JP4364393B2

JP4364393B2 - Handling method of bonding object and bump bonding apparatus using the same

Info

Publication number: JP4364393B2
Application number: JP2000081092A
Authority: JP
Inventors: 貴晴前; 良一郎片野; 敦片山; 真司金山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001267353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディング対象物の取扱い方法とこれによるバンプボンディング装置に関し、集積回路などが形成された半導体素子の電極にワイヤを利用したボンディング技術にて電気接続用の金属バンプを形成するのに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤを用いたボンディング技術により半導体素子の電極部に電気接続用の金属バンプを形成する技術は、例えば特開平１０−０９８０６５号公報等において提案されている。このバンプボンディングを行うボンディングステーションには、超音波熱圧着によるボンディングのために加熱手段を内蔵し、ボンディング対象物である半導体素子などを支持して加熱しながらボンディング作業に供するボンディングステージを備え、このボンディングステージの近傍に半導体素子の電極上にワイヤによるバンプボンディングを行うボンディングヘッドが設けられている。
【０００３】
このボンディングヘッドは図１６に示すように、ボンディング作業機構としてワイヤａを把持固定するクランパｄと、先端にワイヤａが挿通されるキャピラリｂを有するとともにワイヤａの先端部に形成された金属ボールａ２にキャピラリｂを介して超音波振動を印加する図示しないホーンと、金属ボールａ２を形成するための放電用のトーチｋとを備えている。
【０００４】
これらによるボンディング作業は、図１６（ａ）に示すように初期状態でクランパｄおよびキャピラリｂが所定高さに位置しかつワイヤａの先端部がキャピラリｂの先端から所定長さ突出してテール部ａ１を形成している。この状態でボンディングヘッドがボンディング対象物である半導体素子ｃ上の所定の電極ｃ１と対向する位置に移動する都度、トーチｋからのスパーク電流によって先端部が溶かされ、金属ボールａ２が形成される。
【０００５】
次に、開かれたクランパｄとキャピラリｂがボンディングステージ上の半導体素子ｃに向けて下降し、図１６（ｂ）に示すようにキャピラリｂにて金属ボールａ２が半導体素子ｃの電極ｃ１上に加圧されるとともにホーンにてキャピラリｂを介して超音波振動が印加され、金属ボールａ２と電極ｃ１が熱圧着と超音波振動とによって摩擦接合される。
【０００６】
ボンディング後クランパｄが開かれた状態でクランパｄおよびキャピラリｂが所定距離上昇され、キャピラリｂの先端からワイヤａが所定長引き出され、次の金属ボールａ２を形成するための所定長さのテール部ａ１が得られるように準備をする。
【０００７】
次に、クランパｄを閉じてキャピラリｂとともに図１６（ｃ）に示すように初期状態の所定高さ位置まで上昇させる。この工程の初期に摩擦接合後の金属ボールａ２からの後続のワイヤａが金属ボールａ２との間で引きちぎりにより切断され、電極ｃ１の上に金属ボールａ２部と３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分ａ３とからなる突出長約６０μｍ程度の金属バンプｅが形成される。
【０００８】
一方、摩擦接合後の金属ボールａ２から後続するワイヤａを引きちぎるのに、ワイヤａは金属ボールａ２を形成したときの熱影響などで組織変化をした金属ボールａ２側と組織変化がない後続のワイヤａ側との境界部が他の部分に先んじて降伏点に達して引きちぎりが生じるとされているが、実際には引きちぎり位置がなかなか安定せず形成される金属バンプｅの高さがまちまちになりやすい。
【０００９】
金属バンプｅの高さが一定していないと、半導体素子ｃの多数ある金属バンプｅを回路基板の導体ランドに摩擦接合して半導体素子ｃを回路基板に実装する際に、各金属バンプｅの接合状態に過不足が生じて電気接続状態の不良や金属バンプｅの過剰な潰れによる回路パターンの短絡、絶縁材の充填の過不足などの原因となり、半導体素子ｃを回路基板に実装して製造する電子回路基板が不良品化する原因になる。
【００１０】
これを解消するのに従来、図１７に示すようにレベリングステージｊの上で半導体素子ｃをレベリングプレートｒにより所定の間隔位置まで加圧して、金属バンプｅを所定の高さに揃えるレベリングを施している。
【００１１】
これらバンプボンディングおよびレベリングの作業を多数の半導体素子ｃにつき順次に行なうのに、図１８に示すように半導体素子ｃを順次供給する供給部ｇ、供給される半導体素子ｃに金属バンプｅのボンディングを行うボンディングステージｈ、ボンディング後の半導体素子ｃに形成された金属バンプｅを所定の高さに矯正するレベリングステージｉ、およびレベリング後の半導体素子ｃを収納する収納部ｍを設置し、これらの順に半導体素子ｃを図１８（ｇ）に示す１つの移載ヘッドｎが持っている吸着ノズルｐ１、ｐ２により保持して持ち運んで順次に移載し、半導体素子ｃの供給、金属バンプｅのボンディング、レベリング、およびボンディング後の半導体素子ｃの収納を繰返し行なって、金属バンプｅを持った半導体素子ｃを能率よく製造し、製造した半導体素子ｃを後の取扱いに適合した荷姿の収納状態にするようにしている。
【００１２】
２つの吸着ノズルｐ１、ｐ２はボンディング加工前の半導体素子ｃを保持して取扱う加工前専用のものと、ボンディング加工後の半導体素子ｃを取扱う加工後専用のものとに使い分けている。加工前専用の吸着ノズルｐ１は平坦面で半導体素子ｃを吸着して保持し持ち運ぶのに対し、加工後専用の吸着ノズルｐ２は金属バンプｅを逃がす凹部を持った吸着面にて半導体素子ｃを吸着して保持し持ち運ぶ。これにより、半導体素子ｃの金属バンプｅの有無にかかわらず安定して取扱い首尾よく作業ができるようになる。
【００１３】
この２つの吸着ノズルｐ１、ｐ２を使い分けた最も能率的な作業手順は、ボンディングステージｈが２つの作業位置ｈ１、ｈ２を持つ場合を例にとると、図１８（ａ）で加工前の半導体素子Ａを加工前吸着ノズルｐ１により供給部ｇからボンディングステージｈに持ち運んで作業位置ｈ１に移載してボンディングに供する手順１、２、図１８（ｂ）で作業位置ｈ１の半導体素子Ａがボンディングを受けて加工後の半導体素子Ａ１とされるのに並行して、供給部ｇに戻り加工前の次の半導体素子Ｂを加工前吸着ノズルｐ１により供給部ｇからボンディングステージｈに持ち運んで作業位置ｈ２に移載する手順３、４、図１８（ｂ）で加工前の半導体素子Ｂを作業位置ｈ２に移載した後、図１８（ｃ）で加工後吸着ノズルｐ２により作業位置ｈ１でボンディングを施された加工後の半導体素子Ａ１を保持して持ち運びながら、作業位置ｈ２に移載した半導体素子Ｂがボンディングされて加工後の半導体素子Ｂ１とされるのに並行して、次の加工前の半導体素子Ｃを加工前吸着ノズルｐ１により空きになっているボンディングステージｈの作業位置ｈ１に持ち運んで移載するのに続き、前記加工後吸着ノズルｐ２が保持しているボンディング後の半導体素子Ａ１をレベリングステージｉに持ち運んで移載する手順５、６、７、図１８（ｄ）でレベリングステージｉにおいてボンディング後の半導体素子Ａ１がレベリングされた半導体素子Ａ２とされるのに並行して、供給部ｇに戻って次の加工前の半導体素子Ｄを保持して持ち運びながら、レベリングステージｉにてレベリングされた後の半導体素子Ａ２を持ち運ぶようレベリングステージｉに再度戻る手順８、９、図１８（ｅ）で加工後吸着ノズルｐ２に保持した半導体素子Ａ２を収納部ｍに持ち運んで移載した後、加工前吸着ノズルｐ１に保持している半導体素子Ｄをボンディングステージｈに持ち運んで、加工後吸着ノズルｐ２により作業位置ｈ２にあるボンディング後の半導体素子Ｂ１を保持した後、加工前吸着ノズルｐ１により持ち運んできた半導体素子Ｄを作業位置ｈ２に移載する手順１０、１１までを初期の１サイクルとし、図１８（ｆ）で加工後吸着ノズルｐ２に保持したボンディング後の半導体素子Ｂ１をレベリングステージｉに持ち運んで移載する手順１２が図１８（ｃ）の手順７に相当し、それ以降の手順を繰返す。