JPH0628272B2 - 整列／接合装置及び方法 - Google Patents

整列／接合装置及び方法

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JPH0628272B2
JPH0628272B2 JP1281599A JP28159989A JPH0628272B2 JP H0628272 B2 JPH0628272 B2 JP H0628272B2 JP 1281599 A JP1281599 A JP 1281599A JP 28159989 A JP28159989 A JP 28159989A JP H0628272 B2 JPH0628272 B2 JP H0628272B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、表面同志を正確に整列しそして接合する方法
及び装置に係り、より詳細には、集積回路ウエハ又はチ
ップとパターン化された基体とを整列しそして接合する
方法及び装置に係る。
従来の技術 特に、ＶＬＳＩ回路素子の場合のように、パターンが極
微であるか又はそれに近いような電子装置を形成する際
には、互いに接合される表面同志を正確に整列すること
に関心が持たれている。本発明の特徴及び技術は、対向
する表面を正確に整列しなければならない用途において
有用であると考えられるが、ここでは、集積回路装置の
製造、特にＶＬＳＩ装置の製造について説明する。回路
素子や導体や接続点のサイズが急激に小さくなるにつれ
て位置的な整列の問題がますます重大なものとなる。
特に、集積回路の製造においては、２つの部分間に正確
に整列した接合部を得ることが必要である。上記２つの
部分の一方は、小さな半田や、エポキシやインジウムの
バンプが形成される集積回路ウエハ又は個々のチップで
ある。上記２つの部分の他方は、集積回路チップへの電
気的な接続部として使用される小さなパッド又は導体の
パターンを備えたパターン基体であるか、又は別の半導
体ウエハ、集積回路或いは積層されるべき回路部品のパ
ターン化された表面である。ここで、その上部になるも
のをダイと称し、そしてその下部となるものを基体と称
する。上記バンプとは、パターン化された基体における
導電性パッドのように、２つの表面が正確に整列された
後にダイを予め選択された点まで溶融するのに用いられ
るものである。上記の接合は、通常、熱、圧力、又は超
音波振動の１つ又はそれ以上を用いることによる既知の
方法によって行われる。
整列を行うための幾つかの公知方法又は装置によれば、
２つの部分はそれらが充分に離間されている間に位置設
定され、その後、その一方が他方に接触するように著し
い距離だけ移動される。別の装置により、２つの素子を
基準マークに対して接合するように位置設定し、それら
を互いに向かって移動して接合する。しかしながら、こ
のような解決策では、接合されるべき領域が非常に小さ
く、例えばミクロン単位で設定されるような時に表面同
志が不整列になるおそれを招く。表面を移動する距離が
大きいほど、装置で加工される部分における最少の不正
確さによって生じる整列エラーが大きなものとなる。本
発明の譲受人から入手できる装置は、幾つかの半導体が
赤外線を透過するという利点を用い、基体上に置いたダ
イに赤外線を照射してビデオ像を形成するものである。
これは、一方の部分が赤外線を透過するときには良好に
機能する。しかし、その部分、即ち上方の部分は、上の
部分を通して下の面を見えないようにする“曇り硝子”
型の拡散を回避するために光沢面を持たねばならない。
もう１つの提案された装置は上部を見おろすもので、オ
ペレータ又は電気的な検出器は、その実際の接続点では
ないその輪郭とその下の基体との正しい整列に注目する
ものである。これは、接触点が接合のために正しく配置
されたということを仮定するに過ぎず、現在知られてい
る多くの装置の場合と同様に、表面同志が平行であると
いう指示を与えるものではない。平行が不充分であった
り、整列が不充分であったり或いはその両方である場合
には、必要な電気的接続が得られないか又は誤った接続
が生じるので、チップ及び基体の表面が接触されてまだ
接合されていないときに接続が所望通りのものであるか
どうかを判断するために、組立られている装置の接続部
に電流を通しそしてその出力を測定するようにして常時
チェックが行われる。これは時間がかかると共に、使用
できる接続部を通して接合されている部分に電流を通す
作用がどのようなものであるかを理解しなければならな
い。
特許文献には、ビームリード集積回路装置と、この装置
が取付けられるＰＣボードのような離間された基体との
合成光学像を形成することが提案されている。ビームリ
ードＩＣとボードとの間に光学的な造影構成体が導入さ
れる。光学系により、表面の像が、顕微鏡によって観察
されるように配置されたミラーへ送られる。顕微鏡を通
