(57)【要約】【課題】半導体チップの形状等に左右されず、安定したバンプボンディングの作業効率を得ることができ、また、半導体チップのワッフルトレーへの安定した収納をも可能とするバンプボンディング装置の提供にある。【解決手段】ボンディングステージ１１を水平面で回転可能にする回転機構２，３，４，５を設けるとともに、ボンディングステージ上に載置された半導体チップＰを撮像するカメラＣを配置し、かつ前記カメラからの撮像信号を受け、前記回転機構を制御する制御手段１を設けて、ボンディングステージ上に載置された半導体チップの端辺が予め設定されている所定位置から角（θ°）の傾きを有する時に、前記回転機構を制御してボンディングステージを角（−θ°）だけ回転させるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプボンディングを行うための半導体チップを載置するボンディングステージを備えたバンプボンディング装置において、
前記ボンディングステージを水平面で回転可能にする回転機構を設けるとともに、前記ボンディングステージ上に載置された半導体チップを撮像するカメラを配置し、かつ前記カメラからの撮像信号を受け、前記回転機構を制御する制御手段を設けて、ボンディングステージ上に載置された半導体チップの端辺が予め設定されている所定位置から角（θ°）の傾きを有する時に、前記回転機構を制御してボンディングステージを角（−θ°）だけ回転させるように構成したことを特徴とするバンプボンディング装置。
【請求項２】
前記回転機構は、
前記ボンディングステージの中心下部に設けられた回転軸及びボンディングステージの端部に突出形成された係合部材と、
前記バンプボンディング装置の前記ボンディングステージに隣接する位置に配置されたステッピングモータと、
該ステッピングモータにより回転するボールネジと、
該ボールネジに摺動可能に嵌合され、摺動することにより前記ボンディングステージの係合部材と係合する移動体と、
前記ボンデングステージの回転を制動するように付勢するバネ部材と
を備えたことを特徴とする請求項１記載のバンプボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの電極端子にバンプを形成するためのバンプボンディング装置に関するもので、詳しくは、バンプボンディング装置における半導体チップの位置決めシステムに特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
バンプボンディング装置は、ワイヤボンディング装置を利用したもので、キャピラリに挿通されたワイヤの先端部に形成されたボールを半導体チップの電極端子上に圧着してから、ボールの付け根よりワイヤを切断することによって電極端子上にバンプを形成する装置である。
【０００３】
従来のバンプボンディング装置は、半導体搬送機構部によって搬送されてきた半導体チップをボンディングステージに載置する際には、当該半導体チップの前記ボンディングステージ上における位置決めを行うため、位置決め機構を用いてその位置の調整を図っている。
【０００４】
例えば、特許文献１記載のボンディング装置は、図７に示すようにボンディングステージ７１に載置された半導体チップ７０を位置決めするための位置決め爪７２を有し、この位置決め爪７２は、ボンディングステージ７１の前後移動機構と連動して動く。
【０００５】
半導体チップ７０に対してバンプ付けを行う場合は、まず、ボンディングステージ７１が作業者側に移動し、位置決め爪７２の位置決め部７２ａが半導体チップ７０のコーナー部を押すようにして半導体チップ７０の位置決めを行う。そして、予め決められた位置決め位置まで半導体チップ７０を押すと、位置決め爪７２が半導体チップ７０の上方に位置するように移動し、これにより位置決め爪７２はボンディングエリアより待避することになる。
【０００６】
また、特許文献２記載のバンプボンダーの場合、ボンディングステージにＩＣチップを所定のボンディング位置に位置決め固定するため、位置規制手段が設けられており、当該位置規制手段は、固定ブロックと固定ブロックに対して遠近方向に移動可能な規制爪との間でＩＣチップを挟持して位置決めするように構成されている。
【０００７】
またさらに、特許文献３記載のバンプボンダーは、固定規制ブロックと可動規制爪の間でＩＣチップを位置規制し、ボンディングステージ上でボンディングヘッドにてＩＣチップにバンプを形成し、バンプ形成後可動規制爪を待避移動させ、ＩＣチップを排出するようにしている。
【０００８】
また、図８に示すように、ボンディングステージ８１に半導体チップ８０が入るサイズの堀り込み部８１ａを予め施しておき、半導体搬送機構部によって搬送してきた半導体チップ８０を前記掘り込み部８１ａの直上から落下させることで、当該半導体チップ８０が掘り込み部８１ａにはまり、その結果半導体チップ８０のボンディングステージ８１における位置決めが可能となる技術も用いられている。
