JP2016063230A - 半導体チップボンディング装置及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上にボンディングされる半導体チップの位置をリアルタイムで補正する半導体チップボンディング装置及びその動作方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体チップボンディング装置は、半導体チップを吸着して把持するボンディングヘッドと、半導体チップがボンディングされる基板を支持するボンディングステージと、半導体チップを撮像して半導体チップの位置情報を獲得する第１カメラと、基板を撮像して基板の位置情報を獲得する第２カメラと、ボンディングステージの第１方向の一側面に連結されて補正用基板及び少なくとも１つの補正用チップを具備する補正装置構造体と、ボンディングヘッドにより、少なくとも１つの補正用チップの把持を制御して補正用基板に少なくとも１つの補正用チップを実装し、基板上の半導体チップのボンディング位置を補正するボンディング制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップボンディング装置に関し、より詳しくは、半導体チップのボンディング位置を補正する補正装置を具備する半導体チップボンディング装置及びその動作方法に関する。

低消費電力及び高駆動速度を達成するために、半導体チップあるいは半導体パッケージを実装する工程である半導体チップボンディング工程は、従来のワイヤボンディングを介した接点間連結方式から、フリップチップあるいはシリコン貫通電極（ＴＳＶ）による連結方式に変化している。

既存のワイヤボンディングを介した接点間連結方式では、数十μｍのチップボンディング精度でも、半導体チップボンディング工程には十分であったが、バンプとパッドとの直接接触が行われるフリップチップ、特に、シリコン貫通電極チップのボンディングでは、数μｍの高精密チップボンディングが要求される。また、連結方式において、金属を直接に接合するために、さらに高い温度及び圧力が要求される。高精密度を有する半導体チップボンディング装置において、このような温度等の環境の微細な変化は、精度を阻害する要素になる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、基板上にボンディングされる半導体チップの位置をリアルタイムで補正する半導体チップボンディング装置及びその動作方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による半導体チップボンディング装置は、半導体チップを吸着して把持するボンディングヘッドと、前記半導体チップがボンディングされるされる基板を支持するボンディングステージと、前記半導体チップを撮像して該半導体チップの位置情報を獲得する第１カメラと、前記基板を撮像して該基板の位置情報を獲得する第２カメラと、前記ボンディングステージの第１方向の一側面に連結されて補正用基板及び少なくとも１つの補正用チップを具備する補正装置構造体と、前記ボンディングヘッドにより、前記少なくとも１つの補正用チップの把持を制御して前記補正用基板に前記少なくとも１つの補正用チップを実装し、前記基板上の半導体チップのボンディング位置を補正するボンディング制御部と、を備えることを特徴とする。

前記補正装置構造体は、前記少なくとも１つの補正用チップ及び前記補正用基板が配置されて固定される固定部と、前記ボンディングステージの一側に連結される本体部と、を含み得る。
前記補正装置構造体は、前記補正用基板の前記第１方向に直交する第２方向の両側面に形成されて前記補正用基板を前記固定部に固定させる固定部材をさらに含み得る。
前記補正装置構造体は、前記固定部と前記本体部との間に形成されて前記補正用チップ及び前記補正用基板を冷却する冷却部を含み得る。

前記少なくとも１つの補正用チップ及び前記補正用基板は、前記補正装置構造体上に吸着支持され、前記固定部から脱着が可能である。
複数の補正用チップが前記補正用基板に配置され、前記複数の補正用チップは、該複数の補正用チップを収容する前記補正用基板上の実装領域の前記第１方向に直交する第２方向に一列に配列され得る。
前記少なくとも１つの補正用チップ及び前記補正用基板は、透明材料で形成され得る。
前記ボンディングステージ及び前記補正装置構造体に連結され、前記ボンディングステージ及び前記補正装置構造体を前記第１方向に移動させる第１移送装置をさらに含み得る。
前記ボンディングヘッド及び前記第２カメラに連結されて前記ボンディングヘッド及び前記第２カメラを前記第１方向に直交する第２方向に移動させる第２移送装置をさらに含み得る。
前記第２移送装置は、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）構造で形成され、前記第１カメラは、前記第２移送装置の下部に配置されて上部に向けて撮像する上方向（ｕｐ−ｌｏｏｋｉｎｇ）カメラであり得る。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による半導体チップボンディング装置の動作方法は、半導体チップをボンディングする段階と、チップ実装位置を補正する段階とを有し、前記半導体チップをボンディングする段階は、ボンディングヘッドで半導体チップを吸着把持し、ボンディングステージ上に配置される半導体基板上に実装し、加熱、加圧する段階を有し、チップ実装位置を補正する段階は、前記ボンディングヘッドが補正用チップの上部面に対向するように前記ボンディングヘッドを移動する段階、前記ボンディングヘッドで前記補正用チップを吸着して把持する段階、第１カメラで前記補正用チップを撮像して前記補正用チップの位置情報を獲得する段階、前記ボンディングステージの一側面に配置された補正用基板を所定の位置に移動する段階、第２カメラで前記補正用基板の実装位置を撮像して前記補正用基板の実装位置情報を獲得する段階、前記ボンディングヘッドで前記補正用チップを前記補正用基板の実装位置に実装する段階、前記補正用チップが前記補正用基板の実装位置上に正確に実装されたか否かを判断する段階、及び前記補正用チップが前記補正用基板上に正確に実装されていない場合に実装位置を補正するための補正オフセット値を計算する段階を含むことを特徴とする。

前記半導体のチップ実装位置を補正する段階は、前記半導体チップを把持する段階と実装する段階との間で、周期的に遂行され得る。
前記補正用チップの前記計算された補正オフセット値を、前記半導体基板上の前記半導体チップに適用し得る。
前記補正オフセット値は、前記補正用チップに形成された基準点マークと、前記補正用基板に形成された基準点マークとの間の離隔距離を基に計算され得る。
前記ボンディングステージ及び前記補正用基板は、第１移送装置に連結されて該第１移送装置によって第１方向に移動され、前記ボンディングヘッドは、第２移送装置に連結されて該第２移送装置によって前記第１方向に直交する第２方向に移動され得る。

