JP6644115B2 - Mounting device and mounting method - Google Patents
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Description
本発明は、実装装置及び実装方法に関する。 The present invention relates to a mounting device and a mounting method.
半導体チップを回路基板上に接合し、或いは複数の半導体チップを順次積層して接合する実装装置や実装方法がある。これらの実装装置及び実装方法は、下層の被接合対象物である回路基板又は半導体チップと上層の被接合対象物である半導体チップの位置を合せたうえでTSV(through silicon via)技術を用いて接合するというものが知られている。近年、積層された上層の被接合対象物と下層の被接合対象物とを近距離無線通信を利用してワイヤレスで信号を送信する、いわゆるワイヤレスTSV構造が拡大しつつある。TSVを用いる場合或いは近距離無線を用いる場合の実装方法は、下層の被接合対象物と上層の被接合対象物との位置を合せたうえで接合することになる There are mounting devices and mounting methods in which semiconductor chips are bonded on a circuit board or a plurality of semiconductor chips are sequentially stacked and bonded. These mounting apparatuses and mounting methods use a TSV (through silicon via) technique after aligning the position of a circuit board or a semiconductor chip as an object to be bonded in a lower layer and a semiconductor chip as an object to be bonded in an upper layer. Joining is known. 2. Description of the Related Art In recent years, a so-called wireless TSV structure in which a signal is wirelessly transmitted using a short-range wireless communication between a stacked object to be joined and an object to be joined in a lower layer has been expanding. When the TSV is used or the short-range wireless communication is used, the mounting method is such that the position of the lower-layer object to be joined and the position of the upper-layer object to be joined are aligned before joining.
特許文献1及び特許文献2には、下層の被接合対象物であるウエハ又は配線基板の位置を認識する下視野部と、上層の被接合対象物である半導体チップの位置を認識する上視野部と、を有する上下2視野カメラを使用して下層のウエハや配線基板と上層の半導体チップとの位置を認識し、位置合わせをした後にこれらを接合する実装装置が記載されている。ウエハ又は配線基板及び半導体チップには、共に上下2視野カメラの上下視野方向に各々アライメントマークが設けられている。
特許文献3には、下層の被接合対象物である配線基板の位置を認識する可視光線カメラと、上層の被接合対象物である半導体チップを認識する赤外線カメラとを有する実装装置が記載されている。赤外線カメラでは、半導体チップの配線基板に対向する側の裏面側から内部を透過して表面側にあるアライメントマークを認識する。つまり、この実装装置は、可視光線カメラと近赤外線カメラとで認識した結果に基づき位置合わせをした後に接合するというものである。
特許文献1及び特許文献2に記載の実装装置は、共に下層の被接合対象物であるウエハ又は回路基板を認識し、かつ上層の半導体チップを認識する上下2視野カメラを有している。この上下2視野カメラは可視光線カメラであるから、例えば、認識対象のアライメントマークに相当するターゲットが直接視認できない内部に配置されている被接合対象物においてはターゲットを認識することができない、よって位置合わせができないという課題がある。
The mounting apparatuses described in
また、特許文献3に記載の実装装置においては、位置合わせ用として設置されているカメラのうち、一方の赤外線カメラは半導体チップを透過してターゲットを認識することが可能である。しかし、他方の可視光線カメラではターゲットが被接合対象物の内部に配置され直接視認できない場合には、ターゲットを認識することができず、上層側及び下層側の被接合対象物の位置合わせができないという課題がある。
Further, in the mounting device described in
そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、視認可能な位置にターゲットが配置される被接合対象物、直接視認できない内部にターゲットが配置される被接合対象物の両方で上層の被接合対象物及び下層の被接合対象物のターゲットを認識することが可能で、複数層の被接合対象物を接合することが可能な実装装置及び実装方法を実現しようとするものである。 Therefore, the present invention has been made in order to solve such a problem, and the object to be joined, in which the target is arranged at a visible position, and the object to be joined, in which the target is not directly observable. It is intended to realize a mounting apparatus and a mounting method capable of recognizing a target of an upper layer object to be joined and a target of a lower layer object to be joined together, and capable of joining a plurality of layers of objects to be joined. It is.
[1]本発明の実装装置は、下層の被接合対象物と上層の被接合対象物とを積層して接合する実装装置であって、前記下層の被接合対象物を保持するボンディングステージと、前記上層の被接合対象物を保持するボンディングツールと、前記下層の被接合対象物のターゲットを認識する下層用認識手段及び前記上層の被接合対象物のターゲットを認識する上層用認識手段を有する上下2視野認識光学系と、を有しており、前記上下2視野認識光学系は、さらに前記下層の被接合対象物のターゲット用の第1の照明ユニット及び前記上層の被接合対象物のターゲット用の第2の照明ユニットを有し、前記第1の照明ユニット及び前記第2の照明ユニットは共に分光波長域が異なる2種類の光源を有していることを特徴とする。 [1] A mounting device of the present invention is a mounting device for stacking and bonding a lower layer object to be bonded and an upper layer object to be bonded, and a bonding stage for holding the lower layer object to be bonded; A vertical tool having a bonding tool for holding the upper object to be bonded, a lower layer recognizing means for recognizing the target of the lower object to be bonded, and an upper layer recognizing means for recognizing the target of the upper object to be bonded; A two-view recognition optical system, wherein the upper and lower two-view recognition optical system further includes a first illumination unit for the lower layer target to be bonded and a target for the upper layer target to be bonded. , And the first lighting unit and the second lighting unit both have two types of light sources having different spectral wavelength ranges.
本発明の実装装置は、第1の照明ユニットと、第2の照明ユニットを有し、第1の照明ユニット及び第2の照明ユニットは共に、分光波長域が異なる2種類の光源を有している。2種類の光源の一方を可視光線波長域とし、他方を近赤外線波長域とすれば、可視光線波長域では被接合対象物の視認可能な位置に配置されたターゲットを認識することが可能であり、近赤外線波長域では被接合対象物の内部に配置されたターゲットを認識することが可能となる。従って、上下2視野認識光学系によって視認可能な位置にターゲットが配置される被接合対象物、直接視認できない内部にターゲットが配置される被接合対象物の両方のターゲットを認識することが可能となり、複数層の被接合対象物を接合することが可能となる。なお、下層用認識手段及び上層用認識手段は、後述する認識カメラなどの光学系で構成される。 The mounting device of the present invention has a first lighting unit and a second lighting unit, and both the first lighting unit and the second lighting unit have two types of light sources having different spectral wavelength ranges. I have. If one of the two types of light sources is in the visible light wavelength range and the other is in the near-infrared wavelength range, it is possible to recognize a target placed at a visible position of the workpiece in the visible light wavelength range. In the near-infrared wavelength region, it is possible to recognize a target placed inside the object to be joined. Therefore, it is possible to recognize both targets, that is, the target to be joined in which the target is placed at a position visible by the upper and lower two-view recognition optical system and the target to be joined in which the target is placed inside that cannot be directly viewed. It becomes possible to join a plurality of layers of objects to be joined. The lower-layer recognition unit and the upper-layer recognition unit are configured by an optical system such as a recognition camera described later.
又、上下2視野認識光学系は分光波長域が異なる2種類の光源を有していることから、初期稼働時に輝度などの光学調整をしておけば、被接合対象物のターゲットが表面に配置されているか、或いは内部に配置されているかなど、ターゲットの配置が変わるたびに各々に対応する分光波長域を有する光源に置き換えて、その都度、輝度などの光学調整をしなくてもよい。従って、1台の実装装置で、ターゲットの配置が異なる被接合対象物を2層、3層或いは4層というように複数層の接合を行うことが可能となる。 In addition, since the upper and lower two-view recognition optical system has two types of light sources having different spectral wavelength ranges, if optical adjustment such as luminance is performed at the time of initial operation, the target of the object to be bonded is disposed on the surface. Each time the arrangement of the target is changed, for example, whether the target is placed inside or inside, the light source is replaced with a light source having a spectral wavelength range corresponding to each target, and optical adjustment such as luminance does not have to be performed each time. Therefore, a single mounting apparatus can perform bonding of a plurality of layers, such as two, three, or four layers of objects to be bonded having different target arrangements.
