JP2003142507A - 半導体装置の製造装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マウントヘッドのＺ方向の高速移動を可能に
する。 【解決手段】 半導体チップを吸着するマウントツール
を設けたマウントヘッドが、ベースに対してＺ方向にの
み移動可能となっており、ベースのＺ方向に移動によっ
てマウントヘッドが半導体チップを接合する半導体装置
の製造において、前記マウントヘッドを付勢し、前記マ
ウントヘッドを前記ベースに対して固定する係止部材を
設け、Ｚ方向の高速移動の際にこの係止部材によってマ
ウントヘッドをベースに固定し、Ｚ方向の低速移動の際
には前記係止部材による固定を解き、マウントヘッドは
ベースに対してＺ方向に移動可能とする。上述した本発
明によれば、Ｚ方向の高速移動時にマウントヘッドをベ
ースに対して固定するために、マウントヘッドをベース
の急激な速度変化に追随させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
装置或いはそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、
特に、半導体チップ等のダイボンディングに適用して有
効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造では、単結晶シリコン
等のウェハに設けられた複数の素子形成領域に、半導体
素子或いは配線パターンを一括して形成して所定の回路
を構成し、隣接する素子形成領域間のスクライビング領
域にてウェハを切断して、夫々の素子形成領域を個々の
半導体チップとして分離するダイシングを行い、こうし
て分離された個々の半導体チップが、例えばベース基板
或いはリードフレーム等に固定するダイボンディング及
びワイヤボンディング等の実装工程及び樹脂封止等の封
止工程を経て半導体装置として完成する。

【０００３】こうしたダイボンディングを行なう装置は
フリップチップボンダ或いはチップマウンタと呼ばれて
おり、フリップチップボンダでは、ダイシングの済んだ
ウェハから半導体チップをピックアップしたマウントヘ
ッドを、水平方向に移動させてチップゲージングによっ
て位置決めし、所定位置に搬送されたリードフレーム等
の所定位置に半導体チップを加圧接合する。このマウン
トヘッドの水平方向の移動はＸＹ方向移動と呼ばれ、半
導体チップをピックアップする際或いは半導体チップを
加圧接合する際の垂直方向の移動はＺ方向移動と呼ばれ
ている。

【０００４】図１は従来のマウントヘッドを示す正面図
及び側面図である。マウントヘッドには、半導体チップ
１を吸着するマウントツール２がその下端に設けられて
いる。マウントツール２の上端には加圧接合時に荷重が
印加されるロードセル３が設けられており、このロード
セル３では、加えられた荷重による歪を検知して、その
歪から加えられた荷重を測定し、一定の荷重で加圧接合
を行なう構成となっている。

【０００５】また、マウントツール２はダイヤル４ａ，
４ｂの操作によってマウントツール２の傾きを調整する
Ｘ軸のゴニオステージ５ａ及びＹ軸のゴニオステージ５
ｂに取り付けられており、マウントツール２に吸着され
た半導体チップ１は、ゴニオステージ５ａ，５ｂの調整
によって、加圧接合の行なわれるリードフレーム等が載
置されるヒートブロック６のヒートステージ７に対して
正確に水平状態とされている。

【０００６】マウントヘッドは、リニアガイド８によっ
てベース９に取り付けられ、マウントヘッドは、ベース
９に対してはＺ方向にのみ移動可能となっており、通常
はベース９のストッパ１０によって支えられて、ベース
９に追随して一体に移動する。半導体チップ１の加圧接
合では、マウントツール２に半導体チップ１を真空吸着
した状態でベース９がＸＹ方向に移動して位置決めされ
た後に、ボールネジ駆動によってベース９がＺ方向に移
動し、マウントヘッドはベース９に追随してＺ方向に移
動する。

