[go: up one dir, main page]

JP2820526B2 - Positioning method and apparatus for flip chip bonding - Google Patents

Positioning method and apparatus for flip chip bonding

Info

Publication number
JP2820526B2
JP2820526B2 JP32953390A JP32953390A JP2820526B2 JP 2820526 B2 JP2820526 B2 JP 2820526B2 JP 32953390 A JP32953390 A JP 32953390A JP 32953390 A JP32953390 A JP 32953390A JP 2820526 B2 JP2820526 B2 JP 2820526B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chip
camera
substrate
bonding
bumps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP32953390A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04206534A (en
Inventor
陽一 及川
豊 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP32953390A priority Critical patent/JP2820526B2/en
Publication of JPH04206534A publication Critical patent/JPH04206534A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2820526B2 publication Critical patent/JP2820526B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/75Apparatus for connecting with bump connectors or layer connectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 目次 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段及び作用 実 施 例 発明の効果 概要 フリップチップボンディングの位置合わせ方法及び装
置に関し、 光半導体チップのフリップチップボンディングを高精
度に行う方法及び装置を提供することを目的とし、 基板のパターンを観測する第1カメラとチップのバン
プを観測する第2カメラを設け、基準スケールを用いて
前記第1及び第2カメラの絶対倍率を求め、前記第1カ
メラと第2カメラのXY平面上で中心点間のオフセット距
離を求め、第1カメラで撮影した画像をモニタ上に表示
し、この画像から第1カメラの絶対倍率を基に前記基板
上のパターンの絶対位置座標を読み取り、前記モニタを
切り換えて第2カメラで撮影した画像を該モニタ上に表
示し、この画像から第2カメラの絶対倍率を基に前記チ
ップのバンプの絶対位置座標を読み取り、前記チップを
吸着したボンディングヘッドを前記オフセット距離と前
記パターン及びバンプの絶対位置座標間のずれ量の和だ
け移動させるように構成する。
The present invention relates to a method and an apparatus for aligning flip-chip bonding. SUMMARY OF THE INVENTION Means for Solving the Problems and Actions to Solve the Problems Embodiments Effects of the Invention With the object of providing a method and apparatus for performing flip chip bonding of an optical semiconductor chip with high precision, a first camera for observing a pattern of a substrate and a second camera for observing a bump of a chip are provided, and a reference scale is used. Calculating the absolute magnification of the first and second cameras, obtaining the offset distance between the center points of the first camera and the second camera on the XY plane, displaying an image captured by the first camera on a monitor, From this image, the absolute position coordinates of the pattern on the substrate are read based on the absolute magnification of the first camera, and the monitor is switched to shoot with the second camera The displayed image is displayed on the monitor, the absolute position coordinates of the bump of the chip are read from the image based on the absolute magnification of the second camera, and the bonding head that has absorbed the chip is moved to the offset distance and the pattern and bump. It is configured to move by the sum of the shift amounts between the absolute position coordinates.

産業上の利用分野 本発明は一般的にフリップチップボンディングの位置
合わせ方法及び装置に関し、特に、光通信システムにお
ける超高速用光・電子複合モジュールを製造するため
に、光半導体チップの半田バンプと電子回路基板のパタ
ーンを個々にモニタし、チップ側と基板側の絶対位置座
標を用いて、フリップチップボンディングの位置合わせ
をする方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to an alignment method and apparatus for flip-chip bonding, and more particularly, to a method for manufacturing an ultra-high-speed optical / electronic combined module in an optical communication system, the method includes the steps of: The present invention relates to a method and an apparatus for individually monitoring a pattern of a circuit board and performing alignment of flip chip bonding using absolute position coordinates of a chip side and a substrate side.

近年、遠距離間通信の需要に応じて、通信システムに
求められる情報電送速度は増加する傾向にある。特に、
光通信システムにはマルチギガビット級の伝送速度が必
要となりつつあり、この伝送速度を実現する光通信装置
の開発が要求されている。
In recent years, the information transmission speed required for a communication system tends to increase according to the demand for long-distance communication. Especially,
An optical communication system is required to have a multi-gigabit-class transmission speed, and there is a demand for the development of an optical communication device that realizes this transmission speed.

このような光速光伝送システムを構築するためには、
使用される光半導体チップの高速性を損なわない実装法
が不可欠となる。このような実装法の一つとして、光半
導体チップと回路基板とのフリップチップボンディング
により、従来ワイヤで接続していた際に生じる寄生リア
クタンスを除去し、光半導体チップの高速特性を損なう
ことなく実装することができる。このような光半導体チ
ップのフリップチップボンディングの場合は、寄生リア
クタンス低減のために、電気回路チップのフリップチッ
プボンディングの場合に比較して、バンプ径として非以
上に小径の数十μm程度が要求されている。
In order to construct such a light-speed optical transmission system,
A mounting method that does not impair the high speed of the used optical semiconductor chip is indispensable. One such mounting method is flip-chip bonding between the optical semiconductor chip and the circuit board, eliminating the parasitic reactance that would otherwise occur when wires were connected, and mounting without impairing the high-speed characteristics of the optical semiconductor chip. can do. In the case of such flip-chip bonding of an optical semiconductor chip, the bump diameter is required to be as small as about several tens of μm as compared with the case of flip-chip bonding of an electric circuit chip in order to reduce the parasitic reactance. ing.

従来の電気回路チップ用のフリップチップボンダー装
置では位置合わせ精度を十μm以下にすることができな
いため、光半導体チップのフリップチップボンディング
を行うために高い精度を有するフリップチップボンディ
ング方法及び装置が要望されている。
Since a conventional flip chip bonder for an electric circuit chip cannot achieve an alignment accuracy of 10 μm or less, a flip chip bonding method and apparatus having high precision for performing flip chip bonding of an optical semiconductor chip is demanded. ing.

従来の技術 従来のフリップチップボンダー装置は、例えば、特公
平1−31296号に記載されているように、基板パターン
の観測用カメラからの画像とチップバンプ観測用カメラ
からの画像とを1台のモニタ上に合成し、基板パターン
とチップバンプの位置ずれ量を検出している。しかしな
がらこのフリップチップボンダー装置では、1台のモニ
タ上に基板パターンの画像とチップバンプの画像とを合
成しているため、小径な複数個のバンプとパターンの画
像を鮮明に識別することができないという問題があり、
また、識別し易くするためには、各画像のカラー処理工
程を追加する等の改善が必要であり、装置全体が大型に
なるとともにコストが高くなるという欠点を有してい
た。
2. Description of the Related Art As described in Japanese Patent Publication No. 1-31296, for example, a conventional flip chip bonder device is configured to combine an image from a substrate pattern observation camera and an image from a chip bump observation camera into one unit. They are synthesized on a monitor and the amount of displacement between the substrate pattern and the chip bump is detected. However, in this flip chip bonder, since the image of the substrate pattern and the image of the chip bump are combined on one monitor, the image of the plurality of small-diameter bumps and the pattern cannot be clearly identified. There is a problem,
Further, in order to facilitate the identification, it is necessary to make improvements such as adding a color processing step for each image. This has a disadvantage that the entire apparatus becomes large and the cost increases.

また、上述した公告公報に記載された従来の位置ずれ
補正方法では、まず、チップと基板との回転ずれを補正
し、次にその後生じているX,Y方向のずれ量を検出し
て、位置ずれを補正している。しかしながらこの位置ず
れ補正方法では、2段階の補正計算と制御が必要であ
り、計算ルーチンでの誤差が累積され精度を向上できな
いという問題を有していた。
Further, in the conventional positional deviation correction method described in the above-mentioned publication, first, the rotational deviation between the chip and the substrate is corrected, and then the amount of deviation in the X and Y directions that has occurred thereafter is detected, and the positional deviation is detected. The deviation is corrected. However, this displacement correction method requires two steps of correction calculation and control, and has a problem that errors in the calculation routine are accumulated and accuracy cannot be improved.