して合成像を観察することにより整列がチェックされ
る。しかしながら、合成像の精度を確保するように、一
方の像と他方の像との相対的な倍率や輝度やコントラス
トを調整することができない。装置及び基体は比較的大
きなもので、接合すべき面積も大きい。顕微鏡を連続的
に使用して整列状態を観察することは、スクリーン上に
見やすく表示された大きな像を観察する場合よりも望ま
しくない。
発明が解決しようとする課題 公知の合成像形成装置は、接合されるべき表面の部分部
分を検査することができず、全表面の濃度しか検査でき
ないことがしばしばである。更に、これらの装置は、平
行状態についてのチェックを示唆するものではない。
課題を解決するための手段 本発明によれば、整列／接合装置は、至近離間されたダ
イ及び基体の表面についての非常に拡大され、容易に観
察できそして重畳された合成ビデオ像を形成することに
より、これらの至近離間された表面の正確な接合を果た
す。この目的で設けられている２つの表面又は基準表面
から反射される基準マーク像を整列させることにより、
同じビデオスクリーンを用いて平行状態を得ることがで
きる。
整列／接合装置は、接合されるべき表面の整列部分を検
査するために１つの位置から別の位置へ移動することの
できる光学プローブを有している。各々の対向する表面
は、像を形成するためのそれ自身の個々の光源によって
光が当てられる。その各々はそれ自身のビデオカメラを
有している。合成されたビデオ像においては、輝度やコ
ントラストといったビデオの特性を調整するか、又は表
面の光源からの光度レベルを制御するかのいずれかによ
り各々の表面像を個々に調整することができる。更に、
整列／接合装置は、対物レンズの１つについての支持体
を直行するｘ及びｙ方向と回転θ方向とに移動すること
により、正確にパターン化されたダイ及び基体の表面を
所望の整列状態にもっていくように制御される。表面の
平行状態を得るための調整可能な支持体の傾斜角φ及び
ψの調整は、接合されるべきダイ及び基体表面又は基準
表面に投影されそしてそこから反射される基準マークの
重畳ビデオ像を観察することによって行われる。
整列のために重畳される表面像の相対的な倍率は、プロ
ーブから表面までの距離を調整することによって若干変
えることができる。光学軸に沿ってダイ及び基体の表面
に垂直方向に光を当てることにより、光の影ができるの
が排除され、表面の整列を迅速且つ容易に行うことがで
きる。
本発明による装置の好ましい実施例においては、接合し
ようとする表面間で移動するための細い引っ込め可能な
光学プローブを含む光学システムとビデオシステムとを
組み合わせたことにより前記の動作が可能となる。ダイ
及びパターン化基体は支持体に固定され、接合されるべ
き表面が僅かな距離離れて互いに対向するように配置さ
れる。装置の光学プローブは支持体間の位置へ移動され
る。ダイ及び基体の対向する表面又は対向する基準表面
に投影される基準マーク像のビデオ表示は、ビデオモニ
タにおいて観察されて一致するようにもっていかれる。
これは、プローブ上の２つの対物レンズのうちの第１の
対物レンズを用いて光学系により行われる。オートコリ
メータにより、例えばクロスヘア又はクロスヘアレチク
ルが映し出され、基準像が形成される。これらは個々の
光学経路に沿って向けられそして対物レンズによって対
向面に向けられる。対物レンズは、表面間に対角方向に
傾斜した反射面を持つミラーである。これらの対向面か
ら装置のプローブ及び光学系に定められた光学経路に沿
って反射されると、個々のビデオカメラは基準マーク像
を受け取る。ミキサによりビデオ像が合成され、モニタ
上に表示される。基準マーク像は、モニタ上で重畳され
たビデオ像が一致するときに接合面の平行状態を支持す
る。
接合されるべきダイ及び基体の点を整列するために、光
学プローブがここで若干移動されて第２の対物レンズが
ダイと基体との間にもっていかれる。ここで、１対の光
照射器を使用し、表面を観察するのに用いるための像形
成光学路の軸に沿ってダイ及び基体の対向面に光が送ら
れる。上記対物レンズは、立方体ミラーであって、その
傾斜した反射面は表面に光を向ける２面ミラーを形成
し、対向面の１部分の像を受け取る。プローブ及び光学
系の像形成光学経路は、ダイ及び基体表面の像をビデオ
システムの２つのテレビジョンカメラに向ける。混合回
路及びモニタは、オペレータが観察するためにダイ及び
基体表面の１部分の像が重畳させる。プローブを動かす
ことによってある位置から別の位置へと動かしながら、
オペレータは、支持体の相対的な位置を直線方向及び斜
めに調整して接合されるべき各々の表面を正確に整列さ
せるように調整を行う。オペレータは、整列及び平行状
態が満足されると、光学プローブを引っ込める。一方の
表面が他方に接触するに必要な僅かな距離だけ移動され
ると、例えば、熱、圧力及び／又は振動といった従来の
