(57)【要約】本発明は、半導体チップ（２）およびフリップチップを基質（５）上に実装するための装置に関する。この装置は、半導体チップと、チップグリッパー（１３）を有するボンディングヘッド（８）を有する装着システム（６）と、グリッパー（１６）を有するフリッピング装置（１５）と、２つのカメラ（９、１０）とを供給する手段を備える。第１カメラは、フリッピング装置が半導体チップを受け取る前に、前述の実装法で提供される半導体チップの実際の位置を測定するのに使用され、かつ、フリッピング装置が半導体チップを移動させた後でボンディングヘッドのチップグリッパーが受け取るフリップチップの実際の位置を確認するのに使用される。本装置は、本発明により、第１カメラの視野に配置され、回転可能な状態で保持される鏡（１８）等の光スイッチを備える。作動時には、鏡はフリッピング装置のグリッパーと同時に回転するが、角度はわずか２分の１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを既定の位置に供給する手段、すなわち
チップグリッパー（１３）を有するボンディングヘッド（８）を有する装着システム（６）と、
グリッパー（１６）を有するフリッピング装置（１５）とを備え、前記フリッピング装置が既定の軸（１９）中心に回転可能な状態で保たれ、第１回転位置で使用され、前記手段で提供される前記既定の位置で前記半導体チップ（２）を受け取り、第２の回転位置で前記半導体チップがフリップチップとして前記ボンディングヘッドの前記チップグリッパーへ運ばれ、
カメラ（９）は写真撮影用であり、
光スイッチは、代替の方法でカメラの第１または第２視野を設定するのに使用され、前記手段で提供される前記半導体チップが前記第１視野に配置され、前記チップグリッパーに把持される半導体が前記第２視野に配置され、前記フリッピング装置および前記光スイッチが、前記フリッピング装置が、前記カメラの視野が前記第１視野から前記第２視野へ替わるような方法で、互いに作動接続される、フリップチップ（３）として半導体チップ（２）を基質（５）上に実装するための、装置。
【請求項２】
前記フリッピング装置と前記光スイッチの適切な接続が、機械的に作動接続されることである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光スイッチが回転可能な状態で保持される鏡（１８）を備える、請求項１または２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の基質上にフリップチップを実装するための装置に関する。フリップチップとは、表面にいわゆる突起があり、これを介して基質と電気的に接続される半導体チップである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを基質上に実装する際、通常基質は支持面に水平に配列し、半導体チップはウエハテーブル上に置き、半導体チップの電気接続面は上方に向ける。次に、ダイボンダと呼ばれる自動実装機のボンディングヘッドを用いて半導体チップを取り外し、基質上に載せる。この実装法は、半導体チップをエポキシで基質に接着するか、ソルダーで基質にはんだ付けするかによってエポキシダイボンディングまたはソフトソルダー・ダイボンディングとして知られる，当該分野では周知の実装法である。フリップチップ法は、突起を介して半導体チップと基質とが電気的および機械的に接続されるこのような方法とは異なる。突起の付いた半導体チップを確実に実装するには、ウエハテーブルから取り外したあと、１８０°回転させる（裏返す）必要がある。
【０００３】
フリップチップ法では、半導体チップの突起をパッドと呼ばれる基質の電気接続面に接触させる必要がある。したがって、正確に配置するために要求されるものは、エポキシダイボンディングよりフリップチップ法のほうが多い。フリップチップを実装するための自動実装機は、半導体チップをウエハテーブルから取り外し、これを裏返すフリッピング装置と、裏返しになった半導体チップをフリッピング装置から受け取り、これを基質上に置くボンディングヘッドを有する装着機と、３つのカメラとを備える。第１カメラはウエハテーブル上の半導体チップの写真を撮り、第２カメラは受け取った半導体チップ（裏返しになったためフリップチップという）の写真、例えば突起を備えた半導体の表面の写真等を撮り、第３カメラはパッドを有する基質の写真を撮る。