また他の位置ずれ補正方法としては、特開昭57−3684
0号に記載されているように、位置合わせすべき点同士
を移動させて合わせることにより位置ずれ補正量を検出
している。しかしながらこの方法では、位置合わせすべ
き点同士を移動させて合わせるために駆動制御を行う必
要があった。また、特開平1−31296号及び特開昭57−3
6840号に記載された位置ずれ補正方法とも、有限な面積
を持つバンプを点として扱っており、バンプ径以内の高
い精度が得られないという問題があった。
Further, as another method of correcting the displacement, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-3684
As described in No. 0, the misregistration correction amount is detected by moving and adjusting the points to be aligned. However, in this method, it is necessary to perform drive control in order to move and align points to be aligned. Also, JP-A-1-31296 and JP-A-57-3
In the displacement correction method described in Japanese Patent No. 6840, bumps having a finite area are treated as points, and there is a problem that high accuracy within the bump diameter cannot be obtained.

フリップチップボンディングする際には、チップを吸
着ノズルでピックアップする必要があるが、従来のチッ
プピックアップ方法は、例えば特公平2−12024号に記
載されているように、チップ表面を観察するための第3
のカメラで観察したチップ表面のコーナーを基準ライン
に一致させるように、チップ搭載台を移動させてチップ
をピックアップしている。しかしながらこの方法では、
チップ表面にレンズが形成されている受光素子をピック
アップする場合、必ずしもレンズがチップ表面の中心に
あるとは限らないため、チップピックアップ用ノズル先
端部によりレンズに損傷を与える恐れがあった。
When performing flip chip bonding, it is necessary to pick up the chip with a suction nozzle. However, a conventional chip pick-up method uses a second method for observing the chip surface as described in Japanese Patent Publication No. 2-12024. 3
The chip mounting table is moved so that the corner of the chip surface observed by the camera is aligned with the reference line, and the chip is picked up. However, with this method,
When picking up a light receiving element in which a lens is formed on the chip surface, the lens is not always located at the center of the chip surface, so that the lens may be damaged by the tip of the nozzle for chip pickup.

発明が解決しようとする課題 上述した公告公報及び公開公報に記載された、従来の
フリップチップボンディングの位置合わせ方法及び装置
は、電気回路チップのフリップチップボンディングに適
用したものであり、バンプ径として非常に小径な数十μ
m程度が要求されている光半導体チップのフリップチッ
プボンディングに適用することは困難であるという問題
があった。
Problems to be Solved by the Invention The conventional method and apparatus for positioning flip-chip bonding described in the above-mentioned publications and publications are applied to flip-chip bonding of electric circuit chips, and have very small bump diameters. Tens of μ
There is a problem that it is difficult to apply the method to flip chip bonding of an optical semiconductor chip requiring about m.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、光半導体チップのフリップチ
ップボンディングを高精度に行う方法及び装置を提供す
ることである。
The present invention has been made in view of such a point,
An object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing flip chip bonding of an optical semiconductor chip with high accuracy.

課題を解決するための手段及び作用 まず、本発明のフリップチップボンディングの位置合
わせ方法の概要について説明する。
Means and Action for Solving the Problems First, the outline of the flip chip bonding alignment method of the present invention will be described.

(1)まず、基板のパターンを観測する第1カメラとチ
ップのバンプを観測する第2カメラを設け、基準スケー
ルを用いて第1及び第2カメラの絶対倍率を求めおく。
(1) First, a first camera for observing a pattern on a substrate and a second camera for observing bumps on a chip are provided, and absolute magnifications of the first and second cameras are obtained using a reference scale.

(2)モニタ画面の中心点を原点としたx,y座標系を第
1カメラ及び第2カメラからの画像に対してそれぞれ設
定する。このとき、第1カメラと第2カメラとの座標系
間の回転方向のずれが生じないように、1台のモニタを
用い、第1カメラと第2カメラからの画像を切り換えて
それぞれの画像をモニタする。
(2) An x, y coordinate system with the center point of the monitor screen as the origin is set for the images from the first camera and the second camera, respectively. At this time, one monitor is used to switch the images from the first camera and the second camera so that the images are not shifted in the rotation direction between the coordinate systems of the first camera and the second camera. Monitor.

(3)第2カメラのよるチップのバンプ画像から、3点
のバンプを選択する。まず第1のバンプについて、バン
プに外接する四角形によりバンプを指定する。外接する
四角形は、例えば、十字カーソルを用いて2点の指定を
行い四角形を作図するようにすれば得られる。次に、こ
の四角形の中心点を求め、これをそのバンプの中心点座
標とする。
(3) Three bumps are selected from the chip bump image from the second camera. First, for the first bump, the bump is specified by a rectangle circumscribing the bump. The circumscribing rectangle can be obtained, for example, by designating two points using a cross cursor and drawing the rectangle. Next, the center point of this quadrangle is determined, and this is set as the center point coordinates of the bump.

(4)第2,第3のバンプについても同様にして中心点座
標を求める。
(4) The center coordinates of the second and third bumps are obtained in the same manner.

(5)このようにして求めた3つのバンプの中心点座標
から、その重心点座標を求める。
(5) From the coordinates of the center points of the three bumps thus obtained, the coordinates of the center of gravity are obtained.

(6)第1のバンプの中心点座標とステップ5で求めた
重心点座標を結ぶ直線がy軸又はx軸となす角度θ1を
求める。
(6) An angle θ1 between a y-axis or an x-axis formed by a straight line connecting the coordinates of the center point of the first bump and the coordinates of the center of gravity obtained in step 5 is obtained.

(7)次いで、第1カメラによる基板のパターン画像か
ら、ステップ3で選択された3点のバンプに対応する基
板上の3点のパターンを選択する。
(7) Next, from the pattern image of the substrate by the first camera, three patterns on the substrate corresponding to the three bumps selected in step 3 are selected.

(8)チップ側と同様に各パターンの中心点座標を各々
求め、その重心点座標を求める。
(8) Similar to the chip side, the coordinates of the center point of each pattern are obtained, and the coordinates of the center of gravity are obtained.

(9)チップ側と同様に、第1点目のパターンの中心点
座標とステップ8で求めた重心点座標を結ぶ直線がチッ
プ側で指定した軸と同一の軸となす角度θ2を求める。
(9) Similarly to the chip side, an angle θ2 between a straight line connecting the center point coordinates of the first point pattern and the barycentric point coordinates obtained in step 8 with the same axis as the axis specified on the chip side is calculated.

(10)以上求めた中心点座標、重心点座標及び角度か
ら、基板搭載用ステージの回転補正量及び第2カメラか
ら第1カメラへのボンディングヘッドの移動量を計算す
る。
(10) Calculate the rotation correction amount of the substrate mounting stage and the moving amount of the bonding head from the second camera to the first camera from the coordinates of the center point, the coordinates of the center of gravity, and the angle obtained above.

(11)このようにして求めた基板搭載用ステージの回転
補正量及びボンディングヘッドの移動量に応じて、基板
搭載用ステージを回転するとともに、ボンディングヘッ
ドを移動することにより、チップ上のバンプと基板上の
パターンとの位置合わせを正確に行うことができる。
(11) The substrate mounting stage is rotated and the bonding head is moved in accordance with the rotation correction amount of the substrate mounting stage and the moving amount of the bonding head obtained in this manner, whereby the bumps on the chip and the substrate are moved. Positioning with the above pattern can be performed accurately.

次に、上述した計算過程の詳細について説明する。 Next, details of the above-described calculation process will be described.

「x,y座標系の設定について」 上述したように、モニタ画面の中心点を原点としたx,
y座標系を第1及び第2カメラからの画像に対してそれ
ぞれ設定するが、このとき、第1カメラと第2カメラと
の座標系間の回転方向のずれが生じないように、1台の
モニタを用い、第1カメラと第2カメラからの画像を切
り換えて1台のモニタ上でそれぞれの画像をモニタす
る。この場合生じるずれは、第1カメラと第2カメラと
のxy平面上でのオフセット量のみとなる。
"Setting of x, y coordinate system" As described above, x, y with the center point of the monitor screen as the origin
The y-coordinate system is set for each of the images from the first and second cameras. At this time, one unit is set so that the rotation direction between the coordinate systems of the first and second cameras does not shift. Using a monitor, the images from the first camera and the second camera are switched and each image is monitored on one monitor. The displacement that occurs in this case is only the offset amount between the first camera and the second camera on the xy plane.

