(57)【要約】【課題】スループットの良いチップ積層装置を提供する。【解決手段】複数の実装基板またはチップを載置可能なステージと、前記実装基板または前記チップを前記ステージに載置する搬送機構と、前記実装基板または前記チップの一方の平面に形成されたアライメントマークを認識する第１のアライメントマーク認識手段と、前記ステージに載置されている前記実装基板または前記チップに前記チップとは異なるチップを接合する接合手段とを有し、第１のアライメントマーク認識手段は、前記実装基板または前記チップが前記ステージに載置され、接合される前に前記ステージ上のすべての前記実装基板または前記チップのアライメントマークの認識を行う機能を有することを特徴とするチップ積層装置。【選択図】  図１
2005026278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の実装基板またはチップを載置可能なステージと、前記実装基板または前記チップを前記ステージに載置する搬送機構と、前記実装基板または前記チップの一方の平面に形成されたアライメントマークを認識する第１のアライメントマーク認識手段と、前記ステージに載置されている前記実装基板または前記チップに前記チップとは異なるチップを接合する接合手段とを有し、第１のアライメントマーク認識手段は、前記実装基板または前記チップが前記ステージに載置され、接合される前に前記ステージ上のすべての前記実装基板または前記チップのアライメントマークの認識を行う機能を有することを特徴とするチップ積層装置。
【請求項２】
前記ステージに載置されている前記チップとは異なる前記チップの他方の平面に形成されたアライメントマークを認識する第２のアライメントマーク認識手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のチップ積層装置。
【請求項３】
前記ステージが２台以上のステージの組み合わせで構成されること特徴とする請求項１または請求項２に記載のチップ積層装置。
【請求項４】
第１のアライメントマーク認識手段および第２のアライメントマーク認識手段がカメラであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のチップ積層装置。
【請求項５】
前記実装基板または前記チップに形成されているバンプの検査、その他デバイス特性に影響を与える項目の全検査を行う検査装置を有することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のチップ積層装置。
【請求項６】
前記検査装置がＣＮＣ画像計測装置であることを特徴とする請求項５に記載のチップ積層装置。
【請求項７】
前記接合手段が、複数のチップを吸着してピックアップする形状のボンディングヘッドを有することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載のチップ積層装置。
【請求項８】
前記ボンディングヘッドの先端の複数のチップ保持部の間隔が調整可能であることを特徴とする請求項７に記載のチップ積層装置。
【請求項９】
前記ステージが、ＸＹステージであることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載のチップ積層装置。
【請求項１０】
前記ステージが、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸と、この各軸まわりの回転θｘ、θｙ、θｚのうち少なくとも１軸、合計４軸以上の制御軸をもった大ストローク低分解能の粗動ステージと、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θｘ、θｙ、θｚのうち少なくとも１軸、合計４軸以上の制御軸をもった小ストローク高分解能の微動ステージとの組み合わせであることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載のチップ積層装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のチップを積層接合して実装する積層チップの製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣやＬＳＩといった半導体チップは、テープキャリアや樹脂基板上にベアチップ状態で実装されるのが一般的である。その実装形態としては、テープ・オートメイテッド・ボンディング（ＴＡＢ）方式やチップ・オン・ボード（ＣＯＢ）方式といった形態があり、いろんな要因を勘案して最適な実装形態が選定されている。
【０００３】
このような、積層チップの製造方法の例が、例えば、特開平１１−１２６８６９号公報（特許文献１）に記載されている。この方法の概要を図６〜図１０に示す。図６に示すように、第１のチップ１の接合面にＡＣＦ（異方性導電性フィルム）４を付着させた状態で、第１および第２のチップ１，２の接合面を対向可能に保持するチップ対向保持工程、図７および図８に示すように、赤外線ＣＣＤを用いた撮像装置６によって第２のチップ２の接合面を正面側から捉えた後（図７）、第１のチップ１の接合面に対して背面側から透過的に捉え、これら接合面上のターゲット１ａ，２ａ位置を認識するターゲット位置認識工程、図９に示すように、認識されたターゲット１ａ，２ａ位置に基づいて両チップ１，２を位置決めするチップ位置決め工程、および図１０に示すように、これら両チップ１，２を圧着するチップ圧着工程を具備して概略構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２６８６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は１チップずつ接合位置に搬送して接合を行っていたため、多数のチップを積層する場合には、搬送時間が長くなるため接合に長時間必要となり、スループットが悪いという