第１カメラの写真はウエハテーブルが提供する半導体の位置を確認するのに使用し、必要であればウエアテーブルを新たに位置決めし、フリッピング装置が半導体チップを受け取って、ボンディングヘッドへ移動させられるようにする。第２および第３カメラの写真はフリップチップの位置および基質の位置を決めるのに使用し、ボンディングヘッドがフリップチップを基質上の正しい位置に置けるようにする。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、技術上あるいはプロセス上の不利益をもたらすことなく第１カメラと第２カメラの仕事を単一のカメラが負うことができるという知見に基づく。
【０００５】
本発明は、フリップチップとして半導体チップを基質上に実装するための装置に関する。この装置は、半導体チップを既定の位置、たとえばウエハテーブルまたはワッフルパック等に供給する手段を備える。この装置は、チップグリッパーを有するボンディングヘッドを有する装着機と、グリッパーを有するフリッピング装置と、２つのカメラとをさらに備える。フリッピング装置のグリッパーは既定の軸で回転し、第１の回転位置にて前述の方法で得られた半導体チップをウエハ受け取り、第２の回転位置にてこれをフリップチップとしてボンディングヘッドのチップグリッパーに移動させる。第１カメラは、フリッピング装置が半導体チップを受け取る前に、前述の実装法で提供されるウエハ上の半導体チップの実際の位置を測定するのに使用される一方、フリッピング装置が半導体チップを移動させた後でボンディングヘッドのチップグリッパーが受けとるフリップチップの実際の位置を測定するのに使用される。第２カメラは、基質置き場の位置を測定するのに使用される。本発明によると、本装置は第１カメラの第１または第２視野を交互に設定するのに使用される光スイッチを備え、上述の方法で提供される半導体チップは第１視野に配置され、チップグリッパーで把持されて第２視野に配置される。フリッピング装置および光スイッチは、フリッピング装置が第１回転位置から第２回転位置に替わる場合、カメラの視野も第１視野から第２視野へ替わるような方法で、互いに作動接続される。フリッピング装置と光スイッチの作動接続は、好ましく機械的作動接続である。
【０００６】
光スイッチは、例えば既定の軸で回転が保たれ、第１カメラ前部に配置される鏡を備える。作動時には、鏡はフリッピング装置のグリッパーと同時に回転するが、角度はわずか２分の１である。これは、グリッパーが角度θの周りで回転するとき、鏡は角度θ／２の周りで回転する。鏡の回転は、好ましくはいずれかの端部に到達したときに互いに伸展位に配置される２つのレバーを用いることで生じる。
【０００７】
本装置は、既定の位置に上述の方法で提供された半導体チップを１つめの色でカメラに映し出す一方、チップグリッパーで把持した半導体チップを２つめの色でカメラに映し出すカラーフィルタを代わりに備える。この場合、光スイッチは２色のフィルタからなり、このうちの１つのフィルタは１つの色を透過し、もう１つのフィルタは２つめの色を透過する。フリッピング装置の回転位置が変化した場合、１色目のフィルタまたは２色目のフィルタが自動的にカメラのビーム経路に入り、カメラの視野が変化する。カラーフィルタの代わりに、偏光器で作業することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明は、実施形態および図面を参照しながら下で説明する。図は一律の尺度に従わずに示している。
【図１】フリッピング装置および鏡を有する自動実装機を示し、フリッピング装置および鏡は第１端部に配置される。
【図２】自動実装装置を示し、フリッピング装置および鏡は第２端部に配置される。
【図３】フリッピング装置および鏡用の駆動機構を示す。