手段により、接触点が接合される。プローブは細いの
で、ダイと基体との間隔を比較的小さくすることがで
き、表面同志を接合するに必要な移動が最少とされ、ダ
イ及び基体を互いに向けて移動するときに介入する横方
行の移動のおそれが低減される。
好ましくは、装置の設定中に、表面同志を正確に接合で
きるようにするために、上部支持体と下部支持体又はチ
ャックが平行となるように校正が行われる。顕微鏡の光
学系、光照射器及びオートコリメータを含む校正ユニッ
ト又はブリッジが使用される。ターゲットとなるレチク
ルマウントは下部支持体の上に配置される。下部のター
ゲットレチクルと、マウント上に付けられる上位の透明
なターゲットレチクルは、オートコリメータ及び光照射
器の各々を用いてターゲットレチクル像の一致を得るこ
とにより、平行状態を確立するように光学系によって観
察される。
実施例 本発明、その目的及び更に別の特徴を良く理解するため
に、添付図面に示された好ましい実施例を以下に詳細に
説明する。
第１図は、フリップチップ式の整列／接合装置の所望の
動作を簡単に示すものである。ここでダイと称する半導
体材料のウエハ即ちチップ１２は、エッチング又はその
他の方法で形成されたパターンを支持しており、これは
細いインジウム、エポキシ又は半田バンプ１７を有して
いる。一般的に１４で示されたピボット支持体即ちキャ
リアは、ダイ１２を保持する。ダイ１２が接続されるべ
き基体１３は、参照番号１１で一般的に示された更に別
の支持体に固定される。基体は、典型的に、バンプ１７
の位置においてダイ上のパターンに整列されて電気的に
接続されねばならない導体又はパッド１８のパターンを
支持する。バンプはこの目的で設けられている。ダイを
位置固定できるようにするために、キャリアは枢着式の
ものであり、第１図に仮想線で示されたようにそのダイ
支持面が上方を向いて操作することのできる位置から、
接合されるべき部品の表面を互いに接近させるために必
要とされるようにダイの支持表面が下方を向く位置まで
フリップすることができる。ダイ及び基体を整列するの
に用いる装置は、位置的なエラーが介入しないように入
念に設計しなければならない。しかし、非常に大規模な
集積回路の場合、接合されるべき素子のサイズが小さく
て、しばしばその幅が数ミクロンとなるので、整列ずれ
のおそれが甚だしいものとなる。整列のために位置設定
した後に対向する部品の相対的な移動量が大きいほど、
部品を接合するときに生じる不整列のおそれが大きくな
る。
第２図に概略的に示すように、本発明による整列／接合
装置２０は、ここで上部及び下部支持体２２及び２３と
称する１対のチャックを有しており、その上にダイ１２
と基体１３とが保持される。ダイ１２及び基体は第１図
に示すようなものである。手動制御式の高精度位置調整
手段は、下部支持体の位置駆動装置２４を備えており、
これは、ＣＰＵ２５及び手動のジョイスティック制御器
２５ａから制御される通常のＤＣモータドライブ（個々
には図示せず）である。位置駆動装置２４は、支持体２
２及び２３の対向する支持表面に一般的に平行な直交す
るｘ及びｙ方向と、支持表面に平行な回転θ方向と、傾
斜角φ及びψと、支持体の面に直角なｚ方向とにおいて
下部支持体２３の手動制御式位置調整を与える。整列／
接合装置２０の制御器２５ａを用いると、φ及びψ方向
における支持体２３の相対的な調整により、ダイ及び基
体表面間に正確な平行状態を達成できると共に、ダイ及
び基体上の点の位置を相対的なｘ、ｙ及びθ移動によっ
て整列することができる。同様に、ｚ方向における支持
体の相対的な移動により、例えば、例示的なダイ及び基
体のダンプ及び導体のような整列領域において両方の表
面を互いに近づけて、通常通りに、圧力熱振動又はこれ
らの組み合わせを用いて接合することができる。チップ
と基体とが接触したときを判断しそして接合中にダイと
基体との間に加えられる圧力を監視することのできるロ
ードセル１２５が設けられている。
光学及びビデオの複合ユニット２６は、引っ込み可能な
光学プローブ２８と、それに関連した光学系２９と、光
源３０と、１対のビデオカメラ３２及び３３とを有して
いる。以下で詳細に述べるように、カメラ３２は、光学
系２９及びプローブ２８を経て基体１３の表面を観察
し、そしてカメラ３３は光学系及びプローブを経てダイ
１２の表面を観察する。既知の同期回路３４を使用し
て、２つのカメラ３２及び３３のスイープが同期され
る。カメラ３２の基体表面像ビデオ信号と、カメラ３３
のダイ表面像ビデオ信号は、各々、それら自身の個々の
ビデオ信号回路３５及び３６に送られ、そして既知の混
合回路３８に送られ、該回路においてこれらの信号が合
成されて、ダイ及び基体表面の対向する領域の合成像が
ビデオモニタ４０に単一の表示として重畳される。
駆動装置４１は光学及びビデオユニット２６に接続さ
れ、該ユニットは、プローブ２８がダイと基体との間に
