JP4549335B2 - バンプ接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極にバンプが設けられている電子部品を回路基板上の電極部へ上記バンプを接合させるバンプ接合装置及び方法、並びに上記バンプ接合装置を備えた半導体部品製造装置に関する。

電子部品を回路基板上へ電気的に接続しかつ固定する方法として、電子部品の電極にバンプを形成した電子部品の上記バンプを回路基板上の電極部へ接合する方法がある。このようなバンプ接合方法を実行する装置として、図１１に示す半導体部品製造装置１が存在する。該半導体部品製造装置１は、大別して、部品供給装置２、ボンディングステージ３、部品反転装置４、バンプ接合装置５、及び回路基板搬送装置６を備える。
上記部品供給装置２は、上記電子部品の一例である半導体チップを供給する装置であり、上記回路基板搬送装置６は当該半導体部品製造装置１へ回路基板を搬入、搬出する装置である。上記ボンディングステージ３は、上記回路基板搬送装置６にて搬入された上記回路基板を載置して上記バンプ接合を行うためのステージであり、Ｙ軸ロボット７にてＹ方向へ可動であり、又、バンプ接合ため上記回路基板の加熱を行う。上記部品反転装置４は、上記部品供給装置２から上記半導体チップを保持し該半導体チップの電極に形成されているバンプが上記ボンディングステージ３に載置されている上記回路基板に対向するように、保持した半導体チップを反転する装置である。上記バンプ接合装置５は、上記半導体チップを保持する保持装置と、保持した半導体チップをその厚み方向へ移動させるＺ方向駆動装置５１と、詳細後述する超音波振動発生装置９とを備える。該バンプ接合装置５は、Ｘ軸ロボット８に取り付けられ該Ｘ軸ロボット８にてＸ方向へ可動であり、上記部品反転装置４から上記半導体チップを受け取り上記ボンディングステージ３へ搬送した後、上記ボンディングステージ３に載置されている上記回路基板の所定位置へ保持している半導体チップを上記Ｚ方向駆動装置５１を駆動させることで押圧して上記バンプの接合を行う装置である。尚、上記回路基板上へ接合すべき上記半導体チップの位置合わせは、上記Ｘ軸ロボット８及び上記Ｙ軸ロボット７にて行われる。

又、上記バンプの接合を行うとき、上記バンプを上記Ｙ方向又はＸ方向へ振動させて上記バンプと回路基板側の電極との間に摩擦熱を発生させて、上記ボンディングステージ３の加熱温度の低減を図りかつ上記バンプの接合を強固なものにするため、上記バンプ接合装置５には上記バンプを振動させるための超音波振動発生装置９を備えている。該超音波振動発生装置９は、図１２に示すように、圧電素子９１と該圧電素子９１が一端部に接続される超音波ホーン９２とを備え、圧電素子９１を複数積層してこれらの圧電素子９１に電圧を印加することで発生する例えば上記Ｙ方向への振動を超音波ホーン９２にて増幅する。超音波ホーン９２の他端部には、上記半導体チップを保持するノズル９３が固定されており、圧電素子９１の振動により、ノズル９３、即ちノズル９３に保持されている半導体チップが上記Ｙ方向へ超音波振動する。尚、圧電素子９１は例えば上記Ｙ方向へ振動するが、発生した振動が上記半導体チップへ伝導する過程にて種々の方向への振動が生じ、上記半導体チップでは主たる振動方向は上記Ｙ方向であるが実際には種々の方向へ振動している。
特開平１１−２９７７６１号公報

上述したような構成を有する従来の半導体部品製造装置１では以下のようにバンプ接合が行われる。
上記回路基板搬送装置６にて搬入された上記回路基板は、上記ボンディングステージ３上に載置され加熱される。一方、部品供給装置２から部品反転装置４にて保持された上記半導体チップは、バンプ接合装置５にてボンディングステージ３上における装着位置まで搬送される。尚、上記バンプの接合が行われる前において、バンプ１１は、一例として図１３に示すような形状にてなる。即ち、直径寸法Ｉは、約１００μｍであり、土台部分１１ａの高さ寸法IIIは約３０〜３５μｍであり、全高寸法IIは約７０〜７５μｍである。
このようなバンプ１１は、上記Ｚ方向駆動装置５１の動作により上記回路基板上の電極部へ押圧され、図１４に示すようにつぶされ、かつ接合が行われる。尚、図１４に示すつぶれた状態におけるバンプ１１の高さ寸法IVは、上記土台部分１１ａの高さ寸法IIIにほぼ等しい。
従来の半導体部品製造装置１では、図１４に示すようにバンプ１１をつぶした後（以後、つぶれたバンプ１１に対して符号「１２」を付す）、上記超音波振動発生装置９を作動させてバンプ１２を超音波振動させ、つぶれたバンプ１２と回路基板の電極との接合を行う。

