JPH02244649A

JPH02244649A - 整列／接合装置及び方法

Info

Publication number: JPH02244649A
Application number: JP1281599A
Authority: JP
Inventors: Zvi Bendat; ジヴィ　ベンダット; David A Leggett; ディヴィッド　エイ　レギット
Original assignee: A O Inc
Current assignee: A O Inc
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1990-09-28
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: FR2638538A1; JPH0628272B2; FR2638538B1; US4899921A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、表面同志を正確に整列しそし７て接合する方
法及び装置に係り、より詳細には、集積回路ウェハ又は
チップとパターン化された基体とを整列しそして接合す
る方法及び装置に係る。

従来の技術特に、Ｖ　ＬＳ　Ｉ回路素子の場合のように、パターン
が極微であるか又はそれに近いような電子装置を形成す
る際には、互いに接合される表面同志を正確に整列する
ことに関心が持たれている。

本発明の特徴及び技術は、対向する表面を正確に整列し
なければならない用途において有用であると考えられる
が、ここでは、集積回路装置の製造、特にｖ　ｔ、　ｓ
　ｉ装置の製造について説明する。回路素子や導体や接
続点のサイズが急激に小さくなるにつれて位置的な整列
の問題がま４ます重大なものとなる。

特に、集積回路の製造においては、２つの部分間に正確
に整列した接合部を得ることが必要である。１ユ記２つ
の部分の一方は、小さな半田や、エポキシやインジウム
のバンプが形成される集積回路ウェハ又は個々のチップ
である。上記２つの部分の他方は、集積回路チップへの
電気的な接続部として使用される小さなパッド又は導体
のパターンを備えたパターン基体であるか、又は別のＶ
・導体ウェハ、集積回路或いは積層されるべき回路部品
のパターン化された表面である。ここで、そのＩ一部に
なるものをグイと称し、そしてぞの下部となるものを基
体と称する。上記バンプとは、パターン基体ブに、２つの表面が正確に整列された後にダイをＰめ選択
された点まで溶融するのに用いられるものである。上記
の接合は、通常、熱、圧ツバ又は超音波振動の１つ又は
それ以１−を用いることによる既知の方法によって行わ
れる。

整列を行うための幾つかの公知方法又は装置によれば、
２つの部分はそれらが充分に離間されている刑に位置設
定され、その後、その一方が他方に接触するように著し
い距離だけ移動される。

別の装置により、２つの素子を基準マー・グ（５対して
接合するように位置設定し、それらを互いに向かって移
動して接合する。しかしながら、このような解決策では
、接合されるべき領域が非常に小さく、例えばミクロン
単位で設定されるような時に表面同志が不整列になるお
それを招く。表面を移動する距離が大きいほと、装置で
加Ｔ−される部分における最少の不正確さによって生じ
る整列エラーが大きなものとなる。本発明の譲受人から
入手できる装置は、幾つかの半導体が赤ダ線を透過する
という利点を用い、基体−■−に置いたダイに赤外線を
照射してビデオ像を形成するものである。

これは、一方の部分が赤外線を透過するときには良好に
機能する。しかし、その部分、即ち１一方の部分は、−
にの部分を通して下の面を見えないようにする“曇り硝
ｆ・′″型の拡散を回避するために光沢面を持たねばな
らない。もう１つの提案された装置はＩ一部を見おろす
もので、オペレータ又は電気的な検出器は、その実際の
接続点ではないその輪郭とそのＦの基体との正しい整列
に注１−１するものである。これは、接触点が接合のた
めに正しく配置されたということを仮定するに過ぎず、
現在知られている多くの装置の場合と同様に、表面同志
が平行であるという指示を与えるものではない。

平行が不充分であったり、整列が不充分であったり或い
はその両方である場合には、必要な電気的接続が得られ
ないか又は誤った接続が生じるので、チップ及び基体の
表面が接触され′Ｃまだ接合されていないときに接続が
所望通りのものであるかどうかを判断するために、組立
られている装置の接続部に電流を通しそしてその出力を
測定するようにして常時チエツクが行オ）れる。これは
時間がかかると共に、使用できる接続部を通して接合さ
れている部分に電流を通す作用がどのようなものである
かを理解しなければならない。

特許文献には、ビームリード集積回路装置と、この装置
が取付けられるＰ　Ｃボードのような離間された基体と
の合成光学像を形成することが提案されている。ビーム
リードＩＣとボードとの間に光学的な造影構成体が導入
される。光学系により、表面の像が、顕微鏡によって観
察されるように配置されたミラーへ送られる。顕微鏡を
通して合成像を観察することにより整列がチエツクされ
る。

しかしながら、合成像の精度を確保するように、一方の
像と他方の像との相対的な倍率や輝度やコントラストを
調整することができない。装置及び基体は比較的大きな
もので、接合すべき面積も大きい。顕微鏡を連続的に使
用して整列状態を観察することは、スクリーン−にに見
やすく表示された大きな像を観察する場合よりも望まし
くない。

発明が解決しようとする課題公知の合成像形成装置は、接合されるべき表面の部分部
分を検査することができず、全表面の濃度しか検査でき
ないことがしばしばである。更に、これらの装置は、平
行状態についてのチエツクを示唆するものではない。

課題を解決するための手段本発明によれば、整列／接合装置は、至近離間されたダ
イ及び基体の表面についての非常に拡大され、容易に観
察できそして重畳されノ巳合成ビデオ像を形成すること
により、これらの至近離間された表面の正確な接合を果
たす。このＥｌ的で設けられている２つの表面又は基準
表面から反射される基準マーク像を整列させることによ
り、同じビデオスクリーンを用いて１１１行状態を得る
ことができる。

