KR102340087B1 - 실장 장치 및 실장 방법 - Google Patents

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Abstract

실리콘 웨이퍼 등의 기판에 임시 고정된 반도체 칩을 열 압착할 때에, 기판 외주부 부근에 임시 고정된 반도체 칩에 이르기까지 균일한 조건에서 열 압착을 행할 수 있는 실장 장치를 제공하는 것이다. 구체적으로는, 반도체 칩을 기판에 가압하는 압박면을 갖는 본딩 헤드와, 상기 압박면에 의해 가압되는 영역을, 상기 기판의 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지와, 상기 기판의 주연부를 보유 지지부를 사용하여 부분적으로 파지하는 기판 파지 수단을 구비하고, 상기 기판 파지 수단이 상기 기판을 파지하는 상기 보유 지지부의 위치를 변경하는 기능을 갖는 실장 장치를 제공한다.

Description

실장 장치 및 실장 방법
본 발명은 실장 장치 및 실장 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 기판 상에 복수의 반도체 칩을 열 압착하여 실장하는 실장 장치 및 실장 방법에 관한 것이다.
반도체 실장 분야에 있어서, 고밀도화에 대한 요망으로부터, 삼차원 실장인 칩 온 웨이퍼 공법(이하, 「COW 공법」이라고 기재함)으로의 주목이 모아지고 있다. COW 공법은 분할하여 반도체 칩이 되는 전자 부품이 만들어 넣어진 웨이퍼 상에, 반도체 칩을 접합하여 실장하는 공법이고, 도 10과 같이[웨이퍼 상면이 도 10의 (a), 이 A-A 단면도가 도 10의 (b)], 1매의 웨이퍼를 기판(W)으로 하여 다수의 반도체 칩(C)을 실장하는 것이다.
이와 같이, 다수의 반도체 칩(C)을 기판(W) 상에 실장할 때에, 도 11의 (a)와 같이 미경화의 열경화성 접착제 R을 통해 반도체 칩(C)을 기판(W) 상에 임시 고정하고 나서 열 압착을 행하고, 열경화성 접착제 R을 경화[도 11의 (b)]하는 프로세스(이하, 「임시 본 분할 프로세스」라고 기재함)가 사용된다(특허 문헌 1). 이 임시 본 분할 프로세스에서는, 도 12에 도시하는 예와 같이 복수의 반도체 칩(C)을 동시에 열 압착하는[도 12의 예에서는 압박면(71S)이 최대 4개인 반도체 칩(C)을 열 압착 가능] 것도 가능하다. 이 때문에, 반도체 칩(C)을 1개씩 소정 개소에 배치하여 열 압착하는 경우에 비해, 전체적인 택트 타임을 단축할 수 있다.
임시 본 분할 프로세스에 있어서는, 도 10과 같이, 기판(W) 상에 실장해야 할 반도체 칩(C)을 모두 임시 고정하고 나서, 도 13에 일례를 도시하는 실장 장치(100)에 있어서, 흡착 스테이지(104)에 보유 지지된 기판(W) 상의 반도체 칩(C)을 본딩 헤드(7)에 의해 열 압착을 행하는 것이 일반적이다. 그러나, 도 13의 실장 장치(100)에 있어서 웨이퍼와 같이 비교적 면적이 큰 기판(W)을 대상으로 하는 경우, 기판(W)을 평면 내에서(X방향, Y방향 및 Z방향을 회전축으로 하는 θ방향으로) 이동시키는 XYθ 테이블(103)의 대형화가 필요해진다. 이 때문에, 기판(W)의 면 내 위치에 따라 흡착 스테이지(104)의 강성에 차이가 발생하게 되거나, 스테이지 표면에 약간의 경사가 생기는 경우가 있고, 본딩 헤드(7)로 열 압착을 행할 때에 반도체 칩(C)이 위치 어긋남을 일으키는 경우가 있다.
이와 같은 위치 어긋남 대책으로서, XYθ 테이블(103)의 강성을 높이는 것도 생각할 수 있지만, 중량이 증가하기 때문에, 정밀한 위치 정렬을 신속히 행할 수 없어지므로 바람직하지 않다.
한편, 최근에는, 도 14에 도시한 바와 같은 실장 장치(200)가 출현하고 있다(특허문헌 2). 실장 장치(200)에서는, 본딩 헤드(7)의 압박면에 의해 가압되는 영역을 기판(W)의 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지(4)를 본딩 헤드(7)의 바로 아래에 배치하고, 기판(W)은 XYθ 가동 기구(3)에 배치된 기판 파지 수단(208)에 의해 위치 조정된다. 또한, 실장 장치(200)에서는, XYθ 가동 기구(3)의 X방향 가동부(3b), Y방향 가동부(3a) 및 θ방향 가동부(3C)는 중공 구조로 되어 있고, 기초대(2)에 백업 스테이지(4)를 고정할 수 있다.
