(57)【要約】  フリップチップ接合装置及び方法が開示される。接合装置は、フリップチップ（２００）をキャリア（１００）から分離して、フリップチップ（２００）を供給するように構成された供給ユニット（１０）であって、反転装置（１１）を備える供給ユニット（１０）と、フリップチップ（２００）を反転装置（１１）から受け取る移送ユニット（２０）と、移送ユニット（２０）上のフリップチップ（２００）の位置を調整するように構成された位置調整ユニット（３０）と、移送ユニット（２０）上のフリップチップ（２００）を基板（４００）に接合するように構成された接合ユニット（４０）と、移送ユニット（２０）を搬送する搬送ユニット（５０）と、前述のユニットの移動を制御する制御ユニット（６０）とを備える。移送ユニット２０は、複数のフリップチップ（２００）を受け取ることができ、フリップチップ（２００）を同時に接合させることができる。これは、接合時間の節約とスループットの向上をもたらし得る。また、移送ユニット（２０）の搬送中に、位置調整ユニット（３０）によりフリップチップ（２００）の位置を調整することができ、次の接合工程でのフリップチップ（２００）の高い位置精度を確保することができる。これにより、高精度の接合が可能となる。【選択図】図３
2019507504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップをキャリアから分離して、前記フリップチップを供給するように構成された供給ユニットであって、前記キャリアから分離された前記フリップチップをピックアップして反転し、前記フリップチップは上下逆さまにされる反転装置を備える供給ユニットと、
前記フリップチップを前記反転装置から受け取り、保持するように構成された移送ユニットであって、複数の前記フリップチップを保持することができる移送ユニットと、
前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整するように構成された位置調整ユニットと、
前記移送ユニット上の前記フリップチップを基板に接合するように構成された接合ユニットと、
前記移送ユニットを水平Ｘ方向に搬送する搬送ユニットと、
各ユニットの動作を制御する制御ユニットと、
を備え、
前記供給ユニット、前記位置調整ユニット及び前記接合ユニットは、前記水平Ｘ方向に沿って順次配置されている、
フリップチップ接合装置。
【請求項２】
前記供給ユニットは、前記フリップチップが前記キャリアから分離され、前記キャリアよりも高い位置に配置されるよう、前記フリップチップを前記キャリアから持ち上げるように構成されたジャッキ装置をさらに備え、
前記反転装置は、持ち上げられた前記フリップチップをピックアップすることができる、
請求項１に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項３】
前記ジャッキ装置は、垂直Ｚ方向に沿って順次接続されたプランジャ機構と、第１吸着機構と、第１移動機構とを備え、
前記プランジャ機構は、前記フリップチップを持ち上げるように構成され、
前記第１吸着機構は、前記フリップチップが持ち上げられた方向とは反対方向に、前記フリップチップが載置された前記キャリアを吸着し、
前記プランジャ機構と前記第１吸着機構とを移動させる第１移動機構とを備える、
請求項２に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項４】
前記反転装置は、モータと、第２移動機構と、前記モータを前記第２移動機構に接続する接続部材と、前記第２移動機構に垂直Ｚ方向に接続された第２吸着機構とを備え、
前記第２吸着機構は、前記フリップチップを吸着するように構成され、
前記第２移動機構は、前記第２吸着機構を垂直Ｚ方向に移動させるように構成され、
前記モータは、前記第２吸着機構及び前記第２移動機構を反転させるように構成されている、
請求項１、２又は３に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項５】
前記位置調整ユニットは、第１測定システムと、位置調整装置とを備え、
前記第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を測定するように構成され、
前記位置調整装置は、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整するように構成されている、
請求項１に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項６】
前記位置調整装置は、支持機構と、第３移動機構と、第３吸着機構とを備え、
前記支持機構は、前記第３移動機構を支持するように構成され、
前記第３移動機構は、前記第３吸着機構を前記移送ユニット上の前記フリップチップに対応する位置に移動させるように構成され、
前記第３吸着機構は、前記移送ユニットから前記フリップチップを吸い上げるように構成される、
請求項５に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項７】
前記接合ユニットは、第２測定システムと第３測定システムとを備え、
前記第２測定システムは、前記移送ユニットの位置を測定するように構成され、
前記第３測定システムは、前記基板の位置を測定するように構成される、
請求項５に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項８】
前記第１測定システム、前記第２測定システム及び前記第３測定システムのそれぞれは、対象物に設けられたマークの位置を測定することによって前記対象物の位置を取得するように構成され、第１測定ブランチと第２測定ブランチとを備え、
前記第１測定ブランチは第１照明ユニットと第１検出ユニットを含み、前記第１照明ユニットは前記マークの照明光源として機能するように構成され、前記第１検出ユニットは前記マークの像を取得し、前記マークの位置を測定するように構成され、
前記第２測定ブランチは第２照明ユニットと第２検出ユニットとを含み、前記第２照明ユニットは前記第１照明ユニットと構造的に同一であり、前記第２検出ユニットは前記第１検出ユニットと構造的に同一であり、
