JP3024047B2 - バンプ接合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの電極パ
ッド等にボール状の金属バンプを接合するためのバンプ
接合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップの電極パッドに形成される
バンプとして、例えばウエハバンプが知られている。ウ
エハバンプにおいては、ウエハ段階の半導体素子に対し
てバンプを形成するものである。

【０００３】また従来、この種のバンプ接合装置におい
て、半導体チップを供給する供給手段と、半導体チップ
の電極パッドと同一位置となるように配列孔が設けられ
た微小金属ボールの配列基板と、微小金属ボールをこの
配列基板の配列孔に吸着させるボール配列手段と、少な
くとも半導体チップ１つ分の微小金属ボール群が配列さ
れた配列基板を接合用ステージまで搬送する基板搬送手
段と、接合用ステージまで搬送された微小金属ボール群
を被接合部に接合する接合手段と、を備えたものが知ら
れている。

【０００４】このバンプ接合装置によれば、半導体チッ
プの電極パッドと同一位置に微小金属ボールを配列し、
且つその配列された微小金属ボール群が複数設けられて
いる配列基板から、半導体チップ１つ分の微小金属ボー
ル群を一括でピックアップし、それを接合ステージまで
搬送する。そして接合用ステージにて、微小金属ボール
群を被接合部に接合するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のバン
プ接合装置において、主要なバンプ接合工程はほぼ完全
自動化されているものの、特に半導体チップの供給手段
においてチップトレイを使用し、このチップトレイ内に
複数の半導体チップが収容される。しかしながらチップ
トレイに収容された半導体チップが、ガタついてしまう
危険があった。このように半導体チップがガタつくと、
後工程に対する半導体チップの位置決めに著しく影響
し、結局、稼働率を悪化させる等の問題が生じていた。

【０００６】また、従来のバンプ接合装置においては、
バンプ接合後、バンピング済み半導体チップを能率良く
排出する手段を備えていなかった。このため、バンプ接
合工程後、半導体チップの排出のために手間がかからざ
るを得なかった。

【０００７】本発明はかかる実情に鑑み、能率良く且つ
的確にバンピング済み半導体チップを排出し得る新規な
構成のバンプ接合装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のバンプ接合装置
は、半導体チップを収納・供給する供給手段と、その半
導体チップの電極パッドと同一位置となるように配列孔
が設けられた微小金属ボールの配列基板と、微小金属ボ
ールを前記配列基板の前記配列孔に吸着させるボール配
列手段と、複数の微小金属ボールが配列された前記配列
基板を接合用ステージまで搬送する基板搬送手段と、前
記接合用ステージまで搬送された前記微小金属ボールを
被接合部に接合する接合手段と、を備えているが、特
に、前記微小金属ボール群が接合された半導体チップ
を、粘着性を有する部材上に配列・収納するための排出
手段を、更に備えている。

【０００９】また、本発明のバンプ接合装置において、
前記排出手段は、金属板上に支持された粘着部材を有
し、更にその粘着部材の適所を加熱し得るように構成さ
れた加熱手段を備えている。

【００１０】更に、本発明のバンプ接合装置において、
前記排出手段は、前記微小金属ボールが接合された半導
体チップを、前記粘着部材にて所定間隔で配置する整列
手段を備えている。

【００１１】そしてまた、本発明のバンプ接合装置にお
いて、複数組の前記配列基板，前記ボール配列手段及び
前記基板搬送手段を備え、それぞれの組の前記配列基板
が交互に、前記接合用ステージまで搬送されるようにし
たものである。

【００１２】

【作用】本発明のバンプ接合装置において、半導体チッ
プの電極パッドと同一位置に配列孔を有する配列基板に
より、半導体チップ１つ分の微小金属ボール群を一括で
ピックアップし、それを接合ステージまで搬送する。そ
して、接合用ステージにて微小金属ボール群を被接合
部、即ち半導体チップの電極パッドに接合する。このよ
うにバンプ接合されたバンピング済み半導体チップは、
排出手段により、粘着性を有する部材上に配列され、そ
して収納される。本発明装置によれば、特に排出手段を
更に備えていることにより、バンプ接合工程後の半導体
チップを能率良く、しかも所定位置に正確に排出するこ
とができる。

