JP4364187B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路装置（semiconductor integrated circuit device 。以下、ＩＣという。）の製造技術、特に、半導体チップ（chip of semiconductor 。能動素子、受動素子、これらを電気的に接続する回路を含む集積回路が作り込まれたチップ。以下、チップという。）をキャリア（carrier ）に機械的接続（bond。原子間力が働く程度に密着していない機械的接続。以下、ボンディングという。）するボンディング技術に関し、例えば、チップのサイズと同等または略同等のサイズのチップ・サイズ・パッケージ（chip size package または、chip scale package以下、ＣＳＰという。）を備えているＩＣの製造方法に利用して有効なものに関する。

ＩＣを使用する電子機器の小型薄形化に伴って、ＩＣのパッケージの縮小が要望されている。この要望に応ずるために各種のＣＳＰが開発されており、その一例として、次のように構成されているマイクロ・ボール・グリッド・アレイパッケージ（micro ball grid array package 。以下、μＢＧＡという。）がある。
すなわち、チップの電極（electrode 。部品の特定の領域から電気的機能を取り出し、他との電気的接続を行う導体的構成部分。以下、電極パッドという。）側の主面にはテープキャリアが絶縁材料（insulating materia）が使用されて形成されたボンド（bond）によってボンディングされているとともに、テープキャリアに敷設された各インナリードがチップの各電極パッドに電気的接続（bond。非導電金属部間の電気的接続を確実にするか、または、電位を等しくするために行う接続）されており、各アウタリードに各外部端子としてのバンプ（bump）がそれぞれ半田付け（sodering) されている。

このμＢＧＡにおけるボンディング方法として、テープ状に形成されたキャリアを一方向に走行させてキャリアの指定された位置にチップを順次ボンディングさせて行くボンディング方法の適用が、考えられる。

従来のこの種のボンディング方法としては、ＴＣＰ・ＩＣ（tape career package ＩＣ）の製造方法におけるインナリードボンディング（inner lead bonding）方法が知られている。
このインナリードボンディング方法においては、キャリアは供給側リールから繰り出され、テンションローラおよびガイドローラを通り、ボンディング位置まで搬送され、このボンディング位置においてキャリアのリードとチップとのインナリードボンディング（ＴＣＰ・ＩＣの製造方法においては機械的かつ電気的接続となる。）が実施される。

なお、インナリードボンディング方法および装置を述べている例としては、特許文献１がある。
特開平３−５８４４０号公報

しかしながら、前記したボンディング方法においては、キャリアの厚さが薄くなると、スプロケットによる搬送やピン挿入による位置決めを行うことは、パーフォレーション（perforation ）の変形や破損を発生することになるため、確実な搬送や正確な位置決めが不可能になるという問題点がある。

そこで、摩擦ローラによる摩擦駆動力を利用する搬送技術をキャリアの搬送に採用することが提案されている。
ところが、摩擦駆動力を利用する搬送技術においては、キャリアの幅方向への位置ずれ（以下、横ずれという。）、すなわち、偏向や蛇行が発生し易いという問題点がある。

このようなキャリアの位置ずれを防止する搬送技術を述べている例としては、日本国特許庁公開特許公報特開平５−２４１２４７号がある。
すなわち、ここに述べられたフィルム搬送機構は、フィルムの横ずれが検出された時に搬送ユニットを移動させてフィルムを基準位置に戻すように構成されている。

しかしながら、キャリアにおけるチップのボンディング位置のピッチが小さくなる前記したボンディング方法においては、ボンディング時間がきわめて短くなるため、搬送ユニットによってキャリアを基準位置に戻す横ずれ防止技術は採用することができない。

本発明の目的は、ボンディング時間の増加を回避しつつキャリアの横ずれを防止することができるボンディング技術を提供することにある。

本発明の目的は、ボンディング時間を短縮することができるボンディング技術を提供することにある。

本発明の目的は、チップをキャリアの指定された位置に正確にボンディングすることができるボンディング技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。

すなわち、テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送されキャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング装置において、
前記摩擦ローラが瞬間的に開閉されることによって前記キャリアの横ずれが解消されることを特徴とする。

また、テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送され、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング装置において、
前記キャリアに対して前記半導体チップがボンディングされるステージの上流側および下流側に弛みが、前記キャリアの送りによって交互に形成され、双方の弛みが前記キャリアの送りにより交互に解消されることを特徴とする。

また、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング装置において、
前記半導体チップが前記キャリアの指定された位置に対して予め設定された値だけずらされて配置された後に、指定された位置に配置され直してボンディングされることを特徴とする。

前記した第１の手段によれば、キャリア自体の復元力によってキャリアの横ずれが解消されるため、ボンディング時間の増加を回避しつつキャリアの横ずれを防止することができる。

前記した第２の手段によれば、交互に形成される弛みが解消される間にキャリアを早く送ることができるため、全体としてのキャリア搬送時間を短く設定しつつ、長いボンディング時間を確保することができる。

前記した第３の手段によれば、半導体チップを認識し易い位置に配置することにより、半導体チップの位置を観測することができるため、半導体チップをキャリアの指定位置に正確にボンディングすることができる。

本願において開示される発明のうち代表的なその他の概要を説明すれば、次の通りである。

１．テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送され、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング工程を備えている半導体集積回路装置の製造方法において、
前記摩擦ローラが瞬間的に開閉されることによって前記キャリアの横ずれが解消されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

２．前記摩擦ローラの瞬間的な開閉が、前記キャリアに対して区間を分けて実施されることを特徴とする項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。

３．前記摩擦ローラの瞬間的な開閉が、前記キャリアに対して前記半導体チップがボンディングされるステージの上流側と下流側とに分けて実施されることを特徴とする項１または２に記載の半導体集積回路装置の製造方法。

