KR20220058630A - 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

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KR20220058630A
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chip
mounting tool
substrate
lifting mechanism
bonding
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KR1020227012062A
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마코토 타카하시
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

반도체 장치의 제조 장치는, 스테이지(12)와, 실장 툴(20)과 상기 실장 툴(20)에 탑재되는 툴 히터(26)와 상기 실장 툴(20)을 연직 방향으로 이동시키는 승강 기구를 가지는 본딩 헤드(14)와, 본딩 처리를 행하는 컨트롤러(16)를 갖추고, 상기 컨트롤러(16)는 상기 본딩 처리에 있어서, 상기 칩(100)을 상기 기판(110)에 접지시킨 후, 상기 칩(100)의 가열을 개시함과 아울러 상기 칩을 상기 기판에 가압하는 제1 처리와, 상기 제1 처리 후 또한 범프(104)의 용융 전에 있어서, 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시킴으로써 상기 본딩 헤드(14)의 비뚤어짐을 해소하는 비뚤어짐 해소 처리와, 상기 비뚤어짐 해소 처리 후에, 상기 본딩 헤드(14)의 열팽축을 상쇄시키도록 상기 승강 기구를 위치 제어함으로써 갭량(G)을 규정의 목표값으로 유지하는 제2 처리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법
본 명세서에서는 실장 툴로 유지한 칩을 기판에 본딩함으로써 반도체 장치를 제조하는 제조 장치 및 제조 방법을 개시한다.
종래부터 기판에 칩을 실장하는 기술로서 플립 칩 본더가 알려져 있다. 플립 칩 본더에서는 칩의 바닥면에 범프라고 불리는 돌기 전극이 형성되어 있다. 그리고, 실장 툴에 의해 이 칩을 기판에 압압함과 아울러, 칩을 가열하여 범프를 용융시켜, 기판의 전극에 칩의 범프를 접합 즉 본딩한다.
특허문헌 1에는 이러한 플립 칩 본더 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는 실장 툴로 칩을 기판에 접지시킨 후, 당해 칩을 일정 하중으로 가압하면서 가열하여 범프를 용융시킨다. 그리고, 특허문헌 1에서는 범프가 용융되면, 칩 바닥면과 기판과의 갭량이 소망하는 값이 되도록 실장 툴을 상승시킨 후, 히터를 오프시키고, 범프를 경화시키고 있다.
일본 특허 제5014151호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는 범프가 완전히 용융될 때까지 칩을 일정 하중으로 계속해서 가압한다. 이 경우, 범프가 용융된 직후에, 실장 툴의 선단이 크게 하강하여, 용융된 범프가 크게 찌부러질 우려가 있다. 특히, 통상적으로 칩을 일정 하중으로 가압한 경우, 실장 툴에 약간의 비뚤어짐이 생긴다. 범프가 용융되고, 칩으로부터 실장 툴에 작용하는 반력이 저하되면, 이 비뚤어짐이 순간적으로 해소되어, 실장 툴의 선단이 용융된 범프를 눌러 찌부러뜨리는 방향으로 움직인다. 그 결과, 용융된 범프가 예상 이상으로 크게 찌부러지는 일이 있다. 이 경우, 눌려 찌부러진 범프가 면방향으로 퍼져, 인접하는 범프와의 사이에서 쇼트 불량을 발생시킬 우려도 있었다.
즉, 종래의 기술에서는 쇼트 불량이 발생할 우려가 있어, 반도체 장치의 품질을 적절하게 유지할 수 없었다. 그래서, 본 명세서에서는 반도체 장치의 품질을 적절하게 유지할 수 있는 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법을 개시한다.
본 명세서에서 개시하는 반도체 장치의 제조 장치는, 기판을 지지하는 스테이지와, 그 바닥면에 범프가 설치된 칩을 유지하는 실장 툴과, 상기 칩을 가열하기 위해 상기 실장 툴에 탑재되는 툴 히터와, 상기 실장 툴을 연직 방향으로 이동시키는 승강 기구를 가지는 본딩 헤드와, 상기 본딩 헤드의 구동을 제어하여, 상기 칩을 상기 기판에 본딩하는 본딩 처리를 행하는 컨트롤러를 갖추고, 상기 컨트롤러는 상기 본딩 처리에 있어서, 상기 칩을 상기 기판에 접지시킨 후, 상기 툴 히터 및 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 칩의 가열을 개시함과 아울러 상기 칩을 상기 기판에 가압하는 제1 처리와, 상기 제1 처리 후 또한 상기 범프의 용융 전에 있어서, 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시킴으로써 상기 본딩 헤드의 비뚤어짐을 해소하는 비뚤어짐 해소 처리와, 상기 비뚤어짐 해소 처리 후에, 상기 본딩 헤드의 열팽축을 상쇄시키도록 상기 승강 기구를 위치 제어함으로써, 상기 칩의 바닥면과 상기 기판의 상면과의 갭을 규정의 목표값으로 유지하는 제2 처리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 컨트롤러는 상기 본딩 처리에 앞서 비뚤어짐 해소량 검출 처리를 행하고, 상기 비뚤어짐 해소량 검출 처리에서는 상기 실장 툴 및 상기 스테이지를 미리 정한 온도로 유지한 상태에서, 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 실장 툴로 상기 기판을 압압시킨 후, 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시키면서 상기 실장 툴에 의한 상기 기판으로의 압압 하중을 검출하고, 상기 상승 방향으로의 구동을 개시하고나서 상기 압압 하중의 변동이 정지될 때까지의 상기 승강 기구의 이동량을 비뚤어짐 해소량으로서 기억하고, 상기 비뚤어짐 해소 처리에서는 상기 비뚤어짐 해소량에 기초하여 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시켜도 된다.
또 상기 컨트롤러는 상기 칩을 상기 기판에 본딩 처리함에 앞서, 상기 범프의 용융 타이밍을 검출하는 용융 타이밍 검출 처리를 행하고, 상기 용융 타이밍 검출 처리에서는 상기 칩을 상기 기판에 접지시킨 후, 규정의 온도 프로파일에 따라 상기 칩을 가열하고, 상기 가열의 개시로부터 상기 범프가 용융될 때까지의 시간을 용융 시간으로서 기억하고, 상기 컨트롤러는 상기 용융 시간에 기초하여 상기 비뚤어짐 해소 처리의 실행 타이밍을 결정해도 된다.
또 상기 승강 기구는, 상기 실장 툴에 기계적으로 접속된 슬라이드축과, 상기 슬라이드축을 승강시키는 구동원과, 상기 슬라이드축의 축 방향 위치를 검출 위치로서 검출하는 위치 센서를 가지고 있고, 상기 컨트롤러는 상기 본딩 처리에 앞서 목표 프로파일 생성 처리를 행하고, 상기 목표 프로파일 생성 처리에서는 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 실장 툴을 상기 기판에 접지시킨 후, 규정의 온도 프로파일에 따라 상기 실장 툴을 가열하고, 그 때 얻어지는 상기 위치 센서로 검출되는 검출 위치의 변화에 기초하여 상기 본딩 헤드의 열팽창량을 취득하고, 상기 열팽창량을 상쇄시킨 이동 프로파일을 목표 프로파일로서 생성하고, 상기 제2 처리에서는 상기 목표 프로파일에 따라 상기 승강 기구를 위치 제어해도 된다.