このように従来では、図１４に示すようにバンプ１１をつぶした後にバンプ１２を超音波振動させることから、バンプ１２と回路基板２０の電極部２１との接触面積が大きく、バンプ１２と電極部２１とが十分に擦れ合わない場合が生じる。よって、バンプ１２と電極部２１との間で、接合に必要な十分な摩擦熱が発生しない場合が生じる。したがってバンプ１２と電極部２１とが完全に接合しない場合が生じ、両者の接合強度が弱くなるという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、バンプと回路基板の電極部とが完全に接合し従来に比べて高い接合強度が得られるバンプ接合装置及びバンプ接合方法、並びに上記バンプ接合装置を備えた半導体部品製造装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様におけるバンプ接合装置は、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記押圧装置に対して上記バンプがつぶれる間、押圧動作制御を行い、上記バンプがつぶれる間の上記回路基板の上記電極部と上記バンプとの押圧によりバンプが初期接触面積の荷重に達した時点から接合完了接触面積の荷重まで変化する間、上記振動発生装置に対して一定の振動を発生させる振動制御を行う制御装置と、を備え、
上記押圧装置は、ボイスコイルモータにて構成され、
上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧動作制御は、上記バンプがつぶれる間、上記押圧に要する荷重の変化率を一定に、あるいは２次曲線的にあるいは段階的に上記荷重を変化させる押圧動作制御を行い、
上記制御装置は、上記ボイスコイルモータへ供給される電流値と、該電流供給によるバンプ、電極部間の押圧力との関係情報を予め有しており、上記ボイスコイルモータへ供給する電流値から上記押圧力の荷重値を求め、上記押圧動作制御を行うことを特徴とする。

本発明の第２態様におけるバンプ接合装置は、電子部品に形成されたバンプと回路基板上の電極部とを接合させるバンプ接合装置であって、
上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置と、
上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置と、
上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置と、を備え、
上記押圧装置は、ボイスコイルモータにて構成され、
上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧の動作制御は、上記バンプがつぶれる間の上記回路基板の上記電極部と上記バンプとの押圧によりバンプが初期接触面積の荷重に達した時点から接合完了接触面積の荷重まで変化する間、上記押圧に要する荷重の変化率を一定とする押圧動作制御を行い、
上記制御装置の上記振動発生装置に対する上記振動の動作制御は、上記バンプと上記電極部との接触前の時点から上記バンプがつぶれるまでに対応する時間経過の間にて行われ、上記バンプと上記電極部との接触前から上記初期接触面積の荷重に達するまでは、上記バンプと上記電極部との位置ずれを起こさない初期振動を作用させ、上記初期接触面積の荷重に達した時点から上記接合完了接触面積の荷重に達した時点まで、上記初期振動を超える一定の振動を作用させることを特徴とする。

本発明の第１態様のバンプ接合装置によれば、振動発生装置、押圧装置、及び制御装置を備え、回路基板の電極部とバンプとの押圧によりバンプが初期接触面積の荷重に達した時点から接合完了接触面積の荷重まで変化する間、上記電極部とバンプとを相対的に振動させることから、上記接合完了接触面積の荷重に達した時点から上記振動を作用させる従来の場合に比べて上記バンプと上記電極部との接触面積が小さい時点から上記振動が作用して摩擦熱が発生する。よって、上記バンプの接触面積の増加分がその都度上記電極部に接合していくので、上記接合完了接触面積の荷重に達した時点では上記接合完了接触面積のすべてにおいてバンプは電極部に完全に接合していることになり、従来に比べて高い接合強度を得ることができる。

又、本発明の第２態様のバンプ接合装置によれば、バンプと電極部とが接触する前からこれらに対して相対的に振動を作用させているので、例えばバンプの高さが不均一であるような場合であってもバンプと電極部との接触時点から確実にバンプを電極部へ接合していくことができる。又、上述の初期接触面積の荷重への設定動作に要する時間を節約できタクトの短縮を図ることができる。

又、上記振動発生装置に対する振動の動作制御において、作用させる初期振動は、初期接触面積の荷重から接合完了接触面積の荷重までの期間における振動よりも小さいことから、バンプと電極部との接触前において電子部品の保持が外れる可能性を低減することができる。