도 14의 실장 장치(200)에서, 기판(W)은 XYθ 가동 기구(3)에 배치된 기판 파지 수단(208)에 주위를 파지하여 백업 스테이지(4)에 대하여 상대적으로 이동한다. 그 모습을, 단면도로서 설명하고 있는 것이 도 15 및 도 16이다. 도 15의 (a)는 어태치먼트 툴(71)에 의해 형성되는, 본딩 헤드(7)의 압박면과 동일한 영역을 기판(W) 이면으로부터 백업 스테이지(4)가 지지한 상태이고, 본딩 헤드(7)에 의한 열 압착 전을 도시하고 있다. 이어서, 도 15의 (b)와 같이 본딩 헤드(7)가 하강하여, 압박 영역에 있는 반도체 칩(C)을 열 압착한다. 그 후, 본딩 헤드(7)에 의한 열 압착이 종료되면, 본딩 헤드(7)는 상승하고, 기판 파지 수단(208)에 의해, 기판(W)을 상승시켜 기판(W)의 이면을 백업 스테이지(4)로부터 이격한다[도 15의 (c)]. 기판(W)의 이면이 백업 스테이지(4)로부터 이격된 점에서, XYθ 가동 기구(3)의 구동에 의해 기판 파지 수단(208)에 파지된 기판(W)을 수평 방향으로 이동시킬 수 있으므로, 이어서 열 압착하는 반도체 칩(C)을 본딩 헤드(7)와 백업 스테이지(4) 사이에 위치 정렬한다[도 16의 (d)]. 그것으로부터, 기판 파지 수단(208)은 기판(W)의 이면이 백업 스테이지(4)에 밀착하는 위치에 내리고, 도 15의 (a)와 동일한 열 압착을 행하는 준비 단계가 된다[도 16의 (e)]
일본 특허 공개 제2015-170646호 공보 일본 특허 출원 제2016-067990호
도 14와 같은 실장 장치(200)에서는, 기판 파지 수단(208)은 기판(W)의 주위를 파지하고 있지만, 기판(W)의 외주부 부근에 임시 고정된 반도체 칩(C)을 열 압착하려고 하면, 백업 스테이지(4)에 기판 파지 수단(208)이 간섭하여 열 압착할 수 없게 된다. 예를 들어, 도 16의 (f)의 상태에서 열 압착한 후에 기판(W)을 우측으로(이동 피치인 반도체 칩 2칩분) 이동하려고 해도, 백업 스테이지(4)에 기판 파지 수단(208)이 간섭해 버린다. 이 때문에, 백업 스테이지(4)와 기판 파지 수단(208)이 간섭하는 위치에 있는 반도체 칩(C)을 열 압착할 수 없게 된다. 그래서, 백업 스테이지(4)와 기판 파지 수단(208)이 간섭하는, 기판(W) 외주부 부근에는 반도체 칩(C)을 임시 고정하지 않는다는 대책도 생각되지만, 기판(W)의 이용 효율이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 임시 고정된 반도체 칩을 열 압착할 때에, 기판 외주부 부근에 임시 고정된 반도체 칩에 이르기까지 균일한 조건에서 열 압착을 행할 수 있는 실장 장치 및 실장 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은,
기판에 반도체 칩을 열 압착하는 실장 장치이며,
반도체 칩을 기판에 가압하는 압박면을 갖는 본딩 헤드와, 상기 압박면에 의해 가압되는 영역을, 상기 기판의 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지와, 상기 기판의 주연부를 보유 지지부를 사용하여 부분적으로 파지하는 기판 파지 수단을 구비하고,
상기 기판 파지 수단이 상기 기판을 파지하는 상기 보유 지지부의 위치를 변경하는 기능을 갖는 실장 장치이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 실장 장치이며,
상기 기판 파지 수단이 상기 보유 지지부의 위치를 주연을 따라 이동시키고, 상기 기판을 파지하는 위치를 바꾸는 기능을 가진 실장 장치이다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 실장 장치이며,
상기 기판 파지 수단이 상기 보유 지지부를 복수 갖고, 복수의 보유 지지부의 일부에만 상기 기판의 주연부를 파지시키고, 다른 보유 지지부는 상기 기판의 주연부로부터 후퇴시키는 기능을 갖는 실장 장치이다.
