JP7178141B1 - ボンディング装置及びボンディング方法 - Google Patents

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Abstract

半導体チップの位置を検出し、検出した各位置を位置データベース（５６）に格納する位置検出部（５５）と、補正後のボンディング位置を出力する位置補正部（５７）と、位置補正部（５７）から入力された補正後のボンディング位置に基づいて半導体チップのボンディングを行うボンディング制御部（５８）と、を備え、位置補正部（５７）は、各段の半導体チップ間の位置ずれ量と、累積位置ずれ量とを算出し、累積位置ずれ量が所定の閾値以上の場合には、半導体チップの位置を累積位置ずれ量だけ補正して補正後のボンディング位置として出力し、ボンディング制御部（５８）は、位置補正部から入力された補正後のボンディング位置に次の段の半導体チップのボンディングを行う。

Description

本発明は、半導体チップを積層ボンディングするボンディング装置の構造及びそのボンディング装置を用いたボンディング方法に関する。
複数の半導体チップを積層ボンディングした積層型の半導体装置が用いられている。半導体チップを積層ボンディングする際には、半導体チップの表面に設けられている位置検出用のマークを利用して半導体チップをボンディングする方法が用いられる場合がある。例えば、ボンディング後の半導体チップのマークの位置を検出し、次にボンディングする半導体チップのマークの位置が先にボンディングした半導体チップのマークの位置となるようにボンディング位置を調整する方法が用いられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特許第５２４３２８４号公報
しかし、このように、先にボンディングした半導体チップのマークの位置に次にボンディングする半導体チップのマークの位置を合わせてボンディングする場合、ボンディング装置の誤差等により、半導体チップが連続的に一方向に横ずれした状態で積層ボンディングされてしまい積層型半導体装置が傾斜したものとなってしまう場合があった。
そこで、本発明の目的は、積層ボンディングの際に半導体チップが連続的に一方向へ横ずれすることを抑制することにある。
本発明のボンディング装置は、ベース部材の複数のボンディング領域の上にそれぞれ複数の半導体チップを積層ボンディングするボンディング装置であって、ベース部材の各ボンディング領域の各位置及びベース部材の各ボンディング領域の上に積層ボンディングされた各段の半導体チップの各位置を検出し、検出した各位置のデータをベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納する位置検出部と、位置データベースを参照しながらボンディング位置の補正を行い、補正後のボンディング位置を出力する位置補正部と、位置補正部から入力された補正後のボンディング位置に基づいて半導体チップのボンディングを行うボンディング制御部と、を備え、位置補正部は、各段の半導体チップをボンディングする毎に、ベース部材のボンディング領域の位置とその上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量、又は、ボンディングされた半導体チップの位置とその直上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量を算出し、算出した各位置ずれ量をベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納し、半導体チップを積層ボンディングした際のベース部材からボンディングされた段の半導体チップまでの位置ずれ量を積算して累積位置ずれ量を算出し、累積位置ずれ量が所定の閾値以上の場合には、位置検出部で検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置を累積位置ずれ量だけ補正して補正後のボンディング位置として出力し、ボンディング制御部は、位置補正部から入力された補正後のボンディング位置に次の段の半導体チップのボンディングを行うこと、を特徴とする。
このように、積層ボンディングの際に各段の位置ずれ量を位置データベースに格納して累積位置ずれ量を算出し、累積位置ずれ量が所定の閾値よりも大きくなった場合に、累積位置ずれ量だけボンディング位置を補正するので、積層ボンディングの際に半導体チップが連続的に一方向へ横ずれすることを抑制できる。
本発明のボンディング装置において、位置補正部は、累積位置ずれ量が所定の閾値未満の場合には、位置検出部で検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置をその段の各位置ずれ量だけ補正して次の段のボンディング位置として出力してもよい。
このように、累積位置ずれ量が所定の閾値未満の場合に、各段のボンディング後に各段の半導体チップの位置ずれ量だけボンディング位置を補正して次の段のボンディングを行うので、各段のボンディングのずれ量を抑制することができる。
本発明にボンディング装置において、位置補正部は、累積位置ずれ量が所定の停止閾値以上の場合には、ボンディング制御部にボンディング動作を停止する停止指令を出力し、ボンディング制御部は、位置補正部から停止指令が入力された場合に、ボンディング動作を停止してもよい。
このように、積層ボンディングの際の異常な傾きを検出してボンディング装置を停止することができる。
