(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを保持すると共に、該半導体チップを押圧する押圧面を有するヘッドと、
上記半導体チップが上記ヘッドによりボンディングされる基板を、載置する面を有するステージとを有し、上記押圧面又は上記面には、表面が平な平面部材を当接し、
レーザ光により距離を測定するもので、該ヘッドの押圧面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記押圧面までの距離を測定する第１の測定手段と、レーザ光により距離を測定するもので、該ステージの面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記面までの距離を測定する第２の測定手段と、
上記第１の測定手段を上記ヘッドの押圧面に沿って水平に相対移動させる第１の移動機構と、
上記第２の測定手段を上記ステージの面に沿って水平に相対移動させる第２の移動機構と、
上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを調整する傾き調整機構と、上記第１の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第１の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ヘッドの押圧面の傾きを演算し、上記第２の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第２の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ステージの面の傾きを演算し、上記ヘッドの押圧面及び上記ステージの面の傾きの演算値に基づいて上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを演算する演算手段と、
該演算手段の上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面の傾き値に基づいて上記傾き調整機構により上記ヘッドの押圧面又はステージの面の傾きを調整する制御手段と、を備え、
たことを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
上記第１の移動機構と上記第２の移動機構が同一である、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】
上記第１及び第２の移動機構は、上記ヘッド又は上記ステージの移動機構である、ことを特徴とする請求項２に記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体チップを保持するヘッドに対して、基板を保持するステージの平行度を簡易に測定および自動調整するボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップなどを基板などにダイレクトにボンディングする工程において、ボンディング時のチップ、基板間の平行度は安定した製品を製作する上で重要である。よって、このようなボンディング装置において、ヘッドとステージ間の平行度調整は数μｍのレベルで行う必要がある。
【０００３】
かかる従来のボンディング装置として特開平６−１４０４６７号公報の図６によって説明する。図６において、ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤは加圧ステージＳＴにおいてボンディングヘッドＢＨと接触すべき領域の四隅に形成されたキャパシタンス部である。Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４はキャパシタンス部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤのそれぞれに接続される第１、第２、第３、第４の静電容量検出部で、ボンディングヘッドＢＨとこれらキャパシタンス部ＣＡ〜ＣＤとの間に所定電圧Ｅを印加すると共に、これらのキャパシタンス部ＣＡ〜ＣＤの各静電容量を検出するものである。
【０００４】
上記のように構成されたボンディング装置の平行度調整手順を図６によって説明する。まず、ヘッド駆動機構（図示せず）を駆動して、ボンディングヘッドＢＨを下降して押圧し（ステップ１）、ボンディングヘッドＢＨと加圧ステージＳＴとの隙間が所定の値に達すると、第１のキャパシタンス部ＣＡとボンディングヘッドＢＨ間に電圧Ｅを印加したうえで、第１静電容量検出部Ｓ１によりキャパシタンス部ＣＡの静電容量を測定し、データが制御手段ＣＵへ送られる（ステップ２）。同様に、第２、第３、第４のキャパシタンス部ＣＢ，ＣＣ，ＣＤについても測定を行う（ステップ３）。
