JPH08288337A - チップボンディング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 重い大型の回路基板であっても高精度にボン
ディングすることができるチップボンディング方法及び
その装置を得る。 【構成】 ＣＣＤカメラ９で、鎖線で示されている回路
基板１の精密位置決め基準用アライメントマークをその
下方より検出する。次いで、門型透視架台４をボンディ
ング位置Ａから退避させてボンディングツール１５が吸
着保持している半導体チップ１６に印されている精密位
置決め基準用アライメントマークを、その下方より検出
する。次いで、ボンディングツール１５が両アライメン
トマークの位置ずれを無くするように所定に移動制御さ
れて回路基板１と半導体チップ１６とが位置的に精密整
合せしめられ、両者が加熱圧着、すなわち、ボンディン
グされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶基板等の回路基板
に半導体チップをボンディングするチップボンディング
方法及びその装置装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶基板等の回路基板に半導体チ
ップを加熱圧着、すなわち、ボンディングするチップボ
ンディングは、広く実用に供されているが、このボンデ
ィングにおいては、ミクロン単位の精度が要求され、か
つ、それが一段と高精度になりつつある。

【０００３】その為、一般に、回路基板と半導体チップ
とをボンディング位置に位置決めするように移送した
後、回路基板と半導体チップとの相対位置をカメラで検
出し、その位置ずれ量の算出結果に基づいて回路基板と
半導体チップとの位置的精密整合を行ってボンディング
している。

【０００４】すなわち、例えば、特開平２−２２６７３
７号公報において開示されているように、ＸＹテーブル
装置を構成している上段テーブル（Ｘテーブル若しくは
Ｙテーブル）のスライドテーブル上に載置された回路基
板と、この基板の上方において半導体チップを吸着保持
しているボンディングツールを装着したボンデイングヘ
ッドとの間に二視野光学系を移動させて、回路基板と半
導体チップとの相対位置を検出し、その位置ずれ量の算
出結果に基づいて、回路基板を支持しているボンディン
グステーを微動させて回路基板と半導体チップとを位置
的に精密整合せしめた後、ボンディングヘッドを下方に
移動させてボンディングするようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このボンディ
ングは、回路基板と半導体チップとの相対位置を、二視
野光学系で検出している為、この光学系自体の精度に左
右、すなわち、上方の半導体チップに印されている位置
決め基準用アライメントマークを検出する一方の光学系
と、下方の回路基板の電極部に印されている位置決め基
準用アライメントマークを検出する他方の光学系との同
心的関係のずれに左右されて、ミクロン単位で、しか
も、一段と高精度が要求される場合（例えば、液晶基板
の電極にボンディングする所謂、ＣＯＧの場合等）のボ
ンディングには適していなかった。

【０００６】その為、二視野光学系に代えて、半導体チ
ップに印されている位置決め基準用アライメントマーク
と、回路基板の一端の電極部に印されている位置決め基
準用アライメントマークとを、その下方から検出する一
視野光学系を採用することが検討さるようになり、既
に、この種のボンディングが特開平４−１９９５２５号
公報において提案されている。

【０００７】しかし、このボンディングも、前者と同様
に、回路基板を支持しているボンディングステーを微動
させて回路基板と半導体チップとの位置的精密整合を行
うものであるから、回路基板の大型化に伴って重量が大
きくなると、かかる微動による位置的精密整合を高精度
に行うことが困難になる欠点を有していた。

【０００８】また、一視野光学系を採用することに伴っ
てボンディングステージの下方に、カメラを位置させる
為の通路を形成する必要がある関係上、ボンディングス
テージを移動制御するＸＹθテーブル装置等で構成され
たステージ移動制御装置に、ボンディングステージを片
持ち状態に装着することが余儀無くされていたが、この
ように装着されたボンディングステージで回路基板を支
持してボンディングすると、ボンディングステージに歪
みが発生し易く、その為、特に、液晶基板の電極にボン
ディングする場合等のように、一段と大きな押圧条件下
でボンディングする場合においてそれが顕著であって、
高精度にボンディングを行うことが困難であることの欠
点も有していた。

【０００９】更に、ボンディングステージ上に載置され
ている回路基板の精密位置決め基準用アライメントマー
クを、ボンディングステージの下方に移動された前記カ
メラにより検出する為に、かかるボンディングステージ
を、光を透過し得る透明材で構成しなければならなく、
従って、実用的で無いといった欠点も有していた。

【００１０】本発明は、このような諸々の欠点に着目
し、それらを解決すべく鋭意検討の結果、その第１に、
ボンディング位置における回路基板と半導体チップとの
位置的精密整合を、ボンディングステージの方で行わず
にボンディングヘッドの方で、しかも、ボンディングヘ
ッド全体を移動させないでボンディングヘッドの下端に
装着されている、半導体チップを吸着保持するボンディ
ングツールだけを微動させて行うことにより、重い大型
の回路基板にボンディングする場合においても、ボンデ
ィング位置における回路基板と半導体チップとの位置的
精密整合を高精度に、かつ容易に行うことができること
を見い出したものである。

