JPH0482243A - 半導体素子実装装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子実装装置に関し、特に詳細には、半
導体素子をフェースダウンボンディングで基板上に実装
する半導体素子実装装置に関する。

〔従来技術〕

近年、半導体素子を基板上に実装する際、実装密度及び
作業性の点からフェースダウン方式において、フリップ
チップ実装技術が注目されるようになってきた。この方
法は、「エレクトロニック・パッケージング・テクノロ
ジー」の１９８９年１２月号に掲載された「フリップチ
ップ実装の技術動向」と題する文献に記載されている。

そして、フリップチップをフェースダウン方式で基板上
に実装する際、半導体素子を実装する基板面に対して平
行に保った状態でフェースダウンしなければならない。

しかし、従来は実装装置の最初の調節の際、ボンディン
グツールと基板面との平行度を調整した後は、調節をお
こなわすフェースダウンボンディングを実施していた。

このような方法では、半導体素子を基板面に対して確実
にボンディングできない場合かあった。そこで、フェー
スダウンボンディング中に半導体素子を吸着保持したソ
ールの真横にＴＶカメラ等を設け、このカメラ等で、半
導体素子を観察し、ツールと基板との平行度を観察しつ
つフェースダウンを行っていた。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし、上記のような従来の装置では、バンプが設けら
れた半導体素子とこれがボンディングされる基板との間
では、１０ｍｍ当たり数μｍ程度の平行度しか実現でき
ず、その結果、フリップチップのバンプ高さが１０μｍ
以下となるような高密度化に伴う微細化に十分対応する
ことかできなかった。

本発明は上記課題を解決し、高密度化に伴い微細化に対
応できる半導体素子実装装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体素子実装装置は、吸着面と、この吸着面
の外側に設けられ、吸着面に平行な光反射面とを有し、
片面にバンプ電極が形成されている半導体素子を反対面
で吸着面に吸着させて保持するボンディングツールと、
半導体素子が実装される基板を保持する保持部材と、ボ
ンディングツルを保持部材に対して移動させる移動機構
と、保持部材に設けられ、光反射面に対してスポット光
を照射する光照射手段と、保持部材に設けられ、光照射
手段から出射した光の光反射面での反射光か入射するよ
うな位置に配置され、入射した反射光の入射位置を特定
できる光位置検出手段と、光位置検出手段からの出力に
基づいて、ボンディングツールに搭載された半導体素子
と保持部材に搭載された基板との平行度を求める平行度
検出手段とを備えたことを特徴とする。

更に、上記装置において、ボンディングツールにその吸
着面の基板保持面に対する傾斜を調整できる傾斜調整機
構を設け、更に移動機構、傾斜調整機構を平行度検出手
段からの検出結果に基づいて制御する制御手段を設ける
ことにより、自動で平行度を調節し、フェースダウンボ
ンディングを行わせるように構成しておくことが好まし
い。

〔作用〕

本発明の半導体素子実装装置では、ボンディングツール
の吸着面の周囲に吸着面と平行な光反射面を設け、この
光反射面に保持部材側からスポット光を照射し、そのス
ポット光の光反射面で反射した光の入射位置を保持部材
上に設けた光位置検出手段で検出している。これにより
、光反射面が所定の状態にあるときは、この反射したス
ポット光は所定の位置に入射されるが、もし所定の状態
から傾斜しているときは、別の場所に入射する。

そして、この反射したスポット光が入射した位置により
、光反射面、すなわちボンディングツールに搭載された
半導体素子の基板に対する傾斜状態を正確に検知するこ
とができる。そしてこの検知された結果により、ボンデ
ィングツールの傾斜状態を補正し、ボンディングツール
上に半導体素子の面を基板の素子搭載面に対して平行に
することかできる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ本発明に従う実施例を説明して
いく。

第１図は本発明に従う半導体素子実装装置の一実施例の
構成図である。

第１図に示すように、半導体素子実装装置は、半導体素
子１を搭載するボンディングツール２と、半導体素子］
か実装される半導体基板３を保持する基板保持部４と、
ボンディングツール２と基板保持部４との平行度を検出
する平行度検出部５とを備えている。