整列／接合袋Ｗｚは、接合されるべき表面の整列部分を
検査するために１つの位置から別の位置／＼移動するこ
とのできる光学プローブを有している。各々の対向する
表面は、像を形成するためのそれ自身の個々の光源によ
って光が当てられる。

その各々はそれ自身のビデオカメラを有している。

合成されたビデオ像においては、輝度やコントラストと
いったビデオの特性を調整するか、又は表面の光源から
の光度レベルを制御するかのいずれかにより各々の表面
像を個々に調整することができる。更に、整列／接合装
置は、対物レンズの１つについての支持体を直行するＸ
及びｙ方向と回転Ｏ方向とに移動ｔ″ることにより、正
確にパターン化されたダイ及び基体の表面を所望の整列
伏熊にもっていくように制御される。表面の平行状態を
得るための調整可能な支持体の傾斜角φ及びψの調整は
、接合されるべきダイ及び基体表面又は基準表面に投影
されそしてそこから反射される基準マークの重畳ビデオ
像を観察することによって行われる。

整列のために重畳される表面像の相対的な倍率は、プロ
ーブから表面までの距離を調整することによって若干変
えることができる。光学軸に沿ってダイ及び基体の表面
に垂直方向に光を当てることにより、光の影ができるの
が排除され、表面の整列を迅速且つ容易に行うことがで
きる。

本発明による装置の好ましい実施例においては、接合し
ようとする表面間で移動するための細い引っ込め可能な
光学プローブを含む光学システムとビデオシステムとを
組み合わせたことによりボ１記の動作が可能となる。ダ
イ及びパターン化基体は支持体に固定され、接合される
べき表面が僅かな距離能れて互いに対向するように配置
される。

装置の光学プローブは支持体間の位置へ移動される。ダ
イ及び基体の対向する表面又は対向する基準表面に投影
される基準マーク像のビデオ表示は、ビデオモニタにお
いて観察されて一致するようにもっていかれる。これは
、プローブ上の２つの対物レンズのうちの第１の対物レ
ンズを用いて光学系により行われる。オートコリメータ
により、例えばクロスヘア又はクロスヘアレチクルが映
し出され、基準像が形成される。これらは個々の光学経
路に沿って向けられそして対物レンズによって対向面に
向けられる。対物レンズは、表面間に対角方向に傾斜し
た反射面を持つミラーである。これらの対向面から装置
のプローブ及び光学系に定められた光学経路に沿って反
射されると、個々のビデオカメラは基準マーク像を受け
取る。ミキサによりビデオ像が合成され、モニター■−
に表示される。基準マーク像は、モニター１−で重畳さ
れたビデオ像が一致するときに接合面の平行状態を支持
する。

接合されるべきダイ及び基体の点を整列するために、光
学プローブがここで若干移動されて第２の対物レンズが
ダイと基体との間にもっていかれる。ここで、１対の光
照射器を使用し、表面を観察するのに用いるための像形
成光学路の軸に沿ってダイ及び基体の対向面に光が送ら
れる。上記対物レンズは、立方体ミラーであって、その
傾斜した反射面は表面に光を向ける２面ミラーを形成し
、対向面の１部分の像を受け取る。プローブ及び光学系
の像形成光学経路は、ダイ及び基体表面の像をビデオシ
ステムの２つのテレビジョンカメラに向ける。混合回路
及びモニタは、オペレータが観察するためにダイ及び基
体表面の１部分の像を重畳させる。プローブを動かすこ
とによっである位置から別の位置へと動かしながら、オ
ペレータは、支持体の相対的な位置を直線方向及び斜め
に調整して接合されるべき各々の表面を正確に整列させ
るように調整を行う。オペレータは、整列及び平行状態
が満足されると、光学プローブを引っ込める。一方の表
面が他方に接触するに必要な僅かな距離だけ移動される
と、例えば、熱、圧力及び／又は振動といった従来の手
段により、接触点が接合される。プローブは細いので、
ダイと基体との間隔を比較的小さくすることができ、表
面同志を接合するに必要な移動が最少とされ、ダイ及び
基体を互いに向けて移動するときに介入する横カ行の移
動のおそれが低減される。

好ましくは、装置の設定中に、表面同志を正確に接合で
きるようにするために、」一部支持体と下部支持体又は
チャックが平行となるように校正が行われる。顕微鏡の
光学系、光照射器及びオートコリメータを含む校正ユニ
ット又はブリッジが使用される。ターゲットとなるレチ
クルマウントはＦ部支持体の上に配置される。Ｆ部のタ
ーゲットレチクルと、マウント」−に付けられる上位の
透明なターゲットレチクルは、オートコリメータ及び光
照射器の各々を用いてターゲットレチクル像の一致を得
ることにより、平行状態を確立するように光学系によっ
て観察される。

実施例本発明、その目的及び更に別の特徴を良く理解するため
に、添付図面に示された好ましい実施例を以下に詳細に
説明する。

第１図は、フリップチップ式の整列／接合装置の所望の
動作を簡単に示すものである。ここでダイと称する半導
体材料のウェハ即ちチップ１２は、エツチング又はその
他の方法で形成されたパターンを支持しており、これは
細いインジウム、エポキシ又は半１１バンプ１７を有し
ている。一般的に１４で示されたピボット支持体即ちキ
ャリアは、ダイ１２を保持する。ダイ１２が接続される
べき基体１３は、参照番号１１で一般的に示された更に
別の支持体に固定される。基体は、典型的に、バンプ１
７の位置においてダイ−Ｌのパターンに整列されて電気
的に接続されねばならない導体又はバッド１８のパター
ンを支持する。バンプはこの目的で設けられている。ダ
イを位置固定できるようにするために、キャリアは枢着
式のものであり、第１図に仮想線で示されたようにその
グイ支持面が上方を向いて操作することのできる位置か
ら、接合されるべき部品の表面を互いに接近させるため
に必要とされるようにダイの支持表面が下方を向く位置
までフリップすることができる。