前記マークは、互いに直交するＸ方向特徴とＹ方向特徴とを有し、
前記第１測定ブランチは、前記Ｘ方向特徴を測定し、前記第２測定ブランチは前記Ｙ方向特徴を測定するように構成されている、
請求項７に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項９】
前記マーク上の前記第１測定ブランチの光軸の投影は、前記Ｙ方向特徴と平行であり、
前記マーク上の前記第２測定ブランチの光軸の投影は、前記Ｘ方向特徴と平行である、
請求項８に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項１０】
前記第１照明ユニットは、広帯域光源と、照明レンズ群と、前側結像レンズ群とを含み、
前記第１検出ユニットは、後側結像レンズ群とイメージセンサとを含み、
前記広帯域光源から出射された広帯域光は、前記照明レンズ群及び前記前側結像レンズ群を順次通過した後、前記Ｘ方向特徴又は前記Ｙ方向特徴に斜めに入射し、
前記Ｘ方向特徴又は前記Ｙ方向特徴から反射された光は、前記後側結像レンズ群を伝播して、前記イメージセンサ上に前記マークの像を結像し、
前記イメージセンサから出力された画像を処理した後に、前記マークの位置情報が得られる、
請求項８に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項１１】
前記供給ユニットは、第１移動ステージをさらに備え、前記接合ユニットは、第２移動ステージをさらに備え、
前記第１移動ステージは、前記フリップチップを前記移送ユニットに供給するように構成された前記キャリアを運ぶように構成され、
前記第２移動ステージは、前記移送ユニット上の前記フリップチップに接合されるべき前記基板を搬送するように構成される、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項１２】
キャリアホルダユニットと、基板ホルダユニットと、第１移送装置と、第２移送装置とをさらに備え、
前記キャリアホルダユニットは、接合されるべき前記フリップチップを供給する複数の前記キャリアを支持するように構成され、前記基板ホルダユニットは、チップボンディングを完了した複数の前記基板を支持するように構成され、
前記第１移送装置は、前記キャリアホルダユニットから前記キャリアの一つをピックアップして、当該キャリアを前記第１移動ステージに搬送するように構成され、前記第２移送装置は、前記第２移動ステージから前記基板をピックアップして、当該基板を前記基板ホルダユニットに搬送するように構成されている、
請求項１１に記載のフリップチップ接合装置。
【請求項１３】
Ｓ０１：供給ユニットによってフリップチップをキャリアから分離し、反転装置によって前記フリップチップをピックアップして反転させ、
Ｓ０２：移送ユニットによって前記フリップチップを前記反転装置から受け取り、
Ｓ０３：前記移送ユニットが全ての前記フリップチップを受け取り、保持するまで、ステップＳ０１及びＳ０２を繰り返し、
Ｓ０４：搬送ユニットによって前記移送ユニットを位置調整ユニットの測定フィールドに搬送し、前記位置調整ユニットが前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を測定して調整し、
Ｓ０５：前記搬送ユニットによって、前記移送ユニットを接合ユニットの測定フィールドに搬送し、前記接合ユニットが前記移送ユニット上の全ての前記フリップチップを基板に接合する、
フリップチップ接合方法。
【請求項１４】
ステップＳ０１において、第１移送装置がキャリアホルダユニットから前記キャリアをピックアップし、第１移動ステージに移送し、
前記第１移動ステージは、前記キャリア上の前記フリップチップを所定のピックアップ位置に移動させ、
ジャッキ装置は、前記キャリアから前記フリップチップを持ち上げ、
前記反転装置は、前記ジャッキ装置によって持ち上げられた前記フリップチップをピックアップし、当該フリップチップを反転する、
請求項１３に記載のフリップチップ接合方法。
【請求項１５】
ステップＳ０４において、前記位置調整ユニットの第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を測定し、
前記位置調整ユニットの位置調整装置は、前記第１測定システムの測定結果に基づいて、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整する、
請求項１３に記載のフリップチップ接合方法。
【請求項１６】
ステップＳ０４において、前記第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置の測定を行い、
前記搬送ユニットは、前記測定に基づいて、前記位置調整ユニットの微測定フィールドに前記移送ユニットを搬送し、
前記第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置の他の測定を実行し、
位置調整装置は、前記他の測定に基づいて、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整する、
請求項１３に記載のフリップチップ接合方法。
【請求項１７】
前記接合ユニットの第２測定システムは、前記移送ユニットの位置を測定し、
第３測定システムは、前記基板の位置を測定し、
前記搬送ユニットは、前記測定に基づいて、前記移送ユニットを前記接合ユニットの接合位置に搬送し、第２移動ステージは前記基板を前記接合ユニットの接合位置に運び、前記フリップチップの接合を完了する、
請求項１３に記載のフリップチップ接合方法。
【請求項１８】
ステップＳ０５に続いて、前記フリップチップを前記移送ユニットから分離し、前記移送ユニットを前記搬送ユニットによって初期位置に戻す、
請求項１３に記載のフリップチップ接合方法。
【請求項１９】
前記基板全体の接合が完了した後、前記基板をピックアップして第３移送装置により基板ホルダユニットに移送する、
