特許 7428570 実装装置

(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】

(24)【登録日】2024-01-29

(45)【発行日】2024-02-06

(54)【発明の名称】実装装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240130BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311T

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020060178

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021158312

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】奈良場 聰

(72)【発明者】

【氏名】松本 武士

(72)【発明者】

【氏名】寺田 勝美

【審査官】堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１２９５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８１４５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィルム基板上の半導体チップを加熱および加圧することで、前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極を接合して、前記半導体チップを前記フィルム基板に実装する実装装置であって、
前記半導体チップを加熱するヒータ部と、前記ヒータ部と連結した位置に脱着可能に設けられ、前記半導体チップを加圧する面を備えたアタッチメントと、を有するボンディングヘッドと、
前記ボンディングヘッドによる前記半導体チップの可圧時に、加圧領域を前記フィルム基板側から支持する基板ステージと、
前記アタッチメント脱着時に、前記アタッチメントを搬送するアタッチメント搬送手段とを備え、
前記アタッチメント搬送手段がヒータを内蔵している実装装置。

【請求項2】

フィルム基板上の半導体チップを加熱および加圧することで、前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極を接合して、前記半導体チップを前記フィルム基板に実装する実装装置であって、
前記半導体チップを加熱するヒータ部と、前記ヒータ部と連結した位置に脱着可能に設けられ、前記半導体チップを加圧する面を備えたアタッチメントと、を有するボンディングヘッドと、
前記ボンディングヘッドによる前記半導体チップの可圧時に、加圧領域を前記フィルム基板側から支持する基板ステージと、
前記アタッチメント脱着時に、前記アタッチメントを搬送するアタッチメント搬送手段と、
実装前のフィルム基板と半導体チップの位置合わせをするための上下２視野カメラを備え、
前記アタッチメント搬送手段が前記上下２視野カメラに連結された実装装置。

【請求項3】

フィルム基板上の半導体チップを加熱および加圧することで、前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極を接合して、前記半導体チップを前記フィルム基板に実装する実装装置であって、
前記半導体チップを加熱するヒータ部と、前記ヒータ部と連結した位置に脱着可能に設けられ、前記半導体チップを加圧する面を備えたアタッチメントと、を有するボンディングヘッドと、
前記ボンディングヘッドによる前記半導体チップの可圧時に、加圧領域を前記フィルム基板側から支持する基板ステージと、
前記アタッチメント脱着時に、前記アタッチメントを搬送するアタッチメント搬送手段と、
前記ボンディングヘッドから外された状態の前記アタッチメントを洗浄する洗浄手段を備えた実装装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３の何れかに記載の実装装置であって、
前記ヒータ部が４５０℃以上に昇温可能な実装装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４の何れかに記載の実装装置であって、
前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極の一方の電極は金メッキを施され、他方が錫メッキを施され、加熱により両電極が金錫共晶接合される実装装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はフィルム基板上に半導体チップを実装する実装装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フィルム基板に半導体チップを実装するチップオンフィルム（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ；以下ＣＯＦと記す）実装は従来よりディスプレイ用ドライバＩＣ等の用途に用いられているが、昨今では携帯端末の狭額化の影響等により需要が拡大している。このため、ＣＯＦ実装を行う実装装置の需要も高まっている。

【0003】

特に、画像の高精細化の進捗に伴い、電極ピッチが狭い半導体チップの実装に適したフリップチップ方式のＣＯＦ実装が主流となってきている。

【0004】

図５（および図５の主要部を拡大した）図６は、フリップチップ方式でＣＯＦ実装を行う実装装置の一例を示すもので、ダイシング済のウェハＷから半導体チップＣをピックアップしてフィルム基板Ｆにフリップチップ実装するものである。ここで、半導体チップCの電極であるバンプとフィルム基板Ｆの接合は、電極ピッチが狭くても信頼性が得られるよう金属同士を直接接合している。具体的には、金錫共晶接合が主に用いられている。

【0005】

金錫共晶接合を行うために両電極を高温に加熱する必要があり、ボンディングヘッド２のヒータ部２２は４００℃程度まで昇温され、ヒータ部２２の下面に吸着保持された半導体チップＣが加熱され、半導体チップＣの電極とフィルム基板Ｆに設けられた電極が対向密着した状態で加圧されることで接合する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平２００６－２６９７４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図５およ図６の実装装置において、半導体チップＣの実装を繰り返し行うことにより、半導体チップＣを吸着保持するヒータ２２の下面に付着した汚れが硬化しながら堆積されていくことが知られている（特許文献１等）。このような堆積物は、半導体チップＣの吸着、加圧および加熱に悪影響を及ぼすことから、適宜除去する必要がある。