ダイ及び基体を整列するのに用いる装置は、位置的なエ
ラーが介入しないように入念に設計しなければならない
。しかし、非常に大規模な集積回路の場合、接合される
べき素子のサイズが小さくて、しばしばその幅が数ミク
ロンとなるので、整列ずれのおそれが甚だしいものとな
る。整列のために位置設定した後に対向する部品の相対
的な移動量が大きいほと、部品を接合するときに生じる
不整列のおそれが大きくなる。

第２図に概略的に示すように、本発明による整列／接合
装置２０は、ここで」一部及び下部支持体２２及び２３
と称する１対のチャックを有しており、その上にダイ１
２と基体１３とが保持される。ダイ１２及び基体は第１
図に示すようなものである。手動制御式の高精度位置調
整手段は、Ｆ部支持体の位置駆動装置２４を備えており
、これは、ＣＰＵ２５及び手動のジョイスティック制御
器２５ａから制御される通常のＤＣモータドライブ（個
々には図示せず）である。位置駆動装置２４は、支持体
２２及び２３の対向する支持表面に一般的に平行な直交
するＸ及びｙ方向と、支持表面に平行な回転Ｏ方向と、
傾斜角φ及びφと、支持体の面に直角なＺ方向とにおい
て下部支持体２３の手動制御式位置調整を与える。整列
／接合装Ｒ２０の制御器２５ａを用いると、φ及びψ方
向における支持体２３の相対的な調整により、ダイ及び
基体表面間に正確な平行状態を達成できると共に、ダイ
及び基体上の点の位置を相対的なＸ、ｙ及びＯ移動によ
って整列することができる。同様に、Ｚ方向における支
持体の相対的な移動により、例えば５例示的なダイ及び
基体のダンプ及び導体のような整列領域において両方の
表面を互いに近づけて、通常通りに、圧力熱振動又はこ
れらの組み合わせを用いて接合することができる。チッ
プと基体とが接触したときを判断しそして接合中にダイ
と基体との間に加えられる圧力を監視することのできる
ロードセル１２５が設けられている。

光学及びビデオの複合ユニット２Ｇは、引っ込み可能な
光学プローブ２８と、それに関連した光学系２９と、光
源３０と、１対のビデオカメラ３２及び３３とを有して
いる。以下で詳細に述べるように、カメラ３２は、光学
系２９及びプローブ２８を経て基体１３の表面を観察し
、そしてカメラ３３は光学系及びプローブを経てダイ１
２の表面を観察する。既知の同期回路３４を使用して、
２つのカメラ３２及び３３のスイープが同期される。カ
メラ３２の基体表面像ビデオ信号と、カメラ３３のグイ
表面像ビデオ信号は、各々、それら自身の個々のビデオ
信号回路コ３５及び３Ｇに送られ、そして既知の混合回
路３８に送られ、該回路においてこれらの信号が合成さ
れて、ダイ及び基体表面の対向する領域の合成像がビデ
オモニタ４０に単一一・の表示として重畳される。

駆動装置４１は光学及びビデオユニット２６に接続され
、該ユニットは、プローブ２８がダイと基体との間にあ
る位置に対して移動される。又、駆動装置４１は、光学
及びビデオユニットの位置を調整するようにも働き、対
向するダイ及び基体の表面の種々の部分を観察するよう
にプローブ２８を移動できるようにする。

最初に、■一部支持体２２は、第１図に仮想線で輪郭が
示された位置に対してフリップされていて、そのダイ支
持面が上を向くようになっている。

支持体２２は、進行チャンバ９２を形成するように若干
離間された第１及び第２のプレート９０及び９１を備え
ている。真空供給ライン９３は通路９４を経てチャンバ
９２に電通している。ダイ１２は、プレート９０を通し
て開いている穴９５を覆うように配置され、真空源（図
示せず）からライン９３によって加えられる真空によっ
て保持される。

下部チャック即ち支持体２３は、↑一方に駆動すること
のできるピストン状の回転Ｊ二昇体９６を備えており、
これは基体１３のための」を部支持面９７を有している
。この」二昇体及びそれに関連した構造体は、第７図及
び第８図を参照して以ｔ°に詳細に述べる。真空通路９
８は、上面９７の中心を通して開いていて、真空源（図
示せず）によって接続された真空ライン９９によって作
用を受ける。基体１３は、通路９８の真空開［−１を中
心として配置され、ライン９９及び真空源から加えられ
る真空によってそこに保持される。

ダイか位置保持された状態で、−１−而２２が）＋″１リップされてダイを下方に向ける。支持体２２は、下部
支持体２３上に位置するように移動され、そこにし２つ
かりとクランプされる。