４．テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送され、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング装置において、
前記摩擦ローラが瞬間的に開閉されることによって前記キャリアの横ずれが解消されることを特徴とするボンディング装置。

５．前記摩擦ローラが複数組、前記キャリアの搬送方向に間隔が置かれて配列されており、前記摩擦ローラの瞬間的な開閉が隣合う摩擦ローラ間にて同時に実施されることを特徴とする項４に記載のボンディング装置。

６．前記摩擦ローラが複数組、前記キャリアの搬送方向に間隔が置かれて配列されており、前記摩擦ローラの瞬間的な開閉が前記キャリアに対して前記半導体チップがボンディングされるステージの上流側と下流側とに分けて実施されることを特徴とする項４または５に記載のボンディング装置。

７．テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送され、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング工程を備えている半導体集積回路装置の製造方法において、
前記キャリアに対して前記半導体チップがボンディングされるステージの上流側および下流側に弛みが、前記キャリアの送りによって交互に形成され、双方の弛みが前記キャリアの送りにより交互に解消されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

８．前記上流側の弛みが形成されている期間に前記キャリアに対して前記チップがボンディングされることを特徴とする項７に記載の半導体集積回路装置の製造方法。

９．前記弛みの高さが規制されることを特徴とする項７または８に記載の半導体集積回路装置の製造方法。

１０．テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送され、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング装置において、
前記キャリアに対して前記半導体チップがボンディングされるステージの上流側および下流側に弛みが、前記キャリアの送りによって交互に形成され、双方の弛みが前記キャリアの送りにより交互に解消されることを特徴とするボンディング装置。

１１．前記上流側の弛みが形成されている期間に前記キャリアに対して前記チップがボンディングされることを特徴とする項１０に記載のボンディング装置。

１２．前記弛みの高さが規制されることを特徴とする項１０または１１に記載のボンディング装置。

１３．テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送され、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング工程を備えている半導体集積回路装置の製造方法において、
前記摩擦ローラが瞬間的に開閉されることによって前記キャリアの横ずれが解消され、前記キャリアに対して前記半導体チップがボンディングされるステージの上流側および下流側に弛みが、前記キャリアの送りによって交互に形成され、双方の弛みが前記キャリアの送りにより交互に解消されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

１４．前記弛みが形成されている期間に前記摩擦ローラが瞬間的に開閉されることを特徴とする項１３に記載の半導体集積回路装置の製造方法。

１５．テープ状に形成されたキャリアが摩擦ローラによって搬送され、キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング装置において、
前記摩擦ローラが瞬間的に開閉されることによって前記キャリアの横ずれが解消され、
前記キャリアに対して前記半導体チップがボンディングされるステージの上流側および下流側に弛みが前記キャリアの送りによって交互に形成され、双方の弛みが前記キャリアの送りにより交互に解消されることを特徴とするボンディング装置。

１６．前記弛みが形成されている期間に前記摩擦ローラが瞬間的に開閉されることを特徴とする項１５に記載のボンディング装置。

１７．キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング工程を備えている半導体集積回路装置の製造方法において、
前記半導体チップが前記キャリアの指定された位置に対して予め設定された値だけずらされて配置された後に、指定された位置に配置され直してボンディングされることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

１８．前記配置し直される際に、ずらされて配置された前記半導体チップの位置が測定されて誤差を求められ、求められた誤差が解消されるように指定された位置に配置され直されることを特徴とする項１７に記載の半導体集積回路装置の製造方法。

１９．キャリアの指定された位置に半導体チップがボンディングされるボンディング装置において、
前記半導体チップが前記キャリアの指定された位置に対して予め設定された値だけずらされて配置された後に、指定された位置に配置され直してボンディングされることを特徴とするボンディング装置。

２０．前記配置し直される際に、ずらされて配置された前記半導体チップの位置が測定されて誤差を求められ、求められた誤差が解消されるように指定された位置に配置され直されることを特徴とする項１９に記載のボンディング装置。

図１は本発明の一実施形態であるボンディング装置のボンディング部を示す斜視図である。図２はその一部切断正面図である。図３はその平面図である。図４はその側面断面図である。図５は本発明の一実施形態であるボンディング装置の全体を示す正面図である。図６はその平面図である。図７はボンド付テープキャリアを示す一部省略平面図である。図８の（ａ）は同じく一部切断正面図、（ｂ）は一部切断側面図である。図９はチップを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部切断正面図、（ｃ）は拡大した一部切断側面図である。図１０はボンディング後を示す一部省略平面図であり、図１１は同じくボンディング後を示しており、（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は一部切断側面図である。図１２はローラ群によるボンド付テープキャリアのステージへの供給作動を示す説明図である。図１３は被ボンディング部とチップとのアライメントを示す説明図である。図１４は製造されたμＢＧＡ・ＩＣを示す正面断面図である。

本実施形態において、本発明に係るボンディング装置は、μＢＧＡ・ＩＣを製造する方法の主要工程であるボンディング工程を実施するものとして構成されており、図１〜図６に示されているように、構成されている。

μＢＧＡ・ＩＣの製造方法においては、ボンド付テープキャリア１がリールに巻かれた状態で、ボンディング方法が実施されるボンディング装置に供給される。
すなわち、ボンディング装置における一方のワークであるボンド付テープキャリア１は、図７および図８に示されているように構成され、リールに巻かれた状態でボンディング装置に供給される。ボンド付テープキャリア１はテープキャリア２とボンド１０とを備えている。テープキャリア２はＴＣＰ・ＩＣの製造方法に使用されているＴＡＢ（tape automatede bonding)テープに相当するものである。
テープキャリア２は同一パターンが長手方向に繰り返されるように構成されているため、その構成の説明および図示は一単位だけについて行われている。