本発明のボンディング装置において、位置補正部は、中間段まで積層ボンディングした状態でボンディングが中止され、ベース部材が取り外された後、再度、ベース部材がセットされた場合に、位置データベースを参照しながらベース部材から中間段の半導体チップまでの各位置ずれ量を積算して中間累積位置ずれ量を算出し、ボンディングを中止する直前にボンディングされた段の半導体チップの各位置を算出した中間累積位置ずれ量だけ補正して補正後のボンディング位置として出力してもよい。
これにより、ボンディングを中止して、一旦、基板をボンディング装置から取外して、再度ボンディング装置にセットした後にボンディングを再開する際に半導体チップを基板の基準位置の近傍にボンディングすることができ、ボンディングの途中で基板の取外し、再セットを行った場合でも半導体チップの横ずれ量を抑制することができる。
本発明のボンディング装置において、ベース部材の各ボンディング領域の上にそれぞれ複数のダミーチップを積層ボンディングし、位置検出部は、ベース部材のボンディング領域の各位置及びベース部材の各ボンディング領域の上に積層ボンディングされた各段のダミーチップの各位置を検出し、検出した各位置のデータをベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納し、位置補正部は、ベース部材のボンディング領域の位置とその上にボンディングされたダミーチップの位置との間の位置ずれ量、又は、ボンディングされたダミーチップの位置とその直上にボンディングされたダミーチップの位置との間の位置ずれ量を算出し、算出した各位置ずれ量をベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納し、位置データベースに基づいて半導体チップを積層ボンディングする際の各段のボンディング位置を補正してもよい。
このように、予めダミーチップを用いてボンディングを行い、最下段から最上段までのダミーチップの位置ずれ量をデータベースに格納しておき、データベースを参照しながらボンディング位置の調整を行うので、積層ボンディングの際の各段の半導体チップの位置ずれ量を抑制することができる。
本発明のボンディング方法は、ベース部材の複数のボンディング領域の上にそれぞれ複数の半導体チップを積層ボンディングするボンディング方法であって、ベース部材の各ボンディング領域の各位置及びベース部材の各ボンディング領域の上に積層ボンディングされた各段の半導体チップの各位置を検出し、検出した各位置のデータをベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納する位置検出ステップと、各段の半導体チップをボンディングする毎に、ベース部材のボンディング領域の位置とその上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量、又は、ボンディングされた半導体チップの位置とその直上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量を算出し、算出した各位置ずれ量をベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納する位置ずれ量算出ステップと、半導体チップを積層ボンディングした際のベース部材からボンディングされた段の半導体チップまでの位置ずれ量を積算して累積位置ずれ量を算出する累積位置ずれ量算出ステップと、累積位置ずれ量が所定の閾値以上の場合には、位置検出ステップで検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置を累積位置ずれ量だけ補正して次の段のボンディング位置とする位置補正ステップと、補正したボンディング位置に次の段の半導体チップを積層ボンディングするボンディングステップと、を有すること、を特徴とする。
本発明のボンディング方法において、位置補正ステップは、累積位置ずれ量が所定の閾値未満の場合には、位置検出ステップで検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置を位置ずれ量算出ステップで算出したその段の各位置ずれ量だけ補正して次の段のボンディング位置としてもよい。
本発明のボンディング方法において、累積位置ずれ量が所定の停止閾値以上の場合には、ボンディング動作を停止するボンディング停止ステップを有してもよい。
本発明は、積層ボンディングの際に半導体チップが連続的に一方向へ横ずれすることを抑制できる。
実施形態のボンディング装置の構成を示す系統図である。 図１に示すボンディング装置の平面図である。 図１に示すボンディング装置の制御装置の機能ブロック図である。 図１に示すボンディング装置によって半導体チップを積層ボンディングした際の各段の半導体チップの横方向への位置ずれを示す立面図である。 図１に示すボンディング装置の記憶部に格納されている位置データベースのデータベース構造を示す図である。 図１に示すボンディング装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示すボンディング装置の動作を示すフローチャートである。 カメラで撮像した基板のアイランドの画像である。 図８に示すアイランドの上に１段目の半導体チップをボンディングした状態をカメラで撮像した画像である。 図９に示す一段目の半導体チップの上にＮ段目の半導体チップを積層ボンディングした状態をカメラで撮像した画像である。 図１に示すボンディング装置で半導体チップを積層ボンディングした際に、Ｎ段目の半導体チップの累積位置ずれ量が所定の閾値以上の場合の各段の半導体チップの横方向への位置ずれを示す立面図である。 中間段でボンディングを停止した後、ボンディングを再開する際の図１に示すボンディング装置の動作を示すフローチャートである。 ダミーチップを用いてアイランドの各位置及び積層ボンディングされた各段の半導体チップの各位置と、各段の位置ずれ量と、各段の累積位置ずれ量と、をアイランド４１毎に格納した位置データベースを用いて半導体チップの積層ボンディングを行う場合のボンディング装置の動作を示すフローチャートである。
