JP4083533B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術に関し、特に、集積回路が形成された半導体チップを支持するチップ支持部材である配線基板やリードフレームなどにダイボンディングする工程を含む半導体装置の製造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】
半導体チップをフリップチップ実装でチップ支持部材に接合する半導体製造装置として、フリップチップボンダが知られている。フリップチップボンダは、半導体チップの主面に設けられた電極とチップ支持部材の電極とを位置合わせして直接密着させ、熱および圧力を加えて接合するワイヤレスボンディング装置である。
【０００３】
なお、種々のフリップチップボンダについては、たとえば株式会社プレスジャーナル１９９８年７月２７日発行、「月刊 Semiconductor World 増刊号 '99半導体組立・検査技術」、１１９〜１２３頁に記載されている。
【０００４】
近年、小型化を図った半導体装置として、ＣＳＰ（Chip Size Package）と呼ばれる半導体装置が開発されている。その構造は様々であり、チップ支持部材の材料、構造または内部接続構造などから種々の構造に分類される。実用機器に採用されているＣＳＰとしては、たとえばフィルムからなる薄膜のテープ状のチップ支持部材を用い、フェイスダウン方式でチップ支持部材に半導体チップが実装されたＣＳＰを例示することができる。
【０００５】
フリップチップボンダを用いたＣＳＰのチップボンディングでは、たとえば半導体チップの主面とテープ状のチップ支持部材のチップ支持面とを対向して配置し、さらにその間に、認識用カメラを備える光学プローブを配置し、この光学プローブによって得られた位置情報に基づき半導体チップとチップ支持部材とを接合する方法が採られている。光学プローブを用いた位置認識では、２視野の光学系を用い、２台の認識用カメラのうち一方を半導体チップ認識用、他方をチップ支持部材認識用として用いている。
【０００６】
たとえば、特開２００２−１１０７４２号公報には、半導体チップの認識マークとチップ支持部材の認識マークとを対向させて配置し、光学系の１回の認識動作で半導体チップとチップ支持部材とにおける対向する認識マークの位置を求め、これを２箇所の認識マークに対して繰り返して行い、半導体チップとチップ支持部材の位置を効率良く認識して両者を接合する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、光学プローブで得られた位置情報をもとに半導体チップまたはチップ支持部材の位置補正を行い、その後半導体チップとチップ支持部材とを接合しても、機械組立精度、マウントステージの上昇時の直進性、光学プローブの上視野と下視野との間の光軸ずれ等によって半導体チップおよびチップ支持部材の認識マークの正確な位置情報が得られず、得られた位置情報をもとに位置補正を行うと、目標とするボンディング精度が得られないという問題が生ずることが明らかとなった。
【０００８】
さらに、フリップチップボンダでは、チップ支持部材を搭載するマウントステージと、これに対向して設置された半導体チップを支持するマウントヘッドとを５００度程度まで加熱している。すなわち、マウントステージおよびボンディングヘッドによって半導体チップとチップ支持部材とに対して荷重および熱などを付与することで、半導体チップとチップ支持部材との接合を強めている。
【０００９】
しかし、マウントステージおよびボンディングヘッドを高温にするため、光学プローブが認識動作中に加熱されて変形することがある。このため、上視野と下視野との間に光軸ずれが生じ、その位置情報をもとに位置補正を行うと、上記光軸ずれが半導体チップとチップ支持部材とのボンディングのずれとなって現われる。
【００１０】
本発明の目的は、ボンディング装置に備わる光学プローブの上下視野の光軸ずれを補正した、高精度のボンディングを行うことのできる技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、ボンディング装置に備わる光学プローブの温度上昇による上下視野の光軸ずれを抑制して、高精度のボンディングを行うことのできる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【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、次のとおりである。
【００１４】
本発明は、第１あわせ治具と第２あわせ治具とを対向して上下に配置し、第１あわせ治具と第２あわせ治具との間に、第１あわせ治具の認識パターンと第２あわせ治具の認識パターンとが撮像可能な光学プローブを配置する工程と、光学プローブの上視野によって第１あわせ治具の認識パターンを撮像し、同時に光学プローブの下視野によって第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、対向する上記両者の認識パターンの位置を求める工程と、求められた上記両者の認識パターンの位置に基づいて第１あわせ治具と第２あわせ治具とを位置合わせして接合する工程と、光学プローブの下視野によって第１あわせ治具の認識パターンを撮像して、第１あわせ治具の認識パターンの位置を求める工程と、光学プローブの上視野で求められた第１あわせ治具の認識パターンの位置と光学プローブの下視野で求められた第１あわせ治具の認識パターンの位置とのずれを求める工程とを有し、半導体チップとチップ支持部材とを接合する際の位置補正に、上記ずれを光学プローブの上下視野の光軸ずれとして加味するものである。
【００１５】
また、本発明は、半導体チップとチップ支持部材とを対向して上下に配置し、半導体チップとチップ支持部材との間に、半導体チップの認識パターンとチップ支持部材の認識パターンとが撮像可能な光学プローブを配置する工程と、光学プローブによって半導体チップの認識パターンとチップ支持部材の認識パターンとを撮像して、対向する上記両者の認識パターンの位置を求める工程と、求められた上記両者の認識パターンの位置に基づいて半導体チップとチップ支持部材とを位置合わせして接合する工程とを有し、光学プローブを冷却保温システムで囲むものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１であるフリップチップボンダの構成概略図、図２に、このフリップチップボンダのボンディング処理部を拡大した概略図を示す。
【００１８】
フリップチップボンダは、たとえばＣＳＰを組み立てる際に、半導体チップ（以下、単にチップという）のチップ支持部材へのボンディングを行う製造装置であり、チップとチップ支持部材との接合を行うものである。本実施の形態１では、チップ支持部材の一例としてテープ状の薄膜の配線基板を用いた場合を説明する。従ってフリップチップボンダは、チップ支持部材であるテープ状の配線基板にチップをボンディングするものである。
【００１９】
フリップチップボンダ１のボンディング処理部２には、配線基板３支持用のステージであるマウントステージ２ａと、マウントステージ２ａと対向してその上方に設けられたボンディングヘッド２ｂとが設置されている。半導体ウエハ４からピックアップされたチップ５は、ボンディングヘッド２ｂの先端のコレット２ｃによって吸着、保持される。
【００２０】
マウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂは、配線基板３とチップ５とに対して荷重および熱などを付与して両者を接合するものである。マウントステージ２ａは、ＸＹ方向に移動自在なＸＹテーブル６に取付けられ、かつＺ移動機構によってガイドされており、これによってＸＹＺ方向に移動可能となっている。また、ボンディングヘッド２ｂは、回転可能であるとともに、ＸＹＺ方向にも移動可能に設置されている。
【００２１】
さらに、ボンディング処理部２には、光学系を搭載した光学プローブ２ｄが、ボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃに支持されたチップ５と、マウントステージ２ａに搭載された配線基板３との間に配置可能なように移動自在に設けられている。光学系が取り込んだ情報は認識部７で処理され、情報に基づいて配線基板３の認識マーク３ａおよびチップ５の認識マーク５ａの位置が求められる。
【００２２】
ウエハセット部８には、ダイシング済みの半導体ウエハ４が配置されたウエハ支持台８ａと、このウエハ支持台８ａに搭載されたダイシング済みの半導体ウエハ４からボンディングすべきチップ５をピックアップするとともに、ピックアップしたチップ５を表裏反転させてボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃに受け渡すフリップヘッド８ｂとが設置されている。このウエハセット部８では、ダイシング済みの半導体ウエハ４からのチップ５のピックアップと、チップ５のボンディングヘッド２ｂへの移載とが行われる。
【００２３】
なお、ウエハセット部８への半導体ウエハ４の移載は、ウエハリフタ９によって行われる。また、搬送部１０への配線基板３の送り出しは、ローダ１１によって行われ、さらにチップボンディング後の配線基板３は、アンローダ１２に収容される。
【００２４】
図３に、本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたＣＳＰの要部断面図を示す。
【００２５】
このＣＳＰ１３は、その外観サイズがチップ５より若干大きい程度の小型のものであり、チップ５の主面５ｂ（半導体集積回路が形成されている面）の外周部にその表面電極である複数のパッド５ｃが配置されている場合を説明する。パッド５ｃが設置される箇所については、特に限定されるものではなく、チップ５の主面５ｂの外周部であっても、または内放（たとえばセンターパッド配列）であっても、あるいはその両者などであってもよい。
【００２６】
ＣＳＰ１３の構成は、チップ５のパッド５ｃと接続されるリード３ｂとを有し、かつこのリード３ｂと接続されるとともに、外部端子であるバンプ電極１４とも接続される配線３ｃが設けられた薄膜のテープ状の配線基板３と、配線基板３とチップ５との間に配置された弾性部材であるエラストマ１５と、配線基板３の開口部３ｄにおいて封止樹脂などによりパッド５ｃとリード３ｂとを封止して形成された封止部１６とからなる。