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スループットの良いチップ積層装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、複数の実装基板またはチップを載置可能なステージと、前記実装基板または前記チップを前記ステージに載置する搬送機構と、前記実装基板または前記チップの一方の平面に形成されたアライメントマークを認識する第１のアライメントマーク認識手段と、前記ステージに載置されている前記実装基板または前記チップに前記チップとは異なるチップを接合する接合手段とを有し、第１のアライメントマーク認識手段は、前記実装基板または前記チップが前記ステージに載置され、接合される前に前記ステージ上のすべての前記実装基板または前記チップのアライメントマークの認識を行う機能を有することを特徴とするチップ積層装置（請求項１）である。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第２の手段であって、前記ステージに載置されている前記チップとは異なる前記チップの他方の平面に形成されたアライメントマークを認識する第２のアライメントマーク認識手段をさらに有することを特徴とするチップ積層装置（請求項２）である。
【０００８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記ステージが２台以上のステージの組み合わせで構成されること特徴とするもの（請求項３）である。
【０００９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、第１のアライメントマーク認識手段および第２のアライメントマーク認識手段がカメラであることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１０】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記実装基板または前記チップに形成されているバンプの検査、その他デバイス特性に影響を与える項目の全検査を行う検査装置を有することを特徴とするもの（請求項５）である。
【００１１】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記検査装置がＣＮＣ画像計測装置であることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００１２】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、前記接合手段が、複数のチップを吸着してピックアップする形状のボンディングヘッドを有することを特徴とするもの（請求項７）である。
【００１３】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第７の手段であって、前記ボンディングヘッドの先端の複数のチップ保持部の間隔が調整可能であることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００１４】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、前記ステージがＸＹステージであることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００１５】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、前記ステージが、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸と、この各軸まわりの回転θｘ、θｙ、θｚのうち少なくとも１軸、合計４軸以上の制御軸をもった大ストローク低分解能の粗動ステージと、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θｘ、θｙ、θｚのうち少なくとも１軸、合計４軸以上の制御軸をもった小ストローク高分解能の微動ステージとの組み合わせであることを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態であるチップ積層装置の概略構成図、図２は、図１に示すチップ積層装置を使用したチップの積層の様子を示す図、図３は、図１に示されたピックアップの先端部を示す図である。
【００１７】
図１に概略構成図を示した、本発明の第１の実施の形態であるチップ積層装置は、接合時に実装基板やチップの接合面が上面となるように実装基板やチップを載置するボンディングステージと、ボンディングステージを載置してボンディングステージを２軸の並進方向にＸＹに移動させるＸＹステージと、接合するチップの接合面が下側となるように接合するチップを保持するボンディングヘッドと、接合するチップが形成されダイシング工程が終了したウェハを載置するウエハステージと、ウエハステージ上のダイシング工程が終了したウェハから１つのチップをピックアップしチップを反転した状態でボンディングヘッドの下部へ反転したチップを移動させる反転ピックアップと、実装基板やチップに形成されているバンプ形状検査、その他デバイス特性に影響を与える項目（例えばＳｉ貫通系では貫通孔の側壁検査や電極充填検査）の全検査を行うＣＮＣ画像測定装置と、ボンディングステージ上の実装基板やチップに形成されているアライメントマークの位置を認識する基板認識カメラと、チップに形成されているアライメントマークの位置を確認するチップ認識カメラとから構成されている。
【００１８】
さらに本装置は、本装置の近傍に設置されている多数の実装基板が保管されている基板マガジンから実装基板をボンディングステージ上へ搬送・載置する基板搬送アームを有する。
【００１９】
