JPH04206534A - フリップチップボンディングの位置合わせ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 目　　　　　次 概　　　要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段及び作用 実　　施　　例 発明の効果 概要 フリップチップボンディングの位置合わせ方法及び装置
に関し、 光半導体チップのフリップチップボンディングを高精度
に行う方法及び装置を提供することを目的とし、 基板のパターンを観測する第１カメラとチップのバンプ
を観測する第２カメラを設け、基準スケールを用いて前
記第１及び第２カメラの絶対倍率を求ｔ、前記第１カメ
ラと第２カメラのＸＹ平面上での中心点間のオフセット
距離を求め、第１カメラで撮影した画像をモニタ上に表
示し、この画像から第１カメラの絶対倍率を基に前記基
板上のパターンの絶対位置座標を読み取り、前記モニタ
を切り換えて第２カメラで撮影した画像を該モニタ上に
表示し、この画像から第２カメラの絶対倍率を基に前記
チップのバンプの絶対位置座標を読み取り、前言己チッ
プを吸着したボンディングヘッドを前記オフセット距離
と前記パターン及びバンプの絶対位置座標間のずれ量の
和だけ移動させるように構成する。

産業上の利用分野 本発明は一般的にフリップチップボンディングの位置合
わせ方法及び装置に関し、特に、光通信ンステムにおけ
る超高速用光・電子複合モジュールを製造するために、
光半導体チップの半田バンブと電子回路基板のパターン
を個々にモニタし、チップ側と基板側の絶対位置座標を
用いて、フリップチップボンディングの位置合わせをす
る方法及び装置に関する。

近年、遠路離間通信の需要に応じて、通信システムに求
ｔられる情報伝送速度は増加する傾向にある。特に、光
通信システムにはマルチギガピット級の伝送速度が必要
となりつつあり、この伝送速度を実現する光通信装置の
開発が要求されている。

このような高速光伝送システムを構築するためには、使
用される光半導体チップの高速性を損なわない実装法が
不可欠となる。このような実装法゛の一つとして、光半
導体チップと回路基板とのフリップチップボンディング
により、従来ワイヤで接続していた際に生じる寄生リア
クタンスを除去し、光半導体チップの高速特性を損なう
ことなく実装することができる。このような光半導体チ
ップのフリップチップボンディングの場合は、寄生リア
クタンス低減のために、電気回路チップのフリップチッ
プボンディングの場合に比較して、バンプ径として非常
に小径の数十μｍ程度が要求されている。

従来の電気回路チップ用のフリップチップボンダー装置
では位置合わせ精度を十μｍ以下にすることができない
ため、光半導体チップのフリップチップボンディングを
行うために高い精度を有するフリップチップボンディン
グ方法及び装置が要望されている。

従来の技術 従来のフリップチップボンダー装置は、例えば、特公平
１−３１２９６号に記載されているように、基板パター
ンの観測用カメラからの画像とチップバンブ観測用カメ
ラからの画像とを１台のモニタ上に合成し、基板パター
ンとチップバンブの位置ずれ量を検出している。しかし
ながらこのフリップチップボンダー装置では、１台のモ
ニタ上に基板パターンの画像とチップバンブの画像とを
合成しているため、小径な複数個のバンプとパターンの
画像を鮮明に識別することができないという問題があり
、また、識別し易くするためには、各画像のカラー処理
工程を追加する等の改善が必要であり、装置全体が大型
になるとともにコストが高くなるという欠点を有してい
た。

また、上述した公告公報に記載された従来の位置ずれ補
正方法では、まず、チップと基板との回転ずれを補正し
、次にその後生じているＸ、Ｙ方向のずれ量を検出して
、位置ずれを補正している。

しかしながらこの位置ずれ補正方法では、２段階の補正
計算と制御が必要であり、計算ルーチンでの誤差が累積
され精度を向上できないという問題を有していた。

また他の位置ずれ補正方法としては、特開昭５７−３６
８４０号に記載されているように、位置合わせすべき点
同士を移動させて合わせることにより位置ずれ補正量を
検出している。しかしながらこの方法では、位置合わせ
すべき点同士を移動させて合わせるた狛に駆動制御を行
う必要があった。また、特開平１−３１２９６号及び特
開昭５７−３６８４０号に記載された位置ずれ補正方法
とも、有限な面積を持つバンプを点として扱っており、
バンブ径以内の高い精度が得られないという問題があっ
た。