【００１１】また、その第２に、ＸＹテーブルで構成さ
れたステージ移動制御装置に対してボンディングステー
ジを、ＸＹテーブルを構成している上段テーブルのスラ
イドテーブル上に装着されたステージベースと、ステー
ジベース上に装着された基板受けと、ＸＹテーブルを構
成している下段テーブルのスライドテーブル上に装着さ
れた門型透視架台と、基板受けと門型透視架台間におい
て水平に上下動し得るようにステージベース上に装着さ
れたサクション板と、サクション板上に装着された複数
の吸着パッドとで構成するという如くに、ボンディング
ステージ側を特殊な構造に設けることにより、一段と大
きな押圧条件下でのボンディングにおいても、ボンディ
ングステージに歪みが発生するのを防止し得て高精度に
ボンディングを行うことができることを見い出したもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係
る、チップボンディング方法は、回路基板を移送してボ
ンディング位置に位置決めさせるように前記回路基板を
支持したボンディングステージを移動制御する基板位置
決め用ステージ移動制御工程と、前記ボンディング位置
に位置決めされた前記回路基板の精密位置決め基準用ア
ライメントマークを前記回路基板の下方からカメラで検
出する基板位置検出工程と、前記ボンディング位置のボ
ンディングヘッドに備えられているボンディングツール
により吸着保持された半導体チップの精密位置決め基準
用アライメントマークを前記ボンディングヘッドの下方
から前記カメラで検出するチップ位置検出工程と、前記
チップ位置検出工程に先立って前記ボンディングステー
ジを前記カメラの撮像視野外へ退避させるように前記ボ
ンディングステージを移動制御する退避用ステージ移動
制御工程と、前記カメラにより検出された両アライメン
トマークの位置ずれ量の算出結果に基いて前記回路基板
と前記半導体チップとの位置的精密整合を行った後、前
記ボンディングヘッドによりボンディングするボンディ
ング工程とからなるチップボンディング方法において、
前記回路基板と前記半導体チップとの位置的精密整合
を、前記ボンディングツールだけを微動させて行うこと
を特徴とするものである。

【００１３】また、本発明に係る第１の、チップボンデ
ィング装置は、半導体チップを吸着保持するボンディン
グツールを備えたボンディングヘッドと、回路基板を支
持するボンディングステージと、前記ボンディングステ
ージにより移送されてボンディング位置に位置決めされ
た前記回路基板の精密位置決め基準用アライメントマー
クを前記回路基板の下方から検出すると共に前記ボンデ
ィング位置の前記ボンディングツールにより吸着保持さ
れている前記半導体チップの精密位置決め基準用アライ
メントマークを前記ボンディングヘッドの下方から検出
するカメラと、前記カメラを撮像視野内へ移動制御する
カメラ移動制御装置と、前記回路基板を前記ボンディン
グ位置に位置決めさせるように前記ボンディングステー
ジを移動制御すると共に前記ボンディング位置の前記ボ
ンディングツールにより吸着保持されている前記半導体
チップの精密位置決め基準用アライメントマークを前記
カメラで検出するに先立って前記ボンディングステージ
を前記カメラの撮像視野外へ退避させるように移動制御
するステージ移動制御装置とを備え、かつ、前記カメラ
により検出された両アライメントマークの位置ずれ量の
算出結果に基いて前記回路基板と前記半導体チップとの
位置的精密整合を行った後、前記ボンディングヘッドに
よりボンディングし得るように構成されたチップボンデ
ィング装置において、前記ボンディングヘッドを、前記
ボンディングツールだけを微動させて前記位置的精密整
合を行えるように構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１４】また、本発明に係る第２の、チップボンデ
ィング装置は、半導体チップを吸着保持するボンディン
グツールを備えたボンディングヘッドと、回路基板を支
持するボンディングステージと、前記ボンディングステ
ージにより移送されてボンディング位置に位置決めされ
た前記回路基板の精密位置決め基準用アライメントマー
クを前記回路基板の下方から検出すると共に前記ボンデ
ィング位置の前記ボンディングツールにより吸着保持さ
れている前記半導体チップの精密位置決め基準用アライ
メントマークを前記ボンディングヘッドの下方から検出
するカメラと、前記カメラを撮像視野内へ移動制御する
カメラ移動制御装置と、前記回路基板を前記ボンディン
グ位置に位置決めさせるように前記ボンディングステー
ジを移動制御すると共に前記ボンディング位置の前記ボ
ンディングツールにより吸着保持されている前記半導体
チップの精密位置決め基準用アライメントマークを前記
カメラで検出するに先立って前記ボンディングステージ
を前記カメラの撮像視野外へ退避させるように移動制御
するステージ移動制御装置とを備え、かつ、前記カメラ
により検出された両アライメントマークの位置ずれ量の
算出結果に基いて前記回路基板と前記半導体チップとの
位置的精密整合を行った後、前記ボンディングヘッドに
よりボンディングし得るように構成されたチップボンデ
ィング装置において、前記ステージ移動制御装置をＸＹ
テーブルで構成すると共に前記ボンディングステージ
を、前記ＸＹテーブルを構成している上段テーブルのス
ライドテーブル上に装着されたステージベースと、前記
ステージベース上に装着された基板受けと、前記ＸＹテ
ーブルを構成している下段テーブルのスライドテーブル
上に装着された門型透視架台と、前記基板受けと前記門
型透視架台間に位置されるように前記ステージベース上
に装着されたサクション板と、前記サクション板上に装
着された複数の吸着パッドとで構成し、かつ、前記回路
基板を前記吸着パッド群で吸着保持して電極が形成され
ている方の一端を前記門型透視架台により支持すると共
に対向他端を前記基板受けにより支持した状態において
前記カメラを、前記ボンディング位置に位置決めされて
いる前記門型透視架台により区画された空間領域内に移
動せしめて前記回路基板の精密位置決め基準用アライメ
ントマークを検出し、次いで、前記下段テーブルのスラ
イドテーブルを移動せしめて前記門型透視架台を前記ボ
ンディング位置から退避させ状態において前記カメラに
より前記半導体チップの精密位置決め基準用アライメン
トマークを検出し得るように構成したことを特徴とする
ものである。

