JPH04283956A - 回路素子パターン位置合わせ組立装置及び方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，回路素子と回路素子を
対向して重ねて結合し，集積した一つの大きい回路素子
を作成するための，回路素子パターンの位置合わせ組立
て装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉ等の基板上に作られた回路同志を，
立体的に積み重ねて回路の大形化，高機能化を図ること
は，今後の実装技術の方向としても重要なことである。

【０００３】例えば，次世代計算機の素子として期待さ
れているＱＦＰ（磁束量子素子）の場合，ＱＦＰを集積
した回路基板同志を対向させ，近接させ非接触結合を図
ることにより信号伝達が可能となり，しかもコネクタを
必要としない大容量の実装が可能となる。ＱＦＰ回路を
チップに設け，配線基板上には，ＱＦＰ回路とそれを励
磁するための励振線，およびＱＦＰ回路をつなぐ信号線
を設けて，チップと配線基板間はトランス結合により非
接触結合を行なう。この時、２×５ｍｍ厚さ約５００μ
ｍのチップを、配線基板上に±３μｍ程度の精度で位置
合わせして接着することがこのシステムを成功させる基
本条件の一つである。

【０００４】似たような目的の方法としては、いわゆる
ＣＣＢ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　
　Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式があり，「日経マイクロデバイ
ス」１９８９年７月号　　Ｐ６１や、アイイーイーイー
（ＩＥＥＥ）０５６９−５５０３／８８／００００−０
３３５「アン　　オートメーテッド　　フリップチップ
　　アセンブリ　　テクノロジ　　フォー　　アドゥバ
ンスド　　ブイエルエスアイ　　パッケージング」（Ａ
Ｎ　　ＡＵＴＯＭＡＴＥＤ　　ＦＬＩＰ−ＣＨＩＰ　　
ＡＳＳＥＭＢＬＹ　　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　　ＦＯＲ
　　ＡＤＶＡＮＣＥＤ　　ＶＬＳＩ　　ＰＡＣＫＡＧＩ
ＮＧ）Ｐ３３５などに詳細が述べられている。また、こ
れに関連する特許としては、特開昭６０−３９８５１号
公報などがある。これは、回路チップをフリップチップ
実装し、ハンダバンプにより接続する方式であり、「図
２」に示すように、チップ（上にくる回路素子）３１観
察用のＴＶカメラ３２と、基板（下にくる回路素子）３
３観察用のＴＶカメラ３４の両者を設け、前もって両Ｔ
Ｖカメラの相対位置関係（間隔など）を規定しておく。 一方のカメラにチップのマーク（パターン）を写しモニ
タＴＶ画面３５に出す。次に、もう一方のカメラを作動
させ、そのマーク（パターン）を同じＴＶ画面に重ねて
写し出す。両方のマークが重なるように、片方のマーク
を微調機構３６により微調（直進、回転）する。その後
、ステージ３７により決められた距離だけ移動させ、最
初に規定した位置にもってくることにより、合ったとみ
なし、上下ステージ３８により、下におろして重ね合わ
せるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この方式はステージの
送り精度、上下移動方向の直角度、最初のＴＶカメラの
相対位置関係（間隔など）測定精度、ＴＶ画面上でのパ
ターンの合わせ精度などが影響し、合わせ精度は約２０
μｍが限度である。この方式はその名が示すように、素
子と素子のハンダ付け用であり、溶融したハンダバンプ
自身の表面張力によるセルフアライメント効果により、
最終的に位置決めされるので、装置の精度はこの程度で
十分なものである。しかし、上記の例のような、チップ
の上面と基板の上面といった段差をもつもの同志の位置
合わせに関して、今後要求される高精度化には対応でき
ない。本発明の目的は、段差をもつもの同志の位置合わ
せを、５μｍ以下の高精度に、且つ簡易にできる装置、
方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、上にくる回路素子はパターンの反対側（上側）に
、下にくる回路素子はパターンと同じ側（上側）に合わ
せマ−クを設け、ＴＶカメラつき２視野光学顕微鏡を用
い、モニタＴＶ画面上のカーソル線を仲介して、両方の
マークを合わせるようにしたものである。