フリップチップボンディングする際には、チップを吸着
ノズルでピックアップする必要があるが、従来のチップ
ピックアップ方法は、例えば特公平２−１２０２４号に
記載されているように、チップ表面を観察するたｔの第
３のカメラで観察したチップ表面のコーナーを基準ライ
ンに一致させるように、チップ搭載台を移動させてチッ
プをピックアップしている。しかしながらこの方法では
、チップ表面にレンズが形成されている受光素子をピッ
クアップする場合、必ずしもレンズがチップ表面の中心
にあるとは限らないため、チップピックアップ用ノズル
先端部によりレンズに損傷を与える恐れがあった。

発明が解決しようとする課題 上述した公告公報及び公開公報に記載された、従来のフ
リップチップボンディングの位置合わせ方法及び装置は
、電気回路チップのフリップチップボンディングに適用
したものであり、バンプ径として非常に小径な数十μｍ
程度が要求されている光半導体チップのフリップチップ
ボンディングに適用することは困難であるという問題が
あった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、光半導体チップのフリップチッ
プボンディングを高精度に行う方法及び装置を提供する
ことである。

課題を解決するための手段及び作用 まず、本発明のフリップチップボンディングの位置合わ
せ方法の概要について説明する。

（１）まず、基板のパターンを観測する第１カメラとチ
ップのバンプを観測する第２カメラを設け、基準スケー
ルを用いて第１及び第２カメラの絶対倍率を求めおく。

（２）モニタ画面の中心点を原点としたｘ、ｙ座標系を
第１カメラ及び第２カメラからの画像に対してそれぞれ
設定する。このとき、第１カメラと第２カメラとの座標
系間の回転方向のずれが生じないように、１台のモニタ
を用い、第１カメラと第２カメラからの画゛像を切り換
えてそれぞれの画像をモニタする。

（３）第２カメラのよるチップのバンブ画像から、３点
のバンプを選択する。まず第１のバンプについて、バン
プに外接する四角形によりバンプを指定する。外接する
四角形は、例えば、十字カーソルを用いて２点の指定を
行い四角形を作図するようにすれば得られる。次に、こ
の四角形の中心点を求め、これをそのバンプの中心点座
標とする。

（４）第２．第３のバンプについても同様にして中心点
座標を求める。

（５）このようにして求めた３つのバンプの中心点座標
から、その重心点座標を求める。

（６）第１のバンプの中心点座標とステップ５で求めた
重心点座標を結ぶ直線がｙ軸又はＸ軸となす角度θ１を
求める。

（７）次いで、第１カメラによる基板のパターン画像か
ら、ステップ３で選択された３点のバンプに対応する基
板上の３点のパターンを選択する。

（８）チップ側と同様に各パターンの中心点座標を各々
求め、その重心点座標を求める。

（９）チップ側と同様に、第１魚目のパターンの中心点
座標とステップ８で求めた重心点座標を結ぶ直線がチッ
プ側で指定した軸と同一の軸となす角度θ２を求める。

α０以上求めた中心点座標、重心点座標及び角度から、
基板搭載用ステージの回転補正量及び第２カメラから第
１カメラへのボンディングヘッドの移動量を計算する。

（社）このようにして求めた基板搭載用ステージの回転
補正量及びボンディングヘッドの移動量に応じて、基板
搭載用ステージを回転するとともに、ボンディングヘッ
ドを移動することにより、チップ上のバンプと基板上の
パターンとの位置合わせを正確に行うことができる。

次に、上述した計算過程の詳細について説明する。

「ｘ、ｙＦ！１４！系の設定について」上述したように
、モニタ画面の中心点を原点としたＸ、ｙ座標系を第１
及び第２カメラからの画像に対してそれぞれ設定するが
、このとき、第１カメラと第２カメラとの座標系間の回
転方向のずれが生じないように、１台のモニタを用い、
第１カメラと第２カメラからの画像を切り換えて１台の
モニタ上でそれぞれの画像をモニタする。この場合中じ
るずれは、第１カメラと第２カメラとのｘｙ平面上での
オフセット量のみとなる。

このオフセット量を求とるには、まず、第２カメラによ
る画像処理時に吸着ノズルの中心を座標の原点にセット
し、次にボンディングヘッドのステージを駆動させ、予
約基板搭載台上に配置した例えばマスキングテープ等の
圧力点の痕跡が残るモニタ板上に、ヘッドの吸着ノズル
によりノズルの先端形状を転写する。次に、この転写さ
れたノズル先端部の中心点が、第１カメラによる画像モ
ニタ時に、座標の原点に到達するために必要なボンディ
ングへラドの駆動移動量を求めることにより、Ｘ、ｙ方
向のオフセット量を求とることができる。

