JP7107675B2

JP7107675B2 - 半導体実装装置および半導体実装方法

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Publication number: JP7107675B2
Application number: JP2017239860A
Authority: JP
Inventors: 史孝諸石; 将人梶並; 聡哲吉田
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2022-07-27
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: JP2019106509A

Description

本発明は、位置検知装置、半導体チップ接着装置、半導体実装装置および位置検知方法に関する。

半導体の後工程装置（ダイボンダ装置）において半導体チップ（以下、チップともいう。）を実装するプロセスでは、個片化されたチップが例えばフリップチップボンディングによって基板や他のチップ（ウエハ）等に接着される。フリップチップボンディングでは、ダイボンダ装置のボンディングツールにチップが吸着され、ボンディングツールからの荷重と例えばチップや基板の加熱によって、チップ裏面に配置された半田バンプが溶融され、チップが基板や他のチップに接着される。その際、チップを保持する機構であるボンディングツールと基板または他のチップの平行があっていないと、搭載後のチップに傾きがでてしまい、接合不良となってしまう場合がある。

そこで、ダイボンダ装置では、例えば特許文献１や特許文献２に示されているようにボンディングツールを先端に装着したボンディングヘッドに倣い機構を設けて、基板等との平行を調整した上で、チップの実装が行われる。

特許第４７１３９６６号公報特開２００３－２２９４５７号公報

しかしながら、平行を調整したのち、例えば、操作者など作業者がボンディングヘッド等に触れてしまったり、ボンディングヘッドの移動中等に意図しない力が加わったことによるずれが発生したりした場合、ボンディングツールの平行状態の変化に気づくことなく生産を行ってしまう可能性があるという課題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、ボンディングツールの平行状態の変化を検知することができる位置検知装置、半導体チップ接着装置、半導体実装装置および位置検知方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、半導体チップの押圧接着機構と、互いに対向する部分球面形状の凸部または凹部を有する固定部と回動部を有して前記押圧接着機構の傾きを調整する倣い機構と、前記回動部の第１回動位置を検知する第１位置検知部と、前記第１位置検知部が前記第１回動位置を検知する第１検知位置と異なる第２検知位置で、前記回動部の第２回動位置を検知する第２位置検知部と、前記第１位置検知部が検知した前記第１回動位置を表す第１情報と前記第２位置検知部が検知した前記第２回動位置を表す第２情報とを取得する取得部と、取得した前記第１情報および前記第２情報に対応する基準位置情報を記憶する記憶部と、新たに取得した前記第１情報および前記第２情報と、前記記憶部が記憶する前記基準位置情報とに基づいて前記回動部の変位を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記変位がしきい値よりも大きい場合に、前記回動部の回動位置が前記基準位置情報の示す位置と一致するように、前記倣い機構を回動する回動駆動部を制御する倣い機構制御部と、を備える半導体実装装置である。

また、本発明の一態様は、上記半導体実装装置であって、前記第１位置検知部が前記回動部に非接触で前記第１回動位置を検知し、前記第２位置検知部が前記回動部に非接触で前記第２回動位置を検知する。

また、本発明の一態様は、上記半導体実装装置であって、前記第１位置検知部が、前記第１検知位置を含む前記回動部の回動中心を中心とする第１円の接線の方向と略平行に第１反射面を有するよう前記回動部に設けられた第１反射部と、前記第１反射面に対して光を照射するよう前記固定部に設けられた第１発光部と、前記第１反射面で反射された光を受光するよう前記固定部に設けられた第１受光部を用いて、前記第１回動位置を検知し、前記第２位置検知部が、前記第２検知位置を含む前記回動部の回動中心を中心とする第２円の接線の方向と略平行に第２反射面を有するよう前記回動部に設けられた第２反射部と、前記第２反射面に対して光を照射するよう前記固定部に設けられた第２発光部と、前記第２反射面で反射された光を受光するよう前記固定部に設けられた第２受光部を用いて、前記第２回動位置を検知する。

