JP2002043335A - ボンディング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピンドルの熱膨張や半導体チップのバラツ
キによる厚みの変動に依存せず、チップのピックアップ
時やプレース時の荷重や、チップ搬送時のサブストレー
トと半導体チップ間の距離を正確に制御するボンディン
グ装置を提供する。 【解決手段】 ボンディング装置は吸着コレット１５が
接続されたスピンドル１３とスピンドルを支持するバネ
１２とを含み、スピンドルが鉛直方向に移動可能に取り
付けられたボンディングヘッド１１と、スピンドルの上
端方向への移動量を検出するセンサ２１と、ボンディン
グヘッド１１を３次元方向に移動させる駆動部１７と、
駆動部１７を制御する制御部１８とを備える。制御部１
８は半導体チップ１４のプレース時にセンサ２１により
検出されたスピンドル１３の移動量に基きその移動量ａ
が所定量になるようにボンディングヘッド１１の高さを
調整するよう制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
おいてボンディングヘッドを用いて半導体素子のボンデ
ィングを行なう製造技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来のボンディング装置の構成の
一例を示す。ボンディング装置は、ボンディングヘッド
１１'と、ボンディングヘッドを３次元的に駆動させる
ボンディングヘッドＸ・Ｙ・Ｚ軸駆動部（以下「駆動
部」という。）１７と、その駆動部１７を制御する制御
部１８'と、制御部１８'での制御のための必要なデータ
を格納するデータ記憶部１９とを備える。また、ボンデ
ィング装置のボンディングヘッド１１'には上下方向
（Ｚ軸方向）に移動するスピンドル１３と、スピンドル
１３を支持するバネ１２'とを備える。スピンドルの先
端には、半導体チップ１４を吸着する吸着コレット１５
が取り付けられている。

【０００３】上記のような構成を有する従来のボンディ
ング装置では、第１の所定位置にあるステージ１６上の
半導体チップ１４を吸着コレット１５を用いてピックア
ップし、その位置から第２の所定位置まで搬送し、その
第２の所定位置にあるサブストレート上にプレースする
（すなわち、サブストレートに接合する）。

【０００４】図６は、従来のボンディング装置による、
ステージ１６上の半導体チップ１４をコレット１５で吸
着し、上昇させる動作であるピックアップ動作を説明し
た図である。このピックアップ動作では、制御部１８'
が、データ記憶部１９に予め格納されているＸ、Ｙ、Ｚ
軸の位置情報（座標）を読み出し、駆動部１７へその位
置情報に基いて指示を出す。駆動部１７はこれを受け、
指示された位置へボンディングヘッド１１'を移動さ
せ、半導体チップ１４をピックアップする。

【０００５】このときのデータ記憶部１９に予め格納さ
れた位置情報は、ヘッド半導体チップ１４の厚みが所定
の値で、かつ、ボンディングヘッド１１'のスピンドル
１３が熱膨張していない場合を基準として設定されてい
る。半導体チップ１４の厚みが所定の値であり、また、
ボンディングヘッド１１'のスピンドル１３が熱膨張し
ておらず所定の長さの場合は、図６の(a)に示すよう
に、データ記憶部１９に予め格納されている位置情報に
基いて、ボンディングヘッド１１'の高さは所定値ｈに
保持される。

【０００６】したがって、半導体チップ４の厚みが製造
時のバラツキにより標準値より大きくなっている場合や
ボンディングヘッドのスピンドル１３が熱膨張した場合
でも、スピンドル１３の熱膨張がない場合と同様に、ボ
ンディングヘッド１１'の高さが所定値ｈに保持される
ように位置制御されるため、図６の（ｂ）に示すよう
に、半導体チップ１４の厚みの変化分又はスピンドル１
３の熱膨張分だけ、スピンドル１３の根元部分に取り付
けられたバネ１２'が収縮する。このため、半導体チッ
プ１４に標準の荷重より大きな荷重がかかることにな
る。このような荷重を変更するためには、バネ１２'を
異なるバネ定数を持つバネに変更する等の作業が必要で
あった。

【０００７】図７は、従来のボンディング装置による、
サブストレート３１上に半導体チップ１４を移動する際
に、サブストレート３１とコレット１５に吸着された半
導体チップ１４との間の距離（クリアランス）を説明し
た図である。このとき、制御部１８'は、データ記憶部
１９に事前に格納されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置情報を読み
出し、その位置情報に基き駆動部１７へ指示する。駆動
部１７はこれを受けて、指示された位置へボンディング
ヘッド１１'を移動させ、その位置を保持する。

【０００８】このときのデータ記憶部１９に予め格納さ
れた位置情報は、ヘッド半導体チップ１４の厚みが標準
値で、かつ、ボンディングヘッド１１'のスピンドル１
３が熱膨張していない場合を基準として設定されてお
り、図７に示す例では、データ記憶部１９に事前に格納
された位置情報に基き、クリアランスを所定値ｆに保持
するために、ボンディングヘッド１１'の高さは所定値
ｈ'に保持される。