【特許文献１】特許第３４００３３８号公報
【特許文献２】特許第３６７３０５１号公報
【特許文献３】特開平１１−１２１５０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術で、半導体チップのボンディングステージ上における位置を決めるために、専用の位置出し機構を用いているものにあっては、半導体チップの厚さが厚いときは、図９に示すように、規制爪（位置決め機構）が半導体チップに当接するが、半導体チップが薄くなると、図１０に示すように、位置決め機構とボンディングステージの間に前記半導体チップが入り込んでしまって、位置決めが困難となる場合があった。
【００１０】
また、位置決め機構が半導体チップに当接する場合でも、直接半導体チップに接触することにより、半導体チップが破損してしまったり、位置決めの安定性に欠けるなどの問題があった。また、半導体チップの大きさ等の形状に合わせたメカ調整にも時間がかかり作業効率が非常に悪く、そして、位置決めがうまくできず半導体チップに傾きθ°が生じると、半導体チップの認識制度が下がり、ボンディングの位置精度の低下を引き起こす結果となる。
【００１１】
また、堀り込みタイプのボンディングステージは、半導体チップを掘り込み部直上で落下させる必要があることから、その調整が非常に困難である。そして、図１１に示すように、うまく位置規制ができなかった半導体チップを半導体搬送機構部で回収し、ワッフルトレーに収納すると、当該ワッフルトレーのポケットに半導体チップがうまく収まらない場合があるという問題が生じていた。
【００１２】
本発明の課題は、半導体チップの形状等に左右されず、安定したバンプボンディングの作業効率を得ることができ、また、半導体チップのワッフルトレーへの安定した収納をも可能とするバンプボンディング装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題に鑑み、本発明は次のような技術的手段を採用した。
即ち、請求項１記載の発明は、バンプボンディングを行うための半導体チップを載置するボンディングステージを備えたバンプボンディング装置において、前記ボンディングステージを水平面で回転可能にする回転機構を設けるとともに、前記ボンディングステージ上に載置された半導体チップを撮像するカメラを配置し、かつ前記カメラからの撮像信号を受け、前記回転機構を制御する制御手段を設けて、ボンディングステージ上に載置された半導体チップの端辺が予め設定されている所定位置から角（θ°）の傾きを有する時に、前記回転機構を制御してボンディングステージを角（−θ°）だけ回転させるように構成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバンプボンディング装置において、前記回転機構は、前記ボンディングステージの中心下部に設けられた回転軸及びボンディングステージの端部に突出形成された係合部材と、前記バンプボンディング装置の前記ボンディングステージに隣接する位置に配置されたステッピングモータと、該ステッピングモータにより回転するボールネジと、該ボールネジに摺動可能に嵌合され、摺動することにより前記ボンディングステージの係合部材と係合する移動体と、前記ボンデングステージの回転を制動するように付勢するバネ部材とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、移送アームによって移送され、前記ボンディングステージに載置された半導体チップの端辺が予め設定している所定の位置から角（θ°）だけ傾いてしまっている時に、カメラによって撮影された映像信号に基づき制御手段が回転機構を制御してボンディングステージを角（−θ°）だけ回転させるようにしたので、容易に位置調整ができる。このため、従来のような位置決め機構を必要とせず、その結果、薄型の半導体チップであっても問題なくバンプボンディング作業ができ、また、位置決め機構の調整を必要としないので、半導体チップの品種交換時の作業性が向上する。またさらに、前記半導体チップの前記ボンディングステージに対する傾きを正確に測定することができるため、ボンディング位置精度が向上し、結果、バンプボンディング作業の質をさらに一層向上させることが可能となる。また、半導体チップに接触する面を少なくすることができることにより、半導体チップの破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図５は、本発明に係るバンプボンディング装置の実施の形態を平面図で示したものである。このバンプボンディング装置１０は、図に示すように、ボンディングステージ１１上に載置された半導体チップＰにバンプ付けを行うボンディングヘッド１７を備えている。そして、前記ボンディングヘッド１７の一側方（図では左側）にはバンプ付けを行うための多数の半導体チップＰを収納したトレーＴを積載するローダ部１２と、該ローダ部１２に並設して該ローダ部１２から移送されるトレーＴを収納するバッファ部１４が配置されている。なお、ボンディングステージ１１は２個設けられており、左右に並んだ形式で、図示を省略した機構によって、交互にボンディングヘッド１７のところまで往復スライドするように構成されている。