【００１５】

【作用】図１において、鎖線で示されている回路基板１
は、その一端が、ボンディングステージ２の基板受け３
で支持されていると共に電極が形成されている方の他端
が門型透視架台４で支持され、かつ、サクション板５に
装着されている複数の吸着パッド６で吸着保持されてい
る。なお、門型透視架台４の上端に透視ガラス７が装着
されている。

【００１６】この状態において、ＸＹＺテーブルで構成
されたカメラ移動制御装置８に装着されているＣＣＤカ
メラ９がカメラ移動制御装置８の駆動制御により移動さ
れ、その撮像ヘッド１０が、門型透視架台４により区画
された空間領域１１内に移動され、門型透視架台４によ
り支持されている回路基板１の一端に印されている精密
位置決め基準用アライメントマークをその下方より検出
する。

【００１７】続いて、Ｘテーブルである下段テーブル１
２のスライドテーブル１３がＸａ方向へ移動されて門型
透視架台４がボンディング位置Ａから退避される。する
と、ＣＣＤカメラ９が、ボンディング位置Ａに位置され
ている上方のボンディングヘッド１４のボンディングツ
ール１５が吸着保持している半導体チップ１６に印され
ている精密位置決め基準用アライメントマークを、その
下方より検出する。

【００１８】次いで、下段テーブル１２のスライドテー
ブル１３がＸｂ方向へ移動され、門型透視架台４がボン
ディング位置Ａにリターンされると共にボンディングツ
ール１５が両アライメントマークの位置ずれを無くする
ように所定に移動制御され、これにより、回路基板１と
半導体チップ１６とが位置的に精密整合せしめられ、以
下、ボンディングヘッド１４が下方へ移動して加熱圧
着、すなわち、ボンディングする。

【００１９】その際、回路基板１の荷重が作用しない方
のボンディングヘッド１４側で、しかも、ボンディング
ヘッド１４全体を微動させないで、このヘッドの一部分
であるボンディングツール１５だけを微動させるから、
高精度に整合させることができる。また、下段テーブル
１２のスライドテーブル１３上に装着されている門型透
視架台４によって回路基板１のボンディング側一端を支
持しているから、ボンディング時におけるボンディング
ステージ２の歪みを一段と微小にすることができる。

【００２０】そして、ボンディングを終えてボンディン
グヘッド１４が、上方の元の位置へ移動されると、サク
ション板５が上方へ移動されて、基板受け３及び門型透
視架台４で支持されていた回路基板１が上方へ移動さ
れ、かつ、Ｙテーブルである上段テーブル１７のスライ
ドテーブル１８がＹｂ方向へ移動される。なお、この移
動は、続いてボンディングを行う箇所をボンディング位
置Ａに位置決めさせるように行われる。よって、上述と
同様の工程を経て、次々とボンディングを行うことがで
きる。

【００２１】

【実施例】チップボンティング装置の全体的斜視姿が示
されている図２において、機台２０上に、ボンディング
ヘッド１４、ボンディングステージ２、ＣＣＤカメラ
９、チップスライダー２１、チップローダー２２等が装
着されているが、チップローダー２２は、水平面内にお
いて互いに直交するＸＹ方向に移動し得るように装着さ
れているアーム２３にシリンダー２４を装着すると共
に、このシリンダー２４のロッド先端に吸着パッド２５
を装着して構成されている。

【００２２】その為、アーム２３のＸＹ方向への移動制
御と、シリンダー２４による吸着パッド２５のＺ方向
（上下方向）への移動制御とにより、チップトレー２６
の所定の収納区画内から半導体チップ１６を吸着保持
し、それを外形位置決め板２７の所に移送することがで
きる。なお、外形位置決め板２７は、機台２０に水平に
装着されていると共に、これの上面に、図３において示
されているように、一対のＬ字形のチップ押当板２８を
装着している。

【００２３】その為、吸着パッド２５により吸着保持さ
れて両チップ押当板２８間に移送されて来た半導体チッ
プ１６は、アーム２３の図示矢印方向（ＸＹ方向）への
移動制御により、両チップ押当板２８に当接されて、そ
の中心部が吸着パッド２５により吸着保持されるように
位置決めされる。

【００２４】その際、半導体チップ１６は、その下面
が、外形位置決め板２７の上面に接触しないような高さ
に吸着保持されて位置決めされるので、半導体チップ１
６のボンディングしようとする方の面、すなわち、下面
の損傷を防止することができ、また、このようなチップ
位置決め方法によると、半導体チップ１６の大きさが変
っても、チップローダー２２の移動制御プログラムを所
定に変更するだけで対処することができ、従って、治具
交換等を行なわずに容易にチップサイズ変更に対処する
ことができる。

【００２５】引き続いて、かかる位置決めを終えると、
アーム２３のＸＹ方向への移動制御と、シリンダー２４
による吸着パッド２５のＺ方向への移動制御とにより、
チップスライダー２１上に半導体チップ１６が移載され
ると共に、このスライダー２１が、ボンディングヘッド
１４の方へと移動される。なお、チップスライダー２１
は、図示されていないサーボモータで駆動回転される螺
子軸に螺着されて水平に移動し得るように装着され、チ
ップ受取り位置Ｂ（原点）からボンディングヘッド１４
に接近されたチップ待機位置に水平に移動される。