본 명세서에서 개시하는 반도체 장치의 제조 방법은, 실장 툴과 상기 실장 툴에 탑재되는 툴 히터와 상기 실장 툴을 연직 방향으로 이동시키는 승강 기구를 가지는 본딩 헤드를 구동시켜, 상기 실장 툴에 유지된 칩을 스테이지에 지지된 기판에 본딩하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 실장 툴을 하강시켜 상기 칩을 상기 기판에 접지시킨 후에, 상기 툴 히터 및 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 칩의 가열을 개시함과 아울러 상기 칩을 상기 기판에 가압하는 제1 스텝과, 상기 제1 스텝 후 또한 상기 칩의 바닥면에 설치된 범프의 용융 전에 있어서, 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시킴으로써, 상기 본딩 헤드의 비뚤어짐을 해소시키는 비뚤어짐 해소 스텝과, 상기 비뚤어짐 해소 스텝 후에, 상기 본딩 헤드의 열팽축을 상쇄시키도록 상기 승강 기구를 위치 제어함으로써, 상기 칩의 바닥면과 상기 기판의 상면과의 갭량을 규정의 목표값으로 유지하는 제2 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서 개시하는 기술에 의하면, 범프의 용융 전에 본딩 헤드의 비뚤어짐이 해소되고, 그 후, 본딩 헤드의 열팽축을 상쇄시키도록 승강 기구가 제어된다. 이것에 의해 용융된 범프가 과도하게 눌려 찌부러지는 것이 방지되기 때문에, 반도체 장치의 품질을 적절하게 유지할 수 있다.
도 1은 반도체 장치의 제조 장치의 구성을 나타내는 이미지도이다.
도 2는 반도체 칩의 본딩의 모습을 나타내는 이미지도이다.
도 3은 본딩 헤드가 열팽창한 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 본딩 헤드가 비뚤어지는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본딩 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본딩 처리에 있어서의 각종 파라미터의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비뚤어짐 해소량 검출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 비뚤어짐 해소량 검출 처리에 있어서의 각종 파라미터의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 용융 타이밍 검출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 용융 타이밍 검출 처리에 있어서의 각종 파라미터의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 목표 프로파일 생성 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.
도 12는 목표 프로파일 생성 처리에 있어서의 각종 파라미터의 시간 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 반도체 장치의 제조 장치(10)에 대해 설명한다. 도 1은 반도체 장치의 제조 장치(10)의 구성을 나타내는 이미지도이다. 제조 장치(10)는 전자 부품인 반도체 칩(100)을 페이스 다운의 상태에서 기판(110) 상에 실장함으로써 반도체 장치를 제조하는 장치이다. 제조 장치(10)는 실장 툴(20)을 가진 본딩 헤드(14), 반도체 칩(100)을 실장 툴(20)에 공급하는 칩 공급 수단(도시하지 않음), 기판(110)을 지지하는 스테이지(12), 스테이지(12)를 XY 방향(수평 방향)으로 이동시키는 XY 스테이지(18) 및 이들의 구동을 제어하는 컨트롤러(16) 등을 갖추고 있다.
기판(110)은 스테이지(12)에 흡인 유지되어 있고, 스테이지(12)에 설치된 스테이지 히터(도시하지 않음)에 의해 가열된다. 또 반도체 칩(100)은 칩 공급 수단에 의해 실장 툴(20)에 공급된다. 칩 공급 수단의 구성으로서는 다양하게 생각되는데, 예를 들면 웨이퍼 스테이지에 재치된 웨이퍼로부터 반도체 칩을 중계 아암으로 픽업하여 중계 스테이지로 이송하도록 하는 구성이 생각된다. 이 경우, XY 스테이지(18)는 중계 스테이지를 실장 툴(20)의 바로 아래로 이송하고, 실장 툴(20)은 바로 아래에 위치하는 중계 스테이지로부터 반도체 칩을 픽업한다.
실장 툴(20)로 반도체 칩이 픽업되면, 계속해서 XY 스테이지(18)에 의해 기판(110)이 실장 툴(20)의 바로 아래로 이송된다. 이 상태가 되면, 실장 툴(20)은 기판(110)을 향하여 하강하고, 말단에 흡인 유지한 반도체 칩(100)을 기판(110)에 압착하고 본딩한다.
실장 툴(20)은 반도체 칩(100)을 흡인 유지함과 아울러 이 반도체 칩(100)을 가열한다. 그 때문에 실장 툴(20)에는 진공원에 연통된 흡인 구멍(도시하지 않음)이나, 반도체 칩(100)을 가열하기 위한 툴 히터(26) 등이 설치되어 있다. 본딩 헤드(14)에는 이러한 실장 툴(20)에 더해 추가로 당해 실장 툴(20)을 승강시키는 승강 기구가 설치되어 있다.
본 예의 승강 기구는 제1 유닛(24a)과 제2 유닛(24b)으로 크게 구별된다. 제1 유닛(24a)은 실장 툴(20)을 Z축 방향(즉 연직 방향)으로 이동시킴으로써 반도체 칩(100)을 기판(110)에 누르고, 당해 반도체 칩(100)에 압압 하중을 부가한다. 제1 유닛(24a)은 보이스 코일 모터(30)(이하 「VCM(30)」으로 줄인다)와, 슬라이드축(32)과, 판스프링(34)과, 가이드 부재(36)를 가지고 있다. VCM(30)은 제1 유닛(24a)의 구동원이다. 이 VCM(30)은 이동체(46)에 고착된 고정자(30a)와, 당해 고정자(30a)에 대하여 Z축 방향으로 가동인 가동자(30b)를 가지고 있다. 가동자(30b)는 슬라이드축(32)을 통하여 실장 툴(20)에 기계적으로 연결되어 있다. 또 슬라이드축(32)은 Z축 방향으로 비뚤어지는 것이 가능한 판스프링(34)을 통하여 이동체(46)에 부착되어 있다. 또한 이동체(46)에는 가이드 부재(36)가 고착되어 있다. 슬라이드축(32)은 이 가이드 부재(36)에 형성된 관통 구멍에 삽입통과되어 있어, 관통 구멍을 따라 슬라이드 가능하게 되어 있다.
VCM(30)에 전류를 인가하면, 가동자(30b)는 이동체(46)에 대하여 Z축 방향으로 이동한다. 이 때, 슬라이드축(32) 및 슬라이드축(32)에 고착된 실장 툴(20)은 판스프링(34)을 탄성변형시키면서 가동자(30b)와 함께 Z축 방향으로 이동한다. 이 슬라이드축(32)의 이동을 검출하기 위해서, 제1 유닛(24a)에는 리니어 인코더(50)가 설치되어 있다. 리니어 인코더(50)는 슬라이드축(32)의 상단 근방에 설치된 가동부(50a)와 위치 고정의 고정부(50b)를 가지고 있고, 리니어 인코더(50)는 양자의 상대적인 변위량을 출력한다. 이러한 리니어 인코더(50)는 변위를 자기적으로 검출하는 자기식 인코더여도 되고, 변위를 광학적으로 검출하는 광학식 인코더여도 된다. 광학식 인코더의 경우, 고정부(50b)는 변위 방향으로 복수의 슬릿 구멍이 형성된 스케일을 포함하고, 가동부(50a)는 스케일을 사이에 끼우고 양측에 배치되는 광원 및 수광 소자를 포함한다. 또 자기식 인코더의 경우, 고정부(50b)는 자기 스케일을 포함하고, 가동부(50a)는 자기 센서를 포함한다. 리니어 인코더(50)에서의 검출값은 컨트롤러(16)에 출력된다.