そして、これらの静電容量ＣＡ〜ＣＤの全てが等しい場合は、加圧ステージＳＴに対し、ボンディングヘッドＢＨが平行とみなして、ボンディングヘッドＢＨを上昇させる（ステップ４）。
【０００５】
一方、そうでないときは、制御手段ＣＵは、各キャパシタンス部ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤの各位置における間隔を演算し、平行とするためのｘ方向、ｙ方向のそれぞれに関する移動量を演算し、演算結果を満たすようにモータＭＸ，ＭＹを駆動する（ステップ５）。
そして、再度平行度が出ているかどうかチェックするため、ステップ２以下の処理を繰り返して平行度調整手順を実行して終了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成されたボンディング装置では、加圧ステージＳＴにおいてボンディングヘッドＢＨと接触すべき領域の四隅に形成されたキャパシタンス部を形成する工程が煩雑である（特開平６−１４０４６７号公報図３参照）という問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ヘッドの押圧面とステージ面の平行度を簡易に精度良く調整できるボンディング装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明のボンディング装置は、半導体チップを保持すると共に、該半導体チップを押圧する押圧面を有するヘッドと、上記半導体チップが上記ヘッドによりボンディングされる基板を、載置する面を有するステージとを有し、上記押圧面又は上記面には、表面が平な平面部材を当接し、レーザ光により距離を測定するもので、該ヘッドの押圧面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記押圧面までの距離を測定する第１の測定手段と、レーザ光により距離を測定するもので、該ステージの面に対向して配置されると共に、上記平面部材の表面又は上記面までの距離を測定する第２の測定手段と、上記第１の測定手段を上記ヘッドの押圧面に沿って水平に相対移動させる第１の移動機構と、上記第２の測定手段を上記ステージの面に沿って水平に相対移動させる第２の移動機構と、上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを調整する傾き調整機構と、上記第１の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第１の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ヘッドの押圧面の傾きを演算し、上記第２の移動機構により水平移動した少なくとも非同一直線上における三点の位置に対応した第２の測定手段からの三点の測定値に基づいて上記ステージの面の傾きを演算し、上記ヘッドの押圧面及び上記ステージの面の傾きの演算値に基づいて上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面との傾きを演算する演算手段と、該演算手段の上記ヘッドの押圧面と上記ステージの面の傾き値に基づいて上記傾き調整機構により上記ヘッドの押圧面又はステージの面の傾きを調整する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明のボンディング装置は、第１の移動機構と第２の移動機構が同一である、ことを特徴とするものである。
【００１０】
第３の発明のボンディング装置おける第１及び第２の移動機構は、ヘッド又はステージの移動機構である、ことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の一実施の形態を図１及び図２によって説明する。図１は一実施の形態を示すボンディングの装置の正面図、図２は図１に示す傾き調整機構の斜視図である。