청구항 4에 기재된 발명은,
기판에 임시 고정된 반도체 칩을 열 압착하는 실장 방법이며,
상기 반도체 칩을 가열 압착하는 본딩 헤드와, 상기 본딩 헤드와 한 쌍이 되어 상기 기판을 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지를 사용하고,
상기 기판의 주연부를 부분적으로 파지하는 기판 파지 수단에 의해 상기 기판을 이동시키면서, 상기 기판 상에 반도체 칩을 순차 열 압착하는 과정에 있어서,
상기 기판 파지 수단이 기판을 파지하는 위치의 변경을 적어도 1회 행하는 실장 방법이다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 임시 고정된 반도체 칩을 열 압착할 때에, 기판 외주부 부근에 임시 고정된 반도체 칩에 이르기까지 균일한 조건에서 열 압착을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 실장 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판을 파지할 때에, (a) 대향 배치한 한 쌍의 보유 지지부에서 파지한 상태, (b) 한 쌍의 보유 지지부를 다른 위치에서 파지한 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 파지 수단의 동작으로, 기판을 파지하는 보유 지지부의 위치를 변경하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 파지 수단의, (a) 외관을 도시하는 도면이고, (b) 내부 구성 요소를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 기판 파지 수단의 구성 요소를 설명하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 파지 수단의 상태이고, (a) 열 압착을 행할 수 있는 상태, (b) 기판을 이동 가능한 상태, (c) 기판 파지 위치를 변경 가능한 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 흡기 수단을 갖는 기판 파지 수단의 상태이고, (a) 열 압착을 행할 수 있는 상태, (b) 기판을 이동 가능한 상태, (c) 기판 파지 위치를 변경 가능한 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 파지 수단의 구성이 상이한 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 기판 파지 수단의 구성이 상이한 예이고, 기판을 파지하는 보유 지지부의 위치를 변경하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 10은 실리콘 웨이퍼 기판 상에 다수의 반도체 칩이 임시 고정되어 있는 상태의 (a) 상면, (b) 단면을 도시하는 도면이다.
도 11은 기판 상에 열경화성 접착제로 반도체 칩을, (a) 임시 고정한 상태, (b) 열 압착한 상태의 단면을 도시하는 도면이다.
도 12는 기판 상에 임시 고정된 반도체 칩을 복수개 동시에 열 압착하는 예를 도시하는 도면이다.
도 13은 종래의 실장 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 열 압착 영역을 기판 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지를 구비한 실장 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 15는 열 압착 영역을 기판 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지를 구비한 실장 장치의 동작을 설명하는 도면이고, (a) 열 압착 전의 상태, (b) 열 압착 시의 상태, (c) 열 압착 후의 상태이다.
도 16은 열 압착 영역을 기판 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지를 구비한 실장 장치의 동작을 설명하는 도면이고, (d) 기판을 수평 이동한 후의 상태, (e) 그 후의 열 압착 전의 상태, (f) 기판을 수평 이동하는 것이 곤란한 상태이다.
본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 사용하여 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 본 발명에 관한 일 실시 형태인 실장 장치(1)에 대하여 설명한다. 도 1의 설명에 있어서, 도면의 좌우 방향을 X축 방향, 이것에 직교하는 깊이 방향을 Y축 방향, 상하 방향을 Z축 방향, Z축을 중심으로 하여 회전하는 방향을 θ방향으로 하여 설명한다.
실장 장치(1)는 도 10에 도시한 바와 같은 기판(W)에 임시 고정된 반도체 칩(C)을 열 압착하는 것이다. 본 실시 형태에 있어서, 기판(W)으로서 실리콘 웨이퍼를 상정하고 있지만 본 발명의 대상은 이것에 한정되는 것은 아니고, 비실리콘계 반도체, 세라믹스 및 유리 에폭시 등을 재질로 하는 기판이어도 된다.
실장 장치(1)는 기판(W) 상에 임시 고정된 반도체 칩(C)을, 도 12에 예시한 것과 마찬가지로, 복수개씩 동시에 열 압착하는 것이 가능한 것이고, 기초대(2), XYθ 가동 기구(3), 백업 스테이지(4), 프레임(5), 압착 유닛(6), 본딩 헤드(7) 및 기판 파지 수단(8)을 구비하고 있다.
기초대(2)는 실장 장치(1)를 구성하는 주된 구조체이고, XYθ 가동 기구(3), 백업 스테이지(4) 및 프레임(5)을 지지하고 있다.
XYθ 가동 기구(3)는 기판 파지 수단(8)에 의해 파지된 기판(W)을[기판(W)면 방향의] 임의의 위치로 이동시키는 것이다. 도 1의 실장 장치(1)에 있어서는, 기초대(2)에 대하여 Y방향으로 이동 가능한 Y방향 가동부(3a)를 설치하고, Y방향 가동부(3a) 상에 X방향 가동부(3b)를 설치하고, X방향 가동부(3b) 상에 θ방향 가동부(3c)를 설치한 구성으로 되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, X, Y 및 θ의 각 방향의 위치 조정이 가능한 구성이면 된다. 단, XYθ 가동 기구(3)의 가동 범위 내에 있어서, XYθ 가동 기구(3)가 백업 스테이지(4)에 접촉하지 않는 구조일 필요가 있다.