ある位置に対して移動される。又、駆動装置４１は、光
学及びビデオユニットの位置を調整するようにも働き、
対向するダイ及び基体の表面の種々の部分を観察するよ
うにプローブ２８を移動できるようにする。
最初に、上部支持体２２は、第１図に仮想線で輪郭が示
された位置に対してフリップされていて、そのダイ支持
面が上を向くようになっている。支持体２２は、進行チ
ャンバ９２を形成するように若干離間された第１及び第
２のプレート９０及び９１を備えている。真空供給ライ
ン９３は通路９４を経てチャンバ９２に電通している。
ダイ１２は、プレート９０を通して開いている穴９５を
覆うように配置され、真空源（図示せず）からライン９
３によって加えられる真空によって保持される。
下部チャック即ち支持体２３は、上方に駆動することの
できるピストン状の回転上昇体９６を備えており、これ
は基体１３のための上部支持面９７を有している。この
上昇体及びそれに関連した構造体は、第７図及び第８図
を参照して以下に詳細に述べる。真空通路９８は、上面
９７の中心を通して開いていて、真空源（図示せず）に
よって接続された真空ライン９９によって作用を受け
る。基体１３は、通路９８の真空開口を中心として配置
され、ライン９９及び真空源から加えられる真空によっ
てそこに保持される。
ダイが位置保持された状態で、上面２２がフリップされ
てダイを下方に向ける。支持体２２は、下部支持体２３
上に位置するように移動され、そこにしっかりとクラン
プされる。
光学位置駆動装置４１は、支持体間にプローブ２８を挿
入するように制御器２５ａを用いて作動される。制御器
２４を用いて平行状態を得るようにダイ及び基体の相対
的な傾斜度を調整し、その後、位置駆動装置２４を用い
てφ及びψ方向に移動する動作を第３図及び第４図につ
いて説明する。第３図及び第４図は整列／接合装置の光
学及びビデオユニット２６を詳細に示している。平行状
態を確立するために、光照射システムは２つのオートコ
リメータ７０及び７１を用いている。ここからのコリメ
ートされた光の経路には、１対のクロスヘア７４及び７
５がある。これらの交差する直交線の像は、基体及びダ
イの表面に投影されるか、又はチップ及び基体表面の性
質がクロスヘア像の反射に適さないときにはその目的で
設けられた基準面に投影される。クロスヘア７４の像
は、基体１３の表面に投影されるか、又はビームスプリ
ッタ７７、チューブ８３のレンズ８０、直角プリズム８
６の４５度の斜めの反射外面、及びダイ及び基体表面に
対向した物体である４５度のミラー８９を経て平行な基
準表面に投影される。クロスヘア７５の像は、ビームス
プリッタ７８、レンズ８１、４５度のミラー８７として
働く直角プリズム、及び４５度のミラー８９を経てダイ
１２の表面（又は平行な基準表面）に投影される。クロ
スヘア７４の像は、ミラー８９の面から、プリズム８６
の４５度ミラー面、コリメートレンズ８０及びビームス
プリッタ７７を経て、直角プリズム９０の４５度反射
面、ビームスプリッタ６０、直角プリズム６３の４５度
反射面、そしてビデオカメラ３２へ返送される。クロス
ヘア７５の像は、基体１３の表面又は基準表面から、ミ
ラー８９の下方を向いた４５度反射面、プリズム８７の
４５度ミラー面、レンズ８１、ビームスプリッタ７８、
レンズ９１、直角プリズム９２及びビームスプリッタ６
１を経てカメラ３３へ返送される。基体からカメラ３３
へ至る光線部は、重畳されるビデオ像の関係を修正する
ために、ダイからカメラ３２へ至る光線部の単一レンズ
だけではなくて、クロスヘア像を送るためのレンズ対を
使用している。更に別のレンズは、ダイ及び基体の対向
表面が平行となるときに対応するビデオ像部分が整列
し、そしてモニタ上の２つのクロスヘアビデオ像を一致
させるように支持体２３の傾斜を調整することによりダ
イの表面と基体の表面とが平行となるように、像を反転
させる。
第６図には、２つのクロスヘアレチクル７４及び７５の
重畳されたビデオ像７４′及び７５′が示されている。
ダイ及び基体の対向する表面の一方と他方とのφ方向に
おける傾斜角度がΔφとして示されている。これら２つ
対向する表面の一方と他方とのψ方向における傾斜角度
はΔψとして示されている。これらの表面は、２つの像
７４′と７５′が一致するときに平行となる。従って、
整列／接合装置のオペレータは、位置制御器２４のφ及
びψ調整位置設定校正を用いて、像７４′及び７５′を
一致させるようにする。
第２ａ図に示すように、基体１３の表面がクロスヘア像
の反射に適したものでないときには、基体表面に平行と
なるように加工及び光沢仕上げされ且つ反射性にされた
持ち上がった基準表面９７ａを設けて、クロスヘア像を
反射し平行状態を確立するようにすることができる。同
様の整列表面（図示せず）をプレート９０において基準
表面９７ａの真上に設けて、残りのクロスヘア像を反射