【０００７】半導体チップ１がヒートステージ７に載置
されたリードフレーム等に接触すると、マウントヘッド
はストッパ１０から離れて停止するが、ベース９は更に
降下しベース９と一体になっているアーム１１によって
ロードセル３に荷重が印加され、半導体チップ１がリー
ドフレーム等に加圧接合される。従って、マウントヘッ
ドは、アーム１１とロードセル３とのクリアランスであ
る０．２ｍｍ程度の範囲で、ベース９に対してストッパ
１０とアーム１１との間をＺ方向に移動可能となってい
る。

【０００８】実装工程ではタクトタイムを短縮させるた
めに、ダイボンディングも高速化が求められている。こ
のため、半導体チップ１がリードフレーム等に接触し加
圧接合が行なわれる際には、半導体チップ１の損傷等を
招くおそれがあるのでマウントヘッドを低速移動させて
いるが、半導体チップ１がリードフレーム等に接近する
までは、マウントヘッドをＺ方向に高速移動させてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前述した
高速移動の際に、マウントヘッドがベースの急激な移動
に追随しきれずに、設定したマウント荷重を超える荷重
がロードセルに加えられエラーが発生してしまう問題が
生じ、マウントヘッドのＺ方向移動高速化の障害となっ
ている。

【００１０】また、マウントヘッドはストッパとアーム
との間で前記クリアランスである０．２ｍｍ程度の範囲
で移動可能となっているが、高速降下が終了し低速移動
に移行する際に、急激な速度変化を加えると、マウント
ヘッドが速度変化に追随できずにアームと衝突し、その
反動によってストッパに衝突するバウンド状態となり、
過大な荷重がロードセルに加えられ、エラーが発生す
る、更にはロードセルが破損するという問題が生じる。

【００１１】本発明の課題は、これらの問題を解決し、
マウントヘッドのＺ方向の高速移動を可能にする技術を
提供することにある。本発明の前記ならびにその他の課
題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によっ
て明らかになるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。半導体チップを吸着するマウント
ツールを設けたマウントヘッドが、ベースに対してＺ方
向にのみ移動可能となっており、ベースのＺ方向に移動
によってマウントヘッドが半導体チップを接合する半導
体装置の製造において、前記マウントヘッドを付勢し、
前記マウントヘッドを前記ベースに対して固定する係止
部材を設け、Ｚ方向の高速移動の際にこの係止部材によ
ってマウントヘッドをベースに固定し、Ｚ方向の低速移
動の際には前記係止部材による固定を解き、マウントヘ
ッドはベースに対してＺ方向に移動可能とする。

【００１３】上述した本発明によれば、Ｚ方向の高速移
動時にマウントヘッドをベースに対して固定するため
に、マウントヘッドをベースの急激な速度変化に追随さ
せることができるので、マウントヘッドのＺ方向の高速
移動が可能となる。

【００１４】以下、本発明の実施の形態を説明する。な
お、実施の形態を説明するための全図において、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。

【００１５】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図２は、本発明
の一実施の形態であるフリップチップボンダを示す平面
図である。フリップチップボンダは、大別して、リード
フレーム等のフレームを供給するフレーム供給系のシス
テムと、半導体チップ或いはＣＳＰ(Chip Size Packag
e)型等の微細な半導体装置を供給するチップ供給系のシ
ステムと、前記フレームに半導体チップ等をボンディン
グするマウント系のシステムとからなっている。

【００１６】フレーム供給系のシステムとしては、ＣＳ
Ｐに用いられるテープ等主に短冊仕様のフレームを供給
するマガジンローダ或いはリードフレームを供給するフ
レームローダ１２と、フレームローダ１２のＺ方向の位
置を調整するフレームリフタ１３と、フレームを搬送す
るフレームフィーダ１４と、ダイボンディングの終了し
たフレームを収容するアンローダ１５とによって構成さ
れ、フレームローダ１２に収容された半導体チップを取
り付けるリードフレーム或いは基板等は、順次フレーム
フィーダ１４によってヒートステージ７に運ばれる。