【００２６】そして、ボンディングヘッド１４が、その
下方におけるボンディングを終えて上方のヘッド原点に
リターンされると、チップスライダー２１が、かかる待
機位置からボンディングヘッド１４の下方に移動され
る。その為、半導体チップ１６をボンディングヘッド１
４の下方に迅速に移送することができる。

【００２７】次に、ボンディングヘッド１４は、ボンデ
ィング位置Ａに装着されているが、このヘッド１４は、
機台２０上に装着されている支柱３０の上端に装着の反
力受け３１等で構成されている。すなわち、その拡大さ
れた姿が示されている図４において、ブラケット用縦ガ
イド３２及びＺテーブル３３は、機台２０上に装着され
ている箱状ブラケット３４（図２参照）に装着され、そ
して、シリンダーブラケット３５は、ブラケット用縦ガ
イド３２で案内されてＺ方向（上下方向）に摺動し得る
ように装着されていると共にヘッドブラケット３６も、
Ｚテーブル３３で案内されて同方向に摺動し得るように
装着されている。

【００２８】なお、ヘッドブラケット３６は、ＸＹθテ
ーブル３８の上部を構成しているＸＹテーブル３８ａに
装着されていると共にツールブラケット３７は、ＸＹθ
テーブル３８の下部を構成しているθテーブル３８ｂに
装着されている。

【００２９】また、Ｚテーブル３３は、サーボモータ３
９によってネジ軸を回転させてピッチ送りするネジ軸送
り機構（図示されていない）を備えているが、この機構
にヘッドブラケット３６が連携されている。従って、か
かる機構を介してヘッドブラケット３６が移動される
と、ツールブラケット３７も一緒に移動される。

【００３０】一方、シリンダーブラケット３５に装着さ
れているエアーシリンダー４１のピストンロッド４２
は、加圧伝達軸４３と上下方向に同心的に位置され、か
つ、ピストンロッド４２の下端は、通常においては（図
示のように、ピストンロッド４２が上方の原点位置に没
されているときには）、加圧伝達軸４３の上端に対して
一定間隔に離別されている。

【００３１】また、加圧伝達軸４３は、ヘッドブラケッ
ト３６、ＸＹθテーブル３８及びツールブラケット３７
を貫通して上下動し得るように装着されていると共に、
その下端がボンディングツール１５の上端に当接されて
抜け止めされている。なお、軸受１９はヘッドブラケッ
ト３６に装着されている。

【００３２】その為、ヘッドブラケット３６及びツール
ブラケット３７を静止させた状態において、エアーシリ
ンダー４１のピストンロッド４２を下方に突出させるこ
とにより、その下端を加圧伝達軸４３の上端に当接さ
せ、更に下方へ突出させることにより加圧伝達軸４３を
下方へ摺動させることができ、そして、このようにして
加圧伝達軸４３を下方へ摺動させることにより、その下
端でボンディングツール１５を押して下方へ移動させる
ことができる。

【００３３】なお、下方へ突出されていたピストンロッ
ド４２が没されて上方へ移動されると、加圧伝達軸４３
は、後述するように、弾性体（コイルバネ）４７を介し
てツールブラケット３７に吊り下げられた状態に装着さ
れているボンディングツール１５により押されて上方へ
摺動されて元の位置にリターンされる。

【００３４】加えて、ボンディングツール１５は、その
一端が、このツール１５の下端側部（先端側部）に設け
られている吸気通路（図示されていない）に接続されて
いる耐圧ホースを経て吸気することにより、前記吸気通
路と連通されるようにツール下端面（チップ吸着保持
面）に開口されている吸気孔から吸気して半導体チップ
１６を吸着保持し得ると共にヒータを内蔵し、パルスヒ
ータ制御装置４４（図２参照）により迅速に所定温度に
加熱し得るように構成され、かつ、ツールブラケット３
７に装着のピン４５とボンディングツール１５に装着の
ピン４６とに弾性体（コイルバネ）４７が係止されてい
る（図示されていない反対側の方にも同様に係止されて
いる）。すなわち、この一対の弾性体（コイルバネ）４
７によってツールブラケット３７に吊り下げられた状態
に装着されている。

【００３５】なお、このツール１５は、ツールブラケッ
ト３７の縦ガイド穴４０に摺動し得るように嵌挿されて
いるガイド部５１を備えており、従って、ヘッドブラケ
ット３６が下方へ移動されると、このテーブル３６と一
体的に下方へ移動されるツールブラケット３７に追従し
てボンディングツール１５も同方向に移動し、これと反
対に、ヘッドブラケット３６が上方へ移動されると、ボ
ンディングツール１５も同方向に移動する。

【００３６】同様に、シリンダーブラケット３５に装着
のピン４８と反力受け３１に装着のピン４９とにも弾性
体（コイルバネ）５０が係止されている。なお、シリン
ダーブラケット３５の上面側にロードセル２９が装着さ
れている。また、前記耐圧ホースの他端は図示されてい
ない真空ポンプに接続されている。

【００３７】而して、Ｚテーブル３３の前記ネジ軸送り
機構により、ヘッドブラケット３６を下方へ移動させて
ボンディングツール１５をボンディング開始高さに位置
決めし、次いで、エアーシリンダー４１のピストンロッ
ド４２を下方へ所定ストローク突出させて加熱圧着、す
なわち、ボンディングすることができる。

【００３８】そして、ボンディングを終えると、エアー
シリンダー４１のピストンロッド４２を没して上方の原
点位置にリターンさせると共にＺテーブル３３の前記ネ
ジ軸送り機構によりヘッドブラケット３６を上方へ移動
させてボンディングツール１５を上方の原点位置にリタ
ーンさせることができる。

