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JPH11163047A - 半導体装置の製造方法及びその装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及びその装置

Info

Publication number
JPH11163047A
JPH11163047A JP9325940A JP32594097A JPH11163047A JP H11163047 A JPH11163047 A JP H11163047A JP 9325940 A JP9325940 A JP 9325940A JP 32594097 A JP32594097 A JP 32594097A JP H11163047 A JPH11163047 A JP H11163047A
Authority
JP
Japan
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semiconductor chip
bonding
substrate
semiconductor device
manufacturing
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.)
Pending
Application number
JP9325940A
Other languages
English (en)
Inventor
Motojiro Shibata
元二郎 芝田
Yukihiro Iketani
之宏 池谷
Tetsuya Kubo
哲也 久保
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9325940A priority Critical patent/JPH11163047A/ja
Priority to TW087119204A priority patent/TW403976B/zh
Priority to US09/197,704 priority patent/US6193132B1/en
Priority to KR1019980051360A priority patent/KR100283834B1/ko
Publication of JPH11163047A publication Critical patent/JPH11163047A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、半導体チップをフェースダウンで基
板上にボンディングしてもボンディング精度の異常を確
実に検出できる。 【解決手段】ボンディング前における半導体チップ13
の側面を検出し、ボンディング後に基板11上の半導体
チップ13の側面と基準パターン28との距離を第1の
検出部23で求め、これら各相対位置と距離とに基づい
て位置ずれ判定用の基準値を登録部24で登録し、実際
のボンディング中、ボンディング前の半導体チップ13
の側面とボンディング後の半導体チップ13の側面と基
準パターン28との距離とに基づいて測定値を第2の検
出部25で求め、この測定値と基準値とを検査部26で
比較して半導体チップ13と基板11との位置ずれを検
査する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して例え
ばICなどの半導体チップをフェースダウン(電極を下
向き)でボンディングした半導体装置における半導体チ
ップと基板との位置ずれを検査することのできる半導体
装置の製造方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】基板に対して例えばICなどの半導体チ
ップをボンディングする場合、図10に示すように基板
1に対し、半導体チップ2の電極(又はバンプ)を下向
きにしたフェースダウンでボンディングする方法があ
る。
【0003】このようなボンディング方法では、半導体
チップ2をフェースダウンした状態で位置合わせし、基
板1にボンディングしたときのボンディング精度を監視
する必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特にボ
ンディング精度を確認する方法はなく、サンプルとして
半導体チップ2がボンディングされた基板1に対し、X
線透過装置などを用いて確認する方法が行われている程
度である。
【0005】すなわち、基板1としては例えばセラミッ
クス基板やガラス基板があるが、このうちセラミックス
基板では光の透過量が非常に少なく、撮像カメラで撮像
してもフェースダウンで基板1上にボンディングされた
半導体チップ2を確認することは殆ど困難である。この
セラミックス基板では、たとえX線透過装置を用いたと
しても半導体チップ2の位置をぼんやりと確認できる程
度である。
【0006】又、基板1としてガラス基板では、撮像カ
メラで撮像して半導体ウエハ2を捕らえることができる
が、画像が鮮明でなく半導体チップ2の位置が何となく
分かる程度であり、正確な位置ずれ量を検出することは
困難である。
【0007】そのうえ、半導体チップ2をフェースダウ
ンで基板1上にボンディングする装置上で位置ずれ量を
検出することができない。又、1サンプル毎にX線透過
