JPH0465843A - 半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、半導体素子を基板の所定位置にフリ
ップチップ式にボンディングする半導体装置の製造装置
および製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、液晶モジュールや感熱印字ヘッド、および、メモ
リカードのように半導体素子（ＩＣやＬＳＩ等）を多数
個用いるデバイスが増加している。そして、これらにお
いては、いずれの場合も多数個の半導体素子を高密麿に
かつ薄型に基板に搭載する必要かある。そして、上述の
ような半導体素子の実装には、一般にワイヤボンディン
グ方式、フリップチップ方式、および、フィルムキャリ
ア方式のうちのいずれかが採用されている。

つまり、ワイヤボンディング方式においては、半導体素
子に設けられた複数の電極部かそれぞれ導電性のボンデ
ィングワイヤを介して、基板に形成された配線パターン
の電極部、或いは、リードフレームに形成されたリード
等の接合される。

また、フリップチップ方式においては、半導体素子の素
子形成面上に設けられた複数の電極パッドに、バンプ（
金属突起もしくは突起電極）がそれぞれ形成される。さ
らに、半導体素子か素子形成面を例えば下方に向けた状
態で保持され、基板の素子搭載面に向い合せられる。そ
して、半導体素子のバンプと基板の配線パターンとが位
置合せされたのち、加熱を伴うはんだ付け、或いは、紫
外線硬化性の接着剤や異方性導電膜を用いた接着等によ
り、第３図に示すようにバンプを介在させた状態で互い
に固定される。

ここで、第３図は異方性導電膜を用いてフリップチップ
実装を行った場合を示すもので、図中の１は半導体素子
、２・・・（２つのみ図示）は半導体素子１の素子形成
面３に設けられた電極パッド部、そして、４・・・は各
電極パッド部２・・・に突設されたバンプである。また
、図中の５は基板、６・・・（２つのみ図示）は配線パ
ターン、そして、７は半導体素子１と基板５との間に介
在する異方性導電膜を示している。

さらに、フィルムキャリア方式においては、半導体素子
に形成されたバンプとシネフィルム状のフィルムキャリ
アに形成されたフィルムリードとが接合される。このの
ち、半導体素子がフィルムリードとともにフィルムキャ
リアから打抜かれ、フィルムリードが基板の配線パター
ンに接合される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した各方式には、それぞれ以下のような
不具合がある。

つまり、ワイヤボンディング方式において、感熱印字ヘ
ッドを例とすると、Ａ４サイズの用紙に印字可能な感熱
印字ヘッドのボンディングワイヤ数は、通常２０００〜
２５００本である。そして、−船釣なワイヤボンディン
グスピードを０．２０秒とすると、１個の感熱印字ヘッ
ドをワイヤボンディングするのに必要な時間は約７〜９
分である。

このため、ワイヤボンディング方式では、個々の製品の
製作に多くの時間が必要であり、生産性か悪い。

また、一般に、ワイヤボンダメーカの保証範囲として例
えば接続オープン発生率が１／２０００であることが、
ワイヤボンダメーカによって示されている。そして、こ
のことを考慮すると、１個の製品につき１回の接続オー
プンが発生することになり、信頼性が低かった。

さらに、フリップチップ方式においては、半導体素子と
基板とをはんだ付けする場合、両部材の熱膨張率の違い
を原因として、接続オープンが発生することがあった。

また、フィルムキャリア方式においては、フィルムキャ
リアおよびフィルムリード等が十分な柔軟性を有してい
るため、熱応力や外部応力についての自由度が高い。し
かし、半導体素子と基板とのボンディングにフィルムリ
ードという間接部材を要するため、他の方式に比べて実
装コストが大である。

