(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング対象物を供給する供給部から、供給されるボンディング対象物にバンプのボンディングを行うボンディングステージ、ボンディング後のボンディング対象物に形成されたバンプを所定の高さに矯正するレベリングステージ、およびレベリング後のボンディング対象物を収納する収納部の順に、ボンディング対象物を１つの移載ヘッドが持っている保持ツールにより保持して持ち運んで順次に移載し、ボンディング対象物の供給、ボンディング、レベリング、および収納を行うのに、ボンディング前のボンディング対象物を保持する１つの加工前保持ツールと、ボンディング後のボンディング対象物を保持する２つの加工後保持ツールとを使い分けてボンディング対象物を取扱い前記移載を行うことを特徴とするボンディング対象物の取扱い方法。
【請求項２】
２つの加工後保持ツールは、レベリング前のボンディング対象物とレベリング後のボンディング対象物との持ち運びに使い分ける請求項１に記載のボンディング対象物の取扱い方法。
【請求項３】
ボンディングステージは１つのボンディング作業位置を持っている請求項１、２のいずれか１項に記載のボンディング対象物の取扱い方法。
【請求項４】
供給部で加工前保持ツールが保持したボンディング対象物をボンディングステージのボンディング作業位置に持ち運ぶ工程と、ボンディング作業位置にてボンディング作業後のボンディング対象物を一方の加工後保持ツールにより保持した後、前記加工前保持ツールにより持ち運んできたボンディング対象物をボンディング作業位置に移載する工程と、ボンディング作業位置で前記一方の加工後保持ツールにより保持したボンディング後のボンディング対象物をレベリングステージに持ち運ぶ工程と、レベリングステージにてレベリング後のボンディング対象物を他方の加工後保持ツールにより保持した後、前記一方の加工後保持ツールにより持ち運んできたボンディング後のボンディング対象物をレベリングステージに移載し、他方の加工後保持ツールにより保持したレベリング後のボンディング対象物を収納部に持ち運ぶ工程とを含む請求項３に記載のボンディング対象物の取扱い方法。
【請求項５】
ボンディングステージは２つのボンディング作業位置を持ち、その時々の空き状態に応じて使い分ける請求項１、２のいずれか１項に記載のボンディング対象物の取扱い方法。
【請求項６】
ボンディング対象物を供給する供給部、供給されるボンディング対象物にバンプのボンディングを行うボンディングステージ、ボンディング後のボンディング対象物に形成されたバンプを所定の高さに矯正するレベリングステージ、およびレベリング後のボンディング対象物を収納する収納部を有し、供給部からボンディングステージに、ボンディングステージからレベリングステージに、レベリングステージから収納部に各段階のボンディング対象物を移載する１つの移載ヘッドと、この移載ヘッドに設けられてボンディング前のボンディング対象物を保持して持ち運ぶ１つの加工前保持ツール、およびボンディング加工後のボンディング対象物を保持して持ち運ぶ２つの加工後保持ツールとを備えたことを特徴とするバンプボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボンディング対象物の取扱い方法とこれによるバンプボンディング装置に関し、集積回路などが形成された半導体素子の電極にワイヤを利用したボンディング技術にて電気接続用の金属バンプを形成するのに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤを用いたボンディング技術により半導体素子の電極部に電気接続用の金属バンプを形成する技術は、例えば特開平１０−０９８０６５号公報等において提案されている。このバンプボンディングを行うボンディングステーションには、超音波熱圧着によるボンディングのために加熱手段を内蔵し、ボンディング対象物である半導体素子などを支持して加熱しながらボンディング作業に供するボンディングステージを備え、このボンディングステージの近傍に半導体素子の電極上にワイヤによるバンプボンディングを行うボンディングヘッドが設けられている。
【０００３】
このボンディングヘッドは図１６に示すように、ボンディング作業機構としてワイヤａを把持固定するクランパｄと、先端にワイヤａが挿通されるキャピラリｂを有するとともにワイヤａの先端部に形成された金属ボールａ２にキャピラリｂを介して超音波振動を印加する図示しないホーンと、金属ボールａ２を形成するための放電用のトーチｋとを備えている。
