(57)【要約】【課題】            傾斜面が設けられた基板の傾斜面に半導体チップを精度良く実装する実装装置および実装方法を提供すること。【解決手段】        半導体チップを搬送する搬送手段と、搬送手段から半導体チップを受け取る搭載コレットと、搭載コレットに移載された半導体チップのアライメントマークを画像認識する第１の画像認識手段と、基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを画像認識する第２の画像認識手段と、搭載コレットを所定の角度だけ旋回させる旋回手段と、搭載コレットに移載された半導体チップを基板に設けられた傾斜面に押圧する加圧手段とを備え、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置を計算し、搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせする制御手段を備えた実装装置および実装方法を提供する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装する半導体チップを、基板に設けられた傾斜面に実装する実装装置において、
半導体チップを搬送する搬送手段と、
搬送手段から半導体チップを受け取る搭載コレットと、
搭載コレットに移載された半導体チップのアライメントマークを画像認識する第１の画像認識手段と、
基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを画像認識する第２の画像認識手段と、
搭載コレットを所定の角度だけ旋回させる旋回手段と、
搭載コレットに移載された半導体チップを基板に設けられた傾斜面に押圧する加圧手段とを備え、
第１の画像認識手段で認識した半導体チップのアライメントマークと、第２の画像認識手段で認識した基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークとから、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置を計算し、搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせする制御手段を備えた実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の実装装置において、
前記搬送手段と、前記搭載コレットと、前記第１の画像認識手段と、前記旋回手段と、前記加圧手段とを２系統備え、
一方の系統が半導体チップを搭載コレットに受け渡す作業を行う際に、他方の系統が搭載コレットに吸着保持された半導体チップを基板の傾斜面に搭載する作業を行う処理を制御する制御部を備えた実装装置。
【請求項３】
基板に実装する半導体チップを、基板に設けられた傾斜面に実装する実装方法であって、
半導体チップを搬送する搬送手段と、
搬送手段から半導体チップを受け取る搭載コレットと、
搭載コレットに移載された半導体チップのアライメントマークを画像認識する第１の画像認識手段と、
基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを画像認識する第２の画像認識手段と、
搭載コレットを所定の角度だけ旋回させる旋回手段と、
搭載コレットに移載されたチップを基板に設けられた傾斜面に押圧する加圧手段と、
第１の画像認識手段で認識した半導体チップのアライメントマークと、第２の画像認識手段で認識した基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークとから、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置を計算し、搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせする制御手段とを備えた実装装置を用いて、
搬送手段から搭載コレットに半導体チップを受け取るステップと、
搭載コレットに移載された半導体チップのアライメントマークを第１の画像認識手段で画像認識するステップと、
基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを第２の画像認識手段で画像認識するステップと、
搭載コレットを所定の角度だけ旋回するステップと、
第１の画像認識手段で認識した半導体チップのアライメントマークと、第２の画像認識手段で認識した基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークとから、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置を計算するステップと、
計算結果に基づいて搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせするステップとを有する実装方法。
【請求項４】
請求項３に記載の実装方法において、
前記実装装置がさらに、前記搬送手段と、前記搭載コレットと、前記第１の画像認識手段と、前記旋回手段と、前記加圧手段とを２系統備え、