このオフセット量を求めるには、まず、第2カメラに
よる画像処理時に吸着ノズルの中心を座標の原点にセッ
トし、次にボンディングヘッドのステージを駆動させ、
予め基板搭載台上に配置した例えばマスキングテープ等
の圧力点の痕跡が残るモニタ板上に、ヘッドの吸着ノズ
ルによりノズルの先端形状を転写する。次に、この転写
されたノズル選択部の中心点が、第1カメラによる画像
モニタ時に、座標の原点に到達するために必要なボンデ
ィングヘッドの駆動移動量を求めることによりx,y方向
のオフセット量を求めることができる。
In order to obtain the offset amount, first, the center of the suction nozzle is set to the origin of the coordinates at the time of image processing by the second camera, and then the stage of the bonding head is driven.
The tip shape of the nozzle is transferred by a suction nozzle of the head onto a monitor plate on which a trace of a pressure point, such as a masking tape, which is previously disposed on a substrate mounting table, remains. Next, the central point of the transferred nozzle selecting unit is used to determine the amount of driving movement of the bonding head required to reach the origin of the coordinates when monitoring the image by the first camera, thereby obtaining the offset amount in the x and y directions. Can be requested.

「バンプ指定と回転角度について」 まず、計算過程を簡素化するために、y軸で最も大き
い座標点を有するバンプを、第1点目のバンプとする。
この場合、第1図に示すように、この第1点目のバンプ
の中心点(x2,y2)と、3点のバンプの中心点の加算平
均より求めた重心(x1,y1)とを結ぶ直線が、y軸とな
す角度θ1(−90゜〜+90゜)は、以下の式で求めるこ
とができる。
“About Bump Designation and Rotation Angle” First, in order to simplify the calculation process, the bump having the largest coordinate point on the y-axis is set as the first bump.
In this case, as shown in FIG. 1, the center point (x2, y2) of the first bump is connected to the center of gravity (x1, y1) obtained by averaging the center points of the three bumps. The angle θ1 (−90 ° to + 90 °) formed by the straight line and the y-axis can be obtained by the following equation.

y1≠y2:θ1=tan-1((x1−x2)/(y2−y1)) …(1) y1=y2:θ1=90×((x1−x2)/abs(x2−x1)) …(2) absは絶対値、 θ1は反時計回りを正、時計回りを負 同様に、基板側でもチップのバンプに対応するように
順次3点のパターン指定を行う。基板側の第1点目のパ
ターンの中心点(x4,y4)と、3点のパターンの中心点
の加算平均より求めた重心点(x3,y3)と結ぶ直線が、
y軸となす角度θ2(−90゜〜+90゜)は、以下の式で
求めることができる。
y1 ≠ y2: θ1 = tan −1 ((x1−x2) / (y2−y1)) (1) y1 = y2: θ1 = 90 × ((x1−x2) / abs (x2−x1)) (( 2) Abs is an absolute value, and θ1 is positive in the counterclockwise direction and negative in the clockwise direction. Similarly, three patterns are sequentially specified on the substrate side so as to correspond to the bumps of the chip. A straight line connecting the center point (x4, y4) of the first pattern on the substrate side and the center of gravity (x3, y3) obtained by averaging the center points of the three patterns is
The angle θ2 (−90 ° to + 90 °) formed with the y-axis can be obtained by the following equation.

y3≠y4:θ2=tan-1((x3−x4)/(y4−y3)) …(3) y3=y4:θ2=90×((x3−x4)/abs(x3−x4)) …(4) 以上求めたθ1とθ2とから、基板搭載台の回転ステ
ージの必要回転量は、 Δθ=θ1−θ2 …(5) となる。
y3 ≠ y4: θ2 = tan −1 ((x3−x4) / (y4−y3)) (3) y3 = y4: θ2 = 90 × ((x3−x4) / abs (x3−x4)) (( 4) From θ1 and θ2 obtained above, the required amount of rotation of the rotary stage of the substrate mounting table is as follows: Δθ = θ1−θ2 (5)

「x.y方向の補正量について」 次に、x,y方向の補正量について、第2図を用いて説
明する。C1,C2は、各々チップ側と基板側の重心点であ
る。Orは基板搭載台の回転ステージの回転中心点であ
り、Oはモニタ画面の中心点である。既に述べたように
座標は、モニタ画面の中心点を原点としている。C2′
は、Orを中心に(5)式で求めたΔθだけ回転させた後
のC2点を示している。OrとC2との距離T、及びOrからC2
をみた角度θは、 T=((x3−xr)+(y3−yr)1/2 …(6) x3≠xr:θ=tan-1((y3−yr)/(x3−xr)) …(7) x3=xy,y3>yr:θ=90 …(8) x3=xy,y3<yr:θ=−90 …(9) となる。従って、C2′点座標は、 x3′=T×cos(Δθ+θ)+xr …(10) y3′=T×sin(Δθ+θ)+yr …(11) となり、x,y方向の補正量は、 Δx=x3′−x1 …(12) Δy=y3′−y1 …(13) となる。以上から、ボンディングヘッドの移動量は、オ
フセット量をxf,yfとすると、 xm=Δx+xf …(14) ym=Δy+yf …(15) となる。
“About the correction amount in the xy direction” Next, the correction amount in the x and y directions will be described with reference to FIG. C1 and C2 are the centers of gravity on the chip side and the substrate side, respectively. Or is the rotation center point of the rotary stage of the substrate mounting table, and O is the center point of the monitor screen. As described above, the coordinates have the origin at the center point of the monitor screen. C2 ′
Shows the C2 point after being rotated around Or by Δθ obtained by the equation (5). Distance T between Or and C2, and Or to C2
The angle θ 0, which saw, T = ((x3-xr ) 2 + (y3-yr) 2) 1/2 ... (6) x3 ≠ xr: θ 0 = tan -1 ((y3-yr) / (x3 −xr)) (7) x3 = xy, y3> yr: θ 0 = 90 (8) x3 = xy, y3 <yr: θ 0 = −90 (9) Accordingly, the coordinate of the point C2 'is x3' = T × cos (Δθ + θ 0 ) + xr (10) y3 ′ = T × sin (Δθ + θ 0 ) + yr (11), and the correction amount in the x and y directions is Δx = X3'-x1 (12) Δy = y3'-y1 (13) From the above, assuming that the offset amounts are xf and yf, the moving amount of the bonding head is xm = Δx + xf (14) ym = Δy + yf (15)

実際には、以上の計算を行った後に、回転補正とボン
ディングヘッドの移を同時、又は連続的に行うことによ
り、正確にチップのバンプと基板のパターン同士を接合
することができる。
Actually, after performing the above calculation, the rotation of the rotation and the movement of the bonding head are performed simultaneously or continuously, so that the bumps of the chip and the patterns of the substrate can be accurately bonded.

「第1のカメラによる画像の原点が、基板搭載台のθ
回転ステージの回転中心と一致するように配置する」 上記方法では、基板搭載台の回転ステージの回転中心
点Orと、モニタ画面の中心点Oとの位置ずれ量を正確に
把握するのは困難であり、例えその値を求めたとして
も、この値により全体の計算誤差が累積がされる可能性
がある。そこで、予め回転ステージの回転中心点Orとモ
ニタ画面の中心点Oとの位置ずれ量を零にするように調
整しておくことにより、累積誤差をなくすことが可能に
なる。このときのボンディングヘッドの移動量(xm,y
m)は、オフセット量をxf,xyとすると、 xm=x3′−x1+xf …(16) ym=y3′−y1+yf …(17) x3′=T×cos(Δθ+θ) …(18) y3′=T×sin(Δθ+θ) …(19) T=(x32+y321/2 …(20) θ=tan-1(y3/x3)〔3≠xr〕 …(21) θ=90〔x3=xr,y3>yr〕 …(22) θ=−90〔x3=xr,y3>yr〕 …(23) となる。
"The origin of the image from the first camera is θ
In the above method, it is difficult to accurately grasp the amount of displacement between the rotation center point Or of the rotation stage of the substrate mounting table and the center point O of the monitor screen. Yes, even if the value is obtained, the total calculation error may be accumulated by this value. Therefore, it is possible to eliminate the accumulated error by previously adjusting the displacement between the rotation center point Or of the rotation stage and the center point O of the monitor screen to zero. At this time, the moving amount of the bonding head (xm, y
m) is given by xm = x3′−x1 + xf (16) ym = y3′−y1 + yf (17) x3 ′ = T × cos (Δθ + θ 0 ) (18) y3 ′ = T × sin (Δθ + θ 0 ) ... (19) T = (x3 2 + y3 2) 1/2 ... (20) θ 0 = tan -1 (y3 / x3) [3 ≠ xr] ... (21) θ 0 = 90 [X3 = xr, y3> yr] (22) θ 0 = −90 [x3 = xr, y3> yr] (23)

また、予め回転ステージの回転中心点Orとモニタ画面
の中心点Oとの位置ずれ量を零にするには、回転ステー
ジの回転中心点に目印をつけ、この目印がモニタ画面の
中心点と一致するように、予め回転ステージ下部に備え
付けてあるX,Yステージを調整するか、または予め第1
カメラの固定ステージに備え付けてあるX,Yステージを
調整することにより可能である。
In addition, in order to make the displacement between the rotation center point Or of the rotating stage and the center point O of the monitor screen zero in advance, a mark is placed on the rotation center point of the rotating stage, and this mark matches the center point of the monitor screen. Adjust the X and Y stages provided in advance at the bottom of the rotary stage, or
This is possible by adjusting the X and Y stages provided on the fixed stage of the camera.

