(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングアーム先端部の吸着ヘッドに吸着した半導体チップを実装ポジションでボンディングするボンディング装置において、
前記ボンディングアームが、吸着ヘッドに達する撮像用の透光性部分を備え、
前記吸着ヘッドが、透光性部分を有するヘッド本体を備え、
前記ヘッド本体の下面が下向きに凸の湾曲形状をなしており、前記ヘッド本体は、半導体チップ上面に接した状態で押し下げ力を受けることにより、下面が平面状となるように弾性変形し得るものであって、前記ヘッド本体が、下向きに凸の湾曲形状をなし透光性を有する板状部材を下端部に備えるとともに、透光性を有し下面が平らな支持部材を前記板状部材の上方に配置して、この支持部材にて前記板状部材の縁部が支持され、該ヘッド本体が半導体チップ上面に接した状態で押し下げ力を受けることにより、前記板状部材が該半導体チップ上面及び前記支持部材の下面に接して平面状となるように弾性変形することを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
前記ヘッド本体が、透光性を有し下面が平らな支持部材と、該支持部材の下面に接し、下向きに凸の湾曲形状をなす下面を有した透光性の弾性材料製ブロックとを備え、該ブロックは半導体チップ上面に接した状態で前記支持部材を経て押し下げ力を受けることにより、下面が平面状となるように弾性変形し得ることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項３】
ボンディングアーム先端部の吸着ヘッドに吸着した半導体チップを実装ポジションでボンディングするボンディング装置において、
前記ボンディングアームが、吸着ヘッドに達する撮像用の透光性部分を備え、
前記吸着ヘッドが、透光性部分を有するヘッド本体を備え、
前記ヘッド本体は、下面が下向きに凸の湾曲形状をなした透明な板状部材と、この板状部材の下面に沿って設けられる透明導電膜ヒータとを有し、かつ、ヘッド本体の裏面側に空間部を設け、その透明導電膜ヒータが半導体チップ上面に接した状態で前記ヘッド本体が押し下げ力を受けることにより、透明導電膜ヒータ及び板状部材が弾性変形して平板状となることを特徴とするボンディング装置。
【請求項４】
前記ヘッド本体下面の湾曲形状が、円柱の周面の一部により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに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、リードフレーム等の基板に半導体等のチップをマウントするボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、リードフレームに半導体チップを実装するダイボンディングがボンディング装置により行なわれる。ボンディング装置は、細分されてウェーハシート上に多数並ぶ半導体チップの一つを吸着ヘッドで吸着し、ボンディングすべきリードフレームのアイランド部上に位置決めして載置し、半導体チップをリードフレームに接合する。接合は、例えば吸着ヘッドに内蔵されたヒータにより、半導体チップ下面のバンプを融解することによりリードフレームにはんだ付けしたり、半導体チップ下面に塗布された接着剤を加熱硬化したりすることにより行なわれる。
【０００３】
この工程は、例えば図８(a) に示すように行なわれる。すなわち、吸気路１１１及びヒータ１１２を有した吸着ヘッド１１０により半導体チップＴを吸着し、基板StのリードフレームＦ上に至らしめる。このとき、半導体チップＴの位置を位置検出装置１２０により検出する。
【０００４】
位置検出装置１２０は、例えば、プリズム１２１ａ，１２１ｂと、撮像装置１２２，１２３とを備えたものとされ、プリズム１２１ａ，１２１ｂは、傾斜面を相互に対向させて配置され、共に半導体チップＴとリードフレームＦとの間に移動させられる。撮像装置１２２，１２３は、各々照光部とＣＣＤカメラ等の撮像部とを備えており、プリズム１２１ａ，１２１ｂの傾斜面に対して、左右の対向位置に配置されている。
【０００５】
