(57)【要約】  第１移動ステージ（１１０）と、第２移動ステージ（２００）と、チップピックアップ素子（１６０）と、移送キャリア（１７０）と、チップ調整システム（１０００）と、ボンディングステージ（４２０）と、制御システム（５００）とを備えるチップボンディング装置が開示される。移送キャリア（１７０）上にチップセットを一時的に保持し、移送キャリア（１７０）上のそれらの位置を、チップ調整システム（１０００）を用いて正確に調整し、続いて移送キャリア（１７０）上のチップを同時に基板（４３０）に接合する、チップボンディング方法もまた開示される。このバッチボンディングアプローチでは、フリップチップを非常に高い効率で接合することができる。さらに、バッチ内のチップのピックアップ及びボンディングは、チップピックアップ、微細チップ位置調整及びチップボンディングの時間のバランスをとることにより、スループットを高めつつ高いボンディング精度を保証する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１移動ステージと、第２移動ステージと、チップピックアップ素子と、移送キャリアと、チップ調整システムと、ボンディングステージと、制御システムとを備えるチップボンディング装置であって、
前記第１移動ステージは、チップセットを支持し、該チップセットを前記チップピックアップ素子に運ぶように構成されており、
前記移送キャリアは、前記第１移動ステージから前記チップピックアップ素子によってピックアップされたチップを一時的に保持するように構成され、
前記チップ調整システムは、前記移送キャリア上のチップの位置を調整するように構成され、
前記ボンディングステージは、基板を支持するように構成され、
前記第２移動ステージは、前記移送キャリアを前記チップピックアップ素子に運び、前記チップを一時的に保持した前記チップピックアップ素子を前記チップ調整システムに運び、さらに位置調整された前記チップを保持した前記チップピックアップ素子を運んで、最終的に前記基板を前記移送キャリア上の前記チップに接合し、
前記第１移動ステージ、前記第２移動ステージ、前記チップ調整システム及び前記ボンディングステージの各々は、前記制御システムによって制御され、複数の自由度で移動可能である。
【請求項２】
請求項１に記載のチップボンディング装置であって、
キャリブレーションシステムをさらに備え、
前記チップにチップマークが設けられ、前記基板に基板マークが設けられ、
前記キャリブレーションシステムは、前記チップマーク及び前記基板マークを検出するように構成され、
前記制御システムは、前記キャリブレーションシステムによる検出に基づいて、前記チップマークが前記基板マークと位置合わせされるように、前記ボンディングステージの位置を調整するように構成されている。
【請求項３】
請求項１に記載のチップボンディング装置であって、
前記チップピックアップ素子は、前記第１移動ステージから前記チップをピックアップし、前記チップを反転させ、前記移送キャリア上の前記チップの一時的な保持を達成するように構成されたフリップアームを備える。
【請求項４】
請求項３に記載のチップボンディング装置であって、
前記フリップアームは、第１移動機構と、前記第１移動機構を駆動して前記チップを反転させるモータと、前記モータを前記第１移動機構に接続する接続部材と、前記第１移動機構に接続され、ターゲットチップを吸引によって保持するように構成された第１吸引カップとを備える。
【請求項５】
請求項１に記載のチップボンディング装置であって、
前記ボンディングステージは、前記基板の下に配置され、前記基板を上方に移動させて、前記基板を前記移送キャリア上の前記チップに接合するように構成されている。
【請求項６】
請求項１に記載のチップボンディング装置であって、
前記チップ調整システムは、前記移送キャリア上の前記チップの位置を測定し調整するように構成されたアライメントシステム及び微調整システムを備える。
【請求項７】
請求項６に記載のチップボンディング装置であって、
前記微調整システムは、第２移動機構と、前記第２移動機構に接続され、ターゲットチップを吸引により保持するように構成された第２吸引カップと、前記第２移動機構を支持する支持機構とを備え、
前記チップ調整システムにより前記移送キャリア上の前記ターゲットチップの位置を調整する際に、前記移送キャリア上の前記ターゲットチップを前記第２吸引カップで吸引し、前記アライメントシステムによって実行される測定に基づいて、前記第２移動ステージによって、前記移送キャリアを、前記ターゲットチップを一時的に保持するのに適した位置に移動させた後、前記ターゲットチップを前記第２吸引カップによって前記移送キャリアに再度移送する。
【請求項８】
請求項７に記載のチップボンディング装置であって、