光学位置駆動装置４１は、支持体間にプローブ２８を挿
入するように制御器２５ａを用いて作動される。制御器
２４を用いて平行状態を得るようにダイ及び基体の相対
的な傾斜度を調整し、その後、位置駆動装置２４を用い
てφ及びψ方向に移動する動作を第３図及び第４図につ
いて説明する。第３図及び第４図は整列／接合装置の光
学及びビデオユニット２６を詳細に示している。平行状
態を確立するために、光照射システムは２つのオートコ
リメータ７０及び７１を用いている。ここからのコリメ
ートされた光の経路には、１対のクロスヘア７４及び７
５がある。これらの交差する直交線の像は、基体及びダ
イの表面に投影されるか、又はチップ及び基体表面の性
質がクロスヘア像の反射に適さないときにはその目的で
設けられた基準面に投影される。クロスへ７７４の像は
、基体１３の表面に投影されるか、又はビームスプリッ
タ７７、チューブ８３のレンズ８０、直角プリズム８６
の４５度の斜めの反射外面、及びダイ及び基体表面に対
向した物体である４５度のミラー８９を経て平行な基準
表面に投影される。クロスへ７７５の像は、ビームスプ
リッタ７８、レンズ８１．４５度のミラー８７として働
く直角プリズム、及び４５度のミラー８９を経てダイ１
２の表面（又は平行な基準表面）に投影される。クロス
へ７７４の像は、ミラー８９の面から、プリズム８６の
４５度ミラー面、コリメートレンズ８０及びビームスプ
リッタ７７を経て、直角プリズム９０の４５度反射面、
ビームスプリッタ６０、直角プリスム６３の４５度反射
面、そしてビデオカメラ３２へ返送される。クロスへ７
７５の像は、基体１３の表面又は基準表面から、ミラー
８９のＦ方を向いた４５度反射而、プリズム８７の４５
度ミラー而、レンズ８１、ビームスプリッタ７８、レン
ズ９１、直角プリズム９２及びビームスプリッタ６１を
経てカメラ３３へ返送される。基体からカメラ３３へ至
る光線部は、重畳されるビデオ像の関係を修正するため
に、ダイからカメラ３２へ至る光線部の単一レンズだけ
ではなくて、クロスヘア像を送るためのレンズ対を使用
している。

更に別のレンズは、ダイ及び基体の対向表面が平行とな
るときに対応するビデオ像部分が整列し、そしてモニタ
」−の２つのクロスヘアビデオ像を一致させるように支
持体２３の傾斜を調整することによりダイの表面と基体
の表面とが平行となるように、像を反転させる。

第６図には、２つのクロスヘアレチクル７４及び７５の
重畳されたビデオ像７４′及び７５″が示されている。

ダイ及び基体の対向する表面の一方と他方とのφ方向に
おける傾斜角度がΔφとして示されている。これら２つ
の対向する表面の一方と他方とのψ方向における傾斜角
度はΔψとして示されている。これらの表面は、２つの
像７４′　と７５″が一致するときに平行となる。従）
で、整列／接合装置のオペレータは、位置制御器２４の
φ及びψ調整位置設定校１１ミを用いて、像７４゛及び
７５″　を一致させるようにする。

第２ａ図に示すように、基体１：３の表面がクロスヘア
像の反射に適したものでないときには、基体表面に平行
となるように加工及び光沢仕上げされ且つ反射性にされ
た持ち上がった基準表面９７ａを設けて、クロスヘア像
を反射し平行状態を確立するようにすることができる。

同様の整列表面（図示せず）をプレート９０において基
準表面９７ａの真上に設けて、残りのクロスヘア像を反
射するようにすることができる。ダイ及び基体のサイズ
及び形状に基づいて、サイズ及び形状によっては、適当
な表面は整列／接合装置の支持体２２又は２３の表面に
平行に保持されるようにそのいずれか又はその両方に対
するホルダを調整することが必要となる。この場合は、
ホルダ自体を、必要な基準面を形成するように加工及び
光沢仕１−げすることができる。

平行状態が確保されると、オペレータは制御器２５ａを
用いた整列調整モードに切り換わる。

オペレータは、光学式の位置移動装置４１を用いて、第
２の対物レンズ５８をグイと基体との間に持っていく。

整列／接合装置２０のオペレータは、１対の光照射器７
０及び７Ｉを用いて対向する表面に光を導くようにする
と、互いに接合されるべき２つの表面の領域をモニタ４
０−■−で観察することができる。下部支持体の位置制
御駆動装置２４により、オペレータは、接合されるべき
表面の小さな形状部、即ちＪユ記例ではバンプ及びパッ
ドを整列することができる。オペレータは、モニタを見
ながら、ｘ、ｙ及びＯを調整する。独立した光照射器７
０及び７１と、独−γした移動回路３５及び：３６とに
より、重畳される像の各々をその強度、輝度及びコント
ラストについてオペレータが合成像を最も良く認知でき
るように別々に調整することができ、あるいは必要に応
じて特定の形状物を一時的に観察するようにその像の回
路３５又は３６において輝度を減少することにより重畳
される像の一方又は他方を除去することができる。第２
図に駆動装置４１として一般的に示された光学式の位置
設定構成体と、制御器２５ａのジョイスティックとを用
いて、オペレータは、ビデオ像４０ａにおいて示された
ように、チップ及び基体の対向する表面の整列された領
域を調べるようにプローブ２８を動かし、やがてオペレ
ータは、ｘ、ｙ及びＯ方向において対向する表面を横切
って接合されるべき多数の小さな接触点の整列が満足さ
れるようになる。整列状態を更に容易に］］で確かめる
ために、例えばマイクロメータ式の調整によりＺ方向に
おいてチップ及び基体表面に対するプローブ２８の位置
を調整することにより、２つの重畳像の相対的な倍率を
調整することができる。

接合されるべき対向表面の移動像を形成する目的で、上
記したように、１対の光照射器４２及び４３は、第４図
に示された１対のビームスプリッタ４５及び４６と、１
対のボロスコープ５１及び５２におけるレンズ４８及び
４９の対と、４５度の全反射ミラーとして働く反射性の
斜面を有する直角プリズム５５及び５６と、第２の対物
レンズである１′！、体ミラー５８どを経て表面に光を
投影する。立体ミラー５８は、実際には、２而ミラーで
あり、その反射面はチップ及び基体の表面に対して４５
度で傾斜しＣいる。光の当てられた表１ｍの像は、４体
ミラー５８、プリズム５５及び５６、ボロスコープ５１
及び５２のレンズ４８及び４９、ビームスプリッタ４５
及び４６．１１体ビームスプリッタ６０及び６１の対を
経て、ビデオカメラ：３２及び３３へ返送され、基体の
像は１つの更に別のミラー６３から反射されてこの像が
反転され、それにより生じる２つのビデオ像は、対応す
る像位置に整列された表）ｎｉ位置と重畳するのに適し
た関係にされる。

