JP3672906B2 - ボンディング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを基板上に直接ボンディングするフリップチップ用のボンディング装置に関し、ボンディングスピードを高めことができ、小型化が図られ、取り扱い易いボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、フリップチップ用のボンディング装置は、図５に示したように、ウェーハシート１にバンプ或いは接合面を上向きとしたチップ２が多数取り付けられ、ウェーハシート１上のチップ２を吸着するために上下動作をする吸着コレット（吸着保持具又は移送ノズル）３が設けられている。吸着コレット３の上部には、チップ２との位置合わせをするためのチップ認識用カメラ５が組み込まれた光学認識装置４が設けられている。光学認識装置４はチップ２の位置を認識して吸着コレット３を降下させてチップ２を吸着した後、上昇して吸着コレット３を前方（ボンディング位置方向）に水平移動させて、吸着コレット３をボンディング方向へ上方に１８０度回転させてチップ２を反転させる。ボンディング用ノズル６は、バンプ或いは接合面が下向きとなったチップ２を吸着して、チップ２を吸着したボンディング用ノズル６をボンディング用チップ認識位置であるチップ認識用のカメラ９が組み込まれた光学認識装置８へと移動させてボンディング用チップ２を認識し、チップ２は基板に超音波ボンディングされている。
【０００３】
このように、従来のボンディング装置では、チップ吸着位置（ピックアップ位置）Ａ、チップ受け渡し位置Ｂ、ボンディング用チップ認識位置Ｃの各処理位置が異なるのが一般的であった。上記ボンディング装置とは多少機構が異なるが、各処理位置が相違するボンディング装置として特許文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の従来例としては、図６に示したボンディング装置がある。このボンディング装置は、光学認識装置４が水平に配置され、吸着コレット３は光学認識装置４における光学軸の中心を、矢印で示したようにボンディング位置側に回動するように、歯車１２に歯車１３が噛合する反転装置が光学認識装置４に組み込まれ、吸着コレット３の吸着穴３ａが直上を向く位置にボンディングノズル６が待機している。光学認識装置４は、開口窓４ａに対応してプリズム４ｂが配設され、このプリズム４ｂより順次右方に結像レンズ４ｃ、ハーフミラー４ｄ、撮像素子５が設けられ、照明４ｅからの光がハーフミラー４ｄ、結像レンズ４ｃ、プリズム４ａを介してチップ２を照明している。
【０００５】
この従来例のボンディング装置は、吸着コレット３が光学認識装置４と一体となっており、チップ吸着する際に、吸着コレット３を光学認識装置４とともに上下駆動機構で降下させて、かつウェーハシート１に取り付けられたチップ２をウェーハシート１の下側に設けられたピン１１によりチップ２を押し上げて、吸着コレット３で吸着している。吸着コレット３で吸着されたチップ２は、吸着コレット３を上方に回動させることによりチップ受け渡し位置へと搬送する。ボンディングノズル６はチップ２を吸着して水平にボンディング位置に移動し、基板１２にチップ２を接着する（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−５６９４５号公報（図３）
【特許文献２】
特開２０００−１６４６４０号公報（明細書の段落番号〔００１５〕〜〔００２５〕，図１〜図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフリプチップ用のボンディング装置において、特許文献１では、チップ吸着位置（ピックアップ位置）Ａ、チップ受け渡し位置Ｂ、ボンディング用チップ認識位置Ｃの各処理位置が異なっており、チップをその都度移動させて処理しなければならず、作業効率を向上させることに限界があった。しかもチップ吸着位置Ａからボンディング位置Ｃまでのスペースを十分に確保しなければならないのでボンディング装置自体の小型化が困難であった。
【０００８】
このような課題を改善すべくなされたものが、特許文献２のボンディング装置である。このボンディング装置では、吸着コレット３と光学認識装置４とが一体に構成され、吸着コレット３をボンディング側へと下方向に回動させて、チップ２に対向したピックアップ位置とし、吸着コレット３と光学認識装置４とを降下させ、かつチップ２をピン１１で押し上げて吸着コレット３で吸着している。さらに、吸着コレット３を逆方向への回動によって、吸着コレット３で吸着したチップ２をボンディングノズル６で吸着するチップ受け渡し位置Ｂとしている。このようにピックアップ位置とチップ受け渡し位置とが鉛直線上で行われることによって、チップの移動時間の短縮が図られている。
