(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にチップを位置合わせするチップアライメント方法であって、
前記基板と前記チップとを対向配置させた状態で、前記チップと前記基板との接合面とは反対側から前記基板および前記チップの少なくとも一方に赤外光を透過させ、前記チップと前記基板との接合面とは反対側の面に設けられた認識手段により、前記チップの接合面に設けられた金属パターンの角部と、前記基板の接合面に設けられた基準マークとを認識する認識ステップと、
前記認識された前記角部と前記基準マークとに基づいて、前記基板と前記チップとを位置合わせする位置合わせステップと、
を備えることを特徴とするチップアライメント方法。
【請求項２】
前記基板側の前記接合面と反対側の面から、赤外光を透過させ、前記認識手段により前記基板の前記基準マークを認識することを特徴とする請求項１に記載のチップアライメント方法。
【請求項３】
前記基準マークは、前記基板の前記接合面に、前記接合面に直交する方向から見たときに前記チップの外方に形成された前記金属パターンの角部よりも外方に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のチップアライメント方法。
【請求項４】
前記基準マークは、前記基板の前記接合面に形成された金属膜の角部であることを特徴とする請求項３に記載のチップアライメント方法。
【請求項５】
前記基準マークに用いる前記金属膜は、前記チップが電気的に接続されるものであることを特徴とする請求項４に記載のチップアライメント方法。
【請求項６】
前記基準マークに用いる前記金属膜は、前記チップに隣接配置される他のチップが電気的に接続されるものであることを特徴とする請求項４に記載のチップアライメント方法。
【請求項７】
前記基準マークは、前記チップまたは前記基板をウエハ状態から切断して個片化する際の切断位置上に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のチップアライメント方
法。
【請求項８】
前記チップの前記金属パターンの一部を切欠き、
前記基板の前記基準マークを、前記金属パターンを切欠いた部分に重なるように設けることを特徴とする請求項１または２に記載のチップアライメント方法。
【請求項９】
前記基板の前記接合面に形成された金属膜の一部を切欠き、
前記チップの前記金属パターンを、前記金属膜を切欠いた部分に重なるように設けることを特徴とする請求項１または２に記載のチップアライメント方法。
【請求項１０】
前記認識ステップで、前記チップに設けられた金属パターンの角部と、前記基板の接合面に設けられた基準マークとを認識することによって、前記基板と前記チップとの相対位置誤差を測定し、
前記位置合わせステップで、前記測定ステップで測定された前記相対位置誤差が規定の誤差範囲を超えた場合に、前記基板と前記チップの相対位置を補正することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のチップアライメント方法。
【請求項１１】
前記チップが前記基板上に複数個積層されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のチップアライメント方法。
【請求項１２】
基板上にチップを位置合わせするチップアライメント装置であって、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記チップを保持するチップ保持部と、
前記基板保持部と前記チップ保持部とを前記基板の表面に沿った方向に相対移動させる駆動部と、
対向配置させた前記基板および前記チップの少なくとも一方の側において、前記チップと前記基板との接合面とは反対側の面に設けられた認識手段と、
前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記認識手段は、前記チップと前記基板との接合面とは反対側から赤外光を透過させることにより、前記チップの接合面に設けられた金属パターンの角部と、前記基板の接合面に設けられた基準マークとを認識し、
前記制御部は、前記認識された前記角部と前記基準マークとに基づいて、前記駆動部を制御して前記基板と前記チップとを位置合わせすることを特徴とするチップアライメント装置。
【請求項１３】
前記認識手段は、前記基準マークとして前記基板の前記接合面に形成された金属膜の角部を認識することを特徴とする請求項１２に記載のチップアライメント装置。
【請求項１４】
前記認識手段は、前記チップが実装された後に前記基板を複数に切断する際の切断位置上に設けられた前記基準マークを認識することを特徴とする請求項１２に記載のチップアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップアライメント方法、チップアライメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、基板上にチップを接合するに際しては、チップに設けられた接続電極と、基板側の配線パターンに設けられたパッドとを高精度に位置合わせする必要がある。そこで、接合すべきチップを基板に位置合わせした後、チップを基板に接合するチップボンディング装置が広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されたチップボンディング装置は、二視野カメラ（上下方向を同時に観察する２台のカメラ）を備えている。この二視野カメラを上方のチップと下方の基板との間に挿入することによって、上方のチップおよび下方の基板に関する画像をそれぞれ取得する。そして、取得した画像から、チップと基板との水平方向における位置ずれを認識する。認識した位置ずれ量があらかじめ規定された基準範囲を超える場合には、チップと基板との位置ずれ量が低減されるよう、チップと基板等を相対的に移動させ、チップが基板に対して正確に位置決めされる。その後、二視野カメラが上方のチップと下方の基板との間から抜き出され、チップが基板に接合される。