백업 스테이지(4)는 본딩 헤드(7)에 의해 기판(W) 상의 반도체 칩(C)을 열 압착할 때에 반도체 칩(C)이 임시 고정되어 있지 않은 이면으로부터 기판(W)을 지지하는 것이고, 도시하지 않은 흡착 기구에 의해 기판(W)을 흡착 보유 지지하는 기능을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 백업 스테이지(4)는 히터를 내장하고 있어도 된다. 이 히터는 본딩 헤드(7)에 의한 열 압착 시에 기판(W)측으로부터 가열을 행하는 것이다.
백업 스테이지(4)의 상면은 본딩 헤드(7)에 의해 압박되는 영역을 지지하는 형상일 필요가 있지만, 지나치게 넓으면 다른 구성 요소와의 간섭이 일어나기 쉬우므로 바람직하지 않다. 이와 같은 형상으로 함으로써, 본딩 헤드(7)의 압박면과 백업 스테이지(4)의 상면은 한 쌍을 이루게 되므로, 기판(W)의 위치와는 무관계로 동일한 평행도로 가압을 행할 수 있다. 또한, 열 압착을 행할 때에 기판(W)을 보유 지지하는 면은 백업 스테이지(4)만이 되므로, 본딩 헤드(7)와 백업 스테이지(4)에서 가열된 상태에서, 기판(W)의 가열면으로부터 기판(W) 주변으로의 열전도는 일정해지고, 기판(W) 면 내의 어느 위치에서도 안정된 열 압착이 가능해진다.
프레임(5)은 압착 유닛(6)을 지지하는 것이다. 도 1의 실장 장치(1)에 있어서, 지지 프레임(5)은 문형 형상으로 하고 있다. 이것은 압착 유닛(6)에 의한 가압력이 큰 경우에도 적합하기 때문이다.
압착 유닛(6)은 본딩 헤드(7)를 Z축 방향으로 이동시키는 것이다. 압착 유닛(6)은 도시하지 않은 서보 모터와 볼 나사로 구성된다. 압착 유닛(6)은 서보 모터에 의해 볼 나사를 회전시킴으로써 볼 나사의 축방향의 구동력이 발생하도록 구성되어 있다. 압착 유닛(6)은 볼 나사의 축방향이 백업 스테이지(4)의 상면에 대하여 수직인 Z축 방향이 되도록 지지 프레임(5)에 설치되어 있다. 즉, 압착 유닛(6)은 Z축 방향의 구동력(가압력)이 발생할 수 있도록 구성되어 있다. 압착 유닛(6)은 서보 모터의 출력을 제어함으로써 Z축 방향의 가압력을 임의로 설정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 압착 유닛(6)은 서보 모터와 볼 나사의 구성으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 공압 액추에이터, 유압 액추에이터나 보이스 코일 모터로 구성해도 된다.
본딩 헤드(7)는 압착 유닛(6)의 구동력을 반도체 칩(C)으로 전달함과 함께, 반도체 칩(C)을 가압하여 열 압착을 행하는 것이다. 본딩 헤드(7)에는 반도체 칩(C)을 가열하기 위한 히터가 내장되어 있다. 또한 본딩 헤드(7)의 선단부에는 도 15에 도시한 바와 같은 어태치먼트 툴(71)이 설치되어 있고, 어태치먼트 툴(71)에 의해 형성되는 압박면(71S)은 복수의 반도체 칩(C)을 동시에 가압하는 형상을 갖고 있다.
본딩 헤드(7)는 압착 유닛(6)을 구성하고 있는 도시하지 않은 볼 나사 너트에 설치되어 있다. 즉, 본딩 헤드(7)는 백업 스테이지(4)와 평행하게 대향하도록 배치되어 있다. 즉, 본딩 헤드(7)는 압착 유닛(6)에 의해 Z축 방향으로 이동됨으로써, 백업 스테이지(4)에 근접한다.
기판 파지 수단(8)은 XYθ 가동 기구(3)에 설치되고, 기판(W)의 주연부를 보유 지지부(80)에 의해 부분적으로 파지하는 것이다. 기판 파지 수단(8)에 파지된 기판(W)은 XYθ 가동 기구(3)에 의해 임의의 위치로 이동하고, Z축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 이와 같은 동작에 의해, 본딩 헤드(7)와 백업 스테이지(4)에 의해 압박되는 영역에, 열 압착 대상의 반도체 칩(C)의 XY 위치 및 θ방향이 맞도록, 기판(W)이 배치된다. 또한, 열 압착 대상의 반도체 칩(C)을 본딩 헤드(7)와 위치 정렬할 때에, 도시하고 있지 않지만, 2시야 카메라 등의 화상 인식 수단을 사용하는 것이 바람직하다.