なお、ここでターゲットとは、被接合対象物の表面又は内部に配置される電極などの金属部分であり、上層の被接合対象物(例えば半導体チップ)と下層の被接合対象物(例えば配線基板)とを近距離無線通信を利用してワイヤレスで信号を送信する電子部品においてはコイルアンテナなどである。以下に説明する実施の形態においては、アライメントマークに相当し、かつコイルアンテナなどの機能を有するものをターゲットと記載する。 Here, the target is a metal part such as an electrode arranged on the surface or inside of the object to be joined, and includes an upper object (eg, a semiconductor chip) and a lower object (eg, a wiring board). In electronic components that transmit signals wirelessly using short-range wireless communication, a coil antenna or the like is used. In the embodiments described below, a target corresponding to an alignment mark and having a function such as a coil antenna is described as a target.
[2]本発明の実装装置においては、前記第1の照明ユニット及び前記第2の照明ユニットは共に、前記ターゲットが前記被接合対象物の光照射側表面にある場合、又は、前記ターゲットが前記被接合対象物の内部にある場合に対応して分光波長域が異なる前記光源に切り換える光路変換ユニットを有することが好ましい。 [2] In the mounting apparatus of the present invention, both the first lighting unit and the second lighting unit are used when the target is on the light irradiation side surface of the object to be joined, or when the target is It is preferable to have an optical path conversion unit that switches to the light source having a different spectral wavelength range according to the case where the light source is inside the object to be joined.
前述したように、第1の照明ユニット及び前記第2の照明ユニットは共に、分光波長域が異なる2種類の光源を有している。そこで、被接合対象物のターゲットの配置に対応して適切な分光波長域を有する光源に切り換えれば、ターゲットが被接合対象物の視認可能な位置に配置される構成、ターゲットが被接合対象物の視認できない内部に配置されている構成の両方のターゲットを認識することが可能となる。 As described above, both the first lighting unit and the second lighting unit have two types of light sources having different spectral wavelength ranges. Therefore, by switching to a light source having an appropriate spectral wavelength range in accordance with the arrangement of the target of the object to be welded, the configuration in which the target is arranged at a position where the object to be welded can be visually recognized, It is possible to recognize both targets of the configuration arranged inside which cannot be visually recognized.
[3]本発明の実装装置においては、前記2種類の光源のうち、第1の光源の分光波長域が570nm〜680nmの範囲内にあり、かつピーク波長域は620nm〜630nmの範囲内にあることが好ましい。 [3] In the mounting device of the present invention, of the two types of light sources, the first light source has a spectral wavelength range of 570 nm to 680 nm, and a peak wavelength range of 620 nm to 630 nm. Is preferred.
第1の光源の分光波長域は可視光波長域であるから、被接合対象物の視認可能な表面に配置されるターゲットからの反射光を認識することが可能となる。つまり、ターゲットを認識することができる。 Since the spectral wavelength range of the first light source is the visible light wavelength range, it is possible to recognize the reflected light from the target arranged on the visible surface of the object to be joined. That is, the target can be recognized.
[4]本発明の実装装置においては、前記2種類の光源のうち、第2の光源の分光波長域が1000nm〜1600nmの範囲内にあり、かつピーク波長域は1050nm〜1200nmの範囲内にあることが好ましい。 [4] In the mounting device of the present invention, of the two types of light sources, the second light source has a spectral wavelength range of 1000 nm to 1600 nm and a peak wavelength range of 1050 nm to 1200 nm. Is preferred.
詳しくは、実施の形態で説明するが、被接合対象物が半導体チップの場合、ターゲットを含む素子部はシリコン基板上に形成される。シリコンの分光透過率は、分光波長域が1000nmを超えると急激に上昇する。例えば、被接合対象物が、シリコン基板上にターゲットを含む素子部が構成されているような半導体素子部品(以降、半導体チップと記載する)においては、分光波長域を1000nm〜1600nmとする第2の光源を使用すれば、シリコン基板又は素子部を透過してターゲットで反射した光を下層用認識手段及び上層用認識手段で認識することが可能となる。なお、素子部においても分光透過率はシリコンと同等である。 As will be described in detail in the embodiments, when the object to be bonded is a semiconductor chip, an element portion including a target is formed on a silicon substrate. The spectral transmittance of silicon sharply increases when the spectral wavelength range exceeds 1000 nm. For example, in a semiconductor device component (hereinafter, referred to as a semiconductor chip) in which a device to be bonded has a device portion including a target on a silicon substrate, a second wavelength range of 1000 nm to 1600 nm is used. When the light source is used, the light transmitted through the silicon substrate or the element portion and reflected by the target can be recognized by the lower-layer recognition unit and the upper-layer recognition unit. It should be noted that the spectral transmittance of the element portion is also equivalent to that of silicon.
[5]本発明の実装装置においては、前記上下2視野認識光学系は、さらに上視野用の第1認識カメラと下視野用の第2認識カメラとを有し、前記第1認識カメラ及び第2認識カメラは共に、分光波長域が400nm〜1600nmの範囲内において有効相対分光感度を有するものであることが好ましい。 [5] In the mounting apparatus according to the aspect of the invention, the upper and lower two-view recognition optical system further includes a first recognition camera for an upper view and a second recognition camera for a lower view, and the first recognition camera and the second recognition camera. It is preferable that both the two recognition cameras have an effective relative spectral sensitivity in a spectral wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
第1認識カメラ及び第2認識カメラは、例えばCCDカメラである。ここで、有効相対分光感度とは、各認識カメラがターゲットとして認識可能な分解能を有する分光感度と定義する。第1認識カメラ及び第2認識カメラは、分光波長域が400nm〜1600nmで有効相対分光感度を有することから、第1の光源の分光波長域である570nm〜680nm、第2の光源の分光波長域1000nm〜1600nmの範囲でターゲットを認識することが可能となる。 The first recognition camera and the second recognition camera are, for example, CCD cameras. Here, the effective relative spectral sensitivity is defined as spectral sensitivity having a resolution that can be recognized as a target by each recognition camera. Since the first recognition camera and the second recognition camera have an effective relative spectral sensitivity in a spectral wavelength range of 400 nm to 1600 nm, the spectral wavelength range of the first light source is 570 nm to 680 nm, and the spectral wavelength range of the second light source is. The target can be recognized in the range of 1000 nm to 1600 nm.
[6]本発明の実装装置においては、前記ボンディングステージは、前記下層側の被接合対象物を水平方向に移動するステージY軸駆動機構とステージX軸駆動機構とを有し、前記ボンディングツールは、前記上層の被接合対象物を昇降させる上下駆動機構と水平に回転するθ駆動機構とを有し、前記上下2視野認識光学系は、さらに前記上視野部及び前記下視野部を各前記ターゲットの認識可能な位置と非認識位置とに移動させる光学系Y軸駆動機構を有している、ことが好ましい。 [6] In the mounting apparatus of the present invention, the bonding stage has a stage Y-axis drive mechanism and a stage X-axis drive mechanism for moving the lower-layer-side workpiece in the horizontal direction. A vertical drive mechanism for raising and lowering the object to be joined in the upper layer and a θ drive mechanism for rotating horizontally, and the upper and lower two-view recognition optical system further includes the upper and lower fields of view for each of the targets. It is preferable to have an optical system Y-axis drive mechanism for moving to a recognizable position and a non-recognizable position.