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術においては、チップと基板との間に二視野カメラを挿入する時間と、チップと基板との間から二視野カメラを抜き取るための時間とを要する。この、二視野カメラを挿抜する時間が、チップの実装の高速化の妨げとなっている。
また、特許文献１に記載の技術においては、チップと基板との間に二視野カメラを挿入する必要があるため、チップと基板とが鉛直方向に比較的大きく離間した状態で、チップと基板との位置ずれを認識する必要がある。しかし、位置ずれ量を認識した後、チップと基板とを接合させるためにチップを基板に接近させるときに、誤差が生じることもある。したがって、チップと基板との間に二視野カメラを挿入した状態で位置合わせを行った状態に対し、チップと基板との接合が完了した状態で、位置ずれが生じてしまうこともある。
【０００５】
これに対し、特許文献２に記載されたアライメント装置においては、チップと基板とが対向配置された状態で、チップと基板とが互いに対向する対向面とは反対側、つまりチップの上方および基板の下方の少なくとも一方側から、チップのアライメントマークと基板のアライメントマークとを認識する。そして、認識されたチップのアライメントマークと基板のアライメントマークとの相対位置誤差を測定し、チップと基板との相対位置誤差を補正する。
このような構成によれば、チップと基板との間に二視野カメラを挿抜する必要がないことから、チップ実装の高速化と、チップと基板との位置合わせ精度を向上させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２６９２４２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３８７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、半導体装置の三次元化が求められ、基板上にチップを複数層に積層することが行われている。
チップを複数層に積層する場合、特許文献２に記載のような構成では、２層目以上に積層するチップの位置合わせが困難であるという問題が存在する。すなわち、基板上に１層目のチップを接合するに際しては、特許文献２に記載のような構成により、例えばチップの上方に認識手段を配置すれば、チップのアライメントマークと基板のアライメントマークとを認識することができる。しかし、１層目のチップを基板に接合した後、２層目のチップを１層目のチップ上に接合する際に、２層目のチップを基板に位置合わせする場合、２層目のチップの上方に配置した認識手段で認識すると、２層目のチップのアライメントマークと、１層目のチップのアライメントマークとが重なってしまう。したがって、認識した画像において、２層目のチップのアライメントマークを識別するのが困難となり、２層目のチップの基板への位置合わせが困難となるのである。このような事象は、３層目以降のチップを位置合わせする際にも同様に生じる。
また、チップを複数層に積層する場合、緻密なパターンが何層にも積層されるため、アライメントマークを形成して位置認識用の赤外線を透過できるエリアを確保するのが難しい。
また、基板の下側に認識手段を配置し、チップのアライメントマークと基板のアライメントマークとを認識する場合においても、言うまでも無く同様の問題が生じる。
【０００８】
これに対し、１層目のチップと、２層目以降のチップとで、アライメントマークを設ける位置を互いに異ならせることも考えられる。しかし、そのような構成では、積層する総数に応じ、アライメントマークの位置が異なる複数種類のチップを用意しなければならない。特に、同種のチップを複数層に積層する場合には、このようにアライメントマークの位置のみが異なる複数種類のチップを用意するのはコストがかかり、現実的ではない。
【０００９】
したがって、特許文献２に記載のような構成は、チップを複数層に積層する場合には、採用することができず、高速性および位置合わせ精度に劣る特許文献１のような二視野カメラを用いるしかないのが現状であった。
そこでなされた本発明の目的は、複数層にチップを積層する場合においても、チップ実装の高速化および高い位置合わせ精度を実現することのできるチップアライメント方法、チップアライメント装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、基板上にチップを位置合わせするチップアライメント方法であって、前記基板と前記チップとを対向配置させた状態で、前記基板および前記チップの少なくとも一方に赤外光を透過させ、前記チップと前記基板との接合面とは反対側に設けられた認識手段により、前記チップに設けられた金属パターンの角部と、前記基板の接合面に設けられた基準マークとを認識する認識ステップと、前記認識された前記角部と前記基準マークとに基づいて、前記基板と前記チップとを位置合わせする位置合わせステップと、を備えることを特徴とする。
を備える
【００１１】
このように、チップに設けられた配線パターン等を形成する金属パターンの角部をアライメントマークの代わりに用いて、赤外光によりチップの裏側から認識することにより、チップにはアライメントマークを設ける必要がない。
したがって、チップ上の金属パターンを、アライメントマークを設けるために剥がす必要がなく、チップにおいて、金属パターンを設けるためのスペースを有効に活用することができる。
また、赤外光を透過しない金属パターンの角部を用いるので、複数のチップを基板上に積層する場合であっても、位置合わせすべきチップの下方に、すでに基板上に積層されたチップがあっても、積層された下方のチップが位置合わせの障害にならない。したがって、基板に対するチップの位置合わせを容易かつ確実に行うことができる。
【００１２】
ここで、前記基板側の前記接合面と反対側から、赤外光を透過させ、前記認識手段により前記基板の前記基準マークを認識するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記基準マークは、前記基板の前記接合面に、前記接合面に直交する方向から見たときに前記チップの前記金属パターンの角部よりも外方に形成されているようにしてもよい。