一方の系統が半導体チップを搭載コレットに受け渡すステップと、他方の系統が搭載コレットに吸着保持された半導体チップを基板の傾斜面に搭載するステップとが、同じタイミングで処理される実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体チップを基板に実装する実装装置および実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体部品の高密度実装を実現する実装方法として、３次元実装が知られている（例えば、特許文献１）。３次元実装方法は、個片に裁断された複数の半導体チップを積み重ねて立体的に実装する実装方法である。積層された半導体チップは、シリコン貫通電極（Through-silicon  via：ＴＳＶ）によって接続されている。また、複数の半導体チップをモジュール化して基板の内部に埋め込むことによって高密度実装を行っているものもある。
【０００３】
このような実装方法は、半導体チップの平面的な積み重ねによって高密度実装を行っているが、さらに搭載面積を小さくして小型化するために、シリコンウエハやセラミック基板などの基板に窪みを設け、窪みの底部とシリコンウエハやセラミック基板の表面との間を所定の傾きの壁で構成し、傾きを持った壁面に半導体チップを実装する半導体パッケージも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１０９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような、傾斜面に従来の実装装置を用いて半導体チップを実装しようとすると、半導体チップを押圧する際の押圧力が実装面に対し垂直に作用しないため精度良く実装できない問題が発生する。
【０００６】
そこで、本発明の課題は傾斜面が設けられた基板の傾斜面に半導体チップを精度良く実装する実装装置および実装方法を提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板に実装する半導体チップを、基板に設けられた傾斜面に実装する実装装置において、
半導体チップを搬送する搬送手段と、
搬送手段から半導体チップを受け取る搭載コレットと、
搭載コレットに移載された半導体チップのアライメントマークを画像認識する第１の画像認識手段と、
基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを画像認識する第２の画像認識手段と、
搭載コレットを所定の角度だけ旋回させる旋回手段と、
搭載コレットに移載された半導体チップを基板に設けられた傾斜面に押圧する加圧手段とを備え、
第１の画像認識手段で認識した半導体チップのアライメントマークと、第２の画像認識手段で認識した基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークとから、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置を計算し、搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせする制御手段を備えた実装装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置において、
前記搬送手段と、前記搭載コレットと、前記第１の画像認識手段と、前記旋回手段と、前記加圧手段とを２系統備え、
一方の系統が半導体チップを搭載コレットに受け渡す作業を行う際に、他方の系統が搭載コレットに吸着保持された半導体チップを基板の傾斜面に搭載する作業を行う処理を制御する制御部を備えた実装装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、
基板に実装する半導体チップを、基板に設けられた傾斜面に実装する実装方法であって、
半導体チップを搬送する搬送手段と、
搬送手段から半導体チップを受け取る搭載コレットと、
搭載コレットに移載された半導体チップのアライメントマークを画像認識する第１の画像認識手段と、
基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを画像認識する第２の画像認識手段と、
搭載コレットを所定の角度だけ旋回させる旋回手段と、
搭載コレットに移載されたチップを基板に設けられた傾斜面に押圧する加圧手段と、
第１の画像認識手段で認識した半導体チップのアライメントマークと、第２の画像認識手段で認識した基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークとから、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置を計算し、搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせする制御手段とを備えた実装装置を用いて、
搬送手段から搭載コレットに半導体チップを受け取るステップと、
搭載コレットに移載された半導体チップのアライメントマークを第１の画像認識手段で画像認識するステップと、
基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを第２の画像認識手段で画像認識するステップと、
搭載コレットを所定の角度だけ旋回するステップと、