実装装置をこのような構成にすれば、上下2視野認識光学系で上層側と下層側の被接合対象物のターゲットを認識したうえで、この認識結果に基づき上層側のターゲットと下層側のターゲットとの位置合わせをした後、下層側の被接合対象物に上層側の被接合対象物を接合することが可能となる。 With such a configuration of the mounting apparatus, the upper and lower target objects to be bonded are recognized by the upper and lower two-view recognition optical system, and based on the recognition result, the upper target and the lower target are recognized. After the alignment with the above, it is possible to join the upper layer side object to the lower layer side object.
[7]本発明の実装方法は、上記[1]〜[6]に記載の実装装置を使用して被接合対象物を積層して接合する実装方法であって、前記下層の被接合対象物及び前記上層の被接合対象物の前記ターゲットの配置に合わせて分光波長域が異なる前記光源に切り換える工程と、前記上層の被接合対象物を前記ボンディングツールに吸着する工程と、前記最下層の被接合対象物を前記ボンディングステージに吸着する工程と、前記上視野部及び前記下視野部を上層の被接合対象物と下層の被接合対象物とを認識可能な位置に移動する工程と、前記上層の被接合対象物のターゲットを認識する工程と、前記下層の被接合対象物のターゲットを認識する工程と、前記上層の被接合対象物と前記下層の被接合対象物との位置合わせをする工程と、位置合わせ後に前記上視野部及び前記下視野部を非認識位置に退避させる工程と、前記上層の被接合対象物を前記下層の被接合対象物に接合する工程と、を含む、ことを特徴とする。 [7] A mounting method according to the present invention is a mounting method in which objects to be bonded are stacked and bonded using the mounting device according to any one of [1] to [6], wherein the object to be bonded in the lower layer is provided. A step of switching to the light source having a different spectral wavelength range in accordance with an arrangement of the target of the upper-layer object to be bonded; a step of adsorbing the upper-layer object to be bonded to the bonding tool; Adsorbing the object to be bonded to the bonding stage, moving the upper field of view and the lower field of view to a position where the upper object to be bonded and the lower object to be bonded can be recognized, and Recognizing the target of the object to be bonded, recognizing the target of the object to be bonded in the lower layer, and aligning the object to be bonded in the upper layer with the object to be bonded in the lower layer. And alignment After including the step of retracting said on the field portion and the lower viewing portion to the non-recognition position, and joining the top layer of the bonding target in the bonded object of the lower layer, and characterized in that.
本発明の実装方法によれば、上層の被接合対象物のターゲットと下層の被接合対象物のターゲットの配置に合わせて光源を切り換えることによって上層及び下層の被接合対象物のターゲットを認識することが可能となる。そして、この認識結果に基づき上層の被接合対象物と下層の被接合対象物との位置合わせをした後、上層の被接合対象物と下層の被接合対象物とを接合すれば、被接合対象物の視認可能な位置にターゲットが配置される構成、直接視認できない内部にターゲットが配置される構成の両方で上層側及び下層側のターゲット両方の位置を認識して位置合わせを行ない接合することが可能となる。 According to the mounting method of the present invention, recognizing the targets of the upper and lower layers to be bonded by switching the light source in accordance with the arrangement of the target of the upper layer to be bonded and the target of the lower layer to be bonded. Becomes possible. Then, based on the recognition result, after positioning the upper-layer workpiece and the lower-layer workpiece, if the upper-layer workpiece and the lower-layer workpiece are bonded, the upper-layer workpiece is joined to the lower-layer workpiece. In both the configuration where the target is placed at a position where the object can be visually recognized and the configuration where the target is placed inside that is not directly visible, it is possible to recognize the position of both the upper and lower layer targets and perform alignment and join. It becomes possible.
又、2種の分光波長域を切り換えることが可能であるから、ターゲットが表面に配置される被接合対象物、ターゲットが内部に配置される被接合対象物の各々に対応する光源に置き換えて、その都度都度、輝度などの光学調整をしなくてもよい。従って、1台の実装装置で、ターゲットの配置位置が異なる被接合対象物を2層、3層或いは4層以上というように複数層の接合を行うことが可能となる。 In addition, since it is possible to switch between two types of spectral wavelength ranges, the object to be bonded having the target disposed on the surface, and the light source corresponding to each of the objects to be bonded having the target disposed therein are replaced with light sources. It is not necessary to adjust the brightness and the like each time. Therefore, it is possible to perform bonding of a plurality of layers, such as two, three, or four or more layers of objects to be bonded having different positions of the targets, with one mounting apparatus.
以下、本発明の実施の形態に係る実装装置1及び実装方法について図1〜図13を参照して説明する。
Hereinafter, a mounting
[実装装置1の構成]
図1は、実施の形態に係る実装装置1の概略構成を示す正面図である。図2は、上下2視野ユニット12及び基板保持ユニット13を図1の上方から見た平面図である。なお、図2は、主要構成部品の配置を示すレイアウト図である。以下の説明おいて、図1の図示左右方向をY方向又はY軸とし、図示奥行方向をX方向又はX軸とし、図示上下方向をZ軸と記載して説明する。実装装置1は、被接合対象物としての配線基板、半導体チップ又はウエハなどの電子部品を積層して接合する装置である。図1では、1例として接合する被接合対象物のうち下層の被接合対象物を配線基板2とし、上層の被接合対象物を半導体チップ3として説明する。
[Configuration of Mounting Device 1]
FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a mounting
実装装置1は、ベースフレーム10上に配置されるベース11を有し、ベース11上に、下層の被接合対象物である配線基板2と上層の被接合対象物である半導体チップ3とを認識する上下2視野認識光学系12と、配線基板2を保持する基板保持ユニット13と、基板保持ユニット13の上方に配置され半導体チップ3を吸着保持するボンディングヘッド14と、を有している。上下2視野認識光学系12は、配線基板2を認識する下視野部15と半導体チップ3を認識する上視野部16とを有し、さらに下視野部15、上視野部各々から画像を入力する第1認識カメラ17及び第2認識カメラ18を有している。第1認識カメラ17及び第2認識カメラ18はCCDカメラである。