上述した位置合わせ方法を達成する本発明のフリップ
チップボンディング装置は、以下のように構成される。
The flip chip bonding apparatus of the present invention that achieves the above-described alignment method is configured as follows.

即ち、X,Y,θ方向に移動可能で且つ加熱可能に構成さ
れた基板搭載台と、X,Y,θ方向に移動可能に構成された
チップ搭載台と、前記チップ搭載台と前記基板搭載台と
の間を移動可能なチップ吸着手段を有するボンディング
ヘッドと、前記基板搭載台上に搭載された基板のパター
ンを観測する第1カメラと、前記チップ吸着手段に吸着
されたチップのバンプを観測する第2カメラと、前記第
1及び第2カメラの画像を表示する1台のモニタ手段と
を具備している。
That is, a substrate mounting table configured to be movable in the X, Y, θ directions and capable of being heated, a chip mounting table configured to be movable in the X, Y, θ directions, the chip mounting table and the substrate mounting A bonding head having chip suction means movable between the table and a first camera for observing a pattern of a substrate mounted on the substrate mounting table, and observing a bump of a chip sucked by the chip suction means; And a single monitor for displaying images of the first and second cameras.

さらに、第1及び第2カメラの画像を切り換えて前記
モニタ上に表示する切り換え手段と、第1カメラと第2
カメラのXY平面上での中心点間のオフセット距離を求め
る手段と、前記基板上のパターンの絶対位置座標及び前
記チップ上のバンプの絶対位置座標を読み取り、絶対位
置座標間のずれ量を計算する手段とを備えて構成され
る。
Switching means for switching between images of the first and second cameras and displaying the images on the monitor;
Means for calculating the offset distance between the center points on the XY plane of the camera, reading the absolute position coordinates of the pattern on the substrate and the absolute position coordinates of the bumps on the chip, and calculating the deviation between the absolute position coordinates Means.

実 施 例 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第3図は本発明実施例の概略構成図を示している。10
は基板搭載台であり、マニュアル操作されるXステージ
とYステージ及びパルスで自動操作されるθステージを
含んでおり、これにより基板搭載台10はX,Y,θ方向に移
動可能に構成されている。Xステージ12上にはボンディ
ング時に基板を加熱して半田バンプを溶融するためのヒ
ートコラム18が設けられており、ヒートコラム18上には
所定のパターンを有する基板20が搭載されている。基板
搭載台10の上方には基板搭載台10上に搭載された基板20
のパターンを観測する第1カメラ22が設けられている。
第1カメラ22はX,Y,Z軸方向に調整可能に取り付けられ
ている。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention. Ten
Denotes a substrate mounting table, which includes an X stage and a Y stage that are manually operated, and a θ stage that is automatically operated by a pulse, whereby the substrate mounting table 10 is configured to be movable in the X, Y, and θ directions. I have. A heat column 18 for heating the substrate at the time of bonding to melt the solder bumps is provided on the X stage 12, and a substrate 20 having a predetermined pattern is mounted on the heat column 18. The substrate 20 mounted on the substrate mounting table 10 is above the substrate mounting table 10.
A first camera 22 for observing the pattern (1) is provided.
The first camera 22 is mounted so as to be adjustable in the X, Y, and Z axis directions.

24はチップ搭載台であり、それぞれパルスで自動操作
されるXステージ26,Yステージ28及びθステージ30から
構成され、その上に光半導体チップ32が搭載されるよう
になっている。34はボンディングヘッドであり、その先
端にチップ32を吸着するための吸着用ノズル36が設けら
れている。38はボンディングヘッド34の錘である。ボン
ディングヘッド34はアーム40の先端に取り付けられてお
り、アーム40の基端部はそれぞれパルスで自動操作され
るXステージ42,Yステージ44及びZステージ46上に搭載
されている。
Reference numeral 24 denotes a chip mounting table, which comprises an X stage 26, a Y stage 28, and a θ stage 30, each of which is automatically operated by a pulse, and on which an optical semiconductor chip 32 is mounted. Reference numeral 34 denotes a bonding head, and a suction nozzle 36 for suctioning the chip 32 is provided at the tip of the bonding head. 38 is the weight of the bonding head 34. The bonding head 34 is attached to the tip of an arm 40, and the base end of the arm 40 is mounted on an X stage 42, a Y stage 44, and a Z stage 46, which are automatically operated by pulses.

48は吸着用ノズル36に吸着されたチップ32のバンプを
観測するための第2カメラであり、ボンディングヘッド
34の下方に設けられている。また、50はチップ搭載台24
上に搭載されたチップ32表面を観測するための第3カメ
ラであり、チップ搭載台24の上方に設けられている。第
2カメラ48,第3カメラ50はX,Y,Z軸方向に調整可能なよ
うに取り付けられている。
Reference numeral 48 denotes a second camera for observing the bumps of the chip 32 sucked by the suction nozzle 36, and a bonding head
It is provided below 34. 50 is the chip mounting table 24
This is a third camera for observing the surface of the chip 32 mounted thereon, and is provided above the chip mounting base 24. The second camera 48 and the third camera 50 are mounted so as to be adjustable in the X, Y, and Z axis directions.

上述した基板搭載台10、チップ搭載台24及びボンディ
ングヘッド34を移動するための各ステージは、ステージ
コントローラ52により制御される。そして、第1カメラ
22,第2カメラ48及び第3カメラ50の画像は切り換え手
段を切り換えることにより、1台のCRT54上に表示され
る。そして、第1カメラ22,第2カメラ48及び第3カメ
ラ50で撮影した画像を認識し、補正計算等を行う処理は
CPU56で実行される。
Each stage for moving the substrate mounting table 10, the chip mounting table 24, and the bonding head 34 described above is controlled by a stage controller 52. And the first camera
22, the images of the second camera 48 and the third camera 50 are displayed on one CRT 54 by switching the switching means. The process of recognizing images captured by the first camera 22, the second camera 48, and the third camera 50 and performing correction calculation and the like is as follows.
It is executed by the CPU 56.

以下、このように構成されたフリップチップボンディ
ング装置の操作方法について概略説明する。
Hereinafter, a method of operating the flip chip bonding apparatus thus configured will be schematically described.

まず、基準スケールを用いて第1カメラ22,第2カメ
ラ48の絶対倍率を求めておき、第1カメラ22と第2カメ
ラ48のXY平面上での中心点間のオフセット距離を上述し
た方法により求める。
First, the absolute magnifications of the first camera 22 and the second camera 48 are obtained using the reference scale, and the offset distance between the center points of the first camera 22 and the second camera 48 on the XY plane is determined by the method described above. Ask.