撮像装置１２２の照光部から出射した光はプリズム１２１ａで上方へ反射されて半導体チップＴの下面を照射し、撮像装置１２３の照光部から出射した光はプリズム１２１ｂで下方へ反射されてリードフレームＦの上面を照射する。そして、半導体チップＴでの反射光は、再びプリズム１２１ａで反射されて撮像装置１２２に達し、その像の位置が検知される。リードフレームＦでの反射光は、プリズム１２１ｂで反射されて撮像装置１２３に達して、その像の位置が検知される。
【０００６】
位置の検知は、半導体チップＴ及びリードフレームＦのバンプ等、接合すべき位置に関与する部分を対象として行われる。こうして、リードフレームＦに対する半導体チップＴの位置を検知しながら、ボンディングアームを介して吸着ヘッド１１０の位置を調整し、正確な位置決めを行なう。位置決めが完了すると、プリズム１２１ａ，１２１ｂは半導体チップＴとリードフレームＦとの間の位置から退出し、ボンディングアーム及び吸着ヘッド１１０が下降して、半導体チップＴをリードフレームＦに接触させ、ヒータ１１２による加熱の下に、半導体チップＴをリードフレームＦに接合する。
【０００７】
ところが、半導体チップＴ及びリードフレームＦが接着剤によって行なわれる場合等は、向き合う面の一方又は双方にバンプ等の検知対象となる部分が無いことがある。このような場合は、図８(b) に示すように、位置検出装置１２０の照光部から赤外光を照射して照射光を反対側の面（半導体チップＴの上面等）まで到達させ、そこにある配線用部分Ｃ等の像の位置を検知して位置決めを行なうことができる。
【０００８】
しかしながら、半導体チップＴとリードフレームＦとの接合をＤＡＦで行なう場合は、図８(c) に示すように半導体チップＴの下面に設けられるＤＡＦの層Ｄが、赤外光を通過させない。その結果、照射光を反対側の面（半導体チップＴの上面等）の配線Ｃ等に到達させることができず、撮像による位置決めが不可能となる。
【０００９】
このような不都合を無くすため、また、位置検出の度にプリズムの位置を進退させる必要をなくすため、例えば特許文献１に示されているように、半導体チップＴの位置を吸着ヘッドの上方から検出する技術が提案されている。
【００１０】
図９はその装置の例を示しており、ボンディングアーム１４０の吸着ヘッド１４１及びアーム本体１４２に透光性部分（透明部分）を設け、その上方に撮像装置を配置した構造を有する。撮像装置１５０，１６０は、ウェーハホルダ１７０上方のピックアップ位置と、リードフレームＦ上の実装位置とに対応して別個に設けられ、搬送手段１８０が両者の間でボンディングアーム１４０を矢印Ａで示すように移動させる。
【００１１】
半導体チップＴの位置決めは、撮像装置１５０，１６０の照光部から発せられる光により、チップと被実装部（アイランド部）とを同一画面で同時に検出することにより行なうことができる。これにより、正確な位置決めが可能となり、チップ下方からの撮像の問題は一応解消される。
【００１２】
ところで、薄形半導体チップのボンディングにおいて生じる他の問題は、接着剤を介してリードフレームに接着する場合に、接着剤層と接着面との間に空気を噛み込み、気泡を介在した接着状態となる点である。このような気泡の存在は、接着不良、チップの変形や破損、蓄熱等の問題を生じる畏れがある。
【００１３】
この問題に対処すべく、吸着ヘッド（コレット）を弾性変形可能な材料で形成し、下面を凸状とすることが提案されている（特許文献２）。これは、吸着孔を設けた吸着ヘッドの下面を凸状とすることにより、ピックアップ時に薄型チップを凸状面に沿わせて吸着し、基板への接合時には、下方への加圧力で吸着ヘッドの下面を平らに弾性変形させて、薄型チップを平面状に接合するものである。薄型チップの下面には接着フィルムが貼着されている。吸着ヘッドの下降と共に、基板との接触は、凸状面の中央から始まり両側方へと広がり、これに伴って空気を両側方へ追い出しながら接着が進行するため、空気の噛み込みがなく、気泡の介在が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−１２４３８２号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のように特許文献１に示された透光性部分を備えた吸着ヘッドは上方から半導体チップと被実装部とを同時撮像して半導体チップの正確な位置決めを可能にするが、薄型チップの場合に発生する気泡の問題を解決し得ない。一方、特許文献２に示された弾性変形可能な材料で形成された吸着ヘッドは気泡介在の問題は解決できるが、上方からの撮像を可能にする構造となっていないため、半導体チップと基板の被実装部との同時撮像による正確な位置決めができない。