本発明の実施形態における、バンプ接合装置、該バンプ接合装置にて実行されるバンプ接合方法、及び上記バンプ接合装置を備えた半導体部品製造装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「電子部品」の一例として本実施形態では、シリコンウエハ等の半導体基盤上に集積回路を形成し該集積回路の電極にバンプが形成され、さらに個々の上記集積回路部分に切り分けられた半導体チップを例に採る。しかしながら上記電子部品は上記半導体チップに限定されるものではなく、例えば上記半導体チップが樹脂封止された半導体部品であってその電極にバンプが形成されたような半導体部品等であっても良い。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「振動発生装置」の機能を果たす一例として本実施形態ではバンプ接合装置１０５に備わり圧電素子９１を有する超音波振動発生装置９が相当するが、これに限定されるものではない。
さらに振動について、上記バンプと回路基板の電極部との間に摩擦熱が発生しボンディングステージによる上記回路基板の加熱温度を低下させることができるような振動であれば良く、上記超音波振動に限定されるものではない。半導体チップの大きさやバンプ数等の条件により変化するが、例えば振幅で、約０．５μｍ程度の振動であっても良い。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、「押圧装置」の機能を果たす一例として本実施形態ではバンプ接合装置１０５に備わるボイスコイルモータ１２１が相当するが、これに限定されるものではない。

図１に示すように、上記実施形態の半導体部品製造装置１０１の構造は、基本的に上述した半導体部品製造装置１の構造と変わるところはないが、半導体部品製造装置１０１では詳細後述するバンプ接合方法を実行させる制御装置１１０を備えた点が特徴となる。即ち、半導体部品製造装置１０１は、大別して、部品供給装置１０２、ボンディングステージ１０３、部品反転装置１０４、バンプ接合装置１０５、回路基板搬送装置１０６、及び制御装置１１０を備える。ここで、上記部品供給装置１０２は上述した従来の部品供給装置２に相当し、上記ボンディングステージ１０３は上述した従来のボンディングステージ３に相当し、上記部品反転装置１０４は上述した従来の部品反転装置４に相当し、上記バンプ接合装置１０５は上述した従来のバンプ接合装置５に相当し、上記回路基板搬送装置１０６は上述した従来の回路基板搬送装置６に相当する。よって、部品供給装置１０２、ボンディングステージ１０３、部品反転装置１０４、バンプ接合装置１０５、及び回路基板搬送装置１０６について、以下に示すように補足説明を加えるものを除き、ここでの詳しい説明は省略する。

上記部品供給装置１０２には、上述のように半導体ウエハに形成された集積回路の電極にバンプが形成され、さらに個々の集積回路部分にスクライブされた状態のウエハ１１２がマガジンリフタ１１１から供給される。部品供給装置１０２は、ウエハ１１２のいわゆる引き延ばしを行い個々の上記半導体チップに分割する。又、部品供給装置１０２に供給されたウエハ１１２及び個々の上記半導体チップの状態は、部品供給装置１０２の上方に設置されたウエハ認識装置１１３にて撮像され、その撮像情報は制御装置１１０に供給される。尚、上述のように本実施形態では、電子部品として上記半導体チップを例に採っているので、このような形態の部品供給装置１０２を備えるが、処理する電子部品の形態が異なればそれに対応して当然に部品供給装置の形態も変更されることになる。
尚。上記ウエハ１１２では、当然に、上記バンプを有する回路形成部分が上を向いている。そして、分割された上記半導体チップのそれぞれは、部品供給装置１０２に備わる突き上げ装置１２０にて上記半導体チップの厚み方向に突き上げられた後、部品反転装置１０４にて一つずつ保持され、上記バンプが回路基板２０の電極部２１に対向するように反転される。
尚、本実施形態において、上記ウエハ１１２は、強誘電体と呼ばれる、基盤がＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３等にてなるもので、上記バンプの材料は金である。

上記ボンディングステージ１０３は、図３に示すように、いわゆるボールねじ構造にてなり駆動部としてのモータ１１４を有するＹ軸ロボット１０７にてＹ方向へ滑動する。又、ボンディングステージ１０３には、回路基板搬送装置１０６から供給される回路基板２０の大きさに応じて供給される回路基板２０をボンディングステージ１０３上に載置するため、上記回路基板２０のＹ方向に沿った周縁部分を保持しＸ方向に可動な基板規正部１１５と、上記回路基板２０のＸ方向に沿った周縁部分を保持しＹ方向に可動な基板規正部１１６とを備える。又、上記ボンディングステージ１０３には、上記回路基板２０を吸着保持するための吸入用通路が形成されており上記吸入用通路は吸引装置１１７に連通している。又、バンプ接合のために上記回路基板２０を約１５０℃に加熱する加熱装置１１８が備わる。