装置などを用いてボンディング精度を確認しては、時間
がかかってしまい、効率がよくない。
【0008】そこで本発明は、半導体チップをフェース
ダウンで基板上にボンディングしてもボンディング精度
の異常を確実に検出できる半導体装置の製造方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1によれば、バン
プ電極を有する半導体チップが基板に対して接続された
半導体装置の製造方法において、半導体チップを基板に
対してフェースダウン・ボンディングするボンディング
工程と、基板に対する半導体チップの位置ずれを予め設
定された基準値との比較結果に基づいて検査する位置ず
れ検査工程と、を備えた半導体装置の製造方法である。
【0010】請求項2によれば、請求項1記載の半導体
装置の製造方法において、ボンディング工程前に、半導
体チップのバンプ電極が設けられた面上の特定部位の半
導体チップの側面に対する相対位置を検出する第1検出
工程と、ボンディング工程後に、半導体チップの側面の
基板に対する相対位置を検出する第2検出工程と、第1
検出工程及び第2検出工程における相対位置検出結果に
基づいて基板に対する半導体チップの位置ずれを検査す
る位置ずれ検査工程とを備ている。
【0011】請求項3によれば、請求項1記載の半導体
装置の製造方法において、基準値は、ボンディング工程
においてボンディングが位置ずれ無く行われたときの第
1検出工程及び第2検出工程の相対位置検出結果に基づ
いて算出する。
【0012】請求項4によれば、請求項1記載の半導体
装置の製造方法において、バンプ電極が設けられた面上
の特定部位はバンプ電極である。請求項5によれば、請
求項1記載の半導体装置の製造方法において、位置ずれ
検査工程における検査結果に基づいて警報発信又はボン
ディング動作停止を行う。
【0013】請求項6によれば、バンプ電極を有する半
導体チップが基板に対して接続された半導体装置の製造
装置において、 半導体チップを基板に対してフェースダウン・ボンディ
ングするボンディング手段と、 ボンディング手段によるボンディング前に半導体チップ
のバンプ電極が設けられた面上の特定部位の半導体チッ
プの側面に対する相対位置を検出する第1検出手段と、 ボンディング手段によるボンディング後に半導体チップ
の側面の基板に対する相対位置を検出する第2検出手段
と、 第1検出手段及び第2検出手段における相対位置検出結
果に基づいて基板に対する半導体チップの位置ずれを検
査する位置ずれ検査手段と、を備えた半導体装置の製造
装置である。
【0014】請求項7によれば、請求項5記載の半導体
装置の製造装置において、位置ずれ検査手段において
は、予め登録手段にて登録された基準値との比較結果に
基づいて位置ずれの有無を判定する。
【0015】請求項8によれば、請求項6記載の半導体
装置の検査装置において、基準値は、ボンディングが位
置ずれ無く行われたときの第1位置手段及び第2検出手
段の相対位置検出結果に基づいて算出する。
【0016】請求項9によれば、請求項5記載の半導体
装置の検査装置において、バンプ電極が設けられた面上
の特定部位はバンプ電極である。請求項10によれば、
請求項5記載の半導体装置の製造装置において、位置ず
れ検査手段における検査結果に基づいて警報発信又はボ
ンディング動作停止を行う警報部を具備する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図1は半導体装置の製造
装置の全体構成図である。ボンディングステージ10上
には、基板11が載置されている。このボンディングス
テージ10の上方には、ボンディングツール12が配置
され、その先端部にIC等の半導体チップ13が吸着さ
れている。
【0018】このうちボンディングステージ10の隣で
ボンディングツール12の通過する下方には、第1の認
識カメラ14が設けられている。この第1の認識カメラ
14は、ボンディングする前の半導体チップ13の下面
を半導体チップ13の下方、すなわち半導体チップ13
の電極(バンプ)15の設けられている側から撮像して
その画像信号を出力する機能を有している。
【0019】又、ボンディングツール12の隣には、こ
のボンディングツール12と一体的に移動する第2の認
識カメラ16が設けられている。この第2の認識カメラ
16は、半導体チップ13が基板11上にボンディング
された後、半導体チップ13の上面と基板11上に形成
されている基準パターンとを撮像してその画像信号を出
力する機能を有している。
【0020】一方、製造装置全体の主制御部20が設け
られ、この主制御部20に画像メモリ21が接続され、
かつ主制御部20から発せられる指令により入力部2
2、第1の検出部23、登録部24、第2の検出部2
5、検査部26及び警報部27が作動するものとなって
いる。
【0021】このうち入力部22は、第1及び第2の認
識カメラ14、16からそれぞれ出力される各画像信号
を入力し、これらを画像データとして画像メモリ21に
記憶する機能を有している。
【0022】第1の検出部23は、画像メモリ21に記
憶されている画像テータを読み取り、この画像データか
らボンディング前における半導体チップ13の側面に基
づく位置を検出する機能を有している。
【0023】例えば、ボンディング前の半導体チップ1