【００２７】
ここで、薄膜のテープ状の配線基板３は、たとえばポリイミド系のフィルム基材などによって形成されたものである。また、封止部１６に用いられる封止材料は、たとえばエポキシ系の熱硬化性樹脂などであり、モールドまたはポッティングなどによって樹脂封止が行われる。
【００２８】
次に、本実施の形態１であるチップボンディング方法を前記図１〜図３および図４〜図８に示すフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図を用い、２つのステップ（ステップ１、ステップ２）に分けて説明する。
（ステップ１）
まず、あわせ治具を用いてフリップチップボンダに備わる光学プローブの上下視野の光軸ずれ量を求める。
【００２９】
図４に示すように、ボンディングヘッド２ｂの先端に設けられたコレット２ｃによって第１あわせ治具１７を吸着、保持し、この第１あわせ治具１７をマウントステージ２ａの上方で待機させる。一方、マウントステージ２ａ上に第２あわせ治具１８を配置させる。次に、コレット２ｃによって支持された第１あわせ治具１７とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された第２あわせ治具１８との間に、第１あわせ治具１７に設けられたリードパターン（認識パターン）１７ａおよび第２あわせ治具１８に設けられたパッドパターン（認識パターン）１８ａの撮像を可能とする光学系を搭載した光学プローブ２ｄを配置する。
【００３０】
さらに、光学プローブ２ｄに備わる下視野認識カメラ２ｄ1によって第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて光学プローブ２ｄに備わる上視野認識カメラ２ｄ2によって第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによって第１あわせ治具１７を移動させる。
【００３１】
その後、上視野認識カメラ２ｄ2によって、プリズム２ｄ3を介して第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａを撮像し、同様に下視野認識カメラ２ｄ1によって、プリズム２ｄ4を介して第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａを撮像して、光学系の認識動作で第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａおよび第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの位置情報をそれぞれ求める。その際、第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの画像および第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれほぼ同時に取り込み、認識部７においてデータ処理する。
【００３２】
次に、図５に示すように、求められた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａおよび第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａのそれぞれの位置情報に基づいて、第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの中心と第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの中心とが一致するように位置合わせして、第１あわせ治具１７と第２あわせ治具１８とを接合する。
【００３３】
続いて、下視野認識カメラ２ｄ1によって、プリズム２ｄ4を介して第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａを撮像して、光学系の認識動作で第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報を求める。上視野認識カメラ２ｄ2によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報と、下視野認識カメラ２ｄ1によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報との差を算出し、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量とする。この光軸ずれ量は、チップ５と配線基板３との位置合わせにおいて位置補正量に加味される。
（ステップ２）
次に、チップ５と配線基板３とを接合してチップボンディングする。
【００３４】
まず、薄膜のテープ状の配線基板３を準備し、さらにウエハセット部８のウエハ支持台８ａに、ウエハリフタ９によってダイシンング済みの半導体ウエハ４をセットする。
【００３５】
次に、ウエハセット部８においてチップボンディングが行われるチップ５をフリップヘッド８ｂによって半導体ウエハ４からピックアップし、さらにその表裏を反転させてボンディング処理部２に移動させる。その後、このチップ５の裏面５ｄをボンディングヘッド２ｂの先端に設けられたコレット２ｃによって吸着、保持し、チップ５をマウントステージ２ａの上方で待機させる。一方、ローダ１１から搬送部１０に配線基板３を送り出し、搬送部１０からボンディング処理部２のマウントステージ２ａ上に配線基板３を配置させる。
【００３６】
次に、図６に示すように、ボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃによって支持されたチップ５とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された配線基板３との間に、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａが撮像可能な光学系を搭載した光学プローブ２ｄを配置する。
【００３７】
さらに、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００３８】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の１点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の１点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込み、認識部７でデータ処理する。
【００３９】
その後、図７に示すように、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００４０】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の２点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の２点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込み、認識部７でデータ処理する。
【００４１】
次に、あらかじめ登録されているチップ５の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の認識マーク３ａの位置情報と、光学系の認識動作で得られたチップ５の認識マーク５ａの画像および配線基板３の認識マーク３ａの画像をデータ処理した位置情報とによってチップ５および配線基板３のそれぞれの位置を求めた後、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を加味して、求められたチップ５および配線基板３の位置を補正する。
【００４２】
続いて、チップ５および配線基板３の補正された位置に基づいてチップ５と配線基板３とを位置合わせし、マウントステージ２ａとボンディングヘッド２ｂとによってチップ５および配線基板３に荷重や熱などを付与して両者を接合し、チップボンディングする。
【００４３】
チップマウント後、配線基板３をアンローダ１２に送り、そこに収容する。次に、リードボンディングを行う。ここでは、チップ５のパッド５ｃと配線基板３のリード３ｂとをインナリードボンダなどを用いて接続する。
【００４４】
次に、封止を行う。ここでは、封止樹脂を用いてポッティングなどによってチップ５のパッド５ｃおよびリード３ｂの樹脂封止を行い、これにより、封止部１６を形成する。
【００４５】
続いて、ボール付けを行う。ここでは、配線基板３の配線３ｃとつながる所定位置のランドにそれぞれ１つずつ外部端子である半田ボールを搭載して所定数のバンプ電極１４を形成する。その後、選別・マークを行って前記図３に示すＣＳＰが略完成する。
【００４６】
なお、本実施の形態１では、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求める際、上視野認識カメラ２ｄ2によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報と、第１あわせ治具１７と第２あわせ治具とを接合した後に下視野認識カメラ２ｄ1によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報との差を求め、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量としたが、図８に示すように、下視野認識カメラ２ｄ1によって撮像され、得られた第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの位置情報と、第２あわせ治具１８と第１あわせ治具１７とを接合した後に上視野認識カメラ２ｄ2によって撮像され、得られた第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの位置情報との差を求め、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量としてもよい。
【００４７】
