(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略軸心部に吸引孔が形成され、先細りでその先端面が真空吸着面である半導体チップ吸着コレットにおいて、先端部の側面に、軸心と略平行なカット面が形成され、該カット面がミラー面であることを特徴とする半導体チップ吸着コレット。
【請求項２】
該側面にはさらに、該カット面の上辺より上方から下方に軸心寄りへ斜めにカットされた半楕円面が形成され、該半楕円面の直線部が該ミラー面の上辺と一致していることを特徴とする請求項１記載の半導体チップ吸着コレット。
【請求項３】
該カット面に金属膜が被着されていることを特徴とする請求項１記載の半導体チップ吸着コレット。
【請求項４】
半導体チップを基板に位置合わせする半導体チップアライメント装置において、
略軸心部に吸引孔が形成され、先細りでその先端面が真空吸着面であり、先端部の側面がミラー面である半導体チップ吸着コレットと、
該半導体チップ吸着コレットを保持して、半導体チップ吸着コレットの先端面に吸着された半導体チップを移動させる可動ステージと、
該半導体チップ吸着コレットの斜め上方から、上記ミラー面の下部を含む領域を照明する照明装置と、
該半導体チップ吸着コレットの斜め上方から、該ミラー面で反射された後、該半導体チップ上又は該基板上で反射された反射光を受光し、その映像信号を出力するカメラと、
該映像信号を処理した結果に基づき、該可動ステージを駆動して該半導体チップを位置合わせする制御装置と、
を有することを特徴とする半導体チップアライメント装置。
【請求項５】
半導体チップを基板に位置合わせする半導体チップアライメント方法において、
略軸心部に吸引孔が形成され、先細りでその先端面が真空吸着面であり、先端部の側面がミラー面である半導体チップ吸着コレットの先端面に半導体チップを吸着して、該半導体チップを基板上へ移動させ、
該半導体チップ吸着コレットの斜め上方から、上記ミラー面の下部を含む領域を照明し、
該半導体チップ吸着コレットの斜め上方から、該ミラー面で反射された後、該半導体チップ上又は該基板上で反射された反射光を受光し、その映像を処理し、
映像処理結果に基づき、該基板に対し該半導体チップを位置合わせする、
ことを特徴とする半導体チップアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ吸着コレット並びにこれを用いた半導体チップアライメント方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来のコレットによるチップアライメント状態を示す斜視図である。
コレット１０の軸芯部には吸引孔１１が形成され、コレット１０の先端部にはコーン部１２が形成されている。コレット１０の先端は真空吸着面であり、これに半導体チップ１３が吸着されている。
例えば、半導体チップ１３は光通信用モジュールの基板上又はＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ若しくはＤＶＤなどの光ピックアップの基板上に実装されるレーザダイオード又はホトダイオードであり、横０．５ｍｍ、縦０．３ｍｍである。これに対し、コーン部１２の上端及び下端の直径はそれぞれ１．６ｍｍ及び０．２５ｍｍである。また、吸引孔１１の内径は０．１５ｍｍである。
【０００３】
一方、ヒータステージ１４上には基板１５が搭載されている。基板１５に対し半導体チップ１３を位置合わせするために、半導体チップ１３にアライメントマーク１６及び１７が形成され、基板１５にアライメントマーク１８及び１９が形成されている。コレット１０の下端付近に照明光ＩＬが照射され、その反射光ＲＬが不図示のＣＣＤカメラに入射して、半導体チップ１３及びその付近が撮像される。
【０００４】