また、本発明の一態様は、上記半導体実装装置であって、前記第１円と前記第２円のなす角が略直角である。

また、本発明の一態様は、半導体チップの押圧接着機構と、互いに対向する部分球面形状の凸部または凹部を有する固定部と回動部を有して前記押圧接着機構の傾きを調整する倣い機構と、前記回動部の第１回動位置を検知する第１位置検知部と、前記第１位置検知部が前記第１回動位置を検知する第１検知位置と異なる第２検知位置で、前記回動部の第２回動位置を検知する第２位置検知部と、前記第１位置検知部が検知した前記第１回動位置を表す第１情報と前記第２位置検知部が検知した前記第２回動位置を表す第２情報とを取得する取得部と、取得した前記第１情報および前記第２情報に対応する基準位置情報を記憶する記憶部と、新たに取得した前記第１情報および前記第２情報と、前記記憶部が記憶する前記基準位置情報とに基づいて前記回動部の変位を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記変位がしきい値よりも大きい場合に、前記回動部の回動位置が前記基準位置情報の示す位置と一致するように、前記倣い機構を回動する回動駆動部を制御する倣い機構制御部とを用いて、前記回動部の回動位置を制御する半導体実装方法である。

本発明によれば、第１位置検知部と第２位置検知部によって、ボンディングツールの平行状態の変化を検知することができる。

本発明の一実施形態に係る半導体実装装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すボンディングヘッド２の構成例を背面からみた斜視図である。図２に示す倣い機構２２の構成例を示す正面図（図３（ａ））と底面図（図３（ｂ））である。図２に示す倣い機構２２の構成例を示す右側面図である。図２に示す位置検出部２３および位置検出部２４の動作例を説明するための模式図である。図２に示す位置検出部２３および位置検出部２４の動作例を説明するための模式図である。図１に示す半導体実装装置１の動作例を示すフローチャートである。図１に示す半導体実装装置１の動作例を説明するための模式図である。本発明の一実施例の動作結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る半導体実装装置１の構成例について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体実装装置１の構成例を示すブロック図である。図１に示す半導体実装装置１は、ダイボンダ装置であり、半田、金メッキ、樹脂等を接合材料として、半導体チップを、基板、他のチップ、リードフレーム等に接着する装置である。図１に示す半導体実装装置１は、ボンディングヘッド２（半導体チップ接着装置）、移動機構３、倣い機構制御装置４、実装装置制御装置５および制御装置６を備える。

ボンディングヘッド２は、押圧接着機構２１、倣い機構２２、位置検出部２３、および位置検出部２４を備える。１組の位置検出部２３と位置検出部２４は、本実施形態の位置検知装置２９を構成する。図２は、ボンディングヘッド２の構成例を示す背面からみた斜視図である。

図２に示すように、押圧接着機構２１は、先端部（底面）にボンディングツール２１１を着脱自在に装着している。ボンディングツール２１１は、チップを吸着したり、接着対象物に圧着したりするための平面を構成する。ボンディングツール２１１は、使用回数や使用期間等に応じて交換される。押圧接着機構２１は、ボンディングツール２１１にチップを吸着し、ボンディングツール２１１からの荷重と例えばチップや基板の加熱によって、チップ裏面に配置された半田バンプを溶融し、吸着して荷重をかけたチップを、基板や他のチップに接着する。押圧接着機構２１は、内部に図示していない、ボンディングツール２１１のチップ吸着位置２５に負圧を発生させる吸着機構、ボンディングツール２１１を加熱するヒータや超音波振動させる超音波振動子等を備える。

倣い機構２２は、例えば、図３に示すように互いに対向する部分球面形状の凸部または凹部を有する固定部２２１と回動部２２２を有して構成されていて、回動部２２２を回動させることで回動部２２２に取り付けられた押圧接着機構２１の傾きを調整する。図３（ａ）は図２に示す倣い機構２２の構成例を示す正面図であり、図３（ｂ）は底面図である。なお、図３では、倣い機構２２の鉛直方向をＺ軸方向とし、水平方向で互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向としている。

図３に示す構成例において、固定部２２１は、固定部材２２１０と、一対の支持部材２２１３を備える。固定部材２２１０の底面には部分球面形状の凹部２２１１が形成されている。凹部２２１１の中央には磁石２２１２が設けられている。固定部２２１の側面にはＹ方向で互いに対向する１対の支持部材２２１３が固定されている。各支持部材２２１３には互いに対向する樽状の形状を有する回動規制部材２２１４が設けられている。なお、固定部材２２１０には図示していない複数の気体孔が形成されている。これらの気体孔は、図示していない気体送風管に接続されていて、気体送風管を介して各気体孔から凹部２２１１へ圧縮気体を送り込むことができるようになっている。