【０００９】したがって、半導体チップ１４の厚みがバ
ラツキにより変化したり、ボンディングヘッド１１'の
スピンドル１３が熱膨張したりした場合でも、ボンディ
ングヘッド１１'の高さは所定値ｈ'に保持されるように
制御されるため、実際のクリアランスは、半導体チップ
１４の厚みの変化分又はスピンドル１３の熱膨張分だけ
小さくなってしまうという問題があった。このため、ク
リアランスを一定に保持することが困難であった。すな
わち、安定したボンディング高さを実現できなかった。

【００１０】図８は、従来のボンディング装置による、
サブストレート３１上に、コレット１５に吸着された半
導体チップ１４を接合するプレース動作を説明した図で
ある。この動作では、制御部１８'が、データ記憶部１
９に事前に格納されたＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置情報を読み出
し、駆動部１７へその位置情報に基き指示を出す。駆動
部１７はこれを受けて、指示された位置へボンディング
ヘッド１１'を移動させ、その位置に半導体チップ１４
をプレースする。すなわち、サブストレート１１へ接合
する。

【００１１】このときのデータ記憶部１９に予め格納さ
れた位置情報は、ヘッド半導体チップ１４の厚みが所定
の値で、かつ、ボンディングヘッド１１'のスピンドル
１３が熱膨張していない場合を基準として設定されてお
り、図８に示す例では、ボンディングヘッド１１'の高
さが所定値ｈ"になるようにプレースされる。

【００１２】したがって、半導体チップ１４の厚みにバ
ラツキによる変化があったり、ボンディングヘッド１
１'のスピンドル１３が熱膨張したりしていた場合で
も、スピンドル１３の熱膨張等がない場合と同様に、ボ
ンディングヘッド１１'の高さは所定値ｈ"になるように
制御される。このため、半導体チップ１４の厚みの変化
分又はスピンドル１３の熱膨張分だけバネ１２'が収縮
し、これにより一定の安定した荷重で圧接することが困
難であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ボンディング装置では、ボンディングヘッドのスピンド
ルの高さ方向の熱膨張、半導体チップの厚み、サブスト
レートの厚み等の製造時のバラツキがあると、ピックア
ップ時やプレース時の荷重や、サブストレートと半導体
チップ間のクリアランス等を正確に制御することができ
ないという問題がある。

【００１４】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、スピンドルの熱膨
張や製造時のバラツキによる半導体チップの厚みの変動
に依存せず、半導体チップのピックアップ時やプレース
時の荷重や、サブストレートと半導体チップ間のクリア
ランス等を正確に制御することができるボンディング装
置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のボン
ディング装置は、第１の所定位置に配置された半導体チ
ップをピックアップし、第２の所定位置へ搬送し、第２
の所定位置にあるサブストレート上に半導体チップをプ
レースするボンディング装置である。第１のボンディン
グ装置は、吸着コレットが接続されたスピンドルとその
スピンドルを支持するバネとを含み、スピンドルが鉛直
方向に移動可能に取り付けられたボンディングヘッド本
体と、スピンドルがバネの反発力に抗して上端方向へ移
動したときの移動量を検出するセンサと、ボンディング
ヘッド本体を３次元方向に移動させる駆動手段と、その
駆動手段の動作を制御する制御手段とを備える。制御手
段は、半導体チップをサブストレートにプレースする際
に、センサにより検出されたスピンドルの移動量に基
き、スピンドルの移動量が所定量になるようにボンディ
ングヘッド本体の高さを調整するために駆動手段を制御
する。

【００１６】本発明に係る第２のボンディング装置は、
第１の所定位置に配置された半導体チップをピックアッ
プし、第２の所定位置へ搬送し、第２の所定位置にある
サブストレート上に半導体チップをプレースするボンデ
ィング装置である。第２のボンディング装置は、吸着コ
レットが接続されたスピンドルと該スピンドルを支持す
るバネとを含み、スピンドルが鉛直方向に移動可能に取
り付けられたボンディングヘッド本体と、スピンドルが
バネの反発力に抗して上端方向へ移動したときの移動量
を検出するセンサと、ボンディングヘッド本体を３次元
方向に移動させる駆動手段と、駆動手段の動作を制御す
る制御手段とを備える。制御手段は、半導体チップをピ
ックアップする際に、センサにより検出されたスピンド
ルの移動量に基き、スピンドルの移動量が所定量になる
ようにボンディングヘッド本体の高さを調整するために
前記駆動手段を制御する。