前記ターゲットチップが前記第２吸引カップによって前記移送キャリアに再度移送された後、前記第２移動ステージは前記移送キャリアを位置確認のため前記アライメントシステムのアライメント測定領域に送り、前記アライメントシステムが、前記ターゲットチップが所定の位置に配置されていないと判断した場合、前記ターゲットチップが前記所定の位置に配置されるまで、前記移送キャリア上の前記ターゲットチップの位置を繰り返し調整する。
【請求項９】
請求項６に記載のチップボンディング装置であって、
前記アライメントシステムは、広帯域光源と、照明レンズ群と、ビームスプリットプリズムと、前側結像レンズ群と、後側結像レンズ群と、イメージセンサとを備え、
前記広帯域光源からの測定光ビームは、前記照明レンズ群、前記ビームスプリットプリズム及び前記前側結像レンズ群を順次伝播してターゲットチップのチップマークに入射し、
前記チップマークからの反射ビームは、前記前側結像レンズ群、前記ビームスプリットプリズム及び前記後側結像レンズ群を順次通って、前記イメージセンサ上に前記チップマークの像を形成した後、前記イメージセンサにより像が出力され、前記移送キャリア上の前記ターゲットチップの位置を決定するよう処理される。
【請求項１０】
請求項１に記載のチップボンディング装置であって、
前記第１移動ステージに接続され、前記チップピックアップ素子が前記第１移動ステージから前記チップをピックアップできるように前記チップを持ち上げるように構成されたジャッキ機構をさらに備える。
【請求項１１】
請求項１０に記載のチップボンディング装置であって、
前記ジャッキ機構は、ピンと、吸引リテーナと、前記吸引リテーナの底部に取り付けられた水平移動機構とを備え、前記吸引リテーナは前記チップを吸引により保持するように構成され、前記ピンは前記チップを持ち上げるように構成され、前記水平移動機構は前記ピンと前記吸引リテーナを水平に運んで、前記ピンを所定の位置に移動させるように構成されている。
【請求項１２】
請求項１に記載のチップボンディング装置であって、
キャリアカセットと、第１ロボットアームとをさらに備え、
前記キャリアカセットは、前記第１移動ステージの近傍に配置され、前記チップセットを搬送する支持キャリアを保持するように構成され、
前記第１ロボットアームは、前記制御システムの制御下で前記支持キャリアをピックアップし、前記支持キャリアを前記第１移動ステージに運ぶように構成されている。
【請求項１３】
請求項１に記載のチップボンディング装置であって、
基板カセットと、第２ロボットアームとをさらに備え、
前記基板カセットは、前記ボンディングステージの近傍に配置され、チップボンディングされた前記基板を保管するように構成され、
前記第２ロボットアームは、前記制御システムの制御下で、前記基板をピックアップし、前記基板を前記基板カセット内に配置する。
【請求項１４】
第１移動ステージによってチップセットをチップピックアップ素子に運び、第２移動ステージによって移送キャリアをチップピックアップ素子に移動させ、
前記第１移動ステージからチップをピックアップし、前記チップピックアップ素子によって前記移送キャリア上に前記チップを一時的に保持し、
前記第２移動ステージによって前記チップが一時的に保持された前記移送キャリアをチップ調整システムに運び、
前記チップ調整システムによって前記移送キャリア上の前記チップの位置を調整し、
前記第２移動ステージによって位置調整された前記チップを保持する前記移送キャリアを基板に運び、
前記基板を支持するボンディングステージによって、最終的に前記基板を前記移送キャリア上の前記チップに接合する、
ステップを備える、
チップボンディング方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のチップボンディング方法であって、
さらに、前記第１移動ステージによって前記チップセットを前記チップピックアップ素子に運ぶ前に、第１ロボットアームによって、前記チップセットがキャリアカセットから搬送される支持キャリアをピックアップし、前記支持キャリアを前記第１移動ステージ上に配置する。
【請求項１６】
請求項１５に記載のチップボンディング方法であって、
さらに、前記支持キャリア上の全ての前記チップが前記基板に接合されるまで、前記ステップを繰り返す。
【請求項１７】
請求項１４に記載のチップボンディング方法であって、
さらに、前記移送キャリア上の前記チップへの前記基板の最終的な接合の後に、第２ロボットアームによって、前記チップが接合された前記基板をピックアップし、前記基板を基板カセットに配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップパッケージング技術の分野に関し、特に、チップボンディング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