このような構成によれば、基板側においては、チップの外方に基準マークがあるので、一方の側からのみ赤外光を当てて位置認識を行う場合であっても、チップの金属パターンと基板の基準マークとが重なることがない。また、複数のチップを基板上に積層する場合であっても、基板側の基準マークを、積層したチップによって遮られることなく認識することができる。これにより、アライメントを確実に行うことができる。
【００１４】
また、前記基準マークは、前記基板の前記接合面に形成された金属膜の角部であるようにしてもよい。
このように、基準マークとして、基板に形成された配線パターン等を形成する金属膜の角部を用いることで、別途アライメントマークを基板に設ける必要がない。
【００１５】
さらに、前記基準マークに用いる前記金属膜は、前記チップが電気的に接続されるものであるようにしてもよい。
位置合わせすべきチップの下方に位置し、このチップが電気的に接続される基板の配線パターンがチップより大きい場合、この配線パターンを形成する金属膜の角部を基準マークとして用いることができる。
【００１６】
また、前記基準マークに用いる前記金属膜は、前記チップに隣接配置される他のチップが電気的に接続されるものであるようにしてもよい。
基板上に複数のチップが並列して実装される場合、位置合わせすべきチップに隣接配置される他のチップの配線パターンを、基準マークとして用いることができる。
【００１７】
また、前記基準マークは、前記チップまたは前記基板をウエハ状態から切断して個片化する際の切断位置上に設けられているようにしてもよい。
すなわちダイシングライン（切断線）上に基準マークを形成することで、例え同じチップを積層していく場合においても、最下段の基板として使用するチップにはダイシングライン上のマークが残っている。その上層に積層するチップは、ダイシングラインがカットされているのでマークが重なることがなく有利である。
【００１８】
また、前記チップの前記金属パターンまたは前記基板の前記金属膜の一部を切欠き、前記基板の前記基準マークを、前記金属パターンまたは前記金属膜を切欠いた部分に重なるように設けるようにしてもよい。
チップと（ダイシング後の）基板とが同じ大きさである場合であっても、チップの金属パターンまたは基板の金属膜の一部を切欠くことによって、チップマークと重なることなく基板側の基準マークを設けることが可能となり、位置合わせが可能となり、かつ、接地後の両方のマークを認識して位置を修正すること（リトライ）も可能となる。
【００１９】
また、前記認識ステップで、前記チップに設けられた金属パターンの角部と、前記基板の接合面に設けられた基準マークとを認識することによって、前記基板と前記チップとの相対位置誤差を測定し、前記位置合わせステップで、前記測定ステップで測定された前記相対位置誤差が規定の誤差範囲を超えた場合に、前記基板と前記チップの相対位置を補正するようにしてもよい。
このようにして、チップと基板との位置関係を認識することによって、チップと基板との相対位置関係を補正できる。これによって、チップを基板に対して高精度に実装することができる。
なお、この認識ステップと位置合わせステップは、チップと基板との相対位置誤差が規定の誤差範囲内に収まるまで、複数回繰り返しても良い。
また、チップと基板とを接触させた後であっても、チップと基板とを接合する前であれば、認識ステップと位置合わせステップとを同様に実施しても良い。
【００２０】
前記チップが前記基板上に複数個積層されるようにしてもよい。
本発明によれば、チップを基板上に複数層積層するに際し、位置合わせすべきチップの下方に、すでに基板上に積層されたチップがあっても、積層された下方のチップが位置合わせの障害にならない。したがって、基板に対するチップの位置合わせを容易かつ確実に行うことができる。
【００２１】
また、本発明は、基板上にチップを位置合わせするチップアライメント装置であって、前記基板を保持する基板保持部と、前記チップを保持するチップ保持部と、前記基板保持部と前記チップ保持部とを前記基板表面に沿った方向に相対移動させる駆動部と、対向配置させた前記基板および前記チップの少なくとも一方の側において、前記チップと前記基板との接合面とは反対側に設けられた認識手段と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記認識手段は、赤外光を透過させることにより、前記チップに設けられた金属パターンの角部と前記基板の接合面に設けられた基準マークとを認識し、前記制御部は、前記認識された前記角部と前記基準マークとに基づいて、前記駆動部を制御して前記基板と前記チップとを位置合わせすることを特徴とする。
このように、チップに設けられた配線パターン等を形成する金属パターンの角部をアライメントマークの代わりに用い、赤外光を透過させて前記チップを接合面とは反対側から認識することにより、チップにはアライメントマークを設ける必要がない。したがって、チップ上の金属パターンを、アライメントマークを設けるために剥がす必要がなく、チップにおいて、金属パターンを設けるためのスペースを有効に活用することができる。
【００２２】
また、前記認識手段は、前記基準マークとして前記基板の前記接合面に形成された金属膜の角部を認識するようにしてもよい。
このように、基準マークとして、基板に形成された配線パターン等を形成する金属膜の角部を用いることで、別途アライメントマークを基板に設ける必要がない。
【００２３】
前記認識手段は、前記チップが実装された後に前記基板を複数に切断する際の切断位置上に設けられた前記基準マークを認識するようにしてもよい。
このように、チップが実装された後に前記基板を複数に切断する際の切断位置であるダイシングライン（切断線）上に基準マークを形成することで、基板を複数に切断したときには、基準マークが基板上に残らない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数層にチップを積層する場合においても、二視野カメラを用いることなく、チップ実装の高速化および高い位置合わせ精度を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態にかかるチップ実装システムの概略構成を示す平面図である。