「バンプ指定と回転角度について、・ まず、計算過程を簡素化するた於に、ｙ軸で最も大きい
座標点を有するバンプを、第１魚目の）＜ンブとする。

この場合、第１図に示すように、この第１魚目のバンプ
の中心点（ｘ２．ｙ２）と、３点のバンプの中心点の加
算平均より求めた重心（ｘｉ、ｙｌ）とを結ぶ直線が、
ｙ軸となす角度θ１（−９０°〜＋９０°）は、以下の
式で求することができる。

ｙ１≠ｙ２：　θ１＝ｔａｎ　−’（（ｘｌ−ｘ２）／
（ｙ２−ｙｌ））　　　・・・（１）ｙｌ＝ｙ２：　θ
１＝９０Ｘ（（ｘｉ−ｘ２）／ａｂｓ（ｘ２−ｘｉ））
　　−４２）ａｂｓ　は絶対値、 θ１は反時計回りを正、時計回りを負 同様に、基板側でもチップのバンプに対応するように順
次３点のパターン指定を行う。基板側の第１魚目のパタ
ーンの中心点（ｘ４．ｙ４）と、３点のパターンの中心
点の加算平均より求めた重心点（ｘ３．ｙ３）と結ぶ直
線が、ｙ軸となす角度θ２（−９０°〜＋９０°）は、
以下の式で求めることができる。

ｙ３≠ｙ４：　θ２＝ｔａｎ　−’（（ｘ３−ｘ４）／
（ｙ４−ｙ３））　　　−（３）ｙ３＝ｙ４：　０２＝
９０　Ｘ　（（Ｘ３−Ｘ４）　／ａｂｓ　（Ｘ３−Ｘ４
）　）　　−（４）以上求めたθ１とθ２とから、基板
搭載台の回転ステージの必要回転量は、 Δθ＝θ１−θ２　　　　・・・（５）となる。

「ｙ、、　　ｙ方向の補正量について」次に、ｘ、ｙ方
向の補正量について、第２図を用いて説明する。ＣＩ、
Ｃ２は、各々チップ側と基板側の重心点である。Ｏｒは
基板搭載台の回転ステージの回転中心点であり、○はモ
ニタ画面の中心点である。既に述べたように座標は、モ
ニタ画面の中心点を原点としている。Ｃ２’は、Ｏｒを
中心に（５）式で求めた△θだけ回転させた後のＣ２点
を示している。Ｏｒと０２との距離Ｔ、及びＯｒから０
２をみた角度θ０は、 Ｔ　＝　　（（ｘ３−ｘｒ）２＋（ｙ３−ｙｒ）’）”
’　　　　　　　　＝１６）×３　　≠ｘｒ：　θｏ＝
ｔａｎ　−’（（ｙ３−ｙｒ）／（ｘ３−ｘｒ））　　
・・・（７）Ｘ３　　＝　　ｘｒ　　、　ｙ３＞ｙｒ：
　　　θ。＝９０　　　　　　　・・・（８）Ｘ３　　
＝　ｙ、ｒ　　、　　ｙ３＜ｙｒ：　　　θ。＝−９０
・（９）となる。従って、Ｃ２’点座標は、 Ｘ３　　’　　＝　　Ｔｘｃｏｓ（Δ　θ　キ　θ。　
）　　　＋　ｘｒ　　　　　　　−（１０）ｙ３　　’
　　＝　ＴＸｓｉｎ（Δθ＋θ。）　　＋ｙｒ　　　　
　−・べ１１）となり、ｘ、ｙ方向の補正量は、 Δｘ＝ｘ　３’　−ｘ　１　　　−（１２）Δｙ＝ｙ３
’　−ｙｌ　　　　・・・（１３）となる。以上から、
ボンディングヘッドの移動量は、オフセット量をｘｆ、
ｙｆとすると、ｘｍ−Δｘ　−＋−ｘ　ｆ　　　　　−
（１４）ｙｍ＝Δｙ＋ｙｆ　　　　　　・・・（１５）
となる。

実際には、以上の計算を行った後に、回転補正とボンデ
ィングヘッドの移動を同時、又は連続的に行うことによ
り、正確にチップのバンプと基板のパターン同士を接合
することができる。

「第１のカメラによる画像の原点が、基板搭載台のθ回
転ステージの回転中心と一致するように配置する」 上記方法では、基板搭載台の回転ステージの回転中心点
Ｏｒと、モニタ画面の中心点○との位置ずれ量を正確に
把握するのは困難であり、例えその値を求めたとしても
、この値により全体の計算誤差が累積がされる可能性が
ある。そこで、予め回転ステージの回転中心点Ｏｒとモ
ニタ画面の中心点Ｏとの位置ずれ量を零にするように調
整しておくことにより、累積誤差をなくすことが可能に
なる。このときのボンディングヘッドの移動量（ｘｍ、
ｙｍ）は、オフセット量をｘｆ、ｘｙとすると、 ｘｍ＝ｘ　３’　−ｘ　ｌ＋ｘ　ｆ　　　　　　　　−
（１６）’／ｍ＝’ｌ　３’−ｙｌ＋ｙ　ｆ　　　　　
　　−（１７）ｘ３’　＝Ｔｘｃｏｓ　　（Δθ＋θ。