기판 파지 수단(8)을 구성하는 보유 지지부(80)는 기판(W)의 주연부를 부분적으로 파지하는 것이고, 보유 지지부(80)는 1개여도 되지만, 안정적으로 파지하기 위해서는 복수개 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 보유 지지부(80)는 기판(W)을 확실하게 파지하기 위해, 흡착 기능을 구비하고 있는 것이 바람직하지만, 마이크로 흡반이나 점착 물질에 의해 파지력을 증가시키는 구성으로 해도 된다.
그 예를 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시한다. 도 2의 (a)는 X방향에 대향한 보유 지지부(80X1)와 보유 지지부(80X2)에 의해 기판(W)을 파지한 상태를 도시하고, 도 2의 (b)는 Y방향에 대향한, 보유 지지부(80Y1)와 보유 지지부(80Y2)에 의해 기판(W)을 파지한 상태를 도시하는 것이다. 여기서, 보유 지지부(80X1), 보유 지지부(80X2), 보유 지지부(80Y1), 보유 지지부(80Y2)는 기판(W)의 주연부를 파지하는 보유 지지부(80)로서 기능하는 것이다.
그런데, 기판(W)의 주연부를 파지하는 보유 지지부(80)를 사용했다고 해도, 백업 스테이지(4)와 보유 지지부(80)가 간섭하는 경우가 있다. 예를 들어, 도 2의 (b)와 같이 보유 지지부(80Y1)와 보유 지지부(80Y2)로 기판(W)을 파지한 경우, 영역 A1(영역 A3)에 임시 고정되어 있는 반도체 칩(C)을 열 압착하려고 하면, 백업 스테이지(4)와 보유 지지부(80Y1)[보유 지지부(80Y2)]가 간섭하는 개소가 있다. 한편, 도 2의 (a)와 같이 보유 지지부(80X1)와 보유 지지부(80X2)로 기판을 파지한 경우도, 기판(W) 외주부 부근의 반도체 칩(C)을 열 압착하려고 하면, 백업 스테이지(4)와 보유 지지부(80X1)[보유 지지부(80X2)]가 간섭하는 경우가 있다.
그런데, 도 2의 (b)에서 보유 지지부(80Y1) 또는 보유 지지부(80Y2)와 백업 스테이지(4)가 간섭할 가능성이 있었던 영역 A1 및 영역 A3은, 도 2의 (a)와 같이 보유 지지부(80X1)와 보유 지지부(80X2)로 기판(W)을 파지하면, 백업 스테이지(4)가 보유 지지부(80X1) 및 보유 지지부(80X2)와 간섭하지 않고, 반도체 칩(C)을 열 압착할 수 있다. 또한, 도 2의 (b)의 보유 지지부 배치라면, A2의 영역 내에서 백업 스테이지(4)가 보유 지지부(80Y1)와 보유 지지부(80Y2)의 어느 것과도 간섭하지 않고, 반도체 칩(C)을 열 압착할 수 있다. 즉, 기판(W)의 반도체 칩(C)을 열 압착하는 과정에 있어서, 기판(W)을 파지하는 보유 지지부(80)의 위치를 변경함으로써, 기판 외주부 부근에 임시 고정된 것에 이르기까지의 모든 반도체 칩(C)의 열 압착하는 것이 가능해진다. 또한, 본딩 헤드(7)의 압박면과 백업 스테이지(4)의 면형상은 일대 일로 대응하고 있으므로, 기판(W) 내의 임시 고정 위치에 상관없이, 동일한 평행도로 열 압착을 행할 수 있다.
또한, 도 2에 있어서는, 2개의 보유 지지부(80)를 대향하도록 배치하고, 기판(W)을 파지하는 위치를 1회 변경함으로써, 기판(W)의 모든 반도체 칩(C)을 열 압착하는 것을 가능하게 하고 있지만, 보유 지지부(80)의 수 및 기판(W)을 파지하는 위치의 변경 횟수는 이것에 한정되는 것은 아니다. 기판(W)이 크면 3개 이상의 보유 지지부(80)가 기판(W)을 동시에 파지해도 되고, 기판(W)을 파지하는 위치의 변경은 2회 이상이어도 된다. 또한, 기판(W)을 동시에 파지하는 보유 지지부(80)의 일부만을 위치 변경해도 된다.