【００１７】チップ供給系のシステムとしては、ダイシ
ングが完了して個々の半導体チップがウェハ時の状態で
シートに粘着されているウェハリング１６を収容したウ
ェハカセットを収容し、ウェハカセットのＺ方向の位置
を調整するウェハカセットリフタ１７と、ウェハカセッ
トからウェハリング１６を取り出し順次搬送するウェハ
リングホルダ１８と、取り出したウェハリング１６を修
正するウェハリング修正ユニット１９と、ウェハリング
１６をチップ供給位置にて保持しＹ方向に移動させるテ
ーブル２０とが設けられている。

【００１８】チップ供給位置まで移動したウェハリング
１６の半導体チップは、フリップヘッド２１に吸着され
てウェハリング１６のシートから外され、フリップヘッ
ド２１を反転させてマウントヘッド２２のマウントツー
ルに半導体チップを吸着させる。

【００１９】マウント系のシステムとしては、マウント
トヘッド２２及びこのマウントヘッド２２を取り付けた
ベースをＸ方向，Ｙ方向に移動させるＸＹテーブル２３
とによって構成されている。

【００２０】図３は図２に示すフリップチップボンダの
マウントヘッド２２を示す正面図及び側面図である。マ
ウントヘッド２２には、半導体チップ１を吸着するマウ
ントツール２がその下端に設けられている。マウントヘ
ッド２２の上端には加圧接合時に荷重が印加されるロー
ドセル３が設けられており、このロードセル３では、加
えられた荷重による歪を検知して、その歪から加えられ
た荷重を測定し、一定の荷重で加圧接合を行なう構成と
なっている。

【００２１】また、マウントツール２はダイヤル４ａ，
４ｂの操作によってマウントツール２の傾きを調整する
Ｘ軸のゴニオステージ５ａ及びＹ軸のゴニオステージ５
ｂに取り付けられており、マウントツール２に吸着され
た半導体チップ１は、ゴニオステージ５ａ，５ｂの調整
によって、加圧接合の行なわれるリードフレーム等が載
置されるヒートブロック６のヒートステージ７に対して
正確に水平状態とされている。

【００２２】マウントヘッド２２は、リニアガイド８に
よってベース９に対してはＺ方向にのみ移動可能となっ
ており、通常はベース９のストッパ１０によって支えら
れて、ベース９に追随して一体に移動する。半導体チッ
プ１の加圧接合では、マウントツール２に半導体チップ
１を真空吸着した状態でベース９がＸＹ方向に移動して
位置決めされた後に、ボールネジ駆動によってベース９
がＺ方向に移動し、マウントヘッド２２はベース９に追
随してＺ方向に移動する。

【００２３】半導体チップ１がヒートステージ７に載置
されたリードフレーム等に接触すると、マウントヘッド
はストッパ１０から離れて停止するが、ベース９は更に
降下しベース９と一体になっているアーム１１によって
ロードセル３に荷重が印加され、半導体チップ１がリー
ドフレーム等に加圧接合される。従って、マウントヘッ
ドは、アーム１１とロードセル３とのクリアランスであ
る０．２ｍｍ程度の範囲で、ベース９に対してストッパ
１０とアーム１１との間をＺ方向に移動可能となってい
る。

【００２４】本実施の形態のマウントヘッドではソレノ
イド或いはピンシリンダ等によってマウントヘッド２２
のリニアガイド８を下方に付勢し、Ｚ方向の高速移動の
際にマウントヘッド２２をベース９に対して固定する係
止部材としてアクチュエータ２４をベース９に設けてあ
り、このアクチュエータ２４によってリニアガイド８を
ストッパ１０に押圧し固定するので、リニアガイド８は
ベース９に対してＺ方向の移動を規制されるが、Ｚ方向
の低速移動の際にはアクチュエータ２４によるリニアガ
イド８の押圧を解き、リニアガイド８はベース９に対し
てＺ方向に移動可能となる。

