａの開口部（上面開口部２３ａ）と繋がるホルダ部材１２の多孔質部分（ホルダ部材１２の内部の空孔）介して基板ＰＢを真空吸引することにより、その基板ＰＢをホルダ部材１２の上面１２ｂに固定することができる（図１及び図３参照）。このため本発明における基板保持装置１０によれば、ホルダ部材１２が多孔質材料から成ることによる利点（基板ＰＢのサイズに応じてホルダ部材１２を交換する必要がないといった利点）を維持しつつ、ホルダ部材１２と同等のサイズの基板ＰＢを保持することができる。

これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、ベース部材１１に設けられたホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａを封止する封止部材２６は、ホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａと対向する部分（環状溝部２５内）にのみ設けられる構成であったが、基板吸引管路２３による多孔質材料を介した基板ＰＢの真空吸引が妨げられないのであれば、ホルダ部材吸引管路２１の上方開口部２１ａと対向する部分を越えた範囲に封止部材２６が設けられていても構わない。また、上述の実施の形態では、基板保持装置１０がフリップチップボンダー１に備えられるものであったが、本発明の基板保持装置１０はフリップチップボンダー１に限られず、基板を保持する機構を有するあらゆる装置に適用することができる。

ホルダ部材が多孔質材料から成ることによる利点を維持しつつ、ホルダ部材と同等のサイズの基板を保持することができるようにした基板保持装置を提供する。

本発明の一実施の形態におけるフリップチップボンダーの要部斜視図 本発明の一実施の形態におけるフリップチップボンダーにおける基板保持装置の斜視図 本発明の一実施の形態における基板保持装置の断面図 本発明の一実施の形態における基板保持装置の分解斜視図 本発明の一実施の形態における基板保持装置を構成するホルダ部材の下方斜視図 （ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における基板保持装置を構成するホルダ部材の封止部材の構成を示す図

１０ 基板保持装置
１１ ベース部材
１１ａ ベース部材の上面
１２ ホルダ部材
１２ａ ホルダ部材の下面
１２ｂ ホルダ部材の上面
２１ ホルダ部材吸引管路
２１ａ 上方開口部（開口部）
２３ 基板吸引管路
２３ａ 上方開口部（開口部）
２６ 封止部材
４６ ホルダ部材吸引部（ホルダ部材吸引手段）
４７ 基板吸引部（基板吸引手段）
ＰＢ 基板

Claims (1)

1. ベース部材と、ベース部材の内部に設けられてそれぞれベース部材の上面に開口するホルダ部材吸引管路及び基板吸引管路と、ベース部材の上面に設置された多孔質材料から成るホルダ部材と、ホルダ部材の下面に設けられてホルダ部材吸引管路のベース部材の上面の開口部を封止する封止部材と、ホルダ部材吸引管路内に真空を発生させてホルダ部材をベース部材側に真空吸引するホルダ部材吸引手段と、基板吸引管路内に真空を発生させ、基板吸引管路のベース部材の上面の開口部と繋がるホルダ部材の多孔質部分を介してホルダ部材の上面に載置された基板をホルダ部材側に真空吸引する基板吸引手段とを備えたことを特徴とする基板保持装置。

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