科学技術の発展に伴い、電子製品はますます軽く、スリムでコンパクトになっている。フリップチップボンディング技術は、パッケージ実装面積が小さく、信号伝送経路が短くなるといった広範な利点があるため、チップパッケージング用途に広く用いられている。
【０００３】
図１は、従来のフリップチップボンディング装置によって行われるチップボンディングプロセスを概略的に示す。図１に示されるように、従来のプロセスは、本質的に、基板４と基板に接合されるチップ２とを準備し、チップ２は部品面３を有しており、部品面３を上向きにしてチップ２を支持ステージ１上に置き、第１ロボットアーム５によってチップ２をピックアップして反転させ、チップ２を第１ロボットアーム５から第２ロボットアーム６に渡し、第２ロボットアーム６によってチップ２を基板４上に移動させ、チップ２上のアライメントマークをＣＣＤイメージセンサ７を用いて基板４上のアライメントマークと位置合わせし、チップ２を第２ロボットアーム６によって基板に押し付け、それにより基板に接合するステップを含む。
【０００４】
上記フリップチップボンディングプロセスでは、フリップチップボンディング装置により、チップ２を先ず反転させた後、チップ２を基板４に直接接合し、チップ２と基板４との相互接続を確立する。しかしながら、従来のフリップチップボンディング装置では、プレスサイクル（約３０秒）ごとに１チップしか接合できないため、スループットが非常に低く、大量生産に対応できないという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、大量生産が不可能な従来のフリップチップボンディング装置の低スループットの問題に対する解決策が、この技術分野において緊急に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１移動ステージと、第２移動ステージと、チップピックアップ素子と、移送キャリアと、チップ調整システムと、ボンディングステージと、制御システムとを含むチップボンディング装置を提供することにより、上記従来技術の課題を解決するものである。
【０００７】
第１移動ステージは、チップセット（a set of chip）を支持し、該チップセットをチップピックアップ素子に運ぶように構成される。
【０００８】
移送キャリアは、第１移動ステージからチップピックアップ素子によってピックアップされたチップを一時的に保持するように構成される。
【０００９】
チップ調整システムは、移送キャリア上のチップの位置を調整するように構成される。
【００１０】
ボンディングステージは、基板を支持するように構成される。
【００１１】
第２移動ステージは、移送キャリアをチップピックアップ素子に運び、チップを一時的に保持したチップピックアップ素子をチップ調整システムに運び、さらに位置調整されたチップを保持したチップピックアップ素子を運んで、最終的に基板を移送キャリア上のチップに接合し、第１移動ステージ、第２移動ステージ、チップ調整システム及びボンディングステージの各々は、制御システムによって制御され、複数の自由度で移動可能である。
【００１２】
選択的に、チップボンディング装置は、キャリブレーションシステムをさらに含み、チップにチップマークが設けられ、基板に基板マークが設けられ、キャリブレーションシステムは、チップマーク及び基板マークを検出するように構成され、制御システムは、キャリブレーションシステムによる検出に基づいて、チップマークが基板マークと位置合わせされるように、ボンディングステージの位置を調整するように構成されている。
【００１３】
選択的に、チップピックアップ素子は、第１移動ステージからチップをピックアップし、チップを反転させ、移送キャリア上のチップの一時的な保持を達成するように構成されたフリップアームを含むことができる。
【００１４】
選択的に、フリップアームは、第１移動機構と、第１移動機構を駆動してチップを反転させるモータと、モータを第１移動機構に接続する接続部材と、第１移動機構に接続され、ターゲットチップを吸引によって保持するように構成された第１吸引カップとを含むことができる。
【００１５】
選択的に、ボンディングステージは、基板の下に配置され、基板を上方に移動させて、基板を移送キャリア上のチップに接合するように構成することができる。
【００１６】
選択的に、チップ調整システムは、移送キャリア上のチップの位置を測定し調整するように構成されたアライメントシステム及び微調整システムを含むことができる。
【００１７】