本発明によれば、補正用基板に補正用チップを実装し、誤実装チップの整列偏差、すなわち、第１整列偏差〜第３整列偏差を検出して基板上にボンディングされる半導体チップの位置をリアルタイムで補正することができる。また、本発明によれば、ボンディングヘッドで補正用チップを把持し、補正用チップを補正用基板に実装し、実装位置に正確に実装されたか否かを検出した後、誤実装チップの場合、前記第１整列偏差〜前記第３整列偏差を相殺して除去することができる補正オフセット値を計算してボンディング工程に反映させることができる。補正オフセット値は、半導体チップボンディング装置において、チップボンディング工程を遂行している期間中または周期的に遂行される。従って、補正オフセット値の反映により、半導体チップボンディング装置のボンディング工程のボンディング精度及び精度を高めることができる。

本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の一部構成要素を拡大した斜視図である。 図２に示す一部構成要素である補正装置構造体の斜視図である。 本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の一部構成要素を示す平面図である。 本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の半導体チップボンディング工程を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の他の一部構成要素を拡大した斜視図である。 本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置のチップ実装位置補正工程を順次に示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の構成要素である補正用チップ、補正用基板、及び固定部を拡大した平面図である。

本発明の構成及び効果を十分に理解するために、図面を参照しながら、本発明の望ましい実施形態について説明する。しかし、本発明は、以下に開示する実施形態に限定されるものではなく、さまざまな形態に具現され、多様な変更を加えることができる。但し、本実施形態に係わる説明は、本発明の開示を完全なものにし、本発明が属する技術分野の当業者に、発明の技術範囲を完全に知らせるために提供される。図面において、構成要素は、説明の便宜のために、誇張され又は縮小されている。

ある構成要素が他の構成要素に対して、「上に」ある、又は「接して」いると記載した場合、他の構成要素上に直接当接している、又は連結されているが、中間に他の構成要素が存在してもよい。一方、ある構成要素が他の構成要素の「真上に」ある、又は「直接接して」いると記載した場合には、中間に他の構成要素が存在しない。構成要素間の関係について説明する他の表現、例えば、「〜間に」や「直接〜の間に」なども同様に解釈される。

第１、第２のような用語は、多様な構成要素の説明に使用されるが、各構成要素は、これらの用語によって限定されない。上記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のためにのみ使用される。例えば、第１構成要素は、第２構成要素と命名され、同様に、第２構成要素も、第１構成要素と命名される。

単数の表現は、文脈上明白に異なる表現をしない限り、複数の表現を含む。「含む」または「有する」という用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはそれらの組み合わせが存在することを指定するためのものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、またはそれらの組み合わせなどが付加されると解釈される。
本発明の実施形態で使用する用語は、特に定義しない限り、当該技術分野で当業者に一般的に知られた意味に解釈される。

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の斜視図である。図１において、半導体チップボンディング装置１０００の構成要素は、説明の便宜のために図式化され、一部構成要素が実際の形態と異なって省略されたり、誇張されて図示されている。

図１を参照すると、半導体チップボンディング装置１０００は、ベース部１１０、第１移送装置１２０、第２移送装置１３０、ウェーハ供給部２００、チップ供給部３００、ボンディングヘッド４００、ボンディングステージ５００、補正装置構造体６００、第１カメラＣ１、及び第２カメラＣ２を備える。本実施形態において、半導体チップボンディング装置１０００は、第１移送装置１２０及び第２移送装置１３０を制御し、補正装置構造体６００により半導体チップの実装位置を補正するボンディング制御部（図示せず）を備える。

ベース部１１０は、半導体チップボンディング装置１０００を支持する固定台であり、ベース部１１０上には、第１移送装置１２０、第２移送装置１３０、ウェーハ供給部２００、チップ供給部３００、ボンディングステージ５００、補正装置構造体６００、及び第１カメラＣ１が配置される。

第１移送装置１２０は、ボンディングステージ５００及び補正装置構造体６００を移動させる移送手段であり、ベース部１１０上に形成される。第１移送装置１２０は、シャフトモータ（Ｓｈａｆｔ ｍｏｔｏｒ）を含む。第１移送装置１２０は、ベース部１１０上で、第１方向（Ｘ方向）に延長される。第１移送装置１２０は、シャフトモータを駆動し、ボンディングステージ５００及び補正装置構造体６００を、第１方向（Ｘ方向）に移動させる。本実施形態において、第１移送装置１２０は、ボンディングステージ５００及び補正装置構造体６００を、ボンディングヘッド４００が形成された位置、すなわち、半導体チップの被搭載位置に移動させ、ボンディングヘッド４００とは、第１方向（Ｘ方向）に反対になる位置に離隔されるように移動させる。

第２移送装置１３０は、ボンディングヘッド４００及び第２カメラＣ２を移動させる移送手段であり、ベース部１１０上に形成される。第２移送装置１３０は、シャフトモータを含む。第２移送装置１３０は、ベース部１１０上で、第１方向（Ｘ方向）に直交する第２方向（Ｙ方向）に延長される。第２移送装置１３０は、シャフトモータを駆動し、ボンディングヘッド４００及び第２カメラＣ２を移動させる。本実施形態において、第２移送装置１３０は、ボンディングヘッド４００及び第２カメラＣ２をそれぞれ独立して移動させる。第２移送装置１３０は、ボンディングヘッド４００を、ボンディングステージ５００が移動される位置、すなわち、半導体チップの被搭載位置に移動させ、ボンディングステージ５００と、第２方向（Ｙ方向）に離隔されるように移動させる。本実施形態において、第１移送装置１２０及び第２移送装置１３０は、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）構造に形成される。