【0008】

このため、一定回数の実装を行った後にヒータ２２の下面を清掃する機構を実装装置に組み込むことが多い。

【0009】

図５および図６においては、清掃手段７が構成要素として含まれており、清掃手段７に設けた砥石７１によりヒータ２２の下面の堆積物除去している。具体的には、ボンディングヘッド２がステージ３と対向する状態から、定期的に清掃手段７と対向する位置に移動し、ヒータ２２と砥石７１を密着させながらＸＹ面内で相対移動させている。なお、ヒータ２２の下面への汚れ付着の度合いは、ウェハＷの違い等の種々の条件の違いによって異なるため、清掃に要する時間は確実性を重視して長めに設定する傾向がある。

【0010】

このような清掃は、比較的簡単な構成で自動的に行えるため、オペレータに対する負荷は小さい。ただし、清掃に要する時間は、実装装置としての実稼働率を低下させている。また、砥石７１で汚れを除去する場合、削りカスが装置内に飛散し、実装品質に悪影響を及ぼす懸念もあり、削りカスを回収する機構を付加すると装置のコストアップになる。

【0011】

さらに、昨今では、実装のサイクルタイムを短縮する一環として、加熱温度の高温化が進んでおり、ヒータ２２の温度に対する要求も５００℃前後に達している。このようなヒータ２２の温度上昇により実装１回毎の時間は短縮される一方で、汚れの硬化および堆積も加速される傾向にあり、従来以上の高頻度でヒータ２２の下面を清掃する必要が生じており、サイクルタイム短縮に見合った生産性向上にはなっていない。

【0012】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体チップをフィルム基板に実装するのに際して、サイクルタイムが短く、生産性に優れた実装装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
フィルム基板上の半導体チップを加熱および加圧することで、前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極を接合して、前記半導体チップを前記フィルム基板に実装する実装装置であって、
前記半導体チップを加熱するヒータ部と、前記ヒータ部と連結した位置に脱着可能に設けられ、前記半導体チップを加圧する面を備えたアタッチメントと、を有するボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドによる前記半導体チップの可圧時に、加圧領域を前記フィルム基板側から支持する基板ステージと、前記アタッチメント脱着時に、前記アタッチメントを搬送するアタッチメント搬送手段とを備え、
前記アタッチメント搬送手段がヒータを内蔵している実装装置である。

【0014】

請求項２に記載の発明は、
フィルム基板上の半導体チップを加熱および加圧することで、前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極を接合して、前記半導体チップを前記フィルム基板に実装する実装装置であって、
前記半導体チップを加熱するヒータ部と、前記ヒータ部と連結した位置に脱着可能に設けられ、前記半導体チップを加圧する面を備えたアタッチメントと、を有するボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドによる前記半導体チップの可圧時に、加圧領域を前記フィルム基板側から支持する基板ステージと、前記アタッチメント脱着時に、前記アタッチメントを搬送するアタッチメント搬送手段と、実装前のフィルム基板と半導体チップの位置合わせをするための上下２視野カメラを備え、
前記アタッチメント搬送手段が前記上下２視野カメラに連結された実装装置である。

【0015】

請求項３に記載の発明は、
フィルム基板上の半導体チップを加熱および加圧することで、前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極を接合して、前記半導体チップを前記フィルム基板に実装する実装装置であって、
前記半導体チップを加熱するヒータ部と、前記ヒータ部と連結した位置に脱着可能に設けられ、前記半導体チップを加圧する面を備えたアタッチメントと、を有するボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドによる前記半導体チップの可圧時に、加圧領域を前記フィルム基板側から支持する基板ステージと、前記アタッチメント脱着時に、前記アタッチメントを搬送するアタッチメント搬送手段と、前記ボンディングヘッドから外された状態の前記アタッチメントを洗浄する洗浄手段を備えた実装装置である。

【0016】

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載の実装装置であって、
前記ヒータ部が４５０℃以上に昇温可能な実装装置である。

【0017】

請求項５に記載の発明は、
請求項１から請求項４の何れかに記載の実装装置であって、
前記フィルム基板上の電極と前記半導体チップの電極の一方の電極は金メッキを施され、他方が錫メッキを施され、加熱により両電極が金錫共晶接合される実装装置である。