請求項１８に記載のフリップチップ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体技術の分野に関し、特に、フリップチップ接合装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップボンディングは、チップを基板に接合するための相互接続手法である。軽量化、薄型化、小型化に向けた電子製品の開発に伴い、チップボンディング技術の利用が増えている。ウェハレベルのパッケージングプロセスと組み合わせると、チップボンディングプロセスにより、より小型のパッケージをより高性能に製造することが可能となる。さらに、既知の良好なダイ（ＫＧＤ）と、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）プロセスと組み合わせたチップボンディングプロセスは、コスト及び性能の点でより競争力のある３次元構造を製造することを可能にする。
【０００３】
従来のフリップチップ接合装置は、チップと同等の大きさの吸着ヘッドを有するチップ供給装置から単一のチップをピックアップし、アライメントシステムを用いて、チップ上のアライメントマークをチップが接合される基板上のアライメントマークと位置合わせし、チップを基板上に押し付けて、チップと基板との間の相互接続を形成する。このプロセスは連続して行われ、プレスボンディングサイクルが長時間続くと、全体的なスループットが低すぎて大量生産にプロセスを使用することができない。さらに、このプロセスの接合精度は低い。
【０００４】
図１は、フリップチップボンディングプロセスを概略的に示す。図１に示すように、部品面３を上向きにして支持台１に支持された被接合チップ２は、機械アームによりピックアップされ、反転された後、実際のプロセスの要件に基づいて調整可能であるピッチＬで接合される。この従来のフリップチップボンディング手法は、図２に具体的に示されている。最初に、反転機械アーム５がチップを支持テーブル１からピックアップし、それを反転させて別の機械アーム６に渡し、チップを基板４の上方に搬送する。ＣＣＤイメージセンサ７により、チップの前面側のアライメントマークと基板４上のアライメントマークとの位置合わせが行われた後、チップは基板上に押し付けられ、基板に接合される。しかしながら、この手法は、チップが１つずつ連続して接合される、全体のプロセスが連続的に行われるという点で不利である。各チップの押圧及び接合が比較的長い時間（例えば、３０秒）を要する場合、スループットが低すぎて大量生産のために手法を使用することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、複数のフリップチップを同時に高精度に接合することができ、接合時間を節約し、プロセスのスループットを向上させる、フリップチップ接合装置及び接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記及び他の関連する目的を達成するために、本発明に係るフリップチップボンディング装置は、フリップチップをキャリアから分離して、前記フリップチップを供給するように構成された供給ユニットであって、前記キャリアから分離された前記フリップチップをピックアップして反転し、前記フリップチップは上下逆さまにされる反転装置を備える供給ユニットと、
前記フリップチップを前記反転装置から受け取り、保持するように構成された移送ユニットであって、複数の前記フリップチップを保持することができる移送ユニットと、
前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整するように構成された位置調整ユニットと、
前記移送ユニット上の前記フリップチップを基板に接合するように構成された接合ユニットと、
前記移送ユニットを水平Ｘ方向に搬送する搬送ユニットと、
各ユニットの動作を制御する制御ユニットと、
を備え、
前記供給ユニット、前記位置調整ユニット及び前記接合ユニットは、前記水平Ｘ方向に沿って順次配置されている。
【０００７】
選択的に、前記供給ユニットは、前記フリップチップが前記キャリアから分離され、前記キャリアよりも高い位置に配置されるよう、前記フリップチップを前記キャリアから持ち上げるように構成されたジャッキ装置をさらに備え、前記反転装置は、持ち上げられた前記フリップチップをピックアップすることができる。
【０００８】
選択的に、前記ジャッキ装置は、垂直Ｚ方向に沿って順次接続されたプランジャ機構と、第１吸着機構と、第１移動機構とを備え、前記プランジャ機構は、前記フリップチップを持ち上げるように構成され、前記第１吸着機構は、前記フリップチップが持ち上げられた方向とは反対方向に、前記フリップチップが載置された前記キャリアを吸着し、前記プランジャ機構と前記第１吸着機構とを移動させる第１移動機構とを備える。
【０００９】
選択的に、前記反転装置は、モータと、第２移動機構と、前記モータを前記第２移動機構に接続する接続部材と、前記第２移動機構に垂直Ｚ方向に接続された第２吸着機構とを備え、前記第２吸着機構は、前記フリップチップを吸着するように構成され、前記第２移動機構は、前記第２吸着機構を垂直Ｚ方向に移動させるように構成され、前記モータは、前記第２吸着機構及び前記第２移動機構を反転させるように構成されている。
【００１０】
選択的に、前記位置調整ユニットは、第１測定システムと、位置調整装置とを備え、
前記第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を測定するように構成され、前記位置調整装置は、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整するように構成されている。
【００１１】
選択的に、前記位置調整装置は、支持機構と、第３移動機構と、第３吸着機構とを備え、前記支持機構は、前記第３移動機構を支持するように構成され、前記第３移動機構は、前記第３吸着機構を前記移送ユニット上の前記フリップチップに対応する位置に移動させるように構成され、前記第３吸着機構は、前記移送ユニットから前記フリップチップを吸い上げるように構成される。
【００１２】