ウェーハ供給部２００は、ウェーハステージ２１０及び半導体チップ２３０を具備する半導体ウェーハ２２０を含む。ウェーハステージ２１０は、半導体ウェーハ２２０を保持する。半導体ウェーハ２２０には、半導体素子が形成されている。それぞれの単位半導体チップ２３０は、半導体ウェーハ２２０をソーイング（ｓａｗｉｎｇ）マシーンで切断して形成される。半導体ウェーハ２２０の切断工程は、半導体チップボンディング装置１０００と別個の装置によってなされる。

チップ供給部３００は、チップピッカ（ｃｈｉｐ ｐｉｃｋｅｒ）３１０、チップ運送部３２０及び第３移送装置３３０を含む。チップピッカ３１０は、半導体チップ２３０を一つずつ吸着して把持する。チップピッカ３１０は、半導体チップ２３０の上面と下面とが１８０゜反転されるように回転させる。チップピッカ３１０は、チップ運送部３２０に、半導体チップ２３０を受け渡す。チップ運送部３２０は、半導体チップ２３０をボンディングヘッド４００に受け渡す。チップ運送部３２０は、第３移送装置３３０に連結される。第３移送装置３３０は、チップ運送部３２０を、ボンディングヘッド４００に隣接するように移動させる。

ボンディングヘッド４００は、ボンディングピッカ（ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｉｃｋｅｒ）４１０、吸着ヘッド４２０、及び連結部材４３０を含む。本実施形態において、ボンディングヘッド４００は、同一構造を有する一対で具備され、１対のボンディングヘッド４００は、第２移送装置１３０に連結される。ボンディングピッカ４１０は、真空吸着力を利用して、半導体チップ２３０を把持する。ボンディングピッカ４１０は、第３方向（Ｚ方向）に移動する。吸着ヘッド４２０は、半導体チップ２３０を把持する媒介体の役割を行い、半導体チップ２３０の外郭側面部を取り囲む形態に形成される。本実施形態において、吸着ヘッド４２０は、コレット（ｃｏｌｌｅｔ）である。連結部材４３０は、ボンディングピッカ４１０を第２移送装置１３０と連結する。ボンディングヘッド４００は、第２移送装置１３０に連結され、第２方向（Ｙ方向）に移動する。ボンディングヘッド４００は、第２移送装置１３０によって、ボンディングステージ５００上に移動し、ボンディングピッカ４１０に把持された半導体チップ２３０を、第３方向（Ｚ方向）に昇降自在に、ボンディングステージ５００上に実装する。

ボンディングステージ５００上には、半導体チップ２３０が実装される被搭載領域を含む半導体基板５１０が形成される。ボンディングステージ５００は、第１移送装置１２０に連結され、第１移送装置１２０に沿って、第１方向（Ｘ方向）に移動する。本実施形態において、半導体基板５１０は、印刷回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）である。

補正装置構造体６００は、ボンディングステージ５００の一側面に固定されて連結される。補正装置構造体６００は、ボンディングステージ５００の側面のうちの第１方向（Ｘ方向）の一側に形成される。補正装置構造体６００は、補正用チップ６００Ｃ、補正用基板６００Ｓ、固定部６１０、及び本体部６２０（図２及び図３を参照）を備える。補正装置構造体６００に関わる詳細な説明は、図２及び図３を参照して後述する。

第１カメラＣ１は、ボンディングヘッド４００の移動経路の下部に形成される。すなわち、第１カメラＣ１は、第２移送装置１３０の下部に形成される。第１カメラＣ１は、ベース部１１０上に配置されてボンディングヘッド４００に向かうようにレンズ部が配向され、上方向撮影が可能なアップルッキング（ｕｐ−ｌｏｏｋｉｎｇ）カメラである。第１カメラＣ１は、ボンディングヘッド４００に吸着されて把持された半導体チップ２３０を撮像し、位置情報を獲得する。具体的には、第１カメラＣ１は、吸着ヘッド４２０の中心と、半導体チップ２３０の中心とが一致するか否かの情報、吸着ヘッド４２０の中心が半導体チップ２３０の中心から離脱した距離、及び吸着ヘッド４２０に対して半導体チップ２３０の離脱した角度などを撮影してそれぞれの情報を獲得する。第１カメラＣ１は、移動される半導体チップ２３０の下面の１地点の領域撮像だけでも、初期入力された半導体チップ２３０の位置情報に基づいて、半導体チップ２３０のずれた程度及び特定方向への変位量を判断するが、望ましくは、２地点以上の領域を撮像することにより、さらに正確なイメージを抽出する。本実施形態において、第１カメラＣ１は、ＴＤＩ（ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）カメラである。

第２カメラＣ２は、第２移送装置１３０に連結され、ボンディングヘッド４００と離隔されて形成される。第２カメラＣ２のレンズ部は、ボンディングステージ５００に向かうように形成される。第２カメラＣ２は、第２移送装置１３０に連結され、第２方向（Ｙ方向）に移動される。第２カメラＣ２は、ボンディングステージ５００上で半導体基板５１０を撮像し、半導体チップ２３０が実装される半導体基板５１０のボンディング位置情報を獲得する。

本発明による半導体チップボンディング装置１０００は、補正装置構造体６００を具備するところに特徴がある。具体的には、半導体チップボンディング装置１０００は、ボンディングステージ５００の一側面に固定されて連結される補正装置構造体６００を含む。半導体チップボンディング装置１０００は、補正装置構造体６００の補正用チップ６００Ｃ及び補正用基板６００Ｓを使用し、リアルタイムで半導体チップのボンディング位置を補正することで、装置を停止する必要がなく、装置自体の温度を低くするような別途の工程を省略し得る。補正過程に係わる詳細な説明は、図４〜図６を参照して後述する。

図２は、本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の一部構成要素を拡大した斜視図である。すなわち、ボンディングステージ５００及び補正装置構造体６００を拡大した斜視図である。図３は、図２に示す一部構成要素である補正装置構造体の斜視図である。