【図２】チップ実装システムを構成するチップ供給装置およびチップボンディング装置の概略構成を示す立断面図である。
【図３】チップボンディング装置において、チップと基板とを対向配置した状態を示す立断面図である。
【図４】チップ実装システムにおける基板に対するチップの実装工程の流れを示す図である。
【図５】本実施形態におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。
【図６】チップ側の金属パターンの角部と基板側の基準マークとの位置関係の例を示す図である。
【図７】チップと基板とを位置合わせした後に接合する状態を示す断面図である。
【図８】２段目のチップを１段目のチップに積層して接合するにあたり、位置合わせを行う状態を示す断面図である。
【図９】本実施形態の第１変形例におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】本実施形態の第１変形例におけるチップ側の金属パターンの角部と基板側の基準マークとの位置関係の例を示す図である。
【図１１】本実施形態の第２変形例におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。
【図１２】本実施形態の第２変形例におけるチップ側の金属パターンの角部と基板側の基準マークとの位置関係の例を示す図である。
【図１３】本実施形態の第３変形例におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】認識手段をチップの上方にのみ備えた場合の変形例を示す図である。
【図１５】認識手段を基板の下方にのみ備えた場合の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して、本発明によるチップアライメント方法、チップアライメント装置を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態にかかるチップ実装システムの概略構成を示す平面図である。図２は、チップ実装システムを構成するチップ供給装置およびチップボンディング装置の概略構成を示す立断面図である。図３は、チップボンディング装置において、チップと基板とを対向配置した状態を示す立断面図である。
なお、図１等においては、便宜上、ＸＹＺ直交座標系を用いて方向等を示している。
【００２８】
＜チップ実装システム１＞
図１、図２に示すように、チップ実装システム１は、対象の基板ＷＡ上に複数のチップＣＰを積層して実装する。この実施形態においては、基板ＷＡは半導体ウエハである。ただし、これに限定されず、各基板ＷＡは各種の基板であってもよい。
【００２９】
チップ実装システム１は、チップ供給装置１０と、チップＣＰを基板ＷＡ上に接合させるチップボンディング装置（チップアライメント装置）３０と、を備える。
【００３０】
＜チップ供給装置１０＞
チップ供給装置１０は、ダイシング処理等によってウエハ基板ＷＣから切り出された各チップＣＰを、チップボンディング装置３０に供給する。なお、ダイシング処理は、複数の電子回路を有する基板ＷＣを縦方向および横方向に切削しチップ化する処理である。
チップ供給装置１０は、ウエハ基板ＷＣから切り出されたチップＣＰを押し出すダイピッカ１１と、押し出されたチップＣＰを保持し、チップボンディング装置３０側に搬送するチップ移載機構１３を備える。
【００３１】
＜チップボンディング装置３０＞
チップボンディング装置３０は、チップ供給装置１０から供給されたチップＣＰを、基板ＷＡ上に順次接合する。
【００３２】
チップボンディング装置３０は、基板ＷＡを保持するステージ（基板保持部）３１と、ステージ３１に保持された基板ＷＡ上にチップＣＰを接合させるボンディング部３３と、チップ供給装置１０から供給されるチップをボンディング部３３に受け渡すチップ搬送部３９と、を少なくとも備える。
【００３３】
ステージ３１は、その上面で基板ＷＡを、真空吸着や静電チャック等によって保持する。ここで、ステージ３１は、基板ＷＡがその接合面を上側に向けた状態（フェイスアップ状態）で配置される。
ステージ３１は、ステージ駆動部により、基板ＷＡの表面に沿って互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能である。これにより、ボンディング部３３とステージ３１との相対位置関係を変更することが可能であり、ひいては基板ＷＡ上における各チップＣＰの位置を調整することが可能である。
【００３４】
ボンディング部３３は、チップＣＰを基板ＷＡ上に載置する部分である。ボンディング部３３は、チップＣＰを保持するヘッド部（チップ保持部）３３Ｈを備える。ヘッド部３３Ｈは、基板ＷＡに直交する中心軸周りに回転可能であるとともに、基板ＷＡの表面に直交する上下方向にのみ昇降可能とされている。ヘッド部３３Ｈは、チップＣＰを真空吸着して保持する。
【００３５】
チップ搬送部３９は、複数枚（例えば３枚）の羽根部分３９１を備えている。これらの羽根部分３９１は、鉛直方向に延びる中心軸ＡＸ周りに一斉に回転可能に設けられている。それぞれの羽根部分３９１は、その上面にチップＣＰが載置できる。チップ搬送部３９は、中心軸ＡＸ周りの回転動作によって、羽根部分３９１が、チップ供給装置１０のチップ移載機構１３からチップＣＰを受け取る位置から、ボンディング部３３のヘッド部３３Ｈの直下位置までチップＣＰを搬送する。ここで、チップ搬送部３９は複数枚の羽根部分３９１を有しており、同様の動作が連続的に繰り返し実行される。
なお、チップ搬送部３９は、チップ供給装置１０のチップ移載機構１３からチップＣＰを受け取る位置から、ボンディング部３３のヘッド部３３Ｈの直下位置までチップＣＰを搬送するのであれば、羽根部分３９１の回転動作によるものに限らず、直線動作等、他の動作による機構によって実現してもよい。
【００３６】
このようなチップボンディング装置３０では、チップ供給装置１０のチップ移載機構１３から供給されるチップＣＰが、チップ搬送部３９の羽根部分３９１上に搭載される。チップ搬送部３９は、中心軸ＡＸ周りに回転することで、チップＣＰが搭載された羽根部分３９１をボンディング部３３のヘッド部３３Ｈの直下位置まで搬送する。