図１８における手順５、６、７は手順「５」、「６」、「７」に置き換えても作業能率は同じになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の作業手順では、図１８（ｃ）の手順７、「７」を終えた加工前、加工後各吸着ノズルｐ１、ｐ２が共に空きとなったにもかかわらず、図１８（ｄ）に示すようにボンディングステージｈの作業位置ｈ１、ｈ２、およびレベリングステージｉのいずれにも半導体素子Ａ２、Ｃ１、Ｂ１のいずれかが位置して塞がっているので、吸着ノズルｐ１により次の半導体素子Ｄを保持した後、作業位置ｈ１またはｈ２にある半導体素子Ｂ１またはＣ１を加工後吸着ノズルｐ２により保持して半導体素子Ｄと置き換えることはできても、これにより空きになった加工前吸着ノズルｐ１でレベリングステージｉ上のレベリング後の半導体素子Ａ２を保持できないところを、加工後吸着ノズルｐ２で保持した半導体素子Ｂ１またはＣ１の置き場がなくなり、それ以上作業手順を進められなくなるため、前記の手順９、１０、１１を経てやっと、ボンディングステージｈ上のボンディング後の半導体素子Ｂ１またはＣ１を加工後吸着ノズルｐ２により保持して持ち運び、加工前吸着ノズルｐ１が保持しているボンディング前の半導体素子Ｄを空いた作業位置ｈ１またはｈ２に置き換えてボンディングに供し、加工後吸着ノズルｐ２により保持した半導体素子Ｂ１またはＣ１を空きになったレベリングステージｉに移載できるようにするもので、作業手順上時間のロスが生じ、作業能率のさらなる向上の妨げになっている。
【００１５】
本発明の目的は、加工前、加工後の半導体素子を保持ツールを使い分けて取扱いながら、時間のロスがない簡略化した作業手順にて作業能率を向上することができるボンディング対象物の取扱い方法およびこれを用いたバンプボンディング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のボンディング対象物の取扱い方法は、ボンディング対象物を供給する供給部から、供給されるボンディング対象物にバンプのボンディングを行うボンディングステージ、ボンディング後のボンディング対象物に形成されたバンプを所定の高さに矯正するレベリングステージ、およびレベリング後のボンディング対象物を収納する収納部の順に、ボンディング対象物を１つの移載ヘッドが持っている保持ツールにより保持して持ち運んで順次に移載し、ボンディング対象物の供給、ボンディング、レベリング、および収納を行うのに、ボンディング前のボンディング対象物を保持する１つの加工前保持ツールと、ボンディング後のボンディング対象物を保持する２つの加工後保持ツールとを使い分けてボンディング対象物を取扱い前記移載を行うことを特徴としている。
【００１７】
このような構成では、１つの加工前保持ツールと２つの加工後保持ツールとを使い分けることにより、ボンディング対象物を供給部からボンディングステージ、ボンディングステージからレベリングステージ、ボンディングステージから収納部へと順次移載してバンプボンディングを行ない収納することを繰り返すのに、ボンディングステージおよびレベリングステージがボンディング対象物で塞がっていても、加工前保持ツールにより供給部の加工前ボンディング対象物を保持してボンディングステージに持ち運んで、そこにあるボンディング加工後のボンディング対象物を一方の加工後保持ツールにより保持して置き換えた後、一方の加工後保持ツールで保持しているボンディング加工後のボンディング対象物をレベリングステージに持ち運んで、そこにあるレベリング後のボンディング対象物を他方の加工後保持ツールで保持して置き換えることにより、時間のロスなく作業手順を進めて作業能率を向上することができる。
【００１８】
このとき、２つの加工後保持ツールは、レベリング前のボンディング対象物とレベリング後のボンディング対象物との持ち運びに使い分けると、レベリングの前と後でのバンプの形状や精度の違いに応じた取扱いができ好適である。
【００１９】
また、ボンディングステージが１つのボンディング作業位置を持っている場合、供給部で加工前保持ツールが保持したボンディング対象物をボンディングステージのボンディング作業位置に持ち運ぶ工程と、ボンディング作業位置にてボンディング作業後のボンディング対象物を一方の加工後保持ツールにより保持した後、前記加工前保持ツールにより持ち運んできたボンディング対象物をボンディング作業位置に移載する工程と、ボンディング作業位置で加工後保持ツールにより保持したボンディング後のボンディング対象物をレベリングステージに持ち運ぶ工程と、レベリングステージにてレベリング後のボンディング対象物を他方の加工後保持ツールにより保持した後、前記一方の加工後保持ツールにより持ち運んできたボンディング後のボンディング対象物をレベリングステージに移載し、他方の加工後保持ツールにより保持したレベリング後のボンディング対象物を収納部に持ち運ぶ工程とを含むことにより、時間のロスなく作業手順を進めることができる。
【００２１】
バンプボンディング装置としては、上記のような各種の動作を行なうものでよく、ボンディング対象物を供給する供給部、供給されるボンディング対象物にバンプのボンディングを行うボンディングステージ、ボンディング後のボンディング対象物に形成されたバンプを所定の高さに矯正するレベリングステージ、およびレベリング後のボンディング対象物を収納する収納部を有し、供給部からボンディングステージに、ボンディングステージからレベリングステージに、レベリングステージから収納部に各段階のボンディング対象物を移載する１つの移載ヘッドと、この移載ヘッドに設けられてボンディング前のボンディング対象物を保持して持ち運ぶ１つの加工前保持ツール、およびボンディング加工後のボンディング対象物を保持して持ち運ぶ２つの加工後保持ツールとを備えたもので足り、１つの加工前保持ツールと２つの加工後保持ツールとをボンディング対象物の移載工程に応じて使い分ける制御手段を備えるのが、上記方法を自動的に高速かつ確実に遂行するのに好適である。
【００２３】
本発明のそれ以上の特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載から明らかになる。本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のボンディング対象物の取扱い方法およびこれを用いたバンプボンディング装置の実施の形態について図１〜図１３を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施の形態は、図１、図１２に一例を示すバンプボンディング装置、または、図１４、図１５に別の例を示すバンプボンディング装置により、半導体素子２をボンディング対象物として取扱い、それの図８（ａ）に示す電極２ａに従来のようなワイヤを用いたバンプボンディングにより金属バンプ３を形成した後、ボンディング加工後の半導体素子２を次の取扱いに適した各種の荷姿に収納する場合の一例である。しかし、本発明はこれに限られることはなく、種々なボンディング対象物に各種のバンプを形成して収納するバンプボンディング作業全般に本発明を適用して有効であり、本発明の範疇に属する。
【００２６】
図１、図１２に示すバンプボンディング装置の全体構成について説明すると、半導体素子２をバンプボンディングに供するための供給部５と、供給部５からボンディングステージ１０上に１つづつ移載された半導体素子２の電極２ａに金属バンプ３を形成するボンディングヘッド１１が配設されたボンディング部６と、形成された金属バンプ３の上端を図８（ｂ）に示すように押圧してレベリングするレベリング部７と、レベリングが終了した半導体素子２を収納する収納部８と、供給部５から供給される半導体素子２をボンディングステージ１０、レベリング部７、収納部８に順次移載する移載手段９とを備えている。また、移載手段９が持つ１つの移載ヘッド３４の移動経路の適所に、バッドマークが付された半導体素子２や、検査不良の半導体素子２を廃棄する廃棄部１９が配設されている。
【００２７】
供給部５と収納部８のいずれにおいても、半導体素子２はトレイ２４６に収納して取り扱う。供給部５には、半導体素子２を収容したトレイ２４６を段積状態に収納してトレイステージ２４３による部品供給のための取り扱いに供する第１のトレイ供給部２４２ａ１と、トレイステージ２４３が取り扱い終わって空になったトレイ２４６を順次受け入れて段積状態に収納する第１のトレイ収納部２４２ａ２とを有し、トレイステージ２４３は直交するＸＹ２方向とＺ方向の上下動とができるように移動機構２９１に支持されて、第１のトレイ供給部２４２ａ１の下に移動して上下動することにより供給されるトレイ２４６を受載し、それを図１に仮想線で示す部品供給位置Ａに移動し、トレイ２４６に収容している半導体素子２をボンディングに供する。さらに半導体素子２を供給し終えて空になったトレイ２４６は第１のトレイ収納部２４２ａ２の下に持ち運んで上下動することによりそこに段積状態に収納されるようにした後、第１のトレイ供給部２４２ａ１に戻ることを繰り返す。