図２を参照すると、ボンディングステージ５００の上面には、半導体基板５１０が形成され、補正装置構造体６００は、ボンディングステージ５００の一側面に固定されて連結される。半導体基板５１０は、セラミックス基板、印刷回路基板（ＰＣＢ）、有機基板、及びインターポーザ基板のうちの選択される少なくとも一つを基に形成される。本実施形態において、半導体基板５１０は、印刷回路基板である。補正装置構造体６００は、ボンディングステージ５００の第１方向（Ｘ方向）への一側面に連結されて配置される。補正装置構造体６００とボンディングステージ５００は、連結部６２２を媒介にして互いに連結される。ボンディングステージ５００と補正装置構造体６００とは、第１移送装置１２０（図１を参照）に連結されて一体に移動される。

図２及び図３を参照すると、補正装置構造体６００は、固定部６１０、本体部６２０、連結部６２２、真空発生部６３０、冷却部６４０、補正用チップ６００Ｃ、及び補正用基板６００Ｓを含む。

本体部６２０は、連結部６２２と一体に形成される。連結部６２２は、ボンディングステージ５００の一側面部に連結されて固定される。連結部６２２を媒介に、ボンディングステージ５００と本体部６２０とが連結される。

固定部６１０は、本体部６２０上に形成され、補正用チップ６００Ｃ及び補正用基板６００Ｓを真空吸着して支持する。固定部６１０の上面と、補正用基板６００Ｓの下面との間には、吸着ホール６１０Ｈが複数個形成される。本実施形態において、補正用基板６００Ｓは、ガラス治具（ｇｌａｓｓ ｊｉｇ）であり、補正用基板６００Ｓは、透明材料で形成されるが、吸着ホール６１０Ｈが、補正用基板６００Ｓを介して観察される。吸着ホール６１０Ｈは、真空発生部６３０で発生した真空による空気圧が通過する開口部であり、吸着ホール６１０Ｈは、固定部６１０内部に形成された空間に連結され、冷却配管部と連結され、真空発生部６３０に連通される。吸着ホール６１０Ｈは、真空発生部６３０と連通されて接続されることにより、吸着ホール６１０Ｈに、真空吸引力を伝達する、従って、固定部６１０は、補正用基板６００Ｓを吸着支持する。

固定部６１０の上面の補正用基板６００Ｓの第２方向（Ｙ方向）の両側面部には、補正用基板固定部材６１２が形成される。補正用基板固定部材６１２は、補正用基板６００Ｓの両側面部に隣接し、補正用基板６００Ｓを固定して支持する。

補正用基板６００Ｓは、固定部６１０上に吸着されて支持される。補正用基板６００Ｓは、ガラスまたは樹脂材質、例えば、透明樹脂材料で形成される。本実施形態において、補正用基板６００Ｓは、ガラス治具である。補正用基板６００Ｓには、補正基準点マーク（ＦＭ：ｆｉｄｕｃｉａｌ ｍａｒｋ）が表示される（図８を参照）。

補正用基板６００Ｓは、第２方向（Ｙ方向）に延長された形態に形成される。補正用基板６００Ｓ上には、補正用チップ６００Ｃが、第２方向（Ｙ方向）に一列に配置される。本実施形態において、補正用基板６００Ｓ上には、補正用チップ実装領域が第２方向（Ｙ方向）に一列に形成される（図６及び図８を参照）。

補正用チップ６００Ｃは、固定部６１０上に、第２方向（Ｙ方向）に一列に配置される。補正用チップ６００Ｃは、固定部６１０上に、真空吸着により支持され、又固定部６１０から脱着される。複数個の補正用チップ６００Ｃが、ガラスまたは透明樹脂材料で形成される。補正用チップ６００Ｃは、補正用基板６００Ｓと同一材料で形成される。本実施形態において、補正用チップ６００Ｃは、ガラス治具からなる。補正用チップ６００Ｃと固定部６１０との間には、補正用チップ支持部材６１４が配置される。補正用チップ支持部材６１４は、補正用チップ６００Ｃの各側面の周囲を取り囲むように形成される。補正用チップ支持部材６１４は、補正用チップ６００Ｃが、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に整列するように、補正用チップ６００Ｃを固定して支持する。

真空発生部６３０は、本体部６２０の下部、及び連結部６２２の側面部に隣接して形成される。真空発生部６３０は、本体部６２０の内部に形成された冷却用配管部を介して、冷却部６４０と連結される。真空発生部６３０は、冷却部６４０に流れる冷却用流体を回収して真空を発生させる。真空発生部６３０で発生する真空で、補正用チップ６００Ｃ及び補正用基板６００Ｓを吸着して固定支持する。本実施形態において、真空発生部６３０は、−７０ｋＰａの真空を発生させる。

冷却部６４０は、固定部６１０の下面と、本体部６２０の上面との間に形成される。冷却部６４０は、円柱の配管状に形成される。冷却部６４０は、固定部６１０内部に形成された冷却配管部に沿って流れる冷却用流体を含む。冷却用流体は、固定部６１０内部の冷却配管部に沿って流れながら、ボンディングステージ５００で発生した熱が、補正装置構造体６００に伝達することを防止する。

図４は、本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の一部構成要素を示す平面図である。図４では、説明の便宜のために、一部構成要素が実際の形態と異なって省略されたり誇張されたりして図示される。
図５は、本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の半導体チップボンディング工程を示すフローチャートである。

