(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6977052
(24)【登録日】2021年11月12日
(45)【発行日】2021年12月8日
(54)【発明の名称】チップボンディング装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20211125BHJP
H01L 21/50 20060101ALI20211125BHJP
H01L 21/52 20060101ALI20211125BHJP
H01L 21/677 20060101ALI20211125BHJP
H01L 21/67 20060101ALI20211125BHJP
H01L 21/68 20060101ALI20211125BHJP
H01L 21/301 20060101ALI20211125BHJP
【FI】
H01L21/60 311T
H01L21/50 C
H01L21/50 F
H01L21/52 F
H01L21/68 A
H01L21/68 E
H01L21/68 F
H01L21/78 Y
【請求項の数】17
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2019-546821(P2019-546821)
(86)(22)【出願日】2018年2月27日
(65)【公表番号】特表2020-509591(P2020-509591A)
(43)【公表日】2020年3月26日
(86)【国際出願番号】CN2018077348
(87)【国際公開番号】WO2018157780
(87)【国際公開日】20180907
【審査請求日】2019年10月25日
(31)【優先権主張番号】201710115106.X
(32)【優先日】2017年2月28日
(33)【優先権主張国】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】309012351
【氏名又は名称】シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント(グループ)カンパニー リミティド
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】チェン フェイビャオ
(72)【発明者】
【氏名】シャー ハイ
(72)【発明者】
【氏名】ジュー ユエビン
(72)【発明者】
【氏名】チェン ハイリン
(72)【発明者】
【氏名】ジャン シャオユー
(72)【発明者】
【氏名】ジャオ リリ
(72)【発明者】
【氏名】ジャン ドンハオ
【審査官】
安田 雅彦
(56)【参考文献】
【文献】
特開平11−067879(JP,A)
【文献】
特開2016−171106(JP,A)
【文献】
特開2007−158102(JP,A)
【文献】
特開2001−035864(JP,A)
【文献】
特開2009−200203(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/60−607
H01L 21/50−52
H01L 21/67−687
H01L 21/301
H05K 13/00−08
(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。