【００３９】図４においては、この状態が示されている
が、引き続いて、チップスライダー２１により、その下
方に半導体チップ１６が移送されて来ると、Ｚテーブル
３３の前記ネジ軸送り機構により、下方へ所定ストロー
ク移動されてチップスライダー２１上の半導体チップ１
６をボンディングツール１５で吸着保持し、次いで、上
方の原点位置へリターンされる。

【００４０】このように、ボンディングヘッド１４を、
ボンディング位置Ａから他所へ移動し得ないように装着
して、常にボンディング位置Ａにおいて半導体チップ１
６を吸着保持するように設けている。その為、ボンディ
ングヘッド１４を、ボンディング位置Ａ以外の他の所へ
移動させて半導体チップ１６を吸着保持し、それを、ボ
ンディング位置Ａにリターンさせるようなチップ供給態
様に比してチップ供給サイクルの短縮化を図ることがで
きる。

【００４１】次に、拡大図である図１において、ボンデ
ィングステージ２は、ステージ移動制御装置５５上に装
着されているが、この移動制御装置５５は、Ｘテーブル
である下段テーブル１２とＹテーブルである上段テーブ
ル１７とで構成され、かつ、下段テーブル１２のスライ
ドテーブル１３は、固定側テーブル５６で案内されてＸ
方向へ移動し得るように装着されていると共に、このス
ライドテーブル１３上に上段テーブル１７が装着、すな
わち、上段テーブル１７のスライドテーブル１８は、ス
ライドテーブル１３上に装着されている固定側テーブル
５７で案内されてＹ方向へ移動し得るように装着されて
いる。

【００４２】一方、ボンディングステージ２は、スライ
ドテーブル１８上に装着されたステージベース５８と、
このベース５８上に装着された基板受け３及びサクショ
ン板５と、下段テーブル１２のスライドテーブル１３上
に装着された門型透視架台４とで構成されている。な
お、基板受け３は、ステージベース５８の上端にＸ方向
に延設された一対のガイドレール５９で案内されて移動
し得るように装着され、また、サクション板５は、図１
の縦断面図である図５において示されているように、ス
テージベース５８に装着されたエアーシリンダー６０の
ピストンロッド先端に装着されている可動ブラケット６
１上に装着され、このシリンダー６０によって水平に上
下動し得るように装着されている。

【００４３】なお、可動ブラケット６１は、ステージベ
ース５８に装着されている左右の縦ガイドレール６２で
案内されて移動し得るように装着されている。加えて、
サクション板５には、複数の吸引孔６３が設けられてい
ると共にこの孔６３と連通されるようにサクション板５
の上面側に複数の吸着パッド６が装着されている。その
為、一端が真空ポンプ（図示されていない）に接続され
ている管路６４の他端を、サクション板５の吸気口に接
続することにより、吸着パッド６群から吸気することが
できる。

【００４４】また、門型透視架台４は、これの縦断面し
た姿が図５において示されているが、基板受け３とほぼ
同一レベルに設けられ、その上端に透視ガラス７が装着
されている。なお、透視ガラス７の上面を基板受け３の
上面より、僅かに高くするのが好ましく、かつ、透視ガ
ラス７の下方には透視孔６５が設けられている。

【００４５】更に、ＣＣＤカメラ９は、ＸＹＺテーブル
で構成されているカメラ移動制御装置８上に装着されて
いる。すなわち、この移動制御装置８は、下段のＸテー
ブル７０上にＹテーブル７１を装着すると共にＹテーブ
ル７１上にＺテーブル７２を装着して構成され、かつ、
かかるＺテーブル７２にＣＣＤカメラ９を装着してい
る。なお、Ｚテーブル７２は、サーボモータ７３でネジ
軸７４を駆動回転させることによりＺ方向へ移動し得る
ように装着されている。

【００４６】また、ステージ移動制御装置５５及びカメ
ラ移動制御装置８を構成している各スライドテーブル１
３，１８，７５，７６も、サーボモータ７３でネジ軸を
回転させてピッチ送りをするネジ軸送り機構を介して移
動し得るように装着されている。

【００４７】而して、このボンディング装置によると、
次のようにして、加熱圧着、すなわち、ボンティングす
ることができる。なお、ボンティングを行うに当って、
ボンティングステージ２上に回路基板１が供給される
が、これは上段テーブル１７のスライドテーブル１８を
Ｙａ方向へ移動させた状態において作業員により行われ
る。その際、ボンディングヘッド１４は、上方のヘッド
原点位置に移動されている。また、Ｙａ方向へ移動され
たボンティングステージ２のサクション板５は、これに
装着されている吸着パッド６群の上端が、基板受け３又
は門型透視架台４の上面よりも少し上方に位置されるよ
うにシリンダー６０を介して上方へ移動されている。

【００４８】そして、作業員が、吸着パッド６群上に、
回路基板１を、電極が形成されている方の一端を門型透
視架台４側へ位置させるように載置すると、図示されて
いない真空ポンプによる吸気が開始されて回路基板１が
吸着パッド６群で吸着保持される。次いで、上段テーブ
ル１７のスライドテーブル１８がＹｂ方向へ移動され
て、最初にボンディングする箇所がボンディング位置Ａ
に位置決めされ、かつ、その後、サクション板５がシリ
ンダー６０を介して下方へ移動される。