一方、回動部２２２は、回動部材２２２１と、環状部材２２２５と、押さえ部材２２２８を備える。回動部材２２２１は、凹部２２１１と勘合する部分球面形状の凸部２２２２と、凸部２２２２と一体として構成された円柱部２２２３から構成されている。凸部２２２２は、磁性体であり、凸部２２２２の表面である部分球面２２２２ａが凹部２２１１に勘合された状態では磁力で磁石２２１２に引き寄せられて固定される。円柱部２２２３のＸ軸方向で直径方向に互いに対向する側面には１対の樽状の形状を有する回動規制部材２２２４が設けられている。環状部材２２２５は、所定の隙間を有して円柱部２２２３と勘合する内周面を有する環状形状を有する。環状部材２２２５は、Ｘ軸方向で直径方向に互いに対向する側面に１対の溝部２２２６を有するとともに、Ｙ軸方向で直径方向に互いに対向する側面に１対の溝部２２２７を有している。押さえ部材２２２８は、各溝部２２２６に各回動規制部材２２２４が挿入され、各溝部２２２７に各回動規制部材２２１４が挿入されるように、固定部材２２１０に対して、回動部材２２２１と環状部材２２２５を組み付けて保持する。この押さえ部材２２２８には、図２に示すように押圧接着機構２１が固定されている。各回動規制部材２２２４と各回動規制部材２２１４の各中心軸は、Ｚ軸方向で同一高さに保持される。各回動規制部材２２２４と各溝部２２２６の形状や空隙と、各回動規制部材２２１４と各溝部２２２７の形状や空隙を適切に設定することで、回動部材２２２１は、各回動規制部材２２２４を結ぶ直線を回転軸として回動するとともに、各回動規制部材２２１４を結ぶ直線を回転軸として回動する。回動部２２２は、ボンディングツール２１１のチップ吸着位置２５が回動中心となるように、部分球面２２２２ａの形状と高さが設定されている。ここで、回動中心とは、回動部２２２の凸部２２２２が固定部２２１の凹部２２１１に沿って回動する場合に、回動部２２２を基準として（すなわち回動部２２２が固定していると仮定して）、固定部２２１の凹部２２１１の回動範囲を表す球の中心である。なお、以下ではチップ吸着位置２５を回動中心２５ともいう。

また、倣い機構２２は、回動部２２２を駆動する回動駆動部２７（図２）を備えている。回動駆動部２７は、例えば、圧縮気体を利用して回動部２２２を任意の回動位置に回動させる。あるいは、回動駆動部２７は、例えば、モータを利用して回動部２２２を任意の回動位置に回動させる。その際、回動駆動部２７は、例えば、位置検出部２３および位置検出部２４の検知結果に基づき、フィードバック制御によって回動部２２２を回動制御する。

以上の構成によって倣い機構２２は、図示していない気体孔から凹部２２１１へ圧縮気体が送り込まれた場合、回動部２２２の凸部２２２２が固定部２２１の凹部２２１１から離間する。また、凸部２２２２は、凹部２２１１へ磁力によって引き寄せられる。この離間する力と引き寄せる力が釣り合うことで、凸部２２２２は、凹部２２１１と非接触な状態で回動可能に保持される。この状態で、回動部２２２に固定されている図２に示す押圧接着機構２１のボンディングツール２１１を平行板などの対象物に押しつけると、ボンディングツール２１１の平面（チップ吸着面）は対象物に対して平行に倣う。そして、圧縮気体の供給を停止すると倣い機構２２の凸部２２２２と凹部２２１１は磁力によって引き寄せられて固定される。