以下、図面を参照しながら実施形態のボンディング装置１００について説明する。図１、図２に示す様に、ボンディング装置１００は、ボンディングステージ１６と、ガントリーレール１５と、ボンディングヘッド１１と、ボンディングノズル１２と、カメラ１３と、制御装置５０とで構成されている。
ボンディング装置１００は、基板４０の複数のアイランド４１の上に複数の半導体チップ２０を積層ボンディングする。以下の説明では、積層ボンディングの積層段を区別する場合には、１段目の半導体チップ、２段目の半導体チップをそれぞれ半導体チップ２１、２２と記載し、Ｎ段目の半導体チップを半導体チップ２０（Ｎ）と表記する。また、積層段を区別しない場合には、半導体チップ２０と表記する。
ボンディングステージ１６は、上面に設けられた２本のガイドレール１７でベース部材である基板４０を両側からガイドすると共に上面に基板４０を吸着固定する。また、ボンディングステージ１６は、内部に基板４０を加熱するヒータが搭載されている。基板４０は、ガイドレール１７にガイドされてＸ方向に搬送される。以下の説明では、基板４０の搬送方向をＸ方向、水平面でＸ方向と直角方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として説明する。
ガントリーレール１５は、ボンディングステージ１６の上方に設けられてＸ方向に移動する。ボンディングヘッド１１はガントリーレール１５にガイドされてＹ方向に移動する。従って、ボンディングヘッド１１は、ボンディングステージ１６の上に吸着固定された基板４０に対してＸＹ方向に移動可能である。
ボンディングノズル１２は、ボンディングヘッド１１に搭載されてボンディングヘッド１１と共にＹ方向に移動する。また、ボンディングノズル１２は、下端に半導体チップ２０を吸着保持するコレットを備え、Ｚ方向に移動可能である。ボンディングノズル１２は、Ｚ方向に移動して先端に吸着固定した半導体チップ２０を基板４０のボンディング領域であるアイランド４１、又はアイランド４１の上にボンディングされた半導体チップ２０の上にボンディングする。
カメラ１３は、ボンディングヘッド１１に搭載されてボンディングノズル１２と共にＹ方向に移動し、基板４０のアイランド４１、或いはアイランド４１の上にボンディングされた半導体チップ２０の画像を撮像する。カメラ１３の光軸１３ｚとボンディングノズル１２のＺ方向中心線１２ｚとは、Ｙ方向にオフセットＡだけ離れている。
ボンディングヘッド１１、ガントリーレール１５、ボンディングノズル１２は、制御装置５０に接続されて制御装置５０の指令によって動作する。カメラ１３は、制御装置５０に接続されており、カメラ１３が撮像した画像データは、制御装置５０に入力される。制御装置５０は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ５１と、動作プログラム、動作データ等を格納する記憶部５２とを含むコンピュータである。
図３に示す様に、制御装置５０は、位置検出部５５と、位置データベース５６と、位置補正部５７と、ボンディング制御部５８の４つの機能ブロックを備えている。位置検出部５５と、位置補正部５７と、ボンディング制御部５８とは、ＣＰＵ５１が記憶部５２の中に格納されている動作プログラムを実行することにより実現される。また、位置データベース５６は記憶部５２によって実現される。
位置検出部５５は、カメラ１３の撮像した基板４０のアイランド４１の画像に基づいてアイランド４１の位置を検出する。又、位置検出部５５は、アイランド４１の上にボンディングされた各段の半導体チップ２０の画像に基づいて、基板４０のアイランド４１の上に積層ボンディングされた各段の半導体チップ２０の各位置を検出する。位置検出部５５は、検出した各位置を後で説明する位置データベース５６の中に格納する。
位置補正部５７は、位置データベース５６を参照しながらボンディング位置を補正して補正後のボンディング位置をボンディング制御部５８に出力する。
ボンディング制御部５８は、位置補正部５７から入力された補正後のボンディング位置に半導体チップ２０をボンディングする。
次に、図４、図５を参照しながら位置データベース５６の構成について説明する。ボンディング装置１００が基板４０の複数のアイランド４１の上に複数の半導体チップ２０を積層ボンディングすると、図１に示す様に、各半導体チップ２０は、Ｚ方向に積層されて積層型半導体装置３０が形成される。半導体チップ２０が正確に積層された場合には、積層型半導体装置３０は基板４０に対して垂直上方に向かって積層される。