そして、チップ搭載台24上に搭載された光半導体チッ
プ32は、ボンディングヘッド34のステージ42,44,46を駆
動することによりボンディングヘッド34がチップ搭載台
24まで移動されて、吸着ヘッド36により図示のように吸
着され、ボンディングヘッド34は第2カメラ48直上の位
置に後退する。第2カメラ48で光半導体チップ32を観測
し、3点のバンプを選択する。まず第1のバンプについ
て、バンプに外接する四角形によりバンプを指定する。
次にこの四角形の中心点を求め、そのバンプの中心点座
標とする。第2,第3のバンプについても同様にして、中
心点座標を求める。このようにして求めた3つのバンプ
の中心点座標からその重心点座標を求める。そして、第
1のバンプの中心点座標と重心点座標を結ぶ直線がy軸
又はx軸となす角度θ1を求める。
The optical semiconductor chip 32 mounted on the chip mounting table 24 is driven by driving the stages 42, 44, 46 of the bonding head 34 so that the bonding head 34 is mounted on the chip mounting table.
Then, the bonding head 34 is moved to the position 24 and sucked by the suction head 36 as shown in the drawing, and the bonding head 34 is retracted to a position immediately above the second camera 48. The optical semiconductor chip 32 is observed by the second camera 48, and three bumps are selected. First, for the first bump, the bump is specified by a rectangle circumscribing the bump.
Next, the center point of this quadrangle is determined and used as the center point coordinates of the bump. Similarly, the center point coordinates are obtained for the second and third bumps. From the center point coordinates of the three bumps thus obtained, the barycentric point coordinates are obtained. Then, an angle θ1 formed by a straight line connecting the coordinates of the center point of the first bump and the coordinates of the center of gravity with the y-axis or the x-axis is obtained.

次に、第1カメラ22で基板20のパターンを撮影しこの
画像をCRT54上に表示する。この画像から光半導体チッ
プ32のバンプに対応した3点のパターンを選択する。チ
ップ側と同様に各パターンの中心点座標を各々求め、そ
の重心点座標を求める。さらに、第1点目の中心点座標
と重心点座標を結ぶ直線がチップ側で指定した軸と同一
の軸となす角度θ2を求める。
Next, the pattern of the substrate 20 is photographed by the first camera 22, and this image is displayed on the CRT. From this image, three patterns corresponding to the bumps of the optical semiconductor chip 32 are selected. Similar to the chip side, the coordinates of the center point of each pattern are obtained, and the coordinates of the center of gravity are obtained. Further, an angle θ2 between a straight line connecting the coordinates of the center point of the first point and the coordinates of the center of gravity and the same axis as the axis designated on the chip side is determined.

このようにして求めた中心点座標、重心点座標、角度
θ1及びθ2から基板搭載台10の回転補正量、及び第2
カメラ48の直上位置から第1カメラ22の直下位置までの
ボンディングヘッド36の移動量を計算する。このように
して求めた回転補正量及びボンディングヘッドの移動量
に応じて、基板搭載台10を回転すると同時にボンディン
グヘッド34を駆動して光半導体チップ32のバンプと基板
20のパターンとを正確に一致させて、ヒートコラム18で
基板20を加熱しながらフリップチップボンディングを行
うことができる。
From the coordinates of the center point, the coordinates of the center of gravity, and the angles θ1 and θ2 obtained in this manner, the rotation correction amount of the substrate
The amount of movement of the bonding head 36 from the position directly above the camera 48 to the position directly below the first camera 22 is calculated. According to the rotation correction amount and the moving amount of the bonding head obtained in this way, the substrate mounting table 10 is rotated and simultaneously the bonding head 34 is driven to drive the bumps of the optical semiconductor chip 32 and the substrate.
The flip-chip bonding can be performed while the substrate 20 is heated by the heat column 18 by accurately matching the pattern of 20.

ところで、光半導体チップ32のバンプには、メッキ工
程により作成するので面ダレ、欠けなどが多数存在して
いるため、カメラからの画像だけで形状を判断し、バン
プの中心を求めることは誤差が大きくなり、その結果フ
リップチップボンディング時の位置合わせ精度が低下し
てしまうという問題があった。このような問題を解決す
るために本発明では、第4図に示すように、予めバンプ
の図面60をイメージリーダ又は他の手段により入力して
おき、第2カメラ48からの画像62との照合を行い、面ダ
レ、欠けを補正してバンプの中心を求めることにより、
誤差を小さくすることが可能になる。また、基板パター
ン側も同様な手段で画像補正を行うことにより、基板パ
ターン中心を誤差なく求めることが可能になる。
By the way, since the bumps of the optical semiconductor chip 32 are formed by a plating process, there are many surface sagging and chippings. Therefore, determining the shape only from an image from a camera and obtaining the center of the bump has an error. As a result, there has been a problem that the alignment accuracy at the time of flip chip bonding is reduced. In order to solve such a problem, according to the present invention, as shown in FIG. 4, a drawing 60 of a bump is input in advance by an image reader or other means, and collation with an image 62 from the second camera 48 is performed. By calculating the center of the bump by correcting the surface sagging and chipping,
The error can be reduced. Also, by performing image correction on the substrate pattern side by the same means, the center of the substrate pattern can be obtained without error.

次に、チップピックアップ方法について第5図を用い
て説明する。従来のチップピックアップ方法は、例えば
特公平2−12024号に記載されているように、チップ表
面を観察するための第3のカメラで観察したチップ表面
のコーナーを基準にラインに一致させるように、チップ
搭載台を移動させてチップをピックアップしている。し
かしながらこの方法では、チップ表面にレンズが形成さ
れている受光素子をピックアップする場合、必ずしもレ
ンズがチップ表面の中心にあるとは限らないため、チッ
プピックアップ用の吸着ノズル先端部によりレンズに損
傷を与える恐れがあった。
Next, a chip pickup method will be described with reference to FIG. The conventional chip pickup method is, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 2-12024, so as to match a line with a corner of the chip surface observed by a third camera for observing the chip surface as a reference. The chip is picked up by moving the chip mount. However, in this method, when picking up a light receiving element having a lens formed on the chip surface, the lens is not always located at the center of the chip surface, and the lens is damaged by the tip of the suction nozzle for chip pickup. There was fear.

このような問題点を解決するために、光半導体チップ
32の表面を観察する第3カメラ50をチップ搭載台24の上
方に配置し、チップ表面に形成されているマイクロレン
ズ66の位置を観察し、第3カメラ50からの画像をCRT54
上に映し出す。そして、吸着ノズル68のノズルボア68a
がマイクロレンズ66の真上に来るようにチップ搭載台24
をX,Y,θ方向に移動させ、又は第5図(A)に示すよう
にボンディングヘッド34をX,Y方向に、チップ搭載台24
をθ方向に移動させることにより、第5図(B)に示す
ように吸着用ノズル68をマイクロレンズ66の真上に位置
させることができ、吸着用ノズル68先端部によってマイ
クロレンズ66に損傷を与えることなく、チップ32をピッ
クアップすることが可能となる。
In order to solve such problems, optical semiconductor chips
A third camera 50 for observing the surface of the chip 32 is disposed above the chip mounting table 24, the position of the micro lens 66 formed on the chip surface is observed, and an image from the third camera 50 is displayed on the CRT 54.
Project on top. Then, the nozzle bore 68a of the suction nozzle 68
Chip mounting base 24 so that
Are moved in the X, Y, and θ directions, or the bonding head 34 is moved in the X, Y directions as shown in FIG.
Is moved in the θ direction, the suction nozzle 68 can be positioned directly above the microlens 66 as shown in FIG. 5B, and the microlens 66 is damaged by the tip of the suction nozzle 68. The chip 32 can be picked up without giving.

これに関連してチップ吸着用ノズルの先端部構造の望
ましい実施例について説明する。第6図は第5図に示し
た吸着用ノズル36と同等な従来形状の吸着用ノズルを示
しており、先端部36bは概略平面状に形成されている。
この構造の吸着用ノズル36では、光半導体チップ32のよ
うな極めて薄く、面積の小さいチップを吸着する場合、
チップ面と吸着用ノズル36の先端フラット面36bに隙間
を生じさせずにチップ32を確実に吸着するには、フラッ
ト面36bに高い面精度及び水平度が要求される。
In connection with this, a preferred embodiment of the tip structure of the chip suction nozzle will be described. FIG. 6 shows a suction nozzle having a conventional shape equivalent to the suction nozzle 36 shown in FIG. 5, and a tip portion 36b is formed in a substantially planar shape.
In the suction nozzle 36 having this structure, when a very thin chip having a small area such as the optical semiconductor chip 32 is suctioned,
In order to reliably suction the chip 32 without creating a gap between the chip surface and the flat end surface 36b of the suction nozzle 36, the flat surface 36b requires high surface accuracy and levelness.