【００２８】
収納部８には、空のトレイ２４６を段積状態に収納してトレイステージ２９２による部品収納のための取り扱いに供する第２のトレイ供給部２４２ｂ１と、トレイステージ２９２が取り扱い終わって金属バンプ３を形成した半導体素子２で満杯になったトレイ２４６を順次受け入れて段積状態に収納する第２のトレイ収納部２４２ｂ２とを有し、トレイステージ２９２は直交するＸＹ２方向とＺ方向の上下動とができるように移動機構２９３に支持されて、第２のトレイ供給部４２ｂ１の下に移動して上下動することにより供給されるトレイ２４６を受載し、それを図１に仮想線で示す部品収納位置Ｂに移動し、ボンディング作業後の金属バンプ３を持った半導体素子２をトレイ２４６に受け入れて収容する。さらに半導体素子２を収容し終えて満杯になったトレイ２４６は第２のトレイ収納部２４２ｂ２の下に持ち運んで上下動することによりそこに段積収納されるようにした後、第２のトレイ供給部２４２ｂ１に戻ることを繰り返す。
【００２９】
移載手段９は図１に示すように、供給部５と収納部８との間をＸ方向に移動可能なＸ方向移動台３２と、その上端に設置されたＹ方向に移動可能なＹ方向スライダ３３とで移載ヘッド３４を支持し、移載ヘッド３４に１つの加工前保持ツール１１１と２つの加工後保持ツール１１２、１１３を備えている。これらの保持ツール１１１〜１１３は一例として吸着ノズルでありＸ方向に並列して設けられ、半導体素子２の各種移載を合理的に行うように構成されている。
【００３０】
移載ヘッド３４においては、３つの保持ツール１１１〜１１３のいずれを吸引源に接続するかで使い分けられるようになっているとともに、それぞれ図９に示すようにシリンダ１１４〜１１６により個別に上下動されて半導体素子２を吸着保持する際に下動し、吸着保持した後上動によりピックアップして持ち運び、移載対象位置にて再度下動して吸着保持を解除することにより移載を終えるようにしている。しかし、このための各保持ツール１１１〜１１３の上下動機構は種々な方式を採用することができるし、半導体素子２などのボンディング対象物を保持する方式もそれを掴持するなど他の方式を採用することができる。
【００３１】
各保持ツール１１１〜１１３が吸着ノズルであることにより、加工前保持ツール１１１は図１０（ａ）（ｂ）に示すような平坦な吸着面１１１ａを持ったもので金属バンプ３を形成する前の半導体素子２の平坦な平面部を吸着保持できるようにし、加工後保持ツール１１２、１１３は図１１（ａ）に示すように金属バンプ３を形成した後の半導体素子２に対し金属バンプ３を逃がす凹部１１２ｂ、１１３ｂを持った吸着面１１２ａ、１１３ａとして、金属バンプ３による邪魔なしに半導体素子２を吸着保持して取り扱えるようにしている。凹部１１２ｂ、１１３ｂの具体的な形態は図１１の（ｂ）や（ｃ）に示すような形態とすることができる。
【００３２】
３つの保持ツール１１１〜１１３は図９（ｂ）に示すように回転軸２１４のまわりに回動するホルダ２１５に放射状に支持して、使用するものを下向きにしてホルダ２１５とともに、あるいは保持ツール１１１〜１１３をホルダ２１５上で上下動させて半導体素子２のピックアップおよび移載を行なうようにすることもできる。
【００３３】
ボンディング部６には、図２、図９に示すような超音波熱圧着によるボンディングのためにヒートステージからなるボンディングステージ１０が設けられるとともにその後方に図４に示すボンディングヘッド１１がＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹテーブル１２上に搭載されて設けられている。ボンディングステージ１０には半導体素子２を位置決め固定してボンディングを行う作業位置１０ａ、１０ｂが並列して設けられ、一方の作業位置で金属バンプ３を形成している間に他方の作業位置に対して半導体素子２の移載を行って生産能率を向上するように構成されている。
【００３４】
ボンディングヘッド１１は、図５に示すように、ワイヤリール１３と、このワイヤリール１３からのワイヤ１４を上方から通されて、ボンディングステージ１０上の半導体素子２にボンディングを行うボンディング作業機構１５との間に、ワイヤリール１３からボンディング作業機構１５側に至るワイヤ１４の途中を上向きの湾曲状態にエアー１６で吹き上げてワイヤ１４にテンションを与えるワイヤテンショナー１７と、ボンディング作業機構１５におけるクランパ１８のワイヤガイド１８ａの真上でワイヤ１４を上方への吹き上げエアー２０にさらしてワイヤ１４に上向きのテンションを掛けるワイヤテンショナー２１とが配設され、ワイヤリール１３からのワイヤ１４をエアー１６、２０にて所定の供給経路およびテンションを保つようにフローティング支持しながらボンディング作業機構１５に無理なく供給できるように構成されている。
【００３５】
ボンディング作業機構１５は、図４、図５に示すように、ワイヤ１４を把持するクランパ１８と、先端にワイヤ１４が挿通されるキャピラリ２２ａを有するとともに形成されたボール１４ａに超音波振動を印加するホーン２２と、放電用のトーチ２３とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ２４が上部に配設され、認識画像を図示しない認識用モニタに表示するとともに図示しないデータ処理装置に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。また、ボンディング作業機構１５を図示しない支点軸を中心に往復回動させて先端部を上下動させる上下動電磁駆動部２５と、クランパ１８を開閉する開閉電磁駆動部２６とが設けられている。
【００３６】
ボンディングステージ１０は図２、図９に示すようにボンディングのための加熱を行なうヒータを内蔵した加熱ブロック１２１の上に設けられ、Ｘ方向に並ぶ２つの作業位置１０ａ、１０ｂを持ち、近傍には半導体素子２を作業位置１０ａ、１０ｂに位置決め固定するため、図３、図９に示すような位置規正手段５５が設けられている。この位置規正手段５５は、Ｘ方向移動機構５６ａとＹ方向移動機構５６ｂとに支持された規正爪５７の移動によりボンディングステージ１０の各作業位置１０ａ、１０ｂの近傍にラフな位置決め状態で移載され吸着保持される半導体素子２を所定の位置までコーナ部５７ａ、５７ｂにて押動し位置決めするように構成されている。
【００３７】
レベリング部７は、図６、図７に示すように、レベリングユニット７０と、移載手段９による移載位置とレベリングユニット７０との間で半導体素子２を保持してＹ方向に移動するレベリング部７１と、レベリング部７１の移動経路の途中に配設されたバンプ検査用の認識カメラ７２とを備えている。
【００３８】
レベリングユニット７０は、図７に示すように、半導体素子２が設置されるレベリング部７１上の下部レベリングプレート７３と、金属バンプ３の上端に当接して加圧変形させる上部レベリングプレート７４と、加圧力を負荷する加圧プレート７５と、加圧プレート７５と上部レベリングプレート７４の間に介装されたロードセル７６と、加圧プレート７５をＺ方向に下降駆動する加圧機構７７とを備えており、ロードセル７６にて加圧力を検出して任意の加圧力を負荷できるように構成されている。これにより、ボンディング部６で形成された図８（ａ）に示すような金属バンプ３のワイヤ部分１４ｂが加圧変形されて同一高さにレベリングされることにより、図８（ｂ）に示すように、台座部３ａから小径の頭頂部３ｂが突出した金属バンプ３が形成される。この台座部３ａの上に頭頂部３ｂが突出した金属バンプ３の形状は、例えば半導体素子２を基板に接着剤を用いて接合する場合に適した形状である。
【００３９】
認識カメラ７２は、Ｘ方向に移動可能な可動台８１上に搭載され、Ｘ方向に移動及び任意位置に位置決め可能に構成されている。これによりレベリングステージ７１上の半導体素子２の各金属バンプ３を順次認識カメラ７２にて認識して、金属バンプ３の位置及び形状を検査することができる。認識カメラ７２による金属バンプ３の検査は金属バンプ３の有無、金属バンプ３の各部の径や位置ずれ量を検出しそれぞれ予め設定された許容範囲内にあるか否かを判定する。検査の結果、許容範囲内の場合は良品として移載手段９にて半導体素子収納部８に移載されてテープ状保持体２７やトレイに収納される。一方、範囲外の場合は不良品として移載手段９にて廃棄部１９に移載・収納される。