【発明の効果】

【0018】

本発明により、半導体チップをフィルム基板に実装するのに際して、サイクルタイムが短く、生産性に優れた実装装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係る実装装置の構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る主要部分について説明する図である。

【図3】本発明の実施形態に係る実装装置がアタッチメント脱着を行う状態を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係るアタッチメント搬送手段の別形態を示す図である。

【図5】フィルム基板に半導体チップを実装する実装装置の従来例である。

【図6】フィルム基板に半導体チップを実装する実装装置の主要部分を示す図である。

【図7】フィルム基板に半導体チップを実装する実装装置の従来例で半導体チップ吸着面を清浄する状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る実装装置１の構成を示す図であり、図２は実装装置１の主要部分の構成を示す図である。図１の実装装置１は、半導体チップＣをフィルム基板Ｆに実装する装置であり、半導体チップＣの電極であるバンプとフィルム基板Ｆの電極を接合するものである。

【0021】

本実施形態において半導体チップＣのバンプは金メッキを施されたもので、フィルム基板Ｆの電極は錫メッキを施されたものであり、加熱により両電極が金錫共晶接合されるものである。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体チップＣのバンプに錫メッキが施され、フィルム基板Ｆの電極に金メッキが施されたものでもよく、更には、両電極を接合する際に高温が必要な実装に利用できるものである。

【0022】

また、フィルム基板Ｆは耐熱性を有するポリイミド等の樹脂フィルム表面に電極パターンが形成されたもので、順次搬送されながら所定位置に半導体チップＣが実装されるものである。フィルム基板Ｆは図示していないフィルム搬送機構により連続的に搬送されるもので、図１ではフィルム基板Ｆが左から右に搬送される例を示している。

【0023】

ボンディングヘッド２は、半導体チップＣを保持して加熱する機能を有しているとともに、図示していないヘッド駆動ユニットにより上下（Ｚ方向）に移動して半導体チップＣを対向面に加圧する機能を有している。また、ボンディングヘッド２はヘッド駆動ユニットにより、ＸＹ方向および、Ｚ軸に対する回転方向であるθ方向に移動可能となっている。

【0024】

ボンディングヘッド２は、図２に示すように、ヘッド本体２１、ヒータ部２２、アタッチメント２２によって構成されている。ヘッド本体２１はヒータ部２２を下側に保持しつつ、ヒータ部２２の熱を遮断した状態でヘッド駆動ユニットによって駆動される。ヒータ部２２は、アタッチメント２３を介して半導体チップＣを加熱するもので電熱ヒータを内蔵している。なお、本発明における電熱ヒータとして加熱温度が４００℃以上のコンスタントヒータを前提としているが、加熱温度が４５０℃以上の場合に発明の効果が大きく、５００℃以上で顕著な効果が得られる。また、加熱温度が４５０℃以上であればコンスタントヒータに限定されるものではなく、セラミックヒータであっても良い。

【0025】

アタッチメント２３は、半導体チップＣと密着する面を有し、ヒータ部２２で発生した熱を半導体チップＣに伝える機能も有している。本発明において、アタッチメント２３はヒータ部２２に対して脱着可能に設けられており、ヒータ部２２に吸着保持されるようになっている。なお、ヒータ部２２、アタッチメント２３の材質としては、寸法安定性も含む耐熱性、伝熱性に優れた、金属やセラミックスから選定される。

【0026】

ステージ３は、ボンディングヘッド２によって半導体チップＣとフィルム基板Ｆを加圧する際に、加圧領域をフィルム基板Ｆ側から支持するものであり、ステージ本体３１とステージアタッチメント３２から構成されるが、ステージ本体３１に電熱ヒータを内蔵するなどして、ステージアタッチメント３２を昇温する機能を備えていてもよい。また、ステージ３をＸＹ方向やＺ方向に駆動するステージ駆動ユニットがあってもよい。

【0027】

上下２視野カメラ４は、半導体チップＣのバンプとフィルム基板Ｆの電極の位置が合うように、半導体チップＣとフィルム基板Ｆの位置合わせを行うために相対位置の観察を行うものであり、ＸＹ方向に移動可能でありＺ方向に移動する機能を備えていてもよい。具体的には、半導体チップＣのバンプ側の面にあるアライメントマークと、フィルム基板Ｆの電極側の面にあるアライメントマークを観察して両者の相対位置を掌握するものである。相対位置観察後は、位置合わせのために、ボンディングヘッド２等をＸＹ面内およびθ方向で調整する。