第１の画像認識手段で認識した半導体チップのアライメントマークと、第２の画像認識手段で認識した基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークとから、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置を計算するステップと、
計算結果に基づいて搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせするステップとを有する実装方法である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の実装方法において、
前記実装装置がさらに、前記搬送手段と、前記搭載コレットと、前記第１の画像認識手段と、前記旋回手段と、前記加圧手段とを２系統備え、
一方の系統が半導体チップを搭載コレットに受け渡すステップと、他方の系統が搭載コレットに吸着保持された半導体チップを基板の傾斜面に搭載するステップとが、同じタイミングで処理される実装方法である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１および３に記載の発明によれば、搬送手段から搭載コレットに受け渡された半導体チップは、第１の画像認識手段によってアライメントマークが認識され、旋回手段により所定の角度だけ旋回する。第２の画像認識手段は、基板の窪みの平面に設けられたアライメントマークを認識する。制御手段は、基板の平面に設けられたアライメントマークを基準に相対位置となる傾斜面の半導体チップの押圧位置と、搭載コレットが所定の角度だけ旋回し基板に設けられた傾斜面に押圧した際の半導体チップと基板の傾斜面の押圧位置とを計算し、搭載コレットを支持する搭載コレット支持手段もしくは基板を保持する基板ステージのいずれかを位置合わせする。このような構成のため、傾斜面に対して半導体チップに押圧力が垂直に作用する。従い、傾斜面が設けられた基板の傾斜面に半導体チップを精度良く実装することができる。
【００１２】
請求項２および４に記載の発明によれば、一方の系統が半導体チップを搭載コレットに受け渡すステップと、他方の系統が搭載コレットに吸着保持された半導体チップを基板の傾斜面に搭載するステップとが、同じタイミングで処理されるので、基板の複数の傾斜面に効率よく半導体チップを搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実装装置の概略側面図である。
【図２】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図３】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図４】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図５】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図６】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図７】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図８】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図９】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図１０】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図１１】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図１２】本発明の実装装置の動作を説明する概略側面図である。
【図１３】本発明で使用する基板の概略側面図である。
【図１４】本発明で使用する半導体チップの概略側面図である。
【図１５】半導体チップが傾斜面に押圧される様子を示した概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実装装置１の概略側面図である。図１において、実装装置１に向かって左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸で構成されるＸＹ平面に直交する軸をＺ軸（上下方向）、Ｚ軸周りをθ軸とする。
【００１５】
実装装置１は、基板６を吸着保持する基板ステージ１０と、半導体チップ２を水平搬送するチップスライダ１２，１３と、半導体チップ２をチップスライダ１２，１３から受け取る搭載コレット１４，１５と、搭載コレット１４，１５を旋回させる旋回モータ１６，１７と、搭載コレット１４，１５をスライドさせる昇降ユニット１８，１９と、搭載コレット１４，１５に受け渡された半導体チップ２のアライメントマークを画像認識する第１カメラ２０，２１と、基板６に設けられたアライメントマークを画像認識する第１カメラ２２と、実装装置１全体を制御する制御部２０とから構成されている。チップスライダ１２，１３は本発明の搬送手段に対応し、旋回モータ１６，１７は旋回手段に、昇降ユニット１８，１９は加圧手段に、第１カメラ２０，２１は第１の画像認識手段に、第２カメラは第２の画像認識手段に、制御部３０は制御手段にそれぞれ対応する。本実施の形態では、基板６に設けられた傾斜面が２面あり、それぞれの面に半導体チップ２を実装するためチップスライダ、搭載コレット、旋回モータ、昇降ユニット、第１カメラを二つずつ搭載している。