【００４０】
なお、図１４、図１５に示すバンプボンディング装置は、上記した図１〜図１２のバンプボンディング装置に対し、半導体素子２を金属バンプ３の形成に供する供給部５の機構、および金属バンプ３を形成し、そのレベリング処理が終了した半導体素子２を収納する収納部８の機構が異なるだけで、他の機構は基本的に変わらない。そこで、以下相違する点のみ説明し、同じ部材には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００４１】
この装置は、ダイシングシート１上でダイシングしてエキスパンドされた状態の半導体素子２をボンディング対象物として取扱うもので、供給部５の横に搬入部４が設置されている。搬入部４はダイシング後の半導体素子２を担持したダイシングシート１を多数枚積層状態で収容したキャリア１０１により半導体素子２を取扱い、キャリア１０１に収納されているダイシングシート１を供給部５に１枚ずつ搬入する。供給部５は搬入されたダイシングシート１をエキスパンドしてそれに担持している半導体素子２の相互の間隔を広げた状態で各半導体素子２を移載手段９によるピックアップに供し、ボンディングステージ１０上に持ち運ばれるようにする。収納部８は金属バンプ３が形成されそのレベリングが終了した半導体素子２を収納するテープ状保持体２７を備え、このテープ保持体２７に１つの半導体素子２を受け入れる都度リール２７１に巻き取っていき次の取扱いのためにテープ部品に仕上げていく。
【００４２】
搬入部４は、キャリア１０１を支持して昇降し、供給部５への送出高さ位置にダイシングシート１を位置決めするリフタ２８と、ダイシングシート１を供給部５へ送出する図示しない送出手段が配設されている。
【００４３】
供給部５は、ダイシングシート１を保持してＹ方向に移動可能な移動テーブル２９と、Ｙ方向と直交するＸ方向に移動可能な可動アーム３０の先端部に設置された認識カメラ３１を備え、認識カメラ３１にてエキスパンドウエハ１の各半導体素子２を認識してその正確な位置を検出するとともに、半導体素子２に付されているバッドマークを検出するように構成されている。半導体素子２の正確な位置を検出することにより、移載手段９のＸＹ２方向に移動される移載ヘッド３４で半導体素子２を吸着保持する際に、半導体素子２が微小な場合でも確実かつ適正に保持することができる。また、バッドマークの検出により不良半導体素子２に対しても金属バンプ３を形成するという無駄を無くすことができるとともに、廃棄部１９への廃棄処理もできる。このような認識処理は図１〜図１２に示す装置にも適用できる。
【００４４】
本実施の形態のボンディング対象物の取扱い方法は、図１３（ａ）〜（ｅ）に示すように、供給部５、ボンディングステージ１０、レベリングステージ７１、および収納部８の順に、ボンディング対象物である半導体素子２を１つの移載ヘッド３４が持っている保持ツールにより保持して持ち運んで順次に移載し、半導体素子２の供給、ボンディング、レベリング、および収納を行うのに、ボンディング前の半導体素子２を示すＡ〜Ｅを保持する１つの加工前保持ツール１１１と、ボンディング後の特にレベリング前の半導体素子２を示すＡ１〜Ｅ１、およびレベリング後の半導体素子２を示すＡ２〜Ｅ２を保持する２つの加工後保持ツール１１２、１１３とを使い分けて半導体素子２を取扱い前記移載を行う。
【００４５】
このように、１つの加工前保持ツール１１１と２つの加工後保持ツール１１２、１１３とを使い分けることにより、半導体素子２を上記のように順次に移載してバンプボンディングを行なって収納することを繰り返すのに、ボンディングステージ１０およびレベリングステージ７１が各段階の半導体素子２で塞がっていても、加工前保持ツール１１１により供給部５の加工前半導体素子２（Ａなど）を保持してボンディングステージ１０に持ち運んで、そこにあるボンディング加工後の半導体素子２（Ａ１など）を一方の加工後保持ツール１１２などにより保持して置き換えた後、一方の加工後保持ツール１１２などで保持しているボンディング加工後の半導体素子２（Ａ１など）をレベリングシテージ７１に持ち運んで、そこにあるレベリング後の半導体素子２（Ａ２など）を他方の加工後保持ツール１１３などで保持して置き換えることにより、時間のロスなく作業手順を進めて作業能率を向上することができる。
【００４９】
バンプボンディング装置としては、上記のような各種の動作を行なうものでよく、上記した本実施の形態の構成で不足はなく、１つの加工前保持ツール１１１と２つの加工後保持ツール１１２、１１３とを半導体素子２の移載工程に応じて使い分ける図１２に示す制御装置１２２を備えるのが、上記方法を自動的に高速かつ確実に遂行するのに好適である。この制御装置１２２はバンプボンディング装置の動作制御を行なうマイクロコンピュータなどを共用することができる。
【００５０】
なお、以上の移載動作において、２つの加工後保持ツール１１２、１１３は、レベリング前の半導体素子２（Ａ１）とレベリング後の半導体素子２（Ａ２など）との持ち運びに使い分けると、レベリングの前と後での金属バンプ３の形状や精度の違いに応じた取扱いができ好適である。例えばレベリング後の半導体素子２（Ａ２など）を取扱う側は面の仕上げ精度を上げてレベリング後の金属バンプ３に傷がつきにくいようにするなどが考えられる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、加工前、加工後の半導体素子を３つの保持ツールを使い分けて適性に取扱いながら、時間のロスのない簡略化した作業手順にて作業能率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバンプボンダーを示す概略構成図である。
【図２】図１の装置のボンディングステージを示す斜視図である。
【図３】図２のボンディングステージに付帯される位置規正機構を示す斜視図である。
【図４】図１の装置のボンディングヘッドを示す斜視図である。
【図５】図４のボンディングヘッドのワイヤ供給機構を示す斜視図である。
【図６】図１の装置のレベリング機構を示す斜視図である。
【図７】図６のレベリング機構の正面図である。
【図８】（ａ）は金属バンプのレベリング前の状態を示し、（ｂ）はレベリング後の状態を示す斜視図である。
【図９】図１の装置のボンディングステージおよび位置規正機構と移載機構とを示す斜視図である。
【図１０】図９の移載機構における移載ヘッドが持つ加工前保持ツールを示し、その（ａ）は断面図、その（ｂ）は下面図である。
【図１１】図９の移載機構における移載ヘッドが持つ加工後保持ツールを示し、その（ａ）は断面図、その（ｂ）は下面図、その（ｃ）は変形例を示す下面図である。
【図１２】図１の装置の斜視図である。
【図１３】図１の装置によるバンプボンディング時の半導体素子の取扱い手順を（ａ）〜（ｅ）で示す工程説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る別のバンプボンディング装置を示す平面図である。
【図１５】図１４の装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１６】バンプボンディング装置におけるバンプボンディングの手順を（ａ）〜（ｃ）で示す工程説明図である。
【図１７】図１６の装置における金属バンプのレベリング作業の状態を示す断面図である。
【図１８】従来のバンプボンディングにおける半導体素子の取扱い手順を（ａ）〜（ｇ）で示す工程説明図である。
【符号の説明】
２半導体素子
３金属バンプ
５供給部
６ボンディング部
７レベリング部
８収納部
９移載手段
１０ボンディングステージ
１０ａ、１０ｂ作業位置
１１ボンディングヘッド
１４ワイヤ
３４移載ヘッド
７１レベリングステージ
１１１加工前保持ツール
１１２、１１３加工後保持ツール
１１１ａ〜１１３ａ吸着面
１１２ｂ、１１３ｂ凹部
１２２制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of handling an object to be bonded and a bump bonding apparatus using the same, and is used to form metal bumps for electrical connection by bonding technology using wires on electrodes of semiconductor elements on which integrated circuits and the like are formed. .