図１及び図２において、ボンディング装置は、半導体チップを吸着保持した状態でボンディングするためのヘッド１２をヘッドモータ１４により上下移動させるヘッド移動機構１０と、被ボンディング対象としてのプリント基板などを吸着保持させるステージ２０をステージモータ２２により水平方向に移動させる第１及び第２の移動機構としてのステージ用ＸＹテーブル２４を備えたステージ移動機構３０と、ヘッド１２の傾きを調整することによりヘッド１２の押圧面とステージ２０の表面との平行度を調整せしめる傾き調整機構５０と、ヘッド１２の面及びステージ２０の面との距離を測定する測定部７０と、装置の全体及び各部を制御させる装置制御手段８０とから成っている、
なお、ステージモータ２２はＸ軸用、Ｙ軸用とそれぞれ各一つ有しているが図１では、簡略化して一つしか図示していない。
【００１４】
傾き調整機構５０は、ヘッド駆動機構１０を揺動させるための揺動ブロック５２と、揺動ブロック５２の下部を一点で支える固定支持部材５９と、揺動ブロック５２の揺動中心となると共に、固定支持部材５９の水平突起部に設けられた固定側球面ジョイント５４と、揺動ブロック５２を上部二点で支える可動側球面ジョイント５６と、揺動ブロック５２を揺動させるための揺動モータ５７を有すると共に、固定支持部材５９の上に設けられた揺動用ＸＹテーブル５８と、揺動用ＸＹテーブル５８の動きを可動側球面ジョイント５６に伝達するために基台６０に端部が固着された二つの板ばね６２とから成っている。
ここで、板ばね６２は水平方向には変形し難く、鉛直方向に変形し易いように配置されている。
【００１５】
測定部７０は、ステージ２０に固定されると共に、ヘッド１２の押圧面の高さをレーザを照射することにより測定する第１の測定手段としてのヘッド測定器７４と、ヘッド１２に固定されると共に、ステージ２０の表面高さを測定する第２の測定手段としてのステージ測定器７２と、ステージ２０上に置かれると共に、ヘッド測定器７４の測定に適するように厚さ方向が高精度に平行に加工された板ガラスの平行な一面にクロムを蒸着させたミラー７６とを備えている。
ここで、ミラー７６を設けたのは、ヘッド１２の表面が平行に加工されていても、該表面には僅かな凹凸が生じ、この凹凸は一般的な表面加工精度でＲｍａｘ５〜６Ｓとなるため、ヘッド１２の加工精度を上げることなく、ミラー７６によって表面精度を確保するためである。
さらに、ステージ２０の端には、ミラー７６よりも外形が一回り小さな開口を有する凹部２０ａが設けられており、該凹部２０ａを被せるようにミラー７６が置かれている。これは、ミラー７６の下面がステージ２０の表面で傷がつくことを防ぐためである。
また、ヘッド１２は絶縁性を確保するためにセラミックとされることが一般で、セラミックの表面部は多孔質となっているためにミラー７６によって表面精度を確保するものである。
なお、ステージ２０の表面加工精度がヘッド１２と同様な場合には、ステージ２０にミラー７６を設けても良い。
【００１６】
装置制御手段８０は、ステージ測定器７２、ヘッド測定器７４からレザー光をヘッド１２の押圧面、ステージ２０の表面に照射すると共に、該距離を測定するための測定器制御部８２と、ステージモータ２２、揺動モータ５７を駆動制御するテーブル制御部８４と、装置全体の動作を制御する統括制御部８６とから成っている。
統括制御部８６は、所定の演算するためにＣＰＵなどから成る演算部８８と、ＲＡＭなどから成る記憶部８９とから成っている。
【００１７】
次に、上記のように構成されたボンデイング装置のヘッドの押圧面とステージの表面との平行度調整の動作を図１〜図５によって説明する。図３はボンデイング装置の動作を示すフローチャート、図４はヘッド（ａ）及びステージ（ｂ）の測定位置を示す斜視図、図５は図２における揺動テーブルの移動量とヘッドの押圧面の傾きの関係を示す相関図である。
【００１８】
まず、スタート信号が入ると、ヘッドモータ１４、ステージモータ２２を駆動することにより、ステージ２０上のミラー７６をヘッド１２で吸着保持する（ステップＳ１０１）。ヘッドモータ１４、ステージモータ２２を駆動することにより、ヘッド１２に吸着されたミラー７６をヘッド測定器７４の上方のヘッド測定位置へ移動する（ステップＳ１０３）。
この時のヘッド１２の鉛直（Ｚ軸）方向位置は、実際にボンディングを成すヘッド１２の位置と同じ高さになるようにする。これは、実際にボンディングされる位置と側定位置との差異によりヘッド１２の押圧面の傾きの変化を抑制するためである。
【００１９】
図４（ａ）に示すように、測定器制御部８２はヘッド測定器７４によりミラー７６の下面ポイントＢ０の高さＨ０を測定し、テーブル制御部８４はステージモータ２２を駆動することによりヘッド測定器７４をＸプラス方向に距離Ｌ０移動し、測定器制御部８２はミラー７６の下面ポイントＢ１の高さＨ１を測定し、テーブル制御部８４はステージモータ２２を駆動することによりヘッド測定器７４をＹプラス方向に距離Ｌ１移動し、測定器制御部８２はミラー７６の下面ポイントＢ２の高さＨ２を測定して各高さＨ０〜Ｈ２を記憶部８９に記憶する（ステップＳ１０５）。ここで、高さＨ０〜Ｈ２は、ヘッド測定器７４の基準位置から各高さＨ０〜Ｈ２までの点を図４（ａ）に示すＺ方向を正としたものである。