このような問題点を解決するために、チップ吸着用ノ
ズル70の先端部70bを第7図に示すように、ノズルボア7
0aの中心軸上に中心点を持つ球面形状にすることによ
り、チップ面とノズル70との接触部分を面から円周に低
減することができ、高い面精度及び水平度を要求するこ
となしに、確実にチップ32を吸着することができる。ま
た、表面にマイクロレンズ66が形成された受光素子チッ
プ32を吸着する場合には、吸着用ノズル70のノズルボア
70aの内径をマイクロレンズ66の口径よりもわずかに大
きくしておくことにより、吸着時にマイクロレンズ66を
損傷させずに吸着することができる。このような吸着用
ノズル70の先端部形状70bは機械加工研磨により作成可
能である。
In order to solve such a problem, as shown in FIG.
By forming a spherical shape having a center point on the center axis of 0a, the contact portion between the chip surface and the nozzle 70 can be reduced from the surface to the circumference, without requiring high surface accuracy and levelness. Thus, the chip 32 can be reliably sucked. When the light receiving element chip 32 having the microlenses 66 formed on the surface is to be sucked, the nozzle bore of the suction nozzle 70 is used.
By making the inner diameter of 70a slightly larger than the diameter of the microlens 66, the microlens 66 can be adsorbed without being damaged at the time of adsorption. Such a tip shape 70b of the suction nozzle 70 can be created by mechanical polishing.

次に、ボンディング時における基板搭載台10のスクラ
ビング機構について第8図を用いて説明する。従来技術
では、ボンディングヘッドにハニカム機構等の手段を設
け、スクラビング動作を可能にしている。しかしながら
この方法では、ボンディングヘッドの自重が重くなり、
チップに対する衝撃荷重の低減できない。さらに、位置
合わせ精度を向上させるには、スクラビング後吸着用ノ
ズルをカメラの中心点に確実に復帰させる必要があっ
た。
Next, a scrubbing mechanism of the substrate mounting table 10 during bonding will be described with reference to FIG. In the related art, a means such as a honeycomb mechanism is provided in a bonding head to enable a scrubbing operation. However, in this method, the weight of the bonding head becomes heavy,
The impact load on the chip cannot be reduced. Furthermore, in order to improve the positioning accuracy, it is necessary to surely return the suction nozzle to the center point of the camera after scrubbing.

このような問題点を解決するために、第8図に示すよ
うに基板搭載台10に圧電素子72のよる振動機構を設ける
ことにより、ボンディングヘッド34の自重増加を防ぎ、
非晶半田剤のバンプ33でのスクラビング動作が可能にな
る。さらに、圧電素子72を用いた場合は、圧電素子への
駆動電圧を零にすることにより、スクラビング後吸着用
ノズル68を第1カメラ22の中心点に確実に復帰させるこ
とができ、スクラビング前後での位置ずれを防ぐことも
可能となる。
In order to solve such a problem, a vibration mechanism based on the piezoelectric element 72 is provided on the substrate mounting table 10 as shown in FIG. 8, thereby preventing the weight of the bonding head 34 from increasing.
The scrubbing operation with the bumps 33 made of the amorphous solder agent becomes possible. Further, when the piezoelectric element 72 is used, the driving voltage to the piezoelectric element is reduced to zero, so that the suction nozzle 68 after scrubbing can be reliably returned to the center point of the first camera 22, and before and after scrubbing. Can be prevented from being displaced.

次に、カメラの自動焦点機構について第9図を用いて
説明する。固定焦点のカメラを用いた場合、異なった厚
みのチップ又は基板を扱う場合、画像がぼやけ位置ずれ
補正時の認識精度を低下させてしまう。これを解消する
には、その都度カメラを取り付けているX,Y,Zステージ
におけるZステージを用いて、カメラのZ軸調整を行う
必要があるが、この調整は煩雑であるとともにZ軸調整
を行うと、ZステージのヨーイングによりX,Y方向にカ
メラ中心がずれ、十μm以下の精度で位置合わせをする
ことが不可能になる。
Next, the automatic focusing mechanism of the camera will be described with reference to FIG. When a camera with a fixed focus is used, and when chips or substrates having different thicknesses are handled, the recognition accuracy at the time of correcting a blurred image position is reduced. In order to solve this, it is necessary to adjust the Z axis of the camera using the Z stage of the X, Y, Z stages to which the camera is attached each time, but this adjustment is complicated and the Z axis adjustment is required. If so, the center of the camera is displaced in the X and Y directions due to yawing of the Z stage, and it becomes impossible to perform positioning with an accuracy of 10 μm or less.

このような問題点を解決するために、第9図に示すよ
うにカメラ22自身に自動焦点機構76を設けることによ
り、カメラのZ軸調整を不要にするばかりではなく、カ
メラ中心のずれを防ぎ、十μm以下の精度で位置合わせ
をすることが可能になる。74は第1カメラ22を支持する
ための支持部材である。このような自動焦点機構は、第
1カメラ22のみではなく、第2カメラ48及び第3カメラ
50にも設けるようにするのが望ましい。
In order to solve such a problem, the camera 22 itself is provided with an automatic focusing mechanism 76 as shown in FIG. 9, thereby not only making the Z-axis adjustment of the camera unnecessary, but also preventing the camera center from shifting. , With an accuracy of less than 10 μm. 74 is a support member for supporting the first camera 22. Such an autofocus mechanism is not limited to the first camera 22, but also includes the second camera 48 and the third camera.
It is desirable to provide in 50 as well.

次に、ボンディングヘッド34に装着した接触センサー
について説明する。光半導体チップは一般的に電気回路
チップに比べ薄いため、チップ吸着時及びボンディング
時のわずかな衝撃荷重でもクラックを生じてしまう。こ
れを防ぐためにボンディングヘッド34の下降速度を極め
て小さくする必要があるが、Z軸の原点位置から超低速
でボンディングヘッドを下降させると、チップを吸着し
てボンディングするまでの一作業時間が長くなってしま
う。これを解決するために、本実施例ではZ軸の移動を
検知できる接触センサーをボンディングヘッド34に付加
し、予め扱うチップよりもわずかに厚いダミーチップを
用い、吸着ノズル36がこのダミーチップに接触する高
さ、即ちZ方向の位置(Z1)を検出しておく。
Next, the contact sensor mounted on the bonding head 34 will be described. Since optical semiconductor chips are generally thinner than electric circuit chips, even a slight impact load at the time of chip suction and bonding causes cracks. In order to prevent this, the descent speed of the bonding head 34 needs to be extremely low. However, if the bonding head is lowered at an extremely low speed from the origin position of the Z axis, one operation time until a chip is picked up and bonded becomes longer. Would. In order to solve this, in the present embodiment, a contact sensor capable of detecting the movement of the Z axis is added to the bonding head 34, and a dummy chip slightly thicker than a chip to be handled in advance is used, and the suction nozzle 36 contacts the dummy chip. , That is, the position (Z1) in the Z direction is detected in advance.

チップを吸着するときは、このZ1点までは通常の速度
でボンディングヘッド34を下降させ、このZ位置を超え
てからは速度を超低速に切り換えることにより、チップ
吸着時のクラックを防ぐことが可能になる。
When picking up chips, the bonding head 34 is lowered at the normal speed up to this Z1 point, and after exceeding this Z position, the speed can be switched to a very low speed to prevent cracks during chip suction become.

また、ボンディング時においてもこのダミーチップを
用い、ダミーチップが基板に接触する高さを検出してお
く。そして、この所定高さまでは通常の速度でボンディ
ングヘッド34を下降させ、所定高さを超えてからは速度
を超低速に切り換えることにより、ボンディング時のク
ラックを防ぐことが可能になる。
Also, at the time of bonding, the dummy chip is used to detect the height at which the dummy chip contacts the substrate. Then, the bonding head 34 is lowered at a normal speed at the predetermined height, and the speed is switched to a very low speed after the predetermined height is exceeded, thereby making it possible to prevent cracks during bonding.

さらに、ダミーチップと実際に接続するチップのバン
プの高さを含めた厚みとの差をΔZ、溶解後のチップと
基板とを接続するバンプの高さをHとすると、ボンディ
ングヘッドの最終Z軸位置Z2を、 Z2=Z1+ΔZ+H とすることにより、溶解後のチップと基板とを接続する
バンプの高さを任意に制御することも可能になる。
Further, assuming that the difference between the thickness including the bump height of the dummy chip and the chip actually connected is ΔZ, and the height of the bump connecting the chip and the substrate after melting is H, the final Z-axis of the bonding head is obtained. By setting the position Z2 as Z2 = Z1 + ΔZ + H, it is possible to arbitrarily control the height of the bump connecting the chip and the substrate after melting.