このボンディングツール２の先端部には、半導体素子１
を吸着固定する平面２ａ（吸着面）が形成されている。

そして、この平面２ａの中央部には、真空ポンプ２０に
接続された貫通口２ｂが形成されている。この吸着面２
ａの外側には、そこに真空吸着される半導体素子のバン
プ電極形成面に平行な鏡面部２ｃ（光反射面）が形成さ
れている。この鏡面部２Ｃは貫通口２ｂの外側に、例え
ば光反射性の良好な材料からなる部材を埋め込み、これ
を研磨することにより形成する。更に、ボンディングツ
ール２は、実装装置に装着される基板３の半導体素子搭
載面３ａをＸＹ平面としたとき、このＸＹ平面に対して
直交する方向Ｚに移動可能であり、更に、このＸＹ平面
に平行で、平面２ａ上の貫通孔２ｂの中心を通る平面を
規定するＸＹ両軸に対してそれぞれ回転角θｘ１θｙ方
向に調節可能に保持されている。

この半導体素子実装装置の基板保持部４は、基板３をそ
の下面全面で支持し、基板３を所定の位置に保持固定す
る固定機構（図示せず）を備えている。そして、この基
板保持部４の基板保持領域の外側領域であって、上記光
反射面２Ｃに対応する位置には、平行度検出部５が設け
られている。

この平行度検出部５は、ボンディングツール２の光反射
面２ｃにスポット光を照射する、例えば半導体レーザ素
子等のレーザ光照射器６と、このレーザ光照射器６より
離間した位置にこのレーザ光照射器６から照射されたレ
ーザ光の光反射面２ｃでの反射光を受光し、その受光位
置を特定できる２次元位置検出センサ７、例えば２次元
半導体センサとを備えている。更に、この平行度検出部
５は、２次元位置検出センサ７からの信号に基づき、レ
ーザ光照射器６の設けられている位置及びその照射角度
、更にボンディングツール２の高さ位置に基づいて、ボ
ンディングツール２に搭載されている半導体素子１のバ
ンプ電極形成面１ａと基板の素子搭載面３ａとの傾斜状
態を算出する傾斜演算算出部７を備えている。

上記のように構成したことにより、第２図（ｂ）に示す
ように、光反射面２Ｃが基板の素子搭載面に平行な時は
、レーザ光照射器６から出射したレザ光Ａは、光反射面
２Ｃで反射され、２次元位置検出センサ７の所定の位置
６ａに到達する。

方第２図（ｃ）に示すように、光反射面２Ｃが基板の素
子搭載面に対して傾斜している時は、レーザ光照射器６
から出射したレーザ光Ｂは、光反射面２ｃで反射され、
２次元位置検出センサ７の所定の位置からずれた位置６
ｂに到達する。例えば、レーザ光が基板保持面４ａに対
して垂直方向に照射している場合には、第２図（ｄ）に
示すようにボンディングツール２の光反射面２Ｃかθ０
だけ傾斜すると、θ０が零に近いときは、レーザ光は約
２θ　だけ傾斜し、その結果、２次元位置検出センサへ
の入射位置Ｗは、レーザ光照射器６の位置に於けるボン
ディングツール２の高さをｄとすると、２θｏｘｄ−Ｗ
となる。このことより、ｄ−２５ｍｍの時、Ｗの変位量
を５μｍの精度でＩＩ定できたとすると、θ　、すなわ
ち光反射面２ｃの傾斜の精度１／１００００ｒａｄとな
る。この結果から、１０ｍｍの距離当たり１μｍの精度
で平行度を調節することができる。このように、２次元
位置検出センサ７でのレーザ光の入射位置を検知するこ
とにより、ボンディングツール２に搭載された半導体素
子１のバンプ電極形成面１ａの基板３上の素子搭載面３
ａに対する傾斜状態を高い精度で知ることができる。ま
た、２次元の位置検出センサ７を使用したことにより、
半導体素子１のバンプ電極形成面１ａの傾斜方向も知る
ことができる。

そして、ボンディングツールが所定の高さにあるときの
２次元位置検出センサ７でのレーザ光の検出位置が所定
の位置にあるとき、ボンディングツール２上の半導体素
子１のバンプ電極形成面１ａか、基板保持部４の基板３
の素子搭載面３ａに平行となっている。

次に、上記装置を使用して、半導体素子１を基板３上の
素子搭載面３ａ上にフェースダウンボンディングする方
法について説明する。

マス、バンプ電極が形成されている面の反対面かボンデ
ィングツール２の貫通孔２ｂを覆うように半導体素子１
をセットし、真空ポンプ２０で貫通孔２ｂ内を真空吸引
して、半導体素子１をボンディングツール２の先端部に
吸着固定する。