【００１６】
本発明は、これらの問題点を解消し、半導体チップと基板の被実装部との同時撮像、及び薄型チップにおける気泡防止の双方を可能にするボンディング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】
【００１７】
本発明の第１のボンディング装置は、ボンディングアーム先端部の吸着ヘッドに吸着した半導体チップを実装ポジションでボンディングするボンディング装置において、前記ボンディングアームが、吸着ヘッドに達する撮像用の透光性部分を備え、前記吸着ヘッドが、透光性部分を有するヘッド本体を備え、前記ヘッド本体の下面が下向きに凸の湾曲形状をなしており、前記ヘッド本体は、半導体チップ上面に接した状態で押し下げ力を受けることにより、下面が平面状となるように弾性変形し得るものであって、前記ヘッド本体が、下向きに凸の湾曲形状をなし透光性を有する板状部材を下端部に備えるとともに、透光性を有し下面が平らな支持部材を前記板状部材の上方に配置して、この支持部材にて前記板状部材の縁部が支持され、該ヘッド本体が半導体チップ上面に接した状態で押し下げ力を受けることにより、前記板状部材が該半導体チップ上面及び前記支持部材の下面に接して平面状となるように弾性変形するものである。
本発明の第２のボンディング装置は、ボンディングアーム先端部の吸着ヘッドに吸着した半導体チップを実装ポジションでボンディングするボンディング装置において、前記ボンディングアームが、吸着ヘッドに達する撮像用の透光性部分を備え、前記吸着ヘッドが、透光性部分を有するヘッド本体を備え、前記ヘッド本体は、下面が下向きに凸の湾曲形状をなした透明な板状部材と、この板状部材の下面に沿って設けられる透明導電膜ヒータとを有し、かつ、ヘッド本体の裏面側に空間部を設け、その透明導電膜ヒータが半導体チップ上面に接した状態で前記ヘッド本体が押し下げ力を受けることにより、透明導電膜ヒータ及び板状部材が弾性変形して平板状となるものである。
【００１８】
前記第１及び第２のボンディング装置は、ボンディングアームの透光性部分を通じて吸着ヘッド下方の状況を撮像することができ、半導体チップと被実装部との同時撮像により半導体チップを被実装部に対して正確に位置決めすることができる。また、必要に応じて、半導体チップの吸着時にも、半導体チップの撮像に基づいて、吸着ヘッドによる吸着の位置決めを正確に行なうことができる。
【００１９】
さらに、吸着ヘッド、ヘッド本体の下面が下向きに凸の湾曲形状をなしており、ヘッド本体は、透明導電膜ヒータをチップ上面に接した状態で押し下げ力を受けることにより、下面が平面状となるように弾性変形する。したがって、吸着ヘッドで半導体チップを吸着し、リードフレーム等の被実装部に接合するときには、吸着ヘッドの下降と共に、被実装部との接触部位は凸状面の中央から両側方へと、空気を追い出しながら伸展して平面状となるので、空気の噛み込みがなく、接合部での気泡の介在が防止される。
【００２０】
前記吸着ヘッドは、前記ヘッド本体の下面に沿って設けられた透明導電膜ヒータを備えたものとすることができる。こうすれば、半導体チップが被実装部に最終的に接触した後は、ヘッド本体下面の透明導電膜ヒータによって接触部を加熱することにより、接着剤を迅速に硬化させて接合を行なうことができる。
【００２１】
なお、透明と言うときは、無色で完全な透明なものに限らず、有色のものまたは半透明のものも含む。
【発明の効果】
【００２２】
上述のように、本発明によれば、半導体チップと被実装部との同時撮像、及び薄型チップにおける気泡防止の双方を可能にするボンディング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るボンディング装置におけるボンディングアームを撮像装置と共に示す断面図である。