第５図は立体ミラー５８を明確に示している。

このミラーの各軸はｌｏｍｉｎである。この立体ミラー
は、エポキシで接合された２つの直角プリズムで形成さ
れ、それらの斜面５８ｈは反射性どなるようにコーティ
ングされている。この１″１．体ミラーは、その面５９
に入る光を９０度転向し、基体１３の表面に光を当てる
と共に、その面５９″に入る光を同様に転向し、チップ
１２の表面に光を当てるようにする。チップ及び基体の
対向する表面の像は互いに逆の方向に転向される。同様
に、直角プリスム５５及び５６は、４５度ミラーとして
実際に作用する反射性の斜面を有し、ビームスプリッタ
６０及び６１は立体ミラーと同様であるが、部分的に反
射性の斜面を有している。

始めに、整列／接合装置を用いて乎行状態又は整列状態
を決定する前に、校正を行うことが必要である。整列／
接合装置２０を校正するために、第７図に示すように、
を部支持体２２に代わって校正用のレチクルマウント１
０１が用いられる。

このレチクルマウント１０１は、プラテン１０２と、支
持体２２の場合と同様に位置をフリップしてグランプで
きるようにする取り付は構成体（図示せず）とを有して
いる。アパーチャ１０４には、透明なターゲットレチク
ル１０５が固定される。

校正ブリッジ１１０は校正レチクルマウント１０■の真
上に取付けられ、その光学軸はターゲットレチクル１０
５と整列される。校正ブリッジ１１Ｏの顕微鏡光学系は
、接眼レンズ１１２と、顕微鏡の対物レンズ１１３及び
オートコリメータ対物レンズ１．１４を有する顕微鏡の
ノーズピースとを含んでおり、各対物レンズはターゲッ
トレチクル１０５の真りで交互に動くことができる。光
照射器１１５は、光学軸１１８に沿って透明なターゲッ
トレチクルを通して光を導くように設けられている。オ
ートコリメータ１２１は、その軸に沿ってターゲットレ
チクル１０５ヘコリメートされた光を導くように配置さ
れている。マイクロメータ状の調整組立体１２２は、ぎ
ざぎざのついた手動の微調整ノブ１２３を備えていて、
ブリッジの光学系の位置を垂直方向に微調整することに
より１１：。

確に焦点合わせできるようになっている。

校正レチクルマウント１０１のＦでは、一般的に円筒状
のピストン即ち上昇体９６によって下部支持体２３が形
成される。下部ターゲットレチクル１２７はこのＩユ昇
体の上面９７に配置され、開口９８及び真空供給チュー
ブ９９を通して加えられる真空によってそこに保持され
る。第７図及び第８図に示すように、Ｌ昇体９６は、ベ
アリング１３４においてＺ軸方向に移動することができ
、上昇体の円筒状外面の周りに１２０度離開きれた垂直
の７字スロットに捕らえられる。ロッド状のベアリング
リテーナ１３８は、ベアリング１３４を保持するための
同様の７字スロット１３９を有している。ベアリングリ
テーナ１３８はスリーブ１４］に配置される。ベアリン
グ１４２の組により、スリーブ１．４１及び■−昇体１
２６は、支持部剤１４５内の外部円筒状支持ボア１．４
４に対して１つのユニットとして回転することができる
。

校正を行う前に、装置の設定中に、上昇体９６の平らな
１−面９７は、完全に水平で且つ光学軸１１、８に対し
て垂直となるようにされる。これは、光照射器１１５を
用いてターゲットを照らしそして上昇体９６及びスリー
ブ１４１を回転しながら、ブリッジ１１０の光学系を通
してターゲットレチクル１．２７又は別のターゲットレ
チクルを観察することにより行われる。ターゲットの横
カ行の動きは、上面９７の傾斜を表す。リテーナ１３８
と係合するようにスリーブ１．４１にねじこまれる３つ
の一連の調整ねじ１４７は、センタリングされたターゲ
ツト像が上昇体及びスリーブを回しても中心に保持され
たままであるなどスリーブ１．４１における上昇体１２
６の傾斜を修正するように開口１４８を通して操作する
ことができる。

校正については、校正ブリッジの光学系、オートコリメ
ータの対物レンズ１１４及びオートコリメータ１２１を
使用して、ターゲットレチクル１、０５及び１２７が接
眼レンズ１１２を通して観察される。支持表面９７は、
装置の下部支持体の位置駆動装置２４を用いて、上部タ
ーゲットレチクル１．０５に乎行にされ且つこれに整列
される。

上部及び下部のターゲットレチクルが一致すると、ター
ゲットレチクルは７行となる。ターゲットレチクルは互
いに非常に接近するように移動され、光照射器１１５、
顕微鏡の光学系及び対物レンズ１１　：３を用いて接眼
レンズを通して観察したときに両方のターゲットがほぼ
焦点合わせされるようになる。下部支持体の位置駆動装
置２４を用いて、ターゲットレチクルが一致して見える
まで、Ｘ、ｙ及び０が修正される。