【０００４】
これらによるボンディング作業は、図１６（ａ）に示すように初期状態でクランパｄおよびキャピラリｂが所定高さに位置しかつワイヤａの先端部がキャピラリｂの先端から所定長さ突出してテール部ａ１を形成している。この状態でボンディングヘッドがボンディング対象物である半導体素子ｃ上の所定の電極ｃ１と対向する位置に移動する都度、トーチｋからのスパーク電流によって先端部が溶かされ、金属ボールａ２が形成される。
【０００５】
次に、開かれたクランパｄとキャピラリｂがボンディングステージ上の半導体素子ｃに向けて下降し、図１６（ｂ）に示すようにキャピラリｂにて金属ボールａ２が半導体素子ｃの電極ｃ１上に加圧されるとともにホーンにてキャピラリｂを介して超音波振動が印加され、金属ボールａ２と電極ｃ１が熱圧着と超音波振動とによって摩擦接合される。
【０００６】
ボンディング後クランパｄが開かれた状態でクランパｄおよびキャピラリｂが所定距離上昇され、キャピラリｂの先端からワイヤａが所定長引き出され、次の金属ボールａ２を形成するための所定長さのテール部ａ１が得られるように準備をする。
【０００７】
次に、クランパｄを閉じてキャピラリｂとともに図１６（ｃ）に示すように初期状態の所定高さ位置まで上昇させる。この工程の初期に摩擦接合後の金属ボールａ２からの後続のワイヤａが金属ボールａ２との間で引きちぎりにより切断され、電極ｃ１の上に金属ボールａ２部と３０μｍ〜４０μｍ程度の高さに突出したワイヤ部分ａ３とからなる突出長約６０μｍ程度の金属バンプｅが形成される。
【０００８】
一方、摩擦接合後の金属ボールａ２から後続するワイヤａを引きちぎるのに、ワイヤａは金属ボールａ２を形成したときの熱影響などで組織変化をした金属ボールａ２側と組織変化がない後続のワイヤａ側との境界部が他の部分に先んじて降伏点に達して引きちぎりが生じるとされているが、実際には引きちぎり位置がなかなか安定せず形成される金属バンプｅの高さがまちまちになりやすい。
【０００９】
金属バンプｅの高さが一定していないと、半導体素子ｃの多数ある金属バンプｅを回路基板の導体ランドに摩擦接合して半導体素子ｃを回路基板に実装する際に、各金属バンプｅの接合状態に過不足が生じて電気接続状態の不良や金属バンプｅの過剰な潰れによる回路パターンの短絡、絶縁材の充填の過不足などの原因となり、半導体素子ｃを回路基板に実装して製造する電子回路基板が不良品化する原因になる。
【００１０】
これを解消するのに従来、図１７に示すようにレベリングステージｊの上で半導体素子ｃをレベリングプレートｒにより所定の間隔位置まで加圧して、金属バンプｅを所定の高さに揃えるレベリングを施している。
【００１１】
これらバンプボンディングおよびレベリングの作業を多数の半導体素子ｃにつき順次に行なうのに、図１８に示すように半導体素子ｃを順次供給する供給部ｇ、供給される半導体素子ｃに金属バンプｅのボンディングを行うボンディングステージｈ、ボンディング後の半導体素子ｃに形成された金属バンプｅを所定の高さに矯正するレベリングステージｉ、およびレベリング後の半導体素子ｃを収納する収納部ｍを設置し、これらの順に半導体素子ｃを図１８（ｇ）に示す１つの移載ヘッドｎが持っている吸着ノズルｐ１、ｐ２により保持して持ち運んで順次に移載し、半導体素子ｃの供給、金属バンプｅのボンディング、レベリング、およびボンディング後の半導体素子ｃの収納を繰返し行なって、金属バンプｅを持った半導体素子ｃを能率よく製造し、製造した半導体素子ｃを後の取扱いに適合した荷姿の収納状態にするようにしている。
【００１２】
２つの吸着ノズルｐ１、ｐ２はボンディング加工前の半導体素子ｃを保持して取扱う加工前専用のものと、ボンディング加工後の半導体素子ｃを取扱う加工後専用のものとに使い分けている。加工前専用の吸着ノズルｐ１は平坦面で半導体素子ｃを吸着して保持し持ち運ぶのに対し、加工後専用の吸着ノズルｐ２は金属バンプｅを逃がす凹部を持った吸着面にて半導体素子ｃを吸着して保持し持ち運ぶ。これにより、半導体素子ｃの金属バンプｅの有無にかかわらず安定して取扱い首尾よく作業ができるようになる。
【００１３】