[0002]
[Prior art]
A technique for forming a metal bump for electrical connection on an electrode portion of a semiconductor element by a bonding technique using a wire is proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-098065. The bonding station for performing the bump bonding includes a heating stage for bonding by ultrasonic thermocompression bonding, and includes a bonding stage for supporting a semiconductor element as a bonding target and heating it for bonding work. A bonding head for performing bump bonding with a wire on an electrode of a semiconductor element is provided in the vicinity of the bonding stage.
[0003]
This bonding head FIG. As shown in FIG. 2, a clamper d that holds and fixes the wire a as a bonding work mechanism, a capillary b through which the wire a is inserted, and a metal ball a2 formed at the tip of the wire a via the capillary b. A horn (not shown) for applying ultrasonic vibration and a discharge torch k for forming the metal ball a2 are provided.
[0004]
The bonding work by these is FIG. In the initial state, the clamper d and the capillary b are positioned at a predetermined height, and the tip end portion of the wire a protrudes from the tip end of the capillary b by a predetermined length to form a tail portion a1. In this state, each time the bonding head moves to a position facing a predetermined electrode c1 on the semiconductor element c, which is a bonding target, the tip is melted by the spark current from the torch k, and a metal ball a2 is formed.
[0005]
Next, the opened clamper d and capillary b are lowered toward the semiconductor element c on the bonding stage. 16 (b) As shown in FIG. 2, the metal ball a2 is pressurized on the electrode c1 of the semiconductor element c by the capillary b, and ultrasonic vibration is applied through the capillary b by the horn, so that the metal ball a2 and the electrode c1 are thermocompression bonded. Friction welding is performed by ultrasonic vibration.
[0006]
After the bonding, the clamper d and the capillary b are raised by a predetermined distance in a state where the clamper d is opened, the wire a is pulled out from the tip of the capillary b by a predetermined length, and a tail portion having a predetermined length for forming the next metal ball a2. Prepare to obtain a1.
[0007]
Next, the clamper d is closed together with the capillary b. 16 (c) As shown in FIG. 2, the height is raised to a predetermined height position in the initial state. In the initial stage of this process, the subsequent wire a from the metal ball a2 after the friction welding is cut by tearing between the metal ball a2 and the metal ball a2 portion on the electrode c1 to a height of about 30 μm to 40 μm. A metal bump e having a protruding length of about 60 μm and formed of the protruding wire portion a3 is formed.
[0008]
On the other hand, when the subsequent wire a is torn off from the metal ball a2 after the friction welding, the wire a is a metal wire a2 side that has undergone a structural change due to thermal effects when the metal ball a2 is formed, and the subsequent wire that has no structural change. It is said that the boundary with the a side reaches the yield point ahead of other parts and tearing occurs, but in reality the height of the metal bump e that is formed is very unstable because the tearing position is not stable. It is easy to become.
[0009]
If the heights of the metal bumps e are not constant, when the semiconductor elements c are mounted on the circuit board by friction bonding the metal bumps e having a large number of the semiconductor elements c to the conductor lands of the circuit board, Manufactured by mounting the semiconductor element c on a circuit board due to over- and under-bonding, resulting in poor electrical connection, short circuit pattern due to excessive crushing of metal bumps e, over-insufficient filling of insulating material, etc. This causes the electronic circuit board to be defective.
[0010]
Conventionally, to solve this, FIG. As shown in FIG. 3, the semiconductor element c is pressed on the leveling stage j by the leveling plate r to a predetermined interval position, and the metal bumps e are leveled to a predetermined height.
[0011]
In order to sequentially perform these bump bonding and leveling operations for a large number of semiconductor elements c, FIG. As shown in FIG. 4, a supply part g for sequentially supplying the semiconductor elements c, a bonding stage h for bonding the metal bumps e to the supplied semiconductor elements c, and the metal bumps e formed on the semiconductor elements c after the bonding to a predetermined height A leveling stage i for correcting the thickness and a storage portion m for storing the semiconductor element c after leveling are installed, and the semiconductor element c is placed in this order. FIG. 18 (g) Are held and carried by the suction nozzles p1 and p2 of one transfer head n shown in FIG. 1 and sequentially transferred to supply the semiconductor elements c, bond metal bumps e, leveling, and semiconductor elements c after bonding. The semiconductor element c having the metal bump e is efficiently manufactured, and the manufactured semiconductor element c is placed in a packaged state suitable for later handling.
[0012]
The two suction nozzles p1 and p2 are selectively used for pre-processing dedicated to hold and handle the semiconductor element c before bonding and for post-processing dedicated to handle the semiconductor element c after bonding. The pre-processing suction nozzle p1 sucks and holds and carries the semiconductor element c on a flat surface, whereas the post-processing suction nozzle p2 holds the semiconductor element c on the suction surface having a recess for releasing the metal bump e. Adsorb, hold and carry. As a result, the semiconductor element c can be handled stably and successfully regardless of the presence or absence of the metal bump e.
[0013]
The most efficient work procedure using the two suction nozzles p1 and p2 is the case where the bonding stage h has two work positions h1 and h2. FIG. 18 (a) Then, the semiconductor element A before processing is carried from the supply part g to the bonding stage h by the pre-processing suction nozzle p1, transferred to the work position h1, and used for bonding. FIG. 18 (b) At the same time, the semiconductor element A at the working position h1 is subjected to bonding to become a processed semiconductor element A1, and at the same time, the semiconductor element B returns to the supply part g and the next semiconductor element B before processing is supplied by the pre-processing suction nozzle p1. Steps 3 and 4 for carrying from g to the bonding stage h and transferring to the work position h2. FIG. 18 (b) After transferring the unprocessed semiconductor element B to the work position h2, FIG. 18 (c) The semiconductor element B1 transferred to the work position h2 is bonded to the processed semiconductor element B1 while being held and carried by the suction nozzle p2 after the processing at the work position h1. In parallel with this, after the next unprocessed semiconductor element C is carried and transferred to the work position h1 of the bonding stage h which is vacant by the unprocessed suction nozzle p1, the post-process suction nozzle is moved. Steps 5, 6, 7 for transferring the semiconductor element A1 after bonding held by p2 to the leveling stage i. FIG. 18 (d) In the leveling stage i, the leveled stage i is returned to the supply part g while holding and carrying the semiconductor element D before processing in parallel with the leveled stage i being changed to the leveled semiconductor element A2. Steps 8, 9 for returning to the leveling stage i again to carry the semiconductor element A2 leveled at i. FIG. 18 (e) After the semiconductor element A2 held in the post-processing suction nozzle p2 is carried to the storage section m and transferred, the semiconductor element D held in the pre-processing suction nozzle p1 is carried to the bonding stage h, and the post-processing suction nozzle p2 Steps 10 and 11 for transferring the semiconductor element D carried by the pre-processing suction nozzle p1 to the work position h2 after holding the bonded semiconductor element B1 at the work position h2 by the initial position of one cycle. FIG. 18 (f) The step 12 of carrying the semiconductor element B1 after bonding held by the suction nozzle p2 after processing to the leveling stage i is transferred. FIG. 18 (c) And the subsequent steps are repeated. FIG. Even if the procedures 5, 6, and 7 are replaced with procedures “5”, “6”, and “7”, the work efficiency is the same.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional work procedure, FIG. 18 (c) Even though the suction nozzles p1 and p2 are both vacant before and after processing after step 7 of “7”, FIG. 18 (d) As shown in FIG. 4, since any one of the semiconductor elements A2, C1, and B1 is located and blocked at any of the working positions h1 and h2 of the bonding stage h and the leveling stage i, the next semiconductor element D is attracted by the suction nozzle p1. , The semiconductor element B1 or C1 at the work position h1 or h2 can be held by the suction nozzle p2 after processing and replaced with the semiconductor element D. Since the place where the semiconductor element A2 after leveling on the leveling stage i cannot be held cannot be placed in the semiconductor element B1 or C1 held by the suction nozzle p2 after processing, and the work procedure cannot be further advanced, After 10 and 11, the semiconductor element B1 after bonding on the bonding stage h C1 is held and carried by the suction nozzle p2 after processing, and the pre-bonding semiconductor element D held by the suction nozzle p1 before processing is replaced with a vacant work position h1 or h2 for bonding, and the suction nozzle p2 after processing. Thus, the semiconductor element B1 or C1 held by the above can be transferred to the empty leveling stage i, and time is lost in the work procedure, which hinders further improvement of work efficiency.