）　　　・・・（１８）ｙ３’　＝ＴＸｓ　ｉｎ　（Δ
θ十θａ）　　　−（１９）Ｔ　−（ｘ　３’　　＋　
Ｖ　３２）　””　　　　　　−（２０）θｏ　　＝ｔ
ａｎ　−’　（ｙ　３／　ｘ　３）　　Ｃ３≠ｘｒ）　
−（２１）θ。＝　９０　　　　〔ｘ３＝ｘｒ、　ｙ３
＞ｙｒ〕　　　・・・（２２）θ。＝　−９０〔ｘ３＝
ｘｒ、　ｙ３＜ｙｒ〕・　　　　・・・（２３）となる
。

また、予め回転ステージの回転中心点○ｒとモニタ画面
の中心点Ｏとの位置ずれ量を零にするには、回転ステー
ジの回転中心点に目印をつけ、この目印がモニタ画面の
中心点と一致するように、予め回転ステージ下部に備え
付けであるＸ、Ｙステージを調整するか、または予約第
１カメラの固定ステージに備え付けであるＸ、Ｙステー
ジを調整することにより可能である。

上述した位置合わせ方法を達成する本発明のフリップチ
ップボンディング装置は、以下のように構成される。

即ち、Ｘ、Ｙ、　　θ方向に移動可能で且つ加熱可能に
構成された基板搭載台と、Ｘ、Ｙ、　　θ方向に移動可
能に構成されたチップ搭載台と、前記チップ搭載台と前
記基板搭載台との間を移動可能なチップ吸着手段を有す
るボンディングヘッドと、前記基板搭載台上に搭載され
た基板のパターンを観測する第１カメラと、前記チップ
吸着手段に吸着されたチップのバンブを観測する第２カ
メラと、前記第１及び第２カメラの画像を表示する１台
のモニタ手段とを具備している。

さらに、第１及び第２カメラの画像を切り換えて前記モ
ニタ上に表示する切り換え手段と、第１カメラと第２カ
メ°うのｘＹ平面上での中心点間のオフセット距離を求
める手段と、前記基板上のパターンの絶対位置座標及び
前記チップ上のバンプの絶対位置座標を読み取り、絶対
位置座標間のずれ量を計算する手段とを備えて構成され
る。

実　　施　　例 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第３図は本発明実施例の概略構成図を示している。１０
は基板搭載台であり、マニュアル操作されるＸステージ
とＹステージ及びパルスで自動操作されるθステージを
含んでおり、これにより基板搭載台１０はｘ、ｙ、　　
θ方向に移動可能に構成されている。Ｘステージ１２上
にはボンディング時に基板を加熱して半田バンブを溶融
するためのヒートコラム１８が設けられており、ヒート
コラム１８上には所定のパターンを有する基板２０が搭
載されている。基板搭載台１０の上方には基板搭載台１
０上に搭載された基板２０のパターンを観測する第１カ
メラ２２が設けられている。第１カメラ２２はｘ、ｙ、
ｚ軸方向に調整可能に取り付けられている。

２４はチップ搭載台であり、それぞれパルスで自動操作
されるＸステージ２６．Ｙステージ２８及びθステージ
３０から構成され、その上に光半導体チップ３２が搭載
されるようになっている。

３４はボンディングヘッドであり、その先端にチップ３
２を吸着するための吸着用ノズル３６が設けられている
。３８はボンディングヘッド３４の錘である。ボンディ
ングヘッド３４はアーム４０の先端に取り付けられてお
り、アーム４０の基端部はそれぞれパルスで自動操作さ
れるＸステージ４２、Ｙステージ４４及びＺステージ４
６上に搭載されている。

４８は吸着用ノズル３６に吸着されたチップ３２のバン
プを観測するための第２カメラであり、ボンディングヘ
ッド３４の下方に設けられている。

また、５０はチップ搭載台２４上に搭載されたチップ３
２表面を観測するための第３カメラであり、チップ搭載
台２４の上方に設けられている。第２カメラ４８．第３
カメラ５０はｘ、ｙ、ｚ軸方向に調整可能なように取り
付けられている。