【図２】図１のボンディングアームによる半導体チップのピックアップから基板への接着までの工程を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るボンディング装置について、そのボンディングアームによる半導体チップのピックアップから基板への接着までの工程を示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係るボンディング装置について、そのボンディングアームによる半導体チップのピックアップから基板への接着までの工程を示す図である。
【図５】本発明のボンディング装置における吸着ヘッドの他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明にさらに他の実施形態係るボンディング装置における吸着ヘッドの斜視図である。
【図７】本発明にさらに他の実施形態係る３種類のボンディング装置における吸着ヘッドの縦断面図である。
【図８】従来のボンディング装置の一例の要部を示すものであり、(a) は吸着ヘッド及び撮像装置の一例の断面図、(b) は吸着ヘッド及び撮像装置の他の例の断面図、(c) はボンディング対象となる半導体チップの断面図である。
【図９】従来のボンディング装置の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図面中の同一又は同種の部分については、同じ番号を付して説明を一部省略する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係るボンディング装置について、そのボンディングアームを撮像装置と共に示す断面図である。図２は図１のボンディングアームによる半導体チップのピックアップから基板への接着までの工程を示す図であり、図２の(a) は半導体チップ吸着前、(b) は基板への接着前、(c) は基板への接着前段、(d) は基板への接着後段の状態を各々示している。
【００２６】
ボンディング装置の全体的な構成は、図９に示したものと同様であるので、共通部分の説明は省略し、以下では、ボンディングアーム及びその先端部に位置する吸着ヘッドを中心に説明する。
【００２７】
図示のボンディングアーム２は、上下方向に細長く延びるアーム本体２０と該アーム本体２０の下端部に固定された吸着ヘッド３０とを備えている。アーム本体２０は、水平方向への移動が可能な搬送手段４（図９の搬送手段１８０に相当）の保持部４０に保持されて、上下方向への移動及び鉛直軸回りの回転が可能となっている。
【００２８】
アーム本体２０は、上下方向に延びる円筒状の側壁２１と、下端の底壁２２とを備え、上端は開放されている。底壁２２は、撮像装置による吸着ヘッド３０下方の撮像のため、透明とされている。
【００２９】
アーム本体２０の上方には撮像装置５が配置され、ボンディング装置のフレーム（図示せず）により支持されている。撮像装置５は、この例ではＣＣＤカメラとされているが、吸着ヘッド３０下方の撮像が可能な種々の撮像装置を使用することができる。
【００３０】
アーム本体２０は、上記の形状の他、断面多角形の筒状、断面コ字状またはニ字状の側壁を有したものとすることができる。また、アーム本体２０の上端は、透光性を有する部材で閉じられていてもよい。
【００３１】
吸着ヘッド３０は、全体がほぼ直方体形状をなし、上下方向に延びる側壁３２の下端にヘッド本体３１が固着されている。側壁３２の上端には外向きフランジ３７が設けられ、該フランジ３７がボルト３４ａ及びナット３４ｂによりアーム本体２０の底壁２２に固定されている。フランジ３７と底壁２２との間には、吸着ヘッド３０内の気密性を保つために、シール部材（図示せず）を介在させている。
【００３２】
ヘッド本体３１は、下向きに凸の湾曲形状をなす透明な板状部材３１０で構成されており、板状部材３１０の下面に沿って透明導電膜ヒータ３３が設けられている。板状部材３１０は、例えば、ポリカーボネート製とすることができ、耐熱性を備え透光性を有する他のプラスチック製とすることもできる。
【００３３】