제2 유닛(24b)은 제1 유닛(24a)을 베이스 부재(38)에 대하여 Z축 방향으로 승강시킨다. 이러한 제2 유닛(24b)은 구동원으로서 승강 모터(40)를 가지고 있다. 이 승강 모터(40)에는 축 방향으로 뻗는 리드 스크류(42)가 커플링을 통하여 연결되어 있고, 승강 모터(40)의 구동에 따라 리드 스크류(42)가 자전한다. 리드 스크류(42)에는 이동 블록(44)이 나사결합되어 있고, 이 이동 블록(44)은 VCM(30)의 고정자(30a)의 상면에 고착되어 있다. 또 고정자(30a)의 측면에는 이동체(46)가 고착되어 있다. 이 이동체(46)는 베이스에 고착된 가이드 레일(48)을 따라 슬라이드 가능하게 되어 있다. 승강 모터(40)에 전류를 인가하면, 리드 스크류(42)가 자전하고, 이것에 따라 이동 블록(44)이 Z축 방향으로 승강한다. 그리고, 이동 블록(44)이 승강함으로써 당해 이동 블록(44)에 고착된 제1 유닛(24a) 및 실장 툴(20)도 승강한다. 제2 유닛(24b)에 의한 제1 유닛(24a)의 승강량도 센서(예를 들면 승강 모터(40)에 부착된 인코더 등)로 검지되어 컨트롤러(16)에 보내진다.
컨트롤러(16)는 툴 히터(26), 승강 기구, 스테이지(12) 및 XY 스테이지(18)의 구동을 제어한다. 이 컨트롤러(16)는 물리적으로는 프로세서(16a) 및 메모리(16b)를 가진 컴퓨터이다. 이 「컴퓨터」에는 컴퓨터 시스템을 하나의 집적회로에 편입시킨 마이크로 컨트롤러도 포함된다. 또 프로세서(16a)란 광의적인 프로세서를 가리키고, 범용적인 프로세서(예를 들면 CPU:Central Processing Unit 등)나, 전용의 프로세서(예를 들면 GPU:Graphics Processing Unit, ASIC:Application Specific Integrated Circuit, FPGA:Field Programmable Gate Array, 프로그래머블 논리 디바이스 등)를 포함하는 것이다. 또 이하에 서술하는 프로세서(16a)의 동작은 1개의 프로세서에 의해 이룰 뿐만아니라, 물리적으로 떨어진 위치에 존재하는 복수의 프로세서가 협동하여 이루는 것이어도 된다. 마찬가지로 메모리(16b)도 물리적으로 하나의 요소일 필요는 없고, 물리적으로 떨어진 위치에 존재하는 복수의 메모리로 구성되어도 된다. 또 메모리(16b)는 반도체 메모리(예를 들면 RAM, ROM, 솔리드 스테이트 드라이브 등) 및 자기 디스크(예를 들면 하드 디스크 드라이브 등)의 적어도 하나를 포함해도 된다.
이어서 이러한 제조 장치(10)에 의한 반도체 칩(100)의 본딩 방법에 대해 설명한다. 도 2는 반도체 칩(100)의 본딩의 모습을 나타내는 이미지도이다. 도 2의 좌측 도면에 나타내는 바와 같이, 기판(110)의 상면에는 복수의 전극(112)이 형성되어 있다. 또 반도체 칩(100)은 칩 본체(102)의 바닥면으로부터 돌출되고, 납땜 등의 도전 금속으로 이루어지는 범프(104)를 복수 가지고 있다. 반도체 칩(100)을 실장할 때는 이 범프(104)를 기판(110)의 전극(112)에 접촉시킨 상태에서, 반도체 칩(100)을 가열하고, 도 2의 우측 도면에 나타내는 바와 같이, 범프(104)를 전극(112)에 용착시킨다. 또한 도 2에서는 도시하고 있지 않지만, 칩 본체(102)의 바닥면에는 추가로 열경화성 수지층 예를 들면 비도전성 필름의 층 등이 설치되어 있어도 된다.
여기서, 반도체 장치의 품질을 양호하게 유지하기 위해서는, 범프(104)의 과도한 찌부러짐을 방지하여, 본딩 후에 있어서의 칩 본체(102)의 바닥면과 기판(110)의 상면과의 갭량(G)을 목표값으로 유지하는 것이 필요하게 된다. 본딩의 과정에서, 용융된 범프(104)가 과도하게 눌려 찌부러져 횡방향으로 퍼지면, 인접하는 다른 범프(104)와의 사이에서 쇼트 불량을 초래할 우려가 있었다. 또 갭량(G)에 불균일이 생기면, 반도체 장치의 품질을 적절하게 유지할 수 없다. 그 때문에 본딩시에는 반도체 칩(100)의 축 방향 위치, 나아가서는 실장 툴(20)의 바닥면의 축 방향 위치를 정확하게 관리할 필요가 있다. 그러나, 이러한 실장 툴(20)의 축 방향 위치를 관리하는 경우, 열팽축과 비뚤어짐이 문제가 되고 있었다. 이것에 대해, 도 3, 도 4를 참조하여 설명한다.
상기 서술한 바와 같이, 반도체 칩(100)을 본딩할 때는, 실장 툴(20)에 설치된 툴 히터(26)로 반도체 칩(100)을 가열한다. 이 가열시에 생기는 열로 툴 히터(26) 주변의 부재, 구체적으로는 실장 툴(20)이나 슬라이드축(32) 등(이하 「주변 부재」라고 부른다)이 열팽축한다. 도 3의 이점쇄선은 주변 부재가 열팽축된 모습을 나타내는 도면이다. 주변 부재가 열팽창되면, 실장 툴(20)의 바닥면의 축 방향 위치에 변화가 생기고 있지 않아도, 리니어 인코더(50)의 가동부(50a)의 축 방향 위치가 변화한다. 그 때문에 열팽축이 생긴 경우, 리니어 인코더(50) 등에 의한 검출 위치(Pd)로부터 실제의 반도체 칩(100)의 위치를 정확하게 파악할 수 없고, 나아가서는 갭량(G)을 정확하게 관리할 수 없다.
또 반도체 칩(100)을 본딩할 때, 실장 툴(20)은 반도체 칩(100)에 규정의 표준 하중(Fs)을 부여하여, 반도체 칩(100)을 기판(110)에 누른다. 이 때, 반도체 칩(100)으로부터 실장 툴(20)에는 소정의 반력이 작용한다. 이 반력을 받아, 슬라이드축(32)이 도 4에 있어서 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이 비뚤어지는 경우가 있었다. 슬라이드축(32)이 비뚤어지면 당연히 그 만큼 리니어 인코더(50)의 가동부(50a)의 축 방향 위치가 변화한다. 그리고, 이 경우도 리니어 인코더(50) 등에 의한 검출 위치(Pd)로부터 실제의 반도체 칩(100)의 위치를 정확하게 파악할 수 없고, 나아가서는 갭량(G)을 정확하게 관리할 수 없다.
또 슬라이드축(32)이 비뚤어진 상태에서, 범프(104)의 가열 및 가압을 계속한 경우, 범프(104)가 용융된 시점에서, 반도체 칩(100)으로부터의 반력이 급격하게 저하된다. 그리고, 이 경우, 슬라이드축(32)의 비뚤어짐이 순간적으로 해소되어, 실장 툴(20)의 바닥면이 급강하한다. 이 경우, 용융된 범프(104)가 실장 툴(20)에 의해 눌리게 되어, 범프(104)가 과도하게 눌려 찌부러질 우려가 있었다.