上述した基板搭載台１０、チップ搭載台２４及びボンデ
ィングヘッド３４を移動するための各ステージは、ステ
ージコントローラ５２により制御される。そして、第１
カメラ２２．第２カメラ４８及び第３カメラ５０の画像
は切り換え手段を切り換えることにより、１台のＣＲＴ
５４上に表示される。そして、第１カメラ２２．第２カ
メラ４８及び第３カメラ５０で撮影した画像を認識し、
補正計算等を行う処理はＣＰＵ５６で実行される。

以下、このように構成されたフリップチップボンディン
グ装置の操作方法について概略説明する。

まず、基準スケールを用いて第１カメラ２２゜第２カメ
ラ４８の絶対倍率を求めておき、第１カメラ２２と第２
カメラ４８のＸＹ平面上での中心点間のオフセット距離
を上述した方法により求める。

そして、チップ搭載台２４上に搭載された光半導体チッ
プ３２は、ボンディングヘッド３４のステージ４２．４
４．４６を駆動することによりボンディングヘッド３４
がチップ搭載台２４まで移゛動されて、吸着ヘッド３６
により図示のように吸着され、ボンディングヘッド３４
は第２カメラ４８直上の位置に後退する。第２カメラ４
８て光半導体チップ３２を観測し、３点のバンプを選択
する。まず第１のバンプについて、バンプに外接する四
角形によりバンプを指定する。次にこの四角形の中心点
を求め、そのバンプの中心点座標とする。第２．第３の
バンプについても同様にして、中心点座標を求める。こ
のようにして求めた３つのバンプの中心点座標からその
重心点座標を求める。そして、第１のバンプの中心点座
標と重心点座標を結ぶ直線がｙ軸又はＸ軸となす角度θ
１を求める。

次に、第１カメラ２２で基板２０のパターンを撮影しこ
の画像をＣＲＴ５４上に表示する。この画像から光半導
体チップ３２のバンプに対応した３点のパターンを選択
する。チップ側と同様に各パターンの中心点座標を各々
求め、その重心点座標を求める。さらに、第１魚目の中
心点座標と重心点座標を、結ぶ直線がチップ側で指定し
た軸と同一の軸となす角度θ２を求める。

このようにして求めた中心点座標、重心点座標、角度０
１及びθ２から基板搭載台１０の回転補正量、及び第２
カメラ４８の直上位置から第１カメラ２２の直下位置ま
でのボンディングヘッド３６の移動量を計算する。この
ようにして求めた回転補正量及びボンディングヘッドの
移動量に応じて、基板搭載台１０を回転すると同時にボ
ンディングヘッド３４を駆動して光半導体チップ３２の
バンプと基板２０のパターンとを正確に一致させて、ヒ
ートコラム１８で基板２０を加熱しながらフリップチッ
プボンディングを行うことができる。

ところで、光半導体チップ３２のバンプには、メツキ工
程により作成するので面ダレ、欠けなどが多数存在して
いるため、カメラからの画像だけで形状を判断し、バン
プの中心を求めることは誤差が大きくなり、その結果フ
リップチップボンディング時の位置合わせ精度が低下し
てしまうという問題があった。このような問題を解決す
るために本発明では、第４図に示すように、予めバンプ
の図面６０をイメージリーグ又は他の手段により入力し
ておき、第２カメラ４８からの画像６２との照合を行い
、面ダレ、欠けを補正してバンプの中心を求めることに
より、誤差を小さくすることが可能になる。また、基板
パターン側も同様な手段で画像補正を行うことにより、
基板パターン中心を誤差なく求めることが可能になる。

次に、チップピックアップ方法について第５図を用いて
説明する。従来のチップピックアップ方法は、例えば特
公平２−１２０２４号に記載されているように、チップ
表面を観察するための第３のカメラで観察したチップ表
面のコーナーを基準ラインに一致させるように、チップ
搭載台を移動させてチップをピックアップしている。し
かしながらこの方法では、チップ表面にレンズが形成さ
れている受光素子をピックアップする場合、必ずしもレ
ンズがチップ表面の中心にあるとは限らないため、チッ
プピックアップ用の吸着ノズル先端部によりレンズに損
傷を与える恐れがあった。

このような問題点を解決するたｔに、光半導体チップ３
２の表面を観察する第３カメラ５０をチップ搭載台２４
の上方に配置し、チップ表面に形成されているマイクロ
レンズ６６の位置を観察し、第３カメラ５０からの画像
をＣＲＴ５４上に映し出す。そして、吸着ノズル６８の
ノズルボア６８ａがマイクロレンズ６６の真上に来るよ
うにチップ搭載台２４をｘ、ｙ、　　θ方向に移動させ
、又は第５図（Ａ）に示すようにボンディングヘッド３
４をＸ、Ｙ方向に、チップ搭載台２４をθ方向に移動さ
せることにより、第５図（Ｂ）に示すように吸着用ノズ
ル６８をマイクロレンズ６６の真上に位置させることが
でき、吸着用ノズル６８先端部によってマイクロレンズ
６６に損傷を与えることなく、チップ３２をピックアッ
プすることが可能となる。

