(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを吸着して基台にダイボンドするボンディングヘッドを有するボンディング装置であって、
前記ボンディングヘッドが、
滑車と、
前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、
第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、
前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、
前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットと
を有し、
前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられてから前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さが下がることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する
ボンディング装置。
【請求項２】
前記ボンディングヘッドが、前記滑車の軸を保持するバランスステーをさらに有し、
前記バランスステーの上下動に連動して、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられてから前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さが下がるように構成されている
請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記ボンディングヘッドが、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられていない状態で、前記バランスステーに対する前記第１スライダーの相対位置を前記第１スライダーのスライド可動範囲の下端に保持する係止部を有する
請求項２に記載のボンディング装置。
【請求項４】
複数の基台間で移動し、半導体チップを基台間で運搬する吸着ヘッドを有する半導体チップの運搬装置であって、
前記吸着ヘッドが、
滑車と、
前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、
第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、
前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、
前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットと
を有し、
前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられてから前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さが下がることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する
半導体チップの運搬装置。
【請求項５】
前記吸着ヘッドが、前記滑車の軸を保持するバランスステーをさらに有し、
前記バランスステーの上下動に連動して、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられてから前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さが下がるように構成されている
請求項４に記載の半導体チップの運搬装置。
【請求項６】
前記吸着ヘッドが、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられていない状態で、前記バランスステーに対する前記第１スライダーの相対位置を前記第１スライダーのスライド可動範囲の下端に保持する係止部を有する
請求項５に記載の半導体チップの運搬装置。
【請求項７】
基台に半導体チップをダイボンドするボンディング方法であって、
滑車と、前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットとを有するボンディングヘッドの前記吸着コレットにより、半導体チップを吸着する工程と、
前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記基台上に押し当て、前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さを下げることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する工程と
を有するボンディング方法。
【請求項８】
前記ボンディングヘッドとして、前記滑車の軸を保持するバランスステーをさらに有するボンディングヘッドを用い、
前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する工程において、前記バランスステーの上下動に連動して、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当て、前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さを下げる
請求項７に記載のボンディング方法。
【請求項９】
前記ボンディングヘッドとして、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられていない状態で、前記バランスステーに対する前記第１スライダーの相対位置を前記第１スライダーのスライド可動範囲の下端に保持する係止部を有するボンディングヘッドを用いる
請求項８に記載のボンディング方法。
【請求項１０】
半導体チップを複数の基台間で運搬する半導体チップの運搬方法であって、
滑車と、前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットとを有する吸着ヘッドの前記吸着コレットにより、半導体チップを吸着する工程と、
前記吸着ヘッドを前記複数の基台間で移動させる工程と、
前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記基台上に押し当て、前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さを下げることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する工程と