図４及び図５を参照すると、半導体チップボンディング装置１０００は、チップボンディング工程Ａ及びボンディング位置補正工程Ｂ（図６及び図７を参照）を遂行する。

チップボンディング工程Ａは、ソーイング（ｓａｗｉｎｇ）マシーンを使用して、複数の単位半導体チップ２３０に切断された半導体ウェーハ２２０から、それぞれの半導体チップ２３０を吸着把持し、半導体基板５１０の実装領域に、それぞれの半導体チップ２３０を実装する工程である。チップボンディング工程Ａは、チップピッカ３１０で半導体チップ２３０の上部面を吸着する方式で把持する段階（Ａ１）、半導体チップ２３０の上部面及び下部面が反転するようにチップピッカ３１０を上下に１８０゜回転させる反転段階（Ａ２）、チップピッカ３１０を使用してチップピッカ３１０に把持された半導体チップ２３０をボンディングヘッド４００に受け渡す段階（Ａ３）、半導体チップ２３０のピックアップ位置を検査する段階（Ａ４）、ボンディングヘッド４００をボンディングステージ５００に移動させてボンディングステージ５００上に形成された半導体基板５１０の実装位置を検出する段階（Ａ５）、及び半導体チップ２３０を実装するボンディング段階（Ａ６）を含む。

具体的には、ウェーハステージ２１０上に保持された半導体ウェーハ２２０をソーイングマシーンで切断し、個別の単位半導体チップ２３０に分離する。半導体ウェーハ２２０を切断する工程は、チップピッカで半導体チップ２３０を吸着把持する段階（Ａ１）以前に遂行される。半導体チップ２３０は、チップピッカ３１０によって、チップ運送部３２０に送られる。チップピッカ３１０は、フリップヘッド（ｆｌｉｐ−ｈｅａｄ）を含む。チップピッカ３１０は、半導体チップ２３０の上下面を１８０゜反転し、チップ運送部３２０に送る。チップ運送部３２０は、第３移送装置３３０に連結され、第１方向（Ｘ方向）に、ボンディングヘッド４００側に移動する。第３移送装置３３０は、シャフトモータを含み、シャフトモータの駆動によって、チップ運送部３２０を、ボンディングヘッド４００の方に移動させる。

ボンディングヘッド４００は、ボンディングピッカ４１０、吸着ヘッド４２０、及び連結部材４３０を含む。ボンディングピッカ４１０は、真空部及び加熱部を含む。真空部で発生する真空によって、ボンディングヘッド４００は、チップ運送部３２０から半導体チップ２３０を吸着して把持する。ボンディングピッカ４１０と半導体チップ２３０との間には、吸着ヘッド４２０が介在する。ボンディングヘッド４００は、第２移送装置１３０に連結され、第２方向（Ｙ方向）に移動される。このとき、第１カメラＣ１によって、半導体チップ２３０の位置が撮像され、半導体チップ２３０の位置情報が獲得される。

ボンディングステージ５００は、第１移送装置１２０に連結され、第１方向（Ｘ方向）に移動する。ボンディングステージ５００上には、半導体基板５１０が配置される。図４に示すように、半導体基板５１０上には、半導体チップ実装領域５１０Ａが形成される。ボンディングステージ５００は、半導体チップ実装領域５１０Ａに、ボンディングヘッド４００が重畳するように第１移送装置１２０に沿って第１方向（Ｘ方向）に移動する。このとき、第２カメラＣ２は、半導体チップ実装領域５１０Ａを撮像し、半導体チップ実装領域５１０Ａの位置情報を獲得する。第２カメラＣ２は、第２移送装置１３０と連結され、第２方向（Ｙ方向）に移動して半導体チップ実装領域５１０Ａを撮像する。

ボンディングヘッド４００と、半導体チップ実装領域５１０Ａが重複すると、ボンディングヘッド４００は、第３方向（Ｚ方向）に下降し、半導体チップ２３０を、半導体基板５１０の半導体チップ実装領域５１０Ａに実装する。ボンディングヘッド４００は、半導体チップ２３０を加圧して圧接させる。半導体チップ２３０が圧接されると、ボンディングヘッド４００は、ボンディングステージ５００を加熱して加熱加圧ボンディングを行う。

上述の半導体チップボンディング工程Ａを反復的に実施する場合、半導体チップボンディング装置１０００の温度が上昇し、第１移送装置１２０及び第２移送装置１３０がシャフトモータによって移動されるが、これによりボンディング精度が低下する。従って、高精度ボンディング工程のためには、上述のような温度、動作不正確性などの外部環境の変化による微細な変化を補正するための本実施形態に係る補正装置構造体６００が求められる。

図６は、本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置の他の一部構成要素を拡大した斜視図である。図６において一部構成要素は、説明の便宜のために省略され、誇張されて図示されている。
図７は、本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置のチップ実装位置補正工程を順次に示すフローチャートである。

図６及び図７を参照すると、チップ実装位置補正工程（Ｂ１〜Ｂ１０）は、チップボンディング工程Ａを遂行する工程の後に順次遂行されるか、又はリアルタイムに同時遂行される。チップ実装位置補正工程（Ｂ１〜Ｂ１０）は、チップボンディング工程Ａが遂行される間も、周期的に遂行される。例えば、チップボンディング工程Ａを予め定めた数分間遂行した後、または半導体チップ２３０を予め定めたチップ数をボンディングした後のような条件下で、チップ実装位置補正工程（Ｂ１〜Ｂ１０）が遂行される。

チップ実装位置補正工程（Ｂ１〜Ｂ１０）は、補正装置構造体６００を所定の位置に移動する段階（Ｂ１）、ボンディングヘッド４００を移動して補正用チップ６００Ｃの上部に位置させる段階（Ｂ２）、ボンディングヘッド４００で補正用チップ６００Ｃを吸着して把持する段階（Ｂ３）、第１カメラＣ１で補正用チップ６００Ｃを撮像して補正用チップ６００Ｃの位置情報を獲得する段階（Ｂ４）、補正用基板６００Ｓを所定の位置に移動する段階（Ｂ５）、第２カメラＣ２で補正用基板６００Ｓを撮像して補正用基板６００Ｓ上の実装位置６００Ｓｘに関する位置情報を獲得する段階（Ｂ６）、ボンディングヘッド４００で補正用チップ６００Ｃを補正用基板６００Ｓ上に実装する段階（Ｂ７）、補正用チップ６００Ｃが補正用基板６００Ｓ上の実装位置６００Ｓｘに正確に実装されたか否かを判断する段階（Ｂ８）、補正用オフセット値を計算する段階（Ｂ９）、及び計算されたオフセット値を適用する段階（Ｂ１０）を含む。