選択的に、前記接合ユニットは、第２測定システムと第３測定システムとを備え、前記第２測定システムは、前記移送ユニットの位置を測定するように構成され、前記第３測定システムは、前記基板の位置を測定するように構成される。
【００１３】
選択的に、前記第１測定システム、前記第２測定システム及び前記第３測定システムのそれぞれは、対象物に設けられたマークの位置を測定することによって前記対象物の位置を取得するように構成され、第１測定ブランチと第２測定ブランチとを備え、前記第１測定ブランチは第１照明ユニットと第１検出ユニットを含み、前記第１照明ユニットは前記マークの照明光源として機能するように構成され、前記第１検出ユニットは前記マークの像を取得し、前記マークの位置を測定するように構成され、前記第２測定ブランチは第２照明ユニットと第２検出ユニットとを含み、前記第２照明ユニットは前記第１照明ユニットと構造的に同一であり、前記第２検出ユニットは前記第１検出ユニットと構造的に同一であり、前記マークは、互いに直交するＸ方向特徴（X-direction feature）とＹ方向特徴（Y-direction feature）とを有し、前記第１測定ブランチは、前記Ｘ方向特徴を測定し、前記第２測定ブランチは前記Ｙ方向特徴を測定するように構成されている。
【００１４】
選択的に、前記マーク上の前記第１測定ブランチの光軸の投影は、前記Ｙ方向特徴と平行であり、前記マーク上の前記第２測定ブランチの光軸の投影は、前記Ｘ方向特徴と平行である。
【００１５】
選択的に、前記第１照明ユニットは、広帯域光源と、照明レンズ群と、前側結像レンズ群とを含み、前記第１検出ユニットは、後側結像レンズ群とイメージセンサとを含み、前記広帯域光源から出射された広帯域光は、前記照明レンズ群及び前記前側結像レンズ群を順次通過した後、前記Ｘ方向特徴又は前記Ｙ方向特徴に斜めに入射し、前記Ｘ方向特徴又は前記Ｙ方向特徴から反射された光は、前記後側結像レンズ群を伝播して、前記イメージセンサ上に前記マークの像を結像し、前記イメージセンサから出力された画像を処理した後に、前記マークの位置情報が得られる。
【００１６】
選択的に、前記供給ユニットは、第１移動ステージをさらに備え、前記接合ユニットは、第２移動ステージをさらに備え、前記第１移動ステージは、前記フリップチップを前記移送ユニットに供給するように構成された前記キャリアを運ぶように構成され、前記第２移動ステージは、前記移送ユニット上の前記フリップチップに接合されるべき前記基板を搬送するように構成される。
【００１７】
選択的に、キャリアホルダユニットと、基板ホルダユニットと、第１移送装置と、第２移送装置とをさらに備え、前記キャリアホルダユニットは、接合されるべき前記フリップチップを供給する複数の前記キャリアを支持するように構成され、前記基板ホルダユニットは、チップボンディングを完了した複数の前記基板を支持するように構成され、前記第１移送装置は、前記キャリアホルダユニットから前記キャリアの一つをピックアップして、当該キャリアを前記第１移動ステージに搬送するように構成され、前記第２移送装置は、前記第２移動ステージから前記基板をピックアップして、当該基板を前記基板ホルダユニットに搬送するように構成されている。
【００１８】
本発明はまた、以下のステップを含む、対応するフリップチップ接合方法を提供する。
Ｓ０１：供給ユニットによってフリップチップをキャリアから分離し、反転装置によって前記フリップチップをピックアップして反転させ、
Ｓ０２：移送ユニットによって前記フリップチップを前記反転装置から受け取り、
Ｓ０３：前記移送ユニットが全ての前記フリップチップを受け取り、保持するまで、ステップＳ０１及びＳ０２を繰り返し、
Ｓ０４：搬送ユニットによって前記移送ユニットを位置調整ユニットの測定フィールドに搬送し、前記位置調整ユニットが前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を測定して調整し、
Ｓ０５：前記搬送ユニットによって、前記移送ユニットを接合ユニットの測定フィールドに搬送し、前記接合ユニットが前記移送ユニット上の全ての前記フリップチップを基板に接合する。
【００１９】
選択的に、ステップＳ０１において、第１移送装置がキャリアホルダユニットから前記キャリアをピックアップし、第１移動ステージに移送し、前記第１移動ステージは、前記キャリア上の前記フリップチップを所定のピックアップ位置に移動させ、ジャッキ装置は、前記キャリアから前記フリップチップを持ち上げ、前記反転装置は、前記ジャッキ装置によって持ち上げられた前記フリップチップをピックアップし、当該フリップチップを反転する。
【００２０】
選択的に、ステップＳ０４において、前記位置調整ユニットの第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を測定し、前記位置調整ユニットの位置調整装置は、前記第１測定システムの測定結果に基づいて、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整する。
【００２１】
選択的に、ステップＳ０４において、前記第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置の測定を行い、前記搬送ユニットは、前記測定に基づいて、前記位置調整ユニットの微測定フィールドに前記移送ユニットを搬送し、前記第１測定システムは、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置の他の測定を実行し、位置調整装置は、前記他の測定に基づいて、前記移送ユニット上の前記フリップチップの位置を調整する。
【００２２】
選択的に、前記接合ユニットの第２測定システムは、前記移送ユニットの位置を測定し、第３測定システムは、前記基板の位置を測定し、前記搬送ユニットは、前記測定に基づいて、前記移送ユニットを前記接合ユニットの接合位置に搬送し、第２移動ステージは前記基板を前記接合ユニットの接合位置に運び、前記フリップチップの接合を完了する。
【００２３】
選択的に、ステップＳ０５に続いて、前記フリップチップを前記移送ユニットから分離し、前記移送ユニットを前記搬送ユニットによって初期位置に戻す。
【００２４】