透明導電膜ヒータ３３は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の膜として形成することができ、スパッタリングにより、或いはインク化して加熱融着させることにより、板状部材３１０上に製膜することができる。
【００３４】
ヘッド本体３１はまた、透明導電膜ヒータ３３を半導体チップ上面に接触させた状態で押し下げ力を受けることにより、板状部材３１０が平面状に弾性変形する。ヘッド本体３１は、この弾性変形性を付与するように厚さを決められる。また、ヘッド本体３１の湾曲度は、５〜１５ｍｍの水平方向のスパンに対して、下方へ５０〜１００μｍの凸をなす程度とすることができる。なお、図では、理解を容易にするために板状部材３１０及び透明導電膜ヒータ３３の厚さ及び湾曲度を実際より誇張して示している（以下の実施形態においても同じ）。
【００３５】
ヘッド本体３１及び透明導電膜ヒータ３３には、半導体チップを吸着するための微小な貫通孔３５が形成されている。貫通孔３５は、図示の例では複数設けられているが、半導体チップの寸法及び吸引源の吸引能力に応じて単一の貫通孔とすることもできる。また、側壁３２には、吸引ホースを接続するための吸引ポート３６（図２）が設けられている。
【００３６】
このボンディング装置は、次のようにして使用される。図２(a) に示すように、保持シートＳｈには多数の半導体チップＴが保持されている。ボンディングアーム２は、搬送手段４によりピックアップステージに移動され、ピックアップすべき半導体チップＴに向けて下降する。このとき、撮像装置５による半導体チップＴの撮像に基づいて、吸着ヘッド３０による吸着の位置決めを行なう。これは、撮像装置５（図１）の照光部が、ボンディングアーム２の底壁２２及びヘッド本体３１の板状部材３１０を透過させて、照明光を照射し、その反射光を撮像部で撮像することにより行なわれる。位置決めの際、搬送手段４は、撮像装置５による画像を認識しつつ、吸着ヘッド３０が半導体チップＴに対して所定の位置となるようにボンディングアーム２を位置調整する。
【００３７】
次に図２(b) に示すように、ボンディングアーム２は、吸着ヘッド３０に半導体チップＴを吸着した状態で、ボンディングステージStへと移動し、接着すべき基板Ｂ上に位置決めされる。この位置決めは、ボンディングステージに到達したボンディングアーム２の上方（または他の撮像位置）に設置された撮像装置による撮像に基づいて行なわれる。この撮像装置には、半導体チップＴと基板Ｂとの双方の画像が得られる。搬送手段４は、撮像装置によるこれらの画像を認識しつつ、半導体チップＴが基板Ｂに対して所定の位置に至るようにボンディングアーム２を正確に位置調整する。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、搬送手段４の作動によってボンディングアーム２が下降する。ヘッド本体３１に吸着された半導体チップＴは、下方へ凸をなす形状に湾曲しているので、先ずその最下端が基板Ｂに接触する。この状態から図２（ｄ）に示すように、ボンディングアーム２はさらに下降する。これにより、ヘッド本体３１を構成する板状部材３１０及び透明導電膜ヒータ３３は弾性変形して平ら、つまり平板状になり、半導体チップＴもこれに伴って平面状となって全体が基板Ｂに接触する。こうして吸着ヘッド３０の下降と共に、半導体チップＴは、基板Ｂとの接触部位が凸状面の中央から両側方へと空気を追い出しながら、伸展して平面状となるので、空気の噛み込みがなく、接合部での気泡の介在が防止される。なお、図１と図２とからわかるように、この実施形態では、ヘッド本体３１の裏面側に空間部が設けられている。
【００３９】
ここで、透明導電膜ヒータ３３が通電されて発熱する。半導体チップＴの下面には、熱硬化性樹脂のフィルムＴｆ（ダイアタッチフィルム）が貼り付けられているので、透明導電膜ヒータ３３によって加熱され、半導体チップＴと基板Ｂとを接着する。なお、ヘッド本体３１の板状部材３１０は、湾曲状態から平面状へと変形する際に、変形方向の両端部間の距離が僅かに増大する。この距離の変化を許容するために、ボンディングアーム２の側壁３２は、図２(d) に矢印Ｐで示す方向へ弾性変形し得るように構成されている。これにより、板状部材３１０は、半導体チップＴを伴って平面状となる。なお、図では、理解を容易にするために変形量を実際より誇張して示しているが、実際には湾曲量は微小であるので、側壁３２にある程度の柔軟性を持たせておくことにより、上記変形は可能となる。また、湾曲した半導体チップＴの最下端が基板Ｂに接触した後、ボンディングアーム２の下降と同時に、側壁３２に作用する矢印Ｐ方向への引っ張りにより板状部材３１０を半導体チップＴと共に平面状にすることもできる。