テープキャリア２はキャリア本体３を備えており、キャリア本体３はポリイミド等の絶縁性能（insulation performance）が高い樹脂が用いられて同一パターンが長手方向に連続するテープ形状に一体成形されている。
キャリア本体３の両端辺部には規則的に配列されたパーフォレーション３Ａが多数個、長さ方向に等間隔にそれぞれ配列されて開設されており、各パーフォレーション３Ａは正方形の孔形状に形成されている。
キャリア本体３にはバンプ形成部４が長手方向に一列横隊に整列されている。バンプ形成部４にはバンプホール５が多数個、４本の平行線上において整列されて穿たれている。各バンプホール５には後の工程においてバンプがアウタリードに電気的に接続するように形成される。
バンプ形成部４の中心線上には長孔形状に形成された窓孔６が、バンプホール５の列と平行に開口されている。また、バンプ形成部４の外周辺部には切断を補助するための長孔６Ａが４本、長方形の枠形状に配されて穿たれている。

キャリア本体３の片側主面（以下、下面とする。）にはインナリード７が複数本、窓孔６に短手方向に突き出すようにそれぞれ配線されている。
各インナリード７のバンプ形成部４側に位置する一端（以下、外側端とする。）には、各アウタリード８がそれぞれ一連に連設されており、互いに一連になったインナリード７とアウタリード８とは機械的かつ電気的に一体の状態になっている。
各アウタリード８のバンプホール５に対向する部位は、バンプ形成部４から露出した状態になっており、各アウタリード８の外側端は長孔６Ａの外側まで伸びた状態になっている。
インナリード７群およびアウタリード８群は、銅や金等の導電性を有する材料が使用されて形成されている。インナリード７群およびアウタリード８群の形成方法としては、キャリア本体３に接着（adhesion。化学的もしくは物理的な力またはその両者によって二つの面が結合した状態）等の手段によって固着させた銅箔や金箔をリソグラフィー処理およびエッチング処理によってパターニングする方法や、キャリア本体３にリソグラフィー処理によって選択的に金めっき処理する方法等がある。

インナリード７群は各窓孔６の長手方向に間隔を置かれて互いに平行に配線されている。各インナリード７の窓孔６に突き出た部分は窓孔６の中心線を跨いだ位置で切断された状態になっている。すなわち、インナリード７の窓孔６に突き出た部分の長さは窓孔６の幅よりも短く幅の半分よりも長く設定されている。

キャリア本体３の下面にはエラストマやシリコンゴム製のボンド１０が接着されており、インナリード７群およびアウタリード８群はボンド１０によって被覆されている。
ボンド１０におけるキャリア本体３の窓孔６に対向する部位には、長方形孔形状の窓孔１１がインナリード７群を外部に露出させるようにキャリア本体３の窓孔６よりも若干大きめに形成されている。したがって、ボンド付テープキャリア１はキャリア本体３、インナリード７群、アウタリード８群およびボンド１０によって構成されている。

チップ１２は図９に示されているように長方形の平板形状に形成されており、その一主面側（以下、アクティブエリア側という。）には、能動素子や受動素子、これらを電気的に接続する回路を含む所望の半導体集積回路が作り込まれている。すなわち、チップ１２は多数個がマトリックス状に配列されて、所謂ＩＣ製造の前工程において半導体ウエハ（wafer of semiconductor。以下、ウエハという。）の状態でアクティブエリア側に半導体集積回路を作り込まれる。
各チップ１２のアクティブエリア側の表面はパッシベーション膜１３によって被覆されており、パッシベーション膜（passivation film）１３に形成されたスルーホール（through hall）には、電極パッド１４が外部に露出する状態に形成されている。
電極パッド１４は複数形成されており、テープキャリア２における各インナリード７に対応されている。

図１に示されているように、ウエハ１５のアクティブエリア側と反対側の主面にはウエハシート１６が貼付され、ウエハシート１６の外周辺部にはウエハリング１７が貼付される。ウエハシート１６が貼付された状態で、ウエハ１５はダイシング工程においてスクライビイングラインに沿って長方形の平板形状に分断され、多数個のチップ１２が製造された状態になる。分断されたチップ１２はウエハ１５にウエハシート１６が貼付されているため、ばらばらになることはない。
そして、チップ１２群はウエハシート１６およびウエハリング１７に保持された状態で、ボンディング装置２０のピックアップ装置５０に供給される。

ちなみに、図１０および図１１に示されているように、ボンディング作業が実施された後において、チップ１２はテープキャリア２に機械的接続（ボンディング）されている。すなわち、チップ１２はテープキャリア２に各電極パッド１４が各インナリード７にそれぞれ向かい合うように配された状態で、パッシベーション膜１３とボンド１０との境界で接着されている。
この状態において、インナリード７は電極パッド１４にボンド１０の厚さ分だけ上方に離れた位置で対向した状態になっており、インナリード７の先端部は電極パッド１４の真上に位置した状態になっている。

図５および図６に示されているように、ボンディング装置２０はボンド付テープキャリア１を搬送するためのローディングリール２１およびアンローディングリール２２を左右の両端部に備えており、ボンド付テープキャリア１はローディングリール２１とアンローディングリール２２との間に張られている。
ローディングリール２１の下側にはスペーサテープ巻取りリール２３が支持されており、スペーサテープ巻取りリール２３はローディングリール２１がボンド付テープキャリア１を繰り出した後のスペーサテープ２４を巻き取るように構成されている。
アンローディングリール２２の下側にはスペーサテープ繰出しリール２５が支持されており、スペーサテープ繰出しリール２５は、アンローディングリール２２がボンド付テープキャリア１を巻き取る際に、スペーサテープ２６を繰り出して行くように構成されている。