バンプ接合装置１０５は、図１２を参照して上述したように、下端部分に超音波振動発生装置９及び上記半導体チップ保持用のノズル９３を備える。さらに、図１２に示すように上記ノズル９３には、上記半導体チップ１５０を吸着保持するための吸引用通路９４がノズル９３内をその軸方向に沿って形成させており、該吸引用通路９４は吸引装置１１９に連通している。尚、半導体チップ１５０の保持は、上記ノズル９３による吸引動作に限定されるものではなく、例えば機械的に保持するような構成を採っても良い。又、本実施形態では、上記バンプと上記回路基板２０の電極部２１とを接合するため、上記電極部２１に対して上記バンプ１１を対向させてバンプ１１と上記電極部２１とが互いに近接する方向（本実施形態では、Ｚ方向）へ上記半導体チップ１５０を移動し、バンプ１１と上記電極部２１とを押圧するが、上記半導体チップ１５０を移動、押圧の駆動装置として本実施形態では、図２に示すように、公知のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１２１を用いている。さらにバンプ接合装置１０５には、ノズル９３をその軸周り方向へ回転させる軸回り用モータ１２２を備えている。
後述のようにバンプ形成装置１０５の動作制御は制御装置１１０にて行われる。

このようなバンプ接合装置１０５をＸ軸方向へ移動させるＸ軸ロボット１０８は、本実施形態では図２に示すようにいわゆるボールねじ構造を有し、駆動部としてのモータ１２３を有する。

上記制御装置１１０は、上述したそれぞれの装置、例えば部品供給装置１０２、ボンディングステージ１０３、部品反転装置１０４、ボイスコイルモータ１２１及び圧電素子９１を含めたバンプ接合装置１０５、回路基板搬送装置１０６等と電気的に接続され、それぞれの動作制御を行う。尚、本実施形態では制御装置１１０は、半導体部品製造装置１０１の全体にて一つ設けられ、例えばバンプ接合動作の制御等を行うが、もちろん、例えばバンプ接合装置１０５用にバンプ接合動作の制御を行うように、それぞれの装置に対応して制御装置を設けることもできる。
以下には、本実施形態にて特徴的な制御動作であり制御装置１１０にて実行されるバンプ接合動作の制御について詳しく説明し、その他の装置に対する制御装置１１０の動作制御については従来と同様であるので、ここでの説明を省略する。

バンプ接合動作について、上述のように従来では図１３に示すバンプ１１を上記回路基板２０の電極部２１に押圧して図１４に示すバンプ１２のような形状まで潰した後、初めて超音波振動発生装置９を動作させて超音波振動をバンプ１２に作用させていた。
これに対し本実施形態では、バンプ１１が上記電極部２１に押圧され図４に示す状態になった時点から上記バンプ１２の形状になるまでの間、超音波振動発生装置９を動作させて超音波振動を上記バンプ１１、１２に作用する。このような制御を行うことで、上記電極部２１に対するバンプ１１の接触面積が変化するとともに超音波振動がバンプ１１、１２に作用するので、変化する上記接触面積のすべてに渡り超音波振動により発生する摩擦熱をも加わりバンプ１１、１２と上記電極部２１とが均一に接合することになる。よって、バンプ１２の全体において、従来に比べて強固にバンプ１２と上記電極部２１とを接合することができる。

上記バンプ接合動作について、図６等を参照してより具体的に説明する。
尚、本実施形態にて用いる半導体チップ１５０には、金にてなるバンプ１１が合計２０個形成されており、又、該バンプ１１が押圧される上記電極部２１も金にてなる。又、上記ボイスコイルモータ１２１に電流を供給することで、上記ノズル９３はその軸方向、つまり上記Ｚ方向であり、該ノズル９３に吸着保持されている半導体チップ１５０の厚み方向へ移動し、半導体チップ１５０のバンプ１１が上記回路基板２０の電極部２１へ押圧されていく。又、制御装置１１０は、ボイスコイルモータ１２１へ供給される電流値と、該電流供給によりバンプが電極部２１を押圧する押圧力との関係情報を予め有しており、ボイスコイルモータ１２１へ供給する電流値から上記押圧力の荷重値を求める。尚、該荷重値の求め方は、上記関係情報の形態、つまり例えば、いわゆるテーブル形式や、演算式等の形態に応じて周知の方法を採ることができる。
又、以下の説明にて使用する各具体的数値は、上述のように一つの半導体チップ１５０に２０個の金バンプが形成されており、図１３を参照して説明した形状及び寸法をそれぞれのバンプが有する場合に対する一例の値である。よって、これらの条件が変化したときには、上記具体的数値は変更することができる。