このように、本実施の形態１によれば、チップ５とこれに対向して配置された配線基板３とを位置合わせする際、チップ５の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の認識マーク３ａの位置情報を基にチップ５および配線基板３の位置をそれぞれ求め、さらにその位置の補正に、第１あわせ治具および第２あわせ治具を用いて求められた光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を加味することで、上下視野の光軸ずれを補正した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態２であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を図９および図１０に示す認識原理図を用いて説明する。本実施の形態２では、前記実施の形態１と同様に、第１あわせ治具１７および第２あわせ治具１８を用いてフリップチップボンダ１に備わる光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求めるが、光学プローブ２ｄの他にもう１つの光学プローブ１９を設けることによって、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求める。
【００４９】
まず、図９に示すように、マウントステージ２ａの上方に第１あわせ治具２０を設置する。一方、マウントステージ２ａ上に第２あわせ治具２１を配置する。次に、第１あわせ治具２０とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された第２あわせ治具２１との間に、第１あわせ治具２０に設けられたリードパターン（認識パターン）２０ａおよび第２あわせ治具２１に設けられたパッドパターン（認識パターン）２１ａの撮像を可能とする光学系を搭載した光学プローブ２ｄを配置する。
【００５０】
さらに、下視野認識カメラ２ｄ1によって第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によって第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの画像が取り込める箇所に第１あわせ治具２０を移動させる。
【００５１】
その後、上視野認識カメラ２ｄ2によって、プリズム２ｄ3を介して第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａを撮像し、同様に下視野認識カメラ２ｄ1によって、プリズム２ｄ4を介して第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａを撮像して、光学系の認識動作で第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標および第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標を求める。その際、第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの画像および第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれほぼ同時に取り込んでデータ処理する。
【００５２】
次に、第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標と第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標とが一致するように、マウントステージ２ａをＸＹθ方向に移動する。その後、第１あわせ治具２０の上方に設置された光学プローブ１９の認識カメラ１９ａによって第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａを撮像して、光学プローブ１９の認識動作で第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標を求める。
【００５３】
次に、図１０に示すように、マウントステージ２ａを上昇させて、求められた第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａおよび第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａのそれぞれの位置情報に基づいて、第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心と第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心とが一致するように位置合わせして、第１あわせ治具２０と第２あわせ治具２１とを重ね合わせる。
【００５４】
続いて、光学プローブ１９の認識カメラ１９ａによって第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａを撮像して、光学系の認識動作で第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標を求める。認識カメラ１９ａによって撮像され、得られた第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標と、第１あわせ治具２０と第２あわせ治具２１とを接合した後に認識カメラ１９ａによって撮像され、得られた第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標との差を算出し、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量とする。この光軸ずれ量は、チップ５と配線基板３との位置合わせにおいて位置補正量に加味される。
【００５５】
このように、本実施の形態２によれば、前記実施の形態１と同様に、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求め、これをチップ５と配線基板３との位置の補正に加味することで、上下視野の光軸ずれを補正した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００５６】
（実施の形態３）
本実施の形態３であるフリップチップボンダに備わる光学プローブの構造を図図１１および図１２に示す認識原理図を用いて説明する。
【００５７】
本実施の形態３の光学プローブ２ｅは、前記図４に示した実施の形態１の光学プローブ２ｄと同様に、チップ５の認識マーク５ａと配線基板３の認識マーク３ａとが撮像可能な光学系を有し、チップ５の認識マーク５ａの画像を取り込む上視野認識カメラ２ｄ2およびプリズム２ｄ3と、配線基板３の認識マーク３ａの画像を取り込む下視野認識カメラ２ｄ1およびプリズム２ｄ4とが搭載されている。
【００５８】
さらに、光学系は冷却保温システム２２で囲まれており、この冷却保温システム２２によってフリップチップボンダ１の雰囲気温度、ならびにマウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂからの熱などを遮断し、光学プローブ２ｅに搭載された光学系の温度を一定に保つことができる。冷却保温の方法としては、たとえば光学プローブ２ｅに温度検出センサを設置してペルチエ素子によって加熱冷却する方法、または水冷にて冷却する方法などを例示することができる。
【００５９】
これにより、マウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂを高温にしても、光学プローブ２ｅの光学系が認識動作中に加熱されないので、上視野認識カメラ２ｄ2と下視野認識カメラ２ｄ1との間に光軸のずれが生じ難くなる。従って、マウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂからの熱などの影響を受けずに、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａの位置情報をもとにチップ５および配線基板３の位置補正が行われて、チップ５と配線基板３とを精度よく接合することができる。
【００６０】
チップ５と配線基板３とを接合するチップボンディングは、たとえば以下ようにして行う。
【００６１】
まず、図１１に示すように、ボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃによって支持されたチップ５とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された配線基板３との間に、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａが撮像可能な光学系が搭載され、冷却保温システム２２が備えられた光学プローブ２ｅを配置する。
【００６２】
さらに、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００６３】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の１点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の１点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込んでデータ処理する。
【００６４】
次に、図１２に示すように、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｅを移動させ、さらに上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００６５】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の２点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の２点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込んでデータ処理する。
【００６６】