The mounting
下視野部15、上視野部16及び認識カメラ17,18は、認識カメラユニット19として1体でY方向及びX方向に移動可能な構成となっている。認識カメラユニット19は、認識カメラユニット19をY方向に移動する光学系Y軸駆動機構20とX方向に移動する光学系X軸駆動機構21とを有している。光学系Y軸駆動機構20は、下視野部15及び上視野部16を配線基板2と半導体チップ3を結ぶ光軸Pの延長線上の位置と、光軸Pから退避する位置(図1において(15)、(16)で表す位置)に移動する。図2は、下視野部15及び上視野部16が光軸Pから退避した位置を表している。上下2視野認識光学系12は、さらに、1対の第1の照明ユニット22及び第2の照明ユニット23(詳しくは図3参照)を有している。
The lower
図2に示すように、第1の照明ユニット22から出射した所定の分光波長域の光は、光ファイバー24から導入されて第1ビームスプリッタ25、第1プリズム26、第3プリズム28を介して下視野部15となる光路窓32を通過して上層の半導体チップ3に照射される。この光の光路をLdで表す。一方、照明ユニット23から出射した所定の分光波長域の光は、光ファイバー27から導入されて第2ビームスプリッタ29、第2プリズム30、第3プリズム28を介して下視野部15となる光路窓31を通過して下層の配線基板2に照射される。この光の光路をLuで表す。図2では、上視野部16の光路窓32を図示している。第1認識カメラ17、第1ビームスプリッタ25、第1プリズム26及び第3プリズム28で構成される光学系を上層用認識手段という。又、第2認識カメラ18、第2ビームスプリッタ29及び第2プリズム28で構成される光学系を下層用認識手段という。なお、上下2視野認識光学系12の構成及び作用については、図3を参照してさらに詳しく後述する。
As shown in FIG. 2, light in a predetermined spectral wavelength range emitted from the
基板保持ユニット13は、ベース11上にステージ駆動機構であるステージY軸駆動機構35及びステージX軸駆動機構36を有しており、ステージX軸駆動機構36上に最下層の被接合対象物である配線基板2を吸着保持するボンディングステージ37が配置されている。図1、図2に示す例は、配線基板2と半導体チップ3との2層構成であるため、配線基板2が最下層の被接合対象物であり、上層の接合対象の半導体チップ3に対しては下層の被接合対象物である。
The
ボンディングヘッド14は、基板保持ユニット13のX方向両側に固定された支柱40の上方に張り渡されたフレーム41に固定されている。ボンディングヘッド14の下方先端部には、半導体チップ3を吸着保持するボンディングツール42を有しており、ボンディングツール42は、ボンディングツールホルダ43に固定され、さらにボンディングツールホルダ43は、ホルダ保持部44に固定されている。ボンディングヘッド14は、上層の半導体チップ3を配線基板2に対して昇降させる上下駆動機構45と、水平面に回転させるθ駆動機構46とを有している。上下駆動機構45は、半導体チップ3を配線基板2に押圧する機能を有する。ボンディングツールホルダ43とホルダ保持部44の間には、ロードセル47が配置されている。ロードセル47は、半導体チップ3を配線基板2に接合する際の押圧力を適切に制御するために配設される。θ駆動機構46は、半導体チップ3の水平方向の姿勢を配線基板2の水平方向の姿勢に合わせる機能を有する。続いて、上下2視野認識光学系12の構成及び作用について図3を参照して説明する。
The
図3は、上下2視野認識光学系12の構成を示す図である。図3(a)は平面図であり、図3(b)は図3(a)を図示左方側から見た側面図であり、認識カメラユニット19を示している。なお、図3は、上下2視野認識光学系12の主要構成部品の配置を示す説明図である。上下2視野認識光学系12は、認識カメラユニット19と、上層の被接合対象物である半導体チップ3に光を照射する第1の照明ユニット22と、下層の被接合対象物である配線基板2に光を照射する第2の照明ユニット23と、を有している。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the upper and lower two-view recognition
第1の照明ユニット22は、分光波長域が異なる第1の光源52と第2の光源53と、反射ミラー54と、反射ミラー54の位置を切り換える光路変換ユニット55を有している。第1の光源52の分光波長域は可視光線波長域であり、第2の光源53の分光波長域は近赤外線波長域である。第1の光源52及び第2の光源の分光波長域については、図7及び図8を参照して後述する。光路変換ユニット55は、反射ミラー54の位置を第1の光源52から出射される可視光線を反射する位置と、第2の光源53から出射される近赤外線を反射する位置とに切り換える機能を有する。すなわち、光路変換ユニット55は、出射する光の分光波長域を可視光線波長域又は近赤外線波長域に切り換える機能を有する。図3(a)では、第2の光源53から出射される近赤外線を半導体チップ3に照射することを表している。
The
第2の照明ユニット23は、第1の照明ユニット22と同じ構成を有するので、共通部分には第1の照明ユニット22と同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。第2の照明ユニット23においては、第1の光源52から出射される可視光線を配線基板2に照射入射するように反射ミラー54が配置されている。光路変換ユニット56は、光路変換ユニット55と同じ構成であるが、分光波長域を選択する際に各々独立して駆動するように制御される。反射ミラー54には、可視光線波長域から近赤外線波長域までの分光波長域において、高い反射特性を有するAl又はCu等の被膜が形成されている。
Since the
認識カメラユニット19は、上視野部16に対応する第1認識カメラ17と下視野部15に対応する第2認識カメラ18とが各々鏡筒57,58内に配設されている。第1認識カメラ17と第2認識カメラ18とは同じ仕様のものを使用することが可能である。鏡筒57の図示左方側には、第1ビームスプリッタ25が配置されており、鏡筒58の図示左方側には、第2ビームスプリッタ29が配置されている。図示は省略するが、第1ビームスプリッタ25と第1認識カメラ17の間には、第1レンズが配置されており、第2ビームスプリッタ29と認識カメラ18の間には第2レンズが配置されている。
In the
鏡筒57の先端側には第1プリズム26が配置されており、鏡筒58の先端側には第2プリズム30が配置され、第1プリズム26と第2プリズム30の間には第3プリズム28が配置されている。第1の照明ユニット22と鏡筒47とは、光ファイバー24で接続されている。一方、第2の照明ユニット23と鏡筒58とは光ファイバー27で接続されている。
The
図3(b)に示すように、上下2視野認識光学系12の下方、つまり下視野部15の下方には配線基板2が配置されており、上視野部16の上方には、半導体チップ3が配置されている。配線基板2は、ボンディングステージ37に吸着保持される。ボンディングステージ37には、吸着用の真空路60が設けられている。半導体チップ3は、ボンディングツール42に吸着保持される。ボンディングツール42には真空路61が設けられている。図3に記載の配線基板2及び半導体チップ3は、図示を簡略化して表している。上下2視野認識光学系12の作用を説明する前に、被接合対象物としての配線基板2及び半導体チップ3の構成について図4及び図5を参照して説明する。
As shown in FIG. 3B, the
図4は、配線基板2の1例を拡大して示す部分断面図である。配線基板2は、リジット基板やフレキシブル基板或いはウエハなどであり、ターゲット66は配線基板本体65に形成されている。配線基板2には、図示しない配線パターンが形成されており、ターゲット66は配線パターンの一部である。ターゲット66は、配線基板本体65の表面65aから突出しない。本例においては、ターゲット66の表面が光照射面であり、光反射面となる。ターゲット66の数は、配線基板2に搭載する半導体チップ3の数によって変わるものである。又、本例は、配線基板本体65の裏面65b側をボンディングステージ37で吸着することから配線基板2が最下層の被接合対象物であり、上層の被接合対象物である半導体チップ3に対しては下層の被接合対象物である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing an example of the
図5は、半導体チップ3の1例を拡大して示す部分断面図である。なお、図5に示す半導体チップ3は、図4にて示す配線基板2とは厚み方向の拡大率を変えて記載している。半導体チップ3は、シリコン基板67に素子部68が形成されたものであり、素子部68には図示しない回路素子や配線パターンなどと、これらの1部であるターゲット69とが形成されている。ターゲット69は、外部からは視認できない半導体チップ2の内部に形成されている。本例においては、ターゲット69のシリコン基板67側の表面が光照射面であり、光反射面となる。シリコン基板67の素子部68に対して裏面側には接着層70が形成されている。接着層70としては、熱硬化性の接着剤や粘着剤などが使用可能である。なお、本例においては、素子部68の表面68aをボンディングツール42で吸着することから、半導体チップ3は下層の配線基板2に対して上層の被接合対象物となる。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an example of the
なお、配線基板2側のターゲット66及び半導体チップ3側のターゲット69は、配線基板2及び半導体チップ3に形成される電極などの配線パターンの一部の金属部分であり、下層の配線基板2と上層の半導体チップ3とを近距離無線通信を利用してワイヤレス通信で接続する電子部品においてはコイルアンテナである。本例においては、ターゲット66,69をアライメントマークとして利用している。
Note that the
続いて、図3を参照して上下2視野認識光学系12の作用について説明する。第1の照明ユニット22の第2の光源53から出射された近赤外線は、図示実線で示すように反射ミラー54でX軸方向に反射されて第1ビームスプリッタ25に照射される。近赤外線は、第1ビームスプリッタ25でY軸に平行方向に反射され、第1プリズム26で再度X軸方向に曲げられ、さらに第3プリズム28で半導体チップ3に向かう。近赤外線は、シリコン基板67を透過してターゲット69を照射する。近赤外線は、ターゲット69で反射し、入射時とは逆方向に第3プリズム28、第1プリズム26を経由し、第1ビープスプリッタ25を透過して第1認識カメラ17に達する。このようにして第1認識カメラ17は、半導体チップ3のターゲット69を認識する。