本発明の目的とするところは、半導体素子と基板との熱
膨張率の違いを原因とする接続不良の発生を防止し、半
導体素子と基板とのボンディングを高速且つ安価に行う
ことが可能な半導体装置の製造装置および製造方法を提
供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するために本発明は、素子形成面上に配設されたバン
プを有する半導体素子をボンディングヘッドにより保持
し、半導体素子を、配線パターンを形成された基板に対
向させて基板へフリップチップ式にボンディングする半
導体素子の製造装置において、同心円上に配置された複
数のボンディングヘッドと、半導体素子をバンプが露出
した状態でピックアップ位置へ供給する半導体素子供給
装置と、ピックアップ位置に供給された半導体素子をト
レイから取出しボンディングヘッドのうちの所定位置に
在るボンディングヘッドへ搬送する半導体素子搬送装置
と、複数のボンディングヘッドを有する回転部材を備え
この回転部材を回転させてそれぞれのボンディングヘッ
ドを、半導体素子の供給が行われる半導体素子供給位置
、および、半導体素子と基板とのボンディングが行われ
るボンディング位置の間で回動させ、回転部材の回転に
伴い、半導体素子供給位置でボンディングヘッドに供給
された半導体素子の向きを、半導体素子をボンディング
位置へ送る過程で反転させて素子形成面を基板に対向さ
せるボンディングヘッド送り装置とを具備した。

また、素子形成面上に配設されたバンプを有する半導体
素子をボンディングヘッドにより保持し、半導体素子を
、配線パターンを形成された基板に対向させて基板へフ
リップチップ式にボンディングする半導体素子の製造方
法において、バンプを露出させた状態でピックアップ位
置に供給された半導体素子をトレイから取出し、同心円
上に配置された複数のボンディングヘッドのうちの半導
体素子供給位置に在るボンディングヘッドへ供給する第
１の工程と、ボンディングヘッドに供給された半導体素
子を位置決めする第２の工程と、位置決めされた半導体
素子を位置認識する第３の工程と、複数のボンディング
ヘッドを有する回転部材を回動させ、それぞれのボンデ
ィングヘッドを半導体素子供給位置とボンディング位置
との間で回動させ、回転部材の回転に伴い、半導体素子
供給位置でボンディングヘッドに供給された半導体素子
の向きを、半導体素子をボンディング位置へ送る過程で
反転させて素子形成面を基板に対向させる第４の工程と
を具備した。

そして、本発明は、半導体素子と基板との熱膨張率の違
いを原因とする接続不良の発生を防止でき、さらに、半
導体素子と基板とのボンディングを高速且つ安価に行え
るようにしたことにある。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。なお、従来の技術の項で説明したものと重
複するものについては同一番号を付し、その説明は省略
する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、図中の符号１
１は、第３図を引用して示すように、素子形成面３に露
出した電極パッド部２・・・にＡｕやＣｕ或いははんだ
等からなるバンプ（金属突起または突起電極）４・・・
を突設された半導体素子１・・・を、配線パターン６を
形成された基板５に異方性導電膜７を介してフリップチ
ップ式にボンディングする半導体装置の製造装置（以下
、製造装置と称する）を示している。

この製造装置１１は、１つの本体１２に半導体素子供給
装置（以下、素子供給装置と称する）１３、半導体素子
搬送装置（以下、素子搬送装置と称する）１４、ボンデ
ィングヘッド１５．１６、ボンディングヘッド送り装置
としての反転装置１７、および、基板搬送装置１８を有
している。

そして、製造装置１１は、素子供給装置１３および素子
搬送装置１４を本体１２の上部に配置するとともに基板
搬送装置１８を本体１２の、素子搬送装置１４（および
供給装置１３）に対して下方に位置する部位に配置して
いる。さらに、製造装置１１は、ボンディングヘッド１
５．１６、および、送り装置１７を本体１２の正面に、
且つ、素子搬送装置１４（および供給装置１３）と基板
搬送装置１８との間の部位に配置している。

これらのうち素子供給装置１３は、Ｘ−Ｙ−θ方向に変
位自在な供給テーブル１９を備えており、この供給テー
ブル１９上に、半導体素子１・・・を例えば種類毎に分
類して収納した複数のトレイ２０・・・を載置し並べて
いる。そして、素子供給装置１３は、各トレイ２０・・
・に収納された半導体素子１・・・の素子形成面３・・
・を、バンブ４・・・を露出させた状態で上方に向けて
いる。