一方、図１および図２に示す位置検出部２３（第１位置検知部）は、ボンディングヘッド２に搭載され、回動部２２２の回動位置（第１回動位置）を検知し、検知した結果を示す情報（第１情報）を制御装置６へ出力する。また、位置検出部２４（第２位置検知部）は、ボンディングヘッド２に搭載され、回動部２２２の回動位置（第２回動位置）を検知し、検知した結果を示す情報（第２情報）を制御装置６へ出力する。ここで、回動部２２２の回動位置は、回動部２２２の回動にともなう所定の変化を表す量であり、例えば、所定の計測点の移動量、所定の計測点の傾きの変化量などで表すことができる。また、計測点は、回動部２２２自体あるいは回動部２２２の回動にともなって回動する部分とすることができる。なお、位置検出部２３および位置検出部２４は、回動部２２２に接触して回動位置を検知してもよいが、非接触で回動位置を検知するものであることが望ましい。回動部２２２に接触して回動位置を検知する場合、回動部２２２の回動に対して検知動作による負荷がかかるが、非接触であればその負荷を無くすることができる。また、位置検出部２３および位置検出部２４は、ボンディングヘッド２の外部に設けることもできるが、ボンディングヘッド２が上下左右に移動されるものであること、サブμｍ程度の平行度の変化を検知できることが望ましいこと等から、ボンディングヘッド２に搭載することが望ましい。よって、位置検出部２３および位置検出部２４としては、非接触で回動位置を検知可能で、小型軽量化がしやすいものが好ましい。そこで、本実施形態では、位置検出部２３および位置検出部２４を光学式のエンコーダで構成している。なお、倣い機構の用途によっては、位置検出部は、例えば、接触式のロータリエンコーダ、加速度センサ、ジャイロセンサ、レーザ距離測定装置等を用いて構成してもよい。ただし、回動部２２２に能動素子の取り付けが必要なセンサを用いる場合には、センサからの信号線の取り回しに注意が必要である。また、静電容量センサを用いることもできるが、価格が高い場合がある。

次に、図２～図６を参照して、本実施形態の位置検出部２３および位置検出部２４の構成例について説明する。図４は、図２に示す倣い機構２２の構成例を示す右側面図（部分的に網掛けして示す断面図を含む。）である。図５および図６は、図２に示す位置検出部２３および位置検出部２４の動作例を説明するための模式図である。

図２、図４等に示すように、位置検出部２３は、固定部２２１に固定された支持部材２６に取り付けられている発光部２３２（第１発光部）および受光部２３３（第１受光部）と、回動部２２２の押さえ部材２２２８に取り付けられた反射部２３１（第１反射部）とを備える。反射部２３１は、反射率が高い部分と低い部分を交互に配置して形成された反射面２３１ａ（第１反射面）を有している。発光部２３２は、反射面２３１ａに対して光を照射する。受光部２３３は、反射面２３１ａで反射された光を受光する。なお、発光部２３２と受光部２３３は、一体的に構成されていてもよいし、個別に構成されていてもよい。

また、位置検出部２４は、固定部２２１に固定された支持部材２６に取り付けられている発光部２４２（第２発光部）および受光部２４３（第２受光部）と、回動部２２２の押さえ部材２２２８に取り付けられた反射部２４１（第２反射部）とを備える。反射部２４１は、反射率が高い部分と低い部分を交互に配置して形成された反射面２４１ａ（第２反射面）を有している。発光部２４２は、反射面２４１ａに対して光を照射する。受光部２４３は、反射面２４１ａで反射された光を受光する。なお、発光部２４２と受光部２４３は、一体的に構成されていてもよいし、個別に構成されていてもよい。

なお、図４に示すように、本実施形態において位置検出部２３は、その光軸２３４が回動部２２２の回動中心２５へ向かうように、反射部２３１、発光部２３２および受光部２３３の向きが設定されている。この場合、反射部２３１は、回動部２２２の回動中心２５を中心とする円３０の接線３１の方向と略平行に反射面２３１ａを有する。なお、円３０は、回動中心２５を中心として部分球面２２２２ａを含む円の同心円である。このように、位置検出部２３を構成する場合の効果について図６を参照して説明する。