3の側面に基づく相対位置は、図2(a) に示すように電
極(バンプ)15と半導体チップ13のコーナとの間隔
1、Y1 を検出し、これら間隔X1 、Y1 から距離l1
、傾きθ1 を求める機能を有している。
【0024】又、第1の検出部23は、画像メモリ21
に記憶されている画像データを読み取り、この画像デー
タからボンディング後における半導体チップ13の側面
と基板11上に形成された基準パターンとの距離を検出
する機能を有している。
【0025】例えば、ボンディング後における半導体チ
ップ13の側面と基板11上に形成された基準パターン
との距離は、図3(a) に示すように半導体チップ13の
側面と基準パターン28との間隔X2 、Y2 を検出し、
これら間隔X2 、Y2 から距離l2 、傾きθ2 を求める
機能を有している。
【0026】登録部24は、第1の検出部23により検
出した半導体チップ13の側面に基づく相対位置の情報
すなわちX1 、Y1 、l1 、θ1 、及び半導体チップ1
3の側面と基準パターン28との距離の情報すなわちX
2 、Y2 、l2 、θ2 から位置ずれ判定用の基準値、す
なわち X=X1 +X2 Y=Y1 +Y2 を求め、この基準値を登録する機能を有している。
【0027】第2の検出部25は、実際のボンディング
中、第1及び第2の認識カメラ14、16によりそれぞ
れ得られる各画像データからボンディング前の半導体チ
ップ13の側面に基づく相対位置を検出し、かつボンデ
ィング後に半導体チップ13の側面と基板11上の基準
パターン28との距離を検出する機能を有している。
【0028】例えば、ボンディング前の半導体チップ1
3の側面に基づく相対位置は、図2(b) に示すように電
極(バンプ)15と半導体チップ13のコーナとの間隔
1´、Y1 ´を検出し、これら間隔X1 ´、Y1 ´か
ら距離l1 ´、傾きθ1 ´を求める機能を有している。
【0029】又、ボンディング後における半導体チップ
13の側面と基板11上に形成された基準パターン28
との距離は、図3(b) に示すように半導体チップ13の
側面と基準パターン28との間隔X2 ´、Y2 ´を検出
し、これら間隔X2 ´、Y2´から距離l2 ´、傾きθ2
´を求め、さらに測定値 X´=X1 ´+X2 ´ Y´=Y1 ´+Y2 を求める機能を有している。
【0030】又、この第2の検出部25は、実際のボン
ディング中、半導体チップ13の1サンプル毎、又は数
個に1個の割合で検出動作を行う機能を有している。検
査部26は、第2の検出部25により検出された相対位
置及び距離に基づいて求められる測定値と基準値とを比
較して半導体チップ13と基板11との位置ずれを検査
する機能を有している。
【0031】警報部27は、検査部26による比較の結
果、測定値と基準値とのずれ量が閾値を越えると、警告
又は半導体装置の製造を停止する機能を有している。次
に上記の如く構成された装置の作用について図4に示す
検査フローチャートに従って説明する。
【0032】先ず、位置ずれ判定用の基準値を登録する
ためのティーチングが行われる。ボンディングステージ
10上には、基板11が載置され、ボンディングツール
12の先端には、フェースダウンの状態で半導体チップ
13が吸着される。
【0033】第1の認識カメラ14は、ステップ#1に
おいて、図5に示すようにボンディングする前、ボンデ
ィングツール12に吸着されている半導体チップ13を
視野内に入れ、図6に示すように半導体チップ13の下
面を半導体チップ13の下方側から撮像してその画像信
号を出力する。
【0034】この画像信号は、入力部22を通して画像
データとして画像メモリ21に記憶される。第1の検出
部23は、画像メモリ21に記憶された画像テータを読
み取り、この画像データからボンディング前における半
導体チップ13の側面に基づく相対位置、例えば、図2
(a) に示すように電極(バンプ)15と半導体チップ1
3のコーナとの間隔X1 、Y1 を検出し、これら間隔X
1 、Y1 から距離l1 、傾きθ1 を求める。
【0035】この場合、電極(バンプ)15は、半導体
チップ13のコーナに最も接近している電極(バンプ)
が検出される。この後、ボンディングツール12は、基
板11の上方に移動し、この後下降して半導体チップ1
3をフェースダウンで基板11上にボンディングする。
【0036】このボンディングの後、第2の認識カメラ
16は、図7に示すように半導体チップ13がマウント
された基板11の上方に移動する。この第2の認識カメ
ラ16は、ステップ#2において、図8に示すようにボ
ンディングの終了した半導体チップ13の上面と基板1
1上に形成されている基準パターンとを撮像してその画
像信号を出力する。
【0037】この画像信号は、入力部22を通して画像
データとして画像メモリ21に記憶される。第1の検出
部23は、画像メモリ21に記憶された画像データを読
み取り、この画像データからボンディング後における半
導体チップ13の側面と基板11上に形成された基準パ
ターンとの距離、例えば図3(a) に示すように半導体チ
ップ13の端面と基準パターン28との間隔X2 、Y2
を検出し、これら間隔X2 、Y2 から距離l2 、傾きθ
2 を求める。
【0038】次に登録部24は、ステップ#3におい