【0028】

アタッチメント搬送手段５は、ヒータ部２２から外れたアタッチメント２３の搬出および、ヒータ部２２に装着するアタッチメント２３の搬入を行うものであり、図１および図２では、スライドレール５１と、アタッチメント２３を保持し、スライドレール５１上を移動するテーブル５２によって構成される例を示している。ここで、テーブル５２はアタッチメント２３を吸着保持する機能を有していることが好ましく、アタッチメント２３を加熱するヒータを内蔵していてもよい。

【0029】

チップ供給手段６は、ダイシングされたウェハＷから半導体チップＣをピックアップして、ボンディングヘッド２に受け渡す機能を有するものである。チップ供給手段６は、ウェハＷをダイシングテープ側からニードル機構６３で突き上げ、突き上げられた半導体チップＣをチップピッカ６２が吸着保持してから反転させ、スライドレール６１に沿ってボンディングヘッド側に搬送するものである。

【0030】

実装装置１でアタッチメント２３を交換するタイミングは、基本的に従来の実装装置がヒータ２２の下面を清掃するタイミングと同様である。実装装置１では、アタッチメント２３の交換に際して、以下の手順で進む。すなわち、
（１）ボンディングヘッド２がテーブル５２の上に移動（図３）してアタッチメント２３の吸着を解除してテーブル５２に受け渡し、
（２）テーブル５２が移動して、使用済みアタッチメント２３を排出、
（３）テーブル５２が新たなアタッチメント２３を搭載し、ボンディングヘッド２の下に移動、
（４）新たなアタッチメント２３をボンディングヘッド２に受け渡し（図３）、
（５）ボンディングヘッド２が実装を行う所定位置に移動、
となる。

【0031】

このようにアタッチメント２３を交換する手順は、従来のヒータ２２下面を清掃するのに比べて短時間で行うことが出来るとともに、半導体チップＣと密着する面を確実に清掃したアタッチメント２３に交換することが可能である。更に、アタッチメント２３を脱着および搬送するのに際して削りカスのような微粉末が発生するようなこともない。

【0032】

さらに、テーブル５２がヒータを内蔵していれば、新たなアタッチメント２３をボンディングツール２に受け渡した直後から、アタッチメント２３が熱圧着を行える程度に加熱されるので好ましい。

【0033】

また、テーブル５２が２つのアタッチメント２３を同時に保持できるものであるならば、上に説明した手順は以下のように短縮される、すなわち、
（１）ボンディングヘッド２が、新たなアタッチメント２３を搭載したテーブル５２の上に移動してアタッチメント２３の吸着を解除してテーブル５２に受け渡し、
（２）新たなアタッチメント２３をボンディングヘッド２に受け渡し、
（３）ボンディングヘッド２が実装を行う所定位置に移動、
と短縮することもできる。

【0034】

このように、本実施形態のように、アタッチメントツール２３を交換することにより、実装作業以外のロス時間を減らすことが出来、実装装置の生産性が向上する。

【0035】

なお、図１に示した実装装置においてアタッチメント搬送手段５として、テーブル５２を移動させるためのスライドレール５１を備えた構成となっているが、これに限定されるものではない。例えば、図４のようにＸＹ方向に移動可能な上下２視野カメラに連結するようにテーブル５２を設ける構成としてもよい。

【0036】

ところで、ボンディングヘッド２から取り外したアタッチメント２３は洗浄することで再利用することが可能である。そのような洗浄装置を実装装置と別に設けてもよいが、実装装置がアタッチメントの洗浄手段を備える構成としてもよい。アタッチメント２３に付着する堆積物の主成分が有機物であるならば、有機溶剤による洗浄手段を備える構成としてもよい。このような有機溶剤による洗浄は、従来の実装装置でヒータ２２の下面を清掃するのには使用し難いものであったが、アタッチメントツールを弾着する方式とすることで採用が可能となる。

【符号の説明】

【0037】

１ 実装装置
２、２０ ボンディングヘッド
３ ステージ
４ 上下２視野カメラ
５ アタッチメント搬送手段
６ チップ供給手段
７ 表面清掃手段
８ ウェハラック
２１ ヘッド本体
２２ ヒーター部
２３ アタッチメント
３１ ステージ本体
３２ ステージアタッチメント
５１ スライドレール
５２ テーブル
６１ スライドレール
６２ チップピッカ
６３ ニードル機構
７１ 砥石
C 半導体チップ
Ｆ フィルム基板
Ｗ ウェハ（ダイシング済）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】