【００１７】上記の第１又は第２のボンディング装置に
おいて、センサをボンディングヘッド本体に固定しても
よい。

【００１８】本発明に係る第３のボンディング装置は、
第１の所定位置に配置された半導体チップをピックアッ
プし、第２の所定位置へ搬送し、第２の所定位置にある
サブストレート上に半導体チップをプレースするボンデ
ィング装置である。第３のボンディング装置は、吸着コ
レットが接続されたスピンドルとスピンドルを支持する
バネとを含み、スピンドルが鉛直方向に移動可能に取り
付けられたボンディングヘッド本体と、スピンドルがバ
ネの反発力に抗して上端方向へ移動したときの移動量を
検出するセンサと、ボンディングヘッド本体を３次元方
向に移動させる駆動手段と、駆動手段の動作を制御する
制御手段とを備える。制御手段は、半導体チップのピッ
クアップ動作時において、センサにより検出されたスピ
ンドルの移動量と、所定の基準移動量との差分を求め、
その差分に基き、搬送時の半導体チップとサブストレー
ト間の距離が所定値になるように搬送時のボンディング
ヘッドの高さを調整するために前記駆動手段を制御す
る。

【００１９】上記の第３のボンディング装置において、
所定の基準移動量を、スピンドルの熱膨張がなく、か
つ、半導体チップの厚みが標準値である場合に、半導体
チップのピックアップ動作時に検出されたスピンドルの
移動量とするのが好ましい。

【００２０】また、スピンドルの移動量が所定の基準移
動量ａであるときの、搬送時の半導体チップとサブスト
レート間の距離を所定値にするために必要なボンディン
グヘッドの高さがｈである場合に、センサによりピック
アップ動作時に検出されたスピンドルの移動量がｂのと
きは、搬送時のボンディングヘッドの高さをｈ＋（ａ−
ｂ）に制御してもよい。

【００２１】また、センサをボンディングヘッド本体に
固定してもよい。

【００２２】本発明に係る第１のボンディング方法は、
所定の駆動源により駆動されて３次元動作を行なうボン
ディングヘッドと、ボンディングヘッドに対して鉛直方
向に移動可能に取り付けられたスピンドルと、スピンド
ルをボンディングヘッド内において支持するバネとを備
えたボンディング装置を用いて、第１の所定位置に配置
された半導体チップを吸着してピックアップし、第２の
所定位置へ半導体チップを搬送し、その第２の所定位置
にて半導体チップをサブストレートにプレースするボン
ディング方法である。第１のボンディング方法は、半導
体チップをサブストレートにプレースする際に、スピン
ドルがバネに抗してボンディングヘッドに対して相対的
に上端方向に移動したときの移動量を検出し、検出した
移動量に基き、スピンドルの移動量が所定量に保持され
るようにボンディングヘッドの高さを調整しながら半導
体チップをサブストレート上にプレースする。

【００２３】本発明に係る第２のボンディング方法は、
所定の駆動源により駆動されて３次元動作を行なうボン
ディングヘッドと、半導体チップの吸着手段が取り付け
られ該ボンディングヘッドに対して鉛直方向に取りつけ
られたスピンドルと、スピンドルを前記ボンディングヘ
ッド内において支持するバネとを備え、スピンドルは前
記バネの反発力に抗してボンディングヘッドに対してそ
の上端方向に相対移動可能であるボンディング装置を用
いて、第１の所定位置に配置された半導体チップを吸着
してピックアップし、第２の所定位置へ半導体チップを
搬送し、その第２の所定位置にて半導体チップをサブス
トレートにプレースするボンディング方法である。第２
のボンディング方法は、半導体チップをピックアップす
る際に、スピンドルがバネに抗してボンディングヘッド
に対して相対的に上端方向に移動したときの移動量を検
出し、検出した移動量に基き、スピンドルの移動量が所
定量に保持されるようにボンディングヘッドの高さを調
整しながら半導体チップをピックアップする。

【００２４】本発明に係る第３のボンディング方法は、
所定の駆動源により駆動されて３次元動作を行なうボン
ディングヘッドと、半導体チップの吸着手段が取り付け
られ該ボンディングヘッドに対して鉛直方向に取りつけ
られたスピンドルと、スピンドルをボンディングヘッド
内において支持するバネとを備え、スピンドルはバネの
反発力に抗してボンディングヘッドに対してその上端方
向に相対移動可能であるボンディング装置を用いて、第
１の所定位置に配置された半導体チップを吸着してピッ
クアップし、第２の所定位置へ前記半導体チップを搬送
し、その第２の所定位置にて半導体チップをサブストレ
ートにプレースするボンディング方法である。第３のボ
ンディング方法は、半導体チップのピックアップ動作時
において、スピンドルがバネの反発力に抗して上下方向
に移動したときの移動量を検出し、その検出したスピン
ドルの移動量と所定の基準移動量との差分を求め、その
差分に基いて搬送時のボンディングヘッドの高さを調整
することにより、搬送時の半導体チップとサブストレー
ト間の距離を所定値に保持する。

【００２５】上記の第３のボンディング方法において、
所定の基準移動量を、スピンドルの熱膨張がなく、か
つ、半導体チップの厚みが標準値である場合に、半導体
チップのピックアップ動作時に検出されたスピンドルの
移動量とするのが好ましい。