なお、ＸＹステージには縮小投影型露光装置のウエハステージに用いられているステージが用いられている。このステージはニードルベアリングにのって移動し、ステージの位置は光波干渉計によって管理されている。これらにより、縮小投影型露光装置のウエハステージではウェハを高精密に移動させることが可能となっている。
【００２０】
以下、このチップ積層装置を使用したチップ積層動作を説明する。
１．実装基板側
（１）実装基板１個を基板搬送アームにて搬送し、ボンディングステージ上に設置する。これを何度か繰り返し、ボンディングステージ上に基板をマトリクス状に並べる。
【００２１】
（２）ボンディングステージを基板認識カメラ位置まで移動し、それぞれの実装基板の位置を基板認識カメラにて実装基板に形成されているアライメントマークを認識してスタンバイする（図２（ａ））。
【００２２】
２．チップ側
（１）チップを反転ピックアップでウエハステージより１個づつピックアップする。
（２）ボンディングヘッドを移動してチップをピックアップし（図３（ａ））、チップ認識カメラ上方まで移動し、チップの位置をチップ認識カメラにてチップアライメントマークを認識する（図３（ｂ））。
【００２３】
（３）ボンディングステージの所定の位置にスタンバイしているマトリクス状の中の１個の実装基板の上に、ボンディングヘッドによりピックアップされたチップを移動する。
【００２４】
３．総合
（１）実装基板側、チップ側のそれぞれの認識カメラにより、それぞれのアライメントマークから得た位置情報をマルチ高速ボンディングステージにフィードバックし、実装基板上にチップをボンディングする。ボンディングには、加熱加圧や超音波による金属接合、あるいはＮＣＰ（非導電性ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、ＡＣＰ（異方性導電ペースト）、ＡＣＦ（異方性導電フィルム）などが用いられる。微細接合には低温での接合が望ましく、比較的低温での接合が可能なＮＣＰを用いたボンディングでは、まず、ＮＣＰディスペンサからボンディングステージ上の実装基板上面にＮＣＰ（非導電性ペースト）（不図示）を塗布する。そして、予め得ている実装基板とチップのアライメントマークの位置情報に基づき両方のアライメントマークの位置が一致するようにＸＹステージを移動させる。そして、ボンディングヘッドを下降させて実装基板とチップのバンプが接合するように実装基板上にチップをボンディングする（図２（ｂ）、図３（ｃ））。ＮＣＰを熱硬化させるため、図示しない加熱機構が設置されている。ボンディングは２４０℃、２秒で行う。
【００２５】
より常温域で金属接合を行う常温接合では、ボンディング面の清浄化のためのクリーニング機構が必要になる。また、金属接合では接続信頼性向上のために、接合後にアンダーフィル充填工程が必要である。
【００２６】
なお、ボンディングヘッドにはボンディング時の加圧をモニタするロードセル（不図示）が組み込まれていて、チップが破損するような過剰な加圧の発生を防止するようになっている。また、ボンディングヘッドを加圧するためのシリンダー（不図示）にはソフトランディング機構を採用していて、ボンディングヘッドが所定の位置まで下降すると、それ以降はゆっくりと下降するようになっていて、接合時のチップへの衝撃を低減するようになっている。これらにより、厚さ１００μｍ以下の薄いチップを積層する場合でも、チップが破損することはない。
（２）この動作をボンディングステージ上の実装基板の数だけ繰り返す。
【００２７】
４．２層目より上のチップの積層
（１）チップを反転ピックアップでウエハステージより１個づつピックアップする。
（２）ボンディングヘッドを移動してチップをピックアップし、チップ認識カメラ上方まで移動し、チップの位置をチップ認識カメラにてチップアライメントマークを認識する。
【００２８】
（３）ボンディングステージの所定の位置にスタンバイしているマトリクス状の中の１個の実装基板に積層されたチップの上に、ボンディングヘッドによりピックアップされたチップを移動する。
【００２９】
（４）上記１．（２）で認識したボンディングステージ上の実装基板に形成されているアライメントマーク、およびボンディングヘッドによりピックアップされたチップ側の認識カメラにより、ボンディングヘッドによりピックアップされたチップのアライメントマークから得た位置情報をボンディングステージにフィードバックし、ボンディングステージ上の実装基板に積層されているチップにチップをボンディングする（図２（ｃ））。ボンディングは、前述したＮＣＰを用いたフリップチップ接合を適用している。
（５）この動作をボンディングステージ上の基板の数だけ繰り返す。
【００３０】
なお、反転ピックアップが吸着時のチップ  ずれが＜０．１μｍ（３σ）の精度の機構系を有している場合は、認識カメラによるアライメントマークの認識は不要となる。
【００３１】
また、反転ピックアップのヘッドには、真空吸着方式以外に、公知のベルヌーイの原理を利用した非接触ＣＨＩＰハンドリングや公知のマイクロＥＤＭ（放電加工）を利用した非接触ＣＨＩＰハンドリングを用いることもできる。
【００３２】
また、第１の実施の形態の積層装置では、株式会社ニコン製のＣＮＣ画像計測装置（商品名：ＮＥＸＩＶ）が設置されており、ウエハステージ上の各チップのバンプの高さ、形状検査を行っていて、バンプの欠陥を検出することができるので、欠陥バンプが形成されているチップを積層に用いないようにすることが可能である。また、ＣＮＣ画像計測装置はステージに搭載されており、移動してボンディングステージ上の実装基板のバンプの高さ、形状検査を行い、バンプの欠陥を検出することができ、チップと同様に欠陥バンプが形成されている実装基板を積層に用いないようにすることが可能である。
【００３３】
また、バンプ形状等以外の、その他デバイス特性に影響を与える項目（例えばＳｉ貫通系では貫通孔の側壁検査や電極充填検査）の全検査が行われる。なお、ＣＮＣ画像計測装置の代わりに、Ｘ線測定装置、走査型電子顕微鏡等を用いてもよい。