選択的に、微調整システムは、第２移動機構と、第２移動機構に接続され、ターゲットチップを吸引により保持するように構成された第２吸引カップと、第２移動機構を支持する支持機構とを含むことができ、チップ調整システムにより移送キャリア上のターゲットチップの位置調整する際に、移送キャリア上のターゲットチップを第２吸引カップで吸引し、アライメントシステムによって実行される測定に基づいて、第２移動ステージによって、移送キャリアを、ターゲットチップを一時的に保持するのに適した位置に移動させた後、ターゲットチップを第２吸引カップによって移送キャリアに再度移送する。
【００１８】
選択的に、ターゲットチップが第２吸引カップによって移送キャリアに再度移送された後、第２移動ステージは移送キャリアを位置確認のためのアライメントシステムのアライメント測定領域に送り、アライメントシステムが、ターゲットチップが所定の位置に配置されていないと判断した場合、ターゲットチップが所定の位置に配置されるまで、移送キャリア上のターゲットチップの位置を繰り返し調整する。
【００１９】
選択的に、アライメントシステムは、広帯域光源と、照明レンズ群と、ビームスプリットプリズムと、前側結像レンズ群と、後側結像レンズ群と、イメージセンサとを含むことができ、広帯域光源からの測定光ビームは、照明レンズ群、ビームスプリットプリズム及び前側結像レンズ群を順次伝播してターゲットチップのチップマークに入射し、チップマークからの反射ビームは、前側結像レンズ群、ビームスプリットプリズム及び後側結像レンズ群を順次通って、イメージセンサ上にチップマークの像を形成した後、イメージセンサにより像が出力され、移送キャリア上のターゲットチップの位置を決定するよう処理される。
【００２０】
選択的に、チップボンディング装置は、第１移動ステージに接続され、チップピックアップ素子が第１移動ステージからチップをピックアップできるようにチップを持ち上げるように構成されたジャッキ機構をさらに含むことができる。
【００２１】
選択的に、ジャッキ機構は、ピンと、吸引リテーナと、吸引リテーナの底部に取り付けられた水平移動機構とを含むことができ、吸引リテーナはチップを吸引により保持するように構成され、ピンはチップを持ち上げるように構成され、水平移動機構はピンと吸引リテーナを水平に運んで、ピンを所定の位置に移動させるように構成されている。
【００２２】
選択的に、チップボンディング装置は、キャリアカセットと、第１ロボットアームとをさらに含むことができ、キャリアカセットは、第１移動ステージの近傍に配置され、チップセットを搬送する支持キャリアを保持するように構成され、第１ロボットアームは、制御システムの制御下で支持キャリアをピックアップし、支持キャリアを第１移動ステージに運ぶように構成されている。
【００２３】
選択的に、チップボンディング装置は、基板カセットと、第２ロボットアームとをさらに含むことができ、基板カセットは、ボンディングステージの近傍に配置され、チップボンディングされた基板を保管するように構成され、第２ロボットアームは、制御システムの制御下で、基板をピックアップし、基板を基板カセット内に配置する。
【００２４】
本発明はまた、
第１移動ステージによってチップセットをチップピックアップ素子に運び、第２移動ステージによって移送キャリアをチップピックアップ素子に移動させ、
第１移動ステージからチップをピックアップし、チップピックアップ素子によって移送キャリア上にチップを一時的に保持し、
第２移動ステージによってチップが一時的に保持された移送キャリアをチップ調整システムに運び、
チップ調整システムによって移送キャリア上のチップの位置を調整し、
第２移動ステージによって位置調整されたチップを保持する移送キャリアを基板に運び、
基板を支持するボンディングステージによって、最終的に基板を前記移送キャリア上のチップに接合する、
ステップを含む、
チップボンディング方法を提供する。
【００２５】
選択的に、チップボンディング方法は、さらに第１移動ステージによってチップセットをチップピックアップ素子に運ぶ前に、第１ロボットアームによって、チップセットがキャリアカセットから搬送される支持キャリアをピックアップし、支持キャリアを第１移動ステージ上に配置する。
【００２６】
選択的に、チップボンディング方法は、さらに支持キャリア上の全てのチップが基板に接合されるまで、上記ステップを繰り返す。
【００２７】
選択的に、チップボンディング方法は、さらに移送キャリア上のチップへの基板の最終的な接合の後に、第２ロボットアームによって、チップが接合された基板をピックアップし、基板を基板カセットに配置する。
【００２８】
本発明のチップボンディング装置および方法は、チップを一時的に保持することが可能な移送キャリアと、移送キャリアの正確なチップ位置調整が可能なチップ調整システムとを用いて、基板上にバッチ内のチップを接合することによって、フリップチップボンディング効率を大幅に向上させることができる。本発明に係るバッチ内のチップのピックアップ及びボンディングは、チップピックアップ、微細チップ位置調整及びチップボンディングにそれぞれ必要な時間のバランスをとることにより、ボンディング装置の高いボンディング精度を保証し、スループットを増加させる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のフリップチップボンディング装置によって行われるチップボンディングプロセスを概略的に示す。