図６は、回動中心２５と反射部２０２と送受光部２０１との配置関係を示す模式図である。反射部２０２は、図４に示す反射部２３１と反射部２４１に対応する。反射部２０２の反射面２０２ａは、図４に示す反射面２３１ａと反射面２４１ａに対応する。送受光部２０１は、図２に示す発光部２３２および受光部２３３と発光部２４２および受光部２４３に対応する。図６（ａ）は、本実施形態における配置関係を示す模式図である。図６（ａ）に示す配置関係では、反射面２０２ａが回動中心２５を中心とする円２０３の接線２０４の方向と略平行になるよう配置され、送受光部２０１が反射面２０２ａと対向するよう配置されている。この場合、送受光部２０１と反射面２０２ａの送信光および反射光の光軸は、送受光部２０１および反射面２０２ａと回動中心２５を結ぶ直線２０５の方向に略一致する。一方、図６（ｂ）は、本実施形態との比較のための配置関係を示す模式図である。図６（ｂ）に示す配置関係では、反射面２０２ａは鉛直方向と平行に配置され、送受光部２０１が反射面２０２ａと対向するように配置されている。この場合、送受光部２０１と反射面２０２ａの送信光および反射光の光軸は、送受光部２０１および反射面２０２ａと回動中心２５を結ぶ直線２０６の方向とは大きくずれている。例えば、回動中心２５を中心として一定の角度、回動部２２２を回動した場合、それにともなう送受光部２０１と反射面２０２ａ間の相対的な位置の変化は、図６（ａ）に示す配置関係の変化量２１２の方が図６（ｂ）に示す配置関係の変化量２１３より大きい。

なお、図５に示すように、位置検出部２３と位置検出部２４は、回動部２２２の回動位置を互いに異なる検知位置で検知する。すなわち、位置検出部２３が回動位置を検知する検知位置２３ａ（第１検知位置）と、位置検出部２４が回動位置を検知する検知位置２４ａ（第２検知位置）が異なる。このように２つの位置検出部２３と位置検出部２４を用いて互いに異なる２つの位置で回動位置を検知した場合、回動の全方向にわたって変化量を検知することができる。

また、本実施形態では、検知位置２３ａと回動中心２５間の距離と、検知位置２４ａと回動中心２５間の距離が同一であり、検知位置２３ａを含む回動中心２５を中心とする円３３（第１円）と、検知位置２４ａを含む回動中心２５を中心とする円３４（第２円）との鉛直方向から見たなす角が略直角である。この場合、回動部２２２の傾きと変位は、以下の式（１）および式（２）で求めることができる。なお、球面３２は、部分球面２２２２ａを含む球面であり、半径がＲ１であるとする。

ここで、αは位置検出部２３が検知した回動位置（移動量）である。βは位置検出部２４が検知した回動位置（移動量）である。θは回動部２２２の傾き角（ｄｅｇ）である。Ｔｄは回動中心２５から距離Ｌ１での変位である。

また、図１に示す移動機構３は、ボンディングヘッド２を保持し、ボンディングヘッド２を水平および垂直方向に移動させる。移動機構３は、例えば、搬送装置、モータ、位置センサ等としての撮像装置等を備えて構成されている。

倣い機構制御装置４は、例えば、圧縮気体の発生装置あるいはその制御部、圧縮機体の供給弁あるいはその制御部等を備えて構成されていて、例えば制御装置６から受信した所定の制御信号に基づき、倣い機構２２へ供給する圧縮気体の供給状態を制御したり、回動駆動部２７を制御したりする。

実装装置制御装置５は、例えば、制御装置６からの所定の制御信号に基づき、移動機構３を制御したり、押圧接着機構２１を制御したりする。実装装置制御装置５は、例えば、移動機構３が備える搬送装置、モータ、撮像装置等を制御したり駆動したりするための制御部と、押圧接着機構２１が備えるヒータ、吸着機構の駆動装置あるいはその制御部等を備えている。

制御装置６は、取得部６１、算出部６２、記憶部６３、判定部６４、倣い機構制御部６５、実装装置制御部６６を備える。制御装置６は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、入出力装置、通信装置等を備えたコンピュータであり、記憶装置に記憶されている所定のプログラムをＣＰＵが実行することで、各部６１～６６の機能を構成する。

取得部６１は、位置検出部２３が出力した検知結果を示す情報と、位置検出部２４が出力した検知結果を示す情報を取得する。取得部６１は、取得した各情報を記憶部６３に記憶する。