【００３４】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態である本発明によれば、ボンディングステージ上に実装基板またはチップをアレイ状に配置し、カメラで実装基板またはチップに形成されているアライメントマークを認識することによりアレイ状に配置している実装基板またはチップの位置をあらかじめ確認しておくので、スループットが向上する。
【００３５】
さらに、ボンディングステージが縮小投影型露光装置のウエハステージに用いられているＸＹステージに載置されているので、高速・高精度にチップの積層を行うことができるので、スループットが向上する。
【００３６】
［第２の実施の形態］
図４に、本発明の第２の実施の形態であるチップ積層装置の概略構成図を示す。このチップ積載装置が、図１に示す第１の実施の形態であるチップ積層装置と異なる点は、ＸＹステージの上に第２のＸＹステージが載置されていて、第２のＸＹステージの上にボンディングステージが載置されていることのみであるので、他の部分については説明を省略する。
【００３７】
このように、第２の実施の形態においては、ＸＹステージの上に第２のＸＹステージが載置されているので、ステージの移動の際に振動がキャンセルされる。すなわち、相互にステージが反動する方向に動き、ステージの移動の際の振動がキャンセルされる。これにより、さらに高速・高精度にチップの積層を行うことができるので、スループットがさらに向上する。
チップ積載の動作については、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【００３８】
［第３の実施の形態］
図５に、本発明の第３の実施の形態であるチップ積層装置の概略構成図を示す。このチップ積載装置が、図４に示す第２の実施の形態であるチップ積層装置と異なる点は、チップを検査する第２のＮＥＸＩＶ検査用ウエハステージが追加されていることのみである。
【００３９】
これにより、ウエハステージ上のチップとボンディングステージ上の実装基板やチップを別々のＮＥＸＩＶで並行して検査可能である。従って、検査時間が短縮できるので、スループットがさらに向上する。
チップ積載の動作については、第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【００４０】
なお、第１から第３の実施の形態において、ボンディングヘッドは１つのチップのみをピックアップしているが、その代わりにボンディングヘッドとして、複数のチップを吸着してピックアップする形状のものを用いてもよく、このような形状の例として、ヘッドの先端が熊手のようになっているものや、いげた型になっているものが挙げられる。この場合は、同時に複数のチップの接合を行うため、接合に要する時間がさらに短くなる。
【００４１】
また、複数のチップを吸着してピックアップする形状のボンディングヘッドは、先端の複数のチップ保持部の間隔が調整可能であることが好ましく、この場合は、ボンディングステージ上の対応する実装基板やチップの位置に合わせてボンディングヘッド先端に保持されている各チップの位置を変えることができ、接合時のずれを減少させることができる。
【００４２】
また、第１から第３の実施の形態において、ボンディングステージとしてＸＹステージを用いているが、本発明に用いることができるボンディングステージは、ＸＹステージに限られず、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θｘ、θｙ、θｚのうち少なくとも１軸、合計４軸以上の制御軸をもった大ストローク低分解能の粗動ステージと、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸とこの各軸まわりの回転θｘ、θｙ、θｚのうち少なくとも１軸、合計４軸以上の制御軸をもった小ストローク高分解能の微動ステージとの組み合わせを用いてもよい。この場合は、ボンディングステージのチップ等の位置調整精度がさらに向上する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スループットの良いチップ積層装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるチップ積層装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すチップ積層装置を使用したチップの積層の様子を示す図である。
【図３】図１に示されたピックアップの先端部を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態であるチップ積層装置の概略構成図を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態であるチップ積層装置の概略構成図を示す図である。
【図６】従来の積層チップの製造方法の一実施形態において、チップ対向保持工程における断面を示した工程断面図である。
【図７】図６に示す工程に続いて、ターゲット位置認識工程の前段階における断面を示した工程断面図である。
【図８】図７に示す工程に続いて、ターゲット位置認識工程の後段階における断面を示した工程断面図である。
【図９】図８に示す工程に続いて、チップ位置決め工程における断面を示した工程断面図である。
【図１０】図９に示す工程に続いて、チップ圧着工程における断面を示した工程断面図である。
【図１】
2005026278.tif 000003
【図２】
2005026278.tif 000004
【図３】
2005026278.tif 000005
【図４】
2005026278.tif 000006
【図５】
2005026278.tif 000007
【図６】
2005026278.tif 000008
【図７】
2005026278.tif 000009
【図８】
2005026278.tif 000010
【図９】
2005026278.tif 000011
【図１０】
2005026278.tif 000012