【００２５】続いて、このフリップチップボンダを用い
た半導体装置の製造方法について、説明する。先ず、半
導体チップ１がウェハ時の状態でシートに粘着されてい
るウェハリング１６を、ウェハカセットリフタ１７内の
ウェハカセットからウェハリングホルダ１８にセットす
る。ウェハリングホルダ１８はＹ方向にチップ供給位置
まで移動し、ウェハ光学系のカメラ等による画像からチ
ップ認識を行なった後に、このデータに基づいて位置合
せして半導体チップ１をフリップヘッド２１に吸着させ
る。半導体チップ１を吸着したフリップヘッド２１は移
動反転し、フリップヘッド２１の半導体チップ１をマウ
ントヘッド２２のマウントツール２が吸着する。

【００２６】半導体チップ１の移送に合わせて、リード
フレームを、フレームローダ１２によってフレームフィ
ーダ１４にセットする。セットされたリードフレームは
フレームフィーダ１４によってボンディング位置まで搬
送される。この搬送の途中で、リードフレームに熱可塑
性の接着剤の加熱或いは、リードフレームに接着剤のポ
ッティング塗布を行なってもよい。

【００２７】搬送されたリードフレームは、フレーム認
識光学系のカメラ等による画像からリードフレーム認識
を行なった後に、このデータに基づいて、ベース９のＸ
Ｙ方向の位置合せを行なった後に、ボールネジ駆動によ
ってベース９がＺ方向に高速移動する。この高速移動の
際にはアクチュエータ２４によってリニアガイド８をス
トッパ１０に押圧し固定する。半導体チップ１がリード
フレーム等に充分接近すると、マウントヘッド２２はＺ
方向の低速移動に移行し、アクチュエータ２４によるリ
ニアガイド８の押圧を解き、リニアガイド８はベース９
に対してＺ方向に移動可能となる。

【００２８】半導体チップ１がヒートステージ７に載置
されたリードフレーム等に接触すると、マウントヘッド
２２はストッパ１０から離れて停止するが、ベース９は
更に降下しベース９と一体になっているアーム１１によ
ってロードセル３に荷重が印加され、半導体チップ１が
リードフレーム等に加圧接合される。ボンディングが終
了し半導体チップ１の実装されたリードフレームはフレ
ームフィーダ１４によって搬送されてアンローダ１５に
収容される。

【００２９】（実施の形態２）図４は本発明の他の実施
の形態に用いられるフリップチップボンダのマウントヘ
ッド２２を示す正面図及び側面図である。マウントヘッ
ド２２には、半導体チップ１を吸着するマウントツール
２がその下端に設けられている。マウントヘッド２２の
上端には加圧接合時に荷重が印加されるロードセル３が
設けられており、このロードセル３では、加えられた荷
重による歪を検知して、その歪から加えられた荷重を測
定し、一定の荷重で加圧接合を行なう構成となってい
る。

【００３０】図４に示すマウントヘッド２２では、モー
タによって回転駆動されるカム２５をベース９に設けて
あり、このカム２５によってロッド２６を駆動してマウ
ントヘッド２２のリニアガイド８を下方に付勢する。マ
ウントヘッド２２がＺ方向に高速移動する際にはこのカ
ム２５によってリニアガイド８をストッパ１０に押圧し
固定するので、リニアガイド８はベース９に対してＺ方
向の移動を規制されるが、Ｚ方向の低速移動の際にはカ
ム２５によるリニアガイド８の押圧を解き、リニアガイ
ド８はベース９に対してＺ方向に移動可能となる。

【００３１】また、図５に示すマウントヘッド２２で
は、ロックピン２７をベース９に設けてあり、このロッ
クピン２７の重量によってマウントヘッド２２のリニア
ガイド８を下方に付勢する。マウントヘッド２２がＺ方
向に高速移動する際にはこのロックピン２７によってリ
ニアガイド８をストッパ１０に押圧し固定するので、リ
ニアガイド８はベース９に対してＺ方向の移動を規制さ
れるが、マウントヘッド２２がリードフレームに充分接
近した位置まで移動すると、ロックピン２７がストッパ
２８によって係止されてリニアガイド８への押圧が解か
れ、低速移動の状態ではリニアガイド８はベース９に対
してＺ方向に移動可能となる。