この２つの吸着ノズルｐ１、ｐ２を使い分けた最も能率的な作業手順は、ボンディングステージｈが２つの作業位置ｈ１、ｈ２を持つ場合を例にとると、図１８（ａ）で加工前の半導体素子Ａを加工前吸着ノズルｐ１により供給部ｇからボンディングステージｈに持ち運んで作業位置ｈ１に移載してボンディングに供する手順１、２、図１８（ｂ）で作業位置ｈ１の半導体素子Ａがボンディングを受けて加工後の半導体素子Ａ１とされるのに並行して、供給部ｇに戻り加工前の次の半導体素子Ｂを加工前吸着ノズルｐ１により供給部ｇからボンディングステージｈに持ち運んで作業位置ｈ２に移載する手順３、４、図１８（ｂ）で加工前の半導体素子Ｂを作業位置ｈ２に移載した後、図１８（ｃ）で加工後吸着ノズルｐ２により作業位置ｈ１でボンディングを施された加工後の半導体素子Ａ１を保持して持ち運びながら、作業位置ｈ２に移載した半導体素子Ｂがボンディングされて加工後の半導体素子Ｂ１とされるのに並行して、次の加工前の半導体素子Ｃを加工前吸着ノズルｐ１により空きになっているボンディングステージｈの作業位置ｈ１に持ち運んで移載するのに続き、前記加工後吸着ノズルｐ２が保持しているボンディング後の半導体素子Ａ１をレベリングステージｉに持ち運んで移載する手順５、６、７、図１８（ｄ）でレベリングステージｉにおいてボンディング後の半導体素子Ａ１がレベリングされた半導体素子Ａ２とされるのに並行して、供給部ｇに戻って次の加工前の半導体素子Ｄを保持して持ち運びながら、レベリングステージｉにてレベリングされた後の半導体素子Ａ２を持ち運ぶようレベリングステージｉに再度戻る手順８、９、図１８（ｅ）で加工後吸着ノズルｐ２に保持した半導体素子Ａ２を収納部ｍに持ち運んで移載した後、加工前吸着ノズルｐ１に保持している半導体素子Ｄをボンディングステージｈに持ち運んで、加工後吸着ノズルｐ２により作業位置ｈ２にあるボンディング後の半導体素子Ｂ１を保持した後、加工前吸着ノズルｐ１により持ち運んできた半導体素子Ｄを作業位置ｈ２に移載する手順１０、１１までを初期の１サイクルとし、図１８（ｆ）で加工後吸着ノズルｐ２に保持したボンディング後の半導体素子Ｂ１をレベリングステージｉに持ち運んで移載する手順１２が図１８（ｃ）の手順７に相当し、それ以降の手順を繰返す。図１８における手順５、６、７は手順「５」、「６」、「７」に置き換えても作業能率は同じになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の作業手順では、図１８（ｃ）の手順７、「７」を終えた加工前、加工後各吸着ノズルｐ１、ｐ２が共に空きとなったにもかかわらず、図１８（ｄ）に示すようにボンディングステージｈの作業位置ｈ１、ｈ２、およびレベリングステージｉのいずれにも半導体素子Ａ２、Ｃ１、Ｂ１のいずれかが位置して塞がっているので、吸着ノズルｐ１により次の半導体素子Ｄを保持した後、作業位置ｈ１またはｈ２にある半導体素子Ｂ１またはＣ１を加工後吸着ノズルｐ２により保持して半導体素子Ｄと置き換えることはできても、これにより空きになった加工前吸着ノズルｐ１でレベリングステージｉ上のレベリング後の半導体素子Ａ２を保持できないところを、加工後吸着ノズルｐ２で保持した半導体素子Ｂ１またはＣ１の置き場がなくなり、それ以上作業手順を進められなくなるため、前記の手順９、１０、１１を経てやっと、ボンディングステージｈ上のボンディング後の半導体素子Ｂ１またはＣ１を加工後吸着ノズルｐ２により保持して持ち運び、加工前吸着ノズルｐ１が保持しているボンディング前の半導体素子Ｄを空いた作業位置ｈ１またはｈ２に置き換えてボンディングに供し、加工後吸着ノズルｐ２により保持した半導体素子Ｂ１またはＣ１を空きになったレベリングステージｉに移載できるようにするもので、作業手順上時間のロスが生じ、作業能率のさらなる向上の妨げになっている。
【００１５】
本発明の目的は、加工前、加工後の半導体素子を保持ツールを使い分けて取扱いながら、時間のロスがない簡略化した作業手順にて作業能率を向上することができるボンディング対象物の取扱い方法およびこれを用いたバンプボンディング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明のボンディング対象物の取扱い方法は、ボンディング対象物を供給する供給部から、供給されるボンディング対象物にバンプのボンディングを行うボンディングステージ、ボンディング後のボンディング対象物に形成されたバンプを所定の高さに矯正するレベリングステージ、およびレベリング後のボンディング対象物を収納する収納部の順に、ボンディング対象物を１つの移載ヘッドが持っている保持ツールにより保持して持ち運んで順次に移載し、ボンディング対象物の供給、ボンディング、レベリング、および収納を行うのに、ボンディング前のボンディング対象物を保持する１つの加工前保持ツールと、ボンディング後のボンディング対象物を保持する２つの加工後保持ツールとを使い分けてボンディング対象物を取扱い前記移載を行うことを特徴としている。