次に、あらかじめ登録されているチップ５の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の認識マーク３ａの位置情報と、光学系の認識動作で得られたチップ５の認識マーク５ａの画像および配線基板３の認識マーク３ａの画像をデータ処理した位置情報とによってチップ５および配線基板３のそれぞれの位置を求めた後、求められたチップ５および配線基板３の位置を補正する。
【００６７】
続いて、チップ５および配線基板３の補正された位置に基づいてチップ５と配線基板３とを位置合わせし、マウントステージ２ａとボンディングヘッド２ｂとによってチップ５および配線基板３に荷重や熱などを付与して両者を接合し、チップボンディングする。
【００６８】
このように、本実施の形態３によれば、フリップチップボンダ１の雰囲気温度、ならびにマウントステージ２ａまたはボンディングヘッド２ｂからの熱などの影響を受けずに、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａの位置情報が得られるので、熱に起因する光学プローブ２ｅの光軸ずれを抑制した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００６９】
なお、本実施の形態３の光学プローブ２ｅに備えられた冷却保温システム２２は、前記実施の形態１または前記実施の形態２に記載した光学プローブ２ｄにも備えることができる。これにより、熱に起因する光学プローブ２ｄの上視野と下視野との間の光軸ずれをなくして、光学プローブ２ｄの機械的要因などによる光学プローブ２ｄの上視野と下視野との間の光軸ずれ量を再現性よく正確に算出することができる。
【００７０】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の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で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００７１】
たとえば、前記実施の形態では、本発明を半導体装置がＣＳＰの場合の製造方法について説明したが、チップとチップ支持部材とが前記実施の形態のチップボンディング方法によって接合されて組み立てられたものであれば、いかなる半導体装置の製造方法にも適用することができる。
【００７２】
【発明の効果】
本願によっ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、以下のとおりである。
【００７３】
チップボンディングにおいてチップとこれに対向して配置されたチップ支持部材との位置を求める際、チップの認識マークの位置情報およびチップ支持部材の認識マークの位置情報を基にチップの位置およびチップ支持部材の位置を求め、さらにその位置の補正に、あらかじめ求めておいた光学プローブの上下視野の光軸ずれ量を加味することによって、上下視野の光軸ずれを補正した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００７４】
さらに、光学プローブを冷却保温システムで囲み、チップの認識マークおよびチップ支持部材の認識マークの位置情報を基にチップおよびチップ支持部材の位置をそれぞれ求めることによって、熱に起因する上下視野の光軸ずれを抑制した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００７５】
さらに精度の高いチップボンディングを行うことができることから、半導体チップとチップ支持部材との位置ずれによる断線やショート等が防止できて、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダの構造を示す構成概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１であるチップボンディング時の状態の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダを用いて製造された半導体装置の一例であるＣＳＰの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図５】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図６】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図７】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図８】図５に示すチップ・基板位置認識方法に対する変形例のチップ・基板位置認識方法を示す認識原理図である。
【図９】本発明の実施の形態２であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図１０】本発明の実施の形態２であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図１１】本発明の実施の形態３であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図１２】本発明の実施の形態３であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【符号の説明】
１ フリップチップボンダ
２ ボンディング処理部
２ａ マウントステージ
２ｂ ボンディングヘッド
２ｃ コレット
２ｄ 光学プローブ
２ｄ1 下視野認識カメラ
２ｄ2 上視野認識カメラ
２ｄ3 プリズム
２ｄ4 プリズム
２ｅ 光学プローブ
３ 配線基板
３ａ 認識マーク
３ｂ リード
３ｃ 配線
３ｄ 開口部
４ 半導体ウエハ
５ 半導体チップ
５ａ 認識マーク
５ｂ 主面
５ｃ パッド
５ｄ 裏面
６ ＸＹテーブル
７ 認識部
８ ウエハセット部
８ａ ウエハ支持台
８ｂ フリップヘッド
９ ウエハリフタ
１０ 搬送部
１１ ローダ
１２ アンローダ
１３ ＣＳＰ
１４ バンプ電極
１５ エラストマ
１６ 封止部
１７ 第１あわせ治具
１７ａ リードパターン（認識パターン）
１８ 第２あわせ治具
１８ａ パッドパターン （認識パターン）
１９ 光学プローブ
１９ａ 認識カメラ
２０ 第１あわせ治具
２０ａ リードパターン（認識パターン）
２１ 第２あわせ治具
２１ａ パッドパターン（認識パターン）
２２ 冷却保温システム
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術に関し、特に、集積回路が形成された半導体チップを支持するチップ支持部材である配線基板やリードフレームなどにダイボンディングする工程を含む半導体装置の製造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】
半導体チップをフリップチップ実装でチップ支持部材に接合する半導体製造装置として、フリップチップボンダが知られている。フリップチップボンダは、半導体チップの主面に設けられた電極とチップ支持部材の電極とを位置合わせして直接密着させ、熱および圧力を加えて接合するワイヤレスボンディング装置である。
【０００３】
なお、種々のフリップチップボンダについては、たとえば株式会社プレスジャーナル１９９８年７月２７日発行、「月刊 Semiconductor World 増刊号 '99半導体組立・検査技術」、１１９〜１２３頁に記載されている。
【０００４】
近年、小型化を図った半導体装置として、ＣＳＰ（Chip Size Package）と呼ばれる半導体装置が開発されている。その構造は様々であり、チップ支持部材の材料、構造または内部接続構造などから種々の構造に分類される。実用機器に採用されているＣＳＰとしては、たとえばフィルムからなる薄膜のテープ状のチップ支持部材を用い、フェイスダウン方式でチップ支持部材に半導体チップが実装されたＣＳＰを例示することができる。
【０００５】
フリップチップボンダを用いたＣＳＰのチップボンディングでは、たとえば半導体チップの主面とテープ状のチップ支持部材のチップ支持面とを対向して配置し、さらにその間に、認識用カメラを備える光学プローブを配置し、この光学プローブによって得られた位置情報に基づき半導体チップとチップ支持部材とを接合する方法が採られている。光学プローブを用いた位置認識では、２視野の光学系を用い、２台の認識用カメラのうち一方を半導体チップ認識用、他方をチップ支持部材認識用として用いている。
【０００６】
たとえば、特開２００２−１１０７４２号公報には、半導体チップの認識マークとチップ支持部材の認識マークとを対向させて配置し、光学系の１回の認識動作で半導体チップとチップ支持部材とにおける対向する認識マークの位置を求め、これを２箇所の認識マークに対して繰り返して行い、半導体チップとチップ支持部材の位置を効率良く認識して両者を接合する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが検討したところ、光学プローブで得られた位置情報をもとに半導体チップまたはチップ支持部材の位置補正を行い、その後半導体チップとチップ支持部材とを接合しても、機械組立精度、マウントステージの上昇時の直進性、光学プローブの上視野と下視野との間の光軸ずれ等によって半導体チップおよびチップ支持部材の認識マークの正確な位置情報が得られず、得られた位置情報をもとに位置補正を行うと、目標とするボンディング精度が得られないという問題が生ずることが明らかとなった。
【０００８】
さらに、フリップチップボンダでは、チップ支持部材を搭載するマウントステージと、これに対向して設置された半導体チップを支持するマウントヘッドとを５００度程度まで加熱している。すなわち、マウントステージおよびボンディングヘッドによって半導体チップとチップ支持部材とに対して荷重および熱などを付与することで、半導体チップとチップ支持部材との接合を強めている。
【０００９】
しかし、マウントステージおよびボンディングヘッドを高温にするため、光学プローブが認識動作中に加熱されて変形することがある。このため、上視野と下視野との間に光軸ずれが生じ、その位置情報をもとに位置補正を行うと、上記光軸ずれが半導体チップとチップ支持部材とのボンディングのずれとなって現われる。