選択的に、前記基板全体の接合が完了した後、前記基板をピックアップして第２移送装置により基板ホルダユニットに移送する。
【００２５】
従来技術と比較して、本発明によるフリップチップ接合装置及び方法は、以下の有益な効果を有する。
【００２６】
１．複数のフリップチップを受け取り、保持することが可能な移送ユニットと、複数のフリップチップを同時に接合するために、移送ユニットを接合ユニットへ搬送する搬送ユニットとが、接合時間の節約とスループットの向上をもたらす。また、移送ユニットの搬送中に、位置調整ユニットにより移送ユニット上のフリップチップの位置を調整することができ、次の接合工程でのフリップチップの高い位置精度を確保することができる。これにより、高精度の接合が可能となる。
【００２７】
２．供給ユニットに設けられた、プランジャ機構と第１吸着機構とを備えるジャッキ装置により、第１吸着機構がキャリアを吸着し、プランジャ機構がキャリアからフリップチップを持ち上げる。このように、フリップチップをキャリアから分離することは容易であり、反転装置がキャリアから直接それを取り出すことが回避される。これにより、フリップチップのピックアップの遅延が防止され、効率が向上する。
【００２８】
３．２つの照明ユニットと２つの検出ユニットとを含む測定システムにより、第１照明ユニットが第１検出ユニットと協働してＸ方向特徴の位置を検出し、第２照明ユニットが第２検出ユニットと連携して、Ｙ方向特徴の位置を検出する。このように、Ｘ方向とＹ方向特徴は別々に測定され、垂直と水平の測定信号間のクロストークを防ぎ、測定精度を向上させる。
【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プロセスを概略的に示す。
【図２】従来のフリップチップボンディングソリューションの概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１に従って構成されたフリップチップ接合装置の構成概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるジャッキ装置の構成概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１における反転装置の構成概略図である。
【図６】本発明の実施の形態１における位置調整装置の構成概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１における第１測定システムの構成概略図である。
【図８】本発明の実施の形態１における第１照明ユニット及び第１検出ユニットを模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るフリップチップ接合方法を示す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、添付の図面に関連して読まれるべき特定の実施の形態の以下の詳細な説明からより明らかになり、より理解されるであろう。もちろん、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、当業者に知られている全ての一般的な置換も本発明の範囲に含まれることが意図される。
【００３１】
さらに、図面は、図示を容易にするために、一般的に縮尺通りに描かれていない概略図で示されており、いかなる意味においても本発明の範囲を限定するものではない。
【００３２】
本発明の主要部の概念は、複数のフリップチップを受け取り、保持することが可能な移送ユニットと、複数のフリップチップを同時に接合するために、移送ユニットを接合ユニットへ搬送する搬送ユニットとを備えるフリップチップ接合装置を提供することであり、接合時間の節約とスループットの向上をもたらす。また、移送ユニットの搬送中に、位置調整ユニットにより移送ユニット上のフリップチップの位置を調整することができ、次の接合工程でのフリップチップの高い位置精度を確保することができる。これにより、高精度の接合が可能となる。
【００３３】
実施の形態１．
図３を参照すると、本発明の実施の形態１に従って構成されたフリップチップ接合装置の構成概略図が示されている。図３に示すように、フリップチップ接合装置は、フリップチップをキャリア１００から分離して、フリップチップを供給するように構成された供給ユニット１０であって、フリップチップをピックアップして反転し、フリップチップは上下逆さまにされる反転装置１１を備える供給ユニット１０と、フリップチップを反転装置１１から受け取り、保持するように構成された移送ユニット２０であって、複数のフリップチップを保持することができる移送ユニット２０と、移送ユニット２０上のフリップチップの位置を調整するように構成された位置調整ユニット３０と、移送ユニット２０上のフリップチップを基板４００に接合するように構成された接合ユニット４０と、移送ユニット２０をＸ方向に搬送する搬送ユニット５０と、を備えている。供給ユニット１０、位置調整ユニット３０及び接合ユニット４０は、Ｘ方向に沿って順次配置されている。これらのユニットの動作を制御するように構成された制御ユニット６０も含まれる。キャリア１００には、それぞれチップマークが設けられたフリップチップセットが配置されている。図３では、フリップチップの１つとそのチップマークのみがそれぞれ２００と２０１で示されている。
【００３４】
本発明に係るフリップチップ接合装置では、移送ユニットは、供給ユニットから複数のフリップチップを受け取り、保持することができる。搬送ユニットは、複数のフリップチップの接合のために、移送ユニットを接合ユニットに搬送することができ、複数のフリップチップを同時に接合することができ、接合時間の節約とスループットの向上をもたらす。また、移送ユニットの搬送中に、位置調整ユニットによりフリップチップの位置を調整することができ、次の接合工程でのフリップチップの高い位置精度を確保することができる。これにより、高精度の接合が可能となる。
【００３５】