【００１７】
このような構成では、１つの加工前保持ツールと２つの加工後保持ツールとを使い分けることにより、ボンディング対象物を供給部からボンディングステージ、ボンディングステージからレベリングステージ、ボンディングステージから収納部へと順次移載してバンプボンディングを行ない収納することを繰り返すのに、ボンディングステージおよびレベリングステージがボンディング対象物で塞がっていても、加工前保持ツールにより供給部の加工前ボンディング対象物を保持してボンディングステージに持ち運んで、そこにあるボンディング加工後のボンディング対象物を一方の加工後保持ツールにより保持して置き換えた後、一方の加工後保持ツールで保持しているボンディング加工後のボンディング対象物をレベリングステージに持ち運んで、そこにあるレベリング後のボンディング対象物を他方の加工後保持ツールで保持して置き換えることにより、時間のロスなく作業手順を進めて作業能率を向上することができる。
【００１８】
このとき、２つの加工後保持ツールは、レベリング前のボンディング対象物とレベリング後のボンディング対象物との持ち運びに使い分けると、レベリングの前と後でのバンプの形状や精度の違いに応じた取扱いができ好適である。
【００１９】
また、ボンディングステージが１つのボンディング作業位置を持っている場合、供給部で加工前保持ツールが保持したボンディング対象物をボンディングステージのボンディング作業位置に持ち運ぶ工程と、ボンディング作業位置にてボンディング作業後のボンディング対象物を一方の加工後保持ツールにより保持した後、前記加工前保持ツールにより持ち運んできたボンディング対象物をボンディング作業位置に移載する工程と、ボンディング作業位置で加工後保持ツールにより保持したボンディング後のボンディング対象物をレベリングステージに持ち運ぶ工程と、レベリングステージにてレベリング後のボンディング対象物を他方の加工後保持ツールにより保持した後、前記一方の加工後保持ツールにより持ち運んできたボンディング後のボンディング対象物をレベリングステージに移載し、他方の加工後保持ツールにより保持したレベリング後のボンディング対象物を収納部に持ち運ぶ工程とを含むことにより、時間のロスなく作業手順を進めることができる。
【００２１】
バンプボンディング装置としては、上記のような各種の動作を行なうものでよく、ボンディング対象物を供給する供給部、供給されるボンディング対象物にバンプのボンディングを行うボンディングステージ、ボンディング後のボンディング対象物に形成されたバンプを所定の高さに矯正するレベリングステージ、およびレベリング後のボンディング対象物を収納する収納部を有し、供給部からボンディングステージに、ボンディングステージからレベリングステージに、レベリングステージから収納部に各段階のボンディング対象物を移載する１つの移載ヘッドと、この移載ヘッドに設けられてボンディング前のボンディング対象物を保持して持ち運ぶ１つの加工前保持ツール、およびボンディング加工後のボンディング対象物を保持して持ち運ぶ２つの加工後保持ツールとを備えたもので足り、１つの加工前保持ツールと２つの加工後保持ツールとをボンディング対象物の移載工程に応じて使い分ける制御手段を備えるのが、上記方法を自動的に高速かつ確実に遂行するのに好適である。
【００２３】
本発明のそれ以上の特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載から明らかになる。本発明の各特徴はそれ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のボンディング対象物の取扱い方法およびこれを用いたバンプボンディング装置の実施の形態について図１〜図１３を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施の形態は、図１、図１２に一例を示すバンプボンディング装置、または、図１４、図１５に別の例を示すバンプボンディング装置により、半導体素子２をボンディング対象物として取扱い、それの図８（ａ）に示す電極２ａに従来のようなワイヤを用いたバンプボンディングにより金属バンプ３を形成した後、ボンディング加工後の半導体素子２を次の取扱いに適した各種の荷姿に収納する場合の一例である。しかし、本発明はこれに限られることはなく、種々なボンディング対象物に各種のバンプを形成して収納するバンプボンディング作業全般に本発明を適用して有効であり、本発明の範疇に属する。
【００２６】