【００４９】この姿が図５において示されている。同図
において、回路基板１は、吸着パッド６群で吸着保持さ
れたまま、ボンディング位置Ａに移動されている門型透
視架台４と基板受け３とで支持されている。また、これ
と並行して、チップスライダー２１により、ボンディン
グ位置Ａに半導体チップ１６が移送されて来て、ボンテ
ィングヘッド１４のボンディングツール１５により吸着
保持される。この状態が図１において示されている。

【００５０】続いて、Ｘｂ方向へ退避されていたＣＣＤ
カメラ９がカメラ移動制御装置８の駆動制御によりＸａ
方向へ移動され、その撮像ヘッド１０が門型透視架台４
により区画された空間領域１１内に移動され、門型透視
架台４により支持されている回路基板１の一端に印され
ている精密位置決め基準用アライメントマークを、その
下方より検出する。その際、カメラ移動制御装置８は、
必要に応じてＸ、Ｙ及びＺ方向のうちから選ばれた所定
方向に各テーブル７２，７５，７６を移動せしめるよう
に所定に駆動制御される。

【００５１】そして、かかる検出を終えると、下段テー
ブル１２のスライドテーブル１３がＸａ方向へ移動さ
れ、門型透視架台４がボンディング位置ＡからＸａ側へ
退避、すなわち、ＣＣＤカメラ９の撮像視野外へ退避さ
れる。すると、ＣＣＤカメラ９が、その上方のボンディ
ングツール１５が吸着保持している半導体チップ１６に
印されている精密位置決め基準用アライメントマークを
その下方より検出する。なお、その際、必要ならば、Ｃ
ＣＤカメラ９がＺａ方向へ移動せしめられる。そして、
この検出を終えると、Ｘｂ側の元の退避位置へリターン
される。

【００５２】引き続いて、下段テーブル１２のスライド
テーブル１３がＸｂ方向へ移動され、門型透視架台４が
ボンディング位置Ａにリターンされると共に、ボンディ
ングツール１５が、両アライメントマーク同士の位置ず
れを無くするように所定に移動制御され、これにより、
回路基板１と半導体チップ１６とが位置的に精密整合せ
しめられる。なお、両アライメントマークの位置ずれの
判定は、画像処理系内において行われ、その結果に基づ
いて、かかる移動制御、すなわち、ボンディングツール
１５だけの移動制御が行われる。その際、ＸＹθテーブ
ル３８によりＸ方向、Ｙ方向及びθ回転のうちから選ば
れた所定方向にボンディングツール１５が微動される。

【００５３】換言すると、ボンディング位置Ａにおける
回路基板１と半導体チップ１６との位置的精密整合を、
ボンディングステージ２の方で行わずにボンディングヘ
ッド１４の方で、しかも、ボンディングヘッド１４全体
を移動させないでボンディングヘッド１４の下端に装着
されている、半導体チップ１６を吸着保持のボンディン
グツール１５だけを微動させて行っている。

【００５４】その為、重い大型の回路基板１にボンディ
ングする場合においても、そのこととは無関係に、ボン
ディング位置Ａにおける回路基板１と半導体チップ１６
との位置的精密整合を高精度に、かつ、容易に行うこと
ができる。なお、このような位置的精密整合を、必要に
応じて複数回行うことにより、より一段と精密に整合さ
せることができる。

【００５５】なお、ミクロン単位の精度が要求される関
係上、必要に応じてキャリブシーションが行われる。す
なわち、ボンディングツール１５に設けられている基準
指標を、ＸＹθテーブル３８若しくはカメラ移動制御装
置８を所定に駆動してＣＣＤカメラ９で前記基準指標を
サーチすることにより得られる所定の補正パラメータに
より、制御系に入力されている各種のパラメータ（例え
ば、ＸＹθテーブル３８における、θテーブルの回転中
心、Ｘテーブル及びＹテーブルの軸傾き、実送り量、或
いは、カメラ移動制御装置８における、各テーブルの軸
傾き、実送り量等）を補正更新する。これにより、機械
的特性が経時的に変化しても、ボンディング精度を高精
度に保つことができる。

【００５６】以下、かかる精密整合を終えると、ボンデ
ィングヘッド１４が下方へ移動して加熱圧着、すなわ
ち、ボンディングする。これは、上述のように最初にＺ
テーブル３３を介して、上方の原点位置のボンディング
ツール１５が下方へ移動されて回路基板１に接近された
ボンディング開始位置に位置決めされ、次いで、エアー
シリンダー４１のピストンロッド４２の下方への突出に
よりボンディングツール１５が回路基板１に押し付けら
れる。

【００５７】その際、回路基板１のボンディングする方
の一端、すなわち、大きな押圧力が作用する方の一端
が、下段テーブル１２のスライドテーブル１３上に装着
されている門型透視架台４で支持されているので、ボン
ディングステージを片持ち構造に装着した場合において
問題視されていたステージ歪みの発生を、一段と大きな
押圧条件下でのボンディングにおいても防止することが
できて高精度にボンディングを行うことができる。

【００５８】そして、ボンディングを終えてボンディン
グヘッド１４が上方の原点位置にリターンされると、エ
アーシリンダー６０を介してサクション板５が上方へ移
動されて、基板受け３及び門型透視架台４で支持されて
いた回路基板１が上方へ移動され、かつ、この状態にお
いて、Ｙテーブルである上段テーブル１７のスライドテ
ーブル１８がＹｂ方向へ移動される。