【０００９】
しかしながら、吸着コレット３と光学認識装置４とは一体に上下動作するように構成されており、チップ吸着コレット３の回動動作に伴って振動が光学認識装置４に伝わり画像認識に悪影響を与えるおそれがあり、安定するまで時間を要する欠点があった。さらに、吸着コレット３は光学軸中心に回動しており、吸着コレット３が図６のような配置であると、３６０度回転させることができないので、反転装置には、一個のチップ吸着コレットしか設けることができない欠点があるとともに、ボンディング速度の改善には限界があった。また、吸着コレット３のピックアップ位置からチップ受け渡し位置への移動が、ボンディング側へ回動させて行う構成であると、そのためのスペースを十分に確保しなければならないのでボンディング装置の小型化に限界があった。
【００１０】
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであり、フリップチップ素子を基板にボンディングする処理速度を高めことができるとともに、取り扱いが容易なように小型化が図られたボンディング装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成したものであり、請求項１の発明は、フリップチップ用のボンディング装置において、光学認識手段によりバンプ或いは接合面が上面に向いたチップを認識し、光学的に認識された該チップを吸着コレットで吸着するピックアップ位置と、ピックアップされた該チップをボンディングするためのチップ受け渡し位置とが略同一鉛直線上であり、前記吸着コレットは前記光学認識手段の光学系と独立して上下動作するとともに回転し、該吸着コレットの回転面が基板の搬送方向に対して略平行であり、かつ該回転面に回転中心から放射状に該吸着コレットが複数個設けられていることを特徴とするボンディング装置である。
【００１２】
請求項１の発明では、認識したチップを吸着コレットで吸着するピックアップ位置（チップ吸着位置）と、チップ受け渡し位置とが略同一鉛直線上で行われることを前提とするフリップチップ用のボンディング装置であって、吸着コレットは、光学認識手段（光学認識装置）の光学系と独立して上下動するようになされているので、吸着コレットの上下動作する際の振動が直接光学系に伝達されないようになされており、チップのピックアップとチップ受け渡しとが高速に実行できる。しかも、吸着コレットは基板の搬送方向に略平行（光学認識装置内の主光軸に略直交方向）に回転するようにしてボンディング装置の小型化が図られ、しかも吸着コレットの回転面に回転中心から放射状に吸着コレットが複数個設けられており、僅かな回転角でピックアップ位置に吸着コレットを移動させることができるので、チップ吸着の動作が高速となり、ボンディング速度を高速に実行できる作用を有する。なお、吸着コレットの回転面は、チップを基板に接合する位置から基板が搬送される方向に対して略平行な面とすることによって、基板の搬送路の妨げになることなく、ボンディング装置をコンパクトに形成できる作用を有する。
【００１３】
また、請求項２の発明は、前記光学認識手段が、前記チップ受け渡し位置のチップを認識する光学認識手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置である。
【００１４】
請求項２の発明では、チップのピックアップのためのチップ認識する光学認識手段と、チップ受け渡しのためのチップ認識する光学認識手段とが並列又は一部を共通として一体に備えられており、チップ認識位置と異なった位置に、チップ受け渡しの確認を行うための光学認識手段（光学認識装置）を設ける必要がなく、ボンディングノズルをチップ受け渡しを行う際のチップを認識する光学認識手段に搬送させる必要がなくなり、チップボンディングの処理速度を高速に行うことができる作用を有する。或いは、光学認識手段を１８０度回動させてボンディング用チップを認識する必要がなく、ボンディング装置を簡便な構造にできる作用を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るフリップチップ用のボンディング装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は、本発明の一実施形態を示す概略図であり、図２（ａ），（ｂ）は、本実施形態の光学認識装置の一形態を示す概略図であり、図３は、本実施形態における吸着装置の一形態を示す概略正面図であり、図４は、本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【００１６】