【図２】本発明の実施形態に係るチップボンディング方法の異なる工程における構成を概略的に示す。
【図３】本発明の実施形態に係るチップボンディング方法の異なる工程における構成を概略的に示す。
【図４】本発明の実施形態に係るチップボンディング方法の異なる工程における構成を概略的に示す。
【図５】本発明の実施形態に係るチップボンディング装置におけるフリップアームの構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係るチップボンディング装置におけるジャッキ機構の構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係るチップボンディング装置の微調整システムの構成図である。
【図８】本発明の実施形態に係るチップボンディング装置におけるアライメントシステムの構成図である。
【図９】本発明の実施形態によるチップボンディング方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、添付の図面及びいくつかの特定の実施形態を参照して以下にさらに詳細に説明される。本発明の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲からより明らかになるであろう。図面は、本発明のいくつかの実施形態を説明する上での便宜と明瞭さを容易にするための唯一の意図と共に、必ずしも一定の縮尺で示されていない、非常に単純化された形態で提供されていることに留意されたい。
【００３１】
図２は、本発明によるチップボンディング装置を示しており、第１移動ステージ１１０、第２移動ステージ２００、チップピックアップ素子１６０、移送キャリア１７０、チップ調整システム１０００、ボンディングステージ４２０、及び制御システム５００を含む。
【００３２】
第１移動ステージ１１０は、チップセット１４０ａ〜１４０ｎを支持し、チップをチップピックアップ素子１６０に運ぶように構成される。
【００３３】
移送キャリア１７０は、チップピックアップ素子１６０によってピックアップされたチップを第１移動ステージ１１０から一時的に保持するように構成される。
【００３４】
チップ調整システム１０００は、移送キャリア１７０上のチップの位置を調整するように構成される。
【００３５】
ボンディングステージ４２０は、基板４３０を支持し、最終的に基板４３０を移送キャリア１７０上のチップに接合させるように構成される。
【００３６】
第２移動ステージ２００は、チップを一時的に保持するために、移送キャリア１７０をチップピックアップ素子１６０へ移動させ、チップの位置調整のために、移送キャリア１７０をチップ調整システム１０００へ移動させ、最終的に移送キャリア１７０を基板４３０へ移動させるように構成される。
【００３７】
第１移動ステージ１１０、第２移動ステージ２００、チップ調整システム１０００及びボンディングステージ４２０は、制御システム５００の統一された制御下にあり、複数の自由度で移動可能である。
【００３８】
引き続き図２を参照すると、この実施形態では、チップボンディング装置は、キャリアカセット０００及び第１ロボットアーム０１０をさらに含むことができる。キャリアカセット０００は、第１移動ステージ１１０の近傍に配置され、接合されるチップセットをそれぞれ搬送する支持キャリア１３０を保持するように構成される。第１ロボットアーム０１０は、制御システム５００の制御下で、支持キャリア１３０をピックアップし、第１移動ステージ１１０上に配置するように構成されている。チップボンディング装置は、基板カセット０３０と第２ロボットアーム０４０をさらに含むことができる。基板カセット０３０は、ボンディングステージ４２０の近傍に配置され、チップボンディングされた基板を保管するように構成されている。第２ロボットアーム０４０は、制御システム５００の制御下で、基板４３０をピックアップし、基板カセット０３０内に配置するように構成される。この実施形態は、一例としてターゲットチップ１４０ａ、．．．、１４０ｎのセットを用いて説明され、それらの各々は、その上に配置されたそれぞれのマーク１５０ａ、．．．、１５０ｎに関連付けられている。この実施形態によれば、ボンディングステージ４２０は基板４３０の下に配置され、ボンディングステージ４２０は基板４３０を上方に移動させて移送キャリア１７０上のチップにボンディングできるように構成される。
【００３９】