본 예에서는 이러한 문제를 피하기 위해서, 범프(104)의 용융 전에 있어서 승강 기구를 상승 방향으로 구동시켜, 슬라이드축(32)의 비뚤어짐을 해소한다. 또 주변 부재의 열팽축을 상쇄시키도록 실장 툴(20)을 위치 제어함으로써 갭량(G)을 소정의 목표값으로 유지한다. 이하, 이러한 본딩의 상세한 순서에 대해, 도 5, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 본딩 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이다. 도 6은 본딩 처리에 있어서의 각종 파라미터의 시간 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6(a)은 승강 기구에 설치된 위치 센서(리니어 인코더(50) 등)의 검출값으로부터 구해지는 실장 툴(20)의 축 방향 위치(이하 「검출 위치(Pd)」라고 부른다)를 나타내는 그래프이다. 도 6(b)은 실장 툴(20)이 반도체 칩(100)을 유지하고 있는 경우의 스테이지(12)의 상면을 기준으로 한 실장 툴(20)의 바닥면까지의 실제의 거리(이하 「거리(Dr)」라고 부른다)를 나타내는 그래프이다. 도 6(c)은 승강 기구로 반도체 칩(100)에 부여되는 압압 하중(Fp)의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6(d)은 툴 히터(26)의 구동 상태를 나타내는 그래프이다. 또한 거리(Dr)는 스테이지(12)의 비뚤어짐이나 열팽창에 의해 거리의 기준 위치가 변화한다.
반도체 칩(100)을 기판(110)에 본딩할 때, 컨트롤러(16)는 승강 기구를 구동시켜, 반도체 칩(100)을 하강시켜, 반도체 칩(100)을 기판(110)에 접지시킨다(S10, S12). 구체적으로는 컨트롤러(16)는 우선 승강 모터(40)를 구동시켜, 실장 툴(20)을 기판(110)의 근방까지 고속으로 하강시킨다. 계속해서, 승강 모터(40)를 정지시킨 상태에서, VCM(30)을 구동시켜, 실장 툴(20)을 저속으로 하강시킨다. 이 때, 검출 위치(Pd)의 변화를 감시하여, 검출 위치(Pd)가 변화하지 않게 되면, 접지되었다고 판단한다. 또한 상기 서술한 바와 같이, 슬라이드축(32) 등에는 약간의 비뚤어짐이 생기기 때문에, 현실의 접지 타이밍과 컨트롤러(16)로 검출되는 접지 타이밍에는 약간의 오차가 있다.
도 6의 예에서는, 시각(t1)에 있어서, 반도체 칩(100)은 기판(110)에 실제로 접지하고 있어, 시각(t1) 이후, 거리(Dr)는 변화하지 않게 된다. 단, 반도체 칩(100)이 실제로 접지한 후에도 슬라이드축(32) 등이 비뚤어짐으로써 검출 위치(Pd)가 변화한다. 그 때문에 컨트롤러(16)는 슬라이드축(32) 등이 충분히 비뚤어져 검출 위치(Pd)가 변화하지 않게 된 시각(t2)에 있어서 접지되었다고 판단한다.
접지가 검출되면(S12에서 Yes), 컨트롤러(16)는 반도체 칩(100)을 일정 하중으로 가압 및 가열하는 제1 처리(S14~S18)를 실행한다. 구체적으로는 컨트롤러(16)는 미리 규정된 표준 하중(Fs)이 반도체 칩(100)에 부여되도록 승강 기구의 하중 제어를 개시한다(S14). 즉, VCM(30)은 인가된 전류에 비례한 토크를 출력하기 때문에, 컨트롤러(16)는 VCM(30)에 표준 하중(Fs)에 따른 일정 전류를 계속해서 인가한다. 도 6에서는 시각(t2)으로부터 시각(t4)의 기간 중, 반도체 칩(100)에는 표준 하중(Fs)이 부여되어 있다.
표준 하중(Fs)이 부여되면, 계속해서 컨트롤러(16)는 툴 히터(26)를 ON으로 하고, 반도체 칩(100)의 가열을 개시한다(S16). 도 6의 예에서는 시각(t4)에 있어서 툴 히터(26)가 ON이 된다. 이것에 의해 반도체 칩(100)의 온도가 상승하기 시작한다.
컨트롤러(16)는 가열을 개시하고나서의 경과 시간이 대기 시간(Ta)에 이르렀는지 여부를 감시한다(S18). 여기서, 대기 시간(Ta)은 가열 개시하고나서 범프(104)가 용융될 때까지의 시간(이하 「용융 시간(Tm)」이라고 한다)으로부터 약간의 여유분(α)을 감산한 시간이다. 즉, Ta=Tm-α이다. 다른 견해로 보면, 대기 시간(Ta)이 경과한 타이밍은 범프(104)가 용융되기 직전이라고 할 수 있다. 이러한 대기 시간(Ta), 용융 시간(Tm)은 미리 실험에 의해 취득되는데, 이것에 대해서는 후술한다. 가열 개시하고나서 대기 시간(Ta)이 경과한 경우(S18에서 Yes), 컨트롤러(16)는 범프(104)가 용융 직전이라고 판단한다. 도 6의 예에서는 시각(t4)이 대기 시간(Ta)이 경과하고, 범프(104)가 용융되기 직전이 되는 타이밍이다.
용융 직전이 되면, 컨트롤러(16)는 본딩 헤드(14)의 비뚤어짐을 해소시키는 비뚤어짐 해소 처리(S20)를 실행한다. 구체적으로는 컨트롤러(16)는 VCM(30)을 실장 툴(20)을 상승시키는 방향으로 규정의 비뚤어짐 해소량(Aa)분만큼 상승시킨다(S20). 여기서, 비뚤어짐 해소량(Aa)은 반도체 칩(100)을 표준 하중(Fs)으로 가압했을 때 승강 기구에 생기는 비뚤어짐을 해소하기 위해서 필요한 VCM(30)의 이동량이다. 이 비뚤어짐 해소량(Aa)도 대기 시간(Ta) 및 용융 시간(Tm)과 마찬가지로 미리 실험에 의해 취득되는데, 이것에 대해서도 후술한다. 어쨌든 비뚤어짐 해소량(Aa)분만큼 VCM(30)을 상승 방향으로 구동시킴으로써, 본딩 헤드(14) 특히 슬라이드축(32)의 비뚤어짐이 해소된다. 도 6의 예에서는 시각(t4)으로부터 시각(t5)의 기간 중에 검출 위치(Pd)가 비뚤어짐 해소량(Aa)분만큼 상승될 때까지 VCM(30)을 구동한다. 이 때, 실장 툴(20) 거리(Dr)는 변화하지 않고, 슬라이드축(32)의 비뚤어짐이 해소되고, 또 압압 하중(Fp)이 급격하게 저하된다.
비뚤어짐이 해소되면, 컨트롤러(16)는 갭량(G)을 목표값으로 유지하기 위한 제2 처리(S22~S26)를 실행한다. 구체적으로는 컨트롤러(16)는 미리 생성된 목표 프로파일에 따라 VCM(30)의 위치 제어를 개시한다(S22). 목표 프로파일은 승강 기구의 목표 이동 위치를 규정한 이동 프로파일이다. 컨트롤러(16)는 이 목표 프로파일로부터 구해지는 지령 위치와 검출 위치(Pd)의 차분이 제로에 근접하도록, VCM(30)을 위치 피드백 제어한다. 여기서, 상기 서술한 바와 같이, 검출 위치(Pd)는 실장 툴(20), 스테이지(12)의 열팽축의 영향을 받고 있어, 스테이지(12) 상면과 실장 툴(20) 바닥면의 거리(Dr) 사이에 괴리가 생기고 있다. 즉, 컨트롤러(16)는 스테이지(12), 실장 툴(20)의 열팽창에 의해, 비뚤어짐 해소 후의 스테이지(12)의 높이(H1)로부터의 거리(Dr)와는 상이한 위치를 검출 위치(Pd)로서 검출하게 된다. 목표 프로파일은 이 열팽축에 기인하는 오차를 상쇄시켜, 실제의 갭량(G)이 목표값을 유지하도록 설정되어 있다.