Next, the operation of the upper and lower two-view recognition
一方、第2の照明ユニット23の第2の光源52から出射された可視光線は、図示点線で示すように反射ミラー54でX軸方向に反射されて第2ビームスプリッタ29に照射される。可視光線は、第2ビームスプリッタ29でY軸に平行方向に反射され、第2プリズム30で再度X軸方向に曲げられ、さらに第3プリズム28で配線基板2に向かう。可視光線は、配線基板2のターゲット66を照射する。可視光線は、ターゲット66で反射し、入射時とは逆方向に第3プリズム28、第2プリズム30を経由し、第2ビープスプリッタ29を透過して第2認識カメラ18に達する。このようにして第2認識カメラ18は、配線基板2のターゲット66を認識する。
On the other hand, the visible light emitted from the second
配線基板2のターゲット66と半導体チップ3のターゲット69とは、各々同じ位置基準で認識されることから、第1認識カメラ17で認識したターゲット69と第2認識カメラ18で認識したターゲット66との位置ずれを画像処理によって算出することが可能である。画像処理は図示しない制御部によって行われ、制御部はX方向及びY方向の位置ずれ量、並びにX軸又はY軸に対する角度θのずれ量を算出して、ずれ量の補正(位置合わせ)を行う。このこのようにして配線基板2と半導体チップ3の位置合わせを行った後に、両者の接合を行う。実装装置1を使用した実装方法については図10〜図13を参照して後述する。
Since the
被接合対象物が、図5において説明した半導体チップ3のように認識対象のターゲット69が視認できない内部に配置されている構成においては、照射される光がシリコン基板67を透過することが可能な分光波長域でなければならない。そこで、シリコン基板67を透過することが可能な分光波長域について図6を参照して説明する。
In a configuration in which the object to be bonded is disposed inside the
図6は分光波長域とシリコンの分光透過率との関係を示すグラフである。図6は、横軸に分光波長(nm)、縦軸に分光透過率(最大分光透過率に対する比)を表している。図6に示すように、分光透過率は、分光波長が1000nmを超えると急激に上昇し、1200nm〜1600nmの範囲で0.55(55%)となる。分光波長域が1000nm〜1600nmの領域は近赤外線領域である。よって、第2の光源53の分光波長域を1000nm〜1600nmの範囲にすれば、シリコン基板67を透過することが可能となる。なお、半導体チップ3の総厚みは200μm程度から10μm以下のものまであり、薄型化の傾向にある。半導体チップ3のシリコン基板67の厚みは、総厚みの1/2程度である。分光波長域が可視光線波長域(1000nm以下)では、シリコン基板67を透過することができない。そこで、第1の光源52及び第2の光源53の適切な分光波長域について図7、図8を参照して説明する。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the spectral wavelength range and the spectral transmittance of silicon. In FIG. 6, the horizontal axis represents the spectral wavelength (nm), and the vertical axis represents the spectral transmittance (ratio to the maximum spectral transmittance). As shown in FIG. 6, the spectral transmittance sharply increases when the spectral wavelength exceeds 1000 nm, and reaches 0.55 (55%) in a range from 1200 nm to 1600 nm. The region where the spectral wavelength range is 1000 nm to 1600 nm is the near infrared region. Therefore, if the spectral wavelength range of the second
図7は、第1の光源52の分光波長域と分光強度との関係を示すグラフである。図7は、横軸に分光波長(nm)、縦軸に相対強度(ピーク値に対する比)を表している。図7に示すように、第1の光源52の分光特性は、分光波長域を570nm〜680nm、かつピーク波長が620nm〜630nmとすることが好ましい。第1の光源52の分光波長域は、可視光線波長域であるから、被接合対象物である配線基板2の視認可能な表面に配置されるターゲット66を認識することができる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the spectral wavelength range of the
図8は、第2の光源53の分光波長域と分光強度との関係を示すグラフである。図8は、横軸に分光波長(nm)、縦軸に相対強度(ピーク値に対する比)を表している。図8に示すように、第2の光源53の分光特性は、分光波長域を1000nm〜1600nm、かつピーク波長を1050nm〜1200nmとすることが好ましい。第2の光源53の分光波長域は、近赤外線波長域であるから、図6で説明したように、分光波長域が1000nm以上であれば第2の光源53から出射された光はシリコン基板67を透過することが可能でありターゲット69を認識することが可能である。なお、素子部68においても分光透過率がシリコン基板67と同程度であることが確認できている。第1認識カメラ17及び第2認識カメラ18は、図7及び図8において説明した第1の光源52及び第2の光源53の分光波長域において十分な分光感度を備えていることが必要である。そのことについて図9を参照して説明する。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the spectral wavelength range of the second
図9は、第1認識カメラ17及び第2認識カメラ18の分光波長域と相対感度の関係を示すグラフである。図9は、横軸に分光波長(nm)、縦軸に相対感度(ピーク値に対する比)を表している。図7、図8で説明したように、第1の光源52の分光波長域は可視光線波長域の570nm〜680nmであり、第2の光源53の分光波長域は近赤外線波長域の1000nm〜1600nmである。図9に示すように、同じ構成の第1認識カメラ17及び第2認識カメラ18は共に、分光波長域570nm〜680nmの範囲、分光波長域1000nm〜1600nmにおいて、ターゲット66,69を認識可能な有効相対感度を有している。
FIG. 9 is a graph illustrating the relationship between the spectral wavelength ranges of the
なお、以上説明した実装装置1においては、第1レンズ、第2レンズ(共に図示せず)、第1ビームスプリッタ25、第2ビームスプリッタ29、第1プリズム26、第2プリズム30及び第3プリズム28などの光学透過部品には、可視光線から近赤外線までの分光波長域において透過率が高い光学部材を使用することが好ましい。
In the mounting
以上説明した実装装置1は、下層の被接合対象物である配線基板2を保持するボンディングステージ37と、下層の被接合対象物である配線基板2又は半導体チップ3Aに接合する上層の被接合対象物である半導体チップ3を保持するボンディングツール42と、下層の被接合対象物のターゲット66を認識する下層用認識手段と、上層の被接合対象物のターゲット69を認識する上層用認識手段と、を有する上下2視野認識光学系12と、を有している。上下2視野認識光学系12は、さらに下層の被接合対象物のターゲット66用の第1の照明ユニット22と、上層の被接合対象物用のターゲット69用の第2の照明ユニット23と、を有し、第1の照明ユニット22及び第2の照明ユニット23は共に分光波長域が異なる第1の光源52と第2の光源53とを有している。
The mounting
2種類の分光波長域の一方の第1の光源52を可視光線波長域とし、他方の第2の光源53を近赤外線波長域とすれば、可視光線波長域では被接合対象物である下層の配線基板2の視認可能位置に配置されたターゲット66を認識することが可能である。又、近赤外線波長域では接合対象物である上層の半導体チップ3の内部に配置されたターゲット69を認識することが可能となる。従って、視認可能な位置にターゲット66が配置される被接合対象物、直接視認できない内部にターゲット69が配置される被接合対象物の両方でターゲットを認識することが可能で、複数層の被接合対象物を接合することが可能となる。
If one
又、上下2視野認識光学系12は分光波長域が異なる第1の光源52及び第2の光源53を有していることから、初期稼働時に輝度などの光学調整をしておけば、被接合対象物のターゲットが表面に配置されているか、内部に配置されているかなど、ターゲットの配置位置が変わるたびに各々に対応する分光波長域を有する光源に置き換えて、その都度、輝度などの光学調整をしなくてもよい。従って、1台の実装装置1で、ターゲットの配置位置が異なる被接合対象物を2層、3層或いは4層以上というように複数層の接合を行うことが可能となる。
In addition, since the upper and lower two-view recognition
又、実装装置1においては、第1の照明ユニット22及び第2の照明ユニット23は共に、ターゲット66が被接合対象物(配線基板2)の光照射面側にある場合、又は、ターゲット69が被接合対象物(半導体チップ3)の内部にある場合に対応して分光波長域が異なる第1の光源52と第2の光源53とを切り換える光路変換ユニット55,56を有している。
Further, in the mounting