ローディングリール２１の下流側には複数個のローラ２８を有するプリベーク炉２７が設備されており、ボンド付テープキャリア１はプリベーク炉２７を通過してボンディング装置２０の中央部に設定されたボンディングステージ（以下、ステージという。）３１に供給されるようになっている。プリベーク炉２７を通過する際に、ボンド付テープキャリア１の絶縁層１０は所定の温度（約１５０℃）に加熱されることによって水分を蒸発される。
アンローディングリール２２の上流側には複数個のローラ３０を有するアフタベーク炉２９が設備されており、ステージ３１を通過したボンド付テープキャリア１はアフタベーク炉２９を通過してアンローディングリール２２に巻き取られるようになっている。アフタベーク炉２９を通過する際に、ボンド付テープキャリア１のチップ１２を接着したボンド１０の接着層は所定の温度（約２５０℃）に加熱されることによって硬化される。

図１〜図４に詳しく図示されているように、ボンディング装置２０の中央部に設定されたステージ３１におけるボンド付テープキャリア１の両側（以下、前側および後側とする。）端部には、前後で一対のガイドレール３２、３２が左右方向に平行で水平にそれぞれ敷設されている。
ボンド付テープキャリア１はパーフォレーション３Ａ群が配列されたキャリア本体３の両端部を両ガイドレール３２、３２によって滑ることができるように挟まれた状態で水平に案内されて、ローディングリール２１側からアンローディングリール２２の方向に送られるようになっている。

ステージ３１の左右両脇には第１ローラＲ１、第２ローラＲ２、第３ローラＲ３、第４ローラＲ４、第５ローラＲ５および第６ローラＲ６がステージ３１を中心にして略左右対称形に配置されている。但し、図６に示されているように、第１ローラＲ１はプリベーク炉２７の上流側に配置されており、第６ローラＲ６はアフタベーク炉２９の下流側に配置されている。
これらローラＲ１〜Ｒ６は上下で一対のローラによって構成されており、上下で一対のローラがボンド付テープキャリア１を上下から挟んで摩擦駆動力によって搬送する摩擦ローラとして構成されている。
また、各ローラは前後に分割されて前後のガイドレール３２、３２にそれぞれ配置され、ボンド付テープキャリア１の両端部に接触して搬送するようになっている。
された前後のローラはボンド付テープキャリア１の中央部に配置されたボンド１０やチップ１２等に干渉しない状態で、ボンド付テープキャリア１を搬送し得るように構成されている。

図２に示されているように、ステージ３１の左脇に配置された第３ローラＲ３の下側ローラＲ３ａは、キャリア本体３の両端部下面に接する状態で回転することができるように支持されており、モータＲ３ｂに駆動されるベルトＲ３ｃが巻き掛けられている。
第３ローラＲ３の上側ローラＲ３ｄは下側ローラＲ３ａと協働してキャリア本体３を挟むように配設されており、上側ローラＲ３ｄは他端部をピンＲ３ｅによって上下方向に揺動することができるように支持されたアームＲ３ｆの一端部に回転することができるように支持されている。
アームＲ３ｆのピンＲ３ｅ寄りの位置にはスプリングＲ３ｇがアームＲ３ｆを下方に押し下げるように取り付けられており、アームＲ３ｆのスプリングＲ３ｇよりも上側ローラＲ３ｄ寄りの位置には電磁プランジャＲ３ｈがアームＲ３ｆを上下動させるように取り付けられている。

ステージ３１の右脇の第４ローラＲ４の右方に配置された第５ローラＲ５の下側ローラＲ５ａは、キャリア本体３の両端部下面に接する状態で回転することができるように支持されており、モータＲ５ｂに駆動されるベルトＲ５ｃが巻き掛けられている。
第５ローラＲ５の上側ローラＲ５ｄは下側ローラＲ５ａと協働してキャリア本体３を挟むように配設されており、上側ローラＲ５ｄは他端部をピンＲ５ｅによって上下方向に揺動することができるように支持されたアームＲ５ｆの一端部に回転することができるように支持されている。
アームＲ５ｆのピンＲ５ｅ寄りの位置にはスプリングＲ５ｇがアームＲ５ｆを下方に押し下げるように取り付けられており、アームＲ５ｆのスプリングＲ５ｇよりも上側ローラＲ５ｄ寄りの位置には電磁プランジャＲ５ｈがアームＲ５ｆを上下動させるように取り付けられている。

第２ローラＲ２と第３ローラＲ３との間には、第２ローラＲ２と第３ローラＲ３との間に形成される弛みを検出する第１センサＳ１が配置されており、第４ローラＲ４と第５ローラＲ５との間には第４ローラＲ４と第５ローラＲ５との間に形成される弛みを検出する第２センサＳ２が配置されている。

第３ローラＲ３および第５ローラＲ５に限らず、第１ローラＲ１、第２ローラＲ２、第４ローラＲ４および第６ローラＲ６もモータによって正逆回転駆動されるように構成されている。
そして、第１ローラＲ１〜第６ローラＲ６のモータや電磁プランジャの制御部および第１センサＳ１、第２センサＳ２は、メインコントローラ４７に交信するように接続されており、後述する通り、メインコントローラ４７は第１ローラＲ１〜第６ローラＲ６を図１２に示されているように制御する。

ボンディング装置２０のステージ３１が設定された場所には、下側押さえ３３が昇降装置によって昇降されるように設備されており、下側押さえ３３はキャリア本体３におけるボンド１０の外側領域を押さえる長方形の枠形状に形成されている。
下側押さえ３３の真上には下側押さえ３３と同形の長方形枠形状に形成された上側押さえ３４が設備されており、上側押さえ３４はロータリーアクチュエータ３５によって上下方向に往復揺動されるように支持されている。上側押さえ３４は下側に移動してボンド付テープキャリア１におけるチップ１２の周囲を下側押さえ３３に押さえ付けることにより、ボンド付テープキャリア１をステージ３１に固定するようになっている。