구체적으로 도 6을 참조하여 설명한다. 실장 툴(20)의 거리(Dr)를 비뚤어짐 해소 후의 거리(D1)를 기준으로 일정하게 유지한 경우, 검출 위치(Pd)는 실장 툴(20)의 열팽축의 영향을 받기 때문에, 도 6(a)에 있어서의 이점쇄선과 같이 변화한다. 즉, Dr=D1로 유지한 경우의 검출 위치(Pd)는 툴 히터(26)를 ON으로 한 시각(t3) 이상 서서히 상승하고, 툴 히터(26)를 OFF로 한 시각(t8) 이후 서서히 강하한다. 한편, 갭량(G)을 목표값으로 하기 위해서는, 거리(Dr)를 높이(D1)로부터 더욱 목표 찌부러짐량(Gd)만큼 줄일 필요가 있다. 이러한 거리(Dr)의 움직임을 실현하기 위해서는, 이점쇄선으로 나타내는 위치로부터 목표 찌부러짐량(Gd)만큼 감산한 위치를 지령 위치로 하여, 승강 기구를 위치 제어하면 된다.
스텝 S22에서 사용하는 목표 프로파일은 이 이점쇄선으로 나타내는 위치로부터 목표 찌부러짐량(Gd)만큼 감산한 위치를 나타내는 프로파일이다. 이러한 목표 프로파일에 따라 VCM(30)을 위치 제어함으로써 거리(Dr)를 일정하게 유지할 수 있고, 갭량(G)을 목표값으로 유지할 수 있다. 또한 이러한 목표 프로파일은 본딩에 앞서 생성되는데, 이것에 대해서도 후술한다.
컨트롤러(16)는 사전에 설정한 온도 프로파일에 따라 툴 히터(26)를 오프로 한다(S24). 이것에 의해 한번 용융된 범프(104)의 온도가 급격하게 저하되고 경화되어간다. 도 6의 예에서는 시각(t8)에 있어서 툴 히터(26)가 오프가 된다. 이것에 의해 범프(104)가 경화되어간다. 또 툴 히터(26)가 오프가 됨으로써 승강 기구(특히 슬라이드축(32))의 온도도 저하되고, 승강 기구의 열팽축이 해소되어간다. 온도가 저하된 후 또는 동시에 실장 툴(20)을 목표 프로파일에 따라 강하시킨다.
그리고, 툴 히터(26)를 오프로 하고나서, 소정의 경화 시간(Tb)이 경과하면(S26에서 Yes), 컨트롤러(16)는 범프(104)가 경화되었다고 판단한다. 또한 경화 시간(Tb)은 사전의 실험이나 과거의 경험 등에 기초하여 미리 규정된다. 경화 시간(Tb)이 경과하면, 컨트롤러(16)는 실장 툴(20)에 의한 반도체 칩(100)의 유지를 해제한 다음, 실장 툴(20)을 상승시킨다(S28). 그리고, 이것에 의해 하나의 반도체 칩(100)의 본딩 처리가 종료가 된다. 이후, 다른 반도체 칩(100)에 대해서도 마찬가지의 처리를 반복한다.
이상의 설명에서 분명한 바와 같이, 본 예에서는 범프(104)의 용융 직전에 있어서, VCM(30)을 상승 방향으로 구동시킴으로써, 본딩 헤드(14)의 비뚤어짐을 해소하고 있다. 그 결과, 범프(104)가 용융되었을 때, 실장 툴(20)이 과도하게 하방으로 이동하여, 범프(104)를 과도하게 눌러 찌부러뜨리는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또 본 예에서는 범프(104)가 용융되는 타이밍(즉 용융 시간(Tm))을 미리 취득해두고, 범프(104)가 용융되기 전에, 하중 제어로부터 위치 제어로 전환하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써 범프(104)를 과도하게 눌러 찌부러뜨리는 것을 방지할 수 있다. 즉, 종래 기술의 대부분은 반도체 칩(100)에 일정한 하중을 부여하는 하중 제어를 행하고, 그 때, 검출 위치(Pd)가 일정 이상 강하하면, 범프(104)가 용융되었다고 판단한다. 이러한 기술의 경우, 범프(104)가 용융된 시점에서, 실장 툴(20)이 크게 강하하고, 갭량(G)이 목표값보다 작아진다. 예를 들면 특허문헌 1에서는 범프(104)가 용융된 시점에서, 갭량(G)은 목표값보다 작아진다. 그 때문에 특허문헌 1에서는 갭량(G)이 목표값보다 작아진 후 실장 툴을 상승시킴으로써 갭량(G)을 목표값으로 수정하고 있다. 그러나, 특허문헌 1과 같이 일시적이라고 해도 범프(104)를 크게 눌러 찌부러뜨리면, 가로로 퍼진 범프(104)가 인접하는 범프(104)와 접촉하여 쇼트 불량을 일으킬 우려가 있었다. 한편, 본 예와 같이, 범프(104)가 용융되기 직전부터 위치 제어로 전환함으로써, 범프(104)의 과도한 찌부러짐이 없어지고, 쇼트 불량을 효과적으로 방지할 수 있다.
이어서 이러한 본딩 처리에서 사용하는 비뚤어짐 해소량(Aa), 대기 시간(Ta), 목표 프로파일의 취득에 대해 설명한다. 제조 장치(10)는 반도체 장치의 제조를 개시하기 전에, 비뚤어짐 해소량 검출 처리와, 용융 타이밍 검출 처리와, 목표 프로파일 생성 처리를 행한다. 이하, 이들 처리에 대해 설명한다.
가장 먼저, 비뚤어짐 해소량 검출 처리에 대해, 도 7, 도 8을 참조하여 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 본딩 처리에서는 범프(104)가 용융되기 직전에 있어서 VCM(30)을 상승 방향으로 비뚤어짐 해소량(Aa)분만큼 구동시켜, 이것에 의해 본딩 헤드(14)(특히 실장 툴(20) 및 슬라이드축(32))의 비뚤어짐을 해소하고 있다. 이 때 사용되는 비뚤어짐 해소량(Aa)은 본딩 처리에 앞서 행해지는 비뚤어짐 해소량 검출 처리에서 검출된다. 도 7은 이 비뚤어짐 해소량 검출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이며, 도 8은 비뚤어짐 해소량 검출 처리에 있어서의 검출 위치(Pd) 및 검출 하중(Fd)의 변화를 나타내는 그래프이다.
비뚤어짐 해소량 검출 처리를 행할 때, 실장 툴(20)은 반도체 칩(100)을 유지하지 않는 상태에서 사용된다. 또 미리 실장 툴(20)의 바닥면 또는 기판(110)의 상면에 하중 센서(예를 들면 로드 셀 등)를 배치하여, 실장 툴(20)에 의한 기판(110)의 압압 하중을 검출 하중(Fd)으로서 검출할 수 있도록 해둔다. 또한 실장 툴(20) 및 기판(110)을 서로 동일한 미리 정한 온도로 해둔다. 이러한 사전의 준비가 갖추어지면, 컨트롤러(16)는 승강 기구를 구동시켜, 반도체 칩(100)을 유지하고 있지 않은 실장 툴(20)을 기판(110)에 접지될 때까지 하강시킨다(S30, S32). 도 8의 예에서는 검출 위치(Pd)의 변동이 정지되는 시각(t2)에 있어서 접지되었다고 판단된다. 또한 이 때, 실장 툴(20)이 표준 하중(Fs)으로 기판(110)을 압압하도록 VCM(30)에 인가하는 전류가 조정된다. 또한 미리 정한 온도는 예를 들면 실온(20℃)인데, 히터에 의해 툴 및 스테이지를 가열하여 50℃나 100℃로 해도 된다. 또 본 예에서는 비뚤어짐 해소량 검출 처리에서 검출된 비뚤어짐 해소량(Aa)을 비뚤어짐 해소 처리에 있어서의 VCM(30)의 상승량으로 하고 있다. 그러나, 비뚤어짐 해소 처리에 있어서의 VCM(30)의 상승량은 이 비뚤어짐 해소량(Aa)에 대하여 어떠한 보정을 행한 값이어도 된다.