【０００７】

【作用】２個の回路素子を合わせるためには、位置と角
度を見るために、合わせマークが２個必要である。それ
らは合わせ精度の面からできるだけ離して配置したいた
め、倍率が高いままそれらを上から同時に見ることは普
通の光学顕微鏡ではできない。このため、２視野顕微鏡
を用いて、２カ所のマークを別々の視野にとり、モニタ
ＴＶ画面に半分ずつ表示するようにした。また、光学顕
微鏡は使用する対物レンズにより、小さい分解能を得よ
うとすると、焦点深度も浅くなってくる。そのため、基
板の上のごくわずか離れた位置にチップをもってきて、
チップの２個のマークを、先ずモニタＴＶ画面に写し出
す。そのマークにモニタＴＶ画面のカーソル線を合わせ
、次に、顕微鏡を基板、チップのすきま分だけ下に移動
し、基板のマークをそのカーソル線に合わせることによ
り位置合わせを行うようにした。

【０００８】

【実施例】「　図１」に実施例を示す。基板１、チップ
２を各々基板チャック３、チップチャック４の所定位置
に置き真空力で保持する。そして、θｓステージ５、θ
ｔステージ６によりマークのＸＹをＸステージ７、Ｙス
テージ８の移動方向に合わせる。マークとしては、今回
の場合、チップの大きさの関係から２個のマークの間隔
をほぼ４ｍｍとしたが、対物レンズを２個使用する普通
のタイプでは、視野近接限界が２０ｍｍ程度と広いため
使用できず、対物レンズ１個のタイプを使用した。倍率
は２０倍なので視野は約１５０μｍと狭いこともあり、
顕微鏡の下にきた時、そのまま画面に出るようにするた
め、前もって粗合わせを行っておく必要があり、顕微鏡
側に各種の移動微調機構９が付いている。またψｔステ
ージ１０は２個のマークの両方に焦点を合わせるための
機構であり、Ｚｓステージ１１は基板の上面をチップの
上面に合わせる機構である。

【０００９】マークの合わせ順序を「図１」「図３」を
用いて以下に説明する。（１）ステージを移動し、チッ
プを顕微鏡１２の下に移動し、モニタＴＶ画面１３上に
そのマーク２２　　２個を写し出す。（２）アーム上下
機構１４によりアーム１５を下ろし、真空をひきアーム
チャック１６を動作させ持ち上げる。当然チップは焦点
からはずれ画面から消える。そして、持ち上げられたチ
ップの下に、基板をステージにより移動する。（３）チ
ップの合わせマークをモニタＴＶ画面に出すために、Ｚ
ステージ１７を焦点位置まで下げ、その画面の中で、チ
ップの合わせマークにカーソル線を合わせる。（４）Ｚ
ステージを上げ、基板の合わせマーク２３をモニタＴＶ
画面上に出し、カーソル線に対し合わせる。これで、装
置に対しチップと基板が各々合ったことになる。（５）
接着剤を注入し基板上にチップを下ろし接着が完了する
。 複数個付ける時は、基板をＹｔステージ１８により所定
量ずらして、同じことを繰り返すことになる。この方法
による主な合わせ誤差は、次の２項目に集約される。

【００１０】（１）チップ、配線基板の合わせマークと
カーソル線の合わせ誤差 （２）マーク合わせ原理による装置起因の誤差（１）は
本実施例の場合、１μｍがモニタＴＶ画面上１．３５ｍ
ｍに相当することから各々１μｍ程度の誤差で合わせる
ことが可能である。（２）は、上に述べた方法で位置合
わせマークを合わせた時の誤差△について検討すれば良
い。これは図３により次式で表される。