【００２６】また、スピンドルの移動量が所定の基準移
動量ａであるときの、搬送時の半導体チップとサブスト
レート間の距離を所定値にするために必要なボンディン
グヘッドの高さがｈである場合に、ピックアップ動作時
に検出されたスピンドルの移動量がｂのときは、搬送時
のボンディングヘッドの高さをｈ＋（ａ−ｂ）に制御し
てもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照し、本発
明に係るボンディング装置の実施の形態を詳細に説明す
る。

【００２８】実施の形態１． （ボンディング装置の構成）図１は本発明に係るボンデ
ィング装置の主要部の構成を示した図である。ボンディ
ング装置は、ボンディングヘッド本体（以下「ボンディ
ングヘッド」という。）１１と、ボンディングヘッド１
１を３次元的に駆動させるボンディングヘッドＸ・Ｙ・
Ｚ軸駆動部（以下「駆動部」という。）１７と、その駆
動部１７を制御する制御部１８と、制御部１８での制御
のために必要なデータを格納するデータ記憶部１９と、
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２
３とを備える。ボンディングヘッド１１は、上下可動に
取り付けられたスピンドル１３と、スピンドル１３を支
持するバネ１２と、スピンドル１３の上端までの距離を
検出する変位センサ２１とを含む。変位センサ２１はそ
れとスピンドル１３間の距離を検出し、これにより、ス
ピンドル１３の上下方向（Ｚ軸方向）にバネ１２の反発
力に抗して移動したときの移動量（変位）を得ることが
できる。スピンドル１３の先端（下端）には半導体チッ
プ１４を吸着する吸着コレット１５が取り付けられてい
る。制御部１８にはＡ／Ｄ変換部２３が接続され、その
Ａ／Ｄ変換部２３を介して変位センサ２１からの検出信
号が入力される。

【００２９】（ボンディング装置の全体動作）上記のよ
うな構成を有する従来のボンディング装置は次のように
動作する。すなわち、ボンディング装置はピックアップ
動作時には、ボンディングヘッド１１を、ステージ１６
上に配置された半導体チップ１４の直上の位置まで移動
させ、その位置から、吸着コレット１５で半導体チップ
１４を吸着できる位置までボンディングヘッド１１を降
下させ、吸着コレット１５で半導体チップ１４を一定の
荷重で吸着した後、ボンディングヘッド１１を鉛直方向
に上昇させる。その後、ボンディング装置は、その位置
から半導体チップ１４をプレースするサブストレート上
の所定位置の直上の位置まで移動させる。その際、サブ
ストレートと半導体チップ間の距離すなわちクリアラン
スは一定の距離に保持されている。そして、ボンディン
グヘッド１１を鉛直方向に下降させてサブストレート上
に半導体チップ１４を一定の荷重でプレースする（すな
わち、サブストレートに接合する）。

【００３０】上記の動作中、制御部１８は、データ記憶
部１９に予め格納されているＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置情報を
読み出し、その位置情報に基いてボンディングヘッド１
１の位置を制御するための指示を駆動部１７へ出力す
る。駆動部１７はこれを受けて、指示された位置へボン
ディングヘッド１１を移動させることにより、上記のピ
ックアップ、プレース動作を行なう。

【００３１】（一定荷重でのプレース動作）以下に、本
実施形態のボンディング装置による、ピックアップ時及
びプレース時の荷重を一定にするための制御を説明す
る。

【００３２】プレース動作時において、制御部１８は前
述の様にデータ記憶部１９に予め格納されたＸ、Ｙ、Ｚ
軸の位置情報を読み出し、その位置情報に基き駆動部１
７へ指示を出す。駆動部１７はこれを受けて、指示され
た位置へボンディングヘッド１１を移動させ、その位置
に半導体チップ１４をプレースする。

【００３３】このとき、制御部１８は、変位センサ２１
からの検出信号に基き、図２に示すように、常にスピン
ドル１３と変位センサ２１間の距離が所定値ｅに保持さ
れるようにボンディングヘッド１１のｚ軸方向の位置を
制御しながらプレース動作を行なう。スピンドル１３と
変位センサ２１間の距離の所定値ｅは、半導体チップ１
４に対する荷重に基いて事前に決定されている。このよ
うに、スピンドル１３と変位センサ２１間の距離をバネ
１２の反発力に抗して所定値ｅに保持することにより、
半導体チップ１４に対して常に一定の荷重が加わること
になる。

【００３４】ピックアップ動作時においても、同様にし
て、吸着コレット１５で半導体チップ１４を吸着させる
ときに、制御部１８は、変位センサ２１からの検出信号
に基き、常にスピンドルと変位センサ２１間の距離が所
定値ｅに保持されるようにボンディングヘッド１１の位
置を制御しながらピックアップ動作を行なう。これによ
り、半導体チップ１４に対して常に一定の荷重が加わる
ことになる。