しかし、ボンディング装置１００の各部の製造誤差、或いは、ボンディング装置１００の熱変形等により、図４に示す例の様に半導体チップ２０のボンディング位置が横方向にずれてしまう場合がある。図４では１段目の半導体チップ２１は、基板４０のアイランド４１に対してＹ方向マイナス側にΔｙ１だけずれてアイランド４１の上にボンディングされている。同様に２段目の半導体チップ２２は１段目の半導体チップ２１に対してＹ方向マイナス側Δｙ２だけずれてボンディングされている。以下同様に、Ｎ段目の半導体チップ２０（Ｎ）は、Ｎ－１段目の半導体チップ２０（Ｎ－１）に対してＹ方向マイナス側にΔｙＮだけずれてボンディングされている。このように半導体チップ２０の位置がずれてボンディングされた場合、アイランド４１から１段目までの累積位置ずれ量はΔｙ１、２段目までの累積位置ずれ量は、Δｙ１＋Δｙ２、Ｎ段目までの累積位置ずれ量は、
Figure 0007178141000001
 となる。
図５に示す様に、位置データベース５６は、基板４０のアイランド４１の各位置及び積層ボンディングされた各段の半導体チップ２０の各位置と、各段の位置ずれ量と、各段の累積位置ずれ量と、を基板４０のアイランド４１毎に格納したものである。
図５において、（ｘ０，ｙ０）は、位置検出部５５がカメラ１３の撮像した基板４０のアイランド４１の画像に基づいて算出したアイランド４１の中心のＸＹ座標位置を示す。また、（ｘ１，ｙ１）は、位置検出部５５がカメラ１３の撮像した１段目の半導体チップ２１の画像に基づいて算出した半導体チップ２１の中心のＸＹ座標位置を示す。同様に、（ｘＮ，ｙＮ）は、位置検出部５５がカメラ１３の撮像したＮ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の画像に基づいて算出した半導体チップ２０（Ｎ）中心のＸＹ座標位置を示す。
また、（Δｘ１，Δｙ１）は、位置補正部５７が算出した基板４０のアイランド４１の中心座標（ｘ０，ｙ０）と１段目の半導体チップ２１の中心座標（ｘ１，ｙ１）との位置ずれ量を示す。ここで、Δｘ１＝ｘ１－ｘ０、Δｙ１＝y１－ｙ０である。同様に、（ΔｘＮ，ΔｙＮ）は、Ｎ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の中心座標とＮ－１段目の半導体チップ２０（Ｎ－１）の中心座標との位置ずれ量を示し、ΔｘＮ＝ｘ（Ｎ）－ｘ（Ｎ－１）、ΔｙＮ＝y（Ｎ）－ｙ（Ｎ－１）である。
また、累積位置ずれ量は、アイランド４１からＮ段目までの半導体チップ２０の中心位置の位置ずれ量を積算したものである。１段目の半導体チップ２１の累積位置ずれ量は、アイランド４１の中心座標（ｘ０，ｙ０）と１段目の半導体チップ２１の中心座標（ｘ１，ｙ１）との位置ずれ量（Δｘ１，Δｙ１）と同一である。２段目以上のＮ段の累積位置ずれ量は、Ｎ段までの位置ずれ量の積算値であり、
Figure 0007178141000002
 である。
次に図６から１１を参照しながら実施形態のボンディング装置１００の動作について説明する。図６のステップＳ１０１、図８に示す様に、ボンディング制御部５８はカメラ１３の視野６０の中心が基板４０のアイランド４１の中央になるように、ボンディングヘッド１１とガントリーレール１５とを動作させてボンディングヘッド１１をＸＹ方向に移動させる。図８に示す様に、カメラ１３の視野６０の中央にアイランド４１の中央が位置したら、位置検出部５５は、カメラ１３が撮像したアイランド４１の画像を受信する。そして、位置検出部５５は画像を解析してマーク４２，４３の位置を検出し、２つのマーク４２，４３の位置からＸ方向の中心線４１ｘとＹ方向の中心線４１ｙを検出して、２つの中心線４１ｘ，４１ｙの交点としてアイランド４１の中心位置４５のＸＹ座標（ｘ０，ｙ０）を算出する。そして位置検出部５５は、算出したＸＹ座標（ｘ０，ｙ０）を図５に示すように位置データベース５６に格納する。
この場合、位置ずれ量の算出は行わないので、位置補正部５７は、位置データベース５６に格納されたアイランド４１の中心位置４５のＸＹ座標（ｘ０，ｙ０）を１段目の半導体チップ２１の補正後のボンディング位置としてボンディング制御部５８に出力する。
図６のステップＳ１０２において、ボンディング制御部５８は、ＸＹ座標（ｘ０，ｙ０）にボンディングノズル１２のＺ方向中心線１２ｚが来るように、ボンディングヘッド１１をＹ方向にオフセットＡだけ移動させる。ボンディングノズル１２の先端には、中心座標ＸＹがＺ方向中心線１２ｚの位置となるように半導体チップ２０が吸着固定されている。従って、ボンディングノズル１２のＺ方向中心線１２ｚをＸＹ座標（ｘ０，ｙ０）に合わせると、半導体チップ２１の中心位置２１５はアイランド４１の中心位置４５と同一のＸＹ位置となる。そして、ボンディング制御部５８は、ボンディングノズル１２を降下させて１段目の半導体チップ２１をアイランド４１の上にボンディングする。
図６のステップＳ１０３で、ボンディング制御部５８は、カメラ１３の視野６０の中心が半導体チップ２１の中央になるように、ボンディングヘッド１１をオフセットＡだけＹ方向マイナス側に移動させる。位置検出部５５は、カメラ１３から図９に示すように視野６０の中にボンディングされた１段目の半導体チップ２１が入った画像を受信する。そして、位置検出部５５は画像を解析して１段目の半導体チップ２１のマーク２１２，２０３の位置を検出し、２つのマーク２１２，２１３の位置からＸ方向の中心線２１ｘとＹ方向の中心線２１ｙを検出して、２つの中心線２１ｘ，２１ｙの交点として半導体チップ２１の中心位置２１５のＸＹ座標（ｘ１，ｙ１）を算出する。そして位置検出部５５は、算出したＸＹ座標（ｘ１，ｙ１）を図５に示すように位置データベース５６に格納する。