ボンディング部３３のヘッド部３３Ｈは、羽根部分３９１上のチップＣＰを吸着保持する。チップＣＰがヘッド部３３Ｈに保持された状態で、チップ搬送部３９は、複数枚の羽根部分３９１が一斉に回転し、チップＣＰを保持していた羽根部分３９１がヘッド部３３Ｈの直下位置から退避する。
この後、ヘッド部３３Ｈを下降させ、保持したチップＣＰを、ステージ３１上の基板ＷＡ上に置く。このとき、ステージ３１を、ヘッド部３３Ｈに対してＸＹ方向に移動させることにより、チップＣＰを、基板ＷＡ上にセットすることができる。そして、ヘッド部３３Ｈによる吸着を解除することで、チップＣＰは、基板ＷＡ上に載置される。
【００３７】
図３に示すように、チップボンディング装置３０は、さらに、チップＣＰの基板ＷＡに対するアライメントを行うためのアライメント機構として、認識部（認識手段）３４Ａ，３４Ｂ、ミラー３６、ステージ駆動部(図示無し)、制御部等を備える。
【００３８】
認識部３４Ａは、ステージ３１に対し、基板ＷＡが設けられる側とは反対側、つまり下側に配置されている。認識部３４Ａは、ステージ３１の下方において、基板ＷＡに沿ったＸ−Ｙ面（水平面）内で移動可能に設けられている。
認識部３４Ｂは、ヘッド部３３Ｈに対し、チップＣＰが保持される側とは反対側、つまり上側に配置されている。また、認識部３４Ｂは、ヘッド部３３Ｈの外周側に配置されている。
認識部３４Ａ，３４Ｂは、いわゆる赤外線カメラであり、赤外光からなる測定光を照射し、チップＣＰ、基板ＷＡを撮像してその位置を認識する。
ここで、ステージ３１、基板ＷＡ、各チップＣＰは、少なくとも赤外光が照射される部位が、赤外光を透過する材料、例えばシリコン（Ｓｉ）等で形成されている。
また、赤外光とは、近赤外光から遠赤外光も含み、一部がその波長を含む光も含む。
【００３９】
ミラー３６は、ステージ３１の上方において、ヘッド部３３Ｈと干渉しない位置に配置されている。ミラー３６は、測定光を反射する反射面３６ａを有している。ミラー３６は、反射面３６ａが基板ＷＡの表面に対して、例えば４５°傾斜するよう配置され、認識部３４Ｂから発せられる赤外光が反射面３６ａで反射し、チップＣＰに照射されるとともに、赤外光が照射されるチップＣＰを撮像できるよう設けられている。
【００４０】
制御部は、認識部３４Ａ，３４Ｂで得た撮像画像から、基板ＷＡに載置されたチップＣＰの基板ＷＡに対する位置ズレ量を検出（認識）する。
制御部は、検出した位置ズレ量に応じて、ステージ３１を、ステージ駆動部（駆動部：図示無し）によって、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動させることで、基板ＷＡの基板ＷＡに対する位置を補正する。
【００４１】
＜チップ実装工程＞
上記したようなチップ実装システム１においては、以下のようにしてチップＣＰを基板ＷＡに実装する。
図４は、チップ実装システムにおける基板に対するチップの実装工程の流れを示す図である。図５は、本実施形態におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。図６は、チップ側の金属パターンの角部と基板側の基準マークとの位置関係の例を示す図である。図７は、チップと基板とを位置合わせした後に接合する状態を示す断面図である。図８は、２段目のチップを１段目のチップに積層して接合するにあたり、位置合わせを行う状態を示す断面図である。
【００４２】
＜対向配置工程Ｓ１１＞
まず、図３に示すように、チップ供給装置１０から供給されるチップＣＰを、ボンディング部３３のヘッド部３３Ｈが吸着保持する。
一方、チップボンディング装置３０のステージ３１には、不図示の搬送ロボットによって別途搬送されてきた基板ＷＡが予め保持されている。
これにより、図３に示すように、チップボンディング装置３０において、基板ＷＡの表面に対してチップＣＰが隙間を空けて対向配置される。
【００４３】
＜チップ位置決め工程Ｓ１２＞
チップＣＰを基板ＷＡに対向配置したら、基板ＷＡに対するチップＣＰの位置決めを行う。これには、認識部３４Ａ，３４Ｂで基板ＷＡとチップＣＰとの相対位置関係を認識し、その位置ズレ量を検出する。
【００４４】
＜認識用マーク＞
図５、図６に示すように、基板ＷＡとチップＣＰとの相対位置関係の認識には、基板ＷＡの表面である接合面Ｗｆに予め形成された基準マークＭｗと、チップＣＰに形成された金属パターンの角部Ｍｃと、を用いる。
【００４５】
基板ＷＡ上には、複数のチップＣＰが基板ＷＡの接合面Ｗｆに沿ったＸ方向、Ｙ方向にそれぞれ複数列に配列されてマトリックス状に実装される。そして、基板ＷＡは、後工程で基板ＷＡをダイシング加工等によって、基板ＷＡ上で、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれで互いに隣接するチップＣＰ間を切断して複数の電子部品に分割する。
そこで、この実施形態では、基板ＷＡ側の基準マークＭｗを、基板ＷＡ上に実装される各チップＣＰの近傍であって、ダイシング加工によって基板ＷＡを切断する際の切断位置（仮想切断線であるダイシングラインＬ）上に配置する。具体的には、この基準マークＭｗは、Ｘ方向に延びるダイシングラインＬｘと、Ｙ方向に延びるダイシングラインＬｙとの交差部分に、印刷等によって十字状あるいはＬ字状に形成される。このような基準マークＭｗは、基板ＷＡの接合面Ｗｆに直交する方向から見たときに、チップＣＰの外方に形成されている。
【００４６】
チップＣＰは、チップＣＰに設けられた金属等の導電性材料からなる配線パターン（金属パターン）に存在する角部Ｍｃを位置関係認識に用いる。この角部Ｍｃは、位置認識用に特別に設けられたものではなく、例えばチップＣＰの角部ｃ１の近傍等において配線パターンが屈曲する部分等をそのまま用いることができる。
【００４７】
＜撮像ステップＳ１２−１＞
図３に示すように、認識部３４Ａでは、基板ＷＡの下方から基板ＷＡに向けて赤外光を照射し、チップＣＰを実装すべき位置の近傍の基準マークＭｗを含む領域を撮像する。
認識部３４Ｂでは、チップＣＰの上方から赤外光を照射し、チップＣＰの例えば角部ｃ１近傍の配線パターンの角部Ｍｃを含む領域を撮像する。
【００４８】
＜認識ステップＳ１２−２＞