【００１０】
本発明の目的は、ボンディング装置に備わる光学プローブの上下視野の光軸ずれを補正した、高精度のボンディングを行うことのできる技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、ボンディング装置に備わる光学プローブの温度上昇による上下視野の光軸ずれを抑制して、高精度のボンディングを行うことのできる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【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、次のとおりである。
【００１４】
本発明は、第１あわせ治具と第２あわせ治具とを対向して上下に配置し、第１あわせ治具と第２あわせ治具との間に、第１あわせ治具の認識パターンと第２あわせ治具の認識パターンとが撮像可能な光学プローブを配置する工程と、光学プローブの上視野によって第１あわせ治具の認識パターンを撮像し、同時に光学プローブの下視野によって第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、対向する上記両者の認識パターンの位置を求める工程と、求められた上記両者の認識パターンの位置に基づいて第１あわせ治具と第２あわせ治具とを位置合わせして接合する工程と、光学プローブの下視野によって第１あわせ治具の認識パターンを撮像して、第１あわせ治具の認識パターンの位置を求める工程と、光学プローブの上視野で求められた第１あわせ治具の認識パターンの位置と光学プローブの下視野で求められた第１あわせ治具の認識パターンの位置とのずれを求める工程とを有し、半導体チップとチップ支持部材とを接合する際の位置補正に、上記ずれを光学プローブの上下視野の光軸ずれとして加味するものである。
【００１５】
また、本発明は、半導体チップとチップ支持部材とを対向して上下に配置し、半導体チップとチップ支持部材との間に、半導体チップの認識パターンとチップ支持部材の認識パターンとが撮像可能な光学プローブを配置する工程と、光学プローブによって半導体チップの認識パターンとチップ支持部材の認識パターンとを撮像して、対向する上記両者の認識パターンの位置を求める工程と、求められた上記両者の認識パターンの位置に基づいて半導体チップとチップ支持部材とを位置合わせして接合する工程とを有し、光学プローブを冷却保温システムで囲むものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１であるフリップチップボンダの構成概略図、図２に、このフリップチップボンダのボンディング処理部を拡大した概略図を示す。
【００１８】
フリップチップボンダは、たとえばＣＳＰを組み立てる際に、半導体チップ（以下、単にチップという）のチップ支持部材へのボンディングを行う製造装置であり、チップとチップ支持部材との接合を行うものである。本実施の形態１では、チップ支持部材の一例としてテープ状の薄膜の配線基板を用いた場合を説明する。従ってフリップチップボンダは、チップ支持部材であるテープ状の配線基板にチップをボンディングするものである。
【００１９】
フリップチップボンダ１のボンディング処理部２には、配線基板３支持用のステージであるマウントステージ２ａと、マウントステージ２ａと対向してその上方に設けられたボンディングヘッド２ｂとが設置されている。半導体ウエハ４からピックアップされたチップ５は、ボンディングヘッド２ｂの先端のコレット２ｃによって吸着、保持される。
【００２０】
マウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂは、配線基板３とチップ５とに対して荷重および熱などを付与して両者を接合するものである。マウントステージ２ａは、ＸＹ方向に移動自在なＸＹテーブル６に取付けられ、かつＺ移動機構によってガイドされており、これによってＸＹＺ方向に移動可能となっている。また、ボンディングヘッド２ｂは、回転可能であるとともに、ＸＹＺ方向にも移動可能に設置されている。
【００２１】
さらに、ボンディング処理部２には、光学系を搭載した光学プローブ２ｄが、ボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃに支持されたチップ５と、マウントステージ２ａに搭載された配線基板３との間に配置可能なように移動自在に設けられている。光学系が取り込んだ情報は認識部７で処理され、情報に基づいて配線基板３の認識マーク３ａおよびチップ５の認識マーク５ａの位置が求められる。
【００２２】
ウエハセット部８には、ダイシング済みの半導体ウエハ４が配置されたウエハ支持台８ａと、このウエハ支持台８ａに搭載されたダイシング済みの半導体ウエハ４からボンディングすべきチップ５をピックアップするとともに、ピックアップしたチップ５を表裏反転させてボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃに受け渡すフリップヘッド８ｂとが設置されている。このウエハセット部８では、ダイシング済みの半導体ウエハ４からのチップ５のピックアップと、チップ５のボンディングヘッド２ｂへの移載とが行われる。
【００２３】
なお、ウエハセット部８への半導体ウエハ４の移載は、ウエハリフタ９によって行われる。また、搬送部１０への配線基板３の送り出しは、ローダ１１によって行われ、さらにチップボンディング後の配線基板３は、アンローダ１２に収容される。
【００２４】
図３に、本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたＣＳＰの要部断面図を示す。
【００２５】
このＣＳＰ１３は、その外観サイズがチップ５より若干大きい程度の小型のものであり、チップ５の主面５ｂ（半導体集積回路が形成されている面）の外周部にその表面電極である複数のパッド５ｃが配置されている場合を説明する。パッド５ｃが設置される箇所については、特に限定されるものではなく、チップ５の主面５ｂの外周部であっても、または内放（たとえばセンターパッド配列）であっても、あるいはその両者などであってもよい。
【００２６】
ＣＳＰ１３の構成は、チップ５のパッド５ｃと接続されるリード３ｂとを有し、かつこのリード３ｂと接続されるとともに、外部端子であるバンプ電極１４とも接続される配線３ｃが設けられた薄膜のテープ状の配線基板３と、配線基板３とチップ５との間に配置された弾性部材であるエラストマ１５と、配線基板３の開口部３ｄにおいて封止樹脂などによりパッド５ｃとリード３ｂとを封止して形成された封止部１６とからなる。
【００２７】
ここで、薄膜のテープ状の配線基板３は、たとえばポリイミド系のフィルム基材などによって形成されたものである。また、封止部１６に用いられる封止材料は、たとえばエポキシ系の熱硬化性樹脂などであり、モールドまたはポッティングなどによって樹脂封止が行われる。
【００２８】
次に、本実施の形態１であるチップボンディング方法を前記図１〜図３および図４〜図８に示すフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図を用い、２つのステップ（ステップ１、ステップ２）に分けて説明する。
（ステップ１）
まず、あわせ治具を用いてフリップチップボンダに備わる光学プローブの上下視野の光軸ずれ量を求める。
【００２９】
図４に示すように、ボンディングヘッド２ｂの先端に設けられたコレット２ｃによって第１あわせ治具１７を吸着、保持し、この第１あわせ治具１７をマウントステージ２ａの上方で待機させる。一方、マウントステージ２ａ上に第２あわせ治具１８を配置させる。次に、コレット２ｃによって支持された第１あわせ治具１７とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された第２あわせ治具１８との間に、第１あわせ治具１７に設けられたリードパターン（認識パターン）１７ａおよび第２あわせ治具１８に設けられたパッドパターン（認識パターン）１８ａの撮像を可能とする光学系を搭載した光学プローブ２ｄを配置する。
【００３０】
さらに、光学プローブ２ｄに備わる下視野認識カメラ２ｄ1によって第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて光学プローブ２ｄに備わる上視野認識カメラ２ｄ2によって第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによって第１あわせ治具１７を移動させる。
【００３１】
その後、上視野認識カメラ２ｄ2によって、プリズム２ｄ3を介して第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａを撮像し、同様に下視野認識カメラ２ｄ1によって、プリズム２ｄ4を介して第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａを撮像して、光学系の認識動作で第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａおよび第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの位置情報をそれぞれ求める。その際、第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの画像および第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれほぼ同時に取り込み、認識部７においてデータ処理する。
【００３２】
次に、図５に示すように、求められた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａおよび第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａのそれぞれの位置情報に基づいて、第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの中心と第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの中心とが一致するように位置合わせして、第１あわせ治具１７と第２あわせ治具１８とを接合する。