【００３５】以上のように、本実施形態のボンディング
装置は、プレース動作及びピックアップ動作を行なう際
に、スピンドル１３の一端と変位センサ２１間の距離、
すなわち、スピンドル１３の変位を検出し、それが常に
一定になるように、ボンディングヘッド１１の位置を制
御するため、プレース動作及びピックアップ動作時に半
導体チップ１４に加わる荷重を一定に制御することがで
きる。また、変位センサ２１をボンディングヘッド１１
内に配置することにより、ボンディングヘッド１１にお
いて変位センサ２１とスピンドル１３とを接近させて支
持することが可能となり、ボンディングヘッド１１を小
型化でき、また、変位センサ２１に高感度のセンサを使
用する必要がなくなるため、装置の製造コストを低減で
きる。

【００３６】実施の形態２．本実施形態では、スピンド
ルの熱膨張や半導体チップの製造時のバラツキによる部
品の厚みの変動等の影響を受けずに、サブストレート３
１と半導体チップ１４間の距離すなわちクリアランスを
一定に保持するための制御を説明する。なお、本実施形
態のボンディング装置の構成は上述の図１に示したもの
と同様である。

【００３７】図３の（ａ）は、スピンドル１３の熱膨張
がなく、かつ、半導体チップの厚みが標準値の場合のピ
ックアップ動作時のボンディングヘッド１１の状態を示
した図である。図３の（ｂ）は、スピンドル１３の熱膨
張等があるときのピックアップ動作時のボンディングヘ
ッド１１の状態を示した図である。

【００３８】本実施形態のボンディング装置は、ピック
アップ動作時にまず、スピンドル１３の熱膨等による又
は部品のバラツキによるスピンドル１３の上下方向の変
位量（以下「スピンドル変位量Δｚ」という。）を検出
し、その検出したスピンドル変位量Δｚに基いて、クリ
アランスを一定に保持するためのＺ軸方向の位置情報の
補正を行なう。

【００３９】このため、本実施形態のボンディング装置
は事前に、図３の（ａ）に示すようなスピンドル１３の
熱膨張及び半導体チップ１４の厚みが標準値である場
合、すなわち、バネ１２が何ら変形していない場合の、
スピンドル１３と変位センサ２１間の距離ａを計測し、
この距離ａをスピンドル１３の基準距離（基準移動量）
としてデータ記憶部１９に格納しておく。

【００４０】制御部１８は、ピックアップ動作におい
て、データ記憶部１９に事前に格納されたＸ、Ｙ、Ｚ軸
の位置情報を読み出し、その位置情報に基いて駆動部１
７へ指示を出す。駆動部１７はこれを受け、指示された
位置へボンディングヘッド１１を移動させる。本実施形
態では、図３に示すように、ピックアップ時においてボ
ンディングヘッド１１の高さは常にｈ₀になるようにＺ
軸方向の位置制御がなされる。

【００４１】（スピンドル変位量の検出）各チップに対
してピックアップ動作を行なう際、ボンディング装置は
チップのピックアップを行なうとともに、スピンドル変
位量Δｚを次のように検出する。すなわち、ボンディン
グヘッド１１を所定の高さｈ₀に制御したときのスピン
ドル１３と変位センサ２１間の距離ｂを変位センサ２１
により検出し、データ記憶部１９に格納する。このと
き、スピンドル１３が熱膨張している場合、または、半
導体チップ１４等が製造時のバラツキにより標準の厚み
よりも大きいときは、図３の（ｂ）に示すように、スピ
ンドル１３は変位センサ２１により近づくことになり、
距離ｂ＜基準距離ａとなる。制御部１８はこの距離の差
を計算し、その値をスピンドル変位量Δｚ（＝ａ−ｂ）
としてデータ記憶部１９に格納する。

【００４２】（一定クリアランス制御動作）上記のよう
にして求めたスピンドル変位量Δｚを用いてサブストレ
ート３１と半導体チップ１４間のクリアランスを一定に
保持するための動作について説明する。図４の（ａ）
は、スピンドル１３の熱膨張等がない場合のクリアラン
スを説明した図である。このときのボンディングヘッド
１１の高さｈ₁を基準の高さとする。

【００４３】クリアランスを一定（所定値ｃ）に保持す
るために、制御部１８は、データ記憶部１９に予め格納
されたクリアランス保持位置のＺ軸の位置情報を読み出
し、その本来のＺ軸の位置情報にピックアップ時に記憶
したスピンドル変位量Δｚ（＝ａ−ｂ）を加えて補正し
た値を用いて駆動部１７へ指示する。すなわち、制御部
１８は、一定のクリアランス（所定値ｃ）が得られるよ
うに、ボンディングヘッド１１の高さを所定値ｈ'₁（＝
ｈ₁＋Δｚ＝ｈ₁＋（ａ−ｂ））に制御するようにＺ軸の
位置座標を設定する。駆動部１７はこれを受けて、指示
された位置へボンディングヘッド１１を制御することに
より、半導体チップ１４とサブストレート３１とのクリ
アランスを所定値ｃに保持することができる。つまり、
スピンドル１３の熱膨張等がある場合でも、図４の
（ｂ）に示すように、ボンディングヘッド１１の高さを
高さｈ'₁（＝ｈ₁＋（ａ−ｂ））に制御することによ
り、スピンドル１３の熱膨張等による変化分を吸収し
て、クリアランスを所定値ｃに保持することができる。