算出部６２は、取得部６１が取得した、位置検出部２３が出力した検知結果を示す情報と、位置検出部２４が出力した検知結果を示す情報とに基づき、例えば、上記式（１）や式（２）を用いて、回動部２２２の回動位置に対応する情報を算出する。算出部６２は、例えば、記憶部６３が記憶している基準位置情報と、取得部６１が新たに取得した位置検出部２３の検知結果を示す情報および位置検出部２４の検知結果を示す情報に基づいて、回動部２２２の基準位置からの変位を算出する。基準位置情報は、例えば、ボンディングツール２１１を平行板などの対象物に押しつけて対象物に対して平行に倣わせた状態の回動部２２２の回動位置（基準位置）に対応する情報である。算出部６２は、算出した各情報を記憶部６３に記憶する。

記憶部６３は、取得部６１が位置検出部２３および位置検出部２４から取得した情報、算出部６２が算出した情報等を記憶する。また、記憶部６３は、取得部６１が位置検出部２３および位置検出部２４から取得した情報に対応する上述したような基準位置情報を記憶する。

判定部６４は、算出部６２が算出した回動部２２２の変位と所定のしきい値を比較し、変位がしきい値より大きいか否かを判定する。

倣い機構制御部６５は、倣い機構制御装置４と所定の制御信号を送受信することで、倣い機構２２を制御する。

実装装置制御部６６は、実装装置制御装置５と所定の制御信号を送受信することで、移動機構３と押圧接着機構２１を制御する。

次に、図７および図８を参照して、図１に示す半導体実装装置１の動作例について説明する。図７は、図１に示す半導体実装装置１の動作例を示すフローチャートである。図８は、ボンディングヘッド２の動作例を模式的に示す斜視図である。なお、以下で説明する動作例では、まず、図８（ａ）に示すように、ボンディングヘッド２の先端部に装着されているボンディングツール２１１が、平行板７１に押しつけられて、倣い機構２２が平行板７１に対して平行に倣わされる。次に、図８（ｂ）に示すように、チップカセット７２に搭載されている複数のチップ７の１つがボンディングツール２１１に吸着される。次に、図８（ｃ）に示すように、ボンディングツール２１１に吸着されたチップ７が、接着対象であるチップ７６の上方まで搬送され、チップ７が実装される。なお、図８（ｃ）では、チップ７６は、基板７５に実装されていて、チップ７６の上面には複数の半田バンプ７７が配列されている。また、基板７５は、基板ステージ７４に搭載されている。基板ステージ７４は、固定台７３の上に水平方向に微調整可能に支持されている。

チップ７をチップ７６に接着する場合、まず、半導体実装装置１は、実装装置制御部６６の制御によって、ボンディングヘッド２を平行板７１の上方に移動し、倣い機構制御部６５の制御と実装装置制御部６６の制御によって回動部２２２が回動可能な状態でボンディングツール２１１を平行板７１に押し当ててボンディングツール２１１の吸着面を平行板７１に平行に倣わせた後、回動部２２２を固定することで、ボンディングツール２１１の平行度を調整する（ステップＳ１０１）。ここで、取得部６１が、位置検出部２３の検出結果と位置検出部２４の検出結果を取得し、基準位置情報として記憶部６３に記憶する（ステップＳ１０２）。

次に、半導体実装装置１は、実装装置制御部６６の制御によって、ボンディングヘッド２をチップカセット７２に搭載されている吸着するチップ７の上方に移動し、続いてボンディングツール２１１の吸着面にチップ７を吸着する（ステップＳ１０４）。次に、半導体実装装置１は、実装装置制御部６６の制御によって、ボンディングツール２１１に吸着されたチップ７を、接着対象であるチップ７６の上方まで搬送する（ステップＳ１０５）。ここで、取得部６１が、位置検出部２３の検出結果と位置検出部２４の検出結果を取得し、新たな位置情報として記憶部６３に記憶する（ステップＳ１０６）。

次に、算出部６２が、記憶部６３に記憶されている基準位置情報と新たな位置情報に基づき、基準位置情報に対応する回動位置（基準位置）と現在の回動位置の変位を算出する（ステップＳ１０７）。次に、判定部６４が、算出部６２が算出した変位と所定のしきい値を比較し、変位がしきい値より小さいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

変位がしきい値より小さい場合（ステップＳ１０８で「ＹＥＳ」の場合）、実装装置制御部６６の制御によって、ボンディングツール２１１に吸着されたチップ７の裏面に形成されている図示していない複数の接合端子が、チップ７６の上面に配列されている複数の半田バンプ７７に接着される（ステップＳ１０９）。