【００２０】
演算部８８は、記憶部８９に記憶された高さＨ０、Ｈ１、Ｈ２および移動距離Ｌ０、Ｌ１に基づいてヘッド１２の押圧面におけるＸ方向の微少な傾きをΔθＸ１（ｒａｄ）、Ｙ方向の微少な傾きをΔθＹ１（ｒａｄ）として下式により演算する（ステップＳ１０７）。
ΔθＸ１＝（Ｈ１−Ｈ０）／Ｌ０・・・・・・・（１）
ΔθＹ１＝（Ｈ２−Ｈ１）／Ｌ１・・・・・・・（２）
【００２１】
テーブル制御部８４はヘッドモータ１４、ステージモータ２２を駆動することによりステージ測定器７２をステージ２０上の測定位置へ移動させる（ステップＳ１０９）。図４（ｂ）に示すように、測定器制御部８２はステージ測定器７２を用いてステージ２０の表面ポイントＳ０の高さＨ３を測定し、テーブル制御部８４はステージモータ２２を駆動することによりステージ２０をＸマイナス方向に距離Ｌ２移動し、測定器制御部８２はステージ２０の表面ポイントＳ１の高さＨ４を測定し、テーブル制御部８４はステージモータ２２を駆動することによりステージ２０をＹマイナス方向に距離Ｌ３移動し、測定器制御部８２はステージ２０の表面ポイントＳ２の高さＨ５を測定し、記憶部８９に高さＨ３，Ｈ４，Ｈ５を記憶する（ステップＳ１１１）。ここで、高さＨ３〜Ｈ５はステージ測定器２１の基準位置から各Ｈ３〜Ｈ５への点を図４（ｂ）に示すＺ方向を正としたものである。
【００２２】
演算部８８は記憶部８９に記憶された高さＨ３、Ｈ４、Ｈ５および移動距離Ｌ２、Ｌ３をステージ２０の表面におけるＸ方向の微少な傾きをΔθＸ２（ｒａｄ）、Ｙ方向の微少な傾きをΔθＹ２（ｒａｄ）として下式により求める（ステップＳ１１３）。
ΔθＸ２＝（Ｈ４−Ｈ３）／Ｌ２・・・・・・・（３）
ΔθＹ２＝（Ｈ５−Ｈ４）／Ｌ３・・・・・・・（４）
【００２３】
ステップＳ１０７で求めたヘッド１２、ステップＳ１１３で求めたステージ２０の傾きを用いて、ステージ２０の表面に対するヘッド１２の押圧面におけるＸ方向の微少な傾きをΔθＸ０（ｒａｄ）、Ｙ方向の微少な傾きをΔθＹ０（ｒａｄ）とすると、ΔθＸ０，ΔθＹ０は下式となり、演算部８８は下式に基づいてヘッド１２の押圧面の傾きを演算する（ステップＳ１１５）。
ΔθＸ０＝ΔθＸ１−ΔθＸ２・・・・・・・（５）
ΔθＹ０＝ΔθＹ１−ΔθＹ２・・・・・・・（６）
そして、演算部８８は該ΔθＸ０，ΔθＹ０が予め定めた傾き許容値ΔθＸ、ΔθＹ（ｒａｄ）に対して下式を満たすか確認する（ステップＳ１１７）。
｜ΔθＸ０｜≦ΔθＸ・・・・・・・（７）
｜ΔθＹ０｜≦ΔθＹ・・・・・・・（８）
【００２４】
（７）及び（８）式を満す場合には、ステージ２０表面に対するヘッド１２下面の傾きが許容値内に入っているので、ヘッド１２に吸着しているミラー７６を所定の場所へ戻し（ステップＳ１１９）、平行度の検出及び調整動作を終了する。
一方、（７），（８）式のいずれかを満たさない場合には、ステージ２０表面に対するヘッド１２下面の傾きが許容値内に入っていないので、演算部８８はヘッド１２の下面の傾きをステージ２０表面の傾きに合わせるために必要な微小傾き量ΔθＸ０、ΔθＹ０に相当する揺動テーブル５８のＸ方向への微少な移動量ΔＸｍ（ｍ）、Ｙ方向への微少な移動量ΔＹｍ（ｍ）とを以下のように求める。
すなわち、図５に示す傾き量ΔθＸ０、ΔθＹ０とＸ方向移動量ΔＸｍ、Ｙ方向移動量ΔＹｍとの相関図より三角形ＡＢＣと三角形ａｂｃとが相似形であり、角度ΔθＸ０、ΔθＹ０が微小であるので、下記（９），（１０）式を得る。
この（９），（１０）式により該移動量ΔＸｍ，ΔＹｍ求め、該移動量ΔＸｍ，ΔＹｍに相当する揺動モータ５７の回転量を演算する（ステップＳ１２１）。
ΔＸｍ＝ΔθＸ０・Ｚ・・・・・（９）
ΔＹｍ＝ΔθＹ０・Ｚ・・・・・（１０）
ここに、Ｚ：揺動ブロックのＺ軸方向の長さ（ｍ）
【００２５】
テーブル制御部８４は該回転量の回転を揺動モータ５７に与えて、揺動テーブル５８をＸＹ方向に移動させることにより揺動テーブル５８に連結された板ばね６２および移動側球面ジョイント５６が固定側球面ジョイント５４に対してＸＹ方向に変位するため、その結果、固定側球面ジョイント５４を回転中心として揺動ブロック５２が傾けられてヘッド１２の傾きを調整する（ステップＳ１２３）。そして、再び前記ステップＳ１０３〜Ｓ１１５を実行し、ステップＳ１１７において、ステージ２０表面に対するヘッド１２下面の傾きが許容値内になると、前記のようにステップＳ１１９を実行する。