【００３３】
続いて、下視野認識カメラ２ｄ1によって、プリズム２ｄ4を介して第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａを撮像して、光学系の認識動作で第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報を求める。上視野認識カメラ２ｄ2によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報と、下視野認識カメラ２ｄ1によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報との差を算出し、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量とする。この光軸ずれ量は、チップ５と配線基板３との位置合わせにおいて位置補正量に加味される。
（ステップ２）
次に、チップ５と配線基板３とを接合してチップボンディングする。
【００３４】
まず、薄膜のテープ状の配線基板３を準備し、さらにウエハセット部８のウエハ支持台８ａに、ウエハリフタ９によってダイシンング済みの半導体ウエハ４をセットする。
【００３５】
次に、ウエハセット部８においてチップボンディングが行われるチップ５をフリップヘッド８ｂによって半導体ウエハ４からピックアップし、さらにその表裏を反転させてボンディング処理部２に移動させる。その後、このチップ５の裏面５ｄをボンディングヘッド２ｂの先端に設けられたコレット２ｃによって吸着、保持し、チップ５をマウントステージ２ａの上方で待機させる。一方、ローダ１１から搬送部１０に配線基板３を送り出し、搬送部１０からボンディング処理部２のマウントステージ２ａ上に配線基板３を配置させる。
【００３６】
次に、図６に示すように、ボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃによって支持されたチップ５とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された配線基板３との間に、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａが撮像可能な光学系を搭載した光学プローブ２ｄを配置する。
【００３７】
さらに、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００３８】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の１点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の１点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込み、認識部７でデータ処理する。
【００３９】
その後、図７に示すように、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００４０】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の２点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の２点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込み、認識部７でデータ処理する。
【００４１】
次に、あらかじめ登録されているチップ５の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の認識マーク３ａの位置情報と、光学系の認識動作で得られたチップ５の認識マーク５ａの画像および配線基板３の認識マーク３ａの画像をデータ処理した位置情報とによってチップ５および配線基板３のそれぞれの位置を求めた後、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を加味して、求められたチップ５および配線基板３の位置を補正する。
【００４２】
続いて、チップ５および配線基板３の補正された位置に基づいてチップ５と配線基板３とを位置合わせし、マウントステージ２ａとボンディングヘッド２ｂとによってチップ５および配線基板３に荷重や熱などを付与して両者を接合し、チップボンディングする。
【００４３】
チップマウント後、配線基板３をアンローダ１２に送り、そこに収容する。次に、リードボンディングを行う。ここでは、チップ５のパッド５ｃと配線基板３のリード３ｂとをインナリードボンダなどを用いて接続する。
【００４４】
次に、封止を行う。ここでは、封止樹脂を用いてポッティングなどによってチップ５のパッド５ｃおよびリード３ｂの樹脂封止を行い、これにより、封止部１６を形成する。
【００４５】
続いて、ボール付けを行う。ここでは、配線基板３の配線３ｃとつながる所定位置のランドにそれぞれ１つずつ外部端子である半田ボールを搭載して所定数のバンプ電極１４を形成する。その後、選別・マークを行って前記図３に示すＣＳＰが略完成する。
【００４６】
なお、本実施の形態１では、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求める際、上視野認識カメラ２ｄ2によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報と、第１あわせ治具１７と第２あわせ治具とを接合した後に下視野認識カメラ２ｄ1によって撮像され、得られた第１あわせ治具１７のリードパターン１７ａの位置情報との差を求め、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量としたが、図８に示すように、下視野認識カメラ２ｄ1によって撮像され、得られた第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの位置情報と、第２あわせ治具１８と第１あわせ治具１７とを接合した後に上視野認識カメラ２ｄ2によって撮像され、得られた第２あわせ治具１８のパッドパターン１８ａの位置情報との差を求め、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量としてもよい。
【００４７】
このように、本実施の形態１によれば、チップ５とこれに対向して配置された配線基板３とを位置合わせする際、チップ５の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の認識マーク３ａの位置情報を基にチップ５および配線基板３の位置をそれぞれ求め、さらにその位置の補正に、第１あわせ治具および第２あわせ治具を用いて求められた光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を加味することで、上下視野の光軸ずれを補正した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態２であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を図９および図１０に示す認識原理図を用いて説明する。本実施の形態２では、前記実施の形態１と同様に、第１あわせ治具１７および第２あわせ治具１８を用いてフリップチップボンダ１に備わる光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求めるが、光学プローブ２ｄの他にもう１つの光学プローブ１９を設けることによって、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求める。
【００４９】
まず、図９に示すように、マウントステージ２ａの上方に第１あわせ治具２０を設置する。一方、マウントステージ２ａ上に第２あわせ治具２１を配置する。次に、第１あわせ治具２０とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された第２あわせ治具２１との間に、第１あわせ治具２０に設けられたリードパターン（認識パターン）２０ａおよび第２あわせ治具２１に設けられたパッドパターン（認識パターン）２１ａの撮像を可能とする光学系を搭載した光学プローブ２ｄを配置する。
【００５０】
さらに、下視野認識カメラ２ｄ1によって第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によって第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの画像が取り込める箇所に第１あわせ治具２０を移動させる。
【００５１】
その後、上視野認識カメラ２ｄ2によって、プリズム２ｄ3を介して第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａを撮像し、同様に下視野認識カメラ２ｄ1によって、プリズム２ｄ4を介して第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａを撮像して、光学系の認識動作で第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標および第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標を求める。その際、第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの画像および第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれほぼ同時に取り込んでデータ処理する。
【００５２】
次に、第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標と第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標とが一致するように、マウントステージ２ａをＸＹθ方向に移動する。その後、第１あわせ治具２０の上方に設置された光学プローブ１９の認識カメラ１９ａによって第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａを撮像して、光学プローブ１９の認識動作で第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標を求める。