【００１６】
基板６は、例えばシリコンウエハなどで、図１３に示すように、表面７に窪み８が形成されている。窪み８の底部と表面７との間は所定の傾きをもった傾斜面９が形成されている。傾斜面９には半導体チップ２が実装される電極４が設けられている。窪み８の平面には、アライメントマーク３３が設けられている。アライメントマーク３３と傾斜面９の電極４との相対位置関係は所定値に構成されており、アライメントマーク３３の位置から電極４の位置が計算により求められるようになっている。
【００１７】
半導体チップ２は、図１４に示すように、一方の面にバンプ３が設けられている。バンプ３は基板６の電極４と接続される。バンプ３が設けられている面にはアライメントマーク３２が設けられている。
【００１８】
基板ステージ１０は、図示していない吸引ポンプなどの吸引手段と配管が接続されており、基板ステージ１０上の基板６を吸着保持することが出来る。また、基板ステージ１０は、水平方向（ＸＹ方向）および回転方向（θ方向）に移動可能になっている。
【００１９】
チップスライダ１２，１３は、半導体チップ２を図示していないチップストッカから水平搬送する部材で、レールとレール上を水平移動するチップ載置台とから構成されている。半導体チップ２は、チップ載置台の下面に、バンプ３が設けられた面を吸着して搬送される。
【００２０】
搭載コレット１４，１５は、棒状の形状をしており先端部５０で半導体チップ２を吸着保持できるように構成されている。また、図示していない吸引ポンプなどの吸引手段と配管が接続されてる。先端部５０は半導体チップ２の形状に合わた形状で、胴体部５１に比べて細くなっている。胴体部５１は、昇降ユニット１８，１９に接続されており、昇降ユニットによりスライドする構成となっている。昇降ユニット１８，１９は、旋回モータ１６，１７に接続されている。旋回モータ１６，１７は、搭載コレット１４，１５と昇降ユニット１６，１７を、半導体チップ２を搭載する基板６の傾斜面９の角度に合うように、任意の角度だけ旋回できるように構成されている。旋回モータ１６，１７は回転角度の位置決めが可能なサーボモータなどが用いられる。昇降ユニット１８，１９は、リニアモータやボールねじを用いたスライド機構などで構成されている。搭載コレット１４，１５には、設定圧力を超える加圧が半導体チップ２に作用した際に、先端部が戻される機構が内蔵されている。戻り機構はバネなどの弾性体やエアーシリンダなどで構成されている。
【００２１】
チップスライダ１２，１３で搬送された半導体チップ２は、チップスライダ受け渡し位置の下側に位置した搭載コレット１４，１５の先端部５０に吸着保持され受け渡させる。チップスライダ１２，１３のチップ載置台４１の下面で半導体チップ２のバンプ３側の面を吸着して搬送しているため、搭載コレット１４，１５の先端部５０はバンプ３の反対面を吸着保持することになる。
【００２２】
第１カメラ２０，２１は、搭載コレット１４，１５の先端部５０に吸着保持された半導体チップ２のアライメントマーク３２を画像認識するようになっている。第１カメラは、例えばＣＣＤカメラなどが用いられる。第１カメラ２０，２１は、搭載コレット１４，１５の上部に配置され、チップスライダ１２，１３から半導体チップ２が受け渡させた後で、チップスライダ１２，１３がチップストッカ側に退避した後、アライメントマークの画像認識を開始する。
【００２３】
第２カメラ２２は、基板６の上部に位置し、基板６の窪み８の平面に形成されたアライメントマーク３３を画像認識するようになっている。第２カメラ２２は、例えばＣＣＤカメラなどが用いられる。
【００２４】
このような構成の実装装置１を用いて、基板６の傾斜面９に半導体チップ２を実装する実装方法を図２から図１２を用いて説明する。
【００２５】
まず、図２に示すように、チップスライダ１２が半導体チップ２を搭載コレット１４の上部に搬送した状態から始める。半導体チップ２のバンプ３側が、チップスライダの裏面に吸着保持されている。第２カメラ２２が基板６のアライメントマーク３３を画像認識し、基板ステージ１０を回転方向（θ方向）に位置合わせする。これは、基板６の傾斜面９と搭載コレット１４，１５の先端部５０の押圧面とを面接触させるために行われる。図２では、画像認識の状態を模式的に点線で示した。
【００２６】
次に、図３に示すように、搭載コレット１４が上昇し先端部５０が半導体チップ２に接触する。チップスライダ１２側の吸着が解除され、半導体チップ２が搭載コレット１４に吸着保持される。
【００２７】
次に、図４に示すように、搭載コレット１４が半導体チップ２を吸着保持した状態で下降する。これによりチップスライダ１２から搭載コレット１４へのチップピックアップ動作が完了する。
【００２８】
次に、図５に示すように、チップスライダ１２が退避しチップストッカ側へ移動する。搭載コレット１４に吸着保持された半導体チップ２のアライメントマーク３２を第１カメラ２０が画像認識する。また、第２カメラ２２が基板６の窪み８に設けられたアライメントマーク３３を画像認識する。さらに、チップスライダ１３が新たな半導体チップ２Ｎを搭載コレット１５の上部に搬送する。
【００２９】