이어서, 본 실시 형태에 있어서, 도 2와 같이 대향 배치한 보유 지지부(80)가 기판(W)을 파지하는 위치를 변경하는 기구의 일례에 대하여 설명한다. 도 3의 (a)는 링(8R)의 내측에 보유 지지부(80)로서 기능하는 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)가 형성된 것이다. 도 3의 (a)의 상태에서는, 도 2의 (a)의 보유 지지부(80X1)에 보유 지지부(80A)가 상당하고, 보유 지지부(80X2)에 보유 지지부(80B)가 상당하고 있지만, 80R이 회전함으로써 도 3의 (b)와 같이 되고, 보유 지지부(80A)가 도 3의 (b)의 보유 지지부(80Y1)[또는 보유 지지부(80Y2)]에 상당하고, 보유 지지부(80B)가 보유 지지부(80Y2)[또는 보유 지지부(80Y1)]에 상당하게 된다.
그런데, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)가 기판(W)을 파지한 상태에서 링(8R)이 회전하면 기판(W)도 회전해 버리지만, 본 실시 형태에서는 기판(W)은 회전시키지 않고 링(8R)을 회전시켜, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)에 의한 파지 위치를 바꾸는 기구가 되어 있다. 그래서, 그 구체적인 구성 및 동작의 일례에 대하여, 도 4 내지 도 6을 사용하여 설명한다.
도 4의 (a)는 X방향 가동부(3b) 상에 배치된, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)를 갖는 링(8R)의 외관을 도시하는 도면이고, 도 4의 (b)는 링(8R)과 X방향 가동부(3b) 사이에 있는 구성 요소를 도시하는 투시도이다.
도 4의 (b)에 있어서, X방향 가동부(3b) 상에 높이 조정 기구(81)가 복수 고정 배치되고, 높이 조정 기구(81)는 핀(81P)의 고저에 의한 높이 조정이 가능하다. 또한, 링(8R)에는 핀(83P)이 복수개 고정되어 있다. 이 핀(83P)은 도 5에 주변부의 단면도를 도시한 바와 같이, θ방향 가동부(3c)에 고정된 통부(83)에 대하여 상하 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 설치되어 있다. 또한, 핀(83P)은 X방향 가동부(3b) 상에 고정 배치된 높이 조정 기구(82)의 핀(82P)에 의해, 하방으로부터 밀어올리도록 배치되어 있다.
여기서, 높이 조정 기구(81) 및 높이 조정 기구(82)는 높이가 「고」나 「저」 의 어느 것에 고정되는 것이다. 또한, θ방향 가동부(3c)는 회전체(3R)의 구동에 의해 회전각(θ방향)의 조정이 가능하게 되어 있다. 또한, 도 4의 (b)에 있어서 회전체(3R)는 원기둥 형상으로 되어 있지만, 기어에 의해 θ방향 가동부(3c)의 회전각을 조정하는 기어 기구여도 된다.
도 4의 구성을, 백업 스테이지(4)를 포함하고, Y방향에서 본 단면도로 한 것이 도 6이고, 도 6의 (a) 내지 도 6의 (c)는 동작 상태의 차이를 도시하고 있다.
도 6의 (a)는 열 압착 동작을 행할 수 있는 상태를 도시한 것이고, 높이 조정 기구(81)가 「고」이고, 높이 조정 기구(82)가 「저」로 되어 있고, 링(8R)을 높이 조정 기구(81)가 지지하고, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)가 기판(W)을 파지한 상태이다. 이 상태에서 기판(W)의 이면은 백업 스테이지(4)의 높이가 된다. 즉, 기판(W)은 백업 스테이지(4)에 지지된 상태가 되고, 본딩 헤드(7)의 하강에 의해 열 압착을 행할 수 있다.
도 6의 (b)는 기판(W)이 수평 이동 가능한 상태를 도시한 것이고, 높이 조정 기구(82)가 「고」이고, 높이 조정 기구(81)가 「고」로 되어 있고, 링(8R)을 높이 조정 기구(82)가 핀(83P)을 통해 지지하고, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)가 기판(W)을 파지한 상태이다. 이 상태에서는 기판(W)의 이면은 백업 스테이지(4) 상면보다 높아진다. 이 때문에, 본딩 헤드(7)가 상승한 상태이면, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)에 기판(W)은 파지되어 있으므로, Y방향 가동부(3a)와 X방향 가동부(3b)에 의한 수평 이동에 수반하여, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)에 파지된 기판(W)을 수평 이동시킬 수 있다. 또한, 도 6의 (a)의 상태에서 백업 스테이지(4)가 기판(W)을 흡착 유지하고 있는 경우는, 흡착을 해제하고 나서, 도 6의 (b)의 상태로 이행할 필요가 있다. 또한, 도 6의 (b)에서는 높이 조정 기구(81)가 「고」로 되어 있지만, 높이 조정 기구(82)가 「고」의 상태라면, 높이 조정 기구(81)는 「저」여도 된다.