この実施形態では、チップピックアップ素子は、チップを第１移動ステージ１１０からピックアップし、それを反転させ、移送キャリア１７０上に反転されたチップを一時的に保持させるように構成されたフリップアーム１６０として実施されてもよい。
【００４０】
図５に詳細に示すように、フリップアーム１６０は、第１移動機構１６３と、第１移動機構１６３を駆動してチップを反転させるモータ１６１と、モータ１６１と第１移動機構１６３とを接続する接続部材１６２と、第１移動機構１６３に接続され、ターゲットチップを吸引によって保持するように構成された第１吸引カップ１６４とを含むことができる。
【００４１】
この実施形態では、第１移動機構１６３は、Ｚ方向に移動可能に構成されてもよい。さらに、吸引カップ１６４は、移動機構１６３の底部に取り付けられてもよい。制御システム５００は、第１移動機構１６３を指示して、ターゲットチップの上の所定の位置に移動し、続いてジャッキ機構１２０によってターゲットチップを持ち上げ、吸引カップ１６４がターゲットチップをピックアップする。第１移動機構１６３は、モータ１６１が第１移動機構１６３を吸引カップ１６４と共に１８０°回転させる所定の位置まで上方に移動する。この時点で、以前はターゲットチップの上にあるマークがターゲットチップの下にある。好ましい実施形態では、吸引カップ１６４は、ゴム吸引カップ、セラミック吸引カップ、又は吸引によってターゲットチップをピックアップして保持することができる他の吸引カップであってもよい。
【００４２】
この実施形態では、チップボンディング装置は、ジャッキ機構１２０をさらに含むことができる。ジャッキ機構１２０は、第１移動ステージ１１０に接続され、チップを持ち上げてチップピックアップ素子１６０が第１移動ステージ１１０からピックアップすることができるように構成されている。
【００４３】
図６に示すように、本発明によれば、ジャッキ機構１２０は、ピン１１１と、吸引リテーナ１１２と、吸引リテーナの底部に取り付けられた水平移動機構とを含むことができる。吸引リテーナ１１２は、チップを吸引により保持するように構成され、ピン１１１は、ターゲットチップを持ち上げるように構成されている。水平移動機構１１３は、水平方向に移動可能であり、ピン１１１をターゲットチップの取り扱いに適した位置に配置する。この実施形態では、ピン１１１と吸引リテーナ１１２とは共に水平移動機構１１３に固定されており、水平移動機構１１３に同期してY方向に移動することができる。吸引リテーナ１１２は、真空によって支持キャリアを保持することができ、ピン１１１は、フリップアーム１６０がチップをピックアップできるように、ターゲットチップを持ち上げることができる。水平移動機構１１３は、Y方向に移動して、ピン１１１を他のターゲットチップの取り扱いに適した位置に配置するように構成されている。
【００４４】
図２に示すように、本発明によれば、チップ調整システム１０００は、移送キャリア１７０上のチップの位置を測定し調整するように構成された、アライメントシステム２１０及び微調整システム２２０を含むことができる。
【００４５】
具体的には、図７に示すように、微調整システム２２０は、第２移動機構２２２と、第２移動機構２２２に接続され、吸引によってターゲットチップを保持するように構成された第２吸引カップ２２３と、第２移動機構２２２を支持する支持機構２２１とを備えることができる。チップ調整システム１０００によって移送キャリア１７０上のチップの位置を調整するプロセスは、第２吸引カップ２２３によって移送キャリア１７０上のターゲットチップを吸引よってピックアップし、アライメントシステム２１０の測定に基づいて第２移動ステージ２００によってターゲットチップを一時的に保持するのに適した位置に移送キャリア１７０を移動させ、第２吸着カップ２２３によってターゲットチップを移送キャリア１７０上に戻すステップを含む。その後、第２移動ステージ２００は、移送キャリア１７０を、位置確認のためのアライメントシステム２１０のアライメント測定領域に送る。アライメントシステム２１０が、ターゲットチップが意図された位置に配置されていないと判断した場合、ターゲットチップが意図された位置に調整されるまで、移送キャリア１７０上のチップの位置を調整するプロセスが繰り返される。
【００４６】
図８に示すように、アライメントシステム２１０は、広帯域光源２１１と、照明レンズ群２１２と、ビームスプリットプリズム２１３と、前側結像レンズ群２１４と、後側結像レンズ群２１５と、イメージセンサ２１６とを含むことができる。
【００４７】