실장 툴(20)이 기판(110)에 접지되면, 컨트롤러(16)는 그 시점의 검출 위치(Pd)를 P[0]로서 메모리에 기억한다(S34). 도 8의 예에서는 시각(t2)에 있어서의 검출 위치(Pd)가 P[0]로서 기억된다. 계속해서, 컨트롤러(16)는 파라미터(i)를 초기화하여 i=1로 한다(S35). 그 후, 컨트롤러(16)는 VCM(30)을 상승 방향으로 소정의 단위 피치만큼 구동시킨다(S36). 즉, 리니어 인코더(50)로 검출되는 검출 위치(Pd)가 단위 피치분만큼 변화할 때까지 VCM(30)을 구동시킨다. 단위 피치의 값은 특별히 한정되지 않지만, 슬라이드축(32)의 비뚤어짐에 기인하는 검출 오차보다 충분히 작은 값이 설정된다. 도 8의 예에서는 시각(t3)에 있어서 1회째의 단위 피치분의 상승 구동이 완료되고 있다. VCM(30)이 상승 방향으로 구동됨으로써 압압 하중이 약간 저하되고, 그 만큼 슬라이드축(32) 등의 비뚤어짐도 약간 해소된다.
단위 피치분의 상승 방향으로의 구동이 완료되면, 컨트롤러(16)는 그 시점의 검출 하중(Fd) 및 검출 위치(Pd)를 각각 F[i], P[i]로서 메모리에 기억한다(S38). 계속해서, 컨트롤러(16)는 현재의 검출 하중(F[i])과 N회 전의 검출 하중(F[i-N])을 비교한다(S40). 또한 N은 1 이상의 정수이다. 비교의 결과, F[i]≒F[i-N]가 성립되지 않는 경우(S40에서 No), 단위 피치의 상승에 기인하여 검출 하중(Fd)이 변화하고 있다고 판단할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(16)는 스텝 S42로 진행하여, 파라미터(i)를 인크리먼트한 다음 스텝 S38, S40을 재차 실행한다. 또 플로우차트에는 기재하고 있지 않지만, i<N이며, N회 전의 검출 하중(F[i-N])이 존재하지 않는 경우에도 스텝 S42로 진행한다.
한편, F[i]≒F[i-N]가 성립되는 경우(S40에서 Yes), 즉, VCM(30)을 상승 방향으로 구동시켜도 검출 하중(Fd)이 변동하지 않게 된 경우, P[i-N]-P[0]를 비뚤어짐 해소량(Aa)으로서 메모리에 기억한다(S44). P[i-N]-P[0]는 VCM(30)의 상승 방향으로의 구동을 개시하고나서 검출 하중(Fd)의 변동이 정지될 때까지의 승강 기구의 이동량이다.
N=3으로 하여 도 8의 예를 참조하여 설명하면, 시각(t8)의 시점에 있어서 F[i]는 Fa, F[i-3]는 Fb가 되기 때문에, F[i]≠F[i-N]이다. 따라서, 이 경우, 컨트롤러(16)는 스텝 S44로 진행하지 않고, 스텝 S42로 진행한다. 계속해서, 시각(t9)이 되면, F[i]=Fa, F[i-3]=Fa가 되기 때문에, F[i]≒F[i-N]가 성립된다. 이 경우, 컨트롤러(16)는 스텝 S44로 진행한다. 여기서 시각(t9)에 있어서, P[i-3]는 시각(t6)에 있어서의 검출 위치(Pd)이며, P[0]는 시각(t2)에 있어서의 검출 위치(Pd)이다. 따라서, 이 경우, 비뚤어짐 해소량(Aa)은 도 8에 나타내는 바와 같게 된다. 이와 같이, 비뚤어짐 해소량(Aa)을 사전에 실험에 의해 취득해둠으로써 본딩 처리에 있어서 승강 기구의 비뚤어짐을 보다 확실하게 해소할 수 있다.
이어서 용융 타이밍 검출 처리에 대해 도 9, 도 10을 참조하여 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 본딩 처리에서는 비뚤어짐 해소 처리를 범프(104)가 용융되기 직전에 실행한다. 이러한 타이밍에 비뚤어짐 해소 처리를 실행하기 위해서는, 범프(104)가 용융되는 타이밍을 사전에 파악해둘 필요가 있다. 그래서, 본 예에서는 본딩 처리에 앞서 용융 타이밍 검출 처리를 행한다. 도 9는 이 용융 타이밍 검출 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이며, 도 10은 용융 타이밍 검출 처리에 있어서의 검출 위치(Pd), 압압 하중 및 툴 히터(26)의 구동 상태를 나타내는 그래프이다.
용융 타이밍 검출 처리를 행할 때는 미리 실장 툴(20)로 반도체 칩(100)을 유지해둔다. 그리고, 컨트롤러(16)는 승강 기구를 구동시켜, 반도체 칩(100)이 기판(110)에 접지될 때까지 실장 툴(20)을 하강시킨다(S50, S52). 반도체 칩(100)이 기판(110)에 접지되면(S52에서 Yes), 컨트롤러(16)는 미리 규정된 표준 하중(Fs)이 반도체 칩(100)에 부여되도록 승강 기구의 하중 제어를 개시하고(S54), 툴 히터(26)를 ON으로 한다(S56). 도 10의 예에서는 시각(t1)에 있어서 접지가 검출되고, 그 후, 반도체 칩(100)에 일정 하중이 부여된다. 또한 시각(t2)에 있어서, 툴 히터(26)가 ON이 된다.
툴 히터(26)가 ON이 되면, 컨트롤러(16)는 리니어 인코더(50)로 검출되는 검출 위치(Pd)의 변동을 감시하고, 검출 위치(Pd)가 소정의 기준변위량(Δs)이상 저하된 경우, 범프(104)가 용융되었다고 판단한다. 구체적으로는, 컨트롤러(16)는 파라미터(i)를 초기화하여 i=0으로 한다(S58). 계속해서, 현재의 검출 위치(Pd)를 P[i]로서 메모리에 기억한다(S60). 또한 컨트롤러(16)는 현재의 검출 위치(P[i])와 전회의 검출 위치(P[i-1])의 차분값과, 미리 규정된 기준변위량(Δs)을 비교한다(S62). 비교의 결과, P[i]-P[i-1]<Δs인 경우(S62에서 No), 컨트롤러(16)는 스텝 S64로 진행하여, 파라미터(i)를 인크리먼트한 다음, 스텝 S60, S62를 재차 행한다. 또 플로우차트에는 기재하고 있지 않지만, i=0으로 P[i-1]가 존재하지 않는 경우에도 스텝 S66으로 진행하지 않고, 스텝 S64로 진행한다.
한편, P[i]-P[i-1]≥Δs인 경우(S62에서 Yes), 범프(104)가 용융되었다고 판단할 수 있다. 이 경우, 컨트롤러(16)는 툴 히터(26)를 ON으로 하고나서의 경과 시간을 용융 시간(Tm)으로서 메모리에 기억한다(S66). 도 10의 예에서는 시각(t3)에 있어서 검출 위치(Pd)가 급격하게 저하되고 있기 때문에, 이 시각(t3)에 있어서 범프(104)가 용융되었다고 판단할 수 있다. 그리고, 이 경우, 시각(t2)으로부터 시각(t3)까지의 시간이 용융 시간(Tm)으로서 메모리에 기억된다. 용융 시간(Tm)이 취득되면, 컨트롤러(16)는 툴 히터(26)를 오프로 하고, 실장 툴(20)을 상승시킨다(S68). 이것에 의해 용융 타이밍 검출 처리는 종료가 된다.