【図４】フリッピング装置および鏡用の駆動機構を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、フリップチップと呼ばれ、突起１を備える半導体チップ２を基質５の基質置き場４上に実装するための自動実装機の１例の模式図である。図１に示される横断図では、各半導体チップ３の５つの突起１は互いに隣合わせで配置されている。基質置き場４上で互いに隣合わせで１列に並んで配置される５つのパッド１２は、突起に対応している。デカルト座標系はｘ、ｙ、ｚで明示され、ｘ座標は図面の平面部まで垂直に伸展する。自動実装機は、ｙ方向に伸展する軸７に沿って往復するボンディングヘッドと、それぞれ関連画像処理モジュールを備える２つのカメラ９、１０を有する、いわゆる装着システム６とを備える。軸７上のボンディングヘッド８の位置は、既知の位置測定装置と本明細書では詳細に説明していない制御回路を用いて制御する。運搬システムにより基質５はｘ方向にボンディングステーション１１まで運搬され、そこでボンディングヘッド８がフリップチップを、それぞれ突起１と関連するパッド１２と呼ばれる電気接続面を備える基質置き場４に置く。ボンディングヘッド８は、ｚ方向に上下に往復して動くチップグリッパー１３を備え、この場合ｚ軸である縦軸の周りで回転可能である。例えば、半導体チップ２をウエハテーブル１４に載せ、半導体チップ２の突起１を上方に向ける。半導体チップ２は、ワッフルパックまたはテープ等、その他の手段を備えることもできる。自動実装機は、グリッパー１６を有するフリッピング装置１５と、自動実装機を制御する制御演算器１７とをさらに備える。フリッピング装置１５は、２つの端部ＡとＢの間を前後に回転可能である。ウエハテーブル１４は、フリッピング装置１５がウエハテーブル１４とボンディングヘッド８の間に位置するように配列される。第１カメラ９は、本発明により、２つの機能を実現する。１つは実装するためにウエハテーブル１４が提供する半導体チップ２の実際の位置を、もう１つはボンディングヘッド８のチップグリッパー１３が取り上げるフリップチップ３の実際の位置を測定することである。第１カメラ９がこの２つの機能を確実に実現できるように、半導体チップ２が回転すると回転する鏡１８をフリッピング装置１５に配列する。鏡１８は、第１カメラ９の視野内に配列する。
【００１０】
フリッピング装置１５および鏡１８は、２つの端部ＡとＢの間を前後に移動する。図１では、フリッピング装置１５および鏡１８は、グリッパー１６が装着システム６に面する端部Ａに位置し、鏡１８はウエハテーブル１４に面する。このようにして、第１カメラ９はウエハテーブル１４が提供する半導体チップ２を確認する。図２では、フリッピング装置１５および鏡は、グリッパー１６がウエハテーブル１４に面する端部Ｂに位置し、鏡１８は装着システム６に面する。このようにして、第１カメラ９はボンディングヘッド８のチップグリッパー１３が把持するフリップチップ３を確認する。端部Ａから端部Ｂへ移る場合、グリッパー１６はｚ方向に伸展する軸１９を回転軸として角度θ（図示せず）の周りで回転し、鏡１８は２分の１の角度θ／２の周りで同時に回転する。本例では、角度はθ＝１８０°である。角度θは、ウエハテーブル１４および装着システム６の全体構造に依存するため、１８０°以外の値になることもある。
【００１１】
フリッピング装置１５は、ウエハテーブル１４が提供する端部Ａの半導体チップ２およびボンディングヘッド８のチップグリッパー１３が把持する端部Ｂのフリップチップ３を照射するための照明手段を備える。端部Ａでは、光軸に平行して伸展する光を用いた照明等、直接照明が可能であるため、光は半導体チップ２上に垂直に当たる。端部Ｂでは、フリップチップ３上に斜めに当たる光を用いた照明等、間接照明が有利である。
【００１２】
フリッピング装置１５、鏡１８、および第１カメラ９の相互作用について、ここで詳細に説明する。まず、以下の状態を想定する。図１に示されるとおり、フリッピング装置１５は、第１端部Ａに位置する。ウエハテーブル１４により、半導体チップ２が実装可能になった。ボンディングヘッド８のチップグリッパー１３は、研がれている突起１を有し、さらに実際の位置を確認する必要があるフリップチップ３を把持する。チップグリッパー１３は、フリッピング装置１５の上に配置される。装置は、以下の通り動作する。
‐第１カメラ９はウエハテーブル１４が提供する半導体チップ２の写真を撮り、付属の画像処理モジュールにより写真から半導体チップ２の実際の位置と半導体チップ２の望ましい位置からのずれを測定する。望ましい位置と実際の位置のずれは、Δｕ、Δｖ、Δφの３つの値を用いて測定する。ΔｕおよびΔｖは通常どおり、２つの垂直方向のずれを示し、Δφは回転位置のずれを示す。