具体的には、補正装置構造体６００を所定の位置に移動する。所定の位置は、ボンディングヘッド４００の吸着ヘッド４２０と、補正用チップ６００Ｃとが同一軸に重畳する位置を意味する。すなわち、補正用チップ６００Ｃの上側に、吸着ヘッド４２０が配置される。補正装置構造体６００は、ボンディングステージ５００の一側面部に連結され、第１移送装置１２０によって、ボンディングステージ５００と同時に移動される。補正装置構造体６００は、第１方向（Ｘ方向）に移動される。

連結部材４３０は、昇降モータを含む。連結部材４３０は、昇降モータの駆動により、ボンディングピッカ４１０を第３方向（Ｚ方向）に下降させ、補正用チップ６００Ｃ上に位置させる。ボンディングピッカ４１０は、補正用チップ６００Ｃを吸着して把持する。

補正用チップ６００Ｃを把持した後、連結部材４３０は、ボンディングピッカ４１０を、第３方向（Ｚ方向）の上方へ上昇させ、第１カメラＣ１側に移動する。連結部材４３０を含むボンディングヘッド４００は、第２移送装置１３０と連結され、第２方向（Ｙ方向）に移動する。第１カメラＣ１は、補正用チップ６００Ｃを撮像し、補正用チップ６００Ｃの位置情報を獲得する。

その後、補正装置構造体６００は、補正用基板６００Ｓがボンディングヘッド４００の下部に位置するように、第１方向（Ｘ方向）に移動される。このとき、第２カメラＣ２は、第２移送装置１３０によって、第２方向（Ｙ方向）に移動し、補正用基板６００Ｓを撮像し、補正用基板６００Ｓの実装位置６００Ｓｘに関する位置情報を獲得する。

ボンディングヘッド４００は、第２移送装置１３０に移動されて把持された補正用チップ６００Ｃを、補正用基板６００Ｓの実装位置６００Ｓｘに実装する。補正用基板６００Ｓ上の実装位置６００Ｓｘは、第２方向（Ｙ方向）に一列に並んで配列される。図６には、５個の実装位置６００Ｓｘが図示されているが、これは説明の便宜のためのものであり、これに限定されるものではない。実装位置６００Ｓｘに、複数個の補正用チップ６００Ｃが実装される。実装された補正用チップ６００Ｃ間の距離を計算し、補正用チップ６００Ｃが正確に実装位置６００Ｓｘに実装されたか否かを検出する。

補正用チップ６００Ｃ、及び補正用基板６００Ｓの実装位置６００Ｓｘには、補正基準点マーク（ＦＭ）が表示される（図８を参照）。

半導体チップボンディング装置１０００は、ボンディング制御部（図示せず）を備える。ボンディング制御部は、第１移送装置１２０及び第２移送装置１３０を制御し、ボンディングヘッド４００及び補正装置構造体６００の移動量をあらかじめ設定して制御する。また、第１カメラＣ１及び第２カメラＣ２で撮像された補正用チップ６００Ｃ及び補正用基板６００Ｓの実装位置６００Ｓｘの位置情報を獲得して記憶する。

また、ボンディング制御部は、補正用チップ６００Ｃのチップ基準点マークＦＭ１（図８を参照）が、実装位置６００Ｓｘの基板基準点マークＦＭ２（図８を参照）に正確に一致するように実装されたか否かを検出し、補正オフセット値を計算するアルゴリズムを遂行する。具体的には、ボンディング制御部は、第１カメラＣ１で撮像したチップ基準点マークＦＭ１に伴う移動量を検出し、それを第２カメラＣ２で撮像した基板基準点マークＦＭ２と比較して偏差量を認識し、補正オフセット値を計算する。チップ基準点マークＦＭ１及び基板基準点マークＦＭ２に基づく補正オフセット値計算によるチップ実装位置補正方法は、図８を参照して後述する。

チップ実装位置補正工程（Ｂ１〜Ｂ１０）が遂行された後、補正オフセット値をチップボンディング工程Ａに適用する。本実施形態による半導体チップボンディング装置１０００は、補正装置構造体６００をボンディングステージ５００の一側面に配置して構成することにより、半導体チップボンディング装置１０００でチップボンディング工程Ａを遂行している期間中または周期的に、半導体チップのボンディング精度を検出する。半導体チップボンディング装置１０００は、半導体チップ２３０が実装位置に正確に実装されていない場合、即座にボンディング制御部を介して補正オフセット値を反映させる。すなわち、半導体チップボンディング装置１０００は、精度を高めるために補正用チップ６００Ｃを使用したチップ実装位置補正工程を、半導体チップボンディング装置１０００と同一条件及び同一環境で遂行して実装位置における半導体チップ２３０の位置を修正する。、また、本補正方法は半導体チップボンディング装置１０００内部の温度を下げる必要がないので、補正工程の遂行時間を短縮することができる。

図８は、本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置構成要素である補正用チップ、補正用基板、及び固定部を拡大した平面図である。

図８を参照すると、補正用チップ６００Ｃ及び補正用基板６００Ｓは、固定部６１０上に固定されて支持される。本実施形態において、固定部６１０は、補正用チップ６００Ｃ及び補正用基板６００Ｓを、真空発生部６３０（図２を参照）で発生した真空で吸着して支持する。補正用チップ６００Ｃ及び補正用基板６００Ｓは、ガラスまたは透明樹脂材料で形成される。

補正用チップ６００Ｃは、補正用基板６００Ｓの側面から第１方向（Ｘ方向）に離隔され、第２方向（Ｙ方向）に配列される。補正用チップ６００Ｃ上には、チップ基準点マークＦＭ１が形成される。チップ基準点マークＦＭ１は、補正用チップ６００Ｃの上面に形成され、第１カメラＣ１（図１及び図４を参照）と対向する一面に表示され、補正用チップ６００Ｃの内部にも形成される。