【００５９】この移動は続いてボンディングを行う箇所
をボンディング位置Ａに位置決めさせるように行われ、
その後、サクション板５が下方へ移動されて回路基板１
が、再び基板受け３及び門型透視架台４で支持される。
よって、上述と同様の工程を経て次々と高精度にボンデ
ィングすることができる。なお、ボンディングツール１
５による半導体チップ１６の吸着保持は、ボンディング
を終えると解除され、そして、半導体チップ１６を受け
取るときに吸気が開始されて吸着保持することができ
る。

【００６０】このように、回路基板１を移送してボンデ
ィング位置Ａに位置決めさせるように回路基板１を支持
したボンディングステージ２を移動制御する基板位置決
め用ステージ移動制御工程と、ボンディング位置Ａに位
置決めされた回路基板１の精密位置決め基準用アライメ
ントマークを回路基板１の下方からＣＣＤカメラ９で検
出する基板位置検出工程と、ボンディング位置Ａのボン
ディングヘッド１４に備えられているボンディングツー
ル１５により吸着保持された半導体チップ１６の精密位
置決め基準用アライメントマークをボンディングヘッド
１４の下方からＣＣＤカメラ９で検出するチップ位置検
出工程と、チップ位置検出工程に先立ってボンディング
ステージ２をＣＣＤカメラ９の撮像視野外へ退避させる
ようにボンディングステージ２を移動制御する退避用ス
テージ移動制御工程と、ＣＣＤカメラ９により検出され
た両アライメントマークの位置ずれ量の算出結果に基い
て回路基板１と半導体チップ１６との位置的精密整合を
ボンディングツール１５だけを微動させて行った後、ボ
ンディングヘッド２によりボンディングするボンディン
グ工程とを経てチップボンディングするようにしてい
る。

【００６１】なお、次にボンディングしようとする回路
基板１が、先行のそれと大きさが異なるものである場合
には、基板受け３をＸｂ側へ移動させて止めネジ等の適
当な手段で所定位置に固定すればよく、このような簡単
な調整作業により、大きさが異なる回路基板１を次々と
ボンディングすることができる。その際、上述のよう
に、門型透視架台４を、上段テーブル１７のスライドテ
ーブル１８上に装着しないで、下段テーブル１２のスラ
イドテーブル１３上に装着しているので、大きな押圧条
件下でのボンディングにおいても、ボンディングステー
ジに歪みが発生するのを防止することができる。

【００６２】以上、本発明に係る一実施例について述べ
たが、本発明においては、ボンディングしようとする回
路基板は、液晶基板のような透明基板に限定されず他の
不透明の回路基板であってもよく、また、上段テーブル
をＸ方向に配すると共に下段テーブルをＹ方向へ配して
もよく、更に、基板受けを、ねじ軸送り機構等を介して
自動的に移動し得るように装着してもよい。

【００６３】また、半導体チップ及び回路基板に印され
る位置決め基準用アライメントマークについても、いか
なる態様のものであってもよい。また、ボンディングヘ
ッドは、ボンディング位置から他所へ移動し得ないよう
に装着するのが好ましいが、他の態様、例えば、ボンデ
ィング位置以外の所へ移動して半導体チップを吸着保持
し、それをボンディング位置に移送する所謂、移動式に
装着してもよい。

【００６４】なお、サクション板の装着についても、大
型の門型透視台を設置、すなわち、例えば、回路基板の
全長よりも長い支持上端面（回路基板を支持する上端
面）を形成し得るような大型の門型透視台を設置する場
合においては上下動させない態様に装着してもよい。

【００６５】

【発明の効果】上述の如く、請求項１〜５に記載の発明
によると、重い大型の回路基板にボンディングする場合
においても、ボンディング位置における回路基板と半導
体チップとの位置的精密整合を高精度に、かつ、容易に
行うことができる。また、請求項６に記載の発明による
と、大小の回路基板に対してボンディングすることがで
きると共に一段と大きな押圧条件下でのボンディングに
おいても、ボンディングステージに歪みが発生するのを
防止し得て高精度にボンディングを行うことができ、か
つ、透明の回路基板は勿論のこと不透明の回路基板につ
いてもボンディングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボンディングステージ部の拡大斜視図である。