본딩 처리일 때는, 이 용융 시간(Tm)으로부터 약간의 여유분(α)을 감산한 값을 대기 시간(Ta)으로서 사용한다. 이와 같이, 본딩 처리에 앞서 실험에 의해 범프(104)의 용융 타이밍을 검출해둠으로써, 비뚤어짐 해소 처리를 범프(104)가 용융되기 직전에 행할 수 있다. 그 결과, 범프(104)가 용융되었을 때, 실장 툴(20)이 순간적으로 크게 강하하는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 결과적으로 범프(104)의 과도한 찌부러짐을 방지할 수 있다.
이어서 목표 프로파일 생성 처리에 대해 도 11, 도 12를 참조하여 설명한다. 상기 서술한 바와 같이, 본딩 처리에서는 범프(104)가 용융된 후에는 본딩 헤드(14)의 열팽축을 상쇄시키도록 승강 기구를 위치 제어함으로써 갭량(G)을 규정의 목표값으로 유지한다. 목표 프로파일 생성 처리에서는 이 위치 제어에서 사용되는 목표 프로파일을 생성한다. 도 11은 이 목표 프로파일 생성 처리의 흐름을 나타내는 플로우차트이며, 도 12는 목표 프로파일 생성 처리에 있어서의 각종 파라미터의 변화를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로는 도 12(a)는 목표 프로파일 생성 처리에서 취득되는 참조 프로파일(90)을, (b)는 목표 프로파일 생성 처리에 있어서의 툴 히터(26)의 구동 상태를 나타내는 그래프이다. 도 12(c)는 오프셋 처리한 참조 프로파일(90*), 이상(理想) 프로파일(92), 목표 프로파일(94)을 나타내는 그래프이다.
목표 프로파일 생성 처리를 행할 때, 실장 툴(20)은 반도체 칩(100)을 유지하지 않는 상태로 한다. 그리고, 컨트롤러(16)는 승강 기구를 구동시켜, 반도체 칩(100)을 유지하고 있지 않은 실장 툴(20)을 기판(110)에 접지될 때까지 하강시킨다(S70, S72). 실장 툴(20)이 기판(110)에 접지되면, 컨트롤러(16)는 툴 히터(26)의 제어를 개시한다(S76). 이 툴 히터(26)의 제어는 본딩 처리와 동일한 온도 프로파일에 따라 행한다. 즉, 본딩 처리에서는 툴 히터(26)를 ON으로 하는 타이밍이나, OFF로 하는 타이밍이 미리 규정되어 있고, 이러한 타이밍이 온도 프로파일로서 컨트롤러(16)의 메모리에 기억되어 있다. 스텝 S76에서는 이 온도 프로파일에 따른 툴 히터(26)의 제어가 개시된다. 또 컨트롤러(16)는 파라미터(i)를 초기화하여, i=0으로 한다(S78). 툴 히터(26)의 제어가 개시되면, 컨트롤러(16)는 본딩 처리의 종료 타이밍에 이를 때까지(S82에서 Yes가 될 때까지), 현재의 검출 위치(Pd)를 P[i]로서 메모리에 기억하는 처리(S80)와, 파라미터(i)의 인크리먼트(S84)하는 처리를 소정의 샘플링 간격으로 반복한다.
도 12의 예에서는 시각(t1)에 있어서 툴 히터(26)의 제어가 개시되고 있어, 시각(t1)에 있어서 툴 히터(26)가 ON으로 되어 있다. 이 시각(t1)에 있어서의 검출 위치(Pd)(도 12(a)의 그래프 참조)는 초기 위치(P[0])로서 메모리에 기억된다. 온도 프로파일이 스타트되고, 툴 히터(26)가 온이 됨으로써, 실장 툴(20) 및 슬라이드축(32)의 온도가 서서히 상승하고, 이들이 열팽창한다. 그 결과, 실장 툴(20)의 바닥면의 위치는 변화하고 있지 않음에도 불구하고, 리니어 인코더(50)로 검출되는 검출 위치(Pd)는 서서히 상승하게 된다. 또한 도 12의 예에서는 시각(t3)에 있어서 슬라이드축(32) 등의 열팽창이 수속되고, 검출 위치(Pd)도 일정하게 된다. 그 후, 시각(t4)에 있어서 냉각을 스타트하기 위해서 툴 히터(26)를 OFF로 하면, 슬라이드축(32) 등의 온도가 저하되어 열팽창이 해소되어간다. 그 때문에 시각(t4) 이후에서는 검출 위치(Pd)가 서서히 강하된다. 그리고, 슬라이드축(32) 등의 온도가 미리 정한 온도까지 되돌아온 시각(t5) 이후, 검출 위치(Pd)는 일정값을 유지한다. 그리고, 종료 타이밍인 시각(t6)에 있어서, 검출 위치(Pd)의 취득이 종료된다. 스텝 S80~스텝 S84에서는 이 도 12(a)에 나타내는 바와 같은 데이터가 참조 프로파일(90)로서 취득된다. 이 참조 프로파일(90)로부터, 용융 시간(Tm)-여유분(α)(도 12의 시각(ta))일 때의 위치(P[i])의 값을 감산한 값이 본딩 헤드(14)의 열팽창량이 된다.
참조 프로파일(90)이 얻어지면, 컨트롤러(16)는 미리 기억하고 있는 이상 프로파일(92)과 이 참조 프로파일(90)에 기초하여 목표 프로파일(94)을 생성한다(S86). 이상 프로파일(92)은 본딩 헤드(14)가 열팽창이나 비뚤어짐이 생기지 않은 이상 상태인 경우의 이동 프로파일이다.
도 12(c)에 있어서 실선은 목표 프로파일(94)을, 이점쇄선은 이상 프로파일(92)을, 일점쇄선은 시각(ta)에 있어서의 위치를 이상 프로파일(92)에 맞춘 즉 오프셋 처리한 참조 프로파일(90*)을 각각 나타내고 있다. 도 12에 나타내는 바와 같이 이상 프로파일(92)에서는 범프(104)가 용융된 시각(t2)에 있어서 목표 찌부러짐량(Gd)만큼 강하하고, 이후에는 동일한 높이 위치를 유지한다. 그리고, 범프(104)가 경화된 시각(t6) 이후에 상승한다.
목표 프로파일(94)은 이 이상 프로파일(92)에 참조 프로파일(90)로부터 구해지는 본딩 헤드(14)의 열팽창량을 가산함으로써 얻어진다. 열팽창량은 상기 서술한 바와 같이 참조 프로파일(90)로부터 용융 시간(Tm)-여유분(α)(시각(ta))일 때의 위치(P[i])의 값을 감산함으로써 구해진다. 이러한 열팽창량을 이상 프로파일(92)에 가산함으로써, 도 12(c)의 그래프에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같은 목표 프로파일(94)이 얻어진다. 실제의 본딩 처리일 때는 이 목표 프로파일(94)에 따라 승강 기구가 위치 제어된다. 그리고, 이러한 목표 프로파일(94)을 사용함으로써, 본딩 헤드(14)가 열팽창했다고 해도, 실장 툴(20)의 바닥면 위치 나아가서는 갭량(G)을 일정하게 유지할 수 있다.