【００５３】
次に、図１０に示すように、マウントステージ２ａを上昇させて、求められた第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａおよび第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａのそれぞれの位置情報に基づいて、第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心と第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心とが一致するように位置合わせして、第１あわせ治具２０と第２あわせ治具２１とを重ね合わせる。
【００５４】
続いて、光学プローブ１９の認識カメラ１９ａによって第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａを撮像して、光学系の認識動作で第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標を求める。認識カメラ１９ａによって撮像され、得られた第１あわせ治具２０のリードパターン２０ａの中心座標と、第１あわせ治具２０と第２あわせ治具２１とを接合した後に認識カメラ１９ａによって撮像され、得られた第２あわせ治具２１のパッドパターン２１ａの中心座標との差を算出し、この差を光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量とする。この光軸ずれ量は、チップ５と配線基板３との位置合わせにおいて位置補正量に加味される。
【００５５】
このように、本実施の形態２によれば、前記実施の形態１と同様に、光学プローブ２ｄの上下視野の光軸ずれ量を求め、これをチップ５と配線基板３との位置の補正に加味することで、上下視野の光軸ずれを補正した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００５６】
（実施の形態３）
本実施の形態３であるフリップチップボンダに備わる光学プローブの構造を図図１１および図１２に示す認識原理図を用いて説明する。
【００５７】
本実施の形態３の光学プローブ２ｅは、前記図４に示した実施の形態１の光学プローブ２ｄと同様に、チップ５の認識マーク５ａと配線基板３の認識マーク３ａとが撮像可能な光学系を有し、チップ５の認識マーク５ａの画像を取り込む上視野認識カメラ２ｄ2およびプリズム２ｄ3と、配線基板３の認識マーク３ａの画像を取り込む下視野認識カメラ２ｄ1およびプリズム２ｄ4とが搭載されている。
【００５８】
さらに、光学系は冷却保温システム２２で囲まれており、この冷却保温システム２２によってフリップチップボンダ１の雰囲気温度、ならびにマウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂからの熱などを遮断し、光学プローブ２ｅに搭載された光学系の温度を一定に保つことができる。冷却保温の方法としては、たとえば光学プローブ２ｅに温度検出センサを設置してペルチエ素子によって加熱冷却する方法、または水冷にて冷却する方法などを例示することができる。
【００５９】
これにより、マウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂを高温にしても、光学プローブ２ｅの光学系が認識動作中に加熱されないので、上視野認識カメラ２ｄ2と下視野認識カメラ２ｄ1との間に光軸のずれが生じ難くなる。従って、マウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂからの熱などの影響を受けずに、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａの位置情報をもとにチップ５および配線基板３の位置補正が行われて、チップ５と配線基板３とを精度よく接合することができる。
【００６０】
チップ５と配線基板３とを接合するチップボンディングは、たとえば以下ようにして行う。
【００６１】
まず、図１１に示すように、ボンディングヘッド２ｂのコレット２ｃによって支持されたチップ５とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載された配線基板３との間に、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａが撮像可能な光学系が搭載され、冷却保温システム２２が備えられた光学プローブ２ｅを配置する。
【００６２】
さらに、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｄを移動させ、続いて上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００６３】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の１点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の１点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の１点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の１点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の１点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込んでデータ処理する。
【００６４】
次に、図１２に示すように、下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像が取り込める箇所に光学プローブ２ｅを移動させ、さらに上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａの画像が取り込める箇所にボンディングヘッド２ｂによってチップ５を移動させる。
【００６５】
続いて、上視野認識カメラ２ｄ2によってチップ５の２点目の認識マーク５ａを撮像し、同時に下視野認識カメラ２ｄ1によって配線基板３の２点目の認識マーク３ａを撮像して、光学系の１回の認識動作でチップ５の２点目の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの位置情報を求める。その際、チップ５の２点目の認識マーク５ａの画像および配線基板３の２点目の認識マーク３ａの画像を上視野認識カメラ２ｄ2および下視野認識カメラ２ｄ1によってそれぞれ同時に取り込んでデータ処理する。
【００６６】
次に、あらかじめ登録されているチップ５の認識マーク５ａの位置情報および配線基板３の認識マーク３ａの位置情報と、光学系の認識動作で得られたチップ５の認識マーク５ａの画像および配線基板３の認識マーク３ａの画像をデータ処理した位置情報とによってチップ５および配線基板３のそれぞれの位置を求めた後、求められたチップ５および配線基板３の位置を補正する。
【００６７】
続いて、チップ５および配線基板３の補正された位置に基づいてチップ５と配線基板３とを位置合わせし、マウントステージ２ａとボンディングヘッド２ｂとによってチップ５および配線基板３に荷重や熱などを付与して両者を接合し、チップボンディングする。
【００６８】
このように、本実施の形態３によれば、フリップチップボンダ１の雰囲気温度、ならびにマウントステージ２ａまたはボンディングヘッド２ｂからの熱などの影響を受けずに、チップ５の認識マーク５ａおよび配線基板３の認識マーク３ａの位置情報が得られるので、熱に起因する光学プローブ２ｅの光軸ずれを抑制した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００６９】
なお、本実施の形態３の光学プローブ２ｅに備えられた冷却保温システム２２は、前記実施の形態１または前記実施の形態２に記載した光学プローブ２ｄにも備えることができる。これにより、熱に起因する光学プローブ２ｄの上視野と下視野との間の光軸ずれをなくして、光学プローブ２ｄの機械的要因などによる光学プローブ２ｄの上視野と下視野との間の光軸ずれ量を再現性よく正確に算出することができる。
【００７０】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の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で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００７１】
たとえば、前記実施の形態では、本発明を半導体装置がＣＳＰの場合の製造方法について説明したが、チップとチップ支持部材とが前記実施の形態のチップボンディング方法によって接合されて組み立てられたものであれば、いかなる半導体装置の製造方法にも適用することができる。
【００７２】
【発明の効果】
本願によっ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、以下のとおりである。
【００７３】
チップボンディングにおいてチップとこれに対向して配置されたチップ支持部材との位置を求める際、チップの認識マークの位置情報およびチップ支持部材の認識マークの位置情報を基にチップの位置およびチップ支持部材の位置を求め、さらにその位置の補正に、あらかじめ求めておいた光学プローブの上下視野の光軸ずれ量を加味することによって、上下視野の光軸ずれを補正した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００７４】
さらに、光学プローブを冷却保温システムで囲み、チップの認識マークおよびチップ支持部材の認識マークの位置情報を基にチップおよびチップ支持部材の位置をそれぞれ求めることによって、熱に起因する上下視野の光軸ずれを抑制した精度の高いチップボンディングを行うことができる。
【００７５】