を有する半導体チップの運搬方法。
【請求項１１】
前記吸着ヘッドとして、前記滑車の軸を保持するバランスステーをさらに有する吸着ヘッドを用い、
前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する工程において、前記バランスステーの上下動に連動して、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当て、前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さを下げる
請求項１０に記載の半導体チップの運搬方法。
【請求項１２】
前記吸着ヘッドとして、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられていない状態で、前記バランスステーに対する前記第１スライダーの相対位置を前記第１スライダーのスライド可動範囲の下端に保持する係止部を有する吸着ヘッドを用いる
請求項１１に記載の半導体チップの運搬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置、半導体チップの運搬装置、ボンディング方法及び半導体チップの運搬方法に関し、特に、ボンディング時の印加荷重の調整が容易なボンディング装置及び方法と、高さの異なる作業領域間で半導体チップを運搬する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光素子やその他の半導体素子などが形成された半導体チップをヒートシンクやフレームなどの基台にダイボンドするには、半導体チップをコレットで吸着し、基台に銀ペーストやハンダなどの接着層を設け、コレットで半導体チップを接着層上に押し当て、所定の荷重を印加することで行う。
【０００３】
ここで、銀ペーストやハンダは上記の接着層として広く用いられており、コレットで荷重を印加することで接着層の膜厚を均一化することができる。
接着層の膜厚が変化すると発光レーザが発する光の光軸が不安定になり、接着層の膜厚が必要厚より薄いと接着強度が低下するなどの障害が生じる。
また、荷重が重過ぎると、半導体チップにダメージを与え、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）などの原因となってしまう。
【０００４】
例えば、光学ピックアップ装置などの光学装置の製造においては、半導体レーザやフォトディテクタなどの半導体チップの相対的な位置が非常に重要であり、これらの相対位置を高精度に位置決めして基台にダイボンディングする高度な実装技術が要求されており、従って、ダイボンドする半導体チップに印加する荷重を一定に制御することが重要である。
【０００５】
例えば、従来から知られているダイボンディング装置では、コレットの押し込み量によって印加する荷重を制御する。
また、特許文献１に記載のダイボンディング装置では、ダイボンディング装置に所定の伸縮係数のバネを組み込み、コレットの押し込み量とバネの伸縮係数から導き出した係数を用いて押し込み量を制御し、一定の加重を印加する方法が記載されている。
しかし、上記の押し込み量の制御方法ではヒートシンクなどの基台の寸法にバラツキがある場合、そのバラツキ量がコレットの押し込み量のバラツキにつながり、結果的に加重のバラツキが生じていた。
【０００６】
また、ダイボンディング装置の加重制御方法として、ロードセルなどの加重検出センサーを使用する方法も知られている。
しかし、ロードセルでの加重センサーは非常に高価であり、シーケンスを用いた制御が必要なことから、設備投資を低く抑えたい場合には不利である。
【０００７】
一方、特許文献２には、撮像装置を用いて位置決めして半導体レーザチップなどの半導体チップを基台に実装するダイボンディング方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１２７０８１号公報
【特許文献２】特開２００４−３６３３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、基台に半導体チップをダイボンドする際や、基台間を運搬する際に、半導体チップに印加する荷重を一定に制御することが困難である点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題点を解決するため、本発明のボンディング装置は、半導体チップを吸着して基台にダイボンドするボンディングヘッドを有するボンディング装置であって、前記ボンディングヘッドが、滑車と、前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットとを有し、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられてから前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さが下がることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する。
【００１０】
上記の本発明のボンディング装置は、半導体チップを吸着して基台にダイボンドするボンディングヘッドを有するボンディング装置である。ここで、ボンディングヘッドは、滑車にベルトがスライド可能に掛けられて両端が下方に垂らされ、その一端に第１の重量を有して上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーが吊るされ、他端に第１の重量より軽い第２の重量を有して上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーが吊るされ、第１スライダーの下端に半導体チップを吸着する吸着コレットが設けられた構成であり、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当てられてから第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さが下がることにより、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する。
【００１１】
上記の問題点を解決するため、本発明の半導体チップの運搬装置は、複数の基台間で移動し、半導体チップを基台間で運搬する吸着ヘッドを有する半導体チップの運搬装置であって、前記吸着ヘッドが、滑車と、前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットとを有し、前記コレットに吸着した前記半導体チップが前記基台上に押し当てられてから前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さが下がることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する。