【００１１】 　　　　　　△＝｜（α−β）１１−α１２｜＝｜α（
１１−１２）−β１１｜　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　＝｜αｔ−β１１｜　　　　　　　　　
　　　　　　　但し、α　　：Ｚａ（チップ上下機構）
の移動方向と顕微鏡光軸とのずれ角 β　　：Ｚ　　（チップ＋配線基板上下機構）の移動方
向と顕微鏡光軸とのずれ角 ｌ１：チップの持ち上げ量 １２：チップと配線基板のすきま（チップの持ち上げ量
−チップの厚さ） ｔ　：チップの厚さ である。符号は左上方にずれる方向を（＋）とする。こ
の式で最大値はＺａ、Ｚの移動方向が互いに反対側にず
れた時であり、その値はαｔ＋β１１となる。この値の
一例として、実現性のある数値として、α、β＝０．０
５°（＝３′）、１１＝５００μｍ、ｔ＝４７０μｍの
時の△を計算すると０．８μｍとなる。ところで（１）
の誤差は、人間が毎回肉眼で合わせるために、各々独立
した正規分布誤差と考えられる２乗和で表される。また
、（２）の誤差は、その装置固有の毎回必ず独立に出る
誤差と考えられるので、合計の誤差は、次の「数式１」
で表される。

【００１２】

【数１】

【００１３】つまり、この程度の合わせ精度は可能とい
うことになる。本実施例においては、ガラス製の透明チ
ップを用い、基板にマーク合わせを行い、合わせ精度を
評価した。このチップを用いた理由は、チップと配線基
板の合わせ精度を以下の３点につき評価できるからであ
る。

【００１４】（１）本組立装置の位置合わせ精度（チッ
プ上面←→配線基板上面） （２）チップについて、回路パターンと反対面にマーク
を形成するときに使用した両面アライナの精度（チップ
上面←→チップ下面） （３）それらを総合した本方法におけるチップと基板の
総合合わせ精度（チップ下面←→配線基板上面）もちろ
ん（３）が最終的に必要とされる合わせ精度である。結
果として、本装置単独の位置合わせ精度（１）は、４０
ケ所の平均値で、Ｘ；１．０μｍ、Ｙ；１．３μｍであ
り、偏差σは各々１．１μｍ、１．２μｍであった。な
お、この精度測定値は、上記の測定原理に基ずいており
、Ｚ軸移動方向と光軸のずれ角が効いてくるため、位置
合わせの絶対値でなく、位置再現精度と考えることがで
きる。絶対精度は、上記のずれ角の正確な測定が困難で
あり値として求めることは不可能である。一方、総合精
度（３）は、絶対精度でありＸ；０．８μｍ（σ＝１．
０μｍ）、Ｙ；２．５μｍ（σ＝１．６μｍ）であった
。これらの測定値は、（１）＋（２）＝（３）となる性
格のものであり、Ｘ方向は、両面アライナの誤差が本装
置の誤差をうまい具合いにキャンセルしてくれた結果と
なっており、逆に、Ｙ方向は増える結果となっている。 顕微鏡を移動して、同様のことができるが、光軸を動か
さないという面で上記の構造が有利である。

【００１５】上にくる回路素子は、必ずしも下の回路素
子よりも小さい必要はなく、マークを覗く窓があいてさ
えいれば同じことが可能である。

【００１６】また、本実施例では２層の回路素子の組立
およびその方法について述べたが、本発明は３次元的に
回路素子を形成する技術思想を与えることを可能とする
ものである。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば次の効果がある。（１）
ステージの移動精度などに関係なく、より実態状態に近
いまま高精度に合わせることができる。（２）２視野顕
微鏡を用いているため、合わせマーク付近だけを各々画
面に出すため、視野が狭くてよいため倍率をあげること
ができ、高精度化が可能である。（３）チップの厚さが
厚くなっても、それなりに光軸に対する移動軸のずれ角
を小さくすることにより、高精度に合わせることができ
る。（４）チップのマークを形成する時に使用した両面
アライナの精度を測定し、本装置に取り込むことにより
、より高精度の合わせが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】従来の方法を示す図である。