これに関連してチップ吸着用ノズルの先端部構造の望ま
しい実施例について説明する。第６図は第５図に示した
吸着用ノズル３日と同等な従来形状の吸着用ノズルを示
しており、先端１３６ｂは概略平面状に形成されている
。この構造の吸着用ノズル３６では、光半導体チップ３
２のような極めて薄く、面積の小さいチップを吸着する
場合、チップ面と吸着用ノズル３６の先端フラット面３
６ｂに隙間を生じさせずにチップ３２を確実に吸着する
には、フラット面３６ｂに高い面精度及び水平度が要求
される。

このような問題点を解決するために、チップ吸着用ノズ
ル７０の先端部７０ｂを第７図に示すように、ノズルボ
ア７０ａの中心軸上に中心点を持つ球面形状にすること
により、チップ面とノズル７０との接触部分を面から円
周に低減することができ、高い面精度及び水平度を要求
することなしに、確実にチップ３２を吸着することがで
きる。

また、表面にマイクロレンズ６６が形成された受光素子
チップ３２を吸着する場合には、吸着用ノズル７０の７
ズルボア７０ａの内径をマイクロレンズ６６の口径より
もわずかに大きくしておくことにより、吸着時にマイク
ロレンズ６６を損傷させずに吸着することができる。こ
のような吸着用ノズル７０の先端部形状７０ｂは機械加
工研磨により作成可能である。

次に、ボンディング時における基板搭載台１０のスクラ
ビング機構について第８図を用いて説明する。従来技術
では、ボンディングヘッドにハニカム機構等の手段を設
け、スクラビング動作を可能にしている。しかしながら
この方法では、ボンディングヘッドの自重が重くなり、
チップに対する衝撃荷重を低減できない。さらに、位置
合わせ精度を向上させるには、スクラビング後吸着用ノ
ズルをカメラの中心点に確実に復帰させる必要があった
。

このような問題点を解決するために、第８図に示すよう
に基板搭載台１０に圧電素子７２のよる振動機構を設け
ることにより、ボンディングヘッド３４の目量増加を防
ぎ、共晶半田剤のバンプ３３でのスクラビング動作が可
能になる。さらに、圧電素子７２を用いた場合は、圧電
素子への駆動電圧を零にすることにより、スクラビング
後吸着用ノズル６８を第１カメラ２２の中心点に確実に
復帰させることができ、スクラビング前後での位置ずれ
を防ぐことも可能となる。

次に、カメラの自動焦点機構について第９面を用いて説
明する。固定焦点のカメラを用いた場合、異なった厚み
のチップ又は基板を扱う場合、画像がぼやけ位置ずれ補
正時の認識精度を低下させてしまう。これを解消するに
は、その都度カメラを取り付けているＸ、Ｙ、Ｚステー
ジにおけるＺステージを用いて、カメラのＺ軸調整を行
う必要があるが、この調整は煩雑であるとともにｚｍ調
整を行うと、ＺステージのヨーイングによりＸ、　　Ｙ
方向にカメラ中心がずれ、十μｍＷ下の精度で位置合わ
せをすることが不可能になる。

このような問題点を解決するた袷に、第９図に示すよう
にカメラ２２自身に自動焦点機構７６を設けることによ
り、カメラの２軸調整を不要にするばかりではなく、カ
メラ中心のずれを防ぎ、十μｍ以下の精度で位置合わせ
をすることが可能になる。７４は第１カメラ２２を支持
するた約の支持部材である。このような自動焦点機構は
、第１カメラ２２のみではなく、第２カメラ４８及び第
３カメラ５０にも設けるようにするのが望ましい。

次に、ボンディングヘッド３４に装着した接触センサー
について説明する。光半導体チップは一般的に電気回路
チップに比べ薄いため、チップ吸着時及びボンディング
時のわずかな衝撃荷重でもクラックを生じてしまう。こ
れを防ぐた袷にボンディングヘッド３４の下降速度を極
めて小さくする必要があるが、Ｚ軸の原点位置から超低
速でボンディングヘッドを下降させると、チップを吸着
してボンディングするまでの一作業時間が長くなってし
まう。これを解決するために、本実施例ではＺ釉の移動
を検知できる接触センサーをボンディングヘッド３４に
付加し、予め扱うチップよりもわずかに厚いダミーチッ
プを用い、吸着ノズル３６がこのダミーチップに接触す
る高さ、即ち２方向の位置（Ｚｌ）を検出しておく。