図６に示すように、制御部では、認識部３４Ａで撮像した画像データと、認識部３４Ｂで撮像した画像データとを重ね合わせ、基板ＷＡ側の基準マークＭｗとチップＣＰ側の配線パターンの角部Ｍｃとの相対位置関係を認識する。そして、認識した基板ＷＡ側の基準マークＭｗとチップＣＰ側の配線パターンの角部Ｍｃとの相対位置関係から、基板ＷＡ側の基準マークＭｗとチップＣＰ側の配線パターンの角部Ｍｃとの相対的な位置ずれ量を検出する。
【００４９】
＜位置合わせステップＳ１２−３＞
検出した位置ズレ量があらかじめ設定した上限値を超えた場合には、制御部は、検出した位置ズレ量に応じて、ステージ３１を、ステージ駆動部（図示無し）によって、Ｘ方向、Ｙ方向に移動させる。このようにして、ヘッド部３３Ｈに保持されたチップＣＰに対する基板ＷＡの位置を補正する。
この、測定光の照射による基板ＷＡとチップＣＰとの位置ズレ量の検出、およびそれに基づく基板ＷＡの位置補正は、位置ズレ量が予め定めた上限値内に収まるまで、必要に応じて繰り返すようにしても良い。
このようにして、基板ＷＡとチップＣＰとのアライメント動作が実行される。
【００５０】
＜チップ接合工程Ｓ１３＞
この後、図７に示すように、ヘッド部３３Ｈを下降させ、保持したチップＣＰを、ステージ３１上の基板ＷＡに接触させ、チップＣＰと基板ＷＡとを接合する。チップＣＰとのと基板ＷＡとを接合するには、ハンダ付け、常温接合等の適宜の接合手段を採用することができる。
例えばハンダ付けを用いる場合、チップＣＰおよび基板ＷＡの少なくとも一方に、予めハンダバンプを形成しておく。そして、ステージ３１およびヘッド部３３Ｈに内蔵されたヒータ（図示無し）によって、基板ＷＡおよびチップＣＰを加熱することによってハンダバンプを溶融させ、チップＣＰと基板ＷＡとをハンダ付けして接合する。
以上のようにして、チップＣＰが基板ＷＡ上に平面配置された状態で基板ＷＡの所定の位置に実装される。
【００５１】
上記した、対向配置工程Ｓ１１、チップ位置決め工程Ｓ１２、チップ接合工程Ｓ１３は、基板ＷＡ上に所定数のチップＣＰが接合されるまで、チップ供給装置１０から供給されるチップＣＰの一つ一つに対して同様に繰り返す。
【００５２】
図８に示すように、基板ＷＡ上に１段目のチップＣＰ１を接合した後、２段目以降のチップＣＰ２を積層して接合する場合も、上記の対向配置工程Ｓ１１、チップ位置決め工程Ｓ１２、チップ接合工程Ｓ１３を同様にして繰り返す。
例えば、基板ＷＡ上に接合された１段目のチップＣＰ１上に、２段目のチップＣＰ２を接合するに際しては、上記の対向配置工程Ｓ１１において、ヘッド部３３Ｈで吸着保持した２段目のチップＣＰ２を、基板ＷＡ、および基板ＷＡ上に接合した１段目のチップＣＰ１の上方に対向配置させる。
そして、チップ位置決め工程Ｓ１２の撮像ステップＳ１２−１では、認識部３４Ａでは、基板ＷＡの下方から基板ＷＡに向けて赤外光を照射し、２段目のチップＣＰ２を実装すべき位置の近傍の基準マークＭｗを含む領域を撮像する。
認識部３４Ｂでは、２段目のチップＣＰ２の上方から２段目のチップＣＰ２に向けて赤外光を照射し、２段目のチップＣＰ２の例えば角部ｃ１近傍の配線パターンの角部Ｍｃを含む領域を撮像する。
【００５３】
認識ステップＳ１２−２では、制御部において、基板ＷＡ側の基準マークＭｗと、２段目のチップＣＰ２側の配線パターンの角部Ｍｃとの相対位置関係を認識し、基板ＷＡ側の基準マークＭｗと２段目のチップＣＰ２側の配線パターンの角部Ｍｃとの相対的な位置ずれ量を検出する。
【００５４】
そして、位置合わせステップＳ１２−３では、検出した位置ズレ量があらかじめ設定した上限値を超えた場合に、制御部は、検出した位置ズレ量に応じて、ステージ３１をＸ方向、Ｙ方向に移動させ、ヘッド部３３Ｈに保持された２段目のチップＣＰ２に対する基板ＷＡの位置を補正する。
【００５５】
３段目以降、ｎ段目のチップＣＰｎ…についても、２段目のチップＣＰ２と同様、基板ＷＡ側の基準マークＭｗと、ｎ段目のチップＣＰｎ側の配線パターンの角部Ｍｃとの相対位置関係を認識し、基板ＷＡ側の基準マークＭｗとｎ段目のチップＣＰｎ側の配線パターンの角部Ｍｃとの相対的な位置ずれ量を検出する。そして、検出した位置ズレ量があらかじめ設定した上限値を超えた場合に、位置ズレ量に応じて、ｎ段目のチップＣＰｎに対する基板ＷＡの位置を補正する。
【００５６】
このようにして、基板ＷＡの接合面Ｗｆ上にチップＣＰを複数段に積層して実装する。
【００５７】
ところで、チップＣＰと基板ＷＡとを接合するに先立ち、チップＣＰと基板ＷＡとの接合界面の表面を活性化する処理を行ってもよい。接合界面の表面を活性化する処理としては、運動エネルギーを有した粒子を衝突させることにより表面活性化処理を行うとともに、水またはＯＨ含有物質を付着させることにより親水化処理を行うものがある。
なお、接合界面を活性化する処理は、チップＣＰ側の接合界面および基板ＷＡ側の接合界面の少なくとも一方に施せばよい。
【００５８】
表面活性化処理は、所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させて、接合面を形成する物質を物理的に弾き飛ばす現象（スパッタリング現象）を生じさせることで、酸化物などの金属領域の表面層を除去し、表面エネルギーの高い、すなわち活性な新生表面を露出させる。
表面活性化処理には、表面層を除去して接合すべき物質の新生表面を露出させるのみならず、所定の運動エネルギーを有する粒子を衝突させることで、露出された新生表面近傍の結晶構造を乱し、アモルファス化する作用もあると考えられている。アモルファス化した新生表面どうしは、結晶構造が異なる他方との接合に好ましい界面となる。さらに、新生表面に水分を供給すると、ＯＨ基により終端された親水化接合界面となる。
【００５９】
表面活性化処理に用いる粒子として、例えば、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などの希ガス又は不活性ガスを採用することができる。これらの希ガスは、衝突される接合面を形成する物質と化学反応を起こしにくいので、化合物を形成するなどして、接合面の化学的性質を大きく変化させることはない。また、比較的大きい質量を有しているので、効率的に、スパッタリング現象を生じさせることができ、新生表面の結晶構造を乱すことも可能になると考えられる。