十μm以下の位置合わせ精度を達成するには、ヒート
コラム18及び本体電源部等から発生する熱による装置全
体の歪みを最小限に抑える必要がある。そこで、熱伝導
率の低い材質、例えばコバール、セラミック等で形成し
た熱遮蔽板をヒートコラム18及び本体電源部分を囲むよ
うに配置することにより、熱歪みによる生じる装置の歪
みを防ぐことが可能になる。さらにこの構造により、熱
的安定状態に達するまでの時間を短縮させることも可能
になる。また、ヒートコラム18直下に配置されるX,Y,θ
ステージ12,14,16及びカメラ支持部材74等の構成部材を
熱伝導率の低い材質で作成することにより、同様な効果
が得られる。
In order to achieve an alignment accuracy of 10 μm or less, it is necessary to minimize distortion of the entire apparatus due to heat generated from the heat column 18 and the power supply section of the main body. Therefore, by disposing a heat shield plate made of a material having low thermal conductivity, for example, Kovar or ceramic, so as to surround the heat column 18 and the power supply portion of the main body, it is possible to prevent distortion of the device caused by thermal distortion. Become. Furthermore, this structure also makes it possible to shorten the time required to reach a thermally stable state. Further, X, Y, θ arranged immediately below the heat column 18
The same effect can be obtained by forming the constituent members such as the stages 12, 14, 16 and the camera support member 74 with a material having low thermal conductivity.

上述した実施例は、特に光半導体チップのフリップチ
ップボンディングについて説明したが、本発明は光半導
体チップのみならず通常の電気回路チップをフリップチ
ップボンディングする場合にも適用可能なことは言うま
でもない。
Although the above-described embodiment has been particularly described with respect to flip chip bonding of an optical semiconductor chip, it is needless to say that the present invention is applicable not only to optical semiconductor chips but also to flip chip bonding of ordinary electric circuit chips.

発明の効果 本発明は以上詳述したように構成したので、特に光半
導体チップのフリップチップボンディングにおいて、十
μm以下の高精度の位置合わせを可能にできるという効
果を奏する。
Advantageous Effects of the Invention Since the present invention is configured as described above in detail, it is possible to achieve high-accuracy positioning of 10 μm or less, particularly in flip chip bonding of an optical semiconductor chip.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はθ1,θ2の求め方を説明する説明図、 第2図はx,y方向の補正量の求め方を説明する説明図、 第3図は本発明の実施例に係るフリップチップボンディ
ング装置の概略構成図、 第4図はバンプ図面と実際のバンプとの画像照合を説明
する説明図、 第5図はチップピックアップ方法の説明図、 第6図は通常のノズルの先端構造を示す断面図、 第7図は本発明の望ましい実施例のノズル先端構造を示
す断面図、 第8図は基板ステージ側のスクラビング機構概略構成
図、 第9図は自動焦点機構の概略説明図である。 10……基板搭載台、 18……ヒートコラム、 20……基板、 22……第1カメラ、 24……チップ搭載台、 32……光半導体チップ、 34……ボンディングヘッド、 36……吸着用ノズル、 48……第2カメラ、 50……第3カメラ、 52……ステージコントローラ、 54……CRT、 70……吸着用ノズル、 72……圧電素子、 76……自動焦点機構。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining how to obtain θ1, θ2, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining how to obtain a correction amount in the x and y directions, and FIG. 3 is a flip chip bonding according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram of the apparatus, FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining image comparison between a bump drawing and an actual bump, FIG. 5 is an explanatory diagram of a chip pickup method, FIG. FIG. 7, FIG. 7 is a sectional view showing a nozzle tip structure according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a scrubbing mechanism on the substrate stage side, and FIG. 10 ... board mounting table, 18 ... heat column, 20 ... board, 22 ... 1st camera, 24 ... chip mounting table, 32 ... optical semiconductor chip, 34 ... bonding head, 36 ... for suction Nozzle, 48: Second camera, 50: Third camera, 52: Stage controller, 54: CRT, 70: Suction nozzle, 72: Piezoelectric element, 76: Auto focus mechanism

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−42829(JP,A) 実開 平2−114928(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/60 311Continuation of the front page (56) References JP-A-64-42829 (JP, A) JP-A-2-114928 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21 / 60 311