本実施形態は、フリップチップを基板に取り付けるボンディング装置の概略図であり、図１を参照して説明する。先ず、同図では実線と二点鎖線で各部の動作を示している。同図において、フリップチップ（以下、チップと略記する）２は、ウェーハシート１上にバンプ或いは接合面が上向きに多数取り付けられている。チップ２は、光学認識装置４によるチップ認識位置に送り込まれ、光学認識装置４による位置情報に基づいて、ＸＹテーブル（図示なし）により調整して、チップ２は最適なピックアップ位置（チップ吸着位置）Ａにセットされる。
【００１７】
ウェーハシート１上のチップ２の上部には、チップ２を吸着する吸着コレット（吸着保持具又は移送ノズル）３が設けられた吸着機構１２が設けられている。ピックアップ位置Ａにセットされたチップ２は、吸着機構１２の吸着コレット３によりピックアップされる。吸着コレット３は、反転アーム１２ａに設けられており、フリップチップ位置でチップ２を吸着した吸着コレット３は、反転アーム１２ａを回転させることによって、チップ受け渡し位置Ｂとし、ボンディングノズル６によって、チップ２が受け渡される。ピックアップ位置Ａとチップ受け渡し位置Ｂとは、略同一鉛直線Ｌａ上である。また、吸着機構１２には、吸着コレット３が反転アーム１２ａに複数個設けられて形成されている。
【００１８】
ボンディングノズル６は、超音波ボンディングのためのボンディング用ホーン７が設けられている。ボンディングノズル６で吸着されたチップ２はボンディング用チップ認識位置Ｃに搬送される。ボンディング用チップ認識位置Ｃには光学認識装置８が配置されている。光学認識装置８は、ボンディングノズル６のチップ２を認識し、ボンディングノズル６に吸着されたチップ２は、基板に超音波ボンディングされる。
【００１９】
さらに、詳細に説明すると、光学認識装置４は、吸着機構１２を支持する反転アーム１２ａの略中央に挿入されてチップ２の載置面又は搬送面に対して略水平に設置されている。光学認識装置４は、例えば図２（ａ），（ｂ）に示したように、光学系がプリズム４ｂ、結像レンズ４ｃ、ハーフミラー４ｄ、ミラー４ｆ（図２（ｂ））で構成され、その照明４ｅがハーフミラー４ｄ上部に設けられており、照明４ｅからの光は光軸Ｌで示したように、ハーフミラー４ｄ、プリズム４ｂを介して開口窓４ａを通してチップ２を照明し、その反射光を撮像素子（認識カメラ）５で撮影してチップ２を認識している。光学認識装置４によるチップ２の認識は、例えば吸着コレット３が上方、チップ受け渡し位置Ｂに位置する際に行われる。
【００２０】
吸着機構１２は、上下動作を行う駆動機構（図示なし）が設けられ、図３に示したように、回転動作による反転機構（図示なし）の反転アーム１２ａに複数の吸着コレット３が設けられている。これらの吸着コレット３は、光学認識装置４内の光軸Ｌ方向に対して直交方向の鉛直面、或いは吸着コレット３の回転面に放射状に設けられている。同図では三個の吸着コレット３が互いに１２０度の角度を成して放射状に設けられている。吸着コレット３を保持する保持部材３ａには電磁弁と吸着穴とが設けられ、電磁弁の開閉動作による真空の供給と遮断が行われている。吸着機構１２は、駆動機構により上下動作可能なように光学認識装置４とは独立した動作が可能であり、吸着機構１２は、光学認識装置４の略中心に挿通されている。
【００２１】
さらに、吸着機構１２について詳細に説明すると、吸着機構１２の吸着コレット３は、図３に示したように、チップ２のピックアップを開始する際、吸着コレット３の一つが、上方（チップ受け渡し位置Ｂ）に位置と、他の二つが左右両側の待機位置にある。チップ２の認識は、この状態で光学認識装置４によりウェーハシート１上のチップ２を認識する。吸着機構１２の反転アーム１２ａは、待機位置にある吸着コレット３を、矢印Ｙで示したように６０度回転させてピックアップ位置Ａ（ウェーハシート１上のチップ２の直上）に移動させることができる。チップ受け渡し位置Ｂに位置する吸着コレット３は、待機位置に移動する。ウェーハシート１上のチップ２の直上に移動してきた吸着コレット３は、駆動機構により吸着機構１２とともに下方に降下してチップ２を吸着（ピックアップ）する。その後、チップ２を吸着した吸着コレット３は、１８０度回転してチップ受け渡し位置Ｂへと回動させ、チップ２のバンプを下方に向きとして、ボンディング用ノズル６でチップ２を吸着する。なお、図３では、吸着機構１２の反転アーム１２ａに３個の吸着コレット３が回転中心に均等な角度に設けられているが、９個の吸着コレット３を４５度の均等な角度で配置してもよい。また、２個の吸着コレット３が互いに対峙する１８０度の位置となるように反転アーム１２ａを設けてもよい。このような吸着機構１２の場合は、ピックアップのためのチップの認識を吸着コレット３が回転している際に行う必要がある。さらには、反転アーム１２ａが回転している際にチップ認識を行うとすれば、吸着コレット３を９０度の間隔で設置することも可能である。