図１、図１２に示すバンプボンディング装置の全体構成について説明すると、半導体素子２をバンプボンディングに供するための供給部５と、供給部５からボンディングステージ１０上に１つづつ移載された半導体素子２の電極２ａに金属バンプ３を形成するボンディングヘッド１１が配設されたボンディング部６と、形成された金属バンプ３の上端を図８（ｂ）に示すように押圧してレベリングするレベリング部７と、レベリングが終了した半導体素子２を収納する収納部８と、供給部５から供給される半導体素子２をボンディングステージ１０、レベリング部７、収納部８に順次移載する移載手段９とを備えている。また、移載手段９が持つ１つの移載ヘッド３４の移動経路の適所に、バッドマークが付された半導体素子２や、検査不良の半導体素子２を廃棄する廃棄部１９が配設されている。
【００２７】
供給部５と収納部８のいずれにおいても、半導体素子２はトレイ２４６に収納して取り扱う。供給部５には、半導体素子２を収容したトレイ２４６を段積状態に収納してトレイステージ２４３による部品供給のための取り扱いに供する第１のトレイ供給部２４２ａ１と、トレイステージ２４３が取り扱い終わって空になったトレイ２４６を順次受け入れて段積状態に収納する第１のトレイ収納部２４２ａ２とを有し、トレイステージ２４３は直交するＸＹ２方向とＺ方向の上下動とができるように移動機構２９１に支持されて、第１のトレイ供給部２４２ａ１の下に移動して上下動することにより供給されるトレイ２４６を受載し、それを図１に仮想線で示す部品供給位置Ａに移動し、トレイ２４６に収容している半導体素子２をボンディングに供する。さらに半導体素子２を供給し終えて空になったトレイ２４６は第１のトレイ収納部２４２ａ２の下に持ち運んで上下動することによりそこに段積状態に収納されるようにした後、第１のトレイ供給部２４２ａ１に戻ることを繰り返す。
【００２８】
収納部８には、空のトレイ２４６を段積状態に収納してトレイステージ２９２による部品収納のための取り扱いに供する第２のトレイ供給部２４２ｂ１と、トレイステージ２９２が取り扱い終わって金属バンプ３を形成した半導体素子２で満杯になったトレイ２４６を順次受け入れて段積状態に収納する第２のトレイ収納部２４２ｂ２とを有し、トレイステージ２９２は直交するＸＹ２方向とＺ方向の上下動とができるように移動機構２９３に支持されて、第２のトレイ供給部４２ｂ１の下に移動して上下動することにより供給されるトレイ２４６を受載し、それを図１に仮想線で示す部品収納位置Ｂに移動し、ボンディング作業後の金属バンプ３を持った半導体素子２をトレイ２４６に受け入れて収容する。さらに半導体素子２を収容し終えて満杯になったトレイ２４６は第２のトレイ収納部２４２ｂ２の下に持ち運んで上下動することによりそこに段積収納されるようにした後、第２のトレイ供給部２４２ｂ１に戻ることを繰り返す。
【００２９】
移載手段９は図１に示すように、供給部５と収納部８との間をＸ方向に移動可能なＸ方向移動台３２と、その上端に設置されたＹ方向に移動可能なＹ方向スライダ３３とで移載ヘッド３４を支持し、移載ヘッド３４に１つの加工前保持ツール１１１と２つの加工後保持ツール１１２、１１３を備えている。これらの保持ツール１１１〜１１３は一例として吸着ノズルでありＸ方向に並列して設けられ、半導体素子２の各種移載を合理的に行うように構成されている。
【００３０】
移載ヘッド３４においては、３つの保持ツール１１１〜１１３のいずれを吸引源に接続するかで使い分けられるようになっているとともに、それぞれ図９に示すようにシリンダ１１４〜１１６により個別に上下動されて半導体素子２を吸着保持する際に下動し、吸着保持した後上動によりピックアップして持ち運び、移載対象位置にて再度下動して吸着保持を解除することにより移載を終えるようにしている。しかし、このための各保持ツール１１１〜１１３の上下動機構は種々な方式を採用することができるし、半導体素子２などのボンディング対象物を保持する方式もそれを掴持するなど他の方式を採用することができる。
【００３１】
各保持ツール１１１〜１１３が吸着ノズルであることにより、加工前保持ツール１１１は図１０（ａ）（ｂ）に示すような平坦な吸着面１１１ａを持ったもので金属バンプ３を形成する前の半導体素子２の平坦な平面部を吸着保持できるようにし、加工後保持ツール１１２、１１３は図１１（ａ）に示すように金属バンプ３を形成した後の半導体素子２に対し金属バンプ３を逃がす凹部１１２ｂ、１１３ｂを持った吸着面１１２ａ、１１３ａとして、金属バンプ３による邪魔なしに半導体素子２を吸着保持して取り扱えるようにしている。凹部１１２ｂ、１１３ｂの具体的な形態は図１１の（ｂ）や（ｃ）に示すような形態とすることができる。