第1の照明ユニット22及び第2の照明ユニット53は共に、分光波長域が異なる第1の光源52と第2の光源53とを有している。そこで、被接合対象物のターゲットの配置に対応して適切な分光波長域を有する光源に切り換えれば、ターゲットが被接合対象物の視認可能な位置に配置される構成、ターゲットが被接合対象物の視認できない内部に配置される構成の両方のターゲットを認識することが可能となる。
Both the
又、前記2種類の光源のうち、第1の光源52の分光波長域が570nm〜680nmの範囲内にあり、かつピーク波長域は620nm〜630nmの範囲内にある。第1の光源の52の分光波長域は可視光線波長域であるから、下層の被接合対象物である配線基板2の視認可能な表面に配置されるターゲッ66からの反射光を認識することが可能となる。つまり、ターゲット66を認識することができる。
Further, among the two types of light sources, the spectral wavelength range of the
又、2種類の光源のうち、第2の光源53の分光波長域が1000nm〜1600nmの範囲内にあり、かつピーク波長域が1050nm〜1200nmの範囲内にある。シリコンの分光透過率は、分光波長域が1000nmを超えると急激に上昇し、分光波長域が1000nm〜1600nmである第2の光源53を使用すれば、シリコン基板67を透過してターゲット69で反射した光を第1認識カメラ17で認識することが可能となる。なお、素子部68においても分光透過率はシリコンと同等であるから、シリコン基板67側及び要素部68側の両方からターゲットを認識することが可能である。
Further, among the two types of light sources, the spectral wavelength range of the second
又、上下2視野認識光学系12は、上視野16用の第1認識カメラ17と下視野15用の第2認識カメラ18とを有し、第1認識カメラ17及び第2認識カメラ18は共に、分光波長域が400nm〜1600nmの範囲内において有効相対分光感度を有することから、第1の光源52の分光波長域である570nm〜680nm、第2の光源53の分光波長域1000nm〜1600nmの範囲でターゲットを認識することが可能となる。
The upper and lower two-view recognition
又、ボンディングステージ37は、下層側の被接合対象物である配線基板2又は半導体チップ3Aを水平方向に移動するステージY軸駆動機構35とステージX軸駆動機構36とを有し、ボンディングツール42は、上層の被接合対象物である半導体チップ3を昇降させる上下駆動機構45とボンディングステージ37の上面に沿って水平に回転するθ駆動機構46とを有している。上下2視野認識光学系12は、さらに上視野部16及び下視野部15を下層側のターゲットターゲットの認識可能な位置と非認識位置とに移動させる光学系Y軸駆動機構20を有している。
The
このような構成にすれば、上下2視野認識光学系12で上層側と下層側の被接合対象物のターゲットを認識したうえで、この認識結果に基づき上層側のターゲットと下層側のターゲットとの位置合わせをした後、下層側の被接合対象物である配線基板2又は半導体チップ3Aに上層側の被接合対象物である半導体チップ3を接合することが可能となる。
According to such a configuration, the upper and lower two-field recognition
[実装方法]
続いて、実装装置1を使用した実装方法について図面を参照しながら説明する。下層の被接合対象物としての配線基板2に上層の被接合対象物としての半導体チップ3を接合する例を第1例として説明する。
[Implementation method]
Next, a mounting method using the mounting
図10は、実施の形態に係る実装方法の第1例の主要工程を示す工程フロー図であり、図11は、第1例の主要工程を模式的に表す説明図である。なお、図11は、縮尺が実際とは異なる説明図である。図10に示す工程フロー図に沿って説明する。まず、第1の照明ユニット22及び第2の照明ユニット23において被接合対象物のターゲット配置に対応する光源の分光波長域を切り換える(ステップS1)。すなわち、第1の光源52、第2の光源53のいずれかを選択する。具体的には、第1の照明ユニット22では、反射ミラー54の位置を光路変換ユニット55によって近赤外線波長域である第2の光源53の光路上に移動する。一方、第2の照明ユニット23では、反射ミラー54の位置を光路変換ユニット56によって可視光線波長域である第1の光源52の光路上に移動する(図3に示す状態)。この工程は、制御装置のプログラムによって制御される。
FIG. 10 is a process flow chart showing main steps of a first example of the mounting method according to the embodiment, and FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing main steps of the first example. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a scale different from the actual scale. This will be described with reference to the process flow diagram shown in FIG. First, in the
次に、上層の半導体チップ3をボンディングツール42の下方に搬送しボンディングツール42で吸着する(ステップS2)。この工程においては、図示しないチップトレイから図示しない搬送装置によってターゲット69が光路窓32の形成範囲内に入るように半導体チップ3を搬送しボンディングツール42を降下させて吸着する。
Next, the
次に、下層の配線基板2をボンディングステージ37に配線基板2を搬送し吸着する(ステップS3)。この工程においては、図示しない基板ストッカからボンディングステージ37が配線基板2を吸着可能な位置までロボットアームなどの搬送装置によって搬送し吸着する。次に、ステージY軸駆動機構35及びステージX軸駆動機構36を駆動し、配線基板2を第2認識カメラ18が配線基板2、つまりターゲット66を認識可能な位置に移動する(ステップS4)。
Next, the
次に、光学系Y軸駆動機構20及び光学系X軸駆動機構21を駆動し、上視野部16及び下視野部15を、半導体チップ3のターゲット69と配線基板2のターゲット66とが認識可能な位置に移動する(ステップS5)。つまり、配線基板2と半導体チップ3との間に下視野部15及び上視野部16が配置されるように認識カメラユニット19を移動する。
Next, the optical system Y-
次に、図11(a)に示すように、半導体チップ3のターゲット69を第1認識カメラ17で認識し(ステップS6)、次いで、配線基板2のターゲット66を第2認識カメラ18で認識する(ステップS7)。図11(a)に示す認識カメラユニット19は、図3(a),(b)において説明しているので説明を省略する。なお、図3と同じ符号を付している。認識されたターゲット69とターゲット66の位置ずれ方向と位置ずれ量を制御部で算出し、算出結果に基づき配線基板2のターゲット66と半導体チップ3のターゲット69との位置合わせを行う(ステップS8)。位置合わせを補正ということがある。なお、X軸方向及びY軸方向の位置ずれは、ステージY軸駆動機構35とステージX軸駆動機構36とを駆動して補正し、X軸又はY軸に対する姿勢(θ)は、ボンディングヘッド14のθ駆動機構46によって補正する。配線基板2のターゲット66が半導体チップ3のターゲット69よりも大きい場合には、ターゲット69がターゲット66より内側にあれば、補正ができていると判定することが可能である。
Next, as shown in FIG. 11A, the
位置合わせを終了した後、光学系Y軸駆動機構20によって認識カメラユニット19を移動し、上視野部16及び下視野部15を半導体チップ3と配線基板2との交差領域から退避させる(ステップS9)。
After the alignment is completed, the
次いで、図11(b)に示すように、ボンディングヘッド14の上下動機構部45を駆動してボンディングツール42を降下して半導体チップ3を配線基板43に押圧し、接着層70で接合する(ステップS10)。接合する際の押圧力は、ロードセル47によって適切に制御される。配線基板2に1個の半導体チップ3を接合する構成においては、接合後の電子部品を除材して(ステップS11)実装工程は終了する。なお、配線基板2に半導体チップ3を接合した後に、さらに半導体チップを積層接合することが可能である。これを第2例として図12及び図13を参照して説明する。
Next, as shown in FIG. 11B, the
図12は、実装方法の第2例の主要工程を示す工程フロー図であり、図13は、第2例の主要工程を模式的に表す説明図である。なお、図13は、縮尺が実際とは異なる説明図である。図13に示すように、第2例は、前述した第1例(図11参照)において配線基板2に半導体チップ3を接合したものに、さらに半導体チップ3を接合するものである。よって、最下層の被接合対象物を配線基板2とし、配線基板2に接合された被接合対象物を下層の被接合対象物として半導体チップ3Aと記載し、半導体チップ3Aに対しさらに接合する上層の被接合対象物を半導体チップ3Bと記載する。図12に示す工程フロー図に沿って説明する。
FIG. 12 is a process flow chart showing main steps of the second example of the mounting method, and FIG. 13 is an explanatory diagram schematically showing main steps of the second example. FIG. 13 is an explanatory view showing a scale different from the actual scale. As shown in FIG. 13, the second example is such that the
まず、第1の照明ユニット22及び第2の照明ユニット23において被接合対象物のターゲット配置に対応する光源の分光波長域を切り換える(ステップS1)。すなわち、第1の光源52、第2の光源53のいずれかを選択する。図示は省略するが、図3を参照しながら説明する。第1の照明ユニット22では、反射ミラー54の位置を光路変換ユニット55によって近赤外線波長域である第2の光源53の光路上に移動する。一方、第2の照明ユニット23においても、反射ミラー54の位置を光路変換ユニット56によって近赤外線波長域である第2の光源53の光路上に移動する。