図６のステップＳ１０４において、位置補正部５７は、位置データベース５６に格納されたアイランド４１の中心位置４５のＸＹ座標（ｘ０，ｙ０）とアイランド４１の上にボンディングされた１段目の半導体チップ２１の中心位置２１５のＸＹ座標（ｘ１，ｙ１）との位置ずれ量（Δｘ１，Δｙ１）を算出する。そして、位置補正部５７は、図６のステップＳ１０５において、算出した位置ずれ量（Δｘ１，Δｙ１）を図５に示すように位置データベース５６に格納する。ここで、（Δｘ１，Δｙ１）は、１段目の半導体チップ２１の位置ずれ量であり、Δｘ１＝ｘ１－ｘ０、Δｙ１＝y１－ｙ０である。
図６のステップＳ１０６において、位置補正部５７は、算出した１段目の半導体チップ２１の位置ずれ量を１段目の累積位置ずれ量に設定して図５に示すように位置データベース５６に格納する。
図６のステップＳ１０７において、位置補正部５７は、１段目の半導体チップ２１の中心位置２１５のＸＹ座標（ｘ１，ｙ１）を１段目の半導体チップ２１の位置ずれ量（Δｘ１，Δｙ１）だけ補正して２段目の半導体チップ２２のボンディング位置としてボンディング制御部５８に出力する。
制御装置５０は、図７のステップＳ１０８において、カウンタＮを２に設定し、図７のステップＳ１０９からＳ１１９を繰り返して実行して半導体チップ２０を積層ボンディングしていく。
図７のステップＳ１０９において、ボンディング制御部５８は、図１０に示すように、Ｎ段目の半導体チップ２０（Ｎ）をボンディングする。そして位置検出部５５は、図７のステップＳ１１０において、１段目の半導体チップ２１の場合と同様、カメラ１３が撮像したＮ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の画像を受信し、２つのマーク２０２（Ｎ），２０３（Ｎ）の位置からＸ方向の中心線ＮｘとＹ方向の中心線Ｎｙを検出して、中心位置２０５（Ｎ）のＸＹ座標（ｘＮ，ｙＮ）を算出する。そして位置検出部５５は、算出したＸＹ座標（ｘＮ，ｙＮ）を図５に示すように位置データベース５６に格納する。
図７のステップＳ１１１において、位置補正部５７は、位置データベース５６に格納されたＮ－１段目の半導体チップ２０（Ｎ－１）の中心位置２０５（Ｎ－１）のＸＹ座標（ｘＮ－１，ｙＮ－１）とＮ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の中心位置２０５（Ｎ）のＸＹ座標（ｘＮ，ｙＮ）との位置ずれ量（ΔｘＮ，ΔｙＮ）を算出する。そして、位置補正部５７は、図６のステップＳ１１２において、算出したＮ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の位置ずれ量（ΔｘＮ，ΔｙＮ）を図５に示すように位置データベース５６に格納する。ここで、（ΔｘＮ，ΔｙＮ）は、ΔｘＮ＝ｘＮ－（ｘＮ－１）、ΔｙＮ＝yＮ－（ｙＮ－１）である。
図７のステップＳ１１３において、位置補正部５７は、算出したＮ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の位置ずれ量をＮ－１段目の累積位置ずれ量に加算してＮ段目の累積位置ずれ量を算出して図５に示すように位置データベース５６に格納する。ここで、Ｎ段目の累積位置ずれ量は、
Figure 0007178141000003
 である。
位置補正部５７は、図７のステップＳ１１４でＮ段目の累積位置ずれ量が所定の閾値以上かどうかを判断する。位置補正部５７は、の累積位置ずれ量が所定の閾値未満で図７のステップＳ１１４でＮＯと判断した場合には、図７のステップＳ１１９に進んで、Ｎ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の中心位置２０５のＸＹ座標（ｘＮ，ｙＮ）をＮ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の位置ずれ量（ΔｘＮ，ΔｙＮ）だけ補正して、（ｘＮ+１）＝ｘＮ＋ΔｘＮ、（ｙＮ+１）＝ｙＮ＋ΔｙＮをＮ＋１段目の半導体チップ２０（Ｎ＋１）の補正後のボンディング位置としてボンディング制御部５８に出力して図７のステップＳ１１７に進む。
制御装置５０は、図７のステップＳ１１７でカウンタＮを１だけインクレメントし、図７のステップＳ１１８でＮが全積層数Ｎｅｎｄを越えているかどうか判断する。そして図７のステップＳ１１８でＮＯと判断した場合には、図７のステップＳ１０９に戻り、Ｎ＋１段目の半導体チップ２０（Ｎ＋１）をボンディングする。
このように、累積位置ずれ量が所定の閾値未満の場合に、各段のボンディング後に各段の半導体チップ２０の位置ずれ量（ΔｘＮ，ΔｙＮ）だけボンディング位置を補正して次の段のボンディングを行うので、各段のボンディングのずれ量を抑制することができる。
一方、積層段数が多くなって累積位置ずれ量が所定の閾値以上となり、位置補正部５７が図７のステップＳ１１４でＹＥＳと判断した場合には、位置補正部５７は、図７のステップＳ１１５に進んでＮ段目の累積位置ずれ量が所定の閾値よりも大きい停止閾値以上かどうか判断する。位置補正部５７は、図７のステップＳ１１５でＮＯと判断した場合には、図７のステップＳ１１６に進んで、Ｎ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の中心位置２０５（Ｎ）のＸＹ座標（ｘＮ，ｙＮ）をＮ段目の半導体チップ２０（Ｎ）の累積位置ずれ量
Figure 0007178141000004
 だけ補正してＮ＋１段目の半導体チップ２０（Ｎ＋１）の補正後のボンディング位置としてボンディング制御部５８に出力する。