さらに精度の高いチップボンディングを行うことができることから、半導体チップとチップ支持部材との位置ずれによる断線やショート等が防止できて、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダの構造を示す構成概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１であるチップボンディング時の状態の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダを用いて製造された半導体装置の一例であるＣＳＰの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図５】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図６】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図７】本発明の実施の形態１であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図８】図５に示すチップ・基板位置認識方法に対する変形例のチップ・基板位置認識方法を示す認識原理図である。
【図９】本発明の実施の形態２であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図１０】本発明の実施の形態２であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図１１】本発明の実施の形態３であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【図１２】本発明の実施の形態３であるフリップチップボンダにおけるチップ・基板位置認識方法の一例を示す認識原理図である。
【符号の説明】
１ フリップチップボンダ
２ ボンディング処理部
２ａ マウントステージ
２ｂ ボンディングヘッド
２ｃ コレット
２ｄ 光学プローブ
２ｄ1 下視野認識カメラ
２ｄ2 上視野認識カメラ
２ｄ3 プリズム
２ｄ4 プリズム
２ｅ 光学プローブ
３ 配線基板
３ａ 認識マーク
３ｂ リード
３ｃ 配線
３ｄ 開口部
４ 半導体ウエハ
５ 半導体チップ
５ａ 認識マーク
５ｂ 主面
５ｃ パッド
５ｄ 裏面
６ ＸＹテーブル
７ 認識部
８ ウエハセット部
８ａ ウエハ支持台
８ｂ フリップヘッド
９ ウエハリフタ
１０ 搬送部
１１ ローダ
１２ アンローダ
１３ ＣＳＰ
１４ バンプ電極
１５ エラストマ
１６ 封止部
１７ 第１あわせ治具
１７ａ リードパターン（認識パターン）
１８ 第２あわせ治具
１８ａ パッドパターン （認識パターン）
１９ 光学プローブ
１９ａ 認識カメラ
２０ 第１あわせ治具
２０ａ リードパターン（認識パターン）
２１ 第２あわせ治具
２１ａ パッドパターン（認識パターン）
２２ 冷却保温システム
Claims (4)
- （ａ）第１あわせ治具と第２あわせ治具とを対向して上下に配置し、前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具との間に、前記第１あわせ治具の認識パターンと前記第２あわせ治具の認識パターンとが撮像可能な光学プローブを配置する工程と、
（ｂ）前記光学プローブの上視野によって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像し、同時に前記光学プローブの下視野によって前記第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、対向する前記両者の認識パターンの位置を求める工程と、
（ｃ）求められた前記両者の認識パターンの位置に基づいて前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具とを位置合わせして接合する工程と、
（ｄ）前記光学プローブの下視野によって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像して、前記第１あわせ治具の認識パターンの位置を求める工程と、
（ｅ）前記光学プローブの上視野で求められた前記第１あわせ治具の認識パターンの位置と前記光学プローブの下視野で求められた前記第１あわせ治具の認識パターンの位置とのずれを求める工程とを有し、
半導体チップとチップ支持部材とを接合する際の位置補正に、前記ずれを前記光学プローブの上下視野の光軸ずれとして加味することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （ａ）第１あわせ治具と第２あわせ治具とを対向して上下に配置し、前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具との間に、前記第１あわせ治具の認識パターンと前記第２あわせ治具の認識パターンとが撮像可能な第１の光学プローブを配置し、前記第１あわせ治具の上方に第２の光学プローブを配置する工程と、
（ｂ）前記第１の光学プローブの上視野によって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像し、同時に前記第１の光学プローブの下視野によって前記第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、対向する前記両者の認識パターンの中心座標を求める工程と、
（ｃ）前記第２の光学プローブによって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像して、前記第１あわせ治具の認識パターンの中心座標を求める工程と、
（ｄ）前記（ｂ）工程で求められた対向する前記両者の認識パターンの中心座標に基づいて前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具とを位置合わせして重ね合わせる工程と、
（ｅ）前記第２の光学プローブによって前記第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、前記第２あわせ治具の認識パターンの中心座標を求める工程と、
（ｆ）前記第２の光学プローブで求められた前記第１あわせ治具の認識パターンの中心座標と前記第２あわせ治具の認識パターンの中心座標との差を求める工程とを有し、
半導体チップとチップ支持部材とを接合する際の位置補正に、前記差を前記第１の光学プローブの上下視野の光軸ずれとして加味することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （ａ）第１あわせ治具と第２あわせ治具とを対向して上下に配置し、前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具との間に、前記第１あわせ治具の認識パターンと前記第２あわせ治具の認識パターンとが撮像可能で、かつ冷却保温システムによって囲まれた光学プローブを配置する工程と、
（ｂ）前記光学プローブの上視野によって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像し、同時に前記光学プローブの下視野によって前記第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、対向する前記両者の認識パターンの位置を求める工程と、
（ｃ）求められた前記両者の認識パターンの位置に基づいて前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具とを位置合わせして接合する工程と、
（ｄ）前記光学プローブの下視野によって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像して、前記第１あわせ治具の認識パターンの位置を求める工程と、
（ｅ）前記光学プローブの上視野で求められた前記第１あわせ治具の認識パターンの位置と前記光学プローブの下視野で求められた前記第１あわせ治具の認識パターンの位置とのずれを求める工程とを有し、
半導体チップとチップ支持部材とを接合する際の位置補正に、前記ずれを前記光学プローブの上下視野の光軸ずれとして加味することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （ａ）第１あわせ治具と第２あわせ治具とを対向して上下に配置し、前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具との間に、前記第１あわせ治具の認識パターンと前記第２あわせ治具の認識パターンとが撮像可能で、かつ冷却保温システムによって囲まれた第１の光学プローブを配置し、前記第１あわせ治具の上方に第２の光学プローブを配置する工程と、
（ｂ）前記第１の光学プローブの上視野によって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像し、同時に前記第１の光学プローブの下視野によって前記第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、対向する前記両者の認識パターンの中心座標を求める工程と、
（ｃ）前記第２の光学プローブによって前記第１あわせ治具の認識パターンを撮像して、前記第１あわせ治具の認識パターンの中心座標を求める工程と、
（ｄ）前記（ｂ）工程で求められた対向する前記両者の認識パターンの中心座標に基づいて前記第１あわせ治具と前記第２あわせ治具とを位置合わせして重ね合わせる工程と、
（ｅ）前記第２の光学プローブによって前記第２あわせ治具の認識パターンを撮像して、前記第２あわせ治具の認識パターンの中心座標を求める工程と、
（ｆ）前記第２の光学プローブで求められた前記第１あわせ治具の認識パターンの中心座標と前記第２あわせ治具の認識パターンの中心座標との差を求める工程とを有し、
半導体チップとチップ支持部材とを接合する際の位置補正に、前記差を前記第１の光学プローブの上下視野の光軸ずれとして加味することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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