また、素子搬送装置１４は、第２図中に概略的に示すよ
うに、基端部２１ａを中心として水平方向に回動自在な
ピックアップノズル２１を備えている。そして、素子搬
送装置１４は、図中に矢印Ａで示すようにピックアップ
ノズル２１を回動させ、供給テーブル１９と、後述する
第１のボンディングヘッド１５が停止した所定位置とし
ての半導体素子供給位置（以下、素子供給位置と称する
）２２との間で、その先端部２０ｂを回動変位させる。

そして、素子搬送装置１４は、ピックアップノズルの先
端部２０ｂに所定のトレイ２０ａに収納された半導体素
子１を真空吸着し、この半導体素子１を素子供給位置２
２へ搬送する。

また、第１図中に符号２３で示すのは半導体素子位置決
め装置（以下、素子位置決め装置と称する）である。こ
の素子位置決め装置２３は、半導体素子１・・・の外形
に略対応する形状に設定された切欠部２４を有する位置
決め爪２５を有しており、この位置決め爪２５を半導体
素子供給位置２２の近傍に配置している。そして、素子
位置決め装置２３は、この位置決め爪２５を第２図中に
示すように、上記半導体素子供給位置２２て例えばＸ−
Ｙ方向に変位させるようになっている。

さらに、符号２６で示すのは半導体素子認識装置（以下
、素子認識装置と称する）である。この素子認識装置２
６は照明、照明光伝送、および撮像等を行う光学系を備
えている。そして、素子認識装置２６は、素子供給位置
２２の様子を例えば上方から撮像し、素子供給位置２２
の様子を例えば本体１２に内蔵されたコンピュータ等の
制御部へ出力するようになっている。

また、前記反転装置１７は、本体１２の正面中央部に配
置されたアーム状の回転部材２７を備えている。そして
、反転装置１７はこの回転部材２７の長手方向中間部を
、回転軸２８を介して本体１２に枢支しており、この回
転部材２７を例えばステップ式に駆動して１８０度毎に
回転させるようになっている。

さらに、反転装置１７はその長手方向両端部に前記ボン
ディングヘッド１５．１６を取付けられている。そして
、反転袋Ｗ１７は回転部材２７を、その長手方向を本体
１２の例えば上下に向けた状態で停止させ、ボンディン
グヘッド１５．１６のそれぞれを、本体１２の上部に位
置する素子供給位置２２、および、この素子供給位置２
２の略真下に位置するボンディング位置２９に交互に送
る。

前記ボンディングヘッド１５．１６は回転部材２７によ
り、回転軸２８を略中心とする同心円上に保持されてい
る。さらに、ボンディングヘッド１５．１６は、各々略
平坦に加工された各ヘッド面１５ａ、１６ａを互いに逆
方向に向けている。

また、ボンディングヘッド１５．１６は、回転部材２７
の長手方向に進退して回転部材２７に対しそれぞれ個別
に突没できるようになっている。

また、基板搬送装置１８は、Ｘ−Ｙ−θ方向に変位自在
な搬送テーブル３０を備えており、この搬送テーブル３
０上に基板５を、基板５の配線パターン６を露出させた
状態で載置している。そして、基板搬送装置１８は搬送
テーブル３ｏを変位させ、基板５の所定の配線パターン
６をボンディング位置２９内で位置合せする。

また、第１図中に３１で示すのは基板認識装置である。

この基板認識装置３１は照明、照明光伝送、および撮像
等を行う光学系を備えている。そして、基板認識装置３
１は、ボンディング位置２９の様子を例えば上方から撮
像し、ボンディング位置２９の様子を例えば本体１２に
内蔵されたコンピュータ等の制御部へ出力するようにな
っている。