図６のステップ（図では「Ｓ」にて示す）１にて、制御装置１１０は、上記Ｘ軸ロボット１０８及びＹ軸ロボット１０７の動作制御を行い、接合すべき上記電極部２１に対向してバンプ１１を配置した後、ステップ２にて、上記ボイスコイルモータ１２１を駆動してバンプ１１と上記電極部２１とを接触させ、ステップ３にて押圧していく。これにより上記電極部２１に対するバンプ１１の接触面積が変化し、図４に示すようにバンプ１１の先端部１１ｂがつぶれ、ステップ４にてバンプ１１における上記電極部２１との接触面積が初期接触面積となる。尚、本実施形態において、図４に示す高さ寸法Ｖは６０〜６５μｍであり、上記初期接触面積をなす部分の直径寸法VIは５〜１０μｍである。

バンプ１１が上記電極部２１に接触したこと、及びバンプ１１の上記接触面積が上記初期接触面積になったことは、上記荷重を求めることで検出する。即ち、上述のように制御装置１１０は、ボイスコイルモータ１２１へ供給する電流値を検出し該電流値と上記関係情報とに基づき上記荷重を求める。本実施形態の場合、図５に示すように、上記２０個のバンプで１００ｇの荷重値になったとき、制御装置１１０は上記接触を認識し、１５ｇ／１バンプの割合で３００ｇの荷重値になったとき上記初期接触面積に達したと判断する。尚、本実施形態では、±５０ｇの許容範囲を設定しており、上記荷重値が３００±５０ｇの範囲に含まれたときに上記初期接触面積に達したと判断する。
又、本実施形態では、制御装置１１０はバンプ１１が上記電極部２１に接触した時点から０．１秒にて上記接触面積が上記初期接触面積に達するように時間制御を行う。

上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点で、ステップ５にて制御装置１１０は超音波振動発生装置９の圧電素子９１へ電圧を印加してノズル９３、つまり半導体チップ１５０のバンプ１１に超音波振動を作用させるとともに、バンプ１１をさらに押圧する。本実施形態において、発生する上記超音波の周波数は６０ＫＨｚであり、これにてノズル９３の半導体チップ保持部分において１〜２μｍの振幅が得られる。又、バンプ１１への超音波振動の作用は、後述のステップ７まで続けられ、この間、上述の周波数による一定の超音波振動が連続して作用する。

又、バンプ１１が上記電極部２１へ接触した時点から超音波振動を作用させるのではなく、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から超音波振動を作用させる理由は、図１３に示すようにバンプ１１の先端部１１ｂがとがった状態にて振動を作用された場合、バンプ１１と電極部２１との接触が点接触であることから、電極部２１に対してバンプ１１が踊ってしまい、バンプ１１が接合されるべき電極部２１に対して上記バンプ１１と上記電極部２１とが位置ずれを起こし接合位置が定まらない場合が生じるからである。具体的に説明すると、バンプ１１の先端部１１ｂがとがった状態のままにて上記１〜２μｍの振幅にてなる振動を作用させた場合、電極部２１に対してバンプ１１が滑る。その結果、正規の接合位置に対して通常±１５μｍの精度にて接合が行われるのに対して、±５０μｍ以上のずれが発生してしまう。
よって、上記初期接触面積とは、バンプ１１と電極部２１とが上記位置ずれを起こさない最小限の面積といえる。尚、上記初期接触面積と超音波振動の大きさとの関係において、一例として振幅１μｍの振動の場合、上記初期接触面積はバンプ直径のほぼ３０〜４０％に相当する。

ステップ６では、上記接触面積が上記初期接触面積を超える面積であって図１４に示すような接合完了時における接合完了接触面積まで変化するように、ボイスコイルモータ１２１へ電流を供給してバンプ１１へ荷重をかけていく。本実施形態では、このステップ６における荷重のかけ方は、図５に示すように荷重値の変化率が一定となるようにバンプ１１に荷重をかけていく。上記接触面積が上記接合完了接触面積に達したときの上記荷重値は、１００ｇ／１バンプの割合で２０００ｇである。又、制御装置１１０は、上記接触面積が上記初期接触面積に到達した時点から上記接合完了接触面積になるまでの時間が０．３秒となるように押圧動作を制御する。
そして、上記荷重値が２０００ｇに達したとき、即ち、上記接触面積が上記接合完了接触面積に達したステップ７にて、制御装置１１０は、上記電極部２１に対する上記バンプ１２の押圧動作を終了するとともに、上記バンプ１２への超音波振動の作用を終了する。

本実施形態では上述のようにバンプ１１に作用する荷重値の変化率がステップ６において一定になるように制御しているが、これに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、符号１４０にて示すような２次曲線的に上記荷重値を変化させても良いし、符号１４１にて示すように段階的に上記荷重値を変化させても良い。