チップ基準点マークＦＭ１は、円形のドット形状を有する。しかし、チップ基準点マークＦＭ１の形態は、円形に限定されるものではなく、十字形、多角形、またはそれらの組み合わせのうちのいずれか１つの形状を有する。本実施形態において、チップ基準点マークＦＭ１は、円形と十字形との組み合わせによって形成される。チップ基準点マークＦＭ１は、複数個の補正用チップ６００Ｃ間の離隔距離を含む相対的位置情報を算出する基準点になる。チップ基準点マークＦＭ１が円形、十字形または多角形の組み合わせによって形成される場合、チップ基準点マークＦＭ１の中心を基準にして、補正用チップ６００Ｃ間の相対的位置情報を算出する。

補正用基板６００Ｓ上には、複数の実装位置６００Ｓｘが形成される。本実施形態において、複数の実装位置６００Ｓｘは、５個で形成される。ただし、複数の実装位置６００Ｓｘの個数は、５個に限定されるものではない。複数の実装位置６００Ｓｘ上には、補正用チップ６００Ｃが実装される。複数の実装位置６００Ｓｘの形態及び大きさは、補正用チップ６００Ｃの形態及び大きさと同一である。複数の実装位置６００Ｓｘそれぞれには、基板基準点マークＦＭ２が形成される。基板基準点マークＦＭ２は、複数の実装位置６００Ｓｘそれぞれの中央部に形成される。

複数の実装位置６００Ｓｘ上には、正常実装チップ６００Ｃａ及び誤実装チップ（６００Ｃｂ１、６００Ｃｂ２）が実装される。正常実装チップ６００Ｃａは、複数の実装位置６００Ｓｘのそれぞれに正確に実装されたチップを意味する。正常実装は、チップ基準点マークＦＭ１と、基板基準点マークＦＭ２とが正確に一致することを意味する。正常実装チップ６００Ｃａ間は、所定距離ｄ離隔している。本実施形態において、離隔距離ｄは、１０ｍｍである。

誤実装チップ（６００Ｃｂ１、６００Ｃｂ２）は、複数の実装位置６００Ｓｘのそれぞれに、不正確に実装されたチップを意味する。第１誤実装チップ６００Ｃｂ１のチップ基準点マークＦＭ１は、対応する基板基準点マークＦＭ２から第１方向（Ｘ方向）に第１整列偏差ｄ１、第２方向（Ｙ方向）に第２整列偏差ｄ２離隔している。第２誤実装チップ６００Ｃｂ２のチップ基準点マークＦＭ１は、基板基準点マークＦＭ２と第２方向（Ｙ方向）に第３整列偏差ｄ３離隔している。

本発明の一実施形態による半導体チップボンディング装置１０００は、補正用基板６００Ｓに補正用チップ６００Ｃを実装し、誤実装チップ（６００Ｃｂ１、６００Ｃｂ２）の整列偏差の値、すなわち、第１整列偏差ｄ１〜第３整列偏差ｄ３を検出し、ボンディング位置を補正する。具体的には、ボンディングヘッド４００（図６を参照）で補正用チップ６００Ｃを把持し、補正用チップ６００Ｃを補正用基板６００Ｓに実装し、実装位置６００Ｓｘに正確に実装されたか否かを検出した後、誤実装チップ（６００Ｃｂ１、６００Ｃｂ２）の場合、第１整列偏差ｄ１〜第３整列偏差ｄ３を相殺して除去する補正オフセット値を計算し、ボンディング工程Ａ（図５を参照）に反映させる。補正オフセット値は、半導体チップボンディング装置１０００において、チップボンディング工程Ａを遂行している期間中、または周期的に遂行される。従って、補正オフセット値の反映することにより、半導体チップボンディング装置１０００のボンディング工程Ａのボンディング精度及び正確度を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、その技術範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。従って、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の半導体チップボンディング装置は、半導体チップ関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１１０ ベース部
１２０ 第１移送装置
１３０ 第２移送装置
２００ ウェーハ供給部
２１０ ウェーハステージ
２２０ 半導体ウェーハ
２３０ 半導体チップ
３００ チップ供給部
３１０ チップピッカ
３２０ チップ運送部
３３０ 第３移送装置
４００ ボンディングヘッド
４１０ ボンディングピッカ
４２０ 吸着ヘッド
４３０ 連結部材
５００ ボンディングステージ
５１０ 半導体基板
５１０Ａ 半導体チップ実装領域
６００ 補正装置構造体
６００Ｃ 補正用チップ
６００Ｓ 補正用基板
６００Ｓｘ 実装位置
６１０ 固定部
６１０Ｈ 吸着ホール
６１２ 補正用基板固定部材
６１４ 補正用チップ支持部材
６２０ 本体部
６２２ 連結部
６３０ 真空発生部
６４０ 冷却部
１０００ 半導体チップボンディング装置

Claims (20)