供給ユニット１０は、キャリア１００の表面に対してある高さまでキャリア１００からフリップチップを持ち上げるように構成されたジャッキ装置１２を含むことができる。図４は、実施の形態１におけるジャッキ装置の構成概略図である。図４に示すように、ジャッキ装置１２は、Ｚ方向に沿って順次接続されたプランジャ機構１２１と、第１吸着機構１２２と、第１移動機構１２３とを備えている。プランジャ機構１２１は、フリップチップを持ち上げるように構成されている。第１吸着機構１２２は、フリップチップが持ち上げられた方向とは反対方向に、フリップチップが載置されたキャリアを吸着するように構成されている。第１移動機構１２３は、プランジャ機構１２１及び第１吸着機構１２２をＹ方向に移動させ、ジャッキ装置１２を次のフリップチップの位置に移動させるように構成されている。
【００３６】
反転装置１１は、ジャッキ装置１２によって持ち上げられたフリップチップをピックアップするように構成されている。図５は、本発明の実施の形態１における反転装置の構成概略図である。図５に示すように、反転装置１１は、モータ１１１と、第２移動機構１１２と、モータ１１１と第２移動機構１１２とを接続する接続部材１１３と、第２移動機構１１２にＺ方向に接続された第２吸着機構１１４とを備えている。第２吸着機構１１４は、フリップチップを吸着するように構成されている。第２移動機構１１２は、第２吸着機構１１４をＺ方向に移動させるように構成されている。モータ１１１は、第２吸着機構１１４及び第２移動機構１１２を反転させるように構成されている。第２吸着機構１１４は、ゴム吸着カップ、セラミック吸着カップ、又はフリップチップを吸着することができる他の吸着カップであってもよい。
【００３７】
供給ユニット１０では、キャリアが第１吸着機構１２２に吸着された後、プランジャ機構１２１がキャリア１００からフリップチップが持ち上げる。このように、フリップチップをキャリアから持ち上げることは容易である。また、第２吸着機構１１４によってプランジャ機構１２１からフリップチップをピックアップすることにより、反転装置１１がキャリア１００からそれを直接取り出すことが回避される。これにより、フリップチップのピックアップの遅延が防止され、効率が向上する。
【００３８】
位置調整ユニット３０は、第１測定システム３１及び位置調整装置３２を含むことができる。第１測定システム３１は、移送ユニット２０上のフリップチップの位置を測定するように構成され、位置調整装置３２は、移送ユニット２０上のフリップチップの位置を調整するように構成される。接合ユニット４０は、第２測定システム４１及び第３測定システム４２を含む。第２測定システム４１は、移送ユニット２０の位置を測定するように構成され、第３測定システム４２は、基板４００の位置を測定するように構成される基板４００は、金属材料、半導体材料、有機材料又は当業者に知られている他の材料で形成され得る。
【００３９】
図６は、本発明の実施の形態１における位置調整装置３２の構成概略図である。図６に示すように、位置調整装置３は、支持機構３２１と、第３移動機構３２２と、第３吸着機構３２３とを備えている。支持機構３２１は、第３移動機構３２２を支持するように構成されている。第３移動機構３２２は、第３吸着機構３２３を移送ユニット２０上のフリップチップを吸着する位置に移動させるように構成され、第３吸着機構３２３は、移送ユニット２０からフリップチップを吸着するように構成される。
【００４０】
第１測定システム３１、第２測定システム４１及び第３測定システム４２は、同じ構造を有し、対象物上のマークの位置情報から対象物の位置情報を得るように構成されている。第１測定システム３１は、フリップチップ上のチップマークの位置の測定からフリップチップの位置を推定することができる。第２測定システム４１は、チップマーク（移送ユニット２０に保持されたフリップチップ）の位置を測定することによって、移送ユニット２０の位置を取得することができる。第３測定システム４２は、基板上の基板マークの位置を測定することによって基板の位置を検出することができる。第１測定システム３１は、第１測定システム３１の焦点面がフリップチップ上のチップマークと一致する位置に配置される。この実施の形態では、第１測定システム３１と第２測定システム４１は共に、移送ユニット２０の下に配置され、第３測定システム４２は基板４００の上方に配置される。換言すると、第１測定システム３１と第２測定システム４１はそれらの上のマークを測定し、第３測定システム４２はその下のマークを測定する。これらの３つの測定システムは同じ構造であるため、第１測定システム３１の構造のみを以下に詳述する。
【００４１】
図７は、本発明の実施の形態１における第１測定システム３１の構成概略図である。図７に示すように、第１測定システム３１は、第１測定ブランチ及び第２測定ブランチを含むことができる。第１測定ブランチは、第１照明ユニット３１１及び第１検出ユニット３１２を含む。第１照明ユニット３１１は、マークの照明光源として機能し、第１検出ユニット３１２はマークを撮像し、その位置を測定するように構成される。第２測定ブランチは、第２照明ユニット３１３及び第２検出ユニット３１４を含む。第２照明ユニット３１３及び第２検出ユニット３１４は、それぞれ、第１照明ユニット３１１及び第１検出ユニット３１２と同一である。各マークは、互いに直交するＸ方向特徴（X-direction feature）及びＹ方向特徴（Y-direction feature）を含む。第１測定ブランチは、Ｘ方向特徴の位置を測定するように設計され、第２測定ブランチは、Ｙ方向特徴の位置を測定するように設計される。すなわち、第１照明ユニット３１１は、第１検出ユニット３１２と協働してＸ方向特徴の位置を検出し、第２照明ユニット３１３は、第２検出ユニット３１４と連携してＹ方向特徴の位置を検出する。第１照明ユニット３１１は、Ｘ方向特徴の照明光源として機能し、第２照明ユニット３１２は、Ｙ方向特徴の照明光源として機能するように構成されている。第１検出ユニット３１２は、Ｘ方向特徴を画像化し、その位置を測定するために提供され、第２検出ユニット３１４は、Ｙ方向特徴を撮像し、その位置を測定するように提供される。
【００４２】