図４に示されているように、ステージ３１の後脇にはＸＹテーブル３６が設けられており、ＸＹテーブル３６はその上に搭載されたボンディングヘッド３7 をＸＹ方向に移動させるように構成されている。
ボンディングヘッド３７には先端にボンディング工具３９を取り付けられたボンディングアーム３８の一端部が支持されており、ボンディングヘッド３７はボンディングアーム３８を操作することによりボンディング工具３９を上下動させるように構成されている。ボンディング工具３９にはヒータが内蔵されている。

ＸＹテーブル３６には位置認識装置４０を構成するための画像取り込み装置としての工業用テレビカメラ（以下、カメラという。）４１が、スタンド４２によって設けられており、カメラ４１はステージ３１上のボンド付テープキャリア１を撮映するようになっている。
カメラ４１にはインナリード認識用測定線を設定するインナリード認識用測定線設定部（以下、設定部という。）４３が接続されており、設定部４３には輝度測定部４４が接続されている。輝度測定部４４には加算輝度分布波形を形成する形成部４５が接続され、形成部４５にはインナリードの中心線を判定する判定部４６が接続されている。判定部４６はメインコントローラ４７に接続されており、判定結果をメインコントローラ４７に送信するようになっている。
ちなみに、メインコントローラ４７の一入力端には、ＸＹテーブル３６のコントローラ４８が接続されており、メインコントローラ４７の出力端にはモニタ４９が接続されている。

ステージ３１の前脇にはウエハシート１６からチップ１２を１個ずつピックアップするピックアップ装置５０が設けられている。ピックアップ装置５０はウエハリング１７を保持してウエハ１５をＸＹ方向に移動させるＸＹテーブル５１を備えている。
ＸＹテーブル５１の真下にはウエハシート１６に粘着（水や溶剤、熱等を使用せずに常温でわずかな圧力を加えるだけで接着）されたチップ１２を１個ずつ突き上げる突き棒５２が設けられている。ＸＹテーブル５１の真上にはチップ１０の良否を検出する視覚観測系５３が設けられている。

ピックアップ装置５０の片脇にはアライメント装置５４が設けられており、アライメント装置５４はＸテーブル５５、Ｙテーブル５６、Ｚテーブル５７およびΘテーブル５８を備えており、Θテーブル５８がアライメントステーション５９とステージ３１との間を往復移動し得るように構成されている。
アライメントステーション５９の真上には視覚観測系６０が設けられており、視覚観測系６０はメインコントローラ４７に交信するように接続されている。メインコントローラ４７は視覚観測系６０からの観測データに基づいて後述する作動を制御するようになっている。
Θテーブル５８の上面はチップ１２を真空力によって吸着して保持することができるように構成されており、保持したチップ１２を加熱し得るように構成されている。

ピックアップ装置５０とアライメントステーション５９との間にはハンドリング装置６１が設けられている。
ハンドリング装置６１はガイドレール６２を備えており、ガイドレール６２にはＸ軸モータ６３によって往復移動される移動ブロック６４が跨がるように設けられており、移動ブロック６４にはアーム６５が支持されている。アーム６５の先端部にはＺ軸モータ６７によって上下動されるコレット６６が取り付けられている。コレット６６はチップ１２を真空力によって吸着して保持することができるように構成されている。

次に、前記構成に係るボンディング装置によるμＢＧＡ・ＩＣの製造方法のボンディング方法を説明する。

図１２は第１ローラＲ１〜第６ローラＲ６によるボンド付テープキャリア１のステージ３１への供給作動を示している。

図１２（ａ）において、ボンド付テープキャリア１の中間部が上側押さえ３４と下側押さえ３３とにより拘束された状態で、第１ローラＲ１および第２ローラＲ２がボンド付テープキャリア１の送り方向に対して正方向に回転（以下、正回転という。）されると、第３ローラＲ３は停止しているため、図１２（ｂ）に示されているように、ボンド付テープキャリア１の第２ローラＲ２と第３ローラＲ３との間には弛み部が形成される。

図１２（ｃ）において、上側押さえ３４と下側押さえ３３とによる拘束および第３ローラＲ３による拘束が解除され、続いて、図１２（ｄ）に示されているように、第４ローラＲ４が正回転されると、図１２（ｅ）に示されているように、ボンド付テープキャリア１の第２ローラＲ２と第３ローラＲ３との間の弛みが減少されるとともに、第４ローラＲ４と第５ローラＲ５との間に弛みが形成される。

図１２（ｆ）において、上側押さえ３４と下側押さえ３３との拘束が解除された状態で第３ローラＲ３が閉じられ、第５ローラＲ５および第６ローラＲ６が瞬間的に開閉される。例えば、図２において、メインコントローラ４７は第５ローラＲ５の電磁プランジャＲ５ｈを短時間のうちに伸長させた後に短縮させる。

この瞬間的な開閉により、ボンド付テープキャリア１は自由状態になるため、ボンド付テープキャリア１に発生している偏向や蛇行等の横ずれはボンド付テープキャリア１自体の復元力によって解消される。
このようにして、ボンド付テープキャリア１におけるステージ３１よりも下流側区間の横ずれは第５ローラＲ５および第６ローラＲ６の瞬間的な開閉に伴うボンド付テープキャリア１自体の自己制御機能によって解消されるため、ボンド付テープキャリア１を強制的に横移動させて横ずれを解消させる場合に必要な高精度の制御は必要がなく、しかも、横ずれの解消に時間が浪費されることはない。