First, in the
次に、上層の半導体チップ3Bをボンディングツール42の下方に搬送しボンディングツール42で吸着する(ステップS2)。この工程においては、第1例と同様に図示しないチップトレイから図示しない搬送装置によってターゲット69Aが光路窓32の形成範囲内に入るように半導体チップ3Bを搬送しボンディングツール42で吸着する。
Next, the
次に、半導体チップ3Aが接合された配線基板2をボンディングステージ37に搬送し吸着する(ステップS3)。この工程においては、第1例と同様に図示しない基板ストッカからボンディングステージ37が吸着可能な位置までロボットアームなどの搬送装置によって配線基板2を搬送して吸着する。次に、ステージY軸駆動機構35及びステージX軸駆動機構36を駆動し、第2認識カメラ18が下層の半導体チップ3A、つまりターゲット66を認識可能な位置まで移動する(ステップS4)。
Next, the
次に、光学系Y軸駆動機構20及び光学系X軸駆動機構21を駆動し、上視野部16及び下視野部15を、半導体チップ3Aのターゲット69と半導体チップ3Bのターゲット69Aとが認識可能な位置に移動する(ステップS5)。つまり、半導体チップ3Aと半導体チップ3Bとの間に下視野部15及び上視野部16が配置されるように認識カメラユニット19を移動する。なお、図13においては、下視野部15(認識カメラユニット19)と半導体チップ3Aの間の隙間を小さく図示しているが、実際には、接合後の半導体チップ3Bの上層にさらに2層或いはは3層というように積層することが可能な隙間を有している。
Next, the optical system Y-
次に、図13(a)に示すように、上層の被接合対象物である半導体チップ3Bのターゲット69Aを第1認識カメラ17で認識し(ステップS6)、次いで、下層の半導体チップ3Aのターゲット69を第2認識カメラ18で認識する(ステップS7)。図13(a)に示す認識カメラユニット19は、図3(a),(b)において説明しているので説明を省略する。なお、図3と同じ符号を付している。認識されたターゲット69Aとターゲット69Bの位置ずれ方向と位置ずれ量を制御部で算出し、算出結果に基づき半導体チップ3Aのターゲット69と半導体チップ3Bのターゲット69Aとの位置合わせを行う(ステップS8)。なお、X軸方向及びY軸方向の位置ずれは、ステージY軸駆動機構35とステージX軸駆動機構36とを駆動して補正し、X軸又はY軸に対する姿勢(θ)は、ボンディングヘッド14のθ駆動機構46によって補正する。半導体チップ3Aのターゲット69が半導体チップ3Bのターゲット69Aよりも大きい場合には、ターゲット69Aがターゲット69より内側にあれば、補正ができていると判定することが可能である。
Next, as shown in FIG. 13A, the
位置合わせを終了した後、光学系Y軸駆動機構20によって認識カメラユニット19を移動し、上視野部16及び下視野部15を半導体チップ3Aと半導体チップ3Bとの交差領域から退避させる(ステップS9)。
After the alignment is completed, the
次いで、図13(b)に示すように、ボンディングヘッド14の上下動機構45を駆動してボンディングツール42を降下して半導体チップ3Bを半導体チップ3Bに押圧し、接着層70で接合する(ステップS10)。接合する際の押圧力は、ロードセル47によって適切に制御される。配線基板2に接合された半導体チップ3Aに1個の半導体チップ3Bを接合する構成においては、接合後の電子部品を除材して(ステップS11)実装工程は終了する。但し、接合後の半導体チップ3Bにさらに他の半導体チップ3を積層し接合する構成においては、ステップS2からステップS10を繰り返し、所定数の半導体チップ3の接合が終了したところで除材する。
Next, as shown in FIG. 13B, the
以上説明した実装方法の第1例では、上層の被接合対象物である半導体チップ3のターゲット69と下層の被接合対象物である配線基板2のターゲット66の配置、つまり、ターゲット66が視認可能な位置にある構成、ターゲット69が視認できない被接合対象物の内部にある構成において、可視光線波長域を備える第1の光源52と近赤外線波長域を備える第2の光源53を切り換えることによって上層の半導体チップ3のターゲット69及び下層の配線基板2のターゲット66を認識することが可能となる。そして、この認識結果に基づき半導体チップ3と配線基板2との位置合わせをした後に接合する。よって、被接合対象物の視認可能な位置にターゲット66が配置される構成、直接視認できない内部にターゲット69が配置される構成の両方において上層側及び下層側のターゲット66,69両方の位置を認識して位置合わせを行ない接合することが可能となる。
In the first example of the mounting method described above, the arrangement of the
又、実装方法の第2例は、配線基板2に半導体チップ3(これを下層の半導体チップ3Aとする)を接合したものに、さらに半導体チップ3Bを積層し接合する実装方法である。すなわち、配線基板2が最下層の被接合対象物であり、半導体チップ3Aが下層の被接合対象物、半導体チップ3Bが上層の被接合対象物となる。半導体チップ3A,3Bは各々、外部から視認できない位置にターゲット69,69Aが配置されているから、共に近赤外線波長域の第2の光源53からターゲット69,69Aに光を照射し、ターゲット69,69Aを第1認識カメラ17及び第2認識カメラ18によって認識することが可能となる。第2例の実装方法によれば、半導体チップ3Bの上層にさらに半導体チップを接合することが可能となる。
A second example of the mounting method is a mounting method in which a semiconductor chip 3 (this is referred to as a
又、2種の分光波長域を切り換えることが可能であるから、ターゲットが表面に配置される被接合対象物、ターゲットが内部に配置される被接合対象物の各々に対応する光源に置き換えて、その都度都度、輝度などの光学調整をしなくてもよい。従って、1台の実装装置1で、下層及び上層の被接合対象物の両方のターゲットが視認可能な位置に配置されている構成、或いは、両方のターゲットが直接視認できない内部に配置されている構成においても位置合わせが可能となる。さらに、ターゲットの配置位置が異なる被接合対象物を2層、3層或いは4層というように複数層の接合を行うことが可能となる。
In addition, since it is possible to switch between two types of spectral wavelength ranges, the object to be bonded where the target is disposed on the surface and the light source corresponding to each of the objects to be bonded where the target is disposed inside are replaced with light sources. It is not necessary to make optical adjustments such as brightness each time. Therefore, in one mounting
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、前述した実施の形態では、シリコン基板67を透過する近赤外線波長域の第2の光源53を使用しているが、透過対象の材質がシリコン基板以外の構成の電子部品チップにおいては、分光波長域が近赤外線波長域以外の光源を使用することが可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved. For example, in the above-described embodiment, the second
1…実装装置、2…配線基板(最下層の被接合対象物)、3,3A,3B…半導体チップ、12…上下2視野認識光学系、15…下視野部、16…上視野部、17…第1認識カメラ、18…第2認識カメラ、19…認識カメラユニット、20…光学系Y軸駆動機構、22…第1の照明ユニット、23…第2の照明ユニット、24,27…光ファイバー、25…第1ビームスプリッタ、26…第1プリズム、28…第3プリズム、29…第2ビームスプリッタ、30…第2プリズム、31,32…光路窓、35…ステージY軸駆動機構、36…ステージX軸駆動機構、37…ボンディングステージ、42…ボンディングツール、45…上下駆動機構、46…θ駆動機構、52…第1の光源、53…第2の光源、54…反射ミラー、55,56…光路変換ユニット、66,69,69A…ターゲット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記下層の被接合対象物を保持するボンディングステージと、
前記上層の被接合対象物を保持するボンディングツールと、
前記下層の被接合対象物のターゲットを認識する下層用認識手段及び前記上層の被接合対象物のターゲットを認識する上層用認識手段を有する上下2視野認識光学系と、
を有しており、
前記上下2視野認識光学系は、さらに前記下層の被接合対象物のターゲット用の第1の照明ユニット及び前記上層の被接合対象物のターゲット用の第2の照明ユニットを有し、
前記第1の照明ユニット及び前記第2の照明ユニットは共に分光波長域が異なる2種類の光源を有し、
前記第1の照明ユニット及び前記第2の照明ユニットは共に、前記ターゲットが前記被接合対象物の光照射側表面にある場合、又は、前記ターゲットが前記被接合対象物の内部にある場合に対応して分光波長域が異なる前記光源に切り換える光路変換ユニットを有する、
ことを特徴とする実装装置。 A mounting device for laminating and joining a lower layer object to be joined and an upper layer object to be joined,
A bonding stage for holding the lower layer object to be bonded,
A bonding tool that holds the object to be joined in the upper layer,