チップを吸着するときは、この２１点までは通常の速度
でボンディングヘッド３４を下降させ、この２位置を超
えてからは速度を超低速に切り換えることにより、チッ
プ吸着時のクラックを防ぐことが可能になる。

また、−ボンディング時においてもこのダミーチップを
用い、ダミーチップが基板に接触する高さを検出してお
く。そして、この所定高さまでは通常の速度でボンディ
ングヘッド３４を下降させ、所定高さを超えてからは速
度を超低速に切り換えることにより、ボンディング時の
クラックを防ぐことが可能になる。

さらに、ダミーチップと実際に接続するチップのバンプ
の高さを含必た厚みとの差を△ｚ１溶解後のチップと基
板とを接続するバンプの高さをＨとすると、ボンディン
グヘッドの最終Ｚ軸位置Ｚ２を、 Ｚ２＝２１　＋ΔＺ＋Ｈ とすることにより、溶解後のチップと基板とを接続する
バンプの高さを任意に制御することも可能になる。

十μｍ以下の位置合わせ精度を達成するには、ヒートコ
ラム１８及び本体電源部等から発生する熱による装置全
体の歪みを最小限に抑える必要がある。そこで、熱伝導
率の低い材質、例えばコバール、セラミック等で形成し
た熱遮蔽板をヒートコラム１８及び本体電源部分を囲む
ように配置することにより、熱歪みによる生じる装置の
歪みを防ぐことが可能になる。さらにこの構造により、
熱的安定状態に達するまでの時間を短縮させることも可
能になる。また、ヒートコラム１８［下に配置されるＸ
、Ｙ、　　θステージ１２，１４．１６及びカメラ支持
部材７４等の構成部材を熱伝導率の低い材質で作成する
ことにより、同様な効果が得られる。

上述した実施例は、特に光半導体チップのフリップチッ
プボンディングについて説明したが、本発明は光半導体
チップのみならず通常の電気回路チップをフリップチッ
プボンディングする場合にも適用可能なことは言うまで
もない。