上述のように構成される半導体部品製造装置１０１における動作について以下に説明する。
回路基板搬送装置１０６にて回路基板２０がボンディングステージ１０３に供給され、ボンディングステージ１０３上に吸着されながら加熱される。一方、マガジンリフタ装置１１１から部品供給装置１０２へ上記ウエハ１１２が移載され、部品供給装置１０２にてウエハ１１２の引き延ばしが行われる。そして、部品反転装置１０４が一つずつ半導体チップ１５０を部品供給装置１０２から保持し、反転する。次に、Ｘ軸ロボット１０８を駆動してバンプ接合装置１０５を部品反転装置１０４に対応する場所まで移動して、バンプ接合装置１０５のノズル９３にて上記反転された半導体チップ１５０を保持する。保持後、再びＸ軸ロボット１０８が駆動され、バンプ接合装置１０５はボンディングステージ１０３の上方まで移動する。次に、Ｘ軸ロボット１０８及びＹ軸ロボット１０７を駆動して、ボンディングステージ１０３に保持されている回路基板２０上で、半導体チップ１５０を接合すべき箇所にて、半導体チップ１５０のバンプ１１と上記電極部２１とが対応するように配置される。以後、上述した接合動作が行われ、上記バンプ１１と上記電極部２１とが接合される。
回路基板２０上に接合すべきすべての半導体チップ１５０の接合が終了した後、ボンディングステージ１０３は回路基板搬送装置１０６へ移動され、回路基板搬送装置１０６はボンディングステージ１０３から回路基板２０を次工程へ搬送する。

以上説明したように本実施形態のバンプ接合装置及びバンプ接合方法によれば、バンプ１１が回路基板２０の電極部２１へ押圧されるとき、上記電極部２１に対するバンプ１１の接触面積が変化するとともに超音波振動がバンプ１１、１２に作用するので、変化する上記接触面積のすべてに渡り、ボンディングステージ１０３による加熱とともに上記超音波振動により発生する摩擦熱をも加わりバンプ１１、１２と上記電極部２１とが均一に接合されることになる。よって、バンプ１２と上記電極部２１との接触面積の全体において、従来に比べて強固にバンプ１２と上記電極部２１とを接合することができる。

上述の実施形態では、バンプ１１と上記電極部２１との押圧のためバンプ接合装置１０５を回路基板２０へ移動させたが、これに限定されるものではない。例えば図９に示すように、バンプ接合時においてバンプ接合装置２０５を固定しておき上記回路基板２０を載置したボンディングステージ２０３をバンプ接合装置２０５へ移動させてもよい。その移動用の駆動装置としては、例えば上述したようなボイスコイルモータ２２１を使用し、上述のように該ボイスコイルモータ２２１へ供給する電流値にて移動量を制御しても良い。要するにバンプ接合時においてバンプ接合装置と上記回路基板２０を載置したボンディングステージとを相対的に移動させれば良い。尚、図９において、符号２０７はＹ軸ロボットを示し、符号２０８はＸ軸ロボットを示す。

又、超音波振動をノズル９３に作用させたが、これに限定されるものではなく、回路基板２０側を超音波振動発生装置２０９にて超音波振動させてもよい。要するに、バンプ１１と回路基板２０とを相対的に振動させれば良い。

又、上述の実施形態では、バンプ接合装置１０５にて上記初期接触面積までバンプ１１を押圧したが、これに限定されるものではない。即ち、バンプ１１の先端部１１ｂが予め上記初期接触面積に成形された半導体チップ１５０等の電子部品が当該半導体部品製造装置１０１若しくはバンプ接合装置１０５へ供給されてもよい。この場合、バンプ１１と電極部２１とが接触した時点から押圧動作及び超音波振動動作が実行されることになる。

又、上述の実施形態では、半導体チップ１５０に形成されているバンプ１１は、図１３に示すような形状にてなる場合を例に採るが、このようなバンプ１１に限定されるものではなく、例えば図１０に示すような頂点部分２５０が複数存在するようなバンプにも適用可能である。

又、上述の実施形態では、図５を参照して説明したように、上記電極部２１とバンプ１１との接触面積が上記接合完了接触面積に達すると同時に、上記電極部２１に対するバンプ１２の押圧動作を終了しかつ上記バンプ１２への超音波振動の作用を終了するようにした。その理由は、接合完了後、長時間にわたり超音波振動をバンプ１２へ作用し続けた場合には、接合部分が破壊する場合があるからである。よって、上記接触面積が上記接合完了接触面積に達した後、本実施形態では約０．３秒以内に超音波振動の作用を停止している。