【００４０】
この後は、吸着ヘッド３０の吸引が解除され、ボンディングアーム２が上昇して、半導体チップＴが接着された基板Ｂは、次工程へ搬送される。
【００４１】
図３は、本発明の他の実施形態に係るボンディング装置について、そのボンディングアームによる半導体チップのピックアップから基板への接着までの工程を示している。この実施形態のボンディングアームは、図２に示したものと基本的構造が同じであり、以下の点において相違している。
【００４２】
すなわち、吸着ヘッド３０ａのヘッド本体３１ａは、図２に示したものと同様の板状部材３１０に加えて、側壁３２間の下部に固着された支持部材３１１を備えている。板状部材３１０は、図２のものと同様に弾性変形性を有するのに対し、支持部材３１１は剛性の高いガラス、プラスチック等の透明な材料で構成されている。支持部材３１１の下面は平らであり、板状部材３１０の縁部付近に接している。
【００４３】
また、支持部材３１１には、下面から側面に延び、側壁３２の吸引ポート３６に連通する吸引路３１２が形成されている。また、支持部材３１１の下面には、該下面が板状部材３１０に接したときに、該板状部材３１０の貫通孔３５と吸引路３１２とを連通させるための横溝３１４が、該下面に沿って設けられている。支持部材３１１の側面は、上部が側壁３２に接着され、下部は接着されていない。図では非接着状態を明示するために支持部材３１１の下部の径が小さくされ、側壁３２との間に間隙３１３が形成されている状態が示されているが、下部が非接着状態であれば、必ずしもこのような縮径及び間隙は必要ではない。
【００４４】
この吸着ヘッド３０ａを備えたボンディング装置の使用形態も図２のものと同様であるので、相違点を中心に説明する。ボンディングアーム２は、図３(a) に示すように、ピックアップステージに移動され、ピックアップすべき半導体チップＴに向けて下降する。このとき、ボンディングステージに到達したボンディングアーム２の上方（または他の撮像位置）に設置された撮像装置による半導体チップＴの撮像に基づいて、吸着ヘッド３０の位置決めを行なう。この位置決めは、撮像装置（図１）の照光部が、ボンディングアーム２の底壁２２と、ヘッド本体３１ａの板状部材３１０及び支持部材３１１を透過させて、照明光を照射し、その反射光を撮像部で撮像することにより行なわれる。これにより、撮像装置に半導体チップＴの画像が得られ、搬送手段４は、この画像を認識しつつ、吸着ヘッド３０が半導体チップＴに対して所定の位置に至るようにボンディングアーム２を位置調整する。
【００４５】
次に、吸着ヘッド３０に半導体チップＴを吸着したボンディングアーム２は、図３(b) に示すように、ボンディングステージStへと移動し、接着すべき基板Ｂ上に位置決めされる。この位置決めの際には、撮像装置によって半導体チップＴと基板Ｂとの双方の画像が得られ、搬送手段４は、この画像を認識しつつ、半導体チップＴが基板Ｂに対して所定の位置に至るようにボンディングアーム２を正確に位置調整する。
【００４６】
次に、図３(c) に示すように、搬送手段４の作動によってボンディングアーム２が下降し、ヘッド本体３１に吸着され湾曲した半導体チップＴは、最下端が基板Ｂに接触する。この状態から図３(d) に示すように、ボンディングアーム２はさらに下降する。この実施形態では、支持部材３１１の下面が板状部材３１０の中央部に当接した時に、下降のための駆動圧の変化を検知するなどして、下降を停止させることもできる。
【００４７】
これにより、板状部材３１０は弾性変形して平らになり、半導体チップＴもこれに伴って、両側方へ空気を追い出しながら平面状となり、接合部での気泡の介在が防止される。ここで、透明導電膜ヒータ３３が通電されて発熱し、半導体チップＴと基板Ｂとが接着する。
【００４８】
