(57)【要約】      （修正有）【課題】被覆手段のボンディングヘッド挿入用開口部の位置を変更可能として，小さな開口部で，大型で多数か所のボンディング位置を有する基板に対しても，不活性ガス雰囲気中で電子部品をボンディング可能とする。【解決手段】ボンディング装置に次の手段を採用する。第１に，ボンディングヘッド３と，ボンディングステージ６と，ステージ上の基板被覆手段８，９と，その内部への不活性ガス供給手段とを備え，不活性ガス雰囲気中で１つの基板の異なる位置に電子部品１を複数回ボンディングする装置とする。第２に，被覆手段は，基板を取り囲む外周部材と，基板上方を覆うとともにボンディングヘッドの先端を挿入させる開口部を形成した上方部材と，両者を密接させる結合手段とを備える。第３に，上記密接状態を解除して外周部材に対して上方部材を相対移動させ，ボンディングステージ上の基板に対する開口部の位置を変更可能とする。【選択図】図１
2010123786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を保持するボンディングヘッドと，
電子部品が搭載される基板を支持するボンディングステージと，
ボンディングステージ上で基板の周囲及び上方を覆うとともに上部にボンディングヘッドの先端を挿入させる開口を有する被覆手段と，
被覆手段で覆われた内部に不活性ガスを供給する気体供給手段とを備え，
不活性ガス雰囲気中で１つの基板の異なる位置に電子部品を複数回ボンディングするボンディング装置であって，
前記被覆手段は，基板の周囲を取り囲む外周部材と，基板上方を覆うとともにボンディングヘッドの先端を挿入させる開口部を形成した上方部材と，これら外周部材と上方部材を密接させる結合手段とを備え，
外周部材と上方部材の密接状態を解除して外周部材に対して上方部材を相対移動させ，ボンディングステージ上の基板に対する上方部材の開口部の位置を変更可能としたことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
基板におけるボンディング位置の変更に伴う，ボンディングステージに対するボンディングヘッドの相対移動に従って，外周部材に対して上方部材を相対移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，不活性ガス雰囲気中で基板に電子部品をボンディングするボンディング装置の改良に関するもので，主として集合基板のような大型な基板に，電子部品を複数回ボンディングするボンディング装置を対象に開発されたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，基板に発光体などの小型半導体チップをボンディングする場合，低酸素濃度雰囲気下で高温プロセスを実施しないと，基板と半導体チップの間での拡散性が悪くなり，適正なるボンディング強度を得られないため，窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気により，酸素濃度を低下させ，そこでボンディングする方法が知られていた。
【０００３】
上記酸素濃度を低下させる方法は，特許文献１に示されるように，ボンディングステージ回りに基板を覆う被覆手段（特許文献１では還元ボックスと称する）を設け，被覆手段で覆われた内側に不活性ガス（特許文献１では還元ガス）を供給するものであった。この被覆手段で覆われた内側で，基板に電子部品をボンディングするため，被覆手段の上部にはボンディングヘッドの先端が挿入できる開口部が開けられていた。
【０００４】