[0015]
An object of the present invention is to provide a method for handling a bonding object capable of improving work efficiency with a simplified work procedure without loss of time while handling a semiconductor element after processing using a holding tool. An object of the present invention is to provide a bump bonding apparatus using the same.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the bonding object handling method of the present invention includes a bonding stage for bonding a bump to a bonding object supplied from a supply unit supplying the bonding object, and a bonding object after bonding. A bonding object is held by a holding tool of one transfer head in the order of a leveling stage that corrects bumps formed on the object to a predetermined height and a storage unit that stores the bonding object after leveling. To carry, transfer, and sequentially supply, bond, level, and store the bonding target, one pre-processing holding tool for holding the bonding target before bonding, and the bonding target after bonding Use the two post-machining holding tools to hold It is characterized in that the loading object performs handling the transfer.
[0017]
In such a configuration, by properly using one pre-processing holding tool and two post-processing holding tools, the bonding object is sequentially transferred from the supply unit to the bonding stage, from the bonding stage to the leveling stage, and from the bonding stage to the storage unit. Even if the bonding stage and leveling stage are clogged with bonding objects, the bonding object before processing in the supply part is held by the holding tool before processing on the bonding stage. Carry and replace the bonded object after bonding by holding it with one post-processing holding tool, and then the bonding object after bonding held by one post-processing holding tool on the leveling stage Holding Carrying in, by replacing holding the bonding object after leveling is there the other machining after the holding tool, it is possible to improve the working efficiency by promoting loss of time without work procedure.
[0018]
At this time, if the two post-processing holding tools are used separately to carry the bonding object before leveling and the bonding object after leveling, they can be handled according to the difference in the shape and accuracy of the bumps before and after leveling. This is preferable.
[0019]
In addition, when the bonding stage has one bonding work position, a process of carrying the bonding object held by the holding tool before processing in the supply unit to the bonding work position of the bonding stage, and after the bonding work at the bonding work position. The process of transferring the bonding object carried by the pre-processing holding tool to the bonding work position after holding the bonding object by one post-processing holding tool, and the bonding held by the post-processing holding tool at the bonding work position The process of carrying the subsequent bonding object to the leveling stage, and the bonding object that has been leveled on the leveling stage after being held by the other post-processing holding tool and then carried by the one post-processing holding tool The step of transferring the bonding object to the leveling stage and carrying the leveling bonding object held by the other post-processing holding tool to the storage unit can be carried out without loss of time. .
[0021]
The bump bonding apparatus may perform various operations as described above. A supply unit for supplying a bonding target, a bonding stage for bonding a bump to the supplied bonding target, and a bonding target after bonding. It has a leveling stage that corrects the formed bumps to a predetermined height, and a storage part that stores the bonding object after leveling, and a supply part from the bonding stage, a bonding stage from the leveling stage, and a storage part from the leveling stage. One transfer head for transferring the bonding object at each stage, one pre-processing holding tool provided on the transfer head for holding and carrying the bonding object before bonding, and bonding after bonding Holding the object It is sufficient to have two post-processing holding tools to be transported, and it is provided with a control means for selectively using one pre-processing holding tool and two post-processing holding tools according to the transfer process of the bonding object. It is suitable for carrying out the method automatically and quickly and reliably.
[0023]
Further features of the present invention will become apparent from the following detailed description and drawings. Each feature of the present invention can be used alone or in combination in various combinations as much as possible.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a method for handling a bonding object of the present invention and a bump bonding apparatus using the same will be described with reference to FIGS. FIG. Will be described with reference to FIG.
[0025]
This embodiment is a bump bonding apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 14 and 15 The semiconductor device 2 is handled as an object to be bonded by a bump bonding apparatus showing another example, and metal bumps 3 are formed on the electrodes 2a shown in FIG. 8A by conventional bump bonding using wires. This is an example when the semiconductor element 2 after the bonding process is stored in various packages suitable for the next handling. However, the present invention is not limited to this, and is effective by applying the present invention to all bump bonding operations for forming and storing various bumps on various bonding objects, and belongs to the category of the present invention.
[0026]
The overall configuration of the bump bonding apparatus shown in FIGS. 1 and 12 will be described. The semiconductor element 2 is transferred onto the bonding stage 10 one by one from the supply section 5 for supplying the semiconductor element 2 to the bump bonding. A bonding portion 6 provided with a bonding head 11 for forming the metal bump 3 on the second electrode 2a, and a leveling portion 7 for pressing and leveling the upper end of the formed metal bump 3 as shown in FIG. 8B. A storage unit 8 that stores the semiconductor element 2 that has been leveled, and a transfer means 9 that sequentially transfers the semiconductor element 2 supplied from the supply unit 5 to the bonding stage 10, the leveling unit 7, and the storage unit 8. I have. Further, a disposal unit 19 for discarding the semiconductor element 2 with a bad mark and the semiconductor element 2 with a defective inspection is disposed at an appropriate position on the movement path of one transfer head 34 of the transfer means 9. .
[0027]
In both the supply unit 5 and the storage unit 8, the semiconductor element 2 is stored and handled in the tray 246. In the supply unit 5, the first tray supply unit 242 a 1 for storing the trays 246 storing the semiconductor elements 2 in a stacked state and handling them for supplying components by the tray stage 243 and the tray stage 243 have been handled. A first tray storage unit 242a2 that sequentially receives empty trays 246 and stores them in a stacked state. The tray stage 243 can be moved up and down in the XY2 direction and the Z direction perpendicular to each other. The tray 246 supplied by moving up and down under the first tray supply unit 242a1 is received and moved to the component supply position A indicated by the phantom line in FIG. The semiconductor element 2 accommodated in the tray 246 is used for bonding. Further, the tray 246 which has been emptied after the supply of the semiconductor element 2 is carried under the first tray storage portion 242a2 and moved up and down to be stored therein in a stacked state. The process of returning to the tray supply unit 242a1 is repeated.
[0028]
The storage unit 8 includes a second tray supply unit 242b1 that stores empty trays 246 in a stacked state and handles them for storing components by the tray stage 292, and the metal bumps 3 after the tray stage 292 has been handled. The tray 292 has a second tray storage portion 242b2 that sequentially receives the trays 246 filled with the formed semiconductor elements 2 and stores them in a stacked state, and the tray stage 292 can move vertically in the XY2 direction and the Z direction. The tray 246 is supported by the moving mechanism 293 and moved by moving up and down below the second tray supply unit 42b1 to receive it, and this is shown in FIG. The semiconductor element 2 having moved to the position B and having the metal bumps 3 after the bonding work is received and accommodated in the tray 246. Further, the tray 246 that has been filled after the semiconductor element 2 has been accommodated is carried under the second tray storage unit 242b2 and moved up and down to be stacked and stored therein, and then supplied to the second tray. The return to the unit 242b1 is repeated.