図中のハッチングはコレット１０の影であり、これをできるだけ狭くするために、コレット１０の先端直径を小さくすると共に、コレット１０の軸ＡＸに対するコーン部１２の母線のなす角度を例えば１５°と小さくする必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、照明範囲に限界があるため、ＣＣＤカメラから見た半導体チップ１３の横幅を広くする必要があったり、アライメントマーク１６及び１７の位置を正確に検出できないために歩留りが低下して製品コストが高くなるという問題点があった。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、吸着される半導体チップの幅を狭くでき、さらに、半導体チップが実装される製品の歩留りを向上させてコストダウンを図ることができる半導体チップ吸着コレット並びにこれを用いた半導体チップアライメント方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
本発明の第１態様では、略軸心部に吸引孔が形成され、先細りでその先端面が真空吸着面である半導体チップ吸着コレットにおいて、先端部の側面がミラー面である。
この半導体チップ吸着コレットによれば、照明光がミラー面で反射された後、半導体チップ及びその下の基板の表面で反射されるので、その反射光をカメラに入射させて撮像することができる。このため、半導体チップ上のアライメントマークがミラー面の前方に位置するように、コレットの先端面に半導体チップを吸着させればよい。
【０００７】
これにより、横幅の狭い半導体チップをコレットで吸着可能である。また、アライメントマークを確実に撮像することができるので、半導体チップの位置合わせを従来よりも正確に行なうことが可能となって、製品の歩留りが向上しコストダウンを図ることができる。
ミラー面がアライメントマーク上に影を作らないようにすることができるので、コレット先端部側面とコレットの軸との間の角度を例えば４５゜と、従来の１５゜よりも大きくすることができ、これによりコレットの先端部強度が増して寿命が長くなる。
【０００８】
また、この角度が比較的大きいので、ミラー面を広くして反射光による半導体チップ及び基板上の照明範囲を広くすることができる。
本発明の第２態様の半導体チップ吸着コレットでは、上記第１態様において、上記先端部に、軸心と略平行なカット面が形成され、この面が上記ミラー面である。
この半導体チップ吸着コレットによれば、ミラー面で反射され、さらに半導体チップ上又は基板上で反射された光が、ミラー面入射方向と反対方向へ進むので、カメラと同軸の照明装置を用いることができ、照明光の方向の調整が不要になる。
【０００９】
本発明の第３態様の半導体チップ吸着コレットは、上記第２態様において、合成樹脂で形成され、上記カット面に金属膜が被着されている。
この半導体チップ吸着コレットによれば、コレットの熱伝導率が低いので、半導体チップを加熱して半田付けする際に半導体チップからコレットへ伝導する熱量を低減でき、これにより半田付けを高速に行なうことが可能になる。
【００１０】
本発明の第４態様の半導体チップアライメント装置では、上記第１乃至３態様のいずれか１つの半導体チップ吸着コレットと、
該半導体チップ吸着コレットを保持して、半導体チップ吸着コレットの先端面に吸着された半導体チップを移動させる可動ステージと、
該半導体チップ吸着コレットの上記ミラー面の下部を含む領域を照明する照明装置と、
該半導体チップ吸着コレットの該ミラー面の先端付近を撮像してその映像信号を出力するカメラと、
該映像信号を処理した結果に基づき、該可動ステージを駆動して該半導体チップを位置合わせする制御装置とを有する。
【００１１】
本発明の第５態様の半導体チップアライメント方法では、上記第１乃至３態様のいずれか１つの半導体チップ吸着コレットの先端面に半導体チップを吸着して、該半導体チップを基板上へ移動させ、
該半導体チップ吸着コレットの上記ミラー面の下部を含む領域を照明し、
該半導体チップ吸着コレットの該ミラー面の先端付近を撮像してその画像を処理し、
画像処理結果に基づき、該基板に対し該半導体チップを位置合わせする。
【００１２】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態のコレット１０Ａによるチップアライメント状態を示す斜視図である。図２は、図１の状態の側面図である。
コレット１０Ａは、その偏心軸ＢＸを中心線とする吸引孔１１Ａが形成されている。コレット１０Ａの先細り部２０は、円錐台をその中心を通る平面でカットした形であり、このカット面にミラー面２１が形成されている。ミラー面２１は例えば、金属研磨面又は金属蒸着面である。斜め上からミラー面２１を見下ろしたときにミラー面２１が隠れないようにするために、コレット１０Ａの側面が斜めにカットされて半楕円面２２が形成され、ミラー面２１の上辺が半楕円面２２の直線と一致している。
【００１４】
コレット１０Ａの先端は真空吸着面であり、これに半導体チップ１３Ａが吸着されている。
図３は、図１のコレット１０Ａを用いた半導体チップアライメント装置の概略構成を示す。
コレット１０Ａは、その基端部がＸ−Ｙ−Ｚ−θステージ３０のホルダ３１に保持されている。Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ３０は、このホルダ３１と、θステージ３２、Ｚステージ３３、Ｙステージ３４及びＸステージ３５を備えて、コレット１０Ａを互いに直角なＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向へ移動可能であり、さらに、Ｚ軸の回りにコレット１０Ａを回転可能である。トレー３６に搭載された半導体チップは、コレット１０Ａで吸着され、Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ３０により基板１５上へ移送される。トレー３７に搭載された基板は、不図示のコレット及びＸ−Ｙ−Ｚ−θステージにより、ヒータステージ１４上へ移送される。
【００１５】
コレット１０Ａの斜め上方には、ＣＣＤカメラ４０がその光軸を図１のミラー面２１へ向けて配置されている。ＣＣＤカメラ４０には鏡筒４１が取り付けられ、鏡筒４１内に対物レンズ４２及びリレーレンズ４３が取り付けられている。
対物レンズ４２とリレーレンズ４３との間には、鏡筒４１の軸に対しハーフミラー４４が４５゜傾斜して配置されている。このハーフミラー４４に対向して、鏡筒４１の側面に鏡筒４５が取着され、鏡筒４５内のランプ４６からの光がコリメートレンズ４７で平行化され、次いでハーフミラー４４で反射されて対物レンズ４２を通り、図１のミラー面２１に照射される。照明光ＩＬはミラー面２１で反射された後、半導体チップ１３Ａ上又は基板１５上で反射され、照明光ＩＬと逆方向の反射光ＲＬとなり、図３の対物レンズ４２、ハーフミラー４４及びリレーレンズ４３を通ってＣＣＤカメラ４０の受光面に拡大結像される。
【００１６】
ＣＣＤカメラ４０の出力信号は、画像処理装置５０に供給されて処理され、撮影画像が表示装置５１に表示されると共に、基板１５上のアライメントマーク１８及び１９の画像に対する半導体チップ１３Ａ上のアライメントマーク１６Ａ及び１７Ａの画像の位置情報がメインコントローラ５２に供給される。メインコントローラ５２はこれに基づいて、この位置が目標位置になるようにステージコントローラ５３を介しＸ−Ｙ−Ｚ−θステージ３０を駆動させる。
【００１７】
図１に戻って、照明光がミラー面２１で反射された後、半導体チップ１３Ａ及び基板１５の表面で反射されて逆方向へ進み、ＣＣＤカメラ４０に結像されるので、半導体チップ１３Ａ上のアライメントマーク１６Ａ及び１７Ａがミラー面２１の前方に位置するように、コレット１０Ａの先端面に半導体チップ１３Ａを吸着させればよい。
【００１８】
これにより、横幅の狭い半導体チップ１３Ａを吸着可能である。また、アライメントマーク１６Ａ及び１７Ａを確実に撮像することができるので、基板１５に対する半導体チップ１３Ａの位置合わせを従来よりも正確に行なうことが可能となって、製品の歩留りが向上しコストダウンを図ることができる。
熱伝導率が低い材料でコレット１０Ａを形成すれば、半導体チップ１３Ａを加熱して半田付けする際に半導体チップ１３Ａからコレット１０Ａへ伝導する熱量を低減できるので、半田付けを高速に行なうことが可能になる。また、電気伝導率が高い材料でコレット１０Ａを形成すれば、帯電による半導体チップ１３Ａの損傷を低減することができる。熱伝導率が低く且つ電気伝導率が高い（０．１ＭΩ／ｃｍ2〜１ＧΩ／ｃｍ2）材料として、ポリイミド系樹脂を用いることができる。
【００１９】
面２１がアライメントマーク１６Ａ及び１７Ａ上に影を作らないので、先細り部２０の母線と軸ＢＸとの間の角度を例えば４５゜と、従来の１５゜よりも大きくすることができ、これによりコレット１０Ａの先端部強度が増して寿命が長くなる。また、この角度が比較的大きいので、ミラー面２１を広くして反射光による半導体チップ１３Ａ及び基板１５上の照明範囲を広くすることができる。
【００２０】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態のコレット１０Ｂによるチップアライメント状態を示す斜視図である。
コレット１０Ｂの先端部は、図１の半楕円面２２及びミラー面２１のようなカット面がなく、円錐台形であり、その側面は、金属研磨面又は金属蒸着面のミラー面２１Ｂである。この場合、照明光はカメラの光軸と異なる方向から入射される。
【００２１】
図５は、図４のコレット１０Ｂを用いた半導体チップアライメント装置の概略構成を示す。
この装置では、図３のハーフミラー４４、鏡筒４５、ランプ４６及びコリメートレンズ４７が省略され、鏡筒４１とは別体の照明装置４８が複数、図４のミラー面２１Ｂに対向して配置されている。照明装置４８は、ミラー面２１Ｂの周囲に対向したリング形のランプを備えたものあってもよい。他の点は図３と同一である。
【００２２】
本第２実施形態のコレット１０Ｂによれば、吸引孔１１及びミラー面２１を、図１の吸引孔１１Ａ、ミラー面２１及び半楕円面２２よりも容易に形成することができる。
また、ミラー面２１Ｂの母線と軸ＡＸとの間の角度は例えば４５゜と、従来の１５゜よりも大きくすることができ、これによりコレット１０Ｂの先端部強度が増して寿命が長くなる。
【００２３】
さらに、この角度が比較的大きいので、ミラー面２１Ｂを広くして反射光による半導体チップ１３Ａ及び基板１５上の照明範囲を広くすることができる。
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態のコレット１０Ｃによるチップアライメント状態を示す斜視図である。
【００２４】
コレット１０Ｃの先端部には、斜めにカットされた複数の略扇形平面からなるミラー面２１Ｃ１、２１Ｃ２及び２１Ｃ３などが形成されている。コレット１０Ｃは、図５と同様の装置に取り付けられる。
本第３実施形態によっても、上記第２実施形態と同様に、これらミラー面を、図１の吸引孔１１Ａ、ミラー面２１及び半楕円面２２よりも容易に形成することができる。
【００２５】
また、ミラー面と軸ＡＸとの間の角度は例えば４５゜と、従来の１５゜よりも大きくすることができ、これによりコレット１０Ｃの先端部強度が増して寿命が長くなる。
さらに、この角度が比較的大きいので、ミラー面を広くして反射光による半導体チップ１３Ａ及び基板１５上の照明範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態のコレットによるチップアライメント状態を示す斜視図である。
【図２】  図１の状態の側面図である。
【図３】  図１のコレットを用いた半導体チップアライメント装置の概略構成を示す図である。
【図４】  本発明の第２実施形態のコレットによるチップアライメント状態を示す斜視図である。
【図５】  図４のコレットを用いた半導体チップアライメント装置の概略構成を示す図である。
【図６】  本発明の第３実施形態のコレットによるチップアライメント状態を示す斜視図である。
【図７】  従来のコレットによるチップアライメント状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜１０Ｃ  コレット
１１、１１Ａ  吸引孔
１２  コーン部
１３、１３Ａ  半導体チップ
１５  基板
１６、１７、１６Ａ、１７Ａ、１８、１９  アライメントマーク
２１、２１Ｂ、２１Ｃ１〜２１Ｃ３  ミラー面
３０  Ｘ−Ｙ−Ｚ−θステージ
３１  ホルダ
３６、３７  トレー
４０  ＣＣＤカメラ
４１、４５  鏡筒
４２  対物レンズ
４３  リレーレンズ
４４  ハーフミラー
４６  ランプ
４７  コリメートレンズ
５０  画像処理装置
５１  表示装置
５２  メインコントローラ
５３  ステージコントローラ
【図１】
0003756031.tif 000002
【図２】
0003756031.tif 000003
【図３】
0003756031.tif 000004
【図４】
0003756031.tif 000005
【図５】
0003756031.tif 000006
【図６】
0003756031.tif 000007
【図７】
0003756031.tif 000008