するようにすることができる。ダイ及び基体のサイズ及
び形状に基づいて、サイズ及び形状によっては、適当な
表面は整列／接合装置の支持体２２又は２３の表面に平
行に保持されるようにそのいずれか又はその両方に対す
るホルダを調整することが必要となる。この場合は、ホ
ルダ自体を、必要な基準面を形成するように加工及び光
沢仕上げすることができる。
平行状態が確保されると、オペレータは制御器２５ａを
用いた整列調整モードに切り換わる。オペレータは、光
学式の位置移動装置４１を用いて、第２の対物レンズ５
８をダイと基体との間に持っていく。整列／接合装置２
０のオペレータは、１対の光照射器７０及び７１を用い
て対向する表面に光を導くようにすると、互いに接合さ
れるべき２つの表面の領域をモニタ４０上で観察するこ
とができる。下部支持体の位置制御駆動装置２４によ
り、オペレータは、接合されるべき表面の小さな形状
部、即ち上記例ではバンプ及びパッドを整列することが
できる。オペレータは、モニタを見ながら、ｘ、ｙ及び
θを調整する。独立した光照射器７０及び７１と、独立
した移動回路３５及び３６とにより、重畳される像の各
々をその強度、輝度及びコントラストについてオペレー
タが合成像を最も良く認知できるように別々に調整する
ことができ、あるいは必要に応じて特定の形状物を一時
的に観察するようにその像の回路３５又は３６において
輝度を減少することにより重畳される像の一方又は他方
を除去することができる。第２図に駆動装置４１として
一般的に示された光学式の位置設定構成体と、制御器２
５ａのジョイスティックとを用いて、オペレータは、ビ
デオ像４０ａにおいて示されたように、チップ及び基体
の対向する表面の整列された領域を調べるようにプロー
ブ２８を動かし、やがてオペレータは、ｘ、ｙ及びθ方
向において対向する表面を横切って接合されるべき多数
の小さな接触点の整列が満足されるようになる。整列状
態を更に容易に目で確かめるために、例えばマイクロメ
ータ式の調整によりｚ方向においてチップ及び基体表面
に対するプローブ２８の位置を調整することにより、２
つの重畳像の相対的な倍率を調整することができる。
接合されるべき対向表面の移動像を形成する目的で、上
記したように、１対の光照射器４２及び４３は、第４図
に示された１対のビームスプリッタ４５及び４６と、１
対のボロスコープ５１及び５２におけるレンズ４８及び
４９の対と、４５度の全反射ミラーとして働く反射性の
斜面を有する直角プリズム５５及び５６と、第２の対物
レンズである立体ミラー５８とを経て表面に光を投影す
る。立体ミラー５８は、実際には、２面ミラーであり、
その反射面はチップ及び基体の表面に対して４５度で傾
斜している。光の当てられた表面の像は、立体ミラー５
８、プリズム５５及び５６、ボロスコープ５１及び５２
のレンズ４８及び４９、ビームスプリッタ４５及び４
６、立体ビームスプリッタ６０及び６１の対を経て、ビ
デオカメラ３２及び３３へ返送され、基体の像は１つの
更に別のミラー６３から反射されてこの像が反転され、
それにより生じる２つのビデオ像は、対応する像位置に
整列された表面位置と重畳するのに適した関係にされ
る。
第５図は立体ミラー５８を明確に示している。このミラ
ーの各縁は１０mmである。この立体ミラーは、エポキシ
で接合された２つの直角プリズムで形成され、それらの
斜面５８ｈは反射性となるようにコーティングされてい
る。この立体ミラーは、その面５９に入る光を９０度転
向し、基体１３の表面に光を当てると共に、その面５
９′に入る光を同様に転向し、チップ１２の表面に光を
当てるようにする。チップ及び基体の対向する表面の像
は互いに逆の方向に転向される。同様に、直角プリスム
５５及び５６は、４５度ミラーとして実際に作用する反
射性の斜面を有し、ビームスプリッタ６０及び６１は立
体ミラーと同様であるが、部分的に反射性の斜面を有し
ている。
始めに、整列／接合装置を用いて平行状態又は整列状態
を決定する前に、校正を行うことが必要である。整列／
接合装置２０を校正するために、第７図に示すように、
上部支持体２２に代わって校正用のレチクルマウント１
０１が用いられる。このレチクルマウント１０１は、プ
ラテン１０２と、支持体２２の場合と同様に位置をフリ
ップしてクランプできるようにする取り付け構成体（図
示せず）とを有している。アパーチャ１０４には、透明
なターゲットレチクル１０５が固定される。校正ブリッ
ジ１１０は校正レチクルマウント１０１の真上に取付け
られ、その光学軸はターゲットレチクル１０５と整列さ
れる。校正ブリッジ１１０の顕微鏡光学系は、接眼レン
ズ１１２と、顕微鏡の対物レンズ１１３及びオートコリ
メータ対物レンズ１１４を有する顕微鏡のノーズピース
とを含んでおり、各対物レンズはターゲットレチクル１
０５の真上で交互に動くことができる。光照射器１１５
は、光学軸１１８に沿って透明なターゲットレチクルを