【００３２】以上、本発明を、前記実施の形態に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 （１）本発明によれば、Ｚ方向の高速移動時にマウント
ヘッドをベースに対して固定することができるという効
果がある。 （２）本発明によれば、上記効果（１）により、マウン
トヘッドをベースの急激な速度変化に追随させることが
できるという効果がある。 （３）本発明によれば、上記効果（２）により、ロード
セルに過大な荷重が加えられるのを防止することができ
るという効果がある。 （４）本発明によれば、上記効果（３）により、エラー
の発生を防止することができるという効果がある。 （５）本発明によれば、上記効果（３）により、ロード
セルの破損を防止することができるという効果がある。 （６）本発明によれば、上記効果（５）により、マウン
トヘッドのＺ方向移動高速化を可能にすることができる
という効果がある。 （７）本発明によれば、上記効果（６）により、ダイボ
ンディングのタクトタイムを短縮することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のマウントヘッドを示す正面図及び側面図
である。

【図２】本発明の一実施の形態であるフリップチップマ
ウンタを示す平面図である。

【図３】本発明の一実施の形態であるフリップチップマ
ウンタのマウントヘッドを示す正面図及び側面図であ
る。

【図４】本発明の他の実施の形態に用いられるマウント
ヘッドを示す正面図及び側面図である。

【図５】本発明の他の実施の形態に用いられるマウント
ヘッドを示す正面図及び側面図である。

【符号の説明】

１…半導体チップ、２…マウントツール、３…ロードセ
ル、４ａ，４ｂ…ダイヤル、５ａ，５ｂ…ゴニオステー
ジ、６…ヒートブロック、７…ヒートステージ、８…リ
ニアガイド、９…ベース、１０…ストッパ、１１…アー
ム、１２…フレームローダ、１３…フレームリフタ、１
４…フレームフィーダ、１５…アンローダ、１６…ウェ
ハリング、１７…ウェハカセットリフタ、１８…ウェハ
リングホルダ、１９…ウェハリング修正ユニット、２０
…テーブル、２１…フリップヘッド、２２…マウントヘ
ッド、２３…ＸＹテーブル、２４…アクチュエータ、２
５…カム、２６…ロッド、２７…ロックピン、２８…ス
トッパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 明 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 須田 富司 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 5F047 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップを吸着するマウントツール
   を設けたマウントヘッドが、ベースに対してＺ方向にの
   み移動可能となっており、ベースのＺ方向に移動によっ
   てマウントヘッドが半導体チップを接合する半導体装置
   の製造装置において、 前記マウントヘッドを付勢し、前記マウントヘッドを前
   記ベースに対して固定する係止部材を設け、Ｚ方向の高
   速移動の際にこの係止部材によってマウントヘッドをベ
   ースに固定し、Ｚ方向の低速移動の際には前記係止部材
   による固定を解き、マウントヘッドはベースに対してＺ
   方向に移動可能とすることを特徴とする半導体装置の製
   造装置。
2. 【請求項２】 前記係止部材としてアクチュエータを設
   けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製
   造装置。
3. 【請求項３】 前記係止部材としてカムを設けたことを
   特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
4. 【請求項４】 前記係止部材としてロックピンを設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装
   置。
5. 【請求項５】 半導体チップを吸着するマウントツール
   を設けたマウントヘッドが、ベースに対してＺ方向にの
   み移動可能となっており、ベースのＺ方向に移動によっ
   てマウントヘッドが半導体チップを接合する半導体装置
   の製造装置を用いた半導体装置の製造方法において、 前記マウントヘッドを付勢し、前記マウントヘッドを前
   記ベースに対して固定する係止部材を設け、Ｚ方向の高
   速移動の際にこの係止部材によってマウントヘッドをベ
   ースに固定し、Ｚ方向の低速移動の際には前記係止部材
   による固定を解き、マウントヘッドはベースに対してＺ
   方向に移動可能とすることを特徴とする半導体装置の製
   造方法。