次に、図６に示すように、旋回モータ１６を動作させ搭載コレット１４を所定の角度だけ旋回させる。所定の角度は、基板６の傾斜面９に基づいて計算され、半導体チップ２が傾斜面９に対し垂直に押圧される角度となる。搭載コレット１５が上昇し先端部５０が半導体チップ２Ｎに接触する。チップスライダ１３側の吸着が解除され、半導体チップ２が搭載コレット１５に吸着保持される。制御部３０で、第１カメラ２０が画像認識した半導体チップ２のアライメントマーク３２と、第２カメラで画像認識した基板６のアライメントマーク３３とから、旋回した搭載コレット１４が基板８側にスライドした際の傾斜面９への押圧位置と、基板６のアライメントマーク３３から計算される傾斜面９の実装位置とを比較し、位置合わせするために基板ステージ１０をＸＹ方向に移動させる。
【００３０】
次に、図７に示すように、昇降ユニット１８が基板６の方向に伸びて基板６の傾斜面９に半導体チップ２を搭載する。半導体チップ２が傾斜面９に押圧されている状態を図１５に示す。傾斜面９に対して押圧力Ｆ１が垂直に作用しているので、半導体チップ２が位置ずれすること無く精度良く搭載されるようになる。また、搭載コレット１５が半導体チップ２Ｎを吸着保持した状態で下降する。
【００３１】
次に、図８に示すように、昇降ユニット１８が縮み、搭載コレット１４が上昇する。また、チップスライダ１３が退避しチップストッカ側へ移動する。搭載コレット１５に吸着保持された半導体チップ２Ｎのアライメントマーク３２を第１カメラ２１が画像認識する。搭載コレット１４の上部に新たな半導体チップ２Ｍを吸着保持したチップスライダ１２が進入する。
【００３２】
次に、図９に示すように、旋回モータ１７を動作させ搭載コレット１５を所定の角度だけ旋回させる。また、旋回モータ１６を動作させ昇降ユニット１４を所定の角度だけ旋回させ搭載コレット１４の先端部５０がチップスライダ１２側に来るようにする。制御部３０で、第１カメラ２１が画像認識した半導体チップ２Ｎのアライメントマーク３２と、第２カメラで画像認識した基板６のアライメントマーク３３とから、旋回した搭載コレット１５が基板８側にスライドした際の傾斜面９への押圧位置と、基板６のアライメントマーク３３から計算される傾斜面９の実装位置とを比較し、位置合わせするために基板ステージ１０をＸＹ方向に移動させる。
【００３３】
次に、図１０に示すように、昇降ユニット１９が基板６の方向に伸びて基板６の傾斜面９に半導体チップ２Ｎを搭載する。また、搭載コレット１４が上昇し、先端部５０が半導体チップ２Ｍに接触する。チップスライダ１２側の吸着が解除され、半導体チップ２Ｍが搭載コレット１４に吸着保持される。
【００３４】
次に、図１１に示すように、昇降ユニット１９が縮み、搭載コレット１５が上昇する。また、搭載コレット１４が半導体チップ２Ｍを吸着保持した状態で下降する。以上で基板６の窪み８の傾斜面９への半導体チップ２，２Ｎの搭載が終了する。
【００３５】
次に、図１２に示すように、基板ステージ１０を移動させて第２カメラ２２の下側に次に搭載を行う窪み８を位置させ、基板６のアライメントマーク３３を画像認識する。また、チップスライダ１２をチップストッカに退避させ、第１カメラ２０で半導体チップ２Ｍのアライメントマーク３２を画像認識する。また、搭載コレット１５の上部に新たな半導体チップ２Ｌを吸着保持したチップスライダ１３が進入する。以降、図６からの動作を行い基板６の傾斜面９に半導体チップを順次搭載していく。
【００３６】
なお、本実施の形態では、基板ステージ１０を移動させて位置合わせを行っていたが、搭載コレット１４，１５を支持する搭載コレット支持手段を用いて位置合わせを行っても良い。搭載コレット支持手段としては、ＸＹ方向および回転方向に移動可能なテーブル上に搭載コレット１４，１５を載せたものである。また、搭載コレット１４，１５に旋回機構を持たせ、先端部５０を任意の角度の回転させて半導体チップ２を搭載できるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１    実装装置
２    半導体チップ
３    バンプ
４    電極
６    基板
７    表面
８    窪み
９    傾斜面
１０    基板ステージ
１２    チップスライダ
１３    チップスライダ
１４    搭載コレット
１５    搭載コレット
１６    旋回モータ
１７    旋回モータ
１８    昇降ユニット
１９    昇降ユニット
２０    第１カメラ
２１    第１カメラ
２２    第２カメラ
３０    制御部
３２    アライメントマーク
３３    アライメントマーク
５０    先端部
５１    胴体部
【図１】
2015153835.tif 000003
【図２】
2015153835.tif 000004
【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】
2015153835.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015153835.tif 000011
【図１０】
2015153835.tif 000012
【図１１】
2015153835.tif 000013
【図１２】
2015153835.tif 000014
【図１３】
2015153835.tif 000015
【図１４】
2015153835.tif 000016
【図１５】
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