図１２（ｇ）において、第３ローラＲ３がボンド付テープキャリア１の送り方向に対して逆方向に回転（以下、逆回転という。）されると、第４ローラＲ４は停止されているため、ボンド付テープキャリア１の第３ローラＲ３と第４ローラＲ４との間は一直線状態に緊張された状態になる。
また、第５ローラＲ５および第６ローラＲ６が正回転されると、第４ローラＲ４と第５ローラＲ５との間の弛みは減少される。

図１２（ｈ）において、第３ローラＲ３が逆回転されると、上側押さえ３４と下側押さえ３３とが閉じられボンド付テープキャリア１が拘束される。
この際、第３ローラＲ３によってボンド付テープキャリア１にバックテンションが付与されるため、ボンド付テープキャリア１は一直線状に緊張した状態で、上側押さえ３４と下側押さえ３３とによって押さえられた状態になる。

図１２（ｉ）において、第３ローラＲ３が閉じられて回転が停止された状態で、第１ローラＲ１および第２ローラＲ２が瞬間的に開閉される。例えば、図２において、メインコントローラ４７は第２ローラＲ２の電磁プランジャＲ２ｈを短時間のうちに伸長させた後に短縮させる。

この瞬間的な開閉により、ボンド付テープキャリア１は自由状態になるため、ボンド付テープキャリア１に発生している偏向や蛇行等の横ずれはボンド付テープキャリア１自体の復元力によって解消される。
このようにして、ボンド付テープキャリア１におけるステージ３１よりも上流側区間の横ずれは第１ローラＲ１および第２ローラＲ２の瞬間的な開閉に伴うボンド付テープキャリア１自体の自己制御機能によって解消されるため、ボンド付テープキャリア１を強制的に横移動させて横ずれを解消させる場合に必要な厳格な精度の制御は必要がなく、しかも、横ずれの解消に時間が浪費されることはない。

図１２（ｊ）において、ボンド付テープキャリア１が上側押さえ３４と下側押さえ３３とにより拘束された状態で、第１ローラＲ１および第２ローラＲ２が正回転されると、第３ローラＲ３は停止しているため、図１２（ｋ）に示されているように、ボンド付テープキャリア１の第２ローラＲ２と第３ローラＲ３との間には弛み部が形成される。

図１２（ｌ）において、上側押さえ３４と下側押さえ３３とによる拘束および第３ローラＲ３による拘束が解除され、続いて、図１２（ｍ）に示されているように、第４ローラＲ４が正回転されると、ボンド付テープキャリア１の第２ローラＲ２と第３ローラＲ３との間の弛みは減少されるとともに、図１２（ｅ）に示されているように、第４ローラＲ４と第５ローラＲ５との間に弛みが形成される。

以降、図１２（ｅ）からの作動が繰り返される。
そして、図１２（ｈ）から図１２（ｋ）の間における上側押さえ３４と下側押さえ３３とによるボンド付テープキャリア１の拘束期間において、チップ１２のボンド付テープキャリア１へのボンディング作業が実施される。

以上のように、本実施形態においては、チップ１２のボンド付テープキャリア１へのボンディング作業中に、左右両脇においてボンド付テープキャリア１に弛みを形成させることより、ボンド付テープキャリア１を予め送っておくことができるため、ボンド付テープキャリア１の全体としての搬送時間を短縮することができる。
すなわち、ボンド付テープキャリア１を予め送っておかない場合には、全体としての搬送時間はチップ１２のボンド付テープキャリア１へのボンディング作業時間によって規定されてしまうが、ボンド付テープキャリア１を予め送って弛みを形成しておけば、その弛みを高速度で搬送することができるため、その分、全体としての搬送時間を短縮することができる。

なお、第２ローラＲ２と第３ローラＲ３との間に形成される弛みの高さは、第１センサＳ１によって監視されることより、所定の範囲内に規制される。
また、第４ローラＲ４と第５ローラＲ５との間に形成される弛みの高さは、第２センサＳ２によって監視されることより、所定の範囲内に規制される。過度の弛みが形成されることによる種々の弊害が、この高さ規制によって防止される。また、弛みが形成されない状態でボンド付テープキャリア１が高速度で送られてしまうことによるボンド付テープキャリア１の切断が防止される。

以上のようにしてステージ３１に供給されたボンド付テープキャリア１に対するチップ１２のボンディング作業について説明する。

前述した供給作業によってステージ３１に供給されたボンド付テープキャリア１がステージ３１において上側押さえ３４と下側押さえ３３とによって拘束されると、ボンド付テープキャリア１におけるインナリード７の位置が位置認識装置４０によって図１３（ａ）に示されているように測定される。

図１３（ａ）において、位置認識装置４０のカメラ４１の中心はボンド付テープキャリア１のこれからボンディングする領域（以下、被ボンディング部という。）９の座標の原点Ｏであると仮定すると、被ボンディング部９内の各インナリード７をカメラ４１によって認識して座標位置を観測することにより、各インナリード７の座標位置と座標原点との位置関係、すなわち、実際のインナリード７の位置と予め登録されたインナリード７の基準位置との誤差値を求めることができる。

チップ１２はダイシングされてウエハシート１６およびウエハリング１７に保持されたウエハ１５の状態で、ボンディング装置２０におけるピックアップ装置５０に供給されることは、前述した通りである。

ピックアップ装置５０において、視覚観測系５３の観測に基づいて、ＸＹテーブル５１はウエハシート１６の上における良品のチップ１２を突き棒５２の真上に位置させる。突き棒５２はウエハシート１６を下から突いて良品のチップ１２を突き上げる。ウエハシート１６から突き上げられたチップ１２はハンドリング装置６１のコレット６６に真空力によって吸着されてピックアップされる。