一方、変位がしきい値より小さくない場合（ステップＳ１０８で「ＮＯ」の場合）、倣い機構制御部６５の制御によって、倣い機構２２の回動部２２２の回動位置が、基準位置情報が示す回動位置と一致するように、回動駆動部２７によって回動部２２２が駆動される（ステップＳ１１０）。次に、取得部６１が、再度、位置検出部２３の検出結果と位置検出部２４の検出結果を取得し、新たな位置情報として記憶部６３に記憶する（ステップＳ１０６）。この後、上記と同様に、ステップＳ１０７以降の処理が実行される。

以上のように、本実施形態によれば、位置検出部２３と位置検出部２４（位置検知装置）によって、ボンディングツール２１１の平行状態の変化を検知することができる。したがって、例えばチップを連続実装している場合に何らかの要因で調整状態が変化したときには、その状態でチップを実装しないようにすることができる。よって、平行状態の意図しない変化による接合不良を回避することができる。

なお、本実施形態では、ボンディングヘッド２に、その倣い機構２２の位置を検知する位置検出部２３および位置検出部２４を設けている。これによって、常時あるいは適宜に、ボンディングヘッド２の先端部のボンディングツール２１１のヘッドチルトの状態を監視できるようになり、接合不良を未然に防ぐことができる。

また、位置検出部２３および位置検出部２４は、倣い機構２２の円弧状の稼働範囲に合わせて設置され、傾き方向が特定できるように９０度違いに配置されている。また、位置検出部２３および位置検出部２４は。光学式のエンコーダで構成されている。位置検出部２３および位置検出部２４は、ボンディングヘッド２の先端部に取り付けられるため、小型、軽量であることが望ましい。また、ボンディングヘッド２の先端部に取り付けているので、サブミクロン精度での検知を容易に実現することができる。軽量である理由は、ボンディングヘッド２が上下に稼働する機構になっており、位置と荷重の制御が行われることによる。この荷重制御を行うときに先端重量が重いと荷重制御に影響がでてしまうからである。

また、接触式でも検知することができるが、平行調整時にフリーの状態にする必要があるので、接触式はあまり適切ではない場合がある。また、静電容量センサなどの非接触式センサでも可能だが、価格が高いなどのデメリットがある。

また、本実施形態によれば、平行状態に所定の変化が発生した場合、回動部２２２の回動位置を動的に変化させ、平行状態を元の状態に戻した後、接着工程を実施することができる。

なお、図７に示す動作例は、例えば、次のように変更してもよい。すなわち、変位がしきい値より小さくない場合（ステップＳ１０８で「ＮＯ」の場合）、ステップＳ１１０では、倣い機構２２を駆動するのではなく、吸着しているチップ７を所定の位置で一旦解放し、ステップＳ１０１へ戻り、ステップＳ１０１以降の処理を行うようにしてもよい。この場合、回動駆動部２７を省略することができる。

また、ステップＳ１０１の平行調整は、必ずしも、チップ７を１回、接着する毎に実施する必要はない。例えば、ボンディングツール２１１を交換した場合に平行調整を実行するようにしてもよい。

また、図７に示す動作例において、ステップＳ１０９のボンディング処理の前に、基板７５のそりや、積層するチップ７６の傾きに合わせて、ボンディングツール２１１の平衡状態を調整する処理を挿入してもよい。この場合、例えば、基板７５のそりや積層するチップ７６の傾きを予め計測しておき、その計測結果に合わせて、平行調整された状態を再調整する。大型基板のそりや積層チップにチルトが発生した場合に有効である。

なお、図９に、本実施形態の実施例による計測結果を示す。図９は、横軸を時間、縦軸を式（２）で示す変位とし、回動部２２２を意図的に回動させた場合の検知位置の変化を示す。「実施形態の計測結果」は、位置検出部２３および位置検出部２４の検知結果に基づく算出結果である。「外部計測結果」は、外部に設置したレーザ計測装置を用いて非接触で計測した値である。本実施形態の構成によってレーザ計測装置と同等の検知精度が得られることが確認された。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、倣い機構２２は、例えば特許文献２等に記載されているように積載された２組の固定部および回動部から構成されていてもよい。また、回動部が部分球面形状の凹部を有し、固定部が部分球面形状の凸部を有していてもよい。