【００２２】
本実施形態では、このように反転アーム１２ａに複数の吸着コレット３を設けることによって、チップ受け渡し位置Ｂへの回転は１８０度であるが、吸着コレット３の待機位置からチップのピックアップ位置Ａまでの回転角は１８０度とすることなく、６０度、或いはそれより狭い４５度といった回転角に設定することができるので、ボンディング処理が従来よりも高速に行うことができる。
【００２３】
次に、本実施形態の動作を簡単に説明する。本実施形態のボンディング装置は、ウェーハシート１上のチップ２を吸着するための反転動作と上下動作をする吸着コレット３が設けられ、チップ２の位置合わせをするための光学認識装置４が設けられている。バンプ或いは接合面が上向きにチップ２が多数取り付けられたウェーハシート１がチップ認識位置に搬送されてくると、光学認識装置４は、チップ２の位置を認識して、必要に応じて位置を修正して正確なピックアップ位置とし、吸着コレット３を回転させてピックアップ位置Ａにセットし、さらに降下させてチップ２を吸着する。続いて、吸着したチップ２は、吸着コレット３を回転面を１８０度回転させてチップ受け渡し位置Ｂに搬送する。チップ２はバンプ或いは接合面が下向きとなる。ボンディング用ノズル６は、バンプ或いは接合面が下向きとなったチップ２を吸着して、ボンディング用チップ認識位置Ｃに搬送する。光学認識装置８によりチップ２を確認した後、チップ２を基板に超音波ボンディングされている。続いて、新たなチップ２をピックアップ位置Ａに移動させてチップ２を認識して、待機位置にある吸着コレット３を６０度下方に回転させて、ピックアップ位置Ａにセットして、再び同様な動作を繰り返して、チップ２を基板に超音波ボンディングする。
【００２４】
次に、本発明の他の実施形態について、図４を参照して説明する。同図においいて、本実施形態のボンディング装置は、上記実施形態よりも基板にチップを高速にボンディングすることができるボンディング装置である。本実施形態では、光学認識装置４′が上記実施形態と異なり、吸着コレット３によるピックアップのためのチップ２の認識と、ボンディングノズル６に吸着されたチップ２の認識とを行う光学的認識装置がそれぞれ設けられている。また、光学認識装置４′には認識用のカメラ５ａ，５ｂを含めて共通の光学系を設けてもよい。本実施形態では、ボンディングノズル６に吸着されたチップ２の認識が光学認識装置４′に組み込んだ光学系によりなされるので、ボンディングノズル６のボンディング用チップ認識位置への水平移動を行う必要がなく、よりコンパクトなボンディング装置とすることができる。
【００２５】
本実施形態の光学認識装置４には、開口窓４ａ，４ａ′が鉛直線Ｌａ上に設けられている。光学認識装置４では、照明が点灯して開口窓４ａからチップ２が照明され、かつチップ２からの反射光が開口窓４ａに入射し、認識カメラ（撮像素子）５ａで認識され、また、ボンディングノズル６で吸着されたチップ２は、開口窓４ａ′から照明されて、その反射光が開口窓４ａ′を通して光学系を経て認識カメラ（撮像素子）５ｂで認識されるように構成されている。認識カメラ５ａではチップ２を認識し、認識カメラ５ｂではボンディングノズル６で吸着したチップ２を認識しており、チップ認識位置（ピックアップ位置Ａ）とチップ受け渡し位置Ｂとボンディングのためのチップ認識位置とが同一鉛直線上で行うことができるので、チップ２をボンディングノズル６に受け渡して、吸着コレット３を回動している際に、光学認識装置４の認識カメラ５ｂでボンディングノズル６に吸着したチップ２を認識することができる。
【００２６】
従って、本実施形態では、ボンディングノズル６を水平に移動させて、チップを認識する必要がなく、チップボンディングを高速に行うことができる。しかも、吸着機構１２は、上記実施形態と同様に複数の吸着コレット３が設けられており、反転機構による反転アーム１２ａの回転角を小さくすることができるので、処理速度が高速になり、振動も少なくなって、光学系に悪影響を与えることがなく、騒音も低減することができる。
【００２７】