又、上述した実施形態では、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から超音波振動を作用させたがこれに限定されるものではない。
即ち、上述の実施形態ではノズル９３における振幅が上述のように１〜２μｍという比較的強い振動を作用させている。よって、バンプ１１を予め上記初期接触面積までつぶすことで、上述のようにバンプ１１と電極部２１との位置ずれの発生を防止した後、バンプ１１に超音波振動を作用させた。一方、上記位置ずれが発生しない場合、例えば０．５μｍ程度の比較的弱い振動を作用させるようなときには、バンプ１１と電極部２１とが接触する前から上記バンプ１１と上記電極部２１とを相対的に振動させてもよい。尚、上述の例えば０．５μｍ程度の振動であっても上記摩擦熱が発生しバンプ１１、１２と電極部２１とは良好に接合可能である。

このようにバンプ１１と電極部２１とが接触する前から振動を作用させることで以下のような効果を奏する。即ち、半導体チップ１５０に形成されているバンプ１１について図１３にIIにて示す高さ寸法に例えば高、中、低の３種類があるような場合において、上記「低」の高さ寸法を有するバンプが上記初期接触面積につぶれるまで半導体チップ１５０を押圧した後、超音波振動を作用させたとする。このような場合、上記「中」及び上記「高」の高さ寸法を有するバンプについては、上記初期接触面積以上の面積にて電極部２１と接触していることになる。よって、この状態から超音波振動を作用させた場合、上記「中」及び上記「高」の高さ寸法を有するバンプは、上記「低」の高さ寸法を有するバンプに比べて振動しにくいことから、超音波振動の作用開始時点にて十分な接合が行われない可能性がある。一方、バンプ１１と電極部２１とが接触する前から振動を作用させることで、上記「低」、「中」、「高」のいずれのバンプについても良好な接合を行うことができる。

尚、バンプ１１と電極部２１とが接触する前から振動を作用させた場合、ノズル９３から半導体チップ１５０が外れる可能性もあるので、例えば、半導体チップ１５０の吸着力を強くする、半導体チップ１５０とノズル９３との接触面における摩擦を大きくする、等の配慮が必要になる場合がある。

さらには、バンプ１１と電極部２１とが接触する前から上記接触面積が上記初期接触面積に達するまでは、上記位置ずれを起こさない初期振動を作用させ、上記接触面積が上記初期接触面積に達した時点から上記接合完了接触面積に達した時点まで、上記初期振動を超える振動であって一定の振動、例えば振幅が上述の１〜２μｍの振動を作用させるようにしても良い。尚、上記初期振動であっても上記摩擦熱が発生しバンプ１１、１２と電極部２１とは良好に接合可能である。
このような振動動作制御を行うことで、上記位置ずれの発生がなく、かつ上記初期接触面積への設定動作に要する時間の節約からタクトの短縮を図ることができ、かつ完全な接合を行うことができる。又、上記初期振動が小さいことから、上述した、バンプ１１と電極部２１との接触前から振動を作用させたときのノズル９３から半導体チップ１５０が外れる恐れを低減することもできる。
［参考形態］
参考形態として、以下の内容を記載する。
上述の実施形態では、上述のようにバンプ１１に対する押圧力を荷重値にて検出したが、これに限定されるものではない。即ち、本発明の課題である、バンプと回路基板２０の電極部２１とを完全に接合させるという観点からすると、上記接触面積が増加していくすべての状態において確実に上記バンプと上記電極部２１とを接合していくのが理想である。したがって、本実施形態ではバンプに作用させる超音波振動が上述のように一定であることから、上記接触面積の増加率が一定となるようにボイスコイルモータ１２１へ供給する電流値を制御するのが最も好ましい。このような制御を行うときには、制御装置１１０には、押圧力、つまりこの場合には電流値と上記接触面積との電流値−面積情報が予め供給されている必要がある。そして制御装置１１０はボイスコイルモータ１２１へ供給する電流値から上記接触面積を求め、該接触面積の変化率が一定となるように上記電流値を制御し上記押圧力を制御する。
又、図４及び図１４に示されるように、上記押圧動作によりバンプ１１はつぶれ、上記ノズル９３に保持された半導体チップ１５０の移動方向に沿ったバンプ１１の高さ寸法が変化する。よって、該高さ寸法の増加率が一定となるようにボイスコイルモータ１２１へ供給する電流値を制御することもできる。このような制御を行うときには、制御装置１１０には、押圧力、つまりこの場合には電流値と上記高さ寸法との電流値−高さ情報が予め供給されている必要がある。そして制御装置１１０はボイスコイルモータ１２１へ供給する電流値から上記高さ寸法を求め、該高さ寸法の変化率が一定となるように上記電流値を制御し上記押圧力を制御する。
又、本実施形態では半導体チップ１５０を移動させるための駆動装置として上述のようにボイスコイルモータ１２１を使用しているが、これに限定されるものではなく、図８に示すように、例えばいわゆるボールねじ構造１３０にて上記駆動装置を構成しモータ１３１にてノズル９３を移動させてもよい。このとき、上記押圧力をロードセル１３２にて測定するようにしても良い。