【００１３】また、本発明のバンプ接合装置において、
特に金属板に支持された粘着部材を有しており、排出工
程にて、この粘着部材上にバンピング済み半導体チップ
が移載される。半導体チップの移載の際、その粘着部材
の適所、即ち半導体チップの載置部をヒータ等の加熱手
段によって加熱することにより、半導体チップを粘着部
材上に確実に固定することができる。

【００１４】更に、本発明のバンプ接合装置において、
微小金属ボールが接合された半導体チップを所定間隔で
配置する整列手段を備えており、これにより、排出工程
にて排出手段によってバンピング済み半導体チップを粘
着部材上に移載する際、各半導体チップを粘着部材上の
所定位置に正確に配列することができる。

【００１５】そしてまた、本発明のバンプ接合装置にお
いて、配列基板，ボール配列手段及び基板搬送手段は複
数組、好適には一対設けられ、これらを交互に作動させ
ることにより、微小金属ボール群が配列された配列基板
を効率良く接合用ステージに対して供給することができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、図１乃至図６を参照して、本発明によ
るバンプ接合装置の第一実施例を説明する。

【００１７】図１は、第一実施例に係るバンプ接合装置
１００の全体構成を示している。このバンプ接合装置１
００は概して、半導体チップの供給部１０，バンプを形
成すべき微小金属ボールの供給部２０，配列・搬送部３
０，バンプ接合部４０，位置合わせ光学系部５０及び半
導体チップの排出部６０を有している。また半導体チッ
プの給排部７０を有している。

【００１８】供給部１０においては、所謂スタック方式
によりウェハを収納し、供給するようになっている。図
１に示されるようにウェハ１において、バンプ接合され
るべき多数の半導体チップ２が分割構成されている。ウ
ェハ１は、図２にも示したようにウェハ収納供給部１１
にて、リング状の金属板１２によって支持された後述す
る粘着シート１３上に貼着された状態で、図示例のよう
に上下に多段に収納・配置されている。ウェハ収納供給
部１１のウェハ１は、そのウェハ収納供給部１１から取
り出されて、リング状の金属板１２に支持された状態で
ピックアップ部１４まで移動される。

【００１９】図３は、ピックアップ部１４における構成
例を示している。ピックアップ部１４の上方の所定位置
に、給排部７０の一方の吸着ヘッド７１が回動移動して
くるようになっている。また、ピックアップ部１４は、
その吸着ヘッド７１に対してＸ方向及びＹ方向（図１参
照）に移動調整可能になっている。図３（Ａ）に示され
るように、バンプ接合部４０へ供給されるべき半導体チ
ップ２が、吸着ヘッド７１の下方に位置するようにピッ
クアップ部１４が適宜Ｘ方向及びＹ方向に移動する。な
お、吸着ヘッド７１は、コレット７２を介して半導体チ
ップ２を着脱するようになっている。また、その半導体
チップ２の下側には突上げピン１５が配置構成されてお
り、この突上げピン１５は、所望の半導体チップ２を粘
着部材である粘着シート１３の下側から突き上げるよう
になっている。

【００２０】図４は、供給部２０，配列・搬送部３０及
びバンプ接合部４０等のまわりの構成例を示している。
供給部２０において、多数の微小金属ボールがトレイ２
１に収容されている。このトレイ２１は、図５（Ａ）に
示されるように微振動によって微小金属ボール３を浮遊
させ、配列・搬送部３０の後述するボンディングヘッド
を介して、その浮遊した微小金属ボール３を吸着し得る
ようになっている。

【００２１】配列・搬送部３０において、この例では例
えば、Ｘ方向に架設されたレール３１に沿って移動し得
るようにボンディングヘッド３２が装架されている。こ
のボンディングヘッド３２は、半導体チップ２の電極パ
ッドと同一位置となるように配列孔（図示せず）が設け
られた微小金属ボール３の配列基板３３を有しいる。配
列基板３３は、ボンディングヘッド３２と伴に上下動可
能であり、トレイ２１に対して進退し得るようになって
いる（図５（Ａ）参照）。また、配列基板３３におい
て、配列孔は真空源と接続されており、その真空引き手
段によって微小金属ボール３を吸着させることができる
ように構成されている。