本実施形態では、吸着コレットの回転面が基板の搬送方向に対して略平行であるようにし、吸着コレットの回転による基板の搬送路に接触等の障害を与えないようにして、換言すれば、光学認識手段の主光軸を基板の搬送路に対して直交方向に設置して小型化したボンディング装置である。なお、上記実施形態では、ウェーハシートに配置したチップをピックアップする場合のボンディング装置について説明したが、トレイ上に配置されたチップをピックアップする場合についても同様に適用できることはいうまでもない。また、反転アーム１２ａは、図３に示したように、円形である必要はなく、方形状であってもよいし、棒状のアームを突出させたものであってもよい。また、光学認識装置４は、図２に示したものに限定するものではなく、種々の形態が実施可能である。さらに、本実施形態では、チップの接着が超音波ホンディングによって説明されているが、種々のボンディングが実施できることは明らかである。
【００２８】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、チップ認識位置、ピックアップ位置、チップ受け渡し位置、さらにはボンディングチップの認識位置が略同一鉛直線上とすることができるので、各処理を行う際のチップの移動を可能な限り少なくすることができ、フリップチップの基板へのボンディング速度を高速に行うことができる利点がある。
【００２９】
また、本発明によれば、吸着機構が光学認識装置の光学系と独立して上下動作と吸着機構の回転動作とが行えるように構成されており、それぞれが独立に動作させることができるので、光学認識装置によるチップの認識、吸着機構の回転（反転）動作によって、ピックアップ位置と、チップ受け渡し位置とを容易に設定することができるし、吸着コレットの上下動作による振動が光学認識装置の光学系に直接伝達されないので、光学認識装置によるチップの認識が振動によって、悪影響を受けない利点がある。
【００３０】
また、本発明によれば、吸着コレットが基板の搬送方向に略平行、或いは光学認識装置内の光軸に対して直交方向に回転するようにして、吸着コレットの反転動作でが光学認識装置に接触することがないので、ピックアップ位置やチップ受け渡し位置とボンディングチップ位置との距離を近接させることができ、ボンディング装置の小型化が図られ、設置場所に制約されることなく、比較的狭い場所に設置できる利点がある。
【００３１】
また、本発明によれば、吸着コレットが回転面に放射状に複数個設けられているので、僅かな回転角で待機位置からピックアップ位置に吸着コレットを移動させることができるので、ボンディング速度を高速に行うことができる利点があり、また反転機構の回転角が小さくすることができるので、吸着コレットの回動による振動及び騒音が少なくすることができる利点がある。
【００３２】
また、本発明によれば、光学認識装置を回動させることなく、ボンディング用チップの認識ができるので、ボンディング処理速度を高速に行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボンディング装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本実施形態による光学認識装置の形態を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態による吸着機構の概略正面図である。
【図４】本発明に係るボンディング装置の一実施形態を示す概略図である。
【図５】従来のボンディング装置の一例を示す概略図である。
【図６】従来のボンディング装置の他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ ウェーハシート
２ フリップチップ
３ 吸着コレット
３ａ 保持部材
４，８ 光学認識装置（光学認識手段）
４ａ，４ａ′ 開口窓
４ｂ プリズム
４ｃ 結像レンズ
４ｄ ハーフミラー
４ｅ 照明
４ｆ ミラー
５，９ 認識カメラ（撮像素子）
６ ボンディングノズル
７ ボンディング用ホーン
１２ 吸着機構
１２ａ 反転アーム

Claims (2)

1. フリップチップ用のボンディング装置において、
   光学認識手段によりバンプ或いは接合面が上面に向いたチップを認識し、光学的に認識された該チップを吸着コレットで吸着するピックアップ位置と、ピックアップされた該チップをボンディングするためのチップ受け渡し位置とが略同一鉛直線上であり、前記吸着コレットは前記光学認識手段の光学系と独立して上下動作するとともに回転し、該吸着コレットの回転面が基板の搬送方向に対して略平行であり、かつ該回転面に回転中心から放射状に該吸着コレットが複数個設けられていることを特徴とするボンディング装置。
2. 前記光学認識手段が、前記チップ受け渡し位置のチップを認識する光学認識手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。

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