【００３２】
３つの保持ツール１１１〜１１３は図９（ｂ）に示すように回転軸２１４のまわりに回動するホルダ２１５に放射状に支持して、使用するものを下向きにしてホルダ２１５とともに、あるいは保持ツール１１１〜１１３をホルダ２１５上で上下動させて半導体素子２のピックアップおよび移載を行なうようにすることもできる。
【００３３】
ボンディング部６には、図２、図９に示すような超音波熱圧着によるボンディングのためにヒートステージからなるボンディングステージ１０が設けられるとともにその後方に図４に示すボンディングヘッド１１がＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹテーブル１２上に搭載されて設けられている。ボンディングステージ１０には半導体素子２を位置決め固定してボンディングを行う作業位置１０ａ、１０ｂが並列して設けられ、一方の作業位置で金属バンプ３を形成している間に他方の作業位置に対して半導体素子２の移載を行って生産能率を向上するように構成されている。
【００３４】
ボンディングヘッド１１は、図５に示すように、ワイヤリール１３と、このワイヤリール１３からのワイヤ１４を上方から通されて、ボンディングステージ１０上の半導体素子２にボンディングを行うボンディング作業機構１５との間に、ワイヤリール１３からボンディング作業機構１５側に至るワイヤ１４の途中を上向きの湾曲状態にエアー１６で吹き上げてワイヤ１４にテンションを与えるワイヤテンショナー１７と、ボンディング作業機構１５におけるクランパ１８のワイヤガイド１８ａの真上でワイヤ１４を上方への吹き上げエアー２０にさらしてワイヤ１４に上向きのテンションを掛けるワイヤテンショナー２１とが配設され、ワイヤリール１３からのワイヤ１４をエアー１６、２０にて所定の供給経路およびテンションを保つようにフローティング支持しながらボンディング作業機構１５に無理なく供給できるように構成されている。
【００３５】
ボンディング作業機構１５は、図４、図５に示すように、ワイヤ１４を把持するクランパ１８と、先端にワイヤ１４が挿通されるキャピラリ２２ａを有するとともに形成されたボール１４ａに超音波振動を印加するホーン２２と、放電用のトーチ２３とを備えている。また、ボンディング作業の状態を視覚認識する認識カメラ２４が上部に配設され、認識画像を図示しない認識用モニタに表示するとともに図示しないデータ処理装置に認識信号を入力してデータ処理するように構成されている。また、ボンディング作業機構１５を図示しない支点軸を中心に往復回動させて先端部を上下動させる上下動電磁駆動部２５と、クランパ１８を開閉する開閉電磁駆動部２６とが設けられている。
【００３６】
ボンディングステージ１０は図２、図９に示すようにボンディングのための加熱を行なうヒータを内蔵した加熱ブロック１２１の上に設けられ、Ｘ方向に並ぶ２つの作業位置１０ａ、１０ｂを持ち、近傍には半導体素子２を作業位置１０ａ、１０ｂに位置決め固定するため、図３、図９に示すような位置規正手段５５が設けられている。この位置規正手段５５は、Ｘ方向移動機構５６ａとＹ方向移動機構５６ｂとに支持された規正爪５７の移動によりボンディングステージ１０の各作業位置１０ａ、１０ｂの近傍にラフな位置決め状態で移載され吸着保持される半導体素子２を所定の位置までコーナ部５７ａ、５７ｂにて押動し位置決めするように構成されている。
【００３７】
レベリング部７は、図６、図７に示すように、レベリングユニット７０と、移載手段９による移載位置とレベリングユニット７０との間で半導体素子２を保持してＹ方向に移動するレベリング部７１と、レベリング部７１の移動経路の途中に配設されたバンプ検査用の認識カメラ７２とを備えている。
【００３８】
レベリングユニット７０は、図７に示すように、半導体素子２が設置されるレベリング部７１上の下部レベリングプレート７３と、金属バンプ３の上端に当接して加圧変形させる上部レベリングプレート７４と、加圧力を負荷する加圧プレート７５と、加圧プレート７５と上部レベリングプレート７４の間に介装されたロードセル７６と、加圧プレート７５をＺ方向に下降駆動する加圧機構７７とを備えており、ロードセル７６にて加圧力を検出して任意の加圧力を負荷できるように構成されている。これにより、ボンディング部６で形成された図８（ａ）に示すような金属バンプ３のワイヤ部分１４ｂが加圧変形されて同一高さにレベリングされることにより、図８（ｂ）に示すように、台座部３ａから小径の頭頂部３ｂが突出した金属バンプ３が形成される。この台座部３ａの上に頭頂部３ｂが突出した金属バンプ３の形状は、例えば半導体素子２を基板に接着剤を用いて接合する場合に適した形状である。