従来は，基板のサイズが小さかったことや，ボンディング箇所が１つであったため，ボンディングヘッドが挿入される開口部を極力小さくすることができ，ボンディングヘッドの先端とそれが挿入される開口部との間からの酸素の回り込みは容認できる限度であった。しかし，最近の基板は，生産性を考慮して，集合基板となり，サイズも大型化してきた。このような大型の集合基板では，ボンディング位置が数か所あるため，ボンディングヘッドの先端が挿入される開口部を小さくできず，開口部とボンディングヘッド先端との間からの酸素の回り込みを防ぐことができなくなってしまった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−７４３１４号公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は，被覆手段上部に設けられたボンディングヘッド先端部挿入用開口部の位置を変更可能として，ボンディングヘッドの先端が挿入される開口部を極力小さくしても，集合基板のような大型で多数か所のボンディング位置を有する基板に対して，不活性ガス雰囲気中で電子部品をボンディングすることができるボンディング装置とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は，上記課題を解決するためボンディング装置に次の手段を採用する。
第１に，電子部品を保持するボンディングヘッドと，電子部品が搭載される基板を支持するボンディングステージと，ボンディングステージ上で基板の周囲及び上方を覆うとともに上部にボンディングヘッドの先端を挿入させる開口を有する被覆手段と，被覆手段で覆われた内部に不活性ガスを供給する気体供給手段とを備え，不活性ガス雰囲気中で１つの基板の異なるボンディング位置に電子部品を複数回ボンディングするボンディング装置とする。
【０００８】
第２に，前記被覆手段は，基板の周囲を取り囲む外周部材と，基板上方を覆うとともにボンディングヘッドの先端を挿入させる開口部を形成した上方部材と，これら外周部材と上方部材を密接させる結合手段とを備える。
【０００９】
第３に，外周部材と上方部材の密接状態を解除して外周部材に対して上方部材を相対移動させ，ボンディングステージ上の基板に対する上方部材の開口部の位置を変更可能とする。
【００１０】
第２の発明は  第１の発明に，基板におけるボンディング位置の変更に伴う，ボンディングステージに対するボンディングヘッドの相対移動に従って，外周部材に対して上方部材を相対移動させる移動手段を備えることを付加したボンディング装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は，被覆手段上部に設けられたボンディングヘッド先端部の挿入用開口部の位置を変更可能としているので，該開口部の位置を目的のボンディング位置に移動させることができる。したがって，ボンディングヘッドの先端が挿入される開口部は，１つのボンディング位置にボンディングする場合と同じく極力小さくできる。このため集合基板のような大型で多数個のボンディング位置を有する基板に対しても，容易に不活性ガス雰囲気中で電子部品をボンディングすることができるボンディング装置となった。
【００１２】
不活性ガス雰囲気中でのボンディングとなるため，フラックスの使用が不要となり，洗浄工程を省くことができ，生産コストを下げることができた。特に，発光体のような薄膜電極のような場合には，洗浄してもフラックス除去が難しかったが，フラックスを不要としたので，生産コストの低減だけでなく，ボンディング後の電子製品の性能においても高品質なものを得ることができるものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，図面に従って，実施例とともに本発明の実施の形態について説明する。
本発明に利用するフリップチップボンダの概要について説明する。実施例でのフリップチップボンダは，電子部品である半導体チップ１をボンディング位置が数か所ある集合基板２に複数回のボンディング動作によりボンディングする装置である。実施例での集合基板２は，異なる４箇所に半導体チップ１をボンディングするものを用いている。
【００１４】
フリップチップボンダは図１に示されるように，半導体チップ１を吸着保持するボンディングツール４を有するボンディングヘッド３と，半導体チップ１をボンディングツール４に供給するチップ供給部５と，集合基板２が載置され，ボンディングが行われるボンディングステージとしての基板ステージ６と，ボンディングヘッド３をチップ供給部５のチップ供給位置と基板ステージ６上のボンディング位置との間で移動させるヘッドＹ軸移動機構７と，本発明における被覆手段となる窒素パージブロック８，窒素パージフード９及びフードＹ軸移動機構１０と，本発明における不活性ガスを供給する気体供給手段となる窒素ガス供給機構とを備えている。