【００１２】
上記の半導体チップの運搬装置は、複数の基台間で移動し、半導体チップを基台間で運搬する吸着ヘッドを有する半導体チップの運搬装置である。ここで、吸着ヘッドは、滑車にベルトがスライド可能に掛けられて両端が下方に垂らされ、その一端に第１の重量を有して上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーが吊るされ、他端に第１の重量より軽い第２の重量を有して上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーが吊るされ、第１スライダーの下端に半導体チップを吸着する吸着コレットが設けられた構成であり、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当てられてから第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さが下がることにより、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する。
【００１３】
また、上記の問題点を解決するため、本発明のボンディング方法は、基台に半導体チップをダイボンドするボンディング方法であって、滑車と、前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットとを有するボンディングヘッドの前記吸着コレットにより、半導体チップを吸着する工程と、前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記基台上に押し当て、前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さを下げることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する工程とを有する。
【００１４】
上記の本発明のボンディング方法は、まず、ボンディングヘッドの吸着コレットにより半導体チップを吸着する。ここで、ボンディングヘッドは、滑車と、滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、第１の重量より軽い第２の重量を有し、ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、第１スライダーの下端に設けられ、半導体チップを吸着する吸着コレットとを有する構成のボンディングヘッドを用いる。
次に、コレットに吸着した半導体チップを基台上に押し当て、第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さを下げることにより、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する。
【００１５】
上記の問題点を解決するため、本発明の半導体チップの運搬方法は、半導体チップを複数の基台間で運搬する半導体チップの運搬方法であって、滑車と、前記滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、前記ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、前記第１の重量より軽い第２の重量を有し、前記ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、前記第１スライダーの下端に設けられ、前記半導体チップを吸着する吸着コレットとを有する吸着ヘッドの前記吸着コレットにより、半導体チップを吸着する工程と、前記吸着ヘッドを前記複数の基台間で移動させる工程と、前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記基台上に押し当て、前記第１スライダーに対する前記第２スライダーの相対高さを下げることにより、前記第２の重量と前記第１の重量の差分の荷重を前記コレットから前記半導体チップに印加する工程とを有する。
【００１６】
上記の半導体チップの運搬方法は、まず、吸着ヘッドの吸着コレットにより半導体チップを吸着する。ここで、吸着ヘッドは、滑車と、滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、第１の重量より軽い第２の重量を有し、ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、第１スライダーの下端に設けられ、半導体チップを吸着する吸着コレットとを有する構成の吸着コレットを用いる。
次に、吸着ヘッドを複数の基台間で移動させる。
次に、コレットに吸着した半導体チップを基台上に押し当て、第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さを下げることにより、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のボンディング装置は、基台に半導体チップをダイボンドする際に、半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【００１８】
本発明の半導体チップの運搬装置は、基台間を運搬する際に、半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【００１９】
本発明のボンディング方法は、基台に半導体チップをダイボンドする際に、半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【００２０】
本発明の半導体チップの運搬方法は、基台間を運搬する際に、半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１実施形態
本実施形態に係るボンディング装置は半導体チップを吸着して基台にダイボンドするボンディングヘッドを有する。
図１（ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係るボンディング装置の模式構成図であり、図１（ａ）は動作前の状態、図１（ｂ）は動作を開始して半導体チップが基台に接した状態、図１（ｃ）は半導体チップに所定の荷重を印加している状態をそれぞれ示す。