【００３９】
認識カメラ７２は、Ｘ方向に移動可能な可動台８１上に搭載され、Ｘ方向に移動及び任意位置に位置決め可能に構成されている。これによりレベリングステージ７１上の半導体素子２の各金属バンプ３を順次認識カメラ７２にて認識して、金属バンプ３の位置及び形状を検査することができる。認識カメラ７２による金属バンプ３の検査は金属バンプ３の有無、金属バンプ３の各部の径や位置ずれ量を検出しそれぞれ予め設定された許容範囲内にあるか否かを判定する。検査の結果、許容範囲内の場合は良品として移載手段９にて半導体素子収納部８に移載されてテープ状保持体２７やトレイに収納される。一方、範囲外の場合は不良品として移載手段９にて廃棄部１９に移載・収納される。
【００４０】
なお、図１４、図１５に示すバンプボンディング装置は、上記した図１〜図１２のバンプボンディング装置に対し、半導体素子２を金属バンプ３の形成に供する供給部５の機構、および金属バンプ３を形成し、そのレベリング処理が終了した半導体素子２を収納する収納部８の機構が異なるだけで、他の機構は基本的に変わらない。そこで、以下相違する点のみ説明し、同じ部材には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００４１】
この装置は、ダイシングシート１上でダイシングしてエキスパンドされた状態の半導体素子２をボンディング対象物として取扱うもので、供給部５の横に搬入部４が設置されている。搬入部４はダイシング後の半導体素子２を担持したダイシングシート１を多数枚積層状態で収容したキャリア１０１により半導体素子２を取扱い、キャリア１０１に収納されているダイシングシート１を供給部５に１枚ずつ搬入する。供給部５は搬入されたダイシングシート１をエキスパンドしてそれに担持している半導体素子２の相互の間隔を広げた状態で各半導体素子２を移載手段９によるピックアップに供し、ボンディングステージ１０上に持ち運ばれるようにする。収納部８は金属バンプ３が形成されそのレベリングが終了した半導体素子２を収納するテープ状保持体２７を備え、このテープ保持体２７に１つの半導体素子２を受け入れる都度リール２７１に巻き取っていき次の取扱いのためにテープ部品に仕上げていく。
【００４２】
搬入部４は、キャリア１０１を支持して昇降し、供給部５への送出高さ位置にダイシングシート１を位置決めするリフタ２８と、ダイシングシート１を供給部５へ送出する図示しない送出手段が配設されている。
【００４３】
供給部５は、ダイシングシート１を保持してＹ方向に移動可能な移動テーブル２９と、Ｙ方向と直交するＸ方向に移動可能な可動アーム３０の先端部に設置された認識カメラ３１を備え、認識カメラ３１にてエキスパンドウエハ１の各半導体素子２を認識してその正確な位置を検出するとともに、半導体素子２に付されているバッドマークを検出するように構成されている。半導体素子２の正確な位置を検出することにより、移載手段９のＸＹ２方向に移動される移載ヘッド３４で半導体素子２を吸着保持する際に、半導体素子２が微小な場合でも確実かつ適正に保持することができる。また、バッドマークの検出により不良半導体素子２に対しても金属バンプ３を形成するという無駄を無くすことができるとともに、廃棄部１９への廃棄処理もできる。このような認識処理は図１〜図１２に示す装置にも適用できる。
【００４４】
本実施の形態のボンディング対象物の取扱い方法は、図１３（ａ）〜（ｅ）に示すように、供給部５、ボンディングステージ１０、レベリングステージ７１、および収納部８の順に、ボンディング対象物である半導体素子２を１つの移載ヘッド３４が持っている保持ツールにより保持して持ち運んで順次に移載し、半導体素子２の供給、ボンディング、レベリング、および収納を行うのに、ボンディング前の半導体素子２を示すＡ〜Ｅを保持する１つの加工前保持ツール１１１と、ボンディング後の特にレベリング前の半導体素子２を示すＡ１〜Ｅ１、およびレベリング後の半導体素子２を示すＡ２〜Ｅ２を保持する２つの加工後保持ツール１１２、１１３とを使い分けて半導体素子２を取扱い前記移載を行う。
【００４５】