支持部材３１１は、下部が側壁３２と非接着状態とされているので、側壁３２に拘束されることなく、板状部材３１０が湾曲状態から平面状へと変形するのに伴って、変形方向の両端部間の距離が増大するように変形する。
【００４９】
この後は、吸着ヘッド３０の吸引が解除され、ボンディングアーム２が上昇して、半導体チップＴが接着された基板Ｂは、次工程へ搬送される。
【００５０】
図４は、本発明のさらに他の実施形態に係るボンディング装置について、そのボンディングアームによる半導体チップのピックアップから基板への接着までの工程を示している。この実施形態のボンディングアームは、図３に示したものと基本的構造が同じであるので、相違点を中心に説明する。
【００５１】
吸着ヘッド３０ｂのヘッド本体３１ｂは、側壁３２間の下部に固着された支持部材３１１を備えている点は、図３に示したものと同様であるが、板状部材３１０に代えて、下向きに凸の湾曲形状をなす下面を有した透光性のブロック３１５を備えている。
【００５２】
支持部材３１１は剛性の高いプラスチック等の透明な材料で構成されているのに対し、ブロック３１５は、弾性変形性を有している。支持部材３１１は、例えば、石英ガラス、サファイアガラス、ポリカーボネート等の透光性を有するプラスチック製とすることができる。また、ブロック３１５は、シリコーン樹脂等の軟質で透光性を有するプラスチック製とすることができる。支持部材３１１の下面は平らであり、ブロック３１５の平らな上面に接している。
【００５３】
支持部材３１１及びブロック３１５には、ブロック３１５の下面から上方へ延び、支持部材３１１中を通って側壁３２の吸引ポート３６に連通する吸引路３１６が形成されている。支持部材３１１の側面は側壁３２に接着されている。側壁３２は、下端が支持部材３１１と同じ高さとされ、下面をブロック３１５により覆われているが、以下に説明するブロック３１５の変形を妨げなければ、より下方まで延びブロック３１５の側面を囲む形状とすることもできる。
【００５４】
この吸着ヘッド３０ｂを備えたボンディング装置の使用形態も図３のものと同様であるので、相違点を中心に説明する。
【００５５】
ボンディングアーム２は、図４(a) に示すように、ピックアップステージでピックアップすべき半導体チップＴに向けて下降する。このとき、ボンディングステージに設置された撮像装置による半導体チップＴの撮像に基づいて、吸着ヘッド３０の位置決めを行なう。この位置決めは、撮像装置が、ボンディングアーム２の底壁２２と、ヘッド本体３１ｂのブロック３１及び支持部材３１１を透過させて、照明光を照射し、その反射光を撮像することにより行なわれる。これにより、撮像装置に半導体チップＴの画像が得られ、搬送手段４は、この画像を認識しつつ、吸着ヘッド３０が半導体チップＴに対して所定の位置に至るようにボンディングアーム２を位置調整する。
【００５６】
吸着ヘッド３０に半導体チップＴを吸着したボンディングアーム２は、図４(b) に示すように、ボンディングステージStにおいて、接着すべき基板Ｂ上に位置決めされる。この位置決めも、撮像装置による撮像に基づいて行なわれる。搬送手段４は、その画像を認識しつつ、半導体チップＴが基板Ｂに対して所定の位置に至るようにボンディングアーム２を正確に位置調整する。
【００５７】
次に、図４(c) に示すように、ボンディングアーム２が下降し、ヘッド本体３１に吸着され湾曲した半導体チップＴは、最下端が基板Ｂに接触する。
【００５８】
この状態から図４(d) に示すように、ボンディングアーム２はさらに下降する。これに伴って、ブロック３１５は支持部材３１１の下面から圧力を受けて弾性変形し、下面が平らになる。半導体チップＴもこれに伴って、両側方へ空気を追い出しながら平面状となり、接合部での気泡の介在が防止される。ここで、透明導電膜ヒータ３３が通電されて発熱し、半導体チップＴと基板Ｂとが接着する。
【００５９】
ブロック３１５は、厚さを１〜５ｍｍとするのが望ましい。この厚さが前記下限値未満であると、凸形状から平面状への変化性が十分に得られない。また、この厚さが前記上限値を越えると、変形性が必要以上に高くなり正確な位置決めが困難となる。また、ヘッド本体３１の湾曲度は、５〜１５ｍｍの水平方向のスパンに対して、下方へ５０〜１００μｍの凸をなす程度に設定するのが望ましい。なお、ブロック３１５は、下面が湾曲状態から平面状へと変形する際に、両端部間の距離が矢印Ｑで示す方向へ弾性変形して僅かに増大する。この実施形態では、ブロック３１５の下面の変形に伴う駆動圧の変化を検知するなどして、下降を停止させることもできる。