【００１５】
ボンディングヘッド３は，Ｙ軸方向（図１中左右方向）への移動のためのヘッドＹ軸移動機構７の移動プレート１１に設けられており，半導体チップ１を吸着保持するボンディングツール４と，移動プレート１１にヘッドＺ軸移動機構１２を介して上下動自在に取り付けられているボンディングヘッドボディ１３と，ボンディングヘッドボディ１３内に配置され，ボンディングツール４のθ軸方向（回転方向）の移動を行うθ軸移動機構と，ボンディングツール４に保持された半導体チップ１を加熱するパルスヒータ装置を有している。これによりボンディングヘッド３は，Ｙ軸，Ｚ軸及びθ軸での移動及び半導体チップの加熱の機構を有することになる。
【００１６】
ボンディングヘッド３は，チップ供給部５の供給位置でボンディングツール４に半導体チップ１を吸着保持し，移動及び下降して集合基板２の１つのボンディング位置に，半導体チップ１を搭載し，加熱して接合し，冷却後固定して最初のボンディングを完了する。その後，上昇して，再度，チップ供給位置に戻り，次の半導体チップ１を吸着保持し，移動して集合基板２上の異なるボンディング位置に，次の半導体チップ１をボンディングする動作を繰り返す。なお，ボンディングヘッド３には，ボンディングヘッド３とともにＹ軸方向及びＺ軸方向への移動が可能なトップカメラ１４が備えられている。
【００１７】
基板ステージ６は，内部に加熱用カートリッジヒータ１５，窒素ガス供給路１６及び図示されていない基板吸着用の真空吸引路及び基板吸着用の基板バキューム孔２４が設けられている。基板ステージ６は，Ｘ軸方向（前後方向でＹ軸と直交する方向）へのステージＸ軸移動機構１８を備えている。なお，チップ供給部５と基板ステージ６の間には，ボンディングツール４の移動経路の下方に，ボトムカメラ１９が備えられている。
【００１８】
基板ステージ６上には，本発明における被覆手段の一部を構成する窒素パージブロック８が設けられている。窒素パージブロック８は，中央に集合基板２が配置される大きさの空部２０が形成され，該集合基板２の周囲を取り囲む大きさの外周部材であって，基板ステージ６上に設けられる。窒素パージブロック８には，空部２０の内壁面に窒素ガス噴出口２５，上面に窒素パージフード９を密着させるためのバキューム溝１７が形成されている。バキューム溝１７は，図示されていない真空吸引源と吸引通路２１で接続されており，窒素ガス噴出口２５は，図示しないボンベ等のガス供給手段に接続されて気体供給機構を構成している基板ステージ６や，窒素パージブロック８や，窒素ガス噴出部２３に形成された窒素ガス供給路１６と接続されている。
【００１９】
窒素パージフード９は，中央部にボンディングヘッド３の先端のボンディングツール４が挿入されるヘッド挿入開口部２２が空けられた板状体である。ヘッド挿入開口部２２は，ボンディングヘッド３のボンディングツール４が挿入できる限度で極力小さく形成されている。なお，窒素パージフード９は，バキューム溝１７の吸引力により窒素パージブロック８上面に密着結合が可能で，更に，該密着を解除することで，窒素パージブロック８上面をフードＹ軸移動機構１０によりＹ軸方向に移動可能とされている。なお，窒素パージフード９のヘッド挿入開口部２２の周囲には２層目窒素ガス噴出部２３を設けてある。
【００２０】
以下，実施例のフリップチップボンダの動作について説明する。
まず，半導体チップ１は，ウエハ又はチップトレイで供給され，ボンディングヘッド３のボンディングツール４に吸着保持される。ボンディングツール４で吸着保持された半導体チップ１は，ボトムカメラ１９にて画像処理され，吸着状態が認識される。他方，集合基板２は，バキューム溝１７の吸引力を解除した状態で，窒素パージフード９をフードＹ軸移動機構１０により退避させて，基板ステージ６上に設置された窒素パージブロック８の空部２０の上方を開放して，この空部２０内に搬入され，基板バキューム孔２４の吸引力で基板ステージ６上に固定される。
【００２１】