[0029]
As shown in FIG. 1, the transfer means 9 includes an X-direction moving table 32 that can move between the supply unit 5 and the storage unit 8 in the X direction, and a Y direction that can move in the Y direction installed at the upper end thereof. The transfer head 34 is supported by the slider 33, and the transfer head 34 includes one pre-processing holding tool 111 and two post-processing holding tools 112 and 113. These holding tools 111 to 113 are suction nozzles as an example, and are provided in parallel in the X direction, and are configured to rationally perform various transfers of the semiconductor element 2.
[0030]
The transfer head 34 can be used properly depending on which of the three holding tools 111 to 113 is connected to the suction source, and is individually moved up and down by cylinders 114 to 116 as shown in FIG. When the semiconductor element 2 is held down by suction, it is moved downward, picked up by the upward movement and carried, and moved down again at the transfer target position to release the suction hold to finish the transfer. ing. However, the vertical movement mechanism of each holding tool 111 to 113 for this purpose can adopt various methods, and other methods such as a method of holding a bonding object such as the semiconductor element 2 can also be used. Can be adopted.
[0031]
Since each holding tool 111 to 113 is a suction nozzle, the pre-processing holding tool 111 has a flat suction surface 111a as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) and before the metal bump 3 is formed. The flat planar portion of the semiconductor element 2 can be sucked and held, and the post-processing holding tools 112 and 113 allow the metal bump 3 to escape from the semiconductor element 2 after the metal bump 3 is formed as shown in FIG. As the suction surfaces 112a and 113a having the concave portions 112b and 113b, the semiconductor element 2 can be sucked and held without being disturbed by the metal bumps 3. Specific forms of the recesses 112b and 113b can be as shown in FIGS. 11B and 11C.
[0032]
As shown in FIG. 9B, the three holding tools 111 to 113 are supported radially by a holder 215 that rotates around the rotation shaft 214, and are used with the holder 215 facing downward, or with the holding tool 111. ˜113 can be moved up and down on the holder 215 to pick up and transfer the semiconductor element 2.
[0033]
The bonding unit 6 is provided with a bonding stage 10 composed of a heat stage for bonding by ultrasonic thermocompression bonding as shown in FIGS. 2 and 9, and a bonding head 11 shown in FIG. It is mounted on an XY table 12 movable in the direction. The bonding stage 10 is provided in parallel with work positions 10a and 10b for performing bonding by positioning and fixing the semiconductor element 2. While the metal bumps 3 are formed at one work position, the work position 10a and 10b is formed with respect to the other work position. The semiconductor element 2 is transferred to improve the production efficiency.
[0034]
As shown in FIG. 5, the bonding head 11 includes a wire reel 13 and a bonding work mechanism 15 for bonding the semiconductor element 2 on the bonding stage 10 through the wire 14 from the wire reel 13 from above. In between, a wire tensioner 17 that blows air in the middle of the wire 14 from the wire reel 13 to the bonding work mechanism 15 side by an air 16 in an upward curved state, and a wire guide for the clamper 18 in the bonding work mechanism 15. A wire tensioner 21 is disposed directly above 18a to blow up the wire 14 to the air 20 so as to apply an upward tension to the wire 14. Keep the supply path and tension And it is configured to supply reasonably the bonding working mechanism 15 while floating supported.
[0035]
As shown in FIGS. 4 and 5, the bonding work mechanism 15 applies ultrasonic vibration to a ball 14 a formed with a clamper 18 that holds the wire 14 and a capillary 22 a through which the wire 14 is inserted. A horn 22 and a discharge torch 23 are provided. Further, a recognition camera 24 for visually recognizing the state of the bonding work is arranged on the upper part, and a recognition image is displayed on a recognition monitor (not shown) and a recognition signal is input to a data processing device (not shown) to perform data processing. Has been. Further, an up-and-down electromagnetic drive unit 25 that moves the tip portion up and down by reciprocatingly rotating the bonding work mechanism 15 around a fulcrum shaft (not shown) and an open-close electromagnetic drive unit 26 that opens and closes the clamper 18 are provided.
[0036]
The bonding stage 10 is provided on a heating block 121 containing a heater for heating for bonding as shown in FIGS. 2 and 9, and has two working positions 10a and 10b arranged in the X direction, and in the vicinity thereof. In order to position and fix the semiconductor element 2 at the work positions 10a and 10b, a position adjusting means 55 as shown in FIGS. 3 and 9 is provided. The position setting means 55 is transferred in a rough positioning state in the vicinity of the work positions 10a and 10b of the bonding stage 10 by the movement of the setting claws 57 supported by the X direction moving mechanism 56a and the Y direction moving mechanism 56b. The semiconductor element 2 to be sucked and held is pushed to a predetermined position by the corner portions 57a and 57b to be positioned.
[0037]
As shown in FIGS. 6 and 7, the leveling unit 7 includes a leveling unit 70 and a leveling unit that moves in the Y direction while holding the semiconductor element 2 between the leveling unit 70 and the transfer position by the transfer means 9. 71, and a recognition camera 72 for bump inspection disposed in the middle of the movement path of the leveling unit 71.
[0038]
As shown in FIG. 7, the leveling unit 70 includes a lower leveling plate 73 on the leveling portion 71 where the semiconductor element 2 is installed, an upper leveling plate 74 that abuts on the upper end of the metal bump 3 and pressurizes and deforms, and an additional leveling plate 74. A pressure plate 75 for applying pressure; a load cell 76 interposed between the pressure plate 75 and the upper leveling plate 74; and a pressure mechanism 77 for driving the pressure plate 75 downward in the Z direction. The load cell 76 detects the applied pressure and can be loaded with an arbitrary applied pressure. As a result, the wire portion 14b of the metal bump 3 formed at the bonding portion 6 as shown in FIG. 8A is pressure-deformed and leveled to the same height, as shown in FIG. 8B. In addition, the metal bump 3 is formed in which the small-diameter head portion 3b protrudes from the pedestal portion 3a. The shape of the metal bump 3 in which the top portion 3b protrudes on the pedestal portion 3a is a shape suitable when, for example, the semiconductor element 2 is bonded to the substrate using an adhesive.
[0039]
The recognition camera 72 is mounted on a movable table 81 that can move in the X direction, and can be moved in the X direction and positioned at an arbitrary position. Thereby, each metal bump 3 of the semiconductor element 2 on the leveling stage 71 can be sequentially recognized by the recognition camera 72, and the position and shape of the metal bump 3 can be inspected. The inspection of the metal bump 3 by the recognition camera 72 detects the presence / absence of the metal bump 3, the diameter of each part of the metal bump 3 and the amount of displacement, and determines whether each is within a preset allowable range. As a result of the inspection, if it is within the allowable range, it is transferred as a non-defective product to the semiconductor element storage unit 8 by the transfer means 9 and stored in the tape-shaped holding body 27 or tray. On the other hand, when it is out of the range, it is transferred and stored in the disposal unit 19 by the transfer means 9 as a defective product.
[0040]
In addition, 14 and 15 The bump bonding apparatus shown in FIG. 1 forms the mechanism of the supply unit 5 for supplying the semiconductor element 2 to the formation of the metal bump 3 and the metal bump 3 with respect to the bump bonding apparatus shown in FIGS. The other mechanisms are basically the same except that the mechanism of the storage unit 8 for storing the finished semiconductor element 2 is different. Therefore, only different points will be described below, and the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
[0041]
This apparatus handles a semiconductor element 2 that has been diced and expanded on a dicing sheet 1 as a bonding object, and a carry-in section 4 is installed beside a supply section 5. The carry-in unit 4 handles the semiconductor element 2 with a carrier 101 that contains a large number of dicing sheets 1 carrying the dicing semiconductor element 2 in a stacked state, and the dicing sheet 1 stored in the carrier 101 is supplied to the supply unit 5 as one sheet. Carry in one by one. The supply unit 5 expands the loaded dicing sheet 1 and supplies the semiconductor elements 2 to the pickup by the transfer means 9 in a state where the distance between the semiconductor elements 2 carried on the dicing sheet 1 is widened. To be carried around. The storage unit 8 includes a tape-like holding body 27 for storing the semiconductor element 2 on which the metal bumps 3 are formed and the leveling is completed, and each time the semiconductor element 2 is received in the tape holding body 27, the winding is wound around the reel 271. Finish the tape parts for the next handling.