ボンディング制御部５８は、ＸＹ座標
Figure 0007178141000005
 にボンディングノズル１２のＺ方向中心線１２ｚが来るように、ボンディングヘッド１１をＸＹ方向に移動させる。ボンディングノズル１２の先端には、中心座標ＸＹがＺ方向中心線１２ｚの位置となるようにＮ+１段目の半導体チップ２０（ｎ＋１）が吸着固定されている。従って、ボンディングノズル１２のＺ方向中心線１２ｚをＸＹ座標
Figure 0007178141000006
に合わせると、半導体チップ２０（Ｎ＋１）の中心位置２０５（Ｎ＋１）は、基板４０のアイランド４１の中心位置４５と同一の位置となる。そして、ボンディング制御部５８は、ボンディングノズル１２を降下させてＮ＋１段目の半導体チップ２０（Ｎ）を半導体チップ２０（Ｎ）の上にボンディングする。これにより、図１１に示すように、Ｎ＋１段目の半導体チップ２０（Ｎ＋１）の中心位置２０５（Ｎ＋１）をアイランド４１の中心位置４５に合わせてボンディングすることができる。
このように、半導体チップ２０を積層ボンディングすることにより、図１１に示すように、各段の半導体チップ２０が連続的に一方向へ横ずれして積層された場合でも、積層ボンディングの際に半導体チップ２０が所定の閾値を越えて連続的に一方向へ横ずれすることを抑制できる。
そして、制御装置５０は、図７のステップＳ１１７でカウンタＮを１だけインクレメントし、図７のステップＳ１１８でＮが全積層数Ｎｅｎｄを越えているかどうか判断する。そして図７のステップＳ１１８でＮＯと判断した場合には、図７のステップＳ１０９に戻り、Ｎ＋１段目の半導体チップ２０（Ｎ＋１）をボンディングする。
また、制御装置５０は、図７のステップＳ１１８でＹＥＳと判断した場合には、ボンディング動作を終了する。
また、位置補正部５７は、図７のステップＳ１１５でＹＥＳと判断した場合には、図７のステップＳ１２０に進んでボンディング制御部５８にボンディング停止指令を出力する。ボンディング制御部５８は、ボンディング停止指令が入力されたらボンディング動作を停止する。これにより、積層ボンディングの際の異常な傾きを検出してボンディング装置１００を停止することができる。
ボンディング装置１００は、以上説明したように半導体チップ２０を基板４０の複数のアイランド４１において積層ボンディングする際に、各アイランド４１の各位置及び積層ボンディングされた各段の半導体チップ２０の各位置と各段の位置ずれ量とを基板４０のアイランド４１毎に位置データベース５６に格納し、この位置データベース５６を参照しながら各アイランド４１における半導体チップ２０の各段のボンディング位置を補正する。
これにより、アイランド４１によって位置ずれ量の方向、大きさにばらつきがあった場合でも、アイランド毎に適切なボンディング位置の補正を行うことができる。
次に、図１２、図１３を参照して全積層数Ｎｅｎｄより少ない中間段のＭ段まで、積層ボンディングを行った後にボンディングを中止して、半導体チップ２０が積層された基板４０をボンディングステージ１６から取り出して検査を行った後、再度、基板４０をボンディングステージ１６に吸着固定してＭ＋１段目から積層ボンディングを再開する場合の動作について説明する。
Ｍ段目までの積層ボンディングは、図６，７に示すフローチャートに示す動作によって行われている。このため、位置データベース５６には、アイランド４１の位置及び積層ボンディングされた１段目からＭ段目までの各段の半導体チップ２０の各位置と各段の位置ずれ量と、１段目からＭ段目までの各段の累積位置ずれ量が格納されている。
位置検出部５５は、図１２のステップＳ２０１でボンディングが再開されると、図１２のステップＳ２０２に示すように、１段目の半導体チップ２１の場合と同様、カメラ１３が撮像したＭ段目の半導体チップ２０（Ｍ）の画像を受信し、２つのマーク２０２（Ｍ），２０３（Ｍ）の位置から中心位置２０５（Ｍ）のＸＹ座標（ｘＭ，ｙＭ）を算出する。そして位置検出部５５は、算出したＸＹ座標（ｘＭ，ｙＭ）を図５に示すように位置データベース５６に格納する。この際、位置検出部５５は、ボンディング中止前に図７のステップＳ１１０で検出したＭ段目の半導体チップ２０（Ｍ）のＸＹ座標（ｘＭ，ｙＭ）を書き換えて更新する。
位置補正部５７は、図１２のステップＳ２０３に示すように、位置データベース５６に格納しているＭ段目までの中間累積位置ずれ量をＭ段目の半導体チップ２０（Ｍ）のＸＹ座標（ｘＭ，ｙＭ）に加えて、Ｍ＋１段目の半導体チップ２０（Ｍ＋１）の補正後のボンディング位置を
Figure 0007178141000007
 のように算出して、ボンディング制御部５８に出力する。
そして、制御装置５０は、図１２のステップＳ２０４でカウンタＮをＭ＋１にセットして図７のステップＳ１０９に進んで、Ｍ＋１段目の半導体チップ２０（Ｍ＋１）のボンディングを行う。
その後、制御装置５０は、図７のステップＳ１０９からＳ１１９を繰り返して実行して半導体チップ２０を積層ボンディングし、全積層数Ｎｅｎｄまでのボンディングが終了したら、ボンディング動作を停止する。
以上説明したように、ボンディング装置１００は、中間段のＭ段まで積層ボンディングを行った後、Ｍ＋１段目から積層ボンディングを再開する場合に、Ｍ＋１段目の半導体チップ２０（Ｍ＋１）の中心位置２０５（Ｍ＋１）をアイランド４１の中心位置４５に合わせてボンディングすることができる。このため、ボンディングを中止して基板４０をボンディングステージ１６の上から取り外した後、基板４０を再セットしてボンディングを再開する際に、半導体チップ２０が一方向へ横ずれした状態をリセットでき、ボンディング再開後に半導体チップ２０が大きく横ずれしてしまうことを抑制することができる。