【００１７】
また、ボンディングヘッド１７の他方側（図では右側）にはバンプ付けが終了した半導体チップＰを収納したトレーＴを積載するアンローダ部１３と、該アンローダ部１３に並設して前記バッファ部１４から移送されたトレーＴを収納しトレーＴ内に収納された半導体チップＰを順次ボンディングステージ１１へと供給するためのトレー位置決め部１５とが設けられている。
更にまた、前記トレー位置決め部１５やアンローダ部１３に隣接して半導体チップＰに形成されたバンプの高さを揃えるためのレベリング機構１６が配置されている。
【００１８】
そして、図５に示すように、ボンディングステージ１１の前方（図では下側）には、バンプボンディング装置１０の左右に渡ってチップ搬送機構１８が設けられている。該チップ搬送機構１８は、移送アーム１８ａの先端に設けられた吸着部材によって、トレー位置決め部１５に位置決めされているトレー内に収納された半導体チップＰを吸着してボンディングステージ１１上へ搬送し、且つボンディングが終了した半導体チップをレベリング機構１６へ搬送し、レベリングが終了した半導体チップＰを元のトレー内に戻す働きをするものである。
【００１９】
次に、半導体チップＰを収納したトレーＴが、ローダ部１２に積載された後、アンローダ部１３へと移送されていく工程について説明する。
移送方法は従来から行われている方法と大差はないので、詳細な機構の図示を省略して説明する。
図６に示すように、先ずバンプボンディング処理を行うための多数の半導体チップＰを収納したトレーＴをローダ部１２に積み重ねる。ローダ部１２では、下面側面から全てトレーＴを保持拘束しているのであるが、処理開始の指示信号が入力されると、一番下側のトレーＴの拘束が解かれ、第１の移送手段２１がトレーＴの後面（図では上側）からトレーＴをバッファ部１４の位置までスライドさせる。スライドさせた後は、第１の移送手段２１は元の位置まで戻って次のトレーＴの移送のため待機する。
【００２０】
バッファ部１４に移送されたトレーＴは、第２の移送手段２２がその後面に当接してトレー位置決め部１５へと押し出すように移送される。トレーＴを移送した後、第２の移送手段２２はチップ搬送機構１８に収納され、ローダ部１２から次のトレーＴが移送されてくるときのみチップ搬送機構１８から押し出され待機する。
【００２１】
トレー位置決め部１５に移送されてきたトレーＴ内の半導体チップＰは、チップ搬送機構１８の移送アーム１８ａの先端に設けられた吸着部材によって吸着され、ボンディングステージ１１へと搬送される。半導体チップＰが載置されたボンディングステージ１１は、ボンディングヘッド１７の方向へと移動する。このときに、半導体チップＰはボンディングステージ１１上に真空吸着されている。
【００２２】
ここで、本発明の特徴的部分について説明する。ボンディングステージ１１がボンディングヘッド１７の方へ移動した時にボンディングステージ１１上に載置された半導体チップＰの位置決めを行うところにある。すなわち、図１に示すように、ボンディングヘッドに取り付けられたカメラＣが半導体チップＰを撮像し、その撮像データが制御手段１に送られ、そのデータを基に制御手段１が半導体チップＰの端辺が予め設定されている位置に対する傾き角（θ°）を算出する。この実施形態では、予め設定されている位置とは、ボンディングヘッド１７に対しＩＣチップの前面が平行になっていることとしている。
なお、図１は模式的に示したもので、カメラＣがボンディングステージ１１の側方から撮影するように配置されているが、実際はボンディングステージ１１がボンディング位置に来たときにその真上位置に配置されている。
【００２３】
そして、例えば、図３に示すように、傾き角（θ°）が生じている場合は、半導体チップＰがバンプボンディング装置１０に対して傾き角０°となるように、図１（ａ）に示すステッピングモータ２が回転し、それに伴いステッピングモータ２に軸支されているボールネジ３も回転する。ボールネジ３に摺動自在に嵌合している移動体４が摺動し、図１（ｂ）に示すように、移動体４の端部がボンディングステージ１１に設けられている係合突起１１ａに係合して、ボンディングステージ１１を中心下部に設けられた回転軸を中心にして角度（−θ°）だけ水平回転させる。
【００２４】