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板(20)のパターンを観測する第1カメ
ラ(22)とチップ(32)のバンプを観測する第2カメラ
(48)を設け、 基準スケールを用いて前記第1及び第2カメラ(22,4
8)の絶対倍率を求め、 前記第1カメラ(22)と第2カメラ(48)のXY平面上で
の中心点間のオフセット距離を求め、 第1カメラ(22)で撮影した画像をモニタ(54)上に表
示し、この画像から第1カメラ(22)の絶対倍率を基に
前記基板(20)上のパターンの絶対位置座標を読み取
り、 前記モニタ(54)を切り換えて第2カメラ(48)で撮影
した画像を該モニタ(54)上に表示し、この画像から第
2カメラ(48)の絶対倍率を基に前記チップ(32)のバ
ンプの絶対位置座標を読み取り、 前記チップ(32)を吸着したボンディングヘッド(34)
を前記オフセット距離と前記パターン及びバンプの絶対
位置座標間のずれ量の和だけ移動させるようにしたこと
を特徴とするフリップチップボンディングの位置合わせ
方法。
A first camera (22) for observing a pattern on a substrate (20) and a second camera (48) for observing bumps on a chip (32) are provided, and the first and second cameras are used by using a reference scale. Camera (22,4
8), the offset distance between the center point of the first camera (22) and the second camera (48) on the XY plane is determined, and the image taken by the first camera (22) is monitored ( 54), the absolute position coordinates of the pattern on the substrate (20) are read from the image based on the absolute magnification of the first camera (22), and the monitor (54) is switched to switch the second camera (48). ) Is displayed on the monitor (54), and the absolute position coordinates of the bumps of the chip (32) are read from the image based on the absolute magnification of the second camera (48). Bonding head (34)
Is moved by the sum of the offset distance and the shift amount between the absolute position coordinates of the pattern and the bump.
【請求項2】前記第2カメラ(48)により前記モニタ
(54)上に映し出されたチップ画像において、複数個の
バンプの外枠から各バンプの中心点座標を求め、各中心
点座標から該複数個のバンプの重心を求めてチップ(3
2)側の絶対位置座標とするとともに、 前記第1カメラ(22)により前記モニタ(54)上に映し
出された基板画像において、前記複数個のバンプに対応
する基板上のパターンを選択し、選択された複数個のパ
ターンの外枠から各パターンの中心点座標を求め、各中
心点座標から該複数個のパターンの重心を求めて基板
(20)側の絶対位置座標とし、 前記両方の絶対位置座標のずれ量から、チップ(32)と
基板(20)が完全に重なるための移動量ΔX、ΔY及び
Δθを計算し、 チップ(32)を吸着したボンディングヘッド(34)を前
記オフセット距離のX成分+ΔX、前記オフセット距離
のY成分+ΔY、基板搭載台(10)をΔθ移動させるこ
とにより、 フリップチップボンディング時のチップ(32)のバンプ
と基板(20)のパターンの位置合わせを行うことを特徴
とする請求項1記載のフリップチップボンディングの位
置合わせ方法。
2. In the chip image projected on the monitor (54) by the second camera (48), the coordinates of the center point of each bump are obtained from the outer frame of the plurality of bumps, and the coordinates of the center point are obtained from the coordinates of each center point. Find the center of gravity of the bumps on the chip (3
And 2) selecting a pattern on the substrate corresponding to the plurality of bumps in the substrate image projected on the monitor (54) by the first camera (22), The center coordinates of each pattern are obtained from the outer frames of the plurality of patterns obtained, and the center of gravity of the plurality of patterns is obtained from each center point coordinate to obtain absolute position coordinates on the substrate (20) side. The amount of movement ΔX, ΔY, and Δθ for completely overlapping the chip (32) and the substrate (20) is calculated from the coordinate shift amount, and the bonding head (34) sucking the chip (32) is moved to the offset distance X. By moving the component + ΔX, the Y component of the offset distance + ΔY, and the substrate mounting table (10) by Δθ, the position of the bump of the chip (32) and the pattern of the substrate (20) during flip chip bonding are aligned. Alignment method for flip chip bonding of claim 1, wherein the door.
【請求項3】前記第1カメラ(22)による画像の原点が
基板搭載台(10)の回転中心と一致するように第1カメ
ラを配置したことを特徴とする請求項2記載のフリップ
チップボンディングの位置合わせ方法。
3. The flip-chip bonding device according to claim 2, wherein the first camera is arranged such that the origin of the image obtained by the first camera coincides with the center of rotation of the substrate mounting table. Alignment method.
【請求項4】予めバンプ及びパターンの位置及び形状を
計算機に入力しておき、この入力画像と第1及び第2カ
メラ(22,48)からの画像との照合を行い、バンプ及び
パターンの形状と位置関係を認識補正することを特徴と
する請求項1〜3のいずれかに記載のフリップチップボ
ンディングの位置合わせ方法。
4. The positions and shapes of bumps and patterns are input to a computer in advance, and the input image is compared with images from the first and second cameras (22, 48) to determine the shapes of bumps and patterns. 4. The method according to claim 1, wherein the positional relationship is recognized and corrected.
【請求項5】X,Y,θ方向に移動可能で且つ加熱可能に構
成された基板搭載台(10)と、 X,Y,θ方向に移動可能に構成されたチップ搭載台(24)
と、 前記チップ搭載台(24)と前記基板搭載台(10)との間
を移動可能な、チップ吸着手段(36)を有するボンディ
ングヘッド(34)と、 前記基板搭載台(10)上に搭載された基板(20)のパタ
ーンを観測する第1カメラ(22)と、 前記チップ吸着手段(36)に吸着されたチップ(32)の
バンプを観測する第2カメラ(48)と、 前記第1及び第2カメラ(22,48)の画像を表示するモ
ニタ手段(54)と、 前記第1及び第2カメラ(22,48)の画像を切り換えて
前記モニタ手段(54)上に表示する切り換え手段と、 前記第1カメラ(22)と第2カメラ(48)のXY平面上で
の中心点間のオフセット距離を求める手段と、 前記基板(20)上のパターンの絶対位置座標及び前記チ
ップ(32)上のバンプの絶対位置座標を読み取り、前記
絶対位置座標間のずれ量を計算する手段とから構成され
ることを特徴とするフリップチップボンディング装置。
5. A substrate mounting table (10) movable in X, Y, and θ directions and capable of being heated, and a chip mounting table (24) configured to be movable in X, Y, and θ directions.
A bonding head (34) having chip suction means (36) movable between the chip mounting table (24) and the substrate mounting table (10), and mounted on the substrate mounting table (10). A first camera (22) for observing the pattern of the picked-up substrate (20), a second camera (48) for observing bumps of the chip (32) sucked by the chip sucking means (36), Monitor means (54) for displaying images of the second and second cameras (22, 48); and switching means for switching the images of the first and second cameras (22, 48) and displaying the images on the monitor means (54). Means for obtaining an offset distance between the center points of the first camera (22) and the second camera (48) on the XY plane; absolute position coordinates of a pattern on the substrate (20); ) The absolute position coordinates of the upper bump are read, and the deviation between the absolute position coordinates is calculated. Flip-chip bonding system, characterized in that it consists of a means for.
【請求項6】前記基板搭載台(10)に振動手段(72)を
設けたことを特徴とする請求5記載のフリップチップボ
ンディング装置。
6. The flip chip bonding apparatus according to claim 5, wherein a vibration means (72) is provided on said substrate mounting table (10).
【請求項7】前記ボンディングヘッド(34)先端に、チ
ップ吸着時のボンディングヘッドが実際のチップ(32)
よりも厚いダミーチップに接触する第1の高さを検出す
るとともに、ボンディング時に該ダミーチップが基板
(20)に接触する第2の高さを検出する接触センサーを
設け、実際のチップ(32)吸着時及びボンディング時に
前記第1の高さ及び第2の高さを検出したなら前記ボン
ディングヘッド(34)の駆動を低速に切り換える制御手
段を設けたことを特徴とする請求項5記載のフリップチ
ップボンディング装置。
7. A bonding head for picking up a chip is mounted on an actual chip (32) at the tip of the bonding head (34).
A contact sensor for detecting a first height at which the dummy chip contacts the thicker dummy chip and a second height at which the dummy chip contacts the substrate (20) during bonding; 6. The flip chip according to claim 5, further comprising control means for switching the driving of the bonding head to a low speed when the first height and the second height are detected during suction and bonding. Bonding equipment.
【請求項8】ボンディングヘッド(34)のチップ吸着手
段(36)を、その先端部(70b)をノズルボアの中心軸
上に中心点を有する凸球面形状にしたチップ吸着用ノズ
ル(70)から構成したことを特徴とするフリップチップ
ボンディング装置。
8. The chip suction means (36) of the bonding head (34) is constituted by a chip suction nozzle (70) whose tip (70b) has a convex spherical shape having a center point on the center axis of the nozzle bore. A flip chip bonding apparatus characterized in that:
JP32953390A 1990-11-30 1990-11-30 Positioning method and apparatus for flip chip bonding Expired - Fee Related JP2820526B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32953390A JP2820526B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 Positioning method and apparatus for flip chip bonding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32953390A JP2820526B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 Positioning method and apparatus for flip chip bonding

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04206534A JPH04206534A (en) 1992-07-28
JP2820526B2 true JP2820526B2 (en) 1998-11-05

Family

ID=18222433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32953390A Expired - Fee Related JP2820526B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 Positioning method and apparatus for flip chip bonding

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2820526B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3791501B2 (en) 2003-02-26 2006-06-28 セイコーエプソン株式会社 Circuit board, semiconductor device, semiconductor manufacturing apparatus, circuit board manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method
KR100585145B1 (en) * 2004-06-05 2006-05-30 삼성전자주식회사 Reject Frame Discrimination System by Jet Level and Wire Bonding Method Using the Same
JP4653550B2 (en) * 2005-04-27 2011-03-16 株式会社東芝 Semiconductor device manufacturing apparatus and manufacturing method
JP5065889B2 (en) * 2005-04-28 2012-11-07 東レエンジニアリング株式会社 Image recognition implementation method
TWI483024B (en) * 2012-08-23 2015-05-01 Murata Manufacturing Co The manufacturing method of the socket
CN112259458A (en) * 2020-10-23 2021-01-22 浙江热刺激光技术有限公司 Chip sintering method and device, electronic equipment and readable storage medium
CN113035763B (en) * 2021-03-01 2023-06-09 东莞市中麒光电技术有限公司 High-precision chip transfer method
CN113035728A (en) * 2021-03-02 2021-06-25 北京无线电测量研究所 Chip flip-chip bonding method based on silicon adapter plate
CN113658894A (en) * 2021-09-10 2021-11-16 深圳九州光电子技术有限公司 COC eutectic soldering station

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04206534A (en) 1992-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11924974B2 (en) Apparatus for mounting components on a substrate
KR102132094B1 (en) Electronic component mounting device and electronic component mounting method
KR20070066946A (en) Method for Mounting Flip Chip on a Substrate
JP2820526B2 (en) Positioning method and apparatus for flip chip bonding
KR20140022582A (en) Flip chip bonding apparatus and calibration method thereof
JP2828503B2 (en) Flip chip bonder device and alignment method for the device
TWI841852B (en) Mounting device and mounting method
JP2004146776A (en) Machine and method for mounting flip-chip
CN112218517B (en) Mounting device
KR100696211B1 (en) Bonding device
JP3399334B2 (en) Thermocompression bonding apparatus and thermocompression bonding method for electronic components with bumps
JPH07245500A (en) Device and method for mounting electronic component
JP3272312B2 (en) Moving device of position recognition means
JP7607973B1 (en) Electronic component bonding equipment
KR102796478B1 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
TWI765549B (en) Mounting device for electronic parts
JPH10320054A (en) Chip component mounting device and positioning method for chip component and circuit board by chip component mounting device
WO2023188500A1 (en) Position alignment device, position alignment method, bonding device, bonding method, and method for manufacturing semiconductor device
KR20240141551A (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
JP3209250B2 (en) Optoelectronic integrated circuit mounting device
KR20210097622A (en) Electronic component bonding apparatus
CN119816931A (en) Installation
JPH0430538A (en) Method and apparatus for position alignment of semiconductor element
JPH0430537A (en) Semiconductor element alignment method and alignment device

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees