(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ分離ユニットと、チップアライメントユニットと、チップボンディングユニットと、ボンディングロボットアームユニットと、較正測定システムとを備えるチップボンディング装置であって、
前記ボンディングロボットアームユニットは、第１ボンディングロボットアームユニットと、第２ボンディングロボットアームユニットと、を含み、
前記第１ボンディングロボットアームユニットは、第１モーションステージと、前記第１モーションステージを駆動するように設けられた第１駆動部と、前記第１モーションステージに配置され、前記チップ分離ユニットからチップを吸い上げて、前記チップアライメントユニットに搬送するように設けられた、少なくとも１つの第１ボンディングロボットアームとを含み、
前記第２ボンディングロボットアームユニットは、第２モーションステージと、前記第２モーションステージを駆動するように設けられた第２駆動部と、前記第２モーションステージに設けられ、前記チップアライメントユニットからチップを吸い上げて、前記チップボンディングユニットに搬送するように設けられた、少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームとを含み、
前記チップアライメントユニットは、第３モーションステージを備え、
前記チップボンディングユニットは、ボンディングステージを備え、
前記較正測定システムは、前記第３モーションステージにおける基準マークと、前記ボンディングステージ上におけるボンディング基板のマークとを計測するように設けられている、
チップボンディング装置。
【請求項２】
前記第１モーションステージは、回転モーションステージとして実装され、
前記少なくとも１つの第１ボンディングロボットアームが、前記回転モーションステージ上に円周方向に配列されている、
請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項３】
前記第１モーションステージは、前記第１ボンディングロボットアームが搭載された出力端を有する旋回アームとして実装される、
請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項４】
前記旋回アームがＸＹ平面内で旋回可能である、
請求項３記載のチップボンディング装置。
【請求項５】
前記第２モーションステージは、回転モーションステージとして実装され、
前記少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームが、前記回転モーションステージ上に円周方向に配置されている、
請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項６】
前記チップアライメントユニットは、チップ上のマークの位置を計測するよう設けられたアライメント計測システムと、前記第３モーションステージを駆動するよう設けられた第３駆動部と、前記第３モーションステージ上に配列された複数の計測吸盤とを含む、
請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項７】
前記アライメント計測システムは、チップダウンアライメント計測システム、及びチップアップアライメント計測システムの少なくとも１つを備える、
請求項６に記載のチップボンディング装置。
【請求項８】
前記チップダウンアライメント計測システムは、前記第２モーションステージの下に配置され、かつ、前記複数の計測吸盤の１つから、前記少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームによって受け取られたチップのマークの位置を識別するよう設けられている、
請求項７に記載のチップボンディング装置。
【請求項９】
前記チップアップアライメント計測システムは、前記第３モーションステージの上方に配置され、かつ、前記複数の計測吸盤の１つ上のチップのマークの位置を識別するよう設けられた、
請求項７に記載のチップボンディング装置。
【請求項１０】
前記第３モーションステージは、回転モーションステージとして実装され、
前記複数の計測吸盤は、前記回転モーションステージ上に円周方向に配列されている、
請求項６に記載のチップボンディング装置。
【請求項１１】
前記チップボンディングユニットは、前記ボンディングステージ上に配置され、前記ボンディング基板を収容するように設けられたボンディングトレイと、前記ボンディング基板の位置を計測するように設けられたボンディング計測システムと、を備える、
請求項７に記載のチップボンディング装置。
【請求項１２】
前記第２ボンディングロボットアームユニットは、少なくとも２つの第２ボンディングロボットアームを含み、
前記第２モーションステージ上における前記少なくとも２つの第２ボンディングロボットアームのうち隣接する２つの間に配置されている前記較正測定システムの１つを含み、
又は、前記較正測定システムは、前記少なくとも２つの第２ボンディングロボットアームと同数であり、
前記複数の較正測定システムと、前記第２ボンディングロボットアームとは、交互に第２モーションステージ上に配置される、
請求項１１に記載のチップボンディング装置。
【請求項１３】
前記チップアップアライメント計測システムは、前記較正測定システムに統合されて、
前記複数の計測吸盤の上方にある位置へ移動する場合、前記較正測定システムは、前記計測吸盤におけるチップ上のマークの位置を特定するため、前記チップアップアライメント計測システムとして実行する、
請求項１２に記載のチップボンディング装置。
【請求項１４】
前記チップ分離ユニットは、
ワークモーションステージと、
前記ワークモーションステージに配置されたワークトレイと、
前記ワークトレイからチップを分離するように設けられた垂直ロボットアームと、
前記チップの位置を計測するように設けられた分離計測システムと、を備える、
請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項１５】
チップダウンの構成において、マークを有するチップを反転させるように設けられた反転ロボットアームをさらに含む、
請求項１に記載のチップボンディング装置。
【請求項１６】
前記反転ロボットアームは、前記チップ分離ユニットと前記第１ボンディングロボットアームとの間に配置された垂直反転ロボットアームとして実装され、
前記垂直反転ロボットアームは、前記チップ分離ユニットからチップを拾い上げ、当該チップを反転し、前記第１ボンディングロボットアームへ搬送するよう設けられた、
請求項１５に記載のチップボンディング装置。
【請求項１７】
前記反転ロボットアームは、前記チップアライメントユニット上方に配置された一対の旋回アームを備え、
前記一対の旋回アームのうち一方は、前記チップアライメントユニットからチップを拾い上げ、他方の旋回アームに搬送して、前記チップを反転するよう設けられており、
前記他方の旋回アームは、前記反転したチップを前記チップアライメントユニットへ搬送するよう設けられている、
請求項１５に記載のチッ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、チップボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップボンディングは、チップを基板にボンディングするための相互に接続する技術です。ボンディングによって、限界寸法を縮小することなく、限られたスペース内でチップの集積（スタック）と統合とを最大化できる。また、ＳｏＣ（System on Chip）パッケージのパッケージサイズを縮小でき、伝導経路の長さを短縮できる。これらによって、チップの伝送効率を高める。Ｃ２Ｗ（chip-to-wafer）ボンディングは、Ｗ２Ｗ（wafer-to-wafer）ボンディングと比較して、高い歩留まりを図り、製品コストを低減する。産業界の人々が、Ｃ２Ｗボンディングの改善を目標としているため、高いボンディング精度と高い歩留まりの両方の利点を得る。
【０００３】
技術の発展に伴い、電子製品はより軽く、より薄く、より小さくなる傾向にある。この目標を達成するために、チップボンディング技術の使用は、徐々に増加している。ウェハレベルパッケージングプロセスと組み合わせた場合、チップボンディングプロセスは、より高い性能を有する小型パッケージの製造において有益である。さらに、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）プロセスと組み合わせたチップボンディングプロセスにより、コストと性能の点でより競争力のあるチップ構造を製造することができる。
【０００４】
しかし、既存のボンディング技術は、複数のチップのうち各々の単体が、連続的に１つ１つ搬送・結合され、ボンディング精度及び歩留まりの観点から大量生産に不向きである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、既存のボンディング装置が大規模な生産においてチップをボンディングする際にボンディング精度や歩留まりの要件を満たしていない問題を解決するため、チップボンディング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術的問題を解決するため、本開示は、以下の技術的解決策を提供する。
【０００７】
チップボンディング装置は、
チップ分離ユニットと、チップアライメントユニットと、チップボンディングユニットと、ボンディングロボットアームユニットとを備えるチップボンディング装置であって、
前記ボンディングロボットアームユニットは、第１ボンディングロボットアームユニットと、第２ボンディングロボットアームユニットと、を含み、
前記第１ボンディングロボットアームユニットは、第１モーションステージと、前記第１モーションステージを駆動するように設けられた第１駆動部と、前記第１モーションステージに配置され、前記チップ分離ユニットからチップを吸い上げて、前記チップアライメントユニットに搬送するように設けられた、少なくとも１つの第１ボンディングロボットアームとを含み、
前記第２ボンディングロボットアームユニットは、第２モーションステージと、前記第２モーションステージを駆動するように設けられた第２駆動部と、前記第２モーションステージに設けられ、前記チップアライメントユニットからチップを吸い上げて、前記チップボンディングユニットに搬送するように設けられた、少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームとを含む。
前記第１ボンディングロボットアームは、チップを前記チップ分離ユニットから前記チップアライメントユニットへ搬送するように設けられている。；
前記第２ボンディングロボットアームは、前記チップアライメントユニットから前記ボンディングユニットへ搬送するように設けられている。前記第１ボンディングロボットアームと前記第２ボンディングロボットアームとは、互いに独立して動作する。
プロセスの流れが、前記チップ分離ユニットから前記チップアライメントユニットまでと、前記ボンディングユニットまでとによって構成される。異なる複数のチップの搬送、配列、及びボンディングは、略同時に実施され、結果として、全体プロセスのサイクルにおける時間の短縮や生産効率の向上を引き起こす。
【０００８】
好ましくは、前記第１モーションステージは、回転モーションステージとして実装され、
前記少なくとも１つの第１ボンディングロボットアームが、前記回転モーションステージ上に円周方向に配列されているとよい。
【０００９】
好ましくは、前記第１モーションステージは、前記第１ボンディングロボットアームが搭載された出力端を有する旋回アームとして実装されているとよい。
【００１０】
好ましくは、前記旋回アームは、ＸＹ平面内で旋回可能であってもよい。
【００１１】
好ましくは、前記第２モーションステージは、回転モーションステージとして実装され、
前記少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームが、前記回転モーションステージ上に円周方向に配置されているとよい。
【００１２】
好ましくは、前記チップアライメントユニットは、チップ上のマークの位置を計測するよう設けられたアライメント計測システムと、第３モーションステージと、前記第３モーションステージを駆動するよう設けられた第３駆動部と、前記第３モーションステージ上に配列された複数の計測吸盤とを含むとよい。
【００１３】
好ましくは、前記アライメント計測システムは、チップダウンアライメント計測システム、及びチップアップアライメント計測システムの少なくとも１つを備えるとよい。
【００１４】
好ましくは、前記チップダウンアライメント計測システムは、前記第２モーションステージの下に配置され、かつ、前記複数の計測吸盤の１つから、前記少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームのうち１つによって受け取られたチップのマークの位置を識別するよう設けられているとよい。
【００１５】
好ましくは、前記チップアップアライメント計測システムは、前記第３モーションステージの上方に配置され、かつ、前記複数の計測吸盤の１つ上のチップ上のマークの位置を識別するよう設けられているとよい。
【００１６】
好ましくは、前記第３モーションステージは、回転モーションステージとして実装され、
前記複数の計測吸盤は、前記回転モーションステージ上に円周方向に配列されているとよい。
【００１７】
好ましくは、前記チップボンディングユニットは、ボンディングステージと、前記ボンディングステージ上に配置され、ボンディング基板を収容するように設けられたボンディングトレイと、前記ボンディング基板の位置を計測するように設けられたボンディング計測システムと、を備えるとよい。
【００１８】
好ましくは、さらに較正測定システムを備え、
前記較正測定システムは、前記第３モーションステージにおける基準マークと、前記ボンディングステージ上における前記ボンディング基板マークとを計測するように設けられているとよい。
【００１９】
好ましくは、隣接する２つ、第２モーションステージ上における少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームの間に配置されている前記較正測定システムの１つのみを含み、
又は、前記較正測定システムは、少なくとも１つの第２ボンディングロボットアームと同数であり、
前記複数の較正測定システムと、前記第２ボンディングロボットアームとは、交互に第２モーションステージ上に配置されるとよい。
【００２０】
好ましくは、前記チップアップアライメント計測システムは、前記較正測定システムに統合されて、
前記複数の計測吸盤の上方にある位置へ移動する場合、前記較正測定システムは、前記計測吸盤におけるチップ上のマークの位置を特定するため、前記チップアップアライメント計測システムとして実行するとよい。
【００２１】
好ましくは前記チップ分離ユニットは、
ワークモーションステージと、
前記ワークモーションステージに配置されたワークトレイと、
前記ワークトレイからチップを分離するように設けられた垂直ロボットアームと、
前記チップの位置を計測するように設けられた分離計測システムと、を備えるとよい。
【００２２】
好ましくは、チップダウンの構成において、マークを有するチップを反転させるように設けられた反転ロボットアームをさらに含むとよい。
【００２３】
好ましくは、前記反転ロボットアームは、前記チップ分離ユニットと前記第１ボンディングロボットアームとの間に配置された垂直反転ロボットアームとして実装され、
前記垂直反転ロボットアームは、前記チップ分離ユニットからチップを拾い上げ、当該チップを反転し（裏返し）、前記第１ボンディングロボットアームへ搬送するよう設けられているとよい。
【００２４】
好ましくは、前記反転ロボットアームは、前記チップアライメントユニット上方に配置された一対の旋回アームを備え、
前記一対の旋回アームのうち一方は、前記チップアライメントユニットからチップを拾い上げ、他方の旋回アームに搬送して、前記チップを反転するよう設けられており、
前記他方の旋回アームは、前記反転したチップを前記チップアライメントユニットへ搬送するよう設けられているとよい。
【００２５】
先行技術と比較して、本開示は次のような利点を有する。：チップボンディング装置は、チップ搬送、チップアライメントと、チップボンディングとを同時に行うことができる連続的な方法でチップ搬送を可能とする。その結果、全体的なプロセスサイクルの時間を節約し、と歩留まりを高める。さらに、チップボンディング装置は、チップアップモードとチップダウンモードとである２つのモードで単一の基板に複数のチップをボンドすることができて、適用可能性のスコープを広げる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本開示の第１実施形態に係るチップボンディング装置の正面図である。
【図２】図２は、本開示の第１実施形態に係るチップボンディング装置の上面図である。
【図３】図３は、本開示の第１実施形態に係る第１モーションステージの上面図である。
【図４】図４は、本開示の第１実施形態に係る第１モーションステージの正面図である。
【図５】図５は、本開示の第１実施形態に係る第２モーションステージの上面図である。
【図６】図６は、本開示の第１実施形態に係る第２モーションステージの正面図である。
【図７】図７は、本開示の第１実施形態に係る第３モーションステージの上面図である。
【図８】図８は、本開示の第１実施形態に係る第３モーションステージの正面図である。
【図９】図９は、本開示の第２実施形態に係るチップボンディング装置の正面図である。
【図１０】図１０は、本開示の第２実施形態に係るチップボンディング装置の上面図である。
【図１１】図１１は、本開示の第３実施形態に係るチップボンディング装置の正面図である。
【図１２】図１２は、本開示の第３実施形態に係るチップボンディング装置の上面図である。
【図１３】図１３は、本開示の第３実施形態に係る反転ロボットアームの概略図である。
【図１４】図１４は、本開示の第４実施形態に係るチップボンディング装置の正面図である。
【図１５】図１５は、本開示の第４実施形態に係るチップボンディング装置の上面図である。
【図１６】図１６は、本開示の第４実施形態に係る第２モーションステージの上面図である。
【図１７】図１７は、本開示の第４実施形態に係る第２モーションステージの正面図である。
【図１８】図１８は、本開示の第５実施形態に係るチップボンディング装置の正面図である。
【図１９】図１９は、本開示の第５の実施形態に係るチップボンディング装置の上面図である。
【００２７】
これらの図面において、１００はチップ分離ユニットを示し、１１０はワークモーションステージを示し、１２０は垂直ロボットアームを示し、１３０はワークトレイを示し、１４０はチップキャリアを示し、１５０はチップを示し、１６０は分離測定システムを示し、１７０は反転ロボットアームを示し、１７０ａは旋回アームを示し、１７０ｂは旋回アームを示し、２００は第１ボンディングロボットアームユニットを示し、２１０は第１モーションステージを示し、２２０は第１ボンディングロボットアームを示し、２３０は第１駆動部を示し、２４０は第１モーションステージサポートを示し、３００はチップボンディングユニットを示し、３１０はボンディングステージを示し、３２０はボンディング基板を示し、３３０はボンディングトレイを示し、３４０はボンディング計測システムを示し、３５０はダンピングシステムを示し、４００はチップアライメントユニットを示し、４１０は第３モーションステージを示し、４２０は測定吸盤を示し、４３０は第３駆動部を示し、４４０は第３モーションステージサポートを示し、４６０はチップアップアライメント計測システムを示し、４７０はチップダウンアライメント計測システムを示し、５００は第２ボンディングロボットアームユニットを示し、５１０は第２モーションステージを示し、５２０は第２ボンディングロボットアームを示し、５３０は第２駆動部を示し、５４０は第２モーションステージサポートを示し、６００は較正（キャリブレーション）測定システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本開示の上記の目的、特徴、および利点は、添付の図面と併せて読まれるそのいくつかの特定の実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになり、よりよく理解されるであろう。図面は、開示された実施形態を説明する際の便宜と明瞭さを容易にすることを唯一の意図として、必ずしも縮尺通りに提示されない非常に単純化された形で提供されることに留意されたい。
【００２９】
実施形態１
図１〜６を参照すると、チップボンディング装置は、チップ分離ユニット１００と、チップアライメントユニット４００と、チップボンディングユニット３００と、ボンディングロボットアームユニットとを含む。ボンディングロボットアームユニットは、第１ボンディングロボットアームユニット２００と、第２ボンディングロボットアームユニット５００とを含む。第１ボンディングロボットアームユニット２００は、第１モーションステージ２１０と、第１モーションステージ２１０を駆動するように設けられた第１駆動部２３０と、第１モーションステージ２１０に配置された第１ボンディングロボットアーム２２０の少なくとも１つとを含む。少なくとも１つ以上の第１ボンディングロボットアーム２２０は、本開示の実施形態に係る第１モーションステージ２１０に配置される。第１ボンディングロボットアーム２２０は、それぞれ、チップ分離ユニット１００からチップを吸い込み、チップアライメントユニット４００に搬送するように設けられている。第２ボンディングロボットアームユニット５００は、第２モーションステージ５１０と、第２モーションステージ５１０を駆動するように設けられた第２駆動部５３０と、第２モーションステージ５１０に配置された第２ボンディングロボットアーム５２０の少なくとも１つとを含む。少なくとも１つ以上の第２ボンディングロボットアーム５２０は、本開示の実施形態に係る第２モーションステージ５１０に配置される。第２ボンディングロボットアーム５２０は、それぞれ、チップアライメントユニット４００からチップを吸い込み、チップボンディングユニット３００に搬送するように設けられている。第１ボンディングロボットアームユニット２００は、チップ分離ユニット１００からチップアライメントユニット４００へ搬送するように設けられている。第２ボンディングロボットアームユニット５００は、チップアライメントユニット４００からチップボンディングユニット３００へ搬送するように設けられている。第１ボンディングロボットアームユニット２００、及び第２ボンディングロボットアームユニット５００は、相互に独立して動作するように構成されている。プロセスの流れは、チップ分離ユニット１００からチップアライメントユニット４００までと、チップボンディングユニット３００までとによって構成される。異なる複数のチップの搬送、配列、及びボンディングは、略同時に実施され、結果として、全体プロセスのサイクルにおける時間を短縮させたり、生産効率を向上させたりする。
【００３０】
本実施形態では、第１モーションステージ２１０は、第１ボンディングロボットアーム２２０が円周方向に配置される回転動作ステージとして実装されてもよい。同様に、第２モーションステージ５１０は、第２ボンディングロボットアーム５２０が円周方向に配置される回転動作ステージとして実装されてもよい。本実施形態では、第１および第２モーションステージ２１０、５１０の両方が、ＸＹ（すなわち、水平）平面内で回転可能であってもよい。
【００３１】
図１、図３、及び図４に示すように、第１ボンディングロボットアームユニット２００は、第１モーションステージ２１０が配置される第１モーションステージサポート２４０をさらに含むことができる。第１モーションステージサポート２４０は、第１モーションステージ２１０を支持し、第１駆動部２３０に接続して、第１駆動部２３０は、第１モーションステージ２１０を運動可能なように第１モーションステージサポート２４０を駆動できる。第１駆動部２３０は、第１ボンディングロボットアーム２２０を動作するように第１モーションステージ２１０を駆動するように設けられている。図５、及び図６を参照すると、第２ボンディングロボットアームユニット５００は、第２モーションステージ５１０が配置される第２モーションステージサポート５４０をさらに含むことができる。第２モーションステージサポート５４０は、第２モーションステージ５１０を支持し、第２駆動部５３０に接続することによって、第２駆動部５３０は、第２モーションステージ５１０を運動可能なように第２モーションステージサポート５４０を駆動できる。第２駆動部５３０は、第２ボンディングロボットアーム５２０を動作するように第２モーションステージ５１０を駆動するように設けられている。
【００３２】
図１、図７、及び図８に示すように、チップアライメントユニット４００は、チップ、第３モーションステージ４１０、第３駆動部４３０、複数の計測吸盤４２０におけるマークを計測するように設けられたアライメント計測システムを含むことができる。第３駆動部４３０は、第３モーションステージ４１０を駆動するように設けられている。複数の計測吸盤４２０は、第３モーションステージ４１０に配置されている。チップは、下に向かって面しており、かつ、ボンディング基板へ向かって面するマークが位置する表面とボンディング（接合）してもよい（「チップダウン」）。チップは、上に向かって面しており、かつ、ボンディング基板から離れる方向に向かって面するマークが位置する表面とボンディングしてもよい（「チップアップ」）。アライメント計測システムは、チップダウンアライメント計測システム４７０と、チップアップアライメント計測システム４６０とを備えてもよい。チップダウンアライメント計測システム４７０と、チップアップアライメント計測システム４６０との１つは、チップにおけるマークの方向性に基づいて、チップにおけるマークの位置を計測するために、選択してもよい。図６に示すように、チップダウンアライメント計測システム４７０は、計測吸盤４２０から第２ボンディングロボットアーム５２０によって受け止められるチップにおけるマークを計測できるように、第２モーションステージ５１０の下(under)に配置されてもよい。図８に示すように、チップアップアライメント計測システム４６０は、計測吸盤４２０の１つにおけるチップのマークを計測できるように、第３モーションステージ４１０の上方（above）に配置されていてもよい。本実施形態では、第３モーションステージ４１０は、計測吸盤４２０を円周上に配置するよう回転動作ステージとして実装されてもよい。第３モーションステージ４１０は、例えば、線形（直線）往復運動を行うモーションステージ、異なるタイプのモーションステージとして実装されてもよい。
【００３３】
チップアライメントユニット４００は、第３モーションステージ４１０が配置される第３モーションステージサポート４４０をさらに含むことができる。第３モーションステージサポート４４０は第３モーションステージ４１０を支持し、第３駆動部４３０と接続することによって、第３駆動部４３０は、第３モーションステージ４１０を運動可能なように第３モーションステージサポート４４０を駆動できる。第３駆動部４３０は、複数の計測吸盤４２０を移動するよう、第３モーションステージ４１０を駆動するように設けられている。
【００３４】
図１を参照すると、チップ分離ユニット１００は、ワークモーションステージ１１０、ワークトレイ１３０、チップキャリア１４０、垂直ロボットアーム１２０、及び分離測定システム１６０を含むことができる。ワークトレイ１３０は、ワークモーションステージ１１０上に配置されている。チップキャリア１４０は、ワークトレイ１３０内に配置されている。垂直ロボットアーム１２０は、チップキャリア１４０からチップを分離する。分離測定システム１６０は、チップの位置を計測するように設けられている。ワークモーションステージ１１０は、チップキャリア１４０がワークトレイ１３０に沿って移動させるように、ワークトレイ１３０を駆動するように設けてもよい。本実施形態では、チップの構成において、第１ボンディングロボットアーム２２０は、チップ分離ユニット１００からチップを直接吸い込み、チップアライメントユニット４００上に搬送する。チップダウン構成では、チップを吸い上げ・反転（裏返し）させるための反転ロボットアーム１７０が、第１ボンディングロボットアーム２２０とチップキャリア１４０との間に、追加配置されていてもよい。本実施形態では、反転ロボットアーム１７０は、単一旋回アーム付きの垂直反転ロボットアームとして、実装されていてもよい。この垂直反転ロボットアームは、チップキャリア１４０からチップをピックアップし、１８０度以上反転し、第１ボンディングロボットアーム２２０の１つに手渡す。
【００３５】
図１を参照すると、チップボンディングユニット３００は、ボンディングステージ３１０、ボンディングトレイ３３０、及びボンディング測定システム３４０を含むことができる。ボンディングトレイ３３０は、ボンディングステージ３１０上に配置され、ボンディング基板３２０に適応するように構成されている。ボンディング測定システム３４０は、ボンディング基板３２０の位置を測定する。
【００３６】
本明細書に開示された実施形態における第１ボンディングロボットアームユニットの作業位置（第１ボンディングロボットアームユニット２００の第１ボンディングロボットアーム２２０が移動できる全ての可能な位置を含む）、チップアライメントユニット４００の作業位置（計測吸盤４２０が移動できる全ての可能な位置を含む）、第２ボンディングロボットアームユニット５００の作業位置（第２ボンディングロボットアームユニット５００の第２ボンディングロボットアーム５２０が移動できる全ての可能な位置を含む）、及びチップボンディングユニット３００の作業位置（ボンディングのために待機位置を含む）は、チップ分離ユニット１００から、第１ボンディングロボットアームユニット２００、チップアライメントユニット４００、第２ボンディングロボットアームユニット５００、及びチップボンディングユニット３００へのチップの搬送を容易にするように、互いに協調連携する。具体的には、第１モーションステージ２１０、第３モーションステージ４１０、及び第２モーションステージ５１０の大きさ、又は、第１モーションステージ２１０上の第１ボンディングロボットアーム２２０、及び第３モーションステージ４１０上の計測吸盤４２０、及び第２モーションステージ５１０上の第２ボンディングロボットアーム５２０の位置を適切に設計することによって達成することができる。
【００３７】
チップアップ構成において上記に定義されるようなチップボンディング装置を用いて行われるチップボンディング法について、以下説明する。
【００３８】
ステップＵ１では、図１に示すように、チップキャリア１４０は、ワークモーションステージ１１０のワークトレイ１３０に固定され、その後、分離測定システム１６０は、チップキャリア１４０の位置を決定する。ワークモーションステージ１１０は、ワークトレイ１３０を駆動して、ピックアップされるチップ１５０が支持されているチップキャリア１４０を、チップキャリア１４０が垂直ロボットアーム１２０の上に位置するまで移動させる。垂直ロボットアーム１２０は上方に移動し、チップ１５０の１つを上昇させ、対応する第１モーションステージ２１０上の第１ボンディングロボットアーム２２０の１つが、真空吸引によってチップ１５０の１つを持ち上げ（すなわち、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうち１番目のものが、複数のチップ１５０のうち１番目のものを吸い上げる）、その後、垂直ロボットアーム１２０は、元の位置に移動して戻る。
【００３９】
ステップＵ２では、第１モーションステージ２１０が回転して、チップ１５０を保持する第１ボンディングロボットアーム２２０がそれとともに移動し、第３モーションステージ４１０に近づき、チップ１５０を計測吸盤４２０の１つに搬送する（すなわち、複数のチップ１５０のうち１番目のものを保持する複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうち１番目のものが、チップ１５０を計測吸盤４２０上に搬送する）。同時に、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの別の１つは、チップ分離ユニット１００から複数のチップ１５０のうち別の１つを吸い上げてもよい（すなわち、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうち２番目のものが、複数のチップ１５０のうち２番目のものを吸い上げる）。
【００４０】
ステップＵ３では、第３モーションステージ４１０が回転して、チップ１５０（すなわち、複数のチップ１５０のうちの１番目のもの）を保持する計測吸盤４２０がそれとともに移動し、チップ１５０（すなわち、複数のチップ１５０のうちの１番目のもの）をチップアップアライメント計測システム４６０に搬送し、チップアップアライメント計測システム４６０はこのチップ１５０におけるマークの位置を計測する。同時に、複数のチップ１５０のうち別の１つが保持された、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの別の１つは、そのチップ１５０を第３モーションステージ４１０（すなわち、複数のチップ１５０のうちの２番目のものを保持する、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの２番目のものは、複数のチップ１５０のうちの２番目のものを第３モーションステージ４１０に搬送する。）に搬送するように、回転される。さらに、複数の計測吸盤４２０のうち別の１つが真空吸引によってチップ１５０を吸い上げる。同時に、第１ボンディングロボットアーム２２０の別の１つが、チップ分離ユニット１００からチップ１５０を吸い上げてもよい（すなわち、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの１番目のものは、チップ１５０の３番目を吸い上げる、又は、１番目のもの及び２番目のもの以外の第１ボンディングロボットアーム２２０の１つは、複数のチップ１５０のうちの３番目のものを吸い上げる）。
【００４１】
ステップＵ４では、第３モーションステージ４１０が回転して、整列（アライメント）したチップ１５０（すなわち、複数のチップ１５０のうち１番目のもの）を保持する計測吸盤４２０はそれとともに移動し、そのチップ１５０（すなわち、複数のチップ１５０のうち１番目のもの）を第２モーションステージ５１０に搬送する。対応する、複数の第２ボンディングロボットアーム５２０のうちの１つは、チップ１５０（すなわち、複数のチップ１５０のうち１番目のもの）を真空吸引によって吸い上げる。同時に、チップ１５０（すなわち、複数のチップ１５０のうち２番目のもの）を保持する計測吸盤４２０のうち別の１つは移送し、複数のチップ１５０のうち２番目のものをチップアップアライメント計測システム４６０に搬送する。その後、チップアップアライメント計測システム４６０は、複数のチップ１５０のうち２番目のもののマークの位置を測定する。現在は、複数のチップ１５０のうち３番目のものを保持している第１ボンディングロボットアーム２２０は移動して、複数のチップ１５０のうち３番目のものを第３モーションステージ４１０に搬送し、複数の計測吸盤４２０のうち別の１つが、複数のチップ１５０のうち３番目のものを吸う。その間、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの別の１つは、チップ分離ユニット１００から複数のチップ１５０の別の１つ（すなわち、前もってチップを吸い上げた複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの別の１つは、複数のチップ１５０のうち４番目のものを吸い上げるこの時（モーメント）、アイドリングしている、又は、上記した４つのそれ以外の第１ボンディングロボットアーム２２０の１つは、複数のチップ１５０の第４番目のものを吸い上げる）を吸い上げる。
【００４２】
ステップＵ５では、第２モーションステージ５１０が回転して、第２ボンディングロボットアーム５２０の１つはそれとともに移動し、複数のチップ１５０のうち１番目のものを、チップボンディングユニット３００のボンディング用作業位置に搬送する。これとともに、第３モーションステージ４１０が回転し、整列した複数のチップ１５０のうち２番目のものを保持している計測吸盤４２０はこれとともに移動し、複数のチップ１５０のうち２番目のものを第２モーションステージ５１０に搬送する。第２ボンディングロボットアーム５２０の１つは、複数のチップ１５０のうち２番目のものを吸い上げる。同時に、複数のチップ１５０のうち３番目のものを保持している計測吸盤４２０は移動し、複数のチップ１５０のうち２番目のものをチップアップアライメント計測システム４６０に搬送する。その後、チップアップアライメント計測システム４６０は、複数のチップ１５０のうち３番目のものにおけるマーク位置を計測する。複数の計測吸盤４２０のうち別の１つは、第１ボンディングロボットアーム２２０の１つから、複数のチップ１５０の４番目のものを吸い上げる。言い換えると、第１モーションステージ２１０が回転し、複数のチップ１５０の４番目のものを保持している第１ボンディングロボットアーム２２０が複数のチップ１５０の４番目のものを第３モーションステージ４１０に搬送する。これとともに、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうち別の１つは、チップ分離ユニット１００から複数のチップ１５０のうち別の１つ（すなわち、前もってチップを吸い上げた複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの１つは、複数のチップ１５０のうち５番目のものを吸い上げるこの間（モーメント）に、アイドリング（待機）している、又は、上記した５つのそれ以外の第１ボンディングロボットアーム２２０の１つは、複数のチップ１５０の第５番目のものを吸い上げる）を吸い上げる。上記記述から容易に理解できるように、チップボンディングプロセスの間ずっと、複数のチップ１５０は、搬送、整列、及びボンディングを含む、異なる複数のプロセスのフェーズにおいて、同時にハンドリングされていてもよい。これにより、プロセスサイクル時間が短縮され、生産効率が向上する。
【００４３】
ボンディング基板３２０がボンディングステージ３１０上のボンディングトレイ３３０に固定された後、ボンディング測定システム３４０はボンディング基板３２０の位置を決定する。そして、ボンディングステージ３１０はボンディング基板３２０をボンディングのための作業位置に移送する。この時点で、チップ１５０を保持している第２ボンディングロボットアーム５２０もボンディングのための作業位置に移動する。ボンディング測定システム３４０もまた、チップ１５０がボンディング基板３２０上にボンディングされる位置を確認するように構成されてもよい。その後、チップ１５０はボンディング基板３２０上にボンディングされてもよい。ボンディング基板３２０は、チップ１５０がボンディングのための作業位置へ到着したと同時に、その前、又は後に、ボンディングのための作業位置に到着してもよい。
【００４４】
ステップＵ６では、ステップＵ１〜Ｕ５を繰り返すことができる。
【００４５】
チップダウンの構成において、上記に定義したチップボンディング装置を用いて実施したチップボンディング法について以下に説明する。
【００４６】
ステップＤ１では、垂直ロボットアーム１２０は上に移動して、複数のチップのうち１つ（ここでは、複数のチップ１５０のうち１番目のもの）を持ち上げる。そして、反転ロボットアーム１７０が複数のチップ１５０のうち１番目のものを吸い上げ、と回転させる。続いて、第１ボンディングロボットアーム２２０は、吸引真空によって複数のチップの１５０のうち１番目のものを反転ロボットアーム１７０から吸い上げる。チップダウン構成において、チップボンディングユニット３００の構成が変化しないために、チップ分離ユニット１００は、高さが調整されることによって、第１ボンディングロボットアーム２２０がチップ１５０を適切に吸い上げることができ、全ての第１ボンディングロボットアーム２２０が同じ高さにある。
【００４７】
ステップＤ２では、第１モーションステージ２１０が回転し、複数のチップの１５０のうち１番目のものを保持している第１ボンディングロボットアーム２２０はこれとともに移動して、複数のチップの１５０のうち１番目のものを、第３モーションステージ４１０上の複数の計測吸盤４２０のうち１つに搬送する。同時に、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０の別の１つは、複数のチップ１５０のうち別の１つ（すなわち、複数のチップ１５０のうち２番目のもの）をチップ分離ユニット１００から吸い上げる。
【００４８】
ステップＤ３では、第３モーションステージ４１０が回転し、計測吸盤４２０がこれとともに移動し、複数のチップの１５０のうち１番目のものを、複数の第２ボンディングロボットアーム５２０のうち１つに搬送する。同時に、第１モーションステージ２１０が回転し、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうち別の１つがこれとともに移動し、チップ１５０のうち別の１つ（すなわち、複数のチップ１５０のうち２番目のもの）を複数の計測吸盤４２０のうちの別の１つに搬送する。複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうち別の１つが、複数のチップ１５０のうち別の１つ（すなわち、複数のチップ１５０のうち３番目のもの）をチップ分離ユニット１００から吸い上げる。
【００４９】
ステップＤ４では、第２モーションステージ５１０が回転し、複数のチップの１５０のうち１番目のものを保持している複数の第２ボンディングロボットアーム５２０のうち１つがこれとともに移動し、チップダウンアライメント計測システム４７０に接近する。そして、チップダウンアライメント計測システム４７０は、複数のチップ１５０のうち１番目のものにおけるマークの位置を計測する。複数の第２ボンディングロボットアーム５２０のうち別の１つは、複数のチップ１５０のうち２番目のものを計測吸盤４２０から吸い上げる。同時に、第１モーションステージ２１０が回転し、第１ボンディングロボットアーム２２０がこれとともに移動し、複数のチップ１５０のうち３番目のものを複数の計測吸盤４２０のうち別の１つに搬送する。複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちさらなる別の１つは、複数のチップ１５０のうちさらなる別の１つ（すなわち、複数のチップ１５０のうち４番目のもの）をチップ分離ユニット１００から吸い上げる。
【００５０】
ステップＤ５では、第２モーションステージ５１０が回転して、第２ボンディングロボットアーム５２０が、ボンディングの作業位置に整列された複数のチップ１５０のうち１番目のものを搬送するように、これとともに移動する。この時点で、ボンディング基板３２０がボンディングステージ３１０上のボンディングトレイ３３０に固定された状態で、ボンディング測定システム３４０はボンディング基板３２０の位置を決定し、ボンディングステージ３１０はボンディング基板３２０を作業位置に搬送する。続いて、複数のチップ１５０のうち１番目のものは、ボンディング基板３２０にボンディングされている。複数のチップ１５０のうち２番目のものを保持している複数の第２ボンディングロボットアーム５２０のうち別のものは、チップダウンアライメント計測システム４７０へ移動する。そして、チップダウンアライメント計測システム４７０は、複数のチップ１５０のうち２番目のものにおけるマーク位置を計測する。これに加えて、第１モーションステージ２１０が回転し、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの１つが移動して、複数のチップ１５０のうち４番目のものを計測吸盤４２０のうち別の１つへ配送する間において、第３モーションステージ４１０が回転し、複数の計測吸盤４２０のうち１つが、複数のチップ１５０の３番目のものを第２ボンディングロボットアーム５２０に手渡す。さらに、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうちの別の１つは、複数のチップ１５０のうち、さらなる１つ（すなわち、複数のチップ１５０の５番目のもの）をチップ分離ユニット１００から吸い上げる。
【００５１】
ステップＤ６では、ステップＤ１からＤ５を繰り返すことができる。
【００５２】
図１に示すように、チップアライメントユニット４００、第２ボンディングロボットアームユニット５００、及びチップボンディングユニット３００は、チップボンディング精度を高めるためにダンピングシステム３５０を備えていてもよい。
【００５３】
実施形態２
図９及び図１０に示すように、本実施形態は、第１モーションステージ２１０がＸＹ平面（すなわち水平）で旋回できるように構成された旋回アームとして実装され、ただ１つの第１ボンディングロボットアーム２２０が旋回アームの出力端に取り付けられるところが実施形態１と異なる。チップボンディングを行う間、旋回アームを制御して、その旋回アームは旋回サイクルに要する時間は、計測吸盤４２０の１つが作業位置の変更（スイッチ）にかかる時間と同じである。ここで、「旋回サイクル」は、複数の第１ボンディングロボットアーム２２０のうち１つが、計測吸盤４２０の１つからチップ分離ユニット１００まで移動し、チップ上に作業位置を形成し、チップを吸い上げ、チップを作業位置に運んで戻すプロセスとして理解することができる。計測吸盤４２０の１つが作業位置の変更にかかる時間は、第３モーションステージ４１０の回転に沿って、計測吸盤４２０の隣接した１つが、現在の作業位置から別の作業位置へ、すなわち、次に待機（アイドリング）中の計測吸盤４２０のチップ移動のための作業位置への位置変更の時間消費として計測吸盤４２０の１つの位置の変更に係る時間として理解することができる。
【００５４】
実施形態３
図１１〜図１３に示すように、本実施形態は、チップアップ構成、及びチップダウン構成の両方において、第１ボンディングロボットアーム２２０が、チップ分離ユニット１００からチップを直接吸い上げ、チップアライメントユニット４００に送るところが、実施形態１と異なる。チップダウンの構成では、反転ロボットアーム１７０は、チップアライメントユニット４００の上方に配置されている。本実施形態では、反転ロボットアーム１７０を一対の旋回アームを含む。具体的には、チップダウンの構成において、次のようにチップボンディングが行われる：後にチップキャリア１４０は、ワークモーションステージ１１０上のワークトレイ１３０に固定された後、分離測定システム１６０は、チップキャリア１４０の位置を決定する。それから、ワークモーションステージ１１０は、ピックアップした（拾い上げた）複数のチップ１５０の１つを、垂直ロボットアーム１２０の上方に位置するまで搬送する。そして、垂直ロボットアーム１２０は、チップ１５０を上昇させるために上方に移動し、この時点で、第１モーションステージ２１０上に第１ボンディングロボットアーム２２０の１番目のものは、真空によって、この複数のチップ１５０の１番目のものを吸い上げる。そして、垂直ロボットアーム１２０は、元の位置に戻る。
【００５５】
その後、第１モーションステージ２１０が回転し、第１ボンディングロボットアーム２２０が移動してチップ１５０を複数の計測吸盤４２０の１つに搬送する。チップアップ構成では、第３モーションステージ４１０は、時計回りに回転してチップ１５０上のマークの位置の測定を可能とし、チップ１５０とボンディング基板３２０とのボンディングとを可能とする。チップアップ構成におけるチップボンディングプロセスの詳細については、実施形態１の説明を参照することができる。
【００５６】
チップダウン構成において、第１ボンディングロボットアーム２２０の１番目は、チップ１５０を複数の計測吸盤４２０の１つへ搬送するために移動する。具体的には、図１３に示すように、第３モーションステージ４１０は反時計回りに回転し、チップ１５０が複数の計測吸盤４２０の１番目から反転ロボットアーム１７０へ搬送される。反転ロボットアーム１７０において備え付けられた旋回アーム１７０ａは、チップ１５０を吸う。吸い上げられたチップ１５０の表面には、マークが有る。旋回アーム１７０ａの旋回に伴って、チップ１５０は、方向が９０度変化するまで回転し、反転ロボットアーム１７０において備え付けられた他の旋回アーム１７０ｂへ搬送される。吸引したチップ１５０の表面には、マークが無い。旋回アーム１７０ｂの旋回に伴って、チップ１５０は、方向が９０度変化するまで回転し、複数の計測吸盤４２０の別の１つへ搬送される。そして、計測吸盤４２０は、チップ１５０を、複数の第２ボンディングロボットアーム５２０のうち１つに搬送する。その後、第２ボンディングロボットアーム５２０は、チップダウンアライメント計測システム４７０がチップ１５０上のマークの位置を測定可能な作業位置に移動し、複数の計測吸盤４２０は、反転されたチップ１５０を吸う。それから、チップ１５０上のマークの位置を測定するプロセスと、チップ１５０をボンディング基板３２０にボンディングするプロセスとを行うことができる。チップダウンの構成におけるチップボンディングプロセスの詳細については、実施形態１の説明を参照することができる。
【００５７】
チップ１５０の反転プロセスの際中において、反転ロボットアーム１７０において備え付けられた旋回アーム１７０ａがチップを計測吸盤４２０から吸い上げて、旋回してチップを他の旋回アーム１７０ｂへ搬送し、他の旋回アーム１７０ｂが旋回し、チップを他の計測吸盤４２０に搬送する動作（アクション）における時間消費は、計測吸盤４２０がその位置を、隣接した計測吸盤の位置に変更する動作における時間消費の複数倍であるとよい。言い換えると、計測吸盤４２０の位置の変更は、チップ１５０の反転プロセスの際中において１回行ってもよいし、又は複数回繰り返してもよい。あるいは、複数の計測吸盤４２０は、このプロセスの際中、全く移動しなくてもよい。
【００５８】
本実施の形態によれば、反転ロボットアーム１７０は、追加の垂直スペースを必要としない。したがって、ワークモーションステージ１１０、又はボンディングステージ３１０の垂直寸法を拡張する必要がない。その代わりに、チップアライメントユニット４００の助けを借りて、反転ロボットアーム１７０は、より多くの作業位置で動作して、第１ボンディングロボットアームユニット２００、チップアライメントユニット４００、及び反転ロボットアーム１７０を並行して動作させることができる。その結果、歩留まりが向上する。
【００５９】
本実施形態に係るチップボンディング装置に基づいて、チップアップ構成において、チップボンディングを行うことができ、位置精度5.81ミクロンと、収率１チップ当たりの12924 uphとを達成することができる。これらは、従来装置と比較して、それぞれ28.36％、5.67%向上している。また、チップダウン構成における、位置精度5.34ミクロンと、収率１チップ当たりの9364 uphとを達成することができる。これらは、従来装置と比較して、それぞれ12.75%、8.90%向上している。
【００６０】
実施形態４
図１４〜図１７に示すように、本実施形態は、チップボンディング装置が第３モーションステージ４１０上の基準マーク、及びボンディングステージ３１０上のマークを測定する較正測定システム６００をさらに含む点で、実施形態１と異なる。本実施形態によれば、そのような較正測定システム６００の１つは、隣接する２つの第２ボンディングロボットアーム５２０の間に配置され、含まれる。チップボンディング装置が所定の期間、運転した後、較正測定システム６００は、第３モーションステージ４１０上の基準マークの座標位置を決定してもよい。第３モーションステージ４１０は、以前の座標位置と比較して、二つの座標位置との間のシフトを計算し、このシフトをフィードバックする。同様に、ボンディングステージ３１０上のマークの座標位置を決定してもよい。以前の座標位置と比較して、二つの座標位置との間のシフトを計算し、このシフトをフィードバックする。同様に、２つのシフトによれば、チップの相対位置は、ボンディングプロセスで修正することができる。位置精度における外部衝撃を除くことができ、したがってボンディング精度を向上させることができる。
【００６１】
実施の形態５
本実施形態は、複数の較正測定システム６００が含まれ、それらの数が第２ボンディングロボットアーム５２０の数に等しいという点で、実施形態４と異なる。図１８及び図１９に示すように、複数の較正測定システム６００と第２ボンディングロボットアーム５２０とが、交互に第２モーションステージ５１０上に配置されていてもよい。
この場合、第３モーションステージ４１０上方のチップアップアライメント計測システム４６０は省略されてもよく、複数の較正測定システム６００は、較正測定を第３モーションステージ４１０とボンディングステージ３１０とへ案内し（conducting）つつ、さらにチップマーク上のマークの位置を測定するチップアップアライメント計測システムの機能を有してもよい。
【００６２】
つまり、チップボンディング装置がチップ搬送において連続的にチップを搬送可能であり、チップのアライメント、及びチップボンディングを同時に行うことができる。その結果、全体的な処理サイクルの時間を節約し、歩留まりを増加させる。：さらに、チップボンディング装置は、チップアップモードとチップダウンモードの2つのモードにおいて単一基板にチップをボンディングでき、その適用範囲を拡大する。
【００６３】
当業者は、その精神および範囲から逸脱することなく、本開示に対して様々な修正、及び変更を行うことができる。したがって、本開示は、それらが添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある場合、そのようなすべての修正および変形を包含することを意図している。
【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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【図１９】
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