도 6의 (c)는 링(8R)이 회전 가능한 상태를 도시한 것이고, 높이 조정 기구(81), 높이 조정 기구(82)가 모두 「저」인 상태에서, 링(8R)은 높이 조정 기구(81)에 지지되지 않고, 높이 조정 기구(82)의 핀(82P)의 선단은 링(80R)에 고정된 핀(83P)에 접촉하고 있지 않다. 이 때문에, 링(80R)은 Y방향 가동부(3b)와의 기계적 접속이 해제되어, θ방향 가동부(3c) 상에 고정된 상태가 된다. 이 상태에서는, 백업 스테이지(4)에 지지되는 기판(W)보다 링(8R)이 낮게 되어 있고, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B) 모두 기판(W)을 파지하고 있지 않다. 이 때문에, 고정 상태의 기판(W)에 대하여, θ방향 가동부(3c)의 구동에 의해 링(8R)이 회전하고, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)의 위치가 기판(W)의 테두리를 따라 움직인다. 링(8R)이 소정 각도(예를 들어 90°) 회전한 단계에서 θ방향 가동 기구(3c)를 정지하면, 도 3의 (a) 내지 도 3의 (b)의 위치 변화가 된다. 여기서, 회전 후에도, 핀(83P)의 바로 아래에 높이 조정 기구(82)가 존재하도록, Y방향 가동부(3b) 상에 높이 조정 기구(82)를 복수 배치해 둘 필요가 있다.
또한, 링(8R)의 회전을 행할 때, 기판(W)은 백업 스테이지(4)에 의해서만 보유 지지된다. 이 때문에, 도 6의 (c)의 상태로 할 때는, 백업 스테이지(4)가 기판(W)의 무게 중심 바로 아래 부근이 되도록, 도 6의 (b)의 상태로부터 기판(W)의 위치 조정을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 링(8R)을 회전시킬 때에는, 백업 스테이지(4)가 기판(W)을 흡착 보유 지지하는 것이 바람직하다.
도 6의 (c)의 상태에서 링(8R)을 소정 각도 회전시킨 후에는 높이 조정 기구(81)를 「고」라고 하면, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)의 위치가 변경된 상태에서 기판(W)을 파지할 수 있다.
또한, 도 6에 있어서, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)가 기판(W)을 파지 할 때에, 마이크로 흡반 기구나 점착 물질을 사용하여 파지력을 강화하는 것이 바람직하지만, 도 7과 같이 링(8R) 내에 흡기 수단(9)에 연통하는 흡기 라인(8L)을 설치해도 된다. 흡기 라인(8L)을 사용함으로써, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)와 같이 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)가 기판(W)을 파지하는 때에 흡착력을 강화하는 한편, 흡기 수단(9)의 기능을 정지함으로써, 도 7의 (c)의 상태로 이행할 때의 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)에 의한 파지를 용이하게 해제하는 것도 가능해진다.
본 실시 형태에 있어서, 편의적으로 보유 지지부(80A)와 보유 지지부(80B)라고 기재했지만, 모두 동일한 형상이어도 되지만, 상이한 형상이어도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 보유 지지부(80A) 및 보유 지지부(80B)를 포함하는 링(8R), 높이 조정 기구(81), 높이 조정 기구(82) 및 핀(83P) 등에 의해 기판 파지 수단(8)은 구성되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 높이 조정 기구(82)로서, 위치 제어 가능한 1축의 구동 수단을 사용함으로써 기판(W)을 파지하는 높이를 미세 조정하는 구성으로 하면 높이 조정 기구(81)를 불필요로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 4에서는 1조의 보유 지지부(80)를 이동시켜 파지 위치를 변경시키는 구성으로 하고 있지만, 다른 구성으로서, 복수 조의 보유 지지부(80)로부터, 기판을 파지하는 보유 지지부(80)의 조합을 바꾸는 구성으로 해도 된다.
그 일례를 도 8 및 도 9를 사용하여 설명한다. 도 8에서는, 기판 파지 수단(8)은 보유 지지부(80a), 보유 지지부(80b), 보유 지지부(80c) 및 보유 지지부(80d)의 4개의 보유 지지부(80)를 갖는 것이다. 도 9는 이 4개의 보유 지지부(80)를, 보유 지지부(80a)와 보유 지지부(80b)의 조합과, 보유 지지부(80c)와 보유 지지부(80d)의 조합으로 나누고, 도 2와 같이 기판(W)의 파지 위치를 변경하는 것이다. 이 구성에 있어서는, 기판 파지 수단(8)은 보유 지지부(80)[보유 지지부(80a) 내지 보유 지지부(80d)]의 높이 조정 기능과 함께, 기판(W)을 파지하지 않는 보유 지지부(80)[보유 지지부(80a)와 보유 지지부(80b)의 조합 또는 보유 지지부(80c)와 보유 지지부(80d)의 조합의 어느 것]를 기판(W) 주연부로부터 후퇴시키는 기능을 갖고 있을 필요가 있다. 또한, 도 8과 같이 4개의 보유 지지부(80)를 갖는 경우에 있어서, 기판(W)을 동시에 파지하는 보유 지지부(80)의 조합은 도 9에 한정되는 것은 아니고, 보유 지지부(80a)와 보유 지지부(80c)의 조합과, 보유 지지부(80b)와 보유 지지부(80d)의 조합이어도 된다. 도 8과 같은 구성으로 함으로써, 도 1에 있어서의 θ방향 가동부(3c)를 생략하는 것도 가능해진다.