通して光を導くように設けられている。オートコリメー
タ１２１は、その軸に沿ってターゲットレチクル１０５
へコリメートされた光を導くように配置されている。マ
イクロメータ状の調整組立体１２２は、ぎざぎざのつい
た手動の微調整ノブ１２３を備えていて、ブリッジの光
学系の位置を垂直方向に微調整することにより正確に焦
点合わせできるようになっている。
校正レチクルマウント１０１の下では、一般的に円筒状
のピストン即ち上昇体９６によって下部支持体２３が形
成される。下部ターゲットレチクル１２７はこの上昇体
の上面９７に配置され、開口９８及び真空供給チューブ
９９を通して加えられる真空によってそこに保持され
る。第７図及び第８図に示すように、上昇体９６は、ベ
アリング１３４においてｚ軸方向に移動することがで
き、上昇体の円筒状外面の周りに１２０度離間された垂
直のＶ字スロットに捕らえられる。ロッド状のベアリン
グリテーナ１３８は、ベアリング１３４を保持するため
の同様のＶ字スロット１３９を有している。ベアリング
リテーナ１３８はスリーブ１４１に配置される。ベアリ
ング１４２の組により、スリーブ１４１及び上昇体１２
６は、支持部剤１４５内の外部円筒状支持ボア１４４に
対して１つのユニットとして回転することができる。
校正を行う前に、装置の設定中に、上昇体９６の平らな
上面９７は、完全に水平で且つ光学軸１１８に対して垂
直となるようにされる。これは、光照射器１１５を用い
てターゲットを照らしそして上昇体９６及びスリーブ１
４１を回転しながら、ブリッジ１１０の光学系を通して
ターゲットレチクル１２７又は別のターゲットレチクル
を観察することにより行われる。ターゲットの横方行の
動きは、上面９７の傾斜を表す。リテーナ１３８と係合
するようにスリーブ１４１にねじこまれる３つの一連の
調整ねじ１４７は、センタリングされたターゲット像が
上昇体及びスリーブを回しても中心に保持されたままで
あるなどスリーブ１４１における上昇体１２６の傾斜を
修正するように開口１４８を通して操作することができ
る。
校正については、校正ブリッジの光学系、オートコリメ
ータの対物レンズ１１４及びオートコリメータ１２１を
使用して、ターゲットレチクル１０５及び１２７が接眼
レンズ１１２を通して観察される。支持表面９７は、装
置の下部支持体の位置駆動装置２４を用いて、上部ター
ゲットレチクル１０５に平行にされ且つこれに整列され
る。上部及び下部のターゲットレチクルが一致すると、
ターゲットレチクルは平行となる。ターゲットレチクル
は互いに非常に接近するように移動され、光照射器１１
５、顕微鏡の光学系及び対物レンズ１１３を用いて接眼
レンズを通して観察したときに両方のターゲットがほぼ
焦点合わせされるようになる。下部支持体の位置駆動装
置２４を用いて、ターゲットレチクルが一致して見える
まで、ｘ、ｙ及びθが修正される。
下部支持体は引っ込められ、光学プローブ２８は、上部
ターゲット１０５と下部ターゲットレチクル１２７との
間の位置へ移動される。ここで、第３図及び第４図の光
学系は、上部レチクルと下部レチクルの像が一致したと
きに光学系が正しくセットされたということに基づいて
調整することができる。光学系の調整には、上部及び下
部ターゲットレチクルのビデオ像を一致させるために必
要とされるように、光照射器４２及び４３とカメラ３２
及び３３との間の経路にある光学素子を若干位置修正す
ることと、クロスヘア７４及び７５のビデオ像を一致さ
せるために必要とされるように、オートコリメータ７０
及び７１からカメラ３２及び３３への光学経路における
光学素子に対して若干位置修正することとが含まれる。
ダイ及び基体が上記したように平行状態にされ且つ整列
された後に、光学系の位置駆動装置４１を用いて、プロ
ーブ２８が上部支持体２２と下部支持体２３との間から
引っ込められる。ダイ１２及び基体１３は、下部支持体
２３をｚ方向に上方に移動することにより互いに近づく
ように移動される。即ち、最初に粗いｚ調整移動で迅速
に移動させ、そしてダイ及び基体の所望の領域が係合し
たことがロードセル１２５によって検出されるまで微細
なｚ調整移動でゆっくりと移動することにより行われ
る。次いで、圧力、振動又は熱、あるいはその組み合わ
せを用いて接続がなされる。好ましい実施例において
は、ロードセル１２５を用いて基体の導体とインジウム
バンプとを接合するに充分な圧力が加えられる。ロード
セル１２５は、２つの部分間に加えられる力を監視し、
駆動装置２４のｚ方向駆動によりｚ軸の力の付与を制御
する。
本発明の部分を構成しない適当なソフトウエアにより、
ＣＰＵ２５は、テキスト形成ユニット１５０を経てミキ
サ３８へ状態情報を供給し、ウインドウ又は像部分４０
ｂを形成する。制御器２５ａを用いて、例えば校正状態
から、実際の部分の整列及び接合状態へと切替がなされ
るときには、その状態を表示することができる。プロー