本実施形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドは、押し込み軸１、バランスステー２、ベルト（タイミングベルト）３、第１スライダー４、吸着コレット６、第２スライダー７、滑車（タイミングプーリ）８、コレットベース９を有する。
ベルト３は、例えばアミド樹脂などからなり、滑車８に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられている。
第１スライダー４は、第１の重量を有し、ベルト３の一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられている。
第２スライダー７は、第１の重量より軽い第２の重量を有し、ベルト３の他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられている。
吸着コレット６は、第１スライダー４の下端に設けられ、半導体チップ１０を吸着可能な構造となっている。
バランスステー２は、滑車８の軸を保持して設けられている。
上記の第１スライダー４、第２スライダー７およびバランスステー２は、コレットベース９にボールスライドを介し取り付けられて、上下方向に可動する機構となっている。
また、第１スライダー４と第２スライダー７は滑車８とベルト３によりバランスを保っている。
【００２２】
ここで、第２の重量が第１の重量より軽いので、何の支持構造もなければ第１スライダー４が下がり、第２スライダー７が上がるバランスとなっているが、第１スライダー４とバランスステー２のそれぞれに突起係止部（２ａ，４ａ）が設けられていることから、図１（ａ）に示すように、突起係止部（２ａ，４ａ）が互いに係止することで、吸着コレット６に吸着した半導体チップ１０が基台５上に押し当てられていない状態で、バランスステー２に対する第１スライダー４の相対位置を第１スライダー４のスライド可動範囲の下端に保持する。
【００２３】
本実施形態のボンディング装置において、外周が略楕円形状のカムが設けられた押し込み軸１が回転すると、バランスステー２が押し下げられる。
このとき、第１スライダー４と第２スライダー７はベルト３に吊るされており、ベルト３はバランスステー２に軸が保持された滑車８に掛けられているので、バランスステー２の上下動に連動して、吸着コレット６に吸着した半導体チップ１０が基台５の方向へと押し下げられ、図１（ｂ）に示すように、ついには半導体チップ１０が基台５に押し当てられる。このとき、基台５と半導体チップ１０の間には銀ペーストなどの接着剤が供給されているものとする。
【００２４】
さらに押し込み軸１が回転すると、図１（ｃ）に示すように、バランスステー２がさらに押し下げられる。
このとき、既に半導体チップ１０が基台５に押しあたっているので、第１スライダー４はそれ以上下がることができず、一方でバランスステー２はさらに下がることができるので、突起係止部（２ａ，４ａ）の係止状態が解かれ、第１スライダー４がバランスステー２から浮いた状態となり、第１スライダー４に対する第２スライダー７の相対高さが下がる。
このとき、吸着コレット６で吸着した半導体チップ１０と基台５が接触してから、バランスステー２の押し込み量に比例する加重が半導体チップに印加され、完全に第１スライダー４がバランスステー２から浮いた状態となってからは、第２スライダー７の第２の重量と第１スライダー４の第１の重量の差分の荷重が吸着コレット６から半導体チップ１０に印加される。
【００２５】
例えば、第１スライダー４を２００ｇ、第２スライダー７を１００ｇとすると、半導体チップ１０と基台５が接触してから、バランスステー２の押し込み量に比例して０〜１００ｇｆまで荷重が印加され、１００ｇｆに達したポイントからは第２スライダー７との重量バランスにより押し込み量を増加しても一定の荷重１００ｇｆが維持される。
【００２６】
また、第１スライダー４と第２スライダー７の重量を調整することで、０ｇｆからの加重を掛けられることが可能であり、例えば、各スライダーを複数の部材から構成して部材を増減して組み立てることや、各スライダーに複数のネジ穴を設け、ネジ穴に止めるネジの個数やネジの重量を調整することなどで、第１スライダー４と第２スライダー７の重量の差分として、半導体チップに印加される荷重を調整できる。
【００２７】
例えば、銀ペーストを用いて半導体チップを基台上にマウントする場合、３０〜５０ｇｆ程度の荷重の印加が適当であり、第１スライダーと第２スライダーの重量の差を３０〜５０ｇ程度に設定する。その他の条件として例えば６０〜７０ｇｆ程度の荷重の場合には、第１スライダーと第２スライダーの重量の差を６０〜７０ｇ程度に設定する。
【００２８】
本実施形態のボンディング装置によれば、天秤の原理を用いており、押し込み量がある程度以上となっていれば、荷重を一定に制御することができる。基台に半導体チップをダイボンドする際に、基台の高さなどのバラツキに左右されずに半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。荷重を一定に制御することで、ＣＯＤなどのダメージを与えずに、銀ペーストなどの接着剤で半導体チップを基台上にマウントするときの接着剤の膜厚を一定に制御することができ、位置決めを高精度に行うことができる。
また、ボンディング装置のメンテナンスにおいてボンディングヘッドの各部材の一部あるいは全部の交換などを行ってコレットの高さが変わってしまった場合にも、細かい調整をすることなく容易に半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【００２９】
本実施形態に係るボンディング方法は、基台に半導体チップをダイボンドするボンディング方法であって、上記の本実施形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの吸着コレットにより、半導体チップを吸着し、コレットに吸着した半導体チップを基台上に押し当て、第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さを下げることにより、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する。
【００３０】
本実施形態に係るボンディング方法は、好適には、ボンディングヘッドとして、滑車の軸を保持するバランスステーをさらに有するボンディングヘッドを用い、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する際に、バランスステーの上下動に連動して、コレットに吸着した半導体チップを基台上に押し当て、第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さを下げる。