また、位置データベース５６は、全てのアイランド４１の上にボンディングされた各半導体チップ２０の１段目からＭ段目までの各段の半導体チップ２０の各位置と各段の位置ずれ量と、１段目からＭ段目までの各段の累積位置ずれ量が格納されている。このため、同一のボンディング装置１００ではなく、別のボンディング装置１００でＭ＋１段目以降の積層ボンディングを行う場合でも、ボンディング再開後に半導体チップ２０が大きく横ずれしてしまうことを抑制することができる。
次に、ボンディング装置１００において、ガラス等で構成されたダミーチップを用いて試験ボンディングを行った後、半導体チップ２０をボンディングする場合について説明する。
この場合、制御装置５０は、図６のステップＳ１０１から図７のステップＳ１０８を実行した後、図７のステップＳ１０９からＳ１１９を連続して実行してＮｅｎｄ段目までダミーチップを積層し、各アイランド４１の各位置及び積層ボンディングされた各段の半導体チップ２０の各位置と、各段の位置ずれ量と、各段の累積位置ずれ量と、をアイランド４１毎に位置データベース５６に格納する。
そして、半導体チップ２０を積層ボンディングする際には、各段の位置ずれ量と、各段の累積位置ずれ量との算出を行わず、図１３のステップＳ３０１，３０３に示すように、アイランド４１の位置及び各段の半導体チップ２０の各位置の検出を行い、図１３のステップＳ３０４のように検出した各位置を位置データベース５６に格納した各段の位置ずれ量だけ補正して次の段の補正後のボンディング位置として各段の積層ボンディングを行うようにしてもよい。
この場合、各段の位置ずれ量と、各段の累積位置ずれ量との算出を行わないので、半導体チップ２０が連続的に一方向にずれることを抑制しつつ、高速に積層ボンディングを行うことができる。
さらに、ダミーチップを用いた試験ボンディングにより補正量を取得して半導体チップ２０を積層ボンディングした後に全て又は一部のアイランド４１への実装行い、各段の位置ずれ量、累積位置の位置ずれを測定してもよい。この場合、積層ボンディングの測定値を試験ボンディングで得た補正量にフィードバックすることができる。これにより、熱や経時変化によるステージやガントリーレール１５の歪みなどの影響を小さくして、より精度の良い積層ボンディングを行うことができる。
以上説明したように、実施形態のボンディング装置１００は、積層ボンディングの際に半導体チップ２０が連続的に一方向へ横ずれすることを抑制できる。
以上の説明では、ボンディング装置１００は、基板４０のアイランド４１の上に半導体チップ２０を積層ボンディングすることとして説明したが、これに限らず、ウェーハに形成された複数のベースチップの上に半導体チップ２０を積層ボンディングすることにも適用することができる。
また、以上の説明では、ボンディングヘッド１１をガイドするレールをガントリーレール１５であると説明したが、ガントリーレール１５は、一例であり、例えばガイドレール１７の両端が固定されていてもよい。この場合、一方向のみにボンディングヘッド１１が駆動し、これと直交する方向にステージが駆動する構成とすることができる。また、ガイドレール１７は、ガントリー形状でなくても用いることができる。
１１ ボンディングヘッド、１２ ボンディングノズル、１２ｚ Ｚ方向中心線、１３ カメラ、１３ｚ 光軸、１５ ガントリーレール、１６ ボンディングステージ、１７ ガイドレール、２０，２１，２２ 半導体チップ、２１ｘ，２１ｙ，４１ｘ，４１ｙ 中心線、３０ 積層型半導体装置、４０ 基板、４１ アイランド、４２，４３ マーク、４５ 中心位置、５０ 制御装置、５１ ＣＰＵ、５２ 記憶部、５５ 位置検出部、５６ 位置データベース、５７ 位置補正部、５８ ボンディング制御部、６０ 視野、１００ ボンディング装置。

Claims (8)

  1. ベース部材の複数のボンディング領域の上にそれぞれ複数の半導体チップを積層ボンディングするボンディング装置であって、
    前記ベース部材の各ボンディング領域の各位置及び前記ベース部材の各ボンディング領域の上に積層ボンディングされた各段の半導体チップの各位置を検出し、検出した各位置のデータを前記ベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納する位置検出部と、
    前記位置データベースを参照しながらボンディング位置の補正を行い、補正後のボンディング位置を出力する位置補正部と、
    前記位置補正部から入力された補正後のボンディング位置に基づいて半導体チップのボンディングを行うボンディング制御部と、を備え、
    前記位置補正部は、
    各段の半導体チップをボンディングする毎に、前記ベース部材のボンディング領域の位置とその上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量、又は、ボンディングされた半導体チップの位置とその直上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量を算出し、算出した各位置ずれ量を前記ベース部材のボンディング領域毎に前記位置データベースに格納し、
    半導体チップを積層ボンディングした際の前記ベース部材からボンディングされた段の半導体チップまでの位置ずれ量を積算して累積位置ずれ量を算出し、