広帯域光源２１１からの測定光ビームは、照明レンズ群２１２、ビームスプリットプリズム２１３及び前側結像レンズ群２１４を順次伝播し、ターゲットチップ１７０のマーク１５０ａに入射する。ターゲットチップ１７０のマーク１５０ａからの反射ビームは、前側結像レンズ群２１４、ビームスプリットプリズム２１３、後側結像レンズ群２１５を順次伝搬し、マーク１５０ａの像をイメージセンサ２１６上に形成する。イメージセンサ２１６から出力された像は移送キャリア１７０上のチップ１７０の位置、すなわちマーク１５０ａの位置合わせされた位置を決定するように処理される。本発明によれば、アライメントシステム２１０は、典型的なマシンビジョンに基づくアライメント測定技術を用いることができる。
【００４８】
図２に示すように、この実施形態では、チップボンディング装置は、キャリブレーションシステムをさらに含むことができる。各チップにはそれぞれのチップマークが設けられ、各基板４３０には基板マークが設けられる。キャリブレーションシステムは、制御システム５００がボンディングステージ４２０の位置を調整してボンディングの前にチップマークを基板マークと位置合わせするために、チップ及び基板マークを検出するように構成される。具体的には、キャリブレーションシステムは、移送キャリア１７０の位置を測定するための第１キャリブレーションシステム４１０と、基板４３０の位置を測定するための第２キャリブレーションシステム４１１とを含むことができる。キャリブレーションシステム４１０、４１１は、いずれも図８のアライメントシステムとして実施することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４９】
好ましくは、一時的な保持のための移送キャリア１７０は、改善されたプロセス適合性を達成するために、基板４３０のサイズよりも小さいサイズを有してもよく、移送キャリア１７０のサイズは実際のチップサイズに従って調整されてもよい。機能的には、チップボンディング装置は、分離セクション１００、アライメント／微調整セクション３００、及びボンディングセクション４００に分割されてもよい。分離セクション１００は、バッチ内のターゲットチップを分離するように構成され、移動ステージ１１０、ジャッキ機構１２０、フリップアーム１６０を含んでいてもよい。アライメント／微調整セクション３００は、ターゲットチップのアライメント及び微調整アライメントを測定するように構成され、アライメントシステム２１０及び微調整機構２２０を含むことができる。ボンディングセクション４００は、ターゲットチップを基板４３０へ接合するように構成され、キャリブレーションシステム４１０、４１１及びボンディングステージ４２０を含むことができる。
【００５０】
この実施形態では、アライメントシステム２１０が移送キャリア１７０の下に配置され、キャリブレーションシステム４１０が移送キャリア１７０の下に配置され、キャリブレーションシステム４１１が基板４３０の上に配置される。換言すると、アライメントシステム２１０とキャリブレーションシステム４１０は、それらの上のマークの位置を測定し、キャリブレーションシステム４１１は、その下のマークの位置を測定する。本発明によれば、基板４３０はアライメント及び測定のためのマークを備えている。
【００５１】
本発明によれば、制御システム５００は、第１移動ステージ１１０、第２移動ステージ２００、チップピックアップ素子（フリップアーム）１６０、及びボンディングステージ４２０の複数の自由度における動きを中心的に制御することができる。アライメントのためのマーク１５０ｎはターゲットチップ１４０ｎの上方に配置されている。制御システム５００の制御下で、第２ロボットアーム０４０は、支持キャリア４３０をピックアップして移送することができる。制御システム５００の制御下で、ターゲットチップを支持するための第１移動ステージ１１０は、Ｘ及びＹ方向に移動可能である。制御システム５００の制御下で、フリップアーム１６０はＺ方向に移動可能であり、第２移動ステージ２００はＸ方向に移動可能である。制御システム５００の制御下で、アライメントシステム２１０は位置測定を行うことができる。制御システム５００の制御下で、キャリブレーションシステム４１０は、移送キャリア１７０の位置を測定することができる。制御システム５００の制御下で、ボンディングステージ４２０は、X、Ｙ、Ｚ及びＲｚ方向に移動可能である。制御システムの制御下で、第２ロボットアーム０４０は、基板をピックアップして移送することができる。好ましい実施形態では、基板４３０は、金属、半導体又は有機材料で形成される。
【００５２】
また、本発明は、図９に示すように、
第１移動ステージがチップセットをチップピックアップ素子に移送し、第２移動ステージが移送キャリアをチップピックアップ素子に搬送し、
チップピックアップ素子がチップを第１移動ステージからピックアップし、移送キャリア上に一時的に保持させ、
第２移動ステージが、チップが一時的に保持された移送キャリアをチップ調整システムに移動させ、
チップ調整システムが、移送キャリア上のチップの位置を調整し、
第２移動ステージが、位置調整されたチップを保持する移送キャリアを基板に運び、