て、第1の検出部23により検出した半導体チップ13
の側面に基づく位置の情報すなわちX1 、Y1 、l1
θ1 、及び半導体チップ13の側面と基準パターン28
との距離の情報すなわちX2 、Y2 、l2 、θ2 から位
置ずれ判定用の基準値、すなわち X=X1 +X2 Y=Y1 +Y2 を求め、この基準値を登録する。
【0039】この後、ボンディング動作中にボンディン
グ精度の検出動作が行われる。実際のボンディング動作
が開始されると、第2の検出部25は、半導体チップ1
3の1サンプル毎、又は数個に1個の割合で、ボンディ
ング精度の検出動作を行う。
【0040】例えば、半導体チップ13のサンプル数個
に1個の割合で、第1の認識カメラ14は、ステップ#
5において、ボンディングツール12にフェースダウン
状態で吸着されている半導体チップ13を視野内に入
れ、半導体チップ13の下面を半導体チップ13の下方
側から撮像してその画像信号を出力する。この画像信号
は、入力部22を通して画像データとして画像メモリ2
1に記憶される。
【0041】第2の検出部25は、画像メモリ21に記
憶された画像データを読み取り、この画像データからボ
ンディング前における半導体チップ13の側面に基づく
相対位置、例えば、図2(b) に示すように電極(バン
プ)15と半導体チップ13のコーナとの間隔X1 ´、
1 ´を検出し、これら間隔X1 ´、Y1 ´から距離l
1 ´、傾きθ1 ´を求める。
【0042】ボンディングの終了の後、第2の認識カメ
ラ16は、ステップ#6において、ボンディングの終了
した半導体チップ13の上面と基板11上に形成されて
いる基準パターンとを撮像してその画像信号を出力す
る。この画像信号は、入力部22を通して画像データと
して画像メモリ21に記憶される。
【0043】第2の検出部25は、画像メモリ21に記
憶された画像データを読み取り、この画像データからボ
ンディング後における半導体チップ13の側面と基板1
1上に形成された基準パターンとの距離、例えば図3
(b) に示すように半導体チップ13の側面と基準パター
ン28との間隔X2 ´、Y2 ´を検出し、これら間隔X
2 ´、Y2 ´から距離l2 ´、傾きθ2 ´を求め、さら
に測定値 X´=X1 ´+X2 ´ Y´=Y1 ´+Y2 ´ を求める。
【0044】次に検査部26は、ステップ#7におい
て、第2の検出部25により検出された相対位置及び距
離に基づいて求められる測定値X´、Y´と基準値X、
Yとを比較し、これらの位置ずれ量が閾値を越えている
かを検査し、越えていなければ精度よくボンディングさ
れたと判定する。
【0045】この場合、検査部26は、ボンディング前
の距離l1 、l1 ´、傾きθ1 、θ1 ´と、ボンディン
グ後の距離l2 、l2 ´、傾きθ2 、θ2 ´を用いて位
置ずれ量を求めてもよい。
【0046】ところが、検査部27による比較の結果、
測定値と基準値との位置ずれ量が閾値を越えると、警報
部27は、ステップ#8からステップ#9に移り、警告
を発したり、又は半導体装置の製造を停止する。
【0047】このように上記一実施の形態においては、
ボンディング前における半導体チップ13の側面を検出
し、ボンディング後に基板11上の半導体チップ13の
端面と基準パターン28との距離を求め、これら各相対
位置と距離とに基づいて位置ずれ判定用の基準値を登録
し、実際のボンディング中、ボンディング前の半導体チ
ップ13の側面とボンディング後の半導体チップ11の
側面と基準パターン28との距離とに基づいて測定値を
求め、この測定値と基準値とを比較して半導体チップ1
3と基板11との位置ずれを検査するので、半導体チッ
プ13をフェースダウンの状態で基板11上にボンディ
ングしてもボンディング精度の異常を確実に検出でき
る。
【0048】従って、基板11としては例えばセラミッ
クス基板やガラス基板があるが、これら基板11上に半
導体チップ13をフェースダウンの状態でボンディング
しても、半導体チップ13の位置を正確に検出し、基板
11上にボンディングする装置上で位置ずれ量を精度高
く検出できる。
【0049】そのうえ、ボンディング動作中に検査がで
きるので、精度の悪いボンディングを検出すると直ぐに
警告を発したり、半導体装置の製造を停止でき、不良品
の半導体装置を製造し続けることがない。
【0050】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものでなく次の通り変形してもよい。例えば、図
9に示すように基板11と半導体チップ13との間にビ
ームスプリッタ30を配置し、その分岐方向に1つの認
識カメラ31を配置し、基板11と半導体チップ13と
の撮像を1つの認識カメラ31で行うようにしてもよ
い。
【0051】又、基板11上の基準パターン28は、例
えば図8に示すように半導体チップ13を中心として対
称に位置に形成されているので、いずれか一方又は両方
の基準パターン28を用いて検査を行ってもよい。
【0052】
【発明の効果】以上詳記したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、半導体チップをフェースダウンで
基板上にボンディングしてもボンディング精度の異常を
確実に検出できるようになる。
【0053】又、本発明の半導体装置の製造装置によれ