【００６０】
この後は、吸着ヘッド３０の吸引が解除され、ボンディングアーム２が上昇して、半導体チップＴが接着された基板Ｂは、次工程へ搬送される。
【００６１】
ヘッド本体下面の湾曲形状は、図５に示すように、円柱の円周面の一部により形成されているのが望ましい。また、最下端となる中央部の軸線Ｌに沿って、マークＭを設けておくのが望ましい。ヘッド本体は、このマークＭに沿う方向においては、平面状に変形する際に長さが変化しない。したがって、半導体チップにおいて長さの変化を生じるのが好ましくない高精度部分を、マークＭに沿う方向にしてヘッド本体に吸着させることにより、高い精度で基板への接着状態が得られる。
【００６２】
図６は、本発明に係るボンディング装置に用いられる吸着ヘッドのさらに他の例を示している。この吸着ヘッド３０ｃは、図２に示したものと基本的には同様の構造を有しているが、ヘッド本体３１（板状部材３１０）のすぐ上方にプリズム３８を備え、撮像装置５は、下方から鉛直方向に入射した光の反射光を受ける位置に配置されている。また、プリズム３８と撮像装置５との間の光路に位置する側壁３９部分は透光性を有したものとされる。例えば、図示のように、プリズム３８の傾斜面が４５度傾斜していれば、撮像装置５は、プリズム３８から水平方向に離反した位置に配置され、プリズム３８と撮像装置５との間に位置する側壁３９は透明または透光性を有したものとされる。この配置に基づき、撮像装置５は、側壁３９、プリズム３８及びヘッド本体３１を経て、照明光を照射し、その反射光を撮像することができる。
【００６３】
このようなプリズムを用いた光路の変更は、ボンディングアーム２の側壁２１の位置にプリズムを設置し、該側壁に透光性を持たせることによっても行なうことができる。
【００６４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記実施形態において板状部材３１０，支持部材３１１，ブロック３１５等、透明と説明した部材は、これらの部材全体が透明でなくても、撮像に必要な部分が透明であればよい。撮像装置の光路を曲折させる手段としては、プリズムの他、反射鏡を用いることもできる。
【００６５】
上記実施形態においては、吸着ヘッドが下部に透明導電膜ヒータを備えたものを示したが、この透明導電膜ヒータは必ずしも備える必要はない。図７は透明導電膜ヒータを備えない吸着ヘッドの例を示しており、(a) は図２、(b) は図３、(c) は図４に各々対応した形態で、吸着ヘッド３０ｄ，３０ｅ，３０ｆを各々表している。これらの吸着ヘッドのヘッド本体３１ｄ，３１ｅは下面が板状部材３１０で形成され、ヘッド本体３１ｆは下面がブロック３１５で形成されている。接着に必要な加熱は、例えば、ボンディングステージに設置されたヒータHtで行なうことができ、或いは、ボンディングアームの透光性を利用して赤外線レーザをアーム上方から接着部位に照射することにより行なうことができる。
る。
【符号の説明】
【００６６】
２：      ボンディングアーム
４：      搬送手段
５：      撮像装置
２０：    アーム本体
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ：  吸着ヘッド
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ：  ヘッド本体
３３：    透明導電膜ヒータ
３６：    吸引ポート
３１０：  板状部材
３１１：  支持部材
３１５：  ブロック
Ｂ：      基板
Ｆ：      リードフレーム
St：      ボンディングステージ
Ｔ：      半導体チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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