ステージＸ軸移動機構１８により基板ステージ６を移動させ，フードＹ軸移動機構１０により窒素パージフード９を移動させ，ヘッド挿入開口部２２を集合基板２の所定のボンディング位置に配置させる。その後，トップカメラ１４により集合基板の画像処理を行う。ボンディング位置合わせのための画像処理である。
【００２２】
この際，加熱された基板ステージ６内部の窒素ガス供給路１６にパージ用の窒素ガスを通過させ，窒素ガスを加熱する。加熱された窒素ガスは，窒素パージブロック８の内周部に設けられた窒素ガス噴出口２５より，集合基板２に向けて四方より噴射される。このように窒素ガスを加熱することにより，半導体チップ１や集合基板２が窒素ガスの噴射により冷却されることを防止している。なお，窒素ガスの加熱は，基板ステージ６を加熱するカートリッジヒータ１５の近傍に窒素ガス供給路１６を配置することで，特別な加熱手段を要しないものとなっている。その後，ボンディングヘッド３を下降させて，ヘッド挿入開口部２２からボンディングツール４を空部２０内に挿入させる。このとき窒素パージブロック８の上部には窒素パージフード９があり，バキューム溝１７の吸引力で固定されているため，酸素の回り込みを防ぐことができる。その後，窒素パージブロック８の空部２０内の酸素濃度を測定し，適正値に至ったところで，前記画像処理に従って位置補正を行い，ボンディングツール４をさらに下降させて，半導体チップ１は，集合基板２にボンディングされることになる。なお，位置補正の際には，バキューム溝１７の吸引力を解除し，ボンディングヘッド３のＹ軸方向への移動に従ってフードＹ軸移動機構１０を作動させて，ボンディングツール４と一体的に窒素パージフード９を移動させる。また，窒素パージフード９のヘッド挿入開口部２２の周囲には２層目窒素ガス噴出部２３を設けてあるため，ここからも窒素ガスが噴出され，ボンディングツール４とヘッド挿入開口部２２との隙間からの酸素の回り込みをより確実に防止している。
【００２３】
１個目の半導体チップ１が，所定位置にボンディングされた後，ボンディングヘッド３は上昇して，再度，チップ供給位置に戻り，次の半導体チップ１を吸着保持する。この時，第２のボンディング位置にヘッド開口部２２を移動させるのには，窒素パージフード９を，フードＹ軸移動機構１０によりＹ軸方向に移動させるか，又は，ステージＸ軸移動機構１８により基板ステージ６をＸ軸方向に移動させるか，または，これらの複合動作により行われる。
【００２４】
なお，実施例では窒素ガスは加熱されて供給されることとされているが，窒素ガス供給路１６による窒素ガスの供給圧を高低切り換え可能に構成し，ボンディング時は，低圧で窒素ガス噴射口２５から加熱された窒素ガスを吹き出すようにし，ボンディング後は，高圧で噴射させて，ボンディングツール４や基板ステージ６，半導体チップ１や集合基板２を冷却するよう構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例に係るフリップチップボンダの概要を示す斜視説明図
【図２】基板ステージ上の被覆手段と気体供給機構を示す説明正面図
【図３】窒素パージブロックの平面説明図
【図４】窒素パージフードの平面説明図
【符号の説明】
【００２６】
１・・・・・半導体チップ
２・・・・・集合基板
３・・・・・ボンディングヘッド
４・・・・・ボンディングツール
５・・・・・チップ供給部
６・・・・・基板ステージ
７・・・・・ヘッドＹ軸移動機構
８・・・・・窒素パージブロック
９・・・・・窒素パージフード
１０・・・・フードＹ軸移動機構
１１・・・・移動プレート
１２・・・・ヘッドＺ軸移動機構
１３・・・・ボンディングヘッドボディ
１４・・・・トップカメラ
１５・・・・カートリッジヒータ
１６・・・・窒素ガス供給路
１７・・・・バキューム溝
１８・・・・ステージＸ軸移動機構
１９・・・・ボトムカメラ
２０・・・・空部
２１・・・・吸引通路
２２・・・・ヘッド挿入開口部
２３・・・・窒素ガス噴出部
２４・・・・基板バキューム孔
２５・・・・窒素ガス噴出口
【図１】
2010123786.tif 000003
【図２】
2010123786.tif 000004
【図３】
2010123786.tif 000005
【図４】
2010123786.tif 000006