    前記累積位置ずれ量が所定の閾値以上の場合には、前記位置検出部で検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置を前記累積位置ずれ量だけ補正して補正後のボンディング位置として出力し、
    前記ボンディング制御部は、前記位置補正部から入力された補正後のボンディング位置に次の段の半導体チップのボンディングを行うこと、
    を特徴とするボンディング装置。
  2. 請求項１に記載のボンディング装置であって、
    前記位置補正部は、前記累積位置ずれ量が所定の閾値未満の場合には、前記位置検出部で検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置をその段の各位置ずれ量だけ補正して次の段のボンディング位置として出力すること、
    を特徴とするボンディング装置。
  3. 請求項１又は２に記載のボンディング装置であって、
    前記位置補正部は、前記累積位置ずれ量が所定の停止閾値以上の場合には、前記ボンディング制御部にボンディング動作を停止する停止指令を出力し、
    前記ボンディング制御部は、前記位置補正部から前記停止指令が入力された場合に、ボンディング動作を停止すること、
    を特徴とするボンディング装置。
  4. 請求項１又は２に記載のボンディング装置であって、
    前記位置補正部は、中間段まで積層ボンディングした状態でボンディングが中止され、前記ベース部材が取り外された後、再度、前記ベース部材がセットされた場合に、
    前記位置データベースを参照しながら前記ベース部材から中間段の半導体チップまでの各位置ずれ量を積算して中間累積位置ずれ量を算出し、
    ボンディングを中止する直前にボンディングされた段の半導体チップの各位置を算出した前記中間累積位置ずれ量だけ補正して補正後のボンディング位置として出力すること、
    を特徴とするボンディング装置。
  5. 請求項１又は２に記載のボンディング装置であって、
    前記ベース部材の各ボンディング領域の上にそれぞれ複数のダミーチップを積層ボンディングし、
    前記位置検出部は、前記ベース部材のボンディング領域の各位置及び前記ベース部材の各ボンディング領域の上に積層ボンディングされた各段のダミーチップの各位置を検出し、検出した各位置のデータを前記ベース部材のボンディング領域毎に前記位置データベースに格納し、
    前記位置補正部は、前記ベース部材のボンディング領域の位置とその上にボンディングされたダミーチップの位置との間の位置ずれ量、又は、ボンディングされたダミーチップの位置とその直上にボンディングされたダミーチップの位置との間の位置ずれ量を算出し、算出した各位置ずれ量を前記ベース部材のボンディング領域毎に前記位置データベースに格納し、
    前記位置データベースに基づいて半導体チップを積層ボンディングする際の各段のボンディング位置を補正すること、
    を特徴とするボンディング装置。
  6. ベース部材の複数のボンディング領域の上にそれぞれ複数の半導体チップを積層ボンディングするボンディング方法であって、
    前記ベース部材の各ボンディング領域の各位置及び前記ベース部材の各ボンディング領域の上に積層ボンディングされた各段の半導体チップの各位置を検出し、検出した各位置のデータを前記ベース部材のボンディング領域毎に位置データベースに格納する位置検出ステップと、
    各段の半導体チップをボンディングする毎に、前記ベース部材のボンディング領域の位置とその上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量、又は、ボンディングされた半導体チップの位置とその直上にボンディングされた半導体チップの位置との間の位置ずれ量を算出し、算出した各位置ずれ量を前記ベース部材のボンディング領域毎に前記位置データベースに格納する位置ずれ量算出ステップと、
    半導体チップを積層ボンディングした際の前記ベース部材からボンディングされた段の半導体チップまでの位置ずれ量を積算して累積位置ずれ量を算出する累積位置ずれ量算出ステップと、
    前記累積位置ずれ量が所定の閾値以上の場合には、前記位置検出ステップで検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置を前記累積位置ずれ量だけ補正して次の段のボンディング位置とする位置補正ステップと、
    補正したボンディング位置に次の段の半導体チップを積層ボンディングするボンディングステップと、を有すること、
    を特徴とするボンディング方法。
  7. 請求項６に記載のボンディング方法であって、
    前記位置補正ステップは、前記累積位置ずれ量が所定の閾値未満の場合には、前記位置検出ステップで検出した直前にボンディングされた段の各半導体チップの各位置を前記位置ずれ量算出ステップで算出したその段の各位置ずれ量だけ補正して次の段のボンディング位置とすること、
    を特徴とするボンディング方法。
  8. 請求項６又は７に記載のボンディング方法であって、
    前記累積位置ずれ量が所定の停止閾値以上の場合には、ボンディング動作を停止するボンディング停止ステップを有すること、
    を特徴とするボンディング方法。
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