下部支持体は引っ込められ、光学プローブ２８は、上部
ターゲット１０５と下部ターゲットレチクル１２７との
間の位置へ移動される。ここで、第３図及び第４図の光
学系は、−Ｌ部しチグルと下部レチクルの像が一致した
ときに光学系が正しくセットされたということに基づい
て調整することができる。光学系の調整には、上部及び
下部ターゲットレチクルのビデオ像を一致させるために
必要とされるように、光照射器４２及び４３とカメラ３
２及び３３との間の経路にある光学素子を若干位置修正
することと、クロスヘア７４及び７５のビデオ像を一致
させるために必要とされるように、オートコリメータ７
０及び７１からカメラ３２及び３３への光学経路におけ
る光学素子に対して若干位置修正することとが含まれる
。

ダイ及び基体が上記したように平行状態にされ且つ整列
された後に、光学系の位置駆動装置４１を用いて、プロ
ーブ２８がＬ部支持体２２と下部支持体２３との間から
引っ込められる。ダイ１２及び基体１３は、下部支持体
２３をＺ方向にＪ−方に移動することにより互いに近づ
くように移動される。即ち、最初に粗いＺ調整移動で迅
速に移動させ、そしてダイ及び基体の所望の領域が係合
したことがロードセル１２５によって検出されるまで微
細なＺ調整移動でゆっくりと移動することにより行われ
る。次いで、圧力、振動又は熱、あるいはその組み合わ
せを用いて接続がなされる。

好ましい実施例においては、ロードセル１２５を用いて
基体の導体とインジウムバンプとを接合するに充分な圧
力が加えられる。ロードセル１２５は、２つの部分間に
加えられる力を監視し、駆動装置２４のＺ方向駆動によ
りＺ軸の力の付与を制御する。

本発明の部分を構成しない適すｊなソフトウェアにより
、ＣＰＩＪ２５は、テキスト形成ユニツＩ・１５０を経
てミキサ３８へ状態情報を供給し、ウィンドウ又は像部
分４０ｂを形成する。制御器２５ａを用いて、例えば校
正状態から、実際の部分の整列及び接合状態へと切替が
なされるときには、その状態を表示することができる。

プローブ位置のジョイスティック制御が選択されるか、
又は下部支持体のＸ及びｙ又はＯ位置の制御が選択され
る場合には、これを表示することもできる。同様に、モ
ニタは、コリメータ又は光照射器を用いて平行状態又は
整列状態を確立するように装置がセットされたかどうか
を支持することができる。接合されるべき部分の表面の
接触を確認すると共に、接合中に加えられる圧力を監視
できるように、ロードセルの読みを表示することができ
る。光照射器又はコリメータの輝度レベルは、制御器２
５ａによって制御しそして表示することができる。もし
適当であれば、上部及び／又は下部部分の接合温度を表
示することもできるし、■一部又は下部支持体の真空状
態あるいはその両方がオンであるかどうかそして上部面
又は下部面あるいはその両方が表示されているかどうか
をビデオモニタ４０に示すこともできる。モニタ４０の
単一のビデオスクリーンに情報を統合したことにより、
オペレータの便宜性及び使い易さが著しく促進される。

他の多くの整列／接合機構に比べて、約：３／８インチ
というプローブ２８の相対的な垂直厚みは、プローブを
整列後に引っ込めたときに、ダイか基体に接触するまで
に僅かな距離だけ移動するだけで良いことを意味する。

これは、横カ行移動を招く正確さによって整列エラーが
介入する恐れを低減する。整列中に、ダイと基体との表
面において、表面に垂直な光学軸に沿って光が送られる
ので、２つの対向する表面を整列しようと試みるときに
厄介な影の形成が生じないようにされる。