第１照明ユニット３１１及び第１検出ユニット３１２は、Ｘ方向特徴に対して対称に配置されている。同様に、第２照明ユニット３１３及び第２検出ユニット３１４は、Ｙ方向特徴に対して対称に配置されている。Ｘ方向及びＹ方向特徴を別々に測定することにより、垂直と水平の測定信号間のクロストークを防止し、測定精度を向上させることができる。マーク上の第１測定ブランチの光軸の投影は、Ｙ方向特徴に平行である。同様に、マーク上の第２測定ブランチの光軸の投影は、Ｘ方向特徴に平行である。これらの２つの直交するブランチは、２つの方向のアライメントと検出を可能にする。
【００４３】
図８は、本発明の実施の形態１における第１照明ユニット３１１及び第１検出ユニット３１２を模式的に示す図である。図８に示すように、第１照明ユニット３１１は、広帯域光源３０１と、照明レンズ群３０２と、前側結像レンズ群３０３とを備えていてもよい。第１検出ユニット３１２は、後側結像レンズ群３０４とイメージセンサ３０５とを備えていてもよい。広帯域光源３０１から出射された広帯域光は、照明レンズ群３０２及び前側結像レンズ群３０３を順次通過した後、Ｘ方向特徴に斜めに入射する。Ｘ方向特徴から反射された光は、後側結像レンズ群３０４を伝播し、Ｘ方向特徴の画像をイメージセンサ３０５上に形成する。これに応じて、イメージセンサ３０５は、特徴のアライメント位置を決定するために処理される画像を出力する。第１照明ユニット３１１は第２照明ユニット３１３と同一の構成であり、第１検出ユニット３１２は第２検出ユニット３１４と同じ構成であるため、第２照明ユニット３１３及び第２検出ユニット３１４はここではさらに詳細には説明しない。
【００４４】
引き続き図３を参照すると、供給ユニット１０は、第１移動ステージ１３をさらに備え、接合ユニット４０は、第２移動ステージ４３をさらに備える。第１移動ステージ１３は、フリップチップを移送ユニット２０に供給するために用いられるキャリア１００を運ぶように構成されている。第２移動ステージ４３は、移送ユニット２０上のフリップチップに接合されるべき基板４００を運ぶように構成されている。
【００４５】
フリップチップ接合装置は、キャリアホルダユニット７０と、基板ホルダユニット８０と、第１移送装置７１と、第２移送装置８１とをさらに備えていてもよい。キャリアホルダユニット７０は、接合されるべきフリップチップをそれぞれ担持する複数のキャリア１００を収容するように構成されている。基板ホルダユニット８０は、チップボンディングを完了した複数の基板４００を供給するように構成されている。第１移送装置７１は、キャリアホルダユニット７０からキャリア１００をピックアップして、第１移動ステージ１３に搬送するように構成されている。第２移送装置８１は、第２移動ステージ４３から基板４００をピックアップして、基板ホルダユニット８０に搬送するように構成されている。
【００４６】
制御システム６０は、上述のユニット及び装置の移動を制御するように構成されている。具体的には、制御システム６０の制御下で、第１移送装置７１は、キャリア１００をピックアップし、第１移動ステージ１３に搬送することができる。制御システム６０の制御下で、第１移動ステージ１３は、複数の自由度で移動することができる。制御システム６０の制御下で、反転装置１１は、Ｚ方向に移動し、フリップチップを反転することができる。制御システム６０の制御下で、搬送ユニット５０はＸ方向に移動可能である。制御システム６０の制御下で、第１測定システム３１は、フリップチップの位置を測定することができる。制御システム６０の制御下で、位置調整装置３２は、フリップチップの位置を調整するために複数の自由度で移動することができる。制御システム６０の制御下で、第２測定システム４１は、移送ユニット２０の位置を測定することができる。制御システム６０の制御下で、第３測定システム４２は、基板４００の位置を測定することができる。制御システム６０の制御の下で、第２移動ステージ４３は複数の自由度で移動することができ、制御システム６０の制御下で、第２移送装置８１は基板をピックアップして基板ホルダユニット８０に搬送することができる。本発明によれば、第１移動ステージ１３、搬送ユニット５０及び第２移動ステージ４３のそれぞれについて、実際の必要性に応じて移動可能な自由度の数を決定することができる。
【００４７】
本発明のフリップチップ接合装置では、フリップチップの一時的な保持及び移送のために基板よりも小さいサイズの移送ユニット２０を使用することにより、異なるプロセスへの適応性を高めることができる。移送ユニット２０のサイズは、実際のフリップチップサイズに基づいて決定することができる。移送ユニット上のフリップチップのレイアウトは、フリップチップのサイズ、ピッチ、数、及び移送ユニットのマージンに基づいて適切に設計されてもよい。本発明によれば、移送ユニット上の複数のフリップチップの位置を平行して同時に測定及び調整するための、位置調整ユニット３０の複数の同一の例と位置調整装置３２の複数の同一の例とを組み込むことにより、スループット及びコスト要件に応じた包括的な最適化及び構成が可能である。
【００４８】
実施の形態２
図９は、本発明の実施の形態２に係るフリップチップ接合方法を示すフローチャートである。図９に示すように、フリップチップ接合方法は、以下のステップを含む。
【００４９】
ステップＳ０１において、供給ユニット１０は、フリップチップをキャリア１００から分離し、反転装置１１がフリップチップをピックアップして、反転させる。
【００５０】
ステップＳ０２において、移送ユニット20は、反転装置１１からフリップチップを受け取り、保持する。
【００５１】
ステップＳ０３において、移送ユニット２０の全てのフリップチップを受け取って、保持するまでステップＳ０１及びＳ０２を繰り返す。
【００５２】
ステップＳ０４において、搬送ユニット５０は、移送ユニット２０を位置調整ユニット３０の測定フィールドに搬送し、位置調整ユニット３０は、移送ユニット２０上のフリップチップの位置を測定し、調整する。
【００５３】
ステップＳ０５において、搬送ユニット５０は、移送ユニット２０を接合ユニット４０の測定フィールドに搬送し、接合ユニット４０は、移送ユニット上の全てのフリップチップを基板４００上に接合する。
【００５４】