【００３１】
さらに好適には、ボンディングヘッドが係止部を有し、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当てられていない状態で、バランスステーに対する第１スライダーの相対位置を第１スライダーのスライド可動範囲の下端に保持する。
【００３２】
上記の本実施形態のボンディング方法によれば、基台に半導体チップをダイボンドする際に、半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【００３３】
（実施例）
本実施例では、上記の実施形態に係るボンディング装置及び従来例に係るボンディング装置を用いて、半導体チップに印加される荷重が押し込み量に対してどのように変化するか試験を行った。
【００３４】
図２は、本実施例において各種のボンディング装置を用いたときの半導体チップへの印加荷重値をバランスステーの押し込み量に対してプロットした図である。“a”は上記の実施形態において第１スライダーと第２スライダーの重量の差を１００ｇに設定した場合、“b”は“a”と同様に重量の差を４３ｇに設定した場合、“c”は従来例においてコレットの押し込み量によって印加する荷重を制御する場合、“d”は従来例においてボンディングヘッドにバネを組み込み、バネの伸縮係数を用いて押し込み量を制御して加重を印加する場合である。
【００３５】
“c”の場合では、荷重がコレットの押し込み量に比例するのみであり、印加する荷重を一定範囲に制御するための押し込み量の許容範囲は非常に狭い。
“d”の場合では、荷重のコレットの押し込み量に対する傾きが、バネが作用し始める時点から緩やかになり、印加する荷重を一定範囲に制御するための押し込み量の許容範囲は“c”より広がるが、それでも押し込み量の変動によって印加される荷重が変動してしまい、例えば押し込み量がＸ〜Ｙで変動する場合、７ｇｆ程度の荷重の変動が存在する。
【００３６】
一方、“a”の場合では、第１スライダーと第２スライダーの重量の差を１００ｇに設定することによって、押し込み量がある程度以上の領域では荷重が約１００ｇｆの一定値となり、押し込み量がＸ〜Ｙで変動しても荷重の変動はほぼゼロである。
また、“b”の場合も同様に、第１スライダーと第２スライダーの重量の差を４３ｇに設定することによって、押し込み量がある程度以上の領域では荷重が約４３ｇｆの一定値となり、押し込み量がＸ〜Ｙで変動しても荷重の変動はほぼゼロである。
【００３７】
第２実施形態
本実施形態は、複数の基台間で移動し、半導体チップを基台間で運搬する吸着ヘッドを有する半導体チップの運搬装置である。
図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る半導体チップの運搬装置の模式図であり、図３（ａ）は半導体チップ供給部、図３（ｂ）は半導体チップ位置調整部、図３（ｃ）は半導体チップマウント部である。本実施形態に係る半導体チップの運搬装置の吸着ヘッド３０は、半導体チップ供給部、半導体チップ位置調整部、及び半導体チップマウント部などの複数の基台間を移動する。
本実施形態に係る半導体チップの運搬装置の吸着ヘッドは、第１実施形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドそのものであり、上記の複数の基台間を移動可能に構成されている。
【００３８】
吸着ヘッドは、滑車にベルトがスライド可能に掛けられて両端が下方に垂らされ、その一端に第１の重量を有して上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーが吊るされ、他端に第１の重量より軽い第２の重量を有して上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーが吊るされ、第１スライダーの下端に半導体チップを吸着する吸着コレットが設けられた構成であり、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当てられてから第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さが下がることにより、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する構成である。
【００３９】
好ましくは、吸着ヘッドが、滑車の軸を保持するバランスステーをさらに有し、バランスステーの上下動に連動して、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当てられてから第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さが下がるように構成されている。
【００４０】
さらに好ましくは、吸着ヘッドが、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当てられていない状態で、バランスステーに対する第１スライダーの相対位置を第１スライダーのスライド可動範囲の下端に保持する係止部を有する。
【００４１】
図３（ａ）に示すように、半導体チップ供給部において、基台に相当するチップリング２０上に半導体チップ１０が供給されている。チップリングは、例えば、半導体チップを複数個集積して形成された半導体ウェハにダイシング用の保護シートを貼り合わせてダイシングを行い、保護シートを引き伸ばすことで個片化された半導体チップ間の間隔を広げ、この状態でリングに保持したものである。
【００４２】
本実施形態に係る半導体チップの運搬装置の吸着ヘッド３０の吸着コレットがチップリング２０まで下がってきて、吸着コレットの先端が半導体チップ１０に所定の荷重を印加した状態で吸引することで、半導体チップを吸着コレットで吸着する。吸着ヘッド３０は、半導体チップを吸着した状態で、半導体チップ位置調整部へと移動する。
【００４３】
図３（ｂ）に示すように、半導体チップ位置調整部は、基台に相当し、Ｘ方向及びＹ方向に移動自在で且つ水平方向に回転自在であるＸＹθステージ４０と、ＸＹθステージ４０上に設けられ、中央にチップ吸着穴が設けられたチップセット部５０と、チップセット部５０上に載置された半導体チップの位置（姿勢）を撮影する第１ＣＣＤカメラ６０を有する。
【００４４】
半導体チップ供給部から半導体チップを運搬した吸着ヘッドは、チップセット部５０の吸着穴を半導体チップで塞ぐ位置に半導体チップを運搬して吸着を停止し、一方チップセット部５０の吸着穴から吸引して、チップセット部５０上に半導体チップを載置する。