独立して制御できるビデオ像と光源とにより、オペレー
タは、表示される表面同志の関係を最も認知しやすいよ
うに重畳像を調整することができる。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明の範囲内で種
々の変更がなされ得ることが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、“フリップチップパ整列／接合装置を使用し
てダイ及び基体を整列する従来技術を示す図、第２図は、本発明の整列／接合装置を部分的にブロック
図の形で示し、た図、第２ａ図は、平行状態の修正に基体表面に代オ）って用
いるＦ部支持体及び基準表面を示す拡大部分図、第３図は、本発明の光学部品及び光学ヘッド又はプロー
ブを示す拡大斜視図、第４図は、第２図に示された光学部品及び光学プローブ
の」−面図で、像及び光線路を示す図、第５図は、第３
図及び第４図の光学プローブに使用されたケ体ミラーの
拡大上面図、第６図は、第２図に示された整列／接合装
置によって作られた像を示す部分図で、接合されるべき
集積回路チップ及びパターン化された基体の表面に投影
されたクロスヘア像を示す図、第７図は、本発明の整列
／接合装置の下部支持体、上部校正ターゲットレチクル
支持体、及びこれら２′つの支持体上に据えられた校正
ブリッジを示す部分断面図、そして第８図は、その垂直及び回転方向に位置設定できるよう
にする支持構造を含む下部支持体の上面図である。ＩＩ・・・支持体１２・・・ウェハ又はチップ（ダイ）１３・・・基体１４・・・ピボット支持体又はギヤリア１゛？・・・半
Ｅｌｆバンプ２０・・・整列／接続装置２２・・・」一部支持体２３・・・Ｆ部支持体２４・・・下部支持体の位置駆動装置２５・・・ｃ　ｐ　ｕ２５ａ・・制御器２６・・・ビデオユニット・２８・・・光学プローブ２９、・・・光学器３０・・・光源７３２．３３・・・ビデオカメラ；３５、；３６・・・ビデオ信号回路：３８・・・ミキサー４０・・・ビデオモニタ４１・・・駆動装置手続補正書（方式）％式％２、発明の名称整列／接合装置３、補正をする者事件との関係出願人４、代理人５、補正命令の日付平成２年２月２７日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）小型電子部品の部分の対向する表面上の位置を整
列させて接合するのに用いる整列／接合装置において、
第１の部分を支持するための第１支持手段と、第２部分
の表面が第１部分の表面に対向するように第２部分を支
持するための第２支持手段と、上記第１及び第２支持手
段の相対的な配置を制御するための手段と、上記部分の
対向する表面間の位置へ移動される光学プローブと、上
記対向する表面の各々に光を当てる光照射手段と、各々
の上記対向する表面の光学像を上記プローブから取り出
す光学手段と、光学像に応答して上記対向する表面の光
学像を単一のビデオ像に合成するビデオ手段とを具備し
、上記第１及び第２支持手段の相対的な配置を制御する
上記手段は、上記対向する表面の位置を目で見て整列で
きるように、上記整列されるべき対向表面位置のビデオ
表示を相対的に配置させることを特徴とする装置。
（２）上記配置を制御する手段は、更に、上記対向表面
の整列された位置を互いに接続させるための手段を備え
ている請求項１に記載の装置。
（３）上記光照射手段は、一対の光源を備え、上記光学
手段は、上記表面の像がビデオ手段に向かって返送され
るところの一対の光学経路の部分に沿って光源から上記
表面へ光を向ける手段を備えている請求項１に記載の装
置。
（４）上記ビデオ手段は、光学プローブから光学手段を
経て表面像を受け取るように配置された一対のビデオカ
メラと、２つの表面の像に対応するビデオ信号を合成す
るビデオ混合手段と、上記表面の合成されたビデオ像を
表示するモニタとを備えた請求項１に記載の装置。
（５）上記ビデオ手段は、更に、上記第１及び第２カメ
ラに各々作動的に接続されていて各表面像に対応するビ
デオ信号の個々のビデオ信号調整を与える第１及び第２
のビデオ調整手段を備えている請求項４に記載の装置。
（６）上記光学手段は、上記第１及び第２部分のための
第１及び第２支持手段上の位置に整列する位置において
プローブに設けられた傾斜した両面ミラー手段と、該両
面ミラーの第１及び第２の反射面から反射された像を受
け取ってそれをビデオ手段に向けるための手段とを備え
た請求項１に記載の装置。
（７）上記両面ミラーから反射された像を受け取る手段
は、上記光照射手段からの光を受け取ってそれを両面ミ
ラーに向けるように配置されたミラーであり、上記両面
ミラーは、その第１及び第２の反射面からの光を、上記
対向する表面に実質的に垂直な経路に沿って、上記第１
及び第２支持手段上の部分の対向表面へ反射するように
配置されている請求項６に記載の装置。
（８）更に、上記第１及び第２の支持手段上の部分の表
面に第１及び第２の基準像を投影するための手段を具備
し、上記光学手段は、上記第１及び第２の表面から第１
及び第２の投影された基準像を受け取って、反射された
基準像をビデオ手段に向けるための手段を備え、これに
より、合成されたビデオ像における基準像の関係は、支
持手段の相対的な配置を制御する手段によって調整でき
る一方の表面と他方の表面との相対的な傾斜によって決
まるようにされる請求項１に記載の装置。
（９）第１及び第２の基準像を投影する手段は、一対の
オートコリメータと、該オートコリメータからのコリメ
ートされた光線路にある一対の像形成手段と、コリメー
トされた光及び上記像形成手段の像を支持手段にある接
合されるべき部分の表面の傾斜を表わす表面に向ける手
段とを具備することを請求項８に記載の装置。
（１０）上記像形成手段は、クロスヘア像を形成する手
段を備え、クロスヘア像を形成するこの手段は、上記部
分の対向面が平行であるときにクロスヘア像のビデオ像
が合成ビデオ像内で一致して現われるようにオートコリ
メート光線路に配置される請求項９に記載の装置。
（１１）第１及び第２の基準像を投影する手段は、第１
及び第２部分のための第１及び第２支持手段上の位置に
一致する位置においてプローブに設けられた傾斜した両
面ミラー手段と、第１及び第２の基準像とコリメートさ
れた光線とを上記両面ミラーの第１及び第２の反射面に
向ける手段とを備えている請求項１０に記載の装置。
（１２）第１及び第２の基準像とコリメートされた光線
とを上記両面ミラーの第１及び第２の反射面に向ける手
段は、上記両面ミラーの第１及び第２の面に光線を向け
、上記両面ミラーの第１及び第２の反射面から指示面に
基準像を受け取りそして基準像をビデオ手段に向けるよ
うに配置されたミラーである請求項１１に記載の装置。