コレット６６に保持されたチップ１２はハンドリング装置６１によってアライメント装置５４のアライメントステーション５９に搬送され、チップ保持台を兼用するΘテーブル５８に移載される。
アライメント装置５４のアライメントステーション５９において、チップ１２は視覚観測系６０によって観測される。視覚観測系６０はその観測データをメインコントローラ４７に送信する。
メインコントローラ４７は送信されて来たチップ１２の電極パッド１４の位置に関するデータを基準データと比較して、その誤差値を解消する補正値を図１３（ｂ）に示されているように求める。
メインコントローラ４７はその補正値に基づいてテーブル５５、Ｙテーブル５６およびΘテーブル５７を制御することにより、チップ１２のＸＹ方向およびΘ方向の位置ずれを補正してアライメントする。

図１３（ｂ）において、視覚観測系６０の中心はチップ１２の座標の原点であると仮定すると、電極パッド１４を視覚観測系６０によって認識して座標位置を観測することにより、各電極パッド１４の座標位置と座標原点との位置関係、すなわち、各電極パッド１４の実際の位置と各電極パッド１４の予め登録された基準位置との誤差値を求めることができるため、チップ１２の中心の座標原点に対する誤差値は求めることができる。

以上のようにしてアライメントステーション５９において基準位置に対する誤差値を補正されたチップ１２はステージ３１に、アライメント装置５４のＸテーブル５５およびＹテーブル５６によって予め設定された基準量だけ平行移動される。
この平行移動により、チップ１２はステージ３１の被ボンディング部９の真下に配置されるが、図１３（ｃ）に示されているように、チップ１２の電極パッド１４が被ボンディング部９のインナリード７に重ならないように予め設定された値だけオフセットされた状態に配置される。

ステージ３１に被ボンディング部９にオフセットされた状態で配置されたチップ１２の電極パッド１４が、位置認識装置４０によって被ボンディング部９の窓孔６を通して測定される。
この際、図１３（ｃ）に示されているように、電極パッド１４はインナリード７に重ならないようにオフセットされているため、位置認識装置４０はインナリード７の影響を受けずに電極パッド１４の中心を正確に求めることができる。

ところで、電極パッド１４がインナリード７に対してオフセットされずに配置された場合において、例えば電極パッド１４が上側に位置するインナリード７と図１３（ｄ）に示されているように重なり合っていると、位置認識装置４０は電極パッド１４の中心がＯ’であると、誤判定してしまう。
このように電極パッド１４の中心が誤判定されると、電極パッド１４とインナリード７との位置が補正によって合わせ込まれる際に、誤差が発生してしまうために、電極パッド１４に対するインナリード７のシングルポイントボンディングに誤差が発生してしまうことになる。

しかし、本実施形態においては、電極パッド１４がインナリード７に対して図１３（ｃ）に示されているようにオフセットされて配置されることにより、電極パッド１４が上側に位置するインナリード７と重なり合わないため、位置認識装置４０は電極パッド１４の中心を正確に判定することができる。
また、位置認識をするためのカメラ４１の視野を電極パッド１４の領域に絞り込むことも可能であるため、認識精度をより一層高めることができる。
このように、電極パッド１４の中心Ｏが正確に判定されると、電極パッド１４とインナリード７との位置を補正によって正確に合わせ込むことができるため、電極パッド１４に対してインナリード７を精密にシングルポイントボンディングすることができる。

ステージ３１におけるチップ１２の電極パッド１４の実際の位置が認識されると、メインコントローラ４７は前述した実際のインナリード７の位置と照合することにより、誤差値を算出してその補正値を求める。
そして、メインコントローラ４７はアライメント装置５４のＸテーブル５５、Ｙテーブル５６およびΘテーブル５７を制御することにより、この補正値によってチップ１２の位置を補正するとともに、チップ１２をオフセット位置から正規の位置へ配置する。すなわち、チップ１２は予め設定されたオフセット値および補正値分だけオフセット位置から配置し直される。

以上のようにして、チップ１２がボンド付テープキャリア１の被ボンディング部９に正確にアライメントされると、チップ１２がＺテーブル５７によって上昇されるとともに、ボンディング工具３９がボンディングヘッド３７によって下降される。
これにより、チップ１２が被ボンディング部９のボンド１０の下面に押し付けられるとともに、チップ１２およびボンド１０が加熱されるため、チップ１２はボンド１０に熱圧着され、チップ１２はボンド付テープキャリア１の被ボンディング部９にボンド１０の接着層によってボンディングされた状態になる。

チップ１２がボンド付テープキャリア１の被ボンディング部９にボンディングされると、ボンド付テープキャリア１が前述したボンド付テープキャリア１のステージへの供給および位置決め方法によって１ピッチｐ分だけ送られる。
以降、前述した作動が繰り返し実行されることによって、ローディングリール２１から繰り出されるボンド付テープキャリア１についてボンディング方法が順次に実行されて行く。

その後、μＢＧＡ・ＩＣの製造方法におけるインナリードボンディング工程において、図１４に示されているように、チップ１２の電極パッド１４にボンド付テープキャリア１のインナリード７がインナリードボンディングされ、同じく樹脂封止体成形工程において、テープキャリア２の各窓孔６の内部にエラストマやシリコンゴム等の絶縁材料がポッティングされることによって、インナリード７群および電極パッド１４群が樹脂封止部によって樹脂封止される。

また、μＢＧＡ・ＩＣの製造方法におけるバンプ形成工程において、テープキャリア２の各アウタリード８における各バンプホール５の底で露出した部位に半田ボールが半田付けされることにより、バンプ形成部４の上面から突出したバンプがテープキャリア２に形成される。

以上、説明した製造方法により、図１４に示されているμＢＧＡ・ＩＣ１９が製造されたことになる。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、ステージの上流側および下流側に弛みをボンド付テープキャリアの送りによって交互に形成させ、双方の弛みをボンド付テープキャリアの送りにより交互に解消させる方法および構成は、ボンディング時間に余裕を設定することができる場合等においては省略してもよい。