発明の効果 本発明は以上詳述したように構成したので、特に光半導
体チップのフリップチップボンディングにおいて、十μ
ｍ以下の高精度の位置合わせを可能にできるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はθ１．θ２の求め方を説明する説明図、第２図
はｘ、ｙ方向の補正量の求め方を説明する説明図、 第３図は本発明の実施例に係るフリップチップボンディ
ング装置の概略構成図、 第４図はバンプ図面と実際のバンプとの画像照合を説明
する説明図、 第５図はチップピックアップ方法の説明図、第６図は通
常のノズルの先端構造を示す断面図、第７図は本発明の
望ましい実施例のノズル先端構造を示す断面図、 第８図は基板ステージ側のスクラビング機構概略構成図
、 第９図は自動焦点機構の概略説明図である。 １０・・・基板搭載台、 １８・・・ヒートコラム、 ２０・・・基板、 ２２・・・第１カメラ、 ２４・・・チップ搭載台、 ３２・・・光半導体チップ、 ３４・・・ボンディングヘッド、 ３６・・・吸着用ノズル、 ４８・・・第２カメラ、 ５０・・・第３カメラ、 ５２・・・ステージコントローラ、 ５４・・・ＣＲＴ。 ７０・・・吸着用ノズル、 ７２・・・圧電素子、 ７６・・・自動焦点機構。 代理人：　弁理士　松　本　　　昂 バンプ園め乙亥際のｌ＼”ソア乙り画ｌり吸会第４図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）す・ｌブ
ピ・・ノクアツア方３夫の１尤口月園第５図 連字のノスル５ｊ鳩番遣 第６図 本ｅ萌亥Ｊ乞イ列／）／ス′ル先嗜１λ達第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板（２０）のパターンを観測する第１カメラ（２
   ２）とチップ（３２）のバンプを観測する第２カメラ（
   ４８）を設け、 基準スケールを用いて前記第１及び第２カメラ（２２、
   ４８）の絶対倍率を求め、 前記第１カメラ（２２）と第２カメラ（４８）のＸＹ平
   面上での中心点間のオフセット距離を求め、第１カメラ
   （２２）で撮影した画像をモニタ（５４）上に表示し、
   この画像から第１カメラ（２２）の絶対倍率を基に前記
   基板（２０）上のパターンの絶対位置座標を読み取り、 前記モニタ（５４）を切り換えて第２カメラ（４８）で
   撮影した画像を該モニタ（５４）上に表示し、この画像
   から第２カメラ（４８）の絶対倍率を基に前記チップ（
   ３２）のバンプの絶対位置座標を読み取り、前記チップ
   （３２）を吸着したボンディングヘッド（３４）を前記
   オフセット距離と前記パターン及びバンプの絶対位置座
   標間のずれ量の和だけ移動させるようにしたことを特徴
   とするフリップチップボンディングの位置合わせ方法。 ２、前記第２カメラ（４８）により前記モニタ（５４）
   上に映し出されたチップ画像において、複数個のバンプ
   の外枠から各バンプの中心点座標を求め、各中心点座標
   から該複数個のバンプの重心を求めてチップ（３２）側
   の絶対位置座標とするとともに、前記第１カメラ（２２
   ）により前記モニタ（５４）上に映し出された基板画像
   において、前記複数個のバンプに対応する基板上のパタ
   ーンを選択し、選択された複数個のパターンの外枠から
   各パターンの中心点座標を求め、各中心点座標から該複
   数個のパターンの重心を求めて基板（２０）側の絶対位
   置座標とし、 前記両方の絶対位置座標のずれ量から、チップ（３２）
   と基板（２０）が完全に重なるための移動量ΔＸ、ΔＹ
   及びΔθを計算し、 チップ（３２）を吸着したボンディングヘッド（３４）
   を前記オフセット距離のＸ成分＋ΔＸ、前記オフセット
   距離のＹ成分＋ΔＹ、基板搭載台（１０）をΔθ移動さ
   せることにより、 フリップチップボンディング時のチップ（３２）のバン
   プと基板（２０）のパターンの位置合わせを行うことを
   特徴とする請求項１記載のフリップチップボンディング
   の位置合わせ方法。 ３、前記第１カメラ（２２）による画像の原点が基板搭
   載台（１０）の回転中心と一致するように第１カメラを
   配置したことを特徴とする請求項２記載のフリップチッ
   プボンディングの位置合わせ方法。 ４、予めバンプ及びパターンの位置及び形状を計算機に
   入力しておき、この入力画像と第１及び第２カメラ（２
   ２、４８）からの画像との照合を行い、バンプ及びパタ
   ーンの形状と位置関係を認識補正することを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載のフリップチップボンデ
   ィングの位置合わせ方法。 ５、Ｘ、Ｙ、θ方向に移動可能で且つ加熱可能に構成さ
   れた基板搭載台（１０）と、 Ｘ、Ｙ、θ方向に移動可能に構成されたチップ搭載台（
   ２４）と、 前記チップ搭載台（２４）と前記基板搭載台（１０）と
   の間を移動可能な、チップ吸着手段（３６）を有するボ
   ンディングヘッド（３４）と、 前記基板搭載台（１０）上に搭載された基板（２０）の
   パターンを観測する第１カメラ（２２）と、前記チップ
   吸着手段（３６）に吸着されたチップ（３２）のバンプ
   を観測する第２カメラ（４８）と、前記第１及び第２カ
   メラ（２２、４８）の画像を表示するモニタ手段（５４
   ）と、 前記第１及び第２カメラ（２２、４８）の画像を切り換
   えて前記モニタ手段（５４）上に表示する切り換え手段
   と、 前記第１カメラ（２２）と第２カメラ（４８）のＸＹ平
   面上での中心点間のオフセット距離を求める手段と、 前記基板（２０）上のパターンの絶対位置座標及び前記
   チップ（３２）上のバンプの絶対位置座標を読み取り、
   前記絶対位置座標間のずれ量を計算する手段とから構成
   されることを特徴とするフリップチップボンディング装
   置。 ６、前記基板搭載台（１０）に振動手段（７２）を設け
   たことを特徴とする請求５記載のフリップチップボンデ
   ィング装置。 ７、前記ボンディングヘッド（３４）先端に、チップ吸
   着時のボンディングヘッドが実際のチップ（３２）より
   も厚いダミーチップに接触する第１の高さを検出すると
   ともに、ボンディング時に該ダミーチップが基板（２０
   ）に接触する第２の高さを検出する接触センサーを設け
   、実際のチップ（３２）吸着時及びボンディング時に前
   記第１の高さ及び第２の高さを検出したなら前記ボンデ
   ィングヘッド（３４）の駆動を低速に切り換える制御手
   段を設けたことを特徴とする請求項５記載のフリップチ
   ップボンディング装置。 ８、ボンディングヘッド（３４）のチップ吸着手段（３
   ６）を、その先端部（７０ｂ）をノズルボアの中心軸上
   に中心点を有する球面形状にしたチップ吸着用ノズル（
   ７０）から構成したことを特徴とするフリップチップボ
   ンディング装置。