ブ位置のジョイスティック制御が選択されるか、又は下
部支持体のｘ及びｙ又はθ位置の制御が選択される場合
には、これを表示することもできる。同様に、モニタ
は、コリメータ又は光照射器を用いて平行状態又は整列
状態を確立するように装置がセットされたかどうかを支
持することができる。接合されるべき部分の表面の接触
を確認すると共に、接合中に加えられる圧力を監視でき
るように、ロードセルの読みを表示することができる。
光照射器又はコリメータの輝度レベルは、制御器２５ａ
によって制御しそして表示することができる。もし適当
であれば、上部及び／又は下部部分の接合温度を表示す
ることもできるし、上部又は下部支持体の真空状態ある
いはその両方がオンであるかどうかそして上部面又は下
部面あるいはその両方が表示されているかどうかをビデ
オモニタ４０に示すこともできる。モニタ４０の単一の
ビデオスクリーンに情報を統合したことにより、オペレ
ータの便宜性及び使い易さが著しく促進される。
他の多くの整列／接合機構に比べて、約３／８インチと
いうプローブ２８の相対的な垂直厚みは、プローブを整
列後に引っ込めたときに、ダイが基体に接触するまでに
僅かな距離だけ移動するだけで良いことを意味する。こ
れは、横方行移動を招く正確さによって整列エラーが介
入する恐れを低減する。整列中に、ダイと基体との表面
において、表面に垂直な光学軸に沿って光が送られるの
で、２つの対向する表面を整列しようと試みるときに厄
介な影の形成が生じないようにされる。独立して制御で
きるビデオ像と光源とにより、オペレータは、表示され
る表面同志の関係を最も認知しやすいように重畳像を調
整することができる。
以上、本発明を詳細に説明したが、本発明の範囲内で種
々の変更がなされ得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、“フリップチップ”整列／接合装置を使用し
てダイ及び基体を整列する従来技術を示す図、 第２図は、本発明の整列／接合装置を部分的にブロック
図の形で示した図、 第２ａ図は、平行状態の修正に基体表面に代わって用い
る下部支持体及び基準表面を示す拡大部分図、 第３図は、本発明の光学部品及び光学ヘッド又はプロー
ブを示す拡大斜視図、 第４図は、第２図に示された光学部品及び光学プローブ
の上面図で、像及び光線路を示す図、 第５図は、第３図及び第４図の光学プローブに使用され
た立体ミラーの拡大上面図、 第６図は、第２図に示された整列／接合装置によって作
られた像を示す部分図で、接合されるべき集積回路チッ
プ及びパターン化された基体の表面に投影されたクロス
ヘア像を示す図、 第７図は、本発明の整列／接合装置の下部支持体、上部
校正ターゲットレチクル支持体、及びこれら２つの支持
体上に据えられた校正ブリッジを示す部分断面図、そし
て 第８図は、その垂直及び回転方向に位置設定できるよう
にする支持構造を含む下部支持体の上面図である。 １１……支持体 １２……ウエハ又はチップ（ダイ） １３……基体 １４……ピボット支持体又はキャリア １７……半田バンプ ２０……整列／接続装置 ２２……上部支持体 ２３……下部支持体 ２４……下部支持体の位置駆動装置 ２５……ＣＰＵ ２５ａ……制御器 ２６……ビデオユニット ２８……光学プローブ ２９……光学器 ３０……光源 ３２、３３……ビデオカメラ ３５、３６……ビデオ信号回路 ３８……ミキサー ４０……ビデオモニタ ４１……駆動装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−87177（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−206037（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】小型電子部品の部分に対向する表面上の位
    置を整列させて接合するのに用いる整列／接合装置であ
    って、 第一の前記部分を支持するための第一支持手段と、 第二の前記部分を支持するための第二支持手段とを備
    え、前記第二の部分の表面は前記第一部分の表面に対向
    しており、 前記第一及び第二支持手段の相対的な配置を制御するた
    めの手段と、 前記二つの部分の対向する表面間の位置へ移動可能な光
    学プローブと、 前記対向する表面の各々に光を当てる光照射手段と、 前記対向する表面の各々の光学像を前記プローブから取
    り出す光学手段と、 前記光学像に応答して、前記対向する表面の光学像を単
    一のビデオ像に合成するビデオ手段とを具備し、 前記第一及び第二支持手段の相対的な配置を制御する前
    記手段は、前記対向表面の位置のビデオ表示の相対的配
    置を整列させ、前記対向する表面の位置を視覚的に整列
    できるようにするとともに、 前記ビデオ手段は、前記光学手段を介して、前記光学プ