ば、精度の悪いボンディングを検出すると直ぐに警告を
発したり、半導体装置の製造を停止でき、不良品の半導
体装置を製造し続けることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる半導体装置の製造装置の一実施
の形態を示す構成図。
【図2】同装置による半導体チップの側面検出の作用を
示す模式図。
【図3】同装置による半導体チップの側面と基準マーク
との間隔の検出作用を示す模式図。
【図4】同装置における検査フローチャート。
【図5】半導体チップの側面の検出作用を示す図。
【図6】半導体チップの側面の撮像状態を示す外観図。
【図7】基板上の基準パターンの撮像状態を示す図。
【図8】基板上の基準パターンの撮像状態を示す外観
図。
【図9】本発明装置の変形例を示す構成図。
【図10】半導体チップをフェースダウンでボンディン
グした半導体装置を示す図。
【符号の説明】
10…ボンディングステージ、 11…基板、 12…ボンディングツール、 13…半導体チップ、 14…第1の認識カメラ、 15…電極(バンプ)、 16…第2の認識カメラ、 21…画像メモリ、 23…第1の検出部、 24…登録部、 25…第2の検出部、 26…検査部、 27…警報部、 28…基準パターン。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バンプ電極を有する半導体チップが基板
    に対して接続された半導体装置の製造方法において、 前記半導体チップを前記基板に対してフェースダウン・
    ボンディングするボンディング工程と、 前記基板に対する前記半導体チップの位置ずれを予め設
    定された基準値との比較結果に基づいて検査する位置ず
    れ検査工程と、を具備することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記ボンディング工程前に、前記半導体
    チップの前記バンプ電極が設けられた面上の特定部位の
    前記半導体チップの側面に対する相対位置を検出する第
    1検出工程と、 前記ボンディング工程後に、前記半導体チップの側面の
    前記基板に対する相対位置を検出する第2検出工程と、 前記第1検出工程及び前記第2検出工程における相対位
    置検出結果に基づいて前記基板に対する前記半導体チッ
    プの位置ずれを検査する位置ずれ検査工程と、を具備す
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記基準値は、前記ボンディング工程に
    おいて前記ボンディングが位置ずれ無く行われたときの
    前記第1検出工程及び前記第2検出工程の相対位置検出
    結果に基づいて算出することを特徴とする請求項1記載
    の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記バンプ電極が設けられた面上の特定
    部位は前記バンプ電極であることを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記位置ずれ検査工程における検査結果
    に基づいて警報発信又はボンディング動作停止を行うこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 バンプ電極を有する半導体チップが基板
    に対して接続された半導体装置の製造装置において、 前記半導体チップを前記基板に対してフェースダウン・
    ボンディングするボンディング手段と、 前記ボンディング手段によるボンディング前に前記半導
    体チップの前記バンプ電極が設けられた面上の特定部位
    の前記半導体チップの側面に対する相対位置を検出する
    第1検出手段と、 前記ボンディング手段によるボンディング後に前記半導
    体チップの側面の前記基板に対する相対位置を検出する
    第2検出手段と、 前記第1検出手段及び前記第2検出手段における相対位
    置検出結果に基づいて前記基板に対する前記半導体チッ
    プの位置ずれを検査する位置ずれ検査手段と、を具備す
    ることを特徴とする半導体装置の製造装置。
  7. 【請求項7】 前記位置ずれ検査手段においては、予め
    登録手段にて登録された基準値との比較結果に基づいて
    位置ずれの有無を判定することを特徴とする請求項5記
    載の半導体装置の製造装置。
  8. 【請求項8】 前記基準値は、前記ボンディングが位置
    ずれ無く行われたときの前記第1位置手段及び前記第2
    検出手段の相対位置検出結果に基づいて算出することを
    特徴とする請求項6記載の半導体装置の検査装置。
  9. 【請求項9】 前記バンプ電極が設けられた面上の特定
    部位は前記バンプ電極であることを特徴とする請求項5
    記載の半導体装置の検査装置。
  10. 【請求項10】 前記位置ずれ検査手段における検査結
    果に基づいて警報発信又はボンディング動作停止を行う
    警報部を具備することを特徴とする請求項5記載の半導
    体装置の製造装置。
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