【００４４】以上のように、本実施形態のボンディング
装置では、ボンディングヘッド１１の高さを、スピンド
ル１３の熱膨張や半導体チップの厚みのばらつき等によ
るスピンドル１３の変位量（移動量）に基いて適宜補正
することにより、サブストレート３１と半導体チップ１
４間のクリアランスを常に一定に保持することができ
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明の第１のボンディング装置によれ
ば、半導体チップをサブストレートにプレースする際
に、センサにより検出されたスピンドルの移動量に基
き、スピンドルの移動量が所定量になるようにボンディ
ングヘッド本体の高さを調整するため、プレースする際
の半導体チップへの荷重を一定値に制御することができ
る。

【００４６】本発明の第２のボンディング装置によれ
ば、半導体チップをピックアップする際に、センサによ
り検出されたスピンドルの移動量に基き、スピンドルの
移動量が所定量になるようにボンディングヘッド本体の
高さを調整するため、ピックアップする際の半導体チッ
プへの荷重を一定値に制御することができる。

【００４７】上記の第１又は第２のボンディング装置に
おいて、センサをボンディングヘッド本体に固定しても
よく、これにより、ボンディング装置を小型化できる。
また、これにより、ボンディングヘッド本体においてセ
ンサとスピンドルとを接近させて支持することが可能と
なり、高感度のセンサを必ずしも必要としなくなるた
め、装置の製造コストを低減できる。

【００４８】本発明に係る第３のボンディング装置は、
スピンドルの熱膨張や半導体チップの製造時のバラツキ
による厚みの変動によらず、搬送時の半導体チップとサ
ブストレート間の距離（クリアランス）を容易に一定値
に制御できる。

【００４９】上記の第３のボンディング装置において、
所定の基準移動量を、スピンドルの熱膨張がなく、か
つ、半導体チップの厚みが標準値である場合に、半導体
チップのピックアップ動作時に検出されたスピンドルの
移動量としてもよく、これにより、スピンドルの熱膨張
や半導体チップの製造時のバラツキによる厚みの変動に
基いたクリアランスの制御が可能となる。

【００５０】また、上記の第３のボンディング装置にお
いて、スピンドルの移動量が所定の基準移動量ａのとき
の搬送時の半導体チップとサブストレート間の距離を所
定値にするために必要なボンディングヘッドの高さが
ｈ、センサによりピックアップ動作時に検出されたスピ
ンドルの移動量がｂの場合、搬送時のボンディングヘッ
ドの高さをｈ＋（ａ−ｂ）に制御してもよい。これによ
り、スピンドルの熱膨張や半導体チップの製造時のバラ
ツキによる厚みの変動分を吸収したクリアランス制御が
可能となる。

【００５１】上記の第３のボンディング装置において、
センサをボンディングヘッド本体に固定してもよく、こ
れにより、ボンディング装置を小型化できる。また、こ
れにより、ボンディングヘッド本体においてセンサとス
ピンドルとを接近させて支持することが可能となり、高
感度のセンサを必ずしも必要としなくなるため、装置の
製造コストを低減できる。

【００５２】本発明の第１のボンディング方法によれ
ば、半導体チップをサブストレートにプレースする際
に、センサにより検出されたスピンドルの移動量に基
き、スピンドルの移動量が所定量になるようにボンディ
ングヘッド本体の高さを調整するため、プレースする際
の半導体チップへの荷重を一定値に制御することができ
る。

【００５３】本発明の第２のボンディング方法によれ
ば、半導体チップをピックアップする際に、センサによ
り検出されたスピンドルの移動量に基き、スピンドルの
移動量が所定量になるようにボンディングヘッド本体の
高さを調整するため、ピックアップする際の半導体チッ
プへの荷重を一定値に制御することができる。

【００５４】本発明に係る第３のボンディング方法によ
れば、スピンドルの熱膨張や半導体チップの製造時のバ
ラツキによる厚みの変動によらず、搬送時の半導体チッ
プとサブストレート間の距離（クリアランス）を容易に
一定値に制御できる。

【００５５】上記の第３のボンディング方法において、
所定の基準移動量を、スピンドルの熱膨張がなく、か
つ、半導体チップの厚みが標準値である場合に、半導体
チップのピックアップ動作時に検出されたスピンドルの
移動量としてもよく、これにより、スピンドルの熱膨張
や半導体チップの製造時のバラツキによる厚みの変動に
基いたクリアランスの制御が可能となる。

【００５６】また、上記の第３のボンディング方法にお
いて、スピンドルの移動量が所定の基準移動量ａのとき
の搬送時の半導体チップとサブストレート間の距離を所
定値にするために必要なボンディングヘッドの高さが
ｈ、センサによりピックアップ動作時に検出されたスピ
ンドルの移動量がｂの場合、搬送時のボンディングヘッ
ドの高さをｈ＋（ａ−ｂ）に制御してもよい。これによ
り、スピンドルの熱膨張や半導体チップの製造時のバラ
ツキによる厚みの変動分を吸収したクリアランスの制御
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るボンディング装置の構成図。