つぎに、この製造装置１１を用いた製造方法を説明する
。

まず、素子供給装置１３の供給テーブル１９が変位し、
供給テーブル１９に載置された所定のトレイ２０ａが、
供給テーブル１９によって例えば素子供給位置２２の近
傍のピックアップ位置３２に送られる。そして、第２図
中に矢印Ａで示すように、素子搬送装置１４のピックア
ップノズル２１が回動し、その先端部２１ｂを所定のト
レイ２０ａへ到達させ、その先端部２１ｂを半導体素子
１・・・のうちの１つの半導体素子１の素子形成面３に
当接させる。そして、ピックアップノズル２１か半導体
素子１を真空吸着してトレイ２０ａから取出す。

さらに、ピックアップノズル２１か素子供給位置２２の
側へ回動して半導体素子１を、吸着したまま素子供給位
置２２へ搬送する。そして、搬送された半導体素子１か
、素子供給位置２２て停止した第１のボンディングヘッ
ド１５に載置されるとともにピックアップノズル２１か
ら解放される。

そして、半導体素子１が素子形成面３を上方に向けた状
態で第１のボンディングヘッド１５に供給される。

また、第１のボンディングヘッド１５に供給された半導
体素子１は、位置決め装置２３の位置決め爪２５によっ
て大まかな位置決めを行われる。

つまり、位置決め爪２５は、Ｘ−Ｙ方向に変位して素子
供給位置２２に進入し、その切欠部２４に半導体素子１
を入込ませる。そして、位置決め爪２５は、半導体素子
１を係止させて半導体素子１の位置合せおよび姿勢調整
を行う。

さらに、半導体素子１の位置決めが終った後、素子認識
装置２６によって半導体素子１が撮像される。そして、
半導体素子１の、例えば光学系の光軸に対する位置すれ
量が演算され、半導体素子１の位置認識が行われる。な
お、素子認識装置２６によって撮像された画像は、本体
１２の正面に設置されたモニタ３３に写し出される。

半導体素子１の位置認識が終ったのち、半導体素子１が
第１のボンディングヘッド１５に真空吸着され、さらに
、反転装置１７の回転部材２７が図中に矢印Ｂで示すよ
うに１８０度回転し、第１のボンディングヘッド１５が
半導体素子１を吸着したままボンディング位置２９へ送
られる。そして、半導体素子１は、素子供給位置２２か
らボンディング位置２９へ搬送されることと同時にその
向きの反転を行われ、ボンディング位置２９で素子形成
面３を下方に向ける。

さらに、このとき、第１のボンディングヘッド１５に対
して対角に位置する第２のボンディングヘッド１６は、
回転部材２７によって、矢印Ｃで示すようにボンディン
グ位置２９から素子供給位置２２へ送られる。そして、
第２のボンディングヘッド１６は、第１のボンディング
ヘッド１５に対して反転し、素子供給位置２２てそのヘ
ッド面１６ａを上方に向ける。

また、ボンディング位置２９においては、基板認識装置
３１によって、基板搬送装置１８の搬送テーブル３０上
に保持された基板５の位置認識が行われる。そして、基
板５に形成された配線パターン６・・・の、例えば光学
系の光軸に対する位置ずれ量が演算される。

なお、基板認識装置３１によって撮像された画像を本体
１２の正面に設置されたモニタ３３に写し出し、ボンデ
ィング位置２９の様子を観察できるようにしてもよい。

そして、この基板認識装置３１の出力および前記素子認
識装置２６の出力を基にして求められた補正量が基板搬
送装置１８へ入力され、搬送テーブル３０が駆動されて
、配線パターン６・・・の、対応する半導体素子１の電
極パッド部２・・・との位置整合が行われる。

また、基板認識装置３１による基板５の位置認識は、素
子認忠装置２６による半導体素子１の位置認識と略平行
した時間帯に行われる。

そして、こののち、ボンディング位置２９にある第１の
ボンディングヘッド１５が、回転部材２７から突出し、
第２図中に矢印りで示すように基板５の所定位置に向か
って下降する。そして、半導体素子１が基板５へ押付け
られてボンディングされる。