その際、ボンディングステージ１１は拘束されておらず、自由に回転させることができる。このとき電磁弁を切り替え、回転部をエアーで浮かせて回転させる。エアーを入れることによりスムーズに回転し、なおかつ部品同士の接触が少なくなるため、部品の摩耗が防げ発塵を起こさない。ボンディングステージ１１が所定の回転を終了した後は、ボンディングステージ１１は真空吸着されて位置が固定され、ボンディング処理が行われる。
これら工程を、図２のフローチャートに示す。
【００２５】
なお、本発明の構成要素である回転機構は、ボンディングステージ１１の中心下部に設けられた回転軸及びボンディングステージ１１の端部に突出形成された係合部材１１ａと、ボンディングステージ１１に隣接する位置に配置されたステッピングモータ２と、該ステッピングモータ２により回転するボールネジ３と、該ボールネジ３に摺動可能に嵌合され、摺動することにより前記ボンディングステージの係合部材と係合する移動体４と、前記ボンデングステージを付勢するバネ部材５とを備えている。また、ＩＣチップの位置決め機構は、上記回転体にカメラＣと制御手段１とで構成されている。
【００２６】
ボンディングが終了すると、その上に載置されていた半導体チップＰは、前記回収位置まで移動してくるチップ搬送機構１８の移送アーム１８ａによって回収され、レベリングが必要な場合にはレベリング機構１６へと搬送され、その必要がないときにはトレー位置決め部１５へと搬送される。
【００２７】
なお、図４に示すように、ボンディングステージ１１の回転後にカメラＣが半導体チップＰを撮像し、その撮像データを基に座標計算手段が半導体チップＰの中心座標を算出し、移送アーム１８ａの回収位置にフィードバックする。この情報によって、移送アーム１８ａがボンディング終了後のＩＣチップを吸着搬送してワッフルトレーのポケットに収納する際に、位置ずれを起こすことがない。
【００２８】
ボンディング処理及び半導体チップＰの回収が終わった後は、ステッピングモータ２がボールネジ３を逆回転させ、移動体４が元の位置まで戻る。そうすると、バネ部材５の張引力によりボンディングステージ１１は所定の位置まで戻ることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、バンプボンディング装置における回転機構によってボンディングステージの角度調整ができるため、爪型の位置決め機構を要さず、また、位置決め機構の調整の必要性が無いことから、様々な形状及び品種の半導体チップに対応したバンプボンディング作業を行うのに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るバンプボンディング装置の位置決め機構を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係るバンプボンディングの位置決め機構の作動を示すフローチャートである。
【図３】半導体チップの位置設定を示した図である。
【図４】ボンディングステージ上に載置された半導体チップの位置計算方法を示す図である。
【図５】本発明に係るボンディング装置の平面図である。
【図６】本発明のボンディング装置の動作を説明する図である。
【図７】従来の半導体チップの位置決め機構を示した図である。
【図８】従来の半導体チップの位置決め機構を示した図である。
【図９】図７で示す従来の半導体チップの位置決め機構を示した側面図である。
【図１０】従来の半導体チップの位置決め機構の問題点を示す側面図である。
【図１１】図７及び図８で示す従来の半導体チップの位置決め機構が持つ問題点を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      制御手段
２      ステッピングモータ
３      ボールネジ
４      移動体
５      バネ部材
１０    バンプボンディング装置
１１    ボンディングステージ
１１ａ  係合突起
１２    ローダ部
１３    アンローダ部
１４    バッファ部
１５    トレー位置決め部
１６    レベリング機構
１７    ボンディングヘッド
１８    チップ搬送機構
１８ａ  移送アーム
Ｐ    半導体チップ
Ｃ    カメラ
Ｔ    トレー
【図１】
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【図２】
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【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】
2007173711.tif 000009
【図８】
2007173711.tif 000010
【図９】
2007173711.tif 000011
【図１０】
2007173711.tif 000012
【図１１】
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