【００２６】
以上のようにボンディング装置の平行度調整は、ステージ移動機構３０により移動した非同一直線上における三点の位置に対応したヘッド測定器７４からの三点の測定値に基づいてヘッド１２の傾きを演算部８８により演算し、ステージ移動機構３０により移動した非同一直線上における三点の位置に対応したステージ測定器７２からの三点の測定値に基づいてステージ２０の面の傾きを演算部８８により演算し、ヘッド１２面及びステージ２０の面の傾きの演算値に基づいてヘッド１２の面とステージ２０の面の傾きを演算部８８により演算し、演算部８８の該傾き値に基づいて傾き調整機構５０によりヘッド１２の傾きをテーブル制御部８４により調整して、ヘッド１２面とステージ２０面との傾きを簡易に精度良く調整できるものである。
さらに、ステージ測定器７２、ヘッド測定器７４を水平移動させる移動手段をステージ移動機構３０の一つにしたので、ステージ測定器７２、ヘッド測定器７４を各移動機構により移動して測定するのに比較して移動機構間の微少な傾きが生じないものである。
【００２７】
なお、前記実施の形態１では、ステージ移動機構３０によりステージ２０を水平（ＸＹ）方向に移動してヘッド測定器７２、ステージ測定器７４によりヘッド１２、ステージ２０の面を測定したが、ステージ２０を停止した状態において、ヘッド１２を水平（ＸＹ）方向に移動させるヘッド水平移動機構（図示せず）により、ヘッド測定器７２、ステージ測定器７４により前記同様な測定を実行しても良い。
【００２８】
さらに、ヘッド測定器７４、ステージ測定器７２を水平方向に移動させる移動機構をそれぞれ備え、各移動機構の水平移動に伴なう、互いの傾きがある場合には、予め二つの移動機構の水平移動による平行度を測定しておいて、該平行度を考慮して傾き調整機構５０を動作してヘッド１２とステージ２０との平行度調整を実行しても良い。
【００２９】
また、ミラー７６は、高精度に平行に加工されたものを用いたが、厚さ方向の２面が互いに傾きを有するミラー７６の場合には、予めミラー７６の平行度を測定しておき、該平行度を考慮して平行度調整を実行しても良い。
【００３０】
【発明の効果】
第1の発明によれば、ステージの面に対するヘッドの押圧面の平行度を精度良く簡易に測定し、該平行度を簡易に調整できるという効果がある。しかも、ヘッドの押圧面及びステージの面の距離の測定がヘッドの押圧面又はステージの面の仕上がり精度などに影響されにくいという効果がある。
【００３１】
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、第１及び第２の移動機構を一つにしたので、二つの移動機構間の水平移動によるステージの面及びヘッドの押圧面の測定誤差が少ないという効果がある。
【００３２】
第３の発明によれば、第１の発明の効果に加え、第１及び第２の測定手段の移動機構をステージ又はヘッドの移動機構としたので、測定手段専用の移動機構が不要になってボンディング装置が簡易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態を示すボンディング装置の正面図である。
【図２】この発明の一実施の形態の傾き調整機構の斜視図である。
【図３】この発明の一実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の一実施の形態のヘッド（ａ）及びステージ（ｂ）の測定位置を示す斜視図である。
【図５】図２における傾き調整機構の揺動テーブルの移動量Ｘｍ，Ｙｍとヘッドの押圧面の傾きＸ０，Ｙ０の関係を示す相関図である。
【図６】従来のボンディング装置におけるヘッドの要部斜視図である。
【符号の説明】
１２ ヘッド、２０ ステージ、３０ ステージ移動機構（第１及び第２の移動機構）、５０ 傾き調整機構、７２ ステージ測定器（第２の測定手段）、７４ヘッド測定器（第１の測定手段）、７６ ミラー（平面部材）、８４ テーブル制御部（制御手段）、８８ 演算部（演算手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003608497.tif 000005
【図５】
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【図６】
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