本発明の実施形態における半導体製造装置の一例を示す斜視図である。 図１に示すバンプ接合装置部分を拡大した斜視図である。 図１に示すボンディングステージ部分を拡大した斜視図である。 図１に示すバンプ接合装置にて押しつぶされるバンプが初期接触面積に達した状態を示す図である。 図１に示す半導体製造装置にて実行されるバンプ接合動作の一制御例を示すグラフである。 図１に示す半導体製造装置にて実行されるバンプ接合方法における動作を示すフローチャートである。 図１に示す半導体製造装置にて実行されるバンプ接合動作の他の制御例を示すグラフである。 図１に示すバンプ接合装置の他の装置構成例を示す図である。 図１に示す半導体製造装置の他の装置構成例であってバンプ接合装置周り及びボンディングステージ周りを示す図である。 バンプ形状の他の例を示す図である。 従来の半導体製造装置の一例を示す斜視図である。 バンプ接合装置において半導体チップの保持部分及び振動発生装置部分を示す図である。 電子部品に形成されているバンプの形状を示す図である。 押しつぶされたバンプが接合完了接触面積に達した状態を示す図である。

符号の説明

９…超音波振動発生装置、１１…バンプ、９３…ノズル、
１０１…半導体部品製造装置、１０５…バンプ接合装置、
１１０…制御装置、１２１…ボイスコイルモータ。

Claims (2)

1. 電子部品に形成されたバンプ（１１）と回路基板上の電極部（２１）とを接合させるバンプ接合装置であって、
   上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置（９）と、
   上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置（１２１）と、
   上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置であって、上記押圧装置に対して上記バンプがつぶれる間、押圧動作制御を行い、上記バンプがつぶれる間の上記回路基板の上記電極部と上記バンプとの押圧によりバンプが初期接触面積の荷重に達した時点から接合完了接触面積の荷重まで変化する間、上記振動発生装置に対して一定の振動を発生させる振動制御を行う制御装置（１１０）と、を備え、
   上記押圧装置は、ボイスコイルモータにて構成され、
   上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧動作制御は、上記バンプがつぶれる間、上記押圧に要する荷重の変化率を一定に、あるいは２次曲線的にあるいは段階的に上記荷重を変化させる押圧動作制御を行い、
   上記制御装置は、上記ボイスコイルモータへ供給される電流値と、該電流供給によるバンプ、電極部間の押圧力との関係情報を予め有しており、上記ボイスコイルモータへ供給する電流値から上記押圧力の荷重値を求め、上記押圧動作制御を行うことを特徴とするバンプ接合装置。
2. 電子部品に形成されたバンプ（１１）と回路基板上の電極部（２１）とを接合させるバンプ接合装置であって、
   上記電極部に対して上記バンプを対向させた電子部品の上記バンプと上記電極部とを上記接合のために相対的に振動させる振動発生装置（９）と、
   上記バンプと上記電極部とが互いに近接する方向へ上記電子部品と上記回路基板とを相対的に移動させて上記電子部品における上記バンプと上記電極部とを押圧して上記バンプをつぶしていく押圧装置（１２１）と、
   上記振動発生装置及び上記押圧装置の動作制御を行う制御装置（１１０）と、を備え、
   上記押圧装置は、ボイスコイルモータにて構成され、
   上記制御装置の上記押圧装置に対する上記押圧の動作制御は、上記バンプがつぶれる間の上記回路基板の上記電極部と上記バンプとの押圧によりバンプが初期接触面積の荷重に達した時点から接合完了接触面積の荷重まで変化する間、上記押圧に要する荷重の変化率を一定とする押圧動作制御を行い、
   上記制御装置の上記振動発生装置に対する上記振動の動作制御は、上記バンプと上記電極部との接触前の時点から上記バンプがつぶれるまでに対応する時間経過の間にて行われ、上記バンプと上記電極部との接触前から上記初期接触面積の荷重に達するまでは、上記バンプと上記電極部との位置ずれを起こさない初期振動を作用させ、上記初期接触面積の荷重に達した時点から上記接合完了接触面積の荷重に達した時点まで、上記初期振動を超える一定の振動を作用させることを特徴とするバンプ接合装置。

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