1. 半導体チップを吸着して把持するボンディングヘッドと、
   前記半導体チップがボンディングされる基板を支持するボンディングステージと、
   前記半導体チップを撮像して該半導体チップの位置情報を獲得する第１カメラと、
   前記基板を撮像して該基板の位置情報を獲得する第２カメラと、
   前記ボンディングステージの第１方向の一側面に連結されて補正用基板及び少なくとも１つの補正用チップを具備する補正装置構造体と、
   前記ボンディングヘッドにより、前記少なくとも１つの補正用チップの把持を制御して前記補正用基板に前記少なくとも１つの補正用チップを実装し、前記基板上の半導体チップのボンディング位置を補正するボンディング制御部と、を備えることを特徴とする半導体チップボンディング装置。
2. 前記補正装置構造体は、
   前記少なくとも１つの補正用チップ及び前記補正用基板が配置されて固定される固定部と、
   前記ボンディングステージの一側に連結される本体部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体チップボンディング装置。
3. 前記補正装置構造体は、前記補正用基板の前記第１方向に直交する第２方向の両側面に形成されて前記補正用基板を前記固定部に固定させる固定部材をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体チップボンディング装置。
4. 前記補正装置構造体は、前記固定部と前記本体部との間に形成されて前記補正用チップ及び前記補正用基板を冷却する冷却部を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体チップボンディング装置。
5. 前記少なくとも１つの補正用チップ及び前記補正用基板は、前記補正装置構造体上に吸着支持され、前記固定部から脱着が可能であることを特徴とする請求項２に記載の半導体チップボンディング装置。
6. 複数の補正用チップが前記補正用基板上に配置され、 前記複数の補正用チップは、該複数の補正用チップを収容する前記補正用基板上の実装領域の前記第１方向に直交する第２方向に一列に配列されることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップボンディング装置。
7. 前記少なくとも１つの補正用チップ及び前記補正用基板は、透明材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップボンディング装置。
8. 前記ボンディングステージ及び前記補正装置構造体に連結され、前記ボンディングステージ及び前記補正装置構造体を前記第１方向に移動させる第１移送装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体チップボンディング装置。
9. 前記ボンディングヘッド及び前記第２カメラに連結され、前記ボンディングヘッド及び前記第２カメラを前記第１方向に直交する第２方向に移動させる第２移送装置をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体チップボンディング装置。
10. 前記第２移送装置は、ガントリ構造で形成され、
    前記第１カメラは、前記第２移送装置の下部に配置されて上部に向けて撮像する上方向カメラであることを特徴とする請求項９に記載の半導体チップボンディング装置。
11. ボンディングヘッドで半導体チップを吸着して把持する段階と、
    ボンディングステージ上に配置された半導体基板上に、前記半導体チップを実装する段階と、
    前記半導体基板上で、前記半導体チップの実装位置を補正する段階と、
    前記半導体チップが前記半導体基板にボンディングされるように前記半導体チップを加熱及び加圧する段階と、を有し、
    前記半導体チップの実装位置を補正する段階は、
    前記ボンディングヘッドが補正用チップの上部面に対向するように前記ボンディングヘッドを移動する段階と、
    前記ボンディングヘッドで前記補正用チップを吸着して把持する段階と、
    第１カメラで前記補正用チップを撮像して前記補正用チップの位置情報を獲得する段階と、
    前記ボンディングステージの一側面に配置された補正用基板を所定の位置に移動する段階と、
    第２カメラで前記補正用基板の実装位置を撮像して前記補正用基板の実装位置情報を獲得する段階と、
    前記ボンディングヘッドで前記補正用チップを前記補正用基板の実装位置に実装する段階と、
    前記補正用チップが前記補正用基板の実装位置上に正確に実装されたか否かを判断する段階と、
    前記補正用チップが前記補正用基板上に正確に実装されていない場合に実装位置を補正するための補正オフセット値を計算する段階と、を含むことを特徴とする半導体チップボンディング装置の動作方法。
12. 前記半導体チップの実装位置を補正する段階は、前記半導体チップを把持する段階と実装する段階との間で、周期的に遂行されることを特徴とする請求項１１に記載の半導体チップボンディング装置の動作方法。
13. 前記補正用チップの前記計算された補正オフセット値を、前記半導体基板上の前記半導体チップに適用することをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体チップボンディング装置の動作方法。
14. 前記補正オフセット値は、前記補正用チップに形成された基準点マークと、前記補正用基板に形成された基準点マークとの間の離隔距離を基に計算されることを特徴とする請求項１１に記載の半導体チップボンディング装置の動作方法。
15. 前記ボンディングステージ及び前記補正用基板は、第１移送装置に連結されて該第１移送装置によって第１方向に移動され、
    前記ボンディングヘッドは、第２移送装置に連結されて該第２移送装置によって前記第１方向に直交する第２方向に移動されることを特徴とする請求項１１に記載の半導体チップボンディング装置の動作方法。
16. 半導体チップを吸着して把持するボンディングヘッドと、
    前記ボンディングヘッド上の前記半導体チップを撮像し、前記ボンディングヘッドに対する前記半導体チップの位置を決定する第１カメラと、
    前記半導体チップがボンディングされる基板を支持するボンディングステージと、
    前記基板を撮像して該基板の位置情報を獲得する第２カメラと、
    前記ボンディングステージに連結されて補正用基板及び少なくとも１つの補正用チップを具備する補正装置構造体と、
    前記補正用基板上への前記少なくとも１つの補正用チップの実装を制御し、前記補正用基板上の前記補正用チップの位置精度を計算し、計算された前記補正用チップの位置精度に基づいて前記基板上の前記半導体チップの実装位置を補正するボンディング制御部と、を備えることを特徴とする半導体チップボンディング装置。
17. 前記ボンディングヘッドは、前記半導体チップ及び前記補正用チップの両者とも吸着して把持し、
    前記第１カメラは、前記ボンディングヘッドに把持された前記半導体チップ及び前記補正用チップのそれぞれを撮像することを特徴とする請求項１６に記載の半導体チップボンディング装置。
18. 前記ボンディングステージと前記補正装置構造体は、同一移送装置で同一方向に沿って同時に移動することを特徴とする請求項１６に記載の半導体チップボンディング装置。
19. 前記補正用基板と前記少なくとも１つの補正用チップは、透明であり、
    前記少なくとも１つの補正用チップのそれぞれ及び前記補正用基板の実装位置は、基準点マークを含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体チップボンディング装置。
20. 前記ボンディング制御部は、前記第１カメラ及び前記第２カメラによって前記半導体チップ及び前記基板がそれぞれ撮像されるとき、前記補正用チップ上及び前記補正用基板上の前記基準点マークによって前記補正用基板上の前記補正用チップの位置精度を計算することを特徴とする請求項１９に記載の半導体チップボンディング装置。

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