基板を支持するボンディングステージが、基板を移送キャリア上のチップに最終的に接合させる、
ステップを含む、チップボンディング方法を提供する。
以下、本発明に係るチップボンディング方法について具体的な実施形態を参照して説明する。
【００５３】
図２に示すように、制御システム５００の制御下で、第１ロボットアーム０１０は、キャリアカセット０００から支持キャリア１３０をピックアップし、第１移動ステージ１００上に載せる。第１移動ステージ１１０は、ターゲットチップ１４０ｎがフリップアーム１６０の直下となるように移動する。ジャッキ機構１２０によりターゲットチップ１４０ｎが持ち上げられ、そして、フリップアーム１６０によりターゲットチップ１４０ｎがピックアップされ、１８０度回転される。その後、フリップアーム１６０は、ターゲットチップ１４０ｎをＺ方向に、一時的に保持するため移送キャリア１７０上に吸引によって移送される位置まで搬送、移動させる。ターゲットチップ１４０ｎは、真空吸引又は静電吸引などの任意の適切な形態の吸引によって移送及び保持されてもよい。この時点で、マーク１５０ｎはターゲットチップ１４０ｎの下に位置する。
【００５４】
このプロセスは、図３に示すように、支持キャリア上の全てのチップが移送キャリア１７０に移送されるまで繰り返される。第２移動ステージ２００は、移送キャリア１７０をアライメントシステム２１０のアライメント測定領域に移送し、アライメントシステム２１０は、移送キャリア１７０上のターゲットチップの位置を測定し、この測定に基づいて、移動ステージ２００が移送キャリア１７０を微調整システム２２０の上方に移動させた後、制御システム５００の制御下で、微調整機構２２０と第２移動ステージ２００との協働下でターゲットチップの位置調整を行われる。
【００５５】
図４に示すように、移送キャリア１７０上のターゲットチップの位置調整が完了した後、第２移動ステージ２００は、キャリブレーションシステム４１０、４１１からの測定データに基づいて、移送キャリア１７０を基板４３０及びボンディングステージ４２０の真上に運び、複数の自由度で移動して、移送キャリア１７０を基板４３０に位置合わせする。その後、移送キャリア１７０上のチップは、剥がすことができる有機接着剤によって基板４３０に接合される。この時点で、マーク１５０ｎは、ターゲットチップ１４０ｎと基板との間に位置する。
【００５６】
その後、第２移動ステージ２００は、移送キャリア１７０を分離セクション１００に戻し、全てのターゲットチップが支持キャリア１３０から基板４３０に移送されるまで上記のステップを繰り返す。これにより、第２ロボットアーム０４０は、基板４３０をピックアップし、基板カセット０３０内に配置する。
【００５７】
プロセス要件に基づいて、移送キャリア上のターゲットチップのレイアウトは、チップのサイズ、ピッチ、数及び移送キャリアのマージンに基づいて適切に設計され得る。本発明によれば、同時に平行して移送キャリア上の複数のターゲットの位置を測定及び調整することができる、アラインメントシステム２１０の複数の同一の例及び微調整機構２２０の複数の同一の例を組み込むことによって、スループット及びコスト要件に従って包括的な最適化及び構成が可能である。
【００５８】
要約すると、本発明のチップボンディング装置及び方法は、チップを一時的に保持することが可能な移送キャリアと、移送キャリアの正確なチップ位置調整が可能なチップ調整システムとを用いて、基板上にバッチ内のチップを接合することによって、フリップチップボンディング効率を大幅に向上させることができる。本発明に係るバッチ内のチップのピックアップ及びボンディングは、チップピックアップ、微細チップ位置調整及びチップボンディングにそれぞれ必要な時間のバランスをとることにより、ボンディング装置の高いボンディング精度を保証し、スループットを増加させる。
【００５９】
上記の説明は、本発明のいくつかの好ましい実施形態の説明に過ぎず、いかなる意味でもその範囲を限定するものではない。上記の教示に基づいて当業者によってなされたすべての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲に定義される範囲内に含まれる。
【００６０】
当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な修正及び変形を行うことができることは明らかである。従って、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲内にある場合、そのような変更及び変形の全てが本発明の範囲に包含されることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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