【図２】 本発明に係るボンディング装置によるサブス
トレート上に半導体チップを接合するプレース動作時に
おけるスピンドルとバネの様子を説明した図。

【図３】 （ａ）スピンドル変位量の基準値の検出を説
明するための図、及び、（ｂ）一定荷重でのプレース動
作時のボンディングヘッドの状態を示した図。

【図４】 本発明に係るボンディング装置におけるクリ
アランスを説明した図（（ａ）スピンドルの熱膨張等が
ない場合、（ｂ）スピンドルの熱膨張等がある場合）。

【図５】 従来のボンディング装置の構成図。

【図６】 従来のボンディング装置によるピックアップ
動作を説明するための図（（ａ）スピンドルの熱膨張等
がない場合、（ｂ）スピンドルの熱膨張等がある場
合）。

【図７】 従来のボンディング装置による、サブストレ
ートと半導体チップ間のクリアランスを説明した図。

【図８】 従来のボンディング装置によるプレース動作
を説明した図。

【符号の説明】

１１ ボンディングヘッド（本体）、 １２ 板バネ、
１３ スピンドル、１４ 半導体チップ、 １５ 吸
着コレット、 １７ ボンディングヘッドＸ・Ｙ・Ｚ軸
駆動部（駆動部）、 １８ 制御部、 １９ データ記
憶部、 ２３Ａ／Ｄ変換部、 ２１ 変位センサ、 ３
１ サブストレート。

フロントページの続き (72)発明者 土屋 泰 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F047 FA01 FA09 FA12 FA73