【００６０】
表面活性化処理に用いる粒子として、酸素のイオン、原子、分子などを採用することもできる。酸素イオン等を用いて表面活性化処理を行うことで、表面層を除去した後に新生表面上を酸化物の薄膜で覆うことが可能になる。新生表面上の酸化物の薄膜は、その後の親水化処理における、水酸（ＯＨ）基の結合又は水の付着の効率を高めると考えられる。また、新生表面上に形成された酸化物の薄膜は、後述の本接合での加熱処理の際に、比較的容易に分解すると考えられる。
【００６１】
表面活性化される接合面に衝突させる粒子には、粒子を接合面に向けて加速することで所定の運動エネルギーを与えることができる。
【００６２】
親水化処理は、表面活性化された接合面に水を供給することにより行われる。当該水の供給は、上記表面活性化された接合面の周りの雰囲気に、水（Ｈ２Ｏ）を導入することで行うことができる。水は、気体状で（ガス状で、又は水蒸気として）導入されても、液体状（霧状）で導入されてもよい。さらに、水の付着の他の態様として、ラジカルやイオン化されたＯＨなどを付着させてもよい。しかし、水の導入方法はこれらに限定されない。
親水化処理は、表面活性化処理された接合面を大気に曝すことなく、当該接合面に水を供給することで行うことが好ましい。
【００６３】
また、接合界面の表面を活性化する処理としては、プラズマ発生装置を用いて、粒子に所定の運動エネルギーを与えることができる。接合面に対して、交番電圧を印加することで、接合面の周りに粒子を含むプラズマを発生させ、プラズマ中の電離した粒子の陽イオンを、上記電圧により接合面に向けて加速させることで、所定の運動エネルギーを与える。プラズマは数パスカル（Ｐａ）程度の低真空度の雰囲気で発生させることができるので、真空システムを簡易化でき、かつ真空引きなどの工程を短縮化することができる。
また、プラズマに代わり、イオン照射装置（ＦＡＢやＩＧ）を用いてもよい。表面が複数材料からなる場合、Ａｒ以外の他イオンは接合界面に戻らないため好ましい。
【００６４】
上述したようにして、チップＣＰに設けられた配線パターン等を形成する金属パターンの角部Ｍｃをアライメントマークの代わりに用いることにより、チップＣＰにはアライメントマークを設ける必要がない。したがって、チップＣＰ上の金属パターンを、アライメントマークを設けるために剥がす必要がなく、チップＣＰにおいて、金属パターンを設けるためのスペースを有効に活用することができる。
また、赤外光を透過しない金属パターンの角部Ｍｃを用いるので、複数のチップＣＰを基板ＷＡ上に積層する場合であっても、位置合わせすべきチップＣＰの下方に、すでに基板ＷＡ上に積層されたチップＣＰがあっても、積層された下方のチップＣＰが位置合わせの障害にならない。したがって、基板ＷＡに対するチップＣＰの位置合わせを容易かつ確実に行うことができる。
【００６５】
また、基板ＷＡ側の基準マークＭｗは、基板ＷＡの接合面Ｗｆに、接合面Ｗｆに直交する方向から見たときにチップＣＰの金属パターンの角部Ｍｃよりも外方に形成されている。このような構成によれば、基板ＷＡ側においては、チップＣＰの外方に基準マークＭｗがあるので、チップＣＰの金属パターンと基板ＷＡの基準マークＭｗとが重なることがない。また、複数のチップＣＰを基板ＷＡ上に積層する場合であっても、基板ＷＡ側の基準マークＭｗを、積層したチップＣＰによって遮られることなく認識することができる。これにより、アライメントを確実に行うことができる。
【００６６】
さらに、基板ＷＡ側の基準マークＭｗは、チップＣＰが実装された後に基板ＷＡを複数に切断する際の切断位置であるダイシングラインＬ上に設けられている。これにより、例え同じチップＣＰを積層していく場合においても、最下段の基板ＷＡにはダイシングラインＬ上の基準マークＭｗが残っている。その上層に積層するチップＣＰは、ダイシングラインがカットされているのでマークが重なることがなく有利である。
【００６７】
加えて、チップＣＰに設けられた金属パターンの角部Ｍｃと、基板ＷＡの接合面Ｗｆに設けられた基準マークＭｗとを撮像することによって、基板ＷＡとチップＣＰとの相対位置誤差を認識し、測定ステップで測定された相対位置誤差が規定の誤差範囲を超えた場合に、基板ＷＡとチップＣＰの相対位置を補正するようにした。このようにして、チップＣＰと基板ＷＡとの位置関係を認識することによって、チップＣＰと基板ＷＡとの相対位置関係を補正することができる。これによって、チップＣＰを基板ＷＡに対して高精度に実装することができる。
【００６８】
このようにして、複数層にチップＣＰを積層する場合においても、二視野カメラを用いる必要が無く、チップＣＰの実装の高速化および高い位置合わせ精度を実現することができる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、チップＣＰと基板ＷＡとを位置合わせするために、チップＣＰは、金属パターンの角部Ｍｃを用い、基板ＷＡ側は、チップＣＰが実装された後に基板ＷＡを複数に切断する際の切断位置であるダイシングラインＬ上に設けた基準マークＭｗを用いるようにしたが、これに限るものではない。
以下に、その複数の変形例を示す。
【００７０】
（第１変形例）
図９は、本実施形態の第１変形例におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。図１０は、本実施形態の第１変形例におけるチップ側の金属パターンの角部と基板側の基準マークとの位置関係の例を示す図である。
図９、図１０に示すように、位置合わせすべきチップＣＰの下方に位置し、このチップＣＰが電気的に接続される基板ＷＡの配線パターンを形成する金属膜Ｍ１がチップＣＰより大きい場合、基板ＷＡ側の基準マークＭｗは、基板ＷＡの接合面Ｗｆに形成された金属膜Ｍ１の角部に設定してもよい。
このように、基準マークＭｗとして、基板ＷＡに形成された配線パターンである金属膜Ｍ１を用いることで、別途アライメントマークを基板ＷＡに設ける必要がない。
【００７１】