また、ローラを瞬間的に開閉させることによってボンド付テープキャリアの横ずれを解消させる方法および構成は、ボンド付テープキャリアをスプロケットによって搬送することができる場合等においては省略してもよい。

チップをキャリアの指定された位置に対して予め設定された値だけずらされて配置した後に、指定された位置に配置し直してボンディングする方法および構成は、チップをキャリアにボンドを介してボンディングする場合に限らず、ＴＣＰ・ＩＣのインナリードボンディング方法のように、チップをキャリアのインナリードに機械的かつ電気的に接続（インナリードボンディング）する場合等に適用することができる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるμＢＧＡ・ＩＣの製造技術に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、その他のＣＳＰ・ＩＣやＴＣＰ・ＩＣ等の半導体集積回路装置の製造技術全般に適用することができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

摩擦ローラを瞬間的に開閉させることにより、キャリアの横ずれを解消させることができるため、ボンディング時間の増加を回避しつつキャリアの横ずれを防止することができる。

ステージの上流側および下流側に弛みをキャリアの送りによって交互に形成させ、双方の弛みをキャリアの送りにより交互に解消させることにより、交互に形成される弛みを解消される間にキャリアを早く送ることができるため、キャリアの全体としての搬送時間を短く設定しつつ、長いボンディング時間を確保することができる。

半導体チップをキャリアの指定された位置に対して予め設定された値だけずらされて配置した後に、指定された位置に配置し直してボンディングすることにより、半導体チップを認識し易い位置に配置して半導体チップの位置を観測することができるため、半導体チップをキャリアの指定位置に正確にボンディングすることができる。

本発明の一実施形態であるボンディング装置のボンディング部を示す斜視図である。 その一部切断正面図である。 その平面図である。 その側面断面図である。 本発明の一実施形態であるボンディング装置の全体を示す正面図である。 その平面図である。 ボンド付テープキャリアを示す一部省略平面図である。 （ａ）は同じく一部切断正面図、（ｂ）は一部切断側面図である。 チップを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部切断正面図、（ｃ）は拡大した一部切断側面図である。 ボンディング後を示す一部省略平面図である。 同じくボンディング後を示しており、（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は一部切断側面図である。 ローラ群によるボンド付テープキャリアのステージへの供給作動を示す説明図である。 被ボンディング部とチップとのアライメントを示す説明図である。 製造されたμＢＧＡ・ＩＣを示す正面断面図である。

符号の説明

１…ボンド付テープキャリア、２…テープキャリア、３…キャリア本体、３Ａ…パーフォレーション、４…バンプ形成部、５…バンプホール、６…窓孔、７…インナリード、８…アウタリード、９…被ボンディング部、１０…絶縁膜、１１…窓孔、１２…チップ、１３…パッシベーション膜、１４…電極パッド、１５…ウエハ、１６…ウエハシート、１７…ウエハリング、１９…μＢＧＡ・ＩＣ、２０…ボンディング装置、２１…ローディングリール、２２…アンローディングリール、２３…スペーサテープ巻取りリール、２４…スペーサテープ、２５…スペーサテープ繰出しリール、２６…スペーサテープ、２７…プリベーク炉、２８…ローラ、２９…アフタベーク炉、３０…ローラ、３１…ボンディングステージ、３２…ガイドレール、Ｒ１…第１ローラ、Ｒ２…第２ローラ、Ｒ３…第３ローラ、Ｒ４…第４ローラ、Ｒ５…第５ローラ、Ｒ６…第６ローラ、３３…下側押さえ、３４…上側押さえ、３５…ロータリーアクチュエータ、３６…ＸＹテーブル、３７…ボンディングヘッド、３８…ボンディングアーム、３９…ボンディング工具、４０…位置認識装置、４１…カメラ、４２…スタンド、４３…インナリード認識用測定線設定部、４４…輝度測定部、４５…加算輝度分布波形成部、４６…判定部、４７…メインコントローラ、４８…コントローラ、４９…モニタ、５０…ピックアップ装置、５１…ＸＹテーブル、５２…突き棒、５３…視覚観測系、５４…アライメント装置、５５…Ｘテーブル、５６…Ｙテーブル、５７…Ｚテーブル、５８…Θテーブル、５９…アライメントステーション、６０…視覚観測系、６１…ハンドリング装置、６２…ガイドレール、６３…Ｘ軸モータ、６４…移動ブロック、６５…アーム、６６…コレット、６７…Ｚ軸モータ。

Claims (4)

1. インナリードが配線されたキャリアの指定された位置に半導体チップをボンディングする半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記キャリアには窓孔が開口され、
   前記インナリードは前記窓孔に突き出すように配線され、
   前記半導体チップは、前記半導体チップの電極パッドが前記インナリードおよび前記キャリアと重ならないように、前記キャリアの指定された位置に対して予め設定された値だけずらされて配置され、
   視覚観測系により前記窓孔を通して前記電極パッドの中心を求めた後に、前記半導体チップを指定された位置に配置し直してボンディングすることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
2. 前記半導体チップが配置し直される際に、ずらされて配置された前記半導体チップの位置が視覚観測系により位置認識されて前記電極パッドの中心を求めた後に、ボンディング装置のメインコントローラにより前記電極パッドとインナリードの位置の誤差を算出してその補正値を求めて、求められた補正値に基づいて前記半導体チップが指定された位置に配置し直されることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
3. 前記ボンディングは、前記キャリアに接着層を介して前記半導体チップが熱圧着されることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
4. 前記ボンディングディングの後に、前記インナリードと前記電極パッドとが接続された部分は、絶縁材料により樹脂封止されることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法。
   

Images