또한, 도 4 및 도 8의 어떤 구성에 있어서도, 본딩 헤드(7)와 백업 스테이지(4)에 대한 기판(W) 상의 반도체 칩(C)의 위치 관계는, 수평 주위의 회전 방향을 바꾸지 않고 열 압착할 수 있으므로, 본딩 헤드(7)나 백업 스테이지(4)에 복잡한 회전 기구가 불필요해지고, 강성도 높여진다.
이상의 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 본 발명을 사용함으로써, 기판에 임시 고정된 반도체 칩을 열 압착할 때에, 기판 외주부 부근에 임시 고정된 반도체 칩에 이르기까지 균일한 조건에서 열 압착을 행할 수 있다.
그런데, 여기까지는, 기판에 임시 고정된 반도체 칩을 열 압착하는 임시 본 분할 프로세스를 전제로 하여 설명해 왔지만, 본 발명은 본딩 헤드가 하나하나의 반도체 칩을 기판의 소정 개소에 배치하여 열 압착까지 행하는 프로세스(이하, 「일관 프로세스」라고 기재함)에 있어서도 유효하다. 즉, 반도체 칩을 기판에 가압하는 압박면을 갖는 본딩 헤드와, 압박면에 의해 가압되는 영역을 기판의 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지의 조합으로 실장을 행하는 것이라면, 일관 프로세스에 있어서도 기판 파지 수단과 백업 스테이지의 간섭은 과제로서 존재하고, 본 발명에 의해 해결된다.
1 : 실장 장치
2 : 기초대
3 : XYθ 가동 기구
3a : Y방향 가동부
3b : X방향 가동부
3θ : θ방향 가동부
4 : 백업 스테이지
5 : 프레임
6 : 압착 유닛
7 : 본딩 헤드
8 : 기판 파지 수단
8R : 링
9 : 흡기 수단
80, 80A, 80B, 80a, 80b, 80c, 80d, 80X1, 80X2, 80Y1, 80Y2 : 보유 지지부
81 : 높이 조정 기구
81P : 핀
82 : 높이 조정 기구
82P : 핀
83P : 핀
C : 반도체 칩
W : 기판

Claims (4)

  1. 기판에 반도체 칩을 열 압착하는 실장 장치이며,
    반도체 칩을 기판에 가압하는 압박면을 갖는 본딩 헤드와,
    상기 압박면에 의해 가압되는 영역을, 상기 기판의 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지와,
    상기 기판의 주연부를 부분적으로 파지하는 보유 지지부를 복수 갖는 기판 파지 수단을 구비하고,
    상기 기판에 상기 반도체 칩을 열 압착시, 상기 백업 스테이지가 상기 기판 파지 수단과 간섭하지 않도록, 상기 기판 파지 수단이 상기 기판을 파지하는 상기 보유 지지부의 위치를 변경하는 기능을 갖는, 실장 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 파지 수단이 상기 보유 지지부의 위치를 기판의 주연을 따라 이동시키고, 상기 기판을 파지하는 위치를 바꾸는 기능을 가진, 실장 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판 파지 수단이 복수의 보유 지지부의 일부에만 상기 기판의 주연부를 파지시키고,
    다른 보유 지지부는 상기 기판의 주연부로부터 후퇴시키는 기능을 갖는, 실장 장치.
  4. 기판에 임시 고정된 반도체 칩을 열 압착하는 실장 방법이며,
    상기 반도체 칩을 가열 압착하는 본딩 헤드와, 상기 본딩 헤드와 한 쌍이 되어 상기 기판을 이면으로부터 지지하는 백업 스테이지를 사용하고,
    상기 기판의 주연부를 부분적으로 파지하는 보유 지지부를 복수 갖는 기판 파지 수단에 의해 상기 기판을 이동시키면서, 상기 기판 상에 반도체 칩을 순차 열 압착하는 과정에 있어서,
    상기 기판에 상기 반도체 칩을 열 압착시, 상기 백업 스테이지가 상기 기판 파지 수단과 간섭하지 않도록, 상기 기판 파지 수단이 기판을 파지하는 위치의 변경을 적어도 1회 행하는, 실장 방법.
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