このような構成においても、基板ＷＡ側の基準マークＭｗは、基板ＷＡの接合面Ｗｆに、接合面Ｗｆに直交する方向から見たときにチップＣＰの金属パターンの角部Ｍｃよりも外方に形成されている。このように、基板ＷＡ側においてチップＣＰの外方に基準マークＭｗがあるので、チップＣＰの金属パターンと基板ＷＡの基準マークＭｗとが重なることがない。また、複数のチップＣＰを基板ＷＡ上に積層する場合であっても、基板ＷＡ側の基準マークＭｗを、積層したチップＣＰによって遮られることなく認識することができる。これにより、アライメントを確実に行うことができる。
【００７２】
（第２変形例）
図１１は、本実施形態の第２変形例におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。図１２は、本実施形態の第２変形例におけるチップ側の金属パターンの角部と基板側の基準マークとの位置関係の例を示す図である。
図１１、図１２に示すように、チップＣＰと（ダイシング後の）基板ＷＡとが同じ大きさである場合、チップＣＰの金属パターンの一部に、内方に向けて凹んだ切欠部Ｋを形成し、基板ＷＡの基準マークＭｗを、金属パターンを切欠いた切欠部Ｋに入り込むような位置に設けるようにしてもよい。
これにより、チップＣＰと（ダイシング後の）基板ＷＡとが同じ大きさである場合であっても、切欠部Ｋ内に入り込むように基準マークＭｗを形成することで、基板ＷＡ側の基準マークＭｗを設けることが可能となり、位置合わせが可能となる。
【００７３】
（第３変形例）
図１３は、本実施形態の第３変形例におけるチップアライメント方法の概略構成を示す斜視図である。
図１３に示すように、基準マークＭｗに用いる金属膜Ｍ２は、基板ＷＡの接合面Ｗｆ上において、接合すべきチップＣＰに隣接配置される他のチップＣＰが電気的に接続される配線パターンを形成する金属膜Ｍ２であるようにしてもよい。
これによっても、基板ＷＡにわざわざアライメントマークを設けることなく、チップＣＰのアライメントを行うことができる。
【００７４】
（その他の実施形態）
なお、本発明のチップアライメント装置は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、図３において、認識部３４Ａ，３４Ｂを、ステージ３１およびヘッド部３３Ｈの上下に配置するようにしたが、これに限らない。例えば、図１５に示すように、ステージ３１の下方に認識部３４Ａのみを設けてもよいし、図１４に示すように、ヘッド部３３Ｈの上方に認識部３４Ｂのみを備えるようにしても良い。これらの場合、認識部３４Ａまたは３４Ｂでは、チップＣＰおよび基板ＷＡの双方を認識する。
【００７５】
また、認識部３４Ａ，３４Ｂでは、赤外光をカメラから同軸光で照射し、チップＣＰや基板ＷＡを形成するＳｉ材料を透過させ、金属部分の反射光を撮像することによって、基板ＷＡ側の基準マークＭｗやチップＣＰの金属パターンの角部Ｍｃを認識しても良いが、これに限らない。例えば、認識部３４Ａ，３４Ｂとは別の光源から赤外光を照射するようにしてもよい。また、その場合、光源の位置は限定するものではなく、チップＣＰ，基板ＷＡに赤外光を照射できるのであれば、その照射方向、照射方法は、いかなるものであってもよい。
【００７６】
また、チップＣＰ側の認識部３４Ａは２個備えるようにしたが、１個のみとし、認識部３４Ａを移動させるようにしてもよい。
また、チップＣＰに設けられた金属パターンの角部Ｍｃは、認識部３４Ａの１視野内で、θ方向を含めた位置情報が得られるのであれば、θ方向の位置合わせを行うことができる。また、認識部３４Ａの１視野内で、２カ所の角部Ｍｃを取り込むことでも、θ方向を含めた位置情報を得て、θ方向の位置合わせを行うことができる。
【００７７】
また、基板ＷＡ側の基準マークＭｗやチップＣＰの金属パターンの角部Ｍｃを認識する場合、基準マークＭｗや金属パターンの角部Ｍｃのエッジ部分を認識してもよいし、認識部３４Ａ，３４Ｂの撮像視野内で、□状に切り取った面積部分を認識してもよく、その認識方法に定めはない。
【００７８】
また、上記実施形態では、チップＣＰと基板ＷＡとを、隙間を空けて対向配置した状態で、その位置認識および位置合わせを行うようにしたが、チップＣＰを基板ＷＡに接触させた時点で、チップＣＰを基板ＷＡに接合するに先だって、位置認識および位置合わせを行うこともできる。このようにすれば、チップＣＰを基板ＷＡに接触させるまでの間に生じた位置ズレを補正することができる。
【００７９】
さらに、チップＣＰの位置を基板ＷＡ上で仮決めするため、チップＣＰおよび基板ＷＡの少なくとも一方に樹脂層を形成しておき、樹脂層を軟化させた状態で、チップと基板とを互いに押圧させて少なくとも接触させた後、樹脂層を仮硬化させてチップと基板との相対位置を仮決めするようにしてもよい。この場合においても、上記したチップアライメント方法を適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  チップ実装システム
１０  チップ供給装置
３０  チップボンディング装置（チップアライメント装置）
３１  ステージ（基板保持部）
３３  ボンディング部
３３Ｈ  ヘッド部（チップ保持部）
３４Ａ，３４Ｂ  認識部（認識手段）
３６  ミラー
ｃ１  角部
ＣＰ  チップ
Ｋ  切欠部
Ｌ、Ｌｘ、Ｌｙ  ダイシングライン（切断位置）
Ｍ１、Ｍ２  金属膜
Ｍｃ  金属パターンの角部
Ｍｗ  基準マーク
ＷＡ  基板
Ｗｆ  接合面
【図１】
0006411823.tif 000002
【図２】
0006411823.tif 000003
【図３】
0006411823.tif 000004
【図４】
0006411823.tif 000005
【図５】
0006411823.tif 000006
【図６】
0006411823.tif 000007
【図７】
0006411823.tif 000008
【図８】
0006411823.tif 000009
【図９】
0006411823.tif 000010
【図１０】
0006411823.tif 000011
【図１１】
0006411823.tif 000012
【図１２】
0006411823.tif 000013
【図１３】
0006411823.tif 000014
【図１４】
0006411823.tif 000015
【図１５】
0006411823.tif 000016