そして、１回のボンディングが終了する毎に上述の一連
の動作か行われ、両ボンディングツール１５．１６が交
互に、半導体素子１・・・をボンディング位置２９へ搬
送するとともに半導体素子１・・・の向きを反転させる
。そして、例えば複数種類の半導体素子が予め設定され
たプログラムに基づいて、基板５の所定位置にボンディ
ングされる。

なお、この製造装置１１においては、各ボンディングヘ
ッド１５．１６に吸着された半導体素子１の加熱、およ
び、搬送テーブル３０に載置された基板５の加熱が行わ
れている。

すなわち、上述のような製造装置および製造方法によれ
ば、ワイヤボンディング方式を採用した装置および方法
に比べてボンディングスピードか大となる。そして、具
体的には、ボンディングスピードが約１０〜２０倍高速
となり、量産性か向上する。そして、ＡｕワイヤやＡＩ
ワイヤ等の軟線を用いる必要がないため、ボンディング
の信頼性を向上できるとともに、コストを低減すること
ができる。

また、フィルムキャリア方式を採用した装置および方法
に比べ、フィルムリード等の間接部材を用いないだめ、
製造装置１１の全体を小型化できるとともに、コストを
低減することができる。

さらに、半導体素子１の供給、位置決め、搬送、反転、
およびボンディング等の動作を１つの装置により自動的
に連続して行っ、ているので、従来のフリップチップ方
式を採用した装置および方法に比べ、フリップチップ方
式のボンディングを高速に且つ短時間に行うことができ
る。

また、半導体素子１の素子供給位置２２からボンディン
グ位置２９への搬送と、半導体素子１の向きの反転とを
、回転部材２７の回転という１つの動作により同時に行
っているので、このことによっても、フリップチップ方
式のボンディングを高速に且つ短時間に行うことができ
る。

なお、本実施例では、半導体素子１の認識と基板５の認
識とをそれぞれ個別の認識装置２６．３１を用いて行っ
ているが、本発明はこれに限定されず、例えば−台の認
識装置によって半導体素子１と基板５とを認識するよう
にしてもよい。

また、本実施例では、半導体素子１をトレイ２０からボ
ンディングヘッド１５．１６へ搬送するようにしている
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばウ
ェハシートからボンディングヘッド１５．１６へ搬送す
るようにしてもよい。

また、本発明は要旨を逸脱しない範囲で種々に変形する
ことが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、素子形成面上に配設され
たバンブを有する半導体素子をボンディングヘッドによ
り一保〜持し、半導体素子を、配線パターンを形成され
た基板に対向させて基板へフリップチップ式にボンディ
ングする半導体素子の製造装置において、同心円上に配
置された複数のボンディングヘッドと、半導体素子をバ
ンプが露出した状態でピックアップ位置へ供給する半導
体素子供給装置と、ピックアップ位置に供給された半導
体素子をトレイから取出しボンディングヘッドのうちの
所定位置に在るボンディングヘッドへ搬送する半導体素
子搬送装置と、複数のボンディングヘッドを有する回転
部材を備えこの回転部材を回転させてそれぞれのボンデ
ィングヘッドを、半導体素子の供給が行われる半導体素
子供給位置、および、半導体素子と基板とのボンディン
グが行われるボンディング位置の間で回動させ、回転部
材の回転に伴い、半導体素子供給位置でボンディングヘ
ッドに供給された半導体素子の向きを、半導体素子をボ
ンディング位置へ送る過程で反転させて素子形成面を基
板に対向させるボンディングヘッド送り装置とを具備し
た。