次に、ボンディングツール２を−Ｚ力方向移動させてい
く。そして、ボンディングツール２と基板保持部４とが
所定の距離まで近付いたとき、レーザ光照射器６からレ
ーザ光を照射する。しかし、ボンデインツール２か基板
保持部４に対して大きく傾斜しているときは、光反射面
２Ｃてのレーザ光の反射光は２次元位置検出センサ７内
に入射しない。その場合には、ボンディングツール２の
Ｘ軸方向の回転角θＸ、Ｙ軸方向の回転角θｙを調節し
、反射光が２次元位置検出センサ７内に照射されるよう
にする。そして、２次元位置検出センサ７により反射光
の入射位置を検出し、ボンディングツール２上の半導体
素子１のバンプ電極形成面］ａの傾斜状態を演算算出す
る。

次に、この算出により求められた傾斜状態を補正するよ
うにボンディングツール２のＸ軸方向の回転角θｘ、Ｙ
軸方向の回転角θｙを調節し、反射光が所定の位置（平
行となったとき、反射光が照射される位置）にくるよう
にする。この状態でボンディングツール２の傾斜を固定
し、ボンディングツール２を−Ｚ方向に移動させてフェ
ースダウンボンディングを行う。

このようにして、半導体素子１のバンプ電極か形成面１
ａと、基板の半導体素子搭載面３ａとの平行度を簡単に
かつ精度よく検出でき、この検出結果に基ついて、ボン
ディングツール２の傾斜を調整することにより、高精度
なフェースダウンボンディングを実施することかできる
。

本発明は上記実施例に限定されず種々の変形例か考えら
れ得る。

具体的には、上記実施例において、ボンディングツール
２の傾斜を調整することかできるステッピングモータ等
の電気制御型の傾斜駆動機構を設け、更に、ボンディン
グツール２をＺ方向に移動させる移動機構を電気制御型
にし、これらを制御する、例えば、マイクロコンピュー
タのような電子制御装置を設けておくことにより、自動
的に半導体素子のバンプ電極形成面１ａを基板３の素子
搭載面３ａに対して平行に調節し、フェースダウンボン
ディングを実施させることができる。具体的には、ます
、電子制御装置を各機構に接続し、平行度検出部５から
の信号に基づく傾斜状態に従って傾斜駆動機構を付勢さ
せ、ボンディングツールの傾斜の調節を行なわせる。そ
してその後、ボンディングツール２の傾斜を固定した後
、移動機構を付勢させ、ボンディングツールを−Ｚ力方
向移動させてフェースダウンボンディングを行うように
構成する。

〔発明の効果〕

本発明の半導体素子実装装置では、先に説明したように
、基板保持部に設けた平行度位置検出部とボンディング
ツール上の光反射面とにより半導体素子と基板との平行
度を、演算算出し、その算出検知結果から半導体素子と
基板との平行度を精度よく検出しているので、微細なバ
ンプを有する半導体素子においても確実なフェースダウ
ンボンディングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体素子実装装置の構成
を示す図、第２図は第１図に示す基板保持部上の平行度
検出部の配置状態及びこの平行度検出部の検出原理を説
明する図である。 １・・・半導体素子、２・・・ボンディングツール、３
・・基板、４・・・基板保持部、５・・・平行度検知部
、６・・・レーザ光照射器、７・・・２次元位置検出セ
ンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸着面と、前記吸着面の外側に設けられ、前記吸着
   面に平行な光反射面とを有し、片面にバンプ電極が形成
   されている半導体素子を反対面で吸着面に吸着させて保
   持するボンディングツールと、 前記半導体素子が実装される基板を保持する保持部材と
   、 前記ボンディングツールを前記保持部材に対して移動さ
   せる移動機構と、 前記保持部材に設けられ、前記光反射面に対してスポッ
   ト光を照射する光照射手段と、 前記保持部材に設けられ、前記光照射手段から出射した
   光の前記光反射面での反射光が入射するような位置に配
   置され、入射した反射光の入射位置を特定できる光位置
   検出手段と、 前記光位置検出手段からの出力に基づいて、前記ボンデ
   ィングツールに搭載された半導体素子と前記保持部材に
   搭載された基板との平行度を求める平行度検出手段とを
   備えた半導体素子実装装置。 ２、前記ボンディングツールがその吸着面の基板保持面
   に対する傾斜を調整できる傾斜調整機構を含み、前記移
   動機構、前記傾斜調整機構を前記平行度検出手段からの
   検出結果に基づいて制御する制御手段を更に備えている
   請求項１記載の半導体素子実装装置。