（１３）集積回路等の半導体部品の部分の対向する表面
の領域を整列し、接合する装置において、第１及び第２
のビデオカメラと、これらビデオカメラの各々に作動的
に接続されて、各カメラによって発生されたビデオ像を
各々調整するための第１及び第２の個々のビデオ像調整
回路手段と、第１及び第２のビデオカメラからの像信号
を合成するための混合手段と、合成ビデオ信号を表示す
るためのモニタと、整列及び接合されるべき領域をもつ
第１の表面を有する半導体部品の第１部分を支持するた
めの第１支持手段と、上記第１部分の領域と整列及び接
合されるべき領域をもつ第２表面を有する半導体部品の
第２部分を支持するための第２支持手段とを具備し、上
記第１及び第２支持手段は、第１及び第２表面が互いに
対向して比較的短い距離だけ離間されるように第１及び
第２部分を支持し、更に、上記第１及び第２表面から第
１及び第２ビデオカメラへ第１及び第２像を送信するた
めの光学手段であって、第１表面と第２表面との間の位
置に対して移動できるプローブを含んだ光学手段と、上
記第１及び第２表面の領域を整列すると共に、プローブ
を引っ込めた際に領域を動かして互いに係合しそして接
合するように上記第１及び第２支持手段の配置を制御す
る手段とを具備することを特徴とする整列／接合装置。
（１４）上記光学手段は、第１及び第２表面の像を受け
入れるように第１及び第２表面に対向してプローブに設
けられた像受け入れ手段と、この像受け入れ手段からカ
メラへと延びる第１及び第２の光学路とを備えており、
これにより、第１及び第２表面の合成ビデオ像がビデオ
モニタ上に発生されて、第１及び第２表面における領域
の相対的な配置が表示される請求項１３に記載の装置。
（１５）上記表面に対して実質的に垂直な経路を経てプ
ローブから第１及び第２表面へ光を向ける手段を更に備
えた請求項１４に記載の装置。
（１６）上記光学手段は、第１及び第２の表面又はそれ
に対して平行な基準表面に第１及び第２の基準像を投影
するための基準像投影手段と、第１及び第２の表面又は
基準表面から第１及び第２の基準像を各々受け取るよう
に第１及び第２の表面に対向してプローブ上に設けられ
た基準像受け取り手段とを備えており、この基準像受け
取り手段からカメラへと基準像光学経路が延びており、
これにより、基準像の相対的な位置が第１及び第２表面
の相対的な傾斜を指示するような第１及び第２の基準像
の合成ビデオ像が形成される請求項１３に記載の装置。
（１７）上記基準像投影手段は、コリメートされた光線
を第１及び第２の表面に向けるための第１及び第２のオ
ートコリメータと、上記第１及び第２の表面に向けられ
るコリメートされた光の経路にあって、第１及び第２の
基準像を発生するための第１及び第２の基準マーク像形
成手段とを備えた請求項１６に記載の装置。
（１８）合成ビデオ信号を表示するモニタ上のウィンド
ウディスプレイに整列／接合装置の状態に関するデータ
をテキスト表示するための手段を更に備えた請求項１３
に記載の装置。
（１９）プローブと、このプローブ上に配置された第１
及び第２の両面ミラー手段であって、両側から両方向に
送られた光を反射するように傾斜された２つの反射面を
各々有しているような両面ミラー手段と、上記第１及び
第２の両面ミラー手段の対向する反射面に光を導くと共
に、上記第１及び第２の両面ミラー手段の対向する反射
面から像を受け取るように配置された第１及び第２対の
ミラーと、１対のオートコリメータと、これらオートコ
リメータからのコリメートされた光線の経路に設けられ
た第１及び第２の基準像形成手段と、上記オートコリメ
ータから上記第１対のミラーへ至るコリメートされた光
線の経路にあるレンズであって、上記第１対のミラーを
経て２つの両面ミラー手段のうちの第１手段の対向する
反射面へ第１及び第２の基準像を与えるためのレンズと
、第１及び第２の光照射手段と、これら第１及び第２の
光照射手段と上記第２対のミラーとの間に光学路を形成
し、上記第２の両面ミラーの反射面に光を当てるための
第１及び第２の手段と、第１及び第２のビデオカメラと
、上記第１及び第２の両面ミラー手段の対向する反射面
から上記第１及び第２のビデオカメラへ像を送るための
手段とを具備することを特徴とする整列／接合装置のた
めのビデオ光学組立体。
（２０）小型半導体装置の第１及び第２部分の対向する
面を接合するためにそれらを整列する方法であって、対
向する表面が離間されるように上記第１及び第２の部分
を支持し、上記対向する表面に対して対角方向に固定さ
れた両面ミラーを有する光学プローブを用意し、このプ
ローブを上記対向する表面間に挿入し、第１及び第２の
ビデオカメラを用意し、上記両面ミラーの対向する反射
面から光学経路に沿ってビデオカメラへ上記表面の像を
送り、ビデオカメラの出力を合成し、上記対向する表面
の合成像をビデオモニタに表示し、互いに接合されるべ
き位置がビデオ像において整列されるまで上記対向する
表面の相対的な位置を調整し、上記光学プローブを引き
出し、上記対向する表面の位置が互いに接触されるまで
上記第１及び第２の部分を互いに向けて移動し、そして
上記接触位置を接合するという段階を具備することを特
徴とする方法。
（２１）各々の光学経路の少なくとも１部分に沿って上
記両面ミラーへ光を向けることによって上記対向する表
面に光を当てる段階を更に具備する請求項２０に記載の
方法。
（２２）上記第１及び第２の部分の対向する表面又は平
行な基準表面へ第１及び第２の基準像を投影し、上記対
向する表面から基準像光学経路に沿ってビデオカメラへ
第１及び第２の基準像を送り、上記第１及び第２の基準
像の合成像をビデオモニタ上に表示し、そして上記第１
及び第２の部分を互いに向けて移動する前にビデオ表示
において基準像の関係を調整することにより上記対向す
る表面の相対的な傾斜を調整するという段階を更に具備
する請求項２０に記載の方法。
（２３）上記対向する表面から光学経路に沿ってビデオ
カメラへ第１及び第２の基準像を送る上記段階は、上記
対向する表面に対して対角方向に配置された光学プロー
ブに第２の両面ミラーを設け、そして上記対向する表面
又は基準表面上の第１及び第２の基準像の反射を基準像
光学経路に送ることを含む請求項２２に記載の方法。
（２４）第１及び第２の基準像を投影する上記段階は、
第１及び第２のオートコリメータを設け、上記第１及び
第２のオートコリメータからのコリメートされた光線の
経路に第１及び第２の像形成手段を配置し、上記像形成
手段の第１及び第２の基準像とコリメートされた光線と
を第２の両面ミラーへ送り、そして上記第２の両面ミラ
ーの対向する反射面から上記第１及び第２部分の対向す
る表面へ第１及び第２の基準表面を反射するという段階
を含む請求項２３に記載の方法。