このように、１つの加工前保持ツール１１１と２つの加工後保持ツール１１２、１１３とを使い分けることにより、半導体素子２を上記のように順次に移載してバンプボンディングを行なって収納することを繰り返すのに、ボンディングステージ１０およびレベリングステージ７１が各段階の半導体素子２で塞がっていても、加工前保持ツール１１１により供給部５の加工前半導体素子２（Ａなど）を保持してボンディングステージ１０に持ち運んで、そこにあるボンディング加工後の半導体素子２（Ａ１など）を一方の加工後保持ツール１１２などにより保持して置き換えた後、一方の加工後保持ツール１１２などで保持しているボンディング加工後の半導体素子２（Ａ１など）をレベリングシテージ７１に持ち運んで、そこにあるレベリング後の半導体素子２（Ａ２など）を他方の加工後保持ツール１１３などで保持して置き換えることにより、時間のロスなく作業手順を進めて作業能率を向上することができる。
【００４９】
バンプボンディング装置としては、上記のような各種の動作を行なうものでよく、上記した本実施の形態の構成で不足はなく、１つの加工前保持ツール１１１と２つの加工後保持ツール１１２、１１３とを半導体素子２の移載工程に応じて使い分ける図１２に示す制御装置１２２を備えるのが、上記方法を自動的に高速かつ確実に遂行するのに好適である。この制御装置１２２はバンプボンディング装置の動作制御を行なうマイクロコンピュータなどを共用することができる。
【００５０】
なお、以上の移載動作において、２つの加工後保持ツール１１２、１１３は、レベリング前の半導体素子２（Ａ１）とレベリング後の半導体素子２（Ａ２など）との持ち運びに使い分けると、レベリングの前と後での金属バンプ３の形状や精度の違いに応じた取扱いができ好適である。例えばレベリング後の半導体素子２（Ａ２など）を取扱う側は面の仕上げ精度を上げてレベリング後の金属バンプ３に傷がつきにくいようにするなどが考えられる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、加工前、加工後の半導体素子を３つの保持ツールを使い分けて適性に取扱いながら、時間のロスのない簡略化した作業手順にて作業能率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のバンプボンダーを示す概略構成図である。
【図２】図１の装置のボンディングステージを示す斜視図である。
【図３】図２のボンディングステージに付帯される位置規正機構を示す斜視図である。
【図４】図１の装置のボンディングヘッドを示す斜視図である。
【図５】図４のボンディングヘッドのワイヤ供給機構を示す斜視図である。
【図６】図１の装置のレベリング機構を示す斜視図である。
【図７】図６のレベリング機構の正面図である。
【図８】（ａ）は金属バンプのレベリング前の状態を示し、（ｂ）はレベリング後の状態を示す斜視図である。
【図９】図１の装置のボンディングステージおよび位置規正機構と移載機構とを示す斜視図である。
【図１０】図９の移載機構における移載ヘッドが持つ加工前保持ツールを示し、その（ａ）は断面図、その（ｂ）は下面図である。
【図１１】図９の移載機構における移載ヘッドが持つ加工後保持ツールを示し、その（ａ）は断面図、その（ｂ）は下面図、その（ｃ）は変形例を示す下面図である。
【図１２】図１の装置の斜視図である。
【図１３】図１の装置によるバンプボンディング時の半導体素子の取扱い手順を（ａ）〜（ｅ）で示す工程説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る別のバンプボンディング装置を示す平面図である。
【図１５】図１４の装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１６】バンプボンディング装置におけるバンプボンディングの手順を（ａ）〜（ｃ）で示す工程説明図である。
【図１７】図１６の装置における金属バンプのレベリング作業の状態を示す断面図である。
【図１８】従来のバンプボンディングにおける半導体素子の取扱い手順を（ａ）〜（ｇ）で示す工程説明図である。
【符号の説明】
２  半導体素子
３  金属バンプ
５  供給部
６  ボンディング部
７  レベリング部
８  収納部
９  移載手段
１０  ボンディングステージ
１０ａ、１０ｂ  作業位置
１１  ボンディングヘッド
１４  ワイヤ
３４  移載ヘッド
７１  レベリングステージ
１１１  加工前保持ツール
１１２、１１３  加工後保持ツール
１１１ａ〜１１３ａ  吸着面
１１２ｂ、１１３ｂ  凹部
１２２  制御装置
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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