また、バンブを露出させた状態でピックアップ位置に供
給された半導体素子をトレイから取出し、同心円上に配
置された複数のボンディングヘッドのうちの半導体素子
供給位置に在るボンディングヘッドへ供給する第１の工
程と、ボンディングヘッドに供給された半導体素子を位
置決めする第２の工程と、位置決めされた半導体素子を
位置認識する第３の工程と、複数のボンディングヘッド
を有する回転部材を回動させ、それぞれのボンディング
ヘッドを半導体素子供給位置とボンディング位置との間
で回動させ、回転部材の回転に伴い、半導体素子供給位
置でボンディングヘッドに供給された半導体素子の向き
を、半導体素子をボンディング位置へ送る過程で反転さ
せて素子形成面を基板に対向させる第４の工程とを具備
した。

したがって本発明は、半導体素子と基板との熱膨張率の
違いを原因とする接続不良の発生を防止でき、さらに、
半導体素子と基板とのボンディングを高速且つ安価に行
えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は半導体装置の製造装置を示す斜視図、第２図は
半導体装置の製造方法を概略的に示す説明図、第３図は
一般のフリップチップ方式によりボンディングされた半
導体素子と基板とを示す側断面図である。 １・・・半導体素子、３・・・素子形成面、４・・・バ
ンブ、６・・・配線パターン、１１・・・半導体装置の
製造装置、１３・・・半導体素子供給装置、１５・・・
第１のボンディングヘッド、１６・・第２のボンディン
グヘッド、１７・・・反転装置（ボンディングヘッド送
り装置）、２２・・・半導体素子供給位置、２６・・・
半導体素子供給位置、２７・・・回転部材、２９・・・
ボンディング位置、３１・・・基板認識装置、３２・・
・ピックアップ位置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）素子形成面上に配設されたバンプを有する半導体
   素子をボンディングヘッドにより保持し、上記半導体素
   子を、配線パターンを形成された基板に対向させて上記
   基板へフリップチップ式にボンディングする半導体素子
   の製造装置において、同心円上に配置された複数のボン
   ディングヘッドと、上記半導体素子を上記バンプが露出
   した状態でピックアップ位置へ供給する半導体素子供給
   装置と、ピックアップ位置に供給された上記半導体素子
   を上記半導体素子収納部材から取出し上記ボンディング
   ヘッドのうちの所定位置に在るボンディングヘッドへ搬
   送する半導体素子搬送装置と、上記複数のボンディング
   ヘッドを有する回転部材を備えこの回転部材を回転させ
   てそれぞれのボンディングヘッドを、半導体素子の供給
   が行われる半導体素子供給位置、および、半導体素子と
   基板とのボンディングが行われるボンディング位置の間
   で回動させ、上記半導体素子供給位置で上記ボンディン
   グヘッドに供給された上記半導体素子の向きを、上記半
   導体素子を上記ボンディング位置へ送る過程で反転させ
   て上記素子形成面を上記基板に対向させるボンディング
   ヘッド送り装置とを具備した半導体装置の製造装置。
2. （２）素子形成面上に配設されたバンプを有する半導体
   素子をボンディングヘッドにより保持し、上記半導体素
   子を、配線パターンを形成された基板に対向させて上記
   基板へフリップチップ式にボンディングする半導体素子
   の製造方法において、上記バンプを露出させた状態でピ
   ックアップ位置に供給された上記半導体素子を上記トレ
   イから取出し、同心円上に配置された複数のボンディン
   グヘッドのうちの半導体素子供給位置に在るボンディン
   グヘッドへ供給する第１の工程と、上記ボンディングヘ
   ッドに供給された半導体素子を位置決めする第２の工程
   と、位置決めされた半導体素子を位置認識する第３の工
   程と、上記複数のボンディングヘッドを有する回転部材
   を回動させ、それぞれのボンディングヘッドを半導体素
   子供給位置とボンディング位置との間で回動させ、上記
   回転部材の回転に伴い、上記半導体素子供給位置で上記
   ボンディングヘッドに供給された上記半導体素子の向き
   を、上記半導体素子をボンディング位置へ送る過程で反
   転させて素子形成面を基板に対向させる第４の工程とを
   具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。