【００２２】バンプ接合部４０は、図４に示されるよう
に半導体チップ２を載置するためのステージ４１を有し
ている。このステージ４１は、例えば４００〜５００℃
程度の高温度まで加熱・保持可能である。また、供給部
１０のピックアップ部１４からステージ４１上に移載さ
れた半導体チップ２を、配列基板３３に対して位置合わ
せ（アライメント）するために、該ステージ４１は、Ｘ
方向及びＹ方向に移動し、及び回動し得るようになって
いる（図５（Ｂ）参照）。

【００２３】位置合わせ光学系部５０は、図１及び図４
に示したようにＸ方向に移動して、バンプ接合部４０の
ステージ４１に対して進退し得る光学ヘッド５１を有し
ている。この光学ヘッド５１は、図５（Ｂ）に示される
ようにボンディングヘッド３２とステージ４１との間に
挿脱可能であり、ボンディングヘッド３２に支持される
配列基板３３とステージ４１上に載置される半導体チッ
プ２との位置合わせ確認を行うようになっている。

【００２４】図２にも示したように、この例では給排部
７０を挟んで供給部１０の反対側には、排出部６０が構
成配置されている。排出部６０は、供給部１０とほぼ同
様な基本構成を有しており、即ちバンピング済みの半導
体チップ２′をリング状の金属板６２によって支持され
た粘着シート６３上に整列配置するチップ配列部６１と
このバンピング済みの半導体チップ２′を支持する金属
板６２を上下に多段に収納する収納部６４とを備えてい
る。

【００２５】チップ配列部６１の上方の所定位置に、給
排部７０の他方の吸着ヘッド７３が回動移動してくるよ
うになっている。この吸着ヘッド７３はコレット７４を
介してバンピング済みの半導体チップ２′を着脱するよ
うになっているが、チップ配列部６１は、その吸着ヘッ
ド７３に対してＸ方向及びＹ方向に位置調整可能になっ
てい。図６（Ａ）に示されるように、粘着シート６３の
所定部位（半導体チップ２′の載置部）が、バンプ接合
部４０から回動してきた吸着ヘッド７３の下方に位置す
るように、チップ配列部６１が適宜Ｘ方向及びＹ方向に
移動する。

【００２６】また、チップ配列部６１において粘着シー
ト６３の下側には、吸着ヘッド７３の下方に位置するよ
うに加熱ヘッド６５ａを有するヒータ６５が配置構成さ
れている。この加熱ヘッド６５ａは、半導体チップ２′
を載置する粘着シート６３の下側から加熱するようにな
っている。

【００２７】なお、上記の構成においてバンプ接合装置
１００を構成する供給部１０，供給部２０，配列・搬送
部３０，バンプ接合部４０，位置合わせ光学系部５０，
排出部６０及び給排部７０等は、所定の制御回路に接続
されており、この制御回路により所定の作動シーケンス
に従って作動制御されるようになっている。

【００２８】本実施例によるバンプ接合装置１００は、
上記のように構成されており、次にその作用を説明す
る。

【００２９】供給部１０において、バンプ接合されるべ
き半導体チップ２を支持する所定の金属板１２がウェハ
収納供給部１１から取り出されて、ピックアップ部１４
上に移載される。そして、その金属板１２の粘着シート
１３上の所望の半導体チップ２は、図３（Ａ）に示され
るように該粘着シート１３の下側から突上げピン１５に
よって突き上げられる。このように突き上げられた半導
体チップ２は、他の半導体チップ２よりも若干高くなっ
ているため、コレット７２を介して吸着ヘッド７１に簡
単且つ確実に吸着される（図３（Ｂ））。

【００３０】なお、この後、突上げピン１５は下降す
る。また、１つの粘着シート１３上のすべての半導体チ
ップ２が上記のようにピックアップされて、次のバンプ
接合部４０へ供給されると、ピックアップ部１４に対し
てウェハ収納供給部１１から、次にバンプ接合されるべ
き半導体チップ２を支持する金属板１２が供給されるよ
うになっている。