【図３】本発明による位置合わせプロセスを示す図であ
る。

【符号の説明】

１…基板　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　２…チップ３…基板チャック　　　　　　　　　
　　　　　　　４…チップチャック５…θｓステージ　
　　　　　　　　　　　　　　　６…θｔステージ７…
Ｘステージ　　　　　　　　　　　　　　　　　　８…
Ｙステージ９…移動微調機構　　　　　　　　　　　　
　　１０…ψｔステージ１１…Ｚｓステージ　　　　　
　　　　　　　　　１２…顕微鏡１３…モニタＴＶ画面
　　　　　　　　　　　　１４…アーム上下機構 １５…アーム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１６…アームチャック １７…Ｚステージ　　　　　　　　　　　　　　　　１
８…Ｙｔステージ１９…除振テーブル　　　　　　　　
　　　　　　２０…架台２１…真空ポンプ　　　　　　
　　　　　　　　　　２２…チップの合わせマーク ２３…基板の合わせマーク ３１…チップ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　３２…チップ観察用ＴＶカメラ ３３…基板　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　３４…基板観察用ＴＶカメラ ３５…モニタＴＶ　　　　　　　　　　　　　　　　３
６…微調機構３７…ステージ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　３８…上下ステージ４１…焦点面　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　４２…Δ４３…アー
ム上下機構移動方向　　　　４４…ｌ１４５…カーソル
線位置　　　　　　　　　　　　４６…Ｚステージ移動
方向 ４７…ｌ２

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路素子を有する部材を他の回路素子を有
   する部材上に，両方の回路素子のパターンを一定な位置
   関係になるように，少なくとも該回路素子を有する部材
   を一個並べて結合し、集積された一つの回路を作る組立
   装置において，片方の回路素子を有する部材の裏面に位
   置合わせマークを設け，一方の回路素子を有する部材の
   表面に設けた位置合わせマークに対して合わせる位置合
   わせ手段を有することを特徴とする回路素子パターン位
   置合わせ組立装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の回路素子パターン位置合わ
   せ組立装置において，位置合わせを行う基準となる該マ
   ークを，該回路素子を有する部材に各々２カ所に設けた
   ことを特徴とする、回路素子パターン位置合わせ組立装
   置。
3. 【請求項３】請求項１記載の回路素子パターン位置合わ
   せ組立装置において，該位置合わせ手段として、該マー
   クを２視野光学顕微鏡を用い，一つのモニタＴＶ画面に
   ２分割して表示した画面を用いることにより位置合わせ
   することを特徴とする、回路素子パターン位置合わせ組
   立装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の回路素子パターン位置合わ
   せ組立装置において，位置合わせ動作を行うために、第
   １の回路素子を有する部材を垂直に上下させる手段と、
   第１の部材を支持したまま、第２の部材とともに光学顕
   微鏡の焦点面に対して垂直に移動させる手段を備えたこ
   とを特徴とする、回路素子パターン位置合わせ組立装置
   。
5. 【請求項５】第１の回路素子を有する部材を顕微位置に
   移動し、第２の回路素子を有する部材を該第１の回路素
   子を有する部材の下方に配置し、第１の回路素子を有す
   る部材と、第２の回路素子を有するを部材で支持し、該
   第１部材の表面にあるマークに対して顕微した後、該第
   ２部材の表面にある位置合わせマークを顕微し、第１、
   第２回路素子をの回路素子を有する部材を位置合わせす
   ることを特徴とする、回路素子パターン位置合わせ組立
   方法。
6. 【請求項６】請求項５記載の回路素子パターン位置合わ
   せ組立方法において、顕微手段として２視野光学顕微鏡
   で位置合わせを用い、上記片方の回路素子のマーク２カ
   所を前記顕微鏡のモニタＴＶに写し出し，画面の中でそ
   のマークに対しカーソル線を合わせ，次に，一方の回路
   素子のマーク２カ所を，そのカーソル線に対し合わせる
   ことを特徴とする、回路素子パターン位置合わせ組立方
   法。
7. 【請求項７】請求項５記載の回路素子パターン位置合わ
   せ組立方法において、上記片方の回路素子のマーク２カ
   所に光学顕微鏡の焦点を合わせ，そのマークをモニタＴ
   Ｖに写し出し，各々のマークにカーソル線を合わせる。 それを上に逃がし、その下にもう一方の回路素子を移動
   し，光学顕微鏡の焦点をその回路素子のマーク上にずら
   し，そのマークをモニタＴＶに写し，回路素子の位置を
   微調し，前記カーソル線にそのマークを合わせるように
   した回路素子パターン位置合わせ組立方法。