    ローブから前記表面像を受けるように配置されている一
    対のビデオカメラと、 前記二つの表面像に対応するビデオ信号を合成するビデ
    オ結合手段と、 前記表面の合成されたビデオ像を表示するモニタと、 前記第一および第二のカメラに作動的に接続されてお
    り、前記表面像の各々に対応する前記ビデオ信号の個々
    のビデオ像を調節する第一および第二のビデオ調節手段
    とを備えていることを特徴とする整列／接合装置。
  2. 【請求項２】小型電子部品の部分に対向する表面上の位
    置を整列させて接合するのに用いる整列／接合装置であ
    って、 第一の前記部分を支持するための第一支持手段と、 第二の前記部分を支持するための第二支持手段とを備
    え、前記第二の部分の表面は前記第一部分の表面に対向
    しており、 前記第一及び第二支持手段の相対的な配置を制御するた
    めの手段と、 前記二つの部分の対向する表面間の位置へ移動可能な光
    学プローブと、 前記対向する表面の各々に光を当てる光照射手段と、 前記対向する表面の各々の光学像を前記プローブから取
    り出す光学手段と、 前記光学像に応答して、前記対向する表面の光学像を単
    一のビデオ像に合成するビデオ手段とを具備し、 前記第一及び第二支持手段の相対的な配置を制御する前
    記手段は、前記対向表面の位置のビデオ表示の相対的配
    置を整列させ、前記対向する表面の位置を視覚的に整列
    できるようにするとともに、 前記第一および第二の支持手段上の部分の表面に第一お
    よび第二の基準像を投影するための手段を備え、 前記光学手段は前記第一および第二の表面から前記第一
    および第二の投影された基準像を受け、反射された基準
    像を前記ビデオ手段に向ける手段を備え、 合成されたビデオ像における基準像相互の関係は、前記
    支持手段の相対的な位置を制御する手段により調節可能
    な前記他方の表面に対する前記一方の表面の相対的な傾
    斜により決まることを特徴とする整列／接合装置。
  3. 【請求項３】第一および第二の基準像を投影する前記手
    段は、一対のオートコリメータと、該オートコリメータ
    からのコリメートされた光の経路にある一対の像形成手
    段と、前記コリメートされた光と前記像形成手段の前記
    像を前記部分の表面の傾斜を表す表面に向け、前記支持
    手段上において接合される手段とを備え、 前記像形成手段は、クロスヘア像を形成する手段を備
    え、前記クロスヘア像形成手段は、前記部分の対向表面
    が平行であるときに、前記クロスヘア像のビデオ像が合
    成されたビデオ像内で一致して現れるようにオートコリ
    メータされた光の経路内に配置されており、 前記第一および第二の基準像を投影する前記手段は、前
    記第一および第二部分の前記第一および第二支持手段上
    の位置と整列した位置において、前記プローブ上の傾斜
    した両面ミラー手段と、前記第一と第二の基準像とコリ
    メートされた光線とを前記両面ミラーの第一および第二
    の反射面に向ける手段とを備え、 前記第一と第二の基準像とコリメートされた光線とを前
    記両面ミラーの第一および第二の反射面に向ける前記手
    段を備え、該手段は、前記両面ミラーの第一および第二
    の面に光線を向け、前記両面ミラーの前記第一および第
    二の反射面から指示面に基準像を受取り、前記基準像を
    前記ビデオ手段に向けるように配置されたミラーである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の整列／
    接合装置。
  4. 【請求項４】小型半導体装置の第一と第二部分の対向す
    る表面を接合するために整列する方法であって、 前記第一および第二の対向する表面を隔離させて前記第
    一および第二の部分を支持し、 前記対向する表面に対して対角方向に固定された両面ミ
    ラーを備えた光学プローブを設け、 前記対向する表面の間に前記プローブを導き、 第一および第二のビデオカメラを設け、 前記両面ミラーの対向する反射面から前記光学経路に沿
    って前記表面像を前記ビデオカメラに送り、 前記ビデオカメラの出力を合成し、 ビデオモニタ上に前記対向する表面の合成された像を表
    示し、 接合されるべき位置が前記ビデオ像において整列される
    まで、前記対向する表面の相対的な位置を調整し、 前記光学プローブを引き出し、 前記接合されるべき対向表面の位置が接触するまで前記
    第一および第二部分を共に移動し、 前記接触位置を接合する段階とからなることを特徴とす
    る方法。
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