【図２】チップボンディング装置の全体的構成を示す斜
視図である。

【図３】外形位置決め態様を示す斜視図である。

【図４】ボンディングヘッドの斜視図である。

【図５】図１の縦断面図である。

【符号の説明】

Ａ ボンディング位置 １ 回路基板 ２ ボンディングステージ ３ 基板受け ４ 門型透視台 ５ サクション板 ６ 吸着パッド ７ 透視ガラス ８ カメラ移動制御装置 ９ ＣＣＤカメラ １０ 撮像ヘッド １２ 下段テーブル １３ スライドテーブル １４ ボンディングヘッド １５ ボンディングツール １６ 半導体チップ １７ 上段テーブル １８ スライドテーブル ５５ ステージ移動制御装置 ５８ ステージベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋田 雅典 滋賀県大津市大江一丁目１番45号東レエン ジニアリング株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板を移送してボンディング位置に
   位置決めさせるように前記回路基板を支持したボンディ
   ングステージを移動制御する基板位置決め用ステージ移
   動制御工程と、前記ボンディング位置に位置決めされた
   前記回路基板の精密位置決め基準用アライメントマーク
   を前記回路基板の下方からカメラで検出する基板位置検
   出工程と、前記ボンディング位置のボンディングヘッド
   に備えられているボンディングツールにより吸着保持さ
   れた半導体チップの精密位置決め基準用アライメントマ
   ークを前記ボンディングヘッドの下方から前記カメラで
   検出するチップ位置検出工程と、前記チップ位置検出工
   程に先立って前記ボンディングステージを前記カメラの
   撮像視野外へ退避させるように前記ボンディングステー
   ジを移動制御する退避用ステージ移動制御工程と、前記
   カメラにより検出された両アライメントマークの位置ず
   れ量の算出結果に基いて前記回路基板と前記半導体チッ
   プとの位置的精密整合を行った後、前記ボンディングヘ
   ッドによりボンディングするボンディング工程とからな
   るチップボンディング方法において、前記回路基板と前
   記半導体チップとの位置的精密整合を、前記ボンディン
   グツールだけを微動させて行うことを特徴とするチップ
   ボンディング方法。
2. 【請求項２】 回路基板と半導体チップとの位置的精密
   整合に際してのボンディングツールの微動を、ＸＹθ方
   向のうち、少なくとも一方向に行うことを特徴とする請
   求項１に記載のチップボンディング方法。
3. 【請求項３】 ボンディングツールによる半導体チップ
   の吸着保持を、常にボンディング位置において行うこと
   を特徴とする請求項１に記載のチップボンディング方
   法。
4. 【請求項４】 回路基板と半導体チップとの位置的精密
   整合を、複数回行うことを特徴とする請求項１に記載の
   チップボンディング方法。
5. 【請求項５】 半導体チップを吸着保持するボンディン
   グツールを備えたボンディングヘッドと、回路基板を支
   持するボンディングステージと、前記ボンディングステ
   ージにより移送されてボンディング位置に位置決めされ
   た前記回路基板の精密位置決め基準用アライメントマー
   クを前記回路基板の下方から検出すると共に前記ボンデ
   ィング位置の前記ボンディングツールにより吸着保持さ
   れている前記半導体チップの精密位置決め基準用アライ
   メントマークを前記ボンディングヘッドの下方から検出
   するカメラと、前記カメラを撮像視野内へ移動制御する
   カメラ移動制御装置と、前記回路基板を前記ボンディン
   グ位置に位置決めさせるように前記ボンディングステー
   ジを移動制御すると共に前記ボンディング位置の前記ボ
   ンディングツールにより吸着保持されている前記半導体
   チップの精密位置決め基準用アライメントマークを前記
   カメラで検出するに先立って前記ボンディングステージ
   を前記カメラの撮像視野外へ退避させるように移動制御
   するステージ移動制御装置とを備え、かつ、前記カメラ
   により検出された両アライメントマークの位置ずれ量の
   算出結果に基いて前記回路基板と前記半導体チップとの
   位置的精密整合を行った後、前記ボンディングヘッドに
   よりボンディングし得るように構成されたチップボンデ
   ィング装置において、前記ボンディングヘッドを、前記
   ボンディングツールだけを微動させて前記位置的精密整
   合を行えるように構成したことを特徴とするチップボン
   ディング装置。
6. 【請求項６】 半導体チップを吸着保持するボンディン
   グツールを備えたボンディングヘッドと、回路基板を支
   持するボンディングステージと、前記ボンディングステ
   ージにより移送されてボンディング位置に位置決めされ
   た前記回路基板の精密位置決め基準用アライメントマー
   クを前記回路基板の下方から検出すると共に前記ボンデ
   ィング位置の前記ボンディングツールにより吸着保持さ
   れている前記半導体チップの精密位置決め基準用アライ
   メントマークを前記ボンディングヘッドの下方から検出
   するカメラと、前記カメラを撮像視野内へ移動制御する
   カメラ移動制御装置と、前記回路基板を前記ボンディン
   グ位置に位置決めさせるように前記ボンディングステー
   ジを移動制御すると共に前記ボンディング位置の前記ボ
   ンディングツールにより吸着保持されている前記半導体
   チップの精密位置決め基準用アライメントマークを前記
   カメラで検出するに先立って前記ボンディングステージ
   を前記カメラの撮像視野外へ退避させるように移動制御
   するステージ移動制御装置とを備え、かつ、前記カメラ
   により検出された両アライメントマークの位置ずれ量の
   算出結果に基いて前記回路基板と前記半導体チップとの
   位置的精密整合を行った後、前記ボンディングヘッドに
   よりボンディングし得るように構成されたチップボンデ
   ィング装置において、前記ステージ移動制御装置をＸＹ
   テーブルで構成すると共に前記ボンディングステージ
   を、前記ＸＹテーブルを構成している上段テーブルのス
   ライドテーブル上に装着されたステージベースと、前記
   ステージベース上に装着された基板受けと、前記ＸＹテ
   ーブルを構成している下段テーブルのスライドテーブル
   上に装着された門型透視架台と、前記基板受けと前記門
   型透視架台間に位置されるように前記ステージベース上
   に装着されたサクション板と、前記サクション板上に装
   着された複数の吸着パッドとで構成し、かつ、前記回路
   基板を前記吸着パッド群で吸着保持して電極が形成され
   ている方の一端を前記門型透視架台により支持すると共
   に対向他端を前記基板受けにより支持した状態において
   前記カメラを、前記ボンディング位置に位置決めされて
   いる前記門型透視架台により区画された空間領域内に移
   動せしめて前記回路基板の精密位置決め基準用アライメ
   ントマークを検出し、次いで、前記下段テーブルのスラ
   イドテーブルを移動せしめて前記門型透視架台を前記ボ
   ンディング位置から退避させ状態において前記カメラに
   より前記半導体チップの精密位置決め基準用アライメン
   トマークを検出し得るように構成したことを特徴とする
   チップボンディング装置。