‐３つの値Δｕ、Δｖ、Δφが既定の限界値を超えない限り、フリッピング装置１５は、提供された半導体が把持される第２端部Ｂに向かって回転する。この状態を図２に示す。ボンディングヘッド８を既定の位置に移動させる。第１カメラ９は、ボンディングヘッド８のチップグリッパー１３が把持するフリップチップ３の写真を撮り、付属の画像処理モジュールにより写真からフリップチップ３の実際の位置を測定する。次に、ボンディングヘッド８は半導体チップを基質５上に置き、既定の位置に向かって回転するため、チップグリッパー１３はフリッピング装置１５から次の半導体チップ２を受け取ることができる。‐フリッピング装置１５は第１端部Ａに向かって回転し、半導体チップをフリップチップ３としてボンディングヘッド８のチップグリッパー１３へ運ぶ。ボンディングヘッド８は、フリップチップ３をフリップチップ３の突起１がフラックスで湿潤される湿潤ステーションへ任意で運び、再度、フリッピング装置１５の上の位置に戻る。次に、ウエハテーブル１４は、実装するための次の半導体チップ２を提示する。
当初の位置にすでに戻っており、次のサイクルが開始する。
【００１３】
図３および４は、フリッピング装置のグリッパー１６を角度θの周りで（本例では角度θ＝１８０°、鏡１８は２分の１の角度θ／２）回転させる有利な駆動機構を示す。図３は、端部Ａにおけるフリッピング装置１５のグリッパー１６および鏡１８を示す。図４は、端部Ｂにおけるフリッピング装置１５のグリッパー１６および鏡１８を示す。駆動機構は、モーター２０と、２つの歯車２１・２２からなる減速歯車装置と、第３の歯車と、第４の歯車と、歯付きベルト２５と、２つのレバー２６・２７とを備える。第４の歯車２１〜２４は、ｘ方向に互いに並行して伸展する軸中心に回転可能であり、この場合、図面の平面部に対し垂直である。フリッピング装置１５のグリッパー１６は、第３歯車２３と一緒に回転する。第１レバー２６の第１端部は第４歯車と一緒に回転し、第２レバー２７の第１端部は鏡１８に固定され、２つのレバー２６・２７のもう一方の２つの端部は共用ボルト２８上で回転可能な状態で保持される。第３の歯車２３および第の４歯車２４は、サイズが同じである。したがって、モーター２０が歯車２１・２２および歯付きベルト２５を介して第３の歯車２３およびグリッパー１６を１８０°回転させると、第４の歯車２４も１８０°回転する。第１レバー２６の長さＬ１と第２レバー２７の長さＬ２は、鏡１８が端部Ａまたは端部Ｂに到達したときに、この２つのレバー２６・２７が互いに伸展位となるような大きさにする 伸展位とは、２つのレバー２６・２７が共有の直線Ｇ１（図３）またはＧ２（図４）上に配置されることを意味する。第１レバー２６は駆動レバーの、第２レバー２７は移動レバーの役割を果たす。この駆動機構により、以下の利益が得られる。
‐単一モーターで、グリッパー１６を角度θ、鏡１８を２分の１の角度θ／２の周りで回転させることが十分可能である。
‐２つのレバー２６・２７の伸展位を利用することで、端部Ａおよび端部Ｂのどちらも極めて正確に鏡１８の回転位置を再現できるという結果がもたらされる。
‐鏡１８は極めて正確に回転位置を再現可能であり、鏡１８を機械的に配列する止め具は不要である。
【００１４】
代替の駆動機構は、第１直径を有するＶベルトプーリを駆動するモーターを備える。第１Ｖベルトプーリは、直径が同じで、鏡を配列させる第２Ｖベルトプーリを駆動し、同時に直径が半分で、フリッピング装置を配列させる第３Ｖベルトプーリも駆動する。第１Ｖベルトプーリの約９０°の回転により、第２Ｖベルトプーリが約９０°回転し、第３Ｖベルトプーリが約１８０°回転する。
【００１５】
グリッパー１６および鏡１８を回転させるために駆動機構を止めることも可能である。２つの駆動装置は互いに独立している。
【符号の説明】
【００１６】
１突起
２半導体チップ
３フリップチップ
４基質置き場
５基質
６装着システム
７軸
８ボンディングヘッド
９第１カメラ
１０第２カメラ
１１ボンディングステーション
１２パッド
１３チップグリッパー
１４ウエハテーブル
１５フリッピング装置
１６グリッパー
１７制御演算器
１８鏡
１９軸
２０モーター
２１歯車
２２歯車
２３歯車
２４歯車
２５歯付きベルト
２６第１レバー
２７第２レバー
２８共用ボルト
Ａ端部
Ｂ端部
ｘ座標
ｙ座標
ｚ座標
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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