１…半導体実装装置、２…ボンディングヘッド（半導体チップ接着装置）、３…移動機構
４…倣い機構制御装置、５…実装装置制御装置、６…制御装置、２１…押圧接着機構、２２…倣い機構、２３…位置検出部、２４…位置検出部、２６…支持部材、２９…位置検知装置、６１…取得部、６２…算出部、６３…記憶部、６４…判定部、６５…倣い機構制御部、６６…実装装置制御部、２１１…ボンディングツール、２２１…固定部、２２２…回動部、２３１、２４１…反射部、２３１ａ、２４１ａ…反射面、２３２、２４２…発光部、２３３、２４３…受光部、２２２８…押さえ部材

Claims

半導体チップの押圧接着機構と、
互いに対向する部分球面形状の凸部または凹部を有する固定部と回動部を有して前記押圧接着機構の傾きを調整する倣い機構と、
前記回動部の第１回動位置を検知する第１位置検知部と、
前記第１位置検知部が前記第１回動位置を検知する第１検知位置と異なる第２検知位置で、前記回動部の第２回動位置を検知する第２位置検知部と、
前記第１位置検知部が検知した前記第１回動位置を表す第１情報と前記第２位置検知部が検知した前記第２回動位置を表す第２情報とを取得する取得部と、
取得した前記第１情報および前記第２情報に対応する基準位置情報を記憶する記憶部と、
新たに取得した前記第１情報および前記第２情報と、前記記憶部が記憶する前記基準位置情報とに基づいて前記回動部の変位を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記変位がしきい値よりも大きい場合に、前記回動部の回動位置が前記基準位置情報の示す位置と一致するように、前記倣い機構を回動する回動駆動部を制御する倣い機構制御部と、
を備える半導体実装装置。
前記第１位置検知部が前記回動部に非接触で前記第１回動位置を検知し、
前記第２位置検知部が前記回動部に非接触で前記第２回動位置を検知する
請求項１に記載の半導体実装装置。
前記第１位置検知部が、前記第１検知位置を含む前記回動部の回動中心を中心とする第１円の接線の方向と略平行に第１反射面を有するよう前記回動部に設けられた第１反射部と、前記第１反射面に対して光を照射するよう前記固定部に設けられた第１発光部と、前記第１反射面で反射された光を受光するよう前記固定部に設けられた第１受光部を用いて、前記第１回動位置を検知し、
前記第２位置検知部が、前記第２検知位置を含む前記回動部の回動中心を中心とする第２円の接線の方向と略平行に第２反射面を有するよう前記回動部に設けられた第２反射部と、前記第２反射面に対して光を照射するよう前記固定部に設けられた第２発光部と、前記第２反射面で反射された光を受光するよう前記固定部に設けられた第２受光部を用いて、前記第２回動位置を検知する
請求項１または２に記載の半導体実装装置。
前記第１円と前記第２円のなす角が略直角である
請求項３に記載の半導体実装装置。
半導体チップの押圧接着機構と、互いに対向する部分球面形状の凸部または凹部を有する固定部と回動部を有して前記押圧接着機構の傾きを調整する倣い機構と、
前記回動部の第１回動位置を検知する第１位置検知部と、
前記第１位置検知部が前記第１回動位置を検知する第１検知位置と異なる第２検知位置で、前記回動部の第２回動位置を検知する第２位置検知部と、
前記第１位置検知部が検知した前記第１回動位置を表す第１情報と前記第２位置検知部が検知した前記第２回動位置を表す第２情報とを取得する取得部と、
取得した前記第１情報および前記第２情報に対応する基準位置情報を記憶する記憶部と、
新たに取得した前記第１情報および前記第２情報と、前記記憶部が記憶する前記基準位置情報とに基づいて前記回動部の変位を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記変位がしきい値よりも大きい場合に、前記回動部の回動位置が前記基準位置情報の示す位置と一致するように、前記倣い機構を回動する回動駆動部を制御する倣い機構制御部とを用いて、
前記回動部の回動位置を制御する
半導体実装方法。