【００３１】一方、微小金属ボール３の供給部２０にお
いて、多数の微小金属ボール３を収容するトレイ２１に
微振動を付与することによって、微小金属ボール３を浮
遊させる（図５（Ａ））。かかるトレイ２１上に移動し
てきたボンディングヘッド３２を下降させることによ
り、その配列基板３３に半導体チップ２の電極パッドに
対応する微小金属ボール３を吸着させる。

【００３２】微小金属ボール３を吸着した配列基板３３
を支持するボンディングヘッド３２は、次にレール３１
に沿ってバンプ接合部４０まで移動する（図５
（Ｂ））。このバンプ接合部４０において、図５（Ｂ）
に示されるように位置合わせ光学系部５０の光学ヘッド
５１がボンディングヘッド３２とステージ４１との間に
挿入され、配列基板３３と半導体チップ２との位置合わ
せを行う。この位置合わせのために、ステージ４１は適
宜Ｘ方向及びＹ方向に移動し、或いは回動する。そし
て、配列基板３３及び半導体チップ２の位置合わせ後、
ボンディングヘッド３２が図５（Ｃ）に示されるように
下降し、これにより微小金属ボール３が半導体チップ２
の電極パッドに接合される。

【００３３】かくしてバンプ接合されたバンピング済み
半導体チップ２′は、次の排出工程にて排出部６０へ排
出される。この排出工程では先ず、バンプ接合部４０の
ステージ４１上のバンピング済み半導体チップ２′は、
給排部７０の吸着ヘッド７３に吸着され、半導体チップ
２′を吸着したその吸着ヘッド７３がチップ配列部６１
の上方まで回動移動する。チップ配列部６１は、その半
導体チップ２′を粘着シート６３上の所定位置に整列配
置するように、適宜Ｘ方向及びＹ方向に移動して位置調
整を行う（図６Ａ）。

【００３４】次に、図６（Ｂ）に示されるように、吸着
ヘッド７３が下降するが、粘着シート６３の下側にて吸
着ヘッド７３の下方に加熱ヘッド６５ａが配置されてい
る。この加熱ヘッド６５ａは、半導体チップ２′が載置
される粘着シート６３の下側から加熱し、これにより、
粘着シート６３上の所定位置に半導体チップ２′を確実
に固着させることができる。そして半導体チップ２′の
載置後、吸着ヘッド７３は、図６（Ｃ）に示されるよう
に上昇する。

【００３５】上記のように排出工程において、粘着シー
ト６３上にバンピング済みの半導体チップ２′が順次、
正確に所定位置に整列されるが、１つの粘着シート６３
におけるバンピング済み半導体チップ２′の整列が完了
すると、その粘着シート６３は、金属板６２と伴に収納
部６４に収納される。これと同時に、チップ配列部６１
に対して収納部６４から空の（未使用）粘着シート６３
を支持する金属板６２が供給される。

【００３６】次に、本発明によるバンプ接合装置の第二
実施例を説明する。図７は、第二実施例に係るバンプ接
合装置２００の全体構成を示している。このバンプ接合
装置２００においては、一対の供給部２０を備えてお
り、各供給部２０は前記第一実施例のものと実質的に同
様に構成されている。即ち、トレイ２１に多数の微小金
属ボール３を収容している。また、配列・搬送部３０に
おいても、レール３１に沿って移動し得る一対のボンデ
ィングヘッド３２が装架されている。各ボンディングヘ
ッド３２は配列基板３３を有しており、各々の配列基板
３３は、ボンディングヘッド３２と伴に上下動可能に構
成されている。

【００３７】第二実施例において、各供給部２０からボ
ンディングヘッド３２の配列基板３３を介して、微小金
属ボール３がバンプ接合部４０へ供給される。この例の
ように２つの供給部２０等を用いて、それらを交互に作
動させることにより、微小金属ボール３を効率良く接合
用のステージ４１に供給することができる。なお、第二
実施例における供給部１０や排出部６０の構成は、第一
実施例の場合と実質的に同様であるが、給排部７０の吸
着ヘッド７１及び吸着ヘッド７３は別体構成となってい
る。

【００３８】以上実施例について本発明を説明したが、
本発明は、これらの実施例において記述された具体的数
値等に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて適
宜変形等が可能である。例えば、第二実施例においては
一対の供給部２０等を設ける例を説明したが、それ以
上、即ち例えば３つの供給部２０を設けるようにしても
よい。このように供給部２０を増設することにより、装
置の作動効率を更に高めることが可能になる。