第１ＣＣＤカメラ６０はチップセット部５０上の半導体チップの位置（姿勢）を撮像する。得られた画像データを画像処理して現状の半導体チップの位置（姿勢）が解析され、基準となる位置（姿勢）となるように、ＸＹθステージ４０がＸＹ方向に移動し、θ方向に回転する。
基準姿勢となった半導体チップに対して、吸着ヘッド３０の吸着コレットが再び下がってきて、吸着コレットの先端が半導体チップ１０に所定の荷重を印加した状態で吸引し、チップセット部５０の吸着穴からの吸引を停止することで、半導体チップを吸着コレットで吸着する。吸着ヘッド３０は、半導体チップを吸着した状態で、半導体チップマウント部へと移動する。
【００４５】
図３（ｃ）に示すように、半導体チップマウント部は、Ｘ方向及びＹ方向に移動自在で且つ水平方向に回転自在であり、銅ブロックなどの基台８０が配置されるＸＹθステージ７０と、基台８０の位置を撮影する第２ＣＣＤカメラ９０が設けられている。基台８０上には銀ペーストなどの接着剤が供給されているものとする。
【００４６】
ＸＹθステージ７０上に銅ブロックなどの基台８０が配置されると、第２ＣＣＤカメラ９０は基台８０の位置を撮像する。得られた画像データを画像処理して現状の基台８０の位置が解析され、基準となる位置となるように、ＸＹθステージ７０がＸＹ方向に移動し、θ方向に回転する。
半導体チップ位置調整部から半導体チップを運搬した吸着ヘッドは、基準位置に配置された基台８０の所定の位置に半導体チップを押し当て、所定の重量を印加してダイボンドする。
【００４７】
上記のチップリング２０、チップセット部５０、基台８０は、一般にそれぞれ高さが異なるため、従来の運搬装置では荷重を一定にして半導体チップを取り扱うことは非常に困難であるが、本実施形態に係る半導体チップの運搬装置によれば、上記のように高さが異なっても、基台間を運搬する際に半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【００４８】
本実施形態に係る半導体チップの運搬方法は、まず、吸着ヘッドの吸着コレットにより半導体チップを吸着する。ここで、吸着ヘッドは、滑車と、滑車に掛けられてスライド可能に保持され、両端が下方に垂らして設けられたベルトと、第１の重量を有し、ベルトの一端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第１スライダーと、第１の重量より軽い第２の重量を有し、ベルトの他端に吊るされて上下方向にスライド可能に設けられた第２スライダーと、第１スライダーの下端に設けられ、半導体チップを吸着する吸着コレットとを有する構成の吸着コレットを用いる。
次に、吸着ヘッドを複数の基台間で移動させる。
次に、コレットに吸着した半導体チップを基台上に押し当て、第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さを下げることにより、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する。
【００４９】
好ましくは、吸着ヘッドとして、滑車の軸を保持するバランスステーをさらに有する吸着ヘッドを用い、第２の重量と第１の重量の差分の荷重をコレットから半導体チップに印加する際に、バランスステーの上下動に連動して、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当て、第１スライダーに対する第２スライダーの相対高さを下げる構成とする。
【００５０】
さらに好ましくは、吸着ヘッドが係止部を有し、コレットに吸着した半導体チップが基台上に押し当てられていない状態で、バランスステーに対する第１スライダーの相対位置を第１スライダーのスライド可動範囲の下端に保持する構成とする。
【００５１】
本実施形態に係る半導体チップの運搬方法によれば、基台間を運搬する際に、半導体チップに印加する荷重を一定に制御することができる。
【００５２】
本実施形態に係るボンディング方法及び装置と、半導体チップの運搬装置及び方法では、半導体デバイスやヒートシンクなどの基台に寸法バラツキが生じても、常に一定加重が加わるので、重加圧による半導体チップの破壊や軽加重による浮きや位置精度のバラツキシェア強度のバラツキが大幅に減少する。例えば、部品交換などで若干のバラツキが生じても、特に調整不要ですぐに使用可能である。
また、半導体チップのダイボンドに限らず、加重量を重要視する機構への展開が可能である。
また、ロードセル方式による一定加重機構の設備と比較し、大幅なコスト削減が可能である。
【００５３】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、本発明によってダイボンディングまたは運搬される半導体チップの種類は特に限定されず、半導体レーザチップなどのほか全ての種類の半導体チップに適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のボンディング方法及び装置は、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光素子やその他の半導体素子などが形成された半導体チップをヒートシンクやフレームなどの基台にダイボンドする方法及び装置に適用できる。
【００５５】
本発明の半導体チップの運搬方法及び装置は、半導体レーザなどの半導体チップを基台間で運搬する方法及び装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係るボンディング装置の模式構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施例において各種のボンディング装置を用いたときの半導体チップへの印加荷重値をバランスステーの押し込み量に対してプロットした図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体チップの運搬装置の模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…押し込み軸、２…バランスステー、２ａ…突起係止部、３…ベルト（タイミングベルト）、４…第１スライダー、４ａ…突起係止部、５…基台、６…吸着コレット、７…第２スライダー、８…滑車（タイミングプーリ）、９…コレットベース、１０…半導体チップ、２０…チップリング、３０…吸着ヘッド、４０…ＸＹθステージ、５０…チップセット部、６０…第１ＣＣＤカメラ、７０…ＸＹθステージ、８０…基台、９０…第２ＣＣＤカメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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