이상의 설명으로 분명한 바와 같이, 본 예에 의하면, 사전에 비뚤어짐 해소량(Aa), 용융 타이밍, 목표 프로파일을 취득하고 있다. 그리고, 실제의 본딩 처리일 때는, 범프(104)의 용융 전에 승강 기구를 비뚤어짐 해소량(Aa)분만큼 상승 방향으로 구동시켜 본딩 헤드(14)의 비뚤어짐을 해소한 후, 열팽창을 상쇄시키는 목표 프로파일에 따라 승강 기구를 구동시키고 있다. 이러한 구성으로 함으로써 용융된 범프(104)를 과도하게 찌부러뜨리는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 반도체 장치의 품질을 양호하게 유지할 수 있다. 또한 지금까지 설명한 구성은 일례이며, 범프(104)의 용융 전에 승강 기구를 상승 방향으로 구동시켜 본딩 헤드(14)의 비뚤어짐을 해소한 후, 열팽창을 상쇄시키도록 승강 기구를 구동시키는 것이면, 그 밖의 구성은 적절하게 변경되어도 된다. 예를 들면 상기 서술한 설명에서는, 비뚤어짐 해소 처리에 있어서의 승강 기구의 이동량인 비뚤어짐 해소량(Aa)을 사전의 실험(비뚤어짐 해소량 검출 처리)으로 취득하고 있지만, 비뚤어짐 해소량(Aa)은 별개의 수단으로 취득되어도 된다. 예를 들면 본딩 헤드(14)의 강성이나 제1 처리에서 반도체 칩(100)에 부가하는 표준 하중(Fs)에 기초하여 시뮬레이션을 행하여, 비뚤어짐 해소량(Aa)을 취득하도록 해도 된다.
또 비뚤어짐 해소 처리의 실행 타이밍은 범프(104)의 용융 전이면 반드시 용융 직전이 아니어도 된다. 또 상기 서술한 설명에서는 용융 타이밍 검출 처리에 있어서 범프(104)의 용융을 검출 위치(Pd)의 변화에 기초하여 판단하고 있지만, 다른 파라미터 예를 들면 압압 하중의 변화 등에 기초하여 범프(104)의 용융을 판단해도 된다. 또 본 예의 승강 기구는 VCM(30)을 구동원으로 하는 제1 유닛(24a)과, 승강 모터(40)를 구동원으로 하는 제2 유닛(24b)을 가지고 있지만, 승강 기구는 하중 제어 및 위치 제어의 쌍방을 행할 수 있는 것이면, 그 구성은 적절하게 변경되어도 된다.
10…반도체 장치의 제조 장치, 12…스테이지, 14…본딩 헤드, 16…컨트롤러, 18…XY 스테이지, 20…실장 툴, 24a…제1 유닛, 24b…제2 유닛, 26…툴 히터, 30…보이스 코일 모터, 32…슬라이드축, 34…판스프링, 36…가이드 부재, 38…베이스 부재, 40…승강 모터, 42…리드 스크류, 44…이동 블록, 46…이동체, 48…가이드 레일, 50…리니어 인코더, 90…참조 프로파일, 92…이상 프로파일, 94…목표 프로파일, 100…반도체 칩, 102…칩 본체, 104…범프, 110…기판, 112…전극.

Claims (5)

  1. 기판을 지지하는 스테이지와,
    그 바닥면에 범프가 설치된 칩을 유지하는 실장 툴과, 상기 칩을 가열하기 위해 상기 실장 툴에 탑재되는 툴 히터와, 상기 실장 툴을 연직 방향으로 이동시키는 승강 기구를 가지는 본딩 헤드와,
    상기 본딩 헤드의 구동을 제어하여, 상기 칩을 상기 기판에 본딩하는 본딩 처리를 행하는 컨트롤러
    를 갖추고, 상기 컨트롤러는 상기 본딩 처리에 있어서,
    상기 칩을 상기 기판에 접지시킨 후에, 상기 툴 히터 및 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 칩의 가열을 개시함과 아울러 상기 칩을 상기 기판에 가압하는 제1 처리와,
    상기 제1 처리 후 또한 상기 범프의 용융 전에 있어서, 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시킴으로써 상기 본딩 헤드의 비뚤어짐을 해소하는 비뚤어짐 해소 처리와,
    상기 비뚤어짐 해소 처리 후에, 상기 본딩 헤드의 열팽축을 상쇄시키도록 상기 승강 기구를 위치 제어함으로써, 상기 칩의 바닥면과 상기 기판의 상면과의 갭을 규정의 목표값으로 유지하는 제2 처리
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 본딩 처리에 앞서 비뚤어짐 해소량 검출 처리를 행하고,
    상기 비뚤어짐 해소량 검출 처리에서는 상기 실장 툴 및 상기 스테이지를 미리 정한 온도로 유지한 상태에서, 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 실장 툴로 상기 기판을 압압시킨 후, 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시키면서 상기 실장 툴에 의한 상기 기판으로의 압압 하중을 검출하고, 상기 상승 방향으로의 구동을 개시하고나서 상기 압압 하중의 변동이 정지될 때까지의 상기 승강 기구의 이동량을 비뚤어짐 해소량으로서 기억하고,
    상기 비뚤어짐 해소 처리에서는 상기 비뚤어짐 해소량에 기초하여 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시키는
    것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 칩을 상기 기판에 본딩 처리함에 앞서, 상기 범프의 용융 타이밍을 검출하는 용융 타이밍 검출 처리를 행하고,
    상기 용융 타이밍 검출 처리에서는 상기 칩을 상기 기판에 접지시킨 후, 규정의 온도 프로파일에 따라 상기 칩을 가열하고, 상기 가열의 개시로부터 상기 범프가 용융될 때까지의 시간을 용융 시간으로서 기억하고,
    상기 컨트롤러는 상기 용융 시간에 기초하여 상기 비뚤어짐 해소 처리의 실행 타이밍을 결정하는
    것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 승강 기구는, 상기 실장 툴에 기계적으로 접속된 슬라이드축과, 상기 슬라이드축을 승강시키는 구동원과, 상기 슬라이드축의 축 방향 위치를 검출 위치로서 검출하는 위치 센서를 가지고 있고,
    상기 컨트롤러는 상기 본딩 처리에 앞서, 목표 프로파일 생성 처리를 행하고,
    상기 목표 프로파일 생성 처리에서는 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 실장 툴을 상기 기판에 또는 스테이지에 접지시킨 후, 규정의 온도 프로파일에 따라 상기 실장 툴을 가열하고, 그 때 얻어지는 상기 위치 센서로 검출되는 검출 위치의 변화에 기초하여 상기 본딩 헤드의 열팽창량을 취득하고, 상기 열팽창량을 상쇄시킨 이동 프로파일을 목표 프로파일로서 생성하고,
    상기 제2 처리에서는 상기 목표 프로파일에 따라 상기 승강 기구를 위치 제어하는
    것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 장치.
  5. 실장 툴과 상기 실장 툴에 탑재되는 툴 히터와 상기 실장 툴을 연직 방향으로 이동시키는 승강 기구를 가지는 본딩 헤드를 구동시켜, 상기 실장 툴에 유지된 칩을 스테이지에 지지된 기판에 본딩하는 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 실장 툴을 하강시켜 상기 칩을 상기 기판에 접지시킨 후, 상기 툴 히터 및 상기 승강 기구를 구동시켜, 상기 칩의 가열을 개시함과 아울러 상기 칩을 상기 기판에 가압하는 제1 스텝과,
    상기 제1 스텝 후 또한 상기 칩의 바닥면에 설치된 범프의 용융 전에 있어서, 상기 승강 기구를 상승 방향으로 구동시킴으로써, 상기 본딩 헤드의 비뚤어짐을 해소시키는 비뚤어짐 해소 스텝과,
    상기 비뚤어짐 해소 스텝 후에, 상기 본딩 헤드의 열팽축을 상쇄시키도록 상기 승강 기구를 위치 제어함으로써, 상기 칩의 바닥면과 상기 기판의 상면과의 갭량을 규정의 목표값으로 유지하는 제2 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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