具体的には、ステップＳ０１において、第１移送装置７１は、キャリアホルダユニット７０からキャリア１００をピックアップして第１移動ステージ１３上に搬送する。第１移動ステージ１３は、キャリア１００上のフリップチップを所定のピックアップ位置に移動させる。次いで、ジャッキ装置１２は、キャリア１００に対してフリップチップを持ち上げて、反転装置１１がジャッキ装置１２からフリップチップをピックアップできるようにする。そして、反転装置１１は、フリップチップを反転させる。
【００５５】
ステップＳ０２において、移送ユニット２０は、反転装置１１からフリップチップを受け取り、保持する。
【００５６】
ステップＳ０３において、移送ユニット２０の全てのフリップチップを受け取り、保持するまでステップＳ０１及びＳ０２を繰り返す。
【００５７】
ステップＳ０４において、搬送ユニット５０は、移送ユニット２０を位置調整ユニット３０の測定フィールドに搬送し、位置調整ユニット３０は、移送ユニット２０上のフリップチップの位置を測定し、調整する。ステップＳ０４は、以下のサブステップが含まれています。
【００５８】
第１サブステップでは、搬送ユニット５０は、移送ユニット２０を位置調整ユニット３０の測定フィールドに移送する。第２サブステップでは、位置調整ユニット３０内の第１測定システム３１は、移送ユニット２０上のフリップチップの位置を測定する。第３サブステップでは、位置調整ユニット３０の位置調整装置３２は、測定されたデータに基づいて、移送ユニット２０上のフリップチップの位置を調整する。選択的に、第２サブステップに続いて、搬送ユニット５０は、第１測定システム３１によって行われる測定に基づいて、移送ユニット２０を位置調整ユニット３０の微測定フィールドに搬送し、その後、第２サブステップを繰り返すことができる。ステップＳ０４は、少なくとも１回、好ましくは２回繰り返され、移送ユニット２０上のフリップチップの位置の調整を容易にする。
【００５９】
ステップＳ０５において、搬送ユニット５０は、移送ユニット２０を接合ユニット４０の測定フィールドに搬送し、接合ユニット４０は、移送ユニット上の全てのフリップチップを基板４００上に接合する。ステップＳ０５は、さらに以下のサブステップを含むことができる。
接合ユニット４０の第２測定システム４１によって移送ユニット２０の位置を測定し、第３測定システム４２によって基板４００の位置を測定し、搬送ユニット５０によって、測定データに基づき移送ユニット２０を接合ユニット４０の接合位置に移動させ、第２移動ステージ４３によって、基板４００を接合ユニット４０の接合位置に移動させ、フリップチップを基板４００に接合する。
【００６０】
本発明のフリップチップ接合方法は、ステップＳ０６において、移送ユニット２０からのフリップチップの分離に続いて、搬送ユニット５０によって移送ユニット２０を初期位置に戻すステップをさらに含むことができる。この初期位置は供給ユニット１０の上にある。ステップＳ０１〜Ｓ０６は、基板４００全体の接合が完了するまで繰り返されてもよい。そして、第２移送装置８１は、基板４００をピックアップして基板ホルダユニット８０に移送する。
【００６１】
本発明のフリップチップ接合方法において、搬送ユニットは、供給ユニットと位置調整ユニットと接合ユニットとの間で移送ユニットを搬送し、供給ユニットから移送ユニットにフリップチップを投入し、位置調整ユニットによって移送ユニット上の位置を調整し、接合ユニットによって基板に接合する。同時に複数のフリップチップが移送ユニットによって取り扱われるため、接合に要する時間が短縮され、スループットが向上する。さらに、位置調整により、後の接合工程におけるフリップチップの高い位置精度が保証される。 これにより、高精度の接合が可能となる。
【００６２】
つまり、本発明のフリップチップ接合装置及び方法においては、複数のフリップチップを受け取り、保持することが可能な移送ユニットと、それらを同時に接合するために移送ユニットを接合ユニットに搬送することが可能な搬送ユニットとが、接合時間の節約とスループットの向上を実現する。また、移送ユニットの搬送中に、位置調整ユニットにより移送ユニット上のフリップチップの位置を調整することができ、次の接合工程でのフリップチップの高い位置精度を確保することができる。これにより、高精度の接合が可能となる。さらに、供給ユニット内のジャッキ装置では、キャリアが第１吸着機構に保持された後、プランジャ機構がキャリアからフリップチップを持ち上げる。このようにして、フリップチップをキャリアから分離することは容易であり、反転装置がキャリアから直接フリップチップを取り出すことが回避される。これにより、フリップチップのピックアップの遅延が防止され、作業効率が向上する。さらに、２つの照明ユニットと２つの検出ユニットとを組み込んだ測定システムでは、第１照明ユニットが第１検出ユニットと協働してＸ方向特徴の位置を検出し、第２照明ユニットが第２検出ユニットと連携して、Ｙ方向特徴の位置を検出する。このように、Ｘ方向とＹ方向特徴は別々に測定され、垂直と水平の測定信号間のクロストークを防ぎ、測定精度を向上させる。
【００６３】
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、いかなる意味において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全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。
【図１】
2019507504.tif 000003
【図２】
2019507504.tif 000004
【図３】
2019507504.tif 000005
【図４】
2019507504.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2019507504.tif 000009
【図８】
2019507504.tif 000010
【図９】
2019507504.tif 000011
【国際調査報告】
2019507504.tif 000012
2019507504.tif 000013
2019507504.tif 000014
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