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の所定位置に配置された半導体チッ
   プをピックアップし、第２の所定位置へ搬送し、第２の
   所定位置にあるサブストレート上に半導体チップをプレ
   ースするボンディング装置において、 吸着コレットが接続されたスピンドルと該スピンドルを
   支持するバネとを含み、前記スピンドルが鉛直方向に移
   動可能に取り付けられたボンディングヘッド本体と、 前記スピンドルが前記バネの反発力に抗して上端方向へ
   移動したときの移動量を検出するセンサと、 前記ボンディングヘッド本体を３次元方向に移動させる
   駆動手段と、 該駆動手段の動作を制御する制御手段とを備え、 該制御手段は、前記半導体チップをサブストレートにプ
   レースする際に、前記センサにより検出されたスピンド
   ルの移動量に基き、該スピンドルの移動量が所定量にな
   るようにボンディングヘッド本体の高さを調整するため
   に前記駆動手段を制御することを特徴とするボンディン
   グ装置。
2. 【請求項２】 第１の所定位置に配置された半導体チッ
   プをピックアップし、第２の所定位置へ搬送し、第２の
   所定位置にあるサブストレート上に半導体チップをプレ
   ースするボンディング装置において、 吸着コレットが接続されたスピンドルと該スピンドルを
   支持するバネとを含み、前記スピンドルが鉛直方向に移
   動可能に取り付けられたボンディングヘッド本体と、 前記スピンドルが前記バネの反発力に抗して上端方向へ
   移動したときの移動量を検出するセンサと、 前記ボンディングヘッド本体を３次元方向に移動させる
   駆動手段と、 該駆動手段の動作を制御する制御手段とを備え、 該制御手段は、前記半導体チップをピックアップする際
   に、前記センサにより検出されたスピンドルの移動量に
   基き、スピンドルの移動量が所定量になるようにボンデ
   ィングヘッド本体の高さを調整するために前記駆動手段
   を制御することを特徴とするボンディング装置。
3. 【請求項３】 前記センサを前記ボンディングヘッド本
   体に固定したことを特徴とする請求項１または請求項２
   記載のボンディング装置。
4. 【請求項４】 第１の所定位置に配置された半導体チッ
   プをピックアップし、第２の所定位置へ搬送し、第２の
   所定位置にあるサブストレート上に半導体チップをプレ
   ースするボンディング装置において、 吸着コレットが接続されたスピンドルとスピンドルを支
   持するバネとを含み、前記スピンドルが鉛直方向に移動
   可能に取り付けられたボンディングヘッド本体と、 前記スピンドルが前記バネの反発力に抗して上端方向へ
   移動したときの移動量を検出するセンサと、 前記ボンディングヘッド本体を３次元方向に移動させる
   駆動手段と、 該駆動手段の動作を制御する制御手段とを備え、 該制御手段は、半導体チップのピックアップ動作時にお
   いて、前記センサにより検出されたスピンドルの移動量
   と、所定の基準移動量との差分を求め、その差分に基
   き、搬送時の半導体チップとサブストレート間の距離が
   所定値になるように前記搬送時のボンディングヘッドの
   高さを調整するために前記駆動手段を制御することを特
   徴とするボンディング装置。
5. 【請求項５】 前記所定の基準移動量は、前記スピンド
   ルの熱膨張がなく、かつ、前記半導体チップの厚みが標
   準値である場合に、半導体チップのピックアップ動作時
   に検出されたスピンドルの移動量であることを特徴とす
   る請求項４記載のボンディング装置。
6. 【請求項６】 スピンドルの移動量が所定の基準移動量
   ａであるときの、前記搬送時の半導体チップとサブスト
   レート間の距離を前記所定値にするために必要なボンデ
   ィングヘッドの高さがｈである場合に、前記センサによ
   りピックアップ動作時に検出されたスピンドルの移動量
   がｂのときは、前記搬送時のボンディングヘッドの高さ
   をｈ＋（ａ−ｂ）に制御することを特徴とする請求項４
   記載のボンディング装置。
7. 【請求項７】 前記センサを前記ボンディングヘッド本
   体に固定したことを特徴とする請求項４記載のボンディ
   ング装置。
8. 【請求項８】 所定の駆動源により駆動されて３次元動
   作を行なうボンディングヘッドと、該ボンディングヘッ
   ドに対して鉛直方向に移動可能に取り付けられたスピン
   ドルと、該スピンドルを前記ボンディングヘッド内にお
   いて支持するバネとを備えたボンディング装置を用い
   て、第１の所定位置に配置された半導体チップを吸着し
   てピックアップし、第２の所定位置へ前記半導体チップ
   を搬送し、その第２の所定位置にて半導体チップをサブ
   ストレートにプレースするボンディング方法であって、 前記半導体チップをサブストレートにプレースする際
   に、 前記スピンドルが前記バネに抗してボンディングヘッド
   に対して相対的に上端方向に移動したときの移動量を検
   出し、 該検出した移動量に基き、前記スピンドルの移動量が所
   定量に保持されるように前記ボンディングヘッドの高さ
   を調整しながら半導体チップをサブストレート上にプレ
   ースすることを特徴とするボンディング方法。
9. 【請求項９】 所定の駆動源により駆動されて３次元動
   作を行なうボンディングヘッドと、半導体チップの吸着
   手段が取り付けられ該ボンディングヘッドに対して鉛直
   方向に取りつけられたスピンドルと、該スピンドルを前
   記ボンディングヘッド内において支持するバネとを備
   え、前記スピンドルは前記バネの反発力に抗して前記ボ
   ンディングヘッドに対してその上端方向に相対移動可能
   であるボンディング装置を用いて、第１の所定位置に配
   置された半導体チップを吸着してピックアップし、第２
   の所定位置へ前記半導体チップを搬送し、その第２の所
   定位置にて半導体チップをサブストレートにプレースす
   るボンディング方法であって、 前記半導体チップをピックアップする際に、 前記スピンドルが前記バネに抗してボンディングヘッド
   に対して相対的に上端方向に移動したときの移動量を検
   出し、 該検出した移動量に基き、前記スピンドルの移動量が所
   定量に保持されるように前記ボンディングヘッドの高さ
   を調整しながら半導体チップをピックアップすることを
   特徴とするボンディング方法。
10. 【請求項１０】 所定の駆動源により駆動されて３次元
    動作を行なうボンディングヘッドと、半導体チップの吸
    着手段が取り付けられ該ボンディングヘッドに対して鉛
    直方向に取りつけられたスピンドルと、該スピンドルを
    前記ボンディングヘッド内において支持するバネとを備
    え、前記スピンドルは前記バネの反発力に抗して前記ボ
    ンディングヘッドに対してその上端方向に相対移動可能
    であるボンディング装置を用いて、第１の所定位置に配
    置された半導体チップを吸着してピックアップし、第２
    の所定位置へ前記半導体チップを搬送し、その第２の所
    定位置にて半導体チップをサブストレートにプレースす
    るボンディング方法であって、 前記半導体チップのピックアップ動作時において、スピ
    ンドルがバネの反発力に抗して上下方向に移動したとき
    の移動量を検出し、 その検出したスピンドルの移動量と所定の基準移動量と
    の差分を求め、 その差分に基いて前記搬送時のボンディングヘッドの高
    さを調整することにより、前記搬送時の半導体チップと
    サブストレート間の距離を所定値に保持することを特徴
    とするボンディング方法。
11. 【請求項１１】 前記所定の基準移動量は、前記スピン
    ドルの熱膨張がなく、かつ、前記半導体チップの厚みが
    標準値である場合に、半導体チップのピックアップ動作
    時に検出されたスピンドルの移動量であることを特徴と
    する請求項１０記載のボンディング方法。
12. 【請求項１２】 スピンドルの移動量が所定の基準移動
    量ａであるときの、前記搬送時の半導体チップとサブス
    トレート間の距離を前記所定値にするために必要なボン
    ディングヘッドの高さがｈである場合に、前記ピックア
    ップ動作時に検出されたスピンドルの移動量がｂのとき
    は、前記搬送時のボンディングヘッドの高さをｈ＋（ａ
    −ｂ）に制御することを特徴とする請求項１０記載のボ
    ンディング方法。