[0042]
The carry-in unit 4 supports the carrier 101 and moves up and down, and includes a lifter 28 that positions the dicing sheet 1 at a feed height position to the supply unit 5 and a sending unit (not shown) that sends the dicing sheet 1 to the supply unit 5. It is installed.
[0043]
The supply unit 5 includes a moving table 29 that holds the dicing sheet 1 and can move in the Y direction, and a recognition camera 31 that is installed at the tip of a movable arm 30 that can move in the X direction orthogonal to the Y direction. The recognition camera 31 is configured to recognize each semiconductor element 2 of the expanded wafer 1 to detect its accurate position and to detect a bad mark attached to the semiconductor element 2. By detecting the exact position of the semiconductor element 2, when the semiconductor element 2 is sucked and held by the transfer head 34 moved in the XY2 direction of the transfer means 9, even if the semiconductor element 2 is very small, it is reliable and appropriate. Can be held in. In addition, it is possible to eliminate the waste of forming the metal bump 3 on the defective semiconductor element 2 by detecting the bad mark, and it is possible to perform the disposal process to the disposal unit 19. Such recognition processing can also be applied to the apparatus shown in FIGS.
[0044]
The handling method of the bonding object of this embodiment is , FIG. As shown to (a)-(e), the one transfer head 34 has the semiconductor element 2 which is a bonding target object in order of the supply part 5, the bonding stage 10, the leveling stage 71, and the accommodating part 8. FIG. One holding before holding for holding A to E indicating the semiconductor element 2 before bonding to supply, bond, level, and store the semiconductor element 2 in order to be held and carried by the holding tool and transferred sequentially A semiconductor element using a tool 111 and two post-process holding tools 112 and 113 for holding A1 to E1 indicating the semiconductor element 2 after bonding, particularly before leveling, and A2 to E2 indicating the semiconductor element 2 after leveling. Handle 2 and perform the transfer.
[0045]
In this way, by properly using one pre-processing holding tool 111 and two post-processing holding tools 112 and 113, the semiconductor elements 2 can be sequentially transferred as described above and subjected to bump bonding and stored. To repeat, even if the bonding stage 10 and the leveling stage 71 are blocked by the semiconductor elements 2 at each stage, the pre-processing semiconductor element 2 (A or the like) of the supply unit 5 is held by the pre-processing holding tool 111 and the bonding stage 10 is held. The semiconductor device 2 (A1 or the like) after bonding is held and replaced by one post-processing holding tool 112 or the like, and then held by one post-processing holding tool 112 or the like. Carry the later semiconductor element 2 (such as A1) to the leveling stage 71, By replacing the semiconductor element 2 after grayed (such as A2) and held in such other post-process holding tool 113, it is possible to improve the working efficiency by promoting loss of time without work procedure.
[0049]
The bump bonding apparatus may perform various operations as described above. There is no shortage in the configuration of the above-described embodiment, and there is one pre-processing holding tool 111 and two post-processing holding tools 112 and 113. The control device 122 shown in FIG. 12 which is selectively used in accordance with the transfer process of the semiconductor element 2 is suitable for performing the above method automatically and at high speed. The control device 122 can share a microcomputer or the like that controls the operation of the bump bonding apparatus.
[0050]
In the above transfer operation, if the two post-processing holding tools 112 and 113 are used separately for carrying the semiconductor element 2 (A1) before leveling and the semiconductor element 2 (A2 etc.) after leveling, before the leveling, It can be handled according to the difference in shape and accuracy of the metal bumps 3 and later, which is preferable. For example, the side that handles the semiconductor element 2 (A2 or the like) after leveling can be considered to increase the surface finishing accuracy so that the metal bumps 3 after leveling are not easily damaged.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to improve work efficiency with a simplified work procedure with no loss of time while properly handling the semiconductor elements before and after processing by properly using three holding tools.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a bump bonder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a bonding stage of the apparatus of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a position adjusting mechanism attached to the bonding stage of FIG. 2;
4 is a perspective view showing a bonding head of the apparatus of FIG. 1. FIG.
5 is a perspective view showing a wire supply mechanism of the bonding head of FIG. 4. FIG.
6 is a perspective view showing a leveling mechanism of the apparatus of FIG. 1. FIG.
7 is a front view of the leveling mechanism of FIG. 6. FIG.
8A is a perspective view showing a state before leveling of a metal bump, and FIG. 8B is a perspective view showing a state after leveling.
9 is a perspective view showing a bonding stage, a position adjusting mechanism, and a transfer mechanism of the apparatus shown in FIG. 1;
10 shows a pre-processing holding tool of a transfer head in the transfer mechanism of FIG. 9, in which (a) is a cross-sectional view, and (b) is a bottom view.
11 shows a post-processing holding tool of the transfer head in the transfer mechanism of FIG. 9, in which (a) is a cross-sectional view, (b) is a bottom view, and (c) is a bottom view showing a modification. It is.
12 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1. FIG.
FIG. 13 shows the procedure for handling semiconductor elements during bump bonding using the apparatus of FIG. (E) It is process explanatory drawing shown by.
[ FIG. FIG. 10 is a plan view showing another bump bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 FIG. It is a perspective view which shows the whole structure of this apparatus.
[ FIG. FIG. 11 is a process explanatory view showing the procedure of bump bonding in the bump bonding apparatus as shown in FIGS.
FIG. 17 FIG. It is sectional drawing which shows the state of the leveling operation | work of the metal bump in this apparatus.
[ FIG. It is a process explanatory view showing the handling procedure of the semiconductor element in the conventional bump bonding by (a) to (g).
[Explanation of symbols]
2 Semiconductor elements
3 Metal bump
5 Supply section
6 Bonding part
7 Leveling part
8 storage section
9 Transfer means
10 Bonding stage
10a, 10b Working position
11 Bonding head
14 wires
34 Transfer head
71 Leveling Stage
111 Pre-processing holding tool
112, 113 Holding tool after processing
111a to 113a adsorption surface
112b, 113b recess
122 Controller

Claims

A bonding stage for bonding a bump to a bonding object supplied from a supply unit that supplies the bonding object, a leveling stage for correcting a bump formed on the bonding object after bonding to a predetermined height, and after leveling In order of the storage section for storing the bonding objects, the bonding objects are held and carried by a holding tool held by one transfer head, transferred in order, and supply of bonding objects, bonding, leveling, and For storing, the bonding object is handled by using one pre-processing holding tool for holding the bonding object before bonding and two post-processing holding tools for holding the bonding object after bonding. Bonding object characterized by performing Method of handling.

The method for handling a bonding object according to claim 1, wherein the two post-processing holding tools are selectively used for carrying the bonding object before leveling and the bonding object after leveling.

The method according to claim 1, wherein the bonding stage has one bonding work position.

The step of carrying the bonding object held by the holding tool before processing in the supply unit to the bonding work position of the bonding stage, and after holding the bonding object after bonding work at one of the bonding work positions by one post-processing holding tool, A step of transferring the bonding object carried by the holding tool before processing to a bonding work position; a step of carrying the bonding object after bonding held by the one post-processing holding tool at the bonding work position to a leveling stage; After holding the bonding object after leveling on the leveling stage by the other post-processing holding tool, the bonding object after bonding carried by the one post-processing holding tool is transferred to the leveling stage, and the other processing Handling of the bonding object according to Claim 3 including the step of carrying the bonding object after leveling held by the holding tool housing portion.

The method for handling a bonding object according to claim 1, wherein the bonding stage has two bonding work positions and is selectively used in accordance with an empty state at that time.

A supply unit for supplying a bonding target, a bonding stage for bonding a bump to the supplied bonding target, a leveling stage for correcting a bump formed on the bonding target after bonding to a predetermined height, and a post-leveling One transfer head for transferring a bonding target object at each stage from a supply unit to a bonding stage, from a bonding stage to a leveling stage, and from a leveling stage to a storage unit; It is provided with one pre-processing holding tool provided on the transfer head for holding and carrying a bonding object before bonding, and two post-processing holding tools for holding and carrying a bonding object after bonding. Bump bonding feature Location.