An upper and lower two-view recognition optical system having a lower-layer recognition unit for recognizing the target of the lower-layer object to be joined and an upper-layer recognition unit for recognizing the target of the upper-layer object to be joined;
Has,
The upper and lower two-view recognition optical system further includes a first illumination unit for a target of the lower-layer object to be bonded and a second illumination unit for a target of the upper-layer object to be bonded,
The first lighting unit and the second lighting unit both have two types of light sources having different spectral wavelength ranges ,
Both the first lighting unit and the second lighting unit correspond to the case where the target is on the light irradiation side surface of the object to be welded, or the case where the target is inside the object to be welded. Having an optical path conversion unit that switches to the light source having a different spectral wavelength range,
A mounting device, characterized in that:
前記2種類の光源のうち、第1の光源の分光波長域が570nm〜680nmの範囲内にあり、かつピーク波長域は620nm〜630nmの範囲内にある、
ことを特徴とする実装装置。 The mounting device according to claim 1 ,
Of the two types of light sources, the first light source has a spectral wavelength range of 570 nm to 680 nm, and a peak wavelength range of 620 nm to 630 nm.
A mounting device, characterized in that:
前記2種類の光源のうち、第2の光源の分光波長域が1000nm〜1600nmの範囲内にあり、かつピーク波長域は1050nm〜1200nmの範囲内にある、
ことを特徴とする実装装置。 The mounting device according to claim 1 ,
Of the two types of light sources, the spectral wavelength range of the second light source is in the range of 1000 nm to 1600 nm, and the peak wavelength range is in the range of 1050 nm to 1200 nm.
A mounting device, characterized in that:
前記上下2視野認識光学系は、さらに上視野用の第1認識カメラと下視野用の第2認識カメラとを有し、
前記第1認識カメラ及び前記第2認識カメラは共に、分光波長域が400nm〜1600nmの範囲内において有効相対分光感度を有するものである、
ことを特徴とする実装装置。 The mounting device according to any one of claims 1 to 3 ,
The upper and lower two-view recognition optical system further includes a first recognition camera for an upper view and a second recognition camera for a lower view,
Both the first recognition camera and the second recognition camera have an effective relative spectral sensitivity within a spectral wavelength range of 400 nm to 1600 nm.
A mounting device, characterized in that:
前記ボンディングステージは、前記下層側の被接合対象物を水平方向に移動するステージY軸駆動機構とステージX軸駆動機構とを有し、
前記ボンディングツールは、前記上層の被接合対象物を昇降させる上下駆動機構と水平に回転するθ駆動機構とを有し、
前記上下2視野認識光学系は、さらに上視野部及び下視野部を各前記ターゲットの認識可能な位置と非認識位置とに移動させる光学系Y軸駆動機構を有している、
ことを特徴とする実装装置。 The mounting device according to any one of claims 1 to 4 ,
The bonding stage has a stage Y-axis drive mechanism and a stage X-axis drive mechanism for moving the lower layer-side workpiece in the horizontal direction,
The bonding tool has an up-down drive mechanism that raises and lowers the object to be bonded in the upper layer and a θ drive mechanism that rotates horizontally,
The upper and lower two-view recognition optical system further has an optical system Y-axis drive mechanism for moving the upper and lower fields to a recognizable position and a non-recognized position of each of the targets.
A mounting device, characterized in that:
前記上層の被接合対象物及び前記下層の被接合対象物各々のターゲットの配置に合わせて分光波長域が異なる前記光源に切り換える工程と、
前記上層の被接合対象物を前記ボンディングツールに吸着する工程と、
前記下層の被接合対象物を前記ボンディングステージに吸着する工程と、
前記上視野部及び前記下視野部を前記上層の被接合対象物のターゲットと前記下層の被接合対象物のターゲットとを認識可能な位置に移動する工程と、
前記上層の被接合対象物のターゲットを認識する工程と、
前記下層の被接合対象物のターゲットを認識する工程と、
前記上層の被接合対象物と前記下層の被接合対象物との位置合わせをする工程と、
位置合わせ後に前記上視野部及び前記下視野部を初期位置に退避させる工程と、
前記上層の被接合対象物を前記下層の被接合対象物に接合する工程と、
を含む、
ことを特徴とする実装方法。 A mounting method for stacking and joining objects to be joined using the mounting device according to claim 5 ,
A step of switching to the light source having a different spectral wavelength range in accordance with the arrangement of the target of the upper-layer target object and the target of the lower-layer target object,
A step of adsorbing the upper-layer object to be bonded to the bonding tool,
A step of adsorbing the lower layer object to be bonded to the bonding stage,
A step of moving the upper field of view and the lower field of view to a position where the target of the upper layer target to be bonded and the target of the lower layer target to be bonded can be recognized,
A step of recognizing a target of the object to be joined in the upper layer,
A step of recognizing a target of the lower object to be joined;
A step of aligning the upper-layer object to be bonded and the lower-layer object to be bonded,
Retreating the upper field of view and the lower field of view to an initial position after alignment,
Bonding the upper layer object to be bonded to the lower layer object to be bonded,
including,
A mounting method characterized by that:
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