【００３９】なお、金属ボールを配列基板に吸着させる
際に、所定の位置に全て金属ボールが吸着されているか
どうか、或いは余分な金属ボールが付着していないかど
うかを確認する検査手段を配列・搬送部に設けてもよ
い。このとき、不良品が確認された場合には再度吸着を
行うようにしてもよい。同様に、給排部においても、半
導体チップの所定の位置に全て金属ボールが吸着されて
いるかどうか、或いは余分な金属ボールが付着していな
いかどうかを確認する検査手段を設けてもよい。また、
同様に不良品が確認されたときには、再度吸着を行うよ
うにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属板に支持された粘着部材上に半導体チップを正確に整
列させるようにしたことにより、後工程における半導体
チップの位置決め等を簡単且つ容易に行うことができ、
従来装置に比較して装置処理能率を格段に高めることが
できる。また本発明装置において、不良半導体チップが
除去された状態で後工程に供給されるため、後工程にお
ける良否の認識や稼働率を向上させることができる等の
利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバンプ接合装置の第一実施例にお
ける全体構成を示す平面図である。

【図２】本発明によるバンプ接合装置の第一実施例にお
ける全体構成を示す正面図である。

【図３】本発明によるバンプ接合装置に係るピックアッ
プ部の構成例を示すそれぞれ要部断面図である。

【図４】本発明によるバンプ接合装置に係る供給部，配
列・搬送部及びバンプ接合部まわりの構成例を示す図で
ある。

【図５】本発明によるバンプ接合装置におけるバンプ供
給からその接合までの工程を順次示す図である。

【図６】本発明によるバンプ接合装置におけるバンピン
グ済み半導体チップの排出工程を順次示す図である。

【図７】本発明によるバンプ接合装置の第二実施例にお
ける全体構成を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ウェハ ２ 半導体チップ ２′ バンピング済み半導体チップ ３ 微小金属ボール １０ 供給部 １１ ウェハ収納供給部 １２ 金属板 １３ 粘着シート １４ ピックアップ部 １５ 突上げピン ２０ 供給部 ２１ トレイ ３０ 配列・搬送部 ３１ レール ３２ ボンディングヘッド ３３ 配列基板 ４０ バンプ接合部 ４１ ステージ ５０ 位置合わせ光学系部 ５１ 光学ヘッド ６０ 排出部 ６１ チップ配列部 ６２ 金属板 ６３ 粘着シート ６４ 収納部 ６５ ヒータ ６５ａ 加熱ヘッド ７０ 給排部 ７１ 吸着ヘッド ７２ コレット ７３ 吸着ヘッド ７４ コレット １００ バンプ接合装置 ２００ バンプ接合装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−256153（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129374（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップを収納・供給する供給手段
   と、その半導体チップの電極パッドと同一位置となるよ
   うに配列孔が設けられた微小金属ボールの配列基板と、
   微小金属ボールを前記配列基板の前記配列孔に吸着させ
   るボール配列手段と、複数の微小金属ボールが配列され
   た前記配列基板を接合用ステージまで搬送する基板搬送
   手段と、前記接合用ステージまで搬送された前記微小金
   属ボールを被接合部に接合する接合手段と、を備えたバ
   ンプの接合装置において、 前記微小金属ボール群が接合された半導体チップを、粘
   着性を有する部材上に配列・収納するための排出手段
   を、更に備えていることを特徴とするバンプ接合装置。
2. 【請求項２】 前記排出手段は、金属板上に支持された
   粘着部材を有し、更にその粘着部材の適所を加熱し得る
   ように構成された加熱手段を備えていることを特徴とす
   る請求項１に記載のバンプ接合装置。
3. 【請求項３】 前記排出手段は、前記微小金属ボールが
   接合された半導体チップを、前記粘着部材上にて所定間
   隔で配置する整列手段を備えていることを特徴とする請
   求項１又は２に記載のバンプ接合装置。
4. 【請求項４】 複数組の前記配列基板，前記ボール配列
   手段及び前記基板搬送手段を備え、それぞれの組の前記